挤压机挤压筒和用于挤压机挤压筒的外套及方法与流程

本发明总体上涉及挤压，并且特别地涉及挤压机挤压筒和用于挤压机挤压筒的外套以及方法。

背景技术：

金属挤压机在本领域中是众所周知的，并且该金属挤压机被用于形成挤压金属制品，该挤压金属制品具有大致遵循所使用的挤压模具的形状的截面形状。通常的金属挤压机包括大致筒状的挤压筒，该挤压筒具有外部的外套和内部的管状的内衬。该挤压筒在挤压期间用作坯料的温度控制的外罩。挤压杆被定位成与挤压筒的一端相邻。挤压杆的端部邻接挤压垫，该挤压垫则邻接坯料，从而允许坯料穿过挤压筒前移。挤压模具被定位成与挤压筒的相对端相邻。

在操作期间，一旦坯料被加热到期望的挤压温度(对于铝而言通常为800-900°f)，就将该坯料递送到挤压机。挤压杆然后被致动以邻接挤压垫，由此使坯料前移到挤压筒中并且朝向挤压模具前移。在由前移的挤压杆和挤压垫施加的压力下，坯料被挤压穿过设置在挤压模具中的轮廓，直到所有或大部分的坯料材料被推出挤压筒，从而产生挤压制品。

为了在金属挤压技术中获得节约成本的效率和生产率，重要的是实现挤压机的热对齐(thermalalignment)。热对齐通常被限定为各种挤压机部件的期望运转温度的控制和维护。在挤压制品的生产期间实现热对齐确保了可挤压材料的流动是均衡的，并且使得挤压机操纵者能够在较少浪费的情况下以更高的速度挤压。

如将理解的，只有挤压筒能够在发生内衬温度变化时和在发生内衬温度变化处，在挤压过程期间立刻校正内衬温度中的任何变化的情况下，才能够维持期望的坯料温度。通常所有所需的是向不充足的区域增加相对少量的热。

当评估挤压机的热对齐时，可以考虑多个因素。例如，可挤压材料的坯料的整体可以处于最佳操作温度以便确保在坯料的横截面区域上恒定的流速。挤压筒中的内衬的温度还可以用于维持并且不干扰经过该内衬的坯料的温度分布。

对于挤压机操作者而言实现热对齐通常是个挑战。在挤压期间，挤压筒的顶部通常变得比底部热。虽然传导是在挤压筒内的主要热传递方法，但是在挤压筒壳体内部从挤压筒的底表面损失的辐射热升高，从而导致顶部处的温度增加。由于挤压筒的前端和后端大体上是暴露的，前端和后端将比挤压筒的中央区段损失更多的热。这可能导致挤压筒的中央区段比端部热。同样，由于坯料加热模具端较长时间段，所以在挤压筒的挤压模具端处的温度倾向于与杆端相比略高。此外，挤压筒的一侧可以比另一侧热。在挤压筒中的该温度变化影响容纳在其中的内衬的温度分布，这又影响可挤压材料的坯料的温度。挤压模具的温度分布通常遵循内衬的温度分布，并且挤压模具的温度影响穿过挤压模具的可挤压材料的流量。虽然穿过挤压模具的可挤压材料的平均流量受杆的速度支配，但是与坯料的较冷区段相比，从坯料的较热区段的流量将较快。横跨坯料的横截面轮廓的流出变化能够对于每5℃的温度差异而言有1％之大。这能够不利地影响挤压制品的轮廓的形状。因此对内衬和挤压筒的温度分布的控制对于挤压过程的有效率操作而言是极其重要的。

因此，目的是至少提供一种新颖的挤压机挤压筒和用于挤压机挤压筒的外套以及方法。

技术实现要素：

一方面，提供了一种用于在金属挤压机中使用的挤压筒，所述挤压筒包括：外套，所述外套具有在所述外套中的细长的轴向孔和多个纵向延伸的加热元件，所述孔具有第一横向轴线，所述第一横向轴线与第二横向轴线正交，与所述孔相邻地由所述外套来容纳所述加热元件，所述加热元件能够被单独地控制以控制所述挤压筒内的热分布；以及多个温度传感器，所述温度传感器被构造成测量在所述挤压筒内的热分布，所述温度传感器包括：第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器被定位在所述第一横向轴线的相对侧上；以及第三温度传感器和第四温度传感器，所述第三温度传感器和所述第四温度传感器被定位在所述第二横向轴线的相对侧上。

