CN104759947B - 制造蜂房式结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造蜂房式结构的方法。该制造蜂房式结构的方法包括：提供具有在相反的第一末端与第二末端之间延伸的第一轮廓的蜂房状本体、以及在径向方向和轴向方向上朝向该第一轮廓斜切该第一末端的角部来形成第二轮廓。该方法进一步包括：在轴向方向上朝向该第二端面去除材料来形成第三轮廓、在径向方向和轴向方向上朝向该第二端面斜切该第三轮廓的角部来形成末端轮廓、以及在轴向方向上朝向该第一端面去除材料来形成第四轮廓。去除材料来形成该第四轮廓基本上去除了该第二轮廓和该末端轮廓。

Description

制造蜂房式结构的方法

本申请根据35U.S.C§119要求于2013年9月27日提交的美国临时申请序列号61/883,301的优先权权益，本申请的内容依赖于该临时申请的全部内容并且通过引用将其全文结合在此。

背景

技术领域

本披露的示例性实施例涉及多孔陶瓷蜂房式结构的制造，并且涉及例如基材和过滤器等多孔陶瓷蜂房式结构的制造。

背景技术

陶瓷蜂房式结构在发动机排气系统中被广泛用作的抗污染物装置，例如汽车中的催化转换器基材和汽油微粒过滤器(GPF)、以及柴油动力车辆中的柴油微粒过滤器(DPF)。在这些应用中，陶瓷蜂房式结构是由陶瓷腹板或壁的矩阵组成，这些陶瓷腹板或壁限定多个单元或单元通道。一个蒙皮层可以围绕腹板矩阵。在过滤器中，可以通过多个插塞来密封这些通道中的至少一些通道，以便例如迫使排气流经这些陶瓷腹板。

在这个背景部分中披露的以上信息仅用于增强对请求保护的本发明的背景的理解并且因此它可以涵盖并不形成现有技术的任何部分的信息或现有技术对本领域普通技术人员提出的建议。

发明内容

本披露的示例性实施例提供了制造蜂房式结构的方法。

本披露的额外特征将在以下的说明中阐述，并且这些特征的一部分将根据本说明是清楚的，或者可以通过实践所披露的示例性实施例来获悉。

示例性实施例披露了制造蜂房式结构的方法。该方法包括：提供蜂房状本体，该蜂房状本体包括在相反的第一端面与第二端面之间延伸的第一轮廓；并且在径向方向和轴向方向上朝向该第一轮廓斜切该第一端面的一个角部来形成第二轮廓。该方法还包括：在轴向方向上朝向该第二端面去除材料来形成延伸至该第二端面的第三轮廓，并且在轴向方向上朝向该第一端面去除材料来形成第四轮廓。

应该理解的是，以上总体说明以及以下详细说明均是示例性和说明性的并且旨在提供本披露的更多的说明。

附图说明

这些附图(这些附图被包括在内而用于提供对本披露的进一步理解并且被结合在这个说明书中且构成说明书的一部分)展示了本披露的示例性实施例，并且与本说明一起用于解释本披露的原理。

图1A是蜂房状本体和研磨轮的透视图。图1B是蜂房状本体的截面视图。

图2是蜂房状本体和研磨轮的侧视图，示出了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体的方法中的开始位置。

图3是图2的蜂房状本体和研磨轮的侧视图，示出了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体的方法中在第一末端处的斜切材料去除。

图4是图3的蜂房状本体和研磨轮的侧视图，示出了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体的方法中的轴向材料去除。

图5是图4的蜂房状本体和研磨轮的侧视图，示出了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体的方法中在第二末端处的斜切材料去除。

图6是图5的蜂房状本体和研磨轮的侧视图，示出了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体的方法中在反向位置处的研磨轮。

图7是图6的蜂房状本体和研磨轮的侧视图，示出了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体的方法中的轴向材料去除。

图8是图7的蜂房状本体和研磨轮的侧视图，示出了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体的方法中在精加工位置的研磨轮。

