CN100436106C - 蜂窝状挤压成形用口承及其制造方法 - Google Patents

蜂窝状挤压成形用口承及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种蜂窝状挤压成形用口承及其制造方法，其形成单元的隔壁是薄壁，单元密度因部位而异，即使在较小的蜂窝状结构体上亦可赋予更高的尺寸精度和强度。口承(20)具有导入成形原料用的里孔(16)和挤出成形原料用的狭缝(12、14)，用于挤压成形蜂窝状结构体。口承(20)由内侧部(22)、外周部(24)及最外周部(26)构成，设于外周部(24)上的狭缝(14)的宽度比设在内侧部(22)上的狭缝(12)的宽度大，且外周部及内侧部的狭缝(12、14)的表面粗糙度(Ra)为0.1μm以下、或外周部及内侧部的狭缝(12、14)的表面粗糙度(Ra)超过0.1μm的情况下，内侧部(22)的狭缝表面粗糙度(a)与外周部(24)的狭缝表面粗糙度(b)的关系为0.1＜a/b＜10。

Description

蜂窝状挤压成形用口承及其制造方法
技术领域
本发明涉及蜂窝状挤压成形用口承及其制造方法。
背景技术
以往，汽车排气净化用催化剂是其催化剂成分被载持在陶瓷制蜂窝状载体(蜂窝状结构体)的各单元的表面上，形成所谓的蜂窝状催化剂，由于其轴向强度比断面(直径)方向的高，故采用在蜂窝形载体的轴向上进行夹持的结构。这种情况下，为了防止在其轴向上夹持时，外周部破损，将外周部的单元隔壁(肋)设得比内部的厚，提高了蜂窝形载体的轴向耐压强度。
但是，最近，随着发动机的高输出化趋势，人们要求减小蜂窝状催化剂的压力损失，以及随着排气限制的强化要求有效利用整个催化剂载体，根据这种要求，开始采用不在轴向上夹持蜂窝状催化剂载体，而主要是在蜂窝状催化剂载体的外周面进行夹持的结构。这是由于排气限制的强化而增大催化剂的容积，增加了催化剂质量，故轴向夹持时夹持面积小，不能充分夹持也是引起发动机振动的原因之一。
另一方面，为了提高催化剂的净化性能，有这样一种动向，即，减薄载体的单元隔壁厚度，使蜂窝状载体的重量减轻，以减小催化剂的热容量，提高净化性能的暖机特性。
因此，单元隔壁的薄壁化，使得来自蜂窝状载体外周面的外压所引起的破坏强度有进一步降低的倾向。
另外，由于最近的排气限制更加严格，故为了改进发动机燃烧条件、提高催化剂净化性能，排气温度逐年上升，要求蜂窝状载体的耐热冲击性也严格了。
这样，由于单元隔壁的薄壁化、蜂窝状载体的外周面夹持方式的采用、以及排气温度的上升等，单元隔壁和蜂窝状外壁的厚度设定及蜂窝结构体的均衡强度提高、以及外形形状和隔壁形状的高精度化便成为大课题。
鉴于以上情况，在特愿2000-236122中提出了图9、图10所示的陶瓷制峰窝状结构体1。
上述陶瓷制蜂窝状结构体如图9所示，由形成许多分别相接邻的单元复合体的单元隔壁(肋)2，和围绕并保持着位于该单元复合体的最外周单元的外壁4构成，由利用单元隔壁2间隔成的许多贯通孔(单元)3的复合体构成。
如图10所示，上述陶瓷制蜂窝状结构体最接近外壁4的有最外周单元8，由最外周单元8连接内方第2单元9。单元隔壁2大致可分为隔壁厚度较厚的外周单元隔壁2a和隔壁厚度较薄的基本单元隔壁2b。
这样，上述陶瓷制蜂窝状结构体与既有的陶瓷制蜂窝状结构体相比，可以很好地平衡和实现压力损失的增大和耐热冲击性降低所产生的负面影响、和均衡强度的提高以及隔壁形状、蜂窝状结构体形状的高精度化所产生的正面影响的调和，可望作为汽车排气净化催化剂用载体等。
