CN105834574A - 金属构筑成形制造系统及清洗单元 - Google Patents

Abstract

本发明的提出了一种清洗单元，包括：多个工作站；和多个传送机构，所述多个传送机构配置为传送金属基元依次通过所述多个工作站。本发明还提出了一种用于金属构筑成形制造工艺的制造系统。制造系统包括：清洗单元，其配置为对金属基元进行清洗；堆垛单元，其配置为将清洗后的多个金属基元堆垛成预定形状；封装单元，其配置为将堆垛成预定形状的所述多个金属基元封装成预制坯；和锻焊单元，其配置为对所述预制坯进行锻焊以获得零件毛坯。

Description

金属构筑成形制造系统及清洗单元

技术领域

本发明涉及机械制造领域，尤其是涉及一种用于金属构筑成形制造工艺的制造系统和清洗单元。

背景技术

当前，很多设备需要使用大型的金属构件，并且为了保证其能够提供相应的性能，这些金属构件需要有整块材料整体地制造。为了制造这些大型金属构件，需要提供尺寸非常大的整体金属坯料。

例如，大型核电机组的转子的直径可达数米。为了整体地制造该转子，需要采用五百吨以上的钢锭。然而，钢锭越大，钢锭的内部冶金质量越难保障，宏观偏析、中心疏松和晶粒粗大问题是制约钢锭质量的主要问题，特别是宏观偏析缺陷是国际性难题。为了解决该技术问题，本发明的发明人提出了一种金属构筑成形制造方法，即：首先，将多个金属基元堆垛或堆砌成具有预定尺寸和形状的金属基元堆，然后，对金属基元对进行封焊或封装以制成预制坯；之后，通过对预制坯进行锻焊，使多个金属基元之间的界面焊合以制成毛坯；最后，对毛坯进行机加工以制成金属零件。

为了尽可能地减少最终金属零件中的缺陷，在上述制造工艺中：

(1)需要确保金属基元的表面高度清洁，没有杂质以及表面氧化物残余；

(2)在金属基元的堆垛过程中，需确保各基元的位置对齐；以及

(3)对堆垛后的金属基元进行封焊时，需确保焊接质量，通常应在真空条件或保护气体氛围中进行；或者，对堆垛后的金属基元进行封装时，需要确保封箱内的真空环境。

此外，由于在进行大尺寸的金属部件的制作过程中，金属基元、封焊或封装后的预制坯、封箱等的尺寸和重量都非常大，因此难以进行人工操作，即使在某个步骤中辅助使用某些机械设备或工具，也依然难以高效、便利地完成整个制造工艺流程。

因此，鉴于上述问题，目前需要一种用于金属构筑成形制造工艺的制造系统和清洗单元。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于金属构筑成形制造工艺的制造系统，以便利、高效、稳定地实现该制造工艺，并保证制造出的产品零件的高质量。

根据本发明的一个方面，提出了一种清洗单元。

根据示例性的实施例，清洗单元包括：多个工作站；和多个传送机构，所述多个传送机构配置为传送金属基元依次通过所述多个工作站。

根据进一步的实施例，所述多个工作站包括：第一工作站，其配置为清洗金属基元的上表面和下表面；第二工作站，其配置为清洗金属基元的侧表面；至少一个第三工作站，其配置为在清洗金属基元的上表面、下表面和侧表面之后，对擦拭、冲洗和/或烘干所述金属基元；和控制站，其配置为控制第一工作站、第二工作站和第三工作站的操作。

根据进一步的实施例，所述第一工作站包括：第一框架；相对设置的两个竖直导轨，所述两个竖直导轨安装在所述第一框架上；两个清洁辊，每个清洁辊水平地连接到所述两个竖直导轨并可相对于两个竖直导轨在竖直方向上运动；两个第一驱动装置，其配置为分别驱动所述两个清洁辊旋转；和第二驱动装置，其配置为驱动所述两个清洁辊在竖直方向上移动。

根据另一实施例，所述第一工作站还包括：至少一个传感器，其配置为感测金属基元的尺寸和形状以及金属基元相对于第一工作站的位置；和多个喷嘴，其配置为向金属基元的上表面和下表面喷射清洗流体。

根据进一步的实施例，所述控制站配置为接收来自所述至少一个传感器的信息并基于所述信息控制所述第一工作站的操作。

根据另一实施例，所述第二工作站包括：第二框架；水平导轨，所述水平导轨安装在所述第二框架上；两个清洁辊，其中至少一个清洁辊竖直地连接到所述水平导轨并可相对于所述水平导轨在水平方向上运动；两个第一驱动装置，其配置为分别驱动所述两个清洁辊旋转；和第二驱动装置，其配置为驱动所述至少一个清洁辊在水平方向上移动。

根据另一实施例，第一工作站还包括：至少一个传感器，其配置为感测金属基元相对于第一工作站的位置；和多个喷嘴，其配置为向金属基元的侧表面喷射清洗流体。

根据进一步的实施例，所述控制站配置为接收来自所述至少一个传感器的信息并基于所述信息控制所述第二工作站的操作。

根据另一实施例，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体管道；和安装在所述流体管道上多个喷嘴。

根据另一实施例，所述第三工作站还可包括安装在所述第三框架上的至少一个传感器，并且所述控制站配置为接收来自所述至少一个传感器的信息并基于所述信息控制所述第三工作站的操作。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于金属构筑成形制造工艺的制造系统。

