CN111251574B - 一种用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具 - Google Patents

一种用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具 Download PDF

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Abstract

一种用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，包括基模和连接基模的口模、芯模，口模进口内径小于出口内径，口模的进口内径与口模过渡的出口内径匹配，芯模的进口外径小于出口外径，芯模的进口外径与芯模过渡的出口外径匹配；芯模内壁设有环形的组合式加热带。本发明突破常规由大基模改小口芯模向下延伸扩展的思路，通过结构改进设计的口芯模，在较小基模基础上向上延伸设计口、芯模，实现以较小规格的模头机、基模生产出较大规格的管道。可大幅度降低设备投资，且可以有效的降低原料流垂现象，有利于实现普通原料生产超大超厚管材的技术提升。

Description

一种用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具
技术领域
本发明涉及一种模具，特别是用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具。
背景技术
高密度聚乙烯材料有较好的抗压性能和环保性能应用广泛，高密度大口径聚乙烯管材多用于给水管道。目前，塑料管道行业内生产方式普遍通过采购匹配的整条生产线来满足客户的生产需求。各生产企业均会遇到生产线因规格不全导致大量订单无法完成的情况。购置匹配的整条生产线是一贯沿用的常规方案，但若订单量不足会导致投入的设备资金无法回收且设备开动率严重不足，造成设备闲置且投入成本过高。目前，在行业内有将大规格管道生产线向小规格管道生产线改造的方法，但是尚无将小规格管道生产线向大规格管道生产线改造的先例。主要原因在于，管料由基模挤出进入口芯模的过程，要经过一段直径减小、压力增加的加压过程，通过加压过程消除管道内壁、外壁微坑、条纹等表面瑕疵，并使组织密实。但是，如果以较小的基模，生产较大规格的管道，则无法实现加压过程。鉴于此，若实现小规格管道生产线向大规格管道生产线改造，首先必须设计出符合变径要求的模具，从而实现规格相近的基模向上(大直径)进行扩展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，从而实现规格相近的基模向大直径管道进行扩展加工。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，包括基模和连接基模的口模、芯模，基模包括口模过和芯模过渡，口模过渡套装在芯模过渡外侧，口模过渡连接口模，芯模过渡连接芯模，其特征在于：口模进口内径小于出口内径，口模的进口内径与口模过渡的出口内径匹配，芯模的进口外径小于出口外径，芯模的进口外径与芯模过渡的出口外径匹配；芯模内壁设有环形的组合式加热带。
上述用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，口模内壁、芯模外壁之间构成环形流道，该环形流道沿管料运行方向依次为过渡段、强压缩段、弱压缩段、扩张段和平直段，其中，强压缩段、弱压缩段环形流道宽度逐渐减小，扩张段的环形流道宽度逐渐增加，过渡段、平直段的环形流道宽度恒定,相邻各段之间光滑过渡。
上述用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，芯模强压缩段、弱压缩段的外壁相对轴线的倾斜角度均为a，a的取值范围为38°-50°，强压缩段口模内壁相对轴线的倾角为θ，θ的取值范围为20°-30°，弱压缩段、扩张段口模内壁相对轴线的倾角为β，β的取值范围为30°-33°，扩张段芯模外壁与轴线平行。
上述用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，口模及芯模的轴向尺寸为L，过渡段的轴向尺寸为L1，L1＝(0.05-0.065)L；强压缩段的轴向长度为 L2，L2＝(0.10-0.12)L；弱压缩段的轴向长度为L3，L3＝(0.06-0.07)L；扩张段的轴向长度为L4，L4＝(0.11-0.13)L。
上述用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，平直段的缝隙宽度为所加工管材壁厚的1-1.4倍。
上述用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，所述组合式加热带由数块圆弧形的单体加热带构成，各单体加热带分别由线路连接温控器件，各分体加热带的两端设有连接板，相邻分体加热带的连接板经螺栓连接。
上述用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，组合加热带的外壁与芯模内壁之间紧密贴合。
本发明突破常规由大基模改小口芯模向下延伸扩展的思路，通过结构改进设计的口芯模，在较小基模基础上向上延伸设计口、芯模，实现以较小规格的基模生产出较大规格的管道。本发明通过深入对聚乙烯流料在口芯模中的运行状态进行研究，对口芯模不同段进行巧妙设计，解决了管道直径增加过程的加压问题；本发明组合式加热带的结构，可以根据各加热带的温度对其进行相应的控制，以使模具内不同圆周处的温度趋于一致，从而使管体各处组织状态更为均匀一致；本发明通过收缩段的阻流设计，可以有效的降低原料流垂现象。在不使用专用低熔垂原料的情况下实现普通原料满足生产质量需求，有利于实现普通原料生产超大超厚管材的技术提升。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是口模、芯模的结构示意图；