所述挤压筒可以进一步包括被容纳在所述孔内的内衬，所述内衬包括细长的本体，在所述本体中具有纵向延伸的通道，坯料穿过所述通道前移。所述加热元件可以成绕所述外套的所述轴向孔周向地布置。所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述第四温度传感器可以被定位成与所述挤压筒的模具端相邻。所述第一温度传感器和所述第二温度传感器可以被构造成测量所述挤压筒内的竖直热分布，并且所述第三温度传感器和所述第四温度传感器可以被构造成测量所述挤压筒内的水平热分布。所述温度传感器中的至少一个温度传感器可以在所述外套内。所述温度传感器中的至少一个温度传感器可以在所述内衬内。所述温度传感器可以是热电偶。所述加热元件中的至少一个加热元件可以包括至少一个加热区段。所述加热元件中的每个加热元件均可以包括朝向该加热元件的每个相对端定位的两个加热区段。

在另一方面，提供了一种用于在金属挤压机中使用的挤压筒的外套，所述外套具有：细长的轴向孔，所述孔具有第一横向轴线，所述第一横向轴线与第二横向轴线正交；多个纵向延伸的孔，所述纵向延伸的孔与所述轴向孔相邻地形成并且被构造成容纳加热元件；以及多个温度传感器孔，所述温度传感器孔被构造成容纳温度传感器，所述温度传感器孔包括：第一温度传感器孔和第二温度传感器孔，所述第一温度传感器孔和所述第二温度传感器孔形成在所述第一横向轴线的相对侧上；以及第三温度传感器孔和第四温度传感器孔，所述第三温度传感器孔和所述第四温度传感器孔形成在所述第二横向轴线的相对侧上。

所述外套可以进一步包括被容纳在所述纵向延伸的孔中的加热元件，其中，所述加热元件能够单独地控制以控制所述挤压筒内的所述热分布。所述外套可以进一步包括被容纳在所述温度传感器孔内的温度传感器，其中，所述温度传感器被构造成测量所述挤压筒内的所述热分布。所述外套可以被构造成在所述轴向孔内容纳内衬，所述内衬包括细长的本体，在所述本体中具有纵向延伸的通道，坯料穿过所述通道前移。可以被构造成容纳所述加热元件的所述孔绕所述轴向孔周向地形成。所述第一温度传感器孔、所述第二温度传感器孔、所述第三温度传感器孔和所述第四温度传感器孔可以被形成为与所述外套的模具端相邻。所述第一温度传感器孔和所述第二温度传感器孔可以被定位成允许测量所述挤压筒内的竖直热分布，并且所述第三温度传感器孔和所述第四温度传感器孔可以被定位成允许测量所述挤压筒内的水平热分布。所述第一温度传感器孔、所述第二温度传感器孔、所述第三温度传感器孔和所述第四温度传感器孔可以终止在所述外套内。所述第一温度传感器孔、所述第二温度传感器孔、所述第三温度传感器孔和所述第四温度传感器孔中的至少一个温度传感器孔可以从所述外套延伸到所述内衬中。

在另一方面，提供了一种控制在金属挤压机挤压筒内的热分布的方法，所述挤压筒包括外套，在所述外套中具有细长的轴向孔，所述孔具有第一横向轴线，所述第一横向轴线与第二横向轴线正交；所述方法包括：使用第一温度传感器和第二温度传感器以及第三温度传感器和第四温度传感器来测量所述挤压筒内的热分布，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器被定位在所述第一横向轴线的相对侧上，所述第三传感器和所述第四传感器被定位在所述第二横向轴线的相对侧上；以及使用与所述孔相邻地由所述外套容纳的多个纵向延伸的加热元件来控制所述挤压筒中的所述热分布。

