EA015653B1 - Система подачи расплавленного металла на экструзию высокого давления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к системе подачи расплавленного металла в последующий процесс формообразования при постоянном давлении и расходе расплавленного металла. Система содержит (a) источник подаваемого расплавленного металла; (b) множество инжекторов расплавленного металла, включающее, по меньшей мере, первый инжектор расплавленного металла, выполненный с возможностью попеременно сообщаться по текучей среде в первом режиме с источником подаваемого расплавленного металла, а во втором режиме - со вторым инжектором и с выходом системы, по меньшей мере, второй инжектор расплавленного металла, выполненный с возможностью попеременно сообщаться по текучей среде в первом режиме с первым инжектором расплавленного металла и с выходом системы, а во втором режиме - с выходом системы, при этом каждый из инжекторов содержит корпус для расплавленного металла и подвижно установленный в этом корпусе поршень, служащий для обеспечения приема расплавленного металла в корпус инжектора и вытеснения расплавленного металла из корпуса инжектора соответственно при обратном ходе и при прямом ходе поршня инжектора таким образом, что расплавленный металл при прямом ходе поршня первого инжектора подается в корпус второго инжектора и на выход системы, а при прямом ходе поршня второго инжектора - на выход системы; и (c) управляющий цилиндр, предназначенный для управления процессом подачи расплавленного металла и регулирования скорости формообразования, имеющий корпус, выполненный с возможностью содержать управляющую газовую среду и находящийся в сообщении по этой газовой среде со вторым инжектором, и подвижно установленный в этом корпусе поршень,

Description

Данное изобретение относится к системе подачи расплавленного металла. В частности, данное изобретение относится к системе непрерывной подачи расплавленного металла под давлением в процессе экструзии изделия неопределенной (бесконечной) длины.

Предпосылки создания изобретения

Процесс обработки металла, известный как экструзия, предусматривает выдавливание металлической заготовки (слитка или биллета, т.е. круглой заготовки) через отверстие экструзионной головки, имеющее заранее заданную конфигурацию, с образованием профиля, имеющего большую длину и, по существу, постоянное поперечное сечение. Например, при экструзии алюминиевых сплавов алюминиевую заготовку предварительно нагревают до надлежащей температуры экструзии. Затем алюминиевую заготовку помещают в нагретый цилиндр. Цилиндр, используемый в процессе экструзии, имеет обладающее заданной формой отверстие экструзионной головки на одном конце и совершающий возвратнопоступательное движение поршень или плунжер, имеющий приблизительно такие же размеры поперечного сечения, как и отверстие цилиндра. Данный поршень или плунжер перемещается к алюминиевой заготовке для сжатия этой алюминиевой заготовки. Отверстие в экструзионной головке представляет собой путь наименьшего сопротивления для алюминиевой заготовки под давлением. Алюминиевая заготовка деформируется и проходит через отверстие экструзионной головки с образованием экструдированного продукта, имеющего такую же форму поперечного сечения, как и отверстие экструзионной головки.

Обратимся к фиг. 1. Описанный выше процесс экструзии обозначен ссылочной позицией 2 и, как правило, состоит из нескольких отдельных и не непрерывных (периодических) операций, включая плавку 4, литье 6, удаление поверхностного слоя 8, гомогенизацию 10, возможную резку 12, повторный нагрев 14 и, наконец, экструзию 16. Алюминиевую заготовку отливают при повышенной температуре и, как правило, охлаждают до комнатной температуры или температуры окружающей среды. После отливки с алюминиевой заготовки удаляют поверхностный слой для снятия оксидного слоя, который естественным образом образуется на поверхности алюминиевой заготовки вследствие реакции между поверхностью алюминия и кислородом атмосферы. Вследствие того, что алюминиевая заготовка отлита, в структуре алюминиевой заготовки имеется определенная степень неоднородности. Следовательно, алюминиевую заготовку, как правило, нагревают при повышенных температурах для гомогенизации литого металла. После этапа гомогенизации алюминиевую заготовку охлаждают до комнатной температуры. После охлаждения гомогенизированную алюминиевую заготовку повторно нагревают в печи до повышенной температуры, называемой температурой подогрева. Специалистам в данной области техники будет понятно, что температура подогрева является, по существу, одинаковой для каждой подлежащей экструзии круглой заготовки в последовательности круглых заготовок. После достижения температуры подогрева алюминиевую заготовку помещают в экструдинг-пресс и экструдируют через экструзионную головку с образованием экструдированного продукта.

Все вышеупомянутые этапы относятся к практическим технологиям, которые хорошо известны специалистам в области литья и экструзии. Каждый из вышеупомянутых этапов связан с металлургическим контролем подлежащего экструзии металла. Данные этапы являются очень дорогостоящими, при этом затраты на энергию имеют место каждый раз, когда металлическую заготовку повторно нагревают от комнатной температуры. Также существуют закладываемые в себестоимость затраты, связанные с необходимостью обрезки металлической заготовки, затраты труда, связанные с незавершенным производством, и капитальные и эксплуатационные затраты на оборудование для экструзии.

Следовательно, существует потребность в объединении отдельных и периодических операций традиционного процесса экструзии для уменьшения затрат на изготовление экструдированного продукта.

Предыдущие попытки разработать непрерывный процесс экструзии описаны в патентах США №№ 6536508, 6712126 и 6739485 на имя Сэмпла (8ашр1е) и др. Данные патенты включены сюда путем ссылки. Кроме того, в данных патентах описана система для экструзии изделия непрерывным образом, осуществляемой при использовании работающих последовательно многочисленных инжекторов расплавленного металла. Каждый инжектор подсоединен между источником расплавленного металла и последующим технологическим процессом. Для успешной работы требуется точная синхронизация этих многочисленных инжекторов. Синхронизация достигается посредством клапанов, которые открываются или закрываются для того, чтобы способствовать потоку расплавленного алюминия или задерживать его. Надежность и простота работы данных клапанов имеют решающее значение для успеха данных изобретений.

Несмотря на то, что данными патентами предложен непрерывный процесс, желательно разработать аппарат и непрерывный способ экструзии, который объединяет многочисленные операции традиционного процесса экструзии в одну операцию. Работа по раскрытому здесь изобретению является значительно более надежной, чем по предшествующим изобретениям, с достижением той же цели. Повышенная на

- 1 015653 дежность является результатом упрощения определенных конструктивных элементов и обусловлена изобретением дополнительных конструктивных элементов, которые уменьшают сложность задач, решаемых при непрерывной экструзии изделия.

Сущность изобретения

Говоря в общем, в соответствии с изобретением разработана система подачи расплавленного металла, способная непрерывно подавать металл на предусмотренную дальше по ходу технологического процесса операцию формообразования (профилирования) при постоянном давлении или скорости. Система подачи расплавленного металла включает в себя множество инжекторов расплавленного металла, по меньшей мере с одним инжектором расплавленного металла, называемым здесь и далее подающим цилиндром (ПЦ), соединенным непосредственно с источником металла, и вторым инжектором расплавленного металла, называемым накопительным цилиндром (НЦ), соединенным с первым инжектором и последующим технологическим процессом. Система также включает в себя систему подачи расплавленного металла низкого давления и управляющий процессом цилиндр, называемый далее УПЦ.

