CN102413994A - 用于挤出陶瓷制品的支承浅盘和方法 - Google Patents

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Abstract

通过以下方式制造蜂窝体挤出体：对增塑的陶瓷形成批料材料进行挤出，形成一段长度的湿蜂窝体挤出体，将所述挤出体传输到支承浅盘，将所述浅盘和挤出体传输到干燥器，所述浅盘能够对所述湿挤出体的大于三分之一的圆周表面进行接触支承。所述挤出体由于例如在传输过程中的重力加速和/或横向加速造成的加工破坏减少。

Description

用于挤出陶瓷制品的支承浅盘和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年2月27日提交的美国申请第12/394,539号的优先权。
技术领域
本发明所揭示的方法和设备涉及技术陶瓷的制造，更具体来说，涉及陶瓷蜂窝体产品的制造，所述陶瓷蜂窝体产品可以用来例如生产用于处理内燃机废气的催化转化器和微粒过滤器的制造。
背景技术
由陶瓷形成粉末混合物制造某些陶瓷蜂窝体结构的工艺是人们已知的。使用作用力迫使增塑的混合物通过挤出模头，形成一定长度的湿挤出体，然后对所述湿挤出体进行干燥和烧制，使得挤出的混合物转化为坚固的耐火陶瓷材料。
蜂窝体结构中与挤出轴以及蜂窝体中通道取向方向横交的横截面可以是正方形或者闭合圆筒形(圆形，卵形，椭圆形，跑道形)。所述蜂窝体通道的横截面形状可以是正方形、三角形、六边形或其它的横截面形状，这些通道被薄的通道壁限定，通道密度可以为例如15-100个通道/平方厘米蜂窝体横截面积。
几何结构和材料使得陶瓷蜂窝体结构在烧制之后具有较高的强度和耐久性。但是，在工艺中早期制造的湿的蜂窝体挤出体是相当软的，在进一步加工的时候，特别是直到干燥之前，很容易受到破坏。
加工处理可能造成包括薄壁板和外皮结构的湿的蜂窝体的形状发生形状扭曲，或者特别是需要对特别大而重的挤出体段进行运输的时候，也会发生形状扭曲。另外，具有大的直径或者具有大的与挤出轴横交的锋面的挤出体段可能会受到扭曲以及蜂窝体通道结构塌缩的问题，这是因为在运输过程中，这些结构必须承受其重量，耐受上部结构的横向重量迁移。
发明概述
本文所述的方法和设备有助于防止在对湿蜂窝体挤出体进行加工过程中可能遇到的几何结构扭曲或者通道塌缩的问题。
在一个方面，本文所述的设备包括用于圆柱形蜂窝体挤出体的支承浅盘，所述挤出体是包括纵轴和圆周表面的结构。所述支承浅盘包括浅盘主体，该浅盘主体包括上表面，所述上表面具有设计用来接受所述圆柱形蜂窝体挤出体的圆周表面的凹形部分。另外，所述用来接受湿挤出体的凹形部分设计成能够对所述挤出体的大于三分之一的圆周表面进行接触支承。
在本发明的另一个方面，提供了一种制造陶瓷蜂窝体的方法。该方法包括以下步骤：通过蜂窝体挤出模头对增塑的陶瓷形成批料进行挤出，形成一段长度的湿蜂窝体挤出体，该湿蜂窝体挤出体具有纵轴和圆周表面，然后将所述一段长度的湿蜂窝体挤出体转移到支承浅盘。所述支承浅盘具有上表面，该上表面能够对所述挤出体的大于三分之一的圆周表面进行接触支承。然后将所述承载着挤出体的浅盘传输到干燥器，所述挤出体在支承在干燥器浅盘上的情况下进行干燥。
