热塑性塑料管的热弯成型装置及热弯成型工艺方法与流程
本发明具体涉及一种热塑性塑料管的热弯成型装置及热弯成型工艺方法。
背景技术：
热塑性塑料管按一定需求结构弯曲定型是目前其工业应用的难题，难点列举如下：
1)弯曲位置易凹陷、折断、严重失圆。
2)热弯定型后易回弹，尤其在工况温度较高时，易出现大幅回弹，影响管内流体流动性及外观装饰性。
3)热弯半径越小，壁厚越薄，形状越复杂和热弯道次越多，上述中的难点1)、2)现象就越容易发生。
4)热弯时直线段热塑性管易发生扭曲、折叠、起皱等失直现象。
5)不同材料的热弯温度、保温时间、冷却方式不同，以及不同条件下的多样性需求，在数个变量的因素下，热弯一定形状、尺寸的成型管工艺复杂，成品率低、效率低。
目前已有技术中生产的热塑性定型弯管，多以三个联动定位装置分别固定预弯成型管的两端及弯曲中心，然后对其进行一次加热定型后进行冷却，待冷却后修剪、清洗，即完成了目标热塑性定型弯管的生产。该方法的缺点是：1)多以单件生产为主，效率低，占用空间大，当批量生产时需要投入大量的成型装置；2)由于只经过一次加热冷却过程，该方法生产的热塑性定型管在一定工况温度较高时，随着残余应力快速释放，容易回弹。
技术实现要素：
本发明的目的是：提供一种不仅工艺简单、生产成本低，而且不易回弹以及可以批量生产的热塑性塑料管的热弯成型装置及热弯成型工艺方法。
为了达到上述目的，本发明的第一个技术方案是：一种热塑性塑料管的热弯成型装置，包括支撑底板、定位块、穿芯软轴、直线段限位块和成型块，所述支撑底板上且沿其长度方向的两端分别设有定位块，两个定位块之间设有多个分开布置的成型块，相邻的成型块之间构成热塑性塑料管用来热弯成型的成型槽，所述成型块的两侧或其中一侧设有多个分开布置的直线段限位块，且直线段限位块与支撑底板可拆卸连接，所述直线性限位块具有线性槽，所述穿芯软轴依次穿过对应的直线段限位块的线性槽和成型槽。
在上述第一个技术方案中，每一个成型块的顶部端面上设有刻度线。
在上述第一个技术方案中，所述成型块的一侧为弧形凸面，另一侧为弧形凹面，相邻的两个成型块中的前一个成型块的弧形凹面与后一个成型块的弧形凸面构成成型槽。
在上述第一个技术方案中，所述成型槽的弧度为30°～150°。
为了达到上述目的，本发明的第二个技术方案是：一种热塑性塑料管的热弯成型工艺方法，其具体步骤是：
步骤a、将预成型的坯料装夹在热弯成型装置的成型槽内上，并且坯料套装在热弯成型装置设有的穿芯软轴上，然后将坯料连同热弯成型装置整体置于烘箱内加热，加热一段时间再进行保温，最后将整体从烘箱内取出；
步骤b、对经步骤a处理后的坯料并连同热弯成型装置进行同步阶梯式冷却；
步骤c、从坯料的管内抽出穿芯软轴，而坯料依旧保持装夹状态，接着将坯料连同热弯成型装置放入一定温度的热水中浸泡一段时间，取出后再次进行冷却，最后从热弯成型装置的成型槽内取出坯料，此时坯料已完成热弯成型工序。
在上述第二个技术方案中，所述步骤a中烘箱内的加热温度控制在150℃～250℃范围内，加热时间控制在5分钟～30分钟范围内；所述烘箱内的保温温度控制在150℃～250℃范围内，保温时间控制在5分钟～30分钟范围内。
在上述第二个技术方案中，所述步骤b中坯料连同连热弯成型装置放在空气中冷却1分钟～5分钟，然后再将其置于温度为15℃～25℃的冷水中冷却1分钟～10分钟。
在上述第二个技术方案中，所述步骤b中对坯料实施空气冷却后，通过红外测温仪测得装置及坯料表面温度低于保温温度30℃～100℃，然后再进行冷水冷却。
在上述第二个技术方案中，所述步骤c中热水的温度高于坯料实际工作温度20℃～50℃，浸泡时间控制在5分钟～15分钟范围内，当坯料连同热弯成型装置达到水温后并保温5分钟～15分钟取出，然后再次利用温度为15℃～25℃的水进行水冷却，冷却时间控制在1分钟～10分钟范围内。
