CN101535095B - 管状过滤器以及制造该过滤器的方法 - Google Patents

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Abstract

通过使用开口间距可变的网形金属板，该金属板在邻近排开口之间具有不同的间距，由此可减小金属过滤器的嵌套。这种过滤器的制造是变化板馈送通过设备的速率，变化冲切的速率，拉伸量，和/或板被可选地弄平的量。网形金属板用于制造汽车安全气囊充气器用的过滤器。通过横向地对齐冲切工具，在多个冲切工具上使用不同的冲切工具规格，或组合这些技术，也可减少嵌套现象。过滤器可用金属丝卷绕来提高其强度。

Description

管状过滤器以及制造该过滤器的方法
技术领域
本发明涉及具有可变开口间距使得诸开口较不可能对齐的网形金属板、紧密对齐的开口不嵌套的平金属板；并涉及制造这些金属板的方法；用这样金属板制造的过滤器，以及制造这种过滤器的方法。
背景技术
网形金属板具有各种用途，从用于消防的防火垫到用于汽车安全气囊充气器的过滤器都有其应用。可通过取金属板，冲切该金属板而形成多个狭缝，垂直于狭缝方向曳拉该金属板而使狭缝拉长，从而在板内提供开口而制造网形金属板。也可将邻近的棒焊接在规则的点上，并垂直于棒方向曳拉，以此方式制造网形金属板。制造网形金属板的另一种方法是，穿透和冷加工方法形成开口(因其最终形状的缘故，常称之为“菱形”；它们用“股线”彼此分离开)：金属板前进越过平坦底模的面，顶部锯齿状的切割模下降而形成全排的狭缝，同时，冷加工形成全排的半菱形，顶部模上升并对齐于左边(或右边)一个半菱形；然后，模具下降而开缝和冷加工形成另一个全排的半菱形，于是，在两个行程中完成了一个全排的全菱形。带有多个相随孔的板的最后长度比原始长度长，于是，板延展了且形成的开口也延展了。
因此，网形金属板制造通常使用冲切工具上的一排齿或锥以在板上形成穿孔。面向冲切工具的板侧在穿孔周围会有凹陷，而板的反面一侧会在穿孔周围有对应的突起部分，即，毛刺。当板堆叠、卷曲、卷绕或其它重叠关系放置时，规则的穿孔会使穿孔嵌套起来，毛刺的存在会使结构锁定在一嵌套的构造中。伴随于各个穿孔的毛刺还形成摩擦力增加的区域，使得网形金属板不能容易地滑动，尤其是在卷曲时与自身接触或类似板接触时尤甚。
发明内容
总的来说，本发明是用于开口间距可变的网形金属板，金属板在相邻排的开口之间具有不同的间距，金属板的制造是通过改变板馈送通过设备的速率，改变冲切的速率，拉伸量，和/或板被可选地弄平的量。网形金属板用于制造汽车安全气囊充气器用的过滤器。
在一个方面，本发明提供一种网形金属板，其中，一排穿孔相对于板的长度和相对于至少另一排穿孔垂直地布置。
在另一方面，本发明提供一种网形金属板，该金属板已经被弄平而消除了穿孔过程中造成的突出(和凹陷)，并形成具有较光滑侧面的金属板。
在又一实施例中，本发明提供一种制造具有间距可变开口的金属板的方法，该方法指示冲切工具垂直于板移动(纵向)方向。
在一实施例中，本发明提供一种具有多排开口的网形金属板，其中，邻近排之间的间距不是恒定不变的。金属板最好是弄平的。
在另一实施例中，本发明提供一种制造网形金属板的方法，该方法包括：(a)沿着板长度以离散的步骤馈送一段长度的金属板，(b)穿孔而形成成排穿孔来制造穿孔的板，(c)纵向地拉伸穿孔的板，致使穿孔拉长为开口并形成网形金属板，以及选项(d)弄平网形金属板。
本发明还提供一种汽车安全气囊充气器过滤器，该过滤器包括弄平的网形金属板，金属板具有多排开口，将该金属板卷成圆筒，并用焊缝固定，相邻排开口之间的间距在不同的邻近排之间变化。