所述加热元件可以是能够单独地控制的以控制所述热分布。测量所述热分布可以包括：使用所述第一温度传感器和所述第二温度传感器来测量所述挤压筒内的竖直热分布；以及使用所述第三温度传感器和所述第四温度传感器来测量所述挤压筒内的水平热分布。所述外套可以在所述孔内容纳内衬，所述内衬包括细长的本体，在所述本体中具有纵向延伸的通道，坯料穿过该通道前移。所述加热元件可以绕所述外套的所述轴向孔周向地布置。所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述第四温度传感器可以被定位成与所述挤压筒的模具端相邻。所述温度传感器中的至少一个温度传感器在所述外套内。所述温度传感器中的至少一个温度传感器可以在所述内衬内。所述温度传感器可以是热电偶。所述加热元件中的至少一个加热元件可以包括至少一个加热区段。所述加热元件中的每个加热元件均可以包括朝向该加热元件的每个相对端定位的两个加热区段。

附图说明

现在将参考附图更充分地描述实施例，在该附图中：

图1是金属挤压机的示意性透视图；

图2是图1的金属挤压机的挤压筒形成部件的透视图；

图3是图2的挤压筒的前视图；

图4是图2的挤压筒的侧视图；

图5和图6是沿着所指示的剖面线截取的图2的挤压筒的截面图；

图7是与图2的挤压筒一起使用的加热元件的透视图；并且

图8是在使用期间具有安装在其上的挤压模具的图2的挤压筒的透视图。

具体实施方式

图1是在金属挤压中使用的挤压机的简化视图。挤压机包括挤压筒20，该挤压筒20具有外部的外套22，该外套22包围内部的管状的内衬24。挤压筒20在坯料的挤出期间用作用于坯料26的温度控制的外罩。挤压杆28被定位成与挤压筒20的一端相邻。挤压杆28的端部邻接挤压垫30，该挤压垫则邻接坯料26，从而允许坯料穿过挤压筒20前移。挤压模具32被定位成与挤压筒20的模具端34相邻。

在操作期间，一旦坯料26被加热到期望挤出温度(对于铝而言通常为800-900°f)，就将该坯料递送到挤压机。挤压杆28然后被致动以邻接挤压垫30，由此使坯料26前移到挤压筒中并且朝向挤压模具32前移。在由前移的挤压杆28和挤压垫施加的压力下，坯料26被挤压穿过设置在挤压模具32中的轮廓，直到所有或大部分的坯料材料被推出挤压筒20，从而产生挤压制品36。

可以在图2至7中更好地观察挤压筒20。挤压筒20在模具端34处，并且沿着其侧部，以现有技术中已知的方式构造以便于将挤压筒20联接到挤压机。外套22具有细长的形状，并且包括容纳内衬24的细长的轴向孔。在该实施例中，外套22和内衬24被过盈配合在一起。细长的轴向孔具有第一横向轴线a和第二横向轴线b，其中如在图3中示出的，第一横向轴线a和第二横向轴线b正交。

外套22还包括多个纵向孔40，所述多个纵向孔从外套22的模具端34延伸到外套22的杆端42，并且包围内衬24。每个纵向孔40均被成形为容纳细长的加热元件(以下进一步进行描述)，该加热元件在使用期间能够被通电以在内衬24附近向外套22提供热能。所需的纵向孔40的数目取决于挤压筒20的尺寸以及对细长的加热元件进行通电所使用的电压。在该实施例中，外套包括十六(16)个纵向孔40。挤压筒20被构造成具有安装在该挤压筒的模具端34上的端盖板(未示出)，该端盖板覆盖纵向孔40的端部。

外套22进一步包括与内衬24相邻并且部分地延伸到外套22的长度中的多个孔44、46和48。在该实施例中，外套22包括：从模具端34延伸到外套22中近似四(4)英寸的两(2)个孔44；从模具端34延伸到外套22中近似四(4)英寸的两(2)个孔46；以及从杆端42延伸到外套22中近似四(4)英寸的两(2)个孔48。每个孔44、46和48均被成形为容纳温度传感器(未示出)。孔44、46和48以避免与被构造成容纳加热元件的纵向孔40中的任意纵向孔相交的方式定位。孔44被定位在第一横向轴线a的相对侧上，并且孔46被定位在第二横向轴线b的相对侧上，并且孔46被定位在第二横向轴线b的相对侧上。在该实施例中，挤压筒20被定向成使得孔44中的一(1)个孔被定位在内衬24的上方而另一个孔44被定位在内衬24的下方，孔46中的一(1)个孔被定位在内衬24的右侧上而另一个孔46被定位在内衬24的左侧上，并且孔48中的一(1)个孔被定位在内衬24的上方而另一个孔48被定位在内衬24的下方。