通过对加工应力的影响的计算机动态模拟可以预测和证实，由于使用本发明所述的方法和设备，可以减少蜂窝体受到的破坏。这些模拟表明，由这些浅盘支承的蜂窝体挤出体受到的增加的圆周支承能够显著减少湿原木状块料表面上的局部接触压力以及原木状块料结构内的应力水平，这有助于减小挤出体从挤出机运输到干燥器过程中，蜂窝体通道发生塌缩或者扭曲的可能性，有效地解决了迄今为止人们尚未认识到的较大的蜂窝体形状中横向加速对重力孔扭曲和塌缩的影响。因此，通过采用所述的方法和设备，减少了湿挤出体的加工破坏，从而可以提高陶瓷蜂窝体产品的产率。
附图简述
下面结合附图进一步显示了本发明的方法和设备，图中：
图1显示了常规的支承浅盘以及其上支承的一段长度的蜂窝体挤出体的示意图；
图2是置于现有技术的支承浅盘上的一段蜂窝体挤出体的端面示意图；
图3是置于本发明的支承浅盘上的一段蜂窝体挤出体的端面示意图；
图4显示了由于现有技术的支承浅盘的横向加速造成的挤出体变形；
图5显示了由于本发明的支承浅盘的横向加速造成的蜂窝体挤出体变形。
发明详述
尽管本发明所述的方法和设备适合用于很多不同的制造环境和生产线设置，当从挤出机切割下较长的湿蜂窝体挤出体段(记作“原木状块料”)，并进行运输和干燥的时候，本发明的方法和设备能够提供特殊的优点。因此，以下描述频繁地描述这些原木状块料的生产和加工，特别是包括具有圆形的圆柱体横截面的原木状块料，但是本发明所述的方法和设备不限于此。
图1显示的是适合用来支承一段长度的挤出体，例如原木状块料12，用来将其运输到干燥器的支承浅盘10的示意图，此图不是按照实际比例绘制的。通常的浅盘的特征包括轴向长度(a)和横截面14，所述横截面14显示出凹形部分16，所述凹形部分限定了支承表面18，该表面设计用来支承原木状块料12。图1的轴19限定了一段挤出体形成的原木状块料12的纵轴，该轴平行于挤出方向，平行于该段挤出体中的蜂窝体通道的取向。
本文所述的支承浅盘的一个特征是所述湿的原木状块料的圆周表面的多大的比例能够被所述凹形支承表面接触支承。所述浅盘的具体实施方式包括其中凹形浅盘表面设计用来对挤出体的大于40％的圆周表面进行接触支承，在一些实施方式中，甚至对挤出体的圆周表面的大于45％进行接触支承。
在所述浅盘的其它的实施方式中，对所述挤出体段的足够的支承包括：所述凹形部分沿着接触线与所述挤出体的圆周表面直接相邻，由所述挤出体的纵轴测量，所述接触线所对的角度大于120度。更优选的，从所述挤出体的纵轴测量，所述接触线所对的角度大于120度但是小于180度。
如图2和图3所示，在传输过程中，所示的浅盘为挤出体提供了更大程度的圆周支承。图2显示了具有圆形横截面的一段挤出体22的端面示意图，所述挤出体在现有技术设计的支承浅盘20的凹形上表面28上接触支承。图3是同样具有圆形横截面的一段挤出体32的端面示意图，该挤出体32在本发明的支承浅盘30的凹形上部支承表面38上接触支承。其中浅盘20为挤出体段22提供很少的横向和圆周支承，而挤出体段32的大于40％的圆周表面与浅盘30的凹形上部支承表面接触，并被该浅盘30的凹形上部支承表面支承。
对于图2所示的具有圆形横截面的挤出体，所述挤出体的直径使得浅盘20的凹形上部支承表面28的深度远远小于挤出体22的半径R。另一方面，参见图3，浅盘30的凹形上部支承表面38的深度近似等于挤出体的半径R，而支承表面38的共形的形状使得挤出体段32圆周表面的大得多的比例可以被支承。
通过计算机动态模拟研究加速对各种增塑的挤出体组合物的各种尺寸、密度和塑变性特征的蜂窝体结构的影响，该研究有助于理解加速作用如何对蜂窝体形状扭曲造成影响。也可以对以下的加速影响进行评价，所述加速影响包括与浅盘支承表面紧邻的挤出体区域内蜂窝体通道结构的扭曲和塌缩。
