JP2875007B2 - プラスチックベンド管の製造方法 - Google Patents

プラスチックベンド管の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はプラスチックベンド管の製造方法に関するも
のである。
(従来の技術) 配管、例えば、ガス,水道或いは下水用配管の曲がり
部の施工には、ベンド管が不可欠である。
プラスチック配管に使用するベンド管を製造するに
は、通常、製造しようとするベンド管の曲率に等しい曲
率を有する金型でプラスチック直管を加熱下で所定時間
加圧成形し、次いで金型を冷却してその成形プラスチッ
ク管を所定時間冷却し、この冷却後、脱型してベンド管
を得ている。この場合、加圧成形時でのプラスチック管
の圧潰変形、皺等の発生防止のために、プラスチック管
に砂等を充填している。
(解決しようとする課題) しかしながら、かかる成形法により製造したベンド管
においては、脱型後に曲げが幾分戻って曲率半径が増大
し、且つベンド角が減少し、厳密に所定の曲率半径及び
ベンド角を有するベンド管を得ることが困難である。こ
のプラスチックベンド管の曲げ戻りの原因は、加熱軟化
状態のプラスチックが粘弾性を有し、又、プラスチック
管を曲げるとプラスチック管の厚み方向に歪が異なるの
で、歪の小さなところでは弾性限界内にあって応力を発
生するが、歪の大きな所では塑性変形のために応力を発
生しない状態が起こり得、この状態のままで冷却固化さ
れれば、応力が残留し得ること、及び冷却が不均一であ
って、ある部分が先に冷却固化されて収縮したとき、他
の部分がまだ加熱軟化状態にあるためその収縮に伴い圧
縮されても、塑性流動のために応力を発生しないが、こ
の加熱軟化状態部分が冷却固化されて収縮すると、先に
冷却固化した部分の弾性率が高くなっているので応力
(熱応力)が発生し、この応力がプラスチック管の厚み
内に残留すること等による残留応力が主原因であり、こ
の残留応力が曲げを戻す方向であって、この残留応力の
ために固体状態のプラスチックの分子間の滑りが徐々に
生じ、曲げが戻されていくものと推察される。
もっとも、プラスチック管の加熱軟化状態下での金型
加圧を長時間にわたって行なえば、完全な塑性流動によ
って残留応力を消失でき、又、冷却を極めて徐々に行な
えば、熱応力の発生を除去し得て前記熱的原因のよる残
留応力を排除できるが、製造に長時間を要し、製造能力
の低下が余儀なくされる。
本発明の目的は、曲げの戻りを排除して厳密な所定の
曲率半径及びベンド角を保証でき、しかも製造能率に優
れたプラスチックベンド管の製造方法を提供することに
ある。
(課題を解決するための手段) 第1発明のプラスチックベンド管の製造方法は、加熱
したプラスチック直管を金型加圧により所定の曲率半径
で且つ所定のベンド角を有するベンド管に成形する方法
において、上記加熱したプラスチック直管を上記所定の
曲率半径よりも小なる曲率半径で且つ上記所定のベンド
角よりも大なるベンド角の金型により加圧成形し、この
曲り成形管を上記加熱温度と常温との間の中間温度に冷
却したうえで脱型し、而るのち、該成形管を曲率半径及
びベンド角が所定所定の曲率半径及びベンド角に等しい
金型によって最終的に加圧成形することを特徴とする構
成である。
第2発明のプラスチックベンド管の製造方法は加熱し
たプラスチック直管を金型加圧により所定の曲率半径で
且つ所定のベンド角を有するベンド管に成形する方法に
おいて、上記加熱したプラスチック直管を上記所定の曲
率半径よりも大なるベンド角で且つ曲率半径が上記の曲
率半径に等しい金型により加圧成形し、この曲り成形管
を上記加熱温度と常温との間の中間温度に冷却したうえ
で脱型し、而るのち、該成形管を曲率半径及びベンド角
が上記所定の曲率半径及びベンド角に等しく且つベンド
部の両側に直線部を有する金型によって最終的に加圧成
形することを特徴とする構成である。
(実施例の説明) 以下、図面により第1発明の実施例について説明す
る。
第1図は本発明によって製造するプラスチックベンド
