专利名称：风动力牵引三维吹塑设备及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种聚合物吹塑技术，特别涉及一种风动力牵引三维吹塑设备及其实现方法。
背景技术：
采用普通吹塑方法成型三维弯曲管件时存在飞边多和夹坯缝等问题。为了减少成型过程中的飞边，提高材料利用率，降低成本，需要对普通吹塑技术进行改进。三维吹塑是一种新型的吹塑方法，其主要思路是将型坯置于弯曲状模腔之内，然后通入压缩空气将型坯吹胀并冷却制品。然而，由于多种技术难点的存在，该技术还没有得到广泛推广。其中如何将型坯置于模具的型腔是这一技术的主要难点所在。
专利号为US 4645447的美国专利公开了一种真空牵拉式三维吹塑设备。如图1所示，在模具的上下端设置嵌块，模具体与上下嵌块可以各自动作。首先，模具闭合，通过机头挤出型坯，同时开启真空泵形成负压拉动型坯沿着弯曲的模腔移动，当型坯到达预定位置时，停止挤出型坯，上下嵌块闭合，然后通入压缩空气吹胀型坯。这种方法的缺点是由于型坯下方真空环境的存在，容易导致型坯出现凹陷变形，从而使得型坯较难通过模具的型腔。另外，真空产生及其控制装置比较昂贵，使得设备的制造成本很高。
专利号为US 4738612的美国专利公开了一种采用模具运动方式来吹塑三维弯曲管件的设备。如图2所示，下半模安装在一个与水平而成一定角度的模架上。首先，挤出型坯同时封住型坯的一端，并对型坯作一定的预吹以防止型坯凹陷变形，在型坯挤出的同时，驱动下半模具作三维运动或两维移动并转动，使得挤出的型坯刚好落到模具型腔之中，在型坯到达预定的位置时，上半模具合上，并通入压缩空气吹胀型坯。这种方式虽然可以成型弯曲管件，但也存在明显的缺点由于型坯与模具接触的表面首先发生冷却，这会导致制品圆周方向上的壁厚分布不均匀而且周向性能也存在着一定差别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、紧凑，制造成本低，作用效果理想的风动力牵引三维吹塑设备。
本发明的另一目的在于提供一种由上述设备实现的工艺简单、操作方便、易于应用的风动力牵引三维吹塑方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现一种风动力牵引三维吹塑设备，包括型坯机头、型坯内部压力控制系统、三维吹塑模具和上、下嵌块，所述型坯机头与型坯内部压力控制系统连接，所述三维吹塑模具与上下嵌块连接；其特征在于该设备还包括风环组件和风动力产生与控制装置，风环组件与上嵌块连接，风动力产生与控制装置与风环组件连接。
所述风环组件安装在型坯机头的正下方并固定在上嵌块上，其中心线与型坯机头中心线重合。
所述风环组件包括风环外套、风环内套、挡板和径向调节螺钉，所述风环内套设置于风环外套内侧并与风环外套同轴设置，在风环外套与风环内套之间设置挡板形成气体稳定室，所述径向调节螺钉与风环外套相连接，通过调节径向调节螺钉可以调节风环的周向气流分布。
所述挡板可有3～5层，形成“S”形流道。
所述径向调节螺钉轴对称设置，其数量可为4个。
所述风环的进风口对称设置，其数量可为4～12个，这种结构能够使流出风环的气体尽可能的均匀。
所述风环内套表面与中心线成一锐角，型坯从直径大的一端进入风环内套。
所述锐角的角度范围可为5°～30°。
所述风力产生与控制装置包括气泵、气体比例阀、压力传感器和压力控制器，所述气泵与气体比例阀连接，气体比例阀与风环组件连接，压力传感器安装在靠近风环气体出口处的模腔内，压力传感器将压力信号反馈到压力控制器，压力控制器控制气体比例阀实现对模腔内的气体压力的控制，使得型坯能够顺利通过弯曲状的模腔。
一种利用上述设备实现的风动力牵引三维吹塑方法，主要包括下述步骤利用风环产生的气流牵引型坯沿模具的模腔移动。
所述模腔可为弯曲状的复杂模腔形状。
本方法更具体可包括下述步骤通过型坯机头挤出直径比模腔直径小的环形型坯，同时往型坯的内部注入低压气体使型坯保持圆环形状，在挤出型坯的同时启动气泵通过风环将压缩空气注入到模具型腔之中，并控制模腔内的气体压力，使挤出来的型坯在风环产生的气流的牵引力作用下沿着弯曲状模具型腔移动，由于风环产生的气流在模具型腔与型坯之间形成稳定的气垫使得型坯在移动过程中不会与模具型腔发生接触和冷却硬化，当型坯到达预定的位置时，机头停止挤出型坯，安装在型坯入口和出口处的嵌块闭合，将型坯两个端口封住，然后将吹气针插入型坯并注入压缩空气吹胀型坯，使得型坯贴紧模具型腔并冷却制品，最终取出三维吹塑制品。