CN104981303A - 挤出机容器及用于挤出机容器的罩 - Google Patents

Abstract

一种在金属挤出机中使用的容器，包括：罩，该罩具有包括轴向钻孔的细长本体；细长衬垫，该细长衬垫容纳在轴向钻孔内，该衬垫包括纵向延伸的通路，使坯料前进穿过该通路；流体通道，该流体通道与罩热连通，用于冷却容器的流体流经该流体通道。

Description

挤出机容器及用于挤出机容器的罩

技术领域

本发明总体涉及挤出加工，具体地，涉及一种挤出机容器及用于容器的罩。

背景技术

在本领域中金属挤出机是众所周知的，并且用于形成横截面形状与所用挤出模具形状总体符合的挤出金属制品。典型的金属挤出机包括具有外部罩和管状内部衬垫的大体筒形的容器。在坯料挤出期间，该容器用作用于坯料的温度控制外壳。挤出杆定位成与容器的一端相邻。该挤出杆的端部抵接挤压垫块，挤压垫块转而抵接坯料，使得坯料前进穿过容器。挤出模具定位成与容器中的相反端相邻。

在操作期间，一旦将坯料加热到期望的挤出温度(对于铝通常为800-900°F)，便将其传送至挤出机。然后，致动挤出杆以与挤压垫块抵接，从而使坯料前进到容器中并且向挤出模具前进。在通过使挤出杆和挤压垫块前进而施加的压力下，坯料被挤出穿过在挤出模具中设置的轮廓直到所有或大部分坯料被推出容器，从而产生挤出制品。

为了在金属挤出技术中实现节约成本效率和生产力，实现挤出机热校准(thermal alignment)是非常重要的。热校准通常定义为控制和维持各种挤出机部件最佳运行温度。在生产挤出制品期间实现热校准，确保了可挤出材料的均匀流动，而且使得挤出机操作人员在高速、低废品率下进行挤出操作。

要理解的是，能够维持最佳坯料温度的前提是，在挤出过程期间容器能够立即更正衬垫温度的任何变化，不论该变化发生在何时何处。通常所需要的是向温度不足的区域添加相对少量的热。

评估挤出机的热校准需要考虑许多因素。例如，可挤出材料的坯料整体必须处于最佳操作温度，从而确保在坯料横截面区域上的均匀的流量。容器中衬垫的温度也必须用以维持穿过该衬垫的坯料的温度分布，而且不影响穿过该衬垫的坯料的温度分布。

对于挤出机操作人员，实现热校准通常是一个挑战。在挤出期间，容器顶部通常变得比底部更热。尽管热传导是容器内传热的主要方式，但是在容器壳体内从容器底部表面发生辐射热损失，导致顶部温度增大。由于容器的前后端部通常是暴露的，它们将比容器中心区段损失更多的热。这可以导致容器中心区段比端部更热。同样地，容器的挤出模具端与杆端相比，由于坯料对其加热时间更长，所以温度趋于略高。容器中的这些温度变化影响包含在容器中的衬垫的温度分布，衬垫的温度分布转而影响可挤出材料的坯料的温度。挤出模具的温度分布通常与衬垫的温度分布相符，并且挤出模具的温度影响穿过挤出模具的可挤出材料的流量。尽管穿过挤出模具的可挤出材料的平均流量由杆速决定，但是坯料较热区段与坯料较冷区段相比，其流量更快。在坯料横截面轮廓上的坯料流出变化可以大至温度每差5℃则流量差1％。这会对挤出制品的轮廓形状产生不利影响。因此，控制衬垫和容器的温度分布对挤出过程的高效操作十分重要。

一种实现衬垫和容器温度分布控制的方法涉及向容器引入冷却。上文已描述过在挤出机容器中的冷却。例如，授予Ohba等人的美国专利5678442号公开了一种挤出机，该挤出机具有以下部分：筒形容器，在其中装载坯料；两件式密封块，其置于在挤出杆一侧处的容器的端部表面上；真空除气孔，其形成在密封块中；以及固定的挤压垫块，其具有内部冷却功能且固定至挤出杆的端部，其中，允许在与容器的轴向方向垂直的方向上打开和关闭密封块，而且当密封块关闭时，该密封块与挤出杆外表面和容器的端部表面紧密接触。

