CN104999637B - 一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法及设备，其方法是：从模头挤出的胚件经压缩空气吹胀，在胚件内部形成一层与制品中空形状相同的窄缝形气垫，受气垫的进一步扩张，使胚件贴紧于真空定径套内壁，在气垫和真空定型的协同作用下，成型中空管材制品，实现利用小口模连续制备大截面中空型材。其设备包括依次连接的挤出机、模头和真空冷却定型装置，模头内设有吹胀装置，吹胀装置包括芯棒、进风管和内冷气塞，进风管设于芯棒中部，内冷气塞的杆部设于进风管中，内冷气塞的头部设于模头和真空冷却定型装置之间的空间内，芯棒的外壁与模头之间为成型胚件的流道。本发明原理简单、易于操作和实现控制，同时产品的使用范围也较广。

Description

一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法及设备

技术领域

本发明涉及中空型材挤出成型技术领域，特别涉及一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法及设备。

背景技术

中空型材根据断截面来区分，一般分为圆管和异型管，其中异型管包括椭圆形异型管、方管、三角管、半圆形异型管、五瓣梅花形异型管等。塑料中空型材具有重量轻、强度大、耐腐蚀等特点，广泛地应用在建筑用材、电器电子、流体运输、家具等不同领域。随着国民经济增长，中空型材产品尤其是大截面中空型材的市场需求巨大。

中空型材的传统生产方法是：根据中空型材断截面的形状、制品材料、尺寸精度和成型速度，选择合适的机头口模和冷却定型方法。熔融物料从机头口模挤出形成初步的型坯，再及时对型坯进行冷却定型以保证制品的外观和尺寸精度。在实际生产中，中空型材的传统生产设备存在以下缺点：(1)挤出的中空型材截面与模头出口截面在形状上是近似的，但在尺寸上，模头出口截面的尺寸要大于挤出中空型材截面的尺寸；由于上述尺寸上的差异，挤出截面尺寸较大的中空型材时，模头的设计尺寸也必须根据相应截面变大，也就是只能出现小口模生产小截面中空型材，大口模生产大截面中空型材的情况；在生产大截面中空型材时，模头的体积和重量难免过大，不利于精度控制及设备成本控制；(2)若要生产形状复杂的制品，相应的芯棒和口模加工难度增大；(3)模头出口截面形状和尺寸决定了生产的中空型材类型，这限制了设备的产品生产范围；(4)传统方法生产的中空型材容易出现内应力大，翘曲变形的情况。

申请号为200920109219.X的实用新型专利公开了一种辅助扩张装置，利用带有锥度的模头，使通过模头的胚件扩张，被扩胚件通过利用凸起的圆环和凹槽相契合的模头和夹持棒，用紧固圆环把被扩胚件紧固在夹持棒上，施加外力移动夹持棒至牵引机处，从而实现连续生产大截面中空型材。该装置虽然结构简单，但需要增加额外的驱动装置移动夹持棒，增加了设备成本，扩张参数不可调，不能根据实际生产情况和物料进行调整。

针对目前大截面中空型材加工方法及设备存在的设备复杂笨重、设备加工难度大、适用范围小、产品性能不理想等问题，开发一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法及设备具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法，该方法原理简单、易于操作和实现控制，同时产品的使用范围也较广。

本发明的另一目的在于提供一种用于实现上述方法的利用小口模的大截面中空型材挤出成型装置。

本发明的技术方案为：一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法，从模头挤出的胚件经压缩空气吹胀，在胚件内部形成一层与制品中空形状相同的窄缝形气垫，受气垫的进一步扩张，使胚件贴紧于真空定径套内壁，在气垫和真空定型的协同作用下，成型中空管材制品，实现利用小口模连续制备大截面中空型材。

所述中空管材制品为圆管或异型管。

所述异型管为方管、三角管、椭圆形异型管、半圆形异型管或五瓣梅花形异型管。

本发明一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备，包括依次连接的挤出机、模头和真空冷却定型装置，模头内设有吹胀装置，吹胀装置包括芯棒、进风管和内冷气塞，进风管设于芯棒中部，内冷气塞的杆部设于进风管中，内冷气塞的头部设于模头和真空冷却定型装置之间的空间内，芯棒的外壁与模头之间为成型胚件的流道。

