CN104781428A - 用于冷却挤出材料的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于冷却挤出材料的***、装置和方法。在某些实施例中，提供了一种淬火管，该淬火管包括内壁和外壁，在内壁和外壁之间具有通路，用于将冷却流体沿着淬火管运输。内壁的内表面内的通道接收穿过喷嘴的挤出材料，该喷嘴形成在淬火管的一个端部处，将冷却流体输送到挤出材料。该通路可在喷嘴处成角度，以将冷却流体以相对于淬火管成角度地输送，并且淬火管构造为至少部分地在挤出模内延伸。

Description

用于冷却挤出材料的***和方法
背景技术
淬火是快速冷却材料以获得某些材料性质的工艺。例如，快速冷却挤出材料可防止由于时间窗窄而发生的材料相变，在该时间窗中，反应是热力学良好的。在使用挤出模来挤出金属管方面，在淬火发生之前所挤出的金属管从挤出模中延伸出的距离影响该金属管的材料性质。甚至在淬火距离小得仅仅为八分之一英寸的情况下，在金属管品质方面也存在可测量到的变化。对于挤出的金属管而言，期望对于挤出产品的淬火尽可能靠近挤出模的出口。当前的技术并不允许随着金属管从挤出模退出而如此快速地对挤出的金属管进行淬火。
发明内容
在此公开了用于淬火或者冷却挤出材料的***、装置和方法。在某些实施例中，这些***、装置和方法包括用于随着挤出材料退出挤出模而对挤出材料进行喷雾淬火的淬火管(诸如金属管)。在某些实施例中，挤出模可以是旋转的挤出模。
在一个方面，这些***、装置和方法包括：淬火管，该淬火管包括内壁和外壁，在内壁和外壁之间具有通路，用于将冷却流体沿着淬火管运输；内壁的内表面内的通道，所述通道用于接受挤出材料；以及喷嘴，所述喷嘴形成在淬火管的一个端部处并且将冷却流体输送到挤出材料，并且挤出材料穿过该喷嘴而进入所述通道，其中，该通路在喷嘴处成角度以将冷却流体相对于淬火管成角度地输送，并且其中，该淬火管构造为在至少部分在挤出模内延伸。内壁和外壁可以是同心的。在某些实施例中，内壁包括内管，而外壁包括外管。在某些实施例中，挤出模旋转而淬火管并不旋转。冷却流体可以是水。
在某些实施中，淬火管包括内壁中沿着淬火管的至少一部分的多个孔，并且这些孔可以是彼此等距的。在某些实施中，淬火管包括定位在喷嘴处的端盖，其中成角度的通路被定位在端盖内。端盖可构造为装配在挤出模的一部分内，并且冷却流体可被输送通过该端盖。
在某些实施例中，冷却流体以基本上对准挤出模的凹槽的一角度进行输送。喷嘴将冷却流体输送为会聚的流体流，其中流体流在流动方向上从第一直径变窄到第二直径，并且第二直径小于第一直径。在某些实施中，该会聚的流体流被成形为基本上符合于挤出模中切口的形状。在某些实施中，冷却流体随着挤出材料退出挤出模而接触该挤出材料。在某些实施例中，在退出挤出模的挤出材料的大约1/16英寸到1英寸内，或者在退出挤出模的挤出材料的大约1/8英寸到1/2英寸内，冷却流体接触该挤出材料。
在一个方面，提供了一种用于对挤出材料进行淬火的方法，所述方法包括将细长的淬火管定位在挤出模的出口侧，其中淬火管包括喷嘴，该喷嘴定位在挤出模的至少一部分内，将挤出材料按压通过该挤出模，其中挤出材料穿过喷嘴进入到淬火管中，并且随着挤出材料退出挤出模，将冷却流体经由喷嘴输送到挤出材料，其中冷却流体相对于淬火管以一角度进行输送。在某些实施例中，冷却流体可以按基本上对准挤出模的凹槽的一角度进行输送。喷嘴将冷却流体输送为会聚的流体流，其中流体流在流动方向上从第一直径变窄到第二直径，并且第二直径小于第一直径。在某些实施例中，会聚的流体流被成形为基本上符合于挤出模中切口的形状。冷却流体可以是水。
