金屬構筑成形制造系統及清洗單元的制作方法
【專利摘要】本發明的提出了一種清洗單元，包括：多個工作站；和多個傳送機構，所述多個傳送機構配置為傳送金屬基元依次通過所述多個工作站。本發明還提出了一種用于金屬構筑成形制造工藝的制造系統。制造系統包括：清洗單元，其配置為對金屬基元進行清洗；堆垛單元，其配置為將清洗后的多個金屬基元堆垛成預定形狀；封裝單元，其配置為將堆垛成預定形狀的所述多個金屬基元封裝成預制坯；和鍛焊單元，其配置為對所述預制坯進行鍛焊以獲得零件毛坯。
【專利說明】
金屬構筑成形制造系統及清洗單元
技術領域
[0001]本發明涉及機械制造領域，尤其是涉及一種用于金屬構筑成形制造工藝的制造系統和清洗單元。
【背景技術】
[0002]當前，很多設備需要使用大型的金屬構件，并且為了保證其能夠提供相應的性能，這些金屬構件需要有整塊材料整體地制造。為了制造這些大型金屬構件，需要提供尺寸非常大的整體金屬坯料。
[0003]例如，大型核電機組的轉子的直徑可達數米。為了整體地制造該轉子，需要采用五百噸以上的鋼錠。然而，鋼錠越大，鋼錠的內部冶金質量越難保障，宏觀偏析、中心疏松和晶粒粗大問題是制約鋼錠質量的主要問題，特別是宏觀偏析缺陷是國際性難題。為了解決該技術問題，本發明的發明人提出了一種金屬構筑成形制造方法，即:首先，將多個金屬基元堆垛或堆砌成具有預定尺寸和形狀的金屬基元堆，然后，對金屬基元對進行封焊或封裝以制成預制坯;之后，通過對預制坯進行鍛焊，使多個金屬基元之間的界面焊合以制成毛坯；最后，對毛坯進行機加工以制成金屬零件。
[0004]為了盡可能地減少最終金屬零件中的缺陷，在上述制造工藝中:
[0005](I)需要確保金屬基元的表面高度清潔，沒有雜質以及表面氧化物殘余；
[0006](2)在金屬基元的堆垛過程中，需確保各基元的位置對齊;以及
[0007](3)對堆垛后的金屬基元進行封焊時，需確保焊接質量，通常應在真空條件或保護氣體氛圍中進行;或者，對堆垛后的金屬基元進行封裝時，需要確保封箱內的真空環境。
[0008]此外，由于在進行大尺寸的金屬部件的制作過程中，金屬基元、封焊或封裝后的預制坯、封箱等的尺寸和重量都非常大，因此難以進行人工操作，即使在某個步驟中輔助使用某些機械設備或工具，也依然難以高效、便利地完成整個制造工藝流程。
[0009]因此，鑒于上述問題，目前需要一種用于金屬構筑成形制造工藝的制造系統和清洗單元。

【發明內容】

[0010]本發明的目的在于提供一種用于金屬構筑成形制造工藝的制造系統，以便利、高效、穩定地實現該制造工藝，并保證制造出的產品零件的高質量。
[0011]根據本發明的一個方面，提出了一種清洗單元。
[0012]根據示例性的實施例，清洗單元包括:多個工作站;和多個傳送機構，所述多個傳送機構配置為傳送金屬基元依次通過所述多個工作站。
[0013]根據進一步的實施例，所述多個工作站包括:第一工作站，其配置為清洗金屬基元的上表面和下表面;第二工作站，其配置為清洗金屬基元的側表面;至少一個第三工作站，其配置為在清洗金屬基元的上表面、下表面和側表面之后，對擦拭、沖洗和/或烘干所述金屬基元;和控制站，其配置為控制第一工作站、第二工作站和第三工作站的操作。
[0014]根據進一步的實施例，所述第一工作站包括:第一框架；相對設置的兩個豎直導軌，所述兩個豎直導軌安裝在所述第一框架上;兩個清潔輥，每個清潔輥水平地連接到所述兩個豎直導軌并可相對于兩個豎直導軌在豎直方向上運動;兩個第一驅動裝置，其配置為分別驅動所述兩個清潔輥旋轉;和第二驅動裝置，其配置為驅動所述兩個清潔輥在豎直方向上移動。
[0015]根據另一實施例，所述第一工作站還包括:至少一個傳感器，其配置為感測金屬基元的尺寸和形狀以及金屬基元相對于第一工作站的位置;和多個噴嘴，其配置為向金屬基元的上表面和下表面噴射清洗流體。
[0016]根據進一步的實施例，所述控制站配置為接收來自所述至少一個傳感器的信息并基于所述信息控制所述第一工作站的操作。
[0017]根據另一實施例，所述第二工作站包括:第二框架;水平導軌，所述水平導軌安裝在所述第二框架上;兩個清潔輥，其中至少一個清潔輥豎直地連接到所述水平導軌并可相對于所述水平導軌在水平方向上運動;兩個第一驅動裝置，其配置為分別驅動所述兩個清潔輥旋轉;和第二驅動裝置，其配置為驅動所述至少一個清潔輥在水平方向上移動。
[0018]根據另一實施例，第一工作站還包括:至少一個傳感器，其配置為感測金屬基元相對于第一工作站的位置;和多個噴嘴，其配置為向金屬基元的側表面噴射清洗流體。
[0019]根據進一步的實施例，所述控制站配置為接收來自所述至少一個傳感器的信息并基于所述信息控制所述第二工作站的操作。
[0020]根據另一實施例，所述第三工作站包括:第三框架;布置在所述第三框架上的流體管道;和安裝在所述流體管道上多個噴嘴。
[0021]根據另一實施例，所述第三工作站還可包括安裝在所述第三框架上的至少一個傳感器，并且所述控制站配置為接收來自所述至少一個傳感器的信息并基于所述信息控制所述第三工作站的操作。
[0022]根據本發明的另一方面，提出了一種用于金屬構筑成形制造工藝的制造系統。
[0023]根據示例性的實施例，該制造系統包括:上述任一實施例所述的清洗單元，其配置為對金屬基元進行清洗;堆垛單元，其配置為將清洗后的多個金屬基元堆垛成預定形狀;封裝單元，其配置為將堆垛成預定形狀的所述多個金屬基元封裝成預制坯;和鍛焊單元，其配置為對所述預制坯進行鍛焊以獲得零件毛坯。
