年产8000吨HDPE-B型DN1200增强缠绕管生产车间初步工艺设计.docx

毕业设计（论文）

题 目 年产8000吨HDPE-B型DN1200增强缠绕管生产车间初步工艺设计

学 院 材料科学与工程学院

专业班级 高分子131班

学生姓名

指导教师

成 绩

2017年6月14日

郑 重 声 明
本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权属于培养单位。

本人签名： 日期：

摘 要
本设计是关于年产8000吨HDPE-B型DN1200增强缠绕管生产车间初步工艺设计，其中主要介绍了厂址的对比、原料的选取和配方的确定、工艺流程的选择、物料衡算的计算、设备型号的选择等，同时也粗略的介绍了车间布置及人员安排、厂房的采暖通风照明、经济核算和公用工程的设计。本设计选择的主要原料是6100M,辅助原料是K1108，配料选择的是碳酸钙和炭黑。选择建厂的地方在西安市，选取的工艺是热态缠绕成型，所用的设备主要是单螺杆挤出机、波纹成型机和缠绕成型机。

关键词：增强缠绕管；热态缠绕成型；单螺杆挤出机；缠绕成型机。

Abstract
The design is about 8,000 tons of HDPE-B-type DN1200 enhanced winding pipe production workshop preliminary process design, which mainly describes the site of the comparison, the selection of raw materials and formula to determine the choice of process, material accounting calculation, equipment Model selection, but also a rough introduction to the workshop layout and staffing, plant ventilation and ventilation lighting, economic accounting and public works design. The design of the main raw material is 6100M, auxiliary raw material is K1108, ingredients are selected calcium carbonate and carbon black. Choose to build the place in Xi'an, the selected process is hot winding forming, the equipment used is mainly single screw extruder, corrugated machine and winding machine.

Key words : Reinforced winding; Hot winding forming; Single screw extruder; Winding machine

目 录
摘 要 I
Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 HDPE的简介 1
1.1.2 HDPE-B型增强缠绕管的简介 1
1.1.3 HDPE-B型增强缠绕管的特性 1
1.1.4 国内外克拉管的发展历程与应用前景 2
1.1.5 克拉管的应用范围 2
1. 2 设计依据与指导思想 3
1.2.1 设计依据 3
1.2.2 指导思想 3
1.3 设计原则 3
1.4 产品规格 3
1.5 厂址选择 4
1.5.1 厂址选择的基本原则 4
1.5.2 厂址方案对比 5
1.6 设计范围 5
1.7 工作制度 6
1.8 生产中故障分析及处理方法 6
第2章 配方设计 6
2.1 产品的主要性能要求 7
2.2 产品的性能指标 7
2.3 主料的选择 7
2.4 辅料的选择 8
2.4.1 PP骨架管的原料选择 8
2.4.2 填充剂 8
2.4.3 着色剂 9
2.5 配方的确定 9
第3章 工艺流程 9
3.1 工艺流程的选择 10
3.2 PP波纹管的生产工艺流程 10
3.2.1 上料 10
3.2.2 挤出成型 10
3.2.3 波纹成型 11
3.2.4 切割 11
3.2.5 收卷 11
3.3 克拉管的生产工艺流程 11
3.3.1 配方料的混合 11
3.3.2 上料 12
3.3.3 挤出成型 12
3.3.3 缠绕成型 12
3.3.3 冷却切削 13
3.3.4 脱模修型 13
3.2.5 装电熔丝 14
3.2.6 检验入库 14
第4章 物料衡算 14
4.1 物料衡算的作用和意义 15
4.2 工作时间 15
4.3 物料衡算 15
4.5 原料配方及各组分用料 17
4.6 物料衡算流程图 18
第5章 设备选型 19
5.1 PP波纹管的生产设备选型 20
5.1.1 上料机 20
5.1.2 挤出机 20
5.1.3 波纹成型机 21
5.1.4 切割机 21
5.1.5 收卷机 21
5.2 克拉管的生产设备选型 22
5.2.1 混料设备 22
5.2.2 上料机 22
5.2.3 挤出机 23
5.2.4 缠绕成型机 24
5.2.4 切削机 24
5.2.5 脱模机 24
5.2.6 修型台 24
5.2.7 绕丝机 24
5.2.8 破碎机 25
5.3 其它设备 25
5.3.1 台秤 26
5.3.2 环刚度仪器 26
5.3.3 搬运车 26
5.4 设备一览表 27
第6章 车间布置及人员安排 27
6.1 车间布置 28
6.1.1 生产工艺要求 28
6.1.2 设备安装与检修 28
6.1.3 生产车间的布置 28
6.2 照明设备的布置 29
6.3 生产人员的安排 29
第7章 能量衡算 29
7.1 能量衡算 30
7.2 电能消耗 30
第8章 采暖、通风、照明 30
8.1 采暖设计 31
8.2 通风 31
8.3 照明 31
第9章 经济核算 33
9.1 购置设备费用 33
9.2 购置物料费用 33
9.3 能量消耗费用 33
9.4 建筑费用 33
9.5 人员工资 33
9.6 投资的回收期 34
第10章 公用工程设计 34
10.1 防静电设计 35
10.2 防雷设计 35
10.3 实施措施 35
10.4 防火设计 35
结 论 37
参考文献 38
致 谢 40

