совершенствование технологии изготовления экструзионных матриц и связанных с этим процессов

Формула изобретения

1. Экструзионная матрица, включающая полость (12) матрицы, соответствующую форме поперечного сечения необходимой экструзии, и камеру предварительной формовки (19), соединяющуюся с полостью матрицы, при этом камера предварительной формовки имеет форму, подобную форме полости матрицы, но большую площадь поперечного сечения, вследствие чего участки камеры предварительной формовки соответственно соединены с соответствующими им участками полости матрицы, и на практике движение экструзионного материала, проходящего через все участки полости матрицы, ограничено требованиями необходимой в основном равномерной скорости его движения, при этом каждый участок камеры предварительной формовки (19) имеет длину рабочего пояска, соотнесенную с размерами и положением соответствующего участка полости матрицы с тем, чтобы на практике движение экструзионного материала, проходящего через каждый указанный участок камеры предварительной формовки (19), было ограничено скоростью, обеспечивающей последующее прохождение через каждый соответствующий участок полости матрицы (12) с постоянной скоростью, причем все участки полости матрицы (12) имеют постоянную длину рабочего пояска.

2. Экструзионная матрица по п.1, отличающаяся тем, что участки полости матрицы увеличиваются по ширине с увеличением расстояния от передней поверхности матрицы.

3. Экструзионная матрица по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что участок камеры предварительной формовки (46) имеет минимальную длину рабочего пояска и выполнен с увеличеним по ширине при увеличении расстояния от передней поверхности матрицы.

4. Экструзионная матрица по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что по крайней мере некоторые из указанных участков камеры предварительной формовки (19) имеют ширину на одинаковый предварительно определенный процент больше, чем ширина соответствующего участка полости (12) матрицы.

5. Экструзионная матрица по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что по крайней мере некоторые из указанных участков камеры предварительной формовки (19) имеют ширину большую, чем ширина соответствующего участка полости (12) матрицы, на одинаковую предварительно определенную величину.

6. Экструзионная матрица по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что ширина по крайней мере одного из указанных участков камеры предварительной формовки (19) располагается симметрично относительно ширины соответствующего участка полости матрицы (12).

7. Экструзионная матрица по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что ширина по крайней мере одного участка камеры предварительной формовки (37) смещена по отношению к ширине соответствующего участка полости матрицы (36).

8. Экструзионная матрица по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что длина рабочего пояска каждого участка камеры предварительной формовки (19) имеет длину рабочего пояска, непосредственно соединяющуюся с соответствующим участком полости матрицы (12).

9. Экструзионная матрица по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что каждый участок камеры предварительной формовки включает часть, расположенную в нижней части рабочего пояска, создающей длину рабочего пояска, и его нижняя часть увеличивается по ширине по мере удаления от названного участка рабочего пояска.

10. Экструзионная матрица по п.1, отличающаяся тем, что у соединения между указанной частью рабочего пояска (20) и указанной нижней частью (18) камеры предварительной формовки имеется плечо (22а).

11. Экструзионная матрица по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что полость матрицы (12) и камера предварительной формовки (19) изготовлены в виде отдельных деталей (14, 10), при этом камера предварительной формовки соединяется с полостью матрицы зажимом.

12. Экструзионная матрица по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что полость матрицы (12) и камера предварительной формовки (19) выполнены в виде единой детали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается экструзионных матриц, применяемых для производства вытянутых профилей, выполненных из металла (такого как алюминий), пластмасс и т.п. Процесс экструзии требует прохождения всех частей экструзионного материала через матрицу в основном с одинаковой скоростью, поскольку в противном случае возможна деформация экструдированного профиля.

Как хорошо известно, в экструзионной матрице скорость прохождения экструзионного материала через матрицу на любом конкретном участке полости матрицы зависит от ширины полости матрицы на этом участке, его расположения относительно центра матрицы и от длины рабочего пояска полости матрицы (т.е. длины в направлении экструзии) на этом участке.

Поскольку ширина и местоположение каждого участка полости матрицы определяются по существу для любого конкретного подлежащего экструзии профиля, обычно требуется контроль скорости посредством регулировки длины рабочего пояска полости матрицы в разных ее участках для получения как можно более равномерной скорости прохождения экструзионного материала через всю площадь полости матрицы. Таким образом, для получения равномерной скорости в узкой части полости матрицы требуется меньшая длина рабочего пояска матрицы, чем для более широкой части полости.

Это необходимое изменение длины рабочего пояска матрицы (известно как контур рабочего пояска матрицы) обычно достигается путем формирования в задней части матрицы, т.е. поверхности, наиболее удаленной от заготовки экструдируемого через матрицу материала, полости на выходе, соответствующей общей форме полости матрицы, и круглого сечения. Глубина полости на выходе затем изменяется с целью регулировки активной длины рабочего пояска самой полости матрицы.

Различные подобные методы изготовления экструзионной матрицы описываются, например, в британских патентах №№2143445 и 2184371.

В документе DE-A-3414994 описано альтернативное решение, в котором входная полость образована на лицевой стороне матрицы, т.е. на стороне, ближайшей к заготовке экструдируемого материала. В этом случае эффективная длина рабочего пояска глубины полости матрицы регулируется изменением глубины входной полости вместо изменения глубины выходной полости. В этом варианте совокупная длина рабочего пояска входной полости и полости матрицы остается постоянной на всех участках матрицы.

