CN106003746A - 大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置及其方法，包括主管及支承管注塑模具、注塑成型设备、搬运机器人、搬运轨道、焊接系统、控制系统，注塑成型设备包括主管及支承管自动化注塑成型机，主管及支承管注塑模具分别安装在主管及支承管自动化注塑成型机上，注塑成型设备位于搬运轨道一端，焊接系统位于搬运轨道另一端，搬运机器人活动位于搬运轨道上。首先进行井座的主管和支承管注塑成型，随后由焊接系统将主管和支承管组合为井座整体，主管、支承管注塑成型和焊接组合由控制系统集成控制。本发明可实现大型塑料检查井井座自动化、柔性化制造，简化模具结构，降低模具制造成本，降低塑料检查井注塑成型工艺难度和注塑成型设备要求。

Description

大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置及其方法

技术领域

本发明涉及大型塑料检查井井座成型加工领域，尤其涉及大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置及其方法。

背景技术

公共市政管网建设用大型塑料检查井系统(简称市政大型塑料检查井)是用于替代传统的水泥砖砌管网系统的绿色、环保、节能、省地型塑料建材产品，主要用于公共市政管网系统，市政大型塑料检查井是我国和欧美发达国家正在积极研制开发的高科技、环保型建材项目。

大型塑料检查井系统一般由井盖、井室和井座组成，其中，检查井井座是体积大、外形和结构复杂的关键部件，检查井井座重量一般达数万克至数十万克以上，外形尺寸大于1米，一次性整体注塑成型是其传统生产方法。通常，检查井井座是由主管和二个以上支承管构成的，即二通、三通、四通、五通等多种类型的检查井管件。大型塑料检查井井座的注塑模具需要多个长距离侧抽芯机构，而且，井座的主管和支承管外表面通常具有加强筋板，因而，检查井井座外形复杂、尺寸巨大，导致注塑模具结构复杂、尺寸大，模具设计制造难度大、制造成本高，另外，注塑成型工艺要求较高，需要超大型注塑成型设备进行生产。

对于大型塑料检查井成型加工，除了传统的一次性整体注塑成型方法，国内外正在研究和应用滚塑成型方法，与注射成型相比，滚塑成型工艺设备与模具成本相对低廉，适合用于超大型塑料件成型加工，但是，滚塑成型模具结构设计需要充分考虑到熔体流动的特性，其生产效率较低，劳动强度大，自动化程度较低，不适合大型塑料管件批量生产。

目前，人们提出了多种类型的组合式塑料检查井及其组装方法，针对井座的主管和支承管焊接组合，一般是采用螺钉连接、热熔焊接和涂胶等组合方法，这些组合方法的缺点是自动化程度低，劳动强度大，操作困难；焊接或连接接触面小，连接组合部位强度低、容易渗漏。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置及其方法，可以实现大型塑料检查井井座自动化、柔性化制造，简化模具结构，降低模具制造成本，降低塑料检查井注塑成型工艺难度和注塑成型设备要求。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置，包括主管注塑模具、支承管注塑模具、注塑成型设备、搬运机器人、搬运轨道、焊接系统、控制系统，注塑成型设备包括主管自动化注塑成型机、支承管自动化注塑成型机，主管注塑模具和支承管注塑模具分别安装在主管自动化注塑成型机和支承管自动化注塑成型机上，主管自动化注塑成型机和支承管自动化注塑成型机设置于搬运轨道一端，焊接系统设置于搬运轨道另一端，搬运机器人活动连接于搬运轨道上，且搬运机器人位于注塑成型设备和焊接系统之间，焊接系统包括设置于搬运轨道上的焊接底座板、固定于焊接底座板上的定位块、至少一个焊接板、与焊接板的数量相同的焊接板机械手、与焊接板的数量相同的支承管机械手，焊接板机械手、支承管机械手分别通过支架活动连接于焊接底座板，每个焊接板安装有一个焊接板机械手，塑料检查井井座的注塑成型后的主管设置于定位块上，各焊接板分别位于塑料检查井井座的注塑成型后的各支承管与主管之间，焊接板的两侧侧面分别为焊接面，焊接板的两侧焊接面分别与支承管接合面及主管接合面相对接配合，控制系统控制连接注塑成型设备、搬运机器人、焊接板机械手、支承管机械手，在主管自动化注塑成型机上设有主管注塑机机械手，在支承管自动化注塑成型机上设有支承管注塑机机械手。

