周明歡，郭亞朋

(滬東中華造船(集團)有限公司，上海 200129)

0 引 言

某型系列船的上層建筑是鋁合金材質，由鋁合金板及鋁合金帶筋板制作而成。在前續(xù)船的建造過程中，帶筋板零件均采用人工劃線、手動機械工具進行下料，整個下料過程效率低，且零件尺寸誤差大、切割質量較難保證，同時由于使用手動切割工具，對施工人員帶來一定安全隱患。為了進一步提升該系列船上層建筑的建造質量和建造效率，經(jīng)過前期的充分調研，擬圍繞鋁合金帶筋板的數(shù)控噴粉劃線[1]、數(shù)控切割光板面、手動切割帶筋面的下料工藝開展技術攻關。

1 現(xiàn)狀調查與分析

1.1 現(xiàn)狀調查

如圖1所示，鋁合金帶筋板零件的特點是板筋一體，其下料過程較難采用自動化的數(shù)控切割。由于缺乏鋁合金帶筋板下料的施工經(jīng)驗，在該系列船1號～4號船建造時，鋁合金帶筋板均根據(jù)下料草圖采用人工劃線、手動操作機械工具進行下料，導致鋁合金帶筋板的切割質量難以控制。

經(jīng)統(tǒng)計，每條船共計220多塊帶筋板零件，由于人工劃線、機械下料的環(huán)節(jié)存在偏差，每條船均會產(chǎn)生返工修割、報廢零件的現(xiàn)象，且返廢率一直居高不下(見表1)，嚴重影響船舶建造周期和建造質量，同時也增加船廠的建造成本。

注：以3+IP40為例，3表示帶筋板板材厚度為3 mm，IP40表示帶筋板的筋即雙頭球鋁的高度為40 mm圖1 鋁合金帶筋板

表1 1號～4號船鋁合金帶筋板零件下料返廢率統(tǒng)計

為了找到造成鋁合金帶筋板零件下料返廢的癥結所在，對1號～4號船的56件鋁合金帶筋板返廢零件產(chǎn)生的主要因素進行梳理，并按照不同因素對返廢零件的數(shù)量進行分類統(tǒng)計，如表2所示。

表2 1號～4號船鋁合金帶筋板零件返廢項目統(tǒng)計

在工時消耗方面，該系列船每船有225塊鋁合金帶筋板零件，采用人工劃線、手動機械切割共計需要約2 000余小時。在實際生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)周期緊張，經(jīng)常需要加班加點完成既定計劃物料量，進一步導致鋁合金帶筋板零件的返廢率上升。

1.2 前期策劃、可行性分析

在該系列船的上層建筑中，同樣使用5083鋁合金板材[2]，該板材目前使用激光切割機進行切割，板材厚度規(guī)格為3～20 mm。經(jīng)過設計部門、生產(chǎn)部門、設備管理部門等相關人員多次研討和反復論證，一致認為采用激光定位、數(shù)控噴粉劃線、數(shù)控激光切割鋁合金帶筋板方案具備可行性，并形成鋁合金帶筋板數(shù)控切割下料的主要工藝流程：帶筋板數(shù)控激光定位(光面朝上)→數(shù)控激光噴粉→數(shù)控激光切割→帶筋板翻身、手動機械切割型材。

2 技術攻關與實施成效

2.1 工藝準備、切割文件制作

將原鋁合金帶筋板零件手動下料草圖制作成噴粉文件和切割文件(見圖2)，并在該系列船的鋁合金桅桿分段帶筋板數(shù)控下料時進行試驗驗證。

圖2 鋁合金帶筋板切割文件

2.2 激光定位、數(shù)控設備調試及切割試驗

鋁合金帶筋板的激光切割定位方式與鋁合金板材基本一致，區(qū)別在于帶筋板定位首先將光面朝上。帶筋板上每根筋之間均存在0～0.5 mm的誤差，如果從帶筋板的邊緣進行定位，那么距離定位點遠的筋將產(chǎn)生累積誤差，進而導致部分零件的筋到板邊緣的距離出現(xiàn)整體誤差，從而影響零件的下料精度。因此，以帶筋板零件縱向端部的中間筋頂點作為激光切割機的定位起點。完成初步定位后，激光點在板材上按數(shù)控零件模型邊緣行走一周，需要檢查零件的筋與零件邊緣的距離是否滿足零件草圖要求，且切割定位精度應控制在±1.0 mm以內。

由于筋板一體的特點，在激光切割過程中，切割機不僅無法將筋割斷，而且切割氣流還會受到筋的阻隔而將熔融狀態(tài)的殘渣吹向噴嘴，甚至將激光噴嘴損壞，所以需要對激光切割機的相應程序進行調整、調試，以設定切割機噴嘴與鋁合金帶筋板的合理距離與角度。經(jīng)過多次試驗，得出激光切割機噴嘴與鋁合金帶筋板的距離應為5～7 mm，傾斜角度應為前傾15°左右(見圖3)。經(jīng)過對數(shù)控激光切割機調試后，切割零件的精度不僅達標，而且零件的邊緣光順，滿足預定要求。

圖3 鋁合金帶筋板定位

2.3 數(shù)控噴粉劃線、數(shù)控切割

鋁合金帶筋板零件在噴粉前首先進行校車檢測，然后再根據(jù)板材厚度選擇合適的割嘴[3]。對帶筋板進行定位，數(shù)切機的起始點應與所劃的定位點垂直重合。應根據(jù)帶筋板上所標注的距離定位，調出校車文件后進行噴粉，還需要核對數(shù)切機內的盤片文件所顯圖形與圖紙圖形是否一致。在噴粉時，應檢查數(shù)切機所噴的定位線是否存在歪曲傾斜，另外仍需要時刻關注噴出的粉線是否清晰。噴粉結束后，即可進行鋁合金帶筋板的切割。切割時，應注意觀察割嘴的工作狀態(tài)，保證切割工作的順暢。零件切割后，應對零件進行復測，以檢驗零件的精度。

在5號船的桅桿分段進行切割試驗，鋁合金帶筋板不僅定位精度滿足要求，零件邊緣直線度好、圓弧過渡光順，而且下料效率提高3倍以上，同時大幅降低手動機械切割的安全隱患；設備調試較合理，對切割噴嘴基本沒有影響。

2.4 工藝實施成效

5號～8號船返廢零件統(tǒng)計如表3所示，后續(xù)仍需要加強材料入廠時的檢驗力度，以從源頭降低數(shù)控噴粉和數(shù)控切割過程中產(chǎn)生的返廢情況。

表3 5號～8號船鋁合金帶筋板零件下料返廢率統(tǒng)計

3 結 語

(1) 將鋁合金帶筋板零件的下料草圖制作成數(shù)控噴粉、切割文件，從源頭改進優(yōu)化較為傳統(tǒng)的設計模式。

(2) 通過開展切割試驗，完成對激光切割機的有效調試，掌握激光切割鋁合金帶筋板的工藝特點和規(guī)律，為提高帶筋板的加工精度、質量奠定基礎。

(3) 攻克鋁合金帶筋板數(shù)控切割工藝，成功填補鋁合金產(chǎn)品建造技術領域的空白。

(4) 通過現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)的持續(xù)改進，最終將該工藝固化并形成《鋁合金帶筋板數(shù)控切割作業(yè)指導書》，為后續(xù)產(chǎn)品的高效率、高質量建造提供技術支持。

(5) 通過應用鋁合金帶筋板數(shù)控切割工藝，有效提升生產(chǎn)效率并降低返廢率，為節(jié)約船舶的建造成本創(chuàng)造條件。