高速挤压成型
专利汇可以提供高速挤压成型专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于 挤压 成型 的设备(1)，其尤其用于金属的 挤压成型 ，所述设备包括限定用于待挤压材料的通道的挤压本体，包括具有在定径带开口入口表面与定径带开口出口表面之间延伸的定径带开口(3)的模具(2)，并且其中，冷却装置(14)设置在限定定径带开口出口表面的上游挤压通道的本体中，其特征在于，本体的材料在导热系数方面不同，以便限定冷却路径。，下面是高速挤压成型专利的具体信息内容。
1.一种用于挤压成型的设备，所述设备包括限定用于待挤压材料的通道的挤压本体，其中，所述设备包括具有在定径带开口入口表面与定径带开口出口表面之间延伸的定径带开口的模具，并且其中，冷却装置设置在限定所述定径带开口出口表面的上游挤压通道的所述本体中，其中，所述本体的材料在导热系数方面不同，以便限定冷却路径，其特征在于，所述本体包括多孔结构，所述冷却路径包括导热系数增大的区域，所述区域通过用具有比周围材料和/或所述多孔结构的材料更高导热系数的材料填充所述多孔结构的孔而形成。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备用于金属的挤压成型。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述模具通过快速成型而制造，并且设置有专用的冷却系统。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述本体包括的具有多孔结构的区域已经保持打开，并且包括有导热系数增大的区域。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，模具入口表面设置有覆层。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述本体包括设置成用于使冷却介质流过的冷却通道。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的设备，其中，所述本体包括由所述本体的开放、多孔结构的部分而形成的路径，所述路径与冷却通道是在流体上是连通的。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，所述本体包括多孔结构，并且其中，强度增大的区域通过用具有比周围材料和/或所述多孔结构的材料更高强度的材料填充所述多孔结构的孔而形成。
9.根据权利要求4-6中任一项所述的设备，其中，所述多孔结构包括烧结的颗粒。
10.根据权利要求4-6中任一项所述的设备，其中，所述多孔结构包括密度增大的区域，所述区域限定用于冷却路径和/或冷却通道的边界。
11.根据权利要求4-6中任一项所述的设备，其中，所述多孔结构制作成多层的。
12.根据权利要求4-6中任一项所述的设备，其中，所述多孔结构包含钢。
13.根据权利要求4-6中任一项所述的设备，其中，限定所述冷却路径的所述填充材料包含铜。
14.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，所述冷却装置布置成冷却所述模具的所述定径带开口的至少一部分表面。
15.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，入口区的至少一部分表面被冷却。
16.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，入口区朝向所述定径带开口会聚。
17.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，入口区是锥形的。
18.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，所述设备是所述模具。
19.一种用于制造挤压本体的方法，所述挤压本体限定用于待挤压经过模具的通道，所述模具具有在定径带开口入口表面与定径带开口出口表面之间延伸的定径带开口，其中，通过区分导热系数不同的本体材料，冷却装置设置在限定所述定径带开口出口表面的上游挤压通道的所述本体中，以便限定冷却路径，其中，所述本体至少部分制作成多孔结构，其中，所述冷却路径通过用具有比周围材料和/或所述多孔结构的材料更高导热系数的材料来填充所述多孔结构的孔而形成。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，具有更高导热系数的材料为铜。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，冷却通道设置在用于使冷却介质流过的所述本体中。
22.根据权利要求19-21中任一项所述的方法，其中，强度增大的区域通过用具有比周围材料和/或所述多孔结构的材料更高强度的材料来填充所述多孔结构的孔而形成。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，具有更高强度系数的材料为铜。
