60的主体。图26中的模具160包括钢端部托架706、入口板708、第一中间板710、第二中间板712和出口板714ο每个板包括通过板中心的孔眼，并且孔眼彼此相邻地堆叠在一起，以形成模具160的内部通道720。包围板的孔眼的内表面成角度，以形成内表面726的型面并从入口 716至出口 718缩窄内部通道720。利用板结构的一个潜在优点是当内表面726的一些区域开始磨损时能够更换各个板，而非必须替换整个模具160。为了减小对板的磨损作用，每个板也可由两种不同材料构成，一种材料勾勒板的中心孔眼并形成内表面726，第二种材料形成板的外周。耐磨材料，诸如陶瓷材料或钢，可用于形成孔眼周界，或者可使用并周期性地替换消耗性材料。由于当模具160旋转时定中心插入件152不旋转，因此包围钢端部托架706中的孔眼并形成模具160的前表面738的材料可与定中心插入件152的材料相同或类似，以减小挤制期间两种材料接触时的磨损作用。
[0105]为了降低模具160中每个板上的摩擦磨损的成本增加作用，板可被设计为将磨损集中在比其余板更常替换的一个或多个板上。这种设计容许通过为单个板生产多个复制品并为堆叠结构中其余板生产单个板来操作模具。例如，在图26所示的堆叠结构中，第二中间板712围绕通过板的中心孔眼呈不均匀的表面型面。板712的内表面包括所成角度比模具板堆叠结构中其他内表面尖锐的第一部分740和所成角度与堆叠结构中其他内表面类似的第二部分742。第一部分740的锐角在内表面的该部段产生比在堆叠结构中的其他板处更大的直径减小，并因此在第一部分740处产生更大的摩擦力和磨损可能。可通过将心轴杆的相应成角度部分放置在通道720内部分740附近来减小此磨损，以进一步降低需要替换板712而产生的成本。在某些实施方式中，每个板上孔眼周界的角度可朝向模具出口从第一板的后表面向下一板的前表面增加。例如，在图26中，每个板的前表面附近的每个内周的角度大于较靠近模具入口的相邻板的后表面附近的内表面的角度。例如，期望此设计使功和压力朝向模具160的出口集中，并且可能致使需要更频繁地替换出口 718附近的板(例如板714和712)而非更靠近入口 716的板。
[0106]除了将功和压力集中在模具160内之外，坯料材料的机械和热特性可决定模具组件中板的数量和设计。例如，具有高热导率的坯料材料可比具有低热导率的材料更快地升温至可变形温度，因此对于高热导率材料可使用具有较少板的较短模具。此外，对于高热导率材料，由于坯料升温较快，因此模具内表面的锥形角度可以更大。在其他实施方式中，可使用具有相同数量的板的等尺寸模具，并且模具的锥形角度可以不同以适应不同热特性并将坯料加热至可变形温度，同时仍将功和磨损集中在模具表面的期望区域和模具内心轴尖端表面上，或使功和磨损遍布在表面上。
[0107]无论采用一体式模具还是模具板堆叠式模具，被挤压通过模具160的坯料都产生通过模具I60的出口 718的外径近似等于直径dl (内部通道720最窄部分处的直径)的挤制管产品。通过使具有心轴杆尖端(诸如心轴杆尖端800)的心轴杆100前进到模具160中来选择挤制产品的内径，选择心轴杆尖端的端部尺寸，以在心轴杆100的端部处产生管产品的内径。
[0108]图27示出模具160，其中，心轴杆100和心轴杆尖端800前进通过定中心插入件152并进入模具160的中心通道720。如以上参照图1论述的，挤压系统中的夹持元件可用于承托心轴杆100，并且在图27所示的情况中用于在模具160旋转且坯料在心轴杆100上通过时抵抗旋转。
[0109]图28示出当坯料702穿过模具160并被挤制以形成管728时图27的模具和心轴杆配置。在挤制期间，模具160旋转，而心轴杆100和定中心插入件152保持静止。坯料702沿箭头A方向被压入模具160并在第一接触点730处接触模具160的内表面726。内表面726和坯料702之间的干涉接触开始于接触点730，并且产生将坯料702加热至可塑性变形温度的能量。对于不同应用，尤其是对于不同材料的挤制，内表面的设计和内部模具表面的型面可以不同。根据用于挤制的坯料的材料特性，例如可影响挤制期间坯料的加热的热传递特性，可改变模具主体中模具板的内型面，以将功和磨损集中或遍布在模具板上。此夕卜，对于特定的挤制过程，可改变模具旋转速度以提高模具效率并避免超出坯料的材料特性。例如，可使用在约200rpm和约100rpm之间的模具旋转速度。在某些实施方式中，需要较慢的旋转速度，例如约300rpm，以避免向坯料施加高扭转剪力，同时仍将坯料加热至足以变形的温度。较快的速度，例如约800rpm，可用于不受较高扭转剪力负面影响或需要更多能量(因而需要更大摩擦)来加热至变形温度的材料。在其他实施方式中，挤制过程可能需要超过10rpm的模具旋转速度。
