ES2167734T5 - Procedimiento e instalacion para la fabricacion de tubos de materia plastica con estirado biaxial. - Google Patents

Abstract

PROCEDIMIENTO DE FABRICACION DE TUBOS DE MATERIAL PLASTICO, SEGUN EL CUAL SE SOMETE A UN ESTIRADO BIAXIAL UN TUBO-DESBASTE (TE) LLEVADO A UNA TEMPERATURA CERCANA A SU TEMPERATURA DE ORIENTACION MOLECULAR, POR DILATACION RADIAL DEL TUBO DESBASTE EN EL INTERIOR DE UNA CAÑA DE FORMACION (2) CON FORMACION DE UNA BURBUJA EN UN EXTREMO DEL TUBO, DESPLAZAMIENTO CONTROLADO DE ESTA BURBUJA HASTA EL OTRO EXTREMO DEL TUBO, Y CON ESTIRADO LONGITUDINAL. LA DILATACION RADIAL SE REALIZA EN AL MENOS DOS FASES, A SABER, UNA PRIMERA FASE DURANTE LA CUAL EL TUBO DESBASTE (TE) SE INFLA HASTA UN DIAMETRO INTERMEDIO (DI) DETERMINADO POR UNA ENVOLTURA (21) DE DOBLE PARED, INTRODUCIDA EN LA CAÑA DE FORMACION (2) CON CIRCULACION DE UN FLUIDO CALIENTE ENTRE LAS DOS PAREDES DE LA ENVOLTURA (21) Y A CONTINUACION LA ENVOLTURA (21) SE EXTRAE PROGRESIVAMENTE DE LA CAÑA DE FORMACION (2) PARA PERMITIR, DURANTE UNA SEGUNDA FASE, LA DILATACION RADIAL DEL TUBO DE MATERIAL PLASTICO HASTA EL DIAMETRO INTERNO DE LA CAÑA DE FORMACION (2) Y SU ESTIRADO LONGITUDINAL.

Description

Procedimiento e instalación para la fabricación de tubos de materia plástica con estirado biaxial.

La invención se refiere a un procedimiento para la aplicación de tubos de materia plática, del tipo según el cual se hace sufrir un estirado biaxial a un tubo en bruto que se ha llevado a una temperatura próxima a su temperatura de orientación molecular, mediante dilatación radial del tubo en bruto en el interior de un fuste para el conformado, cuyo diámetro interno es igual al diámetro deseado para el tubo de materia plástica, con la aproximación de la dilatación térmica, con formación de una burbuja en una extremidad del tubo, desplazamiento controlado de esta burbuja hasta la otra extremidad del tubo, y con estiraje longitudinal.

Un procedimiento de este tipo permite fabricar tubos de materia plástica orientados molecularmente, cuyas propiedades mecánicas están mejoradas.

La GB-A-1 432 539 enseña un procedimiento de este tipo en una forma que, sin embargo, se revela difícilmente aplicable a tubos de gran longitud. En efecto, durante la puesta bajo presión, el hinchado (formación de la burbuja) y, por lo tanto, la orientación molecular se inicia frecuentemente en varios puntos al mismo tiempo; este fenómeno, difícilmente controlable, provoca variaciones importantes del espesor en el sentido longitudinal e incluso pliegues frente a dos frentes de dilatación.

La US-A-4 098 857 aporta una mejora al procedimiento de la bi-orientación evocado anteriormente mediante la utilización, en el interior de un molde, de una camisa que aprisiona a la pieza en bruto. Al inicio de la operación, la camisa confina la expansión radial y a continuación se retira progresivamente para dejar progresar la zona de
estiraje.

La EP-B-0 072 064 utiliza también una de este tipo que aprisiona una pieza en bruto de tubo; durante la fabricación, la camisa se retira progresivamente, y se ha provisto un sistema de contra-presión para regular el desplazamiento axial de la camisa equipada con una extremidad (en contacto con la pared del tubo en bruto en curso de estiraje) de un pistón anular de forma troncocónica ensanchada. El estiraje longitudinal del tubo en bruto se obtiene, esencialmente, mediante el rozamiento de la camisa sobre la sección del tubo durante su desplazamiento relativo a lo largo del tubo. Una solución de este tipo permite, ciertamente, controlar el desplazamiento de la burbuja, pero hace intervenir fuerzas de rozamiento para asegurar el estiraje longitudinal; ahora bien, se sabe que es difícil controlar con precisión las fuerzas de rozamiento entre dos piezas de movimiento, de forma que el estiraje longitudinal corre el riesgo de presentar variaciones sensibles a lo largo del tubo. Además, el rozamiento de la camisa contra la superficie externa del tubo de materia plástica puede crear defectos de aspecto sobre esta superficie.

La EP-A-0 404 557 trata de proporcionar un accionamiento positivo del estiraje longitudinal del tubo en bruto, accionamiento que está ausente en el procedimiento evocado anteriormente. La extremidad del tubo en bruto, opuesta a aquella en la que se forme inicialmente la burbuja, está bloqueada en un pistón, que ejerce un esfuerzo de estiraje sobre el tubo en bruto. De forma que el rozamiento entre el tubo en bruto y la camisa ya no se necesite para asegurar un esfuerzo de estiraje de este tipo. El procedimiento según la EP-A-0 404 557 permite por lo tanto mejorar la homogeneidad del grado de estiraje longitudinal a lo largo del tubo.

Sin embargo, para que el estiraje del tubo de materia plástica pueda efectuarse en buenas condiciones, este tubo debe ser llevado y mantenido a una temperatura apropiada, próxima a su temperatura de orientación molecular, por medio de un fluido caliente que, según la EP-A-0 404 557, circula, no solamente a través del tubo en bruto de materia plástica, sino también alrededor de la camisa, el fluido caliente, que pasa alrededor de la camisa, está en contacto directo con la superficie interna del fuste de conformado que se mantiene, de este modo, a una temperatura relativamente elevada.

