CN109311119A - 固态挤压和粘合工具 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于进行固态混合金属挤出和粘合工艺的挤出和粘合工具，该工具用于挤出挤出材料并将挤出材料粘合到基板。该工具可包括可旋转心轴，其中该可旋转心轴布置成在使用中接触基板并且使基板变形。该工具可包括：模具；和引导部，其中该引导部布置成使得在使用中通过模具挤出的挤出材料在朝向工具的中心轴线的方向上被引导。

Description

固态挤压和粘合工具

技术领域

本发明涉及一种挤出和粘合工具，一种用于挤出和粘合工具的挤出机头，用于形成粘合和挤出工具的成套部件以及一种使用粘合和挤出工具的方法。特别地，本发明涉及一种用于进行固态金属加工的工具，该工具包括挤出金属并将其粘合到金属基板上。

背景技术

已知许多技术用于将两种材料接合在一起。这些技术包括熔焊，如激光焊接，电子束焊接，金属惰性气体(MIG)焊接或钨惰性气体(TIG)焊接，摩擦焊接或称为摩擦搅拌焊接(FSW)的变型、钎焊、铆接和粘合剂粘接。然而，这些接合方法存在各种问题，这些接合方法降低了接头的质量或使接合过程变得困难。

例如如WO 03/043775所述获知用于接合部件的替代固态方法，该方法适用于接合铝(或其他轻金属)部件以用于结构应用。该方法包括在将填充材料挤出到待接合表面之间的间隙中之前立即从待接合表面除去氧化物，以使两个表面彼此粘合。该方法可以称为混合金属挤出和粘合(HYB)方法。该方法基于填料/粘合材料的挤出原理，并且目的是减少或消除现有技术方法的缺点，诸如与FSW方法相关的过度加热和/或由于使用熔融粘合中通常需要的保护气体而产生的接头中的其他孔隙率。

HYB工艺背后的基本思想是使得能够实现诸如铝板的板和使用填充材料添加物的型材的固态接合，而不会导致形成弱/软焊区(其可以称为热影响区(HAZ))，与常规熔焊和FSW一样。

WO2013/095160公开了一种用于执行混合金属挤出和粘合(HYB)工艺的装置。然而，已经发现该装置具有局限性，诸如缺乏灵活性和稳健性，这可能妨碍其以商业规模使用的能力。因此，需要一种替代装置来进行混合金属挤出和粘合过程。

发明内容

在其最广泛的方面，本发明提供了一种用于挤出挤出材料并将挤出材料粘合到基板的挤出和粘合工具。

挤出和粘合工具用于进行固态混合金属挤出和粘合工艺，其中该工具用于挤出金属挤出材料并将挤出材料粘合到金属基板。

挤出材料和基板可以由金属制成。当使用工具时，挤出材料和基板可以处于固态。在由工具执行的挤出和粘合工艺中，挤出材料和基板可能不会熔化。例如，挤出材料可以以固态挤出，并且挤出材料可以在挤出腔室内变形和/或塑化。

挤出材料和/或基板可以由可塑性变形和/或以其固态可加工的金属制成。挤出材料和/或基板可以由铝制成。

该工具可以布置成挤出挤出材料并将其沉积在基板上，使得挤出的挤出材料粘合到基板。

粘合和挤出工具可以是用于进行混合金属挤出和粘合(HYB)工艺的工具。

本发明还可包括使用粘合和挤出工具的方法。该方法可包括使用该工具挤出挤出材料(例如，固体挤出材料)并且将挤出的挤出材料粘合到基板。这可以在挤出材料和基板都处于固态时进行。

粘合和挤出工具(可以简称为工具)可以包括以下任选特征中的任何一个或多个。

该工具可以包括旋转的，即可旋转心轴。旋转心轴是在使用时将旋转/被旋转的心轴。心轴可以称为旋转或可旋转心轴。可旋转心轴可以被布置成在使用中接触基板并且使基板变形。

本发明可提供一种用于挤出挤出材料并将挤出材料粘合到基板的挤出和粘合工具，该工具包括：可旋转心轴，其中旋转心轴被布置成在使用中接触基板并且使基板变形。

在第一方面，本发明可以提供一种用于进行固态混合金属挤出和粘合工艺的挤出和粘合工具，其中该工具用于挤出金属挤出材料并且将挤出材料粘合到金属基板，该工具包括：挤出腔室；和可旋转心轴，其中可旋转心轴被布置成在使用中接触基板并且使基板塑性变形，并且其中该工具被布置成使得在使用中挤出材料在由于心轴的旋转而通过模具被挤出到变形的基板上之前被接收在挤出腔室中并且在挤出腔室内被塑化。当工具包括布置成在使用中接触基板并且使基板变形的心轴时，旋转心轴可以使基板变形，以促进基板与挤出的挤出材料(其可以称为挤出物)之间的粘合(例如，金属粘合)。

心轴可以被布置成使基板塑性变形和/或从基板上去除表面层，例如表面氧化物。由于氧化物分散和/或剪切变形，这可以促进挤出材料和基板之间的金属粘合。

旋转心轴可以不完全浸没在基板中(即，不在其整个圆周上包围)，而是仅可以使用心轴的边缘部分来使基板的表面变形。因此，该工具可以不是用于摩擦搅拌焊接的工具，其中变形部件浸没在基板中并且移动通过待接合表面附近的主体部件的一部分。相反，本发明涉及使用心轴的仅一部分来使基板的表面层变形/去除基板的表面层，以促进粘合。

与摩擦搅拌焊接相反，在使用工具将两个部件接合在一起的情况下，在两个部件之间可能存在间隙。此外，挤出材料可以在工具接触基板之前在工具内被塑化，而不是如在涉及填充材料的典型摩擦搅拌焊接中通过与基板接触而被塑化。

可旋转心轴(如果存在的话)可以以100rpm至900rpm，200rpm至600rpm，300rpm至500rpm或约400rpm的速度旋转。精确的速度可取决于许多因素，诸如工具前进速度或材料特性。

这些特征中的一个或多个(以及可选地工具和方法的其他特征)可以意味着使用本工具接合的材料的温度可以维持在比使用摩擦搅拌焊更低的温度(使得可以提高接头质量)。而且，由工具和/或旋转心轴施加的力可以更小。

心轴可以例如包括切割(即，变形)表面，该表面使在使用期间与其接触的基板变形。切割表面可以例如是在心轴的在使用中接触基板的部分上的粗糙和/或凹槽表面。切割/变形表面可以被布置，例如，粗糙化，使得当该表面抵靠基板移动，诸如旋转时，它使基板变形。

切割表面可以设置在心轴的尖端处。

在使用中，心轴可以抵靠基板的表面旋转以使基板变形。

也可以用于引起挤出材料的挤出的旋转心轴，也可以方便地使基板变形以促进挤出材料和基板之间的粘合。因此，该工具可包括单个移动部分(即，心轴)，所述单个移动部分执行多个动作(例如，制备基板并且挤出挤出物)。

在使用中，心轴可使基板变形并且形成挤出腔室的至少一部分。心轴的旋转可能导致基板变形和挤出材料的挤出。因此，心轴可具有引起挤出物挤出和基板变形的双重功能。这两个步骤可以同时发生。

心轴可以布置成在使用中使基板变形(同时引起挤出材料的挤出)，并且然后将挤出物沉积到变形的基板上。

心轴可以布置成使得当其旋转时，它可以使基板变形并引起挤出材料的挤出。

心轴的旋转可以将挤出材料移动到挤出腔室中，使挤出材料移动通过挤出腔室和/或使挤出材料通过工具的模具挤出。

挤出物可以围绕心轴挤出。这可能在工具的主体内。挤出物可在离开工具并与其粘合的基板接触之前挤出。

在使用中，工具可以在一个方向上移动，使得它在基板上沉积一条挤出物。该方向可以称为行进方向。

该工具可以包括支撑件，该支撑件可以在期望的方向上保持和移动该装置。该工具可以布置成以近似恒定的速度移动。

当工具沿行进方向移动时，工具可首先使基板变形，然后将挤出的材料沉积在基板上。因此，该方法可以包括旋转心轴，移动工具，使用旋转心轴使基板变形以及将挤出的挤出物沉积在变形的基板上。

该工具可以布置成使挤出物挤出到已经通过心轴而变形的表面上。

处于挤出材料即将沉积在其上的位置的工具前方的方向可以被称为向前方向，并且处于刚好已经沉积挤出材料的位置的工具后面的方向可以被称为向后方向。在使用中，工具可以在向后至向前方向上移动。心轴可以在挤出材料被挤出的位置的前方，例如，模具或挤出材料被引导到的地方。因此，在使用中，心轴可位于挤出材料的前方。

挤出物可以在心轴后方的位置沉积在基板上，即相对于工具的行进方向在心轴后面。

在使用中，心轴(例如，其旋转心轴)可以与工具的行进方向垂直，或基本垂直，或在垂直的15度内。在使用中，工具可以在基板上沉积挤出物条带(例如，粒/串)。心轴(例如，其旋转心轴)可以与沉积的挤出物延伸的方向和/或沉积的挤出物的顶表面垂直，或基本垂直，或在垂直的15度内。

