CN113226582A - 使用具有曲面的挤压垫挤压金属材料 - Google Patents

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Abstract

各种实施例提供了一种挤压装置，挤压装置具有挤压垫，挤压垫具有曲面，配置成改变源自各不同坯料的各挤压件之间的装料焊缝的形状和长度，以便减少废品和废料的量。在实施例中，挤压垫迫使坯料通过模具，挤压垫可具有凹形的前表面，使得材料在被挤压通过模具时形成的固态焊缝比平表面挤压垫形成的固态焊缝短。在另一个实施例中，挤压垫可具有凸形的前表面，使得材料在被挤压通过模具时形成的固态焊缝比由平表面挤压垫形成的焊缝长。在其它实施例中，也可使用具有非平端的坯料。

Description

使用具有曲面的挤压垫挤压金属材料
相关申请的交叉引用
本申请是提交于2018年11月15日的美国临时申请62/766,607的非临时申请，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及挤压装置，该挤压装置使用拱顶形挤压垫来减少废弃挤压材料的量。
背景技术
金属挤压是一种金属成形工艺，其中，迫使具有一定长度和横截面的坯料流过横截面面积较小的模具，从而将坯料成形为新的横截面。挤压件的长度会有所变化，这取决于工件和挤压的型材中的材料量。通过这种方法制造多种横截面。产生的横截面在金属挤压件的整个长度上是均匀的。起始原材料通常是圆柱形坯料，但是其它形状也是可能的，该圆柱形坯料可以被形成为较小直径的圆形部件、空心管或一些其它型材。
发明内容
下面是对本说明书的简单概述，以提供对说明书的某些方面的基本理解。本概述不是对说明书的全面概述。它既不旨在标识本说明书的关键或至关重要的要素，也不旨在界定说明书的任何实施例所特有的任何范围或者权利要求的任何范围。它的唯一目的是以简化形式呈现本说明书的一些概念，作为稍后呈现的更详细说明的序言。
在一非限制性示例中，挤压装置可包括挤压室和挤压模具，挤压模具具有开口，开口配置成将坯料从挤压室接收到挤压模具中。该装置还可包括挤压垫，该挤压垫配置成推动第一坯料通过挤压模具的开口，从而产生第一挤压材料，其中，与第一坯料接触的挤压垫表面是曲面。在一个或多个实施例中，曲面是拱顶形表面。
在另一个非限制性示例中，挤压装置可包括挤压室和挤压模具，该挤压模具具有开口，坯料被挤压通过该开口。挤压装置还可包括挤压垫，该挤压垫配置成将第一坯料从挤压室中推出并通过模具的开口，从而产生第一挤压材料，其中，与第一坯料接触的挤压垫表面是非平表面。在一些实施例中，非平表面具有曲形。在至少一个实施例中，曲形是拱顶形曲形。
在又一个非限制性示例中，方法可包括通过具有成形前端的第一挤压垫挤压坯料通过模具开口以形成第一挤压材料。该方法还可包括在第一挤压材料和在第一挤压材料之前挤压的第二挤压材料之间形成第一装料焊缝。在一实施例中，第一装料焊缝造成的废料比具有平前端的第二挤压垫更少。
以下描述和附图包含本说明书的某些例示性方面。然而，这些方面仅表示可以采用本说明书原理的各种方式中的一些。通过结合附图考虑以下对本说明书的详细描述，本说明书的其它优点和新颖特征将变得明显。
附图说明
通过结合附图考虑以下详细描述，本发明的许多方面、实施例、目的和优点将变得明显，附图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
图1描绘了根据本公开的各种非限制性方面的示例性挤压装置的非限制性示意图，该挤压装置具有凹拱顶形形状；
