CN113382810B - 用于挤出弯曲型材的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于挤出材料的设备和方法。该设备包括挤出模具(1)，该挤出模具(1)布置成接收待从第一方向和第二方向挤出的材料。挤出模具包括孔口(6)，材料在第三方向上从该孔口被挤出。第一方向、第二方向和第三方向不都在同一平面内。第一方向、第二方向和第三方向都不与这些方向中的任何其他方向平行。

Description

用于挤出弯曲型材的设备和方法
技术领域
本文描述的实施方式涉及一种用于形成弯曲材料型材的方法和设备。
背景技术
减轻陆地、海上和空中旅行中使用的部件的重量使得减少燃料消耗，从而减少CO2排放。弯曲型材广泛用作工业制造中的结构元件，用于生产具有高轮廓复杂性的结构。例如，铝合金型材用于生产轻型部件结构，例如飞机工业中的座椅导轨、纵梁和框架，以及汽车工业中的窗框和车顶纵梁。
现有的用于弯曲材料型材的方法通常始于通过成形辊轧或挤出来制造直线型材。随后进行后续的弯曲工艺，例如拉伸弯曲、旋转拉伸弯曲、按压弯曲或辊轧弯曲(三辊、四辊和六辊弯曲)。然而，这些方法具有以下缺点：(i)需要不止一个工艺以获得具有期望的曲率的型材，这降低了制造生产率；(ii)由于在弯曲工艺中施加的高外部弯曲应变，可能会发生回弹和横截面变形；(iii)对于中空部分，在二次弯曲工艺中使用了各种填充物和芯棒，以避免潜在的横截面变形和屈曲；(iv)由于弯曲型材需要很大的力，因此需要重型机器；以及(v)如果壳体太薄或者曲率太大，则很多空心型材就无法弯曲。
另一种现有方法涉及通过使用直接安装在挤出机的材料出口附近的设备来弯曲挤出型材。由于需要专门和复杂的弯曲和引导装置，该方法也是不便的，并且还存在上述问题(ii)至(v)。另一种现有方法涉及通过对挤出模具施加特征来获得挤出的材料在挤出孔的横截面上的流速的变化。然而，获得正确的孔口设计的复杂性，以及除非改变工具否则缺乏改变挤出物曲率的能力，限制了该方法的应用。
存在产生平面弯曲型材的方法。这些方法涉及在一次操作中形成具有可变曲率的型材。然而，通过这些方法产生的型材是平面型材(即材料仅在一个平面上弯曲)。为了产生三维型材(即，材料在两个正交方向上具有弯曲)，需要进行额外的操作。这种额外的操作可能需要使用上述现有方法，导致类似的缺点。
因此，需要改进弯曲材料型材的制造。
发明内容
本发明的方面和特征列在所附权利要求中。
根据本公开的一个方面，提供用于挤出材料的设备，该设备包括挤出模具，该挤出模具布置成接收待从第一方向和第二方向挤出的材料，该挤出模具包括孔口，材料在第三方向上从该孔口挤出；其中第一方向、第二方向和第三方向不都在同一平面内并且其中第一方向、第二方向和第三方向都不平行于这些方向中的任何其他方向。
鉴于第一方向、第二方向和第三方向不都在同一平面内并且第一方向、第二方向和第三方向都不平行于这些方向中的任何其他方向，材料从孔口挤出为三维弯曲型材。也就是说，挤出的材料在两个正交方向上弯曲。从第一方向提供材料有助于挤出的材料在两个正交方向中的一个方向上弯曲，而从第二方向提供材料有助于挤出的材料在该两个正交方向中的另一个方向上弯曲。
挤出模具可以布置成接收待从第一方向和第二方向挤出的材料，使得选择性地在第一方向上提供材料允许挤出的材料在第一方向上弯曲并且选择性地在第二方向上提供材料允许挤出的材料在第二方向上弯曲。挤出模具可以布置成接收待从第一方向和第二方向挤出的材料，使得选择性地在第一方向上提供材料允许挤出的材料的弯曲在第一输出方向上被控制，以及选择性地在第二方向上提供材料允许挤出的材料的弯曲在第二输出方向上被控制，其中第一输出方向和第二输出方向是正交的。第一输出方向可以与第三方向正交。第二输出方向也可以与第三方向正交。
第一方向可以表示为具有平行于第一输出方向的第一方向分量的三维矢量。类似地，第二方向可以表示为具有平行于第二输出方向的第二方向分量的三维矢量，其中第二方向分量与第一方向分量正交。挤出模具可以布置成使得当第一方向和第二方向各自表示为三维矢量时，第一方向分量使挤出的材料在第一输出方向上弯曲，而第二方向分量使挤出的材料在第二输出方向上弯曲。因此，第一方向分量和第二方向分量中的每一个都可以足够大以分别使挤出的材料在第一输出方向和第二输出方向上弯曲。