在上述第二个技术方案中，若坯料是在一定工作情况下发生回弹或变形后的工件，在实施步骤a之前还设有预加热工序，所述预加热工序的具体过程是：在工件弯曲中心位置做出标记线，然后将其置于温度为80℃～200℃的烘箱中加热5分钟～30分钟，然后在烘箱内温度为80℃～200℃下保温5分钟～30分钟。
本发明所具有的积极效果是：采用本发明的热塑性塑料管的热弯成型装置后，由于本发明包括支撑底板、定位块、穿芯软轴、直线段限位块和成型块，所述支撑底板上且沿其长度方向的两端分别设有定位块，两个定位块之间设有多个分开布置的成型块，相邻的成型块之间构成热塑性塑料管用来热弯成型的成型槽，所述成型块的两侧或其中一侧设有多个分开布置的直线段限位块，且直线段限位块与支撑底板可拆卸连接，所述直线性限位块具有线性槽，所述穿芯软轴依次穿过对应的直线段限位块的线性槽和成型槽；使用时，将热塑性塑料管套装在穿芯软轴的外周，并且卡装在直线性限位块的线性槽以及相邻的成型块之间的成型槽内，本发明根据热塑性塑料管的直径、弯曲角度以及弯曲半径调整成型槽的参数，本发明的热弯成型装置不仅结构简单，而且使用方便，适用于不同直径、不同弯曲角度、不同弯曲半径的热塑性塑料管的热弯成型；本发明的热塑性塑料管的热弯成型工艺方法，其具体步骤依次是：坯料装夹→置于烘箱加热→保温→冷却→抽芯→热水浸泡→冷却，本发明涉及的热弯成型工艺方法，在历经首次烘箱加热保温后，采用阶梯式分段冷却，使坯料从完全软化状态转变为非完全软化状态，坯料在完全软化状态下没有弹性，不具备保持任何形状的能力，采用直接冷却易使其起皱、失圆，当坯料转变为非完全软化状态时，坯料具备一定的弹性回复能力，且硬度增加，本发明阶梯式分段冷却后保持原形状状态良好，且在装夹状态下的坯料，在弯曲弧段存在大量的残余应力，当坯料处于一定工况的自由状态下时，应力逐步或快速释放，向克服原应力屈服的反方向发生形变，即回弹。本发明的热弯成型工艺方法使坯料经首次成型后，去掉穿芯软轴使其在高于实际工况温度，且在坯料装夹状态下加热之一定温度下并保温一段时间，使其残余应力定向释放，该过程下残余应力释放保持了原形状，由于二次加热温度高于实际工况温度，在二次保温温度下残余应力完全释放后，实际工况的温度低于二次去应力及定型温度，故在实际工况的温度下坯料不再发生较大的形变。该工艺方法生产的热塑性定型弯管的实际热弯成型角度误差为±2°。本发明以热弯成型装置为基础的的热塑性塑料管的热弯成型工艺方法，克服了现有技术中热塑性塑料管热弯时凹陷、折断、失圆、划伤的难题，保证定型后在指定工况下无回弹、扭曲、失直现象发生，长期使用状态良好，于产品不影响管内设计流量和外观装饰性。
附图说明
图1是本发明的热塑性塑料管的热弯成型装置的结构示意图；
图2是图1中直线性限位块的立体结构示意图；
图3是图1中支撑底板与定位块与成型块装配的立体结构示意图；
图4是本发明实施例1和实施例2的热塑性塑料管的结构示意图；
图5是图4的侧视示意图；
图6是图4的预成型坯料示意图；
图7是图4的长度展开示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
如图1、2、3所示，一种热塑性塑料管的热弯成型装置，包括支撑底板1、定位块2、穿芯软轴3、直线段限位块4和成型块5，所述支撑底板1上且沿其长度方向的两端分别设有定位块2，两个定位块2之间设有多个分开布置的成型块5，相邻的成型块5之间构成热塑性塑料管用来热弯成型的成型槽51，所述成型块5的两侧或其中一侧设有多个分开布置的直线段限位块4，且直线段限位块4与支撑底板1可拆卸连接，所述直线性限位块4具有线性槽41，所述穿芯软轴3依次穿过对应的直线段限位块4的线性槽41和成型槽51。
