本發(fā)明總體上涉及擠壓，并且特別地涉及擠壓機擠壓筒和用于擠壓機擠壓筒的外套以及方法。

背景技術：

金屬擠壓機在本領域中是眾所周知的，并且該金屬擠壓機被用于形成擠壓金屬制品，該擠壓金屬制品具有大致遵循所使用的擠壓模具的形狀的截面形狀。通常的金屬擠壓機包括大致筒狀的擠壓筒，該擠壓筒具有外部的外套和內(nèi)部的管狀的內(nèi)襯。該擠壓筒在擠壓期間用作坯料的溫度控制的外罩。擠壓桿被定位成與擠壓筒的一端相鄰。擠壓桿的端部鄰接擠壓墊，該擠壓墊則鄰接坯料，從而允許坯料穿過擠壓筒前移。擠壓模具被定位成與擠壓筒的相對端相鄰。

在操作期間，一旦坯料被加熱到期望的擠壓溫度(對于鋁而言通常為800-900°f)，就將該坯料遞送到擠壓機。擠壓桿然后被致動以鄰接擠壓墊，由此使坯料前移到擠壓筒中并且朝向擠壓模具前移。在由前移的擠壓桿和擠壓墊施加的壓力下，坯料被擠壓穿過設置在擠壓模具中的輪廓，直到所有或大部分的坯料材料被推出擠壓筒，從而產(chǎn)生擠壓制品。

為了在金屬擠壓技術中獲得節(jié)約成本的效率和生產(chǎn)率，重要的是實現(xiàn)擠壓機的熱對齊(thermalalignment)。熱對齊通常被限定為各種擠壓機部件的期望運轉溫度的控制和維護。在擠壓制品的生產(chǎn)期間實現(xiàn)熱對齊確保了可擠壓材料的流動是均衡的，并且使得擠壓機操縱者能夠在較少浪費的情況下以更高的速度擠壓。

如將理解的，只有擠壓筒能夠在發(fā)生內(nèi)襯溫度變化時和在發(fā)生內(nèi)襯溫度變化處，在擠壓過程期間立刻校正內(nèi)襯溫度中的任何變化的情況下，才能夠維持期望的坯料溫度。通常所有所需的是向不充足的區(qū)域增加相對少量的熱。

當評估擠壓機的熱對齊時，可以考慮多個因素。例如，可擠壓材料的坯料的整體可以處于最佳操作溫度以便確保在坯料的橫截面區(qū)域上恒定的流速。擠壓筒中的內(nèi)襯的溫度還可以用于維持并且不干擾經(jīng)過該內(nèi)襯的坯料的溫度分布。

對于擠壓機操作者而言實現(xiàn)熱對齊通常是個挑戰(zhàn)。在擠壓期間，擠壓筒的頂部通常變得比底部熱。雖然傳導是在擠壓筒內(nèi)的主要熱傳遞方法，但是在擠壓筒殼體內(nèi)部從擠壓筒的底表面損失的輻射熱升高，從而導致頂部處的溫度增加。由于擠壓筒的前端和后端大體上是暴露的，前端和后端將比擠壓筒的中央?yún)^(qū)段損失更多的熱。這可能導致擠壓筒的中央?yún)^(qū)段比端部熱。同樣，由于坯料加熱模具端較長時間段，所以在擠壓筒的擠壓模具端處的溫度傾向于與桿端相比略高。此外，擠壓筒的一側可以比另一側熱。在擠壓筒中的該溫度變化影響容納在其中的內(nèi)襯的溫度分布，這又影響可擠壓材料的坯料的溫度。擠壓模具的溫度分布通常遵循內(nèi)襯的溫度分布，并且擠壓模具的溫度影響穿過擠壓模具的可擠壓材料的流量。雖然穿過擠壓模具的可擠壓材料的平均流量受桿的速度支配，但是與坯料的較冷區(qū)段相比，從坯料的較熱區(qū)段的流量將較快。橫跨坯料的橫截面輪廓的流出變化能夠?qū)τ诿?℃的溫度差異而言有1％之大。這能夠不利地影響擠壓制品的輪廓的形狀。因此對內(nèi)襯和擠壓筒的溫度分布的控制對于擠壓過程的有效率操作而言是極其重要的。

