挤压系统和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]材料的特性受用于形成和塑造材料的工艺影响。工艺包括热处理、变形和铸造。热处理是使金属或合金经历可产生期望的物理和化学变化的特定加热和冷却规程的工艺。变形是迫使一块材料改变其厚度或形状的工艺，并且一些变形技术包括锻造、乳制、挤制和拉伸。铸造是将熔化的金属倒入模子，从而使得金属凝固时符合模子的形状。热处理、变形和铸造可结合使用，并且在一些情形中，可添加特定的合金元素以按期望方式影响这种工艺。
[0002]通常利用各种方法，诸如铸造-轧制、上引铸造或挤制工艺，来制造无缝金属管，诸如铜管。为了降低经由常规挤制和铸造技术生产的金属管的成本，制造商增大用于形成金属管的坯料的尺寸。这些坯料通常为100至1000镑或更重。因此，制造商需要很大的设施来容纳处理坯料以形成金属管所需的专用大尺寸机器。设备和经由该设备处理的坯料的大尺寸导致挤制过程具有大的启动和维护成本。此外，工艺的限制，诸如每次仅挤制一个坯料，导致制造效率低，包括对每次运转生产的管量的限制以及对于每个坯料的各次运转由于制造过程经常启动和停止而导致的系统部件磨损。
【发明内容】
[0003]本文公开了用于挤制材料的系统、装置和方法。在某些实施例中，所述系统、装置和方法容许连续挤制多个坯料。这种连续挤制容许使用相对小的坯料生产期望量的挤制材料，并且因此这种连续挤压系统的尺寸可比传统挤制工艺的小。所述系统、装置和方法容许连续地无缝地挤制多个坯料。
[0004]在一个方面，本发明的系统、装置和方法包括用于连续装载和挤制多个坯料的方法，所述方法包括:在长形的心轴杆的接收端装载第一坯料；沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转的夹持元件，其中，在任何指定时刻，至少一个夹持元件夹持心轴杆；以及通过推压第一坯料使其通过旋转模具来挤制第一坯料以形成挤制材料，其中，第一坯料后面跟随着形成挤制材料的一部分的相邻的第二坯料。旋转模具在坯料前进通过旋转模具时加热坯料。在某些实施方式中，对第一坯料提供沿朝向旋转模具的方向的基本恒定的推力。在某些实施例中，可调整旋转模具的旋转速度。
[0005]在某些实施方式中，所述方法还包括沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过夹到心轴杆上并向心轴杆传送冷却流体的冷却元件，其中，在任何指定时刻，至少一个冷却元件夹到心轴杆上。可沿心轴杆经由轨道运输坯料，所述轨道根据第一坯料相对于夹持元件和冷却元件的位置间歇地移动。在某些实施方式中，冷却流体被运输到设置在心轴杆的与接收端相反的第二端上的心轴杆尖端，并且冷却流体在穿过心轴杆尖端之后返回冷却元件。在接收第一坯料之前，心轴杆尖端可位于旋转模具内。在某些实施方式中，冷却流体是水。
[0006]在某些实施方式中，连续装载多个坯料还包括夹持元件交替地夹持心轴杆，以容许一个或多个坯料穿过夹持元件。在某些实施方式中，下游夹持元件夹持心轴杆，并且上游夹持元件打开，并且所述方法包括:将一个或多个坯料装载到心轴杆上并使其通过打开的上游夹持元件；关闭上游夹持元件；以及使一个或多个坯料前进到下游夹持元件。在某些实施方式中，所述方法之后包括:打开下游夹持元件；使一个或多个坯料前进通过打开的下游夹持元件；以及关闭下游夹持元件。