图3是图2中A处的局部放大视图；
图4是图2的B向示图；
图5是图4中C处的局部放大视图。
图中各标号为：1、进料口，2、模具端盖，3、网篮，4、基模螺旋体外套， 5、内模扩张，6、外模扩张，7、口模过渡，8、风筒外罩，9、芯模过渡，10、口模，11、芯模，12、环形流道，12-1、过渡段，12-2、强压缩段，12-3、弱压缩段，12-4、扩张段，12-5、平直段，13、加热带，13-1、单体加热带,13-2、连接板，14、基模安装座，15、风筒,16、中空定径套。
具体实施方式
参看图1，本发明包括基模和连接基模的口模10、芯模11。基膜由基模安装座15支撑，基模包括口模过渡7、芯模过渡9、模具端盖2、基膜螺旋体外套4，内模扩张5、外模扩张6。口模过渡套装在芯模过渡外侧，口模过渡连接口模，芯模过渡连接芯模。位于基膜右端的模具端盖2连接进料口1，加热后熔融状态的聚乙烯料由进料口进入基模，在基膜前段聚乙烯料经过对应基膜螺旋体外套4 的网篮3，然后经由内模扩张5、外模扩张6之间宽度逐渐加大缝隙进入口模过渡7、芯模过渡9之间的宽度不变的环形缝隙。芯模过渡内设有用于降温的风筒外罩8，风筒外罩与风筒15连接。芯模过渡9的右端与内模扩张5固接，芯模过渡的左端与芯模11固接；口模过渡7的右端与外模扩张固接，口模过渡7的左端与口模固接。本发明将小规格的基模与大规格的口模、芯模连接，实现规格相近的基模向上(大直径)进行扩展。由图可见，口模的进口内径小于出口内径，口模的进口内径与口模过渡的出口内径匹配，芯模的进口外径小于出口外径，芯模的进口外径与芯模过渡的出口外径匹配。
参看图1-图3，为解决聚乙烯料进入口模、芯模后必须进行加压压缩的问题，本发明对口模、芯模进行了如下设计：口模内壁、芯模外壁之间构成环形流道 12，该环形流道沿管料运行方向依次为过渡段12-1、强压缩段12-2、弱压缩段 12-3、扩张段12-4和平直段12-5。其中，强压缩段、弱压缩段环形流道宽度逐渐减小，扩张段的环形流道宽度逐渐增加，过渡段、平直段的环形流道宽度恒定, 相邻各段之间光滑过渡。上述结构的设计思路如下：过渡段与芯模过渡、口模过渡平顺对接，过渡段环形流道的入口与芯模过渡、口模过渡之间的出口环形缝隙的面积大小一致、相互对应，使聚乙烯料平顺导入环形流道。考虑到口模、芯模的轴向尺寸L受设备结构及自身成本等因素的制约，过渡段的长度尺寸L1不宜过大，L1＝(0.05-0.065)L。聚乙烯料进入经过渡段后进入强压缩段，在强压缩段芯模的外径递增，口模的内径递减，环形流道的横截面积大幅度减小，压力急剧增大，实现对聚乙烯料的快速加压压缩过程，通过加压压缩过程消除管道内壁、外壁微坑、条纹等表面瑕疵并使管壁组织密实。在强压缩段芯模外壁相对轴线的倾斜角度为a，a的取值范围为38°-50°，口模强压缩段内壁相对轴线的倾角为θ(θ的倾斜方向与a相反)，θ的取值范围为20°-30°，强压缩段的轴向长度为L2，L2＝(0.10-0.12)L。强压缩段芯模对熔融状态的聚乙烯料起到阻流作用，a角过小，会增加L2的长度，即增加模具成本；a角过大则会使聚乙烯料流动困难，易出现焦料现象。强压缩段口模对外层聚乙烯料的压缩通过θ角实现，θ角小于a角，但又不能过小以避免加压不足。弱压缩段聚乙烯料处于弱压缩状态，以便于过渡到随后的扩张段。在弱压缩段芯模的外径增加，口模的内径也在增加，但是口模内径增加的幅度小于芯模外径减小的幅度，所以在此段聚乙烯料还是处于压缩状态。在弱压缩段芯模外壁的倾斜角度仍是a角，口模内壁的倾斜角度为β，β的取值范围为30°-35°，β的取值范围不超过a角，防止β过大熔融料不密实。弱压缩段的轴向长度为L3，L3可小于L2，L3＝(0.06-0.07) L。扩张段是在熔融料压缩的基础上，实现管径达到增大的目的。扩张段芯模外径与轴线平行，口模外径递增，扩张段口模内壁相对轴线的倾角为β。扩张段的轴向长度为L4，L4＝(0.11-0.13)L。扩张段聚乙烯料所受压力减小，在该段逐渐形成符合要求的管道直径和壁厚。最后一个阶段为平直段，在此段聚乙烯料经过口模、芯模的整形后进入中空定径套16。
本发明对模具的上述改进，改变熔融物料在口模、芯模运行状态，料流不会象常规模具先充满流道下部，而是在强、弱压缩段的阻流作用下，料流基本充满整个环形区域后均匀的向模具出口方向推动，因此可以明显降低熔垂效应，提高管壁均匀度。
参看图2、图3，本发明在芯模内壁设有环形的组合式加热带13，组合加热带的外壁与芯模内壁之间紧密贴合。组合式加热带由数块圆弧形的单体加热带 13-1构成，各单体加热带分别由单独的线路连接电源和J型热电偶，各分体加热带的两端设有连接板13-2，相邻分体加热带的连接板经螺栓连接。图示实施例，单体加热带为12块，每个单体加热带的温度都可以单独测温及调节控制调温，可以根据各加热带的温度对其进行相应的控制，以使模具内不同圆周处的温度趋于一致，从而使管体各处组织状态更为均匀一致。
以下提供一个具体的实施例，采用DN1600基模，配置加工DN1800的口、芯模，加工DN1800 SDR21、壁厚为85.7毫米的聚乙烯管材。口模入口段内径1850毫米，口模出口端内径1917毫米，芯模入口端外径1570毫米，芯模出口端外径 1731毫米，口芯模轴向长度L为500毫米。L1＝30毫米，L2＝55毫米，L3＝35毫米，L4＝60毫米，a＝45°，θ＝25°，β＝35°。该实施例成功实现在DN1600基模基础上加工DN1800管道，节省购置挤出机基模的大笔费用约500万左右。