第1章 绪 论
1.1 概述
1.1.1 HDPE的简介
高密度聚乙烯（HDPE）也称低压聚乙烯，是一种白色粉末或颗粒状产品，无毒无味，密度为0.94～0.976g/cm3，结晶度达80%～90%，软化点在125～130℃内,使用温度可达100℃；熔化温度在120～160℃内[1]。它具有良好的耐热性、耐寒性和化学稳定性，还具有较高的刚性和韧性，机械强度、耐环境应力开裂性和介电性能均较好[2]。拉伸强度、硬度和蠕变性均优于低密度聚乙烯；但耐磨性、电绝缘性、韧性比低密度聚乙烯略差一些。在室温下，难溶于有机溶剂，耐酸、碱和多种盐类的腐蚀[3]。
1.1.2 HDPE-B型增强缠绕管的简介
HDPE-B型增强缠绕管又称HDPE缠绕B型管，高密度聚乙烯缠绕管，HDPE缠绕结构壁管，B型结构壁管，克拉管，以下简称为克拉管[4]。克拉管是以高密度聚乙烯（HDPE）树脂为主要原料，以聚丙烯（PP）波纹管为骨架管，采用的热态缠绕成型工艺生产的一种具有螺旋肋状异形外壁和平滑内壁的新型结构塑料管材，也是一种新型的柔性塑料管材，具有自重轻、强度高、内壁光滑、耐磨损、耐腐蚀、耐压、耐老化、柔韧性好、抗冲击性强、卫生安全、本体连接、熔缝质量高、连接质量好、百分百无渗漏、施工快捷简便、使用寿命长、适用温度范围在±70℃等特点[5]。
1.1.3 HDPE-B型增强缠绕管的特性
⑴产品轻便，便于运输。
以特殊的增强结构形式(由PP波纹管形成的骨架作用)建立了良好的承外力结构使得克拉管具有了良好的性能，实现了产品的轻量化[6]。在表面看来克拉管的强度和刚度不如混凝土管，尤其是钢筋混凝土管，但在实际的应用中由于克拉管属于柔性管，只要在设计、生产和施工过程中合理，它就可以与周围的土壤共同承受外部的载荷，在同等使用条件下较之其它管材质轻，运输方便，比水泥管、钢管的施工更为方便、快捷、安全、可显着降低经济成本[7]。克拉管的米重比水泥管、铸铁管、钢管要小得多，管材的轻量化使得施工作业更加安全，降低了工人的劳动强度[8]。
⑵产品输水量大，密封性能优良，耐磨损和耐腐蚀性好，使用寿命长。
克拉管的一另大优点是粗糙度小、输水量大。与其它同类型的管材相比，可以获得较小的流体阻力和较大的设计流量[9]。在同样直径的管材下，使用克拉管可以减少坡度，能够减少铺设工程量；在密封性的方面，克拉管连接牢固、可靠，无泄漏；而且弹性和韧性均良好，化学性质也稳定，能耐多种酸、碱的腐蚀，耐磨损性优良，使用寿命长达50年[10]。
⑶产品有利于保护环境。
在卫生和环保方面，克拉管的材质卫生、无污染、无毒害，在产品生产的全过程中没有任何污染物产生，使用过的废旧管也可以百分之百地回收利用，属于环保安全型的绿色产品[11]。
1.1.4 国内外克拉管的发展历程与应用前景
1998年，石家庄的宝石克拉大径塑管公司从德国的克拉公司完成第一套缠绕结构管设备和生产技术及产品的引进，距今已有17年时间[12]。在2004年第一套国产缠绕结构管材成套设备推向市场，太原的亚明公司已经为国内外客户提供了50台套设备。2012年上海的亚大管材公司在国内第一次引进德国宝库公司的PP缠绕结构壁管材生产加工设备和应用技术。直到2015年国内现有的克拉管生产线80余台套，其中进口设备8台套。总设计能力在20万吨／年，实际产能只有l0万吨／年左右。我国缠绕结构管材的发展已经有17年时间，在最近五年内发展迅速，产能快速增加。目前国内克拉管的生产线总数量已经占世界该设备总数的一半以上，但是整个缠绕结构管材在国内排污、排水管道领域所占的比例非常低仅占1-2％，随着我国大力推广全塑型环保管材的应用，缠绕管材的竞争力得到了大幅度提升，使其拥有巨大的发展空间。
