管材制造裝置、管材制造方法和管材的制作方法
【專利摘要】本發明提供管材制造裝置、管材制造方法和管材，所述管材制造裝置可以用簡單機構以大的擠壓力擠出成形，而且可以增大在管內面形成的螺旋形凸部的扭轉角。管材制造裝置(10)包括：擠壓模(16)，設在坯料(12)的擠出方向(F)側，形成有貫通孔(22)；插入部(34)，插入貫通孔(22)，使前端從貫通孔(22)向擠出方向側伸出。插入部(34)設置在放入坯料收容空間(S)內的浮動膜(30)上，在貫通孔(22)內周和插入部(34)外周之間形成間隙。在插入部(34)的側面側形成有螺旋槽(40)，在坯料(12)從所述間隙擠出而成的管材(P)成形時，使螺旋形的凸部在管材內面側上成形。
【專利說明】管材制造裝置、管材制造方法和管材
【技術領域】
[0001 ] 本發明特別涉及最適合制造用于熱介質流動的管材的管材制造裝置、管材制造方法和管材。
【背景技術】
[0002]在熱交換器中，一般為了提高熱介質和用于熱介質流動的管材的熱交換率，在管內側帶有螺旋槽。在這樣的內面帶有螺旋槽的管中，與具有筆直的槽的管材相比，熱交換性能優良。所述管材的材質一般選銅，利用把管材拉拔或把帶槽的平板電阻焊成形等來制造(例如參照專利文獻I?4、非專利文獻I)。
[0003]可是，銅的比重大，而且價格高。另ー方面，由于鋁的比重小、價格低，所以如果能制造內面帶有螺旋槽的管，在エ業上有很大優點。例如在非專利文獻2和專利文獻5中，公開了為了在管內面上形成螺旋槽，使用在周向上自主轉動的芯棒(plug)。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本專利公開公報特開平10 — 166085號
[0007]專利文獻2:日本專利公開公報特開平10 — 166034號
[0008]專利文獻3:日本專利公開公報特開平10 — 166036號
[0009]專利文獻4:日本專利公開公報特開平10 — 166086號
[0010]專利文獻5:日本專利公開公報特開2009 — 220153號
[0011]非專利文獻
[0012]非專利文獻1:古河電工時報、第120號(平成19年9月)、pp93 一 94 (古河電エ時報，第120號(平成19年9月)，pp93 一 94)
[0013]非專利文獻2:高辻則夫他5名、塑性と加工、vol.49、578、(2008)、pp58 — 62 (高辻則夫等5人，塑性與加工，vol.49，578，(2008), pp58 — 62)
【發明內容】
[0014]可是在使用非專利文獻2或專利文獻5中公開的芯棒的情況下，在擠出加工吋，需要使芯棒以可以自主轉動的狀態留在軸向上。因此，如在擠出方向上大的力作用在芯棒上，擔心會損傷支承芯棒可以自主轉動的機構，而且在管內面上形成的螺旋槽的最大扭轉角停留在約8度。
[0015]鑒于上述課題，本發明的課題是提供一種管材制造裝置以及提供管材制造方法和管材，所述管材制造裝置可以以簡單的機構用大的擠壓カ進行擠出成形，而且可以增加在管內面上形成的螺旋形的凸部的扭轉角。
[0016]為了達到上述目的，第一方式的發明的特征在于，包括:擠壓模，設在坯料的擠出方向側，形成有貫通孔；以及插入構件，插入所述貫通孔以使前端從所述貫通孔向所述擠出方向側伸出，在與所述擠壓模之間形成有間隙，在所述插入構件的側面側形成有槽，所述槽在從所述間隙對管材進行擠出成形時在管材內面側成形有螺旋形的凸部。