[0024]本發明的金屬構筑成形制造系統，能夠完美地適用于金屬構筑成形制造工藝，并實現優質大尺寸金屬器件的均質化、自動化、穩定化和低成本的制造。本發明的清洗單元能夠對金屬基元進行各個表面的清洗，并且能夠適應金屬基元的各種形狀，從而確保后續工藝過程的順利進行以及確保能夠獲得高質量的產品。
【附圖說明】
[0025]圖1A至圖1J是金屬構筑成形制造工藝的流程示意圖；
[0026]圖2是根據本發明的實施例的用于金屬構筑成形制造工藝的制造系統的方塊圖；
[0027]圖3是根據本發明的制造系統的清洗單元的透視示意圖；
[0028]圖4是根據本發明的制造系統的清洗單元的第一工作站的正視示意圖；
[0029]圖5是根據本發明的制造系統的清洗單元的第二工作站的正視示意圖；
[0030]圖6是根據本發明的制造系統的清洗單元的第二工作站的替換實施例正視示意圖；
[0031]圖7是根據本發明的制造系統的清洗單元的第三工作站的正視示意圖；
[0032]圖8是根據本發明的制造系統的清洗單元的方塊圖；
[0033]圖9是根據本發明的制造系統的堆垛單元的透視示意圖；
[0034]圖10是根據本發明的制造系統的堆垛單元的方塊圖；
[0035]圖11是根據本發明的制造系統的封裝單元的封箱制作站的透視示意圖；
[0036]圖12是根據本發明的制造系統的封裝單元的封裝站的透視示意圖；
[0037]圖13是根據本發明的制造系統的封裝單元的抽真空操作的原理圖；
[0038]圖14是是根據本發明的制造系統的封裝單元的方塊圖。
【具體實施方式】
[0039]下文將參照附圖對本發明的技術方案進行詳細的說明。應當理解，下文的詳細說明的目的在于使本領域技術人員更好地理解本發明，而不應當被解釋為對本發明的保護范圍的限定。在下文中，相同或相似的部件由相同或相似的附圖標記指示。
[0040]為了便于理解本發明的制造系統，首先將對金屬構筑成形制造工藝的基本原理進行簡單的說明。
[0041 ] 金屬構筑成形制造工藝
[0042]附圖1A至IJ示出了金屬構筑成形制造工藝的流程示意圖。圖1A中顯示了金屬坯料切割下料的過程。金屬坯料101被切割工具102切割成金屬坯料段。圖1B中，機加工工具104對金屬還料段103進行機加工，形成具有預定尺寸的金屬基元105。圖1C中，多個金屬基元105堆垛成預定的尺寸和形狀后，用焊接設備106對其進行封焊，或者使用封裝工具進行封裝(圖中未示出)，以獲得預制坯108。圖1D中，將預制坯108送入加熱設備107中加熱至預定溫度。圖1E中，將加熱后的預制坯108放置在鍛壓設備109中沿堆疊方向進行鐓粗。圖1F中，將預制坯108鐓粗到預定尺寸。圖1G中，將鐓粗后的預制坯108回爐進行材料的高溫擴散。圖1H和圖1I中，用鍛壓設備109對預制坯108進行不同方向的鐓粗，確保預制坯108的每個方向均實現適量的變形，并獲得期望的尺寸和形狀。圖1J中，將最終變形成形的預制坯進行機加工以獲得最終零件。
[0043]用于金屬構筑成形制造工藝的制造系統
[0044]針對上述金屬構筑成形制造工藝，根據本發明的一個方面，提出了一種制造系統。圖2示出了根據本發明的用于金屬構筑成形制造工藝的制造系統的方塊圖。根據本發明的一個實施例，該制造系統200包括:金屬基元獲取單元201、清洗單元202、分揀單元203、堆垛單元204、配修單元205、封裝單元206、鍛焊單元207以及檢測與評價單元208。
[0045]如圖2所示，在該實施例中，在金屬基元獲取單元201中獲取用于金屬構筑成形制造的金屬基元。金屬基元獲取單元201可包括對金屬原材料進行機加工的各種設備，根據金屬原材料的形狀，金屬基元獲取單元201可包括各種可能的設備。例如，當金屬原材料為連鑄坯時，金屬基元獲取單元201可包括:切割設備，用于將連鑄坯切斷為具有預定長度的金屬坯料段;切削加工設備，用于將金屬坯料段加工成具有預定尺寸和形狀的基元坯料；以及磨削設備(例如，銑床、磨床)，使得基元坯料的表面平整、光滑、獲得金屬基元。金屬基元獲取單元201還可以包括滾壓設備，以對金屬基元的表面進行預硬化處理，使金屬基元表面產生一定的殘余應力。
[0046]在清洗單元202中，清洗金屬基元，去除金屬基元表面的粉塵、油污等污漬。清洗單元202的具體構成將在下文中詳細說明。
[0047]在分檢單元203中，對金屬基元進行尺寸、成分檢測。只有符合預定尺寸、成分的金屬基元才能夠進入流程中的下一操作步驟。分檢模塊可包括各種非接觸式測量設備，例如線掃描激光測頭等，以精確地測量金屬基元的三維尺寸，和化學成分分析儀，以精確地測量金屬基元的化學成分。尺寸和成分的測量結果可存儲在數據庫中，以供后續的其他操作過程中使用。
[0048]在堆垛單元204中，將金屬基元堆垛成具有預定尺寸和形狀的金屬基元堆。堆垛單元204的具體構成將在下文中詳細說明。
[0049]在修配單元205中，對堆垛后的金屬基元堆的表面進行打磨以獲得平整的表面。例如，修配單元205可包括工作臺、打磨與除塵裝置、用于對打磨除塵裝置進行定位的激光掃描傳感器、激光位移傳感器等、以及用于控制修改單元205中的各組成部分的操作的控制柜。
[0050]在封裝模塊206中，用適當的封裝材料(例如，金屬板、金屬箱體等)封裝金屬基元堆，形成預制坯，并確保封裝后的金屬基元堆處于真空環境中。封裝單元206的具體構成將在下文中詳細說明。