通过使用开口间距可变的网形金属板，该金属板在邻近排开口之间具有不同的间距，由此可减小金属过滤器的嵌套。这种过滤器的制造是通过改变板馈送通过设备的速率，改变冲切的速率，拉伸量，和/或板被可选地弄平的量。网形金属板用于制造汽车安全气囊充气器用的过滤器。通过横向地对齐冲切工具，在多个冲切工具上使用不同的冲切工具规格，或组合这些技术，也可减少嵌套现象。过滤器可用金属丝卷绕来提高其强度。
附图说明
图1是制造网形金属板和用该板制造过滤器的实施例的示意图。
图2是根据本发明的过滤器的端视图。
图3A是板的一部分具有开口而在另一部分上无开口的一块板，图3B和3C是卷绕图3A中金属板形成的管。
图4A是卷起来的网形金属板，其具有两排开口，而图4B是用金属丝卷绕的4A中的物品。
具体实施方式
参照图1，根据本发明制造网形金属板是从一卷金属条带或金属板101(对于制造安全气囊充气器用的过滤器，一般地约为228.6mm(9英寸)宽，但根据设备情况，可使用任何的宽度)开始。对于安全气囊充气器用的过滤器，最好采用不锈钢材料，例如，SS304、309或310。根据网形金属板的使用环境，也可使用呈板形式提供的其它金属复合材料。
首先将该板馈送到冲压机103，冲压机中，具有多个齿或锥107的冲切工具105移动到板上，使齿刺穿金属板，然后，移走冲切工具，就像冲切操作那样。齿锥的几何形状最好彼此相同，齿锥的几何形状较佳地能在金属板内形成狭缝。根据齿锥的几何形状，齿锥的刺穿深度将确定所形成狭缝的长度；刺穿得越深，则狭缝就越长，因此，在拉伸之后，最终的结构可以越敞开。对于安全气囊充气器用的过滤器，根据安全气囊制造商的技术规格书，对于板的敞开区域，板的多孔性或过滤器所需的其它参数，将开口做成一定规格。
金属板较佳地用伺服电机(未示出)或其它机构推进，由此，可精确地控制板的纵向前进。板的前进最好以离散的步骤进行，以使板在冲切时可以静止。尽管不是优选的，但在连续移动的板上可使用带有齿的辊子。
然后，在该冲压机中形成的穿孔板被馈送到拉伸器109，在拉伸器中，不同的辊子沿着轴向方向(即，沿移动的方向)拉伸穿孔板，使得狭缝都张开成菱形的孔。(当然，也可采用六角形锥来形成六角形开口，或可用其它几何形状的锥，但狭缝形成为菱形是最普通的形状。)视频控制系统包括与运行软件的计算机控制器113相连的照相机111和可选的显示器115，该视频控制系统检查诸孔或张开区域，并可知道(参数输入到控制器之后)穿孔是否在技术规格书范围之内。尽管未予示出，但照相机最好是可移动地安装在轨道上并做成在板前进时横向于该板。照相机较佳地捕捉到全排(横向于移动方向)，更加较佳地是，邻近的几排都在其视野内。计算机软件检查开口大小和/或形状(几何形状)以确定个别开口或敞开区域(实际的或估计的或计算的)是否在规格书范围之内。可在冲切工具和拉伸器之间放置第二照相机，照相机带有类似的硬件和软件以确定最初的冲切是否在规格书范围内。为确定产品是否在技术规格书范围内所作的计算通常基于通过冲切工具所形成开口传递的光量。(合适的软件可在市场上购得，商标名为IMAGE PRO，由马里兰州的西尔弗斯普林(Silver Spring)的科学成像软件公司(Media Cybernetics，Inc.)出品。)
尽管显示为单个的冲切工具，但也可使用多个冲切工具来提供不同的穿孔间距、几何形状和/或深度。例如，两个冲切工具可以任何要求的次序或任何多次行程或循环作循环使用(例如，第一个冲切工具与第二个交替使用，或冲切次数为往常的两倍，或为往常的一半，或两次一交替等)。较佳地，至少一个冲压机横向地前后错开排列，使该冲压机形成的相邻两排彼此彼此偏离。(如本文中采用的，所谓“排”穿孔最好是横向于板的长度，但也可使冲压机相对于板的纵向方向成角度。)
