CN112172103B - 一种pvc-o管材流体吹胀式承口成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PVC‑O管材流体吹胀式承口成型工艺，包括以下步骤：芯模插入管材、管材负压吸附并加热、型腔锁紧闭合、高压流体吹胀成型和芯模与管材分离。本发明通过负压吸附，使得加热的管材内壁紧贴芯模的外壁，阻止PVC‑O管材在加热的过程中沿轴向回缩，实现了PVC‑O管材承口部位的取向特性，提高了承口部位的强度、韧性、抗冲击性能，解决了传统法工艺制造的承口易破碎断裂的问题，保障了PVC‑O管材输水的安全性。

Description

一种PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺

技术领域

本发明涉及PVC-O管材生产设备领域，尤其涉及一种PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺。

背景技术

PVC-O管材是将PVC-U管材加热到高弹态下，经双向拉伸获得的一种取向管材，具有高强度、高韧性、耐冲击等特点。目前广泛使用的传统PVC-O管材承口成型工艺是：管材一端加热后插入扩口模具，内置成型滑块在力的作用下张开，利用机械力撑起软化的管壁，然后冷却定型。该工艺的缺点：PVC-O管材承口在成型过程中，需高温加热，原来已经定型的分子双轴取向结构在加热状态下回缩，丧失取向特性，使PVC-O管材承口部位的强度、韧性、耐冲击性能大幅降低，不能满足PVC-O管材标准技术要求，存在输水安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺，解决背景技术中的PVC-O管材承口加工成型后，强度、韧性、耐冲击性能大幅降低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺，包括以下步骤：

S1，芯模插入管材：将芯模插入到PVC-O管材预成型的端部中；

S2，管材负压吸附并加热：将所述PVC-O管材预成型的端部再次均匀加热，同时保持所述芯模内腔处于负压状态，使得所述PVC-O管材通过所述芯模上的孔隙紧贴所述芯模的外壁，防止所述PVC-O管材产生轴向回缩；

S3，型腔锁紧闭合：控制型腔闭合并锁紧所述PVC-O管材预成型的端部；

S4，高压流体吹胀成型：向所述芯模内腔注射高压流体，所述PVC-O管材预成型的端部在由所述芯模上的所述孔隙流出的流体的压力作用下而发生变形膨胀，所述PVC-O管材的端部膨胀之后与所述型腔的腔体紧密贴合以按照所述型腔所构成的模具完成预成型，所述芯模保压一定时间后，对所述PVC-O管材的端部进行冷却定型；

S5，芯模与管材分离：开启所述型腔，将所述芯模从所述PVC-O管材中退出分离，承口吹胀成型完成。

进一步的，在所述步骤S1中，对所述PVC-O管端部进行预热，预热温度控制在50℃～90℃。

进一步的，在所述步骤S1中，所述PVC-O管材端部的预热温度设置为70℃。

进一步的，在所述步骤S2中，对所述PVC-O管材端部的加热温度控制在85℃～100℃。

进一步的，在所述步骤S2中，对所述PVC-O管材端部的加热温度设置为95℃。

进一步的，在所述步骤S2中，所述芯模内腔的负压控制在-0.05～-0.1Mpa。

进一步的，在所述步骤S2中，所述芯模内腔的负压设置为-0.08Mpa。

进一步的，在所述步骤S4中，所述芯模内腔的流体压力控制在1.0Mpa～4.0Mpa，对所述芯模保压的时间为10～60秒。

进一步的，在所述步骤S4中，所述芯模内腔的流体压力设置为2.5Mpa，保压的时间为30秒。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明通过负压吸附，使得加热的管材内壁紧贴芯模的外壁，阻止PVC-O管材在加热的过程中沿轴向回缩，实现了PVC-O管材承口部位的取向特性，提高了承口部位的强度、韧性、抗冲击性能，解决了传统法工艺制造的承口易破碎断裂的问题，保障了PVC-O管材输水的安全性。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本实施例中PVC-O管材流体吹胀式承口成型设备的结构示意图；

