CN101918156B - 在铝挤压工艺中焊接被加热的原材分段的方法 - Google Patents

Abstract

一种在金属挤压工艺中加工被加热的金属原材的方法。将每根原材的余料连接到后面的原材。具体地说，将两根原材分段的抵接的终端与锯对齐。起动所述锯以便从两个抵接的终端同时除去材料。通过原材分段的相对转动将切割终端摩擦焊接到一起。该方法产生被加热的原材柱体，该原材柱体是有效连续的，从而消除了原材余料。

Description

在铝挤压工艺中焊接被加热的原材分段的方法

技术领域

本发明涉及铝的挤压加工，更具体地涉及从排出熔炉的铝原材切割坯料的方法。

背景技术

铝的挤压加工是众所周知并广泛应用的技术。在原材熔炉内将铝原材加热到适合挤压的温度。当每根原材从熔炉输出时，从原材上切割出坯料并将其传送到挤压机。用挤压机，通过模具挤压坯料以便生产具有所需长度和形状的物件。挤压后的形状的总长度是从该形状切割出的件的长度的几倍加上加工废料的长度。所需坯料长度直接与所需挤压长度成比例。

从被加热的铝原材切割所需长度的坯料会产生余料或切余料。铝挤压加工中的一个挑战是充分使用余料或切余料，而无需进行回收或再溶化，因为所涉及的固有成本。使用余料或切余料的优选方法是将它们与另一根原材段(称为“切短的件”)结合以便生产两件拼成的坯料。将两件拼成的坯料装载到挤压机的挤压成形模体中，当两个件的抵接面通过挤压模具时这两个件熔合到一起。不幸的是，两个件之间的空间和间隙内捕获的空气会在最终产品中产生不可接受的气泡。还有就是，当铝材运动通过挤压模具时，该两件坯料的两个抵接面上的氧化膜会产生不合格的或不牢固的熔接或焊接。

一种现有技术方案已经试图在输入到熔炉时生产一种有效“连续”的原材。具体地说，当原材被移动进入熔炉时，通过终端对终端的方式将顺序的各原材连接到一起。通过“摩擦颤动焊接”或表面焊接彼此抵接的原材而产生所述连接。这种技术至少有两个问题。第一，原材的终端很少是正直角的；且各原材很少是直的。结果，连接各原材得到的原材柱体是非线性的(即蛇状的)。该原材柱体不能均衡地放在支撑辊上；且该原材柱体很难运动通过熔炉。第二，这种技术不能解决上述夹带空气和氧化物的问题。

发明内容

本发明克服了上述问题，本发明包括将每根原材的余料连接到后面一根原材的方法，因而有效地在熔炉的出口端产生“连续的”原材柱体。因此，可以从原材柱体连续地切割出所需长度的坯料，并有效地消除了余料。

在本发明的当前实施例中，该方法包括从输出熔炉的原材切割坯料，直到剩下余料件，将余料件连接到从熔炉输出的下一根后续原材，从而产生一根原材柱体，然后继续从原材柱体切割坯料。

优选地，通过“螺旋形焊接”(“twist welding”)将余料连接到下一根原材，在螺旋形焊接中将轴向压力和相对转动两者施加到该两个件上。螺旋形焊接熔化和熔合抵接的表面。进一步优选的是，使用锯进行切割，锯产生相对方正的清洁的面，这进一步增强连接。

在一个实施例中，余料和下一根原材的抵接面在焊接前被同时切割。通过用锯刀对齐抵接面，然后移动锯刀通过抵接而从而使锯刀口延伸到两个件中来完成这项操作。

在另一个实施例中，在将余料连接到下一根原材之前先从下一根原材切割出一根坯料。然后将余料的切割面连接到下一根原材的切割面。

本发明创造出位于熔炉下游的有效连续的原材柱体，从该原材柱体可以连续切割出坯料。消除了所有余料。当在焊接前切割两个面时，使每根余料与下一根原材的连接大大减小了在每根余料和下一根原材之间夹带或截留空气或氧化物的可能性。