Существуют многочисленные хорошо известные методы и способы обеспечения необходимой корреляции между длиной рабочего пояска, формой и положением полости матрицы для получения равномерного потока. Например, необходимая длина рабочего пояска может быть достигнута методами проб и ошибок, основанными на знаниях опытного конструктора матриц, или, более того, в результате применения имеющихся компьютерных программ для расчета необходимой длины рабочего пояска на основе формы и положения полости матрицы.

Однако экструзионные матрицы, полученные на основе таких испытанных методов, могут быть несовершенны вследствие определенных недостатков. Например, поверхность экструдируемого профиля в продольном направлении может иметь следы от части полости матрицы, в которой смыкаются два соседних участка, значительно отличающихся по длине рабочего пояска, как это может часто происходить. Кроме того, поскольку полость матрицы должна иметь форму и быть удобна для контроля потока экструзионного материала, может быть невозможно выполнить матрицу из материала, который трудно подвергается обработке, или выполнить окончательную обработку поверхности таким методом, как азотирование, что может быть желательно для получения лучшей поверхности профиля. Поэтому желательно получить в основном равномерную скорость потока, проходящего через полость матрицы, имеющую в основном одинаковую фиксированную длину рабочего пояска, во избежание образования следов на профиле, образующихся в результате изменения длины рабочего пояска, и с целью получения возможности изготовления матрицы из какого-либо материала, с обработкой поверхности, обеспечивающей наилучшую прочность и сопротивление износу, а также для получения наиболее отвечающей требованиям к поверхности экструдированного профиля.

Один метод получения такого результата раскрыт в описании европейского патента №0569315. В методе, представленном в этом описании, на передней, или со стороны входа, боковой стороне полости матрицы предусмотрена увеличенная полость на входе, боковые стороны которой сходятся по мере их продолжения по полости в направлении экструзии, для получения "угла на входе". Этот "угол на входе" вычисляется обратно пропорционально ширине каждого участка полости матрицы. Выбором разных углов на входе для разных участков полости матрицы контролируется, таким образом, скорость движения экструзионного материала в направлении полости матрицы так, что на входе в полость матрицы скорость экструзионного материала на каждом участке такова, что она обеспечивает в значительной степени одинаковую скорость прохождения материала через всю площадь полости матрицы. Соответственно, сама полость матрицы может в основном иметь постоянную длину рабочего пояска. В предпочитаемом варианте угол на входе создается в результате формирования на входе полости с рядом уступов, распространяющихся внутрь вдоль полости матрицы. Уступы имеют одинаковую глубину, а угол на входе регулируется путем изменения ширины уступов.

Наряду с определенными преимуществами этот вариант решения вопроса имеет определенные недостатки. Например, там, где полость матрицы образована секциями, близко расположенными друг от друга, в ней может быть недостаточно места на входной стороне каждой секции для получения отдельных углов на входе для каждого участка, так как соседние полости с уступами на входе перекрывают друг друга. Следовательно, на практике такие близко расположенные друг от друга секции полости матрицы должны соединиться одной полостью с уступами на входе. Это значит, что нет никакого отдельного контроля за потоком, проходящим через эти соседние участки полости матрицы, и это может привести к неравномерному потоку материала, проходящего через участки, если они имеют разную ширину. Кроме того, регулировка скорости потока посредством регулировки углов на входе не предусматривает применения давно и хорошо известных методов контроля скорости путем изменения длины рабочего пояска, и в результате конструкторы матриц должны разработать новые и неизвестные пока способы и определить параметры, чтобы система могла работать.

Также, несмотря на то, что "угол на входе" можно вычислить для каждого участка полости матрицы, на практике необходима также небольшая регулировка с целью коррекции изменений скорости, которая может появиться при первоначальном испытании матрицы. Такая небольшая регулировка может быть достигнута путем регулировки длины рабочего пояска полости матрицы на определенном участке, но при этом утрачивается преимущество наличия полости матрицы с в основном постоянной длиной рабочего пояска. Однако может быть трудно выполнить точную небольшую регулировку угла на входе, которая является единственным альтернативным вариантом изменения скорости прохождения потока через участок матрицы. Это предположительно является причиной, объясняющей выбор конструкции с уступами, так как легче, возможно, регулировать длину ряда уступов, чем точно регулировать угол непрерывной наклонной поверхности. Но наличие уступов может обеспечить значительное сопротивление потоку материала, поступающего в полость матрицы, и в результате общая скорость экструзионного материала, проходящего через матрицу, снижается. Это нежелательно, так как производительность экструзионной установки зависит от скорости экструзии. Также вариант конструкции с уступами может быть причиной чрезмерного нагрева.

Известно также, что такая конструкция предусматривает направляющую пластину на передней стороне матрицы, снабженную отверстиями, соединяющимися с полостями матрицы. Но такие направляющие пластины обычно имеют постоянную толщину, и скорость экструзионного материала, проходящего через отверстия в направляющей пластине, можно регулировать лишь путем регулировки ширины этих отверстий. Это недостаточно точный способ обеспечения точного контроля скорости, и требуется также обычная коррекция полости матрицы. Для непрерывной экструзии обычной практикой также является установка сварной пластины на передней стороне матрицы. В этом случае замыкающий конец каждой металлической заготовки смещается на передней поверхности сварной пластины и зацепляется ведущей поверхностью новой заготовки, которая соединяется сваркой с концом предыдущей заготовки, пока соединение между двумя заготовками проходит через сварную пластину. Но, опять таки, сварная пластина не используется для точного контроля потока металла, и по-прежнему требуется коррекция самой полости матрицы.

