专利名称：用冷却衬套表面的吸力和气压成型管子的方法
技术领域：
本发明涉及一种热塑管子成形方法及装置，其中使用一个定径衬套来确定管子内径。本发明特别适于生产带肋管或者双层管。
在这类装置中，被连续挤出的热塑材料管子型坯进入一个位于芯棒周围的移动管状模道，并由芯棒下游的一个定径衬套制成管子的形状。在一些情况下，如果挤出物不易流入模具，可加热衬套以增加挤出物的流动性，还可在模具凹入部位底部施加吸力，使挤出物容易流入这些凹入部位。然而，更常用的是所提供的挤出物本身具有良好的熔融状态，足以充分流入模具。在这种情况下，有必要提供一个定径衬套，以便确定管子的内壁，从而把挤出物限定在一个适当的模腔之中。
1982年12月28日公布的查普林(Chaplain)的美国专利NO.4，365，948介绍了一种简单的确定管子内壁的定径衬套。在定径衬套中通常要求进行温度控制，为此，卢泼克(Lupke)在1985年10月8日公布的美国专利NO.4，545，751中介绍了一种较为完善的装置。在这种装置中，衬套不是用来确定管子内壁，而是用来将压缩空气分配到波纹状管子的内侧。压缩空气通过与挤出喷嘴共轴的中心芯棒取得。由于周围的热空气向外排出，中心的冷空气就从衬套流出，与波纹状管子的内侧相接触，使内部的衬套与管子内壁分离。当波纹状管子被包围时，这种装置是适用的，但是冷却温度范围有限。而在衬套之后成形带肋管子时，这种装置就不大适用，在这种情况下，衬套应该与管子内壁接触，以便控制它进入模子区域。此时，在衬套壁与管子内壁之间不能释放空气进行冷却。卢泼克在他后来的美国专利NO.4，555，230(1985年11月26日公布)中披露了适于成形带肋管子的一种冷却衬套。在该项专利中，卢泼克不再使用释放冷却空气的方法，而是在衬套表面的内部和附近提供一个螺管，冷却流体可通过该螺管流出。
生产不带肋或波纹的单层平壁管的方法通常包括将一根型坯挤入一个模具中，模具的温度可以用一个水套进行调节。不是采用定径衬套来形成管子内表面，而是采用气压之类迫使管子贴在外模上。这样做成的管子，其内壁不很均匀，这是由于在管子凝固时收缩不均等原因造成的。这种方法的优点是能以较高的速度生产上述管子。
同一发明者在1988年12月20日提出的加拿大专利申请NO.586，528介绍了一种冷却衬套并提出权利要求，其特征为，衬套是靠进入其中的气体的等熵膨胀来进行冷却的。此项专利申请在向衬套运送冷却流体以及控制冷却程度方面具有许多优点，但不能解决管子内壁的有规律的凹凸不平问题。
此时，使用定径衬套是为了形成光滑的管子内壁，但是，在生产带肋管子时，管子内壁不平滑问题依然存在。这是由于肋和凹槽处壁厚不同，需要的塑性材料不一样多。形成肋所需的塑性材料比肋间管壁部分(凹槽)所需的材料多，于是在该装置的充填模块处就产生了应力。结果，在管子壁厚不同处，例如在肋和凹槽处，由于收缩就产生了不均匀现象。
同一发明者在1988年9月16日提出的加拿大专利申请NO.577，653作了如下介绍并提出
权利要求
在模具充填处使用一个塑性材料储存腔，以便使压力变化均匀并减少应力。这种储存腔对于上述用途来说效果显著，但在管子内壁上仍旧可以看到压力变化的一些影响。
在这种情况下，管子的内壁可能出现轻微的波浪形，也就是说，在肋之间由于挤出物压力较大，容易明显地向内凸起;肋的对面由于挤出物压力较小，容易缩进而成为凹陷。如果不使用储存腔，上述影响更为显著。
在生产双层壁波纹状管子时，波纹内部的压力造成了许多困难。如果此压力太低，内壁可能弯曲地进入波纹，使内壁产生不合要求的凹部。反之，如果此压力太高，内壁可能离开波纹，使内壁产生不合要求的隆起。
同一发明者在1989年1月16日提出的加拿大专利申请NO.586，828介绍了一种方法并提出权利要求，此方法在冷却衬套表面施加吸力(真空)，以便减轻内壁有规律的凹凸不平现象。
1989年2月28日公布的美国专利NO.4，808，098介绍了一种冷却衬套，它具有两个环形分配沟槽，所述沟槽单独地连结到真空源上，一个沟槽沿轴向距挤出喷嘴较远，另一个沟槽沿轴向距挤出喷嘴较近，因此，在衬套长度方向吸力大小是可以变化的。
本发明改善了加拿大专利申请NO.588，338所介绍的方法，例如，当管子需要做出扩大部分时，本发明交替使用吸力与压力。
