Экструзионная головка для изготовления металлополимерных труб

 

Изобретение относится к изготовлению металлических труб, как минимум внутренняя поверхность которых покрыта полимером, и в том числе к изготовлению металлополимерных труб. Экструзионная головка для изготовления металлополимерных труб содержит устройство для нанесения внешнего покрытия и устройство для нанесения внутреннего покрытия. Устройство для нанесения внутреннего покрытия состоит из корпуса, центрального стержня с хвостовиком и осевой опорой с одной стороны и корпусным дорном с другой. Центральный стержень смонтирован в матрице. Наружные поверхности дорна и внутренние поверхности матрицы образуют кольцевую формующую щель. Осевая опора выполнена сферической. На центральном стержне перед дорном выполнена обтекаемая сферическая опора. Последняя выполнена в виде крестовины, наружные поверхности вершин которой являются элементами сферы. На хвостовике центрального стержня смонтирован сферический подпятник, взаимодействующий с пятой, смонтированной в корпусе. Центр сферы пяты и подпятника совпадает с центром осевой сферической опоры. Подпятник выполнен с возможностью взаимодействия с регулирующей тягой, имеющей две степени свободы. Изобретение обеспечивает повышение жесткости центрального стержня и регулировку положения дорна относительно матрицы. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к изготовлению металлических труб, как минимум, внутренняя поверхность которых покрыта полимером, и, в том числе, к изготовлению металлополимерных труб (МПТ). Подобные трубы предназначены для систем холодного и горячего водоснабжения, газоснабжения и отопления зданий, транспортирования химически активных веществ и т.п.

Известны экструзионные головки (ЭГ) (патент США N 4370186, кл. B 29 D 23/04 от 19.12.80 г.; ЕР N 0353977 A2, кл. B 29 C 47/02 от 5.05.88 г.: ЕР N 0024220 B1, кл. В 29 F 3/10, В 05 D 7/22 от 11.07.80 г.) для изготовления МПТ, содержащие устройство для нанесения внешнего покрытия и устройство для нанесения внутреннего покрытия, состоящее из корпуса, центрального стержня с хвостовиком и осевой опорой с одной стороны и конусным дорном с другой, смонтированного в матрице, причем наружные поверхности дорна и внутренние поверхности матрицы образуют кольцевую формующую щель.

Недостатком этих ЭГ является низкая жесткость центрального стержня, что ведет к его осцилляции и образованию разнотолщинности наносимого внутреннего покрытия. Хвостовик центрального стержня, выполненный с осевой опорой в виде конуса, исключает возможность регулировки положения дорна относительно матрицы, т.е предполагает только жесткую однозначную установку.

Известна ЭГ для изготовления МПТ, (DE 4225011 A1, кл. B 29 C 47/02 от 29.07.92 г. ), содержащая устройство для нанесения внешнего покрытия 2 и устройство для нанесения внутреннего покрытия 1, состоящее из корпуса, центрального стержня 19 с хвостовиком и осевой опоры с одной стороны и конусным дорном 15 с другой, смонтированного в матрице (трубка, внутренняя поверхность которой и наружная поверхность центрального стержня 19 образуют канал 14), причем наружные поверхности дорна и внутренние поверхности матрицы образуют кольцевую формующую щель (в ней формуется полимерное покрытие 12).

В этой ЭГ конструкция хвостовика (цилиндр) и осевой опоры (угловой скос или полусфера) принципиально позволяют производить регулировку положения дорна относительно матрицы смещением свободного конца хвостовика с последующей его фиксацией в пределах зазоров между посадочной поверхностью хвостовика и отверстием в корпусе.

Однако это не исключает появления разнотолщинности покрытия, т. к. центральный стержень остается закрепленным консольно, что при малой его жесткости (из-за малого сечения и большой длины), приводит к осцилляции дорна при любом отклонении расплава полимера от гомогенности. Последнее возникает из-за неравномерности обогрева матрицы по сечению, попадания в поток расплава инородных включений и не полностью проплавленных гранул перерабатываемого полимера, что в конечном итоге приводит к браку готового изделия.

По совокупности основных признаков последняя ЭГ является наиболее близкой к предлагаемой.

Цель настоящего изобретения - повышение жесткости центрального стержня и обеспечение регулировки положения дорна относительно матрицы.