内衬24包括坯料接收通道52，该坯料接收通道穿过内衬24纵向延伸，在所示出的实施例中，通道52具有大致圆形得截面轮廓。

图7示出与挤压筒20一起使用的细长的加热元件中的一个，并且整体上以附图标记70来指示该加热元件。加热元件70是管筒式元件。挤压筒的最需要增加的温度的区域通常是模具端34和杆端42，分别被称为模具端区域72a和杆端区域72b。由此，每个加热元件70可以被构造成具有分段的加热区域。在该实施例中，并且如在图7中示出的，每个加热元件70均被构造成具有模具端加热区段74和杆端加热区段76，该模具端加热区段74和杆端加热区段76由中央非加热区段78分隔。为了通电并控制加热元件，引线82馈送至每个加热区段74、76。引线连接到各个总线线路(未示出)，总线线路则连接到控制器(未示出)。汇流线的布置可以取决于挤压筒20的加热要求而采取任何适当的构造。在该实施例中，汇流线被构造成选择性地允许挤压筒的模具端区域72a和杆端区域72b的加热，或者更优选地在被操作者认定为有必要时，只是模具端区域72a和杆端区域72b的部分的加热。在该实施例中，引线的布置使得加热元件70中的每个加热元件能够是可单独控制的，并且还使得每个加热元件70内的加热区段74、76中的每个加热区段能够是可单独控制的。例如，操作者可以例行地识别下模具端区域72c和下杆端区域72e中的温度欠缺。在下模具端区域72c和下杆端区域72e附近的细长的加热元件70被构造成由操作者控制以当需要时提供增加的温度。类似地，在上模具端区域72d和上杆端区域72f附近的细长的加热元件70被构造成由操作者控制以当需要时提供降低的温度。此外，在右模具端区域72g和右杆端区域(未示出)以及左模具端区域72h和左杆端区域(未示出)中的任意一个附近的细长的加热元件70被构造成由操作者控制以当需要时提供增加或降低的温度。还将理解的是，操作者能够选择性地加热区域以便保持预选的坯料温度分布。例如，操作者可以选择如下坯料温度分布，其中，坯料的温度朝向模具端逐渐地增加，但是横跨坯料的横截面区域具有恒定的温度分布。该构造大体上称作“锥形”分布。具有在必要时选择性地加热各区域的能力使得操作者能够适当调整并且维持预选定的温度分布，从而确保期望的生产率。

每个温度传感器(未示出)均被构造成在操作期间监测挤压筒的温度。所述两(2)个孔44的定位使得能够将一(1)个温度传感器放置在上模具端区域72d中，并且将一(1)个温度传感器放置在下模具端区域72c中。类似地，所述两(2)个孔46的定位使得能够将一(1)个温度传感器放置在右模具端区域72g中，并且将一(1)个温度传感器放置在左模具端区域72h中。所述两(2)个孔48的定位使得能够将一(1)个温度传感器放置在上杆端区域72f中，并且将一(1)个温度传感器放置在下杆端区域72e中。在该实施例中，传感元件是热电偶。温度传感器馈入到控制器中，从而向操作者提供温度数据，根据该温度数据能够进行随后的温度调节。

在使用中，挤压筒20被定向成使得孔44大体上竖直对准，并且孔46大体上水平对准。如将理解的，温度传感器在内衬24的上方和下方定位在外套中有利地允许测量横跨内衬24的竖直温度分布，并且另外允许操作者直接监测在挤压期间出现的任何横跨内衬24的竖直温度差。细长的加热元件在内衬24的上方和下方的定位有利地允许通过增加由定位在内衬24的下方的加热元件70供应的热能，或者通过降低由在内衬24的上方的加热元件70供应的热能，或者通过这两者，来降低或者消除任何测量到的竖直温度差。