Настоящее изобретение имеет целью создание усовершенствованных форм экструзионной матрицы и методов изготовления таких матриц, которые могли бы исключить многие или все вышеупомянутые недостатки ранее используемых систем, и предпочитаемый вариант воплощения изобретения предусматривает создание полностью контролируемой системы, не требующей никакой коррекции самой полости матрицы.

Согласно изобретению предусматривается использование экструзионной матрицы с полостью матрицы, имеющей форму, соответствующую форме поперечного сечения для необходимой экструзии, и камеру предварительной формовки, соединяющуюся с полостью матрицы; при этом камера предварительной формовки имеет форму, подобную форме матрицы, но с большей площадью поперечного сечения, чтобы участки камеры предварительной формовки могли соединяться с соответствующими участками полости матрицы, отличающееся тем, что полость матрицы включает ряд участков с постоянной длиной рабочего пояска, и что каждый участок камеры предварительной формовки, соответствующий одному из участков с постоянной длиной рабочего пояска, имеет длину рабочего пояска, соотнесенную с его размерами и положением, так что при работе экструзионный материал, проходящий через каждый упомянутый участок камеры предварительной формовки, вынужден перемещаться с такой скоростью, что материал последовательно проходит с практически равномерной скоростью через каждый соответствующий участок полости матрицы, имеющий постоянную длину рабочего пояска матрицы.

Ввиду того, что экструзионный материал полностью контролируется в камере предварительной формовки, т.е. до момента его поступления в полость матрицы, полость матрицы сама может иметь постоянную длину рабочего пояска на всех ее участках и вышеупомянутые преимущества. Скорость материала, проходящего через камеру предварительной формовки, регулируется посредством регулировки ширины и длины рабочего пояска камеры предварительной формовки. Это позволяет использовать богатый опыт и/или компьютерные программы, уже применяемые при конструировании традиционных полостей матрицы, и в результате достигать точного контроля скорости. Кроме того, поскольку не требуется никакой "угол на входе", боковые стенки камеры предварительной формовки могут быть параллельны, или в основном параллельны, чтобы максимальная ширина камеры предварительной формовки была значительно меньше максимальной ширины полости на входе в известной вышеупомянутой конструкции с "углом на входе", и в результате образуется место для отдельного участка камеры предварительной формовки для каждого участка полости матрицы. Если два участка полости матрицы расположены особенно близко друг к другу, больший по размеру участок камеры предварительной формовки, соединяющийся с каждым участком, может быть соответственно узким, и при этом скорость контролируется посредством сокращения длины рабочего пояска камеры предварительной формовки. Альтернативно, если форма полости матрицы позволяет, участки камеры предварительной формовки могут быть смещены относительно соответствующих им участков полости матрицы таким образом, чтобы не мешать друг другу, оставаясь одновременно соединенными с соответствующими им участками полости матрицы.

Для обеспечения точного контроля потока, проходящего через камеру предварительной формовки, предпочтительно, чтобы боковые стенки отделения были точно параллельны.

Посредством выбора ширины различных участков камеры предварительной формовки можно сократить количество участков камеры предварительной формовки, для которых требуется другая длина рабочего пояска. Это позволяет сократить количество изменяемых параметров для контроля потока металла, проходящего через отверстия матрицы, в результате чего упрощается коррекция матрицы, и частота повтора такой коррекции и ее надежность возрастают.

Как отмечается выше, изменение скорости может привести к деформации экструдируемого профиля, а изменение длины рабочего пояска в пределах самой полости матрицы может привести к образованию следов на поверхности профилей. Настоящее изобретение помогает, следовательно, производить высококачественные профили. Не менее важно, однако, и то, что изобретение позволяет осуществлять контроль за процессом производства и совершенствовать его. Например, экструзионная матрица обычно включает ряд подобных полостей матрицы, расположенных на расстоянии друг от друга на лицевой стороне матрицы, для одновременного получения нескольких экструдированных профилей. По мере их экструдирования профили выталкиваются при помощи одного устройства для вытягивания. Соответственно, необходимо, чтобы профили из всех полостей матрицы экструдировались с некоторой одинаковой скоростью, так как в противном случае устройство для вытягивания может растягивать и, таким образом, деформировать любой из профилей, экструдируемых с несколько более низкой скоростью, чем остальные. Ввиду того, что настоящее изобретение позволяет очень точно контролировать скорость экструзии, становится возможным унифицировать скорость экструзии из различных полостей матрицы в матрице. Изобретение также позволяет увеличить общую скорость экструзии, как описано ниже, что обусловливает возможность повышения производительности матрицы надежным и контролируемым способом.