如图1所示，使用时，将坯料装入预弯定型槽内，每一个成型块5的顶部端面上设有刻度线，确保弯曲中心标记线与成型槽上的刻度线的中心对齐，保证预弯定型管在弯曲中心两侧的长度可控。
如图3所示，为了使得本发明结构更加合理，以便于调整适用不同规格坯料热弯成型所匹配的成型块，所述成型块5的一侧为弧形凸面，另一侧为弧形凹面，相邻的两个成型块5中的前一个成型块的弧形凹面与后一个成型块的弧形凸面构成成型槽51。
本发明所述成型槽51的弧度为30°～150°。所述成型槽51的弧长由弯曲半径和弯曲角度共同决定，若弯曲半径为r，则成型槽51的弧长为r/6mm～5r/6mm。
本发明的成型块5和直线段限位块4的底部均设有多个螺钉孔，并通过沉头螺钉与支撑底板1紧定为一体。
本发明的热弯成型装置使用时，将热塑性塑料管套装在穿芯软轴的外周，并且卡装在直线性限位块的线性槽以及成型槽内，完成对坯料的装夹，以及便于实施后续的热弯成型工序。本发明的热弯成型装置不仅结构简单，而且使用方便，适用于不同直径、不同弯曲角度、不同弯曲半径的热塑性塑料管的热弯成型。
本发明的热弯成型装置的优势是：
1)主体采用快速热传导材料，例如铝合金3a21、铝合金5052、紫铜板t2等，保证装置可以快速达到与烘箱烘烤温度相当，使预弯管整体受热均匀，避免了因受热不均而引起的起皱，膨胀不一现象。
2)可预弯定型不同弯曲角度的热塑性定型管。预弯指定角度的热塑性管，选择与其预弯定型角度相匹配的成型槽，预弯角度计为θ，该热弯成型装置适宜的θ范围：30°≤θ≤150°；热塑性塑料管热弯成型后会有一定的塑形回弹量，回弹角度计为
3)可预弯定型不同弯曲半径的热塑性定型管。预弯指定半径的热塑性管，选择与其预弯定型半径相匹配的成型槽，即可预弯定型目标弯曲半径的成型管。
4)可控制目标定型管直线段的直线度。穿芯软轴质软易成形，穿入预弯目标管内后会失直，采用直线段限位块的线性槽固定其走向，线性槽直径计为d，预弯管外径计为d，其关系约束为：d＝d-(0.5-1)mm。本发明的直线段限位块4与支撑底板1的连接只需要紧固一个沉头螺钉即可，按需求角度调整之后紧固，实现了预弯成型管直线段与弯曲圆弧两端的的角度调整，以补偿不同材料或规格热塑性弯管热成型时的不同回弹量；同时也可以作为备用螺纹孔使用，当有螺纹孔滑牙或破坏时，可采用与原固定位置平行方向的其他螺纹孔替代。
5)可预弯不同直径的热塑性管。依据预弯热塑性塑料管的直径，选择相匹配的穿芯软轴、管槽。该方法适宜热弯直径：φ5mm≤d≤φ50mm。
6)穿芯软轴可重复循环利用。采用的穿芯软轴熔点高于目标预弯定型管材料熔点，质软易弯曲，不划伤预弯管内壁，穿芯软轴直径＝预弯管内径-(0.5-1)mm，可重复使用，多次使用后需要在一定温度下矫直，表面被污染后要采用物理或化学方法清洗后再使用。
7)不划伤预弯成型管内/外管壁。限位槽全部棱角倒圆角处理，避免划伤预弯成型管内外表面。
一种热塑性塑料管的热弯成型工艺方法，其具体步骤是：
步骤a、将预成型的坯料装夹在热弯成型装置的成型槽内上，并且坯料套装在热弯成型装置设有的穿芯软轴上，然后将坯料连同热弯成型装置整体置于烘箱内加热，加热一段时间再进行保温，最后将整体从烘箱内取出；
其中，所述步骤a中烘箱内的加热温度控制在150℃～250℃范围内，加热时间控制在5分钟～30分钟范围内；所述烘箱内的保温温度控制在150℃～250℃范围内，保温时间控制在5分钟～30分钟范围内；
步骤b、对经步骤a处理后的坯料并连同热弯成型装置进行同步阶梯式冷却；
