CN104903018B

CN104903018B - 挤压系统和方法

Info

Publication number: CN104903018B
Application number: CN201380052949.XA
Authority: CN
Inventors: C·L·斯特沃特
Original assignee: Manchester Copper Products LLC
Current assignee: Manchester Copper Products LLC
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2018-05-15
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: FI3725428T3; CA2886102C; US20160325328A1; MX2015003801A; US9346089B2; HK1212947A1; EP2906370A1; BR112015008248A2; JP6475308B2; RU2669736C2; US20140102161A1; PL3725428T3; MX363743B; EP3725428A1; CN108580576A; WO2014059285A1; BR112015008248B1; EP2906370B1; MX2019003396A; PL2906370T3

Abstract

描述了用于挤制材料的系统、装置和方法。在某些实施例中，一个或多个中空坯料被装载到长形的心轴杆上，并沿心轴杆被运输到旋转模具。坯料被运输通过流体夹，流体夹与心轴杆接合并向心轴杆尖端提供冷却流体，并且坯料被运输通过心轴夹具，心轴夹具与心轴杆接合并防止心轴杆旋转。一个或多个压头使坯料前进通过定中心插入件并进入旋转模具。淬火组件被设置在挤压系统的挤制端处以对挤制材料进行淬火。可提供可编程逻辑控制器，以至少部分地控制挤制系统的操作。

Description

挤压系统和方法

背景技术

材料的特性受用于形成和塑造材料的工艺影响。工艺包括热处理、变形和铸造。热处理是使金属或合金经历可产生期望的物理和化学变化的特定加热和冷却规程的工艺。变形是迫使一块材料改变其厚度或形状的工艺，并且一些变形技术包括锻造、轧制、挤制和拉伸。铸造是将熔化的金属倒入模子，从而使得金属凝固时符合模子的形状。热处理、变形和铸造可结合使用，并且在一些情形中，可添加特定的合金元素以按期望方式影响这种工艺。

通常利用各种方法，诸如铸造-轧制、上引铸造或挤制工艺，来制造无缝金属管，诸如铜管。为了降低经由常规挤制和铸造技术生产的金属管的成本，制造商增大用于形成金属管的坯料的尺寸。这些坯料通常为100至1000磅或更重。因此，制造商需要很大的设施来容纳处理坯料以形成金属管所需的专用大尺寸机器。设备和经由该设备处理的坯料的大尺寸导致挤制过程具有大的启动和维护成本。此外，工艺的限制，诸如每次仅挤制一个坯料，导致制造效率低，包括对每次运转生产的管量的限制以及对于每个坯料的各次运转由于制造过程经常启动和停止而导致的系统部件磨损。

发明内容

本文公开了用于挤制材料的系统、装置和方法。在某些实施例中，所述系统、装置和方法容许连续挤制多个坯料。这种连续挤制容许使用相对小的坯料生产期望量的挤制材料，并且因此这种连续挤压系统的尺寸可比传统挤制工艺的小。所述系统、装置和方法容许连续地无缝地挤制多个坯料。

在一个方面，本发明的系统、装置和方法包括用于连续装载和挤制多个坯料的方法，所述方法包括：在长形的心轴杆的接收端装载第一坯料；沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转的夹持元件，其中，在任何指定时刻，至少一个夹持元件夹持心轴杆；以及通过推压第一坯料使其通过旋转模具来挤制第一坯料以形成挤制材料，其中，第一坯料后面跟随着形成挤制材料的一部分的相邻的第二坯料。旋转模具在坯料前进通过旋转模具时加热坯料。在某些实施方式中，对第一坯料提供沿朝向旋转模具的方向的基本恒定的推力。在某些实施例中，可调整旋转模具的旋转速度。

在某些实施方式中，所述方法还包括沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过夹到心轴杆上并向心轴杆传送冷却流体的冷却元件，其中，在任何指定时刻，至少一个冷却元件夹到心轴杆上。可沿心轴杆经由轨道运输坯料，所述轨道根据第一坯料相对于夹持元件和冷却元件的位置间歇地移动。在某些实施方式中，冷却流体被运输到设置在心轴杆的与接收端相反的第二端上的心轴杆尖端，并且冷却流体在穿过心轴杆尖端之后返回冷却元件。在接收第一坯料之前，心轴杆尖端可位于旋转模具内。在某些实施方式中，冷却流体是水。

在某些实施方式中，连续装载多个坯料还包括夹持元件交替地夹持心轴杆，以容许一个或多个坯料穿过夹持元件。在某些实施方式中，下游夹持元件夹持心轴杆，并且上游夹持元件打开，并且所述方法包括：将一个或多个坯料装载到心轴杆上并使其通过打开的上游夹持元件；关闭上游夹持元件；以及使一个或多个坯料前进到下游夹持元件。在某些实施方式中，所述方法之后包括：打开下游夹持元件；使一个或多个坯料前进通过打开的下游夹持元件；以及关闭下游夹持元件。

在某些实施方式中，连续装载多个坯料还包括冷却元件交替地夹住心轴杆，以容许一个或多个坯料穿过冷却元件。在某些实施方式中，下游冷却元件夹住心轴杆并向心轴杆传送冷却流体，并且上游冷却元件打开，并且所述方法包括：将一个或多个坯料装载到心轴杆上并使其通过打开的上游冷却元件；关闭打开的冷却夹持元件；以及使一个或多个坯料前进到下游冷却元件。在某些实施方式中，所述方法之后包括：打开下游冷却元件；使一个或多个坯料前进通过打开的下游冷却元件；以及关闭下游冷却元件。

在某些实施方式中，所述方法还包括：在挤制期间，防止第一坯料的尚未进入旋转模具的部分旋转。定中心插入件可夹持第一坯料的所述部分以防止所述部分旋转，并且定中心插入件可具有相对于旋转模具的可调整位置。可用冷却流体冷却定中心插入件。

在某些实施方式中，所述方法还包括当挤制材料离开旋转模具时，对挤制材料进行淬火。可利用水对挤制材料进行淬火。在某些实施方式中，水接触旋转模具约1英寸内的挤制材料。在某些实施方式中，旋转模具包括多个堆叠的模具板。在某些实施方式中，所述材料是铜，或者所述材料选自由铜、铝、镍、钛、黄铜、钢和塑料构成的组。多个坯料可沿心轴杆的基本整个长度延伸。在某些实施方式中，所述方法包括使挤制材料的内部充满氮。可通过人或通过自动装载装置将多个坯料中的每个装载到心轴杆上。

在一个方面，提供一种用于连续装载和挤制多个坯料的方法，所述方法包括：在长形的心轴杆的接收端装载第一坯料；沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过夹到心轴杆上并向心轴杆传送冷却流体的冷却元件，其中，在任何指定时刻，至少一个冷却元件夹到心轴杆上；以及通过推压第一坯料使其通过旋转模具来挤制第一坯料以形成挤制材料，其中，第一坯料后面跟随着形成挤制材料的一部分的相邻的第二坯料。

在某些实施例中，沿心轴杆经由轨道运输第一坯料，所述轨道根据第一坯料相对于夹持元件和冷却元件的位置间歇地移动。在某些实施例中，冷却流体被运输到设置在心轴杆的与接收端相反的第二端上的心轴杆尖端，并且冷却流体在穿过心轴杆尖端之后返回冷却元件。在接收第一坯料之前，心轴杆尖端可位于旋转模具内。在某些实施方式中，冷却流体是水。

在一个方面，一种挤压系统包括：具有第一端和第二端的心轴杆，所述第一端用于接收其中有孔的坯料并且所述第二端联接到心轴杆尖端；联接到心轴杆的冷却元件，冷却元件具有端口，通过该端口将冷却流体传送到心轴杆内，以便冷却心轴杆尖端；联接到心轴杆的夹持元件，夹持元件包括能够移动的夹具，以便将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转；以及旋转挤制模具，其被配置为从具有多个槽口的定中心插入件接收坯料，所述多个槽口与坯料摩擦接合以防止坯料在进入旋转挤制模具之前旋转，其中，心轴杆尖端位于旋转模具内。

在某些实施方式中，挤压系统还包括：压头元件，其具有一起夹持坯料的能够移动的第一臂和第二臂，并提供沿旋转模具的方向的基本恒定的推力。该基本恒定的推力致使坯料以预定速率进入旋转模具。在某些实施方式中，挤压系统还包括联接到轴的马达，该轴控制旋转挤制模具的旋转速度。

在某些实施方式中，心轴杆包括靠近冷却元件端口的开口，所述开口接收冷却流体。心轴杆可还包括在开口任一侧上的围绕心轴杆的槽口，其中，槽口被配置为接纳O形环，以基本防止冷却流体泄漏。心轴杆可还包括围绕所述开口以基本防止冷却流体泄漏的心轴杆套管。在某些实施方式中，心轴杆包括相应地被成形以与夹持元件的夹具配合的夹持部分。在某些实施方式中，心轴杆包括在其中的内管，所述内管从冷却元件接收冷却流体，并且通过所述内管将冷却流体传送到心轴杆尖端。冷却流体可沿心轴杆内所述内管的外表面和心轴杆的内表面之间的空间从心轴杆尖端返回冷却元件。在某些实施方式中，冷却流体是水。