授予Baumann的美国专利4829802号公开了一种装置，该装置包括紧靠在挤出模具之前的挤出室区域，该挤出室区域通过在挤出缸的钻孔之间放置冷却环进行冷却，挤出缸中运行有压力机活塞。冷却环可以是一体式结构，或者多部件结构，其中冷却环内设置有独立的内环。为保证机械强度，将预张紧外环过盈配合在冷却环周围。外环通过螺钉等方式保持在缸上，在缸内设置有挤出室。冷却流体可以是水、可蒸发液体或者气体，并且与挤出室内的坯料分开。

通常需要进行改进。因此本发明的目的至少是提供一种新型挤出机容器及用于挤出机容器的罩。

发明内容

一方面，提供了一种在金属挤出机中使用的容器，该容器包括：罩，该罩具有包括轴向钻孔的细长本体；细长衬垫，该细长衬垫容纳在轴向钻孔内，该衬垫包括纵向延伸的通路，坯料可前进穿过该通路；和流体通道，该流体通道与罩热连通，用于冷却容器的流体流经该流体通道。

流体通道可包括在罩的外表面中形成的至少一个沟槽。所述至少一个沟槽可以是蛇形沟槽。罩可具有大体筒形形状，而且所述至少一个沟槽的至少一部分可在周向方向上延伸。流体通道还可包括覆盖所述至少一个沟槽的盖板。

容器还可包括导流件，该导流件构造成起到下述作用中的一个或多个作用：将流体引导到流体通道中；以及将流体引导出流体通道。

流体通道可与容器的模具端相邻。流体通道可与容器的上部相邻。

流体可以是气体。该气体可以是空气。

罩可构造成连接至挤出机。

另一方面，提供了一种用于挤出机容器的罩，该罩包括：细长本体，该细长本体包括轴向钻孔，该轴向钻孔用于容纳衬垫，使坯料前进穿过该衬垫，该本体具有与罩热连通的流体通道，用于冷却容器的流体流经该流体通道。

流体通道可包括在罩的外表面中形成的至少一个沟槽。所述至少一个沟槽可以是蛇形沟槽。罩可具有大体筒形形状，并且所述至少一个沟槽的至少一部分可在周向方向上延伸。罩可构造成接收用于覆盖所述至少一个沟槽的盖板。所述至少一个沟槽可与罩的模具端相邻。所述至少一个沟槽可形成在罩的上部中。罩可构造成具有安装于此的导流件，该导流件构造成起到下述作用中的一个或多个作用：将流体引导到流体通道中；以及将流体引导出流体通道。

在又一个方面，提供了一种控制金属挤出机的容器的温度的方法，该方法包括：使流体流经与容器的罩热连通的流体通道以冷却容器；并且控制流体的流量以调整容器的温度。

该方法还可包括控制由容纳在罩内的至少一个加热元件供应的热能。

附图说明

现在将参照附图更加详细地描述实施例，其中：

图1是金属挤出机的示意性透视图；

图2是形成图1的金属挤出机一部分的容器的透视图；

图3是图2的容器的、已从容器移除盖板的透视图，；

图4是图3的容器的立侧视图；

图5是图3的容器的俯视平面图；

图6a和6b是形成图3的容器一部分的罩的、沿指示剖面线所取的侧视剖视图；

图7是罩一部分的立侧视图；

图8a至8c分别是形成图2的容器一部分的导流件的后透视图、后立视图和俯视剖视图；并且

图9是与图2的容器一起使用的加热元件的透视图。

具体实施方式

图1是用于挤出金属的挤出机的简化示意图。该挤出机包括容器20，该容器20具有围绕管状内部衬垫24的外部罩22。在坯料挤出期间，容器20用作用于坯料26的温度控制外壳。挤出杆28定位成与容器20的一端相邻。挤出杆28的端部抵接挤压垫块30，挤压垫块30转而抵接坯料26，使得坯料前进穿过容器20。挤出模具32定位成与容器20的模具端36相邻。

在操作期间，一旦将坯料26加热到期望的挤出温度(对于铝通常为800-900°F)，便将其传送至挤出机。然后，致动挤出杆28以与挤压垫块30抵接，从而使坯料26前进到容器中并且向挤出模具32前进。在通过使挤出杆28和挤压垫块30前进而施加的压力下，坯料26被挤出穿过在挤出模具32中设置的轮廓直到所有或大部分坯料被推出容器20，产生挤出制品34。