在使用中，心轴(例如，其旋转心轴)可以在不平行于基板表面的方向上延伸。

如果认为基板在水平平面中延伸，则心轴可以是垂直的，基本上垂直的，或者在垂直的45度内。

心轴可包括心轴尖端，该心轴尖端在使用中布置成接触基板并且使基板变形。心轴尖端可以在其至少一部分上具有切割表面。

心轴尖端可以是心轴的在心轴的一端或朝向心轴的一端的一部分，即，这不一定仅是端面，而是心轴的端部处的一定体积，其可以包含端面。

例如，心轴可包括心轴主体和心轴尖端，或由心轴主体和心轴尖端组成。

心轴主体可以与驱动机构接合并由驱动机构驱动，该驱动机构用于使心轴旋转。

心轴可在操作期间连续旋转。这使得心轴的变形表面的旋转可以是连续的，从而可以连续地发生变形并且挤出物的挤出可以是连续的。

该工具可包括驱动机构。驱动机构可以布置成使心轴旋转。

心轴尖端可以设置在心轴的一端，即心轴主体的一端。心轴尖端可以是心轴的在使用中与基板接触的唯一部分。

心轴尖端的直径可以小于心轴主体的直径。

心轴尖端可以是锥形的和/或圆锥形的。

心轴可以是细长构件，其在使用中绕其中心轴线旋转。心轴的长度可以大于其直径。

该工具可包括挤出腔室。该工具可以布置成接收挤出材料，挤出挤出材料并将挤出的挤出材料沉积在基板上(在挤出物沉积在基板上之前，旋转心轴可能已经使基板变形)。挤出材料(例如，可以是金属丝的形式)可以容纳在挤出腔室中并在挤出腔室内塑化，然后通过模具挤出到基板上。

挤出材料在挤出时可以处于固态。挤出材料可以在挤出腔室内塑性变形(即，塑化)并且/或在挤出材料从挤出腔室通过模具挤出时。因此，工具可以布置成使得挤出材料在挤出时塑性变形。这可能导致挤出材料的表面(例如，表面氧化物)变形。因此，这可能导致挤出物表面层的去除/分散/变形。这可以有助于促进挤出物和变形基板之间的金属粘合。

因此，心轴的旋转可能导致基板和挤出材料两者上的表面层的分散或变形。

旋转心轴可以形成挤出腔室的至少一部分。例如，旋转心轴可以形成挤出腔室的至少两个或至少三个壁。

挤出腔室可以由心轴表面上的凹槽形成。凹槽可以围绕心轴的整个圆周延伸。

可以通过在心轴的外表面中加工凹槽来形成凹槽。

或者，挤出腔室可以至少部分地由安装和/或固定在心轴上的部件形成。

心轴可包括较大直径部分(这可以是模具部分)。这可以形成挤出腔室的底表面。

安装和/或固定在心轴上的部件可以与较大直径部分间隔开以形成挤出腔室的凹槽。

安装和/或固定在心轴上的部件可以是围绕心轴延伸的环形构件，并且可以称为心轴环。

心轴环可以是与心轴主体分开的部件，以便简化工具的组装，特别是简化挤出腔室的组装。

挤出腔室可以在三个侧面上具有移动壁(其可以由旋转心轴提供)和在第四侧面上具有固定壁。

具有多个(诸如，三个)移动壁的挤出腔室意味着它可以在旋转期间对进入的固体挤出材料(例如，铝填充线)施加摩擦拖曳力(同时至少一个壁是静止的并且可以抵抗运动)，当心轴开始运动时，挤出材料被迫朝向挤出腔室的端部，即固定支座，并且通过一个或多个模具开口中的一个(其例如可以在挤出机心轴头和/或固定钢壳体中)流动。

挤出腔室可以是围绕心轴的至少部分圆周延伸的通道。例如，挤出腔室可以围绕心轴的至少270度延伸。挤出腔室可以是心轴上的凹槽的一部分，其在挤出材料的入口点和迫使挤出材料离开腔室的支座之间延伸。

心轴可包括挤出腔室部分。该部分可位于心轴主体和心轴尖端之间。

心轴还可包括模具部分，该模具部分提供一个或多个模具的至少一部分，用于挤出材料的挤出。心轴中的模具可包括开口模具和/或闭合模具。

如果存在开口模具，则开口模具可以是心轴表面中，模具部分和/或心轴尖端上的凹槽形式。如果存在闭合模具，则闭合模具可以是穿过心轴，例如，心轴模具部分和/或心轴尖端的孔的形式。

因此，在从使用中接触基板的端部的方向上，心轴可包括心轴尖端(其可被称为变形或切割部分)、模具部分(其为挤出材料提供一个或多个模具)、挤出腔室部分和心轴主体。

该工具可以布置成使得当心轴旋转时，挤出材料被移动(例如拉动)到挤出腔室中。工具可以布置成使得心轴的旋转使挤出材料移动通过挤出腔室。心轴的旋转可迫使挤出材料通过模具。

当固体金属挤出材料移入并通过挤出腔室时和/或当迫使它通过模具被挤出挤出腔室时，它可以变形。

该工具可包括挤出机壳体。挤出机壳体可包围心轴的至少一部分或围绕心轴的至少一部分延伸。挤出机壳体或挤出机壳体的至少一部分可与心轴一起形成挤出腔室。挤出机壳体可以在心轴的挤出部分的上方和下方接触心轴以形成挤出腔室。

挤出机壳体可以是单个部件。或者，挤出机壳体可包括多个部件，所述多个部件可包括例如挤出腔室约束部分(其形成挤出腔室的一个壁)和外壳。

挤出机壳体可以在心轴的模具部分处接触心轴。挤出机壳体可以与心轴一起形成一个或多个模具，挤出材料通过该模具挤出。

挤出机壳体和心轴可一起形成挤出机头，该挤出机头包括挤出腔室和一个或多个挤出模具。

虽然挤出机壳体和心轴可以配合在一起以形成挤出腔室，但是由于所涉及的高力，挤出材料可能通过固定壳体和旋转心轴之间的密封件泄漏。鉴于此，壳体可设置有穿过其中的槽。槽可以允许移除在发生这种泄漏时形成的挤出材料溢料。槽可以成形为允许插入加工工具，该加工工具可以移除挤出材料溢料。这样的槽可以允许解决挤出材料泄漏问题，而不会显著影响挤出机壳体的机械完整性。

该工具可包括支座，该支座至少部分地阻挡挤出腔室。支座可以是固定支座，即在使用期间相对于壳体固定。支座可以通过挤压模具引导和/或迫使挤出材料离开腔室。

支座可以是挤出壳体的一部分。或者，支座可以是单独的部件，其可以相对于挤出壳体附接或固定。例如，支座可以通过机械互锁装置固定到挤出机壳体上。将支座作为单独部件的优点在于，如果它随着时间的推移而磨损或损坏，则可以容易地更换。

心轴可以从挤出壳体突出，例如，心轴可以沿轴向从壳体突出。

心轴可以从壳体突出，使得在使用中，心轴接触基板。

壳体可包括在使用中接触基板的表面。表面可以是支撑/密封表面。然而，挤出机壳体的支撑表面可以不设置成使基板变形。相反，支撑表面可以接触基板并在基板上支撑工具并在基板上形成密封。工具可以布置成使得当支撑表面与基板接触时，心轴处于使得其接触基板并且使基板变形的位置。

挤出机壳体的支撑表面也可以设置成在使用中在挤出机头和基板之间形成密封。因此，在这种情况下，支撑表面也可以称为密封表面。

粘合和挤出工具可以用于将两个基板接合在一起。该工具可用于将两个基板接合在一起。该方法可包括接合两个基板。两个基板可以各自由金属制成。这可以是相同的金属，或者两个基板可以是不同的金属。例如，两个基板可以都是铝(相同组成或不同组合物)。一个基板可以由铝制成，并且一个基板可以由钢制成。

在工具用于接合两个基板的情况下，基板可以定位成使得它们各自具有彼此面对的面，这些面通过间隙彼此分开。在使用中，工具可以布置成接触围绕一个或两个基板上的间隙的该表面并且使该表面变形，并且将挤出的挤出材料沉积到彼此面对的表面上，以便用挤出的挤出材料填充间隙并且将两个基板粘合在一起。

例如，如果工具用于接合两个铝部件，则心轴可在使用期间接触两个基板并使两个基板变形。如果工具用于将钢部件接合到铝部件，则旋转心轴可以仅使铝部件变形。在使用中，心轴可能不接触钢部件。因此，在两个基板被接合在一起的情况下，心轴可以仅使一个基板变形。

在角焊的情况下，间隙实际上可以是在相对于彼此以一定角度延伸的两个基板彼此接触的点附近的缝隙。

当工具用于将两个基板接合在一起时，心轴的尖端可以容纳在两个基板之间的间隙中。因此，工具可以布置成使得在使用中，心轴延伸到两个基板之间的间隙(或缝隙)中。

基板可以各自是部件的表面。基板可以是其中部件之一的面，该面朝向通过工具与之接合的部件。

该工具可以布置成在使用中接触两个基板变形并且使两个基板变形，并且将挤出的挤出材料沉积在两个变形的基板之间，以便将两个部件接合在一起。这两种部件可以通过挤出物与每个部件的基板粘合(即，金属粘合)的事实接合在一起。