在某些实施方式中，挤压系统还包括沿其运输坯料的轨道，其中，轨道根据坯料相对于夹持元件和冷却元件的位置间歇地移动。轨道可包括位于轨道上方并被配置为接触坯料的上表面的上滚轮。在某些实施方式中，挤压系统还包括设置在旋转挤制模具的出口处的淬火管。当挤制材料离开旋转挤制模具时淬火管对挤制材料进行淬火。在某些实施方式中，利用水对挤制材料进行淬火。水可在旋转挤制模具的约1英寸内接触挤制材料。

在一个方面，提供一种用于至少部分地控制多个坯料的挤制的系统，所述系统包括：处理器，其被配置为向挤压系统提供指令，以便：在长形的心轴杆的接收端装载第一坯料；沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转的夹持元件，其中，在任何指定时刻，至少一个夹持元件夹持心轴杆；以及通过推压第一坯料使其通过旋转模具来挤制第一坯料以形成挤制材料，其中，第一坯料后面跟随着形成挤制材料的一部分的相邻的第二坯料。

在某些实施方式中，处理器进一步被配置为向挤压系统提供指令，以便基于第一坯料相对于夹持元件的位置间歇地移动其上放置有第一坯料的轨道。在某些实施方式中，处理器进一步被配置为向挤压系统提供指令，以便调整旋转模具的旋转速度。在某些实施方式中，处理器进一步被配置为向挤压系统提供指令，以便监控冷却流体传送系统。在某些实施方式中，处理器进一步被配置为向挤压系统提供指令，以便调整将多个坯料传送到旋转模具的压头的前进速度和退回速度。

在一个方面，提供一种用于至少部分地控制多个坯料的挤制的非临时性计算机可读介质，所述非临时性计算机可读介质包括记录在其上的逻辑，所述逻辑用于：在长形的心轴杆的接收端装载第一坯料；沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转的夹持元件，其中，在任何指定时刻，至少一个夹持元件夹持心轴杆；以及通过推压第一坯料使其通过旋转模具来挤制第一坯料以形成挤制材料，其中，第一坯料后面跟随着形成挤制材料的一部分的相邻的第二坯料。

在某些实施方式中，非临时性计算机可读介质还包括记录在其上的逻辑，所述逻辑用于基于第一坯料相对于夹持元件的位置间歇地移动其上放置有第一坯料的轨道。在某些实施方式中，非临时性计算机可读介质还包括记录在其上的逻辑，所述逻辑用于调整旋转模具的旋转速度。在某些实施方式中，非临时性计算机可读介质还包括记录在其上的逻辑，所述逻辑用于监控冷却流体传送系统。在某些实施方式中，非临时性计算机可读介质还包括记录在其上的逻辑，所述逻辑用于调整将多个坯料传送到旋转模具的压头的前进速度和退回速度。

在一个方面，一种挤压系统包括：具有第一端和第二端的心轴杆，所述第一端用于接收其中有孔的坯料并且所述第二端联接到心轴杆尖端；冷却装置，用于将冷却流体传送到心轴杆内，以便冷却心轴杆尖端；夹持装置，用于将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转；以及用于挤制坯料的旋转挤制装置，其中，旋转挤制装置从具有多个槽口的定中心装置接收坯料，所述多个槽口与坯料摩擦接合以防止坯料在进入旋转挤制装置之前旋转；其中，心轴杆尖端位于旋转模具内。

在某些实施方式中，挤压系统还包括：推压装置，其用于夹持坯料并提供沿旋转模具的方向的基本恒定的推力。该基本恒定的推力致使坯料以预定速率进入旋转模具。在某些实施方式中，挤压系统还包括用于控制旋转挤制装置的旋转速度的装置。

在某些实施方式中，心轴杆包括靠近冷却装置的开口，所述开口接收冷却流体。心轴杆可还包括在开口任一侧上的围绕心轴杆的槽口，其中，槽口被配置为接纳O形环，以基本防止冷却流体泄漏。心轴杆可还包括围绕所述开口以基本防止冷却流体泄漏的心轴杆套管。在某些实施方式中，心轴杆可包括夹持部分，其被相应地成形以与夹持装置配合。在某些实施方式中，心轴杆包括在其中的内管，所述内管从冷却装置接收冷却流体，并且通过所述内管将冷却流体传送到心轴杆尖端。冷却流体可沿心轴杆内所述内管的外表面和心轴杆的内表面之间的空间从心轴杆尖端返回冷却装置。在某些实施方式中，冷却流体是水。

在某些实施方式中，挤压系统还包括沿其运输坯料的轨道，其中，轨道根据坯料相对于夹持装置和冷却装置的位置间歇地移动。轨可包括位于轨道上方并被配置为接触坯料的上表面的上滚轮。在某些实施方式中，挤压系统还包括设置在旋转挤制装置的出口处的淬火装置。当挤制材料离开旋转挤制装置时淬火装置对挤制材料进行淬火。在某些实施方式中，利用水对挤制材料进行淬火。水可在旋转挤制装置的约1英寸内接触挤制材料。

在一个方面，一种用于连续挤制多个坯料的方法包括：沿不旋转的心轴杆将多个坯料从心轴杆的第一端运输到心轴杆的第二端；以及通过推压多个坯料中的每个使其通过旋转模具来挤制多个坯料，其中，旋转模具相对于不旋转的多个坯料旋转而形成的摩擦产生使多个中空坯料变形的热量，其中，心轴杆尖端在心轴杆的第二端处位于旋转模具内。在某些实施方式中，所述方法包括：在挤制期间，防止多个坯料中每个的尚未进入旋转模具的部分旋转。在某些实施方式中，定中心插入件夹持各个坯料的所述部分以防止所述部分旋转，并且定中心插入件具有相对于旋转模具的可调整位置。在某些实施方式中，所述方法还包括在挤制期间冷却心轴杆尖端。

在一个方面，一种用于挤制材料的模具包括模具主体，其具有：限定入口和出口的通道，其中，出口的直径小于入口的直径；以及围绕通道从入口延伸到出口的内表面。基底联接到模具主体，并且基底的旋转引起模具主体旋转。

在某些实施方式中，模具主体被配置为接收材料的坯料以便挤制，并且坯料在进入模具主体之前不被预热。模具主体的旋转在所述内表面和前进通过入口并进入模具主体的内部通道中的坯料之间产生摩擦。所述摩擦将坯料加热至足以引起坯料材料变形的温度。在某些实施方式中，模具主体被配置为通过入口接收心轴尖端，从而使得心轴尖端能够位于模具主体的内部通道内。模具的所述内表面可包括被配置为位于心轴尖端的相应锥形外表面附近的成角度部分。模具主体被配置为接收被推压通过模具主体的内部通道的坯料，以形成挤制产品，挤制产品的外径对应于模具主体的出口的直径，并且其内径对应于心轴尖端的直径。

在某些实施方式中，模具主体包括联接在一起以形成堆叠结构的多个模具板。每个模具板具有通过模具板的中心的圆形孔眼，孔眼的周界形成模具主体中的所述内表面。孔眼的周界相对于从所述入口到所述出口延伸通过模具主体的轴线成不同角度。在模具主体中每个板的前表面附近处所述周界的角度大于在相邻板的后表面附近处所述周界的角度。所述堆叠结构可包括不一致的模具板，模具板的孔眼周界在板的前表面附近成第一角度并且在板的后表面附近成不同的第二角度。模具板中的至少一个由两种不同材料形成，其中，第一材料形成模具板中孔眼的周界，第二材料形成模具板的外部部分。所述第一材料可以是陶瓷材料、钢或消耗性材料。在某些实施方式中，所述入口附近的模具主体的前表面被配置为与直径基本等于所述入口的直径的定中心插入件配合。定中心插入件和所述入口的周界可由相同材料形成。当基底和模具主体旋转时定中心插入件不旋转。在某些实施方式中，所述基底包括直径大于模具主体的出口的直径的圆形孔眼。马达可向所述基底供应旋转力。

在一个方面，一种模具包括：用于挤制材料的装置，并且所述用于挤制的装置包括：限定入口和出口的通道装置，其中，出口的直径小于入口的直径；以及围绕通道装置从入口延伸到出口的内表面装置。所述模具还具有用于将用于挤制的装置联接到旋转装置的装置，并且所述用于联接的装置致使所述用于挤制的装置旋转。

在某些实施方式中，所述用于挤制的装置被配置为接收材料的坯料以便挤制，并且坯料在进入模具主体之前不被预热。所述用于挤制的装置的旋转在内表面装置和前进通过入口并进入所述用于挤制的装置的通道装置中的坯料之间产生摩擦。所述摩擦将坯料加热至足以引起坯料材料变形的温度。所述用于挤制的装置被配置为通过入口接收杆尖端装置，从而使得杆尖端装置能够位于所述用于挤制的装置的通道装置内。所述用于挤制的装置的内表面装置包括被配置为位于杆尖端装置的相应锥形外表面附近的成角度部分。所述用于挤制的装置被配置为接收被推压通过所述用于挤制的装置的通道装置的坯料，以形成挤制产品，挤制产品的外径对应于所述用于挤制的装置的出口的直径，并且其内径对应于杆尖端装置的直径。