在支承管接合面处设有法兰圈，支承管通过法兰圈与主管组合连接，支承管的法兰圈宽度大于2倍井座壁厚。

焊接系统的焊接板具有自动控制的电热机构。

焊接板的与支承管接合面相对接配合的焊接面与支承管的法兰圈底面的形状相同。这里法兰圈底面即为支承管接合面。

采用大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置的方法，该方法包括如下步骤：

a.根据塑料检查井井座的材料和设计尺寸，设计主管和支承管，准备主管注塑模具、支承管注塑模具；主管注塑模具、支承管注塑模具分别安装在主管自动化注塑成型机、支承管自动化注塑成型机上，设定工作指令和控制程序，启动控制系统；

b.注塑成型设备工作，主管注塑模具、支承管注塑模具分别开始注塑成型；主管和支承管成型后，分别由主管注塑机机械手、支承管注塑机机械手抓取转交给搬运机器人；搬运机器人将主管输送至焊接系统的定位块上，主管倒置固定于定位块，并将支承管转交给支承管机械手；

c.焊接系统开始工作，焊接板温度控制在塑料检查井井座塑料熔体温度范围内，焊接板机械手和支承管机械手分别抓取焊接板和支承管，并将主管接合面、支承管接合面分别和焊接板两侧的焊接面紧密接触，焊接板快速加热主管接合面及支承管接合面表面；

d.主管接合面和支承管接合面表面快速加热融化后，支承管机械手控制主管和支承管分离，焊接板机械手控制焊接板抽离，并在主管接合面和支承管接合面表面融化状态下，支承管机械手快速接合压紧主管和支承管，直至主管和支承管接合面温度下降至固态；

e.主管和支承管组合焊接完成，取下塑料检查井井座。

塑料检查井井座的主管和支承管采用模块化设计与分体式制造，主管和支承管的注塑和焊接为一体化自动加工。

电热机构对主管接合面和支承管接合面表面快速均匀加热融化，主管接合面和支承管接合面表面是浅表面加热融化。

主管和支承管的成型加工分别由主管自动化注塑成型机、支承管自动化注塑成型机来完成。

焊接板速加热主管接合面及支承管接合面表面的加热时间3～10秒。

本发明组成检查井井座的主管和支承管采用模块化设计与分体式制造，即将检查井井座分解为主管和支承管，首先通过主管和支承管分别注塑成型，支承管注塑成型后即带有法兰圈结构，再进行主管和支承管焊接组合为检查井井座整体，注塑和焊接是一体化自动加工。

因检查井壁厚一般小于15mm，支承管和主管接触面设计为法兰圈特征，其增大接合面面积，可以增大焊接强度，支承管得法兰圈和主管组合连接，支承管的法兰圈宽度H大于2倍井座壁厚h，H在30～50mm范围内，h在10～15mm范围内，H、h皆为正有理数，主管和支承管分别由自动化注塑成型设备注塑成型加工。

支承管和主管组合是由焊接系统的焊接板完成焊接连接，焊接板的焊接面与主管和支承管的接合面法兰圈形状一致，即焊接板的焊接面与主管和支承管接合面相互配合，焊接系统的焊接板机械手和支承管机械手数量都可以有多个。

焊接系统的焊接板具有自动控制的电热机构，电热机构对主管和支承管的接合面表面快速均匀加热融化，主管和支承管的接合面是浅表面加热融化，焊接板由焊接板机械手控制，焊接板温度控制在塑料熔体温度范围内。

主管注塑模具包括主管型芯、主管型腔、动模、定模、浇注系统等。支承管注塑模具包括支承管型芯、支承管型腔、动模、定模、浇注系统等。

本发明具有如下积极效果：1.采用模块化设计和分体式制造方法，可以将超大型注塑模具简化为中小型注塑模具，避免或简化模具抽芯机构，模具结构简单，降低模具设计难度和制造成本；2.采用模块化设计和分体式制造方法，可以避免使用超大型注塑成型设备，中小型注塑成型设备也可以满足大型塑料检查井井座加工，降低塑料检查井注塑成型工艺难度，降低能源消耗；3.采用模块化设计和分体式制造方法，大型塑料检查井井座柔性化加工程度高，在本发明中，只要更换主管或支承管注塑模具，就可以方便地实现二通、三通、四通、五通等多种类型的检查井井座成型加工；4.支承管的焊接面采用法兰圈结构，法兰圈与主管圆柱体外表面直接焊接，可以增大焊接面积，焊接强度高，焊接操作简单；采用焊接面的浅表面加热溶化，焊接质量好，可以降低焊接基体材料变形；5.生产效率高，容易实施大批量自动化生产；6.适用范围广，可以成型加工所有热塑性塑料材料。

