CN103596708A - 管材制造装置、管材制造方法和管材 - Google Patents

Abstract

本发明提供管材制造装置、管材制造方法和管材，所述管材制造装置可以用简单机构以大的挤压力挤出成形，而且可以增大在管内面形成的螺旋形凸部的扭转角。管材制造装置(10)包括：挤压模(16)，设在坯料(12)的挤出方向(F)侧，形成有贯通孔(22)；插入部(34)，插入贯通孔(22)，使前端从贯通孔(22)向挤出方向侧伸出。插入部(34)设置在放入坯料收容空间(S)内的浮动膜(30)上，在贯通孔(22)内周和插入部(34)外周之间形成间隙。在插入部(34)的侧面侧形成有螺旋槽(40)，在坯料(12)从所述间隙挤出而成的管材(P)成形时，使螺旋形的凸部在管材内面侧上成形。

Description

管材制造装置、管材制造方法和管材

技术领域

本发明特别涉及最适合制造用于热介质流动的管材的管材制造装置、管材制造方法和管材。

背景技术

在热交换器中，一般为了提高热介质和用于热介质流动的管材的热交换率，在管内侧带有螺旋槽。在这样的内面带有螺旋槽的管中，与具有笔直的槽的管材相比，热交换性能优良。所述管材的材质一般选铜，利用把管材拉拔或把带槽的平板电阻焊成形等来制造（例如参照专利文献1～4、非专利文献1）。

可是，铜的比重大，而且价格高。另一方面，由于铝的比重小、价格低，所以如果能制造内面带有螺旋槽的管，在工业上有很大优点。例如在非专利文献2和专利文献5中，公开了为了在管内面上形成螺旋槽，使用在周向上自主转动的芯棒（plug）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特开平10－166085号

专利文献2：日本专利公开公报特开平10－166034号

专利文献3：日本专利公开公报特开平10－166036号

专利文献4：日本专利公开公报特开平10－166086号

专利文献5：日本专利公开公报特开2009－220153号

非专利文献

非专利文献1：古河電工時報、第120号（平成19年9月）、pp93－94（古河电工时报，第120号（平成19年9月），pp93－94）

非专利文献2：高辻則夫他5名、塑性と加工、vol.49、578、（2008）、pp58－62（高辻则夫等5人，塑性与加工，vol.49，578，（2008），pp58－62）

发明内容

可是在使用非专利文献2或专利文献5中公开的芯棒的情况下，在挤出加工时，需要使芯棒以可以自主转动的状态留在轴向上。因此，如在挤出方向上大的力作用在芯棒上，担心会损伤支承芯棒可以自主转动的机构，而且在管内面上形成的螺旋槽的最大扭转角停留在约8度。

鉴于上述课题，本发明的课题是提供一种管材制造装置以及提供管材制造方法和管材，所述管材制造装置可以以简单的机构用大的挤压力进行挤出成形，而且可以增加在管内面上形成的螺旋形的凸部的扭转角。

为了达到上述目的，第一方式的发明的特征在于，包括：挤压模，设在坯料的挤出方向侧，形成有贯通孔；以及插入构件，插入所述贯通孔以使前端从所述贯通孔向所述挤出方向侧伸出，在与所述挤压模之间形成有间隙，在所述插入构件的侧面侧形成有槽，所述槽在从所述间隙对管材进行挤出成形时在管材内面侧成形有螺旋形的凸部。

第二方式的发明的特征在于，形成有多根螺旋槽来作为所述槽。

第三方式的发明的特征在于，具有浮动膜来作为所述插入构件，所述浮动膜一体地具有插入所述贯通孔的插入部。

第四方式的发明的特征在于，还包括：卷绕部件，对从所述间隙挤出的所述管材进行卷绕；所述卷绕部件具有：卷绕滚筒，对所述管材进行卷绕；双轴转动机构，边使所述卷绕滚筒绕滚筒轴转动，边以与所述管材的转速相同的转速绕与滚筒轴垂直的轴转动。

第五方式的发明的特征在于，还包括：校正部件，对从所述间隙挤出的管材的直径进行校正，所述校正部件具有：校正用挤压模，形成有校正用贯通孔，利用使所述管材通过该校正用贯通孔来对所述管材的外径进行校正；以及支承机构，把所述校正用挤压模支承成能绕所述校正用贯通孔的中心轴转动。

