彎頭外護(hù)管一次成型技術(shù)

王 涵 張靈東

（天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院有限公司，甘肅 蘭州 730060）

1 應(yīng)用前景

目前，人民生活不斷提高，人們對冬季采暖有了更多的要求，同時集中供熱開始在長江以南沿線城市發(fā)展，集中供熱深受關(guān)注。保溫管件是供熱管道中重要組成部分，管道結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)依次是外護(hù)管、保溫層、工作管，外護(hù)管為保護(hù)保溫層免受侵蝕，支撐管芯并能承受一定壓力的防護(hù)外層。當(dāng)工作管為彎管時，由于彎管的形狀限制，外護(hù)管通過焊接而成，在外護(hù)管表面形成接縫，導(dǎo)致所能承受的壓力減小，易斷裂，使用壽命短，又由于保溫層設(shè)置在外護(hù)管與工作管之間，導(dǎo)致外護(hù)管在焊接的時候會受到保溫層的影響，則產(chǎn)生外護(hù)管焊接不嚴(yán)實，即會出現(xiàn)密封性差，影響保溫效果，且保溫不均勻，更嚴(yán)重的是在管網(wǎng)長期運(yùn)行中，會產(chǎn)生安全隱患。現(xiàn)就目前狀況開發(fā)出外護(hù)管一次成型技術(shù)。圖1為彎管擠出設(shè)備三維圖示。

圖1 彎管擠出設(shè)備三維圖示

本技術(shù)的目的是提供一種一次成型外護(hù)管彎管，用以解決上述存在的問題。這種一次成型的方法是在內(nèi)、外定徑擠管技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)變更而來，我們將擠出直管時直的冷卻水套換成具有一定彎曲半徑的冷卻水套，在聚乙烯通過機(jī)頭定徑套擠出一定直徑的PE管時，未冷卻的聚乙烯通過彎曲的定徑套，彎曲的定徑套將直管彎曲成一定弧度，彎曲的同時迅速冷卻定型，在彎管端部通過特制牽引機(jī)牽引出彎管，當(dāng)彎管達(dá)到需要的長度時，通過切割機(jī)將彎管切斷，然后進(jìn)行下一個彎管生產(chǎn)[1]。

此工藝難點在于怎樣將軟化的直管彎成規(guī)定的彎管，當(dāng)我們對軟化的直管進(jìn)行牽引和強(qiáng)行彎曲的時候，彎管的外側(cè)是呈現(xiàn)拉伸狀態(tài)，內(nèi)側(cè)為壓縮狀態(tài)，我們需保證各部分彎曲速度一致，如果彎曲拉伸過程不均勻，可能造成局部薄弱，或者不能保持管道的圓度，在圓周方向變成扁平狀，而軟化后彎管能夠保持外形是因為內(nèi)充壓縮空氣，如果局部變薄過于嚴(yán)重，管子就會爆裂，所以對管內(nèi)充壓縮空氣的強(qiáng)度和在彎曲過程中怎么固定和包裹住管子非常重要，要達(dá)到使直管一側(cè)拉伸變形均勻，而整體又能保證圓度是成型成功的關(guān)鍵。下面就以實用案例作出說明[2]。

2 彎管規(guī)格

Ф400～Ф1400，此技術(shù)說明以Ф600，3D為例。

圖2 彎頭外護(hù)管工藝圖

3 彎管定徑壁厚原理

彎管的管徑規(guī)格由冷卻水套的尺寸決定，彎管的壁厚取決于擠出機(jī)機(jī)頭模具開環(huán)大?。◤澒芡獗诤蛢?nèi)壁在同等擠出量的情況下壁厚不同，內(nèi)壁厚度大于外壁厚度。需要對擠出機(jī)機(jī)頭出料口做出調(diào)整，使靠近彎管外側(cè)出料要多于內(nèi)側(cè)出料，模具左右調(diào)節(jié)環(huán)相差值在3mm左右，上下出料量相同）。