通过参考对当前实施例的描述和附图，将能更充分地理解和体会本发明这些以及其他目的、优点、和特性。

附图说明

图1是本发明的热原材加工处理系统的立体图；

图2是该系统的后端视图；

图3是该系统的左侧视图；

图4是该系统的右侧视图；

图5是该系统的俯视图；

图6是该系统的前端视图；

图7是流程图，示出了在生产连续的原材柱体和从该原材柱体切割坯料过程中使用的第一种方法的逻辑流程；

图8-14是示意地示出了在第一种方法的各步骤中的热原材柱体的视图；

图15是流程图，示出了在生产连续的原材柱体和从该原材柱体切割坯料过程中使用的第二种方法的逻辑流程；和

图16-22是示意地示出了在第二种方法的各步骤中的热原材柱体的视图。

具体实施方式

I.系统

在图1-6中图示说明和整体用数字10表示一种系统，该系统用于在铝挤压环境中在熔炉和挤压机之间加工或处理热的铝坯料，并且是按照本发明的当前实施例构造的。该系统接收从熔炉(未示出)输出的被加热的原材柱体LC。系统10从原材柱体LC切割出坯料并将坯料传送到挤压机(未示出)。该系统执行本发明的方法以便有效地产生“连续的”原材柱体LC并从该柱体切割出坯料用于送到挤压机。

更具体地，系统10位于熔炉的下游和挤压机的上游。熔炉(未示出)可以是任何合适的用于加热要挤压的铝原材的熔炉。这样的熔炉在现有技术中是众所周知的。一种这样的熔炉是在“hot jet logfurnace”(“热喷射原材炉”)的名称下由密歇根州(Michigan)Belding的Granco Clark，Inc.公司出售的直接火焰冲击炉。也可以使用任何其他合适的熔炉。

挤压机(未示出)也可以是本领域普通技术人员基本熟悉的任何挤压机。一种这样的挤压机是由日本的UBE Machinery Corporation，Ltd公司出售的任何挤压机。这种挤压机包括挤压成形模体(container)、冲头(ram)和模具(die)。挤压成形模体接纳加热的坯料。冲头运动穿过挤压成形模体以便迫使坯料通过挤压模具。

系统10包括炉门组件12、热原材锯14、排料支架16、和用于处理坯料和余料的处理组件18。本领域普通技术人员通常十分了解炉门组件12、热原材锯14、和排料支架16。门组件12的功能是除了将原材柱体LC移动出熔炉进行切割以外将热量保持在炉内。热原材锯14的功能是用于切割原材柱体LC以便生产坯料。该锯包括选择性起动的压板用于在锯割期间保持原材在固定位置中。排料支架16的功能是接纳切出的坯料并将切出的坯料传送到传送带(未示出)用于接着传送到挤压机。废品台20的功能是接收从排料支架16来的不能使用的坯料。所有这些部件在本发明之前已经由Granco Clark公司销售，例如在“热坯料切割锯”的名称下销售的系统和设备中。

在本发明中处理组件18是新的。该组件18包括一对夹子30a和30b以及夹盘32。

使用常规的液压装置或气动装置可使夹子30闭合或打开以便抓住或松开从原材柱体LC切割出的坯料或余料。夹子30还可朝向和离开炉门12(即当在图3-5中观看时是向左或向右)做往复运动。还可将夹子30a和30b抬起和下降以便将坯料或余料移动到临时的夹持或储存位置，其中被夹持的工件不会影响原材柱体LC的后续运动。

使用常规的液压装置或气动装置可以闭合或打开夹盘32，或任何其他合适的夹持装置。夹盘32可以朝向和离开炉门12(即当在图3-5中观看时还是向左和向右)做往复运动，并在待焊接的工件之间施加所需的轴向力，如将要描述的那样。还有就是，可以转动夹盘以便产生工件之间的相对转动从而产生将要描述的摩擦焊接。实现夹子30和夹盘32的所述运动和动作所需的液压装置或气动装置完全是在本领域普通技术人员的能力范围之内并可根据本申请很容易地实现。可选地，可通过电动马达或任何其他合适的技术来提供原动力。

II.第一种方法

图7是流程图，示出了从输出熔炉的原材柱体LC加工坯料的第一种方法的基本逻辑控制。能够实施本发明的所述方法的主控制系统对本领域普通技术人员来说一般也很熟悉的。一种这样的系统是在管理控制系统名称下由Cranco Clark公司销售的那种系统。这样的系统可以很容易地被编程以便实施本发明的方法。

