專利名稱：管子成形用模具以及由管子成形用模具成形的樹脂管子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管子成形用模具以及由管子成形用模具成形的樹脂管子。
由樹脂擠出機(jī)將樹脂管子原材料的熔融混煉的樹脂(以下稱為熔融樹脂)供給管子成形用模具。供給的熔融樹脂經(jīng)由模具內(nèi)的流路最終作為擠出成形制品的樹脂管子從模具排出。其順序是先將供給模具內(nèi)的熔融樹脂一次擴(kuò)大為大直徑的圓筒形狀，然后慢慢縮小，最后制成所需直徑的管子。
管子成形用模具一般基本是由下述構(gòu)件組成把從樹脂擠出機(jī)供給的熔融樹脂制成圓筒形狀的模具部、把從模具部送來的制成圓筒形狀的熔融樹脂縮小并給予整流效果的頸縮部、使樹脂的流速一致的平臺部。而且，這些構(gòu)成部件是分別從熔融樹脂的流動方向的上流側(cè)至下流側(cè)并且是同軸依次排列的。
由這樣的管子成形用模具所制造的作為擠出成形制品的樹脂管子，要求壁厚沒有不均勻現(xiàn)象。即要求樹脂管子橫截面的內(nèi)表面形狀以及外表面形狀都為同心的正圓。
這是因?yàn)槿绻茏拥谋诤裼胁痪F(xiàn)象則會產(chǎn)生如下①～③所示的問題。
①外觀不佳。
②將管子端面之間對接進(jìn)行對縫焊接時，容易產(chǎn)生中心錯位。
③因?yàn)楫?dāng)管子表面有污物及損傷時，對于接縫焊接管子的情況不理想，所以必須要切削管子表面。此時要用夾具固定管子的外圓周表面，使切削工具在管子周圍移動來切削管子表面，但當(dāng)壁厚非常不均勻時，因?yàn)楣茏颖砻鏋橥拱疾黄降臓顟B(tài)，所以，不能由夾具將管子均勻壓緊，會出現(xiàn)固定牢固的部分與未牢固固定的部分而造成管子不穩(wěn)定。而且，因?yàn)橛脢A具固定的管子的外表面與切削工具之間的距離不均勻，所以，緊密連接性能不佳，即使進(jìn)行切削也不能得到正圓，會產(chǎn)生切削不均勻。為了不產(chǎn)生切削不均現(xiàn)象而必須加大切削量，由此而必須要有多余的原材料。
因此，為了使得由管子成形用模具所成形的樹脂管子的壁厚均勻，一般是使從模具擠出的樹脂的流動在模具內(nèi)的流路的任意部位均相同。為了使流路中的樹脂的流動一致，提高整流效果或是提高擠壓效果的方法是很有效的。
但是，為了提高整流效果以及擠壓效果，必須要使模具大型化，若使模具大型化則必須要提高使熔融樹脂流動所需的壓力。而且，當(dāng)提高壓力時，熔融樹脂的溫度會上升，樹脂容易劣化，管子表面過于光亮而造成外觀不佳、商品價值下降。而且還必須提高模具以及擠出機(jī)的耐壓性。
而且，由本發(fā)明者的實(shí)驗(yàn)可知，在制造壁厚8mm以上的厚壁管子時，若使用目前的技術(shù)，即使竭力提高整流效果以及擠壓效果，也會產(chǎn)生壁厚不均的問題。
本發(fā)明的目的是提供管子成形用模具以及由該管子成形用模具成形的樹脂管子，其特征在于不論所要求的樹脂管子的壁厚尺寸如何，都可以簡單地成形壁厚均勻的樹脂管子。
前述樹脂積存部設(shè)置在前述模芯以及前述外殼部中的至少一個上，并以管子成形用模具的中心軸作為中心并繞該中心軸卷繞成環(huán)狀。而且，前述樹脂積存部的橫截面為凹狀。