ПЦ- и НЦ-инжекторы связаны друг с другом и с системой подачи расплавленного металла низкого давления посредством множества запорных клапанов, предназначенных для того, чтобы способствовать или препятствовать потоку расплавленного металла между различными конструктивными элементами системы нагнетания расплавленного металла. Первый запорный клапан (ЗК), названный здесь и далее впускным запорным клапаном, связывает систему подачи низкого давления с представляющим собой подающий цилиндр (ПЦ) инжектором расплавленного металла. Второй запорный клапан (ЗК), названный выпускным запорным клапаном, связывает ПЦ-инжектор расплавленного металла и НЦ-инжектор расплавленного металла. ПЦ- и НЦ-инжекторы расплавленного металла, впускной и выпускной запорные клапаны (ЗК) и управляющий процессом цилиндр (УПЦ) функционируют совместно для непрерывной подачи расплавленного металла из системы подачи низкого давления к предусмотренной дальше по ходу технологического процесса операции формообразования (профилирования) так, что подаваемый расплавленный металл находится при постоянном давлении или же поддерживается постоянная скорость продукта.

Каждый из инжекторов расплавленного металла имеет корпус инжектора, выполненный с возможностью содержать расплавленный металл, и поршень, который выполнен с возможностью совершать возвратно-поступательное движение внутри корпуса инжектора. Прямой ход поршня вытесняет текучую среду из корпуса инжектора, что позволяет инжектору подавать расплавленный металл, а обратный ход поршня позволяет заполнить корпус инжектора металлом. В каждом из инжекторов используется концепция газа над перемещающим металл поршнем, описанная в патенте США № 6739485 на имя Сэмпла и др.

Регулирование потока расплавленного металла и скорости продукта на выходе осуществляется посредством управляющего процессом цилиндра (УПЦ), который сообщается по газу с НЦ-инжектором расплавленного металла. Управляющий процессом цилиндр имеет отдельный корпус, выполненный с возможностью содержать газ, и поршень, который приводится в корректируемое возвратнопоступательное движение внутри корпуса. Поршень перемещается путем прямого хода и обратного хода. Обратный ход УПЦ позволяет газу расширяться, тем самым уменьшая давление в корпусе НЦинжектора расплавленного металла, что приводит к уменьшению скорости продукта на выходе. Прямой ход УПЦ обеспечивает сжатие газа, тем самым повышая давление в корпусе НЦ-инжектора расплавленного металла, что приводит к увеличению скорости продукта. Таким образом, положение поршня УПЦ можно корректировать для поддержания искомой скорости.

Работа системы подачи расплавленного металла осуществляется для подачи расплавленного металла в последующий технологический процесс, по существу, при постоянном расходе или давлении расплавленного металла. Работа этой системы включает в себя приведение в действие поршней инжекторов так, что корпус инжектора заполняется расплавленным металлом и впоследствии подает расплавленный металл к другому инжектору или в последующий технологический процесс. Когда инжектор подает металл, его называют находящимся на стадии подачи или экструзии, а когда он заполняется металлом, его называют находящимся на стадии заполнения. Система подачи расплавленного металла работает циклическим образом, при этом один цикл определяется прохождением ПЦ-инжектора расплавленного металла через стадию заполнения и стадию подачи. ПЦ-инжектор расплавленного металла во время стадии своего заполнения сообщается по текучей среде с источником или резервуаром подаваемого расплавленного металла (посредством открытия впускного ЗК и закрытия выпускного ЗК), а во время стадии подачи он сообщается по текучей среде с НЦ-инжектором расплавленного металла и с последующим технологическим процессом (посредством открытия выпускного ЗК и закрытия впускного ЗК). Перед стадией подачи давление газа в подающем цилиндре предварительно повышается до давления в НЦ. Во время стадии подачи газовая подушка в ПЦ-цилиндре дополнительно сжимается с тем, чтобы способствовать перемещению расплавленного алюминия из ПЦ в НЦ. На данной стадии ПЦ подает расплавленный металл в НЦ-цилиндр и в последующий технологический процесс. Это приводит к заполнению НЦ. Прямой ход ПЦ-инжектора расплавленного металла осуществляется с более высокой скоростью, что приводит к одновременной подаче расплавленного металла в накопительный цилиндр (НЦ) и в последующий техноло- 2 015653 гический процесс. Положение поршня НЦ всегда определяется уровнем расплавленного металла в НЦ для поддержания постоянной газовой подушки. Следовательно, поршни ПЦ- и НЦ-инжекторов расплавленного металла будут перемещаться в противоположных направлениях так, что когда один подает, другой заполняется. Перед обратным ходом ПЦ, выпускной ЗК закрывается, и газ в ПЦ отводится.

Регулирование скорости продукта на выходе из последующего технологического процесса осуществляется путем регулирования давления в НЦ-инжекторе расплавленного металла управляющим процессом цилиндром (УПЦ), который сообщается по газу с НЦ-инжектором расплавленного металла. Поршень УПЦ корректируется на основе обратной связи от датчика скорости продукта.

Запорные клапаны работают посредством затвердевания и оттаивания расплавленного металла в пропускном канале с тем, чтобы соответственно воспрепятствовать или способствовать течению расплавленного металла. Такие клапаны обеспечивают надежное средство изоляции конструктивных элементов, когда они работают при существенно различающихся рабочих давлениях.

Другой аспект настоящего изобретения заключается в уменьшении общей величины затрат, связанных с изготовлением экструдированного изделия (продукта).

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания изобретения обратимся к нижеследующему описанию, приведенному совместно с сопровождающим(и) чертежом(ами), на которых фиг. 1 представляет собой схематическое изображение процесса экструзии;

фиг. 2 - схематическое изображение в сечении системы подачи расплавленного металла, выполненной и скомпонованной в соответствии с изобретением;

фиг. 3 - изображение в сечении инжектора подаваемого расплавленного металла, используемого в системе по фиг. 2;

фиг. 4 - схематическое изображение в сечении инжектора расплавленного металла;

фиг. 5 - изображение в сечении инжектора расплавленного металла, уплотнения и средств для охлаждения уплотнения в соответствии с изобретением;

фиг. 6 - изображение в сечении запорного клапана, используемого в системе по фиг. 2;

фиг. 7 - изображение в сечении экструзионной пресс-формы и фиг. 8 - продольное сечение системы подачи расплавленного металла.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения

На сопровождающих фигурах и в нижеследующем описании данное изобретение изложено в предпочтительных вариантах его воплощения. Тем не менее, предусмотрено, что лица, в общем знакомые с процессами экструзии и/или системами подачи расплавленного металла, смогут применить новые характеристики проиллюстрированных и описанных здесь конструкций и способов в других ситуациях посредством модификации определенных особенностей. Соответственно, фигуры и описание не следует воспринимать как ограничивающие объем данного изобретения, а следует понимать в широком смысле как общую идею. При указании любого числового диапазона значений подразумевается, что подобные диапазоны включают в себя все до единого числа и/или дробные числа между минимальным и максимальным значениями указанного диапазона. В завершение, в целях нижеприведенного описания термины верхний, нижний, правый, левый, вертикальный, горизонтальный, верх, низ и производные от них должны относиться к изобретению в той ориентации, в какой оно представлено на чертежах.