视频控制系统对网形金属板产品进行光学检查，并确定该产品是否符合规格书要求。为了进展、返回或改变技术规格而变化工艺过程，需(通过计算机控制器)调整伺服电机来改变板的前进速度，以改变穿孔的纵向间距。或者，调整拉伸器来增加或减小穿孔板的拉伸量。为进一步避免邻近层的嵌套和/或当板卷起来时径向邻近开口的对齐，上述两方面都可进行调整。
提供可变间距的较佳方法是逐渐地改变板的前进速度。例如，可逐渐地增加各排之间的间距，然后，返回到原始值(例如，假定初始间距为12.7mm(500mil)，0.0254mm(1mil)地递增，直到0.381mm(15mil)，然后返回到初始间距，就像锯齿波形那样；或变化可以是正弦波形或像三角形波；或不规则形)。由于间距是可变的，嵌套可能性可大大地降低。
网形金属板可用一个或一对辊子121来弄平。板不需加压到任何很深的程度，最好是不要压缩到弄平趋向于使诸开口闭合的程度。视频控制系统照相机(或第二或第三照相机)可位于弄平步骤之后，在该情形中，应该认识到，调整弄平程度和造成的开口闭合，是达到理想开口面积而可进行调整的又一参数。弄平毛刺实现两个目的。毛刺呈现出高摩擦力接触的区域；弄平后的网形金属板若卷绕或圈拢起来可以更加容易地滑动。弄平带来增加的表面面积，由于接触面积增大，允许增加焊接电流和增强焊接强度。
在制造汽车安全气囊充气器用的过滤器过程中，有一种过滤器的几何形状是具有多孔壁的圆筒。为了制造这种装置，再继续参照图1，弄平的网形金属板切割123成单个的块125，它们放置时层叠在另一(弄平)可能有不同张开面积的网形金属板127上，通过焊机129彼此附连(最好是电焊)。连结的复合板然后卷成圆筒131，用焊机133将网板边缘固定到圆筒。为了生产出合适ID和OD(内和外直径)，将焊接好的网板圆筒135放置到阴模137内，该阴模可选地具有可移动的内壁，再将可选地可膨胀的心轴139插入圆筒的中心孔内。组合使用心轴(可选地膨胀)和模具(可选地收缩)，冷加工使圆筒形成所要求的径向几何形状和尺寸，由此，最终的过滤器达到所要求的ID和OD。
在制造这些由弄平的网形金属板多个包裹而形成的过滤器过程中，可以看到没有嵌套的穿孔。减少嵌套和消除毛刺允许在给定的径向距离内有更多的过滤器层。因此，如果设计要求特定的OD，则可提供较大的ID；同样地，特定的ID将导致较小的OD，因此装置总体上较小。嵌套的不利之处还因为径向相邻开口的嵌套引起板对齐的偏离不可能使过滤器端部(圆筒顶和/或底)尺寸超出规格书，然而，在邻近的过滤器层之间提供敞开的通道。即使邻近层内的开口几乎对齐，没有毛刺也就去除了开口对齐(一个开口的毛刺停留到相邻开口内)的倾向，因此降低了过滤能力。
弄平板的焊接强度是板未弄平达到强度的两倍。通过焊接电流由操作者调整的焊机，点焊通常是自动焊。在焊接非弄平的网形金属板时，因为毛刺区域不均匀且焊接电流流过的表面接触区域对每次焊接都会变化，所以设定固定的电流会导致焊缝不一致。如果网形金属板被弄平，则有较大的表面区域，于是，可使用较大的焊接电流。业已发现，焊接弄平的网形金属板时，双倍的焊接电流造成的焊接强度是带有毛刺板的焊接强度的两倍还多，并且焊接强度更加一致。
上述过滤器由卷成圆筒的两个网形金属板制成。在卷板过程中，可以增加一个或多个中间层，以使过滤器具有多个重复层，或各位于不同径向距离处的多个不同的中间层。例如，图2示出卷成圆筒形的过滤器的端部(或横截面)，其中，第一弄平的网形金属板201用焊缝205连结到第二弄平的网形金属板203，并从第一板开始卷板。在预定位置或预定卷板量处，织物207插在两层之间，在从预定位置径向向外的某一位置处，金属筛网209插入金属板层之间。金属板的最外层通过焊缝211附连到其自身。这样形成的过滤器具有不同材料的多个过滤层。