根据示例性的实施例，该制造系统包括：上述任一实施例所述的清洗单元，其配置为对金属基元进行清洗；堆垛单元，其配置为将清洗后的多个金属基元堆垛成预定形状；封装单元，其配置为将堆垛成预定形状的所述多个金属基元封装成预制坯；和锻焊单元，其配置为对所述预制坯进行锻焊以获得零件毛坯。

本发明的金属构筑成形制造系统，能够完美地适用于金属构筑成形制造工艺，并实现优质大尺寸金属器件的均质化、自动化、稳定化和低成本的制造。本发明的清洗单元能够对金属基元进行各个表面的清洗，并且能够适应金属基元的各种形状，从而确保后续工艺过程的顺利进行以及确保能够获得高质量的产品。

附图说明

图1A至图1J是金属构筑成形制造工艺的流程示意图；

图2是根据本发明的实施例的用于金属构筑成形制造工艺的制造系统的方块图；

图3是根据本发明的制造系统的清洗单元的透视示意图；

图4是根据本发明的制造系统的清洗单元的第一工作站的正视示意图；

图5是根据本发明的制造系统的清洗单元的第二工作站的正视示意图；

图6是根据本发明的制造系统的清洗单元的第二工作站的替换实施例正视示意图；

图7是根据本发明的制造系统的清洗单元的第三工作站的正视示意图；

图8是根据本发明的制造系统的清洗单元的方块图；

图9是根据本发明的制造系统的堆垛单元的透视示意图；

图10是根据本发明的制造系统的堆垛单元的方块图；

图11是根据本发明的制造系统的封装单元的封箱制作站的透视示意图；

图12是根据本发明的制造系统的封装单元的封装站的透视示意图；

图13是根据本发明的制造系统的封装单元的抽真空操作的原理图；

图14是是根据本发明的制造系统的封装单元的方块图。

具体实施方式

下文将参照附图对本发明的技术方案进行详细的说明。应当理解，下文的详细说明的目的在于使本领域技术人员更好地理解本发明，而不应当被解释为对本发明的保护范围的限定。在下文中，相同或相似的部件由相同或相似的附图标记指示。

为了便于理解本发明的制造系统，首先将对金属构筑成形制造工艺的基本原理进行简单的说明。

金属构筑成形制造工艺

附图1A至1J示出了金属构筑成形制造工艺的流程示意图。图1A中显示了金属坯料切割下料的过程。金属坯料101被切割工具102切割成金属坯料段。图1B中，机加工工具104对金属坯料段103进行机加工，形成具有预定尺寸的金属基元105。图1C中，多个金属基元105堆垛成预定的尺寸和形状后，用焊接设备106对其进行封焊，或者使用封装工具进行封装(图中未示出)，以获得预制坯108。图1D中，将预制坯108送入加热设备107中加热至预定温度。图1E中，将加热后的预制坯108放置在锻压设备109中沿堆叠方向进行镦粗。图1F中，将预制坯108镦粗到预定尺寸。图1G中，将镦粗后的预制坯108回炉进行材料的高温扩散。图1H和图1I中，用锻压设备109对预制坯108进行不同方向的镦粗，确保预制坯108的每个方向均实现适量的变形，并获得期望的尺寸和形状。图1J中，将最终变形成形的预制坯进行机加工以获得最终零件。

用于金属构筑成形制造工艺的制造系统

针对上述金属构筑成形制造工艺，根据本发明的一个方面，提出了一种制造系统。图2示出了根据本发明的用于金属构筑成形制造工艺的制造系统的方块图。根据本发明的一个实施例，该制造系统200包括：金属基元获取单元201、清洗单元202、分拣单元203、堆垛单元204、配修单元205、封装单元206、锻焊单元207以及检测与评价单元208。

如图2所示，在该实施例中，在金属基元获取单元201中获取用于金属构筑成形制造的金属基元。金属基元获取单元201可包括对金属原材料进行机加工的各种设备，根据金属原材料的形状，金属基元获取单元201可包括各种可能的设备。例如，当金属原材料为连铸坯时，金属基元获取单元201可包括：切割设备，用于将连铸坯切断为具有预定长度的金属坯料段；切削加工设备，用于将金属坯料段加工成具有预定尺寸和形状的基元坯料；以及磨削设备(例如，铣床、磨床)，使得基元坯料的表面平整、光滑、获得金属基元。金属基元获取单元201还可以包括滚压设备，以对金属基元的表面进行预硬化处理，使金属基元表面产生一定的残余应力。

在清洗单元202中，清洗金属基元，去除金属基元表面的粉尘、油污等污渍。清洗单元202的具体构成将在下文中详细说明。

在分检单元203中，对金属基元进行尺寸、成分检测。只有符合预定尺寸、成分的金属基元才能够进入流程中的下一操作步骤。分检模块可包括各种非接触式测量设备，例如线扫描激光测头等，以精确地测量金属基元的三维尺寸，和化学成分分析仪，以精确地测量金属基元的化学成分。尺寸和成分的测量结果可存储在数据库中，以供后续的其他操作过程中使用。

在堆垛单元204中，将金属基元堆垛成具有预定尺寸和形状的金属基元堆。堆垛单元204的具体构成将在下文中详细说明。

在修配单元205中，对堆垛后的金属基元堆的表面进行打磨以获得平整的表面。例如，修配单元205可包括工作台、打磨与除尘装置、用于对打磨除尘装置进行定位的激光扫描传感器、激光位移传感器等、以及用于控制修改单元205中的各组成部分的操作的控制柜。