Изобретение направлено на систему подачи расплавленного металла под давлением (систему непрерывного нагнетания металла), включающую в себя по меньшей мере два инжектора расплавленного металла. Система подачи расплавленного металла может быть использована для того, чтобы доставлять расплавленный металл в расположенный дальше по ходу аппарат или процесс экструзии. В частности, система подачи расплавленного металла, раскрытая в данном изобретении, обеспечивает подачу расплавленного металла, по существу, с постоянными расходами и давлением в расположенный дальше по ходу аппарат или процесс экструзии.

Как показано на фиг. 2, система 16 подачи расплавленного металла включает в себя множество инжекторов 18 расплавленного металла, отдельно обозначенных с помощью обозначений а и Ь. ПЦинжектор 18а расплавленного металла и НЦ-инжектор 18Ь расплавленного металла являются идентичными, и их конструктивные части описаны ниже для ясности в отношении одного единственного инжектора 18. Система 20 подачи низкого давления обеспечивает подачу расплавленного металла 22 в ПЦинжектор 18а расплавленного металла. Расплавленный металл непрерывно подается в систему 20 подачи низкого давления из контейнера 21, который сообщается по текучей среде с системой 20 подачи низкого давления. Система 20 подачи низкого давления также сообщается по текучей среде с проходящим, по существу, вертикально первым питающим каналом 24. Первый питающий канал 24 сообщается по текучей среде с первой приемной камерой 26, которая заключена в первом корпусе 28. Первая приемная камера 26 сообщается по текучей среде с проходящим, по существу, горизонтально вторым питающим каналом 30. Для того чтобы или воспрепятствовать, или способствовать течению расплавленного металла 22 по второму питающему каналу 30, может быть использован запорный клапан 32а.

- 3 015653

Второй питающий канал 30 проходит во второй корпус 34, который окружает вторую приемную камеру 36. Вторая приемная камера 36 сообщается по текучей среде со вторым питающим каналом 30, проходящим, по существу, вертикально третьим питающим каналом 38 и проходящим, по существу, горизонтально четвертым питающим каналом 40. Третий питающий канал 38 сообщается по текучей среде с внутренним пространством 42 инжекторного корпуса 44 ПЦ-инжектора 18а расплавленного металла. Выпускной запорный клапан (ЗК) 32Ь используется для того, чтобы способствовать или воспрепятствовать течению расплавленного металла 22 по четвертому питающему каналу 40. Несмотря на то что на фиг. 2 запорные клапаны 32а и 32Ь показаны расположенными примерно в центре второго и четвертого питающих каналов 30 и 40, первый и/или второй запорные клапаны 32а и 32Ь также могут простираться, по существу, вдоль всей длины соответственно второго и четвертого питающих каналов 30 и 40.

Четвертый питающий канал 40 проходит в третий корпус 46, который окружает третью приемную камеру 48. Третья приемная камера 48 сообщается по текучей среде с четвертым питающим каналом 40, проходящим, по существу, вертикально пятым питающим каналом 50 и проходящим наружу шестым питающим каналом 52 (как показано на фиг. 8). Пятый питающий канал 50 сообщается по текучей среде с внутренним пространством 42 корпуса 44 второго инжектора 18Ь. Шестой питающий канал 52 сообщается по текучей среде с экструзионной пресс-формой 54 (как показано на фиг. 8), которая используется для затвердевания расплавленного металла 22 перед тем, как расплавленный металл 22 экструдируют через экструзионную головку 56, которая присоединена к экструзионной пресс-форме 54. Несмотря на то что питающие каналы 24, 30, 38, 40, 50 и 52 на фиг. 2 показаны имеющими, по существу, одинаковый диаметр, следует отметить, что это не следует считать ограничивающим, поскольку один или более из питающих каналов 24, 30, 38, 40, 50 и 52 могут иметь изменяющиеся величины диаметров.

Как можно понять при рассмотрении фиг. 2, управляющий процессом цилиндр 58, НЦ-инжектор 18Ь расплавленного металла и ПЦ-инжектор 18а расплавленного металла соединены газопроводом 60, который позволяет газу проводиться между управляющим процессом цилиндром 58 и НЦ- и ПЦинжекторами 18а, 18Ь расплавленного металла. Газовая подушка 116 в ПЦ-инжекторе 18а расплавленного металла пополняется газом, который проходит (перемещается) из НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла в ПЦ-инжектор 18а расплавленного металла по газопроводу 60, который расположен между ПЦинжектором 18а расплавленного металла и НЦ-инжектором 18Ь расплавленного металла. Газовая подушка 116 НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла пополняется газом, который проходит из управляющего процессом цилиндра 58 в НЦ-инжектор 18Ь расплавленного металла по газопроводу 60, который расположен между управляющим процессом цилиндром 58 и НЦ-инжектором 18Ь расплавленного металла. Функционирование газопровода 60 будет описано ниже с дополнительными подробностями.

На фиг. 2 управляющий процессом цилиндр 58 сообщается по газу с НЦ-инжектором 18Ь расплавленного металла через проходящий, по существу, горизонтально первый газопровод 62. Проходящий, по существу, горизонтально второй газопровод 64 соединяет НЦ-инжектор 18Ь расплавленного металла с ПЦ-инжектором 18а расплавленного металла. К второму газопроводу 64 присоединен первый газовый клапан 66, который используется для регулирования потока газа между ПЦ- и НЦ-инжекторами расплавленного металла 18а и 18Ь. Третий газопровод 68 присоединен к ПЦ-инжектору 18а расплавленного металла. Третий газопровод 68 используется для отвода (т.е. выталкивания или выпуска) газа из ПЦинжектора 18а расплавленного металла.

Операция отвода регулируется с помощью второго газового клапана 70, который присоединен к третьему газопроводу 68.

ПЦ-инжектор расплавленного металла и НЦ-инжектор расплавленного металла 18а и 18Ь идентичны, и их конструктивные части будут описаны ниже в отношении одного-единственного инжектора 18 для ясности. Как показано на фиг. 2-5, инжектор 18 включает в себя корпус 44 инжектора, который используется для содержания в нем расплавленного металла 22 перед вытеснением расплавленного металла 22 к расположенному дальше по ходу аппарату или процессу. В одном варианте воплощения данного изобретения корпус 44 инжектора футерован графитом 105 (как показано на фиг. 4). Тем не менее, это не следует считать ограничивающим, поскольку футеровка может быть изготовлена из любого материала, который не реагирует неблагоприятным образом с тем расплавленным металлом 22, который используется. Поршень 84 простирается вниз в корпус 44 инжектора и совершает возвратно-поступательное движение в корпусе 44 инжектора. Как видно на фиг. 2-4, первый конец 106 поршня 84 связан с гидроприводом или гидроцилиндром 108, который приводит поршень 84 в его возвратно-поступательное движение. Первый конец 106 поршня 84 связан с гидроцилиндром 108 посредством самоустанавливающейся (самоцентрирующейся) муфты 110. Данные о высоте газовой подушки 116, которая находится между вторым концом 114 поршня 84 и расплавленным металлом 22, передается в компьютер или управляющий блок 117 (как показано на фиг. 2), который регулирует приведение в действие управляющего процессом цилиндра (УПЦ) 58, ПЦ-инжектора 18а расплавленного металла и НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла. Приведение в действие поршня 84 инжектора таково, что поддерживается неизменная высота газовой подушки. Способ, в котором компьютер 117 регулирует приведение в действие управляющего процессом цилиндра (УПЦ) 58, ПЦ-инжектора 18а расплавленного металла и НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла, описан ниже с дополнительными подробностями.