附图说明

图1为实施例1中本发明的结构示意图。

图2为实施例1中PE塑料二通井座的截面结构示意图。

图3为实施例1中PE塑料二通井座的俯视结构示意图。

图4为实施例2中本发明的结构示意图。

图5为实施例2中PVC塑料三通井座的截面结构示意图。

图6为实施例2中PVC塑料三通井座的俯视结构示意图。

图中：1.主管自动化注塑成型机、1-1.主管注塑机机械手、2.主管注塑模具、3.搬运轨道、4.支承管自动化注塑成型机、4-1.支承管注塑机机械手、5.支承管注塑模具、6.搬运机器人、7.支承管、7-1.支承管接合面、8.焊接板一、8-1.焊接面、9.焊接板机械手一、10.主管、10-1.主管接合面、11.焊接板机械手二、12.焊接板二、12-1.焊接板二焊接面、13.控制系统、14.支架、15定位块、16.焊接底座板、17.法兰圈、18.支承管机械手一、19.支承管机械手二。

具体实施方式

以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述：

实施例1，参见附图1～附图3，以PE塑料二通井座成型加工为例，大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置，包括：主管自动化注塑成型机1、主管注塑模具2、搬运轨道3、支承管自动化注塑成型机4、支承管注塑模具5、搬运机器人6、焊接系统、控制系统13。

二通检查井井座包括：支承管7、主管10，在支承管接合面7-1处设有法兰圈17，焊接系统包括焊接底座板16、定位块15、焊接板一8、焊接板机械手一9、支承管机械手一18、焊接板二12、焊接板机械手二11、支承管机械手二19，焊接板一8的与支承管接合面7-1相对接配合的焊接面8-1与支承管7的法兰圈17底面的形状相同，法兰圈17的底面为曲面，法兰圈17的宽度H大于2倍井座壁厚h，这里H是40mm，h为10mm，主管注塑模具2安装在主管自动化注塑成型机1，支承管注塑模具5安装在支承管自动化注塑成型机4。各焊接板机械手及支承管机械手分别通过支架14活动连接于焊接底座板16。

启动控制系统13，设定工作指令和控制程序；焊接板一8温度控制在PE塑料熔体温度范围220～275度。

主管自动化注塑成型机1和支承管自动化注塑成型机4工作，主管注塑模具2、支承管注塑模具5开始注塑成型；主管10和支承管7成型后，分别由主管注塑机机械手1-1、支承管注塑机机械手4-1抓取转交给搬运机器人6；搬运机器人6将主管10和支承管7输送至焊接系统，并将主管10倒置固定在定位块15上；支承管7输送至焊接系统的支承管机械手一18。

焊接系统工作，焊接板机械手一9和支承管机械手一18分别抓取焊接板一8和支承管7，并将主管10、支承管7和焊接板一8的焊接面8-1紧密接触，焊接板一8快速加热主管接合面10-1和支承管接合面7-1表面，加热时间3～5秒；主管接合面10-1和支承管接合面7-1表面快速加热融化后，焊接板一8抽离；支承管机械手一18和焊接板机械手一9各自控制支承管7、焊接板一8和主管10分离，并在主管10和支承管7的接合表面融化状态下，支承管机械手一18控制支承管7再快速接合压紧主管10，直至主管10和支承管7接合面温度下降至固态。

主管10和支承管7组合焊接完成，取下PE塑料二通井座。

实施例2，参见附图4～附图6，以PVC塑料三通井座成型加工为例，大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置，包括：主管自动化注塑成型机1、主管注塑模具2、搬运轨道3、支承管自动化注塑成型机4、支承管注塑模具5、搬运机器人6、焊接系统、控制系统13。

三通检查井井座包括：两个支承管7、主管10，在两个支承管7的支承管接合面7-1处分别设有法兰圈17，法兰圈17的宽度H大于2倍井座壁厚h，这里H是30mm，h为10mm，焊接系统包括焊接底座板16、定位块15、焊接板一8和焊接板二12、焊接板机械手一9和焊接板机械手二11、支承管机械手一18和支承管机械手二19。其余机构与实施例1相同。

启动控制系统13，设定工作指令和控制程序；焊接板一8和焊接板二12温度控制在PVC塑料熔体温度范围80～90度。

主管自动化注塑成型机1和支承管自动化注塑成型机4工作，主管注塑模具2、支承管注塑模具5开始注塑成型；主管10、两个支承管7成型后，分别由主管注塑机机械手1-1、支承管注塑机机械手4-1抓取转交给搬运机器人6；搬运机器人6将主管10、两个支承管7输送至焊接系统，并将主管10倒置固定在定位块15上；一个支承管7输送至焊接系统的支承管机械手一18；另一个支承管7输送至焊接系统的支承管机械手二19。