在封装模块206中，用适当的封装材料(例如，金属板、金属箱体等)封装金属基元堆，形成预制坯，并确保封装后的金属基元堆处于真空环境中。封装单元206的具体构成将在下文中详细说明。

在锻焊单元207中，对预制坯进行锻焊处理，以获得金属部件毛坯。锻焊单元207可包括：加热设备，用于将预制坯加热到适于锻焊处理的预定温度；和锻压设备，用于对预制坯进行多向锻压操作，以使相邻金属基元充分焊合，消除界面、形成整体。锻焊单元207还可包括相应的液压机组、翻钢机、以及控制设备等。加热设备可包括送料机构、出料机构、连续式加热炉等。

在检测与评价单元208中，对金属部件坯料进行质量检查，以确定其是否含有各种可能的缺陷。检测与评价单元208可包括内部超声探伤机和表面渗透探伤机等，用于全自动地检测金属部件坯料中的各种缺陷。还可包括专用的处理器，用于处理分析检测结果，并给出评价结论，以确定该金属部件坯料是否合格，以及基于金属部件坯料中的缺陷，分析可采取的后续改进手段等。

需要说明的是，虽然根据该实施例的制造系统包括上述各种单元，然而并不是所有单元都是必须的。根据本发明的制造系统不一定需要具有以上所有单元。例如，如果金属基元由其他厂商专门负责制作和提供，那么根据本发明的制造系统可省略上述金属基元获取单元、分拣单元。如果专门提供的金属基元已在出厂进行了清洗，并且提供了良好的保护措施，那么上述清洗单元也可以省略。如果堆垛单元足以提供符合尺寸和形状要求的金属基元堆，那么上述修配单元也可以省略。在金属构筑制造工艺的整个流程都可以高质量的实现的情况下，其所获得的金属构件坯料基本上均可符合使用要求，并且因此，检测与评价单元也可以在一定情况下省略。

由此可见，对于根据本发明的制造系统200而言，只有堆垛单元204、封装单元206、锻焊单元207是必需的。

因此，根据一个示例性的实施例，用于金属构筑成形制造工艺的制造系统包括：堆垛单元204，其配置为将多个金属基元堆垛成预定形状；封装单元206，其配置为将堆垛成预定形状的所述多个金属基元封装成预制坯；和锻焊单元207，其配置为对所述预制坯进行锻焊以获得毛坯。

清洗单元

如上文所述，为了确保锻焊工艺的顺利实施，金属基元的清洗操作是非常重要的。因此，本发明的第二方面涉及一种用于金属构筑成形制造系统的清洗单元。

因此，根据一个示例性的实施例，制造系统堆垛系统除包括堆垛单元、封装单元和锻焊单元之外，还包括清洗单元，其配置为在堆垛金属基元之前，对金属基元进行清洗。

图3-7示意性地示出了清洗单元的示例性实施例。图3是该清洗单元的透视示意图；图4是该清洗单元的第一工作站的正视示意图；图5是该清洗单元的第二工作站的正视示意图；图6是该清洗单元的第二工作站的替换实施例的正视示意图；图7是该清洗单元的第三工作站的正视示意图；以及图8是该清洗单元的控制系统方块图。

接下来将结合图3-8对清洗单元的示例性实施例进行详细的说明。

如图3所示，示例性的清洗单元300包括依次布置的第一传送机构301、第二传送机构302、第三传送机构303和第四传送机构304，每个传送机构包括传送带或多个传送辊305，金属基元306通过传送辊305沿图中箭头A指示的方向依次传递通过这四个传送机构。相邻的传送机构之间设有工作站。具体地，第一传送机构301与第二传送机构302之间设有第一工作站310；第二传送机构302与第三传送机构303之间设有第二工作站320；第三传送机构303与第四传送机构304之间设有第三工作站310。根据实际需要，可以设置更多个传送机构以及工作站，以用于对金属基元进行各种不同的处理。

从图3中可以看出，第一工作站310可包括框架3101、两个清洁辊3102和3103、以及用于驱动清洁辊3102、3103的驱动装置(例如，电机)3104。然而，这只是一种简要的图示，具体的第一工作站的构造被示例性地图示在图4中，下文中将对其进行详细的说明。

第二工作站320可包括框架3201、两个清洁辊3202和3203、以及用于驱动清洁辊3202、3203的驱动装置(例如，电机)3204。然而，这只是一种简要的图示，具体的第二工作站的构造被示例性地图示在图5和图6中，下文中将对其进行详细的说明。

第三工作站330可包括框架3301和两个处理装置3302。根据不同的工艺设置，处理装置3302可以不同。例如，处理装置3302可以是喷射清洁水流的冲洗装置，也可以是喷射热风的干燥装置，或者用于安装擦拭部件等。第三工作站的一种示例性构造被图示在图7中，下文中将对其进行详细的说明。

在示例性的实施例中，清洗单元300还可以包括控制站340(图8)，用于对清洗单元整体以及清洗单元的各个工位的操作进行控制。控制站340可以构造或配置成对这些操作进行自动控制，也可以供操作人员根据相应的信息进行手动操作控制。控制站340内可包括用于实现控制的各种必要设备、装置和器件。例如，有线或无线信号接收器、处理器、有线或无线信号发射器等。控制站340例如可由现场配置的电脑或远程控制中心等实现。

