钢塑复合成型结构壁管的成型设备及成型工艺

1.一种钢塑复合成型结构壁管的成型设备，包括缠绕结构壁管生产设备，其特征在于成型设备还包括固定在生产设备主轴上的钢带成型装置，钢带成型装置包括流道侧面板，流道侧面板上固定有相对主轴呈放射状的若干对两两组合的压辊；第一对两压辊之间的夹角到最末一对两压辊之间的夹角逐渐变大，所有两压辊之间的间隙形成钢带挤压的流道，该流道挤压钢带并使钢带形成圆形弯曲。
2.根据权利要求1所述的钢塑复合成型结构壁管的成型设备，其特征在于所有每一对两压辊中朝向主轴一端之间的间隙不变，所有每一对两压辊远离主轴一端之间的间隙为渐变状，从第一对两压辊远离主轴一端之间的间隙到最末一对两压辊远离主轴一端之间的间隙逐渐变小。
3.根据权利要求1所述的钢塑复合成型结构壁管的成型设备，其特征在于流道侧面板共两块，两块流道侧面板对称平行布置并通过连接柱连接；两流道侧面板之间固定有若干组端板，每一组包括两平行的端板，同一组中的两端板均处于流道侧面板上对应半径所在的面上；同一对压辊中的两压辊的两端分别通过轴承连接到对应一组端板中的两端板上。
4.根据权利要求3所述的钢塑复合成型结构壁管的成型设备，其特征在于流道侧面板的中间设置有供主轴穿过的通孔，流道侧面板上固定端板的位置设置有矩形孔；端板整体为长方体结构，端板的两端设置有螺纹柱，端板插入到矩形孔内，端板的螺纹柱穿过矩形孔并通过螺母固定；端板上设置有两个轴承座连接安装部，其中一个安装部为圆形孔，另一个安装部为矩形的卡槽。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的钢塑复合成型结构壁管的成型设备，其特征在于同一对压辊中的两压辊分为主动压辊和从动压辊，所有主动压辊处于同一侧，所有从动压辊处于同一侧；主动压辊的端部固定有主动齿轮，从动压辊的端部固定有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相啮合；主动压辊和从动压辊的两端均固定有轴承，流道侧面板上固定有端板，主动压辊和从动压辊通过轴承连接到端板上；从动压辊两端的轴承上连接有滑动定位条，端板上对应的位置处设置有相互配合的调节螺丝和楔形块，楔形块与滑动定位条相配合。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的钢塑复合成型结构壁管的成型设备，其特征在于成型设备还包括钢带加热装置，钢带加热装置设置于流道的出口部位；钢带加热装置采用火焰加热装置或者高频感应加热装置。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的钢塑复合成型结构壁管的成型设备，其特征在于成型设备还包括若干钢带复合压轮，钢带复合压轮设置于流道的出口部位，钢带复合压轮组成的推动面为倾斜状。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的钢塑复合成型结构壁管的成型设备，其特征在于生产设备包括扭旋送进机构，钮旋送进机构包括固定于主轴上的固定盘和相对主轴转动的转动盘，固定盘与转动盘相平行，固定盘与转动盘的圆周之间连接有若干滚轴，滚轴通过链条连接成一体同步转动，转动盘上连接转动驱动杆。
9.一种根据权利要求1-8任意一项权利要求所述的钢塑复合成型结构壁管的成型设备生产钢塑复合成型结构壁管的成型工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）、准备工作：根据钢塑复合成型结构壁管的尺寸选定对应的缠绕结构壁管生产设备、PE成形设备、合适尺寸的钢带及对应的用于钢带弯曲的流道侧面板和压辊组合，同时调整各压辊的位置形成合适的钢带挤压的流道，根据PE成形设备的生产速度和钢带的行进速度调整缠绕结构壁管生产设备中扭旋送进机构的扭转角度；
（2）、制作缠绕使用的PE成型管，并将该PE成型管缠绕到扭旋送进机构上，扭旋送进机构开始旋转；
（3）、先在钢带的表面冲孔，接着将冲孔后的钢带从流道的入口逐渐进入到各压辊之间，经过各压辊的挤压，从流道的出口出来弯曲成圆弧形状，并逐渐缠绕到扭旋送进机构上与PE成型管并排，同时调整钢带圆弧形弯曲的内侧边与扭旋送进机构的外周之间的距离；
