专利名称：包含微腔的金属主体以及与其相关的装置和方法
包含微腔的金属主体以及与其相关的装置和方法相关申请的交叉引用
本专利申请要求2007年7月5日提交的名称为"包含微腔的金属主体以及与其相关的装置和方法，，的美国临时专利申请No.60/984155的优先权，其内容通过参考结合在本文中。
背景技术：
单片金属主体可以通过各种方法，例如通过各种挤压技术来制造。在挤压过程中，金属坯材为固态的，但在加热炉中被软化。进行挤压操作一般是坯材被加热至超过375°C，以及根据被挤压的合金可高达500°C。当挤压机的锤体对挤压机的挤压筒内的坯材施加压力时，挤压处理开始，这也通称为直接挤压工艺。可选择地，可将压力施加至压靠坯材移动的模具组件上，这种处理通称为间接挤压。众所周知液压机施加压力的范围是100tons至22000 US tons。当初始施加压力时，坯材被推压在模具上，变得又短又宽直至由于与挤压筒壁完全接触而使其扩展受到限制。于是，当压力增加时，软的(但仍是固态的)金属坯材没有其它可以延伸的地方，其开始通过模具的成形孔被挤出进而在另一侧以完全成形的型材而呈现。完成的挤压件在模具中被剪切，金属的剩余部分被除去以便再使用。在金属制品脱离模具之后，仍然热的挤压金属制品根据合金可被淬火、机械处理、以及老化。
发明内容
概括地说，本发明的公开内容涉及具有在其内的经设计的微腔的主体，以及用于制造该主体的装置和方法。在一个实施例中，所述主体为金属主体，例如铝主体或铝合金主体。在一个实施例中，金属主体为单片主体。在一个实施例中，金属主体通过"硬质合金"铝挤压来制造。硬质铝合金是需要相对高压力来挤压且其在最终回火过程中的拉力屈服强度通常为至少约50ksi的合金。硬铝合金的实例包括许多2XXX和7XXX系列合金以及一些6XXX (例如高铜或硅)和8XXX (例如铝-锂)系列合金。其它铝合金可具有硬质铝合金的资格。
一个或多个微腔可包含在金属主体中，并可连续贯穿该金属主体 的一部分。通常，微腔的横截面积小于所述主体的横截面积。在一个 实施例中，微腔具有不大于2mm (平均)的直径，例如不大于1.5mm (平均)的直径，或不大于lmm (平均)的直径。在一个实施例中， 微腔具有至少约0.5mm (平均)的直径。在一个实施例中，微腔具有 范围约0.5mm至约2.0mm(平均)的直径。在一个实施例中，微腔具 有约lmm (平均)的直径。微腔通常为椭圆形或圆形剖面，但可以是 其它几何形状(例如矩形)的剖面。
微腔例如在结构健康监控(SHM)中是有用的。挤压型面的完整 性可采用许多不同的SHM技术包括光学或声-超声方法沿着其长度检 测。此外，当微腔的一侧被堵塞时，可釆用真空或气体压力监控技术。 具有微腔的主体可被应用于航空和航天、商业运输(例如汽车、卡车、 船舶)和土木工程结构/应用，仅举几个例子。例如，用于航空和航天 应用的纵梁可制造有这样的微腔。由于金属主体可用于结构应用，因 此微腔的横截面积(Av)的比率小于金属主体的横截面积(Ab)的比 率。这与其它已知的具有大微腔的金属主体(例如热交换器)是相反 的，其中，在这种大微腔内，用于热交换器的增大的表面积是有用的。 在一个实施例中，Av/Ab比率不大于10。在一个实施例中，Av/Ab比 率不大于5。在一个实施例中，Av/Ab比率不大于1。在一个实施例中， Av/Ab比率不大于0.75。在一个实施例中，Av/Ab比率不大于0.5。在 一个实施例中，Av/Ab比率不大于0.1。微腔可以是基本直的。微腔可 以具有基本平滑的壁面。微腔在金属主体的整个长度上可以是连续的， 因此孩y空可以延伸至少0.5米，或至少1米，或至少5米，或至少10 米，或至少15米，或更多。微腔可以在金属主体的整个长度上比较均 匀。虽然这里描述的是圆柱类型的微腔，但也可以是其它的微腔形状， 并且这种形状取决于所选择的芯棒的形状，如下所述。