图2描绘了根据本公开的各种非限制性方面的示例性挤压装置的非限制性示意图，该挤压装置具有用于产生小装料焊缝的凹拱顶形形状；
图3描绘了根据本公开的各种非限制性方面的示例性挤压装置和坯料的非限制性示意图，该挤压装置具有凹拱顶形形状，坯料具有曲形端部；
图4描绘了根据本公开的各种非限制性方面的示例性挤压装置的非限制性示意图，该挤压装置具有凸拱顶形形状；
图5描绘了根据本公开的各种非限制性方面的示例性挤压装置的非限制性示意图，该挤压装置具有用于产生小装料焊缝的凸拱顶形形状；
图6描绘了根据本公开的各种非限制性方面的示例性挤压装置和坯料的非限制性示意图，该挤压装置具有凸拱顶形形状，坯料具有曲形端部；以及
图7描绘了根据所公开主题的各种非限制性方面的与从具有拱顶形挤压垫的挤压装置挤压金属相关联的非限制性方法的示例性流程图。
具体实施方式
概述
虽然提供了简要概述，但是出于例示而非限制的目的，本文描述或描绘了本公开的某些方面。因此，由所公开的设备、系统和方法建议的所公开实施例的变型旨在包含在本文公开的主题的范围内。例如，在以挤压装置为背景的情况下描述本公开的设备、装置、技术和方法的各种实施例。然而，如下文进一步详述的，各种示例性实施方式可应用于工业制造和服务的其它领域，在这些领域中，材料被挤压通过模具并且在不同的坯料之间或挤压物之间形成固态焊缝。本文公开的实施例可应用于金属、金属合金和轻金属合金的挤压，例如：铝、钢、镁和工业中常用的其它金属，以及陶瓷、聚合物、粘土、混凝土和其它材料，都不脱离本文描述的主题。
另外，诸如“在同一时间”、“共同时间”、“同时的”、“同时地”、“一并”、“大体上同时地”、“即刻”等术语在全文中可互换使用，除非上下文表明这些术语之间有特殊区分。应当理解，此类术语可以是指相对于彼此的时间，并且可以不是指精确地同时的动作。
在连续式坯料接坯料直接挤压过程中形成的固态焊缝导致型材的高金属废品率和受限结构用途。一般要从挤压产品去除固态焊缝(也称为弹头焊缝或装料焊缝)周围的区域，这是因为由于弱固态焊缝强度和/或材料中污染物(包括源自铸坯表面的富铁金属间化合物和Mg2Si析出相)的缘故会导致这些区域具有不确定的机械性质。
各种实施例提供了一种挤压装置，具有挤压垫或压头端(其中，挤压垫和压头端在本文中使用时可以是同义的)，配置成改变源自不同坯料的挤压物之间的装料焊缝的形状和长度，以减少废品和废料的量。在一实施例中，挤压垫用于迫使挤压室内的坯料通过挤压模具中的开口，挤压垫可具有与坯料后端接触的曲面。该压头端/挤压垫有助于坯料在被挤压通过模具时形成的固态焊缝比坯料被具有与坯料后端接触的平表面的挤压垫推动通过挤压模具所形成的固态焊缝短。因此，通过减少需要报废的挤压物的长度可减少废料量。在一个或多个实施例中，挤压垫可具有凸形或凹形曲面，使得当坯料被挤压通过模具时形成的固态焊缝比通过平表面挤压垫形成的焊缝长。这种更长的焊缝可以比通过平表面挤压垫形成的焊缝更牢固，从而无需废弃一部分挤压物。应当理解，当挤压垫和坯料描述为具有凸形或凹形表面时，在不同的实施例中，挤压垫的前端表面和坯料的端部可以是任何形式的曲线形，包括拱顶形、抛物线形、双曲线形、半圆形或其它类似的几何形状，并且还可包括直边的凸形和凹形形状。
示例性实施例
参考附图来描述本公开的各个方面或特征，其中，相同的附图标记始终用于指代相同的元件。在本说明书中，阐述了许多具体细节，以便提供对本公开的透彻理解。然而，应当理解，本公开的某些方面可以在没有这些具体细节的情况下实施，或者用其他方法、部件、参数等实施。在其他情况下，以框图形式示出众所周知的结构和装置，以便于描述和例示各种实施例。
