關(guān)于熱煨彎管包覆式3LPE涂覆技術(shù)的模具及其輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)研究

韓 勇 張靈東 張毅杰

（1.天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730060；2.寶鋼集團(tuán)新疆八鋼金屬制品公司，新疆 烏魯木齊 830022）

0 引言

防腐彎管涂覆技術(shù)的涂層，其底層是與彎管面所接觸的環(huán)氧粉末防腐涂層，中間層為帶有分支結(jié)構(gòu)功能團(tuán)的共聚粘合劑，而面層為高密度聚乙烯防腐涂層。3PE防腐涂層綜合了環(huán)氧樹(shù)脂和聚乙烯材料的高抗?jié)B性、機(jī)械性能高等特點(diǎn)。但由于彎管不同于直管生產(chǎn)方便，一次成型比較困難[1]。現(xiàn)就此技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了模具設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究。

1 機(jī)頭模具的設(shè)計(jì)

機(jī)頭模具不能做無(wú)規(guī)則擺動(dòng)，直管與彎管同機(jī)頭模具的夾角不同，須在包覆實(shí)驗(yàn)中對(duì)三個(gè)位置點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)標(biāo)記，作為參考值。這三個(gè)點(diǎn)分別是彎管頭部直管段、彎管段、彎管尾部直管段。還檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)頭模具到管壁的距離，以區(qū)分直管段包覆與彎管段包覆的不同。至少需要6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，完全定位管子由直管到彎管的運(yùn)動(dòng)軌跡，且監(jiān)測(cè)點(diǎn)須和模具位置有所關(guān)聯(lián)。

1.1 機(jī)頭移動(dòng)，傳動(dòng)設(shè)備固定。

（1）硬連接: 機(jī)頭模具同擠出機(jī)硬連接，然后擠出機(jī)整體驅(qū)動(dòng)，做指定移動(dòng)；

（2）軟連接: 機(jī)頭模具同擠出機(jī)軟連接，然后驅(qū)動(dòng)機(jī)頭模具來(lái)作角度調(diào)整。

1.2 機(jī)頭不動(dòng)，傳動(dòng)設(shè)備做調(diào)整。

1.3 實(shí)驗(yàn)樣品規(guī)格：Ф457-6D(457×6)，轉(zhuǎn)輥速度：350r/min

（1）實(shí)驗(yàn)注意點(diǎn)：彎管管體從內(nèi)徑到外徑，線速度不同，擠出機(jī)擠料的料量及速度需要控制，外側(cè)高于內(nèi)側(cè)；

（2）料口位置: 擠出料口位置端面中心處于彎管旋轉(zhuǎn)中心對(duì)齊的位置。不論是彎管段還是直管段，只要機(jī)頭模具端面與其通過(guò)的管截面平行對(duì)齊就可以；

（3）模具尺寸參數(shù)

料口：80/30

模具：芯模×2，外模×2，口模×1，分流塊×2，調(diào)價(jià)環(huán)×2，如圖1模具圖示。

圖1 模具圖示

混料選擇在模具內(nèi)部混合，底膠和PE料混料流道靠近口模，分層明顯，防止徹底混合。不需要出氣孔，因?yàn)槭莾?nèi)部混合，空氣不會(huì)充斥于層料之間，不用擔(dān)心不粘接的問(wèn)題。

模具整體尺寸：643×1244

模具內(nèi)表面的錐度：18°

底膠、PE內(nèi)側(cè)混合 底膠進(jìn)料口：Ф80×74.5

PE進(jìn)料口：Ф30×77.5

調(diào)節(jié)環(huán)：δ=70

機(jī)料口：488.5mm

模具間隙：479.5mm

料壁間隙：15.725mm

對(duì)于模具的運(yùn)動(dòng)軌跡，主要分為三部分：直管段→彎管段→直管段，在兩個(gè)直管段的位置，模具運(yùn)動(dòng)軌跡正好相反，包括偏轉(zhuǎn)方向及整體移動(dòng)距離。在直管段與彎管段過(guò)渡的時(shí)候，是調(diào)節(jié)的關(guān)鍵。需要精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)出模具與彎管之間的間隙尺寸，從而通過(guò)電控在發(fā)生干涉之前做出反應(yīng)調(diào)整，并且要留出余量，直到在彎管段定位出固定的位置，就可以暫時(shí)不用調(diào)整，直至下一個(gè)直彎過(guò)渡處[2]。

2 機(jī)頭模具與擠料口的連接方式

軟連接用于擠出用料的加熱軟管系統(tǒng)，將承受非常高的溫度和壓力應(yīng)變。H系列加熱軟管系統(tǒng)與T3PTFE系列相結(jié)合，壓力軟管特別適合作為連接軟管，作為擠出機(jī)和工具之間進(jìn)行剛性連接和多種連接，消除了通常需要的連接元件單獨(dú)加熱，絕緣和控制的麻煩。靈活的連接大大簡(jiǎn)化了工具更換和維護(hù)，加熱系統(tǒng)可以很容易地安裝在所需要的設(shè)備位置。

