CN105291403A - 一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法，其特征在于，包括以下步骤：通过热塑性塑料管周向均布的一套由3-6个滚轮构成的滚轮组对热塑性塑料管进行径向挤压变形，变形后的热塑性塑料管仍满足热塑性塑料管的不圆度要求。一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减装置，包括一套由3-6个滚轮构成的滚轮组，每个滚轮分别设于一个滚轮支架上，滚轮支架设于法兰底座上，法兰底座上设有使得滚轮支架在法兰底座的径向方向上滑动的T型槽，滚轮支架与进给机构的伸缩端连接。本发明能在线消减由于提高生产速度而急剧增加的轴向应力集聚，还能同时保持管材轴向壁厚均匀和较小的不圆度。

Description

一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法及装置

技术领域

本发明涉及一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法及装置，属于热塑性塑料管生产线技术领域。

背景技术

传统的热塑性塑料管生产线，主要由塑料挤出主机及其配套的模具、真空定径箱、后续冷却箱、牵引机和切割机组成，稳定生产的牵引速度低、能耗高，而往往挤出主机出料能力还有很大的裕量，简单地提高牵引速度，又加剧管材的轴向特性不足，主要表现在管材静液压强度的降低，破坏特征为轴向鼓泡开裂，同时在内外表面呈现一轮一轮的轴向壁厚不均。为保持热塑性塑料管的高质量特性，进一步提高生产速度受到很大限制。

新型的热塑性塑料管高速生产线，主要是加大了主机挤出量，改进了模具和定径装置，增加了冷却箱，其实际生产速度仍低于设计生产速度，只达到60％左右的生产能力，主要还是管材静液压强度低和轴向壁厚不均。

传统消除热塑性塑料管轴向应力集聚的方法是使用长达5米以上的烘炉加热，效率低，加长生产周期，占地和周转面积大；同时由于只应用于应力集聚严重导致静液压强度不合格的管材，利用率低。

已申报的编号为201310737374.7专利技术，是一种多层热塑性塑料管的加工方法，其中提供了一种热塑性塑料管整圆装置，使用一对或多对滚轮，对不圆度较大的该多层热塑性塑料管进行径向挤压变形实现整圆，也在一定程度上消减热塑性塑料管的轴向应力集聚。但对不圆度较小的绝大多数单层结构热塑性塑料管，由于径向挤压变形不足，消减热塑性塑料管的轴向应力集聚的效果低，或者采取至少两对以上滚轮反复碾压调整来保持较小的不圆度，结构复杂，实际应用时调校也复杂，不适合采用。

现在很多的在用热塑性塑料管生产线都面临难以进一步提高生产速度，挖掘生产线潜能，需要一种在线消减由于提高生产速度而急剧增加的轴向应力集聚的方法，还能同时保持管材较小的不圆度和轴向壁厚均匀，只增加一个结构简单、调校简便的装置，提高单位产能，降低单位能耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供了一种结构简单、调校简便、制造成本低的热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法及装置，解决了如何对于不圆度较小的绝大多数单层结构热塑性塑料管有效地消减热塑性塑料管的轴向应力集聚的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法，其特征在于，包括以下步骤：通过热塑性塑料管周向均布的一套由3-6个滚轮构成的滚轮组对热塑性塑料管进行径向挤压变形，变形后的热塑性塑料管仍满足热塑性塑料管的不圆度要求。

优选地，所述的变形后热塑性塑料管的变形量为变形前热塑性塑料管直径径向的0.5％～1％。

优选地，所述的热塑性塑料管在滚轮作用下进行该热塑性塑料管直径的2％～5％的径向变形量。

优选地，所述的对热塑性塑料管进行径向挤压变形时，保持热塑性塑料管的温度在30℃-60℃之间。

优选地，所述的滚轮的截面是一段对称曲线。

一种采用热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法的装置，其特征在于，包括一套由3-6个滚轮构成的滚轮组，每个滚轮分别设于一个滚轮支架上，滚轮支架设于法兰底座上，法兰底座上设有使得滚轮支架在法兰底座的径向方向上滑动的T型槽，滚轮支架与进给机构的伸缩端连接。

优选地，所述的法兰底座上开有用于安装在管材生产线的真空箱上的圆环槽。

优选地，沿法兰底座上所述的圆环槽可以实现转动60°以上。

优选地，所述的滚轮支架包括移动支架和辅助轮，移动支架的一端与法兰底座上的T型槽连接，移动支架的另一端通过轴承与辅助轮连接，每个滚轮通过1对连接板与滚轮支架上的辅助轮连接，且滚轮外侧与辅助轮的外侧紧贴。