Claims (6)

1.一种用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，包括基模和连接基模的口模（10）、芯模（11），基模包括口模过渡（7）和芯模过渡（9），口模过渡套装在芯模过渡外侧，口模过渡连接口模，芯模过渡连接芯模，其特征在于：口模进口内径小于出口内径，口模的进口内径与口模过渡的出口内径匹配，芯模的进口外径小于出口外径，芯模的进口外径与芯模过渡的出口外径匹配；芯模内壁设有环形的组合式加热带（13）；
口模内壁、芯模外壁之间构成环形流道（12），该环形流道沿管料运行方向依次为过渡段（12-1）、强压缩段（12-2）、弱压缩段（12-3）、扩张段（12-4）和平直段（12-5），其中，强压缩段、弱压缩段环形流道宽度逐渐减小，扩张段的环形流道宽度逐渐增加，过渡段、平直段的环形流道宽度恒定, 相邻各段之间光滑过渡。
2.根据权利要求1所述的用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，其特征在于：芯模强压缩段、弱压缩段的外壁相对轴线的倾斜角度均为a，a的取值范围为38°-50°，强压缩段口模内壁相对轴线的倾角为θ，θ的取值范围为20°-30°，弱压缩段、扩张段口模内壁相对轴线的倾角为β，β的取值范围为30°-33°，扩张段芯模外壁与轴线平行。
3.根据权利要求2所述的用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，其特征在于：口模及芯模的轴向尺寸为L，过渡段的轴向尺寸为L1，L1=（0.05-0.065）L；强压缩段的轴向长度为L2，L2=（0.10-0.12）L；弱压缩段的轴向长度为L3，L3=（0.06-0.07）L；扩张段的轴向长度为L4，L4=（0.11-0.13）L。
4.根据权利要求3所述的用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，其特征在于：平直段的缝隙宽度为所加工管材壁厚的1-1.4倍。
5.根据权利要求4所述的用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，其特征在于：所述组合式加热带由数块圆弧形的单体加热带（13-1）构成，各单体加热带分别由线路连接温控器件，各分体加热带的两端设有连接板（13-2），相邻分体加热带的连接板经螺栓连接。
6.根据权利要求5所述用于高密度大口径聚乙烯管材跨规格生产的模具，其特征在于：组合加热带的外壁与芯模内壁之间紧密贴合。
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