專利名稱：Pe厚壁管材二次加工塑料管件生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種供水和燃?xì)廨斔凸艿老到y(tǒng)大口徑塑料管件的生產(chǎn)工藝。
在供水和燃?xì)廨斔凸艿李I(lǐng)域中，PE塑料管件主要指法蘭、變徑、三通、四通等管件，小口徑管件(管件重量8000克以下，Φ315及Φ315以下規(guī)格)可以通過注塑工藝進(jìn)行生產(chǎn)，再經(jīng)二次加工即得成品，大部分的等徑三通、彎頭可以通過焊制生產(chǎn)；而大口徑管件(管件重量8000克以上，大于Φ315規(guī)格)中的法蘭、變徑、異徑三通由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能通過焊制生產(chǎn)，又因?yàn)橹亓看螅绮捎米⑺芄に噥砩a(chǎn)，則需要龐大的注塑設(shè)備和模具投資，在市場需求未達(dá)到經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的情況下，很不可取。在這里我們提出了厚壁管材二次加工塑料管材生產(chǎn)工藝，其中的不足具體表現(xiàn)在(1)現(xiàn)有生產(chǎn)線所配模頭口模間隙太小，模頭通道截面積太小。按GB15558.1-1995、GB/T13663-92標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)管材的最小徑厚比(管材壁厚最大)為SDR11(PN10)，相應(yīng)的設(shè)備也是為生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)管材設(shè)計(jì)的，模頭尺寸不適合厚壁管的生產(chǎn)，使用中由于料坯在模頭與定徑套之間嚴(yán)重積聚，無法生產(chǎn)。因此，需要對模頭進(jìn)行改造。
(2)由于厚壁管的收縮率加大，外徑收縮在6.5％～7.6％之間，隨真空度有所變化，現(xiàn)有定徑套不能滿足同規(guī)格管材的生產(chǎn)，必須按厚壁管的收縮率重新設(shè)計(jì)定徑套。
(3)由于壁厚的增加，管材重量增加，目前牽引機(jī)的結(jié)構(gòu)及牽引功率不能滿足厚壁管牽引要求，需重新選擇牽引機(jī)。
(4)壁厚的增加也給切割帶來了困難，目前管材生產(chǎn)線配套了先進(jìn)的行星式切割據(jù)，但它最適合標(biāo)準(zhǔn)管材的生產(chǎn)，對厚壁管無能為力，必須尋求更合理的切割方案。
(5)壁厚的增加更容易導(dǎo)致管材不圓，這就要求更高的定型真空度，同時要采取措施緩解管材重量增加給生產(chǎn)帶來的不良影響。
(6)由于塑料是熱的不良導(dǎo)體，隨著壁厚的增加，塑料表層很容易形成一層堅(jiān)硬的外殼，內(nèi)部塑料的冷卻收縮必然導(dǎo)致塑料內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，從而造成塑料中易揮發(fā)組分(包括水分)的積聚，產(chǎn)生空洞，造成缺陷，同時由于冷卻時間的增長，容易造成表層原料的降解。
該發(fā)明的目的就是對現(xiàn)有塑料的機(jī)械加工工藝及設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中存在的上述幾個問題，進(jìn)行了較大改進(jìn)，解決現(xiàn)有注塑工藝不能或難以解決的φ315以上大口徑管件(法蘭、變徑、異徑三通)的配套而發(fā)明的PE管件生產(chǎn)工藝。
該發(fā)明的技術(shù)方案包括(1)定徑套的設(shè)計(jì)增大了定徑套的收縮率，由標(biāo)準(zhǔn)管材定徑套2.0～3.0％的收縮率增大為7.5～8.9％。
(2)對模頭的改進(jìn)管材生產(chǎn)時要保證料坯有一定的拉伸比，因此需增大模頭尺寸，模頭通道面積與厚壁管橫截面積之比。對于厚壁管來說，拉伸比應(yīng)大于1.2?？谀?nèi)徑與定徑套內(nèi)徑之比1.05～1.11。只有這樣，才能保證料坯擠出后經(jīng)過一定的拉伸順利的進(jìn)入定徑套而不發(fā)生積聚，厚壁管的生產(chǎn)才能正常進(jìn)行。
(3)支撐板的改進(jìn)由于管材在從定徑套到出真空槽的過程中外徑變化比較大，需要對支撐板進(jìn)行改進(jìn)?？拷◤教椎闹伟寤∶嬷睆绞嵌◤教變?nèi)徑的1.04倍，最后一個支撐板弧面直徑是管材外徑的1.04倍，中間的支撐板尺寸值在這兩個值之間逐級變化，支撐板弧面底部在同一水平線上。