第一方向和第二方向可以用笛卡尔坐标(Cartesian coordinate)表示。第一方向可以表示为具有非零x分量、y分量(可以为零或非零)和等于零的z分量的三维矢量。然后可以将第二方向表示为具有x分量(可以为零或非零)、y分量(可以为零或非零)和非零z分量的三维矢量。第三方向(即材料从孔口挤出的方向)可以与假想的y轴对齐。在这种情况下，第一方向的x分量导致沿y轴挤出的材料朝着假想的x轴弯曲。类似地，第二方向的z分量导致沿y轴挤出的材料朝着假想的z轴弯曲。如果第二方向的x分量不为零，则第二方向的x分量与第一方向的x分量产生的弯曲累积或抵消(取决于第一方向和第二方向的相对取向)。
第一方向和第三方向可以基本上正交。增加第一方向和第三方向之间的角度会增加挤出模具中第一方向和第三方向之间的交叉点处发生剧烈塑性变形(Severe plasticdeformation，SPD)的量。材料的SPD产生具有超细晶粒尺寸的挤出型材，从而提高挤出型材的机械性能。因此，基本上正交的布置增加了挤出模具中出现的SPD的量，从而提高了机械性能。同样，第二方向和第三方向也可以基本上正交，这也提高了机械性能。
第一方向和第二方向可以基本上正交。第一方向和第二方向的基本上正交的布置提供了对挤出过程的改进地控制，因为它提供了对挤出的材料的弯曲方向的加强控制。这解释为，在第一方向上提供材料使挤出的材料在第一输出方向上弯曲，而在第二方向上提供材料使挤出的材料在与第一输出方向正交的第二输出方向上弯曲。改进的控制是由于在第一方向上提供的材料对第二输出方向上的材料的曲率的影响可以忽略不计，而在第二方向上提供的材料对第一输出方向上的材料的曲率的影响可以忽略不计。因此，第一方向和第二方向可以基本上正交，使得在第一方向上提供材料导致挤出的材料在平行于第一方向的第一输出方向上弯曲，同时对垂直于第一输出方向的第二输出方向上的挤出的材料的曲率的影响可以忽略不计，而在第二方向上提供材料导致挤出的材料在第二输出方向上弯曲，同时对第一输出方向上的材料的曲率的影响可以忽略不计。
这意味着可以独立控制挤出的材料进行弯曲的两个方向—在第一个方向上提供材料仅控制第一输出方向上的曲率，而在第二个方向上提供材料仅控制第二输出方向上的曲率(第一输出方向和第二输出方向垂直)。
第一方向、第二方向和第三方向可以基本上正交。由于方向之间的角度增加，SPD增加，这会产生具有改善的机械性能的挤出型材。这种布置还允许独立控制挤出的材料的两个弯曲方向。
挤出模具还可以布置成接收待从额外的方向(本文称为第四方向，使得材料从第一方向、第二方向和第四方向被接收，并在第三方向上挤出)挤出的材料。第四方向可以与第一方向基本上相反。也就是说，如果在第一方向上提供材料导致挤出的材料在第一输出方向上弯曲，那么在与第一方向基本上相反的第四方向上提供材料导致挤出的材料在与第一输出方向相反的方向上弯曲。
当第一方向和第二方向(以及可选的第三方向)基本上正交时，第四方向可以与第一方向基本上相反。这意味着从第一方向提供材料导致挤出的材料在第一输出方向上弯曲，而对垂直于第一输出方向的第二输出方向上的曲率的影响可以忽略不计；从第二方向提供材料导致挤出的材料在第二输出方向上弯曲，而对第一输出方向上的曲率的影响可以忽略不计；以及从第四方向提供材料导致挤出的材料在与第一输出方向相反(并且因此也垂直于第二输出方向)的输出方向上弯曲，而对第二输出方向上的曲率的影响可以忽略不计。
这意味着可以通过从第一方向和/或第四方向提供材料来控制挤出的材料在第一输出方向和第三方向的平面上的曲率。这是因为从第一方向提供材料导致挤出的材料在与从第四方向提供材料时相反的方向上弯曲。这意味着，在第一输出方向和第三方向的平面内，挤出的材料可以沿着平行于第一输出方向的轴在正方向或负方向上弯曲。例如，假设第一方向与假想的x轴对齐，并且第四方向也与假想的x轴对齐，但与第一方向相反，从第一方向提供材料可能会导致挤出的材料朝向正x轴弯曲，而从第四方向提供材料可能导致挤出的材料朝向负x轴弯曲。
因此，从第四方向提供材料提供了对挤出的材料在第一输出方向上(以及在第一输出方向和第三方向的平面中)的曲率的增加的控制。从第四方向提供材料还为挤出过程提供了额外的灵活性，因为挤出的材料可以沿着一个轴在正方向或负方向上弯曲。
挤出模具还可以布置成接收待从额外的方向(本文称为第五方向，使得材料从第一方向、第二方向、第四方向和第五方向被接收，并在第三方向上挤出)挤出的材料。第五方向可以与第二方向基本上相反。也就是说，如果在第二方向上提供材料导致挤出的材料在第二输出方向上弯曲，那么在与第二方向基本上相反的第五方向上提供材料导致挤出的材料在与第二输出方向相反的方向上弯曲。