因此，目的是至少提供一種新穎的擠壓機擠壓筒和用于擠壓機擠壓筒的外套以及方法。

技術實現(xiàn)要素：

一方面，提供了一種用于在金屬擠壓機中使用的擠壓筒，所述擠壓筒包括：外套，所述外套具有在所述外套中的細長的軸向孔和多個縱向延伸的加熱元件，所述孔具有第一橫向軸線，所述第一橫向軸線與第二橫向軸線正交，與所述孔相鄰地由所述外套來容納所述加熱元件，所述加熱元件能夠被單獨地控制以控制所述擠壓筒內(nèi)的熱分布；以及多個溫度傳感器，所述溫度傳感器被構造成測量在所述擠壓筒內(nèi)的熱分布，所述溫度傳感器包括：第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器被定位在所述第一橫向軸線的相對側上；以及第三溫度傳感器和第四溫度傳感器，所述第三溫度傳感器和所述第四溫度傳感器被定位在所述第二橫向軸線的相對側上。

所述擠壓筒可以進一步包括被容納在所述孔內(nèi)的內(nèi)襯，所述內(nèi)襯包括細長的本體，在所述本體中具有縱向延伸的通道，坯料穿過所述通道前移。所述加熱元件可以成繞所述外套的所述軸向孔周向地布置。所述第一溫度傳感器、所述第二溫度傳感器、所述第三溫度傳感器和所述第四溫度傳感器可以被定位成與所述擠壓筒的模具端相鄰。所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器可以被構造成測量所述擠壓筒內(nèi)的豎直熱分布，并且所述第三溫度傳感器和所述第四溫度傳感器可以被構造成測量所述擠壓筒內(nèi)的水平熱分布。所述溫度傳感器中的至少一個溫度傳感器可以在所述外套內(nèi)。所述溫度傳感器中的至少一個溫度傳感器可以在所述內(nèi)襯內(nèi)。所述溫度傳感器可以是熱電偶。所述加熱元件中的至少一個加熱元件可以包括至少一個加熱區(qū)段。所述加熱元件中的每個加熱元件均可以包括朝向該加熱元件的每個相對端定位的兩個加熱區(qū)段。

在另一方面，提供了一種用于在金屬擠壓機中使用的擠壓筒的外套，所述外套具有：細長的軸向孔，所述孔具有第一橫向軸線，所述第一橫向軸線與第二橫向軸線正交；多個縱向延伸的孔，所述縱向延伸的孔與所述軸向孔相鄰地形成并且被構造成容納加熱元件；以及多個溫度傳感器孔，所述溫度傳感器孔被構造成容納溫度傳感器，所述溫度傳感器孔包括：第一溫度傳感器孔和第二溫度傳感器孔，所述第一溫度傳感器孔和所述第二溫度傳感器孔形成在所述第一橫向軸線的相對側上；以及第三溫度傳感器孔和第四溫度傳感器孔，所述第三溫度傳感器孔和所述第四溫度傳感器孔形成在所述第二橫向軸線的相對側上。

所述外套可以進一步包括被容納在所述縱向延伸的孔中的加熱元件，其中，所述加熱元件能夠單獨地控制以控制所述擠壓筒內(nèi)的所述熱分布。所述外套可以進一步包括被容納在所述溫度傳感器孔內(nèi)的溫度傳感器，其中，所述溫度傳感器被構造成測量所述擠壓筒內(nèi)的所述熱分布。所述外套可以被構造成在所述軸向孔內(nèi)容納內(nèi)襯，所述內(nèi)襯包括細長的本體，在所述本體中具有縱向延伸的通道，坯料穿過所述通道前移?？梢员粯嬙斐扇菁{所述加熱元件的所述孔繞所述軸向孔周向地形成。所述第一溫度傳感器孔、所述第二溫度傳感器孔、所述第三溫度傳感器孔和所述第四溫度傳感器孔可以被形成為與所述外套的模具端相鄰。所述第一溫度傳感器孔和所述第二溫度傳感器孔可以被定位成允許測量所述擠壓筒內(nèi)的豎直熱分布，并且所述第三溫度傳感器孔和所述第四溫度傳感器孔可以被定位成允許測量所述擠壓筒內(nèi)的水平熱分布。所述第一溫度傳感器孔、所述第二溫度傳感器孔、所述第三溫度傳感器孔和所述第四溫度傳感器孔可以終止在所述外套內(nèi)。所述第一溫度傳感器孔、所述第二溫度傳感器孔、所述第三溫度傳感器孔和所述第四溫度傳感器孔中的至少一個溫度傳感器孔可以從所述外套延伸到所述內(nèi)襯中。