管Aを示し、θはベンド角であり、Rは曲率半径であ
る。e−fは直線部分であり、従って、曲率半径は∞で
ある。
第2図において、1は中間成形用の金型を示し、上金
型11と下金型12とから構成され、その成形溝の曲率半径
R1は上記製品ベンド管Aの曲率半径Rよりも小とされて
いる。又、ベンド角はθであり、ベンド成形部分の長
さR1θは、製品ベンド管Aのベンド成形部分の長さR
θに等しくされている。従って、R1θ=Rθ,R>R1
り、θ>θである。
第4図において、2は最終成形用の金型を示し、上金
型21と下金型22とから構成され、その成形溝の曲率半径
R2及びベンド角θは上記製品ベンド管Aの曲率半径R
及びベンド角θに等しくされている。
第1発明によってプラスチックベンド管を製造するに
は、まずプラスチック直管を成形可能な所定温度にまで
加熱する。この加熱温度はプラスチックの種類によって
異なるが、ポリエチレン等のポリオレフィン等の場合、
通常管表面温度で85℃〜70℃である。このプラスチック
管には、加圧成形時の管断面形状の保形、皺発生防止等
のために砂等の充填材を積めることが望ましく、この場
合、常温の砂をプラスチック管に充填してこの砂充填プ
ラスチック管を加熱すること、加熱した砂をプラスチッ
ク管に充填し、更に、プラスチック管を加熱することの
何れによってもよい。砂を充填するには、管の下端を閉
栓して木ハンマーで叩きながら砂を詰め、管内の砂の隙
間を少なくするために木棒によって詰め込み、而るの
ち、管上端を閉栓すればよい。
又、管内に砂を充填後、管に振動を与えて圧密充填し
たり、管を振動させながら砂を充填させたりする方法に
よって行ってもよい。
プラスチック直管の加熱が終了すれば、第2図に示す
ように、この加熱プラスチック直管を中間成形用金型1
にセットして加熱成形し、所定時間加圧成形すれば、金
型1を所定時間水冷等により冷却して、プラスチック管
P1を脱型する。この段階のプラスチック管においては、
加圧時間が短いために塑性流動が完全ではなく曲げ変形
に対する弾性反力が生じており、脱型と同時に、プラス
チック管の曲げがかなり戻り、第3図に示すように、脱
型したプラスチック管P′の曲率半径R′及びベンド角
θ′が、第2図に示す中間成形段階での曲率半径R1及び
ベンド角θに対し、R′>R1となり、θ′<θとな
る。このR′(θ′)は上記中間成形用金型1の加圧時
間が短くなればなるほど大(小)になり、このR′
(θ′)を上記R1とRとの中間値(θとθとの中間
値)とするように、上記中間成形用金型1の加圧時間を
設定する。この設定時間はプラスチックの種類、ベンド
角等によって異なるが、ポリオレフィン系の場合、通常
1〜3分である。
上記冷却時間は、脱型したプラスチック管を変形なく
持ち運び可能な硬さにまで冷却固化できる時間であり、
ポリオレフィン系の場合、通常、管表面温度を35℃〜55
℃になし得る時間である。
上記中間成形用金型1から脱型した第3図の曲げ成形
管P′には応力が残留しており、その応力の方向は曲げ
を戻す方向、即ち、曲率半径R′を増大(ベンド角θ′
を減少)する方向である。この中間成形用金型1から脱
型した曲げ成形管P′を第4図に示すように、最終成形
用金型2にセットし、製品ベンド管Aの曲率半径R及び
ベンド角θと等しい曲率半径R2及びベンド角θで加圧
成形し、次いで金型冷却によって最終成形品の冷却を行
なう。この加圧成形によって、曲げ成形管P′の曲率半
径及びベンド角が第3図に示すR′及びθ′から最終の
曲率半径R及びベンド角θに等しい曲率半径R2及びベン
ド角θに設定される。
この加圧時間はプラスチックの充分な塑性流動により
プラスチック管P2(第4図)の弾性曲げ反力を消失させ
得るに足る時間とするが、RとR′との差及びθとθ′
との差が比較的小であり、プラスチック管における上記
曲率半径R′をR2即ちRにし、且つベンド角θ′をθ
即ちθにするのに必要なプラスチックの変形量が小であ
るので、その時間は比較的短くでき、前記中間成形用金
型1での加圧時間に対して1分程度長くすればよく、通