圖3 氣堵水套配合圖示

4 彎管生產(chǎn)設(shè)備

擠出機(jī)，機(jī)頭模具，彎管牽引機(jī)（速比大），空氣壓縮機(jī)，相應(yīng)規(guī)格冷卻水套（同擠出機(jī)配套，且內(nèi)壁需打磨光滑），管端氣堵（PE邊緣包裹盤和密封固定盤），氣堵與牽引機(jī)擺臂的連接鋼件（弧度相同），變頻控制器，相關(guān)附件（緊固帶），水冷設(shè)備，吊裝工具。

圖4 工藝設(shè)備圖示

5 彎管設(shè)備安裝

設(shè)備規(guī)格Ф600，3D彎管。

（1）在擠出機(jī)附近，方圓4m騰出設(shè)備擺放空間，地基水平，先大致擺放彎管牽引機(jī)的位置，牽引臂轉(zhuǎn)動中心到擠出機(jī)機(jī)頭中心的距離為1860mm，兩設(shè)備中心切面對齊，并在同一個平面（牽引臂的擺臂長度可以通過擺臂上的卡盤調(diào)整，此規(guī)格的擺臂圓周半徑調(diào)整為1860mm）；

（2）把冷卻水套裝在擠出機(jī)機(jī)頭，位置擺正，水套端頭外側(cè)最高點和內(nèi)側(cè)最低點都在水平線上，水套下面是冷卻水進(jìn)口，上方是冷卻水出口；

（3）將氣堵盤卡在擠出機(jī)機(jī)頭上，連接鋼件對準(zhǔn)氣堵盤中心和牽引臂卡盤的中心位置，三者保持在同一水平線上，然后焊接連接鋼件（先氣堵）；

（4）大致位置調(diào)整好之后給牽引設(shè)備接線供電，調(diào)整變頻器檢查牽引機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，功能正常，活動范圍與操作要求是否滿足。氣堵運(yùn)動軌跡是否和水套曲率半徑一致或者有干涉等位置問題；

（5）最后位置關(guān)系調(diào)整好之后，用膨脹螺栓將牽引機(jī)固定，在連接鋼件上焊接一個吊環(huán)，確保后續(xù)對擠出彎管有一個支撐作用。將冷卻水管按照下進(jìn)上出接在冷卻水套上，下方進(jìn)水，上方出水，兩路水冷。

6 彎管成型操作步驟要點

（1）擠出機(jī)預(yù)熱至溫度合適，進(jìn)行加料；

（2）調(diào)節(jié)牽引機(jī)，將氣堵調(diào)節(jié)至同擠出機(jī)機(jī)頭對齊，沒有縫隙（確保擠出的料可以直接流至氣堵外側(cè)，從而方便包裹）；

（3）牽引機(jī)運(yùn)動停止，將下懸臂的拉鏈，掛在連接機(jī)頭和牽引臂得鋼件吊環(huán)上；

（4）準(zhǔn)備就緒之后，擠出機(jī)開機(jī)擠料，出料功率先調(diào)整為9～10Hz；

（5）人工用工具（刮鏟）將擠出的料手動包裹在氣堵包裹盤邊緣，上方的料流動性較好，流動過程中用刮鏟防止上方的料粘在氣堵上阻塞流動，不停的撥動出料，至擠出的料超出氣堵外端頭邊緣7～10cm左右；

（6）停止擠出機(jī)擠料，手動將擠出的料包裹在包裹盤的邊緣，下方的料因為冷卻時間過快而粘結(jié)性弱，需要手動用力包裹（這部分操作決定了彎管內(nèi)部的氣密性），確保不會漏氣即可；

（7）邊緣包裹好之后將氣堵的密封固定盤扣在包裹盤上，頂住之前包裹的邊緣PE料，然后上緊密封固定盤（電動扳手比較方便，上緊螺栓），防止漏氣。如圖5所示；

圖5 牽引機(jī)三維圖示

（8）打開冷卻設(shè)備閥門。擠出機(jī)開機(jī)擠料，調(diào)至18～20Hz左右。向水套里面澆水冷卻；

（9）空氣壓縮機(jī)準(zhǔn)備就緒，給氣進(jìn)氣，給氣適中（剛開機(jī)因為氣壓，擠出機(jī)擠料開始較慢較少，可能會引起管端脹氣腫大），等待30s左右；