这里，挤压成形上述蜂窝状结构体时用的口承例如图1所示的制品，通常，内侧部22的狭缝宽度较窄部[例如2mil(约0.05mm)]，用磨削或金属丝放电等方法进行加工，外周部24的狭缝宽度较宽部[例如3mil(约0.07mm)]，用碳素电极放电进行加工。
但是，上述口承10由于内侧部22的狭缝宽度与外周部24的狭缝宽度不同，故仅用圆盘状砂轮进行磨削加工时，在内侧部22与外周部24的边界部附近描绘例如图5(b)所示的砂轮切深痕迹和接触弧的轨迹[图5(b)的斜线部]，在X方向的宽度较宽部的狭缝深度L1和Y方向的宽度较宽部的狭缝深度L2之间产生差异。
因此，用上述口承挤压成形的陶瓷制蜂窝状结构体如图6、图7所示，存在着在外周单元隔壁2a与基本单元隔壁2b的边界部产生线状弯曲(单元变形缺陷)30的问题。
而且，还存在着这样的问题，即，外周部24的狭缝宽度较宽部是用碳素电极进行放电加工，尤其是在制作2～3mil(约0.05～0.075mm)以下的口承时，狭缝宽度的加工精度(±2～3μm)不够，另外，磨削加工和放电加工之间的加工面的表面粗糙度存在差异，外周部24与内侧部22的表面粗糙度之比大，为10以上，故口承的挤压图形不好。
而且，上述口承10的内侧部22与外周部24的狭缝宽度不同，虽与成形原料的流动性有关，但直接进行挤压成形时，外周部24的成形速度比内侧部22的成形速度快，因此，如图8所示，会卷入图形，存在着蜂窝状构造体50容易产生不良的问题。
发明内容
本发明是鉴于这种现有技术所存在的课题而开发的，其目的在于提供一种蜂窝状挤压成形用口承及其制造方法。这种口承由于可防止线状弯曲等单元变形不良和卷入图形不良等外壁形成不良，故形成单元的隔壁是薄壁，单元密度根据位置的不同而不同，且即使在小的蜂窝状结构体上，亦可赋予更高的尺寸精度和强度。
即，本发明提供一种具有导入成形原料用的里孔和挤出该成形原料的狭缝、并挤压成形蜂窝状结构体的口承，这种口承的特点在于，在由内侧部、外周部及最外周部构成的、设在该外周部上的狭缝宽度比设在该内侧部上的狭缝宽度大，且外周部及内侧部的狭缝表面粗糙度(Ra)为0.1μm以下、外周部及内侧部的狭缝表面粗糙度(Ra)超过0.1μm的情况下，内侧部狭缝表面粗糙度a和外周部的狭缝表面粗糙度b的关系为0.1＜a/b＜10。
这时，内侧部最好设成比外侧部凹下的凹状，外周部与内侧部的狭缝宽度差最好为5～50μm。
本发明中，外周部的狭缝数以1～20为好，设在最外周部的狭缝宽度最好比设在内侧部的狭缝宽度大。
本发明中，所有的狭缝均是经切槽加工成格子状而获得的，各交点的宽度较宽部的狭缝深度之比最好为10∶7～10∶10，或宽度较宽部的狭缝深度的绝对值差小于0.2mm，所有的狭缝最好用砂轮进行磨削加工而形成。
本发明中，所有的狭缝最好由1～150μm的膜厚进行硬质被覆，以便将其分别精加工成规定的狭缝尺寸，硬质被覆以无电解镀层或CVD为好。
本发明提供一种蜂窝状挤压成形用口承的制造方法，该口承具有导入成形原料用的里孔和挤出该成形原料的狭缝，该狭缝由内侧部、外周部及最外周部构成，该口承用于挤压成形各狭缝宽度不同的蜂窝状结构体，这种口承的制造方法的特点在于，所有的狭缝均由砂轮磨削加工而形成。
本发明中，所有的狭缝均是经切槽加工成格子状而得到的，各交点的宽度较宽部的狭缝深度之比最好为10∶7～10∶10、或宽度较宽部的狭缝深度之绝对值差为0.2mm以下。
本发明中，所有的狭缝最好由1～150μm膜厚进行硬质被覆，以便将其分别精加工成规定的狭缝尺寸，硬质被覆以无电解镀怪和CVD为好。
本发明中，在用砂轮进行磨削时，最好边适宜调整砂轮的切入深度、边加工，使狭缝交点的狭缝深度达到最佳值。
