CN106426970A - 直通型塑料检查井的成型加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直通型塑料检查井的成型加工装置及其加工方法，包括工作台、挤塑成型设备、激光切割焊接一体式系统、设有机械手的搬运机器人、控制系统，挤塑成型设备上至少设有一个挤塑模具，挤塑模具上设有挤出头，激光切割焊接一体式系统包括变频激光器、传输激光束的光路系统、调整校直激光束光斑的激光头。挤塑成型主管和支管，主管高度尺寸为直通型塑料检查井总高度尺寸，按相贯线位置激光切割主管、支管，再焊接主管、支管。本发明可实现直通型塑料检查井自动化、柔性化大批量制造，降低成型工艺难度和成型设备要求，减少生产投入，降低制造成本；将井室与井座的主管合并为一体加工，节省直通型塑料检查井的安装施工时间，提高工作效率。

Description

直通型塑料检查井的成型加工装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及直通型塑料检查井成型加工领域，尤其涉及直通型塑料检查井的成型加工装置及其加工方法，用于对建筑小区用检查井或大型多通道塑料管件的挤塑、相贯线切割和焊接的组合成型加工。

背景技术

塑料检查井俗称“窨井”，是用于替代传统的水泥砖砌管网排水系统的绿色、环保、节能、省地型塑料建材产品，主要由井室和井座组成，塑料检查井按用途可分为两类：建筑小区用塑料检查井和市政管网用塑料检查井。建筑小区用塑料检查井通常是直通型的大型多通道塑料管件，简称直通型塑料检查井，相对于市政管网用塑料检查井（外径700-1000mm, 埋深高度5-7m），建筑小区用塑料检查井的埋深高度和承受压力负载较小，一般是外径小于700mm, 埋深高度小于3m，其井座主要由主管和支管组成，外形为直壁且无加强筋板，按支管通道数目多少，一般有二通、三通、四通、五通等类型。直通型塑料检查井常用于建筑小区、园区或道路建设的绿化带的管网排水系统，另外，与直通型塑料检查井塑料管件相类似，其他大型多通道塑料管件常用在化工设备系统或建筑物内的排水排污等系统。

目前，直通型塑料检查井井座、井室通常都是分别采用一次性注塑成型加工，安装施工时，井室和井座再组合成检查井整体。由于井座塑料管件外形复杂、尺寸较大，注塑模具需要侧抽芯机构较多，模具结构复杂；而且，由于塑料管件井室高度、支管通道数目、位置、尺寸和使用场合不同，直通型塑料检查井型号众多，每一个型号的直通型塑料检查井都需要与其相对应的注塑模具，模具数量和注塑设备的生产投入较大，制造成本高，不能满足市场对直通型塑料检查井的多样性需求和快速大量供应；且对于井室和井座分别采用各自的注塑设备进行生产，运输工序繁杂，制造成本高，而且，井室和井座再组合也增加工人劳动强度，降低工作效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供直通型塑料检查井的成型加工装置及其加工方法，采用塑料管件挤塑，采用变频激光设备进行塑料管件的相贯线切割、焊接组合。该装置可以实现直通型塑料检查井自动化、柔性化的大批量制造，降低成型工艺难度和成型设备要求，减少生产投入，降低制造成本，且将井室与井座的主管合并为一体加工，节省直通型塑料检查井的安装施工时间，提高工作效率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

直通型塑料检查井的成型加工装置，包括工作台、设置于工作台一端的挤塑成型设备、设置于工作台另一端的激光切割焊接一体式系统、活动设置于工作台上的搬运机器人、设置于工作台上的控制系统，搬运机器人位于挤塑成型设备与激光切割焊接一体式系统之间，在搬运机器人上至少设有两个机械手，在挤塑成型设备上至少设有一个与搬运机器人相对的挤塑模具，在挤塑模具上设有挤出头，激光切割焊接一体式系统包括变频激光器、激光输出系统，激光输出系统包括传输激光束的光路系统、调整校直激光束光斑的激光头，光路系统位于激光头与变频激光器之间，在工作台上设有位于搬运机器人与激光切割焊接一体式系统之间的塑料检查井主管安装座，激光头位于塑料检查井主管安装座上方，控制系统控制连接挤塑成型设备、激光切割焊接一体式系统、搬运机器人、机械手。

