CN104487182A - 直接或间接式的挤出金属管的方法、用于压挤金属管的芯轴、金属管挤出机以及挤出的金属管 - Google Patents

Abstract

用于挤出金属管的芯轴(6)具有轴向偏离且具有不同径向凸起的两个压挤面(63；64)，并在这两个压挤面(63；64)之间具有过渡区(66)，在过渡区(66)内具有支撑面(62)，由此可将缩窄的负面影响可以最小化，所述缩窄的负面影响的出现归因于芯轴(6)从第一压挤位置移动到第二压挤位置，在第一压挤位置内，两个压挤面中的第一个(63)与模具相互作用，在第二压挤位置内，第二压挤面(64)与模具相互作用。

Description

直接或间接式的挤出金属管的方法、用于压挤金属管的芯轴、金属管挤出机以及挤出的金属管

技术领域

本发明涉及直接或间接式的挤出金属管的方法，在其中通过芯轴将金属块挤压穿过模具以形成金属管，其中，芯轴具有设置为沿轴向偏离并具有不同径向特征的两个压挤面，并且任选地相对于模具而轴向地设置在两个压挤位置处，这样在两个压挤位置中的第一压挤位置内，两个压挤面中的第一压挤面作用于由金属块压挤成金属管的工件上，以及在两个压挤位置中的第二压挤位置内，两个压挤面中的第二压挤面作用于由金属块压挤成金属管的工件上。另外，本发明涉及用于压挤金属管的芯轴，所述芯轴具有两个压挤面，两个压挤面设置为轴向偏离并具有不同的径向特征，以及位于两个压挤面之间的过渡区。同样，本发明涉及金属管挤出机，其具有机体座、模具和芯轴。此外，本发明还涉及挤出的金属管，其优选地由铝组成，所述金属管具有两种不同的壁厚以及位于两种壁厚之间的过渡区，其中在过渡区内存在有缩颈。

背景技术

从本领域的现有技术中可充分地得知这种直接或间接式的挤出金属管的方法，由此，在每一种情况中，通过具有设置为轴向偏离且径向特征不同的两个压挤面的芯轴可相应地改变以这种方式压挤的金属管的内径并使之与压挤面互补，所述芯轴任选地可轴向移动；压挤面，其作为作用面并与模具相互作用以形成相关间隙，所述间隙也可相应地改变，并且可将工件压挤穿过所述间隙而成形。通过芯轴的轴向移动，通过任选地使两个压挤面中的第一个或两个压挤面中的第二个与模具相应地相互作用的方式可定向地改变金属管的内径。在这种金属管挤出机的结构的情况下或在这种方法指导的情况下，通过内径变化会自然地发生壁厚变化，这种挤出的金属管在其处于两个壁厚之间的过渡区内的外侧径向地具有缩颈。

这种具有不同壁厚的金属管是已知的，例如钻管，但是也可用于其他目的，例如作为壳体。在这一点，可相应地挤出的铝管或由铝或相似材料组成的管是尤其重要的。

发明内容

本发明的目的是得到直接或间接式的挤出金属管的方法、用于压挤金属管的芯轴、金属管挤出机，以及挤出的金属管，在其中将缩颈的负面影响最小化。

提出了以下解决方案：具有权利要求1的特征的直接或间接式的挤出金属管的方法，具有权利要求4的特征的用于压挤金属管的芯轴，具有权利要求10的特征的金属管挤出机，以及具有权利要求11、12、14或15的特征的挤出的金属管。

在从属权利要求中可得到其他有利的实施方案。

关于这一点，在直接或间接式的挤出金属管的方法中，通过芯轴将金属块压挤穿过模具以形成金属管，在其中，芯轴具有设置为轴向偏离并具有不同径向特征的两个压挤面，并且可选择地相对于模具而轴向地设置在两个压挤位置处，使得在两个压挤位置中的第一压挤位置处，两个压挤面中的第一压挤面作用于由金属块压挤成金属管的工件上，以及在两个压挤位置中的第二压挤位置处，第二压挤面作用于由金属块压挤成金属管的工件上，这种直接或间接式的挤出金属管的方法使得当芯轴设置为相对于模具从第一压挤位置到第二位置时，工件在模具的轴向高度上支撑在芯轴侧面上。

通过芯轴侧的这种支撑，特别是可改变这种缩颈的深度及长度。因此，例如可减小缩颈的深度，使得相应地减小缩颈的影响。同样，例如可通过支撑来增加缩颈的长度，使得可相应地降低在金属管外侧上的可能的导向不精确或者金属管内的峰值负载的发生。