清洗单元的第一工作站

如图4所示，第一工作站310包括：框架3101；安装在框架3101上的两个相对的竖直导轨3106；连接到竖直导轨3106并可相对于竖直导轨3106在竖直方向上运动的两个清洁辊3102，3103；用于分别驱动清洁辊3102，3103旋转的两个第一驱动装置3104；和用于驱动清洁辊3102，3103在竖直方向上移动的第二驱动装置3105。此外，第一工作站310还可包括安装在框架3101上的至少一个传感器3107和多个喷嘴3108。

本文中所述的“清洁辊”可包括可旋转的辊体和位于辊体外围的清洁部分，清洁部分例如可以是刷毛、或绒布、麻布等布料。

结合图3和图4可以看出，两个清洁辊3102、3103水平地放置，并且在二者之间留有适当的间隙，以便金属基元306能够被输送通过该间隙。两个第一驱动机构3104(例如，电机)可分别驱动两个清洁辊3102、3103旋转，以带动清洁辊上的擦洗部分在从间隙中穿过的金属基元的表面上擦洗。两个清洁辊之间的间隙可调节，例如通过第二驱动机构3105(例如，另一电机)分别驱动两个清洁辊3102、3103沿竖直导轨3106在竖直方向上运动，以使该间隙能够适应不同的形状或尺寸的金属基元。当然，如果金属基元的形状和尺寸是预先设定好的，那么也可以不调节两个清洁辊3102、3103之间的间隙，此时，第一工作站310中的第二驱动机构3105和竖直导轨3106可省略。

所述多个喷嘴3108可用于向金属基元的上表面和下表面喷射清洗流体，例如，丙酮、酒精等有机溶剂，和/或水等无机溶剂。

至少一个传感器3107可包括激光测距传感器、位置传感器、激光扫描传感器等。激光测距传感器可测量金属基元相对于该传感器的距离，并根据其他已知参数计算金属基元306相对于清洁辊3102、3103的位置。位置传感器可用于检测金属基元306相对于第一工作站310的位置，或者金属基元306相对于清洁辊3102、3103的位置。激光扫描传感器可用于检测金属基元306的高度，从而能够根据金属基元306的高度调节两个清洁辊3102、3103之间的间隙的宽度。

下面结合图3、图4和图8对第一工作站的控制过程进行说明。

当金属基元306被传送辊305传送到接近清洁辊3102、3103的位置时，传感器3107可对感测金属基元306进行感测，并向控制站340发出感测数据。控制站340中的处理器(未示出)经由接收器(未示出)接收到这些数据后，对数据进行处理并获得处理结果(金属基元306的位置或相对位置、金属基元306的尺寸等)，并根据处理结果通过发射器(未示出)向第一驱动机构3104、第二驱动机构3105和清洗流体源307(见图8)发出各种控制指令。根据相应的控制指令，第一驱动机构3104驱动清洁辊3102、3103旋转，第二驱动机构3105驱动清洁辊3102、3103在竖直方向上运动，以调节两个清洁辊3102、3103之间的间距，清洗流体源307向所述多个喷嘴3108提供清洗流体。

需要说明的是，图4中所示的第一驱动机构3104、第二驱动机构3105、传感器3107和喷嘴3108的位置和数目仅是示例性的，本领域技术人员可根据具体工艺需要对它们进行相应的调整。

清洗单元的第二工作站

如图5所示，第二工作站320包括：框架3201；安装在框架3201的上梁上的水平导轨3206；安装在框架3201上并且在水平方向上位置固定的固定清洁辊3202；连接到水平导轨3206并可相对于水平导轨3206在水平方向上运动的活动清洁辊3203；用于分别驱动清洁辊3202，3203旋转的两个第一驱动装置3204；和用于驱动活动清洁辊3203在水平方向上移动的第二驱动装置3205。此外，第一工作站320还可包括安装在框架3201上的至少一个传感器3207和多个喷嘴3208。

结合图3和图4可以看出，两个清洁辊3202、3203竖直地放置，并且在二者之间留有适当的间隙，以便金属基元306能够被输送通过该间隙。两个第一驱动机构3204(例如，电机)可分别驱动两个清洁辊3202、3203旋转，以带动清洁辊上的擦洗部分对从间隙中穿过的金属基元的侧表面进行擦洗。两个清洁辊之间的间隙可调节，例如通过第二驱动机构3205(例如，另一电机)驱动活动清洁辊3203沿水平导轨3206在水平方向上运动。

与第一工作站类似，多个喷嘴3208可用于向金属基元的侧表面喷射清洗流体，例如，丙酮、酒精等有机溶剂，和/或水等无机溶剂。至少一个传感器3207可包括激光测距传感器、位置传感器、激光扫描传感器等。激光测距传感器可测量金属基元相对于该传感器的距离，并根据其他已知参数计算金属基元306相对于清洁辊3202、3203的位置。位置传感器可用于检测金属基元306相对于第一工作站320的位置，或者金属基元306相对于清洁辊3202、3203的位置。激光扫描传感器可用于检测金属基元306的高度，从而能够根据金属基元306的宽度调节两个清洁辊3202、3203之间的间隙的宽度。

当金属基元306被传送辊305传送到接近清洁辊3202、3203的位置时，传感器3207可对感测金属基元306进行感测，并向控制站340(见图7)发出感测数据。控制站340中的处理器接收到这些数据后，对数据进行处理并获得处理结果(金属基元306的位置或相对位置、金属基元306的尺寸等)，并根据处理结果向第一驱动机构3204、第二驱动机构3205和清洗流体源307(见图7)发出各种控制指令。根据相应的控制指令，第一驱动机构3204驱动清洁辊3202、3203旋转，第二驱动机构3205驱动清洁辊3203在水平方向上运动，清洗流体源307向所述多个喷嘴3208提供清洗流体。