[0051]在鍛焊單元207中，對預制坯進行鍛焊處理，以獲得金屬部件毛坯。鍛焊單元207可包括:加熱設備，用于將預制坯加熱到適于鍛焊處理的預定溫度;和鍛壓設備，用于對預制坯進行多向鍛壓操作，以使相鄰金屬基元充分焊合，消除界面、形成整體。鍛焊單元207還可包括相應的液壓機組、翻鋼機、以及控制設備等。加熱設備可包括送料機構、出料機構、連續式加熱爐等。
[0052]在檢測與評價單元208中，對金屬部件坯料進行質量檢查，以確定其是否含有各種可能的缺陷。檢測與評價單元208可包括內部超聲探傷機和表面滲透探傷機等，用于全自動地檢測金屬部件坯料中的各種缺陷。還可包括專用的處理器，用于處理分析檢測結果，并給出評價結論，以確定該金屬部件坯料是否合格，以及基于金屬部件坯料中的缺陷，分析可采取的后續改進手段等。
[0053]需要說明的是，雖然根據該實施例的制造系統包括上述各種單元，然而并不是所有單元都是必須的。根據本發明的制造系統不一定需要具有以上所有單元。例如，如果金屬基元由其他廠商專門負責制作和提供，那么根據本發明的制造系統可省略上述金屬基元獲取單元、分揀單元。如果專門提供的金屬基元已在出廠進行了清洗，并且提供了良好的保護措施，那么上述清洗單元也可以省略。如果堆垛單元足以提供符合尺寸和形狀要求的金屬基元堆，那么上述修配單元也可以省略。在金屬構筑制造工藝的整個流程都可以高質量的實現的情況下，其所獲得的金屬構件坯料基本上均可符合使用要求，并且因此，檢測與評價單元也可以在一定情況下省略。
[0054]由此可見，對于根據本發明的制造系統200而言，只有堆垛單元204、封裝單元206、鍛焊單元207是必需的。
[0055]因此，根據一個示例性的實施例，用于金屬構筑成形制造工藝的制造系統包括:堆垛單元204，其配置為將多個金屬基元堆垛成預定形狀;封裝單元206，其配置為將堆垛成預定形狀的所述多個金屬基元封裝成預制坯;和鍛焊單元207，其配置為對所述預制坯進行鍛焊以獲得毛坯。
[0056]清洗單元
[0057]如上文所述，為了確保鍛焊工藝的順利實施，金屬基元的清洗操作是非常重要的。因此，本發明的第二方面涉及一種用于金屬構筑成形制造系統的清洗單元。
[0058]因此，根據一個示例性的實施例，制造系統堆垛系統除包括堆垛單元、封裝單元和鍛焊單元之外，還包括清洗單元，其配置為在堆垛金屬基元之前，對金屬基元進行清洗。
[0059]圖3-7示意性地示出了清洗單元的示例性實施例。圖3是該清洗單元的透視示意圖；圖4是該清洗單元的第一工作站的正視示意圖；圖5是該清洗單元的第二工作站的正視示意圖；圖6是該清洗單元的第二工作站的替換實施例的正視示意圖；圖7是該清洗單元的第三工作站的正視示意圖；以及圖8是該清洗單元的控制系統方塊圖。
[0060]接下來將結合圖3-8對清洗單元的示例性實施例進行詳細的說明。
[0061 ]如圖3所示，示例性的清洗單元300包括依次布置的第一傳送機構301、第二傳送機構302、第三傳送機構303和第四傳送機構304，每個傳送機構包括傳送帶或多個傳送輥305，金屬基元306通過傳送輥305沿圖中箭頭A指示的方向依次傳遞通過這四個傳送機構。相鄰的傳送機構之間設有工作站。具體地，第一傳送機構301與第二傳送機構302之間設有第一工作站310;第二傳送機構302與第三傳送機構303之間設有第二工作站320;第三傳送機構303與第四傳送機構304之間設有第三工作站310。根據實際需要，可以設置更多個傳送機構以及工作站，以用于對金屬基元進行各種不同的處理。
[0062]從圖3中可以看出，第一工作站310可包括框架3101、兩個清潔輥3102和3103、以及用于驅動清潔輥3102、3103的驅動裝置(例如，電機)3104。然而，這只是一種簡要的圖示，具體的第一工作站的構造被示例性地圖示在圖4中，下文中將對其進行詳細的說明。
[0063]第二工作站320可包括框架3201、兩個清潔輥3202和3203、以及用于驅動清潔輥3202、3203的驅動裝置(例如，電機)3204。然而，這只是一種簡要的圖示，具體的第二工作站的構造被示例性地圖示在圖5和圖6中，下文中將對其進行詳細的說明。
[0064]第三工作站330可包括框架3301和兩個處理裝置3302。根據不同的工藝設置，處理裝置3302可以不同。例如，處理裝置3302可以是噴射清潔水流的沖洗裝置，也可以是噴射熱風的干燥裝置，或者用于安裝擦拭部件等。第三工作站的一種示例性構造被圖示在圖7中，下文中將對其進行詳細的說明。
[0065]在示例性的實施例中，清洗單元300還可以包括控制站340(圖8)，用于對清洗單元整體以及清洗單元的各個工位的操作進行控制。控制站340可以構造或配置成對這些操作進行自動控制，也可以供操作人員根據相應的信息進行手動操作控制。控制站340內可包括用于實現控制的各種必要設備、裝置和器件。例如，有線或無線信號接收器、處理器、有線或無線信號發射器等。控制站340例如可由現場配置的電腦或遠程控制中心等實現。
[0066]清洗單元的第一工作站
[0067]如圖4所示，第一工作站310包括:框架3101;安裝在框架3101上的兩個相對的豎直導軌3106;連接到豎直導軌3106并可相對于豎直導軌3106在豎直方向上運動的兩個清潔輥3102，3103;用于分別驅動清潔輥3102，3103旋轉的兩個第一驅動裝置3104;和用于驅動清潔輥3102，3103在豎直方向上移動的第二驅動裝置3105。此外，第一工作站310還可包括安裝在框架3101上的至少一個傳感器3107和多個噴嘴3108。
