ITTO20011049A1

ITTO20011049A1 - Apparecchiatura di estruzione continua per attrito.

Info

Publication number: ITTO20011049A1
Application number: IT2001TO001049A
Authority: IT
Inventors: Susan E Schatzberg; David W Seline; Robert A Scwartz
Original assignee: Electrocopper Products Ltd
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-05-06
Also published as: FR2831846A1; GB0125142D0; GB2368812A; CA2358746A1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Apparecchiatura di estrusione continua per attrito"

DESCRIZIONE

Campo dell 'iivenzione

La presente invenzione si riferisce in generale all'estrusione continua di metallo, e più in particolare ad una macchina di estrusione continua per produrre spezzoni generalmente continui di barre di filo metallo o di altre forme.

Fondamenti dell'invenzione

In un processo di estrusione continuo convenzionale il metallo viene estruso in modo continuo per attrito attraverso un passaggio verso un inserto che ostruisce il passaggio e forza il metallo attraverso un foro di matrice per formare un estruso generalmente continuo di metallo, tipicamente filo metallico. Il passaggio è formato fra una scanalatura anulare formata nella superficie di una matrice cilindrica girevole e una superficie ad arco di una matrice stazionaria. Il foro della matrice è costituito nel o vicino all'inserto nell'estremità del passaggio. Le macchine per estrusione continua sono tipicamente usate per formare filo metallico di rame o di alluminio (non necessariamente di sezione trasversale circolare)

La presente invenzione si riferisce in generale ad una macchina di estrusione continua perfezionata per l'estrusione di profilati di metallo generalmente continui partendo da polveri metalliche, e più in particolare per estrudere profilati generalmente continui da polvere contenente rame.

Sommario dell'invenzione

In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione viene fornita un'apparecchiatura di estrusione continua per attrito, costituita da un primo elemento cilindrico avente una scanalatura circonferenziale formata sulla sua superficie periferica. Un secondo elemento fisso sporge nella scanalatura e definisce un passaggio fra il primo elemento e il secondo elemento, il passaggio avendo un 'estremità d 'ingresso e un'estremità d'uscita. Mezzi per far girare il primo elemento cilindrico sono previsti in modo tale che il primo elemento si sposti in una direzione dall'estremità d'ingresso all'estremità d'uscita del passaggio. Un dispositivo di alimentazione di metallo alimenta il metallo nel passaggio nell'estremità d'ingresso. Un elemento d'appoggio che si estende trasversalmente al passaggio nella sua estremità d'uscita forza la polvere di metallo attraverso almeno un foro di matrice disposto nell'estremità d'uscita del passaggio. Un canale contenente un primo fluido è previsto immediatamente adiacente all'estremità d'uscita del foro della matrice per immergere il metallo spinto attraverso il foro della matrice nel primo fluido di raffreddamento. Un secondo fluido di raffreddamento viene diretto nella scanalatura circonferenziale immediatamente oltre l'elemento d'appoggio.

Un oggetto della presente invenzione è quello di fornire una macchina di estrusione continua per l'estrusione continua per attrito di metallo partendo da polveri di metallo.

Un altro oggetto della presente invenzione è quello di fornire una macchina come descritta sopra per l'estrusione di filo metallico di rame partendo da polvere di rame.

Un altro oggetto della presente invenzione è quello di fornire una macchina come descritta sopra che riduce le sollecitazioni interne entro il filo metallico formato.

Questi ed altri oggetti e vantaggi diverranno evidenti dalla seguente descrizione di una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, eseguita con riferimento ai disegni allegati.

Breve descrizione dei disegni

L'invenzione può avere una forma fisica di certe parti e una disposizione di parti, una forma di realizzazione preferita della quale verrà descritta in dettaglio nella descrizione ed illustrata nei disegni allegati, che formano una sua parte, e nei quali:

- La Figura 1 è una vista parziale di una macchina di estrusione continua convenzionale che illustra una forma di realizzazione preferita della presente invenzione e che illustra in sezione trasversale una porzione della ruota, la matrice stazionaria e l'inserto;

- La Figura 2 è una vista in sezione ingrandita eseguita lungo le linee 2-2 di Figura 1;

- La Figura 3 è una vista in sezione ingrandita della macchina di estrusione continua illustrata in Figura 1 che illustra schematicamente il passaggio del metallo attraverso essa; e

- La Figura 4 è una vista in sezione eseguita lungo le linee 4-4 Figura 3 che illustra la costruzione di una ruota di formatura e di una disposizione di raffreddamento per raffreddare la stessa.

