專利名稱：用來連續擠壓高粘度材料的螺桿擠壓機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用來連續擠壓具有高粘度的材料的螺桿擠壓機，所述高粘度的材料特別是諸如鋁和其合金之類的金屬，該擠壓機包括 阿基米德螺桿，設置在具有進口的螺桿殼體中，該進口用來進給待擠 壓的材料；壓制或擠壓腔室；及擠壓模具組件，具有形成所需擠壓產 品 的形狀的模具。
背景技術：
例如鋁的具有高粘度的材料的擠壓，要求強迫鋁通過模具塊和模 具的相當高壓力，典型地100至500MPa。關于鋁擠壓的技術狀態， 在當今以及最近100年間，沖壓擠壓(ram extrusion)占據統治地位。 沖壓擠壓是一種分批過程，在該分批過程中，坯料(billet)被加載到容 器中，并且借助于運動活塞而被強迫(加壓)通過模具。用于鋁的連 續擠壓的一種值得一提的方法是所謂的CONFORM⑧工藝，該工藝基 于在擠壓過程中將單個旋轉輪子用作驅動力，并且該工藝使得能夠制 造無限長度的產品。按其最簡單形式，輪子在其周緣中具有單個凹槽， 該凹槽接受進料，并且將材料傳送到擠壓區域和模具。另一種連續螺旋擠壓工藝應用于鉛和鉛合金型材的生產中，該工 藝基于Robertson Hansson擠壓機，US 3693394。在這種工藝中，鉛 以液體狀態進給到擠壓機，并且在擠壓過程期間固化。鉛的特性與鋁不同，因為它具有"滑動"摩擦，即在鉛與容器材料 (鋼)之間的摩擦與壓力成比例。然而，鋁和大多數其它金屬在擠壓 溫度下具有粘著摩擦，即鋁熔接到容器和螺桿材料上。作為這種特性 的結果，具有高粘度的鋁和其它粘著金屬的螺旋擠壓，由于克服在例 如鋁與鋼之間的摩擦力需要巨大的力， 一直是困難的和不實際的。
發明內容本發明提供一種新的和改進的螺桿擠壓機，該螺桿擠壓機不會遇 到以上粘著問題，并且為例如鋁的具有高粘度的材料的擠壓提供一種 一致而連續的工藝。根據本發明的擠壓機的特征在于由所附的獨立權利要求1限定的 特征。本發明的優選實施例在從屬權利要求2-5中進一步限定。
在下文中參照附圖以舉例的方式進一步描述本發明，在附圖中: 圖1示意性地示出根據本發明的擠壓機的橫截面圖； 圖2是在圖1中所示的螺桿的側視圖，進一步示出幾個區域； 圖3是在圖1中所示的擠壓機的加壓腔室的立體圖。
具體實施方式
當借助于螺桿擠壓機在連續過程中擠壓諸如金屬之類的粘性和粘 著材料時，由于沿擠壓機粘著到襯里和螺桿表面上的材料的拖拉產生 增大壓力，達到強迫材料通過在殼體端部處的模具必需的壓力。不像 在聚合物工業中使用的典型螺桿擠壓機-其中的聚合物的粘度遠低于 金屬的粘度，壓力區域必須大大地減小，以便避免在擠壓機上的太高 扭力。該目的通過將一種特殊設計的螺桿與設計成限制金屬的轉動流 動的擠壓腔室加以結合而實現。也必須要控制沿擠壓機的溫度分布。 螺桿的總長度因此也顯著較短，該總長度典型地為螺桿直徑的1.5-2.5 倍。擠壓機優選地在T〈Ts下進給粒狀金屬，其中Ts是金屬將發生粘 著摩擦的溫度。粒狀金屬可以通過在擠壓機中與螺桿和容器壁相接觸 而被加熱，或者它可以預熱到所需溫度。當發生粘著摩擦時，金屬由 于摩擦熱量和變形而被進一步加熱。