下面将结合图8介绍第二工作站320的清洁辊3202，3203的具体操作。

在一个示例性的实施例中，如图3所示，金属基元306在俯视时具有矩形形状。此时，当传感器3207感测到金属基元306的前端面到达与清洁辊3202，3203对应的适当位置时，传感器3207向控制站340发送信息。基于接收到的信息，控制站340可控制第二传送机构302的传送辊305停止运动，从而金属基元停止运动。然后控制站340控制第一驱动机构3204和第二驱动机构3205，使得活动清洁辊3203一边旋转一边在水平方向上移动，以清洗金属基元306的前端面。当金属基元306的前端面被清洗完毕后，第二驱动机构3205控制活动清洁辊3203返回到位于金属基元306侧面的位置。接下来，控制器340指令第二传送机构302的传送辊305重新开始旋转以传送金属基元306通过固定清洁辊3202与活动清洁辊3203之间的间隙。在此过程中，固定清洁辊3202和活动清洁辊3203均保持在金属基元306侧面的位置并旋转，以清洗金属基元306的两个侧面。当传感器3207感测到金属基元306的后端面到达与清洁辊3202，3203对应的适当位置时，传感器3207向控制站340发送信息。控制站340可控制第三传送机构303的传送辊305停止运动，从而金属基元停止运动。然后控制站340控制第一驱动机构3204和第二驱动机构3205，使得活动清洁辊3203一边旋转一边在水平方向上移动，以清洗金属基元306的后端面。当金属基元306的后端面被清洗完毕后，第二驱动机构3205控制活动清洁辊3203返回到位于金属基元306侧面的位置。最后，控制器340再次指令第三传送机构303的传送辊305重新开始旋转以带动金属基元306离开第二工作站320。

第二工作站的一个替换实施例如图6所示，图6所示的第二工作站的实施例与图5所示的实施例相似，只是清洁辊3202’连接到水平导轨3206’并可相对于水平导轨3206’在水平方向上运动。也就是说，图6示出了两个竖直布置的活动清洁辊3202’，3203。

图6所示的第二工作站320’的构造同样适用于具有矩形形状的金属基元。此外，根据该替换实施例的第二工作站320’还适用于具有其他形状(例如，圆形、跑道形等)的金属基元。以圆形的金属基元为例，当传感器3207感测到金属基元的形状为圆形时，控制站340可控制第一驱动机构3204和第二驱动机构3205使两个活动清洁辊3202’，3203移动到工作站的中间位置，使二者相邻地布置。随着金属基元306被缓慢地移动到第二工作站320’，第一驱动机构3204和第二驱动机构3205使两个活动清洁辊3202’，3203贴合圆形金属基元的侧面形状一边旋转，一边向图6的左和右两侧移动，以清洁金属基元的前半部分的侧面。当金属基元306恰好有一半通过第二工作站320’时，活动清洁辊3202’，3203之间的距离达到最大，此后，第一驱动机构3204和第二驱动机构3205控制两个活动清洁辊3202’，3203贴合圆形金属基元的侧面形状一边旋转，一边向图6的中间位置移动，以清洁金属基元的后半部分的侧面。通过这种方式，第二工作站320’能够适应各种不同形状的金属基元。

需要说明的是，图5和图6中所示的第一驱动机构3204、第二驱动机构3205、传感器3207和喷嘴3208的位置和数目仅是示例性的，本领域技术人员可根据具体工艺需要对它们进行相应的调整。

清洗单元的第三工作站

如图7所示，第三工作站330包括：框架3301；布置在框架3301上的多条流体管道3302；安装在流体管道3302上多个喷嘴3303。此外，第三工作站330还可包括安装在框架3301上的至少一个传感器3307。

通过第一工作站310和第二工作站320/320’之后的金属基元的表面上可能仍然残留着带有各种杂质、污渍的清洗流体。因此，应当对清洗后的金属基元进行相应的后处理操作。第三工作站330的流体管道3302可连接到一个或多个后处理流体源308，后处理流体源308可向喷嘴3307提供各种后处理流体，例如，丙酮、酒精、纯化水或去离子水、热空气等。可根据工艺的需要进行选择。例如，可通过第三工作站330的一部分喷嘴3307向金属基元的各个表面喷射纯净的丙酮、酒精或水，以清除金属基元表面的混有杂质、污渍的残余清洗流体。之后，另一部分喷嘴3307可向金属基元的各个表面吹送热风，以加速丙酮、酒精或水的挥发，从而干燥金属基元的各个表面。

下面将结合图8介绍第三工作站330的具体操作。

当感测到金属基元到达第三工作站330时，传感器3307向控制站340发送信号。收到信号的控制站340向后处理流体源308发送指令。后处理流体源308收到指令后，向一部分喷嘴3307提供丙酮，并通过喷嘴3307朝向金属基元的各个表面喷射，以清除金属基元表面的混有杂质、污渍的残余清洗流体。之后，后处理流体源308向另一部分喷嘴3307提供热的并且干燥的空气流，以朝向金属基元的各个表面吹送，使金属基元表面残留的丙酮挥发干净。在此过程中，控制站340还可以令第三传送机构303和第四传送机构304的传送辊305停止转动，以提供足够的后处理时间。