克拉管是通过先进的生产工艺和技术，采用热态缠绕成型工艺，使得生产出来的产品具有很好的耐腐蚀性、韧性好、流动阻力小、重量轻、强度高等特点，这也是克拉管继U-PVC管道之后，成为世界上消费量第二的塑料管道的主要原因 [13]。在发达国家中，埋地排水管是市场潜力最大的领域。克拉管是目前大口径埋地排水管领域代替混凝土管、铸铁管和钢管等传统管材最理想、工程业绩最好的新型管材，主要被应用于市政排水、港口码头、石油化工、道路、电力（核电）、冶金造纸等行业以及大型工业及民用建设工程和排水排污工程[14]。在最近几年的市场推广中，市场已经逐渐认知克拉管在大口径埋地排水管领域的优越性，所占的市场份额迅速成长。
1.1.5 克拉管的应用范围
（1）市政给排水：目前克拉管的内压可至12kg/cm2,是替换城市原有的排水铸铁管和混凝土管的最理想管材。
（2）大型的水利工程：主要被用来进行农田灌溉，长距离输水，库区抽淤。
（3）石油化工：作为输油、输气的管线。
（4）煤炭工业：输煤工程及各种类型的通风系统。
（5）化学工程：流体的输送管道（特别是腐蚀性流体）和化学容器。
（6）环保工程：污水处理、深海排污、排毒管道、垃圾场排污。
（7）电力工程：循环水管道。
（8）其他工程：如在沙漠、沼泽、湖区等用来输送流体。
1.2 设计依据与指导思想
1.2.1 设计依据
（1）严格遵循齐齐哈尔大学发布的《齐齐哈尔大学本科生毕业设计（论文）工作手册》。
（2）依据齐齐哈尔大学教研室修订《高分子材料与工程系实践教学环节文件汇编》
（3）依据指导教师下达的《毕业设计任务书及开题报告》，设计关于HDPE-B型增强缠绕管的生产车间初步工艺的任务说明书。
1.2.2 指导思想
利用国内外的先进技术理论，成熟的加工工艺流程并加以合理改进，结合实际生产以及综合考虑各种因素的影响，来完成本次设计任务说明书，最终实现设计的先进性和合理性。
1.3 设计原则
（1）熟悉并掌握设计的基本要求以及应该遵循的基本原则。
（2）论证设计的方案，确定设计的方法和计算原则。
（3）熟悉并掌握设计参数控制指标的确定方法和控制方案。
（4）提出并解决工程项目对公共设施、环境的影响及措施。
（5）初步熟悉并掌握撰写设计说明书、可行性研究报告和项目建议书的基本内容和要求。
（6）设计的图纸要规范，要符合工程制图的要求。
1.4 产品规格
GB/T 19472.2-2004规定了埋地用聚乙烯缠绕结构壁管材以及管件的定义、符号和缩略语、原料、管材分类和标记、连接方法和结构型式、技术要求、试验方法、检验规则、标志、运输和贮存[15]。根据GB/T 19472.2-2004，本设计生产的克拉管规格是1200×9mm，单件长6米，管材的环刚度SN为8，PP波纹管的直径是80mm，PP波纹管的螺距为120mm，PP波纹管的包覆厚度为6mm。本设计DN1200克拉管的承插口的加工尺寸见表1-1,管材的结构见图1-1。
表1-1 DN1200克拉管的承插口加工尺寸 单位：㎜
管径
承口直径
插口直径
DN1200
1236
1218