在一个方面，提供了一种淬火***，所述淬火***包括：用于将冷却流体沿着淬火管运输的运输装置，该淬火管具有内壁和外壁；通道，该通道处于内壁的内表面内并且接受挤出材料；以及用于将冷却流体以相对于淬火管成一角度输送到挤出材料的输送装置，其中挤出材料通过该输送装置以进入该通道，并且其中淬火管构造为至少部分地在挤出模内延伸。内壁和外壁可以是同心的。在某些实施例中，内壁包括内管，而外壁包括外管。在某些实施例中，挤出模旋转而淬火管并不旋转。冷却流体可以是水。
在某些实施例中，淬火***包括多个孔，所述多个孔沿着淬火管的至少一部分在内壁中，并且这些孔可彼此等距。在某些实施中，淬火***包括端盖，该端盖定位在输送装置处。端盖可构造为装配在挤出模的一部分中，并且冷却流体可被输送穿过端盖。
在某些实施例中，冷却流体以基本上对准挤出模的凹槽的一角度进行输送。输送装置将冷却流体输送为会聚的流体流，其中流体流在流动方向上从第一直径变窄到第二直径，并且第二直径小于第一直径。在某些实施中，该会聚的流体流被成形为基本上符合于挤出模中切口的形状。在某些实施例中，冷却流体随着挤出材料退出挤出模而接触该挤出材料。在某些实施例中，在退出挤出模的挤出材料的大约1/16英寸到1英寸内，或者在退出挤出模的挤出材料的大约1/8英寸到1/2英寸内，冷却流体接触该挤出材料。
在浏览了本公开之后，本领域技术人员将作出这些实施例的变型和修改。上述特征和方面将以与在此所描述的一个或者多个特征进行任何结合或者再结合(包括多种有依赖性的结合和再结合)的方式实施。在此描述或者图示的各种特征，包括其任何元件，可结合或者集成到其他***中。此外，某些特征可以省略或者并不实施。
附图说明
前述事项和其他目的及优点将在结合所附的附图考虑下面的详细说明的情况下而显而易见，在整个附图中，类似的附图标记表示类似的部件，并且附图中：
图1示出了说明性的淬火***的示意图；
图2示出了说明性的淬火管和端盖的透视图；以及
图3示出了说明性的淬火管和挤出模的示意图。
具体实施方式
为了提供对在此所描述的***、装置和方法的全面了解，将描述某些说明性的实施例。尽管在此所描述的实施例和特征具体地描述为用于与挤出机***相关联地使用，但是将知晓的是，下面列出的全部部件、连接机构、制造方法以及其他特征可以适当的方式彼此组合，并且可被改进以及可被应用到将在其他制造过程中使用的***中，所述其他制造过程包括但并不限于：铸轧、浇铸(up-casting)、其他挤出以及其他制造工序。此外，尽管在此所描述的实施例是关于对由金属坯段所挤出的金属管进行淬火，但是将知晓的是在此所述的***、装置和方法可被改进以及应用到用于淬火或者通过其他方向冷却任何适当类型材料的***。
在此所描述的用于冷却挤出材料的***、装置和方法可用于任何适当的挤出***中，例如包括在2012年10月12日提交的美国专利申请号13/650,977中所描述的挤出机***，其公开内容因而通过引用而全部合并于此。
图1示出了按照某些实施例的淬火***100的示意图。淬火管102包括内壁104和外壁106，在内壁和外壁之间具有通路108，用于沿着淬火管102运输冷却流体。在某些实施例中，外壁106可由外管形成，而内壁104可由内管形成。如图1中所示，例如，冷却流体在箭头A的方向上在通路108内行进，该通路108用作用来将冷却流体传送到挤出材料(诸如，挤出材料300)的导管。任何适当的冷却流体可用来对挤出材料300进行淬火，所述冷却流体包括水、各种矿物油、盐水、合成油，任何适当的冷却流体包括气态流体或者它们的任何组合。内壁104和外壁106大致同心并且可具有任何适当的厚度，包括两个壁104/106之间不同的相应厚度。在某些实施例中，当大致同心的时候，这些壁104/106中的一个可以是椭圆的，而另一个是圆形的。淬火管102还包括内壁104的内表面104a内的通道110，该通道接收挤出材料300，并且挤出材料300在箭头B的方向上沿着淬火管102行进穿过该通道。