24.根据权利要求19-21中任一项所述的方法，其中，所述多孔结构由颗粒制作成生坯结构。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述颗粒包括金属或陶瓷。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述生坯结构被烧结。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述生坯结构制作成多层的。
28.根据权利要求24所述的方法，其中，所述生坯结构利用快速成型/快速制造技术而制造。
29.根据权利要求19-21中任一项所述的方法，其中，所述本体是所述模具。
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于挤压成型(extrusion)的设备。
背景技术
挤压成型是众所周知的制造各种形状和尺寸的断面的方法。挤压成型设备在整个工业化社会都有使用。挤压成型适用于含铁的(例如钢、不锈钢)以及不含铁的(例如铝、铜、镁、钛)金属及合金。铝是迄今为止用于处理的最常用的材料。所谓的方形模具通常用来生产实心断面。单孔和多孔断面需要被称为舌形模、分流模和舌形组合模的更复杂的加工结构。这些模具使得内型芯支架周围的金属流能够分离并重新接合。
用于金属的挤压成型工艺的主要局限在于热裂纹(也称为热脆性)的发生。该表面缺陷是由于过大的温升而由塑性区中材料的初始熔化引起的，该表面缺陷与模孔定径带(die bearing)处的机械应力结合导致裂纹。这种现象是金属和合金特有的，因为该现象取 决于诸如流动应力和初始(即，非平衡)熔化温度之类的性质。而且，挤压速度越快，该工艺越类似于绝热，所以，热裂纹有效地决定了用于获得高水平可靠产品的速度。
由于热脆性是金属挤压成型中的关键因素，所以人们已进行了相当多的研究和技术开发尝试来克服该限制。具体参照铝和镁合金的处理，进行了以下研究：合金组合物和坯料的制备方法(例如铸造、均化)、可替换的挤压成型方法(例如间接挤压成型、流体静力挤压成型)以及适宜的处理和加工(例如用于等温挤压成型的闭环式控制系统、模具的冷却)。
FR 980781公开了一种用于挤压成型的设备，该设备包括限定用于待挤压材料的通道的挤压本体，其中，该设备包括具有在定径带开口入口表面与定径带开口出口表面之间延伸的定径带开口的模具，并且其中，冷却装置设置在限定该定径带开口出口表面的上游挤压通道的本体中。
就用于金属挤压成型的模具的冷却而言，JP 3138018和JP3138019公开了一种开放式系统，以便通过引导冷却介质穿过模具到达模孔定径带后面的空腔来冷却挤压成型模具。
WO 9112097描述了一种用于冷却金属挤压成型模具的结构。该结构用来引导冷却介质通过进料通道而穿过模具、在分配通道中沿圆周方向分离并使其紧接在模具支承在空腔中之后而流出。
JP 3138018、JP 3138019和WO 9112097公开了方形成型模具，其中，用于流体蒸发的潜在热量用来在模孔定径带后面的空腔中进行冷却。
发明内容
因此，本发明提供了一种用于挤压成型的设备，以及一种制造模具的方法。
通过区分导热系数不同的本体材料来限定冷却路径，冷却材料的相对较低的导热系数可以大大提高。
优选地，通过提供由粉末(例如通过粉末印刷)制成的生坯多孔(green porous)结构、烧结该结构，来局部提高导热系数。通过用导热材料填充一些位置处的小孔，可以形成冷却路径。通过用强化材料填充其它位置处的小孔，可以形成强化区。通过提供与冷却通道在流体上连通的开放、多孔结构的部分，可以提供多孔冷却通道部。
通过所谓的快速成型/快速制造技术可以制造多孔本体。这种技术使得可以给设备提供专用的冷却系统。
通过提供具有密度增大区域的多孔结构，可以限定边界，例如用于冷却路径、(多孔)冷却通道或强化区。
本体优选地至少部分地制作成多孔结构。但是，本体也可以例如设置有插入件，以局部区分导热系数不同的本体材料。
优选地，多孔结构由颗粒(例如金属和/或陶瓷颗粒)制作成生坯结构。生坯结构可以随后被烧结，以形成高强度多孔结构，例如，可以禁得起用具有更高导热系数的材料和/或具有更高强度的材料来填充小孔的结构。当具有更高导热系数的材料是例如铜时，其通过毛细管作用注入小孔内。类似地，强化材料可以是钢水。
当使用传统的模具制造技术(例如，通过烧结)时，多孔结构可以随后用作插入件。
但是，该设备也可以使用快速成型/快速制造技术而形成。优选地，通过基于层的制造技术，优选地使用程序片的CAD计算机文件，然后将多孔结构制作成多层的。适当的快速制造技术是例如通过公司EOS可获得的直接金属激光烧结、通过Trumpf公司可获得的直接金属激光熔化、以及通过Pro-metal公司可获得的采用渗透的粉末印刷。
通过使所加工的材料的表面在离开之前经过冷却区，关键位置处的定径带开口峰值温度可以是最高的，从而可以防止待加工的材料的表面达到初始熔化温度。这样，可以在更高速度下进行挤压成型，同时仍旧可以获得可靠的产品。而且，由于机械载荷区中的峰值温度降低，可以延长模具的寿命。此外，由于模具偏差减小，可以提高产品的精度。
通过在表面离开定径带开口之前冷却关键位置处的表面区域，可以防止在由于熔化而弱化的局部表面区域处形成裂纹。
通过冷却模具的定径带开口的至少一部分表面，可以在最关键的区域处进行冷却。
通过冷却定径带开口的入口区的至少一部分表面，更多的区域可以用来冷却，并且可以有更多的时间用来从待加工的、运动着的材料中除热。