當半壓實金屬到達壓力產生區域時，該半壓5實金屬粘著到已被壓實的金屬"翼"上，并且被揉搓和完全 壓實。根據本發明的擠壓機，如圖1中所示，包括具有內部襯里2的螺 桿殼體或容器4，在該內部襯里2內轉動地設置具有螺旋花紋或螺旋 行程的阿基米德螺桿l。內部襯里2設有冷卻溝道3，以控制在擠壓過 程中的溫度。容器或殼體4的上游端部設有用來供給待擠壓的粒狀材 料的進口 11。在容器/襯里2、 4的出口端部處，在螺桿l的下游端部 附近，設有擠壓腔室5，在這個腔室的端部處還設有模具組件6，該模 具組件6用于形成待擠壓的型材7的形狀。螺桿1優選地由配合在支 撐板9中的推力軸承組件8加以穩定，該支撐板9能拆開地安裝至容 器4。螺桿軸10通過適當連接將螺桿1連接到驅動單元上。可以參照在圖2中示出的三個區域來觀察螺桿的設計-進給區域A-運送區域B,及陽壓力產生和壓實區域C。螺桿被設計成保證粒料可自由地從進給區域A運送到運送區域 B，直到通過在螺桿端部處的壓力積累而使材料粘著到在壓力產生和 壓實區域C中的金屬上。該目的通過從進給截面到壓力產生截面以線 性、漸進或分節(digressive)方式減小螺桿芯直徑而實現，或通過增大 外螺桿直徑而實現，或者對上述兩者加以組合而實現。在進給區域A中，待擠壓的材料經進口 13借助于重力或通過其 它裝置而被進給到在容器/襯里組件2、 3中的螺桿上。材料到達在螺 桿與襯里之間的敞開空間，并且材料隨著螺桿轉動而^L進一步運送到 運送區域B。在運送區域B中，材料被進一步運送，并且如果在進給之前沒有 預熱，則通過在襯里壁與螺桿之間的接觸被加熱到T>Ts。而且，材料 在進入壓力產生區域C時發生壓縮，該材料開始粘著(彼此粘著，粘 著到襯里上并且粘著到螺桿表面上)并且被揉搓和進一步加熱，因而 在進入擠莊腔室5之前向著螺桿的端部形成實心材料棒。5采用不同的鋁合金的試驗證明，用于完成擠壓的所需壓實發生在螺桿的最后部分處，該部分與高至540。或高至螺桿行程長度的1.5圏 相對應。然而， 一些試驗證明，所需壓實發生在甚至更短的行程長度 處，甚至在360。以下。如以上指示的那樣，這代表關于本發明的重要 特征。可以這樣認為，研究人員以前關于例如鋁之類的材料的連續擠 壓還未成功的原因是，他們使用的擠壓機的設計，例如長螺桿和壓實 區域，導致過量的摩擦功，由此必須在過程中供給更多能量(高得多 的轉矩)。因而最為重要的是，螺桿和殼體的設計使得在螺桿的很短距 離(區域)上發生壓實。而且，實心棒粘著到殼體(和螺桿)上是必要的，以便發生棒的 向前拖拉。必須防止該粘著潰縮到與襯里壁表面相鄰的高度局部剪切 變形區域，這種潰縮造成粘度急劇減小和局部溫度迅速升高。更進一步，試驗證明，必須限制在擠壓腔室5中的金屬實心棒免 于剛性轉動，以得到所需壓實壓力。該目的可通過設計具有一種形狀 的腔室壁或設置具有所需粗糙度的腔室表面而實現，例如借助于向內 延伸的突起(未示出)，從而避免轉動。圖2示出設計的一個例子，其中擠壓腔室5的前端部接近正方形 橫截面形狀。在螺桿的壓力產生部分中包含的壓實材料被完全熔接到棒和襯里 壁上，并因此也被限制而不能轉動。