- 4 015653

Обратимся к фиг. 5. Газ вводится в ПЦ- и НЦ-инжекторы 18а и 18Ь соответственно посредством одного или более каналов 118 для ввода газа, которые проходят сквозь корпус 44 инжектора. Канал 118 для ввода газа сообщается по газу по меньшей мере с одним соседним инжектором (непоказанным) или с управляющим процессом цилиндром (непоказанным). Как можно ясно видеть на фиг. 5, наружная поверхность 120 поршня 84 не выполнена полностью заподлицо (т.е. в контакте) с внутренней стенкой 122 корпуса 18 инжектора, что позволяет газу из соседних инжекторов или из управляющего процессом цилиндра 58 поступать в корпус 44 инжектора. Когда газовый клапан открыт, газ выходит из корпуса инжектора 18 по одному или более каналам 124 для выпуска газа, которые проходят сквозь корпус 44 инжектора.

Утечка газа в корпусе 44 инжектора предотвращается между поршнем 84 и корпусом 44 инжектора посредством по меньшей мере одного уплотнения 126, которое расположено вблизи первого конца 82 корпуса 44 инжектора. Как можно ясно видеть на фиг. 5, уплотнение 126 вставлено в канавку 128, которая расположена во внутренней стенке 122 корпуса 44 инжектора рядом с наружной поверхностью 120 поршня 84. Рядом с первым концом 82 корпуса 44 инжектора расположен кольцевой буртик 80, который расположен под опорным корпусом 76 или верхними плитами 78.

Уплотнение 126 охлаждается для предотвращения его разрушения вследствие теплоты, которая выделяется расплавленным металлом 22, нагретым газом в корпусе 44 инжектора и трения, которое обусловлено работой поршней 84. На фиг. 5 показан один вариант воплощения охлаждающего средства, которое может быть реализовано. В данном варианте воплощения множество охлаждающих каналов 132 расположены на наружной поверхности 130 корпуса 44 инжектора вблизи уплотнения 126. Охлаждающие каналы и корпус 44 инжектора окружает рубашка 134, которая предназначена для предотвращения утечки охладителя из охлаждающих каналов 132. В другом варианте воплощения охлаждающие каналы расположены во внутренней части 136 рубашки 134.

Как можно понять из фиг. 2 и 6, способ экструзии может быть разделен на два отдельных и разных цикла. Сначала имеет место цикл заполнения, который готовит систему 2 подачи расплавленного металла к процессу экструзии. Как только система 2 подачи расплавленного металла заполнена расплавленным металлом 22, инициируется цикл экструзии для экструзии продукта.

Во время цикла заполнения система 20 подачи низкого давления заполняется расплавленным металлом 22 из контейнера 21, который содержит расплавленный металл. Как только система 20 подачи низкого давления заполнена расплавленным металлом 22, расплавленный металл 22 перемещается из системы 20 подачи низкого давления в первый питающий канал 24, который сообщается по текучей среде с первой приемной камерой 26. Перемещение расплавленного металла 22 из системы 20 подачи низкого давления в первый питающий канал 24 происходит в результате того, что давление газа в системе 20 подачи низкого давления является более высоким (т.е. большим), чем давление газа в ПЦ-инжекторе 18а расплавленного металла. Соответственно, расплавленный металл 22 перемещается из системы 20 подачи низкого давления в ПЦ-инжектор 18а расплавленного металла. По мере того как расплавленный металл 22 выходит из системы 20 подачи низкого давления, дополнительный расплавленный металл 22 вводится в систему 20 подачи низкого давления посредством контейнера 21, так что высота расплавленного металла 22 в системе 20 подачи низкого давления остается, по существу, постоянной. Из первой приемной камеры 26 расплавленный металл 22 перемещается во второй питающий канал 30.

Расплавленный металл 22 перемещается по второму питающему каналу 30 во вторую приемную камеру 36, которая сообщается по текучей среде с третьим и четвертым питающими каналами 38 и 40. В этот конкретный момент расплавленный металл 22 может перемещаться свободно по второму питающему каналу 30, поскольку впускной запорный клапан (ЗК) 32а включает в себя нагревательные катушки 180, которые включены и нагревают расплавленный металл 22 для гарантирования того, что расплавленный металл 22 остается, по существу, в жидком состоянии. Когда вторая приемная камера 36 заполняется расплавленным металлом 22, перемещение расплавленного металла 22 по четвертому питающему каналу 40 предотвращается посредством выпускного запорного клапана (ЗК) 32Ь, который охлаждают с тем, чтобы снизить температуру расплавленного металла 22 ниже температуры затвердевания. В отличие от впускного запорного клапана 32а нагревательные катушки 180 на выпускном запорном клапане 32Ь в этот момент времени отключены. Посредством предотвращения перемещения расплавленного металла 22 по четвертому питающему каналу 40 вторая приемная камера 36 заполняется расплавленным металлом 22. Как только вторая приемная камера 36 заполнена, расплавленный металл 22 перемещается в третий питающий канал 38, который сообщается по текучей среде с внутренним пространством 42 корпуса 44 ПЦ-инжектора 18а расплавленного металла. Когда высота расплавленного металла 22 в ПЦинжекторе 18а расплавленного металла поднимается, датчик 112 расплавленного металла сообщает (передает) данные о растоянии между поршнем 84 и расплавленным металлом 22 в компьютер или управляющий блок 117. Компьютер 117 выдает команду поршню 84 ПЦ-инжектора 18а расплавленного металла на перемещение или движение вверх (т.е. обратный ход), в результате поддерживается постоянная заранее заданная высота между поршнем 84 и расплавленным металлом 22.

Когда расплавленный металл 22 в ПЦ-инжекторе 18а расплавленного металла достигает критической высоты, впускной ЗК закрывается посредством отключения питания индукционного нагрева и ох

- 5 015653 лаждения корпуса клапана существенно ниже точки кристаллизации алюминия. Затем давление газовой подушки в ПЦ-цилиндре предварительно повышается до значения, по существу, близкого к давлению газовой подушки в НЦ-инжекторе 18Ь расплавленного металла. Затем приводятся в действие нагревательные катушки 180 выпускного запорного клапана 32Ь, в результате чего повышается температура затвердевшего расплавленного металла 22 в выпускном запорном клапане 32Ь выше температуры затвердевания расплавленного металла 22. В то же время давление газа между ПЦ- и НЦ-инжекторами 18а и 18Ь расплавленного металла соответственно выравнивается за счет перемещения газа из НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла по газопроводу 60 в ПЦ-инжектор 18а расплавленного металла посредством открытия первого газового клапана 66. Выравнивание давления газа вызывает повышение давления в ПЦ-инжекторе 18а расплавленного металла выше давления газа в системе 20 подачи низкого давления, в результате чего предотвращается поток расплавленного металла 22 из системы 20 подачи низкого давления в ПЦ-инжектор 18а расплавленного металла. Как только превышена температура затвердевания, расплавленный металл 22 в выпускном запорном клапане 32Ь перемещается по четвертому питающему каналу 40 во вторую приемную камеру 36, которая сообщается по текучей среде с пятым и шестым питающими каналами 50 и 52. Когда расплавленный металл 22 начинает проходить через выпускной запорный клапан 32Ь, поршень 84 ПЦ-инжектора 18а расплавленного металла начинает свой ход вниз (т.е. ход вытеснения) с заранее заданной скоростью. Компьютер 117 контролирует измерения, которые выполняются датчиком 112 расплавленного металла, и корректирует скорость поршня 84 для соответствующего согласования с заранее заданной скоростью. Ход вниз поршня 84 ПЦ-инжектора 18а расплавленного металла выдавливает расплавленный металл 22 в корпусе 44 инжектора по третьему питающему каналу 38 через вторую приемную камеру 36 и в четвертый питающий канал 40. Во время хода вниз поршня 84 обратный поток расплавленного металла 22 по второму питающему каналу 30 предотвращается посредством охлаждения впускного запорного клапана 32а и затвердевания находящегося в нем расплавленного металла 22.