需要说明的是，图7中所示的传感器3307和喷嘴3303的位置和数目仅是示例性的，本领域技术人员可根据具体工艺需要对它们进行相应的调整。

可以预见地，根据工艺需要，本领域技术人员还可以提供位于第三工作站330之前或之后的具有类似功能的其他工作站。例如，在第三工作站之前可以提供一个第四工作站，用于对清洗后的金属基元进行擦拭，以清除金属基元表面上存留的清洗流体，从而第三工作站可以仅向金属基元喷射具有干燥作用的热气流。又例如，可以将第三工作站的拆分成依次布置的两个独立的工作站，前一个向金属基元喷射纯净的流体，后一个向金属基元喷射干燥空气。

堆垛单元

如上文所述，堆垛单元是本发明的制造系统的必不可少的组成部分。因此，本发明的第三方面涉及一种用于金属构筑成形制造系统的堆垛单元。接下来将结合图9和图10所示的实施例对制造系统的堆垛单元进行详细的说明。

如图9和10所示，堆垛单元400包括运送设备410和堆垛工作站420。在示例性的实施例中，堆垛单元400还可包括控制站440，用于对堆垛单元400中的各种设备和装置的操作进行控制。控制站440的配置可以与前文所述的控制站340类似。

运送设备410配置为运送多个金属基元至堆垛工作站420并将多个金属基元在堆垛工作站420中堆叠在一起，形成基本预定的形状。例如，运送设备410包括可行走式磁力吊，其可通过磁力吸附金属基元并将其运送到堆垛工作站420，并将多个金属基元402依次堆叠放置在堆垛工作站420中。

堆垛工作站420的示例性构造如图9所示。堆垛工作站420包括定位基准设定机构421、位置调整机构422和工作台423。多个金属基元402堆叠放置在工作台423上。虽然图9中仅示出了一个定位基准设定机构421和一个位置调整机构422，但是，本领域技术人员可以理解，为了实现物体在平面上的精确定位，需要平面内的两个不同方向上提供定位基准。因此，虽然图中未示出，但实际上堆垛工作站420至少包括两个定位基准设定机构421和两个位置调整机构422，其中的一个定位基准设定机构421(图9中的左侧)和一个位置调整机构422(图9中的右侧)在图9中示出，另一则分别设置在工作台423的前方和后方，只是为了便于呈现堆垛工作站420的工作过程而省略。

每个定位基准设定机构421包括：框架4211；定位部件4212(例如，挡板或挡块等)；设置在框架4211上用于调整定位部件4212的水平位置的水平调整机构4214；设置在框架4211上用于调整定位部件4212的垂直高度的垂直调整机构4215；和至少一个传感器4213。

每个位置调整机构422包括：框架4221；沿水平方向布置的抵推部件(例如，推杆或顶杆等)4222；设置在框架4221上用于在水平方向上推动抵推部件4222的水平驱动机构4224；设置在框架4221上用于调整定位部件4222的垂直高度的垂直调整机构4225；和至少一个传感器4223。定位基准设定机构421的至少一个传感器4213可包括激光扫描传感器，该传感器被配置为扫描工作台423上待调整的金属基元，以获得其位置信息和尺寸信息等，并将这些信息发送给控制站440。此外，所述至少一个传感器4213还可包括位置传感器，其配置为感测定位部件的位置信息，并将该位置信息发送给控制站440。控制站440根据这些信息后生成多个命令，这些命令被分别发送至水平调整机构4214和垂直调整机构4215，以设定定位部件4212的水平位置，并使其垂直高度与待调整的金属基元402的高度一致。

位置调整机构422的传感器4223可包括位置传感器，该位置传感器被配置为确定抵推部件4222的位置信息，并将该位置信息发送给控制站440。控制站440根据这些信息后生成多个命令，这些命令被分别发送至抵推部4222件的水平驱动机构4224和垂直调整机构4225，以设定抵推部件4222的位置，以使抵推部件4222的垂直高度与待调整的金属基元402的垂直高度一致，并在水平方向上推动抵推部件4222，抵推部件4222抵推金属基元402从而对金属基元402的水平位置进行调整。

通过上述方式，可完成金属基元402在水平平面上的第一方向上的位置调整。类似地，通过相互配合的第二个定位基准设定机构和第二个位置调整机构可调整金属基元402在水平平面上的第二方向上的位置。优选地，第一方向与第二方向相互垂直。在堆垛完成后，多块金属基元的位置对齐，侧面位于同一平面，形成一个整体。

为了将堆垛好的金属基元的相对位置固定下来，堆垛单元还可包括焊接设备430。焊接设备430可以是焊接机器人，可对相邻金属基元之间的接缝进行点焊，以使它们彼此固定连接。可选择地，对于点焊形成的凹凸不平的部位，可用制造系统的配修单元进行打磨、修补等操作。作为图9所示的焊接机器人的替换，焊接设备430也可以是真空电子束焊接设备，从而提供更高质量的焊接。

封装单元

封装单元用于将金属基元堆封装在真空环境中，以便在随后的高温锻焊过程中，保持金属基元的表面以及相邻金属基元的交界面不被氧化，从而使锻焊效果更好，并最终获得高质量的零件坯料。

因此，本发明的第四方面涉及一种用于金属构筑成形制造系统的封装单元。接下来将结合图11至图14所示的实施例对制造系统的封装单元进行详细的说明。

如图11至14所示，示例性的封装单元包括运送设备510、封箱制作站520、封装站530和控制站540。控制站540的配置可以与前文所述的控制站340，440类似。

