ES2845300T3 - Conjunto de matriz de prensa de extrusión - Google Patents

Abstract

Un conjunto de matriz para extruir un material, que comprende: una pluralidad de placas (4, 5, 6, 7) de matriz, acopladas entre sí para formar un cuerpo de matriz (18) que tiene: un paso que define una entrada (11) y una salida (81), en el que el diámetro de la salida es menor que el diámetro de la entrada (11); y una superficie interior gradualmente estrechada entre la entrada (11) y la salida; en el que cada una de las placas (4, 5, 6, 7) de matriz tiene un orificio central con una superficie interior alrededor del orificio central, de tal manera que una superficie interior de un orificio central de una primera placa (5) de matriz está estrechada gradualmente en un ángulo más pequeño con respecto a un eje (45) del paso que una superficie interior de un orificio central de una segunda placa (4) de matriz situada adyacente a una cara frontal de la primera placa (5) de matriz; y una base (8) acoplada al cuerpo (18) de matriz, de tal manera la que la rotación de la base (8) hace que el cuerpo (18) de matriz rote.

Description

DESCRIPCIÓN

Conjunto de matriz de prensa de extrusión

Antecedentes

El material de tubo, tal como tuberías de metal hechas de cobre, aluminio, aleación de metal u otros metales, a menudo se fabrica mediante procedimientos de extrusión. En un procedimiento de extrusión, un gran bloque de metal, denominado tocho, se trabaja por medio de una estructura de matriz que tiene una configuración circular u otra configuración con una abertura más pequeña que el tamaño del tocho utilizado para formar el material de tubo. El tocho se puede precalentar a una temperatura elevada antes de que una barra de perforación sea forzada a pasar a través del centro del tocho para formar un canal a través del mismo. A continuación, se aplica una gran presión, por lo común del orden de 6,9 MPa a 689,5 MPa (de 1.000 a 100.000 libras por pulgada cuadrada) al tocho para forzar el material precalentado a pasar sobre la barra de perforación y a través de la abertura de la matriz. La presión fuerza al material a deformarse y extrudirse, de manera que sale por la parte posterior de la matriz como un tubo que tiene un diámetro similar al diámetro de la abertura de la matriz.

Para producir grandes cantidades de tubos metálicos por extrusión, se requieren tochos y maquinaria de fabricación de gran tamaño, y los tochos que se utilizan en los procedimientos de extrusión para crear tubos metálicos a menudo alcanzan o superan los 453,6 kg (1.000 libras de peso). El tamaño de las máquinas y los tochos requiere grandes instalaciones de fabricación para producir los tubos, y las necesidades de tamaño del procedimiento de extrusión conducen a grandes costes de puesta en marcha y mantenimiento para la operación de fabricación. Por otra parte, las limitaciones de los procedimientos, tales como la extrusión de un solo tocho a la vez, conducen a ineficiencias por causa de los tamaños de los tochos.

El documento JP 2005000992 A proporciona un método para eliminar un intervalo de tensiones bajas en la parte axial de un material, en un método de extrusión por torsión con el que la estructura interna de un material puede ser refinada aplicando una tensión de trabajo muy grande al material sólido y al material en polvo de metal o de polímero de elevado peso molecular, etc.

Compendio

La materia objeto de la invención se define por las características de la reivindicación independiente 1. Otras realizaciones preferidas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

En la presente memoria se describen sistemas, dispositivos y métodos para extrudir materiales usando un conjunto de matriz de prensa de extrusión rotativa. En determinadas realizaciones, los sistemas, dispositivos y métodos permiten la extrusión continua de una pluralidad de tochos de material. Tal extrusión continua permite utilizar eficazmente tochos relativamente más pequeños para producir una cantidad deseada de material extrudido y, por lo tanto, los requisitos de escala y tamaño de tales sistemas de prensa de extrusión continua pueden ser más pequeños que en los procedimientos de extrusión convencionales.

En un aspecto, un conjunto de matriz para extrudir un material incluye una pluralidad de placas de matriz acopladas entre sí para formar un cuerpo de matriz. El cuerpo de matriz tiene un paso que define una entrada y una salida, y el diámetro de la salida es menor que el diámetro de la entrada. Una superficie gradualmente estrechada se encuentra entre la entrada y la salida. Cada una de las placas de matriz tiene un orificio central con una superficie interior gradualmente estrechada alrededor del orificio central, y una superficie interior del orificio central de una primera placa de matriz se estrecha gradualmente en un ángulo más pequeño, con respecto a un eje del paso, que una superficie interior del orificio central de una segunda placa de matriz situada adyacente a una cara frontal de la primera placa de matriz. Una base está acoplada al cuerpo de la matriz y la rotación de la base hace que el cuerpo de la matriz rote.

En ciertas implementaciones, la segunda placa de matriz está colocada más cerca de la entrada del cuerpo de la matriz que la primera placa de matriz. El conjunto de matriz puede incluir una tercera placa de matriz que tiene un orificio central con una superficie interior gradualmente estrechada en un ángulo mayor, con respecto al eje, que el de una superficie interior de un orificio central de una placa de matriz situada adyacente a una cara frontal de la tercera placa de matriz. La placa de matriz situada adyacente a la cara frontal de la tercera placa de matriz puede ser la primera placa de matriz, y la tercera placa de matriz puede estar situada más cerca de la salida del cuerpo de la matriz que la primera placa de matriz.

En ciertas implementaciones, el conjunto de matriz incluye una tercera placa que constituye una parte del cuerpo de la matriz, y la tercera placa tiene un orificio central con una superficie interior alrededor del orificio central que no se estrecha gradualmente formando un ángulo con respecto al eje del paso. El orificio central de la tercera placa define la entrada del cuerpo de la matriz. En ciertas implementaciones, la base incluye un orificio central, y el orificio central de la base tiene un diámetro que es mayor que el diámetro de la salida del cuerpo de la matriz.

En ciertas implementaciones, el cuerpo de la matriz está configurado para recibir un tocho de material para extrusión, y el tocho no es precalentado antes de entrar en el cuerpo de la matriz. La rotación del cuerpo de la matriz produce un rozamiento entre la superficie interior gradualmente y un tocho que se hace avanzar a través de la entrada y al interior del paso interior del cuerpo de la matriz. El rozamiento calienta el tocho hasta una temperatura que es suficiente para causar la deformación del material del tocho, y el tocho calentado es deformable bajo una fuerza de deformación que no excede los límites de las propiedades mecánicas del material del tocho. El rozamiento entre el tocho y un mandril sobre el cual se hace avanzar el tocho calienta el tocho y el mandril. Un sistema de enfriamiento proporciona fluido de enfriamiento a una parte interior del mandril.

En ciertas implementaciones, al menos una de las placas de matriz está hecha de dos materiales diferentes, de manera que un primer material forma un perímetro de un orificio de la placa de matriz y un segundo material forma una parte exterior de la placa de matriz. Al menos uno del primer y segundo materiales es un material cerámico, un acero o un material consumible. En ciertas implementaciones, una cara frontal del cuerpo de la matriz situada cerca de la entrada está configurada para encajar con una pieza de inserción para centrado que tiene un diámetro sustancialmente igual al diámetro de la entrada. La pieza de inserción para centrado y un perímetro de la entrada están hechos del mismo material.

En ciertas implementaciones, el cuerpo de la matriz está configurado para recibir una punta de mandril a través de la entrada, de manera que la punta de mandril se pueda colocar dentro del paso interior del cuerpo de la matriz. La superficie interior del cuerpo de la matriz incluye una parte complementaria que tiene un ángulo que corresponde al ángulo de una superficie exterior de la punta de mandril. El cuerpo de la matriz está configurado para recibir un tocho presionado a través del paso interior del cuerpo de la matriz con el fin de formar un producto extrudido, de manera que el producto extrudido tiene un diámetro exterior que se corresponde con el diámetro de la salida del cuerpo de la matriz, y un diámetro interior que se corresponde con un diámetro de la punta de mandril.