在另一方面，提供了一種控制在金屬擠壓機擠壓筒內(nèi)的熱分布的方法，所述擠壓筒包括外套，在所述外套中具有細長的軸向孔，所述孔具有第一橫向軸線，所述第一橫向軸線與第二橫向軸線正交；所述方法包括：使用第一溫度傳感器和第二溫度傳感器以及第三溫度傳感器和第四溫度傳感器來測量所述擠壓筒內(nèi)的熱分布，所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器被定位在所述第一橫向軸線的相對側上，所述第三傳感器和所述第四傳感器被定位在所述第二橫向軸線的相對側上；以及使用與所述孔相鄰地由所述外套容納的多個縱向延伸的加熱元件來控制所述擠壓筒中的所述熱分布。

所述加熱元件可以是能夠單獨地控制的以控制所述熱分布。測量所述熱分布可以包括：使用所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器來測量所述擠壓筒內(nèi)的豎直熱分布；以及使用所述第三溫度傳感器和所述第四溫度傳感器來測量所述擠壓筒內(nèi)的水平熱分布。所述外套可以在所述孔內(nèi)容納內(nèi)襯，所述內(nèi)襯包括細長的本體，在所述本體中具有縱向延伸的通道，坯料穿過該通道前移。所述加熱元件可以繞所述外套的所述軸向孔周向地布置。所述第一溫度傳感器、所述第二溫度傳感器、所述第三溫度傳感器和所述第四溫度傳感器可以被定位成與所述擠壓筒的模具端相鄰。所述溫度傳感器中的至少一個溫度傳感器在所述外套內(nèi)。所述溫度傳感器中的至少一個溫度傳感器可以在所述內(nèi)襯內(nèi)。所述溫度傳感器可以是熱電偶。所述加熱元件中的至少一個加熱元件可以包括至少一個加熱區(qū)段。所述加熱元件中的每個加熱元件均可以包括朝向該加熱元件的每個相對端定位的兩個加熱區(qū)段。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖更充分地描述實施例，在該附圖中：

圖1是金屬擠壓機的示意性透視圖；

圖2是圖1的金屬擠壓機的擠壓筒形成部件的透視圖；

圖3是圖2的擠壓筒的前視圖；

圖4是圖2的擠壓筒的側視圖；

圖5和圖6是沿著所指示的剖面線截取的圖2的擠壓筒的截面圖；

圖7是與圖2的擠壓筒一起使用的加熱元件的透視圖；并且

圖8是在使用期間具有安裝在其上的擠壓模具的圖2的擠壓筒的透視圖。

具體實施方式

圖1是在金屬擠壓中使用的擠壓機的簡化視圖。擠壓機包括擠壓筒20，該擠壓筒20具有外部的外套22，該外套22包圍內(nèi)部的管狀的內(nèi)襯24。擠壓筒20在坯料的擠出期間用作用于坯料26的溫度控制的外罩。擠壓桿28被定位成與擠壓筒20的一端相鄰。擠壓桿28的端部鄰接擠壓墊30，該擠壓墊則鄰接坯料26，從而允許坯料穿過擠壓筒20前移。擠壓模具32被定位成與擠壓筒20的模具端34相鄰。