该工具可以在两个基板之间产生焊缝/接合。该焊缝可以完全穿透两个部件之间的间隙。焊缝可包括盖层。这可以是焊缝的一部分，其延伸到被接合的部件的顶表面之上。这可以补偿在加工过程中挤出材料中可能的强度损失和/或挤出物比接合的部件更弱的事实。

该工具可以布置成使得挤出机壳体接触一个或两个基板的外表面(即，使用中面向工具的主体的表面)并且心轴的尖端被接收在两个基板之间。

该工具可以布置成使得在使用中，心轴尖端接触两个基板中的一个或两个的彼此面对的表面的至少一部分并使其变形。

心轴尖端可以被称为浸没尖端，因为在使用中它被接收，即浸没在两个基板之间的间隙中。

该方法可以包括对两个基板定位(例如，诸如板的部件)，使得待接合的基板的面彼此面对并且相隔一段距离以在它们之间形成间隙。间隙的宽度可以小于心轴的尖端的直径，例如，使得在使用过程中，心轴尖端可以接触基板并且使基板变形。或者，该间隙可以大于心轴的尖端的直径，例如，心轴尖端仅与其中一个表面接触。

挤出机壳体的支撑表面可以与每个基板的表面接触(其可以是与将变形并粘合到挤出材料的表面不同的表面)。心轴尖端可以被接收在两个基板之间的间隙中。心轴可以旋转，使得与心轴接触的基板的表面变形，并且使得在表面通过心轴的旋转变形之后，挤出材料从挤出机头挤出到间隙中。工具可以沿着间隙移动，使得通过变形的表面在基板之间形成连续的接头，然后将每个接头接合到挤出的(即，变形的固体)挤出材料。

该工具可用于在基板的表面上沉积一层材料(即，挤出物)。这可能不是为了将基板粘合到第二基板上，而是仅仅使得将额外的材料沉积在基板上，例如，用于板上堆焊沉积或附加层制造(也可称为附加制造或3D打印)。

挤出机壳体可以是工具的固定部分，例如，挤出机外壳可能不会旋转。心轴可相对于挤出机壳体旋转。

该工具可包括模具，挤出材料通过该模具挤出。该工具可包括多个模具(即，挤出模具)。

多个模具可以允许从挤出腔室中平行地挤出材料(相对于时间而不是必然的方向)。换句话说，该工具可包括多个模具，通过该模具可以同时挤出单个挤出腔室中的材料。

多个模具的存在意味着可以控制铝从工具流出。例如，挤出物可以在工具的操作，例如单程过程中沿多个方向挤出。这可以使挤出物与旋转心轴接触，以促进与挤出物所接合的部件的混合/粘合。

挤出材料可以沿切向/圆周方向进入工具，并且可以在轴向、径向和/或倾斜方向(即，与轴向方向和径向方向成一角度)中的一个或多个方向上挤出和/或引导。

多个模具的存在意味着挤出挤出材料的挤出压力可低于具有单个模具的装置。因此，这可以降低工具失效和/或过度的挤出材料溢料形成的风险。在模具中和模具下方(例如，在间隙中，如果两个部件接合的话)也可能存在降低压降(与仅具有一个固定模具相比)。这可以允许增加填充材料的穿透深度(例如，与挤出材料所指向的间隙的顶部相比)。

多个模具可以全部与单个挤出腔室连通。

多个模具中的每一个可用于将挤出物挤出到基板上。

挤出腔室可以具有用于挤出材料的单个入口/进口和用于挤出材料从挤出腔室出来的多个出口(即，模具)。

本发明可提供一种用于挤出挤出材料并将挤出材料粘合到基板的挤出和粘合工具，其中该工具包括多个模具。

在另一方面中，本发明可以包括用于进行混合金属挤出和粘合工艺的挤出和粘合工具，该工具用于挤出金属挤出材料并且将挤出材料粘合到金属基板，该工具包括：挤出腔室；和多个模具，挤出材料通过与挤出腔室相关联的多个模具挤出，其中工具被布置成使得在使用中挤出材料被接收在挤出腔室中并且在挤出腔室内被塑化，然后通过模具中的一个被挤出到基板上。

多个模具可以与单个挤出腔室相关联。因此，可以存在单个挤出材料源，其被迫通过挤出腔室并且通过多个挤出模具中的一个。

该工具可包括一个或多个固定/静止模具和/或可包括一个或多个移动模具。

本发明可提供一种用于挤出挤出材料并将挤出材料粘合到基板的挤出和粘合工具，该工具包括：移动模具，挤出材料通过该移动模具挤出。

在另一方面，本发明可提供一种用于进行固态混合金属挤出和粘合工艺的挤出和粘合工具，其中该工具用于挤出金属挤出材料并且将挤出材料粘合到金属基板，该工具包括：主体和旋转模具，挤出材料通过所述旋转模具挤出，其中旋转模具相对于工具的主体移动，其中挤出材料在使用中通过旋转模具在能够围绕绕工具的旋转轴线的圆周路径变化的位置挤出。

当工具包括挤出腔室时，一些挤出材料在挤出腔室中时可以从其进入挤出腔室的点与移动模具接触，并且一旦挤出材料已经围绕挤出腔室移动了一定的距离并且挤出腔室内的压力增加到超过阈值挤出压力，就可以迫使挤出材料通过移动模具。

另一方面，本发明提供一种用于进行混合金属挤出和粘合工艺的挤出和粘合工具，该工具用于挤出金属挤出材料并且将挤出材料粘合到金属基板，该工具包括：挤出腔室；以及移动模具，挤出材料通过该移动模具被挤出，其中一些挤出材料在挤出腔室中时从其进入挤出腔室的点与移动模具接触，并且一旦挤出材料已经围绕挤出腔室移动了一定距离并且挤出腔室中的压力已经增加到超过阈值挤出压力，挤出材料就被迫通过移动模具。

一个或多个移动模具的存在可允许迫使挤出材料离开模具所需的挤出压力更低。因此，这可以降低工具失效和/或过度的挤出材料溢料形成的风险。在模具中和模具下方(例如，在间隙中，如果两个部件接合的话)也可以存在降低压降(与仅具有一个固定模具相比)。这可以允许增加填充材料的穿透深度(例如，与挤出材料所指向的间隙的顶部相比)。

当工具包括挤出壳体时，可以在挤出壳体中设置一个或多个模具。这些可以各自是固定模具。

当工具包括心轴时，可以在心轴中提供一个或多个模具。这些模具可以各自是移动模具。因此，可旋转心轴可以形成用于挤出挤出材料的模具(即，为模具提供开口)。

因此，工具可包括一个或多个固定模具和/或一个或多个移动模具。

移动模具可以是相对于工具的主体和/或外壳移动的模具。例如，移动模具可以旋转。因此，移动模具可以被称为旋转的模具。移动模具可以是这样的模具，其中挤出材料在可以相对于工具的主体和/或外壳体而变化的位置被迫通过模具。例如，如果移动模具是旋转模具，则挤出材料可以在可以围绕绕例如心轴的旋转轴线的圆周路径变化的位置处挤出通过模具。

移动模具(即，挤出腔室的出口)可相对于挤出腔室的入口移动。

例如，挤出腔室可以围绕旋转的心轴的一部分延伸。挤出材料可以在周向和/或径向方向上在挤出腔室入口处进入挤出腔室。入口的位置可以相对于主工具体固定。移动模具可以位于心轴上并且可以相对于挤出腔室旋转，并且因此可以相对于挤出腔室入口沿周向移动。

挤出材料在被挤出通过移动模具之前，可以通过移动模具移动非固定(即，可变)的距离。该距离可取决于诸如挤出腔室中的压力和被挤出材料的性质之类的因素。

移动模具可在工具的挤压和/或操作期间移动。

一个或多个移动模具和/或引导部可以是螺旋形的开口槽的形式。这可以在旋转心轴的中/上。这可以控制铝从工具中流出。例如，它可以将挤出物向内引向工具的中心，旋转心轴可以位于工具的中心。

螺旋模和/或引导部可以在部件(例如，螺旋模和/或引导部所处的心轴)的旋转期间用作“阿基米德螺旋”。这可以增加通过螺旋模和/或引导部的挤出物的穿透深度。

每个模具(移动或固定)都可以与挤出腔室连通，并且当在模具位置处的挤出腔室内的压力高于阈值压力时，挤出材料可以通过移动模具挤出。在一个实施例中，工具可以包括挤出机壳体中的单个固定模具和旋转心轴中的多个移动模具。

在使用中，挤出材料可以被拉入挤出腔室中并且被迫在围绕旋转心轴的路径中。当挤出材料在挤出腔室中时，挤出材料可以从其进入挤出腔室的点与移动模具中的一个接触，并且一旦挤出材料已经围绕挤出腔室移动一定距离并且挤出腔室中的压力增加到超过阈值挤出压力，挤出材料就被迫通过移动模具。