图1-1 克拉管的结构图
1.5 厂址选择
1.5.1 厂址选择的基本原则
（1）服从国家对工厂要求的总体规划布局，遵守国家的法律、法规，坚持基本的建设程序。
（2）利用土地要规划合理，既要考虑不占和少占耕地又考虑到后续发展空间的要求。
（3）注意选择厂址的自然条件，避开洪水、台风、地震等自然灾害的高发地区。
（4）重视三废处理场地的确定，以防止对周边环境产生污染。
（5）企业生产所需要的各项资源能够落实，原料、辅助材料以及燃料和水资源的供应要经济合理。
（6）交通运输条件要便利﹑经济。
1.5.2 厂址方案对比
本设计是年产8000吨HDPE-B型增强缠绕管的生产车间初步工艺设计，选择在西安建厂理由如下（见表1-1 厂址方案对比）。
表1-1 厂址方案对比
地区位置
安达市
长春市
西安市
地价
比较廉价
相对廉价
相对廉价
交通
便利
交通发达
交通发达
水源
水源较丰富
排水方便
水源丰富
排水较方便
水源丰富
排水方便
气候
相对适宜
比较适宜
适宜
资源条件
资源丰富
能源燃料多
资源较丰富
能源燃料多
资源丰富
销售市场
销售空间一般
销售空间一般
销售空间大
技术要求
技术一般
技术一般
技术先进
原料供应情况
相对方便
比较方便
方便
人力资源
人力资源一般
人力资源较丰富
人力资源丰富
结合以上分析，西安市是省会城市，也是国家重要的教育、科研和工业基地。西安拥有多所985工程类大学（如西安交通大学、西北工业大学）可以提供大量优秀的人力资源。西安地处中国陆地版图的中心，是西北各省通往中原、华北和华东各地的必经之路，交通十分的发达。在全国区域的经济布局上，西安作为陇海兰新铁路沿线上最大的西部中心城市，是国家实施西部大开发战略的桥头堡，具有承东启西、连接南北的重要战略地位，是国家大力扶持的城市之一。因此，本设计选择在西安建厂。
1.6 设计范围
本设计是年产8000吨HDPE-B型增强缠绕管的生产车间初步工艺设计，在此简单介绍一下设计内容。其中主要包括工艺流程的选择，工艺参数的确定，物料衡算，设备选型，厂址选择，车间布置图和工艺流程图等内容。
1.7 工作制度
本设计全年生产的天数是305.7天。生产部门按四班生产，每班工作8小时；实行四班三运转工作制度，管理人员和技术人员夜间设轮流值班人员，管理生产。
1.8 生产中故障分析及处理方法
表1-2 生产中故障分析及处理方法
故障
产生原因
解决办法
管材内壁不光滑、不平整
a.螺杆转速过快
b.螺杆温度过高
c.口模温度过低
a.降低螺杆转速
b.降低螺杆温度
c.提高口模温度
制品发脆
a.机身温度低
b.原料辅料有问题
c.物料杂质多
a.提高机身温度
b.选择合适助剂
c.消除杂质或更换物料
外表面螺旋分布不均匀
a.机头挤出速度与缠绕速度不匹配
b.冷却控制不稳定
a.调整挤出速度与缠绕速度使之能够相互匹配
b.调整冷却装置使之控制稳定
管材外表面毛糙、有金属物变色分解
a.表层挤出机机筒螺杆温度高
b.物料稳定性差、杂质多
c.过滤网堵塞
a.降低机筒螺杆温度