在某些实施方式中，所述用于挤制的装置包括联接在一起以形成堆叠结构的多个板装置。每个板装置具有通过板装置的中心的圆形孔眼，孔眼的周界形成所述用于挤制的装置中的内表面装置。孔眼的周界相对于从所述入口到所述出口延伸通过所述用于挤制的装置的轴线成不同角度。在所述用于挤制的装置中每个板装置的前表面附近处所述周界的角度大于在相邻板装置的后表面附近处所述周界的角度。所述堆叠结构包括不一致的板装置，板装置的孔眼周界在板装置的前表面附近成第一角度并且在板装置的后表面附近成不同的第二角度。板装置中的至少一个由两种不同材料形成，其中，第一材料形成板装置中孔眼的周界，第二材料形成板装置的外部部分。所述第一材料可以是陶瓷材料、钢或消耗性材料。所述入口附近的所述用于挤制的装置的前表面被配置为与直径基本等于所述入口的直径的定中心装置配合。定中心装置和所述入口的周界可由相同材料形成。其中，当所述用于联接的装置和所述用于挤制的装置旋转时定中心装置不旋转。定中心装置包括防止穿过定中心装置的坯料旋转的夹持装置。在某些实施方式中，所述用于联接的装置包括直径大于所述用于挤制的装置的出口的直径的圆形孔眼，并且动力装置可向所述用于联接的装置供应旋转力。

在回顾本发明之后，本领域技术人员将想到变型和改进。可利用本文描述的一个或多个其他特征以任何组合和子组合(包括多个从属组合和子组合)形式实现前述特征和方面。本文描绘或说明的各个特征，包括其任何部件，可组合或集成在其他系统中。此外，可省略或不实现某些特征。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述，前述和其他目的及优点将变得显而易见，在所有附图中，相似的附图标记表示相似的零件，并且其中：

图1示出说明性挤压系统的侧面立视图；

图2示出与图1的挤压系统一起使用的说明性坯料供给轨道组件的侧面立视图；

图3示出说明性流体夹的立体图；

图4和5分别示出图3的流体夹的正面和侧面立视图；

图6示出具有用于接收冷却流体的开口或端口的说明性心轴杆的示意图；

图7示出说明性心轴杆套管的立体图和各个剖视和侧视图；

图8示出具有用于将冷却流体传送到心轴杆尖端的内管的说明性心轴杆的立体剖视图；

图9示出说明性流体传送系统的示意图；

图10示出说明性心轴杆夹具的立体图；

图11和12示出处于夹持位置(11)和非夹持位置(12)的图10的心轴杆夹具的正面立视图；

图13示出具有与心轴杆夹具相配合的部分的说明性心轴杆的示意图；

图14示出图13的心轴杆部分的立体图；

图15示出具有导引构件的说明性压头组件的立体图；

图16示出说明性压头板的立体图；

图17-19分别示出图16的压头板的正面、侧面和背面立视图；

图20示出说明性压头板的立体图；

图21-23分别示出图20的压头板的正面、侧面和背面立视图；

图24示出处于挤制方位的说明性旋转模具和定中心环；

图25示出图24的旋转模具和定中心环的说明性剖视图；

图26示出图24的旋转模具和定中心环的说明性剖视图；

图27示出其中放置有心轴杆的图24的旋转模具的剖视图；

图28示出正在通过图27的旋转模具挤制坯料的剖视图；

图29和30分别示出说明性心轴杆尖端的立体图和俯视平面图；

图31示出用于图1的挤压系统的预处理坯料的说明性流程图；

图32示出用于图1的挤压系统的预处理心轴杆尖端的说明性流程图；

图33-36示出操作图1的挤压系统的说明性流程图；

图37示出用于操作图1的挤压系统的说明性计算机系统的方块图；

图38示出利用一组用于执行本发明的方法的机器可运行指令编码的磁性数据存储介质的剖视图；

图39示出利用一组用于执行本发明的方法的机器可运行指令编码的光学可读数据存储介质的剖视图；

图40示出采用本发明的可编程逻辑控制器的说明性系统的简化方块图；以及

图41示出采用本发明的可编程逻辑控制器的说明性系统的方块图。

具体实施方式

为了提供本文公开的系统、装置和方法的整体理解，将描述一些说明性实施例。尽管本文描述的实施例和特征被描述为与连续挤压系统联合使用，但是应该理解，下述所有部件、连接结构、制造方法和其他特征都可按任何合适的方式互相结合并且可被修改和应用于用于其他制造过程(包括但不限于铸造-轧制、上引铸造、热处理、其他挤制过程及其他制造过程)的系统。此外，尽管本文描述的实施例涉及利用中空坯料挤制金属管，但是应该理解，本文描述的系统、装置和方法可被修改和应用于利用坯料挤制任何合适类型的挤制产品的系统。

挤压系统利用不旋转中空坯料与旋转模具接触而产生的摩擦热进行操作，以便于使坯料变形和挤制坯料。因此不需要在挤制之前预热坯料或所述旋转模具。产生的热量大小通常取决于坯料被供给到旋转模具的速率(例如，其由图1的压头(press-ram)元件130、140的压头速度控制)、模具的旋转速度(例如，其由图1的轴172的旋转速度控制)以及旋转模具的内部型面。较高的压头速度和轴旋转速度产生相对多的热量。

旋转模具形成由挤压系统生产的挤制管的外径，并且位于旋转模具内的心轴杆尖端形成挤制管的内径。在某些实施例中，冷却处理水或任何其他合适的冷却流体用于冷却处理元件，包括旋转模具、定中心插入件、坯料和齿轮箱油，以及挤制的管状产品。与传统挤制技术不同，本发明的挤压系统不需要任何用于在其中保持用于挤制的坯料的容器。因此，待挤制的坯料优选地具有足够的柱强度以承受在挤制过程期间由压头元件施加的压力。当系统设定在自动模式时，可编程逻辑控制器或PLC控制挤压系统的全部或一部分运动。

在此所述的挤压系统、设备和方法可以用于多个坯料的连续挤制，以根据各种无缝管标准生产无缝挤制管产品，所述标准例如包括用于无缝铜水管的ASTM-B88标准规格。本发明的无缝挤制管也可以符合用于饮用水系统部件的NSF/ANSI-61标准。

图1示出根据一些实施例的挤压系统10。挤压系统10包括在此被称作心轴支架部段80和压板结构部段90的结构部段。心轴支架部段80包括心轴杆100、流体夹或冷却元件102和104、心轴夹具或夹持元件106和108以及图2详细示出的坯件传送系统110。心轴支架部段80由物理支架结构支撑，图1未示出该物理支架结构以免附图过于复杂，但该支架结构用作心轴支架80的部件的底座。压板结构部段90包括入口压板120和后模具压板122、压头压板130和140、中心压板150和推压后模具压板122的旋转模具160。压板结构部段90由框架190支撑，框架190也用作马达170和相关齿轮箱部件(未示出)的底座。利用挤压系统10装载、运输和挤制坯料的方向由方向过程箭头d₁指示。挤压系统10可至少部分地由PLC系统操作，PLC系统控制挤压系统10的坯料传送子系统20、挤制子系统40以及淬火或冷却子系统60的各个方面。

心轴夹具106、108包括被设计用以将心轴杆承托就位同时容许沿着并围绕心轴杆100连续供给多个坯料从而提供连续挤制的心轴杆夹持系统105。坯料可由用于挤压系统的任何合适的材料形成，包括但不限于，各种金属(包括铜和铜合金)或任何其他合适的非铁金属(诸如铝、镍、钛及其合金)、含铁金属(包括钢和其他铁合金)、聚合物(诸如塑料)或任何其他合适的材料或其组合。PLC系统可控制心轴夹具106、108，以牢固地承托心轴杆100，从而使得在挤制过程期间的任何指定时刻心轴夹具106、108中的至少一个夹持心轴杆100。心轴夹具106、108设定心轴杆100的位置并防止心轴杆100旋转。当心轴夹具106、108处于夹持或接合位置并由此夹持心轴杆100时，心轴夹具106、108阻止坯料沿心轴杆100被运输通过夹具。

心轴夹具106、108通过交替地夹持或接合心轴杆100来进行操作，以容许一个或多个坯料在指定时刻穿过各个心轴夹具。例如，当下游心轴夹具108夹持心轴杆100时，上游心轴夹具106可释放或脱离心轴杆100。在任何指定时刻，心轴夹具106、108中的至少一个优选夹持或以其他方式接合心轴杆100。在上游心轴夹具106附近排队或被指引到此处或者沿心轴杆100运输的一个或多个坯料可穿过打开的上游心轴夹具106。在特定数量的坯料已经穿过打开的上游心轴夹具106之后，夹具106可关闭并由此重新夹持心轴杆100，并且坯料前进到下游夹持元件108。下游夹持元件108可保持关闭，由此夹持心轴杆100，或者下游心轴夹具108可在上游心轴夹具106再次夹持心轴杆100之后打开。尽管在挤压系统10中示出了两个心轴夹具106、108，但是应该理解，可设置任何合适数量的心轴夹具。

流体夹102、104包括被设计用以在挤制过程期间沿心轴杆100的内部将冷却流体供应到心轴杆尖端的心轴杆流体传送系统101。流体夹102、104还从心轴杆100接收从心轴杆尖端返回的冷却流体。可以使用任何合适的冷却流体，包括水、各种矿物油、盐水、合成油、包括气态流体的任何其他合适的冷却流体或其任何组合。流体夹102、104可由PLC系统控制，以在挤制过程期间持续向心轴杆供应过程冷却流体，同时容许沿着且围绕心轴杆100供给多个坯料。流体夹102、104进行操作，从而使得在挤制过程期间将过程冷却流体不中断或基本不中断地供应到心轴杆尖端。类似于心轴夹具106、108的上述操作，当流体夹102、104夹住或接合心轴杆100时，流体夹102、104阻止坯料沿心轴杆100被运输通过流体夹。