容器20可在图2至8中进行更好地观察。容器20构造在模具端36处，并以本领域熟知的方式沿其侧区段促进容器20联接到挤出机。罩22具有细长形状，而且包括容纳衬垫24的轴向钻孔37。在该实施例中，罩22和衬垫24是过盈配合在一起。

罩22也包括多个纵向钻孔38，所述多个纵向钻孔从罩22的杆端40延伸至罩22的模具端36并且围绕衬垫24。每个纵向钻孔38成形为容纳细长加热元件，如下文进一步所述，在使用期间对该细长加热元件通电以向在衬垫24附近的罩22提供热能。所需的纵向钻孔38的数目取决于容器20的尺寸和向细长加热元件通电所用电压。在该实施例中，罩22包括十个纵向钻孔38。在所示实施例中，容器20具有安装在其模具端36上的端部盖板41，该端部盖板41覆盖纵向钻孔38的端部。

罩22还包括多个钻孔42和44，所述多个钻孔42和44与衬垫24相邻且延伸该罩22的部分长度。在该实施例中，罩22包括两个钻孔42和两个钻孔44，该两个钻孔42从模具端36延伸到罩22中约四英寸，该两个钻孔44从杆端40延伸到罩22中约四英寸。每个钻孔42和44成形为容纳温度传感器(未示出)。钻孔42和44以如下方式定位以便避免与为容纳加热元件而构造的纵向钻孔38中的任一个纵向钻孔交叉。在该实施例中，钻孔42中的一个钻孔位于衬垫24上方而另一个钻孔42位于衬垫24下方，并且钻孔44中的一个钻孔位于衬垫24上方而另一个钻孔44位于衬垫24下方。

衬垫24包括坯料接收通路46，该坯料接收通路46纵向延伸穿过该坯料接收通道46，而且在所示实施例中，通路46具有大致圆形的横截面轮廓。

容器20也包括与罩热连通的散热器，该散热器被构造成冷却容器20。在该实施例中，散热器包括在模具端36处与容器20上表面相邻的流体通道50。流体通道50包括周向取向的蛇形沟槽52和盖板54，其中，蛇形沟槽52形成在罩22外表面的上部中，盖板54的尺寸设定为覆盖沟槽52。当盖板54安装成覆盖沟槽52时，流体通道50提供了大体封闭且连续的通道，流体可流经该通道流动以冷却容器20。

流体通道50经由细长导流件60与加压流体源流体连通，该细长导流件60容纳在沿罩22的侧部延伸的纵向沟槽61内。导流件60包括输入端口62，该输入端口62不仅与流体通道50的第一端部64流体连通，还经由供应管线(未示出)与加压流体源(未示出)流体连通。在该实施例中，流体为空气。流量控制装置(未示出)与加压流体源和/或供应管线连接，并且将该流量控制装置构造成允许由操作人员控制进入输入端口62的流体流量。导流件60还包括输出端口66，该输出端口66不仅与流体通道50的第二端部68流体连通，还与排放管线(未示出)流体连通。

图9示出其中用于与容器20一起使用的细长加热元件中的一个细长加热元件，并且其整体由附图标记70表示。加热元件70是一种筒型元件。在容器中升温需求最大的区域通常是模具端36和杆端40，二者分别称作模具端区域72a和杆端区域72b。因此，每个加热元件70构造成具有分段的加热区域。在该实施例中，如图9所示，每个加热元件70构造成具有模具端加热区段74和杆端加热区段76，这两个区段由中间未加热区段78分开。为了向加热元件通电并对其进行控制，向每个加热区段74和76提供了引线82。引线连接至各种总线(未示出)，这些总线转而连接至控制器(未示出)。总线的布置可根据容器20的加热需求采用合适的构造。在该实施例中，将总线构造成选择性地允许加热容器的模具端区域72a和杆端区域72b，或者更优选的是，操作人员视需要加热其一部分。在该实施例中，引线的布置使得能够单独控制加热元件70中的每个加热元件，并且也能够单独控制在每个加热元件70中的加热区段74和76中的每个加热区段。例如，操作人员通常可发现在下模具端区域72c和下杆端区域72e中的温度不足。在下模具端区域72c和下杆端区域72e附近的细长加热元件70构造成由操作人员控制以，在需要时，提供增大的温度。同样地，在上模具端区域72d和上杆端区域72f附近的细长加热元件70构造成由操作人员控制以，在需要时，提供减小的温度。还应理解，操作人员可有选择地加热区域，以便维持预选的坯料温度分布。例如，操作人员可将坯料温度分布选定为：朝向模具端方向坯料的温度逐渐增加，但横跨坯料的横截面区域温度分布恒定。该构造通常称作“渐缩”分布。具备在需要时选择性地加热区域的能力，使得操作人员能够调整和维持预选的温度分布，保证最佳的生产力。