[0110]当坯料702前进超过心轴杆尖端800的中间部分732时，内表面726的锥形向坯料702的外表面施加压力，朝向心轴杆尖端800向内推压坯料702。由于坯料702处于塑性变形状态，因此在模具160将坯料702的外径从初始直径d2减小至最终外径d3时坯料中的材料沿心轴杆尖端800的端部部分734的方向挤出。当坯料702到达中间部分732时，心轴杆尖端800朝向端部部分734的锥形缩窄致使当坯料进一步前进超过心轴杆尖端800时坯料702的内径被挤压并从初始直径d4减小。在中间部分732中，心轴杆尖端800的锥形表面可被放置在内表面726的成锐角部分附近，例如第一锐角部分740附近，如以上参照第二中间板712论述的。此情况使得锥形中间部分732和使通过心轴杆尖端800的坯料的内径减小的区域处于与内表面726对模具160产生的最大压力相同的位置处。
[0111]当挤制坯料702达到端部部分734时，坯料的内径从初始直径d4减小到最终管产品728的最终直径d5。当坯料702通过端部734时，坯料702的外径持续减小至挤制管产品728在出口 718处离开模具时的最终外径d3。在离开出口时，挤制产品728形成完毕。由于模具160内的摩擦和加热，产品728在离开模具160时处于升高的温度，并且可应用冷却元件以防止进一步变形或提高挤压系统的操作安全性，清除溢出的挤制材料或保持期望的材料特性。图28示出了底板700中的孔眼736，其直径大于模具出口 718的直径。此配置是优选的，从而容许冷却元件和冷却流体到达底板700并一旦挤制产品728离开模具160就与挤制产品728接触，以便更容易地冷却。在产品728离开底板700并穿过冷却系统之后，挤制过程完成，并且可聚集产品728以便进行后处理。
[0112]图29和30分别示出根据某些实施例的心轴杆尖端的立体图和俯视平面图。心轴杆尖端800包括与心轴杆连接以形成心轴杆的心轴杆尖端的连接器802。心轴杆尖端800还包括当坯料在位于旋转模具内的心轴杆尖端800上通过时与中空坯料的内表面接触的各个挤制接触表面804。心轴杆尖端800具有直径为Dl的终端接触表面806，其设定挤制管的内径。在挤制过程中，旋转模具相对于坯料旋转并由此产生热量，这软化坯料以容许坯料塑性变形。在挤压系统10操作期间，旋转模具160和心轴杆尖端800的组合体致使大体在心轴杆尖端800的塑性变形区中形成坯料的塑性变形区。
[0113]心轴杆尖端800可沿挤制表面804以及终端接触表面806具有任何合适的直径。例如，在某些实施例中，如心轴杆尖端820示出的，终端接触表面826可具有比心轴杆尖端800的设定直径Dl大的设定直径D2。在某些实施例中，心轴杆尖端800的每个接触表面804可对应于旋转模具内各个模具板的各个型面。
[0114]图31示出根据某些实施例的预加工用于图1的挤压系统10的坯料的流程图。在步骤1010，利用任何合适的铸造过程铸造坯料。例如，铸造坯料可包括利用铸造用炉生产期望比例的坯料。然后，可在步骤1020利用辊式矫直过程矫直铸造的坯料，随后在步骤1030加工轧制的坯料。架空轧制的坯料包括例如清洁坯料的任何粗糙边缘或表面。在步骤1040，可应变硬化和裁制经加工的坯料。应变硬化可包括压缩坯料以引发应变硬化，其容许坯料承受住挤制过程期间压头(例如图1的压头压板130、140)施加到坯料上的压力以及旋转模具(例如图1的模具160)引起的旋转和剪切应力。在步骤1050，可利用合适的矫直装置再次矫直坯料。在步骤1060，修整坯料端部。修整容许移除坯料端部处的瑕疵或其他变形，例如，在之前的加工步骤期间或铸造期间引入的瑕疵或变形。然后在步骤1070利用任何合适的清洗溶液(诸如水溶性脱脂溶剂)或清洗溶剂的组合清洗坯料。在步骤1080，利用任何合适的润滑流体，包括石墨润滑剂、基于石油的复合材料或非石油合成物、任何其他合适的润滑流体或其结合，润滑坯料的内径。