淬火管102的冷却流体沿着箭头A的方向流动到喷嘴114，该喷嘴形成在淬火管102的一个端部处。喷嘴114将冷却流体传送到挤出材料300，并且喷嘴114在淬火管102中提供了开口115，挤出材料300传过该开口而进入通道110中。在某些实施例中，通路108可在喷嘴114处成角度设置，以沿着流体流120以相对于淬火管一角度来传送冷却流体。例如，如图3中所示，在喷嘴处形成于通路与淬火管之间的角度被标记为角a。喷嘴114将冷却流体输送为会聚的流体流120，在该处流体流120在流动方向(沿着箭头A)上从第一直径变窄到第二直径，并且第二直径小于第一直径。在某些实施例中，内壁104和外壁106之间的通路108可以不成角度设置，并且冷却流体在喷嘴处的成角度输送可受到端盖的影响，例如图2的端盖350，其在该处具有成角度的内表面。例如，内壁104和外壁106可通过相应的内管和外管所形成，这些管沿着淬火管102的长度大致笔直，并且端盖可设置用于冷却流体的成角度输送。甚至在通路108在喷嘴114处成角度的实施例中，将知晓的是淬火管102可包含端盖，例如包括图2的端盖350。
淬火管102构造为至少部分地在挤出模(诸如挤出模200)中延伸。挤出模200包括基板202，以及在某些实施例中，还包括一块或多块模板204，它们一起显示为连接到模背板206。在某些实施例中，挤出模200和模背板206形成了旋转的模具组件210，尽管应理解的是淬火管102可以用在并不采用旋转的挤出模200的挤出***中。此外，本公开的淬火管102并不旋转，尽管将意识到在某些实施例中淬火管102可构造为旋转的。旋转的挤出模具组件在2012年10月12日提交的美国专利申请13/650,981中详细的进行了说明，其公开的内容在此通过引用而全部合并于此。
挤出模200通常包括成型件220，该成型件形成在一块或多块模板204中并且具有进口直径221，该进口直径减小到对挤出材料300的外部直径进行设置的一位置处。在如标记222所示的该位置处，材料(例如金属坯段302)已经通过挤出机模具200而进行基本上完全变形，继而沿着模板成型件220的剩余部分(如果有的话)退出模具200。例如，在某些实施例中，挤出材料可通过成型件220的一部分224，超过位置222，之后在出口区域228处退出该挤出模200。然而，在某些实施例中，可能有切口或凹槽226形成在挤出模200中、超过挤出材料的外部直径得到设置的位置222处。进口直径221优选地稍微大于金属坯段302的原始直径，该金属坯段被压入到挤出模200中，以防止干扰或者通过其他方式限制金属坯段302进入到模具200。金属坯段302可由在挤出机***中使用的任何适当的材料形成，所述材料包括但并不限于：各种金属(包括铜和铜合金)，或者任何其他适当的非铁金属(诸如铝、镍、钛及其合金)，含铁金属(包括钢及其他铁合金)，聚合物(诸如塑料)，或者任何其他适当的材料，或者它们的组合。
使用形成在淬火管102的一端部处的喷嘴114将冷却流体输送到挤出材料300。如上面讨论的那样，冷却流体沿着流体流120相对于淬火管102(以及挤出材料300自身)以一角度输送，从而随着挤出材料退出挤出模200而对挤出材料300进行淬火。在喷雾淬火过程期间，过多的冷却流体随着挤出材料300通常流回到通道110中，如箭头122所示，或者在喷嘴114周围以及在淬火管102与模具组件210之间流动，如箭头124所示。对于沿着箭头122的方向流动的过多冷却流体，该冷却流体在淬火管102的相反端部处随着挤出材料300退出。对于沿着箭头124的方向流动的过多冷却流体，冷却流体流过淬火管102与支撑衬套112之间的工程间隙126，该支撑衬套位于淬火管102与模背板206/基板202之间。这些元件之间并且沿着这些元件的工程间隙126(经由支撑衬套112)设置用于释放或者排出过多冷却流体。工程间隙126的尺寸可进行调节，以改变冷却流体的流体流动性能。通过支撑衬套112的方式在淬火管102与模背板206/基板202之间设置工程间隙126，改善了热交换过程，这是因为工程间隙126的增加允许例如过多冷却流体的流量增加。