Breve descripción de los dibujos

Los anteriores y otros objetos y ventajas serán evidentes de la consideración la siguiente descripción detallada, tomada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que los caracteres con referencias similares se refieren a partes similares a todo lo largo de estos.

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de un conjunto ilustrativo de matriz de prensa de extrusión. La Figura 2 muestra una vista en alzado lateral de un sistema de prensa de extrusión ilustrativo.

La Figura 3 muestra una vista en alzado lateral del conjunto de matriz de prensa de extrusión de la Figura 1. La Figura 4 muestra un soporte de extremo de acero ilustrativo del conjunto de matriz de prensa de extrusión de la Figura 1.

La Figura 5 muestra una placa de entrada ilustrativa del conjunto de matriz de prensa de extrusión de la Figura 1.

La Figura 6 muestra una primera placa intermedia ilustrativa del conjunto de matriz de prensa de extrusión de la Figura 1.

La Figura 7 muestra una segunda placa intermedia ilustrativa del conjunto de matriz de prensa de extrusión de la Figura 1.

La Figura 8 muestra una placa de salida ilustrativa del conjunto de matriz de prensa de extrusión de la Figura 1.

La Figura 9 muestra una placa de base ilustrativa del conjunto de matriz de prensa de extrusión de la Figura 1. La Figura 10 muestra una vista en corte transversal ilustrativa del conjunto de matriz de prensa de extrusión de la Figura 1.

La Figura 11 muestra una punta de barra de mandril ilustrativa.

La Figura 12 muestra un corte transversal ilustrativo del conjunto de matriz de prensa de extrusión de la Figura 1, en el que la punta de barra de mandril de la Figura 11 se ha hecho avanzar dentro del conjunto de matriz. La Figura 13 muestra una vista en corte transversal del conjunto de matriz y de la punta de barra de mandril de la Figura 12, durante la extrusión de un material.

Descripción detallada

Para proporcionar una comprensión general de los sistemas, métodos y dispositivos descritos en la presente memoria, se describirán ciertas realizaciones ilustrativas. Las realizaciones descritas en esta memoria se refieren a la extrusión de tubos metálicos a partir de palanquillas huecas, se entenderá que los sistemas, dispositivos y métodos descritos en la presente memoria pueden ser adaptados y aplicados a sistemas para extrudir cualquier tipo de material adecuado.

La Figura 1 muestra un conjunto de matriz 1 para formar tubos extruidos, que pueden incluir tubos extruidos sin costuras, en un sistema de extrusión por prensa. El conjunto de matriz 1 puede hacer posible la extrusión continua de una pluralidad de tochos para producir un producto de tubo extrudido sin costuras de acuerdo con diversas normas para tubos sin costuras que incluyen, por ejemplo, la Especificación Estándar ASTM-B88 para tubo para agua de cobre sin costuras. Los tubos extrudidos sin costuras también pueden cumplir con las normas de la NSF / ANSI-61 para componentes de sistemas de agua potable. El conjunto de matriz 1 incluye una barra 10 de mandril sobre la cual se hacen pasar los tochos de material, tales como el tocho 17, en la dirección de la flecha A ya través del conjunto de matriz para formar un producto de tubo extrudido. El tocho 17 puede estar hecho de cualquier material adecuado para su uso en sistemas de prensa de extrusión, incluidos, entre otros, diversos metales, incluidos el cobre y aleaciones de cobre, o cualquier otro metal no ferroso adecuado, tal como aluminio, níquel, titanio y aleaciones de los mismos, metales ferrosos incluyendo el acero y otras aleaciones de hierro, polímeros tales como plásticos, o cualquier otro material adecuado o combinaciones de los mismos. Los tochos que pasan sobre la barra 10 de mandril se hacen avanzar a través de una pieza de inserción para centrado 9 y un cuerpo de matriz 18, el cual está compuesto por una pila de placas 3-7 de matriz y una placa de base 8, y a través de un sistema de enfriamiento 13 para formar el producto de tubo. Si bien el conjunto de matriz 1 incluye cinco placas acopladas a una placa de base, el conjunto de matriz puede incluir un número mayor o menor de placas, y el cuerpo de matriz puede ser más largo o más corto que el cuerpo de matriz 18 en determinadas aplicaciones.

Durante la extrusión, el cuerpo 18 de la matriz rota mientras el tocho 17 es presionado y se hace pasar a través del cuerpo de la matriz. El tocho 17 es sujetado mediante unos agarres 44 de la pieza de inserción para centrado 9, que no rota, y, por tanto, el tocho 17 no rota cuando entra en el cuerpo de matriz rotatorio 18, en la entrada 11 al paso central a través del cuerpo de la matriz. La rotación del cuerpo 18 de la matriz genera rozamiento con la superficie exterior del tocho 17, que no rota cuando es presionado a través de la matriz, y el rozamiento calienta el tocho 17 a una temperatura suficiente para que el material del tocho se deforme. Por ejemplo, un tocho de metal se puede calentar por el rozamiento a una temperatura superior a 537,8 ° C (1.000 ° F) para su deformación. Los requisitos de temperatura de diferentes materiales y diferentes metales pueden variar, y pueden ser adecuadas en algunas aplicaciones temperaturas del tocho inferiores a 537,8 ° C (1000 ° F). A diferencia de otros sistemas de extrusión, el conjunto de matriz 1 no requiere precalentamiento de los tochos antes de la extrusión, ya que la rotación del cuerpo de matriz 18 y el rozamiento generado por el contacto con el tocho no rotativo 17 proporcionan la energía que calienta el tocho a una temperatura deformable.

El conjunto de matriz 1 se puede utilizar para formar un material extrudido en cualquier sistema de extrusión adecuado, incluyendo, por ejemplo, el sistema de prensa de extrusión descrito en la Solicitud de Patente de los EE. UU. N° 13/650.977, presentada el 12 de octubre de 2012. Por ejemplo, el conjunto de matriz 1 se puede implementar en el sistema de prensa de extrusión 57 mostrado en la Figura 2 para la extrusión continua de material. El sistema de prensa de extrusión 57 incluye una sección 58 de carro de mandril y una sección 59 de estructura de platinas. La sección 58 de carro de mandril incluye una barra 74 de mandril, abrazaderas para agua o elementos de enfriamiento 60 y 61, agarres de mandril o elementos de agarre 62 y 63, y un sistema de aporte de tocho. La sección 58 de carro de mandril está soportada por una estructura de carro física, que no se muestra en la Figura 2 para evitar complicar demasiado el dibujo, pero que es una estructura de carro que sirve como montura para los componentes del carro 58 de mandril. La sección 59 de estructura de platinas incluye una platina de entrada 65 y una platina de matriz trasera66, platinas de ariete de prensa 67 y 68, una platina de centrado 69 y una matriz rotativa 70 que presiona contra la platina de matriz trasera 66. La sección 59 de estructura de platinas está soportada por un bastidor 71 que también sirve como montura para el motor 72 y los componentes relacionados de la caja de engranajes (no mostrados). La dirección a lo largo de la cual se produce la carga, el transporte y la extrusión del tocho, de acuerdo con el sistema de prensa de extrusión 57, se indica con la flecha B. El sistema de prensa de extrusión 57 puede hacerse funcionar, al menos en parte, por un sistema de PLC que controla aspectos del subsistema 77 de aporte de tocho, del subsistema de extrusión 78 y de un subsistema de enfriamiento del sistema de prensa de extrusión 57.