二微腔可被包含在例如任何硬质铝合金金属主体中。在一个实施例中，这种金属主体可被应用在结构应用中，其中这种结构可通过微腔 被监控/测试。在一个实施例中，金属主体可用于飞行器。在一个实施 例中，金属主体是飞行器的结构组件，例如像机身纵梁、机身构架、 机翼纵梁等。在其它的实施例中，金属主体可以用于非航空和航天应 用，例如汽车、火车、船舶、油和气、以及支撑结构，仅举几个例子。 例如，金属主体可包含在卡车、拖车、火车、地铁、电车、轨道车、 和/或其它运输车辆的构架轨道或横梁中。金属主体可用于船身加强、 船甲板和/或上部结构中。金属主体可用于油气提升器、钻柱和/或平 台结构中。金属主体可用于船桥甲板和/或其它基础结构。金属主体可 用于涡轮叶片。金属主体可用于车辆驱动轴线或其它适当应用。简而 言之，金属主体可用于任何能够受益于监控/测试金属主体的完整性的 结构应用中，而实质上不会劣化金属主体的强度、韧性、疲劳寿命、 或其它的相关材料特性。
本发明还公开了用于制造微腔的模具。所述模具可用于直接或间 接挤压工艺。在一个方法中，模具包括设置在该模具内的曲折通道，
该曲折通道包括用于接收金属原料的入口区、用于排出金属制品的出
口区、和位于该入口区与出口区之间的中间区。在这个方式中，；f莫具 可包括与该模具固定地互连的芯棒，其中，该芯棒的第一部分位于所 述通道的中间区内。在一个实施例中，所述芯棒的第一部分延伸该中 间区的长度的至少三分之一。在一个实施例中，所述芯棒延伸该中间 区的长度的至少一半。在一个实施例中，芯棒不在出口区。因此，在 金属的挤压过程中，金属可流动通过该模具的通道并围绕所述芯棒的 至少第一部分通过。当金属移动离开所述芯棒并进入出口区中时，可 以在所述金属内产生环隙。伴随着金属的移动，金属冷却，然后使该 环隙定型并限定连续微腔。通过将芯棒的第 一部分定位于所述中间区， 但使所述芯棒不在出口区，直接或间接挤压工艺过程中产生的大挤压 力(在邻近模具的出口区在纵向上更明显)不会明显影响芯棒(例如 使其割裂，使其剥离)，由此允许在金属主体中形成连续微腔。此外， 作用在流动的金属材料上的压力可保持在加强所述金属的再结合的水平，从而制得具有连续微腔的金属主体。
所述芯棒(有时指的是细丝)可以是任何用于/适于抵抗金属挤压 条件的材料。在一个实施例中，所述芯棒可以与模具成一体。例如， 芯棒可以与模具的第一板(例如桥板)成一体。在一个实施例中，所 述第一板包括至少一个孔眼，例如一些成对的孔眼。在成对的孔眼方 式中，每个孔眼可通过辐板与它的相邻孔眼分离。在一个实施例中， 辐板^U几加工以制造所述芯棒。
在另一个实施例中，所述芯棒可以是与所述模具非成一体的(分 离的部件)。例如，辐板可包括一个或多个互补部件(例如阴螺紋)以 容纳和接合芯棒的一个或多个互补部件(例如阳螺紋)。在这个实施例 中，所述芯棒可以是可拆卸的芯棒，其易于与模具的桥板接合和分离。 在另一实例中，所述模具可以包括与所述芯棒固定地互连的盒，并且 该模具可以包括用于容纳该盒的槽。在一个实施例中，所述槽包括与 所述中间区和盒连通的孔，该孔适于容纳所述芯棒。在一个实施例中， 所述孔的尺寸形成为限制性地接合所述芯棒的外表面。在一个实施例 中，模具包括模具帽和与该模具帽互连的供给件，其中，由于互连， 模具帽和供给件限定曲折通道的至少一部分。所述曲折通道用来产生 适当构型的扩展金属主体。在一个实施例中，供给件包括所述槽，所 述模具还包括密封件，该密封件适于与供给件的近端互连以密封所述 模具中的盒。
所述芯棒可以是刚性的或柔性的。在一个实施例中，所述芯棒由 与模具相同的材料(例如与桥板相同的材料)构成。在另 一实施例中， 芯棒由与模具不同的材料构成。例如，芯棒可以是金属丝或螺钉的形 式并可包括高强度材料例如钢、钛或陶瓷。
芯棒可以以与挤压方向一致的方式定向，并且其可以与模具的中 心轴线类似。在一个实施例中，芯棒的第一部分的轴线与模具的中心 轴线一致。在一个实施例中，芯棒的第一部分的轴线基本平行于模具 的中心轴线。