因此，本发明提供了一种成形无缝热塑管子内壁的方法，此方法包括借助于被成形管内部的一个定径衬套来确定内壁;将来自所述衬套内部的吸力经过连接装置施加到被成形管的内壁上;当管子内壁需要加大直径时，改为通过所述连接装置对该内壁施加压力。在管子上形成一个扩大部分就属于管子内壁需要加大直径的情况，在衬套的定径表面上最好做出一条或多条沟槽，以便将吸力或者压力分布到所述表面上。
本发明方法专门应用于移动模类型的管子成形装置。当这些装置成形带肋管子或者双层壁波纹状管子时尤为适用。对于这类管子来说，沿模具长度方向所需挤出物数量不同，内壁上的缺陷往往更为明显。本发明方法和装置能解决这类管子以及平壁管子内壁所发生的多种缺陷。
在定径衬套表面施加吸力(真空)，对于从衬套内部通过管子定径表面上的多个孔吸取冷却水或者其他液体来说，也是有用的。所述冷却水或者其他液体可用来润滑被成形管子内壁和衬套之间的表面，也可作为别的用途。
本发明方法还特别适于与美国专利NO.4，808，098所介绍的两级装置共同使用。
下面结合附图介绍本发明的几个实施例，其中
图1是一个挤出喷嘴的断面图，该喷嘴用于在一个移动模型通道中成形热塑管子的装置，图中画出该模道的一部分以及根据本发明的定径衬套;
图2是用来成形单层平壁管子的挤出装置的局部断面图，该装置包括一个根据本发明的定径衬套;
图3是图1所示的冷却衬套图;
图4是用现有技术生产的管子的纵向断面示意图，可以看出其内壁呈不均匀状态;
图5示意图与图4类似，显示出符合需要的内壁形状;
图6是与图1类似的示意图，画出一个管子扩大部分在气压作用下成形的情况;
图7也是与图1类似的示意图，表示出波纹状双壁管的成形情况;
图8画出不是在吸力而是在气压作用下图7装置的情况;
图9表示出用图7装置成形一个管子扩大部分的情况;
图10表示出管子扩大部分的一种变形，此时使用一个具有向前的气压出口的冷却衬套。
由以上附图可见，该装置包括多个互补的模具组件。每个模具组件包括用绞链相互连结的模块16。
模块16可以成形所需的任何外形的管子，例如带环形肋的管、带螺旋状肋的管，双壁管等等。但是管的内壁必须是平滑的。
所述模具组件可有效地与一个挤出头23定位，该挤出头23可以具有传统的形式，它有效地连结在一台挤出机的喷嘴上。一旦需要，模具组件可离开挤出头23，以便靠近，进行维修或其他操作。
挤出头23包括一个轴向延伸的管段26，管段26被一个管状构件27围住，构件27的一个端部上用螺纹固定着环状挤出喷嘴24的一个外部构件28。而管段26上安装着该挤出喷嘴的内部构件29，所述内部构件29呈截顶圆锥状并终止在环形孔口31处，所述孔口31与管状构件27和管段26之间的环形空间32相通。而环状空间32又与挤出机(未画出)的挤出口相通，因此挤出机能将PVC之类的热塑材料传送到挤出喷嘴24。
在挤出喷嘴24下游的管段26延长部分上，挤出头支承着一个大体呈圆筒状的定径衬套46。当热塑材料离开挤出喷嘴24并通过模块16成形时，该衬套46确定管子的内壁。当生产如图1所示的带环状肋的单层管时，衬套46将热塑材料充填在模块16的凹槽中，以便在所获管子的外表面上做出环状肋。
衬套46可以象上述1988年12月20日提出的加拿大专利申请NO.586，528中所介绍并提出权利要求的那样，用等熵膨胀的压缩空气(例如二氧化碳)进行冷却。而该冷却衬套的润滑，可以象所述加拿大专利申请NO.586，528中所介绍的那样，通过一个多孔的润滑剂储存器进行。衬套46的冷却也可采用其他任何传统方法，例如，冷却水可从导管20流往通道25，所述通道25位于衬套46的内部并沿其全长延伸。然后冷却水可通过导管21流回，所述导管21穿过管状构件26的芯孔53。该衬套冷却装置不属于本发明，为了简化可对它进行多种变形。此外，回流导管也可采用任何适宜的方法进行固定。