图2为本实施例中PVC-O管材流体吹胀式承口成型设备的剖视结构示意图；

图3为本实施例中下型腔的结构示意图；

图4为本实施例中芯模的剖视结构示意图；

图5为本实施例中PVC-O管材流体吹胀式承口成型的工艺流程图；

图6为本实施例中步骤S1的生产流程结构图；

图7为本实施例中步骤S2的生产流程结构图；

图8为本实施例中步骤S3的生产流程结构图；

图9为本实施例中步骤S4的生产流程结构图；

图10为本实施例中步骤S5的生产流程结构图；

图11为本实施例中加工成型的承口结构示意图。

附图标记说明：1、型腔；101、上型腔；102、下型腔；103、排水孔；104、进水孔；105、通水槽；2、型腔框架；3、加热炉；4、芯模；401、孔隙；402、电加热套筒；5、旋转空心轴；6、PVC-O管材；601、承口；7、液压缸；8、设备架体；9、动力传动轴；901、轴套；10、旋转接头；11、压力主管道；12、第一支管；1201、负压装置；1202、第一阀门；13、第二支管；1301、高压装置；1302、第二阀门；14、箱体；15、驱动电机；16、滑轨组件。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1和2所示，一种PVC-O管材流体吹胀式承口成型设备，主要包括型腔1、型腔框架2、加热炉3、芯模4、旋转空心轴5、PVC-O管材6。型腔1、加热炉3、芯模4依次同轴线布置。

型腔1包括上型腔101、下型腔102。上型腔101、下型腔102位于型腔框架2中并且相向布置，上型腔101、下型腔102均与安装在型腔框架2上的相对应的液压缸7的驱动端连接，由液压缸7驱动上型腔101、下型腔102运动。型腔框架2呈口字型，型腔框架2通过螺栓组件安装在下方的设备架体8上。加热炉3同样也安装在设备架体8上。

如图3所示，下型腔102上开设有排水孔103、进水孔104，下型腔102内壁上设置有多个通水槽105，通水槽105与排水孔103、进水孔104连通。上型腔101的结构与下型腔102的结构相同，在此不再赘述。

如图4所示，芯模4的圆周壁上设置有若干个与其内腔连通的孔隙401，芯模4的内腔中设置有电加热套筒402，芯模4安装在旋转空心轴5的前端，旋转空心轴5的前端设置有与芯模4的内腔连通的通孔，旋转空心轴5的后端通过螺栓连接在中空的动力传动轴9上，动力传动轴9的后端通过旋转接头10与压力主管道11连通，压力主管道11分别通过第一支管12、第二支管13与负压装置1201、高压装置1301连通。第一支管12上设置有第一阀门1202，第二支管13上设置有第二阀门1302。在本实施例中，负压装置1201采用真空泵、高压装置1301采用高压储气罐，高压储气罐由空气压缩泵提供高压气体。

动力传动轴9通过轴承与外侧的轴套901转动连接，轴套901则通过螺栓安装在箱体14中，动力传动轴9的后部设置有皮带轮，皮带轮通过皮带与驱动电机15动力连接，驱动电机15安装在箱体14的底部，箱体14安装在滑轨组件16的滑块上，滑轨组件16的滑轨则与前方的设备架体8连接。箱体14可由液压缸驱动，液压缸的伸缩端铰接在箱体14的底部，液压缸本体铰接在一个固定底座上。

结合上述承口成型设备，如图5所示，本实施例中还公开了一种PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺，包括芯模插入管材、管材负压吸附并加热、型腔锁紧闭合、高压流体吹胀成型、芯模与管材分离五个步骤。

步骤S1,如图6所示，芯模插入管材：将芯模4插入到PVC-O管材6预成型的端部中。

具体来说，将预热的PVC-O管材6经辊轮输送到设定位置，PVC-O管材6被液压夹紧装置夹紧固定，在液压缸的驱动下箱体14通过滑轨组件16向前运动，带动芯模4插入到PVC-O管材6预成型的端部中。

为了便于芯模4插入到PVC-O管材6中，可将PVC-O管材6预成型的一端部进行预热，预热温度控制在50℃～90℃。在本实施例中，预热温度优选为70℃。

步骤S2,如图7所示，管材负压吸附并加热：将PVC-O管材6预成型的端部再次加热，同时保持芯模4内腔处于负压状态，使得PVC-O管材6通过芯模4上的孔隙401紧贴芯模4的外壁，防止PVC-O管材6产生轴向回缩。

具体来说，用于固定PVC-O管材6的液压夹紧装置张开，PVC-O管材6在芯模4带动下后退至加热炉3内，PVC-O管材6的端部通过加热炉3以及设置在芯模4中电加热套筒402加热。对PVC-O管材6端部的加热温度控制在85℃～100℃。在本实施例中，对PVC-O管材6端部的加热温度设置为95℃。。

为了使得PVC-O管材6预成型的端部受热均匀，可通过驱动电机15驱动动力传动轴9转动，进而通过旋转空心轴5、芯模4带动PVC-O管材6转动均匀受热。

PVC-O管材6在转动均匀受热的同时，启动负压装置1201，并打开第一阀门1202，负压装置1201依次通过第一支管12、压力主管道11、旋转接头10、中空的动力传动轴9、旋转空心轴5，使得芯模4的内腔处于负压状态，进而使得PVC-O管材6通过芯模4上的孔隙401紧贴芯模4的外壁，防止PVC-O管材6在受热的过程中产生轴向回缩。

