大壁厚尼龍管加熱成型設(shè)備的研究

楊鋒

摘 要：汽車行業(yè)新能源技術(shù)的廣泛開發(fā)，衍生出很多新工藝新技術(shù)的發(fā)展，對于管路行業(yè)，塑料尼龍管替代金屬管路的應(yīng)用越來越多，大壁厚尼龍管的成型有別于傳統(tǒng)工藝，本題研究的是適用于大壁厚尼龍管加熱成型的設(shè)備。

關(guān)鍵詞：新能源技術(shù);大壁厚尼龍管;加熱成型設(shè)備

前言：

傳統(tǒng)冷卻水管等主要使用金屬管路，這是由于結(jié)構(gòu)強度的需求與使用壽命需求;但是隨著新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，新型尼龍管材料也具備了比較前沿的突破，波紋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用讓塑料管路替代金屬管等也具備了應(yīng)用前景;本文的研究是基于材料工藝、結(jié)構(gòu)工藝的突破及成熟應(yīng)用，探討解決如何高效便捷的將直管管路成型成所需走向形狀的管路結(jié)構(gòu)工藝。

1、大壁厚尼龍管的成型困難及方法

由于需要對標(biāo)金屬材料的結(jié)構(gòu)強度，使用塑料材料時就需要增加管路壁厚，但是增加壁厚后，這個因素就成了直管很難成型成彎曲管路的最大因素;同時，涉及彎曲區(qū)域使用波紋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，以及塑料材料低熔點、加熱后可塑性強的特點，又提供了一種可行的成型工藝：加熱后彎曲冷卻成型。

2、加熱后彎曲冷卻成型工藝基本描述

2.1、塑料尼龍管的加熱工藝

塑料尼龍管多采用PA11、PA12材料作為主材料（另外多種功能需求增加的內(nèi)外涂層的特殊材料，本文不予討論，盡量簡化工藝描述），熔點溫度為170-180℃左右，經(jīng)過驗證采用160℃保溫至少8min，可以獲得足夠的塑性變形性能，在此加熱工藝指導(dǎo)下，兼顧生產(chǎn)效率，開發(fā)加熱設(shè)備。

2.2、加熱設(shè)備

2.2.1、加熱設(shè)備主要參數(shù)見表1;

內(nèi)部使用鼠籠式布置24個工位，使用伺服驅(qū)動轉(zhuǎn)換工位，整體密封，外部使用氣凝膠氈達(dá)到優(yōu)秀保溫效果，爐內(nèi)工作溫度范圍60-200℃，爐外溫度不大于60℃，整體只有進出口一個出口，使用PID溫控調(diào)節(jié)，保溫效果優(yōu)秀帶來優(yōu)異的節(jié)能效果，加熱總功率18Kw，但連續(xù)運行使用功率只約為6kw，是傳統(tǒng)隧道式爐子能耗的1/10不到。

2.2.2防錯報警措施

2.2.2.1加熱設(shè)備，具備加熱溫度的精準(zhǔn)控制，控制誤差可達(dá)±3℃，并配置高溫、低溫報警功能;

2.2.2.2系統(tǒng)具備加熱保溫時間的監(jiān)控，不到所需保溫時間的下限時，設(shè)備不會進一步動作，設(shè)備達(dá)到保溫時間上限時將會報警提示。

2.3、成型冷卻工裝

2.3.1、工裝說明

使用不銹鋼+部分尼龍材質(zhì)搭建彎曲成型工裝，使用手動彎曲的模式進行彎曲成型;經(jīng)過加熱的直管段從爐內(nèi)取出后，快速穿入內(nèi)撐彈簧，將管件一端插接到工裝定位端，并夾緊定位，之后依次手動驅(qū)動彎曲工裝將管件依次彎曲成型，成型后，保持形狀固定，隨后在管內(nèi)通入冷卻水，通入冷卻水的時間受系統(tǒng)控制，到達(dá)時間后，停止通水，并通入壓縮空氣予以吹干管內(nèi)積水，隨后即可依次解除機械鎖定，將所有工裝復(fù)位，即可得到成品管件;