[0115]图32示出了根据某些实施例的预加工用于图1的挤压系统10的心轴杆尖端(诸如图28和29的心轴杆尖端800或820)的流程图。在步骤1110，可利用任何合适的加热过程加热心轴杆尖端。例如，心轴杆尖端可被放置在熔炉中或被喷灯加热，直到心轴杆尖端高于约1000华氏度。在此热处理之后，在步骤1120，在润滑剂中淬火心轴杆尖端并搅动，以确保一致的润滑剂沉积。在某些实施例中，润滑剂是石墨润滑剂，但可使用任何其他合适的润滑剂或其结合。在步骤1130，在淬火之后容许冷却心轴杆尖端。在步骤1140，从心轴杆尖端移除任何过量的润滑剂。然后，在步骤1150，将心轴杆尖端再次加热至高于约1000华氏度，并在步骤1160在润滑剂中淬火并搅动，以确保一致的润滑剂沉积。在某些实施例中，利用与步骤1120中所用的第一润滑剂不同的第二润滑剂淬火心轴杆尖端。例如，步骤1120中所用的润滑剂可以是石墨润滑剂，并且步骤1160中所用的润滑剂可以是基于石油的复合材料或非石油合成物，或者是与第一润滑剂不同的任何其他合适的润滑剂。在某些实施例中，步骤1160中所用的润滑剂可以与步骤1120中所用的相同。在步骤1170，容许在淬火步骤1160之后冷却心轴杆尖端。在某些实施例中，在过程步骤1170结束后，可重复过程步骤1150、1160和1170。在这类实施例中，反复的淬火步骤中所用的润滑剂可与步骤1160之前所用的(该润滑剂可与第一淬火步骤1120中所用的润滑剂相同或不同)相同。
[0116]图33-36示出根据某些实施例的描绘操作挤压系统(诸如图1的挤压系统10)的过程的各个流程图。步骤1210至1240描绘挤压系统的坯料传送子系统20的某些示例性步骤。步骤1250描绘挤压系统的挤制子系统40的某些示例性实施例，并且步骤1260描绘挤压系统的淬火子系统60的某些示例性步骤。应该理解，本发明的流程图的步骤仅是说明性的。在不脱离本发明的范围的情况下，可修改、省略或重新布置流程图的任何步骤，可结合两个或多个步骤，或者可添加任何额外的步骤。
[0117]过程1200开始于步骤1210，在该步骤中，在第一或上游流体夹102附近的心轴杆接收端10a周围装载一个或多个坯料。本发明的每个坯料都沿坯料长度中空，这容许坯料被放置在静止的心轴杆100上，从而使得坯料沿着和围绕心轴杆100移动和运输。在某些实施例中，挤压系统10的坯料传送子系统20可包括具有待装载到挤压系统10上的多个坯料的坯料传送台。可通过自动过程自动装载或者可手动装载坯料。一旦装载，就可通过坯料供给轨道组件，诸如图2所示的轨道组件110，沿心轴杆运输坯料，轨道组件110包括根据特定坯料的位置相对于流体夹102、104和心轴夹具106、108间歇地移动的轨道202。
[0118]在步骤1220，沿心轴杆运输坯料并使其通过流体夹，流体夹在与心轴杆接合时将冷却流体传送到心轴杆尖端。在任何指定时刻，至少一个流体夹优选夹到或以其他方式接合到心轴杆上，以向心轴杆连续或基本连续地传送冷却流体。图34示出了使一个或多个坯料穿过挤压系统的各个流体夹的步骤。例如，在步骤1400，一个或多个坯料被运输到第一上游流体夹，诸如挤压系统10的流体夹102。PLC系统在决定方块1402确定第一流体夹是否与心轴杆接合。如果第一流体夹与心轴杆接合，则PLC系统在决定方块1404确定第二流体夹是否与心轴杆接合。在某些实施例中，当坯料未正在穿过流体夹时，两个流体夹都可与心轴杆接合。如果第二流体夹接合，则在步骤1410，断开第一流体夹。但是，如果第二流体夹未接合，则在步骤1404，PLC系统确定坯料被运输通过第二流体夹并且在步骤1406等待坯料空出第二流体夹。然后，在步骤1408，接合第二流体夹，并且过程前进到断开第一流体夹的步骤1410。在步骤1410断开第一流体夹之后，或者当已经在决定方块1402确定第一流体夹断开时，过程前进到步骤1412，在该步骤中，一个或多个坯料前进通过第一流体夹。当第一流体夹断开以容许坯料从中穿过时，第二流体夹接合到心轴杆并向心轴杆传送冷却流体。在期望数量的坯料已前进通过第一流体夹之后，在步骤1414，第一流体夹与心轴杆接合，并且在步骤1420，将坯料运输到第二流体夹。