(3)牽引機(jī)的改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備牽引機(jī)為多履帶牽引機(jī)，其傳動機(jī)構(gòu)使用了皮帶傳動，造成牽引能力有限，改進(jìn)后的牽引機(jī)采用多履帶多電機(jī)牽引技術(shù)，每個履帶由一個電機(jī)通過渦桿傳動，并且每個履帶可以單獨(dú)調(diào)節(jié)履帶壓力，牽引能力大幅度提高。
(4)切割方法的改進(jìn)由于該工藝不能破壞標(biāo)準(zhǔn)管材生產(chǎn)線的完整性，故對行星式切割鋸不做改變，在生產(chǎn)厚壁管時，每生產(chǎn)一段厚壁管間斷生產(chǎn)一小段薄壁管，在管材生產(chǎn)線上將厚壁管預(yù)切成長段，然后在臥式鋸床上按管件加工要求進(jìn)行進(jìn)一步切割。
(5)保證管材外徑和圓度所采取的措施提高真空定徑的真空度，將真空度設(shè)定在0.6～0.7bar之間。
為保證這樣高的真空度，對密封圈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，由原來的單密封圈結(jié)構(gòu)改為雙密封圈結(jié)構(gòu)。
(6)加工溫度的改進(jìn)為了避免管材內(nèi)部產(chǎn)生空洞、管材表面的熔料降解，必須降低料坯的溫度，這樣對管材擠出的加工溫度降低了10～20℃，機(jī)筒加工溫度為180～190℃，模頭加工溫度為200～210℃。
(7)冷卻方式的改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)管材的生產(chǎn)中采用了雙箱真空定徑，采用淋浴方式進(jìn)行冷卻。由于厚壁管自重的增加，冷卻時間的增長，在PE厚壁管二次加工塑料管件生產(chǎn)工藝在淋浴式雙箱真空定徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，第一段真空定徑采用浸浴式冷卻，真空槽中的水位離真空泵抽氣口15～20厘米，管材浸沒在水中進(jìn)行冷卻，這樣做的好處是浮力緩解了管材自重力，同時改善了冷卻效果。
(8)接頭制作工序的改進(jìn)由于料坯很厚，隨著管材口徑的增大，原來將料坯壓扁進(jìn)行粘結(jié)的接頭制作方式已不適應(yīng)該工藝的生產(chǎn)，在該工藝中，料坯擠出后并不擠扁，而是將牽引管端削平后插入料坯，利用料坯的熱量將牽引管端熔化從而達(dá)到接頭制作的目的。牽引管端在料坯中預(yù)熱時間為10～20分鐘。
采用該技術(shù)方案后的生產(chǎn)工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)厚壁管二次加工塑料管件生產(chǎn)工藝是對現(xiàn)有管材擠出設(shè)備及二次加工設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，在生產(chǎn)出厚壁管的基礎(chǔ)上，對厚壁管進(jìn)行二次加工制作大口徑管件的新工藝。該工藝制作的大口徑管件質(zhì)量穩(wěn)定可靠，符合塑料管道設(shè)計(jì)規(guī)范，在實(shí)際應(yīng)用中得到了用戶的普遍好評，作為PE塑料管材的配套產(chǎn)品，具有廣泛的市場應(yīng)用前景。
PE厚壁管材二次加工塑料管件生產(chǎn)工藝所涉及的設(shè)備有PE管材擠出生產(chǎn)線、臥式鋸床、車床等機(jī)械加工設(shè)備。該工藝所涉及的設(shè)備都是在不影響正常使用的基礎(chǔ)上作了不同程度的改進(jìn)，設(shè)備追加投資少，很適合在塑料管材生產(chǎn)廠家，尤其具有大口徑塑料管材生產(chǎn)能力的廠家普及。
PE厚壁管材二次加工塑料管件生產(chǎn)工藝中，臥式鋸床的作用是對初步分段的厚壁管材結(jié)合壁厚、外徑的實(shí)際情況以及管件的尺寸加工需要進(jìn)行進(jìn)一步切割；車床等機(jī)械加工設(shè)備是對分段的管材按照正常的塑料機(jī)械加工工藝進(jìn)行機(jī)械加工從而制得成品管件。
PE厚壁管材二次加工塑料管件生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵在于PE厚壁管的生產(chǎn)。由于厚壁管的特殊用途，要求厚壁管的徑厚比(管材外徑與壁厚之比)SDR＜11，只有這樣的厚壁管材才能符合PE塑料管件二次加工要求。