（4）、挤出机的挤出口对准相邻的PE成型管之间的间隙，并从挤出口挤出熔融的PE材料填充到该间隙内；
（5）、保持扭旋送进机构的转动速度、PE成型管的行进速度和钢带的行进速度，直到加工出合适长度的钢塑复合成型结构壁管。
10.根据权利要求9所述的钢塑复合成型结构壁管的成型工艺，其特征在于钢带经过流道挤压出来后通过加热装置，并在适当距离范围内将钢带迅速加热到550-850℃；加热后在钢带流道的送进力作用下，冷却至180-220℃时贴上PE管侧壁并在钢带复合压轮作用下，将加热的钢带嵌入到缠绕在扭旋送进机构上的PE成型管的侧壁内，并保持钢带的表面与PE成型管的侧壁相平齐。

钢塑复合成型结构壁管的成型设备及成型工艺\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种钢塑管的生产设备和生产工艺，尤其是一种正对较高环刚度要求的钢塑复合成型结构壁管的成型设备及成型工艺。\n背景技术\n[0002] 纯高密度聚乙烯（HDPE）缠绕结构壁管材早已经是国内外都已经普遍使用的埋地雨、污排水管，具有长使用年限、质量稳定可靠、连接方便、密闭性好等优势，同时该类管材采用了各种不同的结构壁设计形式，使的在消耗同等原材料的情况下达到最佳环刚度等级。\n[0003] 随着城市人口数的增加，在埋地管道的设计要求中口径在不断的加大，同时随着口径的加大，也需要更大的埋地深度，这些条件都需要管材具备更加高的环刚度指标。\n[0004] 作为埋地管道的重要指标环刚度，与管材生产原材料的弹性模量及管材轴向转动惯量成正比，与管材直径的3次方成反比。为了满足高环刚度要求，同时又想法尽量减少原材料用量，只有通过提高所用原材料的弹性模量和在一定用料量的情况下尽量增大管壁转动惯量的途径来实施改良。由于钢材的弹性模量远远大于高密度聚乙烯，但是钢材易被腐蚀且柔性不足，所以让其与高密度聚乙烯结合，设计出特定的结构壁，是比较理想的途径。\n目前国内、外市场上已经采用了几种钢带与高密度聚乙烯复合缠绕的结构壁管材，但其复合结构壁的设计不尽合理，有结构上存在非常严重的抗压薄弱点而导致管材整体不是一个整体的高强度结构，也有钢带与塑料没有组合在一起对环刚度起不了作用的，也有钢带外包覆的塑料体没有组成自封闭而导致钢带被腐蚀并与塑料分离的，这些因素都破坏了结构的稳定性，使管材结构强度大受影响。\n发明内容\n[0005] 本发明解决了现有技术中钢塑复合结构壁管生产要求高、工艺复杂的缺陷，提供一种生产要求低、工艺简单的钢塑复合成型结构壁管的成型设备及成型工艺。\n[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钢塑复合成型结构壁管的成型设备，包括缠绕结构壁管生产设备，成型设备还包括固定在生产设备主轴上的钢带成型装置，钢带成型装置包括流道侧面板，流道侧面板上固定有相对主轴呈放射状的若干对两两组合的压辊；第一对两压辊之间的夹角到最末一对两压辊之间的夹角逐渐变大，所有两压辊之间的间隙形成钢带挤压的流道，该流道挤压钢带并使钢带形成圆形弯曲。流道侧面板与若干压辊组合形成钢带成型装置，压辊之间的间隙成为钢带成型的流道，钢带从流道的入口进入经过压辊的挤压，钢带成圆弧形状从流道的出口输出，钢带经过流道挤压成型的圆弧形直径与待加工的钢塑复合成型结构壁管的内部的钢带的直径相同；第一对压辊组成了流道的入口，最末一对压辊组成了流道的出口，钢带从流道的入口进入，被流道中的每一对压辊挤压，尤其是钢带螺旋缠绕的外侧边长度延长，相应的厚度减薄，如此经过一道道挤压，钢带自动形成圆弧形弯曲；调整好每一对压辊之间的夹角，从而可以改变钢带被挤压的厚度和长度，实现不同直径的钢带圆弧形弯曲要求，从而适应多种不同规格的钢塑复合结构壁管的成型需要；整体设备结构简单，适应性强，能生产不同规格的管材。\n[0007] 作为优选，所有每一对两压辊中朝向主轴一端之间的间隙不变，所有每一对两压辊远离主轴一端之间的间隙为渐变状，从第一对两压辊远离主轴一端之间的间隙到最末一对两压辊远离主轴一端之间的间隙逐渐变小。