变频激光器输出红外激光束，激光束波长为900～10640nm，功率为400～1000W。

激光头调整校直的激光束光斑的直径为0.1～15mm。

在挤出头上设有圆环形输出口。

采用直通型塑料检查井的成型加工装置的加工方法，该方法包括如下步骤：

a.根据直通型塑料检查井的设计尺寸，设计主管和支管塑料管件，确定主管和支管的外径、壁厚和高度尺寸，主管的高度尺寸为直通型塑料检查井的总高度尺寸，设计主管和支管相接处相贯线的位置，确定主管与支管的焊接路径，分别确定主管和支管上的相接处相贯线切割路径；根据主管和支管的外径、壁厚和高度尺寸，设计制造主管和支管的挤塑模具；将制造主管和支管的挤塑模具安装在挤塑成型设备上；设定工作指令和控制程序，启动控制系统；

b.挤塑成型设备工作，挤塑模具开始挤塑成型主管和支管；主管和支管成型后，机器人的各机械手分别抓取主管和支管，将主管固定于塑料检查井主管安装座，将支管置于与主管相对的位置；

c.激光切割焊接一体式系统工作，启动变频激光器，输出远红外激光束，远红外激光束波长为5032～10640nm，功率为400～500W, 远红外激光束通过光路系统传输，再由激光头聚焦和校直，形成光斑直径为0.1～0.2mm的激光束；按照设计的主管和支管上的相接处相贯线切割路径，在控制系统控制下，远红外激光束光斑分别切割主管和支管上的连接处相贯线，形成主管的切口剖面和支管的切口剖面，在主管的切口剖面或支管的切口剖面上涂吸收涂层；

d.搬运机器人的各机械手分别抓取切割后的主管和支管，并将主管和支管的切口剖面对接配合进行焊接准备；

e.焊接时，激光切割焊接一体式系统工作，启动变频激光器，输出近红外激光束，近红外激光束波长为900～980nm，功率为500～1000W，近红外激光束通过光路系统传输，再由激光头聚焦和校直，形成光斑直径为10～15mm的激光束；按照设计的主管与支管的焊接路径，在控制系统控制下，激光头输出的近红外激光束透射焊接主管和支管配合连接处的相贯线位置，形成主管和支管组合连接的焊缝；

f.主管和支管组合焊接完成，搬运机器人的一机械手取下主管和支管组合，完成直通型塑料检查井的成型加工。

吸收涂层为炭黑。

本发明直通型塑料检查井的成型加工装置集挤塑成型设备、激光切割和焊接系统为一体。挤塑成型设备设有挤塑模具，挤塑模具设有圆环形输出口的挤出头。激光切割焊接一体式系统包括控制软件、变频激光器、激光输出系统等，变频激光器输出远红外激光或近红外激光，激光波长为900～10640nm，功率为400～1000W，激光输出系统由光路系统和激光头组成，光路系统传输激光束，激光头调整和校直激光束光斑，聚焦和校直的光斑直径为0.1～15mm；在控制软件控制下，激光头进行主管和支管塑料管件连接的相贯线切割和焊接。控制系统通过控制面板控制挤塑成型设备、搬运机器人、激光切割和焊接系统等工作。

通过更换不同尺寸的挤出头，可以挤出成型加工任意长度的主管和支管塑料管件，主管和支管塑料管件的长度、外径和壁厚尺寸可以相同或不同，外径小于700mm，壁厚为10～15 mm，主管和支管塑料管件的内外壁面光滑且无加强筋。主管和支管外径尺寸相同时，挤塑成型设备可用1副挤塑模具和1个挤出头；主管和支管外径尺寸不同时，挤塑成型设备用2副以上挤塑模具和2个以上挤出头。

激光切割主管或支管塑料管件相贯线时，变频激光器输出远红外激光，在激光波长为5032～10640nm范围内，大多数塑料材料对远红外激光吸收系数高，光热效应显著，较大功率密度的远红外激光可以快速烧蚀切割壁厚为10～15 mm的塑料材料，烧蚀切割面平整。

