关于热煨弯管包覆式3LPE涂覆技术的模具及其辅助设备的设计研究

韩 勇 张灵东 张毅杰

（1.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃 兰州 730060；2.宝钢集团新疆八钢金属制品公司，新疆 乌鲁木齐 830022）

0 引言

防腐弯管涂覆技术的涂层，其底层是与弯管面所接触的环氧粉末防腐涂层，中间层为带有分支结构功能团的共聚粘合剂，而面层为高密度聚乙烯防腐涂层。3PE防腐涂层综合了环氧树脂和聚乙烯材料的高抗渗性、机械性能高等特点。但由于弯管不同于直管生产方便，一次成型比较困难[1]。现就此技术难点进行了模具设计和实验研究。

1 机头模具的设计

机头模具不能做无规则摆动，直管与弯管同机头模具的夹角不同，须在包覆实验中对三个位置点进行检测标记，作为参考值。这三个点分别是弯管头部直管段、弯管段、弯管尾部直管段。还检测装置，实时监测机头模具到管壁的距离，以区分直管段包覆与弯管段包覆的不同。至少需要6个监测点，完全定位管子由直管到弯管的运动轨迹，且监测点须和模具位置有所关联。

1.1 机头移动，传动设备固定。

（1）硬连接: 机头模具同挤出机硬连接，然后挤出机整体驱动，做指定移动；

（2）软连接: 机头模具同挤出机软连接，然后驱动机头模具来作角度调整。

1.2 机头不动，传动设备做调整。

1.3 实验样品规格：Ф457-6D(457×6)，转辊速度：350r/min

（1）实验注意点：弯管管体从内径到外径，线速度不同，挤出机挤料的料量及速度需要控制，外侧高于内侧；

（2）料口位置: 挤出料口位置端面中心处于弯管旋转中心对齐的位置。不论是弯管段还是直管段，只要机头模具端面与其通过的管截面平行对齐就可以；

（3）模具尺寸参数

料口：80/30

模具：芯模×2，外模×2，口模×1，分流块×2，调价环×2，如图1模具图示。

图1 模具图示

混料选择在模具内部混合，底胶和PE料混料流道靠近口模，分层明显，防止彻底混合。不需要出气孔，因为是内部混合，空气不会充斥于层料之间，不用担心不粘接的问题。

模具整体尺寸：643×1244

模具内表面的锥度：18°

底胶、PE内侧混合 底胶进料口：Ф80×74.5

PE进料口：Ф30×77.5

调节环：δ=70

机料口：488.5mm

模具间隙：479.5mm

料壁间隙：15.725mm

对于模具的运动轨迹，主要分为三部分：直管段→弯管段→直管段，在两个直管段的位置，模具运动轨迹正好相反，包括偏转方向及整体移动距离。在直管段与弯管段过渡的时候，是调节的关键。需要精准监测出模具与弯管之间的间隙尺寸，从而通过电控在发生干涉之前做出反应调整，并且要留出余量，直到在弯管段定位出固定的位置，就可以暂时不用调整，直至下一个直弯过渡处[2]。

2 机头模具与挤料口的连接方式

软连接用于挤出用料的加热软管系统，将承受非常高的温度和压力应变。H系列加热软管系统与T3PTFE系列相结合，压力软管特别适合作为连接软管，作为挤出机和工具之间进行刚性连接和多种连接，消除了通常需要的连接元件单独加热，绝缘和控制的麻烦。灵活的连接大大简化了工具更换和维护，加热系统可以很容易地安装在所需要的设备位置。

对于模具挤出机钢性连接，整体移动调整位置，虽然免去了软连接的麻烦，但在小间隙调整位置的时候，整体移动反应速度和移动速度明显偏慢，且自重较大，动作迟钝，一般调整间隙控制在30mm之内，由于惯性也会影响弯管在传动线的位置或者损伤管体及模具机头。

3 机头模具的运动控制

机头模具所需要的活动方向很多，包括前后左右以及上下的整体移动，还有模具头尾的扭动，因此对于模具机头的辅助支撑以及动力支持要求较高，并且还要达到相应的精度范围。有两种方案可供选择。

一种是在模具底部做支撑，加一个万向轮小车，把模具固定在小车上面，小车可选择用电动丝杠或者液压缸驱动升降，而模具机头的前后左右活动选择用电动推杆来驱动，电动推杆需要施加一个门架来固定。因为模具偏移的距离不大，所以精度要求较高，电动推杆是最好的选择。这种方案的缺陷是支撑过于单薄，小车单体存在，模具升降全靠装在小车的电动丝杠来实现，这样的话丝杠承重太大，移动不便，且在模具上下移动的时候与弯管传动线保持水平很难调节。在模具前后左右扭转的时候万向轮小车容易卡死，电动推杆因为要驱动模具和小车，需要的推力更大，会严重影响模具同弯管的夹角调节，精度下降。

4 机头模具的辅助设备

还有一种方案是门架支撑代替小车，如图2模具活动门架所示。

图2 模具活动门架图示

在模具头部和尾部焊接耳座，用倒链悬挂于门架，模具前后左右偏转还是选择用电动推杆，电动推杆也是固定在门架。但这个门架和第一种方案中提到的门架不同，因为这个方案取消了万向轮小车，模具的上下调节需要在门架上施加动力[3]。所以电动推杆的固定座需要和门架滑块连接，滑轨则装在门架的一侧与滑块配合，电动丝杠的丝母与滑块固定，在两个电动推杆安装座下面安装两个电动丝杠，丝杠输入轴用联轴器固定，同一个电机减速机驱动，进行整体模具的升降，保证两个滑块在同一水平面，进而保证模具头尾相平。最后在模具上面加一个简易水平仪，以防电动推杆和模具中心不在同一水平面，活动的时候容易卡死。此方案的优点在于丝杠的承重较小，且上下移动同步，电动推杆需要的推力也大大减小，在必须施加门架的情况下对门架的利用用到了极致。模具的活动维度也比较大，方便在包覆生产时与弯管间隙夹角的调节。

表1 万向轮小车与滑轨门架的比较

上述两种方案的比较如表1所示。

5 涂覆技术的应用

热煨弯管包覆式3LPE涂覆技术的难点就在于模具机头的设计，目前此技术已经在市场上试验成功并且开始运用，例如高层建筑给水、热网供热、自来水工程、燃气运送、埋地输水、石油运送管道、印染等职业运送腐蚀性介质的工艺管道都离不开弯管段的连接。