第六方式的发明的特征在于，使用第一方式所述的管材制造装置，加热所述坯料，从所述间隙挤出，使在内面侧具有所述凸部的管材成形。

第七方式的发明的特征在于，利用第一方式所述的管材制造装置进行挤出成形，使所述凸部在管材内面侧成形。

按照第一方式的发明，即使对插入构件施加大的挤压力，也大幅度降低了损伤插入构件的可能性。因此可以使插入构件的槽部的扭转角增大，使螺旋形凸部的扭转角变大，用挤出成形可以制造提高了导热率的管材。

按照第二方式的发明，可以形成多根螺旋形的凸部。

按照第三方式的发明，可以用简单结构的浮动膜，容易地制造在内面侧形成有设定的扭转角的凸部的管材。

按照第四方式的发明，由于把从间隙挤出的管材卷绕时，不使管材向反向扭转，可以避免在卷绕时凸部的扭转角变小。

按照第五方式的发明，即使在从间隙挤出后在管材的外形上无意地形成凹凸，也可以对所述外形进行校正。

按照第六方式的发明，可以容易地以挤出成形制造使螺旋形的凸部的扭转角增大、提高导热率的管材。

按照第七方式的发明，在用挤出成形制造的管材中，使螺旋形凸部的扭转角增大，可以成为提高导热率的管材。

附图说明

图1是表示第1实施方式的管材制造装置的结构的正面剖面图。

图2是构成第1实施方式的管材制造装置的浮动膜的立体图。

图3是图1的局部放大图（省略了管材的图示）。

图4是第1实施方式中制造的管材的立体剖面图。

图5是表示构成第1实施方式的管材制造装置的浮动膜的其他例子的局部俯视图。

图6是示意表示第2实施方式的卷绕装置结构的立体图。

图7是表示第3实施方式的校正装置结构的立体图。

图8的图8（a）是第3实施方式的校正装置的侧视图，图8（b）是第3实施方式的校正装置的正面剖面图。

图9是试验例中得到的曲线图。

图10的图10（a）是试验例中制造的管材P的侧面剖面图，图10（b）是试验例中制造的管材P的剖面立体图。

附图标记说明

10    管材制造装置

16    挤压模

12    坯料

22    贯通孔

30    浮动膜

34    插入部

34T   前端

24    间隙

42    凸部

40    螺旋槽

41    螺旋槽

42    凸部

50    卷绕装置（卷绕部件）

52    卷绕滚筒

54    双轴转动机构

72    校正装置（校正部件）

74   校正用贯通孔

76   校正用挤压模

80   支承部（支承机构）

F    挤出方向

P    管材

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下附图的描述中，相同或类似的部分赋予相同或类似的符号。但是需要注意图是示意图，尺寸的比例等与实际不同。因此，具体的尺寸比例等要参照以下的说明判断。此外，在附图相互之间当然会包括相互的尺寸关系和比例不同的部分。

此外，以下所示的实施方式是用于举例表示把所述发明的技术思想具体化的装置和方法，所述发明的实施方式的构成零部件的材质、形状、结构、配置等并不特别指定于下述的内容。所述发明的实施方式在不脱离其宗旨的范围内可以进行各种变更来进行实施。

此外，在第2实施方式以后，对与已经说明的内容相同的构成要素赋予相同的符号，省略其说明。

第1实施方式

首先对第1实施方式进行说明。图1是表示本实施方式的管材制造装置的结构的正面剖面图，图2是构成管材制造装置的浮动膜的立体图。图3是图1的局部放大图。此外，在图3中，为了便于说明，图中省略了管材。

在本实施方式中说明的管材制造装置（挤出成形装置）10包括：挤压筒14，能对收容的挤出成形用坯料12进行加热；挤压模16，设置在挤压筒14的挤出方向侧；挤压垫片18，从上方抵接在收容于挤压筒14的坯料收容空间S中的坯料12上；挤压杆20，把挤压垫片18向F侧（挤压模侧）按压。坯料收容空间S是圆筒内侧空间状。