所述步骤b中坯料连同连热弯成型装置放在空气中冷却1分钟～5分钟，通过红外测温仪测得装置及坯料表面温度低于保温温度30℃～100℃，然后再将其置于温度为15℃～25℃的冷水中冷却1分钟～10分钟。
步骤c、从坯料的管内抽出穿芯软轴，而坯料依旧保持装夹状态，接着将坯料连同热弯成型装置放入温度高于坯料实际工作温度20℃～50℃的热水中浸泡5分钟～15分钟，取出后再次利用温度为15℃～25℃的水进行水冷却，冷却时间控制在1分钟～10分钟范围内，最后从热弯成型装置的成型槽内取出坯料，此时坯料已完成热弯成型工序。
若坯料是在一定工作情况下发生回弹或变形后的工件，在实施步骤a之前还设有预加热工序，所述预加热工序的具体过程是：在工件弯曲中心位置做出标记线，然后将其置于温度为80℃～200℃的烘箱中加热5分钟～30分钟，然后在烘箱内温度为80℃～200℃下保温5分钟～30分钟。
实施例1
一种小直径fep定型弯管的生产工艺方法与效益。
设计需求：如图4、5所示，生产目标定型fep管的直径为φ、壁厚为t、预弯定型半径为r、预弯角度为θ、两端直线段长度分别为a、b。注：以下φ-t指直径为φ，壁厚为t，单位为mm的热塑性塑料管。
具体生产工艺过程：
生产目标定型fep管坯料尺寸确定：如图6、7所示，按设计需求目标定型管各尺寸展开，并在两端各预留一定余量c；(注：忽略热成型过程中目标成型管长度方向的增量)，坯料管长度为l＝(a+b+k+2c)mm，并在弯曲中心k/2处做标记线。
热弯成型装置参数设计：支撑底板1尺寸根据预制成型管在图纸上的排布和烘箱能容纳的体积和面积确定，保证预制成型管全部受到底板平面支撑即可；成型槽的弯管定型槽中心线角度设计为
穿芯软轴：采用直径[φ-t-(0.5)]mm的实心ptfe芯轴，保证两端长度各大于目标预弯定型坯料管100mm，即长度为[a+b+k+2c+(100-150)]mm。在多次利用被污染发黄时，可采用弱酸清洗。
装夹流程：将与目标需求φ-tfep定型弯管匹配的成型槽通过沉头螺钉固定在匹配的支撑板1上，用实心ptfe软棒穿过预弯fep管，装入预弯成型槽内，并确保弯曲中心标记线与成型槽的中心标记线对齐，再将成型块两侧的直线段限位块分别固定在支撑底板1上，即完成了热塑性塑料管的预弯定型装夹。
热弯成型工艺流程：将装夹完成的预弯定型管及装置一起置于烘箱中加热220℃～240℃，保温20分钟-25分钟；取出后在空气中冷却5分钟，通过红外测温仪测得装置及坯料表面温度为160℃～180℃时，，再浸于冷水中冷却至10℃～25℃；抽出穿芯软轴，将目标成型管同装置一起浸于90℃-100℃的沸水中浸泡8分钟，再浸于冷水槽中冷却至常温，拆除直线段限位块，将目标成型管从成型槽内拿出，最后清洗、修剪、包装，完成定型弯管制作。
实际成型管的角度分布在θ±2°，成型的fep弯管在70℃及以下的循环水温中工作，不会发生回弹、变形。利用该方法生产φ12-1mm、热弯角度90°、热弯半径r60的fep定型弯管，与目前市场上采用单件生产的工艺可节约成本70％。
实施例2
一种外径φ10mm，壁厚1mm的pvc透明塑料管的热弯成型工艺方法。
设计需求：如图4、5所示，生产目标定型fep管的直径为φ、壁厚为t、预弯定型半径为r、预弯角度为θ、两端直线段长度分别为a、b。注：以下φ-t指直径为φ，壁厚为t，单位为mm的热塑性塑料管。
具体生产工艺过程：
生产目标定型pvc管坯料尺寸确定：如图6、7所示，按设计需求目标定型管各尺寸展开，并在两端各预留一定余量c；(注：忽略热成型过程中目标成型管长度方向的增量)，坯料管长度为l＝(a+b+k+2c)mm，并在弯曲中心k/2处做标记线。