图1示出了根据本公开的各种非限制性方面的具有凹曲面110的挤压装置的示例图100。在一些实施例中，凹曲面110可以具有凹拱顶形表面。
在图1所示的实施例中，提供了挤压室102、模具104以及挤压垫106，挤压垫迫使坯料108(例如，金属、金属合金、轻金属合金、铝、镁、钢或其它材料)通过模具104，以减少废弃挤压物的量。
挤压垫可具有凹面110，使得挤压垫106的凹面110的边缘比挤压垫106的中心更靠近坯料108。在实施例中，挤压垫可具有抛物线凹形形状、半圆形形状或拱顶形形状、或其它凹曲形。在一实施例中，拱顶形可以是指三维物体的圆润的锥形或尖头端。如本文所使用的，拱顶形可以是指切面拱顶形、割面拱顶形，或广义的卵形和/或半圆形形状，或者是具有由合适的多项式表达式或其它合适的函数(例如，一阶圆形截面、二阶抛物线截面、三阶截面、上述这些阶或其他阶的组合等)定义的(旋转)截面的曲形。
应当理解，图1和其它图是三维物体的二维图示，因此这些图描绘了本文描述的挤压装置的切面或剖面。因此，挤压室102可具有圆柱形形状或矩形形状(或正方形)，但是具有围绕供坯料108放置用于挤压的室的室壁。类似地，模具104具有的开口可以为圆形、正方形、矩形或者根据挤压物期望构型而定的任何其它几何形状。例如，挤压室102和模具104可以是通过所描绘的切面围绕中心轴线112(或大致中心轴线112)旋转而形成的旋转体。在一实施例中，坯料108可以是圆柱形或矩形，或者任何其它常用形状。
现在转到图2，示出了根据本公开的各种非限制性方面的示例性挤压装置的非限制性示意图200，该挤压装置具有凹拱顶形形状以产生小的装料焊缝。
在图2所示的实施例中，已经起动挤压垫106，并且坯料108正被挤压通过模具104的开口。挤压出的材料与由先前被挤压并与坯料108接触的第二坯料(未示出)形成的挤压材料202形成横向装料焊缝或固态焊缝204。焊缝204的横向长度比由平表面挤压垫形成的常规装料焊缝短得多，因此可减少要废弃的挤压材料的量。
在另一个实施例中，为了减少装料焊缝204的长度以减少废料量，坯料108可以是比先前挤压的坯料更软的材料。可通过随着坯料被挤压而调节坯料的温度来调节柔软程度。在又一个实施例中，主动或被动伸缩式挤压垫能够允许发生平表面挤压垫挤压，直到挤压冲程的最后结束为止，在此期间挤压垫的前表面可以被调节变为凹形或凸形。在另一个实施例中，先前挤压材料的后端(最靠近模具104的端部)可以被剪切为凸形形状，使得坯料108在挤压时将与非平表面挤压材料碰撞。
图3示出了一不同的实施例300，其中，坯料302可被成形为在后表面304或前表面306或两者处具有曲面，以便通过增强利用类似形状挤压垫106缩短横向焊缝长度的效果来实现对横向焊缝长度的改变。在一实施例中，坯料302可具有面向(例如，邻近)挤压垫106的凸面304和面向(例如，邻近)模具104的凹面306。在向前挤压过程中，凹形的挤压垫106随着凹部被金属填充会发生径向膨胀。通过挤压非平表面圆柱形坯料302，可以减小挤压垫中凹腔的深度(或凹曲形的深度)，同时保持期望的对焊缝长度的缩短。
现在转到图4，示出了根据本公开的各种非限制性方面的具有凸曲面的示例性挤压装置的示意图400。在图4所示的实施例中，提供了挤压室102、模具104以及挤压垫402，该挤压垫迫使坯料108(例如，金属、铝、镁、钢、金属合金、轻金属合金或其它材料)通过模具104，以减少废弃挤压物的量。