当第一方向和第二方向(以及可选的第三方向)基本上正交时，第五方向可以与第二方向基本上相反。这意味着从第一方向和/或第四方向提供材料导致挤出的材料在第一输出方向(或与第一输出方向相反的方向)上弯曲，而对垂直于第一输出方向的第二输出方向上的曲率的影响可以忽略不计；从第二方向提供材料导致挤出的材料在第二输出方向上弯曲，而对第一输出方向上的曲率的影响可以忽略不计；以及从第五方向提供材料导致挤出的材料在与第二输出方向相反(并且因此也垂直于第一输出方向)的输出方向上弯曲，而对第一输出方向上的曲率的影响可以忽略不计。
这意味着可以通过从第二方向和/或第五方向提供材料来控制挤出的材料在第二输出方向和第三方向的平面上的曲率。这是因为从第二方向提供材料导致挤出的材料在与从第五方向提供材料时相反的方向上弯曲。这意味着，在第二输出方向和第三方向的平面内，挤出的材料可以沿着平行于第二输出方向的轴在正方向或负方向上弯曲。例如，假设第二方向与假想的z轴对齐，并且第五方向也与假想的z轴对齐，但与第二方向相反，从第二方向提供材料可能会导致挤出的材料朝向正z轴弯曲，而从第五方向提供材料可能导致挤出的材料朝向负z轴弯曲。
因此，从第五方向提供材料提供了对挤出的材料在第二输出方向上(以及在第二输出方向和第三方向的平面中)的曲率的增加的控制。因此，从第一方向、第二方向、第四方向和第五方向提供材料提供了对挤出的材料弯曲方向的额外的控制水平。从第五方向提供材料还为挤出过程提供了额外的灵活性，因为挤出的材料可以沿着两个轴在正方向或负方向上弯曲。
挤出模具可以布置成以不同的速度从第一方向和从第二方向(以及，如果存在，从额外的方向)接收材料。挤出模具可以布置成以第一速度接收材料的第一部分以及以第二速度接收材料的第二部分。也就是说，可以在每个方向上接收材料的一部分，并且挤出模具可以布置成以不同的速度接收材料的每个部分。在第一方向上接收材料的速度可以随着材料从孔口挤出而变化。改变在第一方向上接收材料的速度允许在挤出期间改变在第一输出方向上的挤出的材料的曲率。这得到在第一输出方向上具有变化的曲率的型材。
同样，在其他方向上接收材料的速度也可以随着材料从孔口挤出而变化，从而允许对挤出的材料的曲率的改进的控制。
挤出模具可以布置成通过具有第一横截面积的开口从第一方向接收材料并且通过具有第二横截面积的开口从第二方向接收材料，其中第二横截面积与第一截面积不同。对于提供材料的给定速度，横截面积的差异导致不同输出方向上的不同曲率。因此，可以在第一方向和第二方向上以相同的速度提供材料，但是所得的挤出的材料在一个输出方向上可以具有与另一个输出方向相比增加的曲率。挤出模具还可布置成通过具有横截面积的相应开口从彼此方向接收材料。一个开口的横截面积可以不同于另一个开口的横截面积。
该设备还可以包括多个压缩元件，其中，对于挤出模具布置成的接收待挤出的材料的每个方向，多个压缩元件中的一个压缩元件布置成在该方向上向待挤出的材料施加力。例如，第一压缩元件可以布置成在第一方向上向材料施加力，并且第二压缩元件可以布置成在第二方向上向材料施加力。每个压缩元件可以布置成同时运动。每个压缩元件可以布置成以不同的速度运动。
该设备还可以包括控制器，该控制器配置成提供用于控制多个压缩元件中的至少一个压缩元件的运动的方向。控制器可以配置成控制每个压缩元件，使得每个压缩元件独立运动。控制器可以配置成引导多个压缩元件中的至少两个压缩元件同时运动。控制器可以配置成引导多个压缩元件中的至少两个压缩元件以不同的速度运动。控制器可以配置成随着材料被挤出而改变多个压缩元件中的至少一个压缩元件的速度。
该设备还可以包括多个腔室，其中，对于挤出模具布置成的接收待挤出的材料的每个方向，待挤出的材料的一部分容纳在多个腔室中的一个腔室中。例如，第一腔室可以配置成容纳材料的第一部分，而第二腔室可以配置成容纳材料的第二部分。每个腔室可以通过相应的开口与挤出模具相连通。材料的每个部分可以从相应的方向通过相应的开口提供。例如，材料的第一部分可以从第一方向通过第一开口提供，以及材料的第二部分可以从第二方向通过第二开口提供。