优选地，所述的滚轮支架为移动支架，移动支架的一端与法兰底座上的T型槽连接，移动支架的另一端通过轴承与滚轮连接。

采用本发明对热塑性塑料管进行了径向挤压变形，更均匀地消减了因挤塑成型造成的轴向线性应力集中，其极限破坏形状为更接近球形的鼓泡破口，显著区别于普通管的轴向环形鼓泡破口或轴向开裂；采用的应力消减装置在线安装在离生产线管材真空定径端距离3m左右的位置上，可以避免牵引机所致的抖动和轴向窜动影响热塑性塑料管的真空定径，可以消除轴向壁厚不匀，可以进一步提高生产速度；采用的应力消减装置采用周向均布的3-6个由滚轮构成的滚轮组，产生的径向挤压力较大，而且更加均匀。

本发明能在线消减由于提高生产速度而急剧增加的轴向应力集聚，还能同时保持管材轴向壁厚均匀和较小的不圆度。在传统的生产线上进行的改造，在生产线上安装一个应力消减装置，结构简单，调校简便，制造成本低，可以较容易满足进一步提高生产速度后的热塑性塑料管材高质量特性，还实现降低单位能耗。该方法很适合企业改造传统生产线，提升产品性能等级，提高生产速度。

附图说明

图1为一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减装置的结构示意图；

图2为滚轮支架与滚轮连接的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为热塑性塑料管轴向应力集聚的消减装置的使用示意图；

图5为热塑性塑料管消减前后的示意图。

其中：1为热塑性塑料管，2为滚轮，3为法兰底座，4为滚轮支架，5为进给机构，6为连接板，7为辅助轮，8为移动支架，9为后续冷却箱，10为应力消减装置，11为真空定径箱，12为挤出主机。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例1

热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法采用如图1所示的热塑性塑料管轴向应力集聚的消减装置消减热塑性塑料管1的轴向应力集聚，通过热塑性塑料管1周向均布的一套由3-6个滚轮构成的滚轮组2(本实施例中，滚轮组2由3个滚轮组成，适用于直径20mm-32mm的管材)对热塑性塑料管1进行径向挤压变形，变形时保持热塑性塑料管1的温度还有30℃-60℃(本实施例中，该温度还有30℃)，具有适合的弹性和塑性，使热塑性塑料管1在滚轮作用下进行该热塑性塑料管1直径的2％～5％的径向变形量后(本实施例中，对热塑性塑料管1进行直径方向的径向变形量为5％)，由于热塑性塑料管1的弹性作用，最后只残留变形前热塑性塑料管1直径径向0.5％～1％的变形量(本实施例中，残留变形前热塑性塑料管1直径径向1％的变形量)，满足热塑性塑料管1的不圆度要求。同时，热塑性塑料管1经滚轮组进行径向挤压变形和挤压力作用下，通过改变热塑性塑料管1由于挤塑成型所致的高分子链轴向取向，可以不同程度消减其轴向线性应力集中，提高其耐静液压破坏的极限。另外，管材生产线高速牵引时，由于牵引机与生产线管材真空定径端距离10m以上，容易发生热塑性塑料管1抖动和轴向窜动，影响其真空定径，造成在其内外表面呈现一轮一轮的轴向壁厚不均，该应力消减装置在线安装在离生产线管材真空定径端距离3m左右的位置上，可以避免牵引机所致的抖动和轴向窜动影响热塑性塑料管1的真空定径，可以进一步提高生产速度。

本发明的方法实现该应力消减装置可以通过法兰底座3在线安装在管材生产线上，使热塑性塑料管1正中穿过滚轮组；该应力消减装置可以使滚轮组实现径向进给，进给量达到热塑性塑料管1所需的径向变形量，进给时滚轮组的滚轮2之间不会相互干涉；该滚轮组径向进给方式可以是所有滚轮2同时联动进给，也可以是单个滚轮2手动进给；该滚轮组安装在法兰底座3上可以周向转动，实现滚轮2可以挤压热塑性塑料管1任一个直径方向；当该滚轮组用于小规格(如直径20mm)热塑性塑料管1的应力消减时，为了避免各个滚轮2的滚轮支架4相互干涉，可以增加辅助轮，滚轮支架4连接在辅助轮7上。