该工具可以布置成使得在使用中将挤出材料在心轴尖端后方的位置通过移动模具挤出。

然而，挤出材料可以通过一个或多个移动模具在心轴前方的位置挤出。

挤出材料可以开始通过移动模具在心轴的前方和/或侧方(即，不是后方)的位置挤出。在这种情况下，挤出材料可以从模具被沉积或引导到心轴后方的位置。

一个或多个固定模具可以位于心轴的前方和/或后方。

在挤出腔室的端部可能存在支座。挤出腔室中的挤出材料可以到达支座，并且然后通过固定模具和/或移动模具被挤出。

该工具可包括一个或多个引导部(其可被称为挤出物引导部)。引导部可以在挤出材料通过模具之后引导挤出的挤出材料。

引导部的存在意味着可以控制铝从工具流出。这可以使挤出物与旋转心轴接触，以促进与挤出物所接合的部件的混合/粘合。

该工具可以布置成在与挤出物挤出通过模具的方向不同的方向上引导挤出物。

例如，挤出材料可以在轴向或基本轴向方向上挤出，并且然后可以在非轴向(诸如，倾斜或径向)的方向上被引导。

所述工具可包括引导部，该引导部被布置成使得在使用中，通过模具挤出的挤出材料在朝向工具的中心轴线的方向上被引导。

该工具可包括引导部(例如，通道)，该引导部布置成使得在使用中，挤出穿过模具的挤出材料在工具后方的方向上被引导。这可以是相对于心轴的径向方向，并且可以是在远离心轴的方向上。该方向可以基本垂直于工具的中心轴线。

本发明可提供一种用于挤出挤出材料并将挤出材料粘合到基板的挤出和粘合工具，该工具包括：模具，其中该工具被布置成使得在使用中通过模具挤出的挤出材料被导向与挤出物被挤出的方向不同的方向。

在另一方面，本发明可提供一种用于挤出挤出材料并将挤出材料粘合到基板的挤出和粘合工具，该工具包括：模具，其中该工具被布置成使得在使用中通过模具挤出的挤出材料被导向工具的中心轴线。

在另一方面，本发明可提供一种用于进行固态混合金属挤出和粘合工艺的挤出和粘合工具，该工具用于挤出金属挤出材料并且将挤出材料粘合到金属基板，该工具包括：模具和引导部；其中，引导部布置成使得在使用中，通过模具挤出的挤出材料由工具导向不同于挤出物通过模具被挤出和/或朝向工具的中心轴线被引导的方向的方向/朝向该方向引导。

本发明可提供一种用于挤出挤出材料并将挤出材料粘合到基板的挤出和粘合工具，该工具包括：模具和引导部，其中引导部被布置成使得在使用中通过模具挤出的挤出材料沿远离工具的中心轴线的方向被引导。

当工具包括旋转心轴时，引导部可以布置成使得在使用中，通过模具挤出的挤出材料沿朝向可旋转心轴的中心轴线的方向被引导。

引导部可以是模具的一部分和/或可以是通道、凹槽或孔，其位于模具的下游(相对于挤出物的移动方向)位置。

引导部可以是心轴上的一个或多个凹槽。

引导部可以是挤出机壳体中的通道。

在另一方面，本发明可提供一种用于挤出挤出材料并将挤出材料粘合到基板的挤出和粘合工具，该工具包括：可旋转心轴、模具和引导部，其中引导部被布置成使得，在使用中，通过模具挤出的挤出材料沿朝向可旋转心轴的中心轴线的方向被引导。

该工具可包括多个引导部。每个引导部可以关于模具提供。每个引导部可以引导挤出物从相应的模具挤出。

当工具包括多个引导部时，至少两个或每个引导部可以沿不同方向引导挤出物。这些可以是非平行方向。例如，来自一个模具的挤出物可以沿平行于工具的中心轴线/心轴的旋转轴线的方向被引导，并且来自另一个(或多个模具)的挤出物可以沿与工具的中心轴线/心轴的旋转轴线成角度的方向被引导。与工具的中心轴线/心轴的旋转轴线成一定角度的方向可以使得挤出物以一定角度被导向(或远离)工具的中心轴线/心轴的旋转轴线，和/或可以使得挤出物以一定角度被导向心轴周围，使得挤出物导向至少部分圆周方向上。

引导部可以将挤出物引向心轴的尖端，尖端的至少一部分(例如，心轴尖端的侧面)在使用中接触基板。附加地或替代地，引导部可以将挤出物导引到心轴后方的位置。

来自固定模具的挤出物可以沿与来自移动模具的挤出物不同方向被引导。该工具可包括在与工具/心轴的轴线平行(或基本平行)的方向上引导来自固定模具的挤出物的引导部，和/或可包括沿朝向工具/心轴的中心轴线的方向引导挤出物的引导部。

该工具可以布置成使得在使用中，挤出物在基板已经通过旋转心轴而变形之后被引导到基板的表面。

该工具可以连续挤出挤出材料。这可以通过连续旋转心轴来实现。

该工具可以设置成使得在使用中，它可以移动，使得挤出物条带沉积在变形的基板上，使得挤出物条带被粘合到基板。

基板可以是金属，例如轻金属，诸如铝(包括铝合金)。

当工具用于将两个基板接合在一起时，这两个基板可以是相同的材料。或者，这两个基板可以是不同的材料。例如，一个基板可以是轻金属，诸如铝，而另一个基板可以是非轻金属，诸如钢。

心轴可具有1mm至20mm、1mm至10mm、2mm至7mm或约5mm的半径(例如，心轴的主体)。

心轴可以由合适的耐热和耐磨的高强度材料制成，例如钢。

挤出壳体可以由合适的耐热和耐磨的高强度材料(诸如，钢)制成。

由于其小半径，心轴可能易于剪切断裂。因此，该工具可以设计成在挤压和粘合期间使作用在旋转心轴上的剪切力最小化。例如，心轴可以由钢制成。心轴可以由诸如钢的材料制成，其剪切强度大于700MPa，大于800MPa，或剪切强度为850MPa或更大。

该工具可以设计成使心轴和挤出壳体之间的摩擦最小化。例如，可以最小化这两个组件之间的接触区域。

当使用工具时，挤出机壳体和基板之间的接触面积可以最小化。这可以减少可能损坏壳体和/或基板的摩擦，并且允许接触压力对于给定的力更高，从而产生更好的密封并且最小化挤出的挤出材料从其期望的沉积位置的泄漏。当使用工具时，挤出机壳体和基板之间的接触区域上的压力可以达到被沉积的挤出材料的流动应力。

该工具可包括在当组装和使用工具时彼此接触的心轴和挤出机壳体的表面上的涂层。这些涂层可以用于减少相对于彼此移动的这两个部分之间的摩擦。因此，这些涂层可以是低摩擦涂层。

该工具还可以包括在工具的在使用期间接触基板的表面上的涂层。这可以包括工具的一部分，诸如挤出壳体和密封突起，这些部分在挤出和粘合发生时抵靠基板密封。

将挤出材料引导出挤出腔室的支座可以包括在使用中与挤出材料接触的表面上的涂层。

涂层可包括高耐磨涂层和/或低摩擦涂层。

涂层可以是具有高耐磨层(其可以是底层)和低摩擦涂层(其可以是表面层)的双涂层。

高耐磨层可以是AlTiN型涂层。低摩擦涂层可以是类金刚石碳涂层，例如，W-DLC型涂层。

挤出腔室或至少挤出腔室的移动壁可以是未涂覆的，或者至少不包括低摩擦涂层。因此，挤出腔室可以至少部分地未涂覆。这是为了确保在挤出材料和挤出腔室之间存在足够的粘着摩擦，以在进入的挤出材料上获得足够高的拖曳力以允许挤出发生。

该工具可以在室温下操作或设计成在室温下操作。该工具可以不包括任何加热装置。该工具可以设计成控制从挤出腔室通过模具开口和心轴尖端到其上沉积挤出材料的基板的热传导。

可能希望从挤出机到下面的基板有足够的热量供应，以避免在粘合过程中挤出材料的过度加工硬化，但是希望热量仅供应至挤出机头下面的基板的有限的体积。

可以经由挤出物和通过与基板接触的挤出机壳体和/或旋转心轴尖端的传导和机械功来提供热量。

工具、基板和/或沉积的挤出物可以在使用期间被冷却。例如，工具可以布置成使得在使用期间可以进行挤出机壳体、基板和/或沉积的挤出物的冷却(例如水冷却)。

该工具可包括水冷装置。冷却装置可以使用除水之外的流体。例如，冷却装置可以是CO₂或氦气。

例如，冷却流体可以被导向针对工具和/或挤出材料。在CO₂的情况下，流体可以是工具内的液体，并且然后在其撞击在待冷却的部件(例如，工具本身或被粘合的材料)之前、时或之后转变成气体。

挤出材料可以是填充两种基板之间的间隙的填充材料。挤出材料可以将两种材料接合在一起。这可以通过将挤出材料粘合到两个基板上来实现。

挤出材料可以是填充材料，诸如填充焊丝。

挤出材料可以是铝(包括铝合金)。挤出材料可以是与基板(或者在挤出材料用于将两个部件接合在一起的情况下至少一个基板)相同的材料。挤出材料可以与基板的材料不同。该工具可用于在基板表面上沉积与基板材料不同的材料。例如，该工具可用于在钢板上沉积铝挤出材料。