如在图7中所示，当控制系统识别出将要从输出熔炉的原材切割出的下一根坯料的长度时，逻辑流程开始。第一步101是确定熔炉中的当前原材余料的长度是否大于或等于(a)下一根坯料的所需长度加上(b)为了焊接到下一根原材而可以由系统加工的工件的最小长度(即“最小余料长度”)。该最小余料长度是处理组件18的物理参数的函数，并可随着系统的不同而变化。

如果步骤101的回答是“是”，那么使原材余料移动通过门组件12并超过锯14，从而使对应于所需坯料长度的原材长度延伸超过锯。起动锯的压板以便保证原材在固定位置，并起动锯14以便从原材余料切割102下一根坯料。排料支架16上的切出的坯料被移动到传送机上(未示出)，以便传送到挤压机。下一步103是测定新的余料是否大于或等于下一根坯料的长度加上最小余料长度。如果回答是“是”，则使用处理组件18中的常规的冲压缸22将切割之后剩下的原材余料经过门组件12推回106到炉中。

使步骤101、102、103、和106的顺序循环继续，直到新的余料的长度小于下一根坯料长度加上最小余料长度。在那一点，控制进行到步骤104，在该步骤中开始焊接周期。使原材柱体前进伸出熔炉，直到余料和第二原材的抵接面通过锯刀中心线。排料支架16被从锯14缩回；下降夹子30以便包围原材余料；并且围绕原材余料闭合夹子。然后抬起夹子以便提升余料，从而使余料不影响后推机构22的插入。当将原材余料被临时提升时，后推机构22将后面的原材朝熔炉推回，直到后面的原材的前面与锯刀的中心线对齐。通过起动锯的压板将原材固定在合适位置中，并且缩回后推机构22。

在后面的原材已经定位之后，降下夹子30，直到余料与后面的原材轴向对齐。打开夹盘32并使其朝熔炉运动，直到夹盘装配在原材余料上。然后围绕原材余料闭合夹盘32。打开夹子30并使其返回到如图2中所示的上部位置。夹盘32和夹子30使原材余料朝第二原材移动，直到两个氧化的面互相抵接并与锯的中心线对齐。用压板固定余料并用锯刀进行切割(称为“清洁切割”)。锯刀的刀口足够宽以便从两个抵接的面同时除去材料。因此，清洁切割从两个面除去氧化物，同时割出方正且理想的两个面。除了切割操作之外，或者作为替代方法，也可以使用除去氧化物的其他技术。一种这样的技术是金属丝刷擦余料和/或后面的原材的端面。

下一步105是将原材余料连接到后面的原材。在当前的方法中，通过摩擦焊接，更特别的是通过螺旋形焊接(twist welding)来产生所述连接。具体地说，夹盘32根据需要给原材余料施加轴向压力(AP)和使其转动(RM)从而将两个切割面焊接在一起。对某些应用，预料一部分相对转动(如60°)可能是合适的。而对其他应用，预料多次相对转动可能是合适的。对任何应用来说，轴向压力和相对转动的数量将取决于金属合金和所需的结果。除了螺旋形焊接，或者作为一种替代，可以使用摩擦焊接的其他技术。这样的技术包括相对线性运动、振荡运动、和振动运动。

可选地，可将惰性气体(如氩或氮)引入到切割区，因而引入到切割面，以便在“清洁切割”之后和旋转焊接之前阻止氧化物的生成。

轴向压力和相对转动产生“螺旋形焊接”或“旋转焊接”(如摩擦焊的一种形式)，使两个锯切割端面相互熔合。螺旋形焊接消除了在焊接区夹带的空气。可以使用其他合适的连接方法，但目前相信它们不是太优选，最显著的原因是因为夹带空气的概率大。将原材余料再连接到后面的原材会产生修改的原材柱体。

在方框105之后，将原材柱体通过门组件12移回到熔炉中-首先借助夹盘32和其次借助冲压缸22。在原材柱体经过充分再加热之后，可将原材柱体向前移动出熔炉，用于进行下一根坯料的切割。原材余料和后面的原材之间的焊缝基本上是气密的，防止后面在挤压机中挤压时夹带空气。