[0007]在某些实施方式中，连续装载多个坯料还包括冷却元件交替地夹住心轴杆，以容许一个或多个坯料穿过冷却元件。在某些实施方式中，下游冷却元件夹住心轴杆并向心轴杆传送冷却流体，并且上游冷却元件打开，并且所述方法包括:将一个或多个坯料装载到心轴杆上并使其通过打开的上游冷却元件；关闭打开的冷却夹持元件；以及使一个或多个坯料前进到下游冷却元件。在某些实施方式中，所述方法之后包括:打开下游冷却元件；使一个或多个坯料前进通过打开的下游冷却元件；以及关闭下游冷却元件。
[0008]在某些实施方式中，所述方法还包括:在挤制期间，防止第一坯料的尚未进入旋转模具的部分旋转。定中心插入件可夹持第一坯料的所述部分以防止所述部分旋转，并且定中心插入件可具有相对于旋转模具的可调整位置。可用冷却流体冷却定中心插入件。
[0009]在某些实施方式中，所述方法还包括当挤制材料离开旋转模具时，对挤制材料进行淬火。可利用水对挤制材料进行淬火。在某些实施方式中，水接触旋转模具约I英寸内的挤制材料。在某些实施方式中，旋转模具包括多个堆叠的模具板。在某些实施方式中，所述材料是铜，或者所述材料选自由铜、铝、镍、钛、黄铜、钢和塑料构成的组。多个坯料可沿心轴杆的基本整个长度延伸。在某些实施方式中，所述方法包括使挤制材料的内部充满氮。可通过人或通过自动装载装置将多个坯料中的每个装载到心轴杆上。
[0010]在一个方面，提供一种用于连续装载和挤制多个坯料的方法，所述方法包括:在长形的心轴杆的接收端装载第一坯料；沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过夹到心轴杆上并向心轴杆传送冷却流体的冷却元件，其中，在任何指定时刻，至少一个冷却元件夹到心轴杆上；以及通过推压第一坯料使其通过旋转模具来挤制第一坯料以形成挤制材料，其中，第一坯料后面跟随着形成挤制材料的一部分的相邻的第二坯料。
[0011]在某些实施例中，沿心轴杆经由轨道运输第一坯料，所述轨道根据第一坯料相对于夹持元件和冷却元件的位置间歇地移动。在某些实施例中，冷却流体被运输到设置在心轴杆的与接收端相反的第二端上的心轴杆尖端，并且冷却流体在穿过心轴杆尖端之后返回冷却元件。在接收第一坯料之前，心轴杆尖端可位于旋转模具内。在某些实施方式中，冷却流体是水。
[0012]在一个方面，一种挤压系统包括:具有第一端和第二端的心轴杆，所述第一端用于接收其中有孔的坯料并且所述第二端联接到心轴杆尖端；联接到心轴杆的冷却元件，冷却元件具有端口，通过该端口将冷却流体传送到心轴杆内，以便冷却心轴杆尖端；联接到心轴杆的夹持元件，夹持元件包括能够移动的夹具，以便将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转；以及旋转挤制模具，其被配置为从具有多个槽口的定中心插入件接收坯料，所述多个槽口与坯料摩擦接合以防止坯料在进入旋转挤制模具之前旋转，其中，心轴杆尖端位于旋转模具内。
[0013]在某些实施方式中，挤压系统还包括:压头元件，其具有一起夹持坯料的能够移动的第一臂和第二臂，并提供沿旋转模具的方向的基本恒定的推力。该基本恒定的推力致使坯料以预定速率进入旋转模具。在某些实施方式中，挤压系统还包括联接到轴的马达，该轴控制旋转挤制模具的旋转速度。