芯模4内腔的负压控制在-0.05～-0.1Mpa。在本实施例中，芯模4内腔的负压设置为-0.08Mpa。

步骤S3,如图8所示，型腔锁紧闭合：控制型腔1运动闭合并锁紧PVC-O管材6预成型的端部。

具体来说，PVC-O管材6加热到特定温度后，在芯模4的推动下，PVC-O管材6进入成型腔位置，液压缸7驱动上型腔101、下型腔102相向运动夹紧PVC-O管材6预成型的端部。

步骤S4,如图9所示，高压流体吹胀成型：向芯模4内腔注射高压流体，PVC-O管材6预成型的端部在由芯模4上的孔隙401流出的流体的压力作用下而发生变形膨胀，PVC-O管材6的端部膨胀之后与型腔1的腔体紧密贴合以按照型腔1所构成的模具完成预成型，芯模4保压一定时间后，对PVC-O管材6的端部进行冷却定型。

具体来说，关闭负压装置1201、第一阀门1202，并开启高压装置1301、第二阀门1302，高压装置1301依次通过第二阀门1302、压力主管道11、旋转接头10、中空的动力传动轴9、旋转空心轴5，使得芯模4的内腔处于高压状态，PVC-O管材6预成型的端部通过芯模4上的孔隙401受到流体压力的作用而发生变形膨胀，PVC-O管材6的端部膨胀之后与上型腔101、下型腔102的腔壁紧密贴合。

对芯模4保压一定时间后，向进水孔104内供水，冷却水通过通水槽105进入到排水孔103中，上型腔101、下型腔102上的通水槽105环形包裹在PVC-O管材6上，通水槽105中冷却水对PVC-O管材6膨胀之后的端部进行冷却定型。

芯模4内腔的流体压力控制在1.0Mpa～4.0Mpa，保压时间为10～60秒。在本实施例中，芯模4内腔的流体压力设置为2.5Mpa，保压的时间为30秒。

步骤S5，如图10所示，芯模与管材分离：开启型腔1，将芯模4从PVC-O管材6中退出分离，承口吹胀成型完成。

具体来说，关闭高压装置1301，同时，液压缸7驱动上型腔101、下型腔102反向运动，使得型腔1开启，液压加紧装置加紧固定PVC-O管材6，使得芯模4从PVC-O管材6中退出分离，液压加紧装置松开，PVC-O管材6在辊轮的带动下后退离开型腔1，完成单根管材的承口601制作。

如图11所示，制作完毕后的承口601还需对其前端口进行切边处理。

为了进一步验证不同成型工艺制造的承口性能，我们按照GB/T1040.2-2006《塑料拉伸性能的测定》做了承口部位的拉伸性能对比试验，按GB/T14152-2001《热塑性塑料管材耐外冲击性能试验方法时针旋转法》进行了0℃下落锤冲击试验。

选用的承口规格：160*5.5mm PN25；实验室温度：23±2℃

主要试验仪器：万能试验机(UTM-1422),落锤冲击试验机(JJFWI-111)低温冷冻箱测定仪(272SE),哑铃型制样机(XYZ-20)，卡规，游标卡尺，钢板尺等。

(1)拉伸试验数据如下：

表1：轴向拉伸性能试验

表2：环向拉伸性能试验

通过表1、2试验数据对比发现：

采用吹胀成型工艺制作的承口部位性能稳定，轴向拉伸强度≥48MPa，环向拉伸强度≥85MPa，满足ISO 16422:2014要求。拉伸强度由传统工艺的35.43MPa增长到50.17MPa，提高约42％，断裂伸长率由25.77％增长到149.26％，提高约5倍；环向拉伸强度由传统工艺的67.26MPa增长到88.73MPa，提高约32％，断裂伸长率由21.62％增长到31.55％。

(2)承口0℃落锤冲击试验如下：

状态调节：0℃空气浴时间1h；落锤重量：8kg；冲击锤头半径：12.5mm

落锤高度：2m

表3：0℃落锤冲击试验

承口类型	吹胀成型	传统机械成型
			样品数量	5	5
划线数	8	8
			冲击总数	40	6
破坏数	0	5
			试验结果	合格	不合格

试验结论：采用吹胀成型工艺制作的承口抗冲击性能好，0℃落锤冲击试验的结果满足ISO 16422:2014要求；采用传统机械成型工艺生产的承口抗冲击性能差，不能满足ISO16422:2014要求。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1，芯模插入管材：将芯模(4)插入到PVC-O管材(6)预成型的端部中；在所述步骤S1中，对所述PVC-O管材(6)端部进行预热，预热温度控制在50℃～90℃；