Al final de la dilatación radial, la materia plástica del tubo en bruto, según la EP-A-0 404 557, entra en contacto con la superficie interna caliente del fuste de conformado y no se coagula rápidamente, incluso si, como se ha previsto, se pone en circulación un fluido frío por el interior del tubo de materia plástica. Esta refrigeración relativamente lenta de la capa exterior del tubo contribuye a aumentar la duración del ciclo de conformado y a reducir la productividad del procedimiento.

La invención trata de hacer homogénea la dilatación radial a través de toda la longitud del tubo, a pesar de la importancia de esta dilatación.

La invención se refiere, además, a proporcionar un procedimiento que es relativamente simple y económico de realización.

Preferentemente, la invención trata igualmente de proporcionar un procedimiento que permite realizar un encajado, en una extremidad del tubo, con una garganta para recibir una junta de estanqueidad, al mismo tiempo que se asegura un espesor casi constante del tubo obtenido sobre toda su longitud, incluso al nivel del encajado.

La invención se apoya en un análisis del fenómeno de expansión de un tubo en bruto para aumento de la presión interna, y en consideraciones relativas a las tensiones reales generadas en el espesor del tubo. La figura 1 de los dibujos adjuntos es un diagrama que ilustra las variaciones de diámetro, expresadas en porcentaje y que se han llevado en abscisas, de un tubo de materia plástica (a temperatura próxima a la temperatura de orientación molecular), sometido a una presión interna cuyo valor se ha dispuesto en ordenadas. Se ve que las variaciones de diámetro se descomponen en varias etapas:

-

en una primera etapa, que corresponde a una parte sensiblemente rectilínea ascendente caracterizada por un aumento homogéneo del diámetro del tubo hasta aproximadamente 30%, con aumento de la presión interna;

-

una segunda etapa en la cual la tensión en la pared pasa por un máximo y a continuación vuelve a descender de una manera muy ligera para estabilizarse a un valor constante mientras que el diámetro aumenta: este es el fenómeno de burbuja.

Este fenómeno puede concluirse en una tercera etapa en la cual el valor de la tensión real en la pared disminuye ligeramente.

Para la fabricación, es indispensable, por lo tanto, aumentar la presión interna del tubo hasta un valor crítico para que se inicie una burbuja, y a continuación estabilizar esta presión para evitar el reventado rápido del tubo.

En la primera etapa, que corresponde al aumento homogéneo del diámetro del tubo, la elongación circunferencial, provocada por la dilatación, permanece menor o igual que el umbral de flujo de la materia del tubo. En la segunda etapa, que corresponde al fenómeno de burbuja, la elongación circunferencial sobrepasa el umbral de flujo de la materia del flujo.

El procedimiento de la invención, que trata de hacer el fenómeno de expansión tan homogéneo como sea posible, se caracteriza porque la dilatación radial se realiza al menos en dos fases, a saber:

una primera fase, en el transcurso de la cual el tubo en bruto se hincha de manera homogénea hasta un diámetro intermedio, menor que el diámetro interno del fuste de conformado, para el cual la elongación circunferencial permanece menor o igual que el umbral de flujo de la materia del tubo, realizándose esta primera fase prácticamente sin estiraje longitudinal, seguido de la formación de una burbuja en una extremidad del tubo,

y al menos otra fase para el paso hasta el diámetro interno del fuste de conformado, con estiraje longitudinal.

Preferentemente, el diámetro intermedio se determina introduciendo en el fuste de conformado una camisa deslizante, cuyo diámetro interno sea igual al diámetro intermedio y, después de la primera fase de dilatación, esta camisa se retira progresivamente del fuste de conformado para permitir la segunda fase de dilatación radial.

Ventajosamente, la camisa deslizante es una camisa de doble pared, con circulación de un fluido caliente entre las dos paredes de la camisa.

Preferentemente, el fuste de conformado está refrigerado exteriormente.

La presencia de la camisa de doble pared con circulación interna de fluido caliente, permite mantener la temperatura del tubo en bruto evitando un calentamiento directo de la superficie interna del fuste de conformado, merced a lo cual la duración del ciclo de conformado se reduce y se aumenta la productividad.

El estiraje longitudinal del tubo, realizado esencialmente en el transcurso de la segunda fase, se obtiene bloqueando las dos extremidades del tubo en bruto en medio de aprisionado respectivo, y alejando los medios de aprisionado de una extremidad de los medios de aprisionado de la otra extremidad del tubo.

Ventajosamente, se insufla un gas bajo una presión, principalmente aire comprimido, contra la pared externa del tubo de materia plástica y la pared interna de la camisa, para facilitar el deslizamiento relativo de las dos partes en el momento de la salida de la camisa, y evitar un rozamiento parásito.

Preferentemente subsiste un espacio libre, en el interior del fuste de conformado, entre la extremidad de la camisa deslizante, totalmente insertada en el fuste, y la extremidad próxima del fuste, permitiendo este espacio libre el nacimiento de la burbuja, por aumento de la presión interna en el tubo en bruto, sin tener que desplazar previamente la camisa deslizante.

La extremidad del tubo de materia plástica, alejada de la zona de información de la burbuja, puede empujarse hacia esta zona en el momento del nacimiento de la burbuja para provocar un aumento del espesor de la materia que permita obtener una burbuja de espesor sensiblemente igual al de la parte restante del tubo.

Ventajosamente se realiza sobre el tubo de materia plástica un encajado con ranura para recibir una junta de estanqueidad, durante la formación de la burbuja en una extremidad del tubo.

Preferentemente, durante la puesta en contacto de la pared de la burbuja con la pared del molde de encajado, se empuja la extremidad próxima del tubo hacia el encajado para obtener un espesor de pared al nivel de la garganta para la junta sensiblemente igual al del resto del encajado y del tubo.

Ventajosamente, se refrigera exteriormente el fuste de conformado por irrigación o regulación.