流体夹102、104进行操作，从而使得在挤制期间的任何指定时刻至少一个流体夹夹住心轴杆100或与其接合，并由此将冷却流体传送到心轴杆100中，以便传送到心轴杆尖端。当坯料穿过流体夹102、104之一时，该流体夹停止传送(和接收)冷却流体并且释放或脱离心轴杆100，以容许坯料在重新夹住心轴杆100并继续传送(和接收)冷却流体之前从中穿过。当流体夹102、104中的一个不再夹住或脱离心轴杆100时，另一流体夹继续向心轴杆传送冷却流体。

例如，当下游流体夹104夹住心轴杆100，上游流体夹102可释放心轴杆100。在任何指定时刻，流体夹102、104中的至少一个优选夹住心轴杆100，以连续传送冷却流体。在上游流体夹102附近排队或被指引到此处或者沿心轴杆100运输的一个或多个坯料可穿过打开的上游流体夹102。在特定数量的坯料已经穿过打开的上游流体夹102之后，流体夹102可关闭并由此重新夹住心轴杆100并传送冷却流体，并且坯料前进到下游流体夹104。下游流体夹104可保持关闭，由此夹住心轴杆100，或者下游流体夹104可在上游流体夹102再次夹持心轴杆100之后打开。尽管在挤压系统10中示出了两个流体夹102、104，但是应该理解，可设置任何合适数量的流体夹。

坯料传送系统20包括图2的坯料供给轨道组件110。坯料供给轨道组件110确保为挤制过程提供连续的坯料(诸如坯料30)供应。当需要额外的坯料时，PLC系统将循环运转合适的心轴杆夹具106、108、流体夹102、104和坯料传送辊(例如，坯料供给轨道组件110)，以确保为挤制过程提供连续的坯料供应。心轴支架80的位于心轴夹具106和入口压板120之间的部段可持续指引以最小化被供给到压板结构90的压头压板部段141中的坯料之间的间隙。例如，在心轴支架80的此位置处，轨道组件110可持续循环运转轨道202，以将坯料供给到压板结构90中。

坯料供给轨道组件110包括围绕链齿轮204、205安置的链或轨道202。链齿轮204、205中的一个或多个可联接到马达(未示出)，马达操作以沿装载方向d₂移动或循环轨道202。轨道202和链齿轮204、205由一起联接到框架210的底轨206和下轨208支撑。框架210的上部210a包括为穿过的坯料30提供上部束缚的上滚轮212。例如，如图2所示，心轴杆100包括位于其上的坯料30，其中，坯料30经由与轨道202接触而移动并且通过上滚轮212保持稳定。坯料供给轨道组件110可具有任何合适的长度。例如，轨道组件110可在心轴支架部段80内沿心轴杆100的基本整个长度延伸。在某些实施例中，可提供多个轨道组件，它们共同操作以沿心轴杆100供给坯料并将坯料供给到压板结构部段90中。例如，可沿心轴杆100在流体夹102、104和心轴夹具106、108中每个之间设置轨道组件，从而使得一个或多个坯料可独立地循环通过各个流体夹102、104和心轴夹具106、108，而不需要像仅有一个轨道组件时那样运输其他坯料。

返回图1，心轴杆100沿挤压系统10的基本整个长度延伸并且并且被放置为使得心轴杆尖端位于旋转模具160内。通过移动心轴支架部段80，由此移动心轴杆100，来进行调整，以将心轴杆尖端适当地放置在旋转模具160内。可朝向或远离模具160调整心轴杆100和心轴支架部段80。优选地，当挤压系统10操作时，不能调整心轴杆100和心轴支架部段80，但应该理解，在某些实施例中，可在操作期间调整心轴杆100和/或心轴支架部段80。

如上所述，挤压系统10包括压板结构部段90，压板结构部段90具有入口压板120和后模具压板122、压头压板130和140、中心压板150和推压后模具压板122的旋转模具160。包括第一压头压板130和第二压头压板140的压头组件141位于入口压板120附近。第一和第二压头压板130、140将坯料供给到中心压板150中，中心压板150夹持坯料并防止坯料在进入推压后模具压板122的旋转模具160之前旋转。入口压板120和后模具压板122经由用作压头压板130、140和中心压板150的导引件的一系列横拉杆124联接在一起，每个横拉杆124包括沿横拉杆124移动的轴承126a、126b、126c。后模具压板122和入口压板120具有经其固定横拉杆124的安装定位件127。通过框架190支撑入口压板120、后模具压板122和横拉杆结构124。框架190还承托轴172和马达170。淬火管180位于旋转模具160的出口处，用于快速冷却挤制管。

压头压板130、140经由夹持坯料并提供沿挤制模具160的方向的基本恒定的推力进行操作。在任何指定时刻，压头压板130、140中的至少一个夹持坯料并使坯料沿心轴杆100前进，以提供恒定的推力。在坯料进入挤制子系统40的中心压板150和旋转模具160之前，压头压板130、140形成坯料传送子系统20的最终部分。类似于入口压板120之前的坯料供给轨道部段，压头压板130、140之前的部段优选持续指引坯料，以最小化被压头压板130、140夹持的坯料和下一坯料之间的任何间隙。

如上所述，压头130、140持续将坯料推到旋转模具160中。压头130、140交替地夹持坯料和使坯料朝向旋转模具160前进并进入模具160中，然后松开前进的坯料并退回以便进行下一夹持/前进循环。优选地，一个压头停止推动的时刻和另一个压头将要开始推动的时刻之间存在重叠，从而使得总有压力作用在旋转模具160上。压头130、140经由联接到各个压头的压头汽缸前进和退回。如图所示，每个压头具有两个压头汽缸132、142。第一组压头汽缸132位于入口压板120的左侧和右侧(但图中左侧压头汽缸挡住了右侧压头汽缸)。第一组压头汽缸132与第一压头压板130联接并且被配置为当第一压头130使坯料前进并且之后为了随后的坯料而退回时沿横拉杆124移动第一压头130。第二组压头汽缸142位于入口压板120的顶部和底部。第二组压头汽缸142与第二压头压板140联接并且被配置为当第二压头140使坯料前进并且之后为了随后的坯料而退回时沿横拉杆124移动第二压头140。尽管为第一和第二压头压板130、140中的每个示出了两个压头汽缸，但是应该理解，可设置任何合适数量的压头汽缸。在某些实施例中，压头汽缸可联接到压头130、140两者。

中心压板150接收经由压头130、140前进的坯料并承托坯料以防它们在坯料进入旋转模具160之前的挤制过程期间旋转。当中心压板150位于适于进行挤制过程的位置时，中心压板150成为挤制模具160的一部分。就是说，中心压板150的中心插入件152基本与旋转模具160邻接。但是，中心压板150本身及其中的部件(包括中心插入件152)不与旋转模具160一起旋转。当模具160旋转时，中心压板150通过夹持坯料防止不再被第二压头150承托的坯料旋转，并由此防止坯料在进入旋转模具160之前旋转。

旋转模具160可具有一体成型式设计，或者可包括堆叠在一起的多个模具板。在某些实施例中，模具包括底板、最终板、第二中间板、第一中间板、入口板和钢端部托架，并且模具板被栓接在一起以形成模具160。旋转模具160栓接或以其他方式联接到轴172，轴172经由马达170进行操作。齿轮箱栓接到后模具压板122并容纳轴172以及为了避免图变复杂而未在图1中示出的传动系统、马达驱动齿轮、齿轮油储存器和齿轮油换热器。在某些实施例中，轴马达170和轴/模具的齿轮齿数比为2.5：1，但是应该理解，可使用任何合适的齿轮齿数比来旋转所述旋转模具160。

在挤压系统10的挤出端处，淬火箱185栓接或以其他方式联接到后模具压板122上的齿轮箱的出口侧。在某些实施例中，淬火管180位于淬火箱185内，用于在挤制材料离开旋转模具160时快速淬火或冷却挤制材料。水可用作淬火或冷却流体，并且水可在挤制材料离开旋转模具160之后的某一时刻接触挤制材料。例如，在某些实施例中，挤制材料在离开旋转模具160约1英寸内经冷却流体淬火。任何合适的冷却流体都可用于淬火挤制材料，包括水、各种矿物油、盐水、合成油、包括气态流体的任何其他合适的冷却流体或其任何组合。淬火管180可由中间具有用于将冷却流体传送到挤制材料的通道的一个或多个管形成。在某些实施例中，淬火管180还包括端帽或冷却流体可通过其传送到挤制材料的其他结构。本发明的挤压系统可使用任何合适的淬火管，包括例如2012年10月12日提交的美国专利申请13/650,972中描述的淬火管，该美国专利申请的全部内容通过引用合并于此。

在某些实施例中，当材料离开旋转模具时，氮气或另一种合适的惰性气体被传送到挤制材料内部。例如，当挤制管离开旋转模具时，可利用位于挤制管的前端上的帽将氮气传送到挤制管内部。将气态或液态氮注入旋转模具组件或挤制材料本身的内部中可通过置换携氧空气最小化氧化物的形成。

尽管图1中未示出，但挤压系统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。可自动地装载，例如经由自动化过程，或手动地装载坯料。