如上所述，根据本发明，可提供一种蜂窝状挤压成形用口承，这种口承由于可防止线状弯曲等单元变形不良和卷入图形不良等外壁形成不良，故形成单元的隔壁是薄壁，单元密度根据位置的不同而不同，而且即使是小蜂窝状结构体，亦可赋予更高的尺寸精度和强度。
附图的简单说明
图1是表示蜂窝状挤压成形用口承的一例，图1(a)为正视图，图1(b)是图1(a)的B部之局部放大图。
图2是说明本发明的蜂窝状挤压成形用口承的磨削加工方法的图，图2(a)是示意图，图2(b)是图2(a)的主要部分放大图。
图3是表示本发明蜂窝状挤压成形用口承的一例的局部断面图。
图4是表示本发明的蜂窝状挤压成形用口承的另一例之局部断面图。
图5是既有蜂窝状挤压成形用口承的磨削加工方法的图，图5(a)是模式图，图5(b)是图5(a)的主要部分放大图。
图6是表示蜂窝状结构体的单元变形发生状态的示意图。
图7是图6的主要部分放大图。
图8是表示蜂窝状结构体的卷入图形不良的一例的轴测图.
图9是示意地表示陶瓷制蜂窝状结构体的一例的说明图，图9(a)是轴测图，图9(b)是俯视图。
图10是图9(b)的A部之局部放大图。
发明的实施形式
以下，根据附图对本发明的实施形式作详细说明。
图1是表示蜂窝状挤压成形用口承的一例的图，图1(a)是正视图，图1(b)是图1(a)的B部之局部放大图。
本发明的口承如图1所示，具有导入成形原料用的里孔16和挤出成形原料的狭缝12、14，是挤压成形蜂窝状结构体用的口承20。
上述口承20由内侧部22、外周部24及最外周部26构成，设于外周部24上的狭缝14的宽度比设在内侧部22上的狭缝12的宽度大，且内侧部及外周部中的狭缝12、14的表面粗糙度(Ra)小于0.1μm，或内侧部及外周部的狭缝12、14的表面粗糙度(Ra)超过0.1μm的情况下，内侧部的狭缝之表面粗糙度a与外周部的狭缝之表面粗糙度b的关系为0.1＜a/b＜10。
这时，如图2(a)所示，外周部24的狭缝数α以1～20为好。
本发明中，设在最外周部上的狭缝15的宽度比设在内侧部上的狭缝12的宽度大，可使蜂窝状结构体挤压成形时的成形性良好，因此是比较理想的。
这里，本发明的口承如图2(b)所示，所有的狭缝12、14都是经切槽加工成格子状而获得的，各交点的宽度较宽部的狭缝深度(L1、L2)之比为10∶7～10∶10，或宽度较宽部的狭缝深度的绝对值差(|L1-L2|)小于0.2mm较理想。
本发明的口承20最好是所有的狭缝12、14用砂轮磨削加工而形成。
本发明的口承最好是所有的狭缝12、14由1～150μm的膜厚进行硬质被覆，以便分别精加工成规定的狭缝尺寸。
上述硬质被覆虽没有什么特别限制，但以无电解镀层或CVD为好。
本发明的口承如图3所示，最好形成有台阶部18，以便内侧部22形成比外周部24凹的凹状。
这是因为，为了使挤压成形时的内侧部22的狭缝12和外周侧24的狭缝14的成形原料的挤压阻力相等，而使内侧部22的狭缝高度比外周部24的狭缝高度低，从而可使成形图形平坦，防止蜂窝状结构体的卷入图形不良(见图8)，而且容易调整成形图形，因此，可提高蜂窝状结构体的生产效率的缘故。
这时，本发明的口承最好是外周部24与内侧部22的狭缝宽度之差为5～50μm为好。
本发明的口承为图4所示，最好将内推压板40设在外周部24的狭缝14的上游侧。
这样，便可调节挤压成形时的狭缝14的成形原料的挤压速度，故可取得和图3的口承同样的效果。
下面，对本发明的口承的制造方法作说明。
本发明的口承的制造方法的主要特点是，全部狭缝都是用砂轮磨削加工而形成。
这样，即使是在制作2～3mil(约0.05～0.075mm)以下的口承时，也可充分确保狭缝宽度的加工精度(±2～3μm)，故可良好地形成口承的挤压图形。