在操作期間，一旦坯料26被加熱到期望擠出溫度(對于鋁而言通常為800-900°f)，就將該坯料遞送到擠壓機。擠壓桿28然后被致動以鄰接擠壓墊30，由此使坯料26前移到擠壓筒中并且朝向擠壓模具32前移。在由前移的擠壓桿28和擠壓墊施加的壓力下，坯料26被擠壓穿過設置在擠壓模具32中的輪廓，直到所有或大部分的坯料材料被推出擠壓筒20，從而產(chǎn)生擠壓制品36。

可以在圖2至7中更好地觀察擠壓筒20。擠壓筒20在模具端34處，并且沿著其側部，以現(xiàn)有技術中已知的方式構造以便于將擠壓筒20聯(lián)接到擠壓機。外套22具有細長的形狀，并且包括容納內(nèi)襯24的細長的軸向孔。在該實施例中，外套22和內(nèi)襯24被過盈配合在一起。細長的軸向孔具有第一橫向軸線a和第二橫向軸線b，其中如在圖3中示出的，第一橫向軸線a和第二橫向軸線b正交。

外套22還包括多個縱向孔40，所述多個縱向孔從外套22的模具端34延伸到外套22的桿端42，并且包圍內(nèi)襯24。每個縱向孔40均被成形為容納細長的加熱元件(以下進一步進行描述)，該加熱元件在使用期間能夠被通電以在內(nèi)襯24附近向外套22提供熱能。所需的縱向孔40的數(shù)目取決于擠壓筒20的尺寸以及對細長的加熱元件進行通電所使用的電壓。在該實施例中，外套包括十六(16)個縱向孔40。擠壓筒20被構造成具有安裝在該擠壓筒的模具端34上的端蓋板(未示出)，該端蓋板覆蓋縱向孔40的端部。

外套22進一步包括與內(nèi)襯24相鄰并且部分地延伸到外套22的長度中的多個孔44、46和48。在該實施例中，外套22包括：從模具端34延伸到外套22中近似四(4)英寸的兩(2)個孔44；從模具端34延伸到外套22中近似四(4)英寸的兩(2)個孔46；以及從桿端42延伸到外套22中近似四(4)英寸的兩(2)個孔48。每個孔44、46和48均被成形為容納溫度傳感器(未示出)。孔44、46和48以避免與被構造成容納加熱元件的縱向孔40中的任意縱向孔相交的方式定位?？?4被定位在第一橫向軸線a的相對側上，并且孔46被定位在第二橫向軸線b的相對側上，并且孔46被定位在第二橫向軸線b的相對側上。在該實施例中，擠壓筒20被定向成使得孔44中的一(1)個孔被定位在內(nèi)襯24的上方而另一個孔44被定位在內(nèi)襯24的下方，孔46中的一(1)個孔被定位在內(nèi)襯24的右側上而另一個孔46被定位在內(nèi)襯24的左側上，并且孔48中的一(1)個孔被定位在內(nèi)襯24的上方而另一個孔48被定位在內(nèi)襯24的下方。