现在将参照图3-30描述图1的挤压系统10的各个部件。图3示出根据某些实施例的图1的流体夹102的立体图。流体夹102包括具有基底304及经由四个横拉杆308联接的端板306a和306b的外壳302，但是应该理解，可使用任何合适数量的横拉杆，并且在某些实施例中，可使用除横拉杆308之外或替代横拉杆308的其他固定技术来固定流体夹的元件。横拉杆308支撑入口/出口流体夹312，诸如水的冷却流体通过入口/出口流体夹312进入和离开流体夹102，并且支撑空白流体夹314，每个流体夹由位于各个流体夹312、314及其端板306a、306b之间的各个汽缸309、310启动。支架轨305位于外壳302下方，将流体夹102固定到支撑图1的心轴支架部段80的支架结构上。入口/出口流体夹312包括形成在上表面312a中的流出孔316，其延伸到被插入入口/出口流体夹312内部中的插入件318。如图3所示，空白流体夹314具有夹住表面314a并且入口/出口流体夹312内的插入件318具有夹住表面318a。夹住表面314a和318a与心轴杆(诸如挤压系统10的心轴杆100)的各个表面摩擦接合。在某些实施例中，夹住表面314a和318a可与设置在一部分心轴杆周围的心轴杆套管(例如图7的心轴杆套管360)接合。

图4和5分别示出了图3的流体夹102的正面和侧面立视图。如图4和5所示，例如，入口/出口流体夹312中的流出孔316从夹312的上表面312a延伸到形成在插入件318中的端口320中。流体夹102经由入口/出口流体夹312通过流出孔316和端口320将冷却流体传送到心轴杆。图4还示出了入口/出口流体夹312的夹住表面314a和318a以及空白流体夹314。尽管流体夹312包括与插入件318的两个端口320流体连通的两个流出孔316，但是应该理解，可设置用于将冷却流体传送到心轴杆的任何合适数量的流出孔和端口。替代性地或额外地，在某些实施例中，流出孔316可被设置为通过流体夹的其他表面，诸如入口/出口流体夹312的前(或后)表面312b或侧表面312c。

在某些实施例中，空白流体夹314和入口/出口流体夹312的插入件318的夹住表面314a和318a被构造为与与心轴杆的相应部分配合。图6示出根据某些实施例的具有用于从流体夹接收和/或送回冷却流体的开口或端口344的心轴杆340的示意图。如图6所示，例如，心轴杆340包括具有各自的两个端口部段342a、342b和348a、348b的部分342和348，用于从诸如流体夹102的流体夹接收和/或送回冷却流体。在某些实施例中，端口部段342a和348a被配置用于将冷却流体送回流体夹，并且端口部段342b和348b被配置用于从流体夹接收冷却流体。替代性地，端口部段342a和348a可接收冷却流体，端口部段342b和348b可送回冷却流体。在另外的实施例中，端口部段342a/348b可接收冷却流体，端口部段342b/348a可送回冷却流体，反之亦然。可使用任何合适的端口部段接收/送回布置，从而使得各个端口中的至少一个接收冷却流体，并且另一个将冷却流体送回流体夹。

心轴杆部分342的插图示出具有用于从流体夹102接收和/或送回冷却流体的开口或端口344的端口部段342a。心轴端口344的尺寸形成为与流体夹102的各自端口320相对应。围绕心轴端口344具有一系列槽口346，用于容纳O形环并由此防止冷却流体经由端口344从心轴杆340溢出或以其他方式泄漏出。两个心轴杆部分342、348对应于例如与图1的挤压系统10的两个流体夹102、104接合的心轴杆部分。如上所述，在某些实施例中，心轴套管360可被设置为与流体夹的夹住表面接合。心轴套管360还可与O形环一起起作用，以防止流体从心轴杆340和流体夹泄漏。如图7所示，例如，心轴套管360包括端口360，冷却流体通过端口360在心轴杆340和流体夹之间传送和/或送回。心轴套管360还包括狭槽364，其容许套管360在被放置在心轴杆340上围绕接收和/或送回冷却流体的部分342、348时具有弹性。槽口346中的O形环可在心轴杆340和心轴杆套管360的内表面360a之间产生基本流体密封。

图6还示出了内管350，其沿心轴杆340的长度延伸并且将冷却流体传送到位于旋转模具内的心轴杆尖端。通过心轴杆340中的开口或端口344接收的冷却流体行进通过内管350中的开口354，从而沿管350的内侧将冷却流体传送到心轴杆尖端，然后其在该处离开管350(但在心轴杆内)向后行进到曾接收该冷却流体的开口或端口344。图8示出了冷却流体行进的方向，图8描绘了用于将冷却流体传送到心轴杆尖端的图6的心轴杆340和内管350的立体剖视图。冷却流体沿内管350的内侧沿箭头W1方向朝向心轴杆尖端行进，然后在内管350的外表面350a和心轴杆340的内表面340a之间的外部空间352中沿箭头W2方向返回。在某些实施例中，心轴杆的内表面的一部分，诸如心轴杆340的内表面340a，可形成有用于接纳心轴杆尖端的螺纹，但是可利用任何合适的技术将心轴杆尖端联接到心轴杆。在某些实施例中，可围绕内管350设置垫片，其使内管350沿心轴杆340的任何合适的长度位于心轴杆340的中心处。在该处心轴杆具有螺纹，垫片可与心轴杆螺纹接合，但是垫片还可压靠心轴杆的无螺纹部分。

挤压系统10包括用于在操作期间冷却挤压系统10的各个部件的冷却系统400。尽管图9的冷却系统400将被描述为利用水作为冷却流体，但是应该理解，可使用任何合适的冷却流体。挤压系统冷却系统400被设计用于传送足够量和压力的冷却水，以冷却过程部件和挤制产品。在某些实施例中，挤压系统上可具有两个主要的水系统，心轴水和挤压水。关于心轴水，心轴水系统从储存罐供应水。换热器通过使挤制过程期间产生的热量与来自冷水系统的冷水热交换来冷却过程水。过程水沿串联回路流过换热器，冷水沿并联回路流过换热器，并且两个水系统彼此之间不会发生物理接触。所有的水都可为心轴水系统所用。减压阀限制系统压力。心轴系统不使用的水被转移到储存罐，储存罐冷却其中的过程水。通过内管(例如，图6和8的内管350)将水泵送通过心轴杆的内侧，到达心轴杆尖端，并沿心轴杆内的外部空间的长度返回，如参照图6和8论述的。当水已经循环通过心轴冷却系统时，其返回储存罐，其是冷却到储存罐的过程水的另一源。优选地，当挤压系统运转时，任何时候都不会中断心轴过程水供应。挤压系统水系统从储存罐供应水。通过减压阀调节流量和压力，使过量的水返回储存罐。挤压系统水被泵送到歧管，其在歧管处巡行，从而经由从冷却环喷出的高速水雾(此水巡行以在冷却模具之前冷却齿轮箱液压油)冷却系统的各个部件，包括旋转模具。定中心插入件152经由通过定中心插入件托架的恒定流，坯料在进入Inconel时经由填充系统(flood system)，挤制的管利用对管进行喷淋淬火的淬火管。淬火管被容纳在轴内。来自以上操作的过程水返回储存罐。

图10示出根据某些实施例的图1的心轴夹具106的立体图。心轴夹具106包括被垫片506隔开的前板502和后板504。前板502内具有切口夹持部分508以及上部夹具510和下部夹具512，但是应该理解，替代性地或额外地，在某些实施例中，夹具510、512可并排式地而非上下式地位于心轴夹具106内。心轴夹具106还包括联接到汽缸底座516的汽缸514和活塞杆515。汽缸514操作以控制相对于心轴杆100夹持和松开上部夹具510和下部夹具512。

图11和12示出处于关闭或接合夹持位置(图11)和非夹持或打开位置(图12)的图10的心轴夹具106的正面立视图。如图11所示，例如，上部夹具510和下部夹具512处于夹持位置并围绕心轴杆部分518接合，该部分518是夹具510、512所夹持的心轴杆部分。当心轴夹具106处于打开或非夹持位置时，如图12所示，上部夹具510和下部夹具512相对于夹持位置彼此偏置，并由此偏置离开心轴杆部分518，从而使得沿心轴部分518并且在夹持切口508内存在空隙，以便坯料从中穿过。

在某些实施例中，上部夹具510和下部夹具512被构造为与心轴杆的相应部分配合，诸如心轴杆540的心轴杆部分518。图13示出心轴杆540的示意图，其部分518可被成形或以其他方式被配置为与心轴夹具106的上部夹具510和下部夹具512配合。心轴杆部分518的特定形状可帮助心轴夹具106形成和维持心轴杆540的牢固夹持，以在挤压系统操作期间心轴杆540被心轴夹具106夹持时防止心轴杆540旋转或以其他方式移动或移置。如图13所示，例如，两个夹持部分518可对应于与图1的挤压系统10的两个心轴夹具106、108接合的心轴杆部分。

图14示出了心轴杆540的部分518的立体图。心轴杆部分518被成形以与诸如心轴夹具106的心轴夹具配合，并包括与心轴夹具的上部和下部夹具配合的圆形外周部分550和各个平直边缘552和554。心轴部分518还包括被成形以与互补的夹具配合的各个凹部或切口556和558。如图14所示，心轴部分518是中空的，并且包括用于容纳内管(诸如以上参照图6和8论述的内管350)的内表面540a。