由于在螺桿中的壓實材料被限制 而不能轉動，而螺桿能轉動，螺桿的轉動能量被轉換成材料進入擠壓 腔室中的凈向前流動。由于在每圏中進給到螺桿中的材料體積小于行程的體積，部分材 料從擠壓腔室流回在各行程之間的空間中。這代表本發明的工作原理 的重要部分，因為它產生大量剪切變形，從而使得在擠壓腔室中的材 料變得充分密實。剪切變形破壞在粒料上的氧化層，使得在各粒料之 間的"熔接"充分。剪切變形也有助于打碎顆粒，如在鋁中的含鐵顆粒，由此減小它 們的尺寸。根據本發明的擠壓機可以用來擠壓具有高粘度的多種材料如 所有粘著金屬(如輕金屬合金A1、 Mg、 Ti) 金屬的才幾械混合物 粒狀材料。
金屬和化合物的混合物。 金屬屑和微粒，例如切屑。
在權利要求書中限定的本發明不限于以上例子。因而，螺桿和擠 壓腔室可以不包括在以上所描述的運送區域B中的加熱，作為取代， 材料可以在進給到擠壓機之前被預熱。
權利要求
1.用來連續擠壓具有高粘度的材料的螺桿擠壓機，所述具有高粘度的材料特別是諸如鋁和其合金之類的金屬，所述擠壓機包括阿基米德螺桿(1)，轉動地設置在具有進口(11)的螺桿殼體(4)的襯里(2)內，所述進口(11)用來進給待擠壓的材料；擠壓腔室(5)；及擠壓模具組件，該擠壓模具組件具有形成所需擠壓產品(7)的形狀的模具(6)，其特征在于所述螺桿(1)和襯里(2)被設計成使得所需壓實發生在與所述螺桿的高至540°的轉動或高至所述螺桿行程長度的1.5圈相對應的朝向所述擠壓腔室(5)的所述螺桿的下游端部處，并且在壓實區域中形成的壓實金屬和在所述擠壓腔室(5)中的實心金屬棒被限制而不能剛性轉動，從而獲得所需壓實和擠壓壓力。
2. 根據權利要求1所述的螺桿， 其特征在于所需壓實發生在與所述螺桿高至360。的轉動或高至所述螺桿行程 長度的1.0圏相對應的朝向所述擠壓腔室(5)的所述螺桿的下游端部 處。
3. 根據權利要求l-2所述的螺桿， 其特征在于通過所述擠壓腔室(5 )的上述設計或通過所述腔室的內表面的設 計而獲得所述轉動限制。
4. 根據權利要求l-3所述的螺桿， 其特征在于所述擠壓腔室(5)在其上游端部處具有正方形橫截面。
5. 根據權利要求l-4所述的螺桿， 其特征在于所述擠壓腔室(5)的表面設有向內延伸的突起。
全文摘要
用來連續擠壓特別是諸如鋁和其合金之類的金屬的具有高粘度的材料的螺桿擠壓機。擠壓機包括阿基米德螺桿(1)，轉動地設置在具有進口(11)的螺桿殼體(4)的襯里(2)內，該進口(11)用來進給待擠壓的材料；壓實或擠壓腔室(5)；及擠壓模具組件，具有形成所需擠壓產品(7)的形狀的模具(6)。螺桿(1)和襯里(2)被設計成使得所需壓實發生在與螺桿的高至540°的轉動或高至螺桿行程長度的1.5圈相對應的朝向擠壓腔室(5)的螺桿的下游端部處，并且在螺桿端部和擠壓腔室(5)處形成的實心金屬棒被限制而不能剛性轉動，以得到所需壓實和擠壓壓力。
文檔編號B30B11/24GK101553328SQ200780043008
公開日2009年10月7日 申請日期2007年11月19日 優先權日2006年11月20日
發明者H·J·羅文, J·C·韋倫肖爾, L·奧朗, N·呂姆, O·賴索 申請人:諾爾斯海德公司