挤出材料可在使用期间改变。例如，工具可以最初沉积一种材料，并且然后沉积不同的材料。挤出材料可以根据工具的用途而改变。

该工具可以布置成使得挤出材料可以通过挤出机壳体(例如，经由挤出机壳体的入口)进料到挤出腔室中。挤出材料可以沿切线方向进料到挤出腔室中。

当粘合和挤出工具用于将两个基板接合在一起时，旋转心轴可以接触拖曳并且使两个基板变形。或者，旋转心轴可以仅使基板之一变形。例如，如果由不同材料(诸如，钢基板和铝基板)形成的两个基板被接合，则旋转心轴可仅仅接触较软的例如铝基板并且仅使该基板变形。

或者，旋转心轴可以不使任一表面变形，而是可以通过一些其他装置(诸如附加刮刀)或通过(诸如通过迫使挤出材料在两个基板之间的宽度比在两个基板之间的间隙更宽而引起的)挤出材料的沉积力来实现基板的表面变形。

基板的变形可以通过挤出挤出材料的力引起的剪切变形来实现。

粘合和挤出工具可以用于在基板上沉积一层材料以在其上形成附加层。该工具可以用于在基板的表面上形成附加层。

例如，如果基板是板，则工具可以将挤出的挤出材料沉积并且粘合到板的顶部平坦表面上。

该工具可用于多种不同的应用。例如，该工具可用于在两个基板(例如，板或部件)之间挤出挤出材料以将两个基板连接在一起，并且该工具可用于在基板的表面(例如，板或部件的表面)上沉积材料。

该工具可用于对接接合两个部件，角接合(其包括T形接合、拐角接合和搭接接合)两个部件，多道次接合两个部件，在部件的表面上沉积线状焊道，在基板上沉积层，双面接合和/或附加层制造。

当工具用于多种不同的应用时，工具可以包括可互换的部件，该部件可以根据粘合和挤出工具被用于的应用来改变。

例如，该工具可以包括挤出机头，该挤出机头可以根据该工具打算用于的应用而改变。因此，可以提供多个挤出机头。每个挤出机头可以用于不同的粘合和挤出应用。每个挤出机头可具有适合于该工具将用于的应用的特定几何形状。

每个挤出机头可以具有移动和/或固定模具，并且可以具有基于应用选择的多个(例如，一个或多个)模具。

例如，设计用于对接接合的挤出机头，设计用于角接合的挤出机头，设计用于堆焊沉积的挤出机头，和/或设计用于附加层制造的挤出机头可以被各自提供。

因此，该工具可以包括多个可互换的挤出机头，挤出机头各自设计用于不同的应用。每种不同的应用包括挤出挤出材料并且将其粘合到基板。

或者，该工具可用于单个应用，并且可具有设计用于该应用的挤出机头。

由于该工具可用于多种不同的应用(包括对接接合，角接合，多道接合，双面接合，堆焊沉积和/或附加层制造)，该工具可用于需要结合这些不同的技术的各种应用。例如，该工具可以用于板表面处理，其可以通过在基板上沉积分离的焊道然后将相邻的沉积的焊道对接接合在一起来进行。该工具可用于多道次接合，多道次接合可包括角接合，在角接头上沉积焊道并且将沉积焊道在每侧上对接接合到被接合的基板上。

每个挤出机头都可包括旋转心轴和挤出机壳体。

该工具可包括驱动机构，该驱动机构可与挤出机头或每个挤出机头接合。驱动机构和挤出机头可一起形成粘合和挤出工具。

心轴可包括用于使心轴与驱动机构接合的锁定机构。心轴环可以提供锁定机构。

因此，在另一方面，本发明可提供用于执行固态混合金属挤出和粘合工艺的粘合和挤出工具的部件套件，该工具用于挤出挤出材料并将挤出材料粘合到基板，该部件套件包括：驱动机构；和多个挤出机头，其中每个挤出机头可由驱动机构驱动；并且其中驱动机构和挤出机头之一一起形成粘合和挤出工具。

在使用中，驱动机构可与旋转心轴接合并且使心轴在挤出机壳体内旋转。

挤出机头可以附接到工具，使得驱动机构与心轴接合。

可以布置成套部件，使得驱动机构和头的单个头用于形成工具。当驱动机构和头的单个头被接合以形成工具时，如果希望更换工具的头(例如，如果将要执行的接合过程将改变)，则可以单独地定位其它头以准备使用。

挤出机头可包括从挤出机壳体突出的心轴尖端，使得在使用中，心轴尖端接触基板并且使基板变形。例如，当工具用于接合两个基板时(例如，通过对接接合或角接合)，可以将心轴设计成接收在被接合的两个基板之间的间隙(或缝隙)中。

当挤出机壳体包括支撑表面时，例如在两个基本平行的基板接合在一起的情况下，变形的表面可以是与支撑表面所搁置的表面不同的表面。

当旋转心轴被布置成在使用中使基板变形时，旋转心轴可以接触基板的与接收支撑表面的表面不同的表面并且使该表面变形。

本发明可以提供一种挤出机头，其被设计用于对接接合两个基板。这种挤出机头可以称为对接接合挤出机头。

对接接合挤出机头可以设计成接合彼此大致在相同的平面中并且通过间隙彼此分开的两个基板。基板可以各自具有上表面，该上表面是在使用期间面向工具主体的表面。基板可以各自具有彼此面对并且界定两个基板之间的间隙的接合表面。接合表面可以平行或相对于彼此以一定角度延伸。两个基板中的每一个的上表面和接合表面可以彼此成一角度，诸如彼此成45度到90度之间的角度。

对接接合挤出机头可以包括支撑/密封表面，该支撑/密封表面在使用中接触基板并且抵靠基板密封，例如，基板的顶表面(即，面向工具主体的表面)。密封表面可以减少在接合期间在基板表面上的挤出机材料溢料形成。心轴可以从挤出壳体突出，使得在使用中，它接触两个基板的接合表面。心轴可包括变形部分。变形部分的直径可以小于模具部分、挤出腔室部分或心轴的主体的直径。在使用中，变形部分可以被接收在两个板之间的间隙中并且接触接合表面中的一个或两个，以便引起变形。

密封表面可以是平面的。密封表面可以围绕可旋转心轴以至少U形延伸。密封表面可以围绕心轴的后侧延伸并且在心轴的前侧开口。挤出机壳体可包括固定模具开口，该固定模具开口在后侧延伸穿过密封表面。挤出机壳体可包括固定模具开口，该固定模具开口可以位于心轴的后侧上。

心轴可包括其中具有多个移动模具的模具部分。

对接接合挤出机头可包括密封突起(其可被称为裙部)。密封突起可以设置在挤出机壳体上(或者作为挤出机壳体的集成部分或者可以根据需要附接和更换的部分)。密封突起可以被设计成在使用期间被接收在待接合的两个基板之间的间隙中。密封突起的直径可以小于心轴的变形部分的直径，该心轴的变形部分在使用时被接收在两个基板之间的间隙中并且接触基板且使基板变形。密封突起的直径可以与两个基板之间的间隙相同或者小于两个基板之间的间隙。

密封突起可以位于心轴的前侧上。密封突起可以布置成防止挤出物在挤出和接合期间在心轴的前侧逸出。附加地或替代地，密封突起可以布置成使得通过旋转心轴的切割表面(即，尖端)加工的基板材料在间隙内再循环并且可以成为接头的集成部分。

挤出机头可以包括可更换的支座，该支座被接收并且锁定在挤出机头部中，以便封闭在心轴和挤出机壳体之间形成的挤出腔室。支座可以定位成使得在使用中它使挤出材料通过固定模具被挤出。在使用中，支座还可以使挤出材料在接近支座时通过移动模具挤出。

本发明可提供一种挤出机头，其设计用于将两个基板进行角接合。这种挤出机头可以称为角接合挤出机头。

可以设计角接合挤出机头以连接两个基板，这两个基板相对于彼此以一定角度延伸。基板可以各自具有第一表面，该第一表面是在使用期间面向工具主体的表面。两个基板的第一表面可以彼此成一角度。基板可以各自具有接合部分，该接合部分位于另一个基板附近/极靠近另一个基板。当两个部件接触时，可以在接合的两个部件之间形成缝隙或间隙。

角接合挤出机头可包括支撑/密封表面，其在使用中接触两个基板并抵靠两个基板密封。密封表面可以减少在接合期间在基板表面上的挤出机材料溢料。

密封表面可包括第一密封部分和第二密封部分，第一密封部分在使用中抵靠两个基板中的第一个密封，第二密封部分在使用中抵靠两个基板中的另一个(即，第二个)密封。

第一密封部分和第二密封部分可以具有彼此以一定角度延伸的表面。第一和第二密封部分的表面的平面之间的角度可能与被接合的两个基板的第一表面之间的角度是相似的(诸如，在10度内)或相同的。

心轴可以从挤出壳体突出，使得在使用中它在两个基板的第一表面彼此接触的点处或靠近该点处接触两个基板的第一表面并且在接合处附近接触缝隙/间隙的表面。心轴可包括变形部分，该变形部分在使用中接触基板中的一个或两个并且使基板中的一个或两个变形。变形部分可以是圆锥形和/或锥形的，即，心轴的尖端可以是锥形的。这使得变形部分可以在靠近被角接合的基板接合的位置处接触基板并且使基板变形。