Los agarres 62, 63 de mandril comprenden un sistema de agarre 73 de barra de mandril, diseñado para mantener la barra de mandril en su lugar mientras permite que una pluralidad de tochos se aporte de forma continua a lo largo y alrededor de la barra 74 de mandril para hacer posible una extrusión continua. Los agarres 62, 63 de mandril pueden ser controlados por el sistema de PLC para sujetar de forma segura en su lugar la barra 74 de mandril e impedir que esta rote, de tal modo que, en cualquier momento dado durante el procedimiento de extrusión, al menos uno de los agarres 62, 63 de mandril esté agarrando la barra 74 de mandril. Los agarres 62, 63 de mandril establecen la posición de la barra 74 de mandril e impiden que la barra 74 de mandril rote. Cuando los agarres 62, 63 de mandril están en una posición de agarre, agarrando así la barra 74 de mandril, los agarres 62, 63 de mandril impiden que los tochos sean transportados a lo largo de la barra 74 de mandril, a través de los agarres.

Los agarres 62, 63 de mandril funcionan agarrando alternativamente la barra 74 de mandril para permitir que uno o más tochos pasen a través de un agarre de mandril respectivo en un momento dado. Por ejemplo, el agarre 62 de mandril situado aguas arriba puede liberar la barra 74 de mandril mientras el agarre 63 de mandril situado aguas abajo está agarrando la barra 74 de mandril. En cualquier momento dado, al menos uno de los agarres 62, 63 de mandril está, preferiblemente, agarrando la barra 74 de mandril o de otro modo acoplado a esta. Uno o más tochos enfilados o hechos avanzar paso a paso hasta cerca del agarre 62 de mandril situado aguas arriba, o que son transportados a lo largo de la barra 74 de mandril, pueden pasar a través del agarre 62 de mandril abierto situado aguas arriba. Después de que un número especificado de tochos hayan pasado a través del agarre 62 de mandril abierto situado aguas arriba, el agarre 62 de mandril puede cerrarse y, por lo tanto volver, a agarrar la barra 74 de mandril, y los tochos pueden hacerse avanzar hasta el elemento de agarre 63 situado aguas abajo. El elemento de agarre 63 situado aguas abajo puede permanecer cerrado, agarrando así la barra 74 de mandril, o bien el agarre 63 de mandril situado aguas abajo puede abrirse después de que el agarre 62 de mandril situado aguas arriba vuelva a agarrar la barra 74 de mandril. Si bien se han mostrado dos agarres de mandril, 62, 63, en el sistema de prensa de extrusión 57, se comprenderá que puede proporcionarse cualquier número adecuado de agarres de mandril.

Las abrazaderas para agua 60, 61 comprenden un sistema de aporte de agua 75 para la barra de mandril, diseñado para suministrar agua de enfriamiento a lo largo del interior de la barra 74 de mandril, hasta la punta de la barra de mandril, durante el procedimiento de extrusión. Las abrazaderas para agua 60, 61 pueden ser controladas por el sistema de PLC con el fin de suministrar continuamente agua de enfriamiento del proceso a la barra de mandril durante el procedimiento de extrusión, al tiempo que permiten que una pluralidad de tochos sea aportada de forma continua a lo largo y alrededor de la barra 74 de mandril. Las abrazaderas para agua 60, 61 funcionan de tal manera que no hay interrupción o sustancialmente ninguna interrupción del suministro de agua de enfriamiento del proceso a la punta de la barra de mandril durante el procedimiento de extrusión. Similarmente al funcionamiento de los agarres 62, 63 de mandril anteriormente explicado, cuando las abrazaderas para agua 60, 61 se abrazan o se acoplan a la barra 74 de mandril, las mordazas para agua 60, 61 evitan que los tochos sean transportados a lo largo de la barra 74 de mandril, a través de la abrazaderas para agua.

Las abrazaderas para agua 60, 61 funcionan de tal manera que, en cualquier momento dado durante la extrusión, al menos una de las abrazaderas para agua se abraza o se acopla a la barra 74 de mandril y, por lo tanto, aporta agua de enfriamiento a la barra 74 de mandril para su entrega a la punta de la barra de mandril. Cuando un tocho pasa a través de una de las abrazaderas para agua 60, 61, la abrazadera para agua respectiva interrumpe el suministro de agua de enfriamiento y libera o desacopla la barra 74 de mandril con el fin de permitir que el tocho pase a través de ella, antes de volver a abrazar la barra 74 de mandril y continuar suministrando Agua de enfriamiento. Mientras una de las abrazaderas para agua 60, 61 se suelta o desacopla de la barra 74 de mandril, la otra abrazadera para agua continúa suministrando agua de enfriamiento a la barra de mandril.

Por ejemplo, la abrazadera para agua 60 situada aguas arriba puede liberar la barra 74 de mandril mientras la abrazadera para agua 61 situada aguas abajo está abrazada a la barra 74 de mandril. En cualquier momento dado, al menos una de las abrazaderas para agua 60, 61 está, preferiblemente, abrazada a la barra 74 de mandril para aportar agua de enfriamiento de forma continua. Uno o más tochos enfilados o hechos avanzar paso a paso hasta cerca de la abrazadera para agua 60 situada arriba, o que se transportan a lo largo de la barra 74 de mandril, pueden pasar a través de la abrazadera para agua 60 situada aguas arriba, que está abierta. Una vez que ha pasado un número especificado de tochos a través de la abrazadera para agua 60 situada aguas arriba, abierta, el La abrazadera para agua 60 puede cerrarse y, por lo tanto, volver a abrazar la barra 74 de mandril y aportar agua de enfriamiento, y los tochos pueden hacerse avanzar hasta la abrazadera para agua 61 situada aguas abajo. La abrazadera para agua 61 situada aguas abajo puede permanecer cerrada, abrazando con ello la barra 74 de mandril, o bien la abrazadera para agua 61 situada aguas abajo puede abrirse una vez que la abrazadera para agua 60 situada aguas arriba se vuelva a abrazar a la barra 74 de mandril. Aunque se muestran dos abrazaderas para agua 60, 61 en el sistema de prensa de extrusión 57, se entenderá que puede proporcionarse cualquier número adecuado de abrazaderas para agua.

La barra 74 de mandril se extiende sustancialmente a lo largo de la longitud del sistema de prensa de extrusión 57 y está situada para colocar la punta de la barra de mandril a través de la matriz rotativa 70. La matriz rotativa 70 puede incorporar el cuerpo 18 de la matriz mostrado en la Figura 1. El ajuste para colocar apropiadamente la punta de la barra de mandril a través de la matriz 70 se logra moviendo la sección 58 de carro de mandril, por lo que se mueve, de esta forma, la barra 74 de mandril. Los ajustes efectuados en la barra 74 de mandril y en la sección 58 de carro de mandril pueden ser hacia la matriz 70 o en alejamiento de esta. La barra 74 de mandril y la sección 58 de carro de mandril preferiblemente no se pueden ajustar mientras el sistema de prensa de extrusión 57 está en funcionamiento, aunque se entenderá que, en ciertas realizaciones, la barra 74 de mandril y/o la sección 58 de carro de mandril se pueden ajustar durante el funcionamiento.

Como se ha explicado anteriormente, el sistema de prensa de extrusión 57 incluye una sección 59 de estructura de platinas que tiene una platina de entrada 65 y una platina de matriz trasera 66, platinas de ariete de prensa 67 y 68, una platina de centrado 69 y una matriz rotativa 70 que presiona contra la platina de matriz trasera 66. Cerca de la platina de entrada 65 se encuentra el conjunto de platinas de ariete de prensa 76, que incluye una primera platina de ariete de prensa 67, o ariete A, y una segunda platina de ariete de prensa 68, o ariete B. La primera y la segunda platinas de ariete de prensa, 67, 68, suministran tochos al interior de la placa de centrado 69, la cual agarra los arietes y evita que los arietes roten antes de entrar en la matriz rotativa 70, que presiona contra la platina de matriz trasera 66.