激光焊接主管或支管塑料管件相贯线时，变频激光器输出近红外激光，在激光波长为900～980nm范围内，激光可以穿透许多无色透明的塑料原材料，塑料原材料对近红外激光吸收系数较低，采用激光透射方式可以焊接塑料，即激光透射焊接两个接触配合的材料，激光透过一方透光材料，被另一方吸收材料表面吸收，吸收材料为添加激光吸收剂的塑料，或由接触配合的表面上吸收涂层吸收，吸收涂层可以是炭黑或其他材料。吸收涂层或吸收材料表面对近红外激光吸收系数高，光热效应显著，在控制系统控制下，较高功率但较低功率密度的近红外激光，可以快速焊接接触面宽度为10～15 mm的任意长度和形状的相贯线焊缝，激光焊缝平整、牢固且热变形较小。

本发明在进行直通型塑料检查井的成型加工时，将井室和井座设计为一整体，即将井室和井座的总高度尺寸作为主管的总高度尺寸，也即主管的总高度尺寸即为直通型塑料检查井的总高度尺寸；塑料管件主管和支管二者相接处相贯线的位置即为二者各自切割的位置和二者相配合焊接的位置。

本发明具有如下积极效果：1. 采用挤塑成型制造方法，直通型检查井的井室和井座可以为整体挤塑成型，且高度可以任意选取，简化了直通型检查井井室的成型加工工艺，节省直通型塑料检查井的安装施工时间，提高工作效率；2. 采用挤塑成型制造方法，可以将大型复杂的注塑模具简化为结构简单的挤塑模具，通过更换挤出头，就可以挤出成型尺寸相同或不同的主管和支管，降低模具设计难度和制造成本；3. 采用挤塑成型制造方法，可以避免使用超大型注塑成型设备，中小型挤塑成型设备也可以满足大型特别是超长型的直通型塑料检查井加工，降低塑料检查井成型工艺难度，降低能源消耗；4. 采用激光切割和焊接系统，直通型塑料检查井柔性化加工程度高，在本发明中，只要切割和焊接主管和支管的相贯线，就可以方便地实现二通、三通、四通、五通等支管数目不同或支管位置不同的多种类型检查井成型加工；5. 采用激光切割和焊接系统，激光可以快速切割和焊接接触面宽度为10～15 mm的任意长度和形状的相贯线焊缝，激光焊缝平整、牢固且热变形较小；6.生产效率高，适用范围广，可以成型加工大多数热塑性塑料材料。

附图说明

图1为实施例1中本发明成型加工等径二通的结构示意图。

图2为图1中的A向局部放大示意图。

图3为实施例1中等径二通的支管一切割前的剖面结构示意图。

图4为实施例1中等径二通的支管一切割后的主视结构示意图。

图5为实施例1中等径二通的主管一切割后的主视结构示意图。

图6为实施例2中本发明成型加工不等径二通的结构示意图。

图7为实施例2中不等径二通支管二切割后的主视结构示意图。

图8为实施例2中不等径二通主管二切割后的主视结构示意图。

图中：1.自动化挤塑成型机、2.主管挤塑模具、3.主管挤出头、3-1.圆环形输出口、4.搬运机器人、5.机械手一、6.机械手二、7.激光束、8.激光头、9.光路系统、10.变频激光器、11.控制系统、12.工作台、13.主管一、13-1.主管一切口剖面、14.等径相贯线、15.支管一、15-1.支管一切口剖面、16.塑料检查井主管安装座、17.支管挤塑模具、18.支管挤出头、19.不等径相贯线、20.支管二、20-1.支管二切口剖面、21.主管二、21-1.主管二切口剖面。

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5，以主管和支管的外径和壁厚尺寸相同的二通PVC直通型检查井（简称等径二通）成型加工为例，直通型塑料检查井的成型加工装置，包括工作台12、设置于工作台12一端的自动化挤塑成型机1、设置于工作台12另一端的激光切割焊接一体式系统、活动设置于工作台12上的搬运机器人4、设置于工作台12上的控制系统11，自动化挤塑成型机1为本实施例的挤塑成型设备，搬运机器人4位于自动化挤塑成型机1与激光切割焊接一体式系统之间，在搬运机器人4上设有机械手一5、机械手二6，在自动化挤塑成型机1上设有一个与搬运机器人4相对的主管挤塑模具2，在主管挤塑模具2上设有主管挤出头3，在主管挤出头3上设有圆环形输出口3-1，激光切割焊接一体式系统包括变频激光器10、激光输出系统，激光输出系统包括传输激光束的光路系统9、调整校直激光束光斑的激光头8，光路系统9位于激光头8与变频激光器10之间，在工作台12上设有位于搬运机器人4与激光切割焊接一体式系统之间的塑料检查井主管安装座16，激光头8位于塑料检查井主管安装座16上方，控制系统11控制连接自动化挤塑成型机1、激光切割焊接一体式系统、搬运机器人4、机械手一5、机械手二6。