挤出机壳体可包括固定模具开口，该固定模具开口在后侧上延伸穿过密封表面。挤出机壳体可包括固定模具开口，该固定模具开口在使用中位于心轴的后侧上。

心轴可包括其中具有多个移动模具的模具部分。角接合挤出机头可包括密封突起(其可被称为鼻部)。密封突起可以设置在挤出机壳体上(或者作为挤出机壳体的集成部分或者可以根据需要附接和更换的部分)。密封突起可以位于心轴的前侧上的第一和第二密封表面之间。密封突起可以布置成防止挤出物在挤出和接合期间在心轴的前侧逸出。附加地或替代地，密封突起可以布置成使得通过旋转心轴的切割表面(即，尖端)加工的基板材料在间隙内再循环并且可以成为接头的集成部分。

挤出机头可以包括可更换的支座，该支座被接收并锁定在挤出机头部中，以便封闭在心轴和挤出机壳体之间形成的挤出腔室。支座可以定位成使得在使用中它使挤出材料通过固定模具被挤出。在使用中，支座还可以使挤出材料在接近支座时通过移动模具被挤出。

本发明可提供一种挤出机头，其被设计用于堆焊沉积。这种挤出机头可以称为堆焊挤出机头。

可以设计堆焊挤出机头以在基板表面上沉积挤出物的焊道。基板可以具有沉积表面，该沉积表面是在使用期间面向工具主体的表面和将在其上沉积挤出的挤出材料的表面。

堆焊挤出机头，例如，挤出机壳体可包括支撑/密封表面，该支撑/密封表面在使用中接触沉积表面并抵靠沉积表面密封。密封表面可以减少沉积表面上的挤出机材料溢料形成。

密封表面可具有与沉积表面的形状匹配的几何形状。如果基板是板并且沉积表面是平面的，则挤出机头的密封表面可以是平面的。

密封表面可包括穿过其中的通道。通道可位于心轴/工具的后侧上。在使用过程中，该通道可允许挤出物从中流过，以允许焊道在基板上形成。

通道可以在向后和/或径向方向上延伸。通道可以在平行于沉积表面的表面的方向上延伸。

挤出机壳体可以包括在使用中面向基板的表面上的凹部。凹部可以设计成容纳已经由工具沉积的焊道或焊道的至少一部分。这可以允许焊道靠近地沉积在一起，而工具不会碰到相邻的焊道。

凹部可以具有与通道相同的高度或大于通道的高度。这使得凹部的高度具有与沉积的焊道相同的高度或高于沉积的焊道的高度。这使得焊道可以容纳在通道内，而不会损害其它焊道的沉积。

通道和凹部之间的突起的宽度可以确定由工具沉积的两个焊道之间的最小距离。

心轴可以从挤出壳体突出，使得在使用中，当密封表面与沉积表面接触时，心轴接触沉积表面并且使沉积表面变形。心轴可以包括在端部上的变形表面，该变形表面在使用中接触基板并且使基板变形。变形表面可以与通道具有相同的宽度或比通道更宽的宽度。这使得焊道沉积在基板的全部通过心轴变形的区域上。

挤出机壳体可包括固定模具开口，该固定模具开口通过密封表面延伸到通道中。挤出机壳体可包括固定模具开口，该固定模具开口在使用中位于心轴的后侧上。

心轴可以在其中不具有任何移动模具。因此，唯一的模具可以是挤出机壳体中的固定模具。因此，心轴可以设计成防止挤出机材料沿轴向方向向后泄漏。

在某些实施例中，心轴可包括移动模具。

挤出机头可以包括可更换的支座，该支座被接收并锁定在挤出机头部中，以便封闭在心轴和挤出机壳体之间形成的挤出腔室。支座可以定位成使得在使用中它使挤出材料通过固定模具挤出。

本发明可提供一种挤出机头，其被设计用于附加层制造。这种挤出机头可以称为附加层制造挤出机头。

附加层制造挤出机头可以设计为将挤出物焊道沉积在已经沉积在基板上的焊道上。因此，其上沉积工具的基板可以是已经沉积的焊道。

焊道可具有沉积表面，该沉积表面是在使用期间面向工具主体的表面和将在其上沉积挤出的挤出材料的表面。

附加层制造挤出机头可包括支撑/密封表面，该支撑/密封表面在使用中接触沉积表面并抵靠沉积表面密封。密封表面可以减少沉积表面上的挤出机材料溢料形成。

密封表面可包括穿过其中的通道。通道可位于心轴/工具的后侧上。通道可以在径向方向上延伸。在使用过程中，该通道可允许挤出物流过其中以允许形成焊道。

通道的宽度可以与其上沉积挤出物被的焊道的宽度相同或比其更窄。

附加层制造挤出机头可包括密封边缘，该密封边缘在通道的任一侧上远离工具的主体延伸。可以提供密封边缘，使得其在使用中沿着焊道的沉积有新焊道的侧面向下延伸。这可以帮助确保挤出物正确地沉积在预先存在的焊道上并且可以帮助引导工具以确保挤出物精确地沉积在预先存在的焊道的顶部上。

心轴可以从挤出壳体突出，使得在使用中，当密封表面与沉积表面接触时，心轴接触沉积表面并且使沉积表面变形。心轴可以包括在端部上的变形表面，该变形表面在使用中接触基板并且使基板变形。变形表面可以与其上沉积挤出物的焊道具有相同的宽度或比其更宽。这使得基板的上表面(即，预先存在的焊道)全部通过心轴而变形。

挤出机壳体可包括固定模具开口，该固定模具开口通过密封表面延伸到通道中。挤出机壳体可包括固定模具开口，该固定模具开口在使用中位于心轴的后侧上。

心轴可以在其中不具有任何移动模具。因此，唯一的模具可以是挤出机壳体中的固定模具。

在某些实施例中，心轴可包括移动模具。

挤出机头可以包括可更换的支座，该支座被接收并且锁定在挤出机头中，以便封闭在心轴和挤出机壳体之间形成的挤出腔室。支座可以定位成使得在使用中它使挤出材料通过固定模具被挤出。

本发明可提供一种包括挤出和粘合工具和基板的布置。基板可包括两个待接合在一起的基板，这两个基板可基本上平行(在对接接合的情况下)或不平行(在角接合的情况下)，可以是板的表面(在堆焊沉积的情况下)或焊道(在附加层制造的情况下)。

本发明的每个上述方面可以相对于其他方面的特征独立地具有专利性。而且，包括可选特征的任何一个或多个上述特征可以与本发明的任何方面结合，并且可以结合本发明的任何方面。

附图说明

现在将仅参考附图以示例的方式描述本发明的某些优选实施例，其中：

图1示出了粘合和挤压工具；

图2a示出了第一挤出机头的部件；

图2b以局部横截面示出了第一个挤出机头；

图3示出了挤出机头；

图4示出了挤出机头的示意性心轴尖端；

图5示出了使用的第一挤出机头；

图6示出了对接接头；

图7a示出了第二挤出机头的部件；

图7b以局部横截面示出了第二挤出机头；

图8示出了使用的第二个挤出机头；

图9示出了角接头；

图10a示出了第三挤出机头的部件；

图10b以局部横截面示出了第二挤出机头；

图11示出了使用的第三个挤出机头；

图12以局部横截面示出了所使用的第三挤出机头；

图13a示出了第四挤出机头的部分；

图13b以局部横截面示出了第四挤出机头；

图14示出了使用的第四挤出机头；

图15示出了使用的第四挤出机头的另一个视图；

图16示出了用于板沉积的工具；

图17a示出了用于多道次接合的第一阶段的工具；

图17b以局部横截面示出了用于多道次接合的第一阶段的挤出机头；

图18示出了用于多道次接合的第二阶段的工具；

图19a以局部横截面示出了用于多道次接合的第二阶段的工具；

图19b以局部横截面示出了用于多道次接合的第二阶段的挤出机头；

图20a示出了用于多道次接合的第三阶段的工具；

图20b以局部横截面示出了用于多道次接合的第三阶段的挤出机头；

图21示出了完整的多道次接合；和

图22示出了双面多道次接合。

具体实施方式

图1示出了用于进行固态混合金属挤出和粘合过程的挤出和粘合工具1，该工具用于挤出金属挤出材料并且将挤出材料粘合到金属基板。该工具包括挤出头2，该挤出头2附接到驱动机构3并且由驱动机构3驱动。

如图2a和图2b所示，挤出机头2包括固定的挤出机壳体4，该挤出机壳体4沿周向环绕可旋转心轴6。心轴6和挤出壳体4一起形成围绕心轴6延伸的挤出腔室8。

心轴6和壳体4都可以由钢制成。

挤出腔室8具有由可旋转心轴6上的凹槽形成的三个壁和由挤出壳体4形成的固定壁。

形成挤出腔室8的三个壁的可旋转心轴6上的凹槽形成在心轴的较大直径的模具部分10和心轴环12之间。心轴环12安装在心轴6上并且设置成便于组装工具1。心轴环12具有锁定表面14，该锁定表面14允许心轴6与前述驱动机构3接合。