Когда расплавленный металл 22 оказывается в третьей приемной камере 48, расплавленный металл 22 проходит как по пятому, так и по шестому питающим каналам 50 и 52 одновременно. Пятый питающий канал 50 сообщается по текучей среде с внутренним пространством 42 корпуса 44 НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла, в то время как шестой питающий канал 52 сообщается по текучей среде с экструзионной пресс-формой 54. Корпус 44 НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла заполняется, компьютер 117 перемещает поршень 84 НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла вверх (т.е. обратный ход), так что поддерживается постоянная заранее заданная высота (т.е. газовая подушка 116) между поршнем 84 и расплавленным металлом 22.

Цикл экструзии задается ПЦ-инжектором 18а расплавленного металла, проходящим через ход вытеснения с последующим обратным ходом. Во время цикла экструзии поршень 84 НЦ-инжектора расплавленного металла контролируется компьютером 117, который запрограммирован на поддержание заранее заданного расстояния между поршнем 84 и расплавленным металлом 22. Другими словами, все время поддерживается постоянная высота газовой подушки 116. Это расстояние измеряется датчиком 112 расплавленного металла, и результаты измерений непрерывно передаются в компьютер 117. Ход вниз поршня 84 НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла вытесняет расплавленный металл 22 в НЦинжекторе 18Ь расплавленного металла в экструзионную пресс-форму 54 через пятый питающий канал 50, третью приемную камеру 48 и шестой питающий канал 52. Обратный поток расплавленного металла 22 по четвертому питающему каналу 40 предотвращается посредством закрытия выпускного запорного клапана 32Ь за счет затвердевания расплавленного металла 22, который находится в нем.

Обратимся к фиг. 8. Как только расплавленный металл 22 окажется в экструзионной пресс-форме 54, он затвердевает и экструдируется через экструзионную головку 226, которая расположена на втором конце 188 экструзионной пресс-формы 54. Ниже по ходу за экструзионной головкой 226 расположено средство для измерения скорости, с которой твердый экструдированный профиль выходит из экструзионной головки 226. Компьютер (непоказанный), который регулирует работу управляющего процессом цилиндра 58, осуществляет текущий контроль этого средства определения скорости.

Как описано в предыдущих абзацах, управляющий процессом цилиндр 58 регулирует давление газа в НЦ-инжекторе 18Ь расплавленного металла. На фиг. 2 управляющий процессом цилиндр 58 включает в себя отдельный корпус 232 и отдельный поршень 234, который совершает возвратно-поступательное движение внутри корпуса 232. Приведение в действие второго поршня 234 повлияет на давление газа в НЦ-инжекторе 18Ь расплавленного металла, поскольку управляющий процессом цилиндр 58 и НЦинжектор 18Ь расплавленного металла сообщаются по газу. В случае необходимости источник 236 подаваемого газа подает дополнительный газ в управляющий процессом цилиндр 58. Источник 236 подаваемого газа и управляющий процессом цилиндр 58 соединены четвертым газопроводом 238. Другими словами, источник 236 подаваемого газа и управляющий процессом цилиндр 58 сообщаются по газу друг с другом через четвертый газопровод 238. К четвертому газопроводу 238 присоединен третий газовый клапан 240, который используется для регулирования потока газа между источником 236 подаваемого газа и управляющим процессом цилиндром 58. К управляющему процессом цилиндру 58 присоединен пятый газопровод 242. Пятый газопровод 242 используется для отвода (т.е. для выталкивания или выпус

- 6 015653 ка) газа из управляющего процессом цилиндра 58. Газ отводится по пятому газопроводу 242 для того, чтобы уменьшить количество газа, находящегося в управляющем процессом цилиндре 58. Количество газа, отводимого по пятому газопроводу 242, регулируется посредством четвертого газового клапана 244, который присоединен к пятому газопроводу 242. Пятый газовый клапан 246 присоединен к первому газопроводу 62 для того, чтобы регулировать поток газа между управляющим процессом цилиндром 58 и НЦ-инжектором 18Ь расплавленного металла.

Если скорость экструдированного профиля на выходе ниже желательной скорости, то компьютер 117 выдаст команду поршню 234 управляющего процессом цилиндра (УПЦ) на перемещение вниз (ход вытеснения), в результате чего увеличивается величина давления, которое прикладывается к газу в управляющем процессом цилиндре 58. Другими словами, когда поршень 234 УПЦ начинает ход вытеснения, полное давление в системе 16 подачи расплавленного металла увеличивается. Увеличенное давление газа в управляющем процессом цилиндре 58 преобразуется в увеличение давления газа в НЦинжекторе 18Ь расплавленного металла, поскольку газ в управляющем процессом цилиндре 58 вытесняется в НЦ-инжектор 18Ь расплавленного металла. Поскольку поршень 84 в НЦ-инжекторе 18Ь расплавленного металла предназначен сохранять определенную высоту, измеряемую датчиком 112 расплавленного металла, между поршнем 84 и расплавленным металлом 22, скорость хода вниз поршня 84 будет увеличиваться для компенсации высоты расширившейся газовой подушки.

Если скорость экструдированного профиля на выходе превышает желательную скорость (т. е. производительность), то компьютер 117 выдаст команду поршню 234 УПЦ на перемещение вверх (обратный ход), в результате чего уменьшается величина давления, которое прикладывается к газу в управляющем процессом цилиндре 58 и, следовательно, в НЦ-инжекторе 18Ь расплавленного металла. Другими словами, когда второй поршень 234 начинает обратный ход, полное давление в системе 16 подачи расплавленного металла уменьшается. Поскольку поршень 84 НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла предназначен сохранять постоянную высоту газовой подушки 116 (т.е. расстояние между поршнем 84 и расплавленным металлом 22), измеряемую датчиком 112 расплавленного металла, скорость хода вниз поршня 84 НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла уменьшается для компенсации более высоких уровней расплавленного металла 22 в корпусе 44 инжектора.

Если скорость экструдированного профиля на выходе находится на уровне желательной скорости, то компьютер 117 выдаст команду второму поршню 234 оставаться неподвижным. При сохранении второго поршня 234 неподвижным величина давления, которое прикладывается к газу в управляющем процессом цилиндре 58 и, следовательно, в НЦ-инжекторе 18Ь расплавленного металла, будет оставаться постоянной. Другими словами, общее давление в системе 16 подачи расплавленного металла не будет ни увеличиваться, ни уменьшаться. Соответственно экструдированный профиль будет выходить из экструзионной головки 226 с желательной скоростью.

