CN115027044B - 一种管材双向拉伸取向增强装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种管材双向拉伸取向增强装置及方法，所述装置包括管坯模具、第一芯管、第二芯管以及扩张头组件，管坯模具包括支架模、口模以及芯模，口模和芯模固定在支架模上，形成管坯容腔，第一芯管和第二芯管安装在支架模上，位于芯模内部，在第二芯管后端设置有外螺纹，螺纹连接有扩张头组件，扩张头组件后方设置有牵引机，带动管坯容腔内的管坯移动。通过在现有常规生产线增设本发明装置实现管材的双向拉伸增强；通过调节压缩空气、移动风环吹风和冷却循环风量大小，以及扩张头的位置、空腔数量，可以控制管坯取向扩张前、扩张取向后温度，对于工艺调试获取较好的增强效果提供了必要的选择，可适应不同的物料、规格的管材取向增强。

Description

一种管材双向拉伸取向增强装置及方法

技术领域

本发明属于塑料管成型加工领域，具体涉及一种管材双向拉伸取向增强装置及方法。

背景技术

在塑料管领域，双向拉伸增强是个重要的研究和应用领域，其可明显增强管道拉伸性能和冲击强度等，可用于降本增效或提升管材耐压，常见的有PVC-O管道。目前的技术中，如CN102205637B一种双向拉伸聚氯乙烯管材生产设备及工艺，CN106366502B一种离线双向拉伸聚氯乙烯管材的制备方法及装置公开的双向拉伸取向的工艺，都是先将管材挤出冷却定形，然后再加热同时双向拉伸，之后冷却定形。此种方法，工艺步骤和控制点多，容易导致生产线占地长，尺寸性能波动大精度低，设备投入多而能耗高。专利CN205033611U一种一步法制备双轴取向塑料管材的工艺方法及设备，其双向拉伸依靠真空装置将管材外壁吸附在模腔内表面，由于真空度有限，拉伸增强程度也有限，并且开机时管坯头部难以牵引，停机时清料困难。因此需要研究一种新型的双向拉伸增强装置及方法。

发明内容

针对上述问题情况，本发明提供一种管材双向拉伸取向增强装置及方法，其采用一步法成型，在模具挤出时对管坯控温，然后通过扩张头双向拉伸并冷却，再进入定径套进行常规管材制造流程，解决上述传统工艺需要管材冷却定形后再加热拉伸的工艺复杂、设备投入大等问题以及拉伸增强程度有限的缺陷。本发明采用一步法成型，方便调试工艺，操作便捷，拉伸取向效果好。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种管材双向拉伸取向增强装置，分为模具段、直管段、扩口段三部分，包括管坯模具、第一芯管、第二芯管以及扩张头组件，所述管坯模具包括支架模、外部的口模以及内部的芯模，口模和芯模分别通过螺纹结构固定在支架模上，形成管坯容腔，第一芯管和第二芯管安装在支架模上，均位于芯模内部，第一芯管设置在第二芯管的内部，第一芯管的末端齐平或者超出第二芯管的末端，在第二芯管后端预定位置处设置有外螺纹，螺纹连接有扩张头组件，扩张头组件后方设置有牵引机，带动管坯容腔内的管坯移动。

作为进一步的技术方案，支架模的中支架数量大于等于4个，支架上设置有径向通孔，分别用作压缩空气入口、冷却风入口以及冷却风出口，在芯模安装一侧的支架模端面开设有第一连通孔、第二连通孔以及第三连通孔，第一连通通孔的一端与用作压缩空气入口的径向通孔相连通，另一端连通于芯模和第二芯管外表面之间的空腔；第二连通孔的一端与用作冷却风入口的径向通孔相连通，另一端与第一芯管的内腔相连通；第三连通孔的一端与用作冷却风出口的径向通孔相连通，另一端与第一芯管和第二芯管之间的空腔相连通。

作为进一步的技术方案，所述口模和芯模的数量为分别为多级，口模和口模之间以及芯模和芯模之间通过螺丝进行相互固定连接，口模上设置有调节管坯壁厚均匀度的调节螺钉。

作为进一步的技术方案，各个芯模内表面设置有绝热材料。

作为进一步的技术方案，末端的芯模长度伸出末端的口模外，末端芯模伸出口模的部分外径逐渐缩小，第二芯管对应此处的外径扩大到小于等于未伸出口模段的芯模的外径，形成局部凹陷，用于压缩空气从模具段出来从局部凹陷处进入管坯容腔内表面与末端的芯模外表面之间，形成空气膜。