多个压缩元件中的至少一个压缩元件可以布置成向容纳在多个腔室的相应的一个腔室中的材料的部分施加力。多个腔室中的至少一个腔室可以与提供材料的方向中的相应的一个方向对齐。例如，第一腔室可以与第一方向对齐并且第二腔室可以与第二方向对齐。多个压缩元件中的至少一个压缩元件可以布置成与多个腔室中的相应的一个腔室的内部相连通。
该设备还可以包括多个压缩元件鼻部。多个压缩元件鼻部中的至少一个压缩元件鼻部可以布置成与多个压缩元件中的相应的一个压缩元件和待挤出材料的相应部分交界。多个压缩元件鼻部中的至少一个压缩元件鼻部可以可滑动地接收在多个腔室中的相应的一个腔室内。多个压缩元件鼻部中的至少一个压缩元件鼻部可以与在多个腔室的相应的一个腔室中的待挤出的材料的相应部分交界。也就是说，力可以通过多个压缩元件鼻部中的相应的一个压缩元件鼻部施加到待挤出材料的相应部分。
材料的至少一部分可以是坯料的形式。每个坯料可以在由相应压缩元件向坯料施加力之前被装载到相应腔室中。每个坯料可在装载到相应腔室之前加热。
根据本公开的另一个方面，提供挤出材料的方法，该方法包括提供待从第一方向挤出到挤出模具的材料、提供待从第二方向挤出到挤出模具的材料以及从挤出模具的孔口在第三方向上挤出材料；其中第一方向、第二方向和第三方向不都在同一平面内并且其中第一方向、第二方向和第三方向都不平行于这些方向中的任何其他方向。
第一方向和第二方向可以基本上正交。第一方向、第二方向和第三方向可以基本上正交。
该方法还可以包括提供待从第四方向挤出到挤出模具的材料，其中第四方向基本上与第一方向相反。该方法还可以包括提供待从第五方向挤出到挤出模具的材料，其中第五方向基本上与第二方向相反。
对于提供到挤出模具的待挤出的材料的每个方向，提供待从该方向挤出到挤出模具的材料包括：向待挤出的材料施加来自多个压缩元件中的一个压缩元件在该方向上的力。
该方法还可以包括控制多个压缩元件中的至少一个压缩元件的运动。控制多个压缩元件中的至少一个压缩元件的运动可以包括引导多个压缩元件中的至少两个压缩元件同时运动。控制多个压缩元件中的至少一个压缩元件的运动可以包括随着材料被挤出而改变多个压缩元件中的至少一个压缩元件的速度。
对于提供到挤出模具的待挤出的材料的每个方向，提供待从该方向挤出到挤出模具的材料可以包括：在多个腔室中的一个腔室中容纳待挤出的材料的一部分。
根据本公开的实施例的又一个方面，提供一种包括指令的计算机可读介质，当由计算装置执行该指令时，该指令使计算机执行如以上段落中所述的方法。
附图说明
下面仅以举例的方式并结合附图对具体实施方式进行描述，其中：
图1是具有三个腔室的设备的横截面透视图；
图2是示出了图1所示设备的控制器的示意图；
图3是使用图1的设备挤出的第一弯曲型材的第一部分的透视图；
图4是使用图1的设备挤出的第一弯曲型材(包括图3所示的第一部分)的透视图；
图5是使用图1的设备挤出的第二弯曲型材的透视图；
图6是使用图1的设备挤出材料的方法的流程图；
图7是具有四个腔室的设备的横截面透视图；
图8是使用图7的设备挤出的第三弯曲型材的透视图。
具体实施方式
下面特别参考金属型材的挤出来解释本公开的实施方式。然而，应当理解，本文所述的设备和方法也适用于挤出其他材料的型材，例如塑料、聚合物、陶瓷、颗粒材料或其他非金属。
用于挤出材料的设备100示于图1中。设备100包括挤出模具1。挤出模具1包括第一开口2、第二开口3和第三开口4。挤出模具1还包括孔口6，在操作中，材料从该孔口6被挤出。如图1中所示，材料在负y方向上从孔口6挤出。
设备100还包括三个腔室，其形式为第一坯料容器7、第二坯料容器8和第三坯料容器9。第一坯料容器7通过第一开口2与挤出模具1相连通。第二坯料容器8通过第二开口3与挤出模具1相连通。第三坯料容器9通过第三开口4与挤出模具1相连通。
挤出模具1布置成接收以第一坯料11、第二坯料12和第三坯料13的形式被挤出的材料。
第一坯料11容纳在第一坯料容器7中。挤出模具1布置成通过第一开口2接收第一坯料11。如图1所示，挤出模具1布置成从正x方向接收第一坯料11。
第二坯料12容纳在第二坯料容器8中。挤出模具1布置成通过第二开口3接收第二坯料12。如图1所示，挤出模具1布置成从负x方向接收第二坯料12。
第三坯料13容纳在第三坯料容器9中。挤出模具1布置成通过第三开口4接收第三坯料13。如图1所示，挤出模具1布置成从正z方向接收第三坯料13。
图1中的x方向、y方向和z方向是正交的。