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果(1)结构简单、紧凑；本发明设备仅利用风环组件及风动力产生与控制装置即可实现，由于风环组件结构比较简单，而且风动力产生与控制装置亦易于实现，所以相对于现有的真空吸引方式与模具运动方式，本发明设备的结构非常简单，制造成本比较低，所以便于推广应用。(2)吹塑制品性能高；在本发明中，型坯表面与模具没有发生过早的接触和冷却，使制品周向上的壁厚分布比移动模具法生产的制品均匀，并且可避免真空吸引法导致的型坯凹陷变形现象；同时，由于制品上没有夹坯缝的存在，使得使用本发明设备生产的制品能够承受更高的压力，特别适用于生产进气和排气管件。(3)节能降耗；本发明中的风环产生的气流可以使挤出来的型坯顺利的通过吹塑模具的型腔，跟普通吹塑和其它的三维吹塑设备相比能耗更低；本发明采用小直径型坯，因此，采用小螺杆直径挤出机和小型坯机头即可实现弯曲管件的生产，与普通吹塑相比，能耗得到大幅降低；同时，利用本发明可大幅度减少飞边，提高材料的利用率，通过实验证明本发明的飞边可以比普通吹塑减少20～90％。(4)适用面广；本发明能够在普通挤出吹塑机上实现三维吹塑，无需另行添置成本高昂的真空产生及其控制装置或模具运动驱动设备，即可方便地对现有的大量普通挤出吹塑机进行改造实现三维吹塑功能，适用性较好。
图1是现有专利US 4645447中的设备示意图。
图2是现有专利US 4738612中的设备示意图。
图3是本发明风动力牵引三维吹塑设备的结构示意图。
图4是图3所示设备的型坯成型及控制组件的结构示意图。
图5是图3所示设备的风环组件及风动力控制装置示意图。
图6是图3所示吹塑模具及嵌块组件的结构示意图。
图7是开模状态及三维吹塑制品的示意图。
上述各图中标号说明如下A-型坯成型及控制组件；B-风动力组件；C-吹塑模具组件；1-液压缸；2-左半模具；3-压力传感器；4-吹气针；5-风环组件；5-1-风环外套；5-2-径向调节螺钉；5-3-风环内套；5-4-挡板；6-型坯；7-口模；8-芯棒；9-气泵；10-阀门；11-气体比例阀；12-压力传感器；13-储料腔；14-储料式机头；15-气体比例阀；16-阀门；17-气泵；18-上嵌块；19-气缸；20-右半模具；21-液压缸；22-模腔；23-气缸；24-下嵌块；25-光电传感器具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的图3～图7示出了本发明的具体结构，由图3可见，本风动力牵引三维吹塑设备包括型坯成型及控制组件A、风动力组件B和吹塑模具组件C；所述型坯成型及控制组件A与风动力组件B连接，风动力组件B与吹塑模具组件C连接。
所述型坯成型及控制组件A(见图4)与挤出吹塑机机筒(图中未示出)相连接，芯棒8与液压控制装置(图中未示出)连接，通过液压控制装置可以改变机头模口间隙，实现对型坯壁厚的控制，气泵9与阀门10连接，阀门10与气体比例阀11连接，气体比例阀11与压力传感器12连接，压力传感器12通过连接管接入到芯棒8的通风口上，压力传感器12将压力信号反馈到压力控制器(图中未示出)实现对型坯内的压力的控制，从而使得挤出来的型坯6保持圆环形状。
所述风动力组件如图5所示，包括风环5和风动力产生与控制装置。风环包括风环外套5-1、风环内套5-3、挡板5-4和径向调节螺钉5-2，所述风环内套5-3设置于风环外套5-1内侧并与风环外套5-1同轴设置，在风环外套5-1与风环内套5-3之间设置挡板5-4，形成气体稳定室；所述径向调节螺钉5-2与风环外套5-1相连接；通过调节所述径向调节螺钉5-2可以调节风环的周向间隙，使风环周向气流分布均匀；风动力产生与控制装置包括气体比例阀15、阀门16和气泵17，气泵17与阀门16连接，阀门16与气体比例阀15连接，气体比例阀15与风环5连接，压力传感器3将压力信号反馈到压力控制器(图5中未示出)实现对模具型腔内的压力的控制，以便控制型坯6在模具型腔22中的移动。
所述吹塑模具组件如图6所示，包括上嵌块组件、吹塑模具和下嵌块组件，上嵌块组件包括上嵌块18、气缸19、吹气针4和压力传感器3，上嵌块18与模具体连接，气缸19与上嵌块18连接，上嵌块18在气缸19的作用下能够沿着轨道滑动，当型坯到达预定位置时上嵌块18闭合，实现上端封口；模具包括左半模具2、液压缸1、右半模具20和液压缸21，两个半模具在液压缸的作用下实现开模与合模；下嵌块组件包括下嵌块24、气缸23和光电传感器25，下嵌块24与模具体连接，气缸23与下嵌块24连接，光电传感器25与嵌块24连接。当型坯在风环产生的牵引力的作用下沿着模具型腔移动到光电传感器25所在的位置时，停止挤出型坯，光电传感器25发出信号使下嵌块24闭合，经过一定的延时后，上嵌块18闭合，然后吹气针4插入型坯并注入压缩空气吹胀型坯，经过冷却固化后取出吹塑制品。