如图1所示，本实施例中，本发明的应力消减装置是一个3滚轮2手动进给的有辅助轮的简易装置，其每个滚轮2分别连接在一个滚轮支架4上；其滚轮支架4安装在法兰底座3的T型槽上，T型槽使得滚轮支架4可以在法兰底座3的径向方向上滑动，滚轮支架4与进给机构5的伸缩端连接，滚轮支架4可以通过进给机构5实施进给；其法兰底座3上开有圆环槽，可以通过螺钉安装在管材生产线的真空箱上，还可以沿法兰底座3上的圆环槽实现转动60°以上，挤压热塑性塑料管1任一个直径方向。

如图2、图3所示的滚轮支架4是一个带辅助轮7的支架，其包括移动支架8和辅助轮7，移动支架8的一端与法兰底座3上的T型槽连接，移动支架8的另一端通过轴承与辅助轮7连接紧固，可以轻松转动；每个滚轮2通过1对连接板6(即每个滚轮2左右两端的两块连接板6)与滚轮支架4上的辅助轮7连接在一起，且滚轮2外侧与辅助轮7的外侧紧贴。当热塑性塑料管1轴向牵引移动时，挤压在热塑性塑料管1上的滚轮2可以通过紧贴的辅助轮7的轴承在移动支架8上实现轻松转动。移动支架8上的D螺孔与固定在法兰底座3上的进给机构5上的螺杆连通，当其带有锁紧螺母的螺杆转动时，可以实现移动支架8带动滚轮2实现进给移动和固定。

本发明中，热塑性塑料管1轴向应力集聚的消减方法采用周向均布的一套由3_-6个滚轮2构成的滚轮组对热塑性塑料管1进行径向挤压变形，由于3个以上的滚轮2构成的滚轮组同时对圆形管材进行挤压，在合适的材料弹性和塑性条件下，相比1对滚轮2，产生的径向挤压变形较小，但产生的径向挤压力较大，而且更加均匀，对热塑性塑料管1由于挤塑成型所致的高分子链轴向取向的改变效果更大、更均匀，可以更大程度消减其轴向线性应力集中，提高其耐静液压破坏的极限；相比烘炉加热的消减应力集中方法，时间短、效率高。

热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法可应用于PP-R管材生产线的提速改造，挤出主机12后设置有真空定径箱11，如图4所示，将应力消减装置10(即本发明的热塑性塑料管轴向应力集聚的消减装置)安装在PP-R管材(即热塑性塑料管1)生产线的真空定径箱11出口端(即后续冷却箱9和真空定径箱11之间)，可以在提升PP-R管材生产速度后，消减因快速挤塑成型造成的轴向线性应力集中，消除牵引机所致的抖动和轴向所致的轴向壁厚不匀。使用时，先将应力消减装置10的滚轮组使用牵引管对中，使其每个滚轮2轻贴牵引管，开始生产时，再进给每个滚轮2合适的挤压量，并满足管材最终的不圆度。该加工方法应用于小规格管材(如公称外径20mm)时，可以使用如图1所示的3滚轮2手动进给的有辅助轮7的应力消减装置10。

所用滚轮2的截面是一段如图5所示的对称椭圆曲线，可以实现径向挤压塑料管1达到0.4mm-1mm，达到足够的变形量。还可以使用车床三爪卡盘装置实现3滚轮2的联动同步进给，降低调校难度。其中，虚线表示为热塑性塑料管1变形前的截面，实线表示为热塑性塑料管1变形后的截面。

使用该方法生产PP-R管材的其他生产工步可以按照传统PP-R塑料管的加工方法。

该方法要求在塑料管材生产线配置的真空定径箱11出口端安装一个应力消减装置10，可以对生产中的塑料管材实施径向挤压一定量，消减因快速挤塑成型造成的轴向线性应力集中，消除牵引机所致的抖动和轴向所致的轴向壁厚不匀，并保持管材不圆度符合要求。

使用该加工方法时，先将应力消减装置的滚轮组使用牵引管对中，使其每个滚轮2轻贴牵引管；开始生产时，保持进入该装置的热塑性塑料管1还有30℃-60℃，再进给每个滚轮2合适的挤压量。