[0014]在某些实施方式中，心轴杆包括靠近冷却元件端口的开口，所述开口接收冷却流体。心轴杆可还包括在开口任一侧上的围绕心轴杆的槽口，其中，槽口被配置为接纳O形环，以基本防止冷却流体泄漏。心轴杆可还包括围绕所述开口以基本防止冷却流体泄漏的心轴杆套管。在某些实施方式中，心轴杆包括相应地被成形以与夹持元件的夹具配合的夹持部分。在某些实施方式中，心轴杆包括在其中的内管，所述内管从冷却元件接收冷却流体，并且通过所述内管将冷却流体传送到心轴杆尖端。冷却流体可沿心轴杆内所述内管的外表面和心轴杆的内表面之间的空间从心轴杆尖端返回冷却元件。在某些实施方式中，冷却流体是水。
[0015]在某些实施方式中，挤压系统还包括沿其运输坯料的轨道，其中，轨道根据坯料相对于夹持元件和冷却元件的位置间歇地移动。轨道可包括位于轨道上方并被配置为接触坯料的上表面的上滚轮。在某些实施方式中，挤压系统还包括设置在旋转挤制模具的出口处的淬火管。当挤制材料离开旋转挤制模具时淬火管对挤制材料进行淬火。在某些实施方式中，利用水对挤制材料进行淬火。水可在旋转挤制模具的约I英寸内接触挤制材料。
[0016]在一个方面，提供一种用于至少部分地控制多个坯料的挤制的系统，所述系统包括:处理器，其被配置为向挤压系统提供指令，以便:在长形的心轴杆的接收端装载第一坯料；沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转的夹持元件，其中，在任何指定时刻，至少一个夹持元件夹持心轴杆；以及通过推压第一坯料使其通过旋转模具来挤制第一坯料以形成挤制材料，其中，第一坯料后面跟随着形成挤制材料的一部分的相邻的第二坯料。
[0017]在某些实施方式中，处理器进一步被配置为向挤压系统提供指令，以便基于第一坯料相对于夹持元件的位置间歇地移动其上放置有第一坯料的轨道。在某些实施方式中，处理器进一步被配置为向挤压系统提供指令，以便调整旋转模具的旋转速度。在某些实施方式中，处理器进一步被配置为向挤压系统提供指令，以便监控冷却流体传送系统。在某些实施方式中，处理器进一步被配置为向挤压系统提供指令，以便调整将多个坯料传送到旋转模具的压头的前进速度和退回速度。
[0018]在一个方面，提供一种用于至少部分地控制多个坯料的挤制的非临时性计算机可读介质，所述非临时性计算机可读介质包括记录在其上的逻辑，所述逻辑用于:在长形的心轴杆的接收端装载第一坯料；沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转的夹持元件，其中，在任何指定时刻，至少一个夹持元件夹持心轴杆；以及通过推压第一坯料使其通过旋转模具来挤制第一坯料以形成挤制材料，其中，第一坯料后面跟随着形成挤制材料的一部分的相邻的第二坯料。
[0019]在某些实施方式中，非临时性计算机可读介质还包括记录在其上的逻辑，所述逻辑用于基于第一坯料相对于夹持元件的位置间歇地移动其上放置有第一坯料的轨道。在某些实施方式中，非临时性计算机可读介质还包括记录在其上的逻辑，所述逻辑用于调整旋转模具的旋转速度。在某些实施方式中，非临时性计算机可读介质还包括记录在其上的逻辑，所述逻辑用于监控冷却流体传送系统。在某些实施方式中，非临时性计算机可读介质还包括记录在其上的逻辑，所述逻辑用于调整将多个坯料传送到旋转模具的压头的前进速度和退回速度。
[0020]在一个方面，一种挤压系统包括:具有第一端和第二端的心轴杆，所述第一端用于接收其中有孔的坯料并且所述第二端联接到心轴杆尖端；冷却装置，用于将冷却流体传送到心轴杆内，以便冷却心轴杆尖端；夹持装置，用于将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转；以及用于挤制坯料的旋转挤制装置，其中，旋转挤制装置从具有多个槽口的定中心装置接收坯料，所述多个槽口与坯料摩擦接合以防止坯料在进入旋转挤制装置之前旋转；其中，心轴杆尖端位于旋转模具内。