這樣結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的管子成形用模具，由于樹脂積存部而能夠使得從模具擠出的樹脂的流動在模具內(nèi)的流路的任何部位均相同，所以，能夠控制樹脂的流動趨勢。因此，流動圓滑從而提高了整流效果。因而能夠使得成形的樹脂管子在壁厚上不會產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象。
而且，樹脂積存部的容量可根據(jù)所需的成形樹脂管子的壁厚尺寸而變化，即在薄壁的樹脂管子的情況時，可形成小的樹脂積存部，在厚壁的樹脂管子的情況時，可形成大的樹脂積存部，無論所要求的樹脂管子的壁厚尺寸如何，要使得在頸縮部的縱向方向(從流路上流側(cè)至下流側(cè)方向)的熔融樹脂量一定，由此而可以在樹脂管子上不會產(chǎn)生壁厚不均的現(xiàn)象。
這樣，設(shè)在模具構(gòu)成部分的頸縮部上的樹脂積存部的大小可根據(jù)需成形的樹脂管子的壁厚來設(shè)定，所以能夠不使模具自身大型化并可提高整流效果。
在前述流路上，也可以形成比該流路的其它部位細(xì)、而且作成蜂腰形狀的頸縮處，也可以在該頸縮處形成前述樹脂積存部。
而且，前述樹脂積存部的形狀是希望在前述熔融樹脂的流動中不產(chǎn)生停滯以及滯留(以下將停滯及滯流統(tǒng)稱為停滯)的形狀。例如樹脂積存部的凹狀橫截面最佳情況是曲面形狀、中間為半圓形狀。此時曲率半徑的最佳情況是10mm～100mm，而且在前述樹脂積存部的半圓形圓弧的兩端的切線與前述中心軸的角度最好是15～120°。
而且，最佳情況是前述曲率半徑為25mm，而且前述角度為75～90°。
本發(fā)明的樹脂管子是使用前述管子成形用模具成形的管子，能夠使用聚烯烴作為管子原材料來成形樹脂管子。
管子原材料的聚烯烴最好是聚乙烯。
而且，制造的樹脂管子其平均壁厚可設(shè)定為5mm～50mm范圍內(nèi)的任何值，而且管子的最大壁厚與最小壁厚的差為1.0mm以下，最佳情況是壁厚差在0.3mm以下。
圖2是

圖1的重要部分的放大圖。
圖3是圖2的重要部分的放大圖。
圖4是圖2所示部分的變形例，表示不同的樹脂積存形成位置。
圖5是圖2所示部分的其它變形例，表示形狀不同的樹脂積存部。
圖6是本發(fā)明的樹脂積存部的比較例。
圖7是本發(fā)明的樹脂積存部的其它的比較例。
圖8是表示由本發(fā)明的管子成形用模具所成形的聚乙烯管子的壁厚分布圖。
圖9是圖8的比較圖，表示用以往的管子成形用模具所成形的聚乙烯管子的壁厚分布情況。
圖10是不具有樹脂積存部的以往的頸縮部，是與圖3、圖6以及圖7相對應(yīng)的圖。
圖1是管子成形用模具一例的縱剖面圖。
該管子成形用模具1從圖1中的左端被供給熔融樹脂，從圖中的右端排出作為擠出成形制品的所需直徑的樹脂管子P。即左端側(cè)是熔融樹脂p流動方向的上流側(cè)，右端側(cè)為下流側(cè)。以下將熔融樹脂p的流動方向上流側(cè)以及下流側(cè)簡稱為「上流側(cè)」以及「下流側(cè)」。
模具1大致由3個部分組成。即模具部2、頸縮部3以及平臺部4。這些部分從熔融樹脂p的上流側(cè)向下流側(cè)順序排列。在前述各部位2、3、4的內(nèi)部分別設(shè)置有連續(xù)的后述流路。而且，熔融樹脂p依次流過這些流路。
模具部2是位于模具1上流側(cè)的部分，是接受來自未圖示的樹脂擠出機(jī)供給的熔融樹脂p的部分。供給模具部2的熔融樹脂p經(jīng)由模具部2后而至頸縮部3。