心轴的模具部分10具有形成在其上的多个移动模具16。移动模具16是心轴6的模具部分10的表面中的凹槽，其将挤出腔室8连接到挤出机头2外部的环境。

挤出壳体4包括模具18，模具18是固定模具，其也与挤出腔室8连通。

位于挤出腔室8中的是支座20。支座20阻挡挤出腔室8。在使用中，支座20使挤出腔室8中的挤出材料从模具16和18被挤出。

心轴6具有变形部分22，该变形部分22在使用中接触基板并且使基板塑性变形，挤出物将沉积在基板上。

移动模具16和变形部分22布置成使得当挤出材料通过模具16挤出时，挤出物被引导朝向心轴的旋转轴线。

挤出机头2还包括密封突起24。在使用中，该密封突起24抵靠基板密封以防止挤出物在工具前方泄漏。

旋转心轴6旋转并且挤出材料被送入挤出腔室8中。挤出材料通过摩擦从其入口点朝向支座20被拉过挤出腔室8。当挤出材料到达支座20时，挤出腔室8中的压力上升，并且挤出材料通过挤出机壳体4中的固定模具18和心轴6中的移动模具16从挤出腔室8被挤出。

在使用中，心轴的变形部分22与基板接触(图1或图2a、b中未示出)。这在挤出的挤出材料沉积在基板上之前立即使基板塑性变形。

在使用中，使工具沿x方向移动以产生挤出材料条带，该条带与下面的变形基板粘合。

图2a示出了挤出机头2的单独组成部分(包括从不同视角显示两次的壳体4)。在图的顶部处的壳体4的视图示出了壳体4的下侧，并且特别地示出了密封表面34(为清楚起见，其为灰色阴影)。在使用中，该密封表面34与基板(或在两个基板连接在一起的情况下，多个基板)的顶表面接触并且密封到其上。挤出材料通过密封表面34从固定模具18中挤出。

图1和图2a、b中所示的挤出机头2专门设计用于将两个板对接接合在一起。

图4示出了心轴6的尖端的示意图。该图顶部的箭头示出了心轴6的旋转方向。该示意图示出了挤出材料通过箭头26进入挤出腔室的方向。挤出材料围绕心轴6拉动并且在壳体4中的固定模具18处被挤出挤出腔室并且在箭头28所示的方向上被引导，或在心轴6中的移动模具16之一处被挤出挤出腔室并且在如箭头30所示的一个方向上被引导。

如图3所示，壳体4可具有穿过其中的槽32。虽然挤出机壳体4和心轴6可以配合在一起形成挤出腔室8，但由于所涉及的力很大，挤出材料可能通过固定壳体4和旋转心轴6之间的密封部泄漏。鉴于此，壳体4可设置有穿过其中的槽32。槽32允许去除在发生这种泄漏时形成的挤出材料溢料。槽32的形状允许插入加工工具，该加工工具可以移除挤出材料溢料。这样的槽32允许解决挤出材料泄漏问题，而不会显著影响挤出机壳体4的机械完整性。

工具1专门设计用于最小化心轴上的力。

当操作期间的最大剪切力τ超过心轴材料的剪切强度τ₀时，旋转心轴中将发生剪切断裂：

从其可以计算出最大允许扭矩M_t：

因此，如果心轴由剪切强度为850MPa的钢制成且具有5mm的半径，则最大允许扭矩为167Nm。

为了使力最小化，工具可以包括在心轴6和挤出机壳体4的表面上的低摩擦涂层，当组装和使用工具时，这些涂层彼此接触。这些涂层可以用于减少相对于彼此移动的这两个部分4和6之间的摩擦。

工具1还可以包括工具的在使用期间接触基板的表面上的涂层。这可以包括工具的一些部分，诸如挤出壳体4和密封突起24，当挤出和粘合发生时，这些部分抵靠基板密封。

将挤出材料引导出挤出腔室8的支座20可以包括在表面上的涂层，该涂层在使用中与挤出材料接触。

涂层可以是具有高耐磨性底层和低摩擦涂层表面层的双涂层。

高耐磨层可以是AlTiN型涂层。低摩擦涂层可以是类金刚石碳涂层，例如，W-DLC型涂层。

挤出腔室8或挤出腔室8的至少移动壁可以是未涂覆的，或者至少不包括低摩擦涂层。这是为了确保在挤出材料和挤出腔室8之间存在足够的粘着摩擦，以在进入的挤出材料上获得足够高的拖曳力以允许挤出发生。

图5示出了挤出机头2，用于在接合两个板36和38的使用中将两个板对接在一起。

如图6中最清楚地所示，该工具用于接合两个平行板36和38。板36和38放置在两个板之间具有间隙40的布置中。心轴6的变形部分22被接收在两个板36和38之间的间隙40中(见图5)。间隙40的宽度可以小于心轴6的变形部分22的直径。这使得当心轴6旋转时，变形部分22使两个板36和38塑性变形。

挤出机壳体4的密封表面34可以接触每个板36和38的上表面并且密封到其上。

密封突起24可以被接收在间隙40中并且在每侧上抵靠两个基板密封。

为了接合两个板36和38，变形部分22和密封突起24下降到间隙40中，直到密封表面34接触并且抵靠两个板36、38的顶表面密封。心轴6旋转以便使基板36、38塑性变形，并且将挤出材料送入挤出腔室8，并且通过一个或多个模具16、18挤出到刚刚通过心轴6而变形的间隙40中。工具1沿着两个板36、38之间的接合处沿方向x移动以形成连续的结合部42。

除了上述对接接合之外，工具1还可以用于圆角接合(见图7至图9)，堆焊变形(见图10至图12)，附加层制造(见图13至图15)，表面电镀(见图16)和/或多道次接合(见图17至图22)。

工具1可以分别具有不同的可互换的挤出机头2、102、202和302，用于对接接合(参见图1和图4)，圆角接合(见图7a和b)，堆焊变形(参见图10a和b)和附加层制造(见图13a和b)。这些头可以在某些情况下依次一起使用以实现多种不同的应用。

对于每个挤出机头，通常不会描述与对接接合挤出机头相同的特征和组件，而是将集中描述主要的差异和特征，特别是适合于挤出机头为其设计的特定应用的差异和特征。

圆角接合挤出机头102用于接合两个板136和138，它们围绕接合部140以一定角度彼此延伸。圆角接合挤出机头102的心轴6包括锥形/圆锥形变形部分122，其设计成使接合部140附近的板136、138接触并且变形。

挤出机壳体4的底部具有第一密封表面134a和第二密封表面134b，第一密封表面134a在使用中抵靠其中一个板138密封，第二密封表面134b在使用中抵靠另一个板136密封。第一和第二密封表面134a和134b的表面之间的角度可以与两个板136和138之间的角度大致相同。

代替密封突起24，挤出机头102包括鼻部124，该鼻部124设计成在心轴6的变形部分122的前方抵靠两个板136和138密封。

为了接合两个板136和138，将变形部分122和密封鼻部124插入两个板136和138之间的缝隙/间隙140中，直至密封表面134a和134b接触两个板136、138的表面并且在缝隙140附近抵靠两个板136、138的表面密封。心轴6旋转以在接合部140附近使基板136、138塑性变形，并且挤出材料被送入挤出腔室8并且通过一个或多个模具16、18挤出到刚刚通过心轴6变形的缝隙140中。工具1沿x方向移动，以沿两个板136、138之间的接合部140形成连续的圆角结合部142。

堆焊挤出机头202用于将挤出的材料焊道接合到板236的表面上。堆焊挤出机头202的心轴6包括平坦变形部分222，设计成接触板23的挤出物将沉积在其上的表面并且使板23的该表面变形。

挤出机壳体4的底部具有密封表面234，密封表面234在使用中抵靠板236的表面密封。密封表面234围绕在心轴6的前方延伸。

心轴6不包括任何移动模具，并且挤出腔室8的底壁替代地由心轴6的变形部分222的顶表面形成。

挤出壳体4中的固定模具18通向通道219，该通道219使挤出物沿着向后的方向远离心轴6并且沿着平行于板236的表面的方向上引导挤出物，以在板上形成焊道242。

壳体4的底表面包括凹部235，凹部235允许焊道242靠近地沉积在一起，如图11所示。

为了将焊道242沉积并且粘合在板236上，使变形部分222和密封表面234与板236的表面接触。使心轴6旋转，以使在变形部分222下面的板236在挤出物的焊道即将沉积的位置塑性变形。将挤出材料送入挤出腔室8并且通过模具18挤出且通过通道219以连续的焊道引导到变形的表面上，使得挤出物以焊道242粘合到板236上。工具1沿方向x移动以在板236的表面上形成连续的焊道242。该过程可以重复多次，以在板236的表面上形成多个焊道242。凹部235可以用于使焊道形成相隔设定的距离。这可以通过将已经形成在板236上的焊道242容纳在凹部235中来实现。结果，每个焊道242将分开与凹部235和挤出机头上的通道219之间的距离相等的距离。

如图16中的示例所示，工具1可用于在板236上形成层。这可以通过如下方式来实现：使用堆焊挤出机头202在板236上形成如图12所示的多个焊道242，然后使用对接接合挤出机头2在两个相邻的焊道242之间形成对接接头42。

制造挤出机头302的附加层用于将挤出的材料焊道接合到已经沉积的材料焊道(基板焊道)343上。制造挤出机头302的附加层的心轴6包括平坦变形部分322，该平坦变形部分322被设计成接触挤出物将沉积在其上的已沉积焊道343的表面并且使该表面变形。