在某些实施例中，心轴杆沿挤压系统10的长度延伸，终止于位于旋转模具内的心轴杆尖端处。心轴杆可沿其长度具有基本连续的剖面或者其一些部分(诸如部分342、348、518和心轴杆套管360)被成形为用以与挤压系统的部件(诸如流体夹102、104和心轴夹具106、108)接合。在某些实施例中，心轴杆可以是模块化的并且可包括共同形成与挤压系统一起使用的心轴杆的多个可附接部段。例如，图13的心轴杆540可被配置为附接到其他心轴杆或心轴杆部段，诸如图6的心轴杆340，图6示出了用于与流体夹联接的心轴杆340的一部分。为了将心轴杆的这些模块化部分附接在一起，心轴杆540设置有接纳另一心轴杆的互补端部的端部542和544。

图15示出了根据某些实施例的图1的压头组件141的立体图，其具有用于沿横拉杆124导引压头组件141的导引构件。如图15所示，例如，第一压头压板130和第二压头压板140分别包括导引构件600和610。压头压板130的导引构件600具有联接到轴承604的悬板602，轴承604被配置为沿横拉杆，诸如图1的横拉杆124，移动压头130。压头压板140的导引构件610具有也包括悬板612和各个轴承614，轴承614被配置为沿横拉杆124移动压头140。导引构件610的悬板614位于横拉杆124所处位置上方，导引构件600的悬板602位于横拉杆124所处位置下方。这些导引构件600、610容许压头压板130、140在挤制过程操作期间沿横拉杆124移动，从而使得压头压板130、140可夹持坯料并使坯料前进到旋转模具中，然后缩回以开始下一循环。

图16示出根据某些实施例的图1的压头压板130的立体图。图17-19分别示出了图16的压头压板130的正面、侧面和背面立视图。压头压板130包括夹具安装板620和围绕枢轴625联接到汽缸626的第一和第二坯料夹具连杆臂622和624。汽缸626操作，以使第一和第二连杆臂622、624相对于彼此围绕枢轴625移动。夹具安装板620联接到连杆臂622、624，其间由垫片621隔开。如图19所示，第一和第二夹具630、632被安装到第一和第二连杆臂622、624，并由下底座634和上底座635支撑。在某些实施例中，第一和第二夹具630、632的夹持表面630a、632a可具有锯齿状或其他纹理的表面，用于改良夹持表面630a、632a和被夹持的坯料之间的摩擦接触。

图20示出根据某些实施例的图1的压头压板140的立体图。图21-23分别示出图20的压头压板140的正面、侧面和背面立视图。压头压板包括夹具安装板640和围绕枢轴645联接到汽缸646的第一和第二坯料夹具连杆臂642和644。汽缸646操作，以使第一和第二连杆臂642、644相对于彼此围绕枢轴645移动。夹具安装板640联接到连杆臂642、644，其间由垫片641隔开。如图23所示，第一和第二夹具650、652被安装到第一和第二连杆臂642、644，并由下底座654和上底座655支撑。在某些实施例中，第一和第二夹具650、652的夹持表面650a、652a可具有锯齿状或其他纹理的表面，用于增加夹持表面650a、652a和被夹持的坯料之间的摩擦接触。

在某些实施例中，第一和第二压头130、140中的一个或两个可包括定中心连杆。例如，定中心连杆可联接到第一压头130的连杆臂622、624和/或汽缸626，用于同步压头130的各个臂围绕枢轴625的移动。例如，这防止汽缸626的操作仅围绕枢转点625延伸一个臂而另一个臂保持不动。当利用定中心连杆同步了臂622、624围绕枢轴625的移动时，在夹持和释放坯料时两个臂一起移动。

利用摩擦产生的热量和模具160的内表面施加到坯料的力挤制被挤压通过模具160的坯料。在坯料被压入模具160之前，模具和定中心插入件152被挤压在一起，以形成用于挤制的密封配合界面，并且图24示出了这种情况。在挤制期间，模具160旋转，同时坯料702被挤压通过模具。通过夹具将坯料702承托在定中心插入件152上，定中心插入件152不旋转，因此坯料702在模具入口716处进入旋转模具160时不旋转。当坯料702被挤压通过模具时，模具160的旋转致使与不旋转坯料702的外表面产生摩擦，并且该摩擦将坯料702加热至足以使坯料材料变形的温度。例如，摩擦可将金属坯料加热至大于1000°F的温度，以便变形。不同材料和不同金属的温度要求可不同，并且小于1000°F的坯料温度适用于一些应用。与其他挤制系统相反，图24中的挤制组件不需要在挤制之前预热坯料，因为模具160的旋转和经由与不旋转坯料702接触而产生的摩擦提供将坯料加热至可变形温度的能量。

尽管坯料702和定中心插入件152在挤制过程中不旋转，但模具160和与模具主体连接的基底700经由马达驱动轴旋转。当坯料702前进通过定中心插入件152时，它穿过模具160的入口716并接触模具的内表面，这在图25-28中更详细地示出。除了图24-28所示的模具160和内表面细节之外，可在旋转模具中实现其他模具设计或内表面型面。例如，用于挤制系统的模具组件可以是2012年10月12日提交的美国专利申请13/650,981中描述的模具组件，该申请的全部内容通过引用合并于此。由于旋转模具160和坯料702之间的干涉接触，扭力被施加到坯料702的外表面上。定中心插入件152上的夹具抵抗此扭力并防止坯料702在进入模具160之前旋转、产生摩擦和产生加热坯料702的能量。

模具160的内表面呈现锥形型面，其使通过模具160的内部通道从入口716向出口718变窄。因此，当力施加到坯料702，挤压坯料通过模具160时，坯料702的材料被挤制，材料的外径被迫减小以穿过从入口716至出口718的模具160的内部。下面参照图25-28更详细地描述模具160的尺寸及模具160的内表面和坯料702之间的相互作用。

图25中模具160的剖视图示出了就位用于挤制的模具160和定中心插入件152。尽管图25示出了作为单个一体式部件的模具160，但模具也可由多个模具板构成，模具板具有形成模具的通道和内表面的孔眼和内表面，如下面参照图26论述的。在此情况下，模具160中内部通道720的开口716与定中心插入件152对齐，以接收被挤压通过定中心插入件152的开口722并沿内部通道720的中心轴线724被压入模具160的坯料。内表面726使内部通道720从开口716处的通道最大直径缩窄至出口718处的最小直径，并且通道720的缩窄致使操作期间被压入模具160的坯料缩窄变形并挤制坯料。挤制过程需要内表面726的界面处产生的摩擦能量加热坯料，并且该能量由旋转表面726和被压入模具的不旋转坯料之间的相互作用提供。

图26示出具有替代性模具板结构的模具160，模具板形成模具160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714。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。

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部分740附近通道720内来减小此磨损，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。

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。

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160的出口718的外径近似等于直径d1(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。

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。

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。此外，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1000rpm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100rpm的模具旋转速度。

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。

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。

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D1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。

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D1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。

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。

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。

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。

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100a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。

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。

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1422确定第二流体夹断开时，过程前进到步骤1432，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。

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。

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。

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。

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此控制坯料进入旋转模块。图36示出了利用挤压系统的压头夹持坯料并使其前进的步骤。例如，在步骤1600，经由第一上游压头，诸如图1的挤压系统的压头130，夹持坯料。在步骤1602，使第一压头朝向第二下游压头前进。在决定方块1604，PLC系统确定第二压头是否已经退回至接收坯料的接收位置。如果第二压头未就位，则在步骤1606，第一压头使坯料继续前进，直到第二压头就位。如果在步骤1604第二压头就位，则在步骤1608经由第二压头夹持坯料。在步骤1610，第一和第二压头一起使坯料继续前进。这可确保沿模具旋转方向向坯料施加持续或基本持续的推力。在步骤1612，第一压头释放坯料(而第二压头使坯料继续前进)，并且在步骤1614，第一压头退回至接收位置，由此夹持随后的坯料。此臂越过臂(arm-over-arm)过程容许旋转模具接收预定供给速率的恒定坯料流。在第一压头在步骤1600夹持坯料之前，供给轨道组件可持续指引轨道，以最小化待经由压头前进的排队的相邻坯料之间的间隙。

在步骤1250，挤制坯料以形成挤制材料。步骤1240的压头使坯料前进通过具有多个槽口的定中心插入件(例如图1的定中心插入件152)，多个槽口防止坯料在进入旋转模具之前旋转。一旦坯料进入旋转模具，模具就同时加热坯料并在挤制坯料以形成挤制材料时设定坯料的外径。心轴杆被放置为使心轴杆尖端位于旋转模具内。心轴杆尖端设定挤制材料的内径。可通过PLC系统控制心轴杆相对于模具的位置。PLC系统还可利用联接到轴172的马达170控制旋转模具的旋转速度。

在步骤1260，在挤制材料离开旋转模具时对挤制材料进行淬火。此步骤包括通过将冷却流体(诸如水或任何其他合适的冷却流体)从淬火管高速喷射到挤制材料上来快速冷却挤制材料。无论在步骤1250的挤制过程期间产生多高的温度，当离开淬火管时，挤制材料充分冷却到可触摸的程度，由此可在不烧伤的情况下处理挤制材料。此外，在某些实施例中，当挤制材料离开旋转模具时，氮气或另一种合适的惰性气体被传送到挤制材料内部。例如，当挤制管离开旋转模具时，可利用管上的帽将氮气传送到挤制管内部。将气态或液态氮注入旋转模具组件中或挤制材料本身内可通过置换携氧空气最小化氧化物的形成。