[0068]本文中所述的“清潔棍”可包括可旋轉的輥體和位于輥體外圍的清潔部分，清潔部分例如可以是刷毛、或絨布、麻布等布料。
[0069]結合圖3和圖4可以看出，兩個清潔輥3102、3103水平地放置，并且在二者之間留有適當的間隙，以便金屬基元306能夠被輸送通過該間隙。兩個第一驅動機構3104(例如，電機)可分別驅動兩個清潔輥3102、3103旋轉，以帶動清潔輥上的擦洗部分在從間隙中穿過的金屬基元的表面上擦洗。兩個清潔輥之間的間隙可調節，例如通過第二驅動機構3105 (例如，另一電機)分別驅動兩個清潔輥3102、3103沿豎直導軌3106在豎直方向上運動，以使該間隙能夠適應不同的形狀或尺寸的金屬基元。當然，如果金屬基元的形狀和尺寸是預先設定好的，那么也可以不調節兩個清潔輥3102、3103之間的間隙，此時，第一工作站310中的第二驅動機構3105和豎直導軌3106可省略。
[0070]所述多個噴嘴3108可用于向金屬基元的上表面和下表面噴射清洗流體，例如，丙酮、酒精等有機溶劑，和/或水等無機溶劑。
[0071 ] 至少一個傳感器3107可包括激光測距傳感器、位置傳感器、激光掃描傳感器等。激光測距傳感器可測量金屬基元相對于該傳感器的距離，并根據其他已知參數計算金屬基元306相對于清潔輥3102、3103的位置。位置傳感器可用于檢測金屬基元306相對于第一工作站310的位置，或者金屬基元306相對于清潔輥3102、3103的位置。激光掃描傳感器可用于檢測金屬基元306的高度，從而能夠根據金屬基元306的高度調節兩個清潔棍3102、3103之間的間隙的寬度。
[0072]下面結合圖3、圖4和圖8對第一工作站的控制過程進行說明。
[0073]當金屬基元306被傳送輥305傳送到接近清潔輥3102、3103的位置時，傳感器3107可對感測金屬基元306進行感測，并向控制站340發出感測數據。控制站340中的處理器(未示出)經由接收器(未示出)接收到這些數據后，對數據進行處理并獲得處理結果(金屬基元306的位置或相對位置、金屬基元306的尺寸等)，并根據處理結果通過發射器(未示出)向第一驅動機構3104、第二驅動機構3105和清洗流體源307(見圖8)發出各種控制指令。根據相應的控制指令，第一驅動機構3104驅動清潔輥3102、3103旋轉，第二驅動機構3105驅動清潔輥3102、3103在豎直方向上運動，以調節兩個清潔輥3102、3103之間的間距，清洗流體源307向所述多個噴嘴3108提供清洗流體。
[0074]需要說明的是，圖4中所示的第一驅動機構3104、第二驅動機構3105、傳感器3107和噴嘴3108的位置和數目僅是示例性的，本領域技術人員可根據具體工藝需要對它們進行相應的調整。
[0075]清洗單元的第二工作站
[0076]如圖5所示，第二工作站320包括:框架3201;安裝在框架3201的上梁上的水平導軌3206;安裝在框架3201上并且在水平方向上位置固定的固定清潔輥3202;連接到水平導軌3206并可相對于水平導軌3206在水平方向上運動的活動清潔輥3203;用于分別驅動清潔輥3202，3203旋轉的兩個第一驅動裝置3204;和用于驅動活動清潔輥3203在水平方向上移動的第二驅動裝置3205。此外，第一工作站320還可包括安裝在框架3201上的至少一個傳感器3207和多個噴嘴3208。
[0077]結合圖3和圖4可以看出，兩個清潔輥3202、3203豎直地放置，并且在二者之間留有適當的間隙，以便金屬基元306能夠被輸送通過該間隙。兩個第一驅動機構3204(例如，電機)可分別驅動兩個清潔輥3202、3203旋轉，以帶動清潔輥上的擦洗部分對從間隙中穿過的金屬基元的側表面進行擦洗。兩個清潔輥之間的間隙可調節，例如通過第二驅動機構3205(例如，另一電機)驅動活動清潔輥3203沿水平導軌3206在水平方向上運動。
[0078]與第一工作站類似，多個噴嘴3208可用于向金屬基元的側表面噴射清洗流體，例如，丙酮、酒精等有機溶劑，和/或水等無機溶劑。至少一個傳感器3207可包括激光測距傳感器、位置傳感器、激光掃描傳感器等。激光測距傳感器可測量金屬基元相對于該傳感器的距離，并根據其他已知參數計算金屬基元306相對于清潔輥3202、3203的位置。位置傳感器可用于檢測金屬基元306相對于第一工作站320的位置，或者金屬基元306相對于清潔輥3202、3203的位置。激光掃描傳感器可用于檢測金屬基元306的高度，從而能夠根據金屬基元306的寬度調節兩個清潔輥3202、3203之間的間隙的寬度。
[0079]當金屬基元306被傳送輥305傳送到接近清潔輥3202、3203的位置時，傳感器3207可對感測金屬基元306進行感測，并向控制站340(見圖7)發出感測數據。控制站340中的處理器接收到這些數據后，對數據進行處理并獲得處理結果(金屬基元306的位置或相對位置、金屬基元306的尺寸等)，并根據處理結果向第一驅動機構3204、第二驅動機構3205和清洗流體源307(見圖7)發出各種控制指令。根據相應的控制指令，第一驅動機構3204驅動清潔輥3202、3203旋轉，第二驅動機構3205驅動清潔輥3203在水平方向上運動，清洗流體源307向所述多個噴嘴3208提供清洗流體。
[0080]下面將結合圖8介紹第二工作站320的清潔輥3202，3203的具體操作。