作为进一步的技术方案，第一芯管和第二芯管的中心线和模具挤出中心线重合，在模具段第二芯管的外径小于末端芯模的内径，与末端芯模形成环隙作为压缩空气通道，第二芯管的外径在末端芯模的末端斜向上扩大到小于等于末端芯模外径，并在此后部分全部设置有外螺纹，用于安装扩张头组件并调节安装位置。

作为进一步的技术方案，所述扩张头组件为分段式空腔结构组合而成，首腔为圆锥体结构，端部设有与第二芯管外螺纹相配合的内螺纹，尾腔为圆柱体结构，中间部分腔体为过渡腔体，相邻空腔结构之间通过螺纹结构固定连接，在每个空腔结构的末端设置有环形支撑板形成空腔，环形支撑板的内径大于第二芯管的外径，除尾部的支撑板外，其余支撑板上均开设有第一冷却风通孔，在首腔内的第二芯管上也开设有第二冷却风通孔，在第二芯管的末段安装有芯管堵头，用于密封第一芯管和第二芯管之间的通道。

作为进一步的技术方案，在尾腔的第二芯管上设置有止退螺母，与前一空腔的支撑板贴紧设置，防止扩张头工作时螺纹松动后退。

作为进一步的技术方案，在直管段的管坯容腔外侧设置有可移动的风环，配套可调节风量的风机，所述风环内部设置有红外加热灯和外表面的测温探头，用于对管坯外表面均匀吹风并测温。

本发明还提出了一种如上所述的管材双向拉伸取向增强装置的工艺方法，包括如下步骤：

（1）按照常规塑料管材开机方法，将管坯挤出并逐步增大压缩空气气量，使管坯与芯模、第二芯管外表面阻力降低，调整工艺参数，到达扩张头前部时，通过测温探头测定管坯外表面温度，并将不符合要求的部分手工割除；

（2）开启风环吹风对管坯外表面冷却，根据末端测温数据调节风机吹风量和压缩空气气量，并可调节扩张头前后位置，使管材双向拉伸前达到工艺要求的温度；

（3）将管材沿纵向割成几条，手工牵引通过扩张头并与牵引管连接，开启牵引机带动管坯前进，此时停止将管材纵向割成几条，让其形成一个完整管坯；

（4）开启冷却风阀门，对扩张头各个腔进行冷却，使管材双向拉伸同时冷却，根据扩张头末端测的温度调节冷却风大小，并可根据情况增减扩张头腔数。之后进入常规管材生产工艺流程调试即可。

通过本发明技术方案，与现有技术相比具有如下有益效果：

1.通过在现有常规生产线增设本发明装置即可实现管材的双向拉伸增强，即径向方向和长度方向都得到拉伸增强；

2.通过调节压缩空气、移动风环吹风和冷却循环风量大小，以及扩张头的位置、空腔数量，可以控制管坯取向扩张前的温度、扩张取向后进入定径套的温度，对于工艺调试获取较好的增强效果提供了必要的选择，可适应不同的物料、规格的管材取向增强。

附图说明

图1为本发明的管材双向拉伸取向增强装置整体结构示意图；

图2为图1中A部分结构放大图；

图3为图1中B部分结构放大图；

图4为图1中C部分结构放大图；

图5为图1中D部分结构放大图；

图6为减小空腔段数的扩张头组件结构示意图；

图7为支架模纵向剖面结构示意图；

图中：1、第一芯管；2、第二芯管；3、支架模；4、口模；5、芯模；6、管坯容腔；7、第一连通孔；8、第二连通孔；9、第三连通孔；10、压缩空气入口；11、冷却风入口；12、冷却风出口；13、调节螺钉；14、绝热材料；15、首腔；16、尾腔；17、过渡腔体；18、支撑板；19、第一冷却风通孔；20、第二冷却风通孔；21、芯管堵头；22、止退螺母；23、风环；24、测温探头；25、外螺纹；26、支架；27、局部凹陷；28、通风管；A、模具段；B、直管段；C、扩口段。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，本发明提供一种管材双向拉伸取向增强装置，分为模具段A、直管段B、扩口段C三部分，主要结构包括管坯模具、第一芯管1、第二芯管2、芯管堵头21、扩张头组件、风环23、测温探头24等。