挤压垫402可具有邻近坯料108的凸曲面404，使得挤压垫402的凸曲面404的中心比挤压垫402的凸曲面404的边缘更靠近坯料108。在一实施例中，挤压垫402可具有抛物线凸形形状、半圆形形状或拱顶形形状或其它合适的凸曲形(例如，由合适的多项式表达式或其它函数定义的旋转截面)。在一实施例中，拱顶形可以是指三维物体的圆润的锥形或尖头端。如本文所使用的，拱顶形可以是指切面或割面的拱顶形，或广义的卵形和/或半圆形形状，或者是具有由合适的多项式表达式或其它合适的函数(例如，一阶圆形截面、二阶抛物线截面、三阶截面、上述这些阶或其他阶的组合等)定义的(旋转)截面的曲形。
应当理解，图4和其它图是三维物体的二维图示，因此这些图描绘了本文描述的挤压装置的切面或剖面。因此，挤压室102可具有圆柱形形状或矩形形状(或正方形)，但是具有围绕供坯料108放置用于挤压的室的室壁。类似地，模具104的开口可具有圆形、正方形、矩形，或者根据挤压物期望构型而定的任何其它几何形状。例如，挤压室102和模具104可以是通过所描绘的切面围绕中心轴线112(或大致中心轴线112)旋转而形成的旋转体。在一实施例中，坯料108可以是圆柱形或矩形，或者任何其它常用形状。
现在转到图5，示出了根据本公开的各种非限制性方面的示例性挤压装置的非限制性示意图500，该挤压装置具有凸拱顶形形状以产生坚固的装料焊缝。
在图5所示的实施例中，挤压垫402正经历挤压冲程，并且坯料108正被挤压通过模具104的开口。如图5所示，挤压出的材料与坯料108前面的在坯料108的挤压之前被预先挤压的第二坯料(未示出)的挤压材料504形成横向装料焊缝或固态焊缝502。焊缝502的横向长度比由具有接触坯料的平表面的挤压垫形成的常规装料焊缝长；并且，通过增大污染物扩散面积以及增大焊缝表面面积，焊缝502可足够坚固，或者比预定强度更强，从而不必废弃焊缝周围的挤压材料。基于挤压材料的要求，具有各种不同凸形形状的各种不同形状的挤压垫可用于创建具有各种不同强度的不同长度焊缝502。
图6示出了与图5所示不同的实施例600，其中，坯料602可成形为具有曲面，以便通过增强利用类似形状挤压垫402实现的延长横向焊缝长度的效果来实现对横向焊缝长度的改变。在一实施例中，坯料602可具有面向(例如，邻近)挤压垫402的凹面604和面向(例如，邻近)模具104的凸面606。
根据一些公开的实施例，图1至图6的部件可与其它图的部件互换，这在本领域是可以理解的，或者通过本文提供的上下文对本领域普通技术人员来说是可知的。例如，在一些实施例中，图6的坯料602可替代图5或本文其它附图的坯料108。通过本文提供的上下文，本领域普通技术人员将理解的对明确描绘的附图的其它组合、替换或变型在本公开的范围内。
示例性方法
鉴于以上描述的主题，参考图7的流程图将更好地理解根据本公开能够实施的方法。尽管为了解释简洁，方法被示出和描述为一系列框，但是应当理解和意识到，此类图示或相应的描述不受框顺序的限制，因为一些框可以以不同的顺序发生和/或与本文描述和描绘的其它框同时发生。借助流程图示出的任何非顺序的或分支的流程应该被理解为表示可实施框的各种其它分支、流程路径和顺序，它们也实现相同或相似的结果。此外，并非所有示出的框都是实施下文描述的方法所必需的。
图7描绘了根据所公开主题的各种非限制性方面与从具有拱顶形挤压垫的挤压装置挤压金属相关联的非限制性方法的示例性流程图。方法700可从702开始，其中，该方法包括通过具有前曲面的第一挤压垫或压头端挤压坯料通过模具开口以形成第一挤压材料。在一实施例中，前曲面可以是凹或凸曲形。在另一个实施例中，前曲面可以是拱顶形的凹或凸曲形。在其它实施例中，坯料可具有后表面和前表面，后表面与第一挤压垫的前曲面接触。在一个或多个实施例中，后表面或前表面可以是非平的。例如，后表面或前表面可具有凹曲形、凸曲形、各个不同曲形、相同曲形，或者一个可以是曲形而另一个是平形。