每个温度传感器(未示出)构造成在操作期间监测容器的温度。两个钻孔42的定位使得能够将一个温度传感器置于上模具端区域72d中，并且将一个温度传感器置于下模具端区域72c中。同样地，两个钻孔44的定位使得能够将一个温度传感器置于上杆端区域72f中，并且将一个温度传感器置于下杆端区域72e中。在该实施例中，感测元件为热电偶。温度传感器发送信号到控制器中，从而向操作人员提供温度数据，通过这些数据可以调整后续温度。要理解的是，在罩22中温度传感器定位在衬垫24的上方和下方两处，有利地允许测量横跨衬垫24的竖直温度分布，而且还允许操作人员监测在挤出期间发生的任何竖直温度差。

在操作期间，操作人员监测从温度传感器输出的温度数据。有利地，流体通道50的位置允许通过增加流经流体通道50流体流量，以减少或消除在上模具端区域72d内的任何温度增大。要理解的是，通过加压流体供应管线提供的流体经由导流件60的输入端口62进入流体通道50的第一端部64。随着流体沿着流体通道50的长度行进至第二端部68，将热从罩22传递至流动的流体。该流体经由输出端口66从流体通道50离开并进入排放管线。要理解的是，从罩22向流动的流体传递热导致在容器20的上模具端区域72d内的温度减小。

此外，有利地，细长加热元件的定位也允许通过减少由位于衬垫24上方的加热元件70供应的热能，以减小或消除在上模具端区域72d内的任何温度增大。因此，由于每个加热元件单独可控，并且由于流经流体通道50的流体的流量也可控，所以也可精确控制横跨衬垫24和在容器20内的热分布。要理解的是，流经流体通道50的流体流量控制和由加热元件供应的热能的控制中的一个或两个都可用于控制横跨衬垫24和在容器20内的热分布。

要理解的是衬垫并不限于上述构造，在其它实施例中，该衬垫替代地具有其它构造。例如，于2012年9月17日提交的、题为“挤出机容器及其衬垫”的美国专利申请公开2013/0074568号，其内容通过引用整体并入本文，如其所述，衬垫可以替代地包括坯料接收通路，该通路具有大致矩形横截面轮廓，该轮廓可包括扩口端部、圆角和圆边中的任一种。

尽管在上述实施例中，流体通道包括在罩的外表面的上部中形成的周向取向的蛇形沟槽，但是在其它实施例中，该沟槽可具有其它构造。例如，在其它实施例中，流体通道可以替代地包括在罩的外表面的上部中形成的纵向取向的蛇形沟槽。本领域技术人员应理解仍然其它沟槽构造是可能的。此外，该沟槽未必是蛇形的，并且在其它实施例中，该沟槽可以替代地具有非蛇形构造。

尽管在上述实施例中，用于细长加热元件的纵向钻孔延伸该罩的长度，但是在其它实施例中，用于细长加热元件的纵向钻孔可以替代地仅延伸该罩的部分长度。例如，在一个实施例中，纵向钻孔可以替代地从罩的杆端延伸至距离罩的模具端约半(0.5)英寸处。

尽管在上述实施例中，细长加热元件构造成具有模具端加热区段和杆端加热区段，但是在其它实施例中，细长加热元件可以替代地构造成具有更多的或更少的加热区段，和/或可以替代地构造成沿加热筒的整个长度加热。

尽管在上述实施例中，在下模具端区域和下杆端区域附近的细长加热元件被描述为构造成由操作人员控制以提供增大的温度，要理解的是，这些细长加热元件也构造成由操作人员控制以提供减小的温度。同样地，尽管在上述实施例中，在上模具端区域和下杆端区域附近的细长加热元件被描述为构造成由操作人员控制以提供减小的温度，要理解的是，这些细长加热元件也构造成由操作人员控制以提供增大的温度。