图9A示出了根据比较实施例在蜂房状本体的端面处的研磨轮轴向材料去除的侧视图细节。图9B、图9C和图9D示出了根据本披露的不同示例性实施例在蜂房状本体的端面处的研磨轮轴向材料去除的侧视图细节。

图10A示出了在根据本披露的示例性实施例的方法中在成型三个表面之后的蜂房状本体的侧视图。图10B示出了在根据本披露的示例性实施例的方法中在精加工成型之后图10A的蜂房状本体的侧视图。

图11A和图11B是图4的蜂房状本体和研磨轮的侧视图，示出了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体的方法中在切换反向位置处的研磨轮。图11C展示了图4的蜂房状本体和研磨轮的侧视图，示出了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体的方法中的可替代的末端轮廓。

具体实施方式

以下参照其中示出了示例性实施例的这些附图来更全面地说明本披露。然而，本披露可以通过许多不同形式来实施并且不应解释为受限于在此阐述的这些实施例。而是，提供这些实施例来使得本披露全面，并且将本披露范围完全传授给本领域技术人员。出于清晰目的，在附图中，层和区域的大小以及相对尺寸可以被夸大。附图中相似的参考号指示相似的元件。

应该理解，针对本披露的目的，“X、Y和Z中的至少一个”可以解释为仅X、仅Y、仅Z或者X、Y和Z中的两项或更多项的任何组合(例如，XYZ、XYY、YZ、ZZ)。

图1A是蜂房状本体和研磨轮的透视图。图1B是图1A的蜂房状本体的截面视图。图1A和图1B所描绘的蜂房状本体100可以是挤出的本体，该本体包括长度“L”、第一端面110、第二端面120以及第一轮廓130(侧表面)。蜂房状本体100具有一组轴向延伸的、具有长度“L”的通道140，这些通道由一组在第一端面110与第二端面120之间延伸的相交的多孔壁150限定。这些通道140如图1A和图1B所示可以具有相同的截面开放区域或者可以具有不同的截面开放区域。这些通道140可以具有例如圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、六边形或其他多边形等的截面形状，或者这些形状的组合，并且可以具有修圆的角部、方形角部或它们的组合。此外，这些相交的多孔壁150可以具有基本上恒定的厚度或者可以具有不同的厚度。例如，这些相交的多孔壁150的壁厚度可以在蜂房状本体100的外部周边130附近是较大的。作为另一个实例，这些相交的多孔壁150的壁厚度可以在围绕蜂房状本体100的轴线“A”的45°位置的区域中是较大的。

根据示例性实施例该蜂房状本体100可以具有应用在外围表面上的蒙皮层。第一轮廓130可以是一个闭合圆柱形表面，其具有的圆周大于具有蒙皮层应用于其上的所希望的外围表面。蜂房状本体100的这些通道140可以在第一端面110和第二端面120处塞住的。第一端面110可以是壁流式过滤器的入口端，该入口端具有塞在第二端面120处的多个入口通道。第二端面120可以是过滤器的出口端，该出口端具有塞在第一端面110处的多个通道。这些插塞可以是棋盘形图案或其他图案的。虽然未示出，但这些入口通道可以具有大于这些出口通道的截面面积。根据示例性实施例，该蜂房状本体可以是未经烧制或者是经烧制而形成陶瓷物品的，例如柴油基材或汽油基材、过滤器、或部分过滤器，并且可以支持催化剂，例如包括催化剂的载体涂料。

因此，在制造用于柴油或汽油基材、过滤器、或部分过滤器的多孔陶瓷基材的应用中，可能必须把挤出的蜂房状本体机加工(成型)成某种希望的形状和直径，以便为根据本披露的示例性实施例的蒙皮过程准备好它们。所希望的形状可以是圆形截面从而使得蜂房状本体具有圆柱形形状、或卵形、椭圆形、或其他形状的截面形状。有待机加工(成型)的蜂房状本体可以是未经烧制的或经烧制的、有插塞或无插塞的。