焊接系统工作，焊接板机械手一9、焊接板机械手二11、支承管机械手一18和支承管机械手二19分别抓取焊接板一8、焊接板二12、两个支承管7，并将主管10、一个支承管7和焊接板一8的焊接面8-1紧密接触，以及主管10、另一个支承管7和焊接板二12的焊接板二焊接面12-1紧密接触，焊接板加热时间5～10秒；主管10和一支承管7、主管10和另一支承管7的主管接合面10-1和支承管接合面7-1表面快速加热融化后，焊接板一8和焊接板二12抽离，支承管机械手一18和焊接板机械手一9各自控制一支承管7、焊接板一8和主管10分离，支承管机械手二19和焊接板机械手二11各自控制另一支承管7、焊接板二12和主管10分离，并在两个支承管7和主管10的支承管接合面7-1、主管接合面10-1表面融化状态下，再快速接合压紧两个支承管7和主管10，直至接合面温度下降至固态。

两个支承管7和主管10组合焊接完成，取下PVC塑料三通井座。

以上所述仅为本发明的较佳实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置，其特征在于：包括主管注塑模具、支承管注塑模具、注塑成型设备、搬运机器人、搬运轨道、焊接系统、控制系统，注塑成型设备包括主管自动化注塑成型机、支承管自动化注塑成型机，主管注塑模具和支承管注塑模具分别安装在主管自动化注塑成型机和支承管自动化注塑成型机上，主管自动化注塑成型机和支承管自动化注塑成型机设置于搬运轨道一端，焊接系统设置于搬运轨道另一端，搬运机器人活动连接于搬运轨道上，且搬运机器人位于注塑成型设备和焊接系统之间，焊接系统包括设置于搬运轨道上的焊接底座板、固定于焊接底座板上的定位块、至少一个焊接板、与焊接板的数量相同的焊接板机械手、与焊接板的数量相同的支承管机械手，焊接板机械手、支承管机械手分别通过支架活动连接于焊接底座板，每个焊接板安装有一个焊接板机械手，塑料检查井井座的注塑成型后的主管设置于定位块上，各焊接板分别位于塑料检查井井座的注塑成型后的各支承管与主管之间，焊接板的两侧侧面分别为焊接面，焊接板的两侧焊接面分别与支承管接合面及主管接合面相对接配合，控制系统控制连接注塑成型设备、搬运机器人、焊接板机械手、支承管机械手，在主管自动化注塑成型机上设有主管注塑机机械手，在支承管自动化注塑成型机上设有支承管注塑机机械手。

2.根据权利要求1所述的大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置，其特征在于：在支承管接合面处设有法兰圈，支承管通过法兰圈与主管组合连接，支承管的法兰圈宽度大于2倍井座壁厚。

3.根据权利要求2所述的大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置，其特征在于：焊接系统的焊接板具有自动控制的电热机构。

4.根据权利要求3所述的大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置，其特征在于：焊接板的与支承管接合面相对接配合的焊接面与支承管的法兰圈底面的形状相同。

5.采用如权利要求4所述的大型塑料检查井井座的模块化成型加工装置的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

a.根据塑料检查井井座的材料和设计尺寸，设计主管和支承管，准备主管注塑模具、支承管注塑模具；主管注塑模具、支承管注塑模具分别安装在主管自动化注塑成型机、支承管自动化注塑成型机上，设定工作指令和控制程序，启动控制系统；

b.注塑成型设备工作，主管注塑模具、支承管注塑模具分别开始注塑成型；主管和支承管成型后，分别由主管注塑机机械手、支承管注塑机机械手抓取转交给搬运机器人；搬运机器人将主管输送至焊接系统的定位块上，主管倒置固定于定位块，并将支承管转交给支承管机械手；

c.焊接系统开始工作，焊接板温度控制在塑料检查井井座塑料熔体温度范围内，焊接板机械手和支承管机械手分别抓取焊接板和支承管，并将主管接合面、支承管接合面分别和焊接板两侧的焊接面紧密接触，焊接板快速加热主管接合面及支承管接合面表面；

d.主管接合面和支承管接合面表面快速加热融化后，支承管机械手控制主管和支承管分离，焊接板机械手控制焊接板抽离，并在主管接合面和支承管接合面表面融化状态下，支承管机械手快速接合压紧主管和支承管，直至主管和支承管接合面温度下降至固态；

e.主管和支承管组合焊接完成，取下塑料检查井井座。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：塑料检查井井座的主管和支承管采用模块化设计与分体式制造，主管和支承管的注塑和焊接为一体化自动加工。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：电热机构对主管接合面和支承管接合面表面快速均匀加热融化，主管接合面和支承管接合面表面是浅表面加热融化。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：主管和支承管的成型加工分别由主管自动化注塑成型机、支承管自动化注塑成型机来完成。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：焊接板速加热主管接合面及支承管接合面表面的加热时间3～10秒。