所述内冷气塞为中空结构，包括相连接的杆部和头部，杆部为直管状，头部为锥状，头部的侧壁设有通孔，杆部贯穿于整个进风管中，杆部靠近真空冷却定型装置的一端设置头部，杆部的另一端设有出气口。进风管内的大部分气体从通孔处进入内冷气塞并排除，部分气体在胚件与内冷气塞之间的空间排出，并形成气垫。

所述进风管为一端开放的管道结构，进风管的外壁嵌于芯棒中，进风管靠近内冷气塞头部的一端为开放端，进风管的侧壁设有进气口。

所述吹胀装置的外侧还设有壁厚调节装置，壁厚调节装置包括气塞支撑梁、气塞锁紧帽、壁厚调节手轮、壁厚调节杆、定径套支撑梁和十字支撑架，十字支撑架设于进风管外周，气塞支撑梁和定径套支撑梁分别设于内冷气塞的外周，十字支撑架的外侧依次设置定径套支撑梁和气塞支撑梁，定径套支撑梁和气塞支撑梁之间通过壁厚调节杆连接，壁厚调节杆一端设有壁厚调节手轮，内冷气塞设有出气口的一端通过气塞锁紧帽与气塞支撑梁固定连接。壁厚调节装置用于调节内冷气塞的头部与真空冷却定型装置之间的距离，以控制中空型材的壁厚。当内冷气塞头部进入真空冷却定型装置，气垫消失，内冷气塞的头部与真空定型套之间的间隙为胚件出口。

所述气塞支撑梁和定径套支撑梁上均设有螺纹孔，壁厚调节杆的螺纹部分分别与气塞支撑梁的螺纹孔和定径套支撑梁的螺纹孔连接，并采用双螺母锁紧。

所述壁厚调节手轮通过螺钉和键与壁厚调节杆的端部固定连接。

所述真空冷却定型装置的外侧还设有牵引装置，用于成型后中空型材的导向牵引。

上述利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备使用时，其原理是：由挤出机提供的塑化好的物料熔体进入模头内的流道，熔体从模头出口截面挤出，得到初步的中空型材形状(即胚件)，从进风管进入的高压冷空气与胚件内壁接触，使其温度降低至玻璃化温度与粘流温度之间，并使胚件内外存在压力差，高压冷空气使胚件扩张直至内外压力平衡；温度在玻璃化温度和粘流温度之间的胚件处于高弹态，弹性的胚件在高压冷空气的作用下与内冷气塞之间形成气流通道，胚件内一部分冷空气从此通道排出，并形成一层与制品中空形状相同的窄缝气垫，其余的冷空气从内冷气塞头部的通孔排出，气垫对胚件有扩张作用，使胚件内表面光洁，且气垫使胚件扩张贴紧真空冷却定型装置的真空定径套内壁；气垫扩张与真空定径的协同作用，实现利用小口模连续制备大截面中空型材。由于气垫的扩张作用，移动气垫的位置，即转动壁厚调节手轮调节内冷气塞与真空冷却定型装置的距离，或者调节牵引速度，可达到调节中空型材壁厚的作用；通过调节真空冷却定型装置与模头的相对位置来调节胚件扩张时的冷却长度；改变进风管中高压冷空气的气压大小，可改变胚件最大直径，即改变径向拉伸比。通过以上调节可使中空型材尺寸可控，性能可控。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法及设备原理简单，易于操作和实现控制。具体表现为：

(1)在模头体和真空冷却定型装置之间使胚件扩张，实现用小口模连续生产大截面中空型材，有效地简化了设备的结构；

(2)通过管胚气垫扩张与真空定径的协同作用，同时提高中空型材内外表面质量；

(3)通过移动气垫的位置，即转动壁厚调节手轮调节内冷气塞与真空冷却定型装置的距离，或者调节牵引速度，可达到调节中空型材壁厚的作用；可通过调节真空冷却定型装置与模头的相对位置来调节胚件扩张时的冷却长度。可改变进风管中高压冷空气的气压大小，可改变胚件最大直径，即改变径向拉伸比。通过以上调节可使中空型材尺寸可控，性能可控，可适应不同物料的加工；