La invención se refiere igualmente a una instalación para la realización del procedimiento definido anteriormente, comprendiendo esta instalación un fuste de conformado en el que se inserta el tubo en bruto, y medios de obturación y de aprisionado de cada extremidad del tubo en bruto, así como medios para hacer circular un fluido, principalmente un líquido, en el tubo en bruto y hacer variar la presión de este líquido, y se caracteriza porque comprende una camisa de doble pared, y medios para hacer circular un fluido caliente, en particular a temperatura próxima a la temperatura de orientación en esta camisa, que está montada deslizantemente en el fuste de conformado y que determina, mediante su diámetro interno, un diámetro intermedio de dilatación, rodeando esta camisa una extremidad del tubo en bruto, que está dotada con medios de aprisionado que forman un pistón montado deslizantemente en la camisa y que es solidario con un cilindro que se prolonga mas allá de la extremidad de la camisa, estando previstos medios de arrastre en deslizamiento, independientes, respectivamente para la camisa y para el cilindro dotado con el pistón.

El pistón, montado en la extremidad del cilindro, comprende, preferentemente, medios de paso para insuflar un gas bajo presión, principalmente aire comprimido, entre la pared externa del tubo de materia plástica y la pared interna de la camisa y facilitar su deslizamiento relativo.

Ventajosamente, la instalación comprende en la extremidad del fuste de conformado, opuesta al cilindro dotado con el pistón, medios de aprisionado de la extremidad del tubo de materia plástica, que forman igualmente medios de obturación del fuste de conformado y que definen un molde para un encajado en el extremo del tubo de materia plástica.

El molde, definido de este modo, para el encajado comprende al menos dos partes que determinan una ranura para una junta de estanqueidad y que están montadas deslizantemente entre sí, siendo apta la parte situada axialmente, hacia el exterior del tubo de materia plástica, para aproximarse a la otra parte para conducir materia hasta el nivel de la garganta para la junta y permitir la obtención de una pared con un espesor sensiblemente constante a todo lo largo del encajado.

Ventajosamente se han previsto medios para la detección de la aplicación de la pared del encajado contra la parte correspondiente del molde, para iniciar el desplazamiento de la otra parte del molde cuando se establezca el contacto.

La invención consiste, poniendo a parte las disposiciones expuestas anteriormente, en un cierto número de otras disposiciones, a las que se hará referencia de una manera más explícita a continuación a propósito de un ejemplo de realización descrito con referencia a los dibujos adjuntos, pero que en ningún modo es limitativo.

La figura 1, de estos dibujos, es un diagrama que representa el aumento de diámetro de un tubo de materia plástica, llevado en abscisas y expresado en porcentaje, mientras que la presión en el interior del tubo, expresada en bares (1 bar = 10^{5} Pa), se ha llevado en ordenadas.

La figura 2 es un esquema simplificado con partes arrancadas de una instalación según la invención.

La figura 3 muestra, en sección, a mayor escala, la extremidad del fuste de conformado, equipada con medios para definir un molde para un encajado.

La figura 4 es un esquema simplificado que representa, en sección, el tubo en bruto dispuesto en el interior del fuste de conformado.

La figura 5 muestra, de manera semejante a la de la figura 4, el tubo hinchado al final de la primera fase de dilatación radial.

La figura 6 muestra, de manera semejante a la de la figura 5, una etapa siguiente del procedimiento, anterior a la formación del encajado.

La figura 7 ilustra la formación del encajado.

La figura 8 muestra, en sección, a mayor escala, un detalle de la realización del encajado.

La figura 9 es un esquema, semejante al de la figura 7, que ilustra la propagación de la burbuja y la dilatación radial complementaria del tubo.

La figura 10 es una vista esquemática, en sección, de la instalación en la que se ve un insuflado de aire comprimido, durante la fase ilustrada en la figura 9.

La figura 11 es un diagrama, que ilustra el ciclo de conformado.

La figura 12, finalmente, es una sección parcial a mayor escala del encajado.

Haciendo referencia a los dibujos, se retoma la figura 1, que muestra el diagrama ya descrito.

La figura 2 muestra, esquemáticamente, y de manera parcial, una instalación 1 para la fabricación de tubos de materia plástica -orientados. Esta instalación comprende un fuste conformado 2, constituido por un tubo cilíndrico metálico, por ejemplo de acero, que sirve de molde para el producto acabado a ser obtenido; el diámetro interno del fuste de conformado 2 ligeramente mayor que el diámetro exterior del tubo de materia plástica bi-orientado acabado, para tener en cuenta la contracción térmica. El fuste de conformado 2 está dotado, en una de sus extremidades (la extremidad derecha en la figura 2), con un manguito 3 que constituye una parte de un molde para el conformado de un encajado E (figura 7 a 10) en la extremidad correspondiente del tubo de materia plástica T.

La pared externa del fuste de conformado 2 está refrigerada por pulverización de agua sobre la superficie exterior del fuste 2, por medio de una rampa de irrigación R. La refrigeración de la pared externa del manguito 3 está asegurada igualmente, de manera preferente con una regulación térmica a una temperatura situada en el intervalo desde 20ºC hasta 30ºC.

Como se ha representado con mayor detalle en la figura 3 el manguito 3 comprende, en su extremidad dirigida hacia el fuste 2, un escariado 4 de diámetro igual al diámetro externo del fuste 2, insertado en este escariado. El manguito 3 está ensamblado con el fuste 2 por cualquier medio apropiado, principalmente por soldadura. El escariado 4 está delimitado interiormente por un hombro radial 5 que asegura la transición con otro escariado 6 de diámetro menor al del escariado 4, pero mayor que el diámetro interno del fuste 2. Un rebaje radial 7 asegura la transición entre el escariado 6 y el escariado terminal de mayor diámetro y de mayor longitud, que se extiende hasta la extremidad exterior del manguito 3.

Entre la extremidad del fuste 2 y el hombro 5 se ha dispuesto un casquillo metálico 8, cuyo diámetro interno, en el lado dirigido hacia el fuste 2, es igual que el diámetro interno de este fuste, a continuación aumenta progresivamente para formar un chaflán troncocónico 9, cuyo diámetro mayor es igual que el diámetro del escariado 6. Este escariado 6 determina la superficie exterior del encajado E; su diámetro se elige de tal manera que el diámetro interno del encajado E, al nivel del escariado 6, permita recibir con rozamiento suave, el diámetro externo de un tubo T acabado de materia plástica, semejante al que está dotado con el encajado E.