Поскольку скорость на каждом участке полости матрицы контролируется в камере предварительной формовки до поступления в полость матрицы, полость матрицы создает экструдированный профиль, который имеет точно такую же форму, как и полость матрицы, и необязательно, как это было ранее, вносить изменения в полость матрицы с целью коррекции профиля экструзионного материала, выходящего из нее. Например, в случае применения традиционных методов часто требуется при некоторых формах профиля наклонять стенки рабочего пояска полости матрицы в том или ином направлении, чтобы компенсировать некоторые недостатки в форме профиля, которые становятся очевидными при испытаниях. Также, например, там, где необходимо, чтобы две (соседние - прим. пер.) части профиля располагались под конкретным углом относительно друг друга, может потребоваться расположение соответствующих частей полости несколько под другим углом для получения необходимого угла в экструдированном профиле. Некоторые из этих изменений в форме отверстия матрицы могут быть очень небольшими, и о них могут забыть или сократить их при неправильном или недостаточно тщательном обслуживании матрицы в течение продолжительного периода времени использования. Таким образом, в результате чистки и полировки отверстия матрицы можно с течением времени свести к нулю небольшие вносимые в результате коррекции изменения формы отверстия матрицы, чтобы, несмотря на то, что матрица дает правильный профиль, когда она еще новая, она изменялась бы со временем и начинала давать слегка деформированный профиль. Настоящее изобретение исключает возникновение этой проблемы, если контроль потока металла проводится до попадания металла в отверстие матрицы. Подобной преднамеренной деформации полости матрицы можно избежать, применив настоящее изобретение, обеспечивающее полный контроль прохождения экструзионного материала в камере предварительной формовки до поступления материала в полость матрицы, и этот контроль можно осуществлять таким образом, что экструдированный профиль, получаемый под действием полости матрицы, будет точно соответствовать форме самой полости матрицы.

Изменения и корректировка матрицы, выполняемые при помощи традиционного корректора матрицы для получения необходимого профиля, могут быть небольшими и незначительными вследствие того, что они основаны на длительном опыте применения корректора матрицы и часто проводятся интуитивно. Поэтому такие корректировки может быть трудно или невозможно зарегистрировать и повторить надежным образом для следующих одна за другой подобных матриц. Наоборот, в настоящем изобретении необходимый профиль достигается в результате регулировки нескольких четко определяемых параметров камеры предварительной формовки. Эти параметры можно измерить и зарегистрировать, например, в компьютерной программе и повторять их непрерывно точными машинными методами в ряде матриц для получения полностью соответствующих результатов. Традиционная коррекции матриц может требовать большого объема ручного труда, условия, которое по существу трудно точно выполнить. Настоящее изобретение может обеспечить машинное определение формы камеры предварительной формовки для соблюдения по своему существу условия повторяемости.

Как отмечалось выше, полость матрицы может иметь в основном постоянную длину рабочего пояска на всех ее участках. В частности, изобретение позволяет иметь в основном нулевую длину рабочего пояска полости матрицы на всех ее участках.

Изобретение обеспечивает получение нулевой длины рабочего пояска экструзионной матрицы, и такие матрицы даны, например, в описании европейского патента №0186340. Однако, как подтверждается в этом описании, конструкция традиционной матрицы с нулевой длиной рабочего пояска такова, что модификация профиля отверстия с целью ускорить или замерить прохождение металла невозможна. Соответственно, матрицы с нулевой длиной рабочего пояска считаются до сих пор в основном пригодными для экструдирования малого количества сечений, конфигурация которых не требует регулировки или коррекции. Если традиционная матрица с нулевой длиной рабочего пояска не обеспечивает экструзию необходимого профиля, то нет способа, посредством которого матрицу можно было бы откорректировать. Но поскольку настоящее изобретение позволяет осуществлять контроль скорости металла в направлении, обратном направлению его прохождения через матрицу, оно позволяет использовать нулевую длину рабочего пояска практически для всех типов сечения. Таким образом, настоящее изобретение позволяет сочетать преимущества матриц с нулевой длиной рабочего пояска с надежной коррекцией и контролем.

Полость матрицы в основном с нулевой длиной рабочего пояска можно получить, выполнив в пластине матрицы отверстие с направленным вниз конусом по всей его длине, т.е. стенки отверстия матрицы расходятся в направлении от передней поверхности до задней поверхности пластины матрицы. Как указано в ЕР 0186340, направленный вниз конус под углом, по крайней мере, 0,8°, предпочтителен вследствие того, что любое вызванное трением напряжение между стенками матрицы и проходящим через нее металлом ничтожно мало. Считается, что направленный вниз конус под углом 1,5° более надежен.

Существенное значение имеет тот факт, что на практике невозможно иметь полость матрицы с точно нулевой длиной рабочего пояска, так как обычно в месте соединения между полостью матрицы с направленным вниз конусом и передней поверхностью пластины матрицы имеется небольшой радиус. ЕР 0186340 относится к конструкциям, в которых этот радиус кривизны не превышает 0,2 мм. Однако в целях этой спецификации полость матрицы рассматривается как имеющая нулевую длину рабочего пояска там, где полость матрицы увеличивается по ширине в направлении от передней поверхности пластины матрицы независимо от радиуса кривизны у нижнего конца полости матрицы.

В любой из конструкций согласно изобретению участок камеры предварительной формовки, имеющий минимальную длину рабочего пояска, может также иметь в основном нулевую длину рабочего пояска, максимально увеличивающую общую скорость экструзии.

По крайней мере, некоторые из названных участков камеры предварительной формовки могут каждый иметь ширину на предварительно определенную в процентном отношении величину большую, чем ширина соответствующего участка полости матрицы. Альтернативно, или кроме того, по крайней мере, некоторые упомянутые участки камеры предварительной формовки могут каждый иметь ширину большую, чем ширина соответствующего участка полости матрицы, на такую же предварительно определенную величину.