對(duì)于模具擠出機(jī)鋼性連接，整體移動(dòng)調(diào)整位置，雖然免去了軟連接的麻煩，但在小間隙調(diào)整位置的時(shí)候，整體移動(dòng)反應(yīng)速度和移動(dòng)速度明顯偏慢，且自重較大，動(dòng)作遲鈍，一般調(diào)整間隙控制在30mm之內(nèi)，由于慣性也會(huì)影響彎管在傳動(dòng)線的位置或者損傷管體及模具機(jī)頭。

3 機(jī)頭模具的運(yùn)動(dòng)控制

機(jī)頭模具所需要的活動(dòng)方向很多，包括前后左右以及上下的整體移動(dòng)，還有模具頭尾的扭動(dòng)，因此對(duì)于模具機(jī)頭的輔助支撐以及動(dòng)力支持要求較高，并且還要達(dá)到相應(yīng)的精度范圍。有兩種方案可供選擇。

一種是在模具底部做支撐，加一個(gè)萬(wàn)向輪小車(chē)，把模具固定在小車(chē)上面，小車(chē)可選擇用電動(dòng)絲杠或者液壓缸驅(qū)動(dòng)升降，而模具機(jī)頭的前后左右活動(dòng)選擇用電動(dòng)推桿來(lái)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)推桿需要施加一個(gè)門(mén)架來(lái)固定。因?yàn)槟＞咂频木嚯x不大，所以精度要求較高，電動(dòng)推桿是最好的選擇。這種方案的缺陷是支撐過(guò)于單薄，小車(chē)單體存在，模具升降全靠裝在小車(chē)的電動(dòng)絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣的話絲杠承重太大，移動(dòng)不便，且在模具上下移動(dòng)的時(shí)候與彎管傳動(dòng)線保持水平很難調(diào)節(jié)。在模具前后左右扭轉(zhuǎn)的時(shí)候萬(wàn)向輪小車(chē)容易卡死，電動(dòng)推桿因?yàn)橐?qū)動(dòng)模具和小車(chē)，需要的推力更大，會(huì)嚴(yán)重影響模具同彎管的夾角調(diào)節(jié)，精度下降。

4 機(jī)頭模具的輔助設(shè)備

還有一種方案是門(mén)架支撐代替小車(chē)，如圖2模具活動(dòng)門(mén)架所示。

圖2 模具活動(dòng)門(mén)架圖示

在模具頭部和尾部焊接耳座，用倒鏈懸掛于門(mén)架，模具前后左右偏轉(zhuǎn)還是選擇用電動(dòng)推桿，電動(dòng)推桿也是固定在門(mén)架。但這個(gè)門(mén)架和第一種方案中提到的門(mén)架不同，因?yàn)檫@個(gè)方案取消了萬(wàn)向輪小車(chē)，模具的上下調(diào)節(jié)需要在門(mén)架上施加動(dòng)力[3]。所以電動(dòng)推桿的固定座需要和門(mén)架滑塊連接，滑軌則裝在門(mén)架的一側(cè)與滑塊配合，電動(dòng)絲杠的絲母與滑塊固定，在兩個(gè)電動(dòng)推桿安裝座下面安裝兩個(gè)電動(dòng)絲杠，絲杠輸入軸用聯(lián)軸器固定，同一個(gè)電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行整體模具的升降，保證兩個(gè)滑塊在同一水平面，進(jìn)而保證模具頭尾相平。最后在模具上面加一個(gè)簡(jiǎn)易水平儀，以防電動(dòng)推桿和模具中心不在同一水平面，活動(dòng)的時(shí)候容易卡死。此方案的優(yōu)點(diǎn)在于絲杠的承重較小，且上下移動(dòng)同步，電動(dòng)推桿需要的推力也大大減小，在必須施加門(mén)架的情況下對(duì)門(mén)架的利用用到了極致。模具的活動(dòng)維度也比較大，方便在包覆生產(chǎn)時(shí)與彎管間隙夾角的調(diào)節(jié)。

表1 萬(wàn)向輪小車(chē)與滑軌門(mén)架的比較

上述兩種方案的比較如表1所示。

5 涂覆技術(shù)的應(yīng)用

熱煨彎管包覆式3LPE涂覆技術(shù)的難點(diǎn)就在于模具機(jī)頭的設(shè)計(jì)，目前此技術(shù)已經(jīng)在市場(chǎng)上試驗(yàn)成功并且開(kāi)始運(yùn)用，例如高層建筑給水、熱網(wǎng)供熱、自來(lái)水工程、燃?xì)膺\(yùn)送、埋地輸水、石油運(yùn)送管道、印染等職業(yè)運(yùn)送腐蝕性介質(zhì)的工藝管道都離不開(kāi)彎管段的連接。