[0119]关于第二流体夹的过程1220基本类似于PLC系统执行的关于第一流体夹的过程，并且同样在图34中示出。在步骤1420，一个或多个坯料被运输到第二下游流体夹，诸如挤压系统10的流体夹104。PLC系统在决定方块1422确定第一流体夹是否与心轴杆接合。如果第二流体夹与心轴杆接合，则PLC系统在决定方块1424确定第一流体夹是否与心轴杆接合。在某些实施例中，当坯料未正在穿过流体夹时，两个流体夹都可与心轴杆接合。如果第一流体夹接合，则在步骤1430，断开第二流体夹。但是，如果第二流体夹未接合，则在步骤1424，PLC系统确定坯料被运输通过第一流体夹并且在步骤1426等待坯料空出第二流体夹。然后，在步骤1428，接合第一流体夹，并且过程前进到断开第二流体夹的步骤1430。在步骤1430断开第二流体夹之后，或者当已经在决定方块1432确定第二流体夹断开时，过程前进到步骤1422，在该步骤中，一个或多个坯料前进通过第二流体夹。当第二流体夹断开以容许坯料从中穿过时，第一流体夹接合到心轴杆并向心轴杆传送冷却流体。在期望数量的坯料已前进通过第二流体夹之后，在步骤1434，第二流体夹与心轴杆接合。
[0120]返回图33的过程1200，在步骤1230，沿心轴杆运输坯料并使其通过心轴夹具，心轴夹具在与心轴杆接合时将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转。在任何指定时刻，至少一个心轴夹具优选夹到或以其他方式接合到心轴杆上。图35示出了使一个或多个坯料穿过挤压系统的各个心轴夹具的步骤。例如，在步骤1500，一个或多个坯料被运输到第一上游心轴夹具，诸如挤压系统10的心轴夹具106。PLC系统在决定方块1502确定第一心轴夹具是否与心轴杆接合。如果第一心轴夹具与心轴杆接合，则PLC系统在决定方块1504确定第二心轴夹具是否与心轴杆接合。在某些实施例中，当坯料未正在穿过心轴夹具时，两个心轴夹具都可与心轴杆接合。如果第二心轴夹具接合，则在步骤1510，断开第一心轴夹具。但是，如果第二心轴夹具未接合，则在步骤1504，PLC系统确定坯料被运输通过第二心轴夹具并且在步骤1506等待坯料空出第二心轴夹具。然后，在步骤1508，接合第二心轴夹具，并且过程前进到断开第一心轴夹具的步骤1510。在步骤1510断开第一心轴夹具之后，或者当已经在决定方块1502确定第一心轴夹具断开时，过程前进到步骤1512，在该步骤中，一个或多个坯料前进通过第一心轴夹具。当第一心轴夹具断开以容许坯料从中穿过时，第二心轴夹具接合到心轴杆。在期望数量的坯料已前进通过第一心轴夹具之后，在步骤1514，第一心轴夹具与心轴杆接合，并且在步骤1520，将坯料运输到第二心轴夹具。
[0121]关于第二心轴夹具的过程1230基本类似于PLC系统执行的关于第一心轴夹具的过程，并且同样在图35中示出。
[0122]在步骤1520，一个或多个坯料被运输到第二上游心轴夹具，诸如挤压系统10的心轴夹具108。PLC系统在决定方块1522确定第二心轴夹具是否与心轴杆接合。如果第二心轴夹具与心轴杆接合，则PLC系统在决定方块1524确定第二心轴夹具是否与心轴杆接合。在某些实施例中，当坯料未正在穿过心轴夹具时，两个心轴夹具都可与心轴杆接合。如果第一心轴夹具接合，则在步骤1530，断开第二心轴夹具。但是，如果第一心轴夹具未接合，则在步骤1524，PLC系统确定坯料被运输通过第一心轴夹具并且在步骤1526等待坯料空出第二心轴夹具。然后，在步骤1528，接合第一心轴夹具，并且过程前进到断开第二心轴夹具的步骤1530。在步骤1530断开第二心轴夹具之后，或者当已经在决定方块1522确定第二心轴夹具断开时，过程前进到步骤1532，在该步骤中，一个或多个坯料前进通过第二心轴夹具。当第二心轴夹具断开以容许坯料从中穿过时，第一心轴夹具接合到心轴杆。在期望数量的坯料已前进通过第二心轴夹具之后，在步骤1534，第一心轴夹具与心轴杆接合。
[0123]返回图33的过程1200，在步骤1240，利用压头夹持坯料然后使其前进。压头为夹持的坯料提供朝向旋转模具方向的基本恒定的推力。PLC系统控制压头操作的速率并由