Ширина этих участков камеры предварительной формовки в основном симметрична относительно ширины соответствующего участка полости матрицы. Но, как отмечалось ранее, ширина одного или большего количества участков камеры предварительной формовки может быть смещена относительно ширины соответствующего участка полости матрицы.

Предпочтительно длина рабочего пояска каждого участка камеры предварительной формовки создается участком рабочего пояска, непосредственно прилегающим к соответствующему участку полости матрицы.

Каждый участок камеры предварительной формовки может иметь часть, расположенную в нижней части рабочего пояска, создающей длину рабочего пояска и увеличивающуюся по ширине в направлении от этой части рабочего пояска.

Полость матрицы и камера предварительной формовки предпочтительно представляют собой отдельные составные части, которые соединяются вместе зажимом. Альтернативно полость матрицы и камера предварительной формовки могут быть полностью выполнены как единая часть. Однако преимущество изготовления камеры предварительной формовки и полости матрицы как отдельных компонентов состоит в том, что это решение может обеспечить повторное применение части, являющейся камерой предварительной формовки, с частью, являющейся новой полостью матрицы, в случае износа первоначальной полости матрицы.

Изобретение также включает: метод изготовления экструзионной матрицы, состоящий из формовки матрицы с полостью матрицы, имеющей форму, соответствующую форме поперечного сечения для необходимой экструзии; камеру предварительной формовки, соединяющуюся с полостью матрицы, при этом камера предварительной формовки имеет в основном форму, подобную полости матрицы, но площадь ее поперечного сечения больше, чем предусмотрено для соединения участков камеры предварительной формовки с соответствующими участками полости матрицы; регулировку длин рабочих поясков разных участков камеры предварительной формовки в зависимости от размеров и расположения этих участков камеры предварительной формовки, чтобы в процессе ее применения экструзионный материал, проходящий через каждый участок камеры предварительной формовки, имел ограниченную скорость своего прохождения, обеспечивающую при этом прохождение материала через все участки полости матрицы в основном с одинаковой скоростью.

Ниже на примерах приводится более подробное описание вариантов осуществления изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, из которых:

фиг.1 - схема экструзионной матрицы с двумя простыми полостями (вид спереди);

фиг.2 - схема разреза по линии 2-2, изображенной на фиг.1;

фиг.3 - схема разреза по линии 3-3, изображенной на фиг.1;

фиг.4 - экструзионная матрица с двумя полостями матрицы более сложной формы, чем на фиг.1 (вид спереди);

фиг.5 - разрез по линии 5-5, изображенной на фиг.1;

фиг.6 - схема части другой формы полости матрицы (вид спереди);

фиг.7 - схема разреза по линии 7-7, изображенной на фиг.6;

фиг.8 - схема разреза, проходящего через матрицу с полостью матрицы, имеющей нулевую длину рабочего пояска;

фиг.9 - схема разреза, проходящего через другую форму матрицы;

фиг.10 - схема разреза, проходящего через другую форму матрицы;

фиг.11 - подобный вид модифицированного варианта полости, изображенной на фиг.10;

фиг.12 - схема разреза, проходящего через полость матрицы, предусматривающей охлаждение.

На фиг.1 показана передняя поверхность 10 экструзионной матрицы 11, изготовленной с двумя полостями 12 и 13 обычно уплощенной Z-формы.

В традиционной известной конструкции каждая полость 12 или 13 матрицы соединяется с увеличенной сходящейся полостью на выходе, образуемой в задней стороне пластины матрицы. Длина рабочего пояска разных участков полости матрицы, т.е. его размеры в направлении экструзии, регулируется посредством регулировки глубины этой полости на выходе. Таким образом, длина рабочего пояска каждой части полости матрицы регулируется способом, обеспечивающим в результате в основном равномерную скорость прохождения экструзионного материала через все части полости матрицы.

Наоборот, согласно настоящему изобретению передняя сторона матрицы образована камерой предварительной формовки, через которую экструзионный материал поступает под давлением прежде, чем попасть в полость 12 или 13 матрицы, создавая таким образом возможность регулировать скорость прохождения экструзионного материала прежде, чем он поступит непосредственно в полость матрицы.

На фиг.2 видно, что матрица 11 имеет заднюю пластину 14, в которой формуется сама полость 12 матрицы. Все части полости 12 матрицы имеют постоянную длину рабочего пояска 15, которая может составлять, например, 2 мм. Полость 16 на выходе продолжается из полости 12 матрицы, и при этом стенки полости сходятся в направлении задней поверхности 17 пластины 14 матрицы.

К задней пластине 14 зажимом жестко крепится передняя пластина 18, которая формуется с камерой предварительной формовки 19. Камера предварительной формовки обычно подобна по форме полости 12 матрицы, но ширина всех участков камеры предварительной формовки больше ширины соответствующих участков полости 12 матрицы. Как видно на фиг.1, при наличии изображенной в верхней части полости 12 матрицы камера предварительной формовки 19 имеет ширину, увеличенную по всей полости 12 матрицы на 50%, чтобы общая ширина каждого участка камеры предварительной формовки 19 была вдвое больше ширины соответствующего участка полости матрицы. Такая конструкция называется конструкцией, обеспечивающей "рост на 50%".