因此，挤出的金属管具有两种不同的壁厚，和位于两种壁厚之间的过渡区，其中，缩颈存在于过渡区内，这种挤出的金属管使得缩颈具有小于两种壁厚的差的深度。优选地，这种差的偏差量为至少10％。但是，如果存在合适的方法指导，其也可为15％或更多。通过该方法指导提供的支撑，首次实现了以针对性的方式减小缩颈的深度。

同样地，可通过支撑而首次得到下面形式的挤出的金属管，所述金属管具有两种不同的壁厚以及位于该两种壁厚之间的过渡区，其中缩颈存在于过渡区内，该金属管使得缩颈具有大于两个壁厚的差的长度，由此这里也是，两个壁厚的差的偏差量可为至少10％。但是根据具体的方法指导，该差的偏差量可为几乎100％。同样，在适合的方法指导的情况下，缩颈的长度实际上可选择为比较小的壁厚更长，或甚至比较大的壁厚更长。但是，关于这一点，必须考虑到在两种壁厚之间的过长的过渡区会最终导致在生产金属管的期间得到相应增加的材料消耗的结果，这也可相应地导致所不希望的结果，从而自然地应在这里找到上限。

作为缩颈变化的补充，可在这种缩颈的区域内产生壁厚的变化。相应地，通过这种方法指导，可首次以针对性的方式影响在缩颈区域内的壁厚。在这一点，挤出的金属管具有两种不同的壁厚和位于该两种壁厚之间的过渡区，其中缩颈存在于过渡区内，这种金属管使得在缩颈区域内的壁厚大于两种壁厚中的较小者。在适合的方法指导的情况下，后者可特别地构造成缩颈区域内的壁厚大于两种壁厚中的较小者，大到两种壁厚的差的至少10％，优选为两种壁厚的差的20％的程度。

在上述说明的方法指导的具体实施中，在工件形成相对于芯轴的自由面之后，才发生工件在模具的轴向高度上的支撑。当芯轴轴向偏离并由此设置为从第一压挤位置到第二压挤位置时，产生这种自由面，尽管工件或金属块在压力下继续推送。这归因于以下事实：将工件塑化以使其成型并且将工件在模具和芯轴之间压挤。即使工件可由此成型并可适应在芯轴和模具之间提供的改变的体积，但是这种适应不能立即发生，这是由于塑化材料的大的粘度，并且因此这种适应也不能以芯轴移动的速度而发生。关于这一点，在一段时间后，直到工件(及其塑化的区域)再次填充了由芯轴设置为从第一压挤位置到第二压挤位置而释放的空间为止，才可以发生上述适应。由于支撑只发生在工件形成相对于芯轴的自由面以后，因此工件可在发生支撑之前首先开始进入到这种自由空间内的流动过程，由此可以继续引发所需材料的尽快移动，并使将在不同壁厚之间的过渡区保持为最小。

优选地，一旦自由面在芯轴方向中移动，则发生支撑。在这种方法指导的情况下，可发生进入到金属块内的相应的塑性位移，使得由再设置芯轴而产生的自由空间由材料尽快地再次填充。相应地，在金属管的两种壁厚之间的过渡区保持为最小。

用于压挤金属管的芯轴具有两个压挤面，所述两个压挤面设置为轴向偏离并具有不同的径向特征，以及具有在两个压挤区之间的过渡区，该芯轴使得芯轴在过渡区内具有支撑面。

关于这一点，正如已经前文说明的那样，用语“压挤面”是指限定了在压挤期间在芯轴和模具之间的间隙的面，该面与模具相互作用，并作用于工件上以使其成型。芯轴的其他面完全不与材料相接触，或者对成型过程无显著的影响，这是由于材料仅经过相应的面。

通过在过渡区内的支撑面，可通过简单的方式实现当芯轴相对于模具从第一压挤位置移动到第二压挤位置时，工件在芯轴侧面上支撑在模具的轴向高度上。

优选地，支撑面在整个轴向支撑长度上具有恒定的截面，从而当材料进入在模具和芯轴之间的自由空间内时，给材料提供有限定的支撑。关于这一点，应当强调地是，通常这种压挤的金属管具有圆形截面，相应地使得芯轴也成型为大体圆柱形。相应地，这也适用于压挤面，以及优选地适用于支撑面。另一方面，这种圆形截面不是完全必要的，由此但是在芯轴的轴向长度扩展区内，压挤面取向为与芯轴轴线平行的方向，使得倾斜一定角度的面设置为以柱坐标方式穿过芯轴轴线，所述角度与芯轴轴线垂直。压挤面通常取向为与芯轴轴线平行，并径向变化仅发生在与芯轴轴线垂直处。