冷却衬套46包括一个芯部，此芯部的一端与内部构件29相连结，其外表面上具有冷却液(例如水)通道25。此芯部还有一个轴线孔，它与挤出头23的延伸孔53相通。通道25可为螺线形或者任何合适的形状。芯部可用套筒47覆盖，以便将冷却液封闭在通道25中。套筒47具有一个基本平滑的外表面，以便确定被成形管子的内壁，此外它还具有一个或多个通道28，以便将吸力或气压分布到套筒47的外表面。图3中画出了通道28的一种形状，它呈螺旋状，横截面比冷却通道25的横截面小，因此在施加吸力时塑性挤出物被拉入吸力通道28的危险较小。实际上，通道28的宽度可以小到0.010英寸。当然，通道28可以是其他多种形状。导管38与通道28的吸力或压力口39相连，于是通道28经过导管38的支管61、62与一个单独的吸力源(未画出)或者压力源(未画出)相连。在施加吸力时，每个通道28最好均设置在冷却开始点的下游，使塑性材料不致被吸入通道28之中。并且，在设置通道28时应使气体压力能成形所需的管子扩大部分，因此通道28必须设置在管子仍然软到足以成形的地方。
当在衬套46的下游端施加吸力或者压力时，其力量朝上游端逐渐减弱。
在冷却液通道25与衬套46外表面之间，或者是在冷却衬套中的其他液体储存器与衬套46外表面之间提供小的连结通道30是有利的。通过通道28施加的吸力将因此而将少量液体吸往衬套外表面，使管壁得到润滑和(或)变得平滑。还能如同前述加拿大专利申请NO.586，528所介绍的那样，通过衬套46的一个多孔前部区域来进行润滑。
当采用1988年9月16日提出的加拿大专利申请NO.577，653所介绍并提出权利要求的方法成形带环状肋的管子时，导管38直接通往储存腔下游的通道28比较适宜。
在传统操作方法中，被成形管子的内壁容易产生凹凸不平，图4示意图夸大地画出了这种趋向。当在管子内壁，尤其是塑性材料容易发生流动的上游施加吸力时，在每根肋38′的相对处形成凹痕37的趋向小得多了。
在图2示意地画出的传统的单层平壁管子成形装置中，来自挤出头51并围绕着定径衬套52的管子50，通常是借助于一个冷却外套53来进行冷却的。根据本发明，在这种情况下，吸力可以通过导管54以及表面通道55施加到定径衬套52上。导管54可以不分支，也可以分支进入两根支管(如图所示)或者多根支管，以便象图1所示那样分级施加吸力。衬套52最好是一个具有冷却液通道57的冷却衬套，而所述冷却液来自通道56。在这种情况下，可使冷却液通过小的吸力通道58吸到表面上以便润滑或用于其他目的，所述通道58与上述通道30类似。
在生产单层平壁管子的其他传统设备中，添加一个冷却的内部定径衬套，能使外径成形工具不再需要如同外套53那样的水套，而改换成一个简单的不需冷却的成形工具。在一些情况下还可以设想完全取消外部成形工具。
图1、2所示的装置使用吸力，而图6所示的装置使用压力。在图6中，移动模包括多个专用的成形模块16′，以便成形管子扩大部分，此时，塑性材料在来自通道28的气体压力作用下进入模块16′。图6所示装置与图1所示装置的另一个不同处在于在图1中，导管39均为导管38的支管。因此，当使用图1装置时，在通道28中施加的吸力或者气压只能来自一个单独能源。而且，在图1所示装置中，冷却衬套46一端的通道28中的吸力或者气压均不能独立调节。然而，在图6中，衬套46下游端的通道28′，通过导管39′以及相应的分支导管61′、62′单独地连结到分开的吸力或者气压源上。与此类似，上游通道28通过导管39和38连接到分支导管61、62上，以便分别施加吸力或者气压。
图6装置使冷却衬套46相对端的吸力或者气压均可单独控制，并且还可以在冷却衬套46的一端施加气压，而在另一端施加吸力。
图6表示在带环形肋的管子上成形扩大部分的情形;当不需要成形管子扩大部分时，由通道28、28′加吸力，以便有助于在成品管子中形成光滑的内壁。成形管子扩大部分用的多个相配的模块16′呈环状模块系统形式。当这些模块16′如同图6那样安装在一起之后，关掉通过分支导管61施加的吸力，并通过分支导管62加上气压。而在通往通道28′的分支导管61′中可适当保留吸力，以便有助于将管子不需要扩大的部分拉回到冷却衬套46的外表面上。
图7所示装置与图6装置类似，但图7装置用来成形双壁波纹状管子。
图7装置在通道28和28′处均施加吸力，以制成具有光滑内壁的管子。外层波纹状壁由一个外部塑性型坯制成，它在内部挤出物31的上游被挤出，并用任何适合的方法压进此模具中。
如果在通道28、28′中以压缩空气代替吸力，内管就会被压入外管的波纹中，如图8所示，结果形成一根双层的波纹状管子。