设备100还包括三个压缩元件鼻部，其形式为第一冲头鼻部15、第二冲头鼻部16和第三冲头鼻部17。第一冲头鼻部15与第一坯料11以及第一坯料容器7相匹配。第一冲头鼻部15可滑动地收纳在第一坯料容器7内。第二冲头鼻部16与第二坯料12以及第二坯料容器8相匹配。第二冲头鼻部16可滑动地收纳在第二坯料容器8内。第三冲头鼻部17与第三坯料13以及第三坯料容器9相匹配。第三冲头鼻部17可滑动地收纳在第三坯料容器9内。
设备100还包括三个压缩元件，其形式为第一冲头19、第二冲头20和第三冲头21。当通过第一开口2从挤出模具1观察时，第一冲头19位于第一冲头鼻部15的后方。当通过第二开口3从挤出模具1观察时，第二冲头20位于第二冲头鼻部16的后方。当通过第三开口4从挤出模具1观察时，第三冲头21位于第三冲头鼻部17的后方。
如图2所示，设备100还包括控制器50。控制器50配置成提供用于控制第一冲头19、第二冲头20和第三冲头21的运动的方向。控制器50使用致动器(未示出)来控制每个冲头的运动。控制器50配置成在操作中引导第一冲头19、第二冲头20和第三冲头21同时运动。控制器50还配置成在操作中改变第一冲头19、第二冲头20和第三冲头21的速度。
在操作中，力分别通过第一冲头19、第二冲头20和第三冲头21同时施加到第一冲头鼻部15、第二冲头鼻部16和第三冲头鼻部17。在图1中，第一冲头鼻部15的速度表示为v1，第二冲头鼻部16的速度表示为v2，第三冲头鼻部17的速度表示为v3。在负x方向上向第一冲头鼻部15施加力。在正x方向上向第二冲头鼻部16施加力。在负z方向上向第三冲头鼻部17施加力。
当力施加到第一冲头19、第二冲头20和第三冲头21时，第一坯料11、第二坯料12和第三坯料13分别被迫通过第一开口2、第二开口3和第三开口4进入挤出模具1。第一坯料11被迫从正x方向通过第一开口2进入挤出模具1。第二坯料12被迫从负x方向通过第二开口3进入挤出模具1。第三坯料13被迫从正z方向通过第三开口4进入挤出模具1。然后材料在负y方向上从挤出模具1中的孔口6中被挤出。
通过改变由第一冲头鼻部15、第二冲头鼻部16和第三冲头鼻部17提供的质量流率，可以产生三维弯曲型材。也就是说，在负y方向上被挤出孔口6的挤出的材料(即挤出物)可以在x方向和z方向上弯曲。
使用图1的设备100挤出的第一弯曲挤出型材23的第一部分如图3所示。为了产生第一挤出型材23，使第一冲头19、第二冲头20和第三冲头21朝挤出模具1运动。该挤出物沿图3中箭头所示的流动方向24被挤出。
将第一冲头鼻部15的速度v1控制为小于第二冲头鼻部16的速度v2。这在挤出模具1的孔口6上产生流速梯度，导致挤出物在正x方向上弯曲。
同时，第三冲头鼻部17以速度v3在负z方向上运动。第三冲头鼻部17在负z方向上的速度v3导致挤出物在负z方向上弯曲。
正x方向和负x方向上的速度v1和v2以及沿负z方向的速度v3的共同作用导致第一挤出型材23具有从点25到点26的三维弯曲形状。
使用图1的设备100挤出的第一弯曲挤出型材23的第二部分如图4所示，其与第一部分结合。从点26到点27，使第一冲头鼻部15的速度v1增加，使其大于第二冲头鼻部16的速度v2。这种速度差异导致第一挤出型材23在负x方向上弯曲。
从点26到点27，第三冲头鼻部17的速度v3保持不变。正x方向和负x方向上的速度v1和v2以及沿负z方向的速度v3的共同作用导致第一挤出型材23从点26到点27的三维弯曲形状与从点25到点26的三维弯曲形状不同。
使用图1的设备100挤出的第二弯曲挤出型材33如图5所示。该挤出物沿图5中箭头所示的流动方向34挤出。为了产生第二挤出型材33，第一冲头鼻部15的速度v1大于第二冲头鼻部16的速度v2。这在挤出模具1的孔口6上产生流速梯度，导致挤出物在负x方向上弯曲。
同时，第三冲头鼻部17以速度v3在负z方向上运动。第三冲头鼻部17在负z方向上的速度v3导致挤出物在负z方向上弯曲。
正x方向和负x方向上的速度v1和v2以及沿负z方向的速度v3的共同作用导致第二挤出型材33具有从点35到点36的三维弯曲形状。
从点36到点37，v1和v2的比(即v1/v2)减小，这意味着v1和v2之间的差异小于当从点35到点36挤出材料时的速度差异。这意味着第二挤出型材33仍沿负x方向弯曲，但具有增加的曲率半径。
同时，速度v3的方向反转，这意味着第三冲头鼻部17向后(即在正z方向上)运动。第三冲头鼻部17以小于v1和v2的速度v3运动。速度v3的方向的反转导致挤出物在正z方向上弯曲。