由于过大的支撑长度可导致不利的经过行为，因此当芯轴以不可更改的方式设置时，如果支撑长度小于或等于两个压挤面之间的轴向距离的80％，则可为有利的。特别地，可选择为小于两个压挤面之间的轴向距离的60％或50％。如必要，尤其是如果使用具有不同截面的多个支撑面时，甚至能够将单个支撑面的支撑长度选择为更小。另外，已经显示了支撑长度应优选为大于或等于两个压挤面之间的轴向距离的2％。优选地，支撑长度大于或等于两个压挤面之间的轴向距离的5％或10％。通过这种方式，可确保有足够的支撑。

通常，从芯轴末端到芯轴顶端，芯轴的每一个穿过芯轴轴线的截面都单调变窄，其意味着除了在芯轴末端区域内的可能的保持装置，其没有扩大的半径。如果只是出于能量的原因，这似乎是真实的。关于这一点，如果两个压挤面中的第一个(与两个压挤面中的第二个相比，其具有离芯轴轴线更大的距离)设置为更远离芯轴顶端，则是有利的。

两个压挤面的不同的径向特征导致了：至少在相对于芯轴轴线的特定角度内，对应于穿过芯轴轴线的精确地处于该角度的部分，两个压挤面相对于芯轴轴线的相应半径存在着差，这是由于否则自然不存在不同的径向特征。优选地，在相对于芯轴轴线处于相同角度的支撑面的半径小于两个半径中的较大者，小到大于半径差的5％的程度，或者小于相对于芯轴轴线处于相同角度的另一支撑面的半径。通过这种方式，可以可操作的可靠方式产生足够大的空间，所述空间足以用于挤出工件的材料。特别地，通过这种方式可确保空间不仅仅被进入到这种区域内的工件的弹性扩张所填充。优选地，相对于芯轴轴线处于相同角度的支撑面的半径小于两个半径中的较大者，或者小于相对于芯轴轴线处于相同角度的另外支撑面的半径，小到比半径差的70％更少的程度。通过这种方式，可确保支撑面不会离材料的自由面太远，并且可发生不能被足够快地支撑的过多的材料进入到这种自由空间内。在优选的实施方案中，支撑面可更小到大于半径差的7％或大于10％的程度。同样，支撑面的半径可构造为更小到小于半径差的55％或50％的程度。

如有必要，可设置多个支撑面，这会导致，取决于具体的方法指导挤出的金属管具有两个不同的壁厚以及位于壁厚之间的过渡区，其中在过渡区内存在有缩颈，并且有至少两个缩颈。在一些情况下，如果芯轴不设置为以一步从第一压挤位置到第二压挤位置，而是如果在多个步骤中发生再设置，可实现具有两个缩颈而只有一个支撑面的结构。如果必要的话，为了这种目的，支撑面还可构造为锥形，或者可以相对于芯轴轴线的角度而缩窄。在多个支撑面的情况下，可通过逐步再设置而定向地在结构上以及缩颈的数量上施加影响。

在本发明的适当实施的情况下，可通过至少两个缩颈来实现在每种情况下使缩颈更小，换句话说使其影响最小化，并且这会累积地导致相应地减少不利影响。

本发明尤其适用于铝或铝管，并适用于其他可挤出的金属或金属管。特别地，例如，本发明适用于包括这种材料的钻管，例如或者也适用于包括这种材料的用于其他目的的相应的管状结构。

应理解地是，如果必要地话，也可将上述解决方案的特征与权利要求中的解决方案的特征相结合，以能相应地累加式实现优点。

附图说明

下面将使用下文示例性实施方案的描述来解释本发明的其他优点、目的以及性能，在附图中也特别显示了所述示例性实施方案。附图显示了：

图1为具有设置在第一压挤位置内的芯轴的直接式金属管挤出机的示意图；

图2为根据图1的设置，其中芯轴设置在第二压挤位置内；

图3为根据图1和2的设置，其中芯轴位于第二压挤位置内；

图4为与图1到3相似的间接式金属管挤出机，芯轴位于第一压挤位置内；以及

图5为根据图1到4的芯轴的芯轴头的细节图。

具体实施方式

两种金属管挤压机10和20均具有机体座1、模具2、可相对于机座1移动的压挤冲头3，以及与模具2一起形成间隙的芯轴6，由此工件可被压挤穿过所述间隙而从金属块5形成金属管9。在每一个实例中，这发生的原因是机体座1相对于压挤冲头3而移动，由此导致在机体座1内的空间相应地减少，并且在每一个实例中，位于那里的金属块5被压挤穿过在模具2和芯轴6之间的间隙。