Otro casquillo 10 está apoyado axialmente contra el rebaje 7. El escariado interior de este casquillo 10 tiene el mismo diámetro que el escariado 6 y se abre, por el lado opuesto al escariado 6, por un chaflán troncocónico 11, que determina una zona de pared de molde, que sirve para formar una nervadura externa sobre el tubo T acabado. Esta nervadura corresponde, sobre la pared interna del tubo, a una ranura k (figura 7) para recibir una junta de estanqueidad. El casquillo 10 presenta, sobre su superficie cilíndrica externa, un destalonado periférico 12 a nivel de su extremidad dotada con el chaflán 11. Este destalonado 12 permite definir un espacio anular propio para recibir una corona cilíndrica 13, con posibilidad de deslizamiento axial. Esta corona 13, en resalte, es solidaria con la extremidad de un manguito 14 insertado en el escariado del manguito 3 con rozamiento suave. El manguito 14 presenta un escariado interno 14a que tiene el mismo diámetro que el escariado 6.

El perfil interno del manguito 14, en combinación con el del manguito 3 y con la superficie cilíndrica interna de la corona 13, define la huella G para el encajado E. En el ejemplo de realización de la figura 2, el perfil interno del manguito 14 es sensiblemente simétrico con el perfil de la parte del manguito 3, situada a la izquierda de la corona 13 con relación al plano medio de esta corona. La sección transversal de la ranura k para la junta de estanqueidad puede tener una forma diferente a la de V, ilustrada en los dibujos, por ejemplo una forma rectangular.

Se ha previsto una garganta 15 sobre la superficie externa del manguito 14, para la colocación de una junta de estanqueidad entre los manguitos 3 y 14.

Se ha previsto un dispositivo 16 de obturación y de aprisionado de la extremidad próxima del tubo en bruto Te, para fijarse, de manera estanca, sobre la extremidad exterior del maguito 14. El dispositivo de obturación 16 puede estar dispuesto para asegurar, mediante compresión axial de un casquillo de materia elastómera, un aprisionado radial de la extremidad de tubo en bruto Te apto para establecer la estanqueidad y la sujeción por aprisionado de esta extremidad. Se han previsto medios (no representados) para desplazar en deslizamiento el manguito 14 con relación al manguito 3 y para inmovilizarlo en la posición deseada.

La otra extremidad del tubo en bruto Te está cerrada de manera estanca y bloqueada en un dispositivo de obturación y de aprisionado 1 7 (figura 2), semejante al dispositivo 16, que constituye un pistón solidario con la extremidad de un tubo cilíndrico metálico 16, que se extiende en el lado opuesto al manguito 3.

Los dos dispositivos de obturación 16, 17 están atravesados, axialmente, por un canal respectivo 16a, 17a para una introducción y/o para una circulación de fluido, generalmente agua, en el interior del tubo Te.

El tubo 18, coaxial con el fuste de conformado 2, puede deslizarse en una guía 19 del lado de su extremidad alejada del fuste 2 y está aprisionada por un dispositivo de arrastre B apto para desplazar el tubo 18 según la dirección axial. Un conducto C1, principalmente un conducto flexible, se extiende en el interior del tubo 18 y está conectado con el canal 17a para introducir el fluido en el tubo Te.

Otro conducto C2, por ejemplo formado también por un tubo flexible, se extiende en el tubo 18 y está conectado con un canal 20 (figuras 2 y 10) previsto en el dispositivo de obturación 17, que forma pistón.; este canal 20 comprende una parte orientada radialmente, que desemboca sobre la superficie periférica cilíndrica externa del pistón 17.

Una camisa 21 (o vaina) con dos paredes cilíndricas coaxiales de diámetro diferente, que determinan entre sí una cámara anular, se ha montado deslizantemente en el fuste de conformado 2. El diámetro interno Di de la camisa 21 es igual que el diámetro externo del pistón obturador 17, que puede deslizarse con rozamiento suave. El diámetro externo de la camisa 21 es ligeramente menor que el diámetro interno del fuste 2.

La camisa 21 determina una cámara interior cerrada axialmente en sus dos extremidades longitudinales, y está equipada con dos tubuladuras 22, 23, esquemáticamente representadas en las figuras 2, para una circulación de fluido caliente, en particular para una circulación de aceite a una temperatura próxima a la temperatura de orientación molecular de la materia plástica del tubo Te. En el caso en que el tubo de materia plástica sea de PVC, cuya temperatura de orientación molecular está situada en un intervalo desde 90ºC hasta 110ºC aproximadamente, se hace circular, ventajosamente, a través de la camisa 21, aceite caliente a una temperatura del orden de 100ºC.

En su extremidad exterior, la camisa 21 está fijada con un dispositivo de sujeción y de arrastre 24, que comprende un moto-reductor eléctrico 25, propio para arrastrar un piñón 26, que coopera con una cremallera 27 montada fija con una cremallera 27 montada fija con relación al fuste de conformado 2, paralelamente al eje de este fuste.

El diámetro interno Di de la camisa 21 se ha determinado para que corresponda con el diámetro exterior del tubo en bruto Te cuando este último haya sufrido una expansión que entrañe un alargamiento circunferencial de la materia plástica como máximo igual al umbral de flujo de la materia plástica.

Como ya se ha explicado con relación a la figura 1, este diámetro corresponde a un aumento de aproximadamente un 30% del diámetro exterior de partida H del tubo en bruto cilíndrico Te.

La longitud de la camisa 21 se elige de tal manera que, cuando esta camisa 21 esté introducida prácticamente por completo en el fuste de conformado 2, como se ha ilustrado en la figura 4, la camisa 21 recubra casi toda la longitud del tubo en bruto Te, con excepción de la zona de extremidad situada al nivel de la cavidad G para moldear el encaje E, y de una zona cilíndrica de longitud reducida e que se extiende a partir de esta cavidad G en el lado opuesto al obturador 16.