b.检查热稳定性，筛选原料
c.清除过滤网

第2章 配方设计
2.1 产品的主要性能要求
克拉管的用途是把生活污水、工业污水或雨水等流体输送到污水处理场或江河湖海中去。一般是在重力的作用下输送，管内没有压力。因为埋在地下，需要承受外加的负载。
对于本设计生产出来的克拉管的主要性能要求是：
（1）强度和刚度---能承受埋地环境下的负载。
（2）水力特性---输送流体的能力。
（3）密封性---不泄露，防止对环境产生污染。
（4）使用寿命---抗磨损、耐腐蚀。
（5）便于安装铺设。
（6）综合各方面的经济特性。
在国外克拉管得到了广泛的应用，近几年来在国内也逐渐被采用，原因就在于克拉管在其性能上有明显的优越性。
2.2 产品的性能指标
克拉管的关键性能指标---环刚度。环刚度[16]是克拉管抗外压负载能力的综合参数，如果克拉管的环刚度太小，管材负载后有可能发生过大变形或出现压屈失稳破坏。相反，如果环刚度选择的太高，必然要采用过大的截面惯性矩，这将造成所用材料太多，成本过高。显然，环刚度的确定是本设计的关键所在。克拉管的环刚度是由其PP波纹管的管径和螺距决定的，通过克拉管的技术参数可知，PP波纹管的管径为80mm，螺距为120 mm，所生产出来的克拉管的环刚度为8KN/m2。由于本设计生产的克拉管的直径较大，需要深埋在地下承受较大的压力，所以需要的环刚度也要大。因此本设计生产的克拉管的环刚度选用的是8KN/m2。
2.3 主料的选择
我国齐鲁石化公司和北京燕山石化公司分别开发了HDPE管材专用料DMD2480和6100M。本设计选择燕山石化6100M的理由如下。
DMD2480属于HDPE管材的专用料，具有较高的抗撕裂强度、熔体强度和良好的耐环境开裂应力（1500h以上），优良的加工性能；主要被用来生产水管、煤气管和大直径的管道（如淤浆管、油管、消防管等）；生产出来的制品光泽好、外观平整、接缝、套节质量高。基本的性能参数为熔体流动速率在8-17g/10min内，密度在0.942-0.948g/cm3内，机械性能拉伸强度为21Mpa，粉末灰分为0.04。
6100M属于PE80级的管材料，主要被用来生产缠绕熔接管、热水管、农业灌溉管、复合管、支架铝塑。基本的性能参数为熔体流动速率在0.19-0.27g/10min内，密度在0.947-0.951g/cm3内，机械性能拉伸强度为21Mpa，粉末灰分为0.03。
GB/T 19472.2-2004标准规定管材原料的的熔体流动速率≤1.6g/10min，因此本设计选择的主料是北京燕山石化公司生产的6100M。
2.4 辅料的选择
2.4.1 PP骨架管的原料选择
本设计对PP骨架管没有要求，从成本角度考虑，可以用直接用PP原料制的PP波纹管，PP波纹管的原料对比见表2-1。
表2-1 PP波纹管的原料对比
企业牌号
K1505
K1108
K1814
熔流率（g/10min）
5.0
10.0
13.5
断裂伸长率
200
200
20
悬冲度（J/M）
32
27
29
拉伸屈服强度（Mpa）
38.6
34.5
38.6
弯曲模量/Gpa
1.79
1.37
1.79
洛氏硬度/R
103
94
103
价格（元/吨）
11500
8800
13500
结合以上分析，本设计选用的是成本较低的K1108作为PP波纹管的原料。
2.4.2 填充剂
填充剂（以下简写为填料）是塑料生产过程的重要添加剂之一，它可以降低生产成本，同时也可以提高某些物理或化学性能。填料的类型有很多种，有把填料分成两大类：一类是无机填料，如碳酸钙、滑石粉等；另一类是有机填料，如棉短绒、麦秆等。也有把填料分成单组份填料，即由一种原料物质组成；多组分填料(复合填料)即指由两种或两种以上物质组合而形成的填料，如碳酸钙和滑石粉组合等。
目前最常用的无机粉状填料是碳酸钙，在填料角度上碳酸钙可以分为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、胶质碳酸钙，化工业填料一般选用轻质碳酸钙。在天然矿物角度上碳酸钙又可分为霰石型、方解石型等结晶形态。碳酸钙一般为无臭、无味的白色粉末，在酸性溶液中或加热至825℃就分解为二氧化碳和氧化钙。我国的碳酸钙资源丰富，在一般的填料中碳酸钙属于廉价填料。
结合以上分析及成本考虑，本设计选择的填料是单组份的轻质碳酸钙。
2.4.3 着色剂
着色剂又被称为色料，在生产过程中加入使制品具有各种颜色。着色剂不仅仅赋予了塑料制品绚丽夺目的光彩，美化了环境和生活，还丰富了市场，提高了塑料制品的商品价值；有些着色剂还可以改善制品的耐候性、耐老化性和延长制品的使用寿命。
本设计选用的着色剂是炭黑，炭黑除了具有着色功能以外，还可以提高塑料制品的耐候性和导电性，是一种重要的高分子材料加工助剂，被广泛应用于烯烃管道的生产加工过程。
结合以上分析及GB/T 19472.2-2004标准对聚乙烯管材料颜色的要求，本设计选择的着色剂是炭黑。
2.5 配方的确定
表2-2克拉管的配方确定
材料
份数
PP波纹管
-
6100M
100
轻质碳酸钙
5
炭黑
2