Descrizione dettagliata della forma di realizzazione preferita

Con riferimento ora ai disegni in cui le rappresentazioni sono fornite solo per lo scopo di illustrare una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, e non per lo scopo di limitare la stessa, la Figura 1 illustra una porzione di una macchina di estrusione continua convenzionale 10 che illustra una forma di realizzazione preferita della presente invenzione. La macchina di estrusione continua 10 include una ruota relativamente grande 12 avente una superficie cilindrica esterna 14. La ruota 12 è girevole attorno ad un asse tramite un gruppo di azionamento (non illustrato). Nei disegni la ruota 12 è illustrata come girevole in una direzione di senso orario. Una scanalatura 16 è realizzata sulla superficie 14 lungo la periferia della ruota 12.

Un gruppo di matrice stazionaria 22 è disposto adiacente alla ruota 12. Il gruppo di matrice 22 è generalmente costituito da una base 24, un inserto 26 e una matrice 28. Nella forma di realizzazione illustrata la base 24 è costituita da una pluralità di segmenti indicati 24A, 24B, 24C e 24D. Una porzione della base 24 è disposta entro la scanalatura 16 come illustrato meglio- in Figura 3. Come illustrato in Figura 3 un passaggio 32 è definito fra la ruota 12 e la base 24. Il passaggio 32 è definito da una superficie 16a della scanalatura 16 e da una superficie 25 definita dalla base 24. La base 24 è sagomata in modo tale che l'area della sezione trasversale del passaggio 32 si riduca gradualmente nella direzione di rotazione della ruota 12. L'estremità del passaggio 32 con l'apertura di sezione trasversale più ampia definisce un'estremità d'ingresso, indicata 34 nei disegni, per ricevere il metallo come verrà descritto di seguito. Un'estremità d'uscita 36 del passaggio 32 è definita dall'inserto 26. L'inserto 26 è dimensionato per sporgere nella scanalatura 16 e per adattare sostanzialmente la sua sezione trasversale. Nell'estremità d'ingresso 34 del passaggio 32 un passaggio di alimentazione 42 è disposto per intersecare la scanalatura 16. Il passaggio di alimentazione 42 è collegato ad un gruppo di alimentazione di metallo (non illustrato) per inviare il metallo nella scanalatura 16, come è illustrato convenzionalmente nella tecnica correlata. La matrice 28 è disposta nell'estremità d'uscita 36 del passaggio 32. La matrice 28 include un foro della matrice 44 éstendentesi attraverso essa. Il foro 44 definisce la forma dalla sezione trasversale della barra o del filo metallico generalmente continua/o che viene formata/o dalla macchina di estrusione continua 10. Nella forma di realizzazione illustrata il foro della matrice 44 è orientato radialmente verso la ruota 12. Naturalmente si può notare che il foro della matrice 44 può in alternativa essere formato attraverso l'inserto 26.

Il foro 44 comunica con una cavità 46 nel segmento di base 24C. Immediatamente adiacente al segmento di base 24C è previsto un canale del refrigerante 52. Come illustrato meglio in Figura 1, il canale 52 è disposto in allineamento con la cavità 46. Il canale 52 è dimensionato per contenere un refrigerante, indicato con "C nei disegni. Una linea di alimentazione del refrigerante 54 è prevista per inviare il refrigerante C nel canale 52. Il canale 52 include una parete di estremità 56 (illustrata meglio in Figura 2) che include un'apertura a intaglio 58. L'apertura 58 è disposta per essere in allineamento con il foro della matrice 44 e la cavità 46, in cui il filo metallico W estruso dal foro della matrice 44 si sposta attraverso l'apertura 56, come illustrato in Figure 1 e 2. Adiacente al canale 52 del refrigerante è previsto un serbatoio collettore 62. Il serbatoio 62 include una linea di drenaggio 64 che comunica con un serbatoio del refrigerante (non illustrato) . Il serbatoio del refrigerante fornisce una sorgente di refrigerante C ad una pompa (non illustrata) che forza il refrigerante dal serbatoio alla linea di alimentazione 54.

Secondo un aspetto della presente invenzione la portata del refrigerante C nel canale 52 è preferibilmente controllata per mantenere la superficie del refrigerante C sopra l'inserto 46 in cui il filo metallico W nel canale 52 è completamente immerso nel refrigerante C. Per questo aspetto la portata del refrigerante C nel canale 52 attraverso la linea di alimentazione del refrigerante 54 ha preferibilmente la stessa portata del refrigerante C che esce dal canale 52 attraverso l'apertura 58.

