CN113276400B - Pvc-o管材扩口装置及其扩口方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及PVC‑O管材扩口加工，公开了一种PVC‑O管材扩口装置及其扩口方法，其包括外框，第一抱箍作为外框的管材入口，外框内设置有可滑动的内框；扩口芯棒依次包括小径芯棒、扩口滑块和大径芯棒，小径芯棒固定于内框底部，大径芯棒与小径芯棒同轴连接且相对静止，小径芯棒上套接有滑动套筒，滑动套筒滑动可使其扩口滑块被遮盖或被露出；拉杆控制扩口滑块撑开或回缩；内框内依次设置有第二抱箍、第三抱箍、第四抱箍和第五抱箍，第二抱箍作为内框的管材入口，第三抱箍和第四抱箍对位于扩口滑块的左、右两侧，第五抱箍可沿内框滑动。本发明可有效缓解带来的轴向解取向问题，扩口段管材的壁厚能得到有效控制，从而使得其力学性能得到增强。

Description

PVC-O管材扩口装置及其扩口方法

技术领域

本发明涉及PVC-O管材的扩口处理。

背景技术

PVC-O管材是将普通挤出的PVC-U坯管，在其弹性态温度区间进行轴向和环向的双轴拉伸扩胀取向，使PVC长分子链从无序排列变为有序排列而得到的新型PVC管材，能很好的解决PVC-U管材存在的韧性差、环向强度低等缺陷，其在国内外的给水管道、矿山管道、非开挖铺设和修复管道、燃气管网等市场得到了广泛应用。

PVC-O管材普遍通过R型承插口加弹性密封圈来进行连接。管材承插口的加工工艺也叫扩口工艺，因此管材的承插口也被称作扩口段。高质量的R型扩口段能在使用过程中有效避免PVC-O管材发生泄漏、损坏等问题。

现有的PVC-O管材R型扩口工艺流程为：待扩口PVC-O管材经过定长切割后，在其一端内置金属圆筒，然后将其传送到扩口烘箱进行加热；将加热后的待扩口端及时传输到扩口装置中并进行固定，之后将扩口芯棒插入到待扩口管材内部，顶出金属圆筒，利用扩口滑块完成R型扩口；随后保持一定的压力和冷却温度，待管材的扩口段定型后撤回扩口滑块和芯棒，扩口完成。

在PVC-O管材扩口过程中，为了提高管材的升温速率，扩口烘箱的加热温度设置会超过160℃，而PVC-O管材加热后的温度将达到100℃以上，明显超过其玻璃化转变温度（82℃左右），这会诱发PVC分子链的解取向行为，使扩口段出现轴向回缩和壁厚增大现象，最终造成管材力学性能显著下降。为了避免上述不利影响，相关技术人员对PVC-O扩口设备和工艺进行了不断改进。

公开号为CN106867143B的中国专利公开了“一种双轴取向聚氯乙烯管材及其制备方法”，该制备方法包括原料预处理、混料、挤出管坯、初步双向拉伸、二次双向拉伸和切割、扩口成型。该制备方法的扩口阶段，PVC-O管材的两个轴向末端被固定，对两个固定点之间的管段进行加热，然后借助加热段内部的流体压力或外侧真空或内部模块进行扩张，最后冷却定型得扩口段。该专利可能已经意识到PVC-O管材扩口时会出现轴向回缩问题，因此采取固定轴向末端的方式加以抑制，但其未明确指明这一点，并且没有对扩口工艺进行详细阐述。此外，该专利中的加热管段容易对管段固定位置造成回缩影响，加大了管材浪费。

公开号为CN103118854A的中国专利公开了“具有集成垫圈的双轴向定向塑料管套接件制造设备及其工艺”，该设备包括加热装置、冷却装置和圆柱形心轴，心轴由三个同轴部段组成，三个部段均连接至由控制单元调节的加热或冷却装置，用以控制管材的扩张和回缩。该集成系统通过不同位置的温度选择和独立调节，能对扩口段不同部位的壁厚进行单独调节并抑制轴向回缩，以此来保持扩口段的均匀性和力学性能，但整套装置构成及工艺操作较复杂。