图3A示出网形金属板301，其具有已穿孔和网形部分303，该部分设置在没有打过孔的区域305之间。如果在实心(未穿孔)区域之后重新开始冲切，则最好逐渐地开始，使起初几个冲切工具较佳地不打穿金属板，以避免当实心区域位于要穿孔区域的下游时冲切工具将板切割成两块的趋势。板具有由原先板形成的长边L以及短边S，该短边是从较大的金属板(诸如图1所示)中切下的一部分。某些安全气囊设计要求沿特定方向引导膨胀气体流(不管是爆炸还是压缩气体，或两者的组合)。例如，幕帘式安全气囊会要求沿一直线范围引导气体。或者，安装有安全气囊组件的区域可只有一个与安全气囊流体地连通的部分。图3A中的板可以卷起来，使用连接短边的直线作为卷筒的轴线。在此情形中，长边将重叠和焊接起来以形成具有如图3B所示几何形状的过滤器，其中，过滤器的端部未穿孔，仅中心部分打孔。或者，可使用连接长边的直线作为卷筒轴线将板卷起来，这形成如图3C所示的几何形状。尽管板301显示为具有单个的穿孔部分，但也可做成由未穿孔部分分离开的多个穿孔部分(不在这些区域上冲切)，以形成如图3B所示的过滤器，但与所示的单个穿孔带相比，如图4A所示，过滤器具有两个被未穿孔区域分开的穿孔带。显然，鉴于上述实例，各个部分可以穿孔，也可留下不穿孔，板被切割和卷起来而提供管状的过滤器，该过滤器仅在预定区域具有穿孔以按照要求引导气体流。
开口的型式由冲切工具上锥的布置和作为板线性移动函数的冲切工具速率来确定。可通过对基础设计的各种修改来实现避免嵌套。如上所述，多个冲切工具具有不同布置的锥(例如，一个锥与另一个(其它多个)锥侧向地偏离)。冲切的速率可以变化以增加邻近开口之间的距离(间距)，然后，如上所述地循环回来。例如，可调整板的移动，这样，间距从原先冲切的排增加0.0254mm(一个mil)，直到分开0.381mm(15mil)为止，然后，将该过程反过来(各减小0.0254mm(一个mil))，或再从起始点开始。若给出特定过滤器的技术规格书，则可作为卷起后过滤器板的给定部分定义的圆周长的函数来改变间距，从而使径向相邻的开口不嵌套。还有一种防止嵌套的方法是横向地排列一个或多个冲切工具，使每一排与前一排侧向地偏离。还有一些其它方法，冲切工具可以前后地排列而间距一固定量，或一个方向间距一预定量，直到达到要求的偏离，然后再返回。例如，在一给定排中使用中心对中心的距离(针对开口)，下一冲切时接下来的一排可以横向地排开30％，接下来冲切再附加30％，等等，进行预定的次数，然后，返回到原始位置。如基于过滤器技术规格书所述，知道了过滤器板任何部分的位置后，就允许直接进行计算来确定开口需要如何进行改变以避免径向地邻近的开口的嵌套。可用任何一种技术或这些技术的组合来减小嵌套的可能性，包括下文中所述的技术。
还有另一个减小嵌套的方法是改变开口的大小。较佳地，通过改变冲切深度，诸如改变每隔一次、二次或要求次数的冲切后的冲切工具停止的位置，就可改变任何一排内开口的大小。当使用两个或更多个冲切工具时，每个冲切工具可设定在不同的冲切深度，和/或具有不同于其它冲切工具的锥的大小，和/或具有不同几何形状的锥。
