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技術資料

平企口通用制管模具的改型設計

時間:2014-12-27 11:04 來源:qzhaiyu.com 作者:海煜重工 點擊:
水泥管的生產一般是采用懸輥成型工藝或離心成型工藝。剛性接口管以平口管、企口管居多。本文以懸輥成型工藝生產平口管為例來闡述剛性接口管的改型。柔性接口管有承插口式、企口式、雙插口式和鋼承口式四種形式,其中雙插口式和鋼承口式需加配鋼套環,造價較高。為此本著首先考慮充分利用原有老設備,投資少,上馬快;其次考慮原產品或制管模具的結構特性;第三,改型后產品或制管模具的多功能性,盡量實現“一模多品(產品),一品多能即可兼作頂管”的目的,我們決定立足點在改造現有設備基礎上,用Φ1400mm剛性平口管設計改型為Φ1350mm柔性接口企口管。

1 產品設計

1.1 接口尺寸設計

柔性接口管的主要特點在于插口及承口部分的外型和尺寸精度要求比較高,接口處采用橡膠圈作為密封件。接口形式及尺寸是區分管子品種或型號的關鍵,也是剛性接口管與柔性接口管的不同所在,因此,產品設計主要就是接口形式及尺寸的設計。平口管很簡單,端面平齊,不受壁厚(但要滿足國標GB11836中最小壁厚)的限制;而柔性接口企口管就不同了,要受壁厚的限制。筆者認為壁厚是設計柔性接口企口管的最關鍵因素。國外柔性企口管的最小管壁厚度是160mm,國內也多在160mm以上。我公司Φ1400mm平口管的壁厚為120mm,要改型設計成Φ1350mm柔性接口企口管,其壁厚只有145mm,我們經過分析研究認為,145mm可以做成柔性企口?紤]到企口承口的制作有難度,尤其是懸輥成型工藝,承口的制作難度就更大,所以承口長度(或深度)不宜過大,筆者認為取110mm為宜。過長影響承口的制作質量,過短則影響安裝柔性接口管所需的轉角,影響安裝質量。因柔性接口管允許有微。1~2°)的轉角。其詳細接口尺寸如圖1。
柔性企口管接口尺寸圖
圖1 柔性企口管接口尺寸圖
1.2 混凝土強度和管子級別設計

因柔性接口管的插口段和承口段壁較薄,接口部分的強度相對其它柔性接口管來說,是最弱的,所以制管用混凝土強度等級取C40以上;管子外壓荷載級別、蚣壱陨。

2 制管模具改型設計

懸輥成型工藝生產平口管的模具是由兩個半模(管皮)和兩個擋圈組成的,擋圈的厚度即是管子的厚度,擋圈端面的形式與尺寸決定管子的接口形式。因此,模具的改型設計實際上就是對兩個擋圈進行改型,即只要對兩個擋圈進行改型設計就可實現管型或品種的轉化。改型后的端模擋圈包括插口模擋圈和承口模擋圈,二者以及管皮必須具有足夠的剛度,以保證模具裝配精度。所以我們對原管皮進行了加固,加焊筋板,提高了模具的剛度。改型后的兩擋圈結構具體尺寸如圖2。
擋圈結構斷面尺寸圖
3 橡膠密封圈設計

目前,橡膠密封圈的形式多以“O”型截面居多,滾動就位,接口操作過程中很難使橡膠圈圓周各處滾動同步,常出現“擰麻花”現象,而一旦出現擰麻花,橡膠圈對管子的回彈力是很大的,安裝就位很困難,接口密封難以保證。另外,“O”形橡膠圈滾動就位,需要一定的滾動距離,這與我們用懸輥成型工藝制造企口管承口時,所要求承口長度盡量縮短不一致。因此,我們設計采用“楔”形橡膠圈直接套在管子插口端直徑落差形成的止膠臺處,不再滾動或滑動,易于安裝且密封嚴密,保證了安裝質量。

橡膠圈的物理性能:硬度50IRHD,拉伸強度15MPa,伸長率≥450%,永久變形<15%。其壓縮率控制在30%左右,壓縮率過低接口密封效果差,壓縮率過高容易使承口處撐裂。膠圈內徑取工作面直徑的85%。

橡膠圈斷面型式及具體尺寸如圖3。
橡膠圈斷面圖
圖3 橡膠圈斷面圖
4 產品試制與生產控制

企口管的制作難點在于承口的制造,因為它是靠水平向側壓力密實成型,而不是靠垂直向輥壓力直接輥壓成型。承口工作面混凝土幾何尺寸的精度及光滑度都影響接口裝配的操作和接口的密封性。

4.1 原材料及混凝土制備

為了滿足接口的成型,兩端口尤其是承口處所用的混凝土水泥用量要大些,以480kg為宜;石子最大粒徑要偏小些,以5~15mm為宜。連續級栩;砂子選用細度模數為2.3~3.0的中砂,砂率在35%~37%為宜;更為關鍵的是加水量,水灰比要比管身的稍大些,以0.37~0.39為宜,且要視管徑大小調整,大口徑管因輥壓力大,水灰比可取小值;小口徑(最小為Φ1350mm)管因輥壓力小,水灰比可取大值。