而且，模具部2是由模芯2a與外配合于該模芯2a的外殼部2b組成。
模芯2a位于模具1的中心軸L上，其上流側(cè)端部呈圓錐形狀突出的圓柱形狀體。而且，頸縮部3以及平臺部4分別具有模芯3a以及模芯4a，這些模芯也位于中心軸L上。
外殼部2b其整體形狀是一端開口另一端封閉的筒狀體，在其上流側(cè)放置圓盤形狀的基座2b1，外殼部2b的其它部分為基座2b2。外筒部2b2是從基座2b1的周緣向下流側(cè)延伸的中空筒體。
而且，基座2b1在其中央具有圓錐形狀的可拔出的扁平凹部以放入模芯2a的前述上流側(cè)端部，外筒部2b2包住模芯2a的圓柱形狀部分。
在這些模芯2a與基座2b1之間、以及模芯2a與外筒2b2之間分別形成模具部2的流路2c以及流路2d。
流路2c整體大致呈三角錐形狀(圖1中，可見流路2C在進(jìn)入下流側(cè)時分開為兩股形狀)。而且，流路2c的頂點(diǎn)側(cè)位于上流側(cè)并有開口。另外，流路2c的開口是管子成形用模具1接受來自樹脂擠出機(jī)的熔融樹脂的熔融樹脂輸入口，用符號7表示。
流路2d與流路2c在其右側(cè)相連，而且整體呈圓筒形狀(圖1中，可見與兩股形狀的流路2C相連的兩個平行的通道)。流路2d的直徑比樹脂管子P的直徑大，而且在流路2d的內(nèi)圓周部切有螺槽8。
從流路2c進(jìn)入流路2d的熔融樹脂p，隨著其流動的繼續(xù)，其流動狀態(tài)從三角錐形態(tài)而變化成為圓筒形態(tài)，并且向頸縮部3流動。
另外，因?yàn)槟＞卟?具有如前所述的螺槽8，所以將模具1稱為螺旋模具。作為模具的種類其它還有輻射模具、十字頭模具、籠式模具等，雖然很多情況是使用螺旋模具，但根據(jù)用途及需要也可以使用前述各種模具。
頸縮部3是位于模具部2與平臺部4之間的部分，即給予所謂整流效果的部分。具體如上所述，把一次擴(kuò)大為比樹脂管子P直徑大而且整體為圓筒狀態(tài)并且從流路2d流來的熔融樹脂通過頸縮部3，由此而將該圓筒形狀的熔融樹脂p的直徑慢慢地縮小到樹脂管子Q的直徑。
這樣的頸縮部3是由模芯3a與外配合于該模芯3a的外殼3b所組成。
模芯3a是由占有其上流側(cè)一半且為截頭圓錐形狀的截頭圓錐部3a1、以及同樣占有其下流側(cè)一半且為圓柱形狀的圓柱形狀部3a2所組成。
外殼部3b具有安裝座3b1以及頸縮部件3b2，安裝座3b1與模芯3a的截頭圓錐部分3a1相對應(yīng)，而頸縮部件3b2與模芯3a的圓柱形狀部分3a2相對應(yīng)。
安裝座3b1的橫截面為管道形狀，在位于其上流側(cè)的側(cè)壁部3b1-1上形成孔3b1-2，在該孔3b1-2放入模芯3a的截頭圓錐形狀部分3a1，且孔3b1-2的形狀與之相同。而且，在由安裝座3b1的周壁部3b1-3圍住的空間部10內(nèi)，模芯3a的圓柱形狀部分3a2位于中心軸L上。而且，在該圓柱形狀部分3a2的外周配合形狀為環(huán)狀的頸縮部件3b2。
在基座3b1安裝模芯3a與頸縮部件3b2后，在安裝座3b1的側(cè)壁部3b1-1的孔3b1-2與模芯3a的截頭圓錐形狀部分3a1之間形成流路3c，在頸縮部件3b2與模芯3a的圓柱形狀部分3a2之間形成流路3d。
流路3c是與模具部2的流路2d在其右側(cè)相連續(xù)而且整體呈截頭圓錐形狀的流路，其截頭側(cè)向著下流側(cè)(圖1中，可見在下流側(cè)間隔縮短的兩個通道)。