Nella forma di realizzazione illustrata il filo metallico W formato dall'apparecchiatura 10 è avvolto su un rocchetto o bobina 72.

Come illustrato meglio in Figura 3, secondo un altro aspetto della presente invenzione, una portata di un fluido refrigerante è diretta nella scanalatura circonferenziale 16 dietro l'inserto 26. Il fluido refrigerante è preferibilmente un gas e, nella forma di realizzazione illustrata, è gas azoto. Il fluido refrigerante è diretto da un ugello 74 nella scanalatura 16 per raffreddare la scanalatura 16 immediatamente dietro l'inserto 26, come illustrato meglio in Figura 3. A questo riguardo, a causa delle forze di attrito generate fra la scanalatura 16 e la polvere di metallo, la scanalatura 16 raggiunge la sua temperatura massima nel o vicino all'inserto 26. E' desiderabile raffreddare l'inserto 26, come anche la scanalatura 16 alimentando fluido contro essi. La sorgente di fluido di raffreddamento non è illustrata, ma è preferibilmente un serbatoio convenzionale di gas azoto compresso.

Con riferimento ora alla Figura 4, viene illustrata meglio la costruzione della ruota 12. Secondo un aspetto della presente invenzione la ruota 12 è costituita da un segmento interno 82 e da due segmenti esterni 92. I rispettivi segmenti sono dimensionati per accoppiarsi reciprocamente e essere montati in un componente integrato. Il segmento interno 82 è fondamentalmente un disco cilindrico avente la scanalatura 16 formata nella sua superficie periferica circonferenziale. Il segmento interno 82 include una coppia di pareti laterali piane 84. I canali distanziati angolarmente fra loro 86, 88 sono formati in ciascuna parete laterale. Come illustrato in Figura 3, la scanalatura 16 è disposta fra i canali 88. Una pluralità di fori 89 è formata nel segmento interno 82. Come illustrato in Figura 3, i fori 89 hanno sezione trasversale circolare e sono distanziati angolarmente rispetto alla superficie periferica del segmento interno 82. I fori 89 si estendono attraverso il segmento interno 82 da una parete laterale 84 all'altra parete laterale 84, e sono disposti per essere appena sotto la superficie inferiore della scanalatura circolare 16, come illustrato in Figure 3 e 4.

Con riferimento ora agli altri segmenti 92, ciascun segmento 92 include tre condotti del refrigerante 94 che si estendono attraverso essi. I condotti di raffreddamento 94 sono disposti per essere in registro con i canali 86, 88 e i fori 89 del segmento interno 82, quando il segmento interno 82 e i segmenti esterni 92 sono assemblati. Le linee di alimentazione del refrigerante 96 collegano i condotti del refrigerante 94 ai segmenti di ruota esterni 92 verso i raccordi 98 che fanno parte di un sistema di refrigerante (non illustrato). Il sistema di refrigerante è usato per far circolare in modo continuo un refrigerante attraverso i canali 86, 88 e i fori 89 nei segmenti interni 82 attraverso i condotti del refrigerante 94 nei segmenti esterni 92. Le posizioni dei canali 86, 88 e dei fori 89 nel segmento interno 82 sono previste per massimizzare il raffreddamento della scanalatura circonferenziale 16. Con riferimento ora al funzionamento dell'apparecchiatura di estrusione continua 10, l'estrusione di filo metallico W è preferibilmente eseguita con la temperatura della ruota 12 che ha un valore di o inferiore a 350°F (176,7°C).

Questa temperatura è circa 1/3 della temperatura di fusione del rame. Secondo la presente invenzione, il canale di raffreddamento 52, il refrigerante alimentato attraverso l'ugello 74 e il progetto della ruota 12 possono essere scelti per ridurre e mantenere la temperatura di funzionamento della scanalatura circonferenziale 16 nella ruota 12 a o inferiore a circa 350°C (176,7°C), a differenza delle macchine di formatura continua convenzionali che funzionano con una temperatura della ruota di circa 500°F (260°C).