公开号为US6550500B2的美国专利公开了“具有承插口的塑料管以及提供具有承插口的塑料管的方法”，该塑料管制备方法通过在扩口段内置一层套管，将扩口段部分变为双层管材结构，且两层管材间的取向性能完全不同，其中一层进行轴向取向，另一层进行径向取向，两层管材可互相抑制解取向趋势，由此改善扩口段的力学性能；然而，该制备方法工艺复杂，内置套管会增加材料的使用，并且为制备不同取向性能的专用套管必须增加额外的配套设备。

公开号为CN210139613U的中国专利公开了“一种PVC-O扩口机”，该设备主要包括预加热机构、传导加热机构、扩口机构、导轨、转轨、支撑台，其通过扩口前的预加热和扩口时的传导加热两种加热方式，对管材进行两次不同温度的逐层加热，使得贯穿管材壁厚的温度保持一致，可以避免管材内部的分子结构和排列方式遭到破坏，缓解管材应力的影响；然而，该设备构造复杂，在两次加热过程中管材依旧容易出现热回缩问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种PVC-O管材扩口装置及其扩口方法，以缓解甚至消除扩口升温所带来的解取向、壁厚增大的问题，从而提升扩口力学性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：PVC-O管材扩口装置，包括第一管材夹持装置、扩口芯棒和扩口滑块，还包括外框，第一管材夹持装置作为外框的管材入口，外框内设置有可沿外框在外框底部和内框滑动止点之间滑动的内框；扩口芯棒包括小径芯棒和大径芯棒，小径芯棒固定于内框底部，大径芯棒与小径芯棒同轴连接且相对静止，小径芯棒上套接有滑动套筒，滑动套筒在大径芯棒与内框底部之间滑动；扩口滑块位于大径芯棒与小径芯棒之间，拉杆与扩口滑块连接并控制扩口滑块撑开或回缩；滑动套筒向大径芯棒滑动可使其扩口滑块被遮盖，滑动套筒向内框底部滑动可使其扩口滑块被露出；内框内依次设置有第二管材夹持装置、第三管材夹持装置、第四管材夹持装置和第五管材夹持装置，第二管材夹持装置作为内框的管材入口，第三管材夹持装置和第四管材夹持装置对位于扩口滑块的左、右两侧，第五管材夹持装置可沿内框在内框底部和夹持装置滑动止点之间滑动。

所述外框的内壁固定有外框滑轨，外框滑轨的其中一端为内框滑动止点。

所述内框滑动止点为设置在外框内侧的外框挡板。

所述大径芯棒分为导入段和平直段，其中导入段的端口外径小于待扩口的PVC-O管材的内径，从端口至所述平直段的外径逐渐平滑增大，平直段的外径大于待扩口的PVC-O管材的外径。

当第五管材夹持装置位于夹持装置滑动止点时，滑动套筒与平直段抵接。

滑动套筒的外径等于平直段的外径。

所述滑动套筒的末端固定有底座，所述底座的外径大于滑动套筒的外径并具备一定厚度，通过移动滑动套筒所述底座可与内框底部相抵接，当内框位于内框滑动止点时所述待扩口的PVC-O管材的端口恰好抵接所述底座。

所述各管材夹持装置为可合拢或松开的抱箍。

所述内框的内壁固定有内框滑轨，内框滑轨的其中一端为夹持装置滑动止点,夹持装置滑动止点为设置在内框内侧的内框挡板。

上述的PVC-O管材扩口装置的扩口方法，包括以下步骤：

a）PVC-O管材扩口装置的各管材夹持装置保持松开状态，内框位于外框的底部，第五管材夹持装置位于夹持装置滑动止点，滑动套筒遮盖住保持在回缩状态的扩口滑块；

b）将待扩口的PVC-O管材加热软化，移至扩口装置，合拢第一管材夹持装置以固定住待扩口的PVC-O管材；

c）移动内框直到其到达内框滑动止点，大径芯棒和滑动套筒随之插入待扩口的PVC-O管材；

d）合拢第二管材夹持装置和第五管材夹持装置，第五管材夹持装置向内框底部移动；

e）滑动套筒随第五管材夹持装置沿小径芯棒滑动直至滑动套筒抵住内框底部，露出扩口滑块，合拢第三管材夹持装置和第四管材夹持装置，启动拉杆使其扩口滑块撑开，在管材上扩出R口；