Перед завершением хода вниз НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла первый газовый клапан 66, который предотвращает поступление газа из НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла в ПЦинжектор 18а расплавленного металла, открывается для того, чтобы выровнять давление газа между ПЦи НЦ-инжекторами 18а и 18Ь расплавленного металла. Как только давление газа между ПЦ- и НЦинжекторами 18а и 18Ь расплавленного металла выровнено, первый газовый клапан 66 закрывается, и ПЦ-инжектор 18а расплавленного металла начинает свой ход вниз для заполнения НЦ-инжектора 18Ь расплавленного металла и экструзионной пресс-формы 54 расплавленным металлом 22. Когда этот ход вытеснения ПЦ-инжектора 18а расплавленного металла завершен, второй газовый клапан 70 открывается для сброса давления газа, который накопился в ПЦ-инжекторе 18а расплавленного металла, тем самым понижая давление в НЦ-инжекторе 18а расплавленного металла ниже давления в системе 20 подачи низкого давления. Это заставляет систему 20 подачи низкого давления заполнять ПЦ-инжектор 18а расплавленного металла расплавленным металлом 22, и цикл экструзии повторяется, так что расплавленный металл 22 непрерывно экструдируется с постоянной производительностью.

Запорный клапан.

Первый и второй запорные клапаны 32а и 32Ь являются идентичными, и их конструктивные части будут описаны ниже в отношении одного-единственного запорного клапана 32. Успешная работа системы нагнетания расплавленного металла может быть осуществлена при использовании любого надежного запорного клапана расплавленного металла. Примером подобного запорного клапана является клапан двойного действия, описанный в патенте США № 6739485 на имя Сэмпла и др. Предпочтительный вариант воплощения запорного клапана в соответствии с изобретением, основанного на замораживании и размораживании расплавленного металла, описан в нижеприведенных абзацах.

На фиг. 6 запорный клапан 32 включает в себя теплопроводящий первый сердечник 138, имеющий первый конец 140 и второй конец 142, с центральным высверленным отверстием 144, простирающимся, по существу, вдоль всей его длины. В одном варианте воплощения первый сердечник 138 является, по существу, цилиндрическим по форме. В другом варианте воплощения теплопроводящий первый сердечник 138 изготовлен из графита. Однако это не следует считать ограничивающим, поскольку первый сердечник 138 может быть изготовлен из любого теплопроводящего материала при условии, что этот мате

- 7 015653 риал не реагирует неблагоприятным образом с расплавленным металлом 22. Поток расплавленного металла 22 по центральному высверленному отверстию 144 показан стрелкой Υ. Как можно понять из фиг. 6, расплавленный металл 22 поступает в первый сердечник 138 через первый конец 140 и выходит из первого сердечника 138 из второго конца 142. На фиг. 6 центральное высверленное отверстие 144 включает в себя первое высверленное отверстие 146 меньшего диаметра и второе высверленное отверстие 148 большего диаметра. Первое высверленное отверстие 146 меньшего диаметра затрудняет протекание расплавленного металла 22 в направлении стрелки X. Несмотря на то что на фиг. 6 первое и второе высверленные отверстия 146 и 148 сердечника 138 показаны имеющими, по существу, одинаковую длину, специалисту в данной области техники будет понятно, что первое и второе высверленные отверстия 146 и 148 могут иметь неравные длины. В одном варианте воплощения центральное высверленное отверстие 144 имеет, по существу, одинаковый диаметр.

Первый сердечник 138 окружает первая втулка 150. В одном варианте воплощения первая втулка 150 имеет, по существу, цилиндрическую форму и изготовлена из теплопроводящего металлического материала, такого как медь. Во внутренней части первой втулки 150 расположены один или более охлаждающих каналов 152, которые простираются, по существу, вдоль ее длины. Охлаждающий канал 152 может быть расположен ближе к или дальше от наружной поверхности 156 первой втулки 150. Охлаждающий канал 152, который имеет первый конец 158 и второй конец 160, изготовлен посредством сверления канала 152 по всей длине первой втулки 150. После его изготовления каждый открытый конец канала 152 герметично закрывают заглушкой 162 для предотвращения утечки охладителя. Способы, которые используются для сверления охлаждающего канала 152 и для крепления заглушки 162 к первой втулке 150, известны в данной области техники. В одном варианте воплощения заглушки изготовлены из меди. Однако это не следует считать ограничением, поскольку для изготовления заглушек может быть использован любой металл или металлический сплав.

В другом варианте воплощения первая втулка 150 изготовлена из двух металлических половин, которые сварены вместе. Поскольку половина охлаждающего канала 152 получена механической обработкой в каждой металлической половине, в данном конкретном варианте воплощения исключена необходимость в обязательном использовании заглушек 162 для герметичного закрывания концов двух охлаждающих каналов 152, поскольку эти охлаждающие каналы 152 не простираются вдоль всей длины первой втулки 150. Если в запорном клапане 32 по данному варианту воплощения используется более двух охлаждающих каналов 152, то охлаждающие каналы 152 будут просверлены и закрыты заглушками с использованием способов, которые хорошо известны в данной области техники.

Как показано на фиг. 6, охладитель вводят в охлаждающий канал 152 посредством впускного канала 164, который постоянно сообщается по текучей среде или газу со вторым концом 160 охлаждающего канала 152. Впускной канал 164 проходит, по существу, радиально от охлаждающего канала 152 и принимает холодный охладитель из первой впускной охлаждающей трубки 166, которая удерживается на месте посредством скобы 168, которая простирается, по существу, вдоль окружной периферии первой втулки 150. Скоба 168 имеет внутренний канал 170, который непрерывно сообщается по текучей среде или газу с первой впускной охлаждающей трубкой 166. Внутренний канал 170 скобы 168 также проходит, по существу, вдоль окружной периферии скобы 168, в результате чего обеспечивается подвод холодного охладителя к другим охлаждающим каналам 152, которые расположены внутри первой втулки 150.

По мере того как охладитель протекает к первому концу 158 охлаждающего канала 152, охладитель поглощает тепло, которое выделяется от расплавленного металла 22, в результате чего осуществляется затвердевание или кристаллизация расплавленного металла 22, который находится внутри теплопроводящего первого сердечника 138, посредством снижения температуры расплавленного металла 22 ниже температуры затвердевания. На фиг. 6 нагретый охладитель вытесняется из первой втулки 150 по первой выпускной охлаждающей трубке 172, которая расположена рядом с первым концом 174 первой втулки 150. Несмотря на то что на фиг. 6 первая впускная охлаждающая трубка 166 показана расположенной рядом со вторым концом 176 первой втулки 150, а первая выпускная охлаждающая трубка 172 показана расположенной рядом с первым концом 174 первой втулки 150, местоположения первых впускной и выпускной охлаждающих трубок 166 и 172 могут быть изменены на противоположные без отхода от объема данного изобретения. Аналогично первой впускной охлаждающей трубке 166, первая выпускная охлаждающая трубка 172 удерживается на месте скобой 168, которая простирается, по существу, вдоль окружной периферии первой втулки 150. Скоба 168 имеет внутренний канал 170, который постоянно сообщается по текучей среде или газу с первой выпускной охлаждающей трубкой 172 и выпускным каналом 178, который сообщается по текучей среде или газу с первым концом охлаждающего канала 158. Внутренний канал 170 простирается, по существу, вдоль окружной периферии скобы 168, в результате чего обеспечивается отвод нагретого охладителя, который вытесняется из охлаждающих трубок по направлению к первой выпускной охлаждающей трубке 172.