注意，微腔的横截面积通常比围绕该微腔的主体的横截面积要小
8得多。因此，在一个实施例中，所述通道的出口区包括模具出口，芯 棒的第一部分的横截面积与模具出口的横截面积的比率不大于约1。
在一个实施例中，该比率不大于0.5,在一些实施例中，该比率不大于 0.1。
模具可包括多个芯棒以在金属主体中制造相应数量的多个微腔。 在一个实施例中，模具包括第一芯棒(如上所述)和第二芯棒。笫二 芯棒可以与模具固定地互连，其中第二芯棒的第一部分设置在模具的 中间区的一部分中。第一和第二芯棒的长度可相似或不相似。在一个 实施例中，第一芯棒的第一部分的长度大约等于第二芯棒的第一部分 的长度。在桥式挤压模的情况下，可采用每对孔眼一个芯棒。可釆用 许多不同的模具类型，例如多孔分流挤压模。
用于制造具有连续微腔的金属主体的方法也被公开。在一种方式 中，方法包括使金属流动通过(例如模具的)通道，该通道包括入 口区、出口区、和位于该入口区与出口区之间的中间区；4吏该金属在 邻近出口区处成形为主体；以及伴随着成形步骤，在该主体内制造连 续微腔，其中该连续微腔包括不大于2mm的直径，微腔的直径与围 绕该微腔的金属主体的横截面积的比率小于1。
在一个实施例中，所述方法包括使一部分金属围绕设置在所述通 道的中间区内的芯棒的至少一部分通过。在一个实施例中，所述制造 步骤包括使金属围绕设置在所述通道的中间区内的芯棒的至少一部分 通过，并使该金属移动离开芯棒并进入到出口区中，由此在该金属内 产生环隙。在相关的实施例中，所述方法可包括伴随着使金属移动的 步骤，对该金属进行冷却的步骤，由此使所述环隙定型，在流动步骤 之后，该环隙限定连续微腔。
图1A为具有连续微腔的金属主体的透视图； 图1B为图1A的金属主体的剖视图； 图1C为具有两个连续微腔的金属主体的透视图； 图1D为图1C的金属主体的剖视图；图1E为具有连续微腔的金属主体的透视图； 图1F为图1E的金属主体的剖视图； 图1G为具有两个连续微腔的金属主体的透视图； 图1H为图1G的金属主体的剖视图2为用于制造具有连续微腔的金属主体的模具的一个实施例的 透视图3为图2的端4见图4为沿着图2-3的线4-4的剖视图5为图4的剖视图的特写；
图6为图2的模具的供给件的正视图7为图2的模具的盒的俯视透视图8为模具的部件的实施例的透视图9为图8的桥板的金属入口侧的透视图10为显示用于制造具有连续微腔的金属主体的方法的一个实 施例的流程图11为具有不同长度的芯棒的测试模具的一个实施例的示意性 剖视图。
具体实施例方式
现在参照附图，其至少帮助图解本发明的各种相关特征。现在参 照附图1A-1H，其示出了金属主体具有至少一个连续微腔的实施例。 金属主体由石更质铝合金(例如2XXX, 6XXX， 7XXX或8XXX系列铝 合金中的任一种)制成并具有连续微腔。该连续微腔具有横截面积 (Av),该横截面积(Av)小于周围的金属主体的横截面积(Ab)。
例如，参照附图1A和1B，其示出了由Aluminum Association合 金6060制成的具有Z形型面的金属主体100。金属主体100具有连续 微腔110。连续微腔110沿着金属主体100的长度L延伸。连续微腔
110通常是直的并且具有平滑的壁面。连续微腔110具有等于;r(Z)/2)2的
横截面积(Av)，其中D为微腔的直径。金属主体100通常具有几个
部分(Am, AB2， Ab3和Ab4)，它们构成周围金属主体区域Ab。金属主体区域(AB)具有大于微腔110的横截面积。为了确定Ab的横截 面积，可使用常规的测量和/或数学分析。在图1A-1B的示例中
Av=7t ( D/2 ) 2; ( 1)
AB= AB1+AB2+AB3+AB4- Av; 以及 (2 )
AV/ABS1 ( 3 )