2.3.2、冷卻說明

鑒于大壁厚材料有一定的熱量儲能效果，所以可以控制操作時間在1分鐘之內(nèi)，彎曲成型后，通入冷水時間可控制在1分鐘左右，吹氣時間推薦20s左右;故整體加工時間2.5分鐘左右;

為保證成型的效果，需要使用冷水機組控制冷卻循環(huán)水的水溫在6-12℃范圍內(nèi);冷卻系統(tǒng)參數(shù)見表2所示：

2.3.3、防錯報警措施

2.3.3.1、由于是直管加熱，從爐內(nèi)取出熱管段到操作安裝完畢的快慢，對成型效果影響巨大，故系統(tǒng)具備一個操作上限時間的監(jiān)控，這個時間超過設(shè)定時將會報警;

2.3.3.2、通水冷卻時間由系統(tǒng)直接控制，達(dá)到后自動切換通氣;

2.3.3.3、通氣時間由系統(tǒng)直接控制，達(dá)到后，直接亮燈提示冷卻已完成;

3、實際操作過程

3.1、松開所有急停保護，設(shè)備開機，點檢參數(shù)，啟動加熱，預(yù)熱時間約為30-40分鐘，同時手動狀態(tài)，使用正反轉(zhuǎn)功能，將產(chǎn)品依次裝入爐內(nèi);

3.2、打為自動狀態(tài)，等待溫度穩(wěn)定達(dá)到設(shè)定溫度并保溫8分鐘后，亮綠燈并提示可正常操作;

3.3、開門按鈕燈亮起后，按下開門，將產(chǎn)品取出，立即使用手動彎工裝將尼龍管彎曲成型，完成后，踩下腳踏開關(guān)，設(shè)備自動開始通水冷卻;

3.4、此時操作員將下一根產(chǎn)品放入爐內(nèi)，按下關(guān)門，內(nèi)部自動開始傳送，下一工位就位后，檢測到保溫時間已經(jīng)足夠后，會亮開門燈提示;

3.5、成型工裝內(nèi)通水完畢，通氣完畢后，會提示，此時拆解工裝復(fù)位后，取出成品放入周轉(zhuǎn)架，首件檢查，確認(rèn)產(chǎn)品狀態(tài)，確認(rèn)產(chǎn)品信息;

3.6、重復(fù)3.3-3.5步驟，往復(fù)操作即可。

4、理論效率計算：

計算是基于正常運轉(zhuǎn)后工藝時間穩(wěn)定為基礎(chǔ);開班開機時，設(shè)備需要空載預(yù)熱到設(shè)定溫度，預(yù)計30分鐘左右，此期間如需更換產(chǎn)品，可同時進行更換生產(chǎn)工裝，如不需更換，則空閑等待;溫度達(dá)到設(shè)定時，可自動狀態(tài)開始工作，工藝時間為：

T =開門動作5s + 安裝操作時間60s + 通水冷卻時間60s +吹氣時間20s+拆解下料時間10s =155s;

從而每個產(chǎn)品的工藝時間為155s，一個班按照預(yù)熱0.5小時，中途休息1小時，每班8小時計算，預(yù)計：

小時產(chǎn)量=3600/155=23根/小時;班產(chǎn)量=（8-0.5-1）*23=149件/班

如果需要提升產(chǎn)能，可以采取單臺加熱設(shè)備搭配多臺手動彎曲工裝的方式提升產(chǎn)能;單臺加熱設(shè)備滿足最多5臺手動彎設(shè)備同時生產(chǎn)，即可達(dá)到最大745件/班。

結(jié)語：

此工藝設(shè)備屬于特殊工藝研發(fā)研究，目前已經(jīng)實際應(yīng)用于客戶現(xiàn)場，使用反饋良好，后續(xù)具備持續(xù)開發(fā)，深入研究的基礎(chǔ)，未來應(yīng)用作者還會持續(xù)下去，更高效、更優(yōu)化的方案指日可待。

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