机加工(成型)蜂房状本体的方法可以使用外圆研磨机。然而，圆柱形研磨可能具有缓慢的吞吐量并且可能使蜂房状本体的边缘碎裂。为了使低吞吐量和边缘破裂最小化，已经发现和实施了根据本披露的示例性实施例的工具路径，这些工具路径使蜂房状本体能够被更快速地机加工，例如，快得如同对于大约12英寸(30厘米)直径×大约6英寸(15厘米)长的精加工零件而言当从半径去除约1英寸(2.54厘米)时需要6秒钟的切削时间，并且在从蜂房状本体半径去除基本性材料时，例如从半径总计去除约1英寸(2.54厘米)时不会导致蜂房状本体的边缘破裂。

如将在以下更详细地说明的，本披露的示例性实施例实施了梯形或部分梯形工具路径的方法。该方法可以包括使旋转的研磨轮沿着旋转的蜂房状本体的长度两次横向通过。第一次通过可以是以机器的最大进给速率或者接近该机器的最大进给速率。第一次通过是使研磨轮同时在径向和轴向上相对于蜂房状本体移动从而斜切该蜂房状本体的边缘并且可以从蜂房状本体的半径将有待去除的多数材料去除。第二次通过是使研磨轮轴向地并且优选以较慢的通过速率移动以用于进行所希望的精加工。第二次通过可以产生最终成型的产品。如之前所述的，最终成型的产品可以随后加以烧制、加以插塞、加以蒙皮等。

本披露的示例性实施例使材料去除能够变得快速而没有边缘破裂。相比较而言，当使用两次直的横移通过来去除材料时，所导致的蜂房状本体会经历边缘破裂。边缘破裂是可以通过减慢横移速度或者采取更多通过次数去除更少材料的方法来减少的，这两种方法均导致制造变慢以及效率低的零件生产。根据本披露的示例性实施例可以解决这些问题并且导致了没有边缘破裂的快速零件生产。

图2是蜂房状本体100和研磨轮201的侧视图，示出了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体的方法中的开始位置。参照图1A和图2，研磨轮201在箭头“D”指示的方向上围绕中心轴线“C”旋转。虽然旋转方向被指示为正的“D”方向，但研磨轮201也可以在负的“D”方向上旋转。电动机和轮轴(未示出)可以使研磨轮201以不同的角速度旋转，并且主轴(未示出)可以使旋转的研磨轮201在轴向方向和径向方向上相对于蜂房状本体100以不同的平移速度平移。轴向方向“Z”在图2中被指示为平行于蜂房状本体100的中心轴线“A”而径向方向“R”被指示为平行于从中心轴线“A”延伸的半径。

蜂房状本体100可以被固持在卡盘(未示出)中并且在箭头“B”指示的方向上围绕中心轴线“A”旋转。虽然旋转方向被指示为正的“B”方向，但蜂房状本体也可以在负的“B”方向上旋转。电动机(未示出)可以使卡盘和蜂房状本体100以不同的角速度旋转，并且卡盘主轴(未示出)可以使旋转的蜂房状本体100在轴向方向和径向方向上相对于研磨轮201以不同的平移速度平移。

闭合圆柱体精加工的蜂房状本体的所希望的形状和直径是通过在旋转的研磨轮201的旋转轴线“C”与蜂房状本体100之间的相对移动产生的。这种相对运动可以通过主轴在“Z”方向和“R”方向上的移动来实现。移动可以例如是在特定用于所希望的产品设计的可编程计算机(未示出)加工软件的控制之下完成的。因此，可行的是使用图1A和图2中披露的成型设定、只通过改变软件程序、即研磨轮201与蜂房状本体100之间的相对运动来生产不同的形状(圆形和非圆形)。