正x方向和负x方向上的速度v1和v2以及正z方向上的速度v3的共同作用导致第二挤出型材33从点36到点37的三维弯曲形状与从点35到点36的三维弯曲形状不同。
使用图1的设备100挤出材料的方法的流程图在图6中示出。在框60中，将第一坯料11、第二坯料12和第三坯料13分别装载到第一坯料容器7、第二坯料容器8和第三坯料容器9中。在框62中，施加力以使第一冲头鼻部15以速度v1运动，从而使第一坯料11被迫进入挤出模具1。在框64中，施加力以使第二冲头鼻部16以不同于速度v1的速度v2运动，从而使第二坯料12被迫进入挤出模具1。在框66中，施加力以使第三冲头鼻部17以速度v3运动，从而使第三坯料13被迫进入挤出模具1。在框68中，材料从挤出模具1的孔口6中被挤出。
图1中所示的设备100的变体在图7中示出。图7中的设备170包括图1的设备100的所有特征。
此外，图7的设备170的挤出模具71包括第四开口5。图7的设备170还包括呈第四坯料容器10形式的额外的腔室。第四坯料容器10通过第四开口5与挤出模具71相连通。挤出模具71还布置成接收以第四坯料14的形式待被挤出的材料。
第四坯料14容纳在第四坯料容器10中。挤出模具71还布置成通过第四开口5接收第四坯料14。如图7所示，挤出模具71布置成从负z方向接收第四坯料14。
图7的设备170还包括呈第四冲头鼻部18形式的额外的压缩元件鼻部。第四冲头鼻部18与第四坯料14和第四坯料容器10相匹配。第四冲头鼻部18可滑动地收纳在第四坯料容器10内。
图7的设备170还包括呈第四冲头22形式的额外的压缩元件。当通过第四开口5从挤出模具71观察时，第四冲头22位于第四冲头鼻部18的后方。控制器50(如图2所示)配置成提供用于控制图7中的设备170的第四冲头22的运动的方向。控制器50配置成在操作中引导第一冲头19、第二冲头20、第三冲头21和第四冲头22同时运动。控制器50还配置成在操作中改变第四冲头22的速度。
在操作中，力分别通过第一冲头19、第二冲头20、第三冲头21和第四冲头22同时施加到第一冲头鼻部15、第二冲头鼻部16、第三冲头鼻部17和第四冲头鼻部18上。在图7中，第一冲头鼻部15的速度表示为v1，第二冲头鼻部16的速度表示为v2，第三冲头鼻部17的速度表示为v3，以及第四冲头鼻部18的速度表示为v4。在负x方向上向第一冲头鼻部15施加力。在正x方向上向第二冲头鼻部16施加力。在负z方向上向第三冲头鼻部17施加力。在正z方向上向第四冲头鼻部18施加力。
当力施加到第一冲头19、第二冲头20、第三冲头21和第四冲头22时，第一坯料11、第二坯料12、第三坯料13和第四坯料14分别被迫通过第一开口2、第二开口3、第三开口4和第四开口5进入挤出模具71。第一坯料11被迫从正x方向通过第一开口2进入挤出模具71。第二坯料12被迫从负x方向通过第二开口3进入挤出模具71。第三坯料13被迫从正z方向通过第三开口4进入挤出模具71。第四坯料14被迫从负z方向通过第四开口5进入挤出模具71。然后材料在负y方向上从挤出模具1中的孔口6中被挤出。
通过改变由第一冲头鼻部15、第二冲头鼻部16、第三冲头鼻部17和第四冲头鼻部18提供的质量流率，可以产生三维弯曲型材。也就是说，在负y方向上被挤出孔口6的挤出的材料(即挤出物)可以在x方向和z方向上弯曲。
增加第四冲头鼻部18意味着v1与v2的比以及v3与v4的比都可以任意调节。这允许了在x方向和z方向上控制挤出的材料的曲率。
使用图7的设备170挤出的第三弯曲挤出型材43如图8所示。为了产生第三挤出型材43，使第一冲头19、第二冲头20、第三冲头21和第四冲头22朝挤出模具71运动。该挤出物沿图8中箭头所示的流动方向44挤出。
从点45到点46，第一冲头鼻部15的速度v1大于第二冲头鼻部16的速度v2，第三冲头鼻部17的速度v3小于第四冲头鼻部18的速度v4。这意味着第三挤出型材43同时在负x方向和正z方向上弯曲。因此，第三挤出型材具有从点45到点46的三维弯曲形状。
从点46到点47，第一冲头鼻部15的速度v1小于第二冲头鼻部16的速度v2，第三冲头鼻部17的速度v3大于第四冲头鼻部18的速度v4。这意味着第三挤出型材43同时在正x方向和负z方向上弯曲。因此，第三挤出型材43从点46到点47的三维弯曲形状与从点45到点46的三维弯曲形状不同。