在另一示例中，参照附图1C和1D，其示出了由Aluminum Association合金2099制成的具有Z形型面的金属主体120。金属主体 120具有两个连续微腔130, 132。所述连续微腔130， 132沿着金属主 体120的长度L延伸。每个连续微腔130， 132都具有等于7T (D/2) 2 的横截面积(AV1， AV2),其中D为每个微腔的直径。金属主体120 通常具有几个部分(AB1, AB2， AB3， Ab4和Abs),它们构成周围金属
主体区域Ab。在图1C-1D的示例中
Avl=7i ( Dl/2 )2; ( 4 )
AV2=7i ( D2/2 )2; ( 5 )
Av= AV1+ AV2; ( 6 )
AB= AB1+AB2+AB3+AB4+ AB5- AV1- AV2; ( 7 )
AV/AB《10 ( 8 )
在其它示例中，参照附图IE和1F，其示出了由Aluminum Association合金2099制成的具有L形型面的金属主体140。金属主体 140具有连续微腔150。连续微腔150沿着金属主体140的长度L延 伸。连续微腔150具有等于7T (D/2) 2的横截面积(Av)，其中D为微 腔150的直径。金属主体140通常具有几个部分(AB1, Ab2和Ab3)， 它们构成周围金属主体区域Ab。为了确定AB的横截面积，可使用常
规的测量和/或数学分析。例如，Ajj2可分成几个较小部分(例如AB2_A
和Ab2—b,)，包含在每个部分(X， Y)中的微腔的数量可以从每个部分 的区域中减去。在这个示例中，X=Y=l/2，因此入1 2= ( AB2_A-l/2 Av ) + ( AB2-B-l/2 Av )。在图1E-1F的示例中
Av=7i ( D/2 ) 2; ( 9 )
AB= AB1+ ( A阻-l/2 Av ) + ( AB2—B-l/2 Av ) +AB3; ( 10 )AV/AB《1 ( 11)
在另一示例中，参照附图 1G和 1H， 其示出了由 Aluminum Association合金2099制成的具有Z形型面的金属主体160。金属主体 160具有两个连续微腔172, 174。连续微腔172， 174沿着金属主体 160的长度L延伸。每个连续微腔172， 174都具有等于ti (D/2) 2的 横截面积(AV1， AV2)，其中D为每个微腔的直径。如上所述，金属 主体160通常具有几个部分AB1， A肪和Ab其余(未示出)，可使用常规 的测量和/或数学分析来确定ab的横截面积。在图1G-1H的示例中
Avl=7i ( D1/2 )2; ( 12 )
AV2=7i ( D2/2 )2; ( 13 )
Av= AV1+ AV2; ( 14 )
AB= ( AB1- AV1) + ( AB2- AV2) +AB其余； (15 )
AV/AB《1 ( 16 )
如上文的示例所描述的，微腔(Av)的横截面积的比率小于周围 金属主体(AB)的横截面积的比率，并且通常Av/Ab比率不大于1。 Av和AB的准确值可以基于每单一个案来确定并可经由测量和/或各种 数学公式来确定。金属主体可以以任何能够被挤压的形状来制造。连 续微腔也可以以任何能够在挤压期间在金属主体内形成连续环隙的形 状来制造。例如，微腔可用来检测其内包含有该微腔的金属主体的结 构完整性。金属主体内可包含任何数量的微腔。但是，由于挤压件可 用作(例如飞行器的)结构元件，所以优选是较少数量的微腔。
包含有连续微腔的金属主体可通过直接或间接挤压工艺来制造。 图2-7示出了可在直接或间接挤压装置中使用的用于制造本发明的金 属主体的模具的一个实施例。在图2所示的实施例中，模具组件200 包括密封件210、供给件220、和模具帽230。密封件210、供给件220 和模具帽230可以经由锁合件240、锁合件孔243 (图6)和相关结构 (例如定心销241 (图6)和相关的定心销孔242 )彼此固定地互相连 接。为了制造微腔，相应数量的芯棒222从供给件220的末端(未编 号)朝向模具帽230的末端234延伸。