管坯模具包括支架模3、外部的口模4以及内部的芯模5，口模4和芯模5分别通过螺纹结构固定在支架模3上，形成管坯容腔6，所述口模4和芯模5的数量为分别为多级，口模和口模之间以及芯模和芯模之间通过螺丝进行相互固定连接，口模上设置有调节管坯壁厚均匀度的调节螺钉13；第一芯管1和第二芯管2安装在支架模3上，均位于芯模5内部，第一芯管1设置在第二芯管2的内部，第一芯管1的末端齐平或者超出第二芯管2的末端，在第二芯管2后端预定位置处设置有外螺纹25，外螺纹25连接有扩张头组件，用于对管坯进行径向拉伸，扩张头组件后方设置有牵引机，带动管坯容腔内的管坯移动。

管坯模具采用常规支架模3结构，支架模3中的支架26数量至少4个，如图2和图7所示，支架26钻孔中空，设置有径向通孔，分别有用作压缩空气入口10、冷却风入口11以及冷却风出口12，并在芯模5安装一侧的支架模3端面钻孔，开设有第一连通孔7、第二连通孔8以及第三连通孔9，端面上的钻孔出口位置分别位于支架模3中心线、第一芯管1外表面与第二芯管2内表面之间，第二芯管2外表面与模具芯模5内表面之间，以便从模具外通气到芯模一侧。所钻孔里，至少设置1个为压缩空气入口，1个冷却风入口，1个冷却风出口。具体的，第一连通孔7的一端与用作压缩空气入口10的径向通孔相连通，另一端连通于芯模5和第二芯管2之间的空腔；第二连通孔8的一端与用作冷却风入口11的径向通孔相连通，另一端与第一芯管1的内腔相连通；第三连通孔9的一端与用作冷却风出口12的径向通孔相连通，另一端与第一芯管1和第二芯管2之间的空腔相连通。

模具的几个芯模5通过螺纹安装在支架模3上，各芯模5内表面可设置绝热材料14如聚四氟乙烯，防止芯模5和空气换热，使芯模5降温影响模具内物料流动，和使空气升温降低空气对管坯冷却效果。末端的芯模5长度伸出末端的模具口模4外，收尾部分内表面斜向上到外表面，伸出部分的外表面外径略小于前端以便形成局部凹陷27，使压缩空气能够从模具出来进入管坯内表面与芯模5外表面，形成空气膜，降低管坯与芯模5、第二芯管2外表面摩擦力，并对其进行扩张拉伸前的预冷却。

第二芯管2安装在支架模3上，中心线与模具挤出中心线重合，采用管结构，外径小于末端芯模5的内径，与末端芯模5形成的环隙作为压缩空气通道。第二芯管2外径在模具芯模的末端斜向上扩大到与末端芯模外径接近或相等，之后在外表面设置外螺纹25，以便安装扩张头。斜向上部分与末端芯模5收尾部分配合形成压缩空气通道。第二芯管2外表面螺纹部分，在扩张头的首腔对应长度位置上设置有若干第二冷却风通孔20，以便扩张头组件内的冷却风从这些孔出模具。

第一芯管1安装在支架模3上，中心线与模具挤出中心线重合，采用管结构，位于第二芯管2内，外径小于第二芯管2内径，与第二芯管2内表面形成冷却风回路。第一芯管1末端长度平齐或超出第二芯管2。第一芯管1内表面用于冷却风进风，并从末端进入扩张头内部。

芯管堵头21安装在第二芯管2末端，用于密封第二芯管2内表面与第一芯管1外表面之间的通道，防止冷却风从第一芯管1出来后直接从此通道回风，减小扩张头内部风流量。

扩张头组件用于将一定温度的管坯进行内外径扩大拉伸，同时对管坯继续进行冷却，以便管坯结晶取向增强性能。扩张头优选采用分段式空腔结构，每个空腔由中空圆锥体/圆柱体组成，首腔15采用圆锥体，尾腔16采用圆柱体，中间部分为过渡腔体17，每个腔末端设置有环形的支撑板18形成空腔，支撑板18内径略大于第二芯管2外径，除尾腔16外的支撑板18上开有若干第一冷却风通孔19，通冷却风，圆锥体首腔15通过螺纹与第二芯管2外表面的外螺纹25配合，可前后调节扩张头位置，通常扩张头与管坯模具保持一定间距。后续腔首尾相接安装在首腔上不与第二芯管接触。在尾腔设置有止退螺母22用于锁紧，防止扩张头工作时螺纹松动后退。