Las platinas 67, 68 de ariete de prensa funcionan agarrando los tochos y proporcionando una fuerza de empuje sustancialmente constante en la dirección de la pila 70 de matrices de extrusión. En cualquier momento dado, al menos una de las platinas 67, 68 de ariete de prensa agarra un tocho y hace avanzar el tocho a lo largo de la barra 74 de mandril para proporcionar la fuerza de empuje constante. Las platinas 67, 68 de ariete de prensa constituyen la parte final del subsistema 77 de aporte de tocho, antes de que el tocho entre en la pieza de inserción para centrado 69 y en la matriz rotativa 70 del subsistema de extrusión 78. Similarmente a la sección de pista de suministro de tocho situada frente a la platina de entrada 65, la sección previa a las platinas 67, 68 de ariete de prensa hace avanzar paso a paso, preferiblemente de forma continua, los tochos con el fin de minimizar cualquier espacio de separación entre un tocho que es agarrado por las platinas 67, 68 de ariete de prensa y el siguiente tocho.

Como se expuso anteriormente, los arietes de prensa 67, 68 empujan de forma continua los tochos al interior de la matriz rotativa 70. Los arietes de prensa 67, 68 alternan el agarre y el avance de los tochos hacia y al interior de la matriz rotativa 70 y, seguidamente, el desacople de los tochos avanzados y la retracción para el siguiente ciclo de agarre / avance. Preferiblemente, hay un solapamiento entre los instantes en que uno de los arietes de prensa deja de empujar y en que el otro ariete de prensa está a punto de comenzar a empujar, de modo que siempre hay una presión uniforme sobre la matriz rotativa 70. Los arietes de prensa 67, 68 avanzan y se retraen por medio de unos cilindros de ariete de prensa acoplados al ariete de prensa respectivo. Como se muestra, existen dos cilindros de ariete de prensa, 79, 80, por cada ariete de prensa. Un primer conjunto de cilindros 80 de ariete de prensa está situado a la izquierda y a la derecha de la platina de entrada 65 (aunque el cilindro de ariete de prensa del lado derecho está oculto a la vista, detrás del cilindro de ariete de prensa del lado izquierdo). El primer conjunto de cilindros 80 de ariete de prensa se acopla con la primera platina 67 de ariete de prensa y está configurado para mover el primer ariete de prensa 67 a medida que el primer ariete de prensa 67 hace avanzar los tochos y se retrae para agarrar el siguiente tocho. Un segundo conjunto de cilindros 79 de ariete de prensa está situado en las partes superior e inferior de la platina de entrada 65. El segundo conjunto de cilindros 79 del ariete de prensa se acopla con la segunda platina 68 de ariete de prensa y está configurado para mover el segundo ariete de prensa 68 a medida que el segundo ariete 68 hace avanzar los tochos y se retrae para agarrar el siguiente tocho. Si bien se muestran dos cilindros de ariete de prensa para cada una de las primera y segunda platinas, 67, 68, de ariete de prensa, se entenderá que puede proporcionarse cualquier número adecuado de cilindros de ariete de prensa y, en ciertas realizaciones puede haber cilindros de ariete de prensa acoplados tanto al primer como al segundo arietes de prensa, 67, 68.

La platina de centrado 69 recibe los tochos hechos avanzar por los arietes de prensa 67, 68, y funciona sujetando los tochos durante el procedimiento de extrusión, antes de la entrada de los tochos en la matriz rotativa 70. Cuando la platina de centrado 69 se coloca en su lugar para el procedimiento de extrusión, la platina de centrado 69 se convierte sustancialmente en parte de la matriz de extrusión 70. Es decir, una pieza de inserción para centrado de la platina de centrado 69 contacta a tope sustancialmente con la matriz rotativa 70. Sin embargo, la propia platina de centrado 69 y los componentes de la misma, incluida la pieza de inserción para centrado, no rotan con la matriz rotativa 70. La platina de centrado 69 evita que los tochos que ya no están sujetos por el segundo ariete de prensa roten mientras rota la matriz 70, al agarrar los tochos y evitar así que los tochos roten antes de la entrada de los tochos en la matriz rotativa 70.

Haciendo referencia de nuevo al conjunto de matriz 1 de la Figura 1, cuando el conjunto se utiliza en un procedimiento de extrusión, por ejemplo, en el sistema de extrusión de la Figura 2, la pieza de inserción para centrado 9 se hace avanzar hasta el borde frontal del cuerpo de matriz 18, de manera que una superficie frontal 55 de la pieza de inserción para centrado 9 contacta con una superficie frontal 16 del cuerpo de matriz 18. Esta orientación del cuerpo de matriz 18 y de la pieza de inserción para centrado 9 durante la extrusión se muestra en la Figura 3. En esta orientación, el contacto entre las caras 55 y 16 de la pieza de inserción para centrado 9 y el cuerpo de matriz 18, respectivamente, evita que el material se escape del cuerpo de matriz 18 durante el procedimiento de extrusión. Para comenzar la extrusión, se hace avanzar un tocho 17 sobre la barra 10 de mandril en la dirección de la flecha A ya través del conjunto de matriz 1, para presionar el tocho 17 hasta formar un producto de tubo extrudido. Antes de entrar en el conjunto de matriz 1, el tocho 17 se hace avanzar hacia la abertura 15 de la pieza de inserción para centrado 9, donde los agarres 44 se acoplan a la superficie exterior del tocho 17. A medida que el tocho 17 se hace avanzar a través de la abertura 15, estos agarres 44 impiden la rotación del tocho 17 cuando el tocho 17 se pone en contacto con la superficie interior rotativa 14 del cuerpo de matriz 18.

Mientras el tocho 17 y la pieza de inserción para centrado 9 no están rotando durante el procedimiento de extrusión, el cuerpo de matriz 18 y la placa de base 8 a la que está unido el cuerpo de matriz son hechos rotar por el husillo motorizado 56. A medida que el tocho 17 es hecho avanzar a través de la pieza de inserción para centrado 9, pasa a través de la entrada 11 del cuerpo 18 de la matriz y contacta con la superficie interior 14 del cuerpo 18 de la matriz. Se aplica una fuerza de torsión a la superficie exterior del tocho 17 debido al contacto de interferencia entre la matriz rotativa 18 y el tocho 17. Los agarres 44 de la pieza de inserción para centrado 9 resisten esta fuerza de torsión e impiden que el tocho 17 rote antes de entrar en el cuerpo 18 de la matriz, generando rozamiento y produciendo la energía que calienta el tocho 17.

El perfil de la superficie interior gradualmente estrechada 14 del cuerpo de matriz 18 está definido por la forma y la orientación de los orificios centrales que pasan a través de las placas del cuerpo de matriz 18. El cuerpo de matriz 18 está formado por una pila de placas de matriz, las cuales incluyen un soporte de extremo de acero 3, unas primera, segunda y tercera placas, 5, 4, 6, de matriz, a saber, una placa de entrada 4, una primera placa intermedia 5 y una segunda placa intermedia 6, y una placa de salida 7. Esta serie de placas que componen el cuerpo 18 de la matriz se apilan juntas, se aseguran entre sí mediante un sujetador, tal como el perno 2 de la Figura 1, y se unen a la placa de base 8. El perno 2 se coloca en cada uno de los orificios pasantes 12, que pasan a través de cada una de las placas 3-8. La placa de base 8 se acopla, a continuación, al husillo motorizado 56, que hace rotar la placa 8, así como a las placas 3-7 del cuerpo de matriz 18. En ciertas implementaciones, se puede emplear un cuerpo de matriz que incluya un número mayor o menor que las cinco placas 3-7 mostradas en el cuerpo de matriz 18.

La superficie interior 14 creada por los orificios centrales de las placas del cuerpo de matriz 18 exhibe un perfil gradualmente estrechado que estrecha el paso interior a través del cuerpo de matriz 18, desde la entrada 11 hasta una salida del paso situada en la placa de salida 7. Así, cuando se aplica fuerza al tocho 17 para presionar el tocho para que pase a través del cuerpo de matriz 18, el material del tocho 17 se extrude a medida que el diámetro exterior del material se ve obligado a disminuir para pasar a través de cada una de las placas 3-7. Las dimensiones de las placas 3-7 y la interacción entre la superficie interior 14 y el tocho 17 se describen con mayor detalle más adelante, con respecto a las Figuras 4-13.