12特别参照图4和5，芯棒222可从密封件210的盒212延伸通过 供给件220 (例如经由图6所示的孔214)，并进入模具组件的焊接区 250。芯棒222经由密封件210的盒212可被保持就位。尤其是，盒 212可包括盒托盘213、盒板215和用于固定安装芯棒222的齿216。 一个或多个芯棒支架226可与供给件220包含在一起以有助于在所需 方位上固定芯棒222和/或帮助制造微腔。
芯棒222延伸入焊接区250的距离可决定微腔是否被成功制造。 在一个实施例中，焊接区250包括入口区252、中间区254和出口区 256。在该图示的实施例中，芯棒222的第一部分223通过入口区252 延伸，并至少部分地进入到焊接区250的中间区254内。在一个实施 例中，芯棒222的第一部分223延伸中间区254的长度的至少三分之 一。在一个实施例中，芯棒222的第一部分223延伸中间区254的长 度的至少一半。在图示的实施例中，芯棒222不在出口区256中。在 一些实施例中，芯棒222可延伸进入出口区256内。在一些实施例中， 芯棒222可通过出口区256延伸，甚至延伸到其外面。在其它的实施 例中，芯棒222可仅延伸进入到入口区252内。重要的是芯棒在焊接 区延伸得足够远以产生微腔，但由于挤压过程中施加于芯棒和金属上 的大的力而不会延伸远到使其受损和/或从模具上离开。在一个实施例 中，芯棒222的第一部分223的轴线与模具组件200的中心轴线一致。 在特定的实施例中，芯棒222的笫一部分223的轴线基本平行于模具 组件的中心轴线，如图4所示。如图所示，每个芯棒222的第一部分 223的轴线通常彼此对齐。在其它的实施例中， 一个芯棒的第一部分 的轴线可横向于其它芯棒的第一部分的轴线。
由于金属通过模具组件200被挤压，因此金属可流动通过模具组 件的曲折通道(例如，至少部分由供给件220的供给口 228和模具帽 的孔232 (图3)限定的通道)，并且围绕和接触一部分芯棒222。当 金属经由模具帽230流出该模具组件200时，每个芯棒222和/或芯棒 支架226通过不允许那些部分中的金属填充被芯棒222和/或芯棒支架 226占据的那些区域来至少部分地帮助在金属内产生环隙。当所述金属冷却并离开模具组件200时，微腔可由环隙形成，这些环隙通过芯 棒222和/或芯棒支架226被制成。
芯棒222可由适于抵抗金属挤压条件的任何金属制成和/或形成。 在一个实施例中，芯棒222是柔性的。在另一实施例中，芯棒222是 刚性的。在一个实施例中，芯棒222可包括高强度的弹簧钢丝。在一 些实施例中，芯棒222基本为圆柱形，从而制造形状相似的微腔。在 其它实施例中，芯棒222可以是其它形状(例如矩形固体)或任何其 它几何形状以制造具有理想形状的微腔。芯棒222可以如上所述地是 与模具非成一体的。在其它实施例中，如下文进一步详细说明的，一 个或多个芯棒可以是模具的一部分的整体部件。
现在参照附图2， 5和6，供给件220可包括一个或多个用于容纳 4寺挤压金属的口 228、 一个或多个用于容纳芯才奉222的孔214、 一个或 多个用于容纳盒212的槽229 (图4和7)、以及用于促进供给件220 与模具帽230和/或密封件210互连的各种其它口孔和/或销。口 228 可(例如经由焊接区250 )与模具帽的一个或多个孔口 232连通。孔 214可(例如经由芯棒222 )与焊接区250的中间区254连通。孑L 214 可适于容纳芯棒222。在一个实施例中，孔214的尺寸为与芯棒222 的外表面限制性地接合。
现参照图6和7，在该示出的实施例中，盒212用于保持芯棒222, 该盒212可包括盒板215、盒托盘213和齿216。锁合件240 (例如螺 钉或其它适当装置)可用来使盒212的各个部件相互连接。齿216可 用来固定地保持芯棒222就位。盒212可装配在供给件220的槽229 内。芯棒222可经由供给件220的孔214通过模具组件200 (图2 )延 伸。盒212可经由密封件210与供给件220固定地互连，该密封件210 可经由锁合件240与模具帽230固定地互连。