內(nèi)襯24包括坯料接收通道52，該坯料接收通道穿過內(nèi)襯24縱向延伸，在所示出的實施例中，通道52具有大致圓形得截面輪廓。

圖7示出與擠壓筒20一起使用的細長的加熱元件中的一個，并且整體上以附圖標記70來指示該加熱元件。加熱元件70是管筒式元件。擠壓筒的最需要增加的溫度的區(qū)域通常是模具端34和桿端42，分別被稱為模具端區(qū)域72a和桿端區(qū)域72b。由此，每個加熱元件70可以被構造成具有分段的加熱區(qū)域。在該實施例中，并且如在圖7中示出的，每個加熱元件70均被構造成具有模具端加熱區(qū)段74和桿端加熱區(qū)段76，該模具端加熱區(qū)段74和桿端加熱區(qū)段76由中央非加熱區(qū)段78分隔。為了通電并控制加熱元件，引線82饋送至每個加熱區(qū)段74、76。引線連接到各個總線線路(未示出)，總線線路則連接到控制器(未示出)。匯流線的布置可以取決于擠壓筒20的加熱要求而采取任何適當?shù)臉嬙?。在該實施例中，匯流線被構造成選擇性地允許擠壓筒的模具端區(qū)域72a和桿端區(qū)域72b的加熱，或者更優(yōu)選地在被操作者認定為有必要時，只是模具端區(qū)域72a和桿端區(qū)域72b的部分的加熱。在該實施例中，引線的布置使得加熱元件70中的每個加熱元件能夠是可單獨控制的，并且還使得每個加熱元件70內(nèi)的加熱區(qū)段74、76中的每個加熱區(qū)段能夠是可單獨控制的。例如，操作者可以例行地識別下模具端區(qū)域72c和下桿端區(qū)域72e中的溫度欠缺。在下模具端區(qū)域72c和下桿端區(qū)域72e附近的細長的加熱元件70被構造成由操作者控制以當需要時提供增加的溫度。類似地，在上模具端區(qū)域72d和上桿端區(qū)域72f附近的細長的加熱元件70被構造成由操作者控制以當需要時提供降低的溫度。此外，在右模具端區(qū)域72g和右桿端區(qū)域(未示出)以及左模具端區(qū)域72h和左桿端區(qū)域(未示出)中的任意一個附近的細長的加熱元件70被構造成由操作者控制以當需要時提供增加或降低的溫度。還將理解的是，操作者能夠選擇性地加熱區(qū)域以便保持預選的坯料溫度分布。例如，操作者可以選擇如下坯料溫度分布，其中，坯料的溫度朝向模具端逐漸地增加，但是橫跨坯料的橫截面區(qū)域具有恒定的溫度分布。該構造大體上稱作“錐形”分布。具有在必要時選擇性地加熱各區(qū)域的能力使得操作者能夠適當調(diào)整并且維持預選定的溫度分布，從而確保期望的生產(chǎn)率。

每個溫度傳感器(未示出)均被構造成在操作期間監(jiān)測擠壓筒的溫度。所述兩(2)個孔44的定位使得能夠?qū)⒁?1)個溫度傳感器放置在上模具端區(qū)域72d中，并且將一(1)個溫度傳感器放置在下模具端區(qū)域72c中。類似地，所述兩(2)個孔46的定位使得能夠?qū)⒁?1)個溫度傳感器放置在右模具端區(qū)域72g中，并且將一(1)個溫度傳感器放置在左模具端區(qū)域72h中。所述兩(2)個孔48的定位使得能夠?qū)⒁?1)個溫度傳感器放置在上桿端區(qū)域72f中，并且將一(1)個溫度傳感器放置在下桿端區(qū)域72e中。在該實施例中，傳感元件是熱電偶。溫度傳感器饋入到控制器中，從而向操作者提供溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)該溫度數(shù)據(jù)能夠進行隨后的溫度調(diào)節(jié)。

在使用中，擠壓筒20被定向成使得孔44大體上豎直對準，并且孔46大體上水平對準。如將理解的，溫度傳感器在內(nèi)襯24的上方和下方定位在外套中有利地允許測量橫跨內(nèi)襯24的豎直溫度分布，并且另外允許操作者直接監(jiān)測在擠壓期間出現(xiàn)的任何橫跨內(nèi)襯24的豎直溫度差。細長的加熱元件在內(nèi)襯24的上方和下方的定位有利地允許通過增加由定位在內(nèi)襯24的下方的加熱元件70供應的熱能，或者通過降低由在內(nèi)襯24的上方的加熱元件70供應的熱能，或者通過這兩者，來降低或者消除任何測量到的豎直溫度差。

類似地，溫度傳感器在內(nèi)襯24的右側和左側定位在外套中有利地允許測量橫跨內(nèi)襯24的水平溫度分布，并且另外允許操作者直接監(jiān)測在擠壓期間出現(xiàn)的橫跨內(nèi)襯24的水平溫度差。細長的加熱元件在內(nèi)襯24的右側和左側的定位有利地允許通過增加由定位在內(nèi)襯24的第一側上的加熱元件70供應的熱能，或者通過降低由在內(nèi)襯24的第二側上的加熱元件70供應的熱能，或者通過這兩者，來降低或消除任何測量到的水平溫度差。