使用该加工方法生产的热塑性塑料管1，可以提升生产速度20％～50％；相对传统加工方法生产的管材，可以实现20℃静液压应力增加5％～20％，95℃静液压应力增加10％～30％；可以消减因挤出和牵引造成的轴向线性应力集中，其极限破坏形状为接近球形的鼓泡破口，显著区别于普通管的轴向环形鼓泡破口或轴向开裂。该加工方法适合企业传统加工方法的改造，提升传统管材的产品性能等级，提高生产速度。

本发明用于一种热塑性塑料管材轴向应力集聚的在线消减，消除管材挤出工艺和轴向高速牵引产生的轴向结晶趋势形成的方向性应力集聚，实现各向同性，提高了管材静液压强度；还可以稳定高速牵引产生的速度不均和轴向窜动，消除管材轴向壁厚不均。该装置在管材真空定型后进行在线径向变形，消除管材的轴向结晶趋势形成的方向性应力集聚；该装置安装在真空定径箱后端，与真空定径箱前端的定径套实现了管材的短间距刚性定位，消减了管材定型时由于高速牵引产生的速度不均和轴向窜动。

实施例2

本实施例中，塑料管轴向应力集聚的消减方法采用如图1所示的塑料管轴向应力集聚的消减装置消减热塑性塑料管1的轴向应力集聚，通过热塑性塑料管1周向均布的一套由6个滚轮2(本实施例适用于直径125mm以上的管材)构成的滚轮组对热塑性塑料管1进行径向挤压变形，变形时保持热塑性塑料管1的温度还有60℃，具有适合的弹性和塑性，使热塑性塑料管1在滚轮2作用下进行该热塑性塑料管1直径的2％的径向变形量后，由于热塑性塑料管1的弹性作用，最后只残留变形前热塑性塑料管1直径径向0.5％的变形量，满足热塑性塑料管1的不圆度要求。

本发明的应力消减装置是一个6滚轮2手动进给的有辅助轮的简易装置。本实施例中不需要辅助轮7，则每个滚轮2直接通过轴承与移动支架8连接紧固，也实现轻松转动。

Claims (10)

1.一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法，其特征在于，包括以下步骤：通过热塑性塑料管(1)周向均布的一套由3-6个滚轮(2)构成的滚轮组对热塑性塑料管(1)进行径向挤压变形，变形后的热塑性塑料管(1)仍满足热塑性塑料管(1)的不圆度要求。

2.如权利要求1所述的一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法，其特征在于，所述的变形后热塑性塑料管(1)的变形量为变形前热塑性塑料管(1)直径径向的0.5％～1％。

3.如权利要求2所述的一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法，其特征在于，所述的热塑性塑料管(1)在滚轮(2)作用下进行该热塑性塑料管(1)直径的2％～5％的径向变形量。

4.如权利要求1或2所述的一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法，其特征在于，所述的对热塑性塑料管(1)进行径向挤压变形时，保持热塑性塑料管(1)的温度在30℃-60℃之间。

5.如权利要求1所述的一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减装置，其特征在于，所述的滚轮(2)的截面是一段对称曲线。

6.一种采用如权利要求1所述的热塑性塑料管轴向应力集聚的消减方法的装置，其特征在于，包括一套由3-6个滚轮(2)构成的滚轮组，每个滚轮(2)分别设于一个滚轮支架(4)上，滚轮支架(4)设于法兰底座(3)上，法兰底座(3)上设有使得滚轮支架(4)在法兰底座(3)的径向方向上滑动的T型槽，滚轮支架(4)与进给机构(5)的伸缩端连接。

7.如权利要求6所述的一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减装置，其特征在于，所述的法兰底座(3)上开有用于安装在管材生产线的真空箱上的圆环槽。

8.如权利要求7所述的一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减装置，其特征在于，沿法兰底座(3)上所述的圆环槽可以实现转动60°以上。

9.如权利要求6所述的一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减装置，其特征在于，所述的滚轮支架(4)包括移动支架(8)和辅助轮(7)，移动支架(8)的一端与法兰底座(3)上的T型槽连接，移动支架(8)的另一端通过轴承与辅助轮(7)连接，每个滚轮(2)通过1对连接板(6)与滚轮支架(4)上的辅助轮(7)连接，且滚轮(2)外侧与辅助轮(7)的外侧紧贴。

10.如权利要求6所述的一种热塑性塑料管轴向应力集聚的消减装置，其特征在于，所述的滚轮支架(4)为移动支架(8)，移动支架(8)的一端与法兰底座(3)上的T型槽连接，移动支架(8)的另一端通过轴承与滚轮(2)连接。