大壁厚尼龍管加熱成型設備的研究

楊鋒

摘 要：汽車行業(yè)新能源技術的廣泛開發(fā)，衍生出很多新工藝新技術的發(fā)展，對于管路行業(yè)，塑料尼龍管替代金屬管路的應用越來越多，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備。

關鍵詞：新能源技術;大壁厚尼龍管;加熱成型設備

前言：

傳統(tǒng)冷卻水管等主要使用金屬管路，這是由于結構強度的需求與使用壽命需求;但是隨著新技術的開發(fā)應用，新型尼龍管材料也具備了比較前沿的突破，波紋結構的應用讓塑料管路替代金屬管等也具備了應用前景;本文的研究是基于材料工藝、結構工藝的突破及成熟應用，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構工藝。

1、大壁厚尼龍管的成型困難及方法

由于需要對標金屬材料的結構強度，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)域使用波紋結構的應用，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，在此加熱工藝指導下，兼顧生產(chǎn)效率，開發(fā)加熱設備。

2.2、加熱設備

2.2.1、加熱設備主要參數(shù)見表1;

內(nèi)部使用鼠籠式布置24個工位，使用伺服驅(qū)動轉換工位，整體密封，外部使用氣凝膠氈達到優(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加熱設備，具備加熱溫度的精準控制，控制誤差可達±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，設備不會進一步動作，設備達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，設備開機，點檢參數(shù)，啟動加熱，預熱時間約為30-40分鐘，同時手動狀態(tài)，使用正反轉功能，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)定達到設定溫度并保溫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，設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，此時拆解工裝復位后，取出成品放入周轉架，首件檢查，確認產(chǎn)品狀態(tài)，確認產(chǎn)品信息;

3.6、重復3.3-3.5步驟，往復操作即可。

4、理論效率計算：

計算是基于正常運轉后工藝時間穩(wěn)定為基礎;開班開機時，設備需要空載預熱到設定溫度，預計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;溫度達到設定時，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，一個班按照預熱0.5小時，中途休息1小時，每班8小時計算，預計：

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備搭配多臺手動彎曲工裝的方式提升產(chǎn)能;單臺加熱設備滿足最多5臺手動彎設備同時生產(chǎn)，即可達到最大745件/班。

結語：

此工藝設備屬于特殊工藝研發(fā)研究，目前已經(jīng)實際應用于客戶現(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，未來應用作者還會持續(xù)下去，更高效、更優(yōu)化的方案指日可待。

參考文獻：

[1]吳健文. 塑料注射成型技術的最新進展[J]. 2010，28（3）：49-50

[2]梁育敏. 基于塑料注塑成型技術新發(fā)展研究[J]. 中國新技術新產(chǎn)品， 2012，12：19

[3]李躍文. 塑料注塑成型技術新進展[J]. 塑料工業(yè)， 2011，39（4）： 6-9

[4]駱再飛，蔣靜坪，許振偉. 交流伺服系統(tǒng)及其先進控制策略綜述[J]. 機床與液壓， 2002（06）：7-10

[5]鄭文緯，吳克堅. 機械原理[M]. 北京： 高等教育出版社，1997