由上述双层波纹管的成形可以想到，在成形图9所示的管子扩大部分时，同样可以使用气压。在这种情况下，提供多个形成扩大部分用的模块16′，并由传统的或其他适用的方法将外部型坯放入模块16′中;当模块16′如图9所示那样安装起来之后，向通道28加气压而不是吸力。此外，最好在通道28′中仍保持吸力，以便帮助管子按需要回到衬套46的表面。
可以看出，在本发明范围内可进行多种变形。例如，虽然图中只画出两套相互独立的通道28和28′，但为了增加所用气压和吸力的变化和配合，多于两套通道也是完全可能的。
而且，尽管图3画的衬套46具有简单的螺旋线通道28，所述通道也可以具有多种覆盖衬套46表面的形状。通道28最好是两条旋向相反的交叉螺旋线通道。
图10画出一种变形，其中气压是加在衬套46的上游前端。在这种情况下，内部型坯的扩大部分可在事先做出，也可在模具和衬套46之间的通道入口处形成。该内部型坯将朝上游方向膨胀成气球状，以便加固扩大部分72。可以相信，此实施例具有不少优点。
权利要求
1.一种无缝热塑管子的成形方法，它包括将一根加热的热塑材料管状型坯挤入一个管状模具中；使该型坯通过一个衬套的外表面周围，以便做出成形管，所述衬套位于模具内部的中心部分；通过所述衬套上的多个流体传送通道施加气体压力，从而压迫管子内表面离开衬套外表面，所述流体传送通道至少盖住该衬套外表面的一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征为，所述模具是具有多个连接模块的移动模具。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征为，所述气体压力单独地施加在所述衬套外表面的不同部分。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征为，所述气体压力单独地施加在所述衬套外表面的上游和下游部分。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征为，在需要压迫管子离开所述衬套外表面的时间间隔中，通过所述流体传送通道施加压力;而在所述间隔之间的至少一些时间中通过所述流体传送通道施加吸力。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征为，所述气体压力单独地施加在所述衬套外表面的不同部分。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征为，所述气体压力单独地施加在所述衬套外表面的上游和下游部分。
8.一种至少具有一个扩大部分的无缝热塑管子的成形方法，它包括将一根加热的热塑材料管状型坯挤入一个移动模具中，该模具具有由相互连接的模块构成的协同工作的通道，而且所述模块包括成形所述扩大部分外表面用的模块;使该型坯通过一个衬套的外表面周围，以便做出成形管，所述衬套位于模具内部的中心部分;然后将扩大部分成形模块靠近所述衬套，并通过所述衬套上的多个流体传送通道施加气体压力，从而压迫管子内表面离开衬套，贴在扩大部分成形模块上，所述流体传送通道至少盖住此衬套外表面的邻近扩大部分成形模块的部分。
9.根据权利要求8所述的成形单层壁管子的方法。
10.根据权利要求8所述的成形双层壁波纹状管子的方法。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征为，在所述衬套的上游部分施加气体压力，而在该衬套的下游部分施加吸力。
全文摘要
本发明涉及一种热塑管子成型方法及装置，其中使用一个用来确定热塑挤出管内表面的冷却衬套。在该衬套的表面上施加气压和吸力，或者两者之一。气压能使管子内壁向外膨胀成气球状，从而在模具内或者在一个外壁内形成管子扩大部分，或者固定在外层波纹状管的波纹中等等。而吸力能在气压施加处下游将管子内壁拉回到衬套表面上来。
文档编号B29C47/00GK1047247SQ9010356
公开日1990年11月28日 申请日期1990年5月16日 优先权日1989年5月17日
发明者曼夫瑞德·A·A·鲁波克 申请人:曼夫瑞德·A·A·鲁波克