常、2〜4分である。又、最終成形時での冷却時間は、
プラスチック管表面温度を25℃〜35℃に冷却できる時間
とすればよく、この冷却後にプラスチック管を最終成形
用金型2から脱型する。この脱型したベンド管の表面温
度如何によっては、そのベンド管を常温水槽に浸漬して
冷却する。上記の最終成形段階においては、中間成形品
P′(第3図)の曲げを拡げるように加圧成形してお
り、この曲げを拡げる変形は、中間成形品P′を中間成
形金型1から脱型したままで放置しておく場合にその中
間成形品P′が残留応力のために生じる変形と同方向で
あり、従って、最終成形段階での加圧成形によって、上
記残留応力を打ち消すことができる。従って、製品の曲
げ寸法を安定化できる。
次ぎに、第2発明の実施例を図面により説明する。
最終製品のベンド管Aは第1図に示したものと同じで
あり、ベンド角はθであり、曲率半径はRである。
第5図において、1′は中間成形用の金型を示し、上
金型11′と下金型12′とから構成され、その成形溝のベ
ンド角θ′は上記の製品ベンド管Aのベンド角θより
も大とされ、曲率半径R1′は上記製品ベンド管Aの曲率
半径Rに等しくされている。
第6図において、2′は最終成形用の金型を示し、上
金型21′と下金型22′とから構成され、その成形溝の曲
率半径R2′及びベンド角θ′は上記製品ベンド管Aの
曲率半径R及びベンド角θに等しくされ、ベンド部e−
eの両側に直線部e−fが設けられている。この最終成
形用金型2′の成形溝の長さと中間成形成形金型1′の
成形溝の長さとは等しくされており、第6図における直
線部e−fの長さをLとすれば、θ′R1′=θ
R2′+2Lとされている。
第2発明によってプラスチックベンド管を製造するに
は、まずプラスチック直管を成形可能な所定温度にまで
加熱する。この場合の加熱温度、砂等の充填については
第1発明の場合と同様である。
プラスチック直管の加熱が終了すれば、第5図に示す
ように、この加熱プラスチック直管を中間成形用金型
1′にセットして加熱成形し、所定時間加圧成形すれ
ば、金型1′を所定時間水冷等により冷却して、プラス
チック管P1′を脱型する。この中間成形での加圧時間、
冷却時間、冷却温度等については、第1発明における中
間成形の場合と同様である。
次いで、中間成形金型1′から脱型した曲げ成形管を
第6図に示すように、最終成形用金型2′にセットして
加圧成形し、次いで金型冷却を行う。
第5図及び第6図において、第6図のベンド部分e−
eについては、曲率半径R1′,R2が共に等しく、中間成
形段階から最終成形段階に至る間に、最終製品のベンド
角及び曲率半径の変動防止に寄与する応力の発生はな
い。しかし、第6図における直線部分e−fについて
は、中間成形段階から最終成形段階に至る間に曲率半径
R1′から曲率半径∞に曲げ成形され、最終成形金型2′
から脱型直後のベンド管の当該直線部分e−fにその曲
げ成形に基づく残留応力が発生し、この残留応力による
曲げモーメントの方向がベンド部e−eの残留応力によ
る曲げモーメントの方向と逆方向になる。従って、ベン
ド部分e−eの曲げモーメントが直線部分e−fの曲げ
モーメントによって打ち消され、ベンド管の寸法変動を
よく防止できる。このことは次ぎの実施例と比較例との
対比からも確認できる。
実施例 最終製品のベンド管のベンド角は45゜、曲率半径は30
0mmである。
外径114mm,厚み10.4mm,長さ500mmのポリエチレン管の
常温(25℃)の砂を充填し、加熱時間10分で管表面温度
が80℃になるまで加熱した。この加熱ポリエチレン管を
曲率半径300mm,ベンド角90゜の中間成形用金型で2分間
加圧し、加圧末期の6秒間、金型に冷却水(25℃)を注
水してポリエチレン管を冷却した。次いで、このポリエ
チレン管を中間成形用金型から脱型し、曲率半径300mm,
ベンド角45゜の最終成形用金型で3分間加圧成形し、加
圧末期の9秒間、金型に冷却水(25℃)を注水してポリ
エチレン管を冷却し、而るのち、脱型し、砂を抜いて最
終製品を得た。