在挤压模16的中央形成有凹部20和圆孔形的贯通孔22，凹部20是沿挤压模中心轴C从挤压模16的挤出方向端到与挤出方向F相反的方向（在图1中为纸面上方）形成筒形空间，贯通孔22使所述凹部20和坯料收容空间S连通。使贯通孔22的中心轴和坯料收容空间S的中心轴与挤压模中心轴C相同。凹部20的内径比贯通孔22的外径大到不妨碍从后面叙述的间隙24挤出的管材P能顺利挤出的程度。

此外，管材制造装置10具有放入挤压筒14内的浮动膜30。所述浮动膜30由主体部32、从主体部32的中央向挤出方向侧（以下称为F侧）伸出的插入部34构成。主体部32是圆盘形，在主体部32上形成有绕中心轴均匀配置的多个坯料流动用孔36。关于浮动膜30的位置采用预先设定的位置。

插入部34是圆柱形，把前端34T插入到贯通孔22中，使它从贯通孔22向F侧（在图1中为下侧）伸出。插入部34在与挤压模16之间形成间隙24，并且在侧面侧（外周侧）具有槽部38。在挤压筒14内的坯料12从间隙24挤出而成的管材P（参照图1、图4）成形时，以使螺旋形的凸部42（参照图4）在管材内面侧上成形的方式，在所述槽部38形成多根螺旋槽40（螺旋形槽）。

所述螺旋槽40的扭转角θ（参照图2）优选的是在10°～40°的范围内，其中更优选的是15°以上。如小于10°，则在管材P和管材P内流动的热介质之间的导热率不太高。

在本实施方式中，间隙24的间隔G也就是插入部34外周和贯通孔22内周的间隔G（参照图3），是根据用挤出成形制造的管材P的壁厚设定的。此外，插入部34从贯通孔22的F侧的边缘部22E（参照图1和图3）伸出的长度L和贯通孔22的轴向长度（F方向长度）M，是根据坯料12的材质和温度、间隙24的间隔G、挤压杆20的挤压力、螺旋槽40的扭转角θ、凸部42的扭转角α（参照图10（a））等设定的。

（作用和效果）

下面对本实施方式的作用和效果进行说明。在本实施方式中，以坯料使用铝为例进行说明，除了铝以外也可以适用。

首先，把浮动膜30配置在挤压筒14内的设定位置上，把坯料12放入挤压筒14，加热到规定的温度。在坯料12使用铝的情况下，从挤出成形的观点，优选的是加热到500℃左右。

然后，在坯料12成为规定温度的状态下，对挤压杆20施加向挤出方向的挤压力。其结果，使坯料12产生塑性变形，通过坯料流动用孔36，向主体部32的F侧流动，到达间隙24。然后产生塑性变形，从间隙24挤出，成为图4所示的管材P。此时，由螺旋槽40在管材P的内面侧（内周侧）形成螺旋形的凸部42。凸部42的扭转角α主要由螺旋槽40的扭转角θ决定。

在本实施方式中，浮动膜30为一个整体，没有形成相对于主体部32移动的浮动膜部分。因此即使对插入部34施加大的挤压力，与以往相比，大幅度降低了损伤插入部34的可能性。因此可以大幅度增大螺旋槽40的扭转角θ，使凸部42的扭转角α比以往大幅度增大。因此可以用挤出成形制造在热交换器等中明显提高了导热率的管材P。此外可以减小插入部34和贯通孔22的直径，可以容易地使内径小的管材P成形。

此外，因坯料12使用了铝，容易挤出成形，而且可以减轻管材P的重量。

此外，利用在插入部34的侧面侧形成多根螺旋槽40，可以成形多根螺旋形的凸部42。

此外，使用简单结构的浮动膜30，可以容易地制造在内面侧有设定的扭转角α的凸部42的管材P。

此外在本实施方式中，用将来自挤压筒14的坯料12的挤出方向F画成下方的图进行了说明，但在本发明中挤出方向不限于下方。也可以向水平方向或斜下方挤出，也可以向上方挤出来成形管材。

此外，管材P不限于圆管形，例如也可以是方管。在这种情况下，把插入部34做成方柱形，在其侧面侧形成槽部。

此外在本实施方式中，插入挤压模16的贯通孔22的插入构件以浮动膜30的插入部34插入贯通孔22的例子进行了说明，但本发明不限于此，作为插入构件也可以使用心轴等其他构件插入。