Preferentemente, la extremidad frontal 28 de la camisa 21, dirigida hacia la zona del encajado, tiene una forma troncocónica ensanchada apta para asegurar una transición progresiva entre el diámetro interno de la camisa 21 y el diámetro interno de fuste 2.

Ventajosamente se prevé en el manguito 3, (figura 3) un dispositivo S para detectar la llegada contra el chaflán 11 de la materia plástica en curso de dilatación. Este dispositivo S comprende, preferentemente, una fibra óptica conectada con una instalación de emisión y de recepción de luz (no mostrada) que permita la detección óptica de la aproximación de la materia plástica. El alojamiento previsto para el paso de la fibra óptica desemboca por el orificio O en el pasaje interno del casquillo 10, en las proximidades del chaflán 11.

Como variante, puede considerarse una detección mediante ultra-sonidos.

En este caso, el funcionamiento de la instalación, que utiliza el procedimiento de fabricación según la invención, es el siguiente.

Una pieza en bruto cilíndrica Te de tubo de materia plástica se coloca, en primer lugar, en el interior del fuste de conformado 2. Esta pieza en bruto Te tiene un diámetro exterior H menor que el diámetro del tubo acabado deseado y un espesor relativamente grande, mayor que el del tubo acabado. A título de ejemplo, un tubo en bruto Te de PVC, puede tener un diámetro exterior inicial de 85 mm con un espesor de 20 mm mientras que el tubo acabado bi-orientado tiene un diámetro de 160 mm; siendo el diámetro intermedio Di, que corresponde a la dilatación radial homogénea, aproximadamente de 125 mm para este ejemplo.

Preferentemente, el tubo en bruto Te llega a una temperatura próxima a su temperatura de orientación molecular, procedente, por ejemplo, de una instalación de tratamiento de tubos de materia plástica.

Para la colocación del tubo en bruto Te, el manguito 14 (figura 3) se retira del manguito 3 y el tubo cilíndrico 18 se empuja hacia la derecha de tal manera que el dispositivo de obturación y de aprisionado 17 sea accesible mas allá del manguito 3 para permitir la sujeción de la extremidad izquierda de la pieza en bruto Te.

Cuando se ha realizado la fijación de la extremidad de la pieza en bruto Te en el dispositivo 17, el tubo 18 y su pistón obturador 17, se desplazan hacia la izquierda de la figura 2 y arrastran a la pieza en bruto Te hasta el interior del fuste 2 y de la camisa 21, cuya posición es la que se ha ilustrado en la figura 4.

Esta colocación de la pieza en bruto Te caliente se realiza evitando cualquier contacto de la pieza en bruto Te con piezas frías, por ejemplo a la temperatura ambiente.

Cuando la extremidad derecha (según los dibujos) de la pieza en bruto Te llega hasta las proximidades del manguito 3, el dispositivo de obturación 16 se fija en la extremidad de la pieza en bruto y a continuación se bloquea en el manguito 14 que, finalmente, se coloca en el manguito 3; un juego longitudinal subsiste en el espacio 12 entre el casquillo 10 y la corona 13, permitiendo un deslizamiento ulterior del manguito 14.

Al final de la introducción del tubo en bruto Te, la configuración es la que se ha ilustrado en la figura 4. Se ve que la camisa 21 deja descubierta la zona interior G.

Se introduce en la pieza en bruto Te, por el conducto C1 y el canal 17a, un fluido caliente, a una temperatura próxima a la temperatura de orientación molecular de la materia plástica de la pieza en bruto. En el caso del PVC, el fluido introducido en la pieza en bruto Te, está formado por agua caliente a una temperatura próxima a 100ºC. Tras haber asegurado el cierre del canal 16a por una válvula (no representada), se aumenta la presión de agua en la pieza en bruto Te para provocar la primera fase de expansión radial homogénea del tubo que se aplica contra la superficie interna de la camisa 21, caliente a su vez merced a la circulación de aceite en su interior.

Como ya se ha explicado, esta primera fase de dilatación radial del tubo corresponde a una expansión con un alargamiento circunferencial de la materia sin sobrepasarse el umbral de flujo de la materia plástica. En la zona correspondiente a la huella del encajado, en la que la pieza en bruto Te no está recubierta por la camisa, la dilatación permanece homogénea. Durante esta fase de dilatación radial, los dispositivos de obturación 16 y 17 permanecen en posición fija según la dirección axial. El espesor de la pieza en bruto disminuye, y la materia no sufre prácticamente estiraje longitudinal. La situación es la que se ha ilustrado en la figura 5.

Como se ha esquematizado en la figura 6, se aplica entonces un empuje axial sobre la extremidad izquierda del tubo en bruto Te, por intermedio del pistón obturador 17 y del tubo cilíndrico 18, empujado por el dispositivo B (figura 2), hacia la zona del encajado. Un empuje axial se aplica simultáneamente sobre la camisa 21 para desplazarla, igualmente, hacia la zona del encajado con el fin de compensar la distancia e. El desplazamiento simultáneo del tubo en bruto Te y de la camisa 21, preferentemente a la misma velocidad, evita cualquier rozamiento parásito susceptible de dañar la superficie exterior de la pieza en bruto Te.

La materia de la zona N no recubierta del tubo en bruto te se comprime de este modo y aumenta su espesor.

La presión de agua caliente en el interior de la pieza en bruto Te se aumenta a continuación para generar la aparición de una burbuja en la zona N y la formación del encajado E como se ha ilustrado en la figura 7. En el transcurso de esta fase de dilatación el alargamiento circunferencial de la materia sobrepasa el umbral de flujo de la materia plástica. El aumento de espesor en la zona N, realizado durante la etapa de la figura 6, permite obtener, para la pared del encajado E, un espesor prácticamente constante e igual al espesor del tubo acabado T en la parte diferente del encajado, espesor suficiente para obtener las características de comportamiento a la presión del encajado.

Como ya se ha explicado, una garganta k se ha realizado en este encajado para recibir una junta de estanqueidad. La realización de la pared que limita esta garganta k es delicada, principalmente en lo que se refiere a la forma, a las dimensiones, y al espesor de la pared al nivel de esta garganta.