[0017]第二方式的發明的特征在于，形成有多根螺旋槽來作為所述槽。
[0018]第三方式的發明的特征在于，具有浮動膜來作為所述插入構件，所述浮動膜一體地具有插入所述貫通孔的插入部。
[0019]第四方式的發明的特征在于，還包括:卷繞部件，對從所述間隙擠出的所述管材進行卷繞；所述卷繞部件具有:卷繞滾筒，對所述管材進行卷繞；雙軸轉動機構，邊使所述卷繞滾筒繞滾筒軸轉動，邊以與所述管材的轉速相同的轉速繞與滾筒軸垂直的軸轉動。
[0020]第五方式的發明的特征在于，還包括:校正部件，對從所述間隙擠出的管材的直徑進行校正，所述校正部件具有:校正用擠壓模，形成有校正用貫通孔，利用使所述管材通過該校正用貫通孔來對所述管材的外徑進行校正；以及支承機構，把所述校正用擠壓模支承成能繞所述校正用貫通孔的中心軸轉動。
[0021]第六方式的發明的特征在于，使用第一方式所述的管材制造裝置，加熱所述坯料，從所述間隙擠出，使在內面側具有所述凸部的管材成形。
[0022]第七方式的發明的特征在于，利用第一方式所述的管材制造裝置進行擠出成形，使所述凸部在管材內面側成形。
[0023]按照第一方式的發明，即使對插入構件施加大的擠壓力，也大幅度降低了損傷插入構件的可能性。因此可以使插入構件的槽部的扭轉角増大，使螺旋形凸部的扭轉角變大，用擠出成形可以制造提高了導熱率的管材。
[0024]按照第二方式的發明，可以形成多根螺旋形的凸部。
[0025]按照第三方式的發明，可以用簡單結構的浮動膜，容易地制造在內面側形成有設定的扭轉角的凸部的管材。
[0026]按照第四方式的發明，由于把從間隙擠出的管材卷繞時，不便管材向反向扭轉，可以避免在卷繞時凸部的扭轉角變小。
[0027]按照第五方式的發明，即使在從間隙擠出后在管材的外形上無意地形成凹凸，也可以對所述外形進行校正。
[0028]按照第六方式的發明，可以容易地以擠出成形制造使螺旋形的凸部的扭轉角增大、提高導熱率的管材。
[0029]按照第七方式的發明，在用擠出成形制造的管材中，使螺旋形凸部的扭轉角増大，可以成為提高導熱率的管材。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是表示第I實施方式的管材制造裝置的結構的正面剖面圖。
[0031]圖2是構成第I實施方式的管材制造裝置的浮動膜的立體圖。
[0032]圖3是圖1的局部放大圖(省略了管材的圖示)。
[0033]圖4是第I實施方式中制造的管材的立體剖面圖。
[0034]圖5是表示構成第I實施方式的管材制造裝置的浮動膜的其他例子的局部俯視圖。
[0035]圖6是示意表示第2實施方式的卷繞裝置結構的立體圖。
[0036]圖7是表示第3實施方式的校正裝置結構的立體圖。[0037]圖8的圖8 (a)是第3實施方式的校正裝置的側視圖，圖8 (b)是第3實施方式的校正裝置的正面剖面圖。
[0038]圖9是試驗例中得到的曲線圖。
[0039]圖10的圖10 (a)是試驗例中制造的管材P的側面剖面圖，圖10 (b)是試驗例中制造的管材P的剖面立體圖。
[0040]附圖標記說明
[0041]10 管材制造裝置
[0042]16 擠壓模
[0043]12 坯料
[0044]22 貫通孔
[0045]30 浮動膜
[0046]34 插入部
[0047]34T 前端
[0048]24 間隙
[0049]42 凸部
[0050]40 螺旋槽
[0051]41 螺旋槽
[0052]42 凸部