流路3d與流路3c在其右側(cè)相連續(xù)，整體呈圓筒形狀。而且，流路3d比在模具部2中同樣具有圓筒形狀的流路2d的直徑小(圖1中，可見與流路3c連續(xù)的兩個平行的通道)。流路3d其上流端部以及下流端部粗，中間部細(xì)而成為蜂腰狀。該蜂腰形狀的部分稱為頸縮，用符號11表示。將頸縮部件3b2的內(nèi)圓周面3b2～1的中央部以臺狀向中心軸L側(cè)突出，從而可形成頸縮11。
由圖3可知，在頸縮11中于其中央部設(shè)定有成為流路3d一部分的樹脂積存部13。樹脂積存部13設(shè)在頸縮11上而且具有向中心軸L側(cè)開口的凹部，并以中心軸L為中心而作成環(huán)狀。由圖2以及圖3可知，樹脂積存部13的橫截面為半圓形，其曲率半徑R為25mm。但是，并不限定25mm，可以是10mm～100mm的范圍，最好是10mm～50mm的范圍，這可以提高整流效果并減少熔融樹脂在樹脂積存部13內(nèi)的滯留時間，可防止所謂的發(fā)黑燒焦。
而且，如圖3所示，在樹脂積存部13的上流側(cè)端13a與下流側(cè)端13b畫出的切線，換言之從樹脂積存部13的半圓形的橫截面的圓弧13c的兩端13a、13b畫出的切線(僅圖示在上流側(cè)端13a畫出的切線)t與中心軸L(換言之是與中心軸L平行的圓柱形狀部分3a2的壁面3a2’)所成的角度α設(shè)定為75～90°的范圍。但并不限定75～90°的范圍，可以是15°～120°范圍。要點(diǎn)是只要是能由樹脂積存部13提高整流效果而且不產(chǎn)生停滯并且能夠防止發(fā)黑燒焦的范圍即可，但效果最佳的是在75～90°的范圍。以上的數(shù)字是根據(jù)本發(fā)明者進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而得出的值。
另外，圖上的角度α表示的是兩種情況，由切線t與中心軸L所成角度的情況以及切線t與平行于中心軸L的圓柱形狀部分3a2的壁面3a2’所成角度的情況。
而且，圓弧兩端13a、13b被折為彎曲形狀，從而不會阻礙熔融樹脂的圓滑的流入。并且，與前述兩端13a、13b的圓柱形狀部分3a2的間隙a、b為2mm。但是，并不限定2mm，可以在0.5mm～5mm的范圍，最佳是設(shè)定在1mm～3mm的范圍。
而且，如圖4所示，也可以不將樹脂積存部13設(shè)在基座3b1上，而是設(shè)在模芯3a的圓柱形狀部分3a2上。也可以如圖5所示在該兩個物體上設(shè)置。
而且，形成樹脂積存部13的頸縮11也可以設(shè)在模芯3a的圓柱形狀部分3a2上，也可以設(shè)在頸縮部件3b2和圓柱形狀部分3a2兩個物體上。
而且，樹脂積存部13的橫截面形狀可以是半圓形以外的其它形狀，如圓弧形狀、橢圓形狀的一部分、拋物線形狀等光滑的曲面，只要在熔融樹脂的流動中不產(chǎn)生停滯的形狀均可，但是橫截面為半圓形的樹脂積存部在熔融樹脂流動中最不容易產(chǎn)生停滯，而且加工也簡單。
也可以把這樣的樹脂積存部13設(shè)置在位于流路3d的頸縮11以外的位置處。
另外，圖6以及圖7是本發(fā)明的前述樹脂積存部13的比較例。如圖6所示，樹脂積存部13在其角部有圓角，橫截面為矩形形狀，而如圖7所示的樹脂積存部13在頂部有圓角，橫截面為等腰三角形形狀，這些情況下的問題是在這些角部及頂部會產(chǎn)生熔融樹脂的停滯，其結(jié)果是樹脂發(fā)黑燒焦并附著在角部及頂部上。因此，選定樹脂積存部13的形狀無論如何都是重要的。