为了这种目的，在图1到3中所示的直接式金属管挤出机10具有在压挤方向P中设置在机体座1的前部的压挤冲头3，所述冲头通过已知的方式在压挤方向P中驱动压挤盘4进入到机体座1内，由此导致存在于机体座1内的空间相应地减少。关于这一点，在机体座1上提供有模具座7，模具2相对于机体座1以固定的方式保持在所述模具座上。如果此时压挤冲头3沿压挤方向P移动，则工件会被压挤穿过间隙以形成金属管9，所述金属管9沿压挤方向P离开间隙。

图4显示的间接式金属管挤出机20包括在压挤方向P中设置在机体座1的后部的压挤冲头3，所述冲头与压挤方向P相反地移动，以压挤并运送模具2，其中，机体座1在其背向压挤冲头3的端部具有封闭件8，所述封闭件在与压挤方向P相反的方向上封闭了机体座。如果此时压挤冲头3与压挤方向P相反地移动，冲头会沿朝向封闭件8的方向通过芯轴6压挤模具2，使模具2相对于机体座1移动，换句话说，模具2相对于机体座1不保持在固定位置，这与直接式金属管挤出机10的情况相反。在这种示例性实施方案中，芯轴6与压挤冲头3或模具2一起相对于机体座1而移动。

应理解地是，在压挤冲头3与机体座1之间的相对运动可通过不同的方式来实现，例如通过机体座1保持不动而移动压挤冲头3，或者另一方面，压挤冲头3保持不动而移动机体座1。同样地，可使两个部件都移动，只要依然能实现压挤所需的在压挤冲头3与机体座1之间的相对运动。

在本示例性实施方案中，芯轴构造为关于其芯轴轴线68旋转对称，但是在所有的实施方案中这并不是绝对必要的。

尤其是如图5显示，芯轴6朝向其芯轴头61变窄，并具有第一压挤面63以及第二压挤面64，第一压挤面63和第二压挤面64分别可进入其与模具2一起直接作用于工件的材料的位置内，并且可通过芯轴6的轴向移动使金属管9成型。

过渡区66设置于第一压挤面63与第二压挤面64之间，在所述过渡区内提供有支撑面62，在这种示例性实施方案中，所述支撑面62围绕芯轴轴线68柱形地取向。

在轴线方向上，第一压挤面63具有长度71，并且第二压挤面64具有长度72。在两个压挤面63，64之间可具有限定了过渡区66的距离73。

通过已知的方式在芯轴头67处来保持芯轴6，并且芯轴6可通过芯轴末端而移动。特别地，如图1到3中所示的示例，芯轴可设置于从第一压挤位置进入第二压挤位置内，在第一压挤位置内，第一压挤面63与模具2相互作用，在第二压挤位置内，第二压挤面64与模具2相互作用。

通过这种再设置，可根据两个压挤面63，64的不同的截面而改变壁厚，由此在最终结果中，可得到具有不同的壁厚以及处于其之间的过渡区的金属管9。关于这一点，可通过在芯轴的再设置期间的适当支撑来最小化处于过渡区内的缩颈E，并且如果合适地话，甚至可完全避免缩颈E。

本示例性实施方案涉及以铝管作为金属管9，由此如果合适地话，也可替代性地使用通过挤出方法可被压挤形成管的其他金属。

附图标记列表

1  机体座

2  模具

3     压挤冲头

4     压挤盘

5     金属块

6     芯轴

7     模具座

8     封闭件

9     金属管

10    直接式金属管挤出机

20    间接式金属管挤出机

61    芯轴头

62    支撑面

63    第一压挤面

64    第二压挤面

65    支撑长度

66    过渡区

67    芯轴基部

68    芯轴轴线

71    第一压挤面的长度

72    第二压挤面的长度

73    压挤面之间的距离

E     缩颈

P     压挤方向

Claims (16)