[0053]50 卷繞裝置(卷繞部件)
[0054]52 卷繞滾筒
[0055]54 雙軸轉動機構
[0056]72 校正裝置(校正部件)
[0057]74 校正用貫通孔
[0058]76 校正用擠壓模
[0059]80 支承部(支承機構)
[0060]F 擠出方向
[0061]P 管材
【具體實施方式】
[0062]下面參照附圖對本發明的實施方式進行說明。在以下附圖的描述中，相同或類似的部分賦予相同或類似的符號。但是需要注意圖是示意圖，尺寸的比例等與實際不同。因此，具體的尺寸比例等要參照以下的說明判斷。此外，在附圖相互之間當然會包括相互的尺寸關系和比例不同的部分。
[0063]此外，以下所示的實施方式是用于舉例表示把所述發明的技術思想具體化的裝置和方法，所述發明的實施方式的構成零部件的材質、形狀、結構、配置等并不特別指定于下述的內容。所述發明的實施方式在不脫離其宗_的范圍內可以進行各種變更來進行實施。
[0064]此外，在第2實施方式以后，對與已經說明的內容相同的構成要素賦予相同的符號，省略其說明。
[0065]第I實施方式[0066]首先對第I實施方式進行說明。圖1是表示本實施方式的管材制造裝置的結構的正面剖面圖，圖2是構成管材制造裝置的浮動膜的立體圖。圖3是圖1的局部放大圖。此夕卜，在圖3中，為了便于說明，圖中省略了管材。
[0067]在本實施方式中說明的管材制造裝置(擠出成形裝置)10包括:擠壓筒14，能對收容的擠出成形用坯料12進行加熱；擠壓模16，設置在擠壓筒14的擠出方向側；擠壓墊片18，從上方抵接在收容于擠壓筒14的坯料收容空間S中的坯料12上；擠壓桿20，把擠壓墊片18向F側(擠壓模側)按壓。坯料收容空間S是圓筒內側空間狀。
[0068]在擠壓模16的中央形成有凹部20和圓孔形的貫通孔22，凹部20是沿擠壓模中心軸C從擠壓模16的擠出方向端到與擠出方向F相反的方向(在圖1中為紙面上方)形成筒形空間，貫通孔22使所述凹部20和坯料收容空間S連通。使貫通孔22的中心軸和坯料收容空間S的中心軸與擠壓模中心軸C相同。凹部20的內徑比貫通孔22的外徑大到不妨礙從后面敘述的間隙24擠出的管材P能順利擠出的程度。
[0069]此外，管材制造裝置10具有放入擠壓筒14內的浮動膜30。所述浮動膜30由主體部32、從主體部32的中央向擠出方向側(以下稱為F側)伸出的插入部34構成。主體部32是圓盤形，在主體部32上形成有繞中心軸均勻配置的多個坯料流動用孔36。關于浮動膜30的位置采用預先設定的位置。
[0070]插入部34是圓柱形，把前端34T插入到貫通孔22中，使它從貫通孔22向F側(在圖1中為下側)伸出。插入部34在與擠壓模16之間形成間隙24，并且在側面側(外周側)具有槽部38。在擠壓筒14內的坯料12從間隙24擠出而成的管材P (參照圖1、圖4)成形吋，以使螺旋形的凸部42 (參照圖4)在管材內面側上成形的方式，在所述槽部38形成多根螺旋槽40 (螺旋形槽)。
[0071]所述螺旋槽40的扭轉角0 (參照圖2)優選的是在10°?40°的范圍內，其中更優選的是15°以上。如小于10°，則在管材P和管材P內流動的熱介質之間的導熱率不太聞。
[0072]在本實施方式中，間隙24的間隔G也就是插入部34外周和貫通孔22內周的間隔G (參照圖3)，是根據用擠出成形制造的管材P的壁厚設定的。此外，插入部34從貫通孔22的F側的邊緣部22E (參照圖1和圖3)伸出的長度L和貫通孔22的軸向長度(F方向長度)M，是根據坯料12的材質和溫度、間隙24的間隔G、擠壓桿20的擠壓力、螺旋槽40的扭轉角9、凸部42的扭轉角a (參照圖10 Ca))等設定的。