Поток охладителя через первую втулку 150 может быть в итоге описан следующим образом. Тем не менее, для ясности поток охладителя будет описан в отношении охлаждающего канала 152, который расположен рядом с верхней частью первой втулки 150 на фиг. 6. Сначала охладитель поступает в пер

- 8 015653 вую впускную охлаждающую трубку 166. Затем охладитель протекает из первой впускной охлаждающей трубки 166 во внутренний канал 170 скобы 168. Из внутреннего канала 170 охладитель протекает во впускной канал 164, который соединен со вторым концом 160 охлаждающего канала 152. Когда охладитель проходит от второго конца 160 охлаждающего канала 152 по направлению к первому концу 158, охладитель поглощает тепло, которое выделяется расплавленным металлом 22. Нагретый охладитель затем протекает от первого конца 158 охлаждающего канала 152 в первую выпускную охлаждающую трубку 172 через выпускной канал 178 и внутренний канал 170 скобы 168.

Первая втулка 150 окружена нагревательной катушкой 180, которая обеспечивает теплоту для теплопроводящего первого сердечника 138 и первой втулки 150, тем самым гарантируя, что расплавленный металл 22 будет свободно протекать через запорный клапан 32 за счет поддержания расплавленного металла 22 выше температуры затвердевания, когда расплавленный металл 22 проходит по первому и второму просверленным отверстиям 146 и 148 теплопроводящего первого сердечника 138. Нагревательная катушка 180 также используется для возврата расплавленного металла 22 обратно в расплавленное состояние после того, как расплавленный металл 22 затвердел или застыл. Несмотря на то что на фиг. 6 нагревательная катушка 180 показана расположенной между двумя скобами 168, эту фигуру не следует считать ограничивающей, поскольку нагревательная катушка 180 также может быть расположена рядом с обеими сторонами скоб 168.

Конструкция традиционных клапанов регулирования потока основывается на открытии и закрытии отверстия для достижения определенного расхода, обусловленного перепадом давлений. В алюминиевой промышленности запорные клапаны используются для обеспечения возможности или предотвращения протекания расплавленного металла в данную систему. Тем не менее, такие традиционные запорные клапаны создают проблемы, когда они используются для регулирования потока расплавленного алюминия под высоким давлением (т.е. >5000 фунтов на кв.дюйм). Часть этих проблем обусловлена присущей расплавленному алюминию склонностью вступать в реакцию с большинством материалов, которые используются для изготовления традиционных запорных клапанов. Другая проблема вызвана неспособно стью традиционных запорных клапанов сохранять свою форму или вид при температурах, равных или превышающих примерно 670°С (1238°Р), поскольку материалы, используемые для изготовления таких запорных клапанов, начинают размягчаться при высоких температурах (т.е. >670°С). Другими словами, материалы, используемые для изготовления традиционных запорных клапанов, не обладают стабильностью размеров при температурах, равных или превышающих примерно 670°С (1238°Р). Кроме того, надежной работе запорных клапанов с традиционными конструкциями мешают загрязнители, которые можно обнаружить в самом расплавленном алюминии. Данные загрязнители часто представляют собой твердые сплошные частицы, которые мешают традиционному запорному клапану совершить полную механическую герметизацию, что в конце концов приводит к существенной величине утечки, когда расплавленный алюминий находится под высоким давлением.

Преимущество использования конструкции запорного клапана, которая раскрыта в данном изобретении, состоит в том, что он обладает способностью работать при высоком давлении (т.е. >5000 фунтов на кв.дюйм) и при высоких температурах (т. е. >670°С). В отличие от традиционных запорных клапанов такой запорный клапан не имеет движущихся частей. Соответственно, срок службы такого запорного клапана резко увеличен, поскольку большинство конструктивных элементов, которые составляют запорный клапан, не подвергаются механическому износу. Другое преимущество такого запорного клапана заключается в том, что он нечувствителен к загрязнителям, которые иногда можно обнаружить в расплавленном алюминии, поскольку работа запорного клапана не основана на механической герметизации для предотвращения протекания расплавленного алюминия через запорный клапан. Вместо этого работа запорного клапана, который описан в данном изобретении, основывается на застывании расплавленного алюминия, который находится в центральном высверленном отверстии, для предотвращения протекания расплавленного алюминия через запорный клапан. Еще одно преимущество конструкции запорного клапана, которая раскрыта в данном изобретении, состоит в том, что его легко изготавливать, поскольку не требуются строгие или жесткие допуски при изготовлении запорного клапана, который раскрыт в данном изобретении.

Одно преимущество использования системы подачи расплавленного металла, которая раскрыта в данном изобретении, заключается в том, что эта система обеспечивает увеличение количества металла, получаемого в виде готового продукта во время процесса экструзии. При типовом процессе экструзии головная часть и хвостовая часть экструдированного продукта должны быть отбракованы и обрезаны, поскольку головная часть экструдированного продукта будет иметь физические свойства, которые отличаются от остальной части продукта, в то время как хвостовая часть экструдированного продукта будет содержать загрязнители, которые являются, как правило, неподходящими для конечного продукта.

Как указано выше, еще одно преимущество использования системы подачи расплавленного металла, которая раскрыта в данном изобретении, заключается в том, что может быть изготовлен продукт неопределенной или произвольной длины, в результате чего устраняется необходимость в использовании круглой заготовки (биллета) или слитка с большой площадью поперечного сечения и микроструктурны

- 9 015653 ми неоднородностями, которые, как правило, свойственны подобной заготовке. За счет вышеуказанного исключения использования круглой заготовки или слитка с большой площадью поперечного сечения продукт, который экструдирован с использованием системы подачи расплавленного металла, не демонстрирует тех микроструктурных неоднородностей, которые обычно возникали бы, если бы использовалась круглая заготовка, имеющая большую площадь поперечного сечения.

Другое преимущество заключается в том, что экструдированный профиль может быть получен с более высокой производительностью (т. е. с большей пропускной способностью) вследствие более высокой скорости затвердевания, которая достигается при использовании данного изобретения.

Еще одно преимущество использования системы подачи расплавленного металла, которая раскрыта в данном изобретении, заключается в том, что можно избежать усадочной пористости в экструдированном продукте, поскольку затвердевание алюминиевого продукта (изделия) происходит под давлением. Посредством устранения или уменьшения возникновения усадочной пористости продукт, который экструдирован посредством системы подачи расплавленного металла, характеризуется после его экструзии уменьшением поперечного сечения в диапазоне от небольшого до нулевого. Это представляет собой полный контраст с обычными технологиями обработки (т.е. традиционными способами экструзии), которые требуют значительных уменьшений поперечного сечения (обжатий) экструдированного продукта для компенсации усадочной пористости, которая, как правило, образуется на стадии отливки слитков.