Según la invención, para obtener una garganta k tan precisa como sea posible, se opera como sigue. Poco antes del contacto de la pared de la burbuja, en curso de dilatación, con la superficie fría del tubo de conformado 2 al nivel de su manguito 3 (figura 3), se aplica un empuje axial sobre el manguito 14, como se ha ilustrado por medio de una flecha en la figura 7, hacia el pistón 17. La corona 13 se inserta entonces mas profundamente en el espacio 12 de la figura 3. El resultado es un engrosado de la pared de la burbuja en curso de formación y, principalmente, al nivel de la futura garganta k que, al final de la realización, tendrá el espesor correcto deseado.

La aplicación del empuje sobre el manguito 14 está accionada por el detector S de fibra óptica. La figura 8 ilustra, a mayor escala, la situación al final del avance del manguito 14.

La pared del encajado E está refrigerada por contacto con la pared fría del fuste de conformado 2.

A continuación se asegura una disminución de la presión en el interior de la pieza en bruto Te para despegarla de la pared interior de la camisa 21. Esta camisa 21 se desplaza entonces hacia la izquierda, como se ha ilustrado en la figura 9, para descubrir poco a poco la superficie de la pieza en bruto Te. La presión en el interior de esta pieza en bruto permanece suficiente como para asegurar la segunda fase de dilatación radial y la propagación de la burbuja. Poco después del inicio del movimiento hacia la izquierda (según la figura 9) de la camisa 21, se acciona el desplazamiento en el mismo sentido del tubo cilíndrico 18, que tira del obturador 17 y de la pieza en bruto Te. De este modo se provoca un estiraje longitudinal de la pieza en bruto Te al mismo tiempo que sufre una expansión diametral. El arrastre de la camisa 21 está asegurado por la puesta en marcha del motor 25 (figura 2) que arrastra al piñón 26, que coopera con la cremallera 27. Podría utilizarse cualquier otro dispositivo equivalente que permitiese un desplazamiento longitudinal, tal como guía de bielas o sistema hidráulico.

La camisa 21 se desplaza a una velocidad mayor que la del obturador 17 y la burbuja llega hasta las proximidades del obturador 17 al final del ciclo de conformado.

Para evitar cualquier roce entre la pieza en bruto Te y la camisa 21, como se ha ilustrado en la figura 10, se insufla aire comprimido por el canal 20 en el espacio comprendido entre la pieza en bruto Te y la superficie interna de la camisa 21. El aire se desplaza hacia la extremidad 28 de la camisa 21 contornea esta extremidad y llega, en sentido inverso, entre la superficie externa de la camisa 21 y la superficie interna del fuste de conformado 2, para escaparse a la atmósfera. Este insuflado de aire puede efectuarse al inicio del movimiento hacia la izquierda de la camisa 21. La presión de aire utilizada en esta fase es relativamente baja, principalmente del orden de 4 bares.

Por lo tanto, el estiraje longitudinal de la pieza en bruto Te está perfectamente controlado por el desplazamiento accionado del obturador 17 y de la superficie exterior de la pieza en bruto Te queda preservada de cualquier degradación por rozamiento.

Puesto que el fuste de conformado 2 se mantiene frío, la pared del tubo de materia plástica, durante la propagación de la burbuja ilustrada en la figura 9, entra por lo tanto inmediatamente en contacto con una pared fría y se coagula rápidamente, lo que permite reducir sensiblemente la duración del ciclo de conformado. Debe señalarse que la superficie interna del fuste de conformado 2 permanece a una temperatura relativamente baja puesto que la circulación de aceite caliente se efectúa en el interior de la camisa 21; no pudiéndose efectuar una transmisión eventual de calor entre la pared externa de la camisa 21 y la pared interna del fuste de conformado 2, mas que por contacto entre paredes sólidas o a través de un juego radial de una capa de aire de pequeño espesor. La transmisión de calor es, por lo tanto, relativamente reducida con relación al caso en que el fluido caliente, destinado a mantener la pieza en bruto Te a la temperatura apropiada para la operación de conformado de la burbuja, circule directamente contra la pared interna del fuste de conformado 2. En este último caso, la refrigeración del tubo T que acaba de ser conformada, sería mas prolongada, lo que aumentaría la duración del ciclo de conformado y conduciría a una productividad netamente inferior a la de la invención.

Cuando ha concluido el ciclo de conformado, se introduce agua fría en el tubo acabado T para reducir su temperatura y coagular la materia, antes de su extracción del fuste de conformado 2.

Como el aumento de diámetro del tubo de materia plástica, durante la fase de propagación de la burbuja, ilustrada en la figura 9, es relativamente pequeño, no es necesario asegurar en la extremidad 28 de la camisa 21 una geometría particular. La pared de la burbuja tiene una resistencia a la presión suficiente como para sujetarse por sí sola, sin tener que apoyarse contra una superficie determinada.

El pistón obturador 17 permite seguir y/o pilotar la expansión axial del tubo durante el desarrollo de la burbuja.

La figura 11 es un diagrama que ilustra las variaciones de diversos parámetros durante el ciclo de conformado. En este diagrama tres curvas L1, L2, L3 ilustran, respectivamente:

-

para L1, las variaciones de la presión en el interior de la pieza en bruto,

-

para L2, las variaciones al nivel de agua en una cuba a partir de la cual el agua caliente es tomada para ser inyectada en la pieza en bruto Te y se envía de nuevo a esta cuba durante la introducción de agua fría en la pieza en bruto,

-

y para L3, el desplazamiento del pistón obturador 17 y de la extremidad correspondiente de la pieza en bruto.