[0073](作用和效果)
[0074]下面對本實施方式的作用和效果進行說明。在本實施方式中，以坯料使用鋁為例進行說明，除了鋁以外也可以適用。
[0075]首先，把浮動膜30配置在擠壓筒14內的設定位置上，把坯料12放入擠壓筒14，加熱到規定的溫度。在坯料12使用鋁的情況下，從擠出成形的觀點，優選的是加熱到500°C左右。
[0076]然后，在坯料12成為規定溫度的狀態下，對擠壓桿20施加向擠出方向的擠壓力。其結果，使坯料12產生塑性變形，通過坯料流動用孔36，向主體部32的F側流動，到達間隙24。然后產生塑性變形，從間隙24擠出，成為圖4所示的管材P。此時，由螺旋槽40在管材P的內面側(內周側)形成螺旋形的凸部42。凸部42的扭轉角a主要由螺旋槽40的扭轉角0決定。
[0077]在本實施方式中，浮動膜30為ー個整體，沒有形成相對于主體部32移動的浮動膜部分。因此即使對插入部34施加大的擠壓力，與以往相比，大幅度降低了損傷插入部34的可能性。因此可以大幅度増大螺旋槽40的扭轉角0，使凸部42的扭轉角a比以往大幅度増大。因此可以用擠出成形制造在熱交換器等中明顯提高了導熱率的管材P。此外可以減小插入部34和貫通孔22的直徑，可以容易地使內徑小的管材P成形。
[0078]此外，因坯料12使用了鋁，容易擠出成形，而且可以減輕管材P的重量。
[0079]此外，利用在插入部34的側面側形成多根螺旋槽40，可以成形多根螺旋形的凸部42。
[0080]此外，使用簡單結構的浮動膜30，可以容易地制造在內面側有設定的扭轉角a的凸部42的管材P。
[0081]此外在本實施方式中，用將來自擠壓筒14的坯料12的擠出方向F畫成下方的圖進行了說明，但在本發明中擠出方向不限于下方。也可以向水平方向或斜下方擠出，也可以向上方擠出來成形管材。
[0082]此外，管材P不限于圓管形，例如也可以是方管。在這種情況下，把插入部34做成方柱形，在其側面側形成槽部。
[0083]此外在本實施方式中，插入擠壓模16的貫通孔22的插入構件以浮動膜30的插入部34插入貫通孔22的例子進行了說明，但本發明不限于此，作為插入構件也可以使用心軸等其他構件插入。
[0084]此外在本實施方式中，作為槽以在插入部34形成螺旋槽40為例進行了說明，但只要是可以形成螺旋形的凸部42的槽即可，不限于螺旋槽40，也可以采用其他形狀的槽。
[0085]此外在本實施方式中，在擠壓模16的中央形成凹部20，以形成直徑比其凹部20的直徑小的貫通孔22為例進行了說明，但也可以采用不特別設置凹部20的結構，只要插入部34從貫通孔22的F側的邊緣部22E伸出，就可以起到本實施方式的效果。
[0086]此外在圖4中，畫的是形成8根螺旋形凸部42的例子，可以使它成形，在圖2中在插入部34上形成了 8根螺旋槽40，但對凸部和螺旋槽的根數不特別限定，如圖5所示，也可以形成更多(例如24根)的螺旋槽41，使更多的凸部成形。此外，相反即使使凸部的根數更少(例如I根)，因使凸部成形也能起到這樣的效果。
[0087]此外，不把鋁的坯料12擠出成形，而利用把塑料擠出成形，也可以制造在內面側
有螺旋槽的塑料管。
[0088]此外，利用在貫通孔22的孔壁形成螺旋槽，也可以成形為在管材P的外周側形成螺旋形的凸部。