f）启动拉杆使其扩口滑块回缩，将扩口装置恢复至步骤a）的状态。

本发明的有益效果是：当待扩口管材抵至滑动套筒后，通过各个管材夹持装置和滑动套筒的配合来轴向拉伸待扩口部分，露出扩口滑块后进行扩口动作，相比于现有技术，本发明的扩口装置和方法简单易行、省时省力，且可有效缓解甚至消除高温带来的轴向解取向问题，扩口段管材的壁厚能得到有效控制，从而使得其力学性能得到增强。

附图说明

图1是本发明的PVC-O管材扩口装置的结构示意图。

图2是本发明的PVC-O管材扩口装置处于利用其实现PVC-O管材扩口的方法步骤b完成状态的示意图。

图3是本发明的PVC-O管材扩口装置处于利用其实现PVC-O管材扩口的方法步骤c完成状态的示意图。

图4是本发明的PVC-O管材扩口装置处于利用其实现PVC-O管材扩口方法步骤d完成状态的示意图。

图5是本发明的PVC-O管材扩口装置处于利用其实现PVC-O管材扩口方法步骤e完成状态的示意图。

图6是本发明的PVC-O管材扩口装置处于利用其实现PVC-O管材扩口方法步骤f完成状态的示意图。

图7是经本发明的PVC-O管材扩口装置扩口成型后的PVC-O管材外观图。

图8是图7的纵剖视图。

图9是本发明的PVC-O管材扩口装置扩口成型后的PVC-O管壁厚改进效果图。

图10是本发明的PVC-O管材扩口装置扩口成型后的PVC-O管纵向拉伸强度改进效果图。

图3至图6中实心箭头所示为滑动方向或拉杆运动方向。

图中标记为：1-待扩口的PVC-O管材，2-外壳，3-外框，4-内框底部，5-底座，6-内框，7-小径芯棒，8-大径芯棒，9-重合段，10-滑动套筒，11-扩口滑块，12-拉杆，41-外框挡板，42-内框挡板，51-外框滑轨，52-内框滑轨，81-导入段，82-平直段，91-第一管材夹持装置，92-第二管材夹持装置，93-第三管材夹持装置，94-第四管材夹持装置，95-第五管材夹持装置，131-扩口完成后的PVC-O管材直管段，132-PVC-O管材扩口段，d-底座厚度，s-重合段长度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1～图6所示，本发明的PVC-O管材扩口装置主要包括外框3、第一管材夹持装置91、小径芯棒7和大径芯棒8组成的扩口芯棒，以及扩口滑块11，第一管材夹持装置91作为外框3的管材入口，外框3内设置有可沿外框3在外框底部和内框滑动止点之间滑动的内框6；小径芯棒7固定于内框底部4，大径芯棒8与小径芯棒7同轴连接且相对静止，小径芯棒7上套接有滑动套筒10，滑动套筒10在大径芯棒8与内框底部4之间滑动；扩口滑块11位于大径芯棒8与小径芯棒7之间，拉杆12与扩口滑块11连接并控制扩口滑块11撑开或回缩；滑动套筒10向大径芯棒8滑动可使其扩口滑块11被遮盖，滑动套筒10向内框底部4滑动可使其扩口滑块11被露出；沿管材拉伸方向，内框6内依次设置有第二管材夹持装置92、第三管材夹持装置93、第四管材夹持装置94和第五管材夹持装置95，第二管材夹持装置92作为内框6的管材入口，第三管材夹持装置93和第四管材夹持装置94对位于扩口滑块11的左、右两侧，第五管材夹持装置95可沿内框6在内框底部4和夹持装置滑动止点之间滑动。

进入外壳2的待扩口的PVC-O管材1由第一管材夹持装置91进入外框3，经拉伸、扩口后退出，各管材夹持装置同轴线布置，采用可合拢或松开的抱箍，能在管材的周向均匀向管材施加约束，并方便实现自动化操作。