本发明的网形金属物品可结合金属丝的缠绕。例如，穿孔板按照要求卷绕在心轴上，使端部邻接，然后，金属丝按照要求的模式围绕该穿孔基底周围缠绕。这种缠绕可加强实心(未穿孔)区域，提供斜面端，和/或部分地覆盖穿孔。金属丝的缠绕不再需要焊接板的边缘。图4B示出图4A中的装置，该装置具有三个分开的可绕金属丝的区域307。金属丝增加了装置抵抗充气爆破力的强度。其中一端显示为线圈309提供了斜面端(或近似于斜面端)的几何形状。缠绕穿孔板的金属丝可以进行烧结或铜焊，以固定这些缠绕的金属丝。当在已有的穿孔上进行缠绕时，线圈可用来进一步增加或定制有效的开口空间(即，造成的压降)以达到要求的程度。
尽管本发明特别参照安全气囊组件的过滤器进行了描述，但还有用于诸如电极这样的物品的其它用途，并可代替用在纺织安全气囊过滤器中的荷兰(Dutch)织物。由于开始时使用较薄的板，所以，可能有较小的孔，能生产出“微”网形金属。某些现有技术的穿孔金属板过滤器使用陶瓷纸的中间层作为附加的过滤层。而是，微网形金属板(足够薄以认为是箔，厚度小于0.254mm(10mil))可用来代替陶瓷纸。本发明生产的物品可用于过滤之用。
以上的描述意在说明而非限制。本技术领域内的技术人员在仔细阅读本说明书之后还会明白到各种变化、修改和添加，这意味着这种变化、修改和添加都在附后权利要求书所定义的本发明的范围和精神之内。

Claims (9)

1.一种管状过滤器，包括网形金属板，所述网形金属板具有多排开口，当所述网形金属板在自身上卷绕时，所述多排开口布置成减小嵌套，所述网形金属板卷绕成管，并经焊接而固定其管状取向，其中：
(a)所述网形金属板形成为单块；
(b)所述多排开口之间的间距、所述开口的大小、以及所述开口的几何形状中的至少一种是变化的，以在所述网形金属板在自身上卷绕时减小嵌套。
2.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述多排开口之间的间距作为由卷绕起来的过滤器的所述网形金属板的相应部分定义的周长的函数而变化，以使径向邻近的开口不嵌套。
3.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述网形金属板包括没有开口的区域。
4.如权利要求1、2或3所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器是汽车安全气囊的过滤器。
5.一种制造过滤器的方法，该方法包括：
(a)提供具有宽度和轴线的金属板；
(b)在所述金属板内形成狭缝并沿所述金属板轴线方向拉伸所述狭缝，以形成具有多排开口的网形金属板；
(c)从步骤(b)中形成的所述网形金属板中切割出较小的网形金属板；
(d)步骤(c)中所述较小的网形金属板在自身上卷绕而形成管；以及
(e)用焊缝固定步骤(d)的所述管；
其中，在步骤(b)中，所述多排开口之间的间距、所述开口的大小、以及所述开口的几何形状中的至少一种是变化的，以在所述较小的网形金属板在自身上卷绕而形成管时减小嵌套。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多排开口之间的间距作为由卷绕起来的所述较小板的相应部分定义的周长的函数而变化，以使径向邻近的开口不嵌套。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述金属板以可变的速率馈送，以改变所述多排开口之间的间距。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述较小的网形金属板包括没有开口的区域。
9.如权利要求5、6、7或8所述的方法，其特征在于，所述过滤器是汽车安全气囊过滤器。
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