Согласно настоящему изобретению длина рабочего пояска 20 (см. фиг.2) каждого участка камеры предварительной формовки 19 вычисляется согласно ширине отделения предварительной формовки в этом участке и согласно расстоянию от центральной оси 21 матрицы, для получения необходимой скорости прохождения экструзионного материала при его попадании непосредственно в полость матрицы. Скорость на входе в каждый участок полости матрицы выбирается так, чтобы скорость дальнейшего потока, проходящего через все участки полости матрицы, была в основном равномерной. Длина рабочего пояска 20 камеры предварительной формовки контролируется посредством выполнения в передней стороне 10 передней пластины 18, полости 22 на входе соответствующей глубины для получения необходимой конечной длины рабочего пояска 20 для камеры предварительной формовки 19.

Полость 22 на входе имеет плоский узкий уступ 22а для точного определения впускного конца камеры предварительной формовки 19, а также поверхности 22b, расположенные под углом примерно 45° к камере 19. Такой наклон необходим для того, чтобы эти поверхности не действовали как рабочий поясок на экструзионный металл для изменения формирующего действия камеры предварительной формовки 19.

Использование камеры предварительной формовки 19 с параллельными боковыми стенками позволяет осуществлять контроль скорости посредством регулировки длины рабочего пояска 20 в результате применения хорошо зарекомендовавших себя средств вычисления необходимой длины рабочего пояска для получения необходимой скорости. Кроме того, поскольку регулировка матрицы с целью изменения скорости не требует никаких изменений полости 12 самой матрицы, как это предусмотрено большинством известных методов, полость матрицы можно выполнить в любом материале для получения необходимой прочности и сопротивления износу без учета какой-либо необходимости возможности регулировки длины рабочего пояска полости матрицы после ее первоначальной формовки. Также, поскольку сам рабочий поясок полости матрицы остается без изменений, он может иметь соответствующее покрытие, например, в результате применения азотирования для получения наилучшей возможной отделки поверхности экструдированного профиля.

Кроме того, поскольку полость 12 матрицы имеет постоянную длину рабочего пояска, это также по существу обеспечивает более тонкую отделку экструдируемого профиля по сравнению с ранее применяемыми конструкциями, применение которых обусловливает вероятное образование следов в точках прохождения через участок полости матрицы, где две различные длины рабочего пояска примыкают друг к другу.

Степень увеличения ширины, или "роста" камеры предварительной формовки относительно полости матрицы может достигать необходимого уровня в зависимости от размера и формы самой полости матрицы и ее положения относительно центральной оси матрицы. В качестве примера на фиг.1 также показана схема полости 13 матрицы, в которой камера предварительной формовки 23 показывает рост 200%, т.е. увеличенная ширина камеры предварительной формовки на каждой стороне полости матрицы в два раза больше ширины самой полости 13 матрицы. Опять таки, полость 24 на входе соединена с передней поверхностью 10 передней пластины 18 матрицы, и при этом глубина полости 24 на входе выбирается для получения необходимой длины рабочего пояска камеры предварительной формовки 23 и, следовательно, необходимой скорости прохождения экструзионного материала при его попадании непосредственно в полость 13 матрицы.

В случае, изображенном на фиг.1, где процентный "рост" камеры предварительной формовки постоянен для всех участков полости матрицы, скорость прохождения экструзионного материала через камеру предварительной формовки контролируется исключительно посредством регулировки длины рабочего пояска камеры предварительной формовки на каждом участке. Однако, в некоторых случаях при более сложных профилях, может быть лучше также изменять процентный рост камеры предварительной формовки в разных участках полости матрицы, и такой пример приводится на фиг.4 и 5.

На фиг.4 и 5 показано, что экструзионная матрица 25 также состоит из передней пластины 26 и задней пластины 27. Задняя пластина 27 формуется двумя идентичными полостями матрицы, верхней полостью 28 и нижней полостью 29. Каждая полость матрицы имеет одинаковую длину рабочего пояска, например, 2 мм на всех ее участках и подходит к полости 30 на выходе, которая сходится в наружном направлении с задней поверхностью 31 матрицы.

Передняя пластина 26 формуется камерами предварительной формовки 27 и 33, которые соединяются с полостями 28 и 29 матрицы, соответственно, а полости 32 и 34 на входе переходят в переднюю пластину 26 для соединения с камерами предварительной формовки, соответственно.

Как показано наилучшим образом на фиг.4, две полости 28 и 29 матрицы имеют одинаковую форму, верхняя полость 28 имеет центральный участок 28а в основном уплощенной "Z"-формы, конечный участок 28b большей ширины, чем центральный участок 28а, и участок 28с на противоположном конце, ширина которого меньше ширины центрального участка. Например, центральный участок может иметь ширину 2 мм, участок 28b на конце шириной 4 мм и участок 28с на конце шириной 1 мм.

Как в предыдущей конструкции, камера предварительной формовки 27 обычно имеет форму, подобную полости 28 матрицы, и рост 50%, т.е. ширина камеры предварительной формовки на каждой стороне полости матрицы увеличивается на 50% ширины полости матрицы.

Как и в предыдущей конструкции, длины рабочего пояска разных участков камеры предварительной формовки 27 также регулируются согласно ширине и положению участков камеры предварительной формовки и, следовательно, участков полости матрицы, с которыми они соединяются, Таким образом, увеличенный участок 27b камеры предварительной формовки требует значительно большей длины рабочего пояска, чем участок 27а. Как можно видеть по фиг.5, чтобы уменьшить скорость до величины, соответствующей большей площади участка полости матрицы в то время, как меньший по размеру участок 27с камеры предварительной формовки требует меньшей длины рабочего пояска, чем участок 27а.