这时，本发明的磨削方法如图2(b)所示，全部狭缝12、14均经切槽加工成格子状。
这种情况下，最好边适宜调整砂轮的切入深度、边加工，以使各交点的宽度较宽部的狭缝深度L1、L2之比为10∶7～10∶10，或宽度较宽部的狭缝深度之绝对值差(|L1-L2|)小于0.2mm。
由于以上原因，故本发明口承可防止线状弯曲等单元变形不良及卷入图形不良等外壁形成不良现象。
这样，形成单元的隔壁是薄壁，单元密度根据部位不同而不同，而且，即使是小蜂窝状结构体，也可赋予更高的尺寸精度和强度，还可以高收得率制造蜂窝状结构体，因此，可进一步降低蜂窝状结构体的制造成本。
实施例
900(Psi(单元/英寸2))、制品外径φ100用的口承(见图1)，如图2(b)所示，全部狭缝12、14用砂轮进行切槽加工而形成格子状，边适宜调整Z方向的切入深度、边磨削加工，以使各交点的X、Y方向的宽度较宽部的狭缝深度之绝对值差(|L1-L2|)小于0.05mm。
这时，分别准备了内侧部及外周部的狭缝12、14的表面粗糙度(Ra)如表1所示的口承(实施例1、2，比较例1、2)。
接着，上述口承用镀Ni方法进行包覆，形成图1(b)所示的规定的狭缝宽度[狭缝12的宽度：50μm，狭缝14的宽度：80μm(从内侧部22起约10个单元那么长)]，然后，如图3所示，将内侧部22的狭缝出口面刮入0.3mm，使内侧部22比外周部24凹下而形成凹状。
用上述口承，将滑石、陶土、矾土、水、粘结剂的混练原料挤压成形后，通过烧成，分别制作了900(Psi(单元/英寸2))的堇青石质蜂窝状结构体(参照图9、图10)，其结果示于表1。
[表1]
 外周部狭缝的表面粗糙度(μm)  内侧部狭缝的表面粗糙度(μm)   单元形成不良   外壁形成不良   评价
 实施例1  0.05  0.05   无   无   ◎
 实施例2  0.40  0.05   无   无   ○
 比较例1  0.50  0.05   有   无   ×
 比较例2  0.60  0.05   有   无   ×
(讨论)
实施例1、2，在外周部及内侧部的狭缝表面粗糙度(Ra)在0.1μm以下、或外周部及内侧部的狭缝表面粗糙度(Ra)超过0.1μm的情况下，内侧部的狭缝表面粗糙度a与外周部的狭缝表面粗糙度b的关系符合0.1＜a/b＜10的条件，故基本单元隔壁2a的变形(例如线状弯曲)和最外周单元8的变形均没有，成形图形良好，故可获得ISO强度为10kg/cm2以上的蜂窝状结构体。
比较例1、2，基本单元隔壁2a产生了变形(例如线状弯曲)，最外周单元8产生了变形。
实施例1、2，通过将狭缝出口面做成凹状，可使成形图形平坦，故可防止蜂窝状结构体的卷入图形不良(见图8)，而且也容易调整成形图形，故可提高蜂窝状结构体的生产效率。

Claims (2)

1.一种挤压成形蜂窝状结构体用的口承，具有导入成形原料用的里孔和将该成形原料挤出的狭缝，其特征在于，
设在由内侧部、外周部及最外周部构成的口承上的交叉的狭缝都是用砂轮磨削加工而形成的，该外周部上的狭缝的宽度比设在该内侧部上的狭缝的宽度大，外周部上的各狭缝交点处交叉的狭缝的磨削加工深度之比为10∶7～10∶10，或其深度的绝对值的差小于0.2mm。
2.根据权利要求1所述的挤压成形蜂窝状结构体的口承的制造方法，在用砂轮磨削时，边适宜调整砂轮的切入深度、边加工，以使狭缝交点的狭缝深度达到最佳值。
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