[0081]在一個示例性的實施例中，如圖3所示，金屬基元306在俯視時具有矩形形狀。此時，當傳感器3207感測到金屬基元306的前端面到達與清潔輥3202，3203對應的適當位置時，傳感器3207向控制站340發送信息。基于接收到的信息，控制站340可控制第二傳送機構302的傳送輥305停止運動，從而金屬基元停止運動。然后控制站340控制第一驅動機構3204和第二驅動機構3205，使得活動清潔輥3203—邊旋轉一邊在水平方向上移動，以清洗金屬基元306的前端面。當金屬基元306的前端面被清洗完畢后，第二驅動機構3205控制活動清潔輥3203返回到位于金屬基元306側面的位置。接下來，控制器340指令第二傳送機構302的傳送棍305重新開始旋轉以傳送金屬基元306通過固定清潔棍3202與活動清潔棍3203之間的間隙。在此過程中，固定清潔輥3202和活動清潔輥3203均保持在金屬基元306側面的位置并旋轉，以清洗金屬基元306的兩個側面。當傳感器3207感測到金屬基元306的后端面到達與清潔輥3202，3203對應的適當位置時，傳感器3207向控制站340發送信息。控制站340可控制第三傳送機構303的傳送輥305停止運動，從而金屬基元停止運動。然后控制站340控制第一驅動機構3204和第二驅動機構3205，使得活動清潔輥3203—邊旋轉一邊在水平方向上移動，以清洗金屬基元306的后端面。當金屬基元306的后端面被清洗完畢后，第二驅動機構3205控制活動清潔輥3203返回到位于金屬基元306側面的位置。最后，控制器340再次指令第三傳送機構303的傳送輥305重新開始旋轉以帶動金屬基元306離開第二工作站320。
[0082]第二工作站的一個替換實施例如圖6所示，圖6所示的第二工作站的實施例與圖5所示的實施例相似，只是清潔輥3202，連接到水平導軌3206，并可相對于水平導軌3206，在水平方向上運動。也就是說，圖6示出了兩個豎直布置的活動清潔輥3202，，3203。
[0083]圖6所示的第二工作站320’的構造同樣適用于具有矩形形狀的金屬基元。此外，根據該替換實施例的第二工作站320’還適用于具有其他形狀(例如，圓形、跑道形等)的金屬基元。以圓形的金屬基元為例，當傳感器3207感測到金屬基元的形狀為圓形時，控制站340可控制第一驅動機構3204和第二驅動機構3205使兩個活動清潔輥3202’，3203移動到工作站的中間位置，使二者相鄰地布置。隨著金屬基元306被緩慢地移動到第二工作站320，，第一驅動機構3204和第二驅動機構3205使兩個活動清潔輥3202’，3203貼合圓形金屬基元的側面形狀一邊旋轉，一邊向圖6的左和右兩側移動，以清潔金屬基元的前半部分的側面。當金屬基元306恰好有一半通過第二工作站320，時，活動清潔輥3202，，3203之間的距離達到最大，此后，第一驅動機構3204和第二驅動機構3205控制兩個活動清潔輥3202’，3203貼合圓形金屬基元的側面形狀一邊旋轉，一邊向圖6的中間位置移動，以清潔金屬基元的后半部分的側面。通過這種方式，第二工作站320’能夠適應各種不同形狀的金屬基元。
[0084]需要說明的是，圖5和圖6中所示的第一驅動機構3204、第二驅動機構3205、傳感器3207和噴嘴3208的位置和數目僅是示例性的，本領域技術人員可根據具體工藝需要對它們進行相應的調整。
[0085]清洗單元的第三工作站
[0086]如圖7所示，第三工作站330包括:框架3301;布置在框架3301上的多條流體管道3302;安裝在流體管道3302上多個噴嘴3303。此外，第三工作站330還可包括安裝在框架3301上的至少一個傳感器3307。
[0087]通過第一工作站310和第二工作站320/320’之后的金屬基元的表面上可能仍然殘留著帶有各種雜質、污漬的清洗流體。因此，應當對清洗后的金屬基元進行相應的后處理操作。第三工作站330的流體管道3302可連接到一個或多個后處理流體源308，后處理流體源308可向噴嘴3307提供各種后處理流體，例如，丙酮、酒精、純化水或去離子水、熱空氣等。可根據工藝的需要進行選擇。例如，可通過第三工作站330的一部分噴嘴3307向金屬基元的各個表面噴射純凈的丙酮、酒精或水，以清除金屬基元表面的混有雜質、污漬的殘余清洗流體。之后，另一部分噴嘴3307可向金屬基元的各個表面吹送熱風，以加速丙酮、酒精或水的揮發，從而干燥金屬基元的各個表面。
[0088]下面將結合圖8介紹第三工作站330的具體操作。
[0089]當感測到金屬基元到達第三工作站330時，傳感器3307向控制站340發送信號。收到信號的控制站340向后處理流體源308發送指令。后處理流體源308收到指令后，向一部分噴嘴3307提供丙酮，并通過噴嘴3307朝向金屬基元的各個表面噴射，以清除金屬基元表面的混有雜質、污漬的殘余清洗流體。之后，后處理流體源308向另一部分噴嘴3307提供熱的并且干燥的空氣流，以朝向金屬基元的各個表面吹送，使金屬基元表面殘留的丙酮揮發干凈。在此過程中，控制站340還可以令第三傳送機構303和第四傳送機構304的傳送輥305停止轉動，以提供足夠的后處理時間。
[0090]需要說明的是，圖7中所示的傳感器3307和噴嘴3303的位置和數目僅是示例性的，本領域技術人員可根據具體工藝需要對它們進行相應的調整。