类似地，温度传感器在内衬24的右侧和左侧定位在外套中有利地允许测量横跨内衬24的水平温度分布，并且另外允许操作者直接监测在挤压期间出现的横跨内衬24的水平温度差。细长的加热元件在内衬24的右侧和左侧的定位有利地允许通过增加由定位在内衬24的第一侧上的加热元件70供应的热能，或者通过降低由在内衬24的第二侧上的加热元件70供应的热能，或者通过这两者，来降低或消除任何测量到的水平温度差。

由于每个加热元件70均是可单独控制的，所以能够精确地控制横跨内衬的热分布，并且继而控制挤压筒内的热分布。本领域的技术人员将理解，精确地控制内衬的热分布还允许挤压模具的热分布被间接地控制，这是因为挤压筒和挤压模具通常通过热传导而彼此热交流。由于挤压模具的温度影响穿过该挤压模具的可挤压材料的流量，所以挤压筒内的水平和热分布的控制继而允许控制挤压制品的形状以取得期望的制品形状。

例如，图8示出了在使用期间的挤压筒20和安装在模具端34上的挤压模具32。在所示出的示例中，挤压模具32限定模孔，该模孔具有如下形状，该形状包括通过相对薄的腹板结构特质连接的厚的外部结构特征。如将理解的，横跨内衬并且因此挤压筒内的水平和竖直温度分布的控制继而允许控制挤压模具的水平和竖直温度分布。由于挤压模具的温度影响穿过该挤压模具的可挤压材料的流量时，所以挤压筒内的水平和竖直温度分布的控制继而允许控制挤压制品36的形状从而取得期望的制品形状。

将理解的是，挤压筒不限于以上描述的构造，并且在其它实施例中，挤压筒可以可替代地具有其它构造。例如，虽然在上述实施例中，挤压筒被定向成使得孔44中的一(1)个孔被定位在内衬的上方而另一个孔44被定位在内衬24下方，并且孔46中的一(1)个孔被定位在内衬的右侧上而另一个孔46被定位在内衬的左侧上，但是在其它实施例中，用于容纳温度传感器的孔可以可替代地具有不同的定向。

虽然在上述实施例中，外套包括六(6)个用于容纳温度传感器的孔，但是在其它实施例中，外套可以可替代地包括额外的或更少的用于容纳温度传感器的孔。

虽然在上述实施例中，用于容纳温度传感器的孔局部地延伸到外套的长度中，但是在其它实施例中，这些孔可以可替代地延伸外套的整个长度。在相关的实施例中，温度传感器可以可替代地是“管筒”式温度传感器，并且可以可替代地包括沿着其长度定位的多个温度传感元件。

虽然在上述实施例中，用于容纳温度传感器的孔延伸到外套中，但是在其它实施例中，用于容纳温度传感器的孔中的一个或更多个可以进一步延伸或可以可替代地延伸到内衬中。

虽然在上述实施例中，用于细长的加热元件的纵向孔延伸外套的长度，但是在其它实施例中，用于细长的加热元件的纵向孔可以可替代地仅延伸外套的局部长度。例如，在一个实施例中，纵向孔可以可替代地从外套的杆端延伸到距外套的模具端近似二分之一(0.5)英寸。

虽然在上述实施例中，细长的加热元件被构造成具有模具端加热区段以及杆端加热区段，但是在其它实施例中，细长的加热元件可以可替代地被构造成具有额外的或较少的加热区段，并且/或可以可替代地被构造成沿着加热管筒的整个长度加热。

虽然在上述实施例中，在下模具端区域和下杆端区域附近的细长的加热元件被描述为被构造成由操作者控制以提供增加的温度，但是将理解的是，这些细长的加热元件还被构造成由操作者控制以提供降低的温度。类似地，虽然在上述实施例中，在上模具端区域和上杆端区域附近的细长的加热元件被描述为被构造成由操作者控制以提供降低的温度，但是将理解的是，这些细长的加热元件还被构造成由操作者控制以提供增加的温度。

虽然以上已经参考附图描述了实施例，但是本领域技术人员将理解，可以在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下做出变型和改型。