如图1所示，外框3的内壁固定有外框滑轨51，外框滑轨51的其中一端为内框滑动止点，内框整体的滑动动作可将扩口芯棒插入待扩口的PVC-O管材1，内框滑动止点为设置在外框内侧的外框挡板41，上述设置方便实现自动化操作。

如图1所示，大径芯棒8分为导入段81和平直段82，其中导入段81的端口外径小于待扩口的PVC-O管材1的内径，从端口至所述平直段82的外径逐渐平滑增大，平直段的外径大于待扩口的PVC-O管材1的外径，上述设计减小了扩口芯棒插入软化的待扩口的PVC-O管材1的阻力。

如图3所示，当第五管材夹持装置95位于夹持装置滑动止点时，滑动套筒10与平直段82抵接，滑动套筒10的外径等于平直段82的外径，管材由大径芯棒8和滑动套筒10支撑。

如图3和图4所示，所述滑动套筒10的末端设有底座5，底座5的外径大于滑动套筒10的外径并具备厚度d，当内框6位于内框滑动止点时所述待扩口的PVC-O管材1的端口恰好抵接所述底座5，当第五管材夹持装置95夹紧管材时，第五管材夹持装置95连同底座5很好地约束管材端口部位，并通过移动滑动套筒10至底座5与内框底部4相抵接的过程完成对待扩口的PVC-O管材1的拉伸，拉伸过程中，滑动套筒10对管材内壁形成支撑，可以缓解甚至消除扩口升温所带来的解取向、壁厚增大的问题。控制第五管材夹持装置95沿内框滑轨42的滑动距离，即等于控制PVC-O管材1的轴向拉伸长度。

实施例：

如图1～图6所示，PVC-O管材扩口装置位于外壳2内，其包括第一管材夹持装置91、外框3、扩口芯棒和扩口滑块11，第一管材夹持装置91作为外框3的管材入口，外框3的内壁固定有外框滑轨51，外框3内设置有可沿外框滑轨51滑动的内框6，外框滑轨51的其中一端设有外框挡板41作为内框滑动止点，内框6在外框底部和外框挡板41之间滑动；内框6内依次设置有第二管材夹持装置92、第三管材夹持装置93、第四管材夹持装置94和第五管材夹持装置95，第二管材夹持装置92作为内框6的管材入口，第五管材夹持装置95可沿内框6内设置的内框滑轨52滑动，内框滑轨52的其中一端设有内框挡板42作为夹持装置滑动止点，第五管材夹持装置95在内框底部4和内框挡板42之间滑动；扩口芯棒包括小径芯棒7和大径芯棒8，大径芯棒8分为导入段81和平直段82，其中导入段81的端口外径小于待扩口的PVC-O管材1的内径，从端口至所述平直段82的外径逐渐平滑增大，平直段的外径大于待扩口的PVC-O管材1的外径，小径芯棒7固定于内框底部4，大径芯棒8与小径芯棒7同轴连接且相对静止，小径芯棒7上套接有滑动套筒10，滑动套筒10的末端设有底座5，底座5的外径大于滑动套筒10的外径并具备厚度d，当内框6位于内框滑动止点时所述待扩口的PVC-O管材1的端口恰好抵接所述底座5，第五管材夹持装置95沿内框滑轨52滑动时，滑动套筒10可由第五管材夹持装置95推动在大径芯棒8与内框底部4之间滑动，通过移动滑动套筒10所述底座5可与内框底部4相抵接，当第五管材夹持装置95位于夹持装置滑动止点时，滑动套筒10与平直段82抵接，滑动套筒10的外径等于平直段82的外径；扩口滑块11位于大径芯棒8与小径芯棒7之间，滑动套筒10向大径芯棒8滑动可使其扩口滑块11被遮盖，滑动套筒10向内框底部4滑动可使其扩口滑块11被露出，第三管材夹持装置93和第四管材夹持装置94对位于扩口滑块11的左、右两侧，拉杆12与扩口滑块11连接并控制扩口滑块11撑开或回缩。