关于释放或者排出过多冷却流体，在某些实施例中，多个孔130可沿着淬火管102的至少一部分而设置在内壁104中。在一些实施例中，多个孔130可彼此等距，尽管它们可以彼此之间以任何适当的空间结构而进行设置。沿着内壁104的长度和/或直径或者圆周，可以设置任意数量的孔130，包括例如30个孔或者更多的孔。例如，孔130显示为沿着内壁104的长度，并且图2的孔330显示为沿着内壁304的直径或者圆周。此外，这些孔130可具有任何尺寸的直径，包括大约1/16英寸的直径，或者任何其他适当的直径。在某些实施例中，至少一些孔130可具有彼此不同的相应直径。这些孔130可对于过度的冷却流体产生文丘里效应，连同上面所述的工程间隙126，可在淬火管102操作期间增加过多冷却流体的释放。文丘里效应可在冷却流体流过孔130的时候导致在挤出方向(箭头B)上的定向小于90度，使用流体流120的动能产生了部分真空。
正如上面讨论那样，在某些实施例中，在淬火管102的喷嘴114端部处设置了端盖。例如，图2示出了具有端盖350的淬火管302的透视图。端盖350定位在喷嘴314处，从而喷嘴314的成角度通路(或者在某些实施例中喷嘴314的无角度通路)被定位在端盖350内部。端盖350构造为装配在挤出模的一部分内，并且可构造为承受挤出所导致产生的热量。图2还示出了淬火管302的内壁304和外壁306，其中箭头C表示了冷却流体在内壁304与外壁306之间通路中的流动方向。冷却流体在内壁304和外壁306之间沿着箭头方向C流动，并且作为流体流320而退出端盖350。喷嘴314和端盖350将冷却流体输送作为会聚的流体流320，其中冷却流体320在流动方向(沿着箭头C)上从第一直径变窄到第二直径，并且第二直径小于第一直径。在某些实施例中，流体流320的形状可构造为基本上符合于或者互补于挤出模的切口或者凹槽的形状(例如图1的挤出模200的切口或者凹槽226)。下面参照图3进一步论述在挤出模中形成的各种切口或者凹槽。
图3示出了按照某些实施例的淬火管喷嘴400和挤出模450的示意图，其中挤出模450包括形成于其中的切口或者凹槽452。挤出模450具有成型件454，金属坯段沿着成型件被挤出以形成挤出材料。成型件454具有进口直径455，该进口直径减小到成型件454设置了挤出材料的外部直径地一位置处。在由标记456所示的该位置处，材料已经通过挤出过程而基本上完全变形，挤出材料的外部直径d已经被设定，并且该材料可从模具450而被挤出。在某些实施例中，切口或者凹槽452可形成在挤出模450中，以允许冷却流体从淬火管402的喷嘴400的输送进入。淬火管402包括内壁404、外壁406以及在它们之间的通路408，该通路408经由喷嘴400而沿着流体流动线410所示的方向而输送冷却流体。冷却流体以一角度a输送，该角度对准以一角度形成于挤出模450中的切口或者凹槽452。喷嘴400将冷却流体输送为会聚的流体流，该会聚的流体流在流动方向上从喷嘴的出口处的第一直径变窄到靠近出口区域456的第二直径，其中第二直径小于第一直径。会聚的流体流由此被限制形状，以基本上符合于挤出模450中的切口或者凹槽452的形状。挤出模450中的切口或者凹槽452可形成为任何适当的形状。将知晓的是，冷却流体从淬火管402的喷嘴400输送出所采用的角度可被调整或者改变为任何期望的应用角度a，以符合于挤出模450的切口或者凹槽452。