应该理解，当一个或多个坯料经历了如此描述的过程1200时，其他坯料可正在过程1200的其他任何步骤前进通过挤压系统。例如，当在步骤1220将第一组坯料(包括一个或多个坯料)运输通过流体夹时，另一组坯料(包括一个或多个坯料)可同时在步骤1210被装载到心轴杆上或者在步骤1230或过程1200中的任何其他步骤被运输通过心轴夹具。以此方式，挤压系统能够向旋转模具连续供给多个坯料，以挤制坯料从而形成挤制材料。

图37示出根据某些实施例的用于操作图1的挤压系统的可编程逻辑控制系统的方块图。如上所述，挤压系统10包括功能子系统：坯料传送子系统20、挤制子系统40和冷却或淬火子系统60。PLC系统1700可控制这些子系统20、40、60中任何一个或多个的某些部件的操作。以上参照图33-36的过程1200描述了子系统20、40、60的各个操作步骤。

用于执行本发明的用于挤制材料的方法的指令可在机器可读介质上被编码，由合适的计算机或类似装置运行，从而实现本发明的用于编程或配置PLC或具有上述配置的其他可编程装置的方法。例如，个人计算机可装配有可与PLC连接的接口，并且使用者可通过个人计算机利用合适的软件工具对PLC进行编程。

图38示出可利用机器可运行程序编码的磁性数据存储介质1800的剖面，该程序可由诸如前述个人计算机或其他计算机或类似装置的系统执行。介质1800可以是软盘或硬盘或磁带，其具有合适的衬底1801(其可是传统的)和在一个或两侧上的合适的涂层1802(其可是传统的)，涂层1802含有极性或方向可磁性地改变的磁畴(不可见)。除了作为磁带的情形之外，介质1800还可具有用于接纳磁盘驱动器的轴或其他数据存储装置的开口(未示出)。

介质1800的涂层1802的磁畴可被极化或定向，从而以一方式(其可是传统的)对机器可运行程序编码，该程序由诸如个人计算机或其他计算机或类似系统的编程系统运行，所述编程系统具有待编程的PLC可插入的插座或外围附接件，以根据本发明配置PLC的合适部分，包括其专用的处理方块(如果有的话)。

图39示出也可利用机器可运行程序编码的光学可读数据存储介质1810的剖面，该程序可由诸如前述个人计算机或其他计算机或类似装置的系统执行。介质1810可以是传统的只读光盘存储器(CD-ROM)或数字光盘只读存储器(DVD-ROM)或可重写介质，诸如CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW或DVD-RAM或光学可读且磁光可重写的磁光盘。介质1810优选具有合适的衬底1811(其可是传统的)和通常在衬底1811一侧或两侧上的合适涂层1812(其可是传统的)。

对于基于CD或基于DVD的介质，如众所周知的，涂层1812是反射性的并且压印有多个凹点(pit)1813，其被布置在一个或多个层上，以编码机器可运行程序。通过在涂层1812的表面上反射激光来读取凹点的布置。优选基本透明的保护涂层1814被设置在涂层1812之上。

对于磁光盘，如众所周知的，涂层1812不具有凹点1813，但具有多个磁畴，当被加热至某一温度以上时，可磁性地改变磁畴的极性或方向，如通过激光(未示出)。可通过测量从涂层1812反射的激光的极化来读取磁畴的方向。磁畴的布置对程序进行编码，如上所述。

根据本发明编程的PLC 1700可用于许多种电子器件。一个可能的用途是用于图40所示的数据处理系统1900。数据处理系统1900可包括以下一个或多个部件：处理器1901；存储器1902；I/O电路1903；以及外围设备1904。这些部件可经由系统总线1905联接在一起并且位于包括在终端用户系统1907中的电路板1906上，终端用户系统1907可包括用于操作挤压系统的终端单元1407。

系统1900可用于各种应用，包括作为挤压系统的仪器或期望获得使用可编程或可重复编程逻辑的优点的任何其他合适的应用。PLC1700可用于执行各种不同的逻辑功能。例如，PLC 1700可被配置为与处理器1901协作的处理器或控制器。PLC 1700还可用作用于仲裁对系统1900中的共享资源的存取的仲裁器。在另一实施例中，PLC1700可被配置为处理器1901和系统1900中其他部件中的一个之间的接口。应该注意，系统1900仅是示例性的。例如，在某些实施例中，用户终端可被设置在挤压系统附近。在其他实施例中，可设置容许用户终端与挤压系统远程连接的联网装置。

图41是用于执行以上根据某些实施例描述的挤压系统逻辑处理中的至少一些的计算装置2200的方块图。计算系统2200包括诸如PLC 1700的PLC系统、至少一个网络接口单元2204、输入/输出控制器2206、系统存储器2208和一个或多个数据存储装置2214。系统存储器2208包括至少一个随机存取存储器(RAM)2210和至少一个只读存储器(ROM)2212。所有这些元件都与中心处理单元(CPU)2202通信，以便于计算装置2200操作。可用许多不同方式配置计算装置2200。例如，计算装置2200可以是传统的独立计算机，或替代性地，计算装置2200的功能可分布在多个计算机系统和架构中。计算装置2200可被配置为执行上述挤压系统逻辑处理中的一些或全部，或者这些功能可分布在多个计算机系统和架构中。在图23所示的实施例中，计算装置2200经由通信网络2150或局域网2124通过通信网络2150连接到第三方2224。

计算装置2200可被配置成分布式构架，其中，数据库和处理器被容纳在不同的单元或位置。计算装置2200还可实现成就地位于挤压设施上或位于挤压设施之外的服务器。一些这类单元执行主要处理功能并至少包括通用控制器或处理器2202和系统存储器2208。在这样的实施例中，这些单元中的每个经由网络接口单元2204附接到用作与其他服务器、客户、用户计算机和其他相关装置连接的主要通信线路的通信集线器或端口(未示出)。通信集线器或端口自身可具有最低的处理能力，主要用作通信路由器。各种通信协议可以是系统的一部分，包括但不限于：Ethernet、SAP、SAS^TM、ATP,BLUETOOTH^TM、GSM以及TCP/IP。

CPU 2202包括处理器(诸如一个或多个传统微处理器)和一个或多个补充的协同处理器(诸如数学协同处理器)，用于分担CPU 2202的工作量。CPU 2202与网络接口单元2204和输入/输出控制器2206通信，CPU 2202通过它们与其他装置(诸如其他服务器、用户终端或装置)通信。网络接口单元2204和输入/输出控制器2206可包括用于同时与例如其他处理器、服务器或客户终端通信的多个通信通道。互相通信的装置不需要持续发送信息。相反，这类装置仅需在需要时互相发送信息，实际上可能大多数时候不能交换数据，并且可能需要执行若干步骤来建立装置之间的通信线路。

CPU 2202还与数据存储装置2214连通。数据存储装置2214可包括磁性、光学和/或半导体存储器的合适组合，并且可包括例如RAM、ROM、闪存盘、光盘(光盘和/或硬盘)或驱动器。CPU 2202和数据存储装置2214都可例如整个位于单个计算机或其他计算装置内；或者可通过通信介质(诸如USB端口、串行接口线、同轴电缆、Ethernet型电缆、电话线、射频收发器或其他类似的无线或有线介质或前述的组合)互相连接。例如，CPU 2202可经由网络接口单元2204连接到数据存储装置2214。

CPU 2202可被配置为执行一个或多个特定的处理功能。例如，计算装置2200可被配置为经由PLC至少部分地控制坯料传送子系统20、挤制子系统40和淬火子系统60的一个或多个方面。

数据存储装置2214可存储，例如，(i)用于计算装置2200的操作系统2216；(ii)适于根据本发明，尤其是根据参照CPU 2202详细描述的过程，指挥CPU 2202的一个或多个应用2218(例如计算机程序编码和/或计算机程序产品)；和/或(iii)适于存储信息的数据库2220，其可用于存储程序所需的信息。

操作系统2216和/或应用程序2218可存储为例如压缩格式、未编译格式和/或加密格式，并且可包括计算机编程编码。程序的指令可从计算机可读介质(诸如从ROM 2212或RAM 2210)而非数据存储装置2214被读入处理器的主存储器。尽管运行程序中的指令序列会致使CPU 2202执行本文描述的过程步骤，但固定电路可替代软件指令或与其结合使用，用于执行本发明的过程。

如在此使用的，术语“计算机可读介质”涉及为计算装置(或本文描述的装置的任何其他处理器)提供或参与提供指令以便运行的任何非临时性介质。这种介质可呈许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质包括光盘、磁盘或光磁盘或诸如闪存的集成电路存储器。易失性介质包括动态随机存取存储器(DRAM)，它通常构成主存储器。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性碟、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM或EEPROM(电可擦可编程只读存储器)、FLASH-EEPROM、任何其他存储器片或内存匣或任何其他计算机可读非临时性存储器。