此外在本实施方式中，作为槽以在插入部34形成螺旋槽40为例进行了说明，但只要是可以形成螺旋形的凸部42的槽即可，不限于螺旋槽40，也可以采用其他形状的槽。

此外在本实施方式中，在挤压模16的中央形成凹部20，以形成直径比其凹部20的直径小的贯通孔22为例进行了说明，但也可以采用不特别设置凹部20的结构，只要插入部34从贯通孔22的F侧的边缘部22E伸出，就可以起到本实施方式的效果。

此外在图4中，画的是形成8根螺旋形凸部42的例子，可以使它成形，在图2中在插入部34上形成了8根螺旋槽40，但对凸部和螺旋槽的根数不特别限定，如图5所示，也可以形成更多（例如24根）的螺旋槽41，使更多的凸部成形。此外，相反即使使凸部的根数更少（例如1根），因使凸部成形也能起到这样的效果。

此外，不把铝的坯料12挤出成形，而利用把塑料挤出成形，也可以制造在内面侧有螺旋槽的塑料管。

此外，利用在贯通孔22的孔壁形成螺旋槽，也可以成形为在管材P的外周侧形成螺旋形的凸部。

第2实施方式

下面对第2实施方式进行说明。本实施方式的管材制造装置与第1实施方式相比，还具有图6所示的卷绕装置50，卷绕从管材制造装置10挤出的管材P。在以下的说明中，把管材制造装置10配置在水平方向上，把管材P从间隙24沿水平方向挤出，把所述管材P直线状地引导并卷绕在卷绕装置50上。

所述卷绕装置50包括：卷绕滚筒52，对管材P进行卷绕；双轴转动机构54，使卷绕滚筒52绕滚筒轴52X转动，同时使所述卷绕滚筒52绕与滚筒轴52X垂直且朝向贯通孔22的方向的垂直轴52Y转动。

双轴转动机构54包括：转动件56，为圆环形，被支承成绕其中心轴转动自如；驱动辊58，对转动件56施加转动力。驱动辊58抵接在转动件56的外周上，成为利用驱动辊58和转动件56的摩擦力，把来自驱动辊58的转动力传递给转动件56的结构。在转动件56上设置有滚筒轴端支承部60，把卷绕滚筒52的滚筒轴两端部支承成可以转动。利用所述结构，把滚筒轴52X可以转动地支承在滚筒轴端支承部60上，从外部付与绕滚筒轴52X转动的力，由此，卷绕滚筒52转动，对管材P进行卷绕。

此外在本实施方式中，设置有控制驱动辊58的转速的控制部62。所述控制部62考虑转动件56和驱动辊58的半径，控制驱动辊58的转速，使从间隙24挤出的管材P的转速和转动件56的转速相同。

在本实施方式中，以与管材P相同的转速使卷绕滚筒52绕垂直轴52Y转动，同时用所述卷绕滚筒52卷绕从间隙24边转动边挤出的管材P。因此，可以不妨碍管材P的转动而对管材P进行卷绕。即在卷绕时由于不会使管材P向反向扭转，所以在卷绕时可以避免凸部42的扭转角α变小。这对于在成形的管材P长的情况（例如数百米左右）下，在缩短卷绕所需要的时间方面起到特别大的效果。

此外由于强制将管材P的转速设为转动件56的转速，所以从间隙24送出的管材P的转速即使偏离设定转速，也可以消除这种偏差。

此外，利用使转动件56绕朝向贯通孔22的垂直轴52Y转动进行了说明，但在管材P在中途走曲线卷绕在卷绕滚筒52上的情况等下，在卷绕到卷绕装置50上之前的管材长边方向没有朝向贯通孔22的方向时，使转动件56不是绕上述的垂直轴52Y，而是绕卷绕前的管材长边方向的轴转动。

第3实施方式

下面对第3实施方式进行说明。本实施方式的管材制造装置与第2实施方式相比，在间隙24和卷绕装置50之间还具有校正装置72（参照图7、图8），对从间隙24挤出的管材P的直径进行校正。