第3章 工艺流程
3.1 工艺流程的选择
目前国内生产克拉管的工艺是热态缠绕成型工艺，本设计的生产工艺也选用热态缠绕成型。本设计生产克拉管的生产工艺流程见图3-1。
PP→上料→挤出→波纹成型→切割→收卷

HDPE和配料的混合→弹簧上料→挤出成型→缠绕成型→冷却切削→脱模修型→装电熔丝→检验入库
图3-1 克拉管的生产工艺流程
3.2 PP波纹管的生产工艺流程
3.2.1 上料
上料的方式主要有鼓风上料、弹簧上料和真空上料三种。
鼓风上料是在风力的作用下将物料吹入上料管，然后经过旋风分离器进入料斗，该上料方式适用于输送粒料，而不适用于粉料。
弹簧上料是用电动机带动弹簧高速旋转，物料被弹簧推动而沿胶管上移，到达料口时，利用离心力被甩至出料口而进入料斗。弹簧上料适用于粉料、粒料、块状料的输送，其结构简单、效率高、操作安全可靠，故在国内得到了广泛应用。
真空上料是靠抽真空的方式将物料吸入进料斗内，这种上料方式的工作环境好，可以在电脑上控制上料时间和进料量，并且对物料可以进行烘干，适用于粒料、粉料的上料。
结合以上分析及本设计的实际考虑，本设计选用的上料方式是弹簧上料。
3.2.2 挤出成型
物料经弹簧上料进入挤出机中，挤出机将物料充分塑化后挤出管材。
由于本设计对PP波纹管没有过多的要求，从成本角度考虑，本设计生产PP波纹管的挤出机选用的是单螺杆挤出机。PP波纹管的加工温度范围见表3-1。