平臺部4是位于模具1的下流側(cè)的部分，是使熔融樹脂的流速一致的部分。
這樣的平臺部4是由模芯4a與外配合于該模芯4a的外殼部4b所組成。
模芯4a具有類似于頸縮部3的模芯3a的形狀，是由與模芯3a的截頭圓錐部3a1相當(dāng)?shù)慕仡^圓錐部4a1、以及與模芯3a的圓柱形狀部3a2相當(dāng)?shù)膱A柱形狀部4a2組成，截頭圓錐部4a1，其上流側(cè)與下流側(cè)的落差比截頭圓錐部3a1要極少。而且，截頭圓錐部4a1為中空。
外殼部4b，其整體形狀是具有凸緣體的筒狀體，是由具有與模芯3a的頸縮部件3b2相同外徑而且與頸縮部件3b2相接觸面的凸緣部4b1、從凸緣部4b1接近中心軸L的部分向下流側(cè)延伸的外筒部4b2所組成。
模芯4a的截頭圓錐部4a1與外殼部4b的凸緣部4b1之間、以及模芯4a的圓柱形狀部4a2與外殼部4b的外筒部4b2之間分別形成平臺部4的流路4c以及流路4d。
流路4c與頸縮部3的流路3d在其右側(cè)相連續(xù)，而且是非常緩慢傾斜的截頭圓錐形狀的流路，該截頭側(cè)向著圖1中的右側(cè)(圖1中，可見從頸縮部3的流路3d向下流側(cè)間隔極為緩慢變窄的兩個通道)。
流路4d與流路4c其右側(cè)相連續(xù)且整體為圓筒形狀，要比同樣為圓筒形狀的流路3d的直徑小(圖1中，可見與流路4c連續(xù)的兩個平行的通道。該平行的通道的寬度尺寸w被設(shè)定為與作為擠出成形制品的樹脂管子P的壁厚相同)。流路4d的直徑尺寸W即為樹脂管子P的直徑尺寸。
另外，符號15所示的是流路4d的出口，換句話說是最終排出作為擠出成形制品的樹脂管子P的模具1的管子排出口。
根據(jù)這樣構(gòu)造的模具1，當(dāng)把從前述樹脂擠出機(jī)的熔融樹脂p從熔融樹脂接受口7供給模具1內(nèi)時，該熔融樹脂p通過流路2c-流路2d-流路3c-流路3d-流路4c-流路4d而經(jīng)由模具1內(nèi)以后，從模具1的管子排出口15作為擠出成形制品的樹脂管子P排出。
圖8所示為使用本發(fā)明的管子成形用模具所成形的聚乙烯管子的壁厚分布情況。從圖8可知，管子的最大壁厚與最小壁厚的差即壁厚不均為0.3mm以下，極為微小，所以可知能夠畫出漂亮的圓。
該情況下的設(shè)定條件如下·曲率半徑R=25mm·α=75～90°·a,b=2mm·名義尺寸(nomal dimension)200mm(外徑216mmφ，平均壁厚17mm)圖9是圖8的比較圖，是用以往的管子成形用模具成形的聚乙烯管子壁厚的分布情況，圖10所示的情況是使用在頸縮11沒有樹脂積存部13的模具來制造與前述同樣名義尺寸200mm聚乙烯管子的情況。從圖9可知，管子的最大壁厚與最小壁厚的差，即壁厚不均為1.6mm，管子的表面(管子內(nèi)表面)凸凹不平。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的模具1，由于具有樹脂積存部13，可以大幅度減小壁厚的不均，能夠得到橫截面基本為正圓的聚乙烯管子。另外，作為管子原材料并不僅限于使用聚乙烯制造聚乙烯管子，也可以使用聚烯烴作為管子原材料制造聚烯烴管子，但本發(fā)明的模具1最適于聚乙烯管子的成形。