将一个或多个指令的一个或多个序列运载到CPU 2202(或本文描述的装置的任何其他处理器)以便运行可涉及各种形式的计算机可读介质。例如，指令可最初承载在远程计算机(未示出)的磁盘上。远程计算机可将指令加载到其动态存储器中并经由Ethernet连接、缆线或电话线利用调制解调器发出指令。计算装置(例如服务器)内的通信装置可接收各个通信线路上的数据并将数据放在系统总线上以便用于处理器。系统总线可将数据运载到主存储器，处理器从主存储器获得和运行指令。主存储器接收的指令可以可选地在经处理器运行之前或之后存储在存储器中。此外，可经由通信端口接收作为电信号、电磁信号或光学信号(它们是运载各种类型的信息的无线通信或数据流的示例性形式)的指令。

以上仅说明本发明的原理，并且所述系统、装置和方法可经由除所描述实施例之外的方案实践，这些实施例是为了说明而非限制而存在的。应该理解，本文公开的系统、装置和方法尽管被示出用于挤压系统，但可应用于其他制造过程，包括但不限于铸造-轧制和热处理过程。此外，本发明可实现为另一制造过程(包括其他挤制过程)的后处理步骤或可与另一制造过程同时实现。

在回顾本发明之后，本领域技术人员将想到变型和改进。可利用本文描述的一个或多个其他特征以任何组合和子组合(包括多个从属组合和子组合)形式实现公开的特征。以上描绘或说明的各个特征，包括其任何部件，可组合或集成在其他系统中。此外，可省略或不实现某些特征。

在不脱离本文公开的信息的范围的情况下，本领域技术人员可确定改变、替代和变化的例子。本文引用的所有参考文献都完整地合并于此并构成本申请的一部分。

Claims

1.一种用于连续装载和挤制多个坯料的方法，所述方法包括：

在长形的心轴杆的接收端装载第一坯料；

沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转的夹持元件，其中，在任何指定时刻，至少一个夹持元件夹持心轴杆；

沿心轴杆运输第一坯料并使第一坯料通过夹到心轴杆上并向心轴杆传送冷却流体的冷却元件，其中，在任何指定时刻，至少一个冷却元件夹到心轴杆上；以及

通过推压第一坯料使其通过旋转模具来挤制第一坯料以形成挤制材料，其中，第一坯料后面跟随着形成挤制材料的一部分的相邻的第二坯料。

2.如权利要求1所述的方法，其中，沿心轴杆经由轨道运输第一坯料，所述轨道根据第一坯料相对于夹持元件和冷却元件的位置间歇地移动。

3.如权利要求1所述的方法，其中，冷却流体被运输到设置在心轴杆的与接收端相反的第二端上的心轴杆尖端。

4.如权利要求3所述的方法，其中，冷却流体在穿过心轴杆尖端之后返回冷却元件。

5.如权利要求3所述的方法，其中，在接收第一坯料之前，心轴杆尖端位于旋转模具内。

6.如权利要求1所述的方法，其中，冷却流体是水。

7.如权利要求1所述的方法，其中，连续装载多个坯料还包括：

夹持元件交替地夹持心轴杆，以容许一个或多个坯料穿过夹持元件。

8.如权利要求7所述的方法，其中，下游夹持元件夹持心轴杆，并且上游夹持元件打开。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：

将所述一个或多个坯料装载到心轴杆上并使其通过打开的上游夹持元件；

关闭打开的上游夹持元件；以及

使所述一个或多个坯料前进到下游夹持元件。

10.如权利要求9所述的方法，还包括：

打开下游夹持元件；

使所述一个或多个坯料前进通过打开的下游夹持元件；以及

关闭下游夹持元件。

11.如权利要求1所述的方法，其中，连续装载多个坯料还包括：

使冷却元件交替地夹住心轴杆，以容许一个或多个坯料穿过冷却元件。

12.如权利要求11所述的方法，其中，下游冷却元件夹住心轴杆并向心轴杆传送冷却流体，并且上游冷却元件打开。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

将所述一个或多个坯料装载到心轴杆上并使其通过打开的上游冷却元件；

关闭打开的上游冷却元件；以及

使所述一个或多个坯料前进到下游冷却元件。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：

打开下游冷却元件；

使所述一个或多个坯料前进通过打开的下游冷却元件；以及

关闭下游冷却元件。

15.如权利要求1所述的方法，还包括：

在挤制期间，防止第一坯料的尚未进入旋转模具的部分旋转。

16.如权利要求15所述的方法，其中，定中心插入件夹持第一坯料的所述部分以防止所述部分旋转，并且其中，定中心插入件具有相对于旋转模具的可调整位置。

17.如权利要求16所述的方法，还包括用冷却流体冷却定中心插入件。

18.如权利要求1所述的方法，其中，当坯料前进通过旋转模具时，旋转模具加热坯料。

19.如权利要求1所述的方法，还包括沿朝向旋转模具的方向对第一坯料提供基本恒定的推力。

20.如权利要求1所述的方法，还包括当挤制材料离开旋转模具时，对挤制材料进行淬火。

21.如权利要求20所述的方法，其中，利用水对挤制材料进行淬火。

22.如权利要求21所述的方法，其中，水在旋转模具的约1英寸内接触挤制材料。

23.如权利要求1所述的方法，其中，旋转模具包括多个堆叠的模具板。

24.如权利要求1所述的方法，其中，所述挤制材料是铜。

25.如权利要求1所述的方法，其中，所述挤制材料为铝、镍、钛、黄铜、钢或塑料。

26.如权利要求1所述的方法，还包括调整旋转模具的旋转速度。

27.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个坯料沿心轴杆的基本整个长度延伸。

28.如权利要求1所述的方法，还包括使挤制材料的内部充满氮。

29.如权利要求1所述的方法，通过人或通过自动装载装置将所述多个坯料中的每个装载到心轴杆上。

30.一种用于连续装载和挤制多个坯料的方法，所述方法包括：

在长形的心轴杆的接收端接收第一坯料；

31.如权利要求30所述的方法，其中，沿心轴杆经由轨道运输第一坯料，所述轨道根据第一坯料相对于冷却元件的位置间歇地移动。

32.如权利要求30所述的方法，其中，冷却流体被运输到设置在心轴杆的与接收端相反的第二端上的心轴杆尖端。

33.如权利要求32所述的方法，其中，冷却流体在穿过心轴杆尖端之后返回冷却元件。

34.如权利要求32所述的方法，其中，在接收第一坯料之前，心轴杆尖端位于旋转模具内。

35.如权利要求30所述的方法，其中，冷却流体是水。

36.一种挤压系统，包括：

具有第一端和第二端的心轴杆，所述第一端用于接收具有孔的坯料并且所述第二端联接到心轴杆尖端，所述孔通过所述坯料；

联接到心轴杆的冷却元件，该冷却元件具有端口，通过该端口将冷却流体传送到心轴杆内，以便冷却心轴杆尖端；

联接到心轴杆的夹持元件，该夹持元件包括能够移动的夹具，以便将心轴杆固定就位并防止心轴杆旋转；以及

旋转挤制模具，其被配置为从具有多个槽口的定中心插入件接收坯料，所述多个槽口与坯料摩擦接合以防止坯料在进入旋转挤制模具之前旋转；

其中，心轴杆尖端位于旋转模具内。

37.如权利要求36所述的挤压系统，还包括：

压头元件，其具有一起夹持坯料的能够移动的第一臂和第二臂，所述第一臂和第二臂提供沿旋转模具的方向的基本恒定的推力。

38.如权利要求37所述的挤压系统，其中，该基本恒定的推力致使坯料以预定速率进入旋转模具。

39.如权利要求36所述的挤压系统，其中，心轴杆包括靠近冷却元件的端口的开口，所述开口接收冷却流体。

40.如权利要求39所述的挤压系统，其中，心轴杆还包括在开口任一侧上的围绕心轴杆的槽口，其中，心轴杆的槽口被配置为接纳O形环，以防止冷却流体泄漏。

41.如权利要求40所述的挤压系统，还包括围绕所述开口以防止冷却流体泄漏的心轴杆套管。

42.如权利要求36所述的挤压系统，其中，心轴杆包括在其中的内管，所述内管从冷却元件接收冷却流体，并且通过所述内管将冷却流体传送到心轴杆尖端。

43.如权利要求42所述的挤压系统，其中，冷却流体沿心轴杆内的位于所述内管的外表面和心轴杆的内表面之间的空间从心轴杆尖端返回冷却元件。

44.如权利要求36所述的挤压系统，其中，冷却流体是水。

45.如权利要求36所述的挤压系统，其中，心轴杆包括夹持部分，其被相应地成形以与夹持元件的夹具配合。

46.如权利要求36所述的挤压系统，还包括沿其运输坯料的轨道，其中，轨道根据坯料相对于夹持元件和冷却元件的位置而间歇地移动。

47.如权利要求46所述的挤压系统，还包括位于轨道上方并被配置为接触坯料的上表面的上滚轮。

48.如权利要求36所述的挤压系统，还包括设置在旋转挤制模具的出口处的淬火管。

49.如权利要求48所述的挤压系统，其中，当挤制材料离开旋转挤制模具时淬火管对挤制材料进行淬火。

50.如权利要求49所述的挤压系统，其中，利用水对挤制材料进行淬火。

51.如权利要求50所述的挤压系统，其中，水在旋转挤制模具的约1英寸内接触挤制材料。

52.如权利要求36所述的挤压系统，还包括联接到轴的马达，所述轴控制旋转挤制模具的旋转速度。