运送设备510与运送设备410类似，例如，可包括可行走式磁力吊，其可通过磁力吸附金属板501并将其运送到封箱制作站520。优选地，可控制磁力吊改变金属板501在运送过程中的定向。例如，所述运送设备可包括：支架，安装在支架上的导轨；可沿导轨运动的升降机；和磁力翻转机构，其配置为保持所述金属板并将所述金属板翻转到预定定向。

如图11所示，封箱制作站520包括：工作台521；设置在工作台521上的多跟定位柱522，它们被配置为对金属板501进行定位，以形成上端和下端均开口的箱体；和焊接设备523，其被配置将相邻的金属板501焊接成一体。

在图11中，四个金属板501已经被预先定位的多个定位柱523限定在预定的位置上。虽然图11中未示出所有的定位柱522，但本领域技术人员可以理解，每块金属板501两侧都设有定位柱522，并且至少一侧设置至少两个定位柱，以将金属板501定位在适当的位置。然而，这仅是一种示例。在未示出的其他实施例中，每个金属板501的两侧可分别仅设有一根定位柱，并且金属板两侧的定位柱彼此相对并且具有足够的宽度，以便将金属板夹持在二者之间。本领域的技术人员可根据实际情况设定不同数目和形状的定位柱，以实现金属板的定位功能。

从图11中可以看出，已经定位好的四个金属板501形成一个上端和下端均开口的箱体。箱体的上方还有一个在运送设备(图11中未示出)控制下正在下落(如图11中的箭头B所示)的第五金属板501。该第五个金属板501将落放在下方的四个金属板501上，并且第五金属板501的每个边缘与一个相应的下方金属板的边缘对准。然后，焊接设备523将第五金属板501与另外四个金属板501的相互接触的边缘焊接在一起。这样，箱体的上端将被封闭，从而获得仅下方开口的箱体502(见图12)。

需要说明的是，构成下方开口的箱体502的五个金属板501可以是相同的金属板，也可以是不同的金属板。在一个示例性的实施例中，所有金属板都是相同的正方形的金属板，这样将形成正方体的箱体502。在另一实施例中，构成箱体502的侧面的四个金属板可以是相同的长方形金属板，而上述第五金属板则具有正方形形状。

作为一个示例，图11中的工作台521上设有多个孔形成的阵列，而定位柱522可设有与工作台521上的孔向对应的孔，并且通过螺栓等部件穿过定位柱522和工作台521的孔，能够将定位柱522固定到工作台521。在其他未示出的实施例中，定位柱522和工作台521可分别具有其他各种构造，并且定位柱522可通过其他方式固定到工作台521上。

如图12所示，封装站530包括工作台531和焊接设备533。工作台531上预先放置一块金属板501。堆垛好的多个金属基元503放置在该金属板501的中心位置，使得金属板501的每一侧均超出金属基元503侧面。该多个金属基元503可以是在堆垛单元中已经通过焊接连接在一起的多个金属基元，并且从堆垛单元运送到封装单元中。

然而，在一个未示出的示例性实施例中，该封装站也可以与堆垛单元400的堆垛工作站420合并。在该实施例中，工作台531即为堆垛工作站420的工作台423。也就是说，可以直接在堆垛工作站420中执行金属基元的封装操作，从而在堆垛金属基元之后无需移动堆垛并连接在一起的金属基元。

再次回到图12，在金属基元503的上方，下端开口的箱体502正在运送设备(图12中未示出)的控制下沿箭头C所示的方向缓缓下落。箱体502在下落过程中将箱体502下端的开口与金属基元503对准，使得堆垛好的金属基元503随着箱体502的下落而通过该开口进入箱体502内。结果，箱体502将下落并放置在工作台531上的金属板501上，并且箱体502的下端的每个边缘与金属板501的相应边缘对齐。随后，焊接设备533(在封装站530与堆垛工作站420合并的情况下，则为焊接设备430)将下端开口的箱体502与金属板501焊接在一起，从而形成一个完整的封闭箱体504(图13)。

为了使封装后的金属基元在随后的锻焊过程中处于真空环境下，优选地，还需要对封闭的箱体内部抽真空。因此，在示例性的实施例中，封装单元还包括抽真空设备550(图13和图14)。抽真空设备550例如可以是真空泵或其他可用于抽真空的设备。为了便于对箱体抽真空，可以在构成箱体的六块金属板中的一块金属板501上预先提供抽真空用的接口。

图13示出了用抽真空设备对封闭的箱体进行抽真空操作的工作原理图。在图13中，完整的封闭箱体504中封装多个金属基元503，相邻的金属基元503之间具有使它们彼此连接的多个焊点505。构成封闭箱体504的一个侧面的金属板上设有抽真空用的接口506，抽真空设备(例如真空泵)550连接到接口506，以对封闭箱体504的内部抽真空，使得箱体504内封装的金属基元503处于真空环境。然后，将接口506封闭，以维持封闭箱体504内的真空状态。

图14的方块图示意性地示出了封装单元500的工作原理。控制站540可对封装单元500的各项操作进行控制。例如，控制站540控制运送设备510以预定的定向提供多个金属板501，使这些金属板按照图11所示定位。然后，控制站540控制封箱制作站520的焊接设备523将各个金属板焊接在一起形成下端开口的箱体502。控制站540继续控制运输设备510将箱体502运送到封装站530(或堆垛单元的堆垛工作站420)，并将箱体502套在金属基元503周围，然后控制站540控制封装站530的焊接设备533焊接箱体502与金属基元下方的金属板501形成封闭箱体504。最后，控制站540控制抽真空设备550对封闭箱体504抽真空。