В некоторых случаях более точного контроля скорости прохождения экструзионного материала можно также достичь посредством изменения процентного роста различных участков камеры предварительной формовки помимо изменения их длин рабочих поясков, и такое решение показано для нижней полости 29 матрицы на фиг.4. В этом случае центральный участок 33а камеры предварительной формовки 33 по-прежнему имеет рост 50%, но увеличенный участок 33b в конце камеры предварительной формовки имеет рост лишь 25%. Участок 33с на противоположном конце камеры предварительной формовки, соединяющийся с уменьшенным участком 29с полости матрицы, имеет рост 200%.

При другом подходе к вопросу участки 33а и 33b камеры предварительной формовки можно рассматривать как имеющие ширину большую, чем ширина соответствующих участков 29а и 29b полости матрицы на ту же предварительно определенную величину даже несмотря на то, что участок 29b полости матрицы шире участка 29а.

Эффект пропорционального снижения роста участка 33b камеры предварительной формовки заключается в снижении скорости прохождения экструзионного материала через этот участок камеры предварительной формовки по сравнению со скоростью прохождения через участок 33а, так что требуется меньшая длина рабочего пояска на участке 33b для получения требуемой скорости прохождения экструзионного материала через участок 29b полости матрицы. Подобным образом увеличение ширины участка 33с камеры предварительной формовки служит увеличению скорости прохождения экструзионного материала, соответствующей такому узкому участку полости матрицы. Тем самым решается возможная проблема, заключающаяся в том, что при равномерном процентном росте может быть невозможно посредством регулировки только длины рабочего пояска получить достаточную скорость прохождения экструзионного материала в камере предварительной формовки 33с, чтобы обеспечить необходимую скорость подачи материала для прохождения через участок 29с полости матрицы.

Во всех приведенных выше решениях согласно изобретению наличие камеры предварительной формовки, соответствующей по форме полости матрицы, обеспечивает большую гибкость контроля скорости прохождения экструзионного материала через матрицу, с целью создания оптимальных условий экструзии.

Положительным является то, что показанные простые формы полости матрицы являются всего лишь примером, и изобретение применимо к любой форме профиля. Например, изобретение применимо к экструзионным матрицам для экструзии полых форм. В этом случае каждая камера предварительной формовки формуется частично в охватываемой части матрицы, а частично в охватывающей части, чтобы обеспечить соединение камеры предварительной формовки со всей полостью матрицы.

В конструкциях, представленных на фиг.1-5, каждый участок камеры предварительной формовки располагается в основном симметрично соответствующему участку полости матрицы, т.е. участок камеры предварительной формовки накладывается на участок полости матрицы подобной площади на каждой стороне. Однако это не существенно, и в некоторых конфигурациях полости матрицы определенные участки полости могут располагаться так близко друг к другу, что симметрично расположенные участки камеры предварительной формовки перекрывают друг друга. При этом участки камеры предварительной формовки могут быть смещены относительно соответствующих участков полости матрицы таким образом, что они не накладываются друг на друга и поэтому по отдельности оказывают влияние на соответствующие им участки полости матрицы. Такой вариант представлен на фиг.6, 7.

На фиг.6 можно лучше увидеть, что полость 35 матрицы выполнена на одном конце для получения двух параллельно расположенных ответвлений. Ответвления 36 полости матрицы могут располагаться так близко, что если бы соответствующие участки 37 камеры предварительной формовки располагались симметрично участкам 36 полости матрицы, то они перекрывали бы друг друга, что препятствовало бы правильному контролю за состоянием в камере предварительной формовки. Соответственно, в этом случае участки 37 камеры предварительной формовки смещены относительно соответствующих им участков 36 полости матрицы для получения двух отдельных и четко определяемых участков. Каждый участок 37 камеры предварительной формовки, таким образом, может регулироваться для точного контроля потока металла в направлении соответствующего ему участка полости матрицы. Смещение участков камеры предварительной формовки не оказывает значительного неблагоприятного влияния на работу в соответствии с основами настоящего изобретения. В случае, если камеры предварительной формовки обеспечивают попадание экструзионного металла в полость матрицы с равномерной скоростью, положение камер предварительной формовки относительно полости матрицы не имеет значения.

Поскольку скорость прохождения экструзионного материала через участок матрицы увеличивается в результате сокращения длины рабочего пояска в этом участке, общую скорость проходящего через матрицу материала можно увеличить путем сокращения длины рабочего пояска на всех участках полости матрицы, в которых она имеется. В большинстве традиционных экструзионных матриц необходимо сохранять значительную длину рабочего пояска во всех участках самой полости матрицы, так как дифференцированное изменение этой длины рабочего пояска является единственным способом контроля скорости прохождения материала через разные участки полости матрицы. Настоящее изобретение, однако, обеспечивает возможность применения полости матрицы с одной (единой) длиной рабочего пояска. Соответственно, настоящее изобретение может иметь применение для полости матрицы с так называемой нулевой длиной рабочего пояска, как это отмечалось выше, и один такой вариант показан в разрезе на фиг.8.

В этом варианте пластина 38 матрицы выполнена с полостью 39 матрицы, имеющей входное отверстие 40 в форме необходимой экструзии. Стенки 41 полости матрицы имеют направленный вниз конус под углом, например 1,5°, т.е. они несколько сходятся в направлении от отверстия 40. Пластина матрицы отрезается у верхнего конца полости 39 матрицы обычным способом, как показано в точке 42.