图8-14示意地示出了在第一种方法的各步骤期间原材、坯料、和余料的位置。图8示出了紧接在从“第一”原材切割最后一根坯料之后原材余料LR的位置。在这一点，下一根原材NL还在炉内。图9示出了在原材柱体已经从熔炉前进以便使夹子30可以接触到原材余料之后彼此抵接的下一根原材NL和原材余料LR(超过锯刀的中心线)的位置。图10示出了被排料支架16缩进的原材余料LR。图11示出了由夹子30提升的原材余料LR以及在后推机构22的作用下与锯刀中心线对齐的下一根原材NL。图12示出了与下一根原材NL轴向对齐并抵接着它的原材余料LR。在这点，进行“清洁切割”从而在原材余料LR和下一根原材NL两者上产生清洁切割面。图13示出了对原材余料LR施加轴向压力AP和旋转运动RM以便将原材余料螺旋焊接到下一根原材NL。图14示出了短于被焊接的原材余料LR的下一根坯料B的长度。如可以清楚看到的那样，连续构成的原材柱体LC提供可以切割出坯料的有效连续的铝原材。

虽然第一种方法是通过单次切割来切割两个面，但是有可能需要或希望通过单独的切割操作来切割两个面。例如，有可能两个抵接面的抵接的不均匀度超过锯刀的刀口宽度。在那种情况下，对每个面可能需要单独的切割。

III.第二种方法

图15是流程图，示出了用于从输出熔炉的原材柱体LC加工切割坯料的第二种方法的基本逻辑控制。

如在图15中所示，当控制系统识别出将要从输出熔炉的原材上切割的下一根坯料的长度时，逻辑流程开始。第一步201是确定熔炉中的当前原材余料的长度是否大于或等于(a)下一根坯料的所需长度加上(b)最小余料长度。如果回答是“是”，则控制通过到方框202。原材余料被移动通过门组件12并超过锯14从而使对应于所需坯料长度的原材长度延伸超过该锯。起动锯的压板以便将原材固定在静止位置，并起动锯14以便从原材余料切割出下一根坯料。虽然没有具体地表示在流程图中，但是在切割之后使用冲压缸22将剩余的原材余料通过门组件12推回到熔炉中；并且排料支架16上的切好的坯料被移动到传送机(未示出)上，用于传送到挤压机。

继续步骤201和202的顺序循环，直到原材余料的长度小于(a)下一根坯料的长度加上(b)最小余料长度。在那一点，控制通过到步骤203，在该步骤中将原材余料临时移动出原材/坯料的路径。具体地说，降下夹子30以便包围原材余料，并使夹子围绕原材余料闭合。然后抬起夹子30以提升原材余料从而使原材余料不会影响接着从熔炉出来的原材。夹持或存储该原材在这个夹持或临时存储位置。将原材余料转动为终端对终端203，从而使原材的最新切割出的终端朝向炉门12。

在临时存储和转动原材余料的同时，将下一根或后面的原材移动出熔炉，从而可从那根原材切割出下一根坯料204。具体地说，从炉内移出原材，从而使该原材伸出超过锯14的距离等于坯料的所需长度。将原材固定在合适位置中，起动锯14进行切割204以便从该原料切出坯料。

在已经从后面的原材切出第一根坯料之后，逻辑流程到达方框205，它包括将原材余料连接到后面的原材的步骤。降下夹子组件，直到余料与后面的原材轴向对齐。打开夹盘32并使其朝熔炉移动，直到夹盘装配到原材余料上。然后围绕原材余料闭合夹盘32。打开夹子30并使其返回到如图2中所示的上部位置。夹盘32和夹子30使原材余料朝第二原材移动，直到两个被锯的面互相抵接。夹盘32对原材余料施加轴向压力并使其转动。

紧接着方框205，将原材柱体经过门组件12移动返回到熔炉中-首先借助夹盘32和其次借助冲压缸22。下一根坯料通常将短于重新连接的原材余料。但是，下一根坯料也可长于重新连接的原材余料。

