CN1368428A

CN1368428A - Pe厚壁管材二次加工塑料管件生产工艺

Info

Publication number: CN1368428A
Application number: CN 01107780
Authority: CN
Inventors: 王友印; 胡宗义
Original assignee: SHENGLI CO Ltd SHANDONG
Current assignee: SHENGLI CO Ltd SHANDONG
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2002-09-11

Abstract

本发明公开了一种供水和燃气输送管道系统大口径塑料管件的生产工艺。在供水和燃气输送管道领域中,大口径PE塑料管件由于结构复杂,不能通过焊制生产。本发明是在现有工艺基础上,在定径套的收缩率、摸头的拉伸比、支撑板、牵引机、切割方法、提高真空度、加工温度、冷却方式等流程中进行系列改进。改进后利用现有设备、工艺流程生产大口径PE厚壁管,祢补现有设备工艺不能生产大口径PE塑料管的缺陷。

Description

PE厚壁管材二次加工塑料管件生产工艺

本发明公开了一种供水和燃气输送管道系统大口径塑料管件的生产工艺。

在供水和燃气输送管道领域中，PE塑料管件主要指法兰、变径、三通、四通等管件，小口径管件(管件重量8000克以下，Φ315及Φ315以下规格)可以通过注塑工艺进行生产，再经二次加工即得成品，大部分的等径三通、弯头可以通过焊制生产；而大口径管件(管件重量8000克以上，大于Φ315规格)中的法兰、变径、异径三通由于结构复杂，不能通过焊制生产，又因为重量大，如采用注塑工艺来生产，则需要庞大的注塑设备和模具投资，在市场需求未达到经济产量的情况下，很不可取。在这里我们提出了厚壁管材二次加工塑料管材生产工艺，其中的不足具体表现在：

(1)现有生产线所配模头口模间隙太小，模头通道截面积太小。按GB15558.1-1995、GB/T13663-92标准，标准管材的最小径厚比(管材壁厚最大)为SDR11(PN10)，相应的设备也是为生产标准管材设计的，模头尺寸不适合厚壁管的生产，使用中由于料坯在模头与定径套之间严重积聚，无法生产。因此，需要对模头进行改造。

(2)由于厚壁管的收缩率加大，外径收缩在6.5％～7.6％之间，随真空度有所变化，现有定径套不能满足同规格管材的生产，必须按厚壁管的收缩率重新设计定径套。

(3)由于壁厚的增加，管材重量增加，目前牵引机的结构及牵引功率不能满足厚壁管牵引要求，需重新选择牵引机。

(4)壁厚的增加也给切割带来了困难，目前管材生产线配套了先进的行星式切割据，但它最适合标准管材的生产，对厚壁管无能为力，必须寻求更合理的切割方案。

(5)壁厚的增加更容易导致管材不圆，这就要求更高的定型真空度，同时要采取措施缓解管材重量增加给生产带来的不良影响。

(6)由于塑料是热的不良导体，随着壁厚的增加，塑料表层很容易形成一层坚硬的外壳，内部塑料的冷却收缩必然导致塑料内部产生负压，从而造成塑料中易挥发组分(包括水分)的积聚，产生空洞，造成缺陷，同时由于冷却时间的增长，容易造成表层原料的降解。

该发明的目的就是对现有塑料的机械加工工艺及设备在实际生产中存在的上述几个问题，进行了较大改进，解决现有注塑工艺不能或难以解决的φ315以上大口径管件(法兰、变径、异径三通)的配套而发明的PE管件生产工艺。

该发明的技术方案包括：

(1)定径套的设计

增大了定径套的收缩率，由标准管材定径套2.0～3.0％的收缩率增大为7.5～8.9％。

(2)对模头的改进

管材生产时要保证料坯有一定的拉伸比，因此需增大模头尺寸，模头通道面积与厚壁管横截面积之比。对于厚壁管来说，拉伸比应大于1.2。口模内径与定径套内径之比1.05～1.11。只有这样，才能保证料坯挤出后经过一定的拉伸顺利的进入定径套而不发生积聚，厚壁管的生产才能正常进行。

(3)支撑板的改进

由于管材在从定径套到出真空槽的过程中外径变化比较大，需要对支撑板进行改进。靠近定径套的支撑板弧面直径是定径套内径的1.04倍，最后一个支撑板弧面直径是管材外径的1.04倍，中间的支撑板尺寸值在这两个值之间逐级变化，支撑板弧面底部在同一水平线上。

(3)牵引机的改进

现有设备牵引机为多履带牵引机，其传动机构使用了皮带传动，造成牵引能力有限，改进后的牵引机采用多履带多电机牵引技术，每个履带由一个电机通过涡杆传动，并且每个履带可以单独调节履带压力，牵引能力大幅度提高。