如图2所示，所述第四管材夹持装置94与扩口滑块11在管材轴向有重合段，重合段长度为s。参考图2，设待扩口的PVC-O管材1系由左端进入，向右端拉伸，在扩口操作时，被扩口部位左侧附近的管材壁被第三管材夹持装置93和大径芯棒8从外壁、内壁分别进行限位支撑，被扩口部位右侧附近的管材壁被第四管材夹持装置94和扩口滑块11从外壁、内壁分别进行限位支撑。

具体地，扩口滑块11和拉杆12的连接方式可直接采用或借鉴现有扩口装置中扩口滑块11的控制结构，显然二者间可实现用拉杆12控制扩口滑块11撑开或回缩的具体结构并不仅限于上述的具体方式。

各管材夹持装置同轴线布置，采用可合拢或松开的抱箍。

内框底部4是一个限位面性质的存在，它是内框滑轨52的另一端点，也是滑动套筒10的行程止点，在实体上它可以是一个具体的底面，也可以呈现为其它的具体形状或功能化结构。外框的底部同理也是一个类似于内框底部4的存在。

利用所述PVC-O管材扩口装置的扩口方法，包括以下步骤：

a）PVC-O管材扩口装置的各管材夹持装置均保持松开状态，内框6位于外框3的底部，第五管材夹持装置95位于夹持装置滑动止点，滑动套筒10抵接在大径芯棒8的平直段并遮盖住保持在回缩状态的扩口滑块11；

b）将待扩口的PVC-O管材1加热软化，移至扩口装置，合拢第一管材夹持装置91以固定住待扩口的PVC-O管材1；

c）移动内框6直到其到达内框滑动止点，大径芯棒8和滑动套筒10随之插入待扩口的PVC-O管材1，PVC-O管材1的端部与滑动套筒10的底座5抵接；

d）合拢第二管材夹持装置92和第五管材夹持装置95，第五管材夹持装置95向内框底部4移动；

e）滑动套筒10随第五管材夹持装置95沿小径芯棒7滑动直至滑动套筒10 的底座5抵住内框底部5，露出扩口滑块11，合拢第三管材夹持装置93和第四管材夹持装置94，启动拉杆12使其扩口滑块11撑开，在管材上扩出R口；

f）启动拉杆12使其扩口滑块11回缩，将扩口装置恢复至步骤a）的状态。

以上装置中省略了加热装置，其加热装置可采用与现有扩口装置同样的装置。

以上扩口装置的结构简便，扩口方法易于实施，且能在拉伸和扩口过程中对管材相应部分提供必要的支撑和约束，可有效缓解甚至消除因扩口升温带来的解取向、壁厚增大的问题。

普通扩口装置没有本实施例扩口装置的成套卡箍，仅具有外框、内框、芯棒、扩口滑块；在扩口之初，扩口滑块张开形成R口凸起，在管材受热状态下将芯棒硬推入管材，扩口滑块的凸起对本身受热软化甚至发生轴向解取向的管材还存在明显的推力作用，且无缓解消除措施，由此带来明显的扩口段轴向解取向回缩问题，降低轴向拉伸强度。

图9和图10是利用该实施例用于直管段的公称外径是160mm，公称壁厚是4.4mm的坯管进行扩口处理与利用普通的扩口装置用于同样规格管材的扩口处理的对比图，其中导向段、R口、承插段、承插弯折的相应分段均匀取样多个点进行对比检测，直管段只取样一个点进行对比检测。运用本实施例的扩口装置之后的有益效果表现为：扩口段不同部位的壁厚均得到减小，如图9所示，解取向问题得到缓解甚至消除；同时取向的相对增强，使得扩口段不同部位的轴向拉伸强度得到显著增强，如图10所示。

Claims (10)