4.2 鋼筋骨架

管子由平口改為企口,對于雙層的鋼筋骨架,必然要隨之變為企口,這勢必增加控制難度。因為,企口的插口及承口長度(或稱為接口長度)均較短,而且壁厚均較;鋼筋骨架滾焊機所焊鋼筋籠子的兩端常為螺旋面,即非封閉的圓面,“螺距”有時達30mm,而縱向保護層一般只有20mm,顯然必須控制好鋼筋籠子的端面,才利于縱向保護層的控制和保證管子接口部的強度。我們通過調整與控制滾焊機的焊接機構,焊出了符合要求的鋼筋骨架,為企口管的接口強度提供了可靠的結構保證。

4.3 模具組裝

為了保證產品精度,兩端模擋圈的裝配精度非常重要。所以一定要使兩端模擋圈組裝到位,且要垂直,組裝后的模具尺寸誤差應符合國標GB11836規定的相應尺寸要求。兩端模擋圈與模具圓周之間及模具合口縫應無明顯間隙,擋圈與管皮的固定銷塊應牢固可靠。

4.4 企口成型

由于接口密封要求嚴密,所以嚴格控制好承插口工作面幾何尺寸的精度至關重要。插口因能直接受到輥壓力作用,易于成型;而承口則不然,開始試制時,總有缺料或蜂窩麻面等質量缺陷。經反復研究分析,找出了原因,采取調整水灰比、喂料過程、速度和料團大小等措施,很快解決了問題。產品無論從內到外、從插口到承口,尺寸精度、光滑度等外觀質量都達到了設計要求,同時按GB11836抽查做外壓、內壓試驗,全部合格。

4.5 拆模

因企口存在,拆模有一定難度,我們的做法是:在拆模時用一扁擔把管子連同擋圈串吊至支架上,用兩個倒鏈分別吊掛住擋圈,注意不要使之受力,然后輕輕敲出擋圈(可在擋圈端面焊上兩100mm×100mm×20mm鐵塊,以方便敲打)即可。

5 技術經濟簡析

首先,因主要更換擋圈,投入費用較低,以Φ1400mm管為例為1.3萬元。如果新購模具,則需投入2.8萬元。節省投資50%以上。其次,因實現了“一模多品(產品),一品多能即可兼作頂管”,為企業的生存和發展創造了有利條件,增加了企業的市場競爭力。

6 施工裝配

管道裝配在國外早已實現裝配化,而在國內由于柔性接口管的發展應用較慢,裝配化剛剛起步,施工裝配水平還較落后,施工人員對柔性接口管及其裝配精度缺乏認識,以致于常常影響安裝質量,影響管道的密封性。因此,筆者在這里要特別強調以下幾點:

6.1 管子安裝接口位置。管子安裝一定要到位,保證膠圈于承插口工作面中部為宜。柔性管一般都有安裝線,安裝時可超裝即管承口端面越過插口安裝控制線5~10mm,但不宜少裝,否則易引起滲漏。

6.2 膠圈預放位置。膠圈套在管插口段直徑落差形成的止膠臺處,應順直,不得扭曲。

6.3 地基要平整。地基軟一些并不可怕,但要保證均勻、無高低起伏。

6.4 嚴禁碰傷承插口。排水管屬于薄壁脆性材料,柔性企口管更是如此,因承插口部分管壁單薄,是最弱的,也最易損傷,所以要特別小心,避免碰傷,嚴禁從管內串鋼絲繩吊裝。

6.5 安裝工具。施工安裝可用手動葫蘆(倒鏈)等工具,但是,筆者發現有的施工人員利用開槽時用的挖掘機來進行管子的安裝,即用挖掘機斗的側面給管子一個推力,使其推進,實現接口安裝。這種做法是否恰當,筆者不去談論,確實很實用,很方便,安裝很快,而且施工現場一般均配有挖掘機,不需專門準備。需要說明的是,一定要在管端部墊上墊木等防護,輕輕施工推力,確保管口不受損傷。

6.6 管接口工作面的清潔和涂抹潤滑劑。管道安裝前應確保管接口工作面光潔干凈;在管承口外倒坡和橡膠圈上表面均勻涂抹黃油和硅油等潤滑劑,這樣易于安裝。

6.7 安裝方向。在安裝時,應使管子承口朝向管鋪設的前方。

6.8 在安裝過程中,要密切注意管子的行進,應仔細檢查管線是否完全對正同心,接口間隙是否均勻一致,管子環向各處行進是否同步。否則,施力再大,膠圈不但不進,反而會被擠出。

7 結語

7.1 Φ1400mm剛性接口管的改型設計,實現了“一模多品”,即根據需要只要更換擋圈,既可生產Φ1400mm剛性平口管,又可生產Φ1350mm柔性企口管,同進還可兼作頂管,為制管企業降低模具成本的投入,開辟了一條技術途徑。

7.2 剛性制管模具改為生產柔性接口管,在一定程度上提升了排水管鋼模的精度與技術含量。該模具結構簡單,加工制作容易,操作簡單方便。

7.3 生產和工程實踐證明,本文剛性接口管的改型設計實現了向柔性接口管的轉化,完全可行。但既然是一種改型設計,難免有不足之處,哪就是原2m長的管子改型后的有效長度只有1.9m。
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