由于每個加熱元件70均是可單獨控制的，所以能夠精確地控制橫跨內(nèi)襯的熱分布，并且繼而控制擠壓筒內(nèi)的熱分布。本領域的技術人員將理解，精確地控制內(nèi)襯的熱分布還允許擠壓模具的熱分布被間接地控制，這是因為擠壓筒和擠壓模具通常通過熱傳導而彼此熱交流。由于擠壓模具的溫度影響穿過該擠壓模具的可擠壓材料的流量，所以擠壓筒內(nèi)的水平和熱分布的控制繼而允許控制擠壓制品的形狀以取得期望的制品形狀。

例如，圖8示出了在使用期間的擠壓筒20和安裝在模具端34上的擠壓模具32。在所示出的示例中，擠壓模具32限定?？祝撃？拙哂腥缦滦螤睿撔螤畎ㄍㄟ^相對薄的腹板結構特質(zhì)連接的厚的外部結構特征。如將理解的，橫跨內(nèi)襯并且因此擠壓筒內(nèi)的水平和豎直溫度分布的控制繼而允許控制擠壓模具的水平和豎直溫度分布。由于擠壓模具的溫度影響穿過該擠壓模具的可擠壓材料的流量時，所以擠壓筒內(nèi)的水平和豎直溫度分布的控制繼而允許控制擠壓制品36的形狀從而取得期望的制品形狀。

將理解的是，擠壓筒不限于以上描述的構造，并且在其它實施例中，擠壓筒可以可替代地具有其它構造。例如，雖然在上述實施例中，擠壓筒被定向成使得孔44中的一(1)個孔被定位在內(nèi)襯的上方而另一個孔44被定位在內(nèi)襯24下方，并且孔46中的一(1)個孔被定位在內(nèi)襯的右側上而另一個孔46被定位在內(nèi)襯的左側上，但是在其它實施例中，用于容納溫度傳感器的孔可以可替代地具有不同的定向。

雖然在上述實施例中，外套包括六(6)個用于容納溫度傳感器的孔，但是在其它實施例中，外套可以可替代地包括額外的或更少的用于容納溫度傳感器的孔。

雖然在上述實施例中，用于容納溫度傳感器的孔局部地延伸到外套的長度中，但是在其它實施例中，這些孔可以可替代地延伸外套的整個長度。在相關的實施例中，溫度傳感器可以可替代地是“管筒”式溫度傳感器，并且可以可替代地包括沿著其長度定位的多個溫度傳感元件。

雖然在上述實施例中，用于容納溫度傳感器的孔延伸到外套中，但是在其它實施例中，用于容納溫度傳感器的孔中的一個或更多個可以進一步延伸或可以可替代地延伸到內(nèi)襯中。

雖然在上述實施例中，用于細長的加熱元件的縱向孔延伸外套的長度，但是在其它實施例中，用于細長的加熱元件的縱向孔可以可替代地僅延伸外套的局部長度。例如，在一個實施例中，縱向孔可以可替代地從外套的桿端延伸到距外套的模具端近似二分之一(0.5)英寸。

雖然在上述實施例中，細長的加熱元件被構造成具有模具端加熱區(qū)段以及桿端加熱區(qū)段，但是在其它實施例中，細長的加熱元件可以可替代地被構造成具有額外的或較少的加熱區(qū)段，并且/或可以可替代地被構造成沿著加熱管筒的整個長度加熱。

雖然在上述實施例中，在下模具端區(qū)域和下桿端區(qū)域附近的細長的加熱元件被描述為被構造成由操作者控制以提供增加的溫度，但是將理解的是，這些細長的加熱元件還被構造成由操作者控制以提供降低的溫度。類似地，雖然在上述實施例中，在上模具端區(qū)域和上桿端區(qū)域附近的細長的加熱元件被描述為被構造成由操作者控制以提供降低的溫度，但是將理解的是，這些細長的加熱元件還被構造成由操作者控制以提供增加的溫度。

雖然以上已經(jīng)參考附圖描述了實施例，但是本領域技術人員將理解，可以在不脫離由所附權利要求限定的范圍的情況下做出變型和改型。