[0089]第2實施方式
[0090]下面對第2實施方式進行說明。本實施方式的管材制造裝置與第I實施方式相比，還具有圖6所示的卷繞裝置50，卷繞從管材制造裝置10擠出的管材P。在以下的說明中，把管材制造裝置10配置在水平方向上，把管材P從間隙24沿水平方向擠出，把所述管材P直線狀地引導并卷繞在卷繞裝置50上。
[0091]所述卷繞裝置50包括:卷繞滾筒52，對管材P進行卷繞；雙軸轉動機構54，使卷繞滾筒52繞滾筒軸52X轉動，同時使所述卷繞滾筒52繞與滾筒軸52X垂直且朝向貫通孔22的方向的垂直軸52Y轉動。
[0092]雙軸轉動機構54包括:轉動件56，為圓環形，被支承成繞其中心軸轉動自如；驅動輥58，對轉動件56施加轉動カ。驅動輥58抵接在轉動件56的外周上，成為利用驅動輥58和轉動件56的摩擦力，把來自驅動輥58的轉動カ傳遞給轉動件56的結構。在轉動件56上設置有滾筒軸端支承部60，把卷繞滾筒52的滾筒軸兩端部支承成可以轉動。利用所述結構，把滾筒軸52X可以轉動地支承在滾筒軸端支承部60上，從外部付與繞滾筒軸52X轉動的力，由此,卷繞滾筒52轉動，對管材P進行卷繞。
[0093]此外在本實施方式中，設置有控制驅動輥58的轉速的控制部62。所述控制部62考慮轉動件56和驅動輥58的半徑，控制驅動輥58的轉速，使從間隙24擠出的管材P的轉速和轉動件56的轉速相同。
[0094]在本實施方式中，以與管材P相同的轉速使卷繞滾筒52繞垂直軸52Y轉動，同時用所述卷繞滾筒52卷繞從間隙24邊轉動邊擠出的管材P。因此，可以不妨礙管材P的轉動而對管材P進行卷繞。即在卷繞時由于不會使管材P向反向扭轉，所以在卷繞時可以避免凸部42的扭轉角a變小。這對于在成形的管材P長的情況(例如數百米左右)下，在縮短卷繞所需要的時間方面起到特別大的效果。
[0095]此外由于強制將管材P的轉速設為轉動件56的轉速，所以從間隙24送出的管材P的轉速即使偏離設定轉速，也可以消除這種偏差。
[0096]此外，利用使轉動件56繞朝向貫通孔22的垂直軸52Y轉動進行了說明，但在管材P在中途走曲線卷繞在卷繞滾筒52上的情況等下，在卷繞到卷繞裝置50上之前的管材長邊方向沒有朝向貫通孔22的方向時，使轉動件56不是繞上述的垂直軸52Y，而是繞卷繞前的管材長邊方向的軸轉動。
[0097]第3實施方式
[0098]下面對第3實施方式進行說明。本實施方式的管材制造裝置與第2實施方式相比，在間隙24和卷繞裝置50之間還具有校正裝置72 (參照圖7、圖8)，對從間隙24擠出的管材P的直徑進行校正。
[0099]校正裝置72包括:校正用擠壓模76，它形成有校正用貫通孔74，利用使管材P通過，對管材P的外徑進行校正；以及筒形的支承部80，把校正用擠壓模76支承成可以繞校正用貫通孔74的中心軸轉動。
[0100]如圖8 (b)所示，在支承部80的內周側形成有收容凹部84，使它可以配置球狀的軸承構件82，利用配置在所述收容凹部84的軸承構件82，可以使插入支承部80的校正用擠壓模76轉動。
[0101]在本實施方式中，利用使從間隙24送出的管材P插入校正用貫通孔74，即使在從間隙24擠出后在管材P外形上無意地形成凹凸，也可以對所述外形進行校正。例如即使從間隙24擠出后管材P膨脹，外徑變得比設定值大，也可以對所述外徑進行校正。此外，在把管材P插入校正用貫通孔74時，把管材P從校正用擠壓模76中拔出需要力，而可以從卷繞裝置50對管材P施加所述力，不新設置拉拔裝置，就可以有效地對管材P的外徑進行校正。