扩张头组件每个腔外表面设置为圆弧状，适用于聚烯烃材质，在双向拉伸扩张时保证与管坯内表面充分贴紧冷却。工作时，冷却风通过第一芯管1内腔进行传送，第一芯管1末端出来的冷却风，逆着管坯前进方向，穿过支撑板18上的第一冷却风通孔19逐步对各个腔进行冷却，然后通过第二芯管2开设的第二冷却风通孔20从首腔15回到模具并从模具出去。当需要减小空腔段数时，长出尾腔的第一芯管1可通过通气管28连接到尾腔支撑板18，从而进行冷却，如图6所示。

风环23套设在模具段与扩张头组件之间的管坯直管段外，底座可移动，配套有可调节风量的风机，内部装有红外加热灯和外表面测温探头24，可对管材外表面均匀吹风。作用：1.正常挤出时，用于对管材外表面进行吹风冷却，使厚管坯内外表面温度均匀，并通过末端的探头检测拉伸取向前温度以便调节工艺；2.当停机或者冷却过量时管坯变硬，无法通过扩张头时，开启红外加热灯，对管坯进行加热测温以便清料，防止管道冷却卡在扩张头与模具之间。

除装在风环23末端的测温探头24外，在扩张头末端进定径套前设置有若干管材外表面测温探头24，以便监测扩张头冷却效果调节工艺。

本发明的管材双向拉伸取向增强装置的工艺步骤：

1.按照常规塑料管材开机方法，将管坯挤出并逐步增大压缩空气气量，使管坯与芯模、第二芯管外表面阻力降低，到达扩张头前部时，通过测温探头测定管坯外表面温度，并将不符合要求的部分手工割除。

2.开启风环吹风对管坯外表面冷却，根据末端测温数据调节风机吹风量和压缩空气气量，并可调节扩张头前后位置，使管材双向拉伸前达到工艺要求的温度。

3.将管材沿纵向割成几条，手工牵引通过扩张头并与牵引管连接，开启牵引机带动管坯前进，然后停止将管材割成几条让其形成一个完整管坯。

4.开启冷却风阀门，对扩张头各个腔进行冷却，使管材双向拉伸同时冷却，根据扩张头末端测的温度调节冷却风大小，并可根据情况增减扩张头腔数。之后进入常规管材生产工艺流程调试即可。

当遇到突发情况或需要停机时，管坯停止前进，由于控制不及时管坯容易冷却硬化在扩张头之前不易处理。可通过移动风环加热管坯，割除清料。

综上，本发明通过在现有常规生产线增设本发明装置即可实现管材的双向拉伸增强；通过调节压缩空气、移动风环吹风和冷却循环风量大小，以及扩张头的位置、空腔数量，可以控制管坯取向扩张前的温度、扩张取向后进入定径套的温度，对于工艺调试获取较好的增强效果提供了必要的选择，可适应不同的物料、规格的管材取向增强。

Claims (8)

1.一种管材双向拉伸取向增强装置，其特征在于，分为模具段（A）、直管段（B）、扩口段（C）三部分，包括管坯模具、第一芯管（1）、第二芯管（2）以及扩张头组件，所述管坯模具包括支架模（3）、外部的口模（4）以及内部的芯模（5），口模（4）和芯模（5）分别通过螺纹结构固定在支架模（3）上，形成管坯容腔（6），第一芯管（1）和第二芯管（2）安装在支架模（3）上，均位于芯模（5）内部，第一芯管（1）设置在第二芯管（2）的内部，第一芯管（1）的末端齐平或者超出第二芯管（2）的末端，在第二芯管（2）后端预定位置处设置有外螺纹（25），外螺纹（25）连接有扩张头组件，用于对管坯进行径向拉伸，扩张头组件后方设置有牵引机，带动管坯移动；

末端的芯模（5）长度伸出末端的口模（4）外，末端芯模（5）伸出口模（4）的部分外径逐渐缩小，第二芯管（2）对应此处的外径扩大到小于等于未伸出口模段的芯模（5）的外径，形成局部凹陷（27），用于压缩空气从模具段出来从局部凹陷处进入管坯容腔（6）内表面与末端的芯模（5）外表面之间，形成空气膜；