下面結(jié)合附圖
和具體實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
圖一是現(xiàn)行使用的單密封圈結(jié)構(gòu)圖，由密封圈1、密封墊圈2、和金屬過渡板3組成，金屬過渡板內(nèi)徑為管材外徑的1.1倍，密封圈內(nèi)徑為管材外徑的0.85倍。
圖二是雙密封圈結(jié)構(gòu)圖，由外密封圈1、內(nèi)密封圈4、密封墊圈2、金屬過渡板3組成，內(nèi)密封圈4的內(nèi)徑與管材外徑相等，其它尺寸與單密封圈結(jié)構(gòu)相同。增加了內(nèi)密封圈4后，密封圈的密封能力大大增強(qiáng)，又避免了厚密封圈柔韌性差的缺點(diǎn)。
圖三是PE厚壁管二次加工塑料管件生產(chǎn)工藝流程圖。其具體工藝流程是1、管材擠出1.1設(shè)備預(yù)熱按標(biāo)準(zhǔn)管材擠出生產(chǎn)要求對機(jī)頭和模頭進(jìn)行預(yù)熱；1.2更換模頭及下游設(shè)備1.2.1定徑套的收縮率為7.5～8.9％；1.2.2口模內(nèi)徑與定徑套內(nèi)徑之比1.05～1.11；1.2.3口模間隙與管材壁厚之比大于1.25；1.2.4靠近定徑套的支撐板弧面直徑是定徑套內(nèi)徑塑為1.04倍，最后一個支撐板弧面直徑是管材外徑的1.04倍，中間的支撐板尺寸值在這兩個值之間逐級變化，支撐板弧面底部在同一水平線上；1.2.5密封圈采用雙密封圈結(jié)構(gòu)，外密封圈內(nèi)徑為管材直徑的0.85倍，內(nèi)密封圈內(nèi)徑等于管材直徑；1.2.6冷卻水槽、牽引機(jī)、切割鋸、翻轉(zhuǎn)臺等設(shè)備的調(diào)整跟標(biāo)準(zhǔn)管材的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作相同。
1.3做接頭開啟擠出機(jī)擠出料坯，將被污染的部分用刀具削掉，直到料坯中無氣泡。用刀、鋸等切割工具切削牽引管端表面的老化層，管端處理后插入料坯中進(jìn)行預(yù)熱10～20分鐘。
1.4開機(jī)逐漸提高擠出機(jī)擠出速度至正常生產(chǎn)時的產(chǎn)量，牽引管牽引速度與料坯擠出速度相同，由于料坯很厚，料坯擠出的線速度很小，所以要求牽引速度也很小。在料坯進(jìn)入定徑套時開啟真空槽水泵、真空泵，在定徑套不往外漏水時調(diào)節(jié)牽引速度，生產(chǎn)薄壁管(壁厚20～40mm)，這是為了避免接頭處料坯太厚，或者當(dāng)真空槽內(nèi)有牽引管接頭無法抽真空時先生產(chǎn)一段牽引管。真空槽密封后再生產(chǎn)厚壁管。
1.5厚壁管正常生產(chǎn)1.5.1厚壁管正常生產(chǎn)時的生產(chǎn)工藝根據(jù)厚壁管規(guī)格的不同而有所不同，但工藝溫度是一樣的，機(jī)筒溫度180～190℃，模頭溫度200～210℃，真空冷卻槽水溫14～25℃，冷卻水槽水溫14～25℃。
正常生產(chǎn)時管材生產(chǎn)速度為0.04～0.08m/min，擠出速度為400～500kg/h，依厚壁管規(guī)格的不同而變化。
1.5.2在正常生產(chǎn)的過程中，管材每隔定長(依各人需要而定)生產(chǎn)0.5米薄壁管(壁厚20～40毫米)，并在壁薄處做好切割標(biāo)記，以利于厚壁管在線切割，方法是調(diào)整牽引速度，牽引速度等于擠出量除以厚壁管每米重量。
1.6停機(jī)1.6.1停機(jī)時生產(chǎn)3.0～4.0米薄壁管，這是為了方便管材的牽引，同時為了保證管材充分的冷卻。
1.6.2保真空冷卻時間根據(jù)雙箱真空槽的長度而定，見公式一 1.7在線切割厚壁管在線冷卻充分后，在壁薄處進(jìn)行切割，切割時鋸片行星旋轉(zhuǎn)速度(不同于鋸片速度)小于0.04rpm，以保證切割電流不超過額定電流。
2管材分段切割2.1管材分段切割在臥式帶鋸床上進(jìn)行，每段長度等于要制作的管件的1.1倍；2.2帶鋸選用齒節(jié)(每100毫米齒數(shù))12～24的鋸條，帶鋸寬度32～50毫米，厚度0.7～1.0毫米，鋸齒前角為0°；2.3帶鋸運(yùn)動速度為1000～1500米/分鐘，進(jìn)給速率由經(jīng)驗(yàn)確定，操作者在短時間內(nèi)即能掌握；2.4在切割時為了避免夾鋸，在開始鋸切時每切割3.0厘米時回一次鋸，重新進(jìn)鋸，直到鋸?fù)腹懿谋诤?。此后不再回鋸，而是一直鋸切下去，直到切斷?br> 3二次加工該工序同普通聚乙烯材料的二次加工一樣，主要使用車床，對于鉆孔、銑平面的處理，有時用到銑床或鏜床。在這里不再做具體介紹。