图4是用具有现有技术常规浅盘设计的浅盘支承表面轮廓40支承的模拟蜂窝体挤出体42的动态模拟输出结果。该情况反映了在1G的垂直重力加速度条件下，施加0.5G的横向加速度造成的模拟挤出体形变，该加速用模拟挤出体42轮廓内重叠的主体作用力图来表示。由于这些加速造成的挤出体圆形周边形状的形变在图4的浅盘-挤出体接触区域44内是最普遍的。区域45还容易由于横向加速和重力加速的组合作用造成蜂窝体通道的扭曲和/或塌缩。
图5显示了动态模拟输出结果，但是在此情况下针对的对象是模拟的用本发明设计的浅盘支承表面轮廓50支承的蜂窝体挤出体52。从图5可以看到，浅盘轮廓50的构型使得支承表面可以对模拟挤出体52的大于45％的圆周表面进行接触支承。其它的模拟变量，例如蜂窝体结构以及挤出体的塑性与图4的模拟相同。
在模拟受到相同的0.5G的横向加速和1G的重力加速之后，图5显示挤出体52的挤出体接触区域54发生的形状扭曲明显小于图4的挤出体段42。另外，模拟结果表明，模拟的挤出体52的蜂窝体区域55内的蜂窝体通道的扭曲和/或塌缩程度要小得多。
模拟结果表明，即使对于具有较低弹性模量和屈服强度的挤出体，例如用于陶瓷蜂窝体生产的那些挤出体，通过增大挤出体的圆周支承程度可以显著减少干燥的蜂窝体内形状缺陷的发生。在组合施加重力加速和横向加速的情况下，所述改良的支承表面不仅减少了圆周形变，而且还减少蜂窝体通道的形变和塌缩，使得蜂窝体结构能够耐受在自动化挤出体加工系统中增大的作用力。
在根据本发明一些实施方式的设计用来支承原木状块料浅盘中，或者其他挤出体(其具有与纵轴横交的圆形的横截面)中，例如如图3所示，限定支承表面的凹形部分限定了圆形的弧。在设计用于支承原木状块料或者具有卵形或椭圆形横截面的其他挤出体的浅盘中，所述凹形部分限定了卵形或椭圆形的弧线。对于其它的选择的原木状横截面，所述凹形部分设计成与挤出体圆周表面被支承部分的形状相匹配。
在一些实施方式中，需要在对挤出体进行干燥加工的时候对所述挤出体进行支承，所述浅盘由能够耐受干燥器内的条件的材料制造。干燥方法的一些选择包括对挤出体进行介电加热或者微波加热，在一些实施方式中，所述浅盘主要由具有低介电损失的一种或多种材料制造。合适的低损失材料的例子包括结合的氧化铝和铝硅酸盐纤维材料。
用来实施本发明的蜂窝体制造方法的浅盘的各种实施方式是通过对被加工的挤出体的圆周尺寸、制造中采用的具体制造环境和原木状块料运输系统进行选配而制造的。在这些方法的一些实施方式中，将浅盘传输到干燥器的步骤可以包括沿着与挤出体纵轴横交的方向测量，对挤出体支承浅盘施加不显著大于0.1G的横向加速度。在这些情况下，浅盘为挤出体提供的支承仅仅略微大于挤出体可用的圆周表面的三分之一。另一方面，当将浅盘传输到干燥器的步骤包括对挤出体施加大于0.25G，甚至大于0.4G的横向加速度的情况下，可能需要对等于或大于40％的挤出体圆周表面进行接触支承。
当对具有大的直径或者大的与挤出体纵轴横交的横截面的挤出体进行加工的时候，可能需要更大的圆周支承以耐受横向加速负荷。例如，当挤出体的最小直径大于25厘米以及/或者预期横向加速负荷等于或大于0.5G的时候，可以使得浅盘为等于或大于45％的挤出体圆周表面提供接触支承。
总之，如以上的实施例以及附图所示，所述的浅盘设计和方法可以有效地最大程度减小由于材料加工系统中遇到的横向作用力条件下由于重力引发的塌缩造成的部件扭曲。因此可以显著避免在加工过程中产生的几何缺陷，这些几何缺陷原本可能导致部件不合格，或者需要从干燥的挤出体除去有缺陷的表面材料，相应的减小机械加工的部件的可用的直径。