图8和9示出了在制造具有一个或多个连续微腔的金属主体中可 使用的模具的另一实例。在所示的实施例中，模板800和桥板820可 用来构成模具。该模具可用于直接或间接挤压装置。
模板800包括用于与桥板820的口孔822匹配的销802。模板800还包括至少一个孔口 804。孔口 804包括才莫具开口 806和含有至少一 部分才莫具开口 806的凹穴808。才莫具开口 806可适用于与金属和/或桥 板820的一个或多个芯棒824的至少一部分连通。模具开口 806的形 状和尺寸通常被形成为与挤压的金属主体的理想构造相匹配。凹穴 808的形状和尺寸通常被形成为与模具开口 806的形状和尺寸一致， 从而更易于制造挤压的金属主体。
桥板820包括上述的销口孑L 822和芯棒824。桥板还包括多个主 口 828，它们经由辐板826被分离成较小的口 (孔)829。桥板820的 主口 828与孔口 804相结合可以至少部分地限定用于金属通过的曲折 通道。
桥板820的主口 828适于容纳金属(例如软化的铝合金坯材，该 坯材例如为由硬质铝合金制成的坯材)并允许金属经由较小口 829穿 过其通过。辐板826适于将每个主口 828的金属分离成至少两个部分。 由于金属穿过较小口 829并从主口 828出来然后进入模板的模具开口 806内，再从孔口 804的凹穴808出来，因此具有模具开口 806的形 状的金属主体便形成。与此伴随的是，由于粘性金属流动通过主口 828 和/或孔口 804,因此金属会在其中一个芯棒824的一部分的周围流动 并与其接触。当金属经模具开口 806从模具组件中流出时，芯棒通过 不允许在那些部分中的金属填充被芯棒占据的那些区域而至少部分地 帮助了在金属内形成环隙。当金属冷却并脱离模具时，微腔可由通过 芯棒制成的环隙形成。
如所示，芯棒824与桥板(例如经由辐板826)形成一体。在其 它的实施例中， 一个或多个芯棒可以是与模板非成一体的，并且可以 是可移去的部件。例如，辐板826可包括一个或多个互补部件(例如 阴螺紋)，其适于容纳并接合芯棒824的一个或多个互补部件(例如阳 螺紋)。在这个实施例中，芯棒824可以是可移除的芯棒，其易于与模 具的桥板接合和分离。
本发明也提供了制造具有连续微腔的金属主体的方法。图10中示 出了一个方法的实施例。在该实施例中，所述方法(IOOO)包括使金属流动通过模具的通道(1010);使金属形成为主体(1020);以及 伴随着形成步骤(1020)，在主体内制成连续微腔(1022)。流动步骤 (1010)可包括预处理待挤压的金属(例如，将金属坯材加热至适当的 挤压温度，例如至少约300。C或约375°C,以及高达约500。C或约 550°C)。流动步骤(1010)可包括将力施加到金属上以将金属挤压通 过模具，例如通过模具的曲折通道。所述曲折通道可包括入口区、出 口区和位于入口区与出口区之间的中间区。使金属形成为主体的步骤 (1020)可包括使金属穿过所述的曲折通道，其中所述主体在邻近出口 区处形成。制成连续微腔步骤(1022 )可包括使金属围绕芯棒的至少 一部分通过(1024 )，该芯棒设置在曲折通道的中间区内。在一个实施 例中，芯棒的长度足够长以易于制造金属主体的连续微腔，但由于施 加用来实现流动步骤(1010)的力，所述长度不会长到使其受损和/ 或从模具上分离。
所述方法(1000 )可包括将金属从芯棒上移动离开并进入出口区 中，由此在金属内产生环隙的步骤。在相关的实施例中，所述方法 (1000 )可包括伴随着移动金属的步骤对金属进行冷却，由此定型环隙 的步骤，其中在流动步骤(1010)之后，环隙限定连续微腔。在一个 实施例中，具有连续微腔的金属主体包括不大于2mm的直径。在一 个实施例中，微腔的直径与该微腔周围的金属主体的横截面积的比率 小于1。