Si ritiene che mantenendo la scanalatura circonferenziale 16 ad una temperatura più bassa e raffreddando immediatamente la barra estrusa, può essere prodotto un filo metallico di migliore qualità. In base alle informazioni e all'esperienza, si ritiene che per temperature di lavorazione più basse la formazione di ossido ramico (Cu20) si verifichi con minore probabilità. A questo riguardo l'ossido ramico è un materiale di tipo ceramico. Quando il rame si ossida, la formazione di gas entro il filo metallico prodotto W genera una "vaiolatura", e il filo metallico W non è meccanicamente integro. Mantenendo la temperatura della base 24 e i segmenti della ruota 82, 92 alla minima temperatura possibile e raffreddando rapidamente lo stesso filo metallico prodotto W, può essere ottenuto un prodotto migliore.

La spiegazione precedente è basata sulle informazioni e sull'esperienza per quello che si verifica come un risultato del funzionamento del dispositivo di estrusione continua 10 per una temperatura del refrigeratore. Indipendentemente dagli eventi effettivi provocati dal refrigeratore, dalla matrice e dalla ruota di formatura, il funzionamento dell'apparecchiatura 10 genera un perfezionamento della qualità del filo metallico W prodotto. L'invenzione verrà ora descritta unitamente al seguente esempio, in cui un filo metallico W prodotto da una macchina di estrusione continua convenzionale senza i sistemi di raffreddamento addizionali viene messa in confronto con un filo metallico formato dalla stessa macchina di estrusione continua avente i sistemi di raffreddamento come quelli descritti sopra.

ESEMPIO

Una prova è eseguita per raffrontare il filo metallico W prodotto da una macchina di estrusione continua convenzionale con il filo metallico prodotto da una macchina di estrusione continua 10 avente i sistemi di raffreddamento come sopra descritti. Nelle prove, una macchina di estrusione continua della Soc. BWE è usata nelle stesse condizioni operative usando una matrice 28 avente lo stesso foro di matrice 44. Nelle due prove fu prodotto un filo metallico di rame W rettangolare di dimensioni 0,197 "χθ,079" (0,5x0,2 cm) partendo da polvere di rame avente una dimensione delle particelle D50 di circa 200 mesh (Tyler).

La tabella 1 illustra le caratteristiche di funzionamento della macchina di estrusione continua quando usata con e senza raffreddamento.

TABELLA 1

CARATTERISTICHE DI FUNZIONAMENTO

Si deve notare in tabella 1 che la macchina di estrusione continua azionata con il raffreddamento addizionale ha una maggiore velocità effettiva del prodotto con una minore velocità della ruota. Si ritiene che gli ossidi siano formati nella scanalatura per temperature maggiori della ruota e come risultato si verifica un maggiore slittamento del metallo nella scanalatura che genera un'estrusione inferiore, vale a dire velocità del prodotto inferiore.

La tabella 2 illustra le proprietà fisiche del filo metallico formato usando la macchina di estrusione continua 10 senza il raffreddamento addizionale e il filo metallico prodotto dalla macchina di estrusione continua 10 con il raffreddamento addizionale.

I risultati dimostrano perfezionamenti significativi nella qualità e nelle proprietà del filo metallico W formato usando una macchina di estrusione continua 10 avente i sistemi di raffreddamento addizionali. In particolare la tabella 2 illustra un aumento del 13% nella resistenza a trazione del filo metallico W formato con estrusione continua in una macchina avente una temperatura complessiva inferiore. La tabella 2 illustra anche un aumento significativo della resistenza a snervamento e una leggera riduzione delle proprietà di allungamento fra i due fili metallici rispettivi. La differenza di allungamento non è una differenza significativa, ed è entro gli errori di misura della prova. La resistenza a snervamento varierà in relazione alla dimensione del prodotto estruso, alla velocità di estrusione e a come il prodotto viene raffreddato rapidamente. Cosa più importante il filo metallico formato con la macchina di estrusione continua 10 ha dimostrato difetti superficiali significativamente inferiori quando misurati con una tecnica a corrente parassita convenzionale. A questo riguardo senza il raffreddamento addizionale, il prodotto risultante era così vaiolato e bruciato da non fornire un numero misurabile rispetto ai difetti superficiali.

La presente invenzione pertanto fornisce una macchina di estrusione continua 10 avente un raffreddamento addizionale per mantenere temperatura della ruota e della matrice di formatura ad una temperatura significativamente inferiore per fornire un filo metallico di rame avente migliori caratteristiche superficiali e anche una maggiore resistenza a trazione.