等径二通包括：支管一15、主管一13，在支管一15 和主管一13连接处为等径相贯线14，在图1平面图中等径相贯线14呈现为两条相交的直线，支管一15和主管一13的外径为700mm、壁厚为10mm, 支管一15的长度为1000mm，主管一13的长度为2500mm。

启动控制系统11，设定工作指令和控制程序。

按照设计尺寸和控制程序，自动化挤塑成型机1开始工作，主管挤塑模具2通过主管挤出头3挤出成型主管一13，机械手二6抓取主管一13固定于塑料检查井主管安装座16，主管挤塑模具2通过主管挤出头3挤出成型支管一15，机械手一5将支管一15置于与主管一13相对的位置；激光切割焊接一体式系统开始工作，变频激光器10输出功率为400W、波长为5320nm的激光束7，激光束7通过光路系统9传输，并由激光头8校直，形成直径为0.15mm的光斑，按设计的等径相贯线14切割路径，在控制系统11控制下，激光束7分别切割主管一13、支管一15，在主管一13上切割形成主管一切口剖面13-1，本实施例主管一切口剖面13-1在图5平面图中显示为两条相交的直线，在支管一15上切割形成与主管一切口剖面13-1相配合的支管一切口剖面15-1，在主管一切口剖面13-1上涂炭黑吸收涂层。

机械手二6和机械手一5分别抓取切割后的主管一13和支管一15，将主管一13的主管一切口剖面13-1和支管一15的支管一切口剖面15-1对接配合形成等径相贯线14，进行焊接准备；激光切割焊接一体式系统开始工作，变频激光器10输出功率为1000W、波长为900nm的激光束7，激光束7通过光路系统9传输，并由激光头8校直，形成直径为10mm的光斑，按设计的等径相贯线14焊接路径，激光束7在主管一13和支管一15配合的等径相贯线14处焊接，组合连接主管一13和支管一15。

主管一13和支管一15组合焊接完成后，搬运机器人4的机械手二6取下主管一13和支管一15组合，完成直通型塑料检查井的成型加工。

实施例2，参见附图6～附图8，以主管和支管的外径不同和壁厚尺寸相同的二通PVC直通型检查井（简称不等径二通）成型加工为例，直通型塑料检查井的成型加工装置，包括工作台12、设置于工作台12一端的自动化挤塑成型机1、设置于工作台12另一端的激光切割焊接一体式系统、活动设置于工作台12上的搬运机器人4、设置于工作台12上的控制系统11，自动化挤塑成型机1为本实施例的挤塑成型设备，本实施例在自动化挤塑成型机1上设有一个与搬运机器人4相对的主管挤塑模具2和一个与搬运机器人4相对的支管挤塑模具17，在主管挤塑模具2上设有主管挤出头3，在支管挤塑模具17上设有支管挤出头18。其余结构均与实施例一相同。

不等径二通包括：支管二20、主管二21，在支管二20和主管二21连接处为不等径相贯线19，在图6平面图中不等径相贯线19呈现为曲线，支管二20外径为500mm、壁厚为10mm、长度为1000mm, 主管二21外径为700mm、壁厚为10mm、长度为2500mm。

启动控制系统11，设定工作指令和控制程序。

按照设计尺寸和控制程序，自动化挤塑成型机1开始工作，主管挤塑模具2通过主管挤出头3挤出成型主管二21，机械手二6搬取主管二21固定于塑料检查井主管安装座16；支管挤塑模具17通过支管挤出头18挤出成型支管二20，机械手一5将支管二20置于与主管二21相对的位置；激光切割焊接一体式系统开始工作，变频激光器10输出功率为400W、波长为5320nm的激光束7，激光束7通过光路系统9传输，并由激光头8校直，形成直径为0.15mm的光斑，按设计的不等径相贯线19的切割路径，在控制系统11控制下，激光束7分别切割主管二21、支管二20，在主管二21上切割形成主管二切口剖面21-1，本实施例主管二切口剖面21-1在图8平面图中呈曲线，在支管二20上切割形成与主管二切口剖面21-1相配合的支管二切口剖面20-1，在主管二切口剖面21-1上涂炭黑吸收涂层。