(4)切割方法的改进

由于该工艺不能破坏标准管材生产线的完整性，故对行星式切割锯不做改变，在生产厚壁管时，每生产一段厚壁管间断生产一小段薄壁管，在管材生产线上将厚壁管预切成长段，然后在卧式锯床上按管件加工要求进行进一步切割。

(5)保证管材外径和圆度所采取的措施

提高真空定径的真空度，将真空度设定在0.6～0.7bar之间。

为保证这样高的真空度，对密封圈的结构进行了改进，由原来的单密封圈结构改为双密封圈结构。

(6)加工温度的改进

为了避免管材内部产生空洞、管材表面的熔料降解，必须降低料坯的温度，这样对管材挤出的加工温度降低了10～20℃，机筒加工温度为180～190℃，模头加工温度为200～210℃。

(7)冷却方式的改进

标准管材的生产中采用了双箱真空定径，采用淋浴方式进行冷却。由于厚壁管自重的增加，冷却时间的增长，在PE厚壁管二次加工塑料管件生产工艺在淋浴式双箱真空定径的基础上进行了改进，第一段真空定径采用浸浴式冷却，真空槽中的水位离真空泵抽气口15～20厘米，管材浸没在水中进行冷却，这样做的好处是浮力缓解了管材自重力，同时改善了冷却效果。

(8)接头制作工序的改进

由于料坯很厚，随着管材口径的增大，原来将料坯压扁进行粘结的接头制作方式已不适应该工艺的生产，在该工艺中，料坯挤出后并不挤扁，而是将牵引管端削平后插入料坯，利用料坯的热量将牵引管端熔化从而达到接头制作的目的。牵引管端在料坯中预热时间为10～20分钟。

采用该技术方案后的生产工艺具有以下优点：

厚壁管二次加工塑料管件生产工艺是对现有管材挤出设备及二次加工设备进行改进，在生产出厚壁管的基础上，对厚壁管进行二次加工制作大口径管件的新工艺。该工艺制作的大口径管件质量稳定可靠，符合塑料管道设计规范，在实际应用中得到了用户的普遍好评，作为PE塑料管材的配套产品，具有广泛的市场应用前景。

PE厚壁管材二次加工塑料管件生产工艺所涉及的设备有：PE管材挤出生产线、卧式锯床、车床等机械加工设备。该工艺所涉及的设备都是在不影响正常使用的基础上作了不同程度的改进，设备追加投资少，很适合在塑料管材生产厂家，尤其具有大口径塑料管材生产能力的厂家普及。

PE厚壁管材二次加工塑料管件生产工艺中，卧式锯床的作用是对初步分段的厚壁管材结合壁厚、外径的实际情况以及管件的尺寸加工需要进行进一步切割；车床等机械加工设备是对分段的管材按照正常的塑料机械加工工艺进行机械加工从而制得成品管件。

PE厚壁管材二次加工塑料管件生产工艺的关键在于PE厚壁管的生产。由于厚壁管的特殊用途，要求厚壁管的径厚比(管材外径与壁厚之比)SDR＜11，只有这样的厚壁管材才能符合PE塑料管件二次加工要求。

下面结合附图和具体实施例作进一步说明。

图一是现行使用的单密封圈结构图，由密封圈1、密封垫圈2、和金属过渡板3组成，金属过渡板内径为管材外径的1.1倍，密封圈内径为管材外径的0.85倍。

图二是双密封圈结构图，由外密封圈1、内密封圈4、密封垫圈2、金属过渡板3组成，内密封圈4的内径与管材外径相等，其它尺寸与单密封圈结构相同。增加了内密封圈4后，密封圈的密封能力大大增强，又避免了厚密封圈柔韧性差的缺点。

图三是PE厚壁管二次加工塑料管件生产工艺流程图。其具体工艺流程是：

1、管材挤出

1.1设备预热

按标准管材挤出生产要求对机头和模头进行预热；

1.2更换模头及下游设备

1.2.1定径套的收缩率为7.5～8.9％；

1.2.2口模内径与定径套内径之比1.05～1.11；

1.2.3口模间隙与管材壁厚之比大于1.25；

1.2.4靠近定径套的支撑板弧面直径是定径套内径塑为1.04倍，最后一个支撑板弧面直径是管材外径的1.04倍，中间的支撑板尺寸值在这两个值之间逐级变化，支撑板弧面底部在同一水平线上；