在704，该方法包括在第一挤压材料和在第一挤压材料之前挤压的第二挤压材料之间形成第一装料焊缝。在一实施例中，第一装料焊缝造成的废料比具有平前表面的第二挤压垫更少。
在一实施例中，当挤压垫具有凹形前表面时，在第一挤压材料和第二挤压材料之间形成的装料焊缝在横向长度上比由具有平前表面的挤压垫形成的装料焊缝短，因此，需要废弃的装料焊缝周围的材料较少。替代地，当挤压垫具有凸形前表面时，装料焊缝的横向长度增大，这可增大焊缝的整体强度，使得视挤压材料的期望强度而定不需要废弃任何材料。
上面已经描述的内容包括本公开的实施例的示例。当然，为了描述所要求保护的主题，不可能描述部件或方法的每一种可能的组合，但是应该理解，本发明的许多进一步的组合和置换是可能的。因此，所要求保护的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有变更、修改和变化。此外，本公开的例示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中描述的内容)并不旨在是穷举性的或将所公开的实施例限制为所公开的精确形式。虽然本文出于例示的目的描述了具体的实施例和示例，但是相关领域的技术人员可认识到，在这些实施例和示例的范围内考虑的各种修改是可能的。此外，通篇中术语“一实施例”或“一个实施例”的使用并不是要意味着同一实施例，除非如此具体描述。
特别是，关于由上述部件、装置和系统等执行的各种功能而言，除非另有说明，否则用于描述此类部件的术语旨在对应于执行所描述部件的特定功能的任何部件(例如，功能等同)，即使在结构上不等同于执行本文例示的所要求保护主题的示例性方面中的功能的所公开结构。就此而言，还要认识到，本发明包括系统和存储在计算机可读存储介质上的方法指令，该计算机可读存储介质具有用于执行所要求保护主题的各种方法的动作和/或事件的计算机可执行指令。
已经针对多个部件/框之间的交互描述了前述图/装置。可理解的是，这样的部件/装置/框可包括那些部件或指定的子部件、一些指定的部件或子部件、和/或其他部件，以及根据前述的各种置换和组合。子部件也可被实施为通信联接到其它部件的部件，而不是包括在父部件中(等级式)。另外，应当注意，一个或多个部件可以组合成提供集合功能的单个部件，或者被分成几个单独的子部件。本文描述的任何部件也可以与本文未具体描述但是本领域技术人员已知的一个或多个其它部件相互作用。
此外，虽然本发明的特定特征已仅针对几个实施方式中的一个实施方式进行了公开，但是这种特征可以与其它实施方式的一个或多个其它特征相结合，这对于任何给定的或特定的应用来说可以是期望的和有利的。此外，对于详细描述或权利要求中使用术语“包括在内”、“包括有”、“具有”、“包含”及其变型以及其它类似词语来说，这些术语旨在以类似于术语“包括”作为开放过渡词的方式表示包含性，而不排除任何附加或其它元件。
此外，词语“示例”和“示例性”在本文中用于意指充当示例、范例或例示。在本文描述为“示例性”的任何方面或设计不是一定要被解释为相对于其他方面或设计是优选的或有利的。相反，使用词语“示例”或“示例性”旨在以具体性方式呈现概念。如在本申请中所使用的，术语“或”旨在表示包含性的“或”，而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明，或者从上下文中清楚，否则“X采用A或B”旨在表示任何自然的包含性置换。也就是说，如果X采用A；X采用B；或X同时采用A和B，则在上述任何一种情况下，满足“X采用A或B”。此外，本申请和所附权利要求中使用的冠词“一”大体上应被解释为意指“一个或多个”，除非另有说明或从上下文中清楚地指单数形式。