權(quán)利要求
1.PE厚壁管材二次加工塑料管件生產(chǎn)工藝，是在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，其特征包括(1)定徑套的設(shè)計(jì)增大了定徑套的收縮率，由標(biāo)準(zhǔn)管材定徑套2.0～3.0％的收縮率增大為7.5～8.9％；(2)對模頭的改進(jìn)管材生產(chǎn)時要保證料坯有一定的拉伸比，增大模頭尺寸，模頭通道面積與厚壁管橫截面積之比應(yīng)大于1.2，口模內(nèi)徑與定徑套內(nèi)徑之比1.05～1.11；(3)支撐板的改進(jìn)靠近定徑套的支撐板弧面直徑是定徑套內(nèi)徑塑為1.04倍，最后一個支撐板弧面直徑是管材外徑的1.04倍，中間的支撐板尺寸值在這兩個值之間逐級變化，支撐板弧面底部在同一水平線上；(3)牽引機(jī)的改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備牽引機(jī)為多履帶牽引機(jī)，其傳動機(jī)構(gòu)使用了皮帶傳動，造成牽引能力有限，改進(jìn)后的牽引機(jī)采用多履帶多電機(jī)牽引技術(shù)，每個履帶由一個電機(jī)通過渦桿傳動，并且每個履帶可以單獨(dú)調(diào)節(jié)履帶壓力；(4)切割方法的改進(jìn)在生產(chǎn)厚壁管時，每生產(chǎn)一段厚壁管間斷生產(chǎn)一小段薄壁管，在管材生產(chǎn)線上將厚壁管預(yù)切成長段，然后在臥式鋸床上按管件加工要求進(jìn)行進(jìn)一步切割；(5)保證管材外徑和圓度所采取的措施提高真空定徑的真空度，將真空度設(shè)定在0.6～0.7bar之間；(6)加工溫度的改進(jìn)為了避免管材內(nèi)部產(chǎn)生空洞、管材表面的熔料降解，必須降低料坯的溫度，這樣對管材擠出的加工溫度降低了10～20℃，機(jī)筒加工溫度為180～190℃，模頭加工溫度為200～210℃。(7)冷卻方式的改進(jìn)由于厚壁管自重的增加，冷卻時間的增長，在PE厚壁管二次加工塑料管件生產(chǎn)工藝在淋浴式雙箱真空定徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，第一段真空定徑采用浸浴式冷卻，真空槽中的水離真空泵抽氣口15～20厘米，管材浸沒在水中進(jìn)行冷卻；(8)接頭制作工序的改進(jìn)由于料坯很厚，隨著管材口徑的增大，原來將料坯壓扁進(jìn)行粘結(jié)的接頭制作方式已不適應(yīng)該工藝的生產(chǎn)，在該工藝中，料坯擠出后并不擠扁，而是將牽引管端削平后插入料坯，利用料坯的熱量將牽引管端熔化，牽引管端在料坯中預(yù)熱時間為10～20分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的PE厚壁管材二次加工塑料管件生產(chǎn)工藝，在原來的單密封圈與密封墊圈之間增加內(nèi)密封圈，由單密封圈結(jié)構(gòu)改為雙密封圈結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種供水和燃?xì)廨斔凸艿老到y(tǒng)大口徑塑料管件的生產(chǎn)工藝。在供水和燃?xì)廨斔凸艿李I(lǐng)域中,大口徑PE塑料管件由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不能通過焊制生產(chǎn)。本發(fā)明是在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上,在定徑套的收縮率、摸頭的拉伸比、支撐板、牽引機(jī)、切割方法、提高真空度、加工溫度、冷卻方式等流程中進(jìn)行系列改進(jìn)。改進(jìn)后利用現(xiàn)有設(shè)備、工藝流程生產(chǎn)大口徑PE厚壁管,禰補(bǔ)現(xiàn)有設(shè)備工藝不能生產(chǎn)大口徑PE塑料管的缺陷。
文檔編號B29C47/00GK1368428SQ01107780
公開日2002年9月11日 申請日期2001年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月6日
發(fā)明者王友印, 胡宗義 申請人:山東勝利股份有限公司