(4)该设备可通过更换内冷气塞和真空定径套等部件，进行不同截面中空型材的连续生产，使用方便，适用范围较广。

附图说明

图1为本利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备的结构示意图。

图2a为中空管材制品为圆管时的截面示意图。

图2b为中空管材制品为方管时的截面示意图。

图2c为中空管材制品为三角管时的截面示意图。

图2d为中空管材制品为椭圆形异型管时的截面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法，从模头挤出的胚件经压缩空气吹胀，在胚件内部形成一层与制品中空形状相同的窄缝形气垫，受气垫的进一步扩张，使胚件贴紧于真空定径套内壁，在气垫和真空定型的协同作用下，成型中空管材制品，实现利用小口模连续制备大截面中空型材。

利用该方法可成型圆管(如图2a所示)、方管(如图2b所示)、三角管(如图2c所示)、椭圆形异型管(如图2d所示)或其它形状的异型管。

实施例2

本实施例一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备，如图2所示，包括依次连接的挤出机1、模头12和真空冷却定型装置13。

模头内设有吹胀装置，吹胀装置包括芯棒9、进风管2和内冷气塞3，进风管设于芯棒中部，内冷气塞的杆部设于进风管中，内冷气塞的头部设于模头和真空冷却定型装置之间的空间内，芯棒的外壁与模头之间为成型胚件的流道。其中，内冷气塞为中空结构，包括相连接的杆部3-1和头部3-2，杆部为直管状，头部为锥状，头部的侧壁设有通孔3-3，杆部贯穿于整个进风管中，杆部靠近真空冷却定型装置的一端设置头部，杆部的另一端设有出气口。进风管内的大部分气体从通孔处进入内冷气塞并排除，部分气体在胚件与内冷气塞之间的空间排出，并形成气垫。进风管为一端开放的管道结构，进风管的外壁嵌于芯棒中，进风管靠近内冷气塞头部的一端为开放端，进风管的侧壁设有进气口。

吹胀装置的外侧还设有壁厚调节装置，壁厚调节装置包括气塞支撑梁4、气塞锁紧帽5、壁厚调节手轮6、壁厚调节杆7、定径套支撑梁8和十字支撑架10，十字支撑架设于进风管外周，气塞支撑梁和定径套支撑梁分别设于内冷气塞的外周，十字支撑架的外侧依次设置定径套支撑梁和气塞支撑梁，定径套支撑梁和气塞支撑梁之间通过壁厚调节杆连接，壁厚调节杆一端设有壁厚调节手轮，内冷气塞设有出气口的一端通过气塞锁紧帽与气塞支撑梁固定连接。壁厚调节装置用于调节内冷气塞的头部与真空冷却定型装置之间的距离，以控制中空型材的壁厚。当内冷气塞头部进入真空冷却定型装置，气垫消失，内冷气塞的头部与真空定型套之间的间隙为胚件出口。气塞支撑梁和定径套支撑梁上均设有螺纹孔，壁厚调节杆的螺纹部分分别与气塞支撑梁的螺纹孔和定径套支撑梁的螺纹孔连接，并采用双螺母锁紧。壁厚调节手轮通过螺钉和键与壁厚调节杆的端部固定连接。

真空冷却定型装置13的外侧还设有牵引装置14，用于成型后中空型材的导向牵引。本实施例中，真空冷却定型装置和牵引装置均采用传统中空型材生产设备中的真空冷却定型装置和牵引装置。

上述利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备使用时，其原理是：由挤出机提供的塑化好的物料熔体进入模头内的流道11，熔体从模头出口截面挤出，得到初步的中空型材形状(即胚件)，从进风管进入的高压冷空气与胚件内壁接触，使其温度降低至玻璃化温度与粘流温度之间，并使胚件内外存在压力差，高压冷空气使胚件扩张直至内外压力平衡；温度在玻璃化温度和粘流温度之间的胚件处于高弹态，弹性的胚件在高压冷空气的作用下与内冷气塞之间形成气流通道，胚件内一部分冷空气从此通道排出，并形成一层与制品中空形状相同的窄缝气垫，其余的冷空气从内冷气塞头部的通孔排出，气垫对胚件有扩张作用，使胚件内表面光洁，且气垫使胚件扩张贴紧真空冷却定型装置的真空定径套内壁；气垫扩张与真空定径的协同作用，实现利用小口模连续制备大截面中空型材(该过程中，气体的流向如图1中的箭头所示)。由于气垫的扩张作用，移动气垫的位置，即转动壁厚调节手轮调节内冷气塞与真空冷却定型装置的距离，或者调节牵引速度，可达到调节中空型材壁厚的作用；通过调节真空冷却定型装置与模头的相对位置来调节胚件扩张时的冷却长度；改变进风管中高压冷空气的气压大小，可改变胚件最大直径，即改变径向拉伸比。通过以上调节可使中空型材尺寸可控，性能可控。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法，其特征在于，从模头挤出的胚件经压缩空气吹胀，在胚件内部形成一层与制品中空形状相同的窄缝形气垫，受气垫的进一步扩张，使胚件贴紧于真空定径套内壁，在气垫和真空定型的协同作用下，成型中空管材制品，实现利用小口模连续制备大截面中空型材；具体为：