Ввиду того, что стенки 41 имеют форму направленного вниз конуса, вследствие трения они не представляют никакой значительной преграды для металла, проходящего через отверстие 40, и металл приобретает форму исключительно при наличии углов 43 вокруг отверстия 40, и поэтому длина рабочего пояска полости матрицы в основном нулевая. Следует отметить, однако, что углы 43 должны быть гладкими для создания хорошей отделки поверхности на экструдируемом профиле. Поэтому эти углы имеют некоторый радиус, такой, что на практике длина рабочего пояска будет настолько малой, что ею можно пренебречь, т.е. фактически нулевой длиной рабочего пояска.

Как во всех вариантах настоящего изобретения, скорость прохождения экструзионного материала через отверстие 40 контролируется длиной рабочего пояска разных участков увеличенной камеры предварительной формовки на нижней стороне полости матрицы. Как описано ранее, участки камеры предварительной формовки в нижней части контрольной длины рабочего пояска 44а имеют наклон в наружном направлении, как показано в позиции 45 на фиг.8, так, что имеется незначительный риск, состоящий в том, что эти части пластины 44 камеры предварительной формовки могут оказывать формирующий эффект рабочего пояска на экструзионный материал, проходящий через это.

Другим способом увеличения общей скорости материала, проходящего через матрицу, является как можно большее сокращение длины рабочего пояска разных участков камеры предварительной формовки.

Предпочтительно, чтобы во всех ранее описанных вариантах конструкции часть длины рабочего пояска каждого участка камеры предварительной формовки находилась как можно ближе к полости матрицы. Однако изобретение не исключает вариантов конструкции, в которых длина рабочего пояска участков камеры предварительной формовки находится в нижней части относительно соответствующих участков полости матрицы. На фиг.9 представлен вариант конструкции, в котором участок 50 камеры предварительной формовки имеет нулевую длину рабочего пояска, отверстие 51, расположенное в нижней части в направлении от полости 52 матрицы с нулевой длиной рабочего пояска. Этот вариант конструкции сводит к минимуму общую длину рабочего пояска матрицы, что, таким образом, обеспечивает максимальную скорость прохождения экструзионного материала через полость.

Для сохранения контроля скорости прохождения материала через все участки матрицы только участок камеры предварительной формовки, требующий минимальной длины рабочего пояска, имеет нулевую длину рабочего пояска. Однако это обеспечивает возможность сокращения длины рабочего пояска других участков на соответствующую величину, как показано в частях описания изобретения со ссылкой на фиг.10 и 11.

На фиг.10 представлена схема варианта конструкции согласно настоящему изобретению, в котором участки 46, 47 и 48 камеры предварительной формовки имеют разные длины рабочего пояска, при этом участок 46 имеет наименьшую длину рабочего пояска. Но такой же результат можно получить путем сокращения длины рабочего пояска всех участков камеры предварительной формовки на величину, равную длине рабочего пояска наименьшего участка 46. Как показано на фиг.11, такой результат можно получить путем сокращения длины рабочего пояска камеры предварительной формовки 46 до нуля при помощи направленного вниз конуса в направлении боковых сторон камеры предварительной формовки, как показано в позиции 46а. Длина рабочего пояска других камер предварительной формовки сокращается на соответствующую величину при помощи направленного вниз конусного наклона его части с подобной длиной, как показано в позициях 47а и 48а. Поскольку длина рабочего пояска этих трех участков камеры предварительной формовки имеет такое же соотношение, скорость экструзионного материала при поступлении в пластину 49 матрицы равномерная. Однако общая скорость материала увеличивается в результате сокращения действующей длины рабочего пояска всех участков 46, 47 и 48 камеры предварительной формовки.

В вариантах конструкции, описанных выше, матрица имеет отдельную пластину матрицы и пластину камеры предварительной формовки; при этом две пластины соединяются зажимом, поверхность к поверхности. Но в некоторых случаях может быть желательно и возможно сочетание двух пластин в одной целой пластине, изготовленной с соответствующими отверстиями. Однако двухпластинная конструкция обычно предпочитается ввиду того, что это способствует коррекции длин рабочего пояска в пластине камеры предварительной формовки, а также позволяет повторно применять пластину камеры предварительной формовки в случае износа пластины матрицы, что может иметь место.

На фиг.12 показана другая ситуация, в которой предпочтение отдается варианту двухпластинной конструкции.

В некоторых случаях может быть желательно охлаждение матрицы и экструзионного материала по мере его прохождения через полость плавления. Охлаждение экструзионного материала обычно осуществляется посредством впрыскивания охлажденного инертного газа, обычно азота, в верхний участок пластины матрицы, но охлаждение самой матрицы может быть непростой процедурой. Двухпластинный вариант конструкции согласно настоящему изобретению дает возможность осуществлять такое охлаждение простым и традиционным способом, как показано на схеме, представленной на фиг.12. В этом случае основной канал 53 выполнен в пластине 54 матрицы, близко расположенной от полости 55 матрицы, а каналы 56 проходят с двух сторон от канала 53 и выходят в верхнюю часть полости матрицы. Пластина 57 камеры предварительной формовки затем закрывает канал 53. Охлажденный азот затем заканчивается под давлением в канал 53, охлаждая таким образом саму матрицу, и выводится из нее по каналам 56 для охлаждения экструзионного материала, проходящего через полость матрицы.