Указанная цель достигается тем, что по сравнению с ЭГ для изготовления МПТ, содержащей устройство для нанесения внешнего покрытия и устройство для нанесения внутреннего покрытия, состоящее из корпуса, центрального стержня с хвостовиком и осевой опорой с одной стороны и конусным дорном с другой стороны, смонтированного в матрице, причем наружные поверхности дорна и внутренние поверхности матрицы образуют кольцевую формующую щель, осевая опора выполнена сферической, а на центральном стержне перед дорном выполнена обтекаемая сферическая опора, выполненная в виде крестовины, наружные поверхности вершин которой являются элементами сферы. На хвостовике центрального стержня смонтирован сферический подпятник взаимодействующий с пятой, смонтированной в корпусе, причем центр сферы этой пяты и подпятника совпадает с центром осевой сферической опоры центрального стержня, а подпятник выполнен с возможностью взаимодействия с регулирующей тягой, имеющей две степени свободы. Регулирующая тяга смонтирована на корпусе на одной цилиндрической оси и двух эксцентриковых, размещенных в пазах регулирующей тяги и взаимодействующих с ней, причем эксцентриковые оси смонтированы в корпусе с возможностью поворота. На хвостовике центрального стержня смонтирована пружина, взаимодействующая с хвостовиком и подпятником, в зоне между дорном и обтекаемой сферической опорой выполнена кольцевая дросселирующая щель, а центральный стержень между осевой и обтекаемой сферической опорами выполнен с участком имеющим меньшую жесткость на изгиб по сравнению с остальными участками его сечения, например, в виде кольцевой проточки.

Технический результат, получаемый от использования предлагаемой ЭГ, заключается в повышении качества МПТ. Увеличение жесткости центрального стержня, которая увеличена более чем в десять раз (консольное крепление заменено двухопорным), предотвращает самопроизвольную осцилляцию дорна относительно матрицы, что практически полностью исключает появление брака МПТ из-за разностолщинности внутреннего покрытия. При этом разнотолщинность наносимого покрытия, возникающая из-за несоосности дорна и матрицы или неравномерности прогрева ЭГ в поперечных сечениях или вследствие других причин, может быть устранена за счет регулировки положения дорна относительно матрицы без остановки техпроцесса.

На фиг. 1 изображена часть схемы предлагаемой ЭГ - устройство для нанесения внутреннего покрытия (устройство для нанесения внешнего покрытия не показано); на фиг. 2 - поперечный разрез обтекаемой сферической опоры (А-А на фиг. 1); на фиг. 3 - схема крепления регулирующей тяги (вид Б на фиг. 1.) Устройство для нанесения внутреннего покрытия состоит из корпуса 1 (фиг. 1), центрального стержня 2 с хвостовиком 3 и сферической осевой опорой 4 с одной стороны и конусным дорном 5 с другой, смонтированным в матрице 6. Наружные поверхности дорна и матрицы образуют кольцевую формующую щель 7. На центральном стержне выполнена обтекаемая сферическая опора 8, в поперечном сечении имеющая вид крестовины с ребрами 9 (фиг. 2). Наружные поверхности 10 вершин крестовины, контактирующие со стенками матрицы 6, являются элементами сферы. Сферическая опора 8 смонтирована в осевом канале матрицы 6 с возможностью поворота и осевого смещения. Поперечные сечения 11 ребер 9 крестовины имеют обтекаемую форму.

На хвостовике 3 смонтирован сферический подпятник 12, взаимодействующий с пятой 13, смонтированной в корпусе. Подпятник 12 кинематически взаимодействует с регулирующей тягой 14, смонтированной на корпусе, на одной цилиндрической оси 15 (фиг. 3) и двух эксцентриковых 16, 17, размещенных в пазах регулирующей тяги. Ось 15 смонтирована в корпусе жестко, а эксцентриковые оси 16, 17 - с возможностью поворота. На хвостовике 3 смонтированы тарельчатые пружины 18, взаимодействующие с хвостовиком 3 и подпятником 12, которые служат для обеспечения беззазорного взаимодействия подпятника 12 с пятой 13 и обеспечения гидравлически плотной посадки сферической осевой опоры 4 в корпусе. Кольцевая дросселирующая щель 19 образована за счет утолщения, выполненного на центральном стержне 2, а сам стержень имеет кольцевую проточку 20, предназначенную для локального снижения его изгибной жесткости (выполняет функцию шарнира). Матрица 6 размещена внутри трубы 21, образованной из металлической ленты 22, кромки которой свариваются посредством сварочного ролика 23. Каналы 24 служат для транспортировки расплава полимера к формующей щели 7 и далее на внутреннюю поверхность трубы 21, а канал 25 - для аналогичного подвода адгезива.