La descrizione precedente è una forma di realizzazione specifica della presente invenzione. Si noterà che questa forma di realizzazione è fornita solo per scopo illustrativo, in cui numerose alterazioni e modifiche possono essere messe in pratica dalle persone esperte della tecnica senza allontanarsi dallo spirito e scopo dell'invenzione. E' inteso che tutte queste modifiche e alterazioni siano incluse in quanto esse sono entro lo scopo dell'invenzione come rivendicata o equivalente ad essa.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un'apparecchiatura di estrusione continua per attrito, costituita da: un primo elemento cilindrico avente una scanalatura circonferenziale formata nella sua superficie periferica; un secondo elemento fisso sporgente in detta scanalatura; un passaggio definito fra detto primo elemento e detto secondo elemento, il passaggio avendo un'estremità d'ingresso e un'estremità d'uscita; mezzi per far girare detto primo elemento cilindrico in modo che detto primo elemento si sposti in una direzione da detta estremità d'ingresso a detta estremità d'uscita; un dispositivo di alimentazione di metallo per inviare il metallo in detto passaggio in detta estremità d'ingresso; un elemento d'appoggio estendendosi trasversalmente a detto passaggio in detta sua estremità d'uscita; almeno un foro di matrice previsto in detta estremità d'uscita di detto passaggio; un canale contenente un primo fluido di raffreddamento immediatamente adiacente all'uscita di detto foro della matrice per immergere il metallo spinto attraverso detto foro di matrice in detto primo fluido di raffreddamento; e mezzi per dirigere un secondo fluido di raffreddamento in detta scanalatura circonferenziale immediatamente oltre detto elemento d'appoggio.
2. Un'apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo elemento e detto secondo elemento definiscono un passaggio complessivamente ad arco.
3. Un'apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, in cui detto passaggio ha una forma di sezione trasversale generalmente uniforme.
4. Un'apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, in cui detto primo fluido di raffreddamento è un liquido.
5. Un'apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, in cui detto liquido è acqua.
6. Un'apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, in cui detto secondo fluido di raffreddamento è un gas.
7. Un'apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, in cui detto gas è azoto.
8. Un'apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo elemento cilindrico è formato da un segmento cilindrico interno disposto con una relazione d'accoppiamento fra due segmenti esterni anulari, detto segmento interno avendo: a) detta scanalatura circonferenziale formata nella sua superficie periferica, b) le pareti laterali avendo una pluralità di scanalature anulari formate in esse, almeno una coppia di dette scanalature essendo disposta in modo che detta scanalatura circonferenziale in detta superficie periferica sia fra detta almeno una coppia, e c) una pluralità di canali distanziati angolarmente estendentisi attraverso detto segmento interno da una parete laterale all'altra parete laterale; e un sistema di refrigerante in comunicazione con dette scanalature anulari, il canale in detto segmento interno dirigendo un fluido refrigerante attraverso esse.
9. Un'apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, in cui detti canali sono vicini a detta scanalatura circonferenziale.
10. In un'apparecchiatura di estrusione continua per attrito costituita da: un primo elemento cilindrico avente una scanalatura circonferenziale formata nella sua superficie periferica; un secondo elemento fisso sporgente in detta scanalatura; un passaggio definito fra detto primo elemento e detto secondo elemento, detto passaggio avendo un'estremità d'ingresso e un'estremità d'uscita; mezzi per far girare detto primo elemento cilindrico in modo che detto primo elemento si sposti in una direzione da detta estremità d'ingresso a detta estremità d'uscita; un dispositivo di alimentazione di metallo per inviare il metallo in detto passaggio di detta estremità d'ingresso; un elemento d'appoggio estendendosi trasversalmente a detto passaggio in detta sua estremità d'uscita; e almeno un foro di matrice previsto in detta estremità d'uscita di detto passaggio; un perfezionamento comprendendo detto primo elemento cilindrico che è formato da un segmento interno cilindrico disposto con una relazione d'accoppiamento fra due segmenti esterni anulari, detto segmento interno avendo: a) detta scanalatura circonferenziale formata nella sua superficie periferica; b) dette pareti avendo una pluralità di scanalature anulari formate in esse, almeno una coppia di dette scanalature essendo disposta in modo che detta scanalatura circonferenziale in detta superficie periferica si trovi fra detta almeno una coppia, e c) una pluralità di canali distanziati angolarmente estendentisi attraverso detto segmento interno da una parete laterale all'altra parete laterale; e un sistema di refrigerante in comunicazione con dette scanalature anulari, il canale in detto segmento interno dirigendo un fluido refrigerante attraverso di esse.