本公开的淬火管102允许相对于挤出材料退出挤出模的位置改进了挤出材料的喷雾淬火。如上所述，淬火管(例如淬火管102、302、402)构造为至少部分的在挤出模(例如，挤出模200、450)内延伸。在某些实施例中，淬火管被定位在超过模背板206大约15/16英寸并且处于挤出模200内，尽管可以使用挤出模200内的任何位置。该位置连同冷却流体相对于淬火管(以及挤出表面)的成角度流体流动一起已经被计算，来以逆流流型410而撞击该挤出件，该流型从旋转模(例如图1的出口区域228和图3的出口区域456)流过挤出材料而流到挤出材料的出口位置。在某些实施例中，冷却流体可在从挤出模到挤出模出口位置的任意期望距离处接触该挤出材料，该距离包括例如在大约1/8英寸内，或者更近。
本公开的淬火管(例如图1的淬火管102)可由任何适当的耐用且基本上刚性的材料形成，所述材料包括但并不限于：各种聚合物，诸如聚乙烯(包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、过消耗树脂(post-consumerresins)，或者任何其他适宜的可模压聚合物，所述可模压聚合物包括可生物降解的聚合物，例如聚交酯；各种金属，包括钢、锡、铝、铜、或任何其他适宜的金属或者合金；任何其他适宜的材料；或它们的组合。
本发明的端盖(例如图2的端盖350)可由任何适宜的材料形成，该材料优选耐热，包括但并不限于：各种聚合物；金属，包括钢、锡、铝、铜、或者任何其他适宜的金属或者合金；任何其他适宜的材料；或者它们的组合。
尽管淬火管***的上面所描述和图示的实施例中每一个示出了淬火管具有基本上圆形截面，将知晓的是，可采用各种形状来形成淬火管以及淬火管的第一壁和第二壁。例如，淬火管的横截面可具有圆形、椭圆、矩形、三角形、六角形、或者其他任何适宜形状或其它们的组合。
前述内容仅仅是说明本公开的原理，这些***、装置和方法可通过除了所描述的实施例之外的方式进行实施，这些所描述的实施例是为了图示的目的而并不具有限制作用。将知晓的是，在此公开的***、装置和方法虽然显示出为在挤出机***中使用，但是可应用于其他制造过程中使用的***、装置以及方法，包括但并不限于：铸轧、浇铸、其他挤出、以及其他制造过程。
在浏览本公开之后，本领域技术人员可进行变型和修改。所公开的特征可以通过与在此所描述的一个或者多个其他特征进行任何组合或者再组合的方式得到实施。上面描述或者图示的各种特征，包括它们的任何元件，可结合或者集成到其他***中。
此外，某些特征可以省略或者并不实施。
在不脱离在此公开的信息范围的情况下，本领域技术人员可以获得各种改变、替代以及更改的实施例。在此引用的全部参考文件通过引用而将它们的全部内容合并到本文中，并且构成为本申请的一部分。

Claims (37)

1.一种淬火管，所述淬火管包括：
内壁和外壁，在内壁和外壁之间具有通路，用于沿着淬火管输送冷却流体；
通道，所述通道处于内壁的内表面内并且接收挤出材料；以及
喷嘴，所述喷嘴形成在淬火管的一个端部处，并且将冷却流体输送到挤出材料，而且挤出材料穿过该喷嘴以进入所述通道，其中该通路在喷嘴处成角度，以将冷却流体相对于淬火管成角度地输送；
其中，淬火管构造为至少部分地在挤出模内延伸。
2.如权利要求1所述的淬火管，还包括多个孔，所述多个孔沿着淬火管的至少一部分处于内壁中。
3.如权利要求2所述的淬火管，其中，所述多个孔彼此等距。
4.如权利要求1-3中任一项所述的淬火管，还包括端盖，所述端盖定位在喷嘴处，其中成角度的通路被定位在端盖内部。
5.如权利要求4所述的淬火管，其中，端盖构造为装配在挤出模的一部分内。
6.如权利要求5所述的淬火管，其中，冷却流体被输送穿过端盖。
7.如权利要求1-6中任一项所述的淬火管，其中，冷却流体以基本上对准挤出模的凹槽的一角度进行输送。
8.如权利要求1-7中任一项所述的淬火管，其中，喷嘴将冷却流体输送为会聚的流体流，其中流体流在流动方向上从第一直径变窄到第二直径，并且第二直径小于第一直径。
9.如权利要求8所述的淬火管，其中，所述会聚的流体流被成形为基本上符合于挤出模中切口的形状。
10.如权利要求1-9中任一项所述的淬火管，其中，挤出模旋转，而淬火管不旋转。