綜合本發(fā)明者所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，雖然通常使用管子成形用模具1所成形的樹脂管子P的外徑(直徑)以及平均壁厚分別設(shè)定為60mm～500mm以及5mm～50mm的范圍，但也適合于樹脂管子P的外徑設(shè)定在80mm～220mm的范圍、管子P的平均壁厚設(shè)定在8mm～20mm的范圍的樹脂管子。
而且，該樹脂管子P的壁厚分布，最大壁厚與最小壁厚之差的壁厚不均在前述通常的設(shè)定時是在0mm～1.0mm，而且在前述最佳范圍的設(shè)定時能夠使其在0mm～0.3mm的范圍內(nèi)，所以可知能夠制造理想的樹脂管子P。
這樣，若使用本發(fā)明的模具1制造樹脂管子P，則由于樹脂積存部13而使從模具1擠出的樹脂p的流動在模具1內(nèi)的流路3d的任一部位均相同，所以能夠控制熔融樹脂p的流動趨勢。因此，熔融樹脂p的流動順利，提高了整流效果。因而，成形的樹脂管子P不會產(chǎn)生壁厚不均，可以得到內(nèi)外徑基本接近正圓的樹脂管子P。
另外，通過并用擠壓效果能夠期望更進(jìn)一步提高上述的效果。
而且，因?yàn)榭梢允沟帽诤癫痪F(xiàn)象少，所以能夠解除以往技術(shù)中所述的①～③的問題。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性如上所述，本發(fā)明的管子成形用模具由于樹脂積存部而整流熔融樹脂的流動，能夠使從模具擠出的樹脂的流動在模具內(nèi)的流路的周向的任意部位均能相同。因此，能夠用作成形壁厚均勻的樹脂管子的管子成形用模具，而且因?yàn)槭褂迷摴茏映尚斡媚＞咚圃斓臉渲茏釉诒诤裆喜粫a(chǎn)生不均現(xiàn)象，所以其利用價值高。
權(quán)利要求
1．一種樹脂管子，其特征在于管子的平均壁厚設(shè)定為5mm～50mm范圍內(nèi)的任意值，而且管子的最大壁厚與最小壁厚之差為0mm以上1.0mm以下，并且其通過使用一種管子成形用模具制造而成，其中，在該管子成形用模具一個構(gòu)成部分的頸縮部具有模芯、外殼部、樹脂積存部；前述外殼部與該模芯配合并與前述模芯之間形成原材料熔融樹脂的流動流路，前述樹脂積存部作為前述流路的一部分而設(shè)置在前述模芯以及前述外殼部中的至少一個上，并且前述樹脂積存部以管子成形用模具的中心軸作為中心并繞該中心軸卷繞為環(huán)狀且其橫截面為凹狀。
全文摘要
本發(fā)明的管子成形用模具,通過樹脂積存部整流熔融樹脂的流動,能夠使得從模具擠出的樹脂的流動在模具內(nèi)流路的周向的任何部位均相同。因此,能夠使成形的樹脂管子的壁厚不會產(chǎn)生壁厚不均。管子成形用模具在其一個構(gòu)成部分的頸縮部具有模芯、外殼部、樹脂積存部;前述樹脂積存部與前述模芯配合并作為在前述模芯與前述外殼部之間所形成的原材料熔融樹脂的流動流路的一部分。前述樹脂積存部設(shè)置在前述模芯以及前述外殼部中的至少一個上,并且前述樹脂積存部以管子成形用模具的中心軸作為中心而繞該中心軸卷繞為環(huán)狀。而且,前述樹脂積存部的橫截面為凹狀。
文檔編號B29C47/20GK1312155SQ0013444
公開日2001年9月12日 申請日期2000年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月25日
發(fā)明者好村福浩, 西村勝成, 村田巧, 山田雅大 申請人:三井化學(xué)株式會社