由挤出机提供的塑化好的物料熔体进入模头内的流道，熔体从模头出口截面挤出，得到初步的胚件，从进风管进入的高压冷空气与胚件内壁接触，使其温度降低至玻璃化温度与粘流温度之间，并使胚件内外存在压力差，高压冷空气使胚件扩张直至内外压力平衡；温度在玻璃化温度和粘流温度之间的胚件处于高弹态，弹性的胚件在高压冷空气的作用下与内冷气塞之间形成气流通道，胚件内一部分冷空气从气流通道排出，并形成一层与制品中空形状相同的窄缝气垫，其余的冷空气从内冷气塞头部的通孔排出，气垫对胚件有扩张作用，使胚件内表面光洁，且气垫使胚件扩张贴紧真空冷却定型装置的真空定径套内壁；气垫扩张与真空定径的协同作用，实现利用小口模连续制备大截面中空型材。

2.根据权利要求1所述一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法，其特征在于，所述中空管材制品为圆管或异型管。

3.根据权利要求2所述一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型方法，其特征在于，所述异型管为方管、三角管、椭圆形异型管、半圆形异型管或五瓣梅花形异型管。

4.一种用于权利要求1-3任一项所述方法的利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备，其特征在于，包括依次连接的挤出机、模头和真空冷却定型装置，模头内设有吹胀装置，吹胀装置包括芯棒、进风管和内冷气塞，进风管设于芯棒中部，内冷气塞的杆部设于进风管中，内冷气塞的头部设于模头和真空冷却定型装置之间的空间内，芯棒的外壁与模头之间为成型胚件的流道。

5.根据权利要求4所述一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备，其特征在于，所述内冷气塞为中空结构，包括相连接的杆部和头部，杆部为直管状，头部为锥状，头部的侧壁设有通孔，杆部贯穿于整个进风管中，杆部靠近真空冷却定型装置的一端设置头部，杆部的另一端设有出气口。

6.根据权利要求5所述一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备，其特征在于，所述进风管为一端开放的管道结构，进风管的外壁嵌于芯棒中，进风管靠近内冷气塞头部的一端为开放端，进风管的侧壁设有进气口。

7.根据权利要求5所述一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备，其特征在于，所述吹胀装置的外侧还设有壁厚调节装置，壁厚调节装置包括气塞支撑梁、气塞锁紧帽、壁厚调节手轮、壁厚调节杆、定径套支撑梁和十字支撑架，十字支撑架设于进风管外周，气塞支撑梁和定径套支撑梁分别设于内冷气塞的外周，十字支撑架的外侧依次设置定径套支撑梁和气塞支撑梁，定径套支撑梁和气塞支撑梁之间通过壁厚调节杆连接，壁厚调节杆一端设有壁厚调节手轮，内冷气塞设有出气口的一端通过气塞锁紧帽与气塞支撑梁固定连接。

8.根据权利要求7所述一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备，其特征在于，所述气塞支撑梁和定径套支撑梁上均设有螺纹孔，壁厚调节杆的螺纹部分分别与气塞支撑梁的螺纹孔和定径套支撑梁的螺纹孔连接，并采用双螺母锁紧。

9.根据权利要求7所述一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备，其特征在于，所述壁厚调节手轮通过螺钉和键与壁厚调节杆的端部固定连接。

10.根据权利要求4所述一种利用小口模的大截面中空型材挤出成型设备，其特征在于，所述真空冷却定型装置的外侧还设有牵引装置。