在一个未示出的实施例中，封装站也可以不用单独形成一端开口的箱体，而是直接将多个金属板分别贴合金属基元堆的每个表面并且相邻的金属板的边缘紧密接合，然后通过焊接设备直接将这多个金属板焊接起来以形成封装金属基元堆的封闭的箱体。

根据该实施例的封装设备可包括：

工作台，第一金属板放置在该工作台上，并且所述预定的金属基元堆的底面放置在该第一金属板上；

运送设备，其配置为运送多个金属板并控制每个金属板的定向；

定位设备，其配置为将所述多个金属板中的每个金属板定位成分别贴合所述预定的金属基元堆的除所述底面之外的一个相应的表面；和

焊接设备，其配置为将所述多个金属板和所述第一金属板焊接在一起以形成封装所述预定的金属基元堆的封闭的箱体。

在金属基元仅简单的单向堆叠的情况下(如图9和图12所示)，可以将上例中的封装单元进行简化，以获得另一示例性的实施例(未示出)。在该实施例中，封装单元可包括：

运送设备，其配置为运送多个金属板并控制每个金属板的定向；

定位设备，其配置为将所述多个金属板中的每个金属板的上端与所述预定的金属基元堆中的最上层金属基元对齐，并且将每个金属板的下端与所述预定的金属基元堆中的最下层金属基元对齐，并使得相邻的金属板的侧边彼此接合；和

焊接设备，将每个金属板的所述上端和下端分别焊接到所述最上层金属基元和最下层金属基元，并将相邻金属板的侧边焊接在一起，使得所述多个金属板、所述最上层金属基元和所述最下层金属基元形成封装的箱体。

至此，已经对本发明的用于金属构筑成形工艺的制造系统及其清洗单元、堆垛单元和封装单元的构造和工作原理进行了详细说明。在本发明的教导下，本领域技术人员可对上述系统及各个单元的具体配置和构造做出各种显而易见的修改和变型，这些修改和变型均应落入本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围由权利要求书中各权利要求的保护范围确定。

Claims (11)

1.一种清洗单元，其特征在于，所述清洗单元包括：

多个工作站；和

多个传送机构，所述多个传送机构配置为传送金属基元依次通过所述多个工作站。

2.根据权利要求1所述的制造系统，其特征在于，所述多个工作站包括：

第一工作站，其配置为清洗金属基元的上表面和下表面；

第二工作站，其配置为清洗金属基元的侧表面；

至少一个第三工作站，其配置为在清洗金属基元的上表面、下表面和侧表面之后，对擦拭、冲洗和/或烘干所述金属基元；和

控制站，其配置为控制第一工作站、第二工作站和第三工作站的操作。

3.根据权利要求2所述的制造系统，其特征在于，所述第一工作站包括：

第一框架；

相对设置的两个竖直导轨，所述两个竖直导轨安装在所述第一框架上；

两个清洁辊，每个清洁辊水平地连接到所述两个竖直导轨并能够相对于两个竖直导轨在竖直方向上运动；

两个第一驱动装置，其配置为分别驱动所述两个清洁辊旋转；和

第二驱动装置，其配置为驱动所述两个清洁辊在竖直方向上移动。

4.根据权利要求3所述的制造系统，其特征在于，所述第一工作站还包括：

至少一个传感器，其配置为感测金属基元的尺寸和形状以及金属基元相对于第一工作站的位置；和

多个喷嘴，其配置为向金属基元的上表面和下表面喷射清洗流体。

5.根据权利要求4所述的制造系统，其特征在于，所述控制站配置为接收来自所述至少一个传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.根据权利要求2所述的制造系统，其特征在于，所述第二工作站包括：

第二框架；

水平导轨，所述水平导轨安装在所述第二框架上；

两个清洁辊，其中至少一个清洁辊竖直地连接到所述水平导轨并能够相对于所述水平导轨在水平方向上运动；

两个第一驱动装置，其配置为分别驱动所述两个清洁辊旋转；和

第二驱动装置，其配置为驱动所述至少一个清洁辊在水平方向上移动。

7.根据权利要求6所述的制造系统，其特征在于，所述第一工作站还包括：

至少一个传感器，其配置为感测金属基元相对于第一工作站的位置；和

多个喷嘴，其配置为向金属基元的侧表面喷射清洗流体。

8.根据权利要求7所述的制造系统，其特征在于，所述控制站配置为接收来自所述至少一个传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.根据权利要求2所述的制造系统，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体管道；和

安装在所述流体管道上多个喷嘴。

10.根据权利要求9所述的制造系统，其特征在于，所述第三工作站还包括安装在所述第三框架上的至少一个传感器，并且所述控制站配置为接收来自所述至少一个传感器的信息并基于所述信息控制所述第三工作站的操作。

11.一种用于金属构筑成形制造工艺的制造系统，其特征在于，该制造系统包括：

权利要求1至10中任一项所述的清洗单元，其配置为对金属基元进行清洗；

堆垛单元，其配置为将清洗后的多个金属基元堆垛成预定形状；

封装单元，其配置为将堆垛成预定形状的所述多个金属基元封装成预制坯；和

锻焊单元，其配置为对所述预制坯进行锻焊以获得零件毛坯。