[0102]此外，所述校正用擠壓模76不限于對管材P用卷繞裝置50進行卷繞的中途使用，可以用于從間隙24剛擠出后的管材P上，此外，對于卷繞后的管材P例如也可以在開卷時使用。此外，也可以在把管材P切斷成規定長度后使用。[0103]<試驗例>
[0104]本發明人在第I實施方式中，對使用一個浮動膜30，把插入部34從貫通孔22伸出的長度L (參照圖3)作為參數并使其改變，對于以各伸出長度L成形的管材P，測量了螺旋形的凸部42的扭轉角a。在本試驗例中，使凸部42的根數為20根，使M為4mm。測量的結果示于圖9。此外在圖9中，在L為負的情況是指插入部34的下端位于邊緣部22E的上方，與形成邊緣部22E的下面相比，插入部34縮進去。
[0105]從圖9可以看出，結果是伸出的長度L越長，凸部42的扭轉角a越大，而且也有可以形成30°以上大扭轉角a的凸部42的管材。此外，通過使螺旋槽40的扭轉角0更大，或使插入部34的伸長長度L更長，可以使扭轉角a更大。
[0106]此外，圖10 (a)是用本試驗例成形的管材P的側面剖面圖，圖10 (b)是本試驗例中成形的管材P的剖面立體圖。可以確認在管材P的內周側形成了螺旋形的凸部42。
[0107]此外，在從間隙24擠出管材P吋，由于管材P邊轉動邊擠出，在管材P的外周側形成扭轉線的花紋。所述扭轉線的扭轉角a與凸部42的扭轉角a為相同的角度。
【權利要求】
1.一種管材制造裝置，其特征在于，包括: 擠壓模，設在坯料的擠出方向側，形成有貫通孔；以及 插入構件，插入所述貫通孔以使前端從所述貫通孔向所述擠出方向側伸出，在與所述擠壓模之間形成有間隙， 在所述插入構件的側面側形成有槽，所述槽在從所述間隙對管材進行擠出成形時在管材內面側成形有螺旋形的凸部。
2.根據權利要求1所述的管材制造裝置，其特征在干， 形成有多根螺旋槽來作為所述槽。
3.根據權利要求1或2所述的管材制造裝置，其特征在干， 具有浮動膜來作為所述插入構件，所述浮動膜一體地具有插入所述貫通孔的插入部。
4.根據權利要求1?3中任一項所述的管材制造裝置，其特征在于，還包括: 卷繞部件，對從所述間隙擠出的所述管材進行卷繞； 所述卷繞部件具有: 卷繞滾筒，對所述管材進行卷繞；以及 雙軸轉動機構，邊使所述卷繞滾筒繞滾筒軸轉動，邊以與所述管材的轉速相同的轉速繞與滾筒軸垂直的軸轉動。
5.根據權利要求1?4中任一項所述的管材制造裝置，其特征在于，還包括: 校正部件，對從所述間隙擠出的管材的直徑進行校正， 所述校正部件具有: 校正用擠壓模，形成有校正用貫通孔，利用使所述管材通過該校正用貫通孔來對所述管材的外徑進行校正；以及 支承機構，把所述校正用擠壓模支承成能繞所述校正用貫通孔的中心軸轉動。
6.一種管材制造方法，其特征在干， 使用權利要求1所述的管材制造裝置，加熱所述坯料，從所述間隙擠出，使在內面側具有所述凸部的管材成形。
7.一種管材，其特征在干， 利用權利要求1所述的管材制造裝置進行擠出成形，使所述凸部在管材內面側成形。
【文檔編號】B21C25/02GK103596708SQ201280022916
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年5月18日 優先權日:2011年5月19日
【發明者】村田眞, 久保木孝, 諸井努 申請人:國立大學法人電氣通信大學, 株式會社Ｌｉｘｉｌ