[0091]可以預見地，根據工藝需要，本領域技術人員還可以提供位于第三工作站330之前或之后的具有類似功能的其他工作站。例如，在第三工作站之前可以提供一個第四工作站，用于對清洗后的金屬基元進行擦拭，以清除金屬基元表面上存留的清洗流體，從而第三工作站可以僅向金屬基元噴射具有干燥作用的熱氣流。又例如，可以將第三工作站的拆分成依次布置的兩個獨立的工作站，前一個向金屬基元噴射純凈的流體，后一個向金屬基元噴射干燥空氣。
[0092]堆垛單元
[0093]如上文所述，堆垛單元是本發明的制造系統的必不可少的組成部分。因此，本發明的第三方面涉及一種用于金屬構筑成形制造系統的堆垛單元。接下來將結合圖9和圖10所示的實施例對制造系統的堆垛單元進行詳細的說明。
[0094]如圖9和10所示，堆垛單元400包括運送設備410和堆垛工作站420。在示例性的實施例中，堆垛單元400還可包括控制站440，用于對堆垛單元400中的各種設備和裝置的操作進行控制。控制站440的配置可以與前文所述的控制站340類似。
[0095]運送設備410配置為運送多個金屬基元至堆垛工作站420并將多個金屬基元在堆垛工作站420中堆疊在一起，形成基本預定的形狀。例如，運送設備410包括可行走式磁力吊，其可通過磁力吸附金屬基元并將其運送到堆垛工作站420，并將多個金屬基元402依次堆疊放置在堆垛工作站420中。
[0096]堆垛工作站420的示例性構造如圖9所示。堆垛工作站420包括定位基準設定機構421、位置調整機構422和工作臺423。多個金屬基元402堆疊放置在工作臺423上。雖然圖9中僅示出了一個定位基準設定機構421和一個位置調整機構422，但是，本領域技術人員可以理解，為了實現物體在平面上的精確定位，需要平面內的兩個不同方向上提供定位基準。因此，雖然圖中未示出，但實際上堆垛工作站420至少包括兩個定位基準設定機構421和兩個位置調整機構422，其中的一個定位基準設定機構421(圖9中的左側)和一個位置調整機構422(圖9中的右側)在圖9中示出，另一則分別設置在工作臺423的前方和后方，只是為了便于呈現堆垛工作站420的工作過程而省略。
[0097]每個定位基準設定機構421包括:框架4211;定位部件4212(例如，擋板或擋塊等)；設置在框架4211上用于調整定位部件4212的水平位置的水平調整機構4214;設置在框架4211上用于調整定位部件4212的垂直高度的垂直調整機構4215;和至少一個傳感器4213。
[0098]每個位置調整機構422包括:框架4221;沿水平方向布置的抵推部件(例如，推桿或頂桿等)4222;設置在框架4221上用于在水平方向上推動抵推部件4222的水平驅動機構4224;設置在框架4221上用于調整定位部件4222的垂直高度的垂直調整機構4225;和至少一個傳感器4223。定位基準設定機構421的至少一個傳感器4213可包括激光掃描傳感器，該傳感器被配置為掃描工作臺423上待調整的金屬基元，以獲得其位置信息和尺寸信息等，并將這些信息發送給控制站440。此外，所述至少一個傳感器4213還可包括位置傳感器，其配置為感測定位部件的位置信息，并將該位置信息發送給控制站440。控制站440根據這些信息后生成多個命令，這些命令被分別發送至水平調整機構4214和垂直調整機構4215，以設定定位部件4212的水平位置，并使其垂直高度與待調整的金屬基元402的高度一致。
[0099]位置調整機構422的傳感器4223可包括位置傳感器，該位置傳感器被配置為確定抵推部件4222的位置信息，并將該位置信息發送給控制站440。控制站440根據這些信息后生成多個命令，這些命令被分別發送至抵推部4222件的水平驅動機構4224和垂直調整機構4225，以設定抵推部件4222的位置，以使抵推部件4222的垂直高度與待調整的金屬基元402的垂直高度一致，并在水平方向上推動抵推部件4222，抵推部件4222抵推金屬基元402從而對金屬基元402的水平位置進行調整。
[0100]通過上述方式，可完成金屬基元402在水平平面上的第一方向上的位置調整。類似地，通過相互配合的第二個定位基準設定機構和第二個位置調整機構可調整金屬基元402在水平平面上的第二方向上的位置。優選地，第一方向與第二方向相互垂直。在堆垛完成后，多塊金屬基元的位置對齊，側面位于同一平面，形成一個整體。
[0101]為了將堆垛好的金屬基元的相對位置固定下來，堆垛單元還可包括焊接設備430。焊接設備430可以是焊接機器人，可對相鄰金屬基元之間的接縫進行點焊，以使它們彼此固定連接。可選擇地，對于點焊形成的凹凸不平的部位，可用制造系統的配修單元進行打磨、修補等操作。作為圖9所示的焊接機器人的替換，焊接設備430也可以是真空電子束焊接設備，從而提供更高質量的焊接。
[0102]封裝單元
[0103]封裝單元用于將金屬基元堆封裝在真空環境中，以便在隨后的高溫鍛焊過程中，保持金屬基元的表面以及相鄰金屬基元的交界面不被氧化，從而使鍛焊效果更好，并最終獲得高質量的零件坯料。
[0104]因此，本發明的第四方面涉及一種用于金屬構筑成形制造系統的封裝單元。接下來將結合圖11至圖14所示的實施例對制造系統的封裝單元進行詳細的說明。
[0105]如圖11至14所示，示例性的封裝單元包括運送設備510、封箱制作站520、封裝站530和控制站540。控制站540的配置可以與前文所述的控制站340，440類似。
[0106]運送設備510與運送設備410類似，例如，可包括可行走式磁力吊，其可通過磁力吸附金屬板501并將其運送到封箱制作站520。優選地，可控制磁力吊改變金屬板501在運送過程中的定向。例如，所述運送設備可包括:支架，安裝在支架上的導軌;可沿導軌運動的升降機;和磁力翻轉機構，其配置為保持所述金屬板并將所述金屬板翻轉到預定定向。