通过调节v1与v2以及v3与v4的比，可以灵活地改变并且精确地控制三维挤出型材的曲率。
现在描述对图1的设备100的修改。这些修改也适用于图7的设备170。
可以通过使用存储在计算机可读介质上的指令使用图1的设备100或图7的设备170来产生三维弯曲型材。计算机可读介质可以在包括存储器(存储所述指令)和处理器的计算装置上执行。该处理器配置成执行指令以产生三维弯曲型材。例如，计算装置可以是图2的控制器50。控制器50可以执行指令以控制第一冲头15、第二冲头16和第三冲头17的运动以产生挤出型材。
尽管图1中的设备100的挤出模具1示出为布置成接收待从三个方向(即正x方向、负x方向和正z方向)挤出的材料，但如果将设备布置成接收来自两个方向的材料，则仍可产生三维弯曲型材。在这种情况下，该设备可以不包括例如第二开口3、第二坯料容器8、第二冲头鼻部16或第二冲头20。因此，在该实施例中不使用第二坯料12。
参照图1所示设备的布置，如果只从正x方向和正z方向接收材料，那么负x方向上的速度v1导致挤出的材料在负x方向上弯曲，同时在负z方向上的速度v3导致挤出的材料在负z方向上弯曲。
这意味着产生了同时在负x方向和负z方向上弯曲的挤出型材。因此，可以产生三维弯曲型材。正x方向和正z方向上的弯曲可以通过反转速度v1和v3的方向来实现，如上文关于图1的设备100所述。
此外，挤出模具布置成的接收待挤出的材料的方向不需要彼此正交。同样，挤出模具布置成的接收待挤出的材料的每个方向不需要与材料从孔口挤出的方向正交。
取图1所示的坐标系，挤出模具可以布置成接收从由三维速度矢量{x1，y1，z1}表示的第一方向和从由三维速度矢量{x2，y2，z2}表示的第二方向挤出的材料。挤出模具还可以布置成通过孔口挤出材料。在该实施例中，孔口与假想的y轴对齐。
从第一方向提供材料意味着挤出的材料在第一方向上弯曲。同样，从第二方向提供材料意味着挤出的材料在第二方向上弯曲。如果表示第一方向的速度矢量中的x1不为零，则在第一方向上提供材料会导致挤出的材料在x方向上弯曲。例如，如果x1为负，则挤出的材料在负x方向上弯曲。
类似地，如果表示第二方向的速度矢量中的z2不为零，则在第二方向上提供材料会导致挤出的材料在z方向上弯曲。例如，如果z2为负，则挤出的材料在负z方向上弯曲。
在该实施例中，通过假想用z分量为零的速度矢量表示第一方向，可以更容易地理解两个方向的相对取向。因此，为了挤出在x方向上弯曲的材料，第一方向具有非零x分量。速度矢量的y分量可以为零或可以不为零。因此，第一方向的速度矢量可以表示为{x1≠0，y1，z1＝0}。
第二方向不需要与第一方向正交。为了挤出在z方向上弯曲的材料，第二个方向具有z分量不为零的速度矢量。速度矢量的x分量和y分量可以各自为零或不为零。因此，第二方向的速度矢量可以表示为{x2，y2＝0，z2≠0}。
第一方向的非零x分量导致挤出的材料在x方向上弯曲。第二方向的非零z分量导致挤出的材料在z方向上弯曲。如果第二方向的x分量不为零，则其将与第一方向的x分量累积，或者它将减少由第一方向的x分量引起的弯曲，这取决于两个方向的x分量的相对大小和方向。
还可以通过调节开口的横截面积来产生三维挤出型材，通过该开口材料被接收在挤出模具处。对于给定的冲头速度，调节横截面积会改变材料进入挤出模具的质量流率。质量流率也可以通过调节开口的横截面积和通过调节冲头的速度来改变。
可以将热坯料或冷坯料放置在腔室中进行热挤出或冷挤出。为了产生中空挤出型材，可以将芯棒放置在挤出模具中。
仅通过示例的方式描述了上述实施方式，并且所描述的实施方式在所有方面都应被视为说明性的而非限制性的。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所描述的实施方式进行变型。还显而易见的是，存在许多未描述但落入所附权利要求的范围内的变型。

Claims (21)

1.用于挤出材料的设备，所述设备包括：
挤出模具，所述挤出模具布置成接收待从第一方向和第二方向挤出的材料，所述挤出模具包括孔口，材料在第三方向上从所述孔口挤出；