Работает устройство следующим образом. Из ленты 22 формующим устройством (на схеме не показано) концентрично матрице 6 непрерывно формуется кольцевой профиль, кромки которого свариваются посредством сварочного ролика 23, образуя при этом трубу 21, перемещаемую в осевом направлении. Одновременно по каналам 24 от экструдера (на схеме не показан) нагнетается расплав полимера, образующий на выходе из формующей щели 7 внутреннее покрытие трубы 21, представляющее из себя полимерную трубку с определенной толщиной стенки. Эта трубка раздувается за счет сжатого воздуха, подводимого через осевое отверстие, выполненное в центральном стержне 2, и прижимается к поверхности трубы с необходимым давлением. В зазор между полимерным покрытием и внутренней поверхностью трубы по каналам 25 нагнетается тонкий (примерно 0,1 мм) слой адгезива, обеспечивающий надежное прилипание покрытия к металлической трубе.

При возникновении, вследствие каких-либо причин, разнотолщинности наносимого покрытия осуществляется регулировка. Поворот эксцентриковой оси 16 вызывает перемещение регулирующей тяги 14 в вертикальном направлении, а поворот эксцентриковой оси 17 - в тангенциальном направлении. В первом случае регулирующая тяга 14 скользит относительно цилиндрической оси 15, а во втором - разворачивается. Смещаясь в любом из направлений тяга 14 через подпятник 12 отклоняет хвостовик 3 в ту или иную сторону, что вызывает прогиб части центрального стержня 2, заключенной между сферическими опорами 4, 8 и соответственно смещение дорна 5 в ту же сторону, а значит и изменение зазора между дорном 5 и матрицей 6. Положение изогнутого в вертикальной плоскости центрального стержня 2 изображено на фиг. 1 пунктирными линиями.

Изменением соотношения длин L1, L2, L3 определяется и соотношение между величиной отклонения хвостовика 3 и изменения зазора между дорном 5 и матрицей 6.

Введение кольцевой проточки 20 снизит усилия, необходимые для смещения хвостовика 3, за счет снижения общей жесткости центрального стержня 2 на изгиб. Изгибные деформации будут локализованы, в основном, на этом участке, то есть он будет работать как шарнир. Следует отметить, что при этом жесткость позиционирования дорна 5 относительно матрицы 6 практически не изменится.

Совмещение центров сфер пяты 13 и подпятника 12 с центром сферы осевой опоры 4 исключает появление дополнительных изгибных или растягивающих напряжений в хвостовике 3 и обеспечивает постоянство регулирующего усилия.

Поток расплава полимера, проходя через скользящую сферическую опору 8, делится на отдельные струи (в данном случае на четыре). Для обеспечения хорошего сращивания струй и исключения возможности появления продольных полос на покрытии трубы поток расплава дросселируется через кольцевую щель 19, имеющую проходное сечение значительно меньше основного канала 24, и одновременно более равномерно распределяется перед входом в кольцевую формующую щель 7.

После нанесения внутреннего покрытия труба 21 может транспортироваться через любое известное устройство, обеспечивающее нанесение покрытия на ее внешнюю поверхность.

Формула изобретения

1. Экструзионная головка для изготовления металлополимерных труб, содержащая устройство для нанесения внешнего покрытия и устройство для нанесения внутреннего покрытия, состоящее из корпуса, центрального стержня с хвостовиком и осевой опорой с одной стороны и конусным дорном с другой, смонтированного в матрице, причем наружные поверхности дорна и внутренние поверхности матрицы образуют кольцевую формующую щель, отличающаяся тем, что осевая опора выполнена сферической, а на центральном стержне перед дорном выполнена обтекаемая сферическая опора.

2. Экструзионная головка по п.1, отличающаяся тем, что обтекаемая сферическая опора выполнена в виде крестовины, наружные поверхности вершин которой являются элементами сферы.

3. Экструзионная головка по п.1, отличающаяся тем, что на хвостовике центрального стержня смонтирован сферический подпятник, взаимодействующий с пятой, смонтированной в корпусе, причем центр сферы пяты и подпятника совпадает с центром осевой сферической опоры, а подпятник выполнен с возможностью взаимодействия с регулирующей тягой, имеющей две степени свободы.

4. Экструзионная головка по п.2, отличающаяся тем, что регулирующая тяга смонтирована на корпусе на одной цилиндрической оси и двух эксцентриковых, размещенных в пазах регулирующей тяги и взаимодействующей с ней, причем эксцентриковые оси смонтированы в корпусе с возможностью поворота.

5. Экструзионная головка по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что на хвостовике центрального стержня смонтирована пружина, взаимодействующая с хвостовиком и подпятником.

6. Экструзионная головка по пп.2 - 4, отличающаяся тем, что в зоне между дорном и обтекаемой сферической опорой выполнена кольцевая дросселирующая щель.

7. Экструзионная головка по пп.2 - 5, отличающаяся тем, что центральный стержень между осевой и обтекаемой сферической опорами выполнен с участком, имеющим меньшую жесткость на изгиб по сравнению с остальными участками его сечения, например, в виде кольцевой проточки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3