[0107]如圖11所示，封箱制作站520包括:工作臺521;設置在工作臺521上的多跟定位柱522，它們被配置為對金屬板501進行定位，以形成上端和下端均開口的箱體;和焊接設備523，其被配置將相鄰的金屬板501焊接成一體。
[0108]在圖11中，四個金屬板501已經被預先定位的多個定位柱523限定在預定的位置上。雖然圖11中未示出所有的定位柱522，但本領域技術人員可以理解，每塊金屬板501兩側都設有定位柱522，并且至少一側設置至少兩個定位柱，以將金屬板501定位在適當的位置。然而，這僅是一種示例。在未示出的其他實施例中，每個金屬板501的兩側可分別僅設有一根定位柱，并且金屬板兩側的定位柱彼此相對并且具有足夠的寬度，以便將金屬板夾持在二者之間。本領域的技術人員可根據實際情況設定不同數目和形狀的定位柱，以實現金屬板的定位功能。
[0109]從圖11中可以看出，已經定位好的四個金屬板501形成一個上端和下端均開口的箱體。箱體的上方還有一個在運送設備(圖11中未示出)控制下正在下落(如圖11中的箭頭B所示)的第五金屬板501。該第五個金屬板501將落放在下方的四個金屬板501上，并且第五金屬板501的每個邊緣與一個相應的下方金屬板的邊緣對準。然后，焊接設備523將第五金屬板501與另外四個金屬板501的相互接觸的邊緣焊接在一起。這樣，箱體的上端將被封閉，從而獲得僅下方開口的箱體502(見圖12)。
[0110]需要說明的是，構成下方開口的箱體502的五個金屬板501可以是相同的金屬板，也可以是不同的金屬板。在一個示例性的實施例中，所有金屬板都是相同的正方形的金屬板，這樣將形成正方體的箱體502。在另一實施例中，構成箱體502的側面的四個金屬板可以是相同的長方形金屬板，而上述第五金屬板則具有正方形形狀。
[0111]作為一個示例，圖11中的工作臺521上設有多個孔形成的陣列，而定位柱522可設有與工作臺521上的孔向對應的孔，并且通過螺栓等部件穿過定位柱522和工作臺521的孔，能夠將定位柱522固定到工作臺521。在其他未示出的實施例中，定位柱522和工作臺521可分別具有其他各種構造，并且定位柱522可通過其他方式固定到工作臺521上。
[0112]如圖12所示，封裝站530包括工作臺531和焊接設備533。工作臺531上預先放置一塊金屬板501。堆垛好的多個金屬基元503放置在該金屬板501的中心位置，使得金屬板501的每一側均超出金屬基元503側面。該多個金屬基元503可以是在堆垛單元中已經通過焊接連接在一起的多個金屬基元，并且從堆垛單元運送到封裝單元中。
[0113]然而，在一個未示出的示例性實施例中，該封裝站也可以與堆垛單元400的堆垛工作站420合并。在該實施例中，工作臺531即為堆垛工作站420的工作臺423。也就是說，可以直接在堆垛工作站420中執行金屬基元的封裝操作，從而在堆垛金屬基元之后無需移動堆垛并連接在一起的金屬基元。
[0114]再次回到圖12，在金屬基元503的上方，下端開口的箱體502正在運送設備(圖12中未示出)的控制下沿箭頭C所示的方向緩緩下落。箱體502在下落過程中將箱體502下端的開口與金屬基元503對準，使得堆垛好的金屬基元503隨著箱體502的下落而通過該開口進入箱體502內。結果，箱體502將下落并放置在工作臺531上的金屬板501上，并且箱體502的下端的每個邊緣與金屬板501的相應邊緣對齊。隨后，焊接設備533(在封裝站530與堆垛工作站420合并的情況下，則為焊接設備430)將下端開口的箱體502與金屬板501焊接在一起，從而形成一個完整的封閉箱體504(圖13)。
[0115]為了使封裝后的金屬基元在隨后的鍛焊過程中處于真空環境下，優選地，還需要對封閉的箱體內部抽真空。因此，在示例性的實施例中，封裝單元還包括抽真空設備550(圖13和圖14)。抽真空設備550例如可以是真空栗或其他可用于抽真空的設備。為了便于對箱體抽真空，可以在構成箱體的六塊金屬板中的一塊金屬板501上預先提供抽真空用的接口。
[0116]圖13示出了用抽真空設備對封閉的箱體進行抽真空操作的工作原理圖。在圖13中，完整的封閉箱體504中封裝多個金屬基元503，相鄰的金屬基元503之間具有使它們彼此連接的多個焊點505。構成封閉箱體504的一個側面的金屬板上設有抽真空用的接口 506，抽真空設備(例如真空栗)550連接到接口506，以對封閉箱體504的內部抽真空，使得箱體504內封裝的金屬基元503處于真空環境。然后，將接口 506封閉，以維持封閉箱體504內的真空狀態。
[0117]圖14的方塊圖示意性地示出了封裝單元500的工作原理。控制站540可對封裝單元500的各項操作進行控制。例如，控制站540控制運送設備510以預定的定向提供多個金屬板501，使這些金屬板按照圖11所示定位。然后，控制站540控制封箱制作站520的焊接設備523將各個金屬板焊接在一起形成下端開口的箱體502。控制站540繼續控制運輸設備510將箱體502運送到封裝站530 (或堆垛單元的堆垛工作站420)，并將箱體502套在金屬基元503周圍，然后控制站540控制封裝站530的焊接設備533焊接箱體502與金屬基元下方的金屬板501形成封閉箱體504。最后，控制站540控制抽真空設備550對封閉箱體504抽真空。
