大壁厚尼龙管加热成型设备的研究

杨锋

摘 要：汽车行业新能源技术的广泛开发，衍生出很多新工艺新技术的发展，对于管路行业，塑料尼龙管替代金属管路的应用越来越多，大壁厚尼龙管的成型有别于传统工艺，本题研究的是适用于大壁厚尼龙管加热成型的设备。

关键词：新能源技术;大壁厚尼龙管;加热成型设备

前言：

传统冷却水管等主要使用金属管路，这是由于结构强度的需求与使用寿命需求;但是随着新技术的开发应用，新型尼龙管材料也具备了比较前沿的突破，波纹结构的应用让塑料管路替代金属管等也具备了应用前景;本文的研究是基于材料工艺、结构工艺的突破及成熟应用，探讨解决如何高效便捷的将直管管路成型成所需走向形状的管路结构工艺。

1、大壁厚尼龙管的成型困难及方法

由于需要对标金属材料的结构强度，使用塑料材料时就需要增加管路壁厚，但是增加壁厚后，这个因素就成了直管很难成型成弯曲管路的最大因素;同时，涉及弯曲区域使用波纹结构的应用，以及塑料材料低熔点、加热后可塑性强的特点，又提供了一种可行的成型工艺：加热后弯曲冷却成型。

2、加热后弯曲冷却成型工艺基本描述

2.1、塑料尼龙管的加热工艺

塑料尼龙管多采用PA11、PA12材料作为主材料（另外多种功能需求增加的内外涂层的特殊材料，本文不予讨论，尽量简化工艺描述），熔点温度为170-180℃左右，经过验证采用160℃保温至少8min，可以获得足够的塑性变形性能，在此加热工艺指导下，兼顾生产效率，开发加热设备。

2.2、加热设备

2.2.1、加热设备主要参数见表1;

内部使用鼠笼式布置24个工位，使用伺服驱动转换工位，整体密封，外部使用气凝胶毡达到优秀保温效果，炉内工作温度范围60-200℃，炉外温度不大于60℃，整体只有进出口一个出口，使用PID温控调节，保温效果优秀带来优异的节能效果，加热总功率18Kw，但连续运行使用功率只约为6kw，是传统隧道式炉子能耗的1/10不到。

2.2.2防错报警措施

2.2.2.1加热设备，具备加热温度的精准控制，控制误差可达±3℃，并配置高温、低温报警功能;

2.2.2.2系统具备加热保温时间的监控，不到所需保温时间的下限时，设备不会进一步动作，设备达到保温时间上限时将会报警提示。

2.3、成型冷却工装

2.3.1、工裝说明

使用不锈钢+部分尼龙材质搭建弯曲成型工装，使用手动弯曲的模式进行弯曲成型;经过加热的直管段从炉内取出后，快速穿入内撑弹簧，将管件一端插接到工装定位端，并夹紧定位，之后依次手动驱动弯曲工装将管件依次弯曲成型，成型后，保持形状固定，随后在管内通入冷却水，通入冷却水的时间受系统控制，到达时间后，停止通水，并通入压缩空气予以吹干管内积水，随后即可依次解除机械锁定，将所有工装复位，即可得到成品管件;

2.3.2、冷却说明

鉴于大壁厚材料有一定的热量储能效果，所以可以控制操作时间在1分钟之内，弯曲成型后，通入冷水时间可控制在1分钟左右，吹气时间推荐20s左右;故整体加工时间2.5分钟左右;

为保证成型的效果，需要使用冷水机组控制冷却循环水的水温在6-12℃范围内;冷却系统参数见表2所示：

2.3.3、防错报警措施

2.3.3.1、由于是直管加热，从炉内取出热管段到操作安装完毕的快慢，对成型效果影响巨大，故系统具备一个操作上限时间的监控，这个时间超过设定时将会报警;

2.3.3.2、通水冷却时间由系统直接控制，达到后自动切换通气;

2.3.3.3、通气时间由系统直接控制，达到后，直接亮灯提示冷却已完成;

3、实际操作过程

3.1、松开所有急停保护，设备开机，点检参数，启动加热，预热时间约为30-40分钟，同时手动状态，使用正反转功能，将产品依次装入炉内;

3.2、打为自动状态，等待温度稳定达到设定温度并保温8分钟后，亮绿灯并提示可正常操作;

3.3、开门按钮灯亮起后，按下开门，将产品取出，立即使用手动弯工装将尼龙管弯曲成型，完成后，踩下脚踏开关，设备自动开始通水冷却;

3.4、此时操作员将下一根产品放入炉内，按下关门，内部自动开始传送，下一工位就位后，检测到保温时间已经足够后，会亮开门灯提示;

3.5、成型工装内通水完毕，通气完毕后，会提示，此时拆解工装复位后，取出成品放入周转架，首件检查，确认产品状态，确认产品信息;

3.6、重复3.3-3.5步骤，往复操作即可。

4、理论效率计算：

计算是基于正常运转后工艺时间稳定为基础;开班开机时，设备需要空载预热到设定温度，预计30分钟左右，此期间如需更换产品，可同时进行更换生产工装，如不需更换，则空闲等待;温度达到设定时，可自动状态开始工作，工艺时间为：

T =开门动作5s + 安装操作时间60s + 通水冷却时间60s +吹气时间20s+拆解下料时间10s =155s;

从而每个产品的工艺时间为155s，一个班按照预热0.5小时，中途休息1小时，每班8小时计算，预计：

小时产量=3600/155=23根/小时;班产量=（8-0.5-1）*23=149件/班

如果需要提升产能，可以采取单台加热设备搭配多台手动弯曲工装的方式提升产能;单台加热设备满足最多5台手动弯设备同时生产，即可达到最大745件/班。

结语：

此工艺设备属于特殊工艺研发研究，目前已经实际应用于客户现场，使用反馈良好，后续具备持续开发，深入研究的基础，未来应用作者还会持续下去，更高效、更优化的方案指日可待。

参考文献：

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