热弯成型装置参数设计：支撑底板1尺寸根据预制成型管在图纸上的排布和烘箱能容纳的体积和面积确定，保证预制成型管全部受到底板平面支撑即可；成型槽的弯管定型槽中心线角度设计为
穿芯软轴：采用直径[φ-t-(0.5)]mm的实心ptfe芯轴，保证两端长度各大于目标预弯定型坯料管100mm，即长度为[a+b+k+2c+(100-150)]mm。在多次利用被污染发黄时，可采用弱酸清洗。
装夹流程：将与目标需求φ-tfep定型弯管匹配的成型槽通过沉头螺钉固定在匹配的支撑板1上，用实心ptfe软棒穿过预弯fep管，装入预弯成型槽内，并确保弯曲中心标记线与成型槽的中心标记线对齐，再将成型块两侧的直线段限位块分别固定在支撑底板1上，即完成了热塑性塑料管的预弯定型装夹。
热弯成型工艺流程：将装夹完成的预弯定型管及装置一起置于烘箱中加热150℃～160℃，保温10分钟-15分钟；取出后在空气中冷却2分钟，通过红外测温仪测得装置及坯料表面温度为80℃～90℃时，再浸于冷水中冷却至10℃～25℃；抽出穿芯软轴，将目标成型管同装置一起浸于70℃-80℃的热水中浸泡10分钟，再浸于冷水槽中冷却至常温，拆除直线段限位块，将目标成型管从成型槽内拿出，最后清洗、修剪、包装，完成定型弯管制作。
实际成型管的角度分布在θ±2°，成型的pvc弯管在50℃及以下的循环水温中工作，不会发生回弹、变形。
实例3：已回弹φ-tfep管的反措再热弯成型工艺流程
注：反措的fep管，允许有失直、回弹、轻微凹陷现象；但不允许有折断。
工艺流程：回弹fep塑料管→在原水管圆角中心处做好标记→将做好标记的fep管置于150℃～160℃的烘箱中保温4～5分钟，致其均匀回弹后取出。再按实例1所述方法重新热弯定型。
本发明涉及的热弯成型工艺方法，在历经首次烘箱加热保温后，采用阶梯式分段冷却，首先经一段时间的空气冷却，使坯料从完全软化状态转变为非完全软化状态，坯料在完全软化状态下没有弹性，不具备保持任何形状的能力，采用直接水冷却易使其起皱、失圆，当坯料转变为非完全软化状态时，坯料具备一定的弹性回复能力，且硬度增加，此时采用水冷却后保持原形状状态良好。在装夹状态下且采用急冷冷却方式的坯料，在弯曲弧段存在大量的残余应力，当坯料处于一定工况的自由状态下时，应力逐步或快速释放，向克服原应力屈服的反方向发生形变，即回弹。本发明的热弯成型工艺方法使坯料经首次成型后，去掉穿芯软轴使其在高于实际工况20℃～50℃，且在坯料装夹状态下加热之一定温度下并保温一定时间，使其残余应力定向释放，该过程下残余应力释放保持了原形状，由于二次加热温度高于实际工况温度20℃～50℃，在二次保温温度下残余应力完全释放后，实际工况的温度低于二次去应力及定型温度，故在实际工况的温度下坯料不再发生较大的形变。该工艺方法生产的热塑性定型弯管的实际热弯成型角度误差为±2°。
热塑性塑料管的热弯成型生产方法效益：
1)可生产热塑性塑料管的弯曲定型。生产工艺流程为预弯成型坯料装夹→置于烘箱加热→保温→空气冷却→冷水冷却→抽芯→沸水浸泡→冷水冷却→清洗→修剪→包装。
2)可用于已回弹或已变形的热塑性薄壁管的再热弯定型，即反措。生产工艺流程为：预反措热塑性定型管弯曲中心标记→置于烘箱中加热至完全回弹→预反措定型管装夹→置于烘箱加热→保温→空气冷却→冷水冷却→抽芯→沸水浸泡→冷水冷却→清洗→包装。
3)通过该方法生产的热塑性定型弯管，无凹陷、无褶皱、无失圆、无失直现象，且在一定温度的流体循环工况下无回弹、无变形。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
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