1.2.5密封圈采用双密封圈结构，外密封圈内径为管材直径的0.85倍，内密封圈内径等于管材直径；

1.2.6冷却水槽、牵引机、切割锯、翻转台等设备的调整跟标准管材的生产准备工作相同。

1.3做接头

开启挤出机挤出料坯，将被污染的部分用刀具削掉，直到料坯中无气泡。用刀、锯等切割工具切削牵引管端表面的老化层，管端处理后插入料坯中进行预热10～20分钟。

1.4开机

逐渐提高挤出机挤出速度至正常生产时的产量，牵引管牵引速度与料坯挤出速度相同，由于料坯很厚，料坯挤出的线速度很小，所以要求牵引速度也很小。在料坯进入定径套时开启真空槽水泵、真空泵，在定径套不往外漏水时调节牵引速度，生产薄壁管(壁厚20～40mm)，这是为了避免接头处料坯太厚，或者当真空槽内有牵引管接头无法抽真空时先生产一段牵引管。真空槽密封后再生产厚壁管。

1.5厚壁管正常生产

1.5.1厚壁管正常生产时的生产工艺根据厚壁管规格的不同而有所不同，但工艺温度是一样的，机筒温度180～190℃，模头温度200～210℃，真空冷却槽水温14～25℃，冷却水槽水温14～25℃。

正常生产时管材生产速度为0.04～0.08m/min，挤出速度为400～500kg/h，依厚壁管规格的不同而变化。

1.5.2在正常生产的过程中，管材每隔定长(依各人需要而定)生产0.5米薄壁管(壁厚20～40毫米)，并在壁薄处做好切割标记，以利于厚壁管在线切割，方法是调整牵引速度，牵引速度等于挤出量除以厚壁管每米重量。

1.6停机

1.6.1停机时生产3.0～4.0米薄壁管，这是为了方便管材的牵引，同时为了保证管材充分的冷却。

1.6.2保真空冷却时间根据双箱真空槽的长度而定，见公式一：

1.7在线切割

厚壁管在线冷却充分后，在壁薄处进行切割，切割时锯片行星旋转速度(不同于锯片速度)小于0.04rpm，以保证切割电流不超过额定电流。

2管材分段切割

2.1管材分段切割在卧式带锯床上进行，每段长度等于要制作的管件的1.1倍；

2.2带锯选用齿节(每100毫米齿数)12～24的锯条，带锯宽度32～50毫米，厚度0.7～1.0毫米，锯齿前角为0°；

2.3带锯运动速度为1000～1500米/分钟，进给速率由经验确定，操作者在短时间内即能掌握；

2.4在切割时为了避免夹锯，在开始锯切时每切割3.0厘米时回一次锯，重新进锯，直到锯透管材壁厚。此后不再回锯，而是一直锯切下去，直到切断。

3二次加工

该工序同普通聚乙烯材料的二次加工一样，主要使用车床，对于钻孔、铣平面的处理，有时用到铣床或镗床。在这里不再做具体介绍。

Claims

1、PE厚壁管材二次加工塑料管件生产工艺，是在现有工艺基础上进行改进，其特征包括：

(1)定径套的设计

增大了定径套的收缩率，由标准管材定径套2.0～3.0％的收缩率增大为7.5～8.9％；

(2)对模头的改进

管材生产时要保证料坯有一定的拉伸比，增大模头尺寸，模头通道面积与厚壁管横截面积之比应大于1.2，口模内径与定径套内径之比1.05～1.11；

(3)支撑板的改进

靠近定径套的支撑板弧面直径是定径套内径塑为1.04倍，最后一个支撑板弧面直径是管材外径的1.04倍，中间的支撑板尺寸值在这两个值之间逐级变化，支撑板弧面底部在同一水平线上；

(3)牵引机的改进

现有设备牵引机为多履带牵引机，其传动机构使用了皮带传动，造成牵引能力有限，改进后的牵引机采用多履带多电机牵引技术，每个履带由一个电机通过涡杆传动，并且每个履带可以单独调节履带压力；

(4)切割方法的改进

在生产厚壁管时，每生产一段厚壁管间断生产一小段薄壁管，在管材生产线上将厚壁管预切成长段，然后在卧式锯床上按管件加工要求进行进一步切割；

(5)保证管材外径和圆度所采取的措施

提高真空定径的真空度，将真空度设定在0.6～0.7bar之间；

(6)加工温度的改进

(7)冷却方式的改进

由于厚壁管自重的增加，冷却时间的增长，在PE厚壁管二次加工塑料管件生产工艺在淋浴式双箱真空定径的基础上进行了改进，第一段真空定径采用浸浴式冷却，真空槽中的水离真空泵抽气口15～20厘米，管材浸没在水中进行冷却；

(8)接头制作工序的改进

由于料坯很厚，随着管材口径的增大，原来将料坯压扁进行粘结的接头制作方式已不适应该工艺的生产，在该工艺中，料坯挤出后并不挤扁，而是将牵引管端削平后插入料坯，利用料坯的热量将牵引管端熔化，牵引管端在料坯中预热时间为10～20分钟。

2、根据权利要求1的PE厚壁管材二次加工塑料管件生产工艺，在原来的单密封圈与密封垫圈之间增加内密封圈，由单密封圈结构改为双密封圈结构。