[0118]在一個未示出的實施例中，封裝站也可以不用單獨形成一端開口的箱體，而是直接將多個金屬板分別貼合金屬基元堆的每個表面并且相鄰的金屬板的邊緣緊密接合，然后通過焊接設備直接將這多個金屬板焊接起來以形成封裝金屬基元堆的封閉的箱體。
[0119]根據該實施例的封裝設備可包括:
[0120]工作臺，第一金屬板放置在該工作臺上，并且所述預定的金屬基元堆的底面放置在該第一金屬板上；
[0121]運送設備，其配置為運送多個金屬板并控制每個金屬板的定向；
[0122]定位設備，其配置為將所述多個金屬板中的每個金屬板定位成分別貼合所述預定的金屬基元堆的除所述底面之外的一個相應的表面;和
[0123]焊接設備，其配置為將所述多個金屬板和所述第一金屬板焊接在一起以形成封裝所述預定的金屬基元堆的封閉的箱體。
[0124]在金屬基元僅簡單的單向堆疊的情況下(如圖9和圖12所示)，可以將上例中的封裝單元進行簡化，以獲得另一示例性的實施例(未示出)。在該實施例中，封裝單元可包括:
[0125]運送設備，其配置為運送多個金屬板并控制每個金屬板的定向；
[0126]定位設備，其配置為將所述多個金屬板中的每個金屬板的上端與所述預定的金屬基元堆中的最上層金屬基元對齊，并且將每個金屬板的下端與所述預定的金屬基元堆中的最下層金屬基元對齊，并使得相鄰的金屬板的側邊彼此接合;和
[0127]焊接設備，將每個金屬板的所述上端和下端分別焊接到所述最上層金屬基元和最下層金屬基元，并將相鄰金屬板的側邊焊接在一起，使得所述多個金屬板、所述最上層金屬基元和所述最下層金屬基元形成封裝的箱體。
[0128]至此，已經對本發明的用于金屬構筑成形工藝的制造系統及其清洗單元、堆垛單元和封裝單元的構造和工作原理進行了詳細說明。在本發明的教導下，本領域技術人員可對上述系統及各個單元的具體配置和構造做出各種顯而易見的修改和變型，這些修改和變型均應落入本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍由權利要求書中各權利要求的保護范圍確定。
【主權項】
1.一種清洗單元，其特征在于，所述清洗單元包括: 多個工作站;和 多個傳送機構，所述多個傳送機構配置為傳送金屬基元依次通過所述多個工作站。2.根據權利要求1所述的制造系統，其特征在于，所述多個工作站包括: 第一工作站，其配置為清洗金屬基元的上表面和下表面； 第二工作站，其配置為清洗金屬基元的側表面； 至少一個第三工作站，其配置為在清洗金屬基元的上表面、下表面和側表面之后，對擦拭、沖洗和/或烘干所述金屬基元;和 控制站，其配置為控制第一工作站、第二工作站和第三工作站的操作。3.根據權利要求2所述的制造系統，其特征在于，所述第一工作站包括: 第一框架； 相對設置的兩個豎直導軌，所述兩個豎直導軌安裝在所述第一框架上； 兩個清潔輥，每個清潔輥水平地連接到所述兩個豎直導軌并能夠相對于兩個豎直導軌在豎直方向上運動； 兩個第一驅動裝置，其配置為分別驅動所述兩個清潔輥旋轉;和 第二驅動裝置，其配置為驅動所述兩個清潔輥在豎直方向上移動。4.根據權利要求3所述的制造系統，其特征在于，所述第一工作站還包括: 至少一個傳感器，其配置為感測金屬基元的尺寸和形狀以及金屬基元相對于第一工作站的位置;和 多個噴嘴，其配置為向金屬基元的上表面和下表面噴射清洗流體。5.根據權利要求4所述的制造系統，其特征在于，所述控制站配置為接收來自所述至少一個傳感器的信息并基于所述信息控制所述第一工作站的操作。6.根據權利要求2所述的制造系統，其特征在于，所述第二工作站包括: 第二框架； 水平導軌，所述水平導軌安裝在所述第二框架上； 兩個清潔輥，其中至少一個清潔輥豎直地連接到所述水平導軌并能夠相對于所述水平導軌在水平方向上運動； 兩個第一驅動裝置，其配置為分別驅動所述兩個清潔輥旋轉;和 第二驅動裝置，其配置為驅動所述至少一個清潔輥在水平方向上移動。7.根據權利要求6所述的制造系統，其特征在于，所述第一工作站還包括: 至少一個傳感器，其配置為感測金屬基元相對于第一工作站的位置;和 多個噴嘴，其配置為向金屬基元的側表面噴射清洗流體。8.根據權利要求7所述的制造系統，其特征在于，所述控制站配置為接收來自所述至少一個傳感器的信息并基于所述信息控制所述第二工作站的操作。9.根據權利要求2所述的制造系統，其特征在于，所述第三工作站包括: 第三框架； 布置在所述第三框架上的流體管道;和 安裝在所述流體管道上多個噴嘴。10.根據權利要求9所述的制造系統，其特征在于，所述第三工作站還包括安裝在所述第三框架上的至少一個傳感器，并且所述控制站配置為接收來自所述至少一個傳感器的信息并基于所述信息控制所述第三工作站的操作。11.一種用于金屬構筑成形制造工藝的制造系統，其特征在于，該制造系統包括: 權利要求1至10中任一項所述的清洗單元，其配置為對金屬基元進行清洗； 堆垛單元，其配置為將清洗后的多個金屬基元堆垛成預定形狀； 封裝單元，其配置為將堆垛成預定形狀的所述多個金屬基元封裝成預制坯;和 鍛焊單元，其配置為對所述預制坯進行鍛焊以獲得零件毛坯。
【文檔編號】B65G47/92GK105834574SQ201610083195
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年2月6日
【發明人】孫明月, 徐斌, 夏立軍, 李殿中
【申請人】中國科學院金屬研究所