实例
实例1
制造与图2类似的模具组件。金属通过直接挤压被挤压，与上文 所述的类似。产生既扁平又非线性的型面。连续微腔形成在金属主体 中，微腔具有与芯棒的直径类似的直径。对所制得的金属主体进行断 层X光分析表明微腔是连续的、直的并且具有平滑的壁面。微腔的连 续性也通过透射过该微腔的激光得到论证。
实例2
各种长度的芯棒与图2类似的模具固定地互连。图11示出了芯棒的构造。所述芯棒伸进入模具的焊接区约10mm (芯棒1)至约20mm (芯棒2)。 2XXX系列合金经由直接挤压被挤压通过模具。挤压机为 IOMN压力机。挤压筒衬的直径为约146mm。芯;唪具有约5mm的直 径。总压力比率为约59:1。进料之后压力比率为约6:1。焊接腔在进 料之后具有约10mm的高度。支承面的长度为约8mm。锤击速度为约 lmm/秒。坯材温度为约550。C。挤压筒衬的温度为约450°C。工具的 温度为约380。C。
芯棒1和2未能在经挤压的金属主体内制成微腔，而芯棒3， 4， 5和6在金属主体中制成微腔。芯棒l失败是因为它太短并且没有在 模具的焊接区中延伸足够远。芯棒2失败是因为它太长并且由于在挤 压工艺处理过程中被挤压金属切断。芯棒3-6至少部分地延伸进入焊 接区的中间区内(不像芯棒1 )，但不会延伸进入焊接区的出口区内(不 像芯棒2),因此能够至少部分地帮助在挤压的金属主体中制成连续微 腔。
实例3
制造与图8和9类似的模具组件。Aluminum Association合金2099
被挤压通过模具。制得与图1E和1G类似的金属主体。连续微腔形成 在金属主体中，并且微腔具有与芯棒的直径类似的直径。对所制得的 金属主体进行断层X光分析表明微腔是连续的、直的并且具有平滑的 壁面。微腔的连续性也通过透射过该微腔的激光得到论证。
虽然已经对本发明的各种实施例进行了详细描述，但本领域技术 人员显然可以对这些实施例做出变更和修改。然而，显然要理解的是 这种变更和修改落在本发明的精神和范围内。
1权利要求
1.一种单片金属主体，包括包含在该金属主体中的连续微腔，其中，金属主体包括硬质铝合金，金属主体的横截面积与微腔的横截面积的比率不大于10。
2. 根据权利要求l所述的单片金属主体，其特征在于，微腔包括 不大于5mm的直径。
3. 根据权利要求1所述的单片金属主体，其特征在于，微腔包括 不大于2mm的直径。
4. 根据权利要求1所述的单片金属主体，其特征在于，微腔包括 至少约0.5mm的直径。
5. 根据权利要求1所述的单片金属主体，其特征在于，金属主体 的横截面积与微腔的横截面积的比率不大于1。
6. 根据权利要求1所述的单片金属主体，其特征在于，金属主体 的横截面积与微腔的横截面积的比率不大于0.5。
7. 根据权利要求1所述的单片金属主体，其特征在于，金属主体 的横截面积与微腔的横截面积的比率不大于0.1。
8. 根据权利要求1所述的单片金属主体，其特征在于，金属主体 由挤压的硬质铝合金制成。
9. 一种挤压模具，包括设置在模具内的曲折通道，该曲折通道包括用于接收金属原料的 入口区、用于排出金属制品的出口区和位于入口区与出口区之间的中 间区；以及与模具固定地互连的芯棒，其中，芯棒的第一部分设置在所述通 道的中间区内。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，芯棒不在所述通 道的出口区。
11. 根据权利要求IO所述的装置，其特征在于，所述芯棒的第一 部分延伸所述中间区的长度的至少三分之一。
12. 根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述芯棒的笫一 部分延伸所述中间区的长度的至少一半。
13. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述芯棒适于抵 抗金属挤压条件。
14. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述模具包括 与所述芯棒固定地互连的盒，所述模具包括用于容纳所述盒的槽。
15. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述槽包括与所 述中间区和盒连通的孔，所述孔适于容纳所述芯棒。
16. 根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述孔的尺寸形 成为限制性地接合所述芯棒的外表面。
17. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述模具包括模 具帽和与该模具帽互连的供给件，由于互连，所述模具帽与供给件限 定所述通道。
18. 根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述供给件包括 所述槽，所述模具还包括适于与所述供给件的近端互连的密封件，以 密封所述模具内的所述盒。
19. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述通道的出口 区包括模具出口 ，所述芯棒的第一部分的横截面积与该模具出口的横 截面积的比率不大于1。
20. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述芯棒为第一 芯棒，所述装置还包括与所述模具固定地互连的第二芯棒，该第二芯棒的第一部分设置 在所述中间区的一部分中。
21. 根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第一芯棒的 第一部分的长度大约等于所述笫二芯棒的第一部分的长度。
22. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述芯棒的第一 部分的轴线与所述模具的中心轴线一致。
23. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述芯棒的第一 部分的轴线基本上平行于所述模具的中心轴线。
24. —种用于制造金属主体的方法，该金属主体具有包含在其内的连续微腔，所述方法包括使金属流动通过通道，该通道包括入口区、出口区和位于该入口区与出口区之间的中间区；使金属在邻近所述出口区处形成为主体；伴随着所述形成步骤，在所述主体内制造连续微腔，其中，所述连续微腔包括不大于约5mm的直径。
25. 根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述形成步骤包括使一部分金属围绕设置在所述通道的中间区内的芯棒的至少一部分通过。
26. 根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述制造步骤包括使金属移动离开所述芯棒并进入所述出口区中，由此在所述金属内产生环隙；伴随着所述移动步骤对所述金属进行冷却，由此将环隙定型，其中，在流动步骤之后，所述环隙限定所述连续微腔。
27. —种挤压的航空和航天结构件，包括连续微腔，其中，所述
全文摘要
本发明公开了一种单片金属主体(100，120，140，160，例如硬质铝合金)，其包括包含在该金属主体内的连续微腔(110，130，150，172，174)。所述金属主体的横截面积(A<sub>B</sub>)与微腔的横截面积(A<sub>V</sub>)的比率可以不大于10。所制得的金属主体可以用于结构应用(例如飞行器)中以监测或测试该金属主体的完整性。
文档编号B21C23/02GK101687237SQ200880023534
公开日2010年3月31日 申请日期2008年7月3日 优先权日2007年7月5日
发明者A·霍夫曼, H·魏兰, J·刘, M·海尼曼, R·C·帕尔 申请人:美铝公司