校正装置72包括：校正用挤压模76，它形成有校正用贯通孔74，利用使管材P通过，对管材P的外径进行校正；以及筒形的支承部80，把校正用挤压模76支承成可以绕校正用贯通孔74的中心轴转动。

如图8（b）所示，在支承部80的内周侧形成有收容凹部84，使它可以配置球状的轴承构件82，利用配置在所述收容凹部84的轴承构件82，可以使插入支承部80的校正用挤压模76转动。

在本实施方式中，利用使从间隙24送出的管材P插入校正用贯通孔74，即使在从间隙24挤出后在管材P外形上无意地形成凹凸，也可以对所述外形进行校正。例如即使从间隙24挤出后管材P膨胀，外径变得比设定值大，也可以对所述外径进行校正。此外，在把管材P插入校正用贯通孔74时，把管材P从校正用挤压模76中拔出需要力，而可以从卷绕装置50对管材P施加所述力，不新设置拉拔装置，就可以有效地对管材P的外径进行校正。

此外，所述校正用挤压模76不限于对管材P用卷绕装置50进行卷绕的中途使用，可以用于从间隙24刚挤出后的管材P上，此外，对于卷绕后的管材P例如也可以在开卷时使用。此外，也可以在把管材P切断成规定长度后使用。

＜试验例＞

本发明人在第1实施方式中，对使用一个浮动膜30，把插入部34从贯通孔22伸出的长度L（参照图3）作为参数并使其改变，对于以各伸出长度L成形的管材P，测量了螺旋形的凸部42的扭转角α。在本试验例中，使凸部42的根数为20根，使M为4mm。测量的结果示于图9。此外在图9中，在L为负的情况是指插入部34的下端位于边缘部22E的上方，与形成边缘部22E的下面相比，插入部34缩进去。

从图9可以看出，结果是伸出的长度L越长，凸部42的扭转角α越大，而且也有可以形成30°以上大扭转角α的凸部42的管材。此外，通过使螺旋槽40的扭转角θ更大，或使插入部34的伸长长度L更长，可以使扭转角α更大。

此外，图10（a）是用本试验例成形的管材P的侧面剖面图，图10（b）是本试验例中成形的管材P的剖面立体图。可以确认在管材P的内周侧形成了螺旋形的凸部42。

此外，在从间隙24挤出管材P时，由于管材P边转动边挤出，在管材P的外周侧形成扭转线的花纹。所述扭转线的扭转角α与凸部42的扭转角α为相同的角度。

Claims (7)

1.一种管材制造装置，其特征在于，包括：

挤压模，设在坯料的挤出方向侧，形成有贯通孔；以及

插入构件，插入所述贯通孔以使前端从所述贯通孔向所述挤出方向侧伸出，在与所述挤压模之间形成有间隙，

在所述插入构件的侧面侧形成有槽，所述槽在从所述间隙对管材进行挤出成形时在管材内面侧成形有螺旋形的凸部。

2.根据权利要求1所述的管材制造装置，其特征在于，

形成有多根螺旋槽来作为所述槽。

3.根据权利要求1或2所述的管材制造装置，其特征在于，

具有浮动膜来作为所述插入构件，所述浮动膜一体地具有插入所述贯通孔的插入部。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的管材制造装置，其特征在于，还包括：

卷绕部件，对从所述间隙挤出的所述管材进行卷绕；

所述卷绕部件具有：

卷绕滚筒，对所述管材进行卷绕；以及

双轴转动机构，边使所述卷绕滚筒绕滚筒轴转动，边以与所述管材的转速相同的转速绕与滚筒轴垂直的轴转动。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的管材制造装置，其特征在于，还包括：

校正部件，对从所述间隙挤出的管材的直径进行校正，

所述校正部件具有：

校正用挤压模，形成有校正用贯通孔，利用使所述管材通过该校正用贯通孔来对所述管材的外径进行校正；以及

支承机构，把所述校正用挤压模支承成能绕所述校正用贯通孔的中心轴转动。

6.一种管材制造方法，其特征在于，

使用权利要求1所述的管材制造装置，加热所述坯料，从所述间隙挤出，使在内面侧具有所述凸部的管材成形。

7.一种管材，其特征在于，

利用权利要求1所述的管材制造装置进行挤出成形，使所述凸部在管材内面侧成形。

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