其中所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向不都在同一平面内并且其中所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向都不平行于这些方向中的任何其他方向。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一方向和所述第二方向基本上是正交的。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向基本上是正交的。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述挤出模具布置成接收待从第四方向挤出的材料，其中所述第四方向基本上与所述第一方向相反。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述挤出模具布置成接收待从第五方向挤出的材料，其中所述第五方向基本上与所述第二方向相反。
6.根据权利要求1或2所述的设备，所述设备还包括多个压缩元件，其中，对于所述挤出模具布置成的接收待挤出的材料的每个方向，所述多个压缩元件中的一个压缩元件布置为在该方向上向所述待挤出的材料施加力。
7.根据权利要求6所述的设备，所述设备还包括控制器，所述控制器配置成提供用于控制所述多个压缩元件中的至少一个压缩元件的运动的方向。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述控制器配置成引导所述多个压缩元件中的至少两个压缩元件同时运动。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其中，所述控制器配置成随着材料被挤出而改变所述多个压缩元件中的至少一个压缩元件的速度。
10.根据权利要求1或2所述的设备，所述设备还包括多个腔室，其中，对于所述挤出模具布置成的接收待挤出的材料的每个方向，所述待挤出的材料的一部分容纳在所述多个腔室中的一个腔室中。
11.一种挤出材料的方法，所述方法包括：
提供待从第一方向挤出到挤出模具的材料；
提供待从第二方向挤出到所述挤出模具的材料；以及
在第三方向上从所述挤出模具的孔口挤出材料；
其中所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向不都在同一平面内并且其中所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向都不平行于这些方向中的任何其他方向。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一方向和所述第二方向基本上是正交的。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向基本上是正交的。
14.根据权利要求11或12所述的方法，还包括：
提供待从第四方向挤出到所述挤出模具的材料，其中所述第四方向基本上与所述第一方向相反。
15.根据权利要求11或12所述的方法，还包括：
提供待从第五方向挤出到所述挤出模具的材料，其中所述第五方向基本上与所述第二方向相反。
16.根据权利要求11或12所述的方法，其中，对于被提供到所述挤出模具的待挤出的材料的每个方向，提供待从所述方向挤出到所述挤出模具的所述材料包括：向待挤出的所述材料施加来自多个压缩元件中的一个压缩元件在所述方向上的力。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
控制所述多个压缩元件中的至少一个压缩元件的运动。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，控制所述多个压缩元件中的至少一个压缩元件的运动包括引导所述多个压缩元件中的至少两个压缩元件同时运动。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，控制所述多个压缩元件中的至少一个压缩元件的运动包括随着所述材料被挤出而改变所述多个压缩元件中的至少一个压缩元件的速度。
20.根据权利要求11或12所述的方法，其中，对于被提供到所述挤出模具的待挤出的材料的每个方向，提供待从所述方向挤出到所述挤出模具的所述材料包括：在多个腔室中的一个腔室中容纳所述待挤出的材料的一部分。
21.一种计算机可读介质，包括指令，当由计算装置执行所述指令时，所述指令使所述计算装置执行如权利要求11至20中任一项所述的方法。
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