1.PVC-O管材扩口装置，包括第一管材夹持装置(91)、扩口芯棒和扩口滑块(11)，其特征是：还包括外框(3)，第一管材夹持装置(91)作为外框(3)的管材入口，外框(3)内设置有可沿外框(3)在外框底部和内框滑动止点之间滑动的内框(6)；扩口芯棒包括小径芯棒(7)和大径芯棒(8)，小径芯棒(7)固定于内框底部(4)，大径芯棒(8)与小径芯棒(7)同轴连接且相对静止，小径芯棒(7)上套接有滑动套筒(10)，滑动套筒(10)在大径芯棒(8)与内框底部(4)之间滑动；扩口滑块(11)位于大径芯棒(8)与小径芯棒(7)之间，拉杆(12)与扩口滑块(11)连接并控制扩口滑块(11)撑开或回缩；滑动套筒(10)向大径芯棒(8)滑动可使其扩口滑块(11)被遮盖，滑动套筒(10)向内框底部(4)滑动可使其扩口滑块(11)被露出；内框(6)内依次设置有第二管材夹持装置(92)、第三管材夹持装置(93)、第四管材夹持装置(94)和第五管材夹持装置(95)，第二管材夹持装置(92)作为内框(6)的管材入口，第三管材夹持装置(93)和第四管材夹持装置(94)对位于扩口滑块(11)的左、右两侧，第五管材夹持装置(95)可沿内框(6)在内框底部(4)和夹持装置滑动止点之间滑动。

2.如权利要求1所述的PVC-O管材扩口装置，其特征是：所述外框(3)的内壁固定有外框滑轨(51)，外框滑轨(51)的其中一端为内框滑动止点，所述内框滑动止点为设置在外框内侧的外框挡板(41)。

3.如权利要求1所述的PVC-O管材扩口装置，其特征是：所述大径芯棒(8)分为导入段(81)和平直段(82)，其中导入段(81)的端口外径小于待扩口的PVC-O管材(1)的内径，从端口至所述平直段(82)的外径逐渐平滑增大，平直段的外径大于待扩口的PVC-O管材(1)的外径。

4.如权利要求3所述的PVC-O管材扩口装置，其特征是：当第五管材夹持装置(95)位于夹持装置滑动止点时，滑动套筒(10)与平直段(82)抵接，滑动套筒(10)的外径等于平直段(82)的外径。

5.如权利要求1所述的PVC-O管材扩口装置，其特征是：所述滑动套筒(10)的末端设有底座(5)，底座(5)的外径大于滑动套筒(10)的外径并具备厚度(d)，当内框(6)位于内框滑动止点时待扩口的PVC-O管材(1)的端口恰好抵接所述底座(5)，通过移动滑动套筒(10)所述底座(5)可与内框底部(4)相抵接。

6.如权利要求1所述的PVC-O管材扩口装置，其特征是：所述各管材夹持装置(91、92、93、94、95)为可合拢或松开的抱箍。

7.如权利要求1所述的PVC-O管材扩口装置，其特征是：所述内框(6)的内壁固定有内框滑轨(52)，内框滑轨(52)的其中一端为夹持装置滑动止点。

8.如权利要求7所述的PVC-O管材扩口装置，其特征是：所述夹持装置滑动止点为设置在内框内侧的内框挡板(42)。

9.如权利要求1所述的PVC-O管材扩口装置，其特征是：所述第四管材夹持装置(94)与扩口滑块(11)在管材轴向有重合段(9)。

10.根据权利要求1的PVC-O管材扩口装置的扩口方法，其特征是：包括以下步骤：

a）PVC-O管材扩口装置的各管材夹持装置保持松开状态，内框(6)位于外框(3)的底部，第五管材夹持装置(95)位于夹持装置滑动止点，滑动套筒(10)遮盖住保持在回缩状态的扩口滑块(11)；

b）将待扩口的PVC-O管材(1)加热软化，移至扩口装置，合拢第一管材夹持装置(91)以固定住待扩口的PVC-O管材(1)；

c）移动内框(6)直到其到达内框滑动止点，大径芯棒(8)和滑动套筒(10)随之插入待扩口的PVC-O管材(1)；

d）合拢第二管材夹持装置(92)和第五管材夹持装置(95)，第五管材夹持装置(95)向内框底部(4)移动；

e）滑动套筒(10)随第五管材夹持装置(95)沿小径芯棒(7)滑动直至滑动套筒(10)抵住内框底部(4)，露出扩口滑块(11)，合拢第三管材夹持装置(93)和第四管材夹持装置(94)，启动拉杆(12)使其扩口滑块(11)撑开，在管材上扩出R口；

f）启动拉杆(12)使其扩口滑块(11)回缩，将扩口装置恢复至步骤a）的状态。

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