Las Figuras 4-9 muestran cada una de las placas 3-7 del cuerpo 18 de la matriz, y la placa de base 8 a la que está unido el cuerpo 18 de la matriz. La Figura 4 muestra el soporte de extremo de acero 3 del cuerpo de matriz 18 que forma la cara frontal 16 del cuerpo de matriz y la entrada 11 al paso interior del cuerpo de matriz. El soporte del extremo de acero 3 incluye un orificio circular central 21 que define el diámetro de la entrada de la abertura 11 cuando se apila en el cuerpo 18 de la matriz. Como se muestra en la Figura 4, el soporte del extremo de acero 3 está hecho de dos materiales, de manera que el perímetro exterior 19 de la placa está hecho de un material y el perímetro 20 del orificio 21 está hecho de un material diferente. Los dos materiales que componen el soporte de extremo de acero 3 pueden elegirse de modo que constituyan superficies de separación o interfaces complementarias entre el soporte de extremo de acero 3 y tanto la pieza de inserción para centrado 9 como la placa de entrada 4. Por ejemplo, el perímetro exterior 19 puede estar hecho de un acero, tal como el acero H13, que es igual o similar al material que constituye un perímetro exterior de la placa de entrada 4, mientras que el perímetro 20 del orificio puede estar hecho de un material diferente, tal como un acero inconel, que es el mismo que, o similar a, el material utilizado para formar la pieza de inserción para centrado 9. Al hacer coincidir el material del perímetro 20 del orificio y el de la pieza de inserción para centrado 9, la cara frontal 23 del perímetro 20 de orificio que contacta con la cara frontal 55 de la pieza de inserción para centrado 9, proporciona una interfaz complementaria que reduce el desgaste cuando el conjunto de matriz 1 está en uso. Debido a que el cuerpo 18 de la matriz rota y la pieza de inserción para centrado 9 permanece estacionaria, se puede crear rozamiento entre la cara 23 y la cara 55. Al hacer el perímetro 20 del orificio y la pieza de inserción para centrado 9 del mismo material o de materiales similares, y al ajustar además la presión de la superficie 55 contra la superficie 16, el efecto de desgaste de este rozamiento puede minimizarse, particularmente durante el inicio y la parada del procedimiento de extrusión, cuando la rotación del cuerpo de matriz 18 comienza o se detiene.

La segunda placa del cuerpo 18 de la matriz es la placa de entrada 4, mostrada en la Figura 5. Al igual que ocurre con el soporte de extremo de acero 3, la placa de entrada 4 está hecha de dos materiales diferentes. Un cierto material constituye el perímetro exterior 25 de la placa, mientras que un segundo material constituye el perímetro 24 del orificio alrededor del orificio central 26 existente a través del centro de la placa. El perímetro exterior 25 puede estar hecho del mismo material o de un material similar al del perímetro exterior del soporte de extremo de acero 3, por ejemplo, de material de acero H13. El perímetro 24 del orificio 26 está hecho de un material resistente al desgaste, por ejemplo, un material cerámico, que resiste la degradación cuando un tocho, tal como el tocho 17, se presiona a través del orificio 26 y contacta con la superficie interior 27.

La placa de entrada 4 comienza el estrechamiento gradual de la superficie interior 14 del cuerpo de matriz 18, desde la entrada 11 hasta la salida del cuerpo de matriz. La superficie interior 27 del perímetro 24 forma un cierto ángulo, de manera que el diámetro a través del diámetro del orificio central 26 es mayor en la cara frontal de la placa 4 que contacta a tope con la cara trasera del soporte de acero 3, y menor en la cara trasera de la placa de entrada 4 que contacta a tope con la primera placa intermedia 5. Cuando el tocho 17, que tiene un diámetro que es igual al diámetro del orificio 26 de la cara frontal, se presiona a través de la placa de entrada 4, el estrechamiento gradual de la superficie 27 crea rozamiento entre la placa rotativa 4 y el tocho 17. Este rozamiento genera energía que calienta el tocho 17 a medida que este es hecho avanzar al interior del cuerpo de matriz rotatorio 18, por lo que comienza la deformación del tocho a través de la superficie interior gradualmente estrechada 14. En contraste con los procedimientos de extrusión en los que el contacto entre un tocho precalentado y una matriz no rotativa crea energía térmica como subproducto, el calentamiento por rozamiento del tocho 17 no precalentado es necesario para la extrusión, ya que es necesario calentar el tocho a una temperatura adecuada para la deformación.

La Figura 6 muestra la primera placa intermedia 5 que está situada detrás de la placa de entrada 4 de la pila de placas que componen el cuerpo 18 de la matriz. La primera placa intermedia 5 incluye un perímetro exterior 29, hecho de un primer material, y un perímetro 28 de orificio, hecho de un segundo material. El perímetro exterior 29 puede estar hecho de los mismos materiales o de materiales similares a los de los perímetros exteriores de las otras placas de la pila, por ejemplo, de un acero H13. El perímetro 28 del orificio central 30 existente a través de la placa está hecho de un material resistente al desgaste, por ejemplo, un material cerámico, tal como se ha expuesto con respecto al perímetro 24 del orificio de la placa de entrada 4. La superficie interior 31 del perímetro 28 del orificio está gradualmente estrechada desde la cara frontal de la primera placa intermedia 5 que contacta a tope con la placa de entrada 4 de la pila, hasta la cara trasera de la primera placa intermedia 5 que contacta a tope con la segunda placa intermedia 6 de la pila de placas. La disposición en ángulo de la superficie interior 31 estrecha gradualmente el orificio central 30 desde la cara frontal hasta la cara trasera, y estrecha gradualmente de forma adicional el paso interior y la superficie 14 del cuerpo 18 de la matriz, como se ha explicado anteriormente con respecto al orificio central 26 de la placa de entrada 4.

El grado en el que la superficie interior 31 se estrecha gradualmente con respecto a un eje central del orificio central 30 de la primera placa intermedia 5, con respecto al ángulo de estrechamiento gradual de la superficie interior 27 de la placa de entrada 4, depende del material que se extrude y del número total de placas de matriz. En ciertas implementaciones para un material particular, el grado en que se estrecha gradualmente la superficie interior 31 puede ser menor que el ángulo de estrechamiento gradual de la superficie interior 27 de la placa de entrada 4. Este cambio en el ángulo de la superficie interior y el menor diámetro del orificio central 30 con respecto al orificio central 26 puede aumentar la interfaz de rozamiento con el tocho 17 y el trabajo necesario para deformar el tocho 17 de manera más uniforme sobre la placa de entrada 4 y la primera placa intermedia 5, reduciendo así el desgaste del material y prolongando la vida útil del matrices, así como mejorando la concentricidad y uniformidad de un producto extrudido. Este reparto del trabajo y de la fuerza de rozamiento, y la correlación entre los materiales y el grado de estrechamiento gradual de la superficie se exponen más exhaustivamente a continuación, con respecto a los cortes transversales mostrados en las Figuras 10, 12 y 13.

En la Figura 7 se muestra la segunda placa intermedia 6, que sigue a la primera placa intermedia 5 en la pila de matrices. Al igual que las placas 3-5, la segunda placa intermedia 6 tiene un perímetro exterior 32, hecho de un primer material, y un perímetro 33 alrededor de un orificio central 34, hecho de un segundo material. El primer material que forma el perímetro exterior 32 puede ser el mismo o similar al de las otras placas de la pila, por ejemplo, un acero H13, y el material que forma el perímetro 33 del orificio puede ser un material resistente al desgaste, tal como una cerámica. La superficie interior 35 del perímetro 33 alrededor del orificio central 34 forma un cierto ángulo desde una cara frontal de la placa 6 que contacta a tope con la primera placa intermedia 5, hasta una cara trasera de la placa 6 que contacta a tope con la placa de salida 7.