11.如权利要求1-10中任一项所述的淬火管，其中，内壁和外壁是同心的。
12.如权利要求1-11中任一项所述的淬火管，其中，内壁包括内管，而外壁包括外管。
13.如权利要求1-12中任一项所述的淬火管，其中，随着挤出材料退出挤出模，冷却流体接触挤出材料。
14.如权利要求1-12中任一项所述的淬火管，其中，在退出挤出模的挤出材料的大约1/16英寸到1英寸内，冷却流体接触挤出材料。
15.如权利要求14所述的淬火管，其中，在退出挤出模的挤出材料的大约1/8英寸到1/2英寸内，冷却流体接触挤出材料。
16.如权利要求1-15中任一项所述的淬火管，其中，冷却流体是水。
17.一种用于对挤出材料淬火的方法，所述方法包括：
将细长的淬火管定位在挤出模的出口侧处，其中淬火管包括喷嘴，所述喷嘴定位在挤出模的至少一部分内；
按压挤出材料穿过挤出模，其中挤出材料穿过喷嘴进入到淬火管中；以及
随着挤出材料退出挤出模，经由喷嘴将冷却流体输送到挤出材料，其中冷却流体相对于淬火管以一角度输送。
18.如权利要求17的方法，其中，冷却流体以基本上对准挤出模的凹槽的角度进行输送。
19.如权利要求17或者18所述的方法，其中，喷嘴将冷却流体输送为会聚的流体流，其中流体流在流动方向上从第一直径变窄到第二直径，其中第二直径小于第一直径。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述会聚的流体流成形为基本上符合于挤出模中切口的形状。
21.如权利要求17-20中任一项所述的方法，其中所述冷却流体是水。
22.一种淬火***，所述淬火***包括：
用于将冷却流体沿着淬火管运输的运输装置，所述淬火管具有内壁和外壁；
通道，所述通道处于内壁的内表面内并且接收挤出材料；以及
用于将冷却流体以相对于淬火管成角度地输送到挤出材料的输送装置，其中挤出材料流过输送装置以进入所述通道；
其中，淬火管构造为至少部分地在挤出模内延伸。
23.如权利要求22所述的淬火***，还包括多个孔，所述多个孔沿着淬火管的至少一部分处于内壁中。
24.如权利要球23所述的淬火***，其中，所述多个孔彼此等距。
25.如权利要求22-24中任一项所述的淬火***，还包括端盖，所述端盖定位在输送装置处。
26.如权利要求25所述的淬火***，其中，所述端盖构造为装配在挤出模的一部分内。
27.如权利要求26所述的淬火***，其中，冷却流体被输送穿过端盖。
28.如权利要求22-27中任一项所述的淬火***，其中，冷却流体以基本上对准挤出模的凹槽的一角度进行输送。
29.如权利要求22-28中任一项所述的淬火***，其中，该输送装置将冷却流体输送为会聚的流体流，其中所述流体流在流动方向上从第一直径变窄到第二直径，其中第二直径小于第一直径。
30.如权利要求29所述的淬火***，其中，所述会聚的流体流被成形为基本上符合于挤出模中切口的形状。
31.如权利要求22-30中任一项所述的淬火***，其中，挤出模旋转，而淬火管不旋转。
32.如权利要求22-31中任一项所述的淬火***，其中，内壁和外壁是同心的。
33.如权利要求22-32中任一项所述的淬火管，其中，内壁包括内管，而外壁包括外管。
34.如权利要求22-33中任一项所述的淬火***，其中，随着挤出材料退出挤出模，冷却流体接触挤出材料。
35.如权利要求22-33中任一项所述的淬火***，其中，在退出挤出模的挤出材料的大约1/16英寸到1英寸内，冷却流体接触挤出材料。
36.如权利要求35所述的淬火***，其中，在退出挤出模的挤出材料的大约1/8英寸到1/2英寸内，冷却流体接触挤出材料。
37.如权利要求22-36中任一项所述的淬火***，其中，冷却流体是水。
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