表3-1 PP波纹管的加工温度范围 单位：℃
材料
机身
机头
尾部
中部
前部
机颈
口模
聚丙烯
150-170
170-190
190-210
200-210
190-200
注：温度控制为口模温度稍低于机身最高温度，有利管材定型。
3.2.3 波纹成型
物料经过单螺杆挤出机挤出后，立即通过波纹成型机制成波纹状。波纹成型机的工作原理与牵引机相似，只是将履带换成了波纹状，所以波纹成型机也具有牵引作用。在波纹成型机的使用过程中上下成型模的环型槽必须对正，不应错位[17]。
（1） 成型模具温度 原则上开模前制品基本定型，一般为45-60℃。
（2） 吹胀压力 以制品能被吹制完全充满环形槽为原则，一般为0.15Mpa。
（3） 牵引速度 一般控制在6-10 m/min。
3.2.4 切割
经波纹成型机出来后的PP波纹管要进行计长切割，每达到所需要的长度，进行切割。
3.2.5 收卷
对于PP波纹管，需要收卷装置。收卷装置主要有卷盘式和风轮式。收卷至所需长度后，用切割机切断，再用绳子捆扎即可。
由于风轮式收卷装置结构简单，操作方便。所以本设计的收卷装置选用风轮式收卷。
3.3 克拉管的生产工艺流程
3.3.1 配方料的混合
塑料加工过程中混合操作是一道必不可少的工序，用来配混原料的设备被称为混合机。工业上常用的混合机有：螺条式混合机、搅拌式塑料混合机和高速混合机。
螺条式混合机又称捏合机，它是由于其搅拌浆形状像螺旋而得名。在混合机中应用较早，结构比较简单，可用于原料的干、湿料混合。混合适应性较强、混合精度高；混合过程温和，装填量大；特殊的螺带结构，使混合均匀，出料积料极少；密封操作；运转平稳；噪音小；粉尘量较少；不污染环境；使用和维修方便；优秀的生产工艺确保了该设备的使用寿命长、安全可靠的特性。
搅拌式塑料混合机采用旋转搅拌叶片翻动塑料原料，可进行快速混合，主要用于各种塑料颗粒的混合着色工作。该设备具有结构简单，混合均匀，容易清扫，坚固耐用等特点，因此广泛被应用于各种塑料行业的生产中。
高速混合机是在前几种混合机的改进所生产出来的。由于其搅拌浆的工作效率高，人们习惯称它为高速混合机。
结合以上分析，本设计选择的混合机是高速混合机。
3.3.2 上料
经过高速混合机混合后的混配料，采用弹簧上料器，进行上料。
3.3.3 挤出成型
由弹簧上料器将物料送至挤出机中进行加热、塑化、均化后，经流道、口模分别挤出成平板料和用以包覆PP骨架管的弧形料 [18]。
本设计挤出机的设定工艺参数（见表3-2），由于聚乙烯原料熔体指数的不同，所以在生产过程中对温度控制也不一样，控制温度应该根据原料的熔体指数来确定。一般聚乙烯管生产温度控制采取口模温度比机身最高温度低，其目的有三个，第一聚乙烯材料的熔体粘度低，成型温度范围宽，温度的降低有利于提高产品的成型性，使生产出来的制品更加密实，第二机头温度低，有利于定型，可以提高生产效率，第三可以节约生产成本，减少浪费。
表3-2 聚乙烯管的加工温度范围 单位:℃
材料
机身
机头
后部
中部
前部
机颈
口模
HDPE
100-120
120-140
160-180
160-180
160-180
3.3.3 缠绕成型
先采用明火加热模具，等模具表面温度达到120-140℃。再将挤出机挤出的平板料等距地缠绕在旋转的模具表面上，然后缠绕包覆PP波纹管的弧形料带，从而生产出本设计所要求的克拉管。缠绕成型过程见图3-2。

图3-2 缠绕成型过程
3.3.3 冷却切削
经过缠绕成型后的克拉管和模具用行车一起吊运至冷却切削机上，并按规定的尺寸切削承口和插口端，达到规定的尺寸要求后，然后用冷却风机进行风冷。冷却切削过程见图3-3。

图3-3 冷却切削过程
3.3.4 脱模修型
待管材冷却到60℃，用行车把制品和模具吊运至脱模机进行脱模，脱模后完成对管材承插口的修型。克拉管的脱模过程见图3-4。

图3-4 脱模过程
3.2.5 装电熔丝
对进行脱模修型后的克拉管，使用电熔丝机先将铜丝绕成规定的形状，然后用钉枪将铜丝钉在承口内壁上。 预埋电熔丝过程图3-4。