La placa final de la pila de placas que constituyen el cuerpo 18 de la matriz es la placa de salida 7, la cual se muestra en la Figura 8. La placa de salida 7, similarmente a las placas 3-6, tiene un perímetro exterior 36 hecho de un primer material, tal como un acero H13, y un perímetro 37 alrededor de un orificio central 38, hecho de un segundo material, por ejemplo, una cerámica resistente al desgaste. El diámetro de la placa de salida 7 es sustancialmente más pequeño que el diámetro de la abertura 11 existente en el soporte de extremo de acero 3 mostrado en la Figura 4, como resultado del estrechamiento gradual de la superficie interior 14 desde el soporte de extremo de acero 3 hasta la placa de salida 7. La superficie interior 39 que rodea el orificio central 38 de la placa de salida 7 forma un ángulo con respecto a un eje central del orificio central 38. El tramo más estrecho del orificio central 38 define la parte más estrecha del paso a través del cuerpo 18 de la matriz y, de esta forma, establece el diámetro exterior de un tubo extrudido que se produce cuando se presiona un tocho 17 hasta hacerse pasar a través del cuerpo 18 de la matriz. Este diámetro y las dimensiones del producto extrudido creado utilizando el conjunto de matriz 1 se exponen con mayor detalle más adelante, con respecto a la Figura 13.

La Figura 9 muestra la placa de base 8, que acopla las placas apiladas que componen el cuerpo 18 de la matriz a una fuente de energía rotacional. Por ejemplo, como se muestra en las Figuras 1 y 3, la placa de base 8 del conjunto de matriz 1 acopla el cuerpo de matriz 18 a un husillo 56. El husillo 56 es impulsado a rotación por un motor que acciona la rotación del husillo 56 en una velocidad de rotación establecida. El husillo 56 está unido a la placa base 8 mediante unos pernos que pasan a través de unos orificios pasantes exteriores 43 situados alrededor del perímetro de la placa de base 8, y transmiten la fuerza de rotación del husillo 56 a la placa de base 8. La placa de base 8 también está acoplada a rotación a las placas del cuerpo 18 de la matriz mediante pernos, tales como el perno 2 mostrado en la Figura 1, que pasan a través de los orificios pasantes 12 del cuerpo 18 de la matriz y al interior de los orificios 42 de la placa de base 8.

La placa de base 8 incluye un orificio central 40 que tiene una superficie interior 41. El orificio 40 y la superficie interior 41 definen una abertura en la placa base 8 que puede tener un diámetro más amplio que el diámetro del orificio de la placa de salida 7. El diámetro más amplio del orificio 40 de la placa base permite que el material extrudido salga del cuerpo 18 de la matriz sin contactar directamente con la superficie interior 41, y puede permitir que un componente de enfriamiento, tal como una fuente de aporte de fluido, entre parcialmente en la placa de base 8 y aplique un fluido de enfriamiento al material extrudido que sale de la placa de salida 7 cerca de la salida del cuerpo 18 de la matriz. La placa de salida 7 también puede incluir un ángulo de alivio cerca de la cara trasera de la placa, que facilita aún más la aplicación de fluido de enfriamiento, como se explica más adelante con respecto a la Figura 13.

El conjunto de matriz 1 se ensambla antes de la extrusión apilando las placas 3-7 y uniendo el cuerpo de matriz 18 formado por las placas a la placa de base 8 mediante pernos colocados en los orificios pasantes 12 de las placas del cuerpo de matriz y en los orificios 42 de la placa de base. El apilamiento de estas placas para formar el cuerpo 18 de la matriz conforma el perfil interior del cuerpo 18 de la matriz que provoca la extrusión de los tochos presionados a través del conjunto de matriz 1. Este perfil interno y la orientación de las placas apiladas se muestran en la vista en sección transversal del conjunto de matriz 1 de la Figura 10.

La sección transversal de la Figura 10 muestra el cuerpo 18 de la matriz y la pieza de inserción para centrado 9 colocados para la extrusión. Las placas de matriz 3-7 están acopladas entre sí y aseguradas a la placa base 8 mediante pernos 2 insertados en la serie de orificios pasantes 12 existentes en los perímetros exteriores 19, 25, 29, 32 y 36 de las placas. En esta orientación, la abertura 11 del paso interior 54 existente en el cuerpo 18 de la matriz está alineada con la pieza de inserción para centrado 9 con el fin de recibir un tocho presionado de manera que pasa a través de la abertura 15 de la pieza de inserción para centrado 9 y al interior del cuerpo 18 de la matriz, a lo largo del eje central 45 del paso interior 54.

Cada uno de los perímetros 23, 24, 28, 33 y 37 de orificio de las placas 3-7 de matriz contacta a tope con los perímetros de orificio existentes en placas adyacentes para formar la superficie interior gradualmente estrechada 14 que perfila el paso interior 54 a través del cuerpo de matriz 18. La superficie interior 14 estrecha el paso interior 54 desde el diámetro más grande del paso en la abertura 11 hasta el diámetro más pequeño, en la salida 81, y el estrechamiento del paso 54 provoca la deformación de estrechamiento y la extrusión de un tocho presionado al interior del cuerpo de matriz rotativo 18 durante el funcionamiento. La extrusión requiere que se produzca energía de rozamiento en la interfaz de la superficie interna 14 para calentar el tocho, y la energía puede crear desgaste en los perímetros de orificio de las placas de matriz 3-7. A fin de reducir el efecto del desgaste por rozamiento y producir tensiones uniformes en la superficie interior 14 durante la extrusión, las superficies internas 27, 31,35 y 39 están diseñadas para extender la interfaz de rozamiento y reducir la concentración de energía y rozamiento en todas y cada una de las placas. El diseño de las superficies internas y del perfil de la superficie interior 14 pueden diferir para diferentes aplicaciones y, en particular, para la extrusión de diferentes materiales. Dependiendo de las propiedades del material de los tochos utilizados para la extrusión, por ejemplo, de las propiedades de transferencia de calor que pueden afectar al calentamiento de los tochos durante la extrusión, el perfil interno de las placas de matriz de un cuerpo de matriz se puede variar para repartir el trabajo y el desgaste sobre las placas de matriz. Además, la velocidad de rotación de la matriz se puede variar para aumentar la eficacia de la matriz y evitar que se excedan las propiedades del material de los tochos. Por ejemplo, se puede usar una velocidad de rotación de la matriz entre aproximadamente 200 rpm y aproximadamente 1.000 rpm. En ciertas implementaciones, se puede desear una velocidad de rotación más lenta, por ejemplo, de aproximadamente de 300 rpm, para evitar que se aplique un alto grado de cizalladura torsional a un tocho mientras se sigue calentando el tocho a una temperatura suficiente para su deformación. Se puede usar una velocidad más rápida, por ejemplo, de alrededor de 800 rpm, para un material que no se vea afectado adversamente por una mayor cizalladura torsional o que requiera más energía y, por lo tanto, mayor rozamiento para calentarse hasta una temperatura de deformación. En otras implementaciones, pueden ser deseables para la extrusión velocidades de rotación de la matriz superiores a 100 rpm.

Como se muestra en la Figura 10, las superficies internas 27, 31,35 y 39 no se estrechan gradualmente en ángulos uniformes con respecto al eje central 45. Cada superficie de la matriz representada se estrecha gradualmente en un ángulo que disminuye desde la placa de entrada 4, cerca la abertura 11, hasta la placa de salida 7, en la salida 81. Este diseño en ángulo decreciente puede ser deseable para un material de extrusión o aplicación particular del conjunto de matriz 1. En la realización mostrada en la Figura 10, el ángulo 46 en que se estrecha gradualmente la superficie interior 27 de la placa de entrada 4 es mayor que el ángulo 47 en que se estrecha gradualmente la superficie interior 39 de la placa de salida 7. Las diferencias en los ángulos de estrechamiento gradual entre las placas distribuyen la energía de rozamiento y la tensión sobre las placas como resultado de las diferencias en los diámetros de los orificios centrales desde la abertura 11 hasta la salida 81.