图16-22示意地示出了在第二种方法的各步骤期间原材、坯料、和余料的位置。图16示出了在已经从“第一”原材切出最后一根坯料之后原材余料LR的位置。在这一点，下一根原材NL仍在炉12内。图9示出了已经被夹子30提升之后的原材余料LR。在这一点，下一根原材NL正从炉内向前行进。图10示出了延伸超过锯的距离等于下一根所需坯料B的长度的下一根原材NL。图11示出了已经从下一根原材NL切割出且正在去挤压机的路上的坯料B。图12示出了被转动为终端对终端且与下一根原材NL轴向对齐的原材余料LR。图13示出了对原材余料LR施加轴向压力AP和转动RM以便将原材余料螺旋焊接到下一根原材。图14示出了长于被焊接的原材坯料LR的下一根坯料B的长度。

IV.结论

虽然公开了锯14是作为系统10的一部分，但是原材可用本领域普通技术人员所熟悉的任何合适的方式进行切割。例如，一种替代的切割原材的装置是热原材剪断机，如由Granco Clark，Inc.公司销售的那种。但是，因为锯产生清洁的方正端面，所以目前相信锯能使螺旋形焊接优化。还有就是，尽管目前相信切割面能产生最有效的连接，但是也可以有效地连接没有切割的面(如原材的终端)。

上面的描述是对本发明的当前实施例的解说。可以做出各种改变和变化，而不会背离权利要求限定的本发明的宗旨和广义教导，权利要求将按照专利法的原理进行解释，包括等同原理。

Claims (20)

1.一种在金属挤压系统中加工金属原材的方法，包括：

从熔炉接收被加热的原材；

从第一根接收到的被加热原材切割第一坯料从而留下具有第一清洁面的原材余料件；

在第二根被加热的原材上产生第二清洁面；

在所述切割和产生步骤之后，将所述原材余料件的第一清洁面直接摩擦焊接到所述第二根被加热的原材的第二清洁面从而产生原材柱体，所述摩擦焊接步骤包括在所述第一和第二清洁面之间施加轴向压力和使所述第一和第二清洁面相对运动；

在摩擦焊接步骤之后，从所述原材柱体切割出后面的坯料；和

将所述坯料传送到挤压机。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相对运动包括相对转动。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产生步骤包括从所述第二根被加热的原材切割第二坯料。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切割和产生步骤包括锯割操作。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述后面的坯料比所述原材余料件长。

6.如权利要求5所述的方法，还包括在所述摩擦焊接步骤之前判定所述后面坯料的所需长度大于所述原材余料件的长度。

7.如权利要求1所述的方法，还包括在第二切割步骤之前将所述原材柱体送回到熔炉中。

8.一种在金属挤压系统中加工金属原材的方法，该方法包括：

从第一被加热的原材顺序切割第一坯料，直到留下原材余料件；

从第二被加热的原材切割第二坯料；

将所述原材余料件的切割终端连接到所述第二原材的切割终端从而产生原材柱体；以及

从所述原材柱体切割第三坯料。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述连接步骤包括摩擦焊接所述切割终端。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述摩擦焊接步骤包括在所述切割终端之间施加轴向压力以及使所述原材余料件和所述第二原材之间相对运动。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，每个切割步骤包括锯割操作。

12.如权利要求8所述的方法，还包括如下步骤：

识别将从所述第一原材顺序切割下来的第一坯料的长度；

判定所述原材余料件的长度小于下一坯料的长度。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一坯料的长度是相同的。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第三坯料的长度大于所述原材余料件的长度。

15.如权利要求8所述的方法，还包括在所述连接步骤之后且在所述第二切割步骤之前将所述原材柱体送回到熔炉中。

16.一种在金属挤压系统中在熔炉与挤压机之间加工金属原材的方法，该方法包括：

识别将从输出熔炉的第一原材切割下来的第一坯料的第一长度；

判定由第一原材料切割下来第一坯料留下的原材余料的长度小于所述坯料的第一长度；

临时存储原材余料；

从输出熔炉的第二原材切割第一坯料；

将所述原材余料的切割终端连接到所述第二原材的切割终端从而产生原材柱体；和

从所述原材柱体切割第二坯料。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述连接步骤包括摩擦焊接。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述摩擦焊接步骤包括在所述切割终端之间施加轴向压力以及使所述原材余料和所述第二原材之间相对运动。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述切割步骤包括锯割操作。

20.如权利要求19所述的方法，还包括在连接步骤之后且在第二切割步骤之前将所述原材柱体移动到熔炉中。

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