挤出机壳体4的底部具有密封表面334，该密封表面334在使用中抵靠已沉积的焊道343的顶表面密封。密封表面334围绕在心轴6的前方延伸。

心轴6不包括任何移动模具，并且挤出腔室8的底壁替代地由心轴6的变形部分322的顶表面形成。

挤出壳体4中的固定模具18通向通道319，通道319使挤出物沿向后的方向远离心轴6并且沿平行于已沉积的焊道343的表面的方向引导挤出物，以在已经沉积的焊道343上形成焊道342。

壳体4的底表面包括密封边缘337，当密封表面334与已沉积的焊道343的表面接触时，密封边缘337沿着焊道343的侧面向下延伸。这用于引导工具1并且确保焊道342沉积在先前沉积的焊道343的顶部上。

为了将焊道342沉积并且粘合在基板焊道343上，使变形部分322和密封表面334与基板焊道343的表面接触。使心轴6旋转，以使变形部分322下方的焊道343在将要沉积挤出物焊道的位置塑性变形。将挤出材料送入挤出腔室8中并且通过模具18挤出并通过通道319以连续的焊道引导到变形的焊道表面上，使得挤出物以新沉积的焊道342粘合到基板焊道343。

移动工具1以在基板焊道343上形成连续的焊道342，这在部件上产生更高的材料焊道。该过程可以重复多次以在彼此之上形成多个焊道342。

工具1可用于在两个板436和438之间形成多道次接头400，其在板436和438之间具有成角度的间隙440。这可以通过(参见例如图17a和图17b)使用角接头挤出机头102来挤出第一道次挤出物来实现，该第一道次挤出物粘合到成角度间隙440的底部中的两个板436和438中的每一个。

接下来(如图18、图19a和图19b所示)，可以使用堆焊挤出机头202在两个板436和438之间的间隙440中的角接头142上形成焊道242。专门设计用于多道次接合的堆焊挤出机头202在图19a中示出并且具有成角度的侧面，使得它可以装配在两个部件436、438之间的间隙中。

接下来，可以在沉积的焊道242的任一侧上使用对接接合挤出机头2(如图20b所示)，以在中心焊道242和其中一个板438之间形成对接接头42，并在中心焊道242和两个板436中的另一个之间形成第二对接接头42，以形成多道次接头400，如图21所示。

可以使用多道次接头来接合厚板，所述厚板不能通过单道次接合。

对于更厚的板，可以形成如图22所示的双面多道次接头402。在这种情况下，多道次接头400以上述用于单个多道次接合的方式形成在接头的任一侧(即，在两个板的相对表面上)。

Claims (35)

1.一种用于进行固态混合金属挤出和粘合工艺的挤出和粘合工具，其中所述工具用于挤出金属挤出材料并将所述挤出材料粘合到金属基板，所述工具包括：

挤出腔室；和

可旋转心轴，

其中所述可旋转心轴被布置成在使用中接触所述基板并且使所述基板塑性变形，

其中所述工具被布置成使得：在使用中，所述挤出材料在由于所述心轴的旋转而通过模具挤出到变形的所述基板上之前被接收在所述挤出腔室中并且在所述挤出腔室内塑化。

2.根据权利要求1所述的工具，其中所述工具包括用于从所述挤出腔室挤出所述挤出材料的多个模具。

3.根据权利要求1或2所述的工具，其中所述可旋转心轴形成用于挤出所述挤出材料的所述模具。

4.根据权利要求1、2或3所述的工具，其中所述可旋转心轴形成移动模具，所述移动模具在使用中相对于所述工具的主体移动，所述挤出材料通过所述移动模具被挤出。

5.根据任一前述权利要求所述的工具，其中所述工具包括固定模具。

6.根据任一前述权利要求所述的工具，其中所述工具布置成使得当挤出材料被挤出时，所述挤出材料被导向所述工具的中心轴线。

7.根据任一前述权利要求所述的工具，包括引导部，其中所述引导部被布置成使得：在使用中，通过所述模具挤出的挤出材料在与挤出物被挤出的方向不同的方向上被引导。

8.根据权利要求7所述的工具，其中所述工具包括多个引导部，并且其中所述引导部中的至少两个沿彼此不同的方向引导挤出物。

9.根据任一前述权利要求所述的工具，其中，所述工具包括围绕所述可旋转心轴的挤出机壳体，并且其中所述挤出机壳体与所述心轴一起形成所述挤出腔室。

10.根据权利要求9所述的工具，其中所述挤出机壳体形成固定模具。

11.根据权利要求9或10所述的工具，其中所述挤出机壳体包括狭槽，所述狭槽允许将在所述可旋转心轴和所述壳体之间发生挤出泄漏时所形成的挤出材料溢料从所述挤出腔室移除。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的工具，其中所述工具包括：在当所述工具处于使用中时彼此接触的所述可旋转心轴的表面和所述挤出机壳体的表面上的涂层；和/或在所述工具的在使用过程中将与所述基板接触的表面上的涂层。

13.根据权利要求12所述的工具，其中所述涂层是双涂层，具有高耐磨性底层和低摩擦表面层。

14.根据任一前述权利要求所述的工具，其中所述工具被布置成使得在使用期间能够执行所述挤出机壳体和/或挤出物的冷却。

15.根据任一前述权利要求所述的工具，其中所述工具用于将两个基板接合在一起，并且其中所述工具被布置成使得：在使用中，所述心轴的尖端被接收在所述两个基板之间的间隙中。

16.根据任一前述权利要求所述的工具，其中所述工具用于将两个基板接合在一起，并且其中，在使用中，所述心轴尖端接触彼此面对的所述两个基板中的至少一个基板的表面的至少一部分并且使所述表面的至少一部分变形。

17.根据任一前述权利要求所述的工具，其中所述工具包括多个可互换的挤出机头，所述挤出机头各自被设计用于不同的应用。

18.根据权利要求17所述的工具，其中所述工具包括以下挤出机头中的两者或更多者：对接接合的挤出机头，其用于对接接合两个基板；角接合挤出机头，其用于将两个基板进行角接合；堆焊沉积挤出机头，其被设计用于堆焊沉积；和附加层制造挤出机头，其用于附加层制造。

19.一种用于进行固态混合金属挤出和粘合工艺的挤出和粘合工具，所述工具用于挤出金属挤出材料并且将所述挤出材料粘合到金属基板，所述工具包括：

模具；和

引导部，

其中，所述引导部被布置成使得：在使用中，通过所述模具挤出的挤出材料沿朝向所述工具的中心轴线的方向被引导。

20.根据权利要求19所述的工具，其中所述引导部被布置成：在使用中沿与所述挤出物通过所述模具被挤出的方向不同的方向引导通过所述模具被挤出的挤出材料。

21.根据权利要求19或20所述的工具，其中所述工具包括多个引导部，并且其中至少两个所述引导部在彼此不同的方向上引导挤出物。

22.根据权利要求19、20或21所述的工具，其中所述工具包括用于挤出所述挤出材料的多个模具。

23.根据权利要求22所述的工具，其中每个模具都具有相关联的引导部。

24.根据权利要求19至23中任一项所述的工具，其中所述模具是移动模具，所述移动模具在使用中相对于所述工具的主体移动并且所述挤出材料通过所述移动模具被挤出。

25.根据权利要求19至24中任一项所述的工具，所述工具包括：

可旋转心轴，

其中所述可旋转心轴形成用于挤出所述挤出材料的模具。

26.根据权利要求25所述的工具，其中一个或多个所述引导部由所述心轴上的凹槽提供。

27.根据权利要求25或26中任一项所述的工具，其中所述工具包括围绕所述可旋转心轴的挤出机壳体，并且其中所述挤出机壳体与所述心轴一起形成挤出腔室。

28.根据权利要求27所述的工具，其中所述挤出机壳体形成固定模具。

29.根据权利要求27或28所述的工具，其中所述挤出机壳体包括狭槽，所述狭槽允许将在所述可旋转心轴和所述壳体之间发生挤出材料泄漏时所形成的挤出材料溢料从所述挤出腔室移除。

30.根据权利要求25至29中任一项所述的工具，其中所述工具包括在当所述工具在使用中时彼此接触的所述可旋转心轴的表面和所述挤出机壳体的表面上的涂层；和/或包括在所述工具的在使用过程中将与所述基板接触的表面上的涂层。

31.根据权利要求30所述的工具，其中所述涂层是双涂层，具有高耐磨性底层和低摩擦表面层。

32.根据权利要求19至31中任一项所述的工具，其中所述工具被布置成使得在使用期间能够执行所述挤出机壳体和/或沉积的挤出物的冷却。

33.一种挤出金属挤出材料并且将所述挤出材料粘合到金属基板的固态方法，所述方法包括使用任一前述权利要求中所述的工具。

34.根据权利要求33所述的方法，所述方法包括挤出所述挤出材料并且使用所述工具在朝向所述工具的中心轴线的方向上引导所述挤出物。

35.根据权利要求33所述的方法，所述方法包括使所述可旋转心轴旋转，使用旋转的心轴使所述基板变形并且将挤出物沉积在变形的所述基板上。