所述扩张头组件为分段式空腔结构组合而成，首腔（15）为圆锥体结构，端部设有与第二芯管（2）外螺纹（25）相配合的内螺纹，尾腔（16）为圆柱体结构，中间部分腔体为过渡腔体（17），相邻空腔结构之间通过螺纹结构固定连接，在每个空腔结构的末端设置有环形的支撑板（18）形成空腔，支撑板（18）的内径大于第二芯管（2）的外径，除尾腔（16）的支撑板（18）外，其余支撑板（18）上均开设有第一冷却风通孔（19），在首腔（15）内的第二芯管（2）上也开设有第二冷却风通孔（20），在第二芯管（2）的末段安装有芯管堵头（21），用于密封第一芯管（1）和第二芯管（2）之间的通道，在扩张头组件末端还设置有测温探头（24）。

2.根据权利要求1所述的一种管材双向拉伸取向增强装置，其特征在于，支架模（3）的支架数量大于等于4个，支架上设置有径向通孔，分别用作压缩空气入口（10）、冷却风入口（11）以及冷却风出口（12），在芯模（5）安装一侧的支架模（3）端面开设有第一连通孔（7）、第二连通孔（8）以及第三连通孔（9），第一连通孔（7）的一端与用作压缩空气入口（10）的径向通孔相连通，另一端连通于芯模（5）和第二芯管（2）之间的空腔；第二连通孔（8）的一端与用作冷却风入口（11）的径向通孔相连通，另一端与第一芯管（1）的内腔相连通；第三连通孔（9）的一端与用作冷却风出口（12）的径向通孔相连通，另一端与第一芯管（1）和第二芯管（2）之间的空腔相连通。

3.根据权利要求2所述的一种管材双向拉伸取向增强装置，其特征在于，所述口模（4）和芯模（5）的数量为分别为多级，口模和口模之间以及芯模和芯模之间通过螺丝进行相互固定连接，口模（4）上设置有调节管坯壁厚均匀度的调节螺钉（13）。

4.根据权利要求3所述的一种管材双向拉伸取向增强装置，其特征在于，各个芯模（5）内表面设置有绝热材料（14）。

5.根据权利要求4所述的一种管材双向拉伸取向增强装置，其特征在于，第一芯管（1）和第二芯管（2）的中心线和模具挤出中心线重合，在模具段（A）第二芯管（2）的外径小于末端芯模（5）的内径，与末端芯模（5）形成环隙作为压缩空气通道，第二芯管（2）的外径在末端芯模（5）的末端斜向上扩大到小于等于末端芯模（5）外径，并在此后部分的第二芯管（2）上全部设置有外螺纹（25），用于安装扩张头组件并调节安装位置。

6.根据权利要求5所述的一种管材双向拉伸取向增强装置，其特征在于，在尾腔（16）的第二芯管（2）上设置有止退螺母（22），与前一空腔的支撑板（18）贴紧设置，防止扩张头组件工作时螺纹松动后退。

7.根据权利要求6所述的一种管材双向拉伸取向增强装置，其特征在于，在直管段（B）的管坯容腔（6）外侧设置有可移动的风环（23），配套可调节风量的风机，所述风环（23）内部设置有红外加热灯和外表面的测温探头（24），用于对管坯外表面均匀吹风并测温。

8.一种如权利要求7所述的管材双向拉伸取向增强装置的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）按照常规塑料管材开机方法，将管坯挤出并逐步增大压缩空气气量，使管坯与芯模（5）、第二芯管（2）外表面阻力降低，调整工艺参数，到达扩张头前部时，通过测温探头（24）测定管坯外表面温度，并将不符合要求的部分手工割除；

（2）开启风环（23）吹风对管坯外表面冷却，根据末端测温数据调节冷却风风机吹风量和压缩空气气量，并调节扩张头组件前后位置，使管坯双向拉伸前达到工艺要求的温度；

（3）将管坯沿纵向割成几条，手工牵引通过扩张头并与牵引机连接，开启牵引机带动管坯前进，此时停止将管坯纵向割成几条，使其形成一个完整管坯；

（4）开启冷却风阀门，对扩张头组件各个腔进行冷却，使管材双向拉伸同时冷却，根据扩张头末端测的温度调节冷却风大小，并可根据情况增减扩张头腔数，之后进入常规管材生产工艺流程调试即可。

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