[0021]在某些实施方式中，挤压系统还包括:推压装置，其用于夹持坯料并提供沿旋转模具的方向的基本恒定的推力。该基本恒定的推力致使坯料以预定速率进入旋转模具。在某些实施方式中，挤压系统还包括用于控制旋转挤制装置的旋转速度的装置。
[0022]在某些实施方式中，心轴杆包括靠近冷却装置的开口，所述开口接收冷却流体。心轴杆可还包括在开口任一侧上的围绕心轴杆的槽口，其中，槽口被配置为接纳O形环，以基本防止冷却流体泄漏。心轴杆可还包括围绕所述开口以基本防止冷却流体泄漏的心轴杆套管。在某些实施方式中，心轴杆可包括夹持部分，其被相应地成形以与夹持装置配合。在某些实施方式中，心轴杆包括在其中的内管，所述内管从冷却装置接收冷却流体，并且通过所述内管将冷却流体传送到心轴杆尖端。冷却流体可沿心轴杆内所述内管的外表面和心轴杆的内表面之间的空间从心轴杆尖端返回冷却装置。在某些实施方式中，冷却流体是水。
[0023]在某些实施方式中，挤压系统还包括沿其运输坯料的轨道，其中，轨道根据坯料相对于夹持装置和冷却装置的位置间歇地移动。轨可包括位于轨道上方并被配置为接触坯料的上表面的上滚轮。在某些实施方式中，挤压系统还包括设置在旋转挤制装置的出口处的淬火装置。当挤制材料离开旋转挤制装置时淬火装置对挤制材料进行淬火。在某些实施方式中，利用水对挤制材料进行淬火。水可在旋转挤制装置的约I英寸内接触挤制材料。
[0024]在一个方面，一种用于连续挤制多个坯料的方法包括:沿不旋转的心轴杆将多个坯料从心轴杆的第一端运输到心轴杆的第二端；以及通过推压多个坯料中的每个使其通过旋转模具来挤制多个坯料，其中，旋转模具相对于不旋转的多个坯料旋转而形成的摩擦产生使多个中空坯料变形的热量，其中，心轴杆尖端在心轴杆的第二端处位于旋转模具内。在某些实施方式中，所述方法包括:在挤制期间，防止多个坯料中每个的尚未进入旋转模具的部分旋转。在某些实施方式中，定中心插入件夹持各个坯料的所述部分以防止所述部分旋转，并且定中心插入件具有相对于旋转模具的可调整位置。在某些实施方式中，所述方法还包括在挤制期间冷却心轴杆尖端。
[0025]在一个方面，一种用于挤制材料的模具包括模具主体，其具有:限定入口和出口的通道，其中，出口的直径小于入口的直径；以及围绕通道从入口延伸到出口的内表面。基底联接到模具主体，并且基底的旋转引起模具主体旋转。
[0026]在某些实施方式中，模具主体被配置为接收材料的坯料以便挤制，并且坯料在进入模具主体之前被预热。模具主体的旋转在所述内表面和前进通过入口并进入模具主体的内部通道中的坯料之间产生摩擦。所述摩擦将坯料加热至足以引起坯料材料变形的温度。在某些实施方式中，模具主体被配置为通过入口接收心轴尖端，从而使得心轴尖端能够位于模具主体的内部通道内。模具的所述内表面可包括被配置为位于心轴尖端的相应锥形外表面附近的成角度部分。模具主体被配置为接收被推压通过模具主体的内部通道的坯料，以形成挤制产品，挤制产品的外径对应于模具主体的出口的直径，并且其内径对应于心轴尖端的直径。