この製品は所定の曲率半径300mm及び所定のベンド角4
5゜を有するものであり、5日経過後においても、ベン
ド角の変化は観られなかった。
比較例 実施例と同じポリエチレン管に常温(25℃)の砂を充
填し、加熱時間20分で管表面温度が50℃になるまで加熱
した。この加熱ポリエチレン管を、曲率半径300mm,ベン
ド角45゜の金型によって30分間加圧成形し、この期間
中、最終期間の10分間金型に冷却水(25℃)を注水し、
而るのち、脱型し、砂を抜いて最終製品を得た。1日放
置後、製品の曲率半径が若干大きくなり、ベンド角も28
゜に変化していた。
この実施例と比較例との対比からも明らかなように、
第2発明によっても、厳密に所定のベンド角及び曲率半
径を有するプラスチックベンド管を短い加工時間で製造
することが可能である。
又、第2発明によれば、例えば、ベンド角22.5゜のベ
ンド管を製造する場合、その中間成形用金型として使用
するベンド角の金型に、ベンド角45゜のベンド管を製造
する場合の最終成形用金型を用いることができ、数種類
のベンド角のベンド管を製造する場合に一部の金型を共
用できる利点もある。
(発明の効果) 本発明に係わるプラスチックベンド管の製造方法は上
述した通りの構成であり、製品の応力が残留するのを排
除できるから、所定の曲率半径及びベンド角を安定に保
持し得る寸法精度に優れたプラスチックベンド管を製造
できる。又、中間成形段階では、寸法精度が要求されな
いので高速成形が可能であり、最終成形段階において
は、例えば、中間成形段階で取出したプラスチックベン
ド管の主にベンド角が小となる方向に変形するために該
ベンド管を最終製品のベンド角と同じベンド角を持つ最
終成形用金型で加圧成形する際の曲げ加工率が小である
ので、短い成形時間で済まし得、全体通しての加工時間
をよく短縮できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によって製造するプラスチックベンド管
を示す側面図、第2図、第3図並びに第4図は第1発明
を示す説明図であり、第2図は中間成形中の状態を、第
3図は中間成形直後の状態を、第4図は最終成形中の状
態をそれぞれ示している。第5図並びに第6図は第2発
明を示す説明図であり、第5図は中間成形中の状態を、
第6図は最終成形中の状態をそれぞれ示している。1、
2、2′……金型、A……プラスチックベンド管、P1,
P′,P1′,P2……プラスチック管。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱したプラスチック直管を金型加圧によ
    り所定の曲率半径で且つ所定のベンド角を有するベンド
    管に成形する方法において、上記加熱したプラスチック
    直管を上記所定の曲率半径よりも小なる曲率半径で且つ
    上記所定のベンド角よりも大なるベンド角の金型により
    加圧成形し、この曲り成形管を上記加熱温度と常温との
    間の中間温度に冷却したうえで脱型し、而るのち、該成
    形管を曲率半径及びベンド角が上記所定の曲率半径及び
    ベンド角に等しい金型によって最終的に加圧成形するこ
    とを特徴とするプラスチックベンド管の製造方法。
  2. 【請求項2】加熱したプラスチック直管を金型加圧によ
    り所定の曲率半径で且つ所定のベンド角を有するベンド
    管に成形する方法において、上記加熱したプラスチック
    直管を上記所定のベンド各よりも大なるベンド角で且つ
    曲率半径が上記の曲率半径に等しい金型により加圧成形
    し、この曲り成形管を上記加熱温度と常温との間の中間
    温度に冷却したうえで脱型し、而るのち、該成形管を曲
    率半径及びベンド角が上記所定の曲率半径及びベンド角
    に等しく且つベンド部の両側に直線部を有する金型によ
    って最終的に加圧成形することを特徴とするプラスチッ
    クベンド管の製造方法。
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