Когда продукт экструдируют с использованием традиционных способов экструзии, таких как прямая или обратная экструзия, температура продукта варьируется вдоль длины продукта. Например, во время прямой экструзии температура продукта повышается вследствие фрикционного нагрева круглой заготовки или слитка. Во время обратной экструзии температура продукта может падать, поскольку круглая заготовка охлаждается в контейнере. Данные колебания температуры продукта, которые обычно имеют место во время использования традиционных способов экструзии, делают закалку термообрабатываемого продукта под прессом ненадежной, так как продукт имеет тенденцию к деформированию после процесса закалки. Помимо деформации, физические свойства продукта также варьируются вдоль длины продукта после того, как продукт был подвергнут закалке под прессом. Закалка под прессом включает в себя закалку посредством воды, воздуха и газа, такого как азот или аргон. Деформирование продукта вызывается взаимодействием между сильным тепловым воздействием процесса закалки и изменяющимися температурами, которые имеют место вдоль длины продукта. Напротив, данная система подачи расплавленного металла обеспечивает возможность экструзии продукта, имеющего однородную температуру, что позволяет более надежно проводить закалку термообрабатываемого продукта под прессом. Другими словами, продукт, который экструдирован с использованием системы подачи расплавленного металла, которая раскрыта в данном изобретении, будет иметь небольшую или нулевую деформацию после того, как он закален, поскольку продукт на всей длине будет иметь одинаковую температуру.

Еще одно преимущество использования данной системы подачи расплавленного металла заключается в том, что она позволяет проводить экструзию высокопрочных алюминиевых сплавов, которые невозможно экструдировать, используя традиционные технологии и способы, поскольку эти алюминиевые сплавы не могут быть отлиты в заготовки или полуфабрикаты. Например, когда высокопрочный сплав отливают в круглую заготовку, эта заготовка обычно растрескивается. Поскольку такие высокопрочные термообрабатываемые алюминиевые сплавы не могут быть отлиты в круглые заготовки (биллеты) или плоские заготовки, их невозможно подвергнуть экструзии с использованием традиционных способов. Однако такие высокопрочные алюминиевые сплавы могут быть подвергнуты экструзии с использованием системы подачи расплавленного металла, которая раскрыта в данном изобретении, поскольку система подачи расплавленного металла устраняет необходимость в наличии круглой или плоской заготовки для экструзии продукта, поскольку продукт экструдируют из расплавленного алюминия.

Еще одно преимущество данного изобретения относится к растворимости легирующих элементов в алюминиевом сплаве. Растворимость легирующих элементов в расплавленном алюминии изменяется в зависимости от приложенного давления.

Соответственно, растворимость этих легирующих элементов может быть увеличена посредством манипулирования давлением в системе подачи расплавленного металла, что позволяет проводить экструзию высокопрочного термообрабатываемого алюминиевого сплава, имеющего более высокую прочность, чем обычные высокопрочные термообрабатываемые алюминиевые сплавы, поскольку с помощью данного изобретения возможно большее перенасыщение алюминиевого сплава легирующими элементами.

Выше были описаны предпочтительные в настоящее время варианты воплощения, но при этом следует понимать, что изобретение может быть воплощено иным образом в пределах объема приложенной формулы изобретения.

Claims (8)

1. Система подачи расплавленного металла в процесс формообразования металла, такой как процесс экструзии, содержащая:

- 10 015653 (a) источник подаваемого расплавленного металла;

(b) множество инжекторов расплавленного металла, включающее в себя, по меньшей мере, первый инжектор расплавленного металла, выполненный с возможностью попеременно сообщаться по текучей среде в первом режиме с источником подаваемого расплавленного металла, а во втором режиме - с вторым инжектором и с выходом упомянутой системы, по меньшей мере, второй инжектор расплавленного металла, выполненный с возможностью попеременно сообщаться по текучей среде в первом режиме с первым инжектором расплавленного металла и с выходом упомянутой системы, а во втором режиме - с выходом упомянутой системы, при этом каждый из упомянутых инжекторов содержит корпус для расплавленного металла и подвижно установленный в этом корпусе поршень, служащий для обеспечения приема расплавленного металла в корпус инжектора и вытеснения расплавленного металла из корпуса инжектора соответственно при обратном ходе и при прямом ходе поршня инжектора таким образом, что расплавленный металл при прямом ходе поршня первого инжектора подается в корпус второго инжектора и на выход упомянутой системы, а при прямом ходе поршня второго инжектора - на выход упомянутой системы; и (c) управляющий цилиндр, предназначенный для управления процессом подачи расплавленного металла и регулирования скорости формообразования, имеющий корпус, выполненный с возможностью содержать управляющую газовую среду и находящийся в сообщении по этой газовой среде со вторым инжектором, и подвижно установленный в этом корпусе поршень, служащий для уменьшения давления управляющей газовой среды в корпусе управляющего цилиндра при обратном ходе поршня и за счет этого уменьшения скорости прямого хода поршня второго инжектора и скорости формообразования и увеличения давления управляющей газовой среды в корпусе управляющего цилиндра при прямом ходе поршня и за счет этого увеличения скорости прямого хода поршня второго инжектора и скорости формообразования.

2. Система по п.1, которая выполнена так, что при прямом ходе поршня каждого из первого и второго инжекторов расплавленного металла расплавленный металл подается на выход упомянутой системы с таким расходом, чтобы поддерживать непрерывную работу.

3. Система по п.1, в которой каждый из инжекторов сообщается по газовой среде по меньшей мере с одним соседним инжектором.

4. Система по п.1, дополнительно содержащая газовую подушку, находящуюся между поршнем и расплавленным металлом в первом инжекторе расплавленного металла.

5. Система по п.4, в которой газовая подушка представляет собой аргон.

6. Система по п.3, которая дополнительно содержит множество газовых клапанов, включающее в себя, по меньшей мере, первый газовый клапан, расположенный между первым инжектором расплавленного металла и вторым инжектором расплавленного металла, и второй газовый клапан, расположенный рядом с первым инжектором расплавленного металла, причем каждый из газовых клапанов сообщается по газовой среде по меньшей мере с одним из этих инжекторов, и которая выполнена таким образом, что до завершения прямого хода поршня второго инжектора расплавленного металла первый газовый клапан открыт, во время обратного хода поршня второго инжектора расплавленного металла первый газовый клапан закрыт;

во время вытесняющего хода поршня первого инжектора расплавленного металла каждый из первого и второго газовых клапанов закрыт и когда поршень первого инжектора расплавленного металла завершает ход вниз, второй газовый клапан открывается, во время обратного хода поршня первого инжектора расплавленного металла каждый из первого и второго клапанов закрыт.

7. Система по п.1, дополнительно содержащая множество запорных клапанов, включающее в себя, по меньшей мере, первый запорный клапан, расположенный между первым инжектором расплавленного металла и источником подаваемого расплавленного металла, и второй запорный клапан, расположенный между первым и вторым инжекторами расплавленного металла; при этом система выполнена таким образом, что первый запорный клапан открыт, а второй запорный клапан закрыт во время обратного хода поршня первого инжектора расплавленного металла;

первый запорный клапан закрыт, а второй запорный клапан открыт во время вытесняющего хода поршня первого инжектора расплавленного металла и во время обратного хода поршня второго инжектора расплавленного металла;

второй запорный клапан закрыт во время прямого хода поршня второго инжектора расплавленного металла;

первый и второй инжекторы расплавленного металла синхронизированы для перемещения их поршней, по существу, в противоположных направлениях.

8. Система по п.1, выход которой предназначен для подачи расплавленного металла в экструзионную пресс-форму.