对钢带的挤压是通过压辊之间的夹角变化来实现，也就是改变同一对两压辊之间的间隙；或者可以采用锥形的压辊来实现，如果出现磨损再通过调整夹角来改变。\n[0008] 作为优选，流道侧面板共两块，两块流道侧面板对称平行布置并通过连接柱连接；\n两流道侧面板之间固定有若干组端板，每一组包括两平行的端板，同一组中的两端板均处于流道侧面板上对应半径所在的面上；同一队压辊中的两压辊的两端分别通过轴承连接到对应一组端板中的两端板上。两块流道侧面板通过连接柱连接成一个框架架构，两流道侧面板之间连接端板，压辊的两端铰接到端板上，钢带以横向的状态从水平方向进入到流道的入口，接着向下转向，经过流道挤压，形成绕转轴的圆弧形结构。\n[0009] 作为优选，流道侧面板的中间设置有供主轴穿过的通孔，流道侧面板上固定端板的位置设置有矩形孔；端板整体为长方体结构，端板的两端设置有螺纹柱，端板插入到矩形孔内，端板的螺纹柱穿过矩形孔并通过螺母固定；端板上设置有两个轴承座连接安装部，其中一个安装部为圆形孔，另一个安装部为矩形的卡槽。流道侧面板通过通孔固定到主轴上，矩形孔能防止端板转动，从而保证压辊的角度和位置，端板上设置一个圆形孔和一个卡槽，主要是为了区分主动和从动，同时也是为了便于调节两压辊之间的夹角。\n[0010] 作为优选，同一对压辊中的两压辊分为主动压辊和从动压辊，所有主动压辊处于同一侧，所有从动压辊处于同一侧；主动压辊的端部固定有主动齿轮，从动压辊的端部固定有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相啮合；主动压辊和从动压辊的两端均固定有轴承，流道侧面板上固定有端板，主动压辊和从动压辊通过轴承连接到端板上；从动压辊两端的轴承上连接有滑动定位条，端板上对应的位置处设置有相互配合的调节螺丝和楔形块，楔形块与滑动定位条相配合。主动压辊与从动压辊之间通过主动齿轮和从动齿轮相互传动来实现同步，所有主动齿轮通过传动链连接成一体，实现所有压辊同步转动，从而保证钢带的行进速度保持稳定，楔形块与滑动定位条相配合能调节从动压辊的角度，从而改变从动压辊与主动压辊之间的夹角，楔形块同时通过调节螺丝来实现调节。\n[0011] 作为优选，成型设备还包括钢带加热装置，钢带加热装置设置于流道的出口部位；\n钢带加热装置采用火焰加热装置或者高频感应加热装置。通过加热装置来对钢带加热，钢带的温度较高,便于钢带被压嵌到PE管侧壁内，同时使钢带与PE成型管之间的贴合更加紧密和牢固，同时也便于在PE成型管之间的缝隙中填充熔融的PE材料，粘结效果好，钢带与PE成型管之间的结合稳定。\n[0012] 作为优选，成型设备还包括若干钢带复合压轮，钢带复合压轮设置于流道的出口部位，钢带复合压轮组成的推动面为倾斜状。钢带复合压轮将钢带推向PE成型管的侧面，保证钢带与PE成型管之间的间距或者位置关系。\n[0013] 作为优选，钢带在进入弯曲流道前预先打上矩形孔，使钢带呈多“工”字形连接结构，具备较强的力学抗压结构，可使钢带被复合上以后对管材环刚度的提升效果更加明显，同时在钢带被压嵌复合到PE管侧壁后，由于钢带中间被打孔使的两相邻PE管之间的熔胶粘接面积大为增加，从而确保了两相邻PE管之间粘接强度，使管材的拉伸强度完全满足产品标准要求。\n[0014] 作为优选，钢带的高度应该小于PE结构单元管的结构高度，保证在钢带复合上以后，两相邻PE管之间的上、中、下部位都是由PE热熔胶粘接，使钢带完全被包覆在PE内部，成型管材结构壁上的PE组成一个自封闭系统，保证了管材中的钢带不被腐蚀，同时也保证了管材使用时在不同环境温度下的结构稳定性，增加了PE热熔胶的粘接面积后也保证了管材的纵向拉伸强度。\n[0015] 作为优选，生产设备包括扭旋送进机构，钮旋送进机构包括固定于主轴上的固定盘和相对主轴转动的转动盘，固定盘与转动盘相平行，固定盘与转动盘的圆周之间连接有若干滚轴，滚轴通过链条连接成一体同步转动，转动盘上连接转动驱动杆。