本风动力牵引三维吹塑设备的整个工作过程是聚合物熔体从挤出吹塑机注入到储料式机头14的储料腔13，左半模具2和右半模具20合上，同时上嵌块18和下嵌块24打开形成一个上下连通的模腔；启动气泵17，气体经过阀门16和气体比例阀后到达风环5，在挡板5-4的作用下得到稳定的气流，稳定后的气体通过风环外套5-1和风环内套5-3形成的环形流道后注入模腔，然后挤出型坯6，在挤出型坯的同时启动气泵9，气体经过阀门10后注入模腔内，通过压力传感器12获得型坯内的气体压力并根据预定的压力控制气体比例阀11实现型坯内压力的控制，使得型坯能够保持圆环形状；型坯6在风环5产生的牵引力的作用下沿着弯曲的模腔22移动，当型坯6的末端到达光电传感器25所在的位置时，光电传感器25发出信号使得下嵌块24在气缸23的驱动下合上，封住型坯的下端口，经过一定的延迟时间后上嵌块18在气缸的驱动下合上并封住型坯的上端口，然后插入吹气针4并注入压缩空气使型坯吹胀并在模具内得到冷却，最终打开左半模具2和右半模具20，得到制品26(如图7所示)。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种风动力牵引三维吹塑设备，包括型坯机头、型坯内部压力控制系统、三维吹塑模具和上、下嵌块，所述型坯机头与型坯内部压力控制系统连接，所述三维吹塑模具与上下嵌块连接；其特征在于包括风环组件和风动力产生与控制装置，风环组件与上嵌块连接，风动力产生与控制装置与风环组件连接。
2.根据权利要求1所述的风动力牵引三维吹塑设备，其特征在于所述风环组件安装在型坯机头的正下方并固定在上嵌块上，其中心线与型坯机头中心线重合。
3.根据权利要求1所述的风动力牵引三维吹塑设备，其特征在于所述风环组件包括风环外套、风环内套、挡板和径向调节螺钉，所述风环内套设置于风环外套内侧并与风环外套同轴设置，在风环外套与风环内套之间设置挡板形成气体稳定室，所述径向调节螺钉与风环外套相连接。
4.根据权利要求3所述的风动力牵引三维吹塑设备，其特征在于所述挡板有3～5层，形成“S”形流道。
5.根据权利要求3所述的风动力牵引三维吹塑设备，其特征在于所述风环内套表面与中心线成一锐角。
6.根据权利要求5所述的风动力牵引三维吹塑设备，其特征在于所述锐角的角度范围可为5°～30°。
7.根据权利要求1所述的风动力牵引三维吹塑设备，其特征在于所述风动力产生与控制装置包括气泵、气体比例阀、压力传感器和压力控制器，所述气泵与气体比例阀连接，气体比例阀与风环组件连接，压力传感器安装在靠近风环气体出口处的模腔内。
8.一种利用权利要求1～7任一项设备实现的风动力牵引三维吹塑方法，其特征在于包括下述步骤利用风环产生的气流牵引型坯沿模具的模腔移动。
9.根据权利要求8所述的风动力牵引三维吹塑方法，其特征在于包括下述步骤通过型坯机头挤出型坯的同时通过风环将气体注入到模具型腔之中，并控制模腔内的气体压力，使挤出来的型坯在风环产生的牵引力作用下沿着模具的型腔运动，当型坯到达预定的位置时，安装在型坯入口和出口处的嵌块闭合，将型坯两个端口封住，然后将吹气针插入型坯并注入压缩空气吹胀型坯使得型坯贴紧模具型腔并冷却制品，最终取出三维吹塑制品。
10.根据权利要求8所述的风动力牵引三维吹塑方法，其特征在于通过型坯机头挤出直径比模腔直径小的环形型坯，同时在型坯的内部注入气体使型坯保持圆环形状。
全文摘要
本发明提供一种风动力牵引三维吹塑设备，包括型坯机头、型坯内部压力控制系统、三维吹塑模具和上、下嵌块，所述型坯机头与型坯内部压力控制系统连接，所述三维吹塑模具与上下嵌块连接；还包括风环组件和风动力产生与控制装置，风环组件与上嵌块连接，风动力产生与控制装置与风环组件连接。一种利用上述设备实现的风动力牵引三维吹塑方法，包括下述步骤利用风环产生的气流牵引型坯沿着弯曲状的模腔移动。利用本发明能够在普通吹塑机上实现三维弯曲吹塑制品的生产，可大幅度减少飞边，提高材料的利用率，表观质量好，产品的机械性能好；另外，本发明具有结构紧凑、能耗低、易于实现、生产成本低的优点，适合在工业生产中大规模地推广使用。
文档编号B29C49/42GK1970274SQ200610123859
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月29日 优先权日2006年11月29日
发明者黄汉雄, 黄耿群 申请人:华南理工大学