尽管以上的描述提供了能够更有效而经济地制造蜂窝体的方法和设备，但是应当理解，这些实施例仅仅是用于具体说明，可以在所附权利要求书范围内，出于类似的目的，对所述的方法和设备采用其它的实施方式。

Claims (16)

1.一种用于具有纵轴和圆周表面的圆柱形蜂窝体挤出体的支承浅盘，所述浅盘包括：
浅盘主体，该主体具有包括凹形部分的上表面，所述凹形部分设置成用来接受所述圆柱形蜂窝体挤出体，能够对大于三分之一的所述挤出体的圆周表面进行接触支承。
2.如权利要求1所述的浅盘，所述凹形部分设置成能够对大于40％的所述挤出体的圆周表面进行接触支承。
3.如权利要求1所述的浅盘，其特征在于，所述凹形部分设置成能够对大于45％的所述挤出体的圆周表面进行接触支承。
4.如权利要求1所述的浅盘，其特征在于，所述浅盘主体具有轴向长度，在垂直于所述轴向长度方向的横截面内，所述凹形部分限定了圆弧。
5.如权利要求1所述的浅盘，其特征在于，所述浅盘主体具有轴向长度，在垂直于所述轴向长度方向的横截面内，所述凹形部分限定了卵形或椭圆形弧的一部分。
6.如权利要求1所述的浅盘，其特征在于，所述凹形部分的很大一部分设置成与挤出体的圆周表面的支承部分的形状相匹配。
7.如权利要求1所述的浅盘，其特征在于，所述凹形部分沿着接触线与所述挤出体的圆周表面直接相邻，由所述挤出体的纵轴测得，所述接触线所对的夹角大于120度。
8.如权利要求7所述的浅盘，其特征在于，从挤出体的纵轴测得，接触线所对的夹角小于180度。
9.如权利要求1所述的浅盘，由具有低介电损失的至少一种材料制造。
10.如权利要求9所述的浅盘，由结合的氧化铝或铝硅酸盐纤维制造。
11.一种制备蜂窝体结构的方法，其包括以下步骤：
通过蜂窝体挤出模头对增塑的陶瓷形成批料材料进行挤出，形成一段长度的湿蜂窝体挤出体，该挤出体具有纵轴和圆周表面；
将所述一段长度的湿蜂窝体挤出体传输到支承浅盘，所述浅盘具有上表面，能够对大于三分之一的所述挤出体的圆周表面进行接触支承；
将承载所述挤出体的支承浅盘传输到干燥器；以及
在所述挤出体被支承在支承浅盘上的情况下，对所述挤出体进行干燥。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在将所述浅盘传输到干燥器的过程中，对所述挤出体施加大于0.25G的横向加速度，所述横向加速度与所述挤出体的纵轴横交。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在将所述浅盘传输到干燥器的过程中，对所述挤出体施加大于0.25G的横向加速度，所述横向加速度与所述挤出体的纵轴横交，所述圆周表面的直径大于25厘米。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在将所述浅盘传输到干燥器的过程中，对所述挤出体施加大于0.4G的横向加速度，所述横向加速度与所述挤出体的纵轴横交。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述挤出体的与挤出轴横交的最小直径至少为25厘米。
16.如权利要求11所述的方法，该方法还包括对干燥的挤出体进行烧制，形成选自堇青石、钛酸铝和碳化硅的陶瓷。
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