转动盘可以相对固定盘绕着主轴转动一个角度，从而使得滚轴的轴线与主轴之间产生的偏转角度，钢塑复合成型结构壁管缠绕到滚轴外部时会产生一个轴向的分力，从而推动以成型的管沿着轴向前行，改变转动盘的偏转角度就可以改变成型管的前进速度。\n[0016] 一种钢塑复合成型结构壁管的成型工艺，包括如下步骤：\n[0017] （1）、准备工作：根据钢塑复合成型结构壁管的尺寸选定对应的缠绕结构壁管生产设备、PE成形设备、合适尺寸的钢带及对应的用于钢带弯曲的流道侧面板和压辊组合，同时调整各压辊的位置形成合适的钢带挤压的流道，根据PE成形设备的生产速度和钢带的行进速度调整缠绕结构壁管生产设备中扭旋送进机构的扭转角度；\n[0018] （2）、制作缠绕使用的PE成型管，并将该PE成型管缠绕到扭旋送进机构上，扭旋送进机构开始旋转；\n[0019] （3）、先在钢带的表面冲孔，接着将冲孔后的钢带从流道的入口逐渐进入到各压辊之间，经过各压辊的挤压，从流道的出口出来弯曲成圆弧形状，并逐渐缠绕到扭旋送进机构上与PE成型管并排，同时调整钢带圆弧形弯曲的内侧边与扭旋送进机构的外周之间的距离；\n[0020] （4）、挤出机的挤出口对准相邻的PE成型管之间的间隙，并从挤出口挤出熔融的PE材料填充到该间隙内；\n[0021] （5）、保持扭旋送进机构的转动速度、PE成型管的行进速度和钢带的行进速度，直到加工出合适长度的钢塑复合成型结构壁管。\n[0022] 作为优选，钢带经过流道挤压出来后通过加热装置，并在适当距离范围内将钢带迅速加热到550-850℃；加热后在钢带流道的送进力作用下，冷却至180-220℃时贴上PE管侧壁并在钢带复合压轮作用下，将加热的钢带嵌入到缠绕在扭旋送进机构上的PE成型管的侧壁内，并保持钢带的表面与PE成型管的侧壁相平齐。钢带加热后会在行进过程中自然降温，同时也为了防止高温的钢带对PE成型管造成影响，也需要对钢带进行降温；降温可以采用自然冷却的方式，也可以采用人工冷却的方式，比如水冷或者风冷等；钢带与PE成型管复合的温度可以由钢带行走所需的时间来确定，可以进行调节；还可以通过高频（感应器电源）来控制温度，高频感应的加热温度由电流大小和频率大小共同决定的，因此钢带的走速、钢带加温段到复合处的距离、加温电源都可以控制钢带与PE成型管复合时的温度。\n[0023] 本发明的有益效果是：在生产主轴上固定钢带成型装置，将直线的钢带成型为圆弧形，并与缠绕在扭旋送进机构上的PE成型管相并列再由挤出机填充熔融的PE材料，工艺简单，生产方便，降低生产的成本，也降低了生产的难度，同时还能提高生产的效率。\n附图说明\n[0024] 图1是本发明一种结构示意图；\n[0025] 图2是本发明一种轴向示意图；\n[0026] 图3是本发明一种流道侧面板的示意图；\n[0027] 图4是本发明一种端板的俯视图；\n[0028] 图5是本发明图4所示端板的侧视图；\n[0029] 图6是本发明一种从动压辊的结构示意图；\n[0030] 图7是本发明一种主动压辊的结构示意图；\n[0031] 图8是本发明一种钢带成型装置的结构示意图；\n[0032] 图9是本发明图8所示钢带成型装置的端面示意图；\n[0033] 图10是本发明图8所示钢带成型装置的另一端面示意图；\n[0034] 图11是本发明一种管材成型结构示意图；\n[0035] 图中：1、扭旋送进机构，2、滚轴，3、PE成型管，4、钢带，5、转动盘，6、连接柱，7、流道侧面板，8、端板，9、压辊，10、高频感应加热装置，11、复合压轮，12、主轴，13、固定盘，14、通孔，15、矩形孔，16、卡槽，17、圆形孔，18、从动齿轮，19、轴承，20、从动压辊，21、滑动定位条，22、主动齿轮，23、主动压辊，24、调节螺钉，25、楔形块。\n具体实施方式\n[0036] 下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。\n[0037] 实施例：一种钢塑复合成型结构壁管的成型设备（参见附图1附图2），包括缠绕结构壁管生产设备及设置在该生产设备上的钢带成型装置。\n[0038] 生产设备包括主轴12及设置在主轴上的扭旋送进机构1。