Cada placa tiene un diámetro de entrada, por ejemplo, el diámetro d5 de la placa 4, y un diámetro de salida, por ejemplo, el diámetro d7 de la placa 4. Cuando se presiona un tocho al interior de la placa, se debe generar una cantidad umbral de energía para calentar y deformar el tocho desde el diámetro d5 hasta el diámetro d7. Esta cantidad de energía se ve afectada por el porcentaje de reducción en el diámetro, en particular, por el porcentaje de reducción resultante en el área en sección transversal de un tocho, a medida que pasa a través de la placa 4. Si los orificios centrales de las placas 3-7 estuvieran, cada uno de ellos, gradualmente estrechado en un único ángulo uniforme, el cambio de diámetro desde la entrada hasta la salida de cada placa sería igual y, por lo tanto, el porcentaje de reducción en el área en sección transversal del tocho aumentaría para cada placa sucesiva. Por ejemplo, si la diferencia absoluta entre los diámetros d5 y d7 de la placa 4 fuera igual a la diferencia absoluta entre los diámetros d6 y d8 de la placa 7, la reducción porcentual del diámetro del orificio central sería mayor en la placa 7 que en la 4, y una mayor cantidad de tensión y de energía podría hacer que la placa 7 se desgastara más rápido que la placa 4.

Además del porcentaje de reducción del área de un tocho sobre una placa, las propiedades mecánicas y térmicas de los materiales del tocho pueden determinar el número y el diseño de las placas de una pila de matrices. Por ejemplo, un material de tocho que tiene una alta conductividad térmica puede calentarse hasta una temperatura de deformación más rápidamente que un material que tiene una baja conductividad térmica, y, por lo tanto, se puede usar una matriz más corta, con menos placas, para el material de alta conductividad. Además, los ángulos de estrechamiento gradual de la superficie interna de una matriz pueden ser mayores para el material de alta conductividad como resultado del calentamiento más rápido del tocho. En otras implementaciones, se pueden usar matrices de igual tamaño que tengan el mismo número de placas, y los ángulos de estrechamiento gradual de las matrices pueden diferir para adaptarse a las diferentes propiedades térmicas y calentar los tochos a una temperatura de deformación, al tiempo que se distribuye el trabajo y el desgaste de la manera más uniforme posible sobre la superficie de la matriz y la superficie de la punta de mandril situada dentro de la matriz.

Un tocho presionado a través del cuerpo 18 de la matriz produce un producto de tubo extrudido a través de la salida 81 del cuerpo 18 de la matriz que tiene un diámetro exterior que es similar al diámetro d8, el diámetro en la parte más estrecha de la placa de salida 7. El diámetro interno del producto extrudido se selecciona al hacer avanzar la barra 10 de matriz al interior del cuerpo 18 de la matriz por medio de una punta de mandril que tiene una dimensión de extremo seleccionada para generar el diámetro interno del producto de tubo, en el extremo de la barra 10 de mandril. La Figura 11 muestra una punta 48 de mandril que se puede acoplar al extremo de la barra 10 de mandril para crear un diámetro interno deseado para la tubería extrudida. La punta 48 del mandril tiene un extremo abierto 82 que está configurado para acoplarse al extremo de la barra 10 de mandril. La energía de rozamiento y el calor generados durante la extrusión pueden calentar la punta 48 del mandril, y el extremo abierto 82 puede recibir fluido de enfriamiento, tal como agua o gas, de un sistema de enfriamiento que discurre a través de la barra 10 del mandril para enfriar la punta 48 del mandril.

Opuestamente al extremo abierto 82 de la punta 48 del mandril, hay un extremo cerrado 51. El diámetro del extremo cerrado 51 es la dimensión que establece el diámetro interno de un tubo extruido sobre la punta 48, y la punta 48 puede ser seleccionada de una serie de puntas que tienen diferentes diámetros para lograr extrusiones con diferentes dimensiones de diámetro interior. Entre el extremo abierto 82 y el extremo cerrado 51, hay tres partes 49, 83 y 50 de la superficie exterior 84 de la punta. Durante la extrusión, se presiona un tocho sobre la barra 10 de mandril y la punta 48 en la dirección de la flecha C, de tal modo que el tocho pasa sobre una región de deformación que incluye las partes 49 y 83 de punta, y una parte de extremo 50. Cuando la punta 48 está colocada para la extrusión, la punta se hace avanzar al interior de una matriz hasta que el extremo cerrado 51 se extiende más allá de la salida trasera de la matriz, en la que el diámetro de matriz es más estrecho. A continuación, se hace pasar un tocho que tiene un diámetro de núcleo hueco sustancialmente igual al diámetro exterior de la parte 49 de la punta, sobre la barra 10 del mandril y la punta 48. En la parte 49 de la punta, el diámetro de la matriz circundante se estrecha y el rozamiento entre la matriz y el tocho genera energía que calienta el tocho a medida que se comprime el diámetro exterior del tocho. El tocho calentado pasa, a continuación, sobre la parte 83 de punta, y el diámetro interior del núcleo hueco del tocho disminuye hasta el diámetro externo de la parte de extremo 50 a medida que el material esextrudido. Esta extrusión sobre la punta 48 del mandril se expone con más detalle a continuación con respecto a las Figuras 12 y 13.

La Figura 12 muestra el conjunto de matriz 1 con el mandril 10 y la punta 48 de mandril avanzando a través de la pieza de inserción para centrado 9 y al interior del paso central 54 del cuerpo de matriz 18. El mandril 10 está situado de manera que la punta 48 del mandril se extiende a través de la salida 81 existente en la placa de salida 7. Como se ha explicado anteriormente con respecto a la Figura 2, pueden utilizarse los elementos de agarre de un sistema de prensa de extrusión para sostener la barra 10 de mandril y mantenerla en la orientación mostrada en la Figura 12, y para resistir la rotación mientras el cuerpo 18 de la matriz se hace rotar y un tocho pasa sobre la barra 10 de mandril.

La Figura 13 muestra el conjunto de matriz y la configuración de la punta del mandril de la Figura 12 a medida que el tocho 17 se hace pasar a través del cuerpo de matriz 18 y se extrude para formar el tubo 53. Durante la extrusión, el cuerpo de matriz 18 rota mientras la barra de mandril 10 y la pieza de inserción para centrado 9 se mantienen estacionarias. El tocho 17 se presiona al interior del cuerpo 18 de la matriz en la dirección de la flecha A y contacta con la superficie interior 14 del cuerpo 18 de la matriz en un primer punto de contacto 85. El contacto de interferencia entre la superficie interior 14 y el tocho 17 comienza en el punto de contacto 85 y genera la energía que calienta el tocho 17 hasta una temperatura de deformación plástica.

A medida que el tocho 17 se hace avanzar sobre la primera parte 49 de la punta 48 del mandril, el estrechamiento gradual de la superficie interior 14 aplica una fuerza de compresión a la superficie exterior del tocho 17 que presiona el tocho 17 hacia dentro, en dirección a la punta 48 del mandril. Debido a que el tocho 17 está en un estado de deformación plástica, el material del tocho se extrude en la dirección de la parte 83 de la punta 48 del mandril a medida que el cuerpo 18 de la matriz reduce el diámetro exterior del tocho 17 desde el diámetro inicial d2. Una vez que el tocho 17 llega a la parte 83 de punta, el estrechamiento gradual de la parte 83 de punta hacia la parte de extremo 50 hace que el diámetro interior del tocho 17 se extruda y disminuya desde el diámetro inicial d1 a medida que el tocho avanza más sobre la punta 48 del mandril. La superficie gradualmente estrechada de la punta 48 del mandril, en la parte 83 de punta, puede corresponder sustancialmente al ángulo de la superficie interior 14 en el área que rodea la parte 83 de punta, a fin de crear una extrusión sustancialmente uniforme en esa parte. Por ejemplo, los diámetros exterior e interior del tocho 17 pueden disminuir sustancialmente en la misma cantidad o sustancialmente en el mismo porcentaje desde el extremo de la parte 83 de punta próximo a la primera parte 49 de punta hasta el extremo de la parte 83 de punta próximo a la parte de extremo 50.