Para L1, las variaciones de presión expresadas en bares (o 10^{5} Pa) se han dispuesto en ordenadas, en función del tiempo, expresado en segundos, que se ha llevado en abscisas. El primer segmento horizontal L1a, a presión relativamente nula, corresponde al llenado del tubo en bruto; este va seguido por un segmento ascendente L1b, que corresponde al aumento de presión en el tubo. El segmento horizontal siguiente L1c corresponde a la circulación de agua a través del tubo en bruto a presión constante. El segmento ascendente siguiente L1d, corresponde al aumento de presión para la formación de la burbuja; la presión se mantiene sobre el segmento horizontal L1e y a continuación se disminuye para permanecer al nivel del escalón L1f durante la propagación de la burbuja sobre toda la longitud del tubo (etapa de la figura 9). Al final del conformado, la presión puede aumentarse de nuevo según el pico L1g para asegurar la aplicación del encajado E contra el molde. La presión desciende de nuevo a continuación al nivel del escalón horizontal L1h, sensiblemente al mismo valor de presión que el escalón L1c, para la circulación de agua de refrigeración y la evacuación del agua caliente. La presión retorna al valor relativamente nulo por el segmento descendente L1i.

Para L2, el nivel de agua en la cuba se ha dispuesto en ordenadas y el tiempo, expresado en segundos, se ha dispuesto en abscisas. La expansión radial homogénea de la pieza en bruto, que corresponde al segmento L1b, L1c, va acompañada por un aumento de volumen de agua en el interior del tubo en bruto y, por lo tanto, de una disminución del nivel de agua en la cuba.

\newpage

Este aumento del volumen de agua en el interior del tubo en bruto se prosigue durante la formación de la burbuja y de la propagación de esta burbuja hasta el final del conformado que se sitúa al inicio del pico L1g.

Cuando el agua de refrigeración es introducida, al inicio del escalón L1h, el agua caliente es expulsada hacia la cuba y el nivel de agua en esta cuba asciende de nuevo según el segmento L2h.

Para L3, la amplitud del desplazamiento del pistón obturador 17 se ha llevado en ordenadas, en función del tiempo en segundos, que se ha llevado en abscisas. Un primer segmento horizontal L3a, que corresponde a un desplazamiento nulo, va seguido por un segmento descendente L3b, que representa un desplazamiento negativo, es decir el desplazamiento del pistón obturador 17 hacia la zona del encajado G, para la etapa de la figura 6. El desplazamiento aumenta a continuación según el segmento L3c, lo que corresponde a la propagación de la burbuja, hasta la detención del pistón 17, que corresponde al segmento horizontal L3d.

El tubo bi-orientado T se retira finalmente del fuste 2, eventualmente se refrigera de manera adicional mediante aspersión de agua sobre su superficie exterior, y los dispositivos de obturación 16 y 17 son desmontados. Las extremidades del tubo T no expandidas, que estaban sujetas en el dispositivo de obturación 16 y 17, se cortan, cuando se introduce una nueva pieza en bruto Te en el fuste de conformado 2.

Las características de un tubo, obtenido mediante el procedimiento de la invención, se han analizado, en particular, al nivel del encajado o tulipa E que, como se ha ilustrado en la figura 12, se ha descompuesto de forma virtual en varios segmentos Ea, Eb... Ee por necesidades del análisis.

Ea corresponde a la zona de entrada del encajado, zona en la que penetra en primer lugar la extremidad de otro tubo destinado a ensamblarse con el que está dotado con el encajado representado en la figura 12.

Eb corresponde a la primera pared oblicua de la garganta k y sensiblemente a la mitad del fondo de la garganta.

La zona Ec corresponde a la otra mitad del fondo de la garganta k y a la otra pared oblicua.

Ed corresponde a la zona cilíndrica del fondo del encajado situado entre la garganta k y la zona troncocónica de transición Ee.

Finalmente, la zona f (fuste) corresponde al inicio del tubo cilíndrico que no forma parte del encajado E propiamente dicho.

Para analizar las variaciones de longitud axial entre las diferentes zonas de la pieza en bruto, que corresponden a las del encajado acabado E, se ha operado como sigue.

Una muestra de tulipa o de encajado E, realizada según la invención, de PVC, se ha cortado y a continuación se ha colocado en una estufa a 150ºC durante 1 hora.

Una vez concluida esta operación, se ha interrumpido el calentamiento de la estufa y se ha dejado que la temperatura descienda hasta la temperatura ambiente de la estancia; esta operación se ha efectuado, aproximadamente, en 15 horas.

Después de un tratamiento de este tipo, el encajado E recupera su forma de pieza en bruto original (no habiendo sobrepasado la temperatura la transición vítrea del polímero), cilíndrica. Los límites entre las diferentes zonas Ea, Eb... Ee, f se habían representado previamente en n1, n2... n6.

Antes del tratamiento térmico, que hace retornar hasta la pieza en bruto, las longitudes desarrolladas de las diferentes zonas Ea... Ee, f han sido medidas sobre el encajado acabado. Estas longitudes corresponden a las distancias desarrolladas entre las marcas n0... n6.

Se han medido sobre la región del encajado, que ha retornado a la forma de pieza en bruto, después del tratamiento térmico, las longitudes de las mismas zonas.

Se define el estiraje axial relativo \Delta1/1 como:

(longitud desarrollada de una zona sobre el tubo acabado - longitud desarrollada sobre la pieza en bruto restituida) / longitud desarrollada sobre la pieza en bruto restituida.

Se han obtenido los resultados siguientes (longitudes en mm):

	Ea	Eb	Ec	Ed	Ee	Total	Fuste
						encajado
						solo
Longitud sobre la pieza en bruto	28	19	20	67	24	158	50
Longitud sobre el tubo acabado	35	24	20	74	28	181	54,5
Estiraje axial \Delta1/1 en %	21%	26%	0%	10%	17%	15%	9%

Se ve pues que el estiraje axial del encajado solo sobre toda su extensión, es decir sobre las zonas Ea-Ee, es del orden del 15%, mientras que sobre el tubo (que corresponde a la zona f) este estiraje axial no es mas que del 9% aproximadamente. Dicho en otras palabras, el estiraje axial al nivel del conjunto del encajado es mayor que el de la parte restante del tubo e incluso es superior en 1,5 veces al estiraje axial de la parte restante del tubo.

Este estiraje axial contribuye a una bi-orientación reforzada al nivel del encajado y a buenas características mecánicas de este encajado.

Además, con el procedimiento de la invención, aún cuando el estiraje axial sea mayor al nivel del encajado, el espesor de la pared de este encajado es sensiblemente el mismo que el de la parte restante del tubo.