在优选实施例中，待加工的材料的表面经过沿流动方向会聚的入口区，从而相对较大的区域可以用来冷却。此外，可以同时减少 待加工材料中的冗余工作，从而减少待加工材料的温升。优选地，模具的入口区是锥形的。
下面讨论本发明的更多有利实施例，并在所附权利要求中限定。
附图说明
利用附图中所示的优选实施例来阐明本发明。附图中：
图1示出了根据本发明的用于挤压成型的设备的示意性横截面；
图2示出了根据本发明的导热系数不同的模具本体第一实施例的示意性横截面；
图3A示出了根据本发明的模具第二实施例的示意性横截面；
图3B示出了图3A的模具的多孔结构的细节。
具体实施方式
图1示出了用于金属挤压成型的设备1。该设备包括具有定径带(bearing)开口3的模具2，待加工的金属被迫使通过该定径带开口，从而形成为具有恒定横截面的轮廓。
定径带开口3包括定径带开口表面3a，该表面在模具的定径带开口入口平面4与定径带开口出口平面5之间延伸。所述出口平面形成模具2的开口，该开口沿下游方向与空腔6相邻，所述空腔形成于轮廓8的外表面7与模具的间隙表面9之间。
设备1进一步包括被模具2封闭的容器10。容器10将待加工的金属坯料11保持在室12中。设备1进一步包括撞锤(ram)13，该撞锤可以被推入到室12内，以迫使坯料11的材料穿过模具2的定径带开口3，从而形成轮廓8。该挤压成型工艺也可以不同地布置，例如在流体静力变型中，其中，室填充有液体，撞锤13作用在液体上，以便用于间接迫使坯料11穿过模具2的定径带开口3。
该设备设置有冷却装置14，该冷却装置位于定径带开口3的出口表面5上游。
在该设置中，冷却装置包括沿模具2的入口区16延伸的冷却回路的冷却通道15。在该实施例中，模具2是具有入口环2A的模块化结构，该入口环设置在容器10与包括定径带开口的模具的特定产品(product-specific)部分之间。该入口环限定了入口区，所述入口区沿定径带开口3的入口表面4的方向成锥形地会聚。与模具支架2B一起，入口环保持设置有定径带开口的模具2的特定产品部分。应该明白，冷却装置可以布置成沿定径带开口的至少一部分表面和/或入口区的至少一部分表面延伸。
在该实施例中，冷却区因此设置在容器的至少部分外部。
模具入口的锥形减少了在坯料的关键区域内产生的热量。
而且，通过冷却定径带开口3的出口平面的上游，热量可以从坯料11的关键区域传导。在该实施例中，这是通过使冷却介质通 过或循环过模具2中的通道15而实现的。这可以认为是增大模具2热容的一种方法。模具入口区16的锥形确保了较大接触面积，并使冷却表面区域与所处理的材料之间有足够的相互作用时间。这样，限制了热量的产生，同时促进了热量扩散。
图2示出了根据本发明的设备实施例的示意性横截面，其中，本体由模具2形成。
模具2的本体材料在导热系数方面不同，从而限定了冷却路径20。该模具2由例如高强度钢的高强度模具部分21制成。模具2的本体进一步包括高导热材料(例如铜)的插入件22。
模具2的本体还包括支撑拉模部分23，其中布置有冷却通道15。
图3示出了根据本发明的模具第二实施例的示意性横截面。该模具2通过快速成型而制造，并且设置有专用的冷却系统。
利用基于层的制造技术，模具2的本体由粉末状钢颗粒制成。
在生坯结构的制造过程中，提供了密度增大的区域，其限定了用于冷却路径、冷却通道以及高强度区域的边界。
在烧结之后，通过用铜填充边界之间的材料小孔而形成冷却路径20。
通过用钢填充小孔而形成了强化区24(以阴影线示出)。而且，将用于使冷却液体流经其中的冷却通道15限定为密度增大的边界之间的空白区。
如图3B所示，多孔结构是开放的，从而冷却液体可以流经结构中的多孔区25。
应该明白，本发明不限于上述实施例。例如，本发明不仅适用于如所示的实心断面，而且适用于更复杂形状的断面，诸如(多)孔(hollow)断面。
优选地，冷却的拉模部分与被加热的容器是热绝缘的。
如所述，模具结构可以是模块化的，具有诸如一般目的成形的冷却入口环、可变换的产品专有模具、以及用于机械支撑的分离的模壳的部件。
该模具可以例如通过传统的方法制造，或通过使用基于例如层沉积的快速制造技术制造。后一方法具有的优点在于，向模具提供了专用冷却系统(例如保形冷却系统)、和/或冷却通道的分配，该冷却通道的分配适合于定径带开口关键区域和/或定径带开口的几何特征。
此外，模具入口可以是另一形状，该形状可提供用于热交换的较大接触表面面积。
模具的部分，尤其是模具入口，可以设置有覆层。坯料与模具材料之间的这种中间层应该能够承受热载荷和机械载荷，并能够给出有利的摩擦学和/或界面条件。
冷却回路可以或者布局成均衡地横过模具的周边而冷却，或者以专用方式进行布局。后者能够局部缓解关键位置(“热点”)和/或可以减小所制造断面的残余应力以及变形(翘曲、扭曲)。
冷却回路可以是封闭的或开放的，这意味着冷却介质可以或者是循环的(包括其到模具的传输以及从模具的传输)，或者是在用过之后流出到环境中。这两种选择都可以将用于蒸发冷却介质的潜在热量用作附加的冷却机构。
冷却回路可以设置有控制装置。这样，在挤压过程期间和/或在随后的挤压之间的冷却操作可以是合适的，以便校准挤压期间和/或生产运行期内的闪蒸温度。
冷却回路可以用来冷却，也可以用来预热模具。这在生产开始时和停工期期间可能是有利的，和/或有利于避免坯料变冷。
那些变型对本领域技术人员来说将很显然，并且在所附权利要求所限定的本发明的范围内。
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