Cuando el tocho de extrusión 17 llega a la parte de extremo 50, el diámetro interior del tocho se reduce desde el diámetro inicial d1 hasta el diámetro final d3 del producto de tubo final. A medida que el tocho 17 pasa sobre la parte de extremo 50, el diámetro exterior del tocho 17 continúa disminuyendo hasta el diámetro exterior final d4 cuando el producto de tubería extrudido 53 sale de la placa de salida 7. En el punto de salida, la formación del producto extrudido 53 está completa. Debido al rozamiento y al calentamiento dentro del cuerpo 18 de la matriz, el producto 53 está a una temperatura elevada al salir del cuerpo 18 de la matriz, y se puede aplicar un elemento de enfriamiento para evitar una deformación adicional o aumentar la seguridad operativa de la prensa de extrusión, suprimir el escape del material extruido, o mantener las características deseadas del material. El orificio 40 de la placa base 8 se muestra en la Figura 13 con un diámetro mayor que el diámetro de salida de la placa de salida 7. Esta configuración puede ser preferible para permitir que los elementos de enfriamiento y el fluido de enfriamiento lleguen al interior de la placa de base 8 y entren en contacto con el producto extruido 53 tan pronto como este sale del cojinete final de la placa de salida 7 para un enfriamiento más temprano. La placa de salida 7 incluye una superficie de relieve en ángulo 86 para facilitar aún más la introducción de un material fluido lo más cerca posible de la salida 81 del cuerpo de matriz 18. Una vez que el producto 53 ha salido de la placa de base 8 y ha pasado a través de un sistema de enfriamiento, el procedimiento de extrusión está completo y el producto 53 puede ser reunido para su tratamiento ulterior.

Debe entenderse que la descripción anterior es meramente ilustrativa y no es la intención que esté limitada a los detalles proporcionados en esta memoria. Si bien se han proporcionado varias realizaciones en la presente descripción, debe entenderse que los sistemas, dispositivos y métodos descritos y sus los componentes pueden materializarse en muchas otras formas específicas sin apartarse del alcance de la invención, tal y como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un conjunto de matriz para extruir un material, que comprende:

una pluralidad de placas (4, 5, 6, 7) de matriz, acopladas entre sí para formar un cuerpo de matriz (18) que tiene:

un paso que define una entrada (11) y una salida (81), en el que el diámetro de la salida es menor que el diámetro de la entrada (11); y

una superficie interior gradualmente estrechada entre la entrada (11) y la salida;

en el que cada una de las placas (4, 5, 6, 7) de matriz tiene un orificio central con una superficie interior alrededor del orificio central, de tal manera que una superficie interior de un orificio central de una primera placa (5) de matriz está estrechada gradualmente en un ángulo más pequeño con respecto a un eje (45) del paso que una superficie interior de un orificio central de una segunda placa (4) de matriz situada adyacente a una cara frontal de la primera placa (5) de matriz; y

una base (8) acoplada al cuerpo (18) de matriz, de tal manera la que la rotación de la base (8) hace que el cuerpo (18) de matriz rote.

2. El conjunto de matriz de la reivindicación 1, en el que la segunda placa (4) de matriz está situada más cerca de la entrada (11) del cuerpo de matriz (18) que la primera placa (5) de matriz.

3. El conjunto de matriz de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende, además, una tercera placa (6) de matriz que tiene un orificio central con una superficie interior que se estrecha gradualmente en un ángulo mayor con respecto al eje (45) que una superficie interior de un orificio central de un placa de matriz situada adyacente a una cara frontal de la tercera placa (6) de matriz.

4. El conjunto de matriz de la reivindicación 3, en el que la placa de matriz situada adyacente a la cara frontal de la tercera placa (6) de matriz es la primera placa (5) de matriz, o en el que la tercera placa (6) de matriz está situada más cerca de la salida del cuerpo de matriz (18) que la primera placa (5) de matriz.

5. El conjunto de matriz de la reivindicación 1, que comprende, además, un soporte de extremo de acero (3) que forma una parte del cuerpo de matriz (18), de tal modo que el soporte de extremo de acero (3) tiene un orificio central con una superficie interior alrededor del orificio central que no está gradualmente estrechada en un ángulo con respecto al eje.

6. El conjunto de matriz de la reivindicación 5, en el que el orificio central del soporte de extremo de acero (3) define la entrada (11) del cuerpo de matriz (18).

7. El conjunto de matriz de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la base (8) comprende un orificio central, y en el que el orificio central de la base (8) tiene un diámetro que es mayor que el diámetro de la salida del cuerpo de matriz (81).

8. El conjunto de matriz de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la entrada (11) del cuerpo de matriz (18) está configurada para recibir un tocho (17) de material para extrusión.

9. El conjunto de matriz de la reivindicación 8, en el que el cuerpo de matriz (18) está configurado para hacerse rotar de manera que la interacción entre la superficie interior gradualmente estrechada y el tocho (17) genera rozamiento entre la superficie interior gradualmente estrechada y un tocho que es hecho avanzar a través de la entrada (11) y dentro del paso interior del cuerpo de matriz (18), de tal modo que el rozamiento calienta el tocho (17) a una temperatura que es suficiente para provocar la deformación del material del tocho.

10. El conjunto de matriz de la reivindicación 9, en el que el cuerpo de matriz (18) está configurado para rotar de tal manera que dicha interacción deforma el tocho calentado bajo una fuerza de deformación que no excede los límites de las propiedades mecánicas del material del tocho.

11. El conjunto de matriz de la reivindicación 10, que comprende, además, un mandril (10) que está configurado para recibir un tocho, de tal manera que el rozamiento entre el tocho y el mandril (10) sobre el cual se hace avanzar el tocho calienta el tocho y el mandril y, preferiblemente, de tal modo que un sistema de enfriamiento proporciona fluido de enfriamiento a una parte interior del mandril (10).

12. El conjunto de matriz de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que al menos una de las placas (4, 5, 6, 7) de matriz está formada por dos materiales diferentes, de tal modo que un primer material forma un perímetro de un orificio de la placa de matriz y un segundo material forma una parte exterior de la placa de matriz, de manera que al menos uno del primer y segundo materiales es un material cerámico, un acero o un material consumible.

13. El conjunto de matriz de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que una cara frontal del cuerpo de matriz (18), cerca de la entrada (11), está configurada para encajar con una pieza de inserción para centrado (9) que tiene un diámetro sustancialmente igual al diámetro de la entrada (11), de modo que la pieza de inserción para centrado (9) y un perímetro de la entrada (11) están hechos del mismo material.

14. El conjunto de matriz de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el cuerpo de matriz (18) está configurado para recibir una punta (48) de mandril a través de la entrada (11), de manera que la punta (48) de mandril es susceptible de colocarse dentro del paso interior de la cuerpo de matriz (18), y preferiblemente, en el que la superficie interior del cuerpo de matriz (18) comprende una parte complementaria que tiene un ángulo que corresponde a un ángulo de una superficie exterior de la punta (48) del mandril.

15. El conjunto de matriz de la reivindicación 1, en el que la superficie interior del orificio central de la primera placa (5) de matriz y la superficie interior del orificio central de la segunda placa (6) de matriz comprenden características de superficie que, cuando el material se presiona contra la superficie interior del orificio central de la primera placa (5) de matriz y la superficie interior del orificio central de la segunda placa (6) de matriz, permiten que el material se deforme.