图3-4 装电熔丝

3.2.6 检验入库
待完成所有的加工工序后，对生产的克拉管进行检验，凡符合要求的产品进行入库保存。对于不合格的产品用破碎机进行粉碎，粉碎后的料可回收利用。

第4章 物料衡算
4.1 物料衡算的作用和意义
物料衡算是对生产过程中物料量的变化进行平衡计算，从而计算出在正常生产情况下所需要的原料和辅料的量以及下脚量和回收量。物料衡算是原料消耗定额的基本依据，也是进行设备选型和能量衡算的前提条件。衡算的结果直接关系到生产成本。
4.2 工作时间
年工作时间的选取（年工作小时）
（1） 年工作时间 365-11（法定节假日）=354天=8496h；
（2） 设备大修 20天/年=480h；
（3） 特殊情况停车 15天/年=360h；
（4） 机头清理 换过滤网 1次/8天 8h/次[354-(20+15)]×1/8次/天×8h/次=320h；
（5） 实际开车时间 8496-480-360-320h=7336h=305.7天；
（6） 设备利用的系数 k=实际开车时间/年工作时间=7336/8496=0.86。
4.3 物料衡算
本设计为年产8000吨的HDPE-B型增强缠绕管,其中包括生产5000吨的HDPE管和3000吨的PP波纹管。
（1）PP波纹管在生产过程中的损耗率如表4-1所示。
表4-1物料损耗率
工序
自然损耗
扫地
下脚料
总耗损率
百分率/%
0.1
0.5
5.6
6.2
则每年需要加工物料量为：
年总处理物料量=产量/（1-总耗损率）
=3000/（1-6.2%）
=3198.29t
年自然耗损量=年总处理物料量×自然耗损率
=3198.29×0.1%
=3.198t
年扫地耗损量=年总处理物料量×扫地耗损率
=3198.29×0.5%
=15.99t
年下脚料耗损量=年总处理物料量×下脚料耗损率
=3198.29×5.6%
=179.1t
下脚料回收破碎损耗为5%,则：年回收量=年下脚料损耗量×(1-回收破碎损耗率)
=179.1×(1﹣5%)
=170.14t
年新加物料量=年总处理物料量-年回收量
=3198.29﹣170.14
=3028.15 t
每天所需处理的物料量=年新加物料量/年实际工作日
=3028.15/305.7
=9.91t
每小时所需处理的物料量=年新加物料量/年实际工作小时
=3028.15/7336
=412.78kg
（2）HDPE管在生产过程中的损耗率如表4-2所示。
表4-2物料损耗率
工序
自然耗损
扫地
下脚料
切削
总耗损率
百分率/%
0.3
0.5
5.8
0.4
7
则每年需要加工物料量为：
年总处理物料量=产量/（1-总耗损率）
=5000/（1-7%）
=5376.34t
年自然耗损量=年总处理物料量×自然耗损率
=5376.34×0.3%
=16.13t
年扫地耗损量=年总处理物料量×扫地耗损率
=5376.34×0.5%
=26.88t
年下脚料耗损量=年总处理物料量×下脚料耗损率
=5376.34×5.8%
=311.83t
经缠绕成型后的物料，不能进行回收。则：年回收量=0t。
年新加物料量=年总处理物料量-年回收量
=5376.34﹣0
=5376.34 t
每天所需处理的物料量=年新加物料量/年实际工作日
=5376.34/305.7
=17.59t
每小时所需处理的物料量=年新加物料量/年实际工作小时
=5376.34/7336
=732.87kg
4.5 原料配方及各组分用料
克拉管原料配方中各组分的含量及用量见表4-3。
表4-3 原料配方中各组分的含量及用量
原料名称
配方份数
百分率/%
每吨消耗/kg
年需要量/t
天需要量/t
小时需要量/kg
K1108
-
-
-
3028.15
9.91
412.78
6100M
100
93.46
934.6
5024.37
16.44
685
碳酸钙
5
4.67
46.7
251.07
0.82
34.22
炭黑
2
1.87
18.7
100.54
0.33
13.7
具体算法如下：
HDPE树脂用量=新加物料量×配方中百分率
=5376.34.32×93.46%
=5024.37t/a
=16.44t/d=685kg/h
碳酸钙用量=新加物料量×配方中百分率
=5376.34×4.67%
=251.07 t/a
=0.82 t/d=34.22 kg/h
炭黑用量=新加物料量×配方中百分率
=5376.34×1.87%
=100.54t/a
=0.33t/d=13.7 kg/h
4.6 物料衡算流程图
3028.15 t

挤出成型
PP原料

自然耗损量3.198t
上料

扫地耗损量 15.99t

回收料 170.14t

下脚量 179.1t
下脚料
成品