S2，管材负压吸附并加热：将所述PVC-O管材(6)预成型的端部均匀加热，同时保持所述芯模(4)内腔处于负压状态，使得所述PVC-O管材(6)通过所述芯模(4)上的孔隙(401)紧贴所述芯模(4)的外壁，防止所述PVC-O管材(6)产生轴向回缩；

S3，型腔锁紧闭合：控制型腔(1)闭合并锁紧所述PVC-O管材(6)预成型的端部；

S4，高压流体吹胀成型：向所述芯模(4)内腔注射高压流体，所述PVC-O管材(6)预成型的端部在由所述芯模(4)上的所述孔隙(401)流出的流体的压力作用下而发生变形膨胀，所述PVC-O管材(6)的端部膨胀之后与所述型腔(1)的腔体紧密贴合以按照所述型腔(1)所构成的模具完成预成型，所述芯模(4)保压一定时间后，对所述PVC-O管材(6)的端部进行冷却定型；

S5，芯模与管材分离：开启所述型腔(1)，将所述芯模(4)从所述PVC-O管材(6)中退出分离，承口吹胀成型完成；

所述PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺应用于PVC-O管材流体吹胀式承口成型设备，包括型腔(1)、型腔框架(2)、加热炉(3)、芯模(4)、旋转空心轴(5)、PVC-O管材(6)，型腔(1)、加热炉(3)、芯模(4)依次同轴线布置；型腔(1)包括上型腔(101)、下型腔(102)，上型腔(101)、下型腔(102)位于型腔框架(2)中并且相向布置，上型腔(101)、下型腔(102)均与安装在型腔框架(2)上的相对应的液压缸(7)的驱动端连接，由液压缸(7)驱动上型腔(101)、下型腔(102)运动，型腔框架(2)呈口字型，型腔框架(2)通过螺栓组件安装在下方的设备架体(8)上，加热炉(3)同样也安装在设备架体(8)上，下型腔(102)上开设有排水孔(103)、进水孔(104)，下型腔(102)内壁上设置有多个通水槽(105)，通水槽(105)与排水孔(103)、进水孔(104)连通，上型腔(101)的结构与下型腔(102)的结构相同；芯模(4)的圆周壁上设置有若干个与其内腔连通的孔隙(401)，芯模(4)的内腔中设置有电加热套筒(402)，芯模(4)安装在旋转空心轴(5)的前端，旋转空心轴(5)的前端设置有与芯模(4)的内腔连通的通孔，旋转空心轴(5)的后端通过螺栓连接在中空的动力传动轴(9)上，动力传动轴(9)的后端通过旋转接头(10)与压力主管道(11)连通，压力主管道(11)分别通过第一支管(12)、第二支管(13)与负压装置(1201)、高压装置(1301)连通，第一支管(12)上设置有第一阀门(1202)，第二支管(13)上设置有第二阀门(1302)，负压装置(1201)采用真空泵、高压装置(1301)采用高压储气罐，高压储气罐由空气压缩泵提供高压气体，动力传动轴(9)通过轴承与外侧的轴套(901)转动连接，轴套(901)则通过螺栓安装在箱体(14)中，动力传动轴(9)的后部设置有皮带轮，皮带轮通过皮带与驱动电机(15)动力连接，驱动电机(15)安装在箱体(14)的底部，箱体(14)安装在滑轨组件(16)的滑块上，滑轨组件(16)的滑轨则与前方的设备架体(8)连接，箱体(14)可由液压缸驱动，液压缸的伸缩端铰接在箱体(14)的底部，液压缸本体铰接在一个固定底座上。

2.根据权利要求1所述的PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺，其特征在于：在所述步骤S1中，所述PVC-O管材(6)端部的预热温度设置为70℃。

3.根据权利要求1所述的PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺，其特征在于：在所述步骤S2中，对所述PVC-O管材(6)端部的加热温度控制在85℃～100℃。

4.根据权利要求3所述的PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺，其特征在于：在所述步骤S2中，对所述PVC-O管材(6)端部的加热温度设置为95℃。

5.根据权利要求1所述的PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺，其特征在于：在所述步骤S2中，所述芯模(4)内腔的负压控制在-0.05～-0.1Mpa。

6.根据权利要求5所述的PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺，其特征在于：在所述步骤S2中，所述芯模(4)内腔的负压设置为-0.08Mpa。

7.根据权利要求1所述的PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺，其特征在于：在所述步骤S4中，所述芯模(4)内腔的流体压力控制在1.0Mpa～4.0Mpa，对所述芯模(4)保压的时间为10～60秒。

8.根据权利要求7所述的PVC-O管材流体吹胀式承口成型工艺，其特征在于：在所述步骤S4中，所述芯模(4)内腔的流体压力设置为2.5Mpa，保压的时间为30秒。

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