Claims (15)

1. Procedimiento para la fabricación de tubos de materia plástica, según el cual se hace sufrir un estiraje bi-axial a un tubo en bruto (Te) que se ha llevado a una temperatura próxima a su temperatura de orientación molecular, por dilatación radial del tubo en bruto en el interior de un fuste de conformado (2), cuyo diámetro interno es igual al diámetro deseado para el tubo (T) de materia plástica, con la aproximación de la dilatación térmica, con formación de una burbuja en una extremidad del tubo, desplazamiento controlada de esta burbuja hasta la otra extremidad del tubo, y con estiraje longitudinal, procedimiento según el cual la dilatación radial se realiza al menos en dos fases,
a saber:

una primera fase, en el transcurso de la cual, el tubo en bruto (Te) se hincha de manera homogénea hasta un diámetro intermedio (Di), menor que el diámetro interno del fuste de conformado, para el cual la elongación circunferencial permanece menor o igual que el umbral de flujo de la materia del tubo (Te), realizándose esta primera fase prácticamente sin estiraje longitudinal, realizándose la formación de la burbuja al final de esta primera fase,

y al menos otra fase, para el paso al diámetro interno del fuste de conformado (2), con estiraje longitudinal.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el diámetro intermedio (Di) se determina introduciendo en el fuste de conformado (2) una camisa deslizante (21), en particular de doble pared, con circulación interna de un fluido caliente, cuyo diámetro interno es igual al diámetro intermedio (Di) y porque, después de la primera fase de dilatación, esta camisa (21) se saca progresivamente del fuste de conformado (2) para permitir la segunda fase de dilatación radial.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el fuste de conformado (2) está refrigerado exteriormente.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el estiraje longitudinal del tubo (Te), realizado esencialmente en el transcurso de la segunda fase, se obtiene bloqueando las dos extremidades del tubo en bruto (Te) en medios de aprisionado respectivos (16, 17), y alejando los medios de aprisionado (17) de una extremidad, de los medios de aprisionado (16) de la otra extremidad del tubo (Te).

5. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque se insufla un gas bajo presión, principalmente aire comprimido, entre la pared externa del tubo (Te) de materia plástica y la pared interna de la camisa (21), para facilitar el deslizamiento relativo de estas dos partes en el momento de la salida de la camisa (21), y evitar un rozamiento parásito.

6. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque subsiste un espacio libre (G), en el interior del fuste de conformado (2), entre la extremidad de la camisa deslizante (21), insertada en el fuste, y la extremidad próxima del fuste permitiendo este espacio libre (G) el nacimiento de la burbuja, por aumento de la presión interna en el tubo en bruto (Te) sin tener que desplazar previamente la camisa deslizante.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la extremidad del tubo de materia plástica (Te), alejada de la zona (N) de formación de la burbuja, se empuja hacia esta zona (N) en el momento del nacimiento de la burbuja para provocar un aumento del espesor de la materia, que permita obtener una burbuja de espesor sensiblemente igual al de la parte restante del tubo.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se realiza sobre el tubo de materia plástica un encajado (E) con ranura (k) para recibir una junta de estanqueidad, durante la formación de la burbuja en una extremidad del tubo.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque en el momento de la puesta en contacto de la pared de la burbuja con la pared del molde (G) del encajado, se empuja la extremidad próxima del tubo hacia el encajado para obtener un espesor de pared al nivel de la ranura (k) sensiblemente igual al del resto del encajado y del tubo.

10. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque se refrigera externamente el fuste de conformado (2) por irrigación (R) o regulación.

11. Instalación para la realización del procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, que comprende un fuste de conformado (2), en el que se ha insertado el tubo en bruto (Te), y medios de obturación y de aprisionado (16, 17) de cada extremidad del tubo en bruto, así como medios (16a, 17a, C1) para introducir un fluido, principalmente un líquido, en el tubo en bruto y hacer variar la presión de este fluido, caracterizada porque comprende una camisa (21) de doble pared y medios (22, 23) para hacer circular un fluido caliente a través de esta camisa (21), que está montada de manera deslizante en el fuste de conformado (2) y determinada, por medio de su diámetro interior (Di), un diámetro intermedio de dilatación del tubo de materia plástica, rodeando esta camisa una extremidad de tubo en bruto (Te) que está dotada con medios de aprisionado (17), que forman un pistón montado de manera deslizante en la camisa (21) y solidario con un cilindro (18) que se prolonga mas allá de la extremidad de la camisa (21) estando previstos medios de arrastre en deslizamiento independiente (24, B) respectivamente para la camisa (21) y para el cilindro (18) dotado con el pistón (17).

12. Instalación según la reivindicación 11, caracterizada porque el pistón (17), montado en la extremidad del cilindro comprende medios de paso (20) para insuflar un gas bajo presión, principalmente aire comprimido, entre la pared externa del tubo (Te) de materia plástica y la pared interna de la camisa (21).

13. Instalación según las reivindicaciones 11 o 12, caracterizada porque comprende, en la extremidad del fuste de conformado (2) opuesta al cilindro (18) dotada con el pistón, medios de aprisionado (16) de la extremidad del tubo de materia plástica (Te) que forman igualmente medios de obturación del fuste de conformado y que definen un molde (G) para un encajado (E) del tubo de materia plástica.

14. Instalación según la reivindicación 13, caracterizada porque el molde (G), para el encajado (E) comprende al menos dos partes (13, 10; 13, 14) que determinan una ranura (k) para una junta de estanqueidad y que están montadas de manera deslizante entre sí, siendo apta la parte (13, 14) situada axialmente hacia el exterior del tubo de materia plástica (Te), para aproximarse a la otra parte (3, 10), para conducir materia hasta el nivel de la garganta (k) para la junta.

15. Instalación según la reivindicación 14, caracterizada porque se han previsto medios de detección (S) de la entrada en contacto de la pared del encajado (E) contra la parte correspondiente del molde (G), para iniciar el desplazamiento de la otra parte (13, 14) del molde cuando se establece el contacto.