塑料管件手動熔接機的設計

施學斌

蘇州大學陽澄湖校區， 江蘇蘇州 215131

0 引言

塑料管材具有質量輕、耐腐蝕的優點，在生產中應用越來越廣泛。在實際生產中，經常需要將塑料管件之間進行熔接，熱熔對接是其中應用較廣泛的一種管件連接方法。熱熔對接是將兩相同的連接界面用熱板加熱到粘流態后，給連接界面施加一定的接觸壓力，在此壓力狀態下冷卻固化，形成牢固的連接。

1 塑料管件的熱熔對接流程

熱熔對接一般分為下列幾個步驟：

1）管件固定

將待熔接的兩個管件調整好位置，保證一定的同軸度，裝夾固定。

2）銑削管件端面。

去除管件端面的雜質和氧化層，使管件端面平整、光潔。

3）加熱

塑料管材的熔融溫度一般達200℃以上，具體的熔接溫度與管件的材質、管徑和環境溫度等因素有一定關系。加熱一般采用加熱板來實現，根據熔接要求，將加熱板溫度調節到需要的數值，使加熱板兩側加熱面與待熔接的兩管件端面同時接觸，并使加熱板的加熱面與管件端部保持一定的壓力，持續一定的時間后，管件端面呈熔融狀態并形成翻邊，此時，降低壓力，但仍使加熱板與管件端面保持接觸，維持一定的吸熱時間。

4）熔接

迅速撤出加熱板，將待熔接的管件端面以一定壓力對接，保持一定時間，實現熔接。

5）冷卻

由于塑料材質導熱性差，冷卻速度相對較慢。焊縫材料的收縮、結構的形成過程在長時間內以緩慢的速度進行。因此，管件端部接口的冷卻必須在一定的壓力下進行。通常采用自然冷卻法，冷卻至常溫即可。

2 手動熔接機的設計

圖1 塑料管件熔接機

應實際生產的需要，開發了塑料管件手動熔接機。其結構如圖1 所示。熔接機主要由下列裝置構成：管件對中和夾緊裝置、管件端面銑削裝置、加熱裝置等。

本熔接機的熔接流程：

1）管件固定

圖2 為管件對中和夾緊裝置（右），其具體的操作過程如下：轉動手柄使絲桿8 旋轉。絲桿8 上面制有兩段螺紋，一段為左旋，一段為右旋。當順時針轉動手柄使絲杠8 旋轉時，移動座甲3 和移動座乙6 在支撐導向桿7 的導引下，相向而行，逐漸靠攏，帶動夾座甲4 和夾座乙5 相互靠攏，將管件乙自動定心并夾緊（圖中管件乙未畫出）。

圖2 管件對中和夾緊裝置（右）

8 絲桿

1）銑削

圖3 管件端面銑削（圖中底部支撐腳略去）

在熔接前需要對管件端面進行銑削，以保持端面平整。管件端面銑削裝置采用電機驅動刀盤來實現銑削。刀盤雙面都有切削刃，可對要熔接的兩管件端面同時進行銑削。如圖3 所示，移動管件端面銑削裝置3 到合適位置，使銑刀切入管件端部，適當調整切削壓力，對管材端面進行切削。待形成連續切割后緩慢減小切削壓力，銑削完成后撤出銑削裝置。

2）加熱

加熱裝置的主要元件為加熱板，同時還配有溫控裝置和定時器。加熱板的溫度在180℃至250℃之間可調。根據管件材質和環境溫度等因素預先確定加熱溫度，根據熔融對接的面積設定好加熱時間。將加熱裝置迅速移到合適的位置，使加熱板的兩側高溫面與待熔接的兩管件端面同時接觸，同時，操縱相應的機構使管件端面與加熱板的高溫面保持一定的接觸壓力，維持一定的時間后，管件端面呈熔融狀態并逐漸形成一定的翻邊高度，此時，降低管件端面與加熱板高溫面的接觸壓力，但仍然保持接觸，使管件端面繼續吸熱。完成吸熱后，迅速移出加熱板。

3）熔接

如圖1 所示，轉動手柄使管件對中和夾緊裝置（右）5 左移，帶動管件乙6 左移，與管件甲1 端面接觸，并保持一定的壓力，直至熔接完成。

4）冷卻

保持一定的接觸壓力，采用自然冷卻的方法，直至焊口溫度與環境溫度一致。

5）取出管件

卸壓至零，松開夾緊裝置，取出熔接后的管件。

3 本熔接機的特點

本熔接機具有下列特點：

能使管件自動對正并夾緊。

目前，市面上常用的熔接機在裝夾管件時，待熔接的兩管件端面一般不能自動對正，需要工人手工調整管件錯邊量才能對正。本熔接機采用V 形塊裝夾管件，在夾緊管件時，能起到自動對中的作用，不需要人工調整錯邊量，從而方便了工人操作，提高了生產效率。

（2）熔接質量穩定可靠

不需用塑料焊條，依靠管材自身熔化后，在一定接觸壓力下實現熱熔對接，接口處平整美觀，且連接強度高，不滲漏。

（3）操作方便，應用范圍廣

本熔接機質量輕，操作方便，可在施工現場進行熔接，可用于給排水、排污、空調制冷系統等塑膠管道的安裝施工和維修。

4 結論

該熔接機經實際使用，效果良好，能有效地保證熔接質量，且提高了生產效率，因而深受用戶的歡迎。

[1]徐匯音，祖國慶.機械設計基礎[M].成都：西南交通大學出版社，第1版，2006，8.

[2]劉勇軍.機電一體化技術[M].西安：西北工業大學出版社，第1版，2009，12.

[3]李培根.機械工程基礎[M].北京：機械工業出版社，第2版，2006，12.

[4]高波.機械制造基礎[M].大連：大連理工大學出版社，第1版，2006，8.