尽管在上述实施例中，罩包括四个用于容纳温度传感器的钻孔，但是在其它实施例中，罩可以替代地包括更多或更少用于容纳温度传感器的钻孔。

尽管在上述实施例中，用于容纳温度传感器的钻孔延伸罩的部分长度，但是在其它实施例中，这些钻孔可以替代地延伸罩的全部长度。在相关实施例中，温度传感器可以替代地是“筒”型温度传感器，并且可以替代地包括沿其长度定位的多个温度感测元件。

尽管在上述实施例中，流体是空气，但是在其它实施例中，可以替代地使用一种或多种其它合适的流体。例如，在其它实施例中，流体可以是氮气和氦气中的任一种。在其它实施例中，流体可以在进入流体通道之前被冷却装置冷却。

尽管在上述实施例中，流体通道包括在罩的外表面的上部中形成的沟槽，但是在其它实施例中，也可能是其它构造，在该其它构造中流体通道与罩热连通。例如，在其它实施例中，流体通道可以替代地包括在罩的外表面的一个或多个其它部分中形成的沟槽。在仍然其它实施例中，流体通道可以替代地包括穿过罩内部的流体通道。

尽管上文已参照附图描述了实施例，但是本领域的技术人员应理解，在不偏离所附权利要求限定的本发明的范围的前提下可以进行变化和修改。

Claims (21)

1.一种用于在金属挤出机中使用的容器，所述容器包括：

罩，所述罩具有细长本体，所述细长本体包括轴向钻孔；

细长衬垫，所述衬垫被容纳在所述轴向钻孔内，所述衬垫包括纵向延伸的通路，坯料通过所述通路前进；和

流体通道，所述流体通道与所述罩热连通，用于冷却所述容器的流体流动通过所述流体通道。

2.根据权利要求1所述的容器，其中，所述流体通道包括在所述罩的外表面中形成的至少一个沟槽。

3.根据权利要求2所述的容器，其中，所述至少一个沟槽是蛇形沟槽。

4.根据权利要求2或3所述的容器，其中，所述罩具有大体筒形形状，并且其中所述至少一个沟槽的至少一部分在周向方向上延伸。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的容器，其中，所述流体通道还包括盖板，所述盖板覆盖所述至少一个沟槽。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的容器，还包括导流件，所述导流件被构造成起到下述作用中的一个或多个作用：将流体引导到所述流体通道中；以及将流体引导出所述流体通道。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的容器，其中，所述流体通道与所述容器的模具端相邻。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的容器，其中，所述流体通道与所述容器的上部相邻。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的容器，其中，所述流体是气体。

10.根据权利要求9所述的容器，其中，所述气体是空气。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的容器，其中，所述罩被构造成用于连接至挤出机。

12.一种用于挤出机容器的罩，所述罩包括：

细长本体，所述本体包括轴向钻孔，所述轴向钻孔用于容纳衬垫，坯料通过所述衬垫前进，所述本体具有与所述罩热连通的流体通道，用于冷却所述容器的流体流动通过所述流体通道。

13.根据权利要求12所述的罩，其中，所述流体通道包括在所述罩的外表面中形成的至少一个沟槽。

14.根据权利要求13所述的罩，其中，所述至少一个沟槽是蛇形沟槽。

15.根据权利要求13或14所述的罩，其中，所述罩具有大体筒形形状，并且其中所述至少一个沟槽的至少一部分在周向方向上延伸。

16.根据权利要求13至15中的任一项所述的罩，其中，所述罩被构造成接收盖板，所述盖板用于覆盖所述至少一个沟槽。

17.根据权利要求13至16中的任一项所述的罩，其中，所述至少一个沟槽与所述罩的模具端相邻。

18.根据权利要求13至17中的任一项所述的罩，其中，所述至少一个沟槽形成在所述罩的上部中。

19.根据权利要求12至18中的任一项所述的罩，其中，所述罩被构造成具有被安装到所述罩的导流件，所述导流件被构造成起到下述作用中的一个或多个作用：将流体引导到所述流体通道中；以及将流体引导出所述流体通道。

20.一种控制金属挤出机的容器的温度的方法，所述方法包括：

使流体流动通过与所述容器的罩热连通的流体通道以冷却所述容器；

控制所述流体的流量以调整所述容器的温度。

21.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括：

控制由被容纳在所述罩中的至少一个加热元件供应的热能。