Claims (20)

1.一种挤压装置，包括：
挤压室，具有内部和输出表面；
模具，具有开口，开口配置成通过挤压室的输出表面从挤压室的内部接收坯料；以及
挤压垫，配置成将第一坯料从挤压室推动通过输出表面和模具的开口，从而产生第一挤压材料，其中，与第一坯料接触的挤压垫表面是曲面。
2.根据权利要求1所述的挤压装置，其中，所述挤压垫表面是抛物线曲面或拱顶形曲面。
3.根据权利要求1所述的挤压装置，其中，所述挤压材料与由在第一挤压材料之前被挤压的第二坯料生成的第二挤压材料形成第一装料焊缝。
4.根据权利要求3所述的挤压装置，其中，所述挤压垫表面是凸曲形。
5.根据权利要求4所述的挤压装置，其中，第一挤压材料和第二挤压材料之间的第一装料焊缝比由具有与第一坯料接触的平表面的第二挤压垫形成的第二装料焊缝长。
6.根据权利要求4所述的挤压装置，其中，第一挤压材料和第二挤压材料之间的第一装料焊缝比由具有与第一坯料接触的平表面的第二挤压垫形成的第二装料焊缝更坚固。
7.根据权利要求4所述的挤压装置，其中，第一挤压材料和第二挤压材料之间的第一装料焊缝比限定的装料焊缝强度更强。
8.根据权利要求4所述的挤压装置，其中，所述坯料是圆柱体，具有第一表面和第二表面，第一表面与挤压垫接触并且是凹形的，第二表面与第一表面相反并且是凸形的。
9.根据权利要求3所述的挤压装置，其中，所述挤压垫表面是凹曲形。
10.根据权利要求9所述的挤压装置，其中，第一挤压材料和第二挤压材料之间的第一装料焊缝比由具有与第一坯料接触的平表面的第二挤压垫形成的第二装料焊缝短。
11.一种挤压装置，包括：
模具，具有开口，通过开口从挤压室接收坯料并且坯料被挤压通过开口；以及
第一挤压垫，配置成推动坯料通过模具的开口，从而产生第一挤压材料，其中，第一挤压垫具有沿着挤压垫运动轴线的曲面。
12.根据权利要求11所述的挤压装置，其中，在第一挤压材料与在第一挤压材料之前挤压的第二挤压材料之间的第一装料焊缝具有第一长度，第一长度不同于与具有沿着运动轴线的平表面的第二挤压垫相关联的第二装料焊缝的第二长度。
13.根据权利要求11所述的挤压装置，其中，第一挤压垫具有凸面。
14.根据权利要求13所述的挤压装置，其中，第一挤压材料和第二挤压材料之间的第一装料焊缝比第二装料焊缝长。
15.根据权利要求13所述的挤压装置，其中，第一挤压材料和第二挤压材料之间的第一装料焊缝比第二装料焊缝更坚固。
16.根据权利要求13所述的挤压装置，其中，坯料是圆柱体，具有第一面和第二面，第一面更靠近挤压垫，第二面在坯料的背离第一面的另一端上，第一面是凹形的，第二面是凸形的。
17.根据权利要求11所述的挤压装置，其中，第一挤压垫具有凹面。
18.根据权利要求17所述的挤压装置，其中，第一挤压材料和第二挤压材料之间的第一装料焊缝比由平形挤压垫形成的第二装料焊缝短。
19.根据权利要求17所述的挤压装置，其中，坯料是圆柱体，具有第一面和第二面，第一面更靠近挤压垫，第二面在坯料的背离第一面的另一端上，第一面是凸形的，第二面是凹形的。
20.一种方法，包括：
通过具有拱顶形前端的第一挤压垫挤压坯料通过模具开口以形成第一挤压材料；以及
在第一挤压材料与在第一挤压材料之前挤压的第二挤压材料之间形成第一装料焊缝，其中，第一装料焊缝导致的废料比具有平前端的第二挤压垫导致的更少。
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Application publication date: 20210806