（10）開啟牽引機(jī)，應(yīng)當(dāng)緩慢運(yùn)動（防止?fàn)恳俣群蛿D出速率不匹配，牽引速度過快會使彎管管壁過薄，嚴(yán)重時會拉斷管），所以調(diào)速為280～300左右；

（11）當(dāng)彎管擠出冷卻水套之外后，牽引機(jī)速度可調(diào)整為320～340左右；

（12）擠出彎管過程中用冷卻水往水套里澆水，位置交替進(jìn)行冷卻澆水，但不可使冷卻過快而過度冷卻，需注意冷卻水量；

（13）出管過程注意觀察彎管氣堵端頭和彎管自身管體是否有漏氣現(xiàn)象，通過具體情況適當(dāng)調(diào)節(jié)氣壓；

（14）此時牽引機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)該在320左右，在擠出生產(chǎn)過程中防止管體掉落，可在適當(dāng)位置用懸臂拉鏈拉住彎管管體。如圖6所示左右懸臂可起固定彎管的作用；

圖6 牽引設(shè)備二維圖示

（15）取出緊固帶，牽引機(jī)擺臂中心有連接緊固帶的掛環(huán)，將緊固帶的一端與之連接，另外一端在適當(dāng)位置徑向拉住彎管管體，拉力控制合適，主要是起管徑定位作用；

（16）生產(chǎn)目標(biāo)如果是90°彎管，可擠出一個圓周角120°左右的彎管，視情況而定；

圖7 彎頭外護(hù)管成品圖

（17）到達(dá)生產(chǎn)目標(biāo)后，停止?fàn)恳龣C(jī)運(yùn)動，停止擠出機(jī)擠料，停止向管內(nèi)通氣，在彎管端頭切割小口放氣（停機(jī)步驟不可亂序，否則會引起充氣內(nèi)力使管端受力過大，撐斷連接鋼件，彈飛彎管而有安全危害）；

（18）管內(nèi)氣壓下去之后關(guān)閉冷卻水，在水套外端口用電鋸切下彎管，移出彎管；

（19）因為彎管頭兩端有電鋸切口和人為操作痕跡以及其他工序引起的管體不平滑和管頭粗糙，按照需要尺寸進(jìn)行切除。

7 工藝改善要點

關(guān)于彎管一次成型技術(shù)的改良主要是兩個部分，首先是氣堵卡盤的鎖緊，當(dāng)端頭擠出料包圍在邊緣包裹盤上之后，需要將密封卡盤與其固定，頂住擠出的PE料，目前采用的方式是螺栓固定，由于牽引設(shè)備結(jié)構(gòu)特殊，所以氣堵位置的操作空間有限，需要人工對孔，再上緊螺母，整個成型過程在此階段耗時最多[3]。所以后續(xù)是對氣堵卡盤的鎖緊方式做出改進(jìn)，通過氣缸壓力來頂住端頭PE料。剩下的一個問題是在剛擠出PE料時，需要人工手動將料均勻的包裹在氣堵卡盤上，由于定徑冷卻水套內(nèi)壁部分用于冷卻水的儲備，所以無論在什么時間開機(jī)，水套上部分的溫度總是高于下部分，這就導(dǎo)致剛擠出的PE料冷卻速度不一樣，流淌在包裹盤上的位置不同，嚴(yán)重時可能會堵住出料口，影響彎管端頭的密封，從現(xiàn)場實驗來看，水套上部分出料流淌性較好，依靠重力很容易包裹在卡盤上，厚度也比較合適，但水套下部分出料是沿水套邊緣流淌，很難包裹在卡盤上，需要用刮刀在擠料的同時將料不停的撥動上翻，盡力讓所有的料包裹在卡盤邊緣，然后需要迅速將氣堵卡盤鎖緊，否則PE料完全冷卻之后就很難將其頂死密封。

8 結(jié)束語

用一次擠出成型的方式生產(chǎn)外護(hù)管彎頭具有時間、質(zhì)量和效益的優(yōu)勢，而通過方案分析，我們可以通過合理的工藝設(shè)計和設(shè)備設(shè)計實現(xiàn)一次性成型，將會大大減少彎管生產(chǎn)的人力、物力的投入。