[0027]在某些实施方式中，模具主体包括联接在一起以形成堆叠结构的多个模具板。每个模具板具有通过模具板的中心的圆形孔眼，孔眼的周界形成模具主体中的所述内表面。孔眼的周界相对于从所述入口到所述出口延伸通过模具主体的轴线成不同角度。在模具主体中每个板的前表面附近处所述周界的角度大于在相邻板的后表面附近处所述周界的角度。所述堆叠结构可包括不一致的模具板，模具板的孔眼周界在板的前表面附近成第一角度并且在板的后表面附近成不同的第二角度。模具板中的至少一个由两种不同材料形成，其中，第一材料形成模具板中孔眼的周界，第二材料形成模具板的外部部分。所述第一材料可以是陶瓷材料、钢或消耗性材料。在某些实施方式中，所述入口附近的模具主体的前表面被配置为与直径基本等于所述入口的直径的定中心插入件配合。定中心插入件和所述入口的周界可由相同材料形成。当基底和模具主体旋转时定中心插入件不旋转。在某些实施方式中，所述基底包括直径大于模具主体的出口的直径的圆形孔眼。马达可向所述基底供应旋转力。
[0028]在一个方面，一种模具包括:用于挤制材料的装置，并且所述用于挤制的装置包括:限定入口和出口的通道装置，其中，出口的直径小于入口的直径；以及围绕通道装置从入口延伸到出口的内表面装置。所述模具还具有用于将用于挤制的装置联接到旋转装置的装置，并且所述用于联接的装置致使所述用于挤制的装置旋转。
[0029]在某些实施方式中，所述用于挤制的装置被配置为接收材料的坯料以便挤制，并且坯料在进入模具主体之前被预热。所述用于挤制的装置的旋转在内表面装置和前进通过入口并进入所述用于挤制的装置的通道装置中的坯料之间产生摩擦。所述摩擦将坯料加热至足以引起坯料材料变形的温度。所述用于挤制的装置被配置为通过入口接收杆尖端装置，从而使得杆尖端装置能够位于所述用于挤制的装置的通道装置内。所述用于挤制的装置的内表面装置包括被配置为位于杆尖端装置的相应锥形外表面附近的成角度部分。所述用于挤制的装置被配置为接收被推压通过所述用于挤制的装置的通道装置的坯料，以形成挤制产品，挤制产品的外径对应于所述用于挤制的装置的出口的直径，并且其内径对应于杆尖端装置的直径。
[0030]在某些实施方式中，所述用于挤制的装置包括联接在一起以形成堆叠结构的多个板装置。每个板装置具有通过板装置的中心的圆形孔眼，孔眼的周界形成所述用于挤制的装置中的内表面装置。孔眼的周界相对于从所述入口到所述出口延伸通过所述用于挤制的装置的轴线成不同角度。在所述用于挤制的装置中每个板装置的前表面附近处所述周界的角度大于在相邻板装置的后表面附近处所述周界的角度。所述堆叠结构包括不一致的板装置，板装置的孔眼周界在板装置的前表面附近成第一角度并且在板装置的后表面附近成不同的第二角度。板装置中的至少一个由两种不同材料形成，其中，第一材料形成板装置中孔眼的周界，第二材料形成板装置的外部部分。所述第一材料可以是陶瓷材料、钢或消耗性材料。所述入口附近的所述用于挤制的装置的前表面被配置为与直径基本等于所述入口的直径的定中心装置配合。定中心装置和所述入口的周界可由相同材料形成。其中，当所述用于联接的装置和所述用于挤制的装置旋转时定中心装置不旋转。定中心装置包括防止穿过定中心装置的坯料旋转的夹持装置。在某些实施方式中，所述用于联接的装置包括直径大于所述用于挤制的装置的出口的直径的圆形孔眼，并且动力装置可向所述用于联接的装置供应旋转力。
[0031]在回顾本发明之后，本领域技术人员将想到变型和改进。可利用本文描述的一个或多个其他特征以任何组合和子组合(包括多个从属组合和子组合)形式实现前述特征和方面。本文描绘或说明的各个特征，包括其任何部件，可组合或集成在其他系统中。此外，可省