机械手二6和机械手一5分别抓取切割后的主管二21和支管二20，将主管二21的主管二切口剖面21-1和支管二20的支管二切口剖面20-1对接配合形成不等径相贯线19，进行焊接准备；激光切割焊接一体式系统开始工作，变频激光器10输出功率为1000W、波长为900nm的激光束7，激光束7通过光路系统9传输，并由激光头8校直，形成直径为10mm的光斑，按设计的不等径相贯线19焊接路径，激光束7在主管二21和支管二20配合的不等径相贯线19处焊接，组合连接主管二21和支管二20。

主管二21和支管二20组合焊接完成后，搬运机器人4的机械手二6取下主管二21和支管二20组合，完成直通型塑料检查井的成型加工。

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 (6)

1.直通型塑料检查井的成型加工装置，其特征在于：包括工作台、设置于工作台一端的挤塑成型设备、设置于工作台另一端的激光切割焊接一体式系统、活动设置于工作台上的搬运机器人、设置于工作台上的控制系统，搬运机器人位于挤塑成型设备与激光切割焊接一体式系统之间，在搬运机器人上至少设有两个机械手，在挤塑成型设备上至少设有一个与搬运机器人相对的挤塑模具，在挤塑模具上设有挤出头，激光切割焊接一体式系统包括变频激光器、激光输出系统，激光输出系统包括传输激光束的光路系统、调整校直激光束光斑的激光头，光路系统位于激光头与变频激光器之间，在工作台上设有位于搬运机器人与激光切割焊接一体式系统之间的塑料检查井主管安装座，激光头位于塑料检查井主管安装座上方，控制系统控制连接挤塑成型设备、激光切割焊接一体式系统、搬运机器人、机械手。

2.根据权利要求1所述的直通型塑料检查井的成型加工装置，其特征在于：变频激光器输出红外激光束，激光束波长为900～10640nm，功率为400～1000W。

3.根据权利要求2所述的直通型塑料检查井的成型加工装置，其特征在于：激光头调整校直的激光束光斑的直径为0.1～15mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的直通型塑料检查井的成型加工装置，其特征在于：在挤出头上设有圆环形输出口。

5.采用如权利要求4所述的直通型塑料检查井的成型加工装置的加工方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

a.根据直通型塑料检查井的设计尺寸，设计主管和支管塑料管件，确定主管和支管的外径、壁厚和高度尺寸，主管的高度尺寸为直通型塑料检查井的总高度尺寸，设计主管和支管相接处相贯线的位置，确定主管与支管的焊接路径，分别确定主管和支管上的相接处相贯线切割路径；根据主管和支管的外径、壁厚和高度尺寸，设计制造主管和支管的挤塑模具；将制造主管和支管的挤塑模具安装在挤塑成型设备上；设定工作指令和控制程序，启动控制系统；

b.挤塑成型设备工作，挤塑模具开始挤塑成型主管和支管；主管和支管成型后，机器人的各机械手分别抓取主管和支管，将主管固定于塑料检查井主管安装座，将支管置于与主管相对的位置；

c.激光切割焊接一体式系统工作，启动变频激光器，输出远红外激光束，远红外激光束波长为5032～10640nm，功率为400～500W, 远红外激光束通过光路系统传输，再由激光头聚焦和校直，形成光斑直径为0.1～0.2mm的激光束；按照设计的主管和支管上的相接处相贯线切割路径，在控制系统控制下，远红外激光束光斑分别切割主管和支管上的连接处相贯线，形成主管的切口剖面和支管的切口剖面，在主管的切口剖面或支管的切口剖面上涂吸收涂层；

d.搬运机器人的各机械手分别抓取切割后的主管和支管，并将主管和支管的切口剖面对接配合进行焊接准备；

e.焊接时，激光切割焊接一体式系统工作，启动变频激光器，输出近红外激光束，近红外激光束波长为900～980nm，功率为500～1000W，近红外激光束通过光路系统传输，再由激光头聚焦和校直，形成光斑直径为10～15mm的激光束；按照设计的主管与支管的焊接路径，在控制系统控制下，激光头输出的近红外激光束透射焊接主管和支管配合连接处的相贯线位置，形成主管和支管组合连接的焊缝；

f.主管和支管组合焊接完成，搬运机器人的一机械手取下主管和支管组合，完成直通型塑料检查井的成型加工。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：吸收涂层为炭黑。