1.一种直接或间接式的挤出金属管的方法，其中，通过芯轴(6)将金属块(5)挤压穿过模具(2)以形成金属管(9)，所述芯轴(6)具有设置为沿轴向偏离并具有不同径向特征的两个压挤面(63，64)，并且能选择地相对于所述模具而轴向地设置在两个压挤位置处，使得在两个压挤位置中的第一压挤位置处，两个压挤面(63，64)中的第一压挤面作用于由金属块(5)压挤成金属管(9)的工件上，并且在两个压挤位置中的第二压挤位置处，两个压挤面(63，64)中的第二压挤面作用于由金属块(5)压挤成金属管(9)的工件上，其特征在于，当所述芯轴(6)设置为相对于模具(2)从第一压挤位置到第二压挤位置时，所述工件在芯轴侧支撑于所述模具(2)的轴向高度上。

2.根据权利要求1所述的挤出金属管的方法，其特征在于，在所述工件形成相对于所述芯轴(6)的自由面后才产生支撑。

3.根据权利要求2所述的挤出金属管的方法，其特征在于，当所述自由面在所述芯轴(6)的方向中移动时才产生支撑。

4.一种用于压挤金属管(9)的芯轴(6)，其具有设置为轴向偏移并具有不同径向特征的两个压挤面(63，64)，以及位于所述两个压挤面(63，64)之间的过渡区(66)，其特征在于，所述芯轴(6)在所述过渡区(66)内具有支撑面(62)。

5.根据权利要求4所述的芯轴(6)，其特征在于，所述支撑面(62)在整个轴向支撑长度(65)上具有恒定的截面。

6.根据权利要求4或5所述的芯轴(6)，其特征在于，所述支撑长度(65)小于或等于所述两个压挤面(63，64)之间的轴向距离(73)的80％，优选为60％或50％。

7.根据权利要求4到6中任一项所述的芯轴(6)，其特征在于，所述支撑长度(65)大于或等于所述两个压挤面(63，64)之间的轴向距离(73)的2％，优选为5％或10％。

8.根据权利要求4到7中任一项所述的芯轴(6)，其特征在于，所述两个压挤面(63，64)的不同的径向特征导致了相对于芯轴轴线处于相同角度的两个压挤面(63，64)的半径差，并且相对于芯轴轴线(68)处于相同角度的支撑面(62)的半径比两个半径中的较大半径小或者比相对于芯轴轴线(68)处于相同角度的另一支撑面(62)的半径小，小到超过所述半径差的5％的程度。

9.根据权利要求4到8中任一项所述的芯轴(6)，其特征在于，所述两个压挤面(63，64)的不同的径向特征导致了相对于芯轴轴线处于相同角度的两个压挤面(63，64)的半径差，并且相对于芯轴轴线(68)处于相同角度的支撑面(62)的半径比两个半径中的较大半径小或者比相对于芯轴轴线(68)处于相同角度的另一支撑面(62)的半径小，小到不足所述半径差的70％的程度。

10.一种金属管挤出机(10，20)，具有机体座(1)、模具(2)，以及根据权利要求4到9中任一项所述的芯轴(6)。

11.一种挤出的金属管(9)，其具有两种不同的壁厚，以及位于所述不同的壁厚之间的过渡区，其中，在所述过渡区内存在有缩颈(E)，其特征在于，存在有至少两个缩颈(E)。

12.一种挤出的金属管(9)，其具有两种不同的壁厚，以及位于所述不同的壁厚之间的过渡区，其中，在所述过渡区内存在有缩颈(E)，其特征在于，在所述缩颈(E)的区域内，壁厚大于所述两种壁厚中的较小者。

13.根据权利要求12所述的金属管，其特征在于，在所述缩颈(E)的区域内，壁厚大于所述两种壁厚中的较小者，大到所述两种壁厚的差的至少10％的程度，优选为所述两种壁厚的差的20％的程度。

14.一种挤出的金属管(9)，其具有两种不同的壁厚，以及位于所述不同的壁厚之间的过渡区，其中，在所述过渡区内存在有缩颈(E)，其特征在于，所述缩颈(E)具有小于所述两种壁厚的差的深度。

15.一种挤出的金属管(9)，其具有两种不同的壁厚，以及位于所述不同的壁厚之间的过渡区，其中，在所述过渡区内存在有缩颈(E)，其特征在于，所述缩颈(E)具有大于所述两种壁厚的差的长度。

16.根据权利要求14或15所述的金属管，其特征在于，所述两种壁厚的差的偏差量为至少10％。