扭旋送进机构包括固定于主轴上的固定盘13和相对主轴转动的转动盘5，固定盘与转动盘相平行，固定盘与转动盘的圆周之间连接有若干滚轴2，滚轴形成外周的直径均大于固定盘的直径和转动盘的直径。滚轴分为主动滚轴和从动滚轴，主动滚轴与从动滚轴之间通过链条或者齿轮连接成一体同步转动，主动滚轴与驱动机构相连接并由驱动机构驱动旋转。转动盘上连接转动驱动杆，通过驱动杆驱动，转动盘在0-10°之间转动。\n[0039] 钢带成型装置包括两块平行的流道侧面板7，两流道侧面板的边缘之间通过连接柱6连接。流道侧面板的中间设置有供主轴穿过的通孔14（参见附图3），流道侧面板上还设置有若干矩形孔15。矩形孔共7对分为两排，其中6对中的矩形孔的长度所在的位置与通孔上对应的直径相垂直，另一对矩形孔与相邻的一对矩形孔相平行。两流道侧面板对应的矩形孔之间固定有端板8（参见附图4附图5），端板整体为长方体结构，端板的两端设置有螺纹柱，端板插入到矩形孔内，端板的螺纹柱穿过矩形孔并通过螺母固定。端板上设置有两个轴承座连接安装部，其中一个安装部为圆形孔17，另一个安装部为矩形的卡槽16。\n[0040] 同一对端板之间通过轴承19连接有一对压辊9（参见附图8），所有两压辊之间的间隙形成钢带挤压的流道，该流道挤压钢带并使钢带形成圆形弯曲。流道的厚度为渐变状，第一对两压辊之间的夹角到最末一对两压辊之间的夹角逐渐变大。离通孔中心最远的一对压辊组成流道的入口，离通孔最近的一对压辊组成了流道的出口。所有每一对两压辊中朝向主轴一端之间的间隙不变，所有每一对两压辊远离主轴一端之间的间隙为渐变状，从第一对两压辊远离主轴一端之间的间隙到最末一对两压辊远离主轴一端之间的间隙逐渐变小。同一对压辊中的两压辊分为主动压辊23和从动压辊20（参见附图6附图7），所有主动压辊处于一侧，所有从动压辊处于另一侧；主动压辊的端部固定有主动齿轮22，从动压辊的端部固定有从动齿轮18，主动齿轮与从动齿轮相啮合。主动压辊的端部通过轴承19连接到端板的圆形孔内，从动压辊的端部通过轴承19连接到端板的卡槽内。从动压辊两端的轴承上连接有滑动定位条21（参见附图9附图10），卡槽上设置有楔形块25，楔形块与滑动定位块相配合，楔形块的上端连接有调节螺钉24。\n[0041] 成型设备还包括高频感应加热装置10，高频感应加热装置设置在流道的出口处，钢带经过流道挤压后由高频感应加热装置进行加热。成型设备还包括若干复合压轮11，复合压轮设置于高频感应加热装置处，经过加热的钢带由复合压轮作用贴合到PE成型管侧壁，复合压轮组成的推动面为倾斜状。\n[0042] 一种钢塑复合成型结构壁管的成型工艺（参见附图11），包括如下步骤：\n[0043] （1）、准备工作：根据钢塑复合成型结构壁管的尺寸选定对应的缠绕结构壁管生产设备、PE成形设备、合适尺寸的钢带及对应的用于钢带弯曲的流道侧面板和压辊组合，同时调整各压辊的位置形成合适的钢带挤压的流道，根据PE成形设备的生产速度和钢带的行进速度调整缠绕结构壁管生产设备中扭旋送进机构的扭转角度；\n[0044] （2）、制作缠绕使用的PE成型管3，并将该PE成型管缠绕到扭旋送进机构上，扭旋送进机构开始旋转；\n[0045] （3）、先在钢带的表面冲孔，接着将冲孔后的钢带4从流道的入口逐渐进入到各压辊之间，经过各压辊的挤压，从流道的出口出来弯曲成圆弧形状，并逐渐缠绕到扭旋送进机构上与PE成型管并排，同时调整钢带圆弧形弯曲的内侧边与扭旋送进机构的外周之间的距离；\n[0046] （4）、钢带从流道的出口输出后经过高频感应加热装置进行加热，加热到600℃，加热后再由送进机送进适当距离并冷却到200℃时通过复合压轮，将加热的钢带嵌入到缠绕在扭旋送进机构上的PE成型管的侧壁内，并保持钢带的表面与PE成型管的侧壁相平齐。\n[0047] （4）、挤出机的挤出口对准相邻的PE成型管之间的间隙，并从挤出口挤出熔融的PE材料填充到该间隙内；\n[0048] （5）、保持扭旋送进机构的转动速度、PE成型管的行进速度和钢带的行进速度，直到加工出合适长度的钢塑复合成型结构壁管。\n[0049] 以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。