根据成型蜂房状本体的方法的示例性实施例，为了开始这个过程，研磨轮201可以被定位成与第一端面110间隔离开，从而使得如果研磨轮201轴向地(在“Z”方向)横移则所导致的切削将产生蜂房状本体与最终所希望的相比形状和直径相同或者略微较大。图2中示出了在成型之前相对于蜂房状本体100的开始位置。研磨轮201具有外围研磨表面203、第一侧面研磨表面210、以及用于从蜂房状本体100上去除材料的第二侧面研磨表面220。蜂房状本体100以第一角速度围绕中心轴线“A”旋转并且研磨轮201以第二角速度围绕中心轴线“C”旋转。

根据本方法的示例性实施例，研磨轮201在轴向上朝向蜂房状本体100横移直到第一侧面研磨表面210接触该第一端面110或者到达逼近的邻近位置(几乎触及)。参照图3，研磨轮201的平移运动在这个点将改变成斜线运动，这种斜线运动由轴向移动分量和径向移动分量同时构成以便从蜂房状本体100上去除材料，从而在第一端面110处以方向“E”朝着第一轮廓130斜切角部以便形成第二轮廓301。图3是蜂房状本体100和研磨轮201的侧视图，示出了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体100的方法中在第一端面110处斜切材料去除。

虽然这个运动被描述为研磨轮201移动，但本披露并不限于这样，也就是说，蜂房状本体100可以移动，并且此外，研磨轮201和蜂房状本体100均可以移动。如所述的，正是研磨轮201到蜂房状本体100的相对运动产生了所希望成型的蜂房状本体形状和直径。

转向图4，根据本方法的示例性实施例，研磨轮201到达径向位置，这个径向位置可以大致等于最终希望的半径加上精加工路径深度，然后这个研磨轮201可以停止径向运动而继续轴向运动。图4示出了在成型蜂房状本体100的方法中以方向“F”朝第二端面120轴向材料去除以便形成第三轮廓401。

一旦第一侧面研磨表面210离开蜂房状本体100，也就是说，刚好延伸超过第二端面120，则这个研磨轮201的运动再次切换成轴向运动与径向运动组合的协调运动，以便产生退刀倒角。图5是蜂房状本体100和研磨轮201的侧视图，示出了在第二端面120处斜切材料去除从而形成末端轮廓501。图5通过箭头“G”展示了产生末端倒角501的研磨轮201组合了轴向运动与径向运动的协作运动方向。成形该末端倒角501对于在全部外观上避免边缘破裂而言可能不是必要，但可以包括在本方法中以使得一旦研磨轮201已离开蜂房状本体100就消除研磨轮201相对于蜂房状本体100的运动。参照图11A，当从本方法中去除了形成这种末端倒角501时，研磨轮201继续轴向地(由箭头“F”指示的方向)移动直到该研磨轮离开蜂房状本体100，也就是说，直到第二研磨侧面220已延伸超过第二端面120。在这个实施例中，第三轮廓401与第二端面120相遇处的角部401a可能会碎裂。这样的碎裂可以在随后将蜂房状本体100研磨成最终希望的直径和形状的过程中去除。图11A和图11B示出了研磨轮201离开蜂房状本体100时该研磨轮径向地平移到准备好进行精加工通过的位置，并且使方向反向以用于在箭头“H”指示的方向上精加工通过。图11C展示了在根据本披露的示例性实施例成型蜂房状本体的方法中成形替代的末端轮廓501a。在成形替代的末端轮廓501a中，研磨轮201可以在由箭头“G’”指示的组合的轴向方向和径向方向上相对于蜂房状本体100移动。

回到图6，在成形该末端轮廓501之后，研磨轮201继续在径向和轴向上移动直到这个外围研磨表面203与蜂房的中心轴线“A”之间的距离等于所希望的最终蜂房状本体的半径。与未成形该末端倒角(图11A和图11B)或成形替代末端轮廓501a的替代实施例相比，通过成形该末端倒角，该研磨轮201更接近针于对形成该加精工轮廓所准备的反向位置。一旦研磨轮201到达最终的蜂房100的径向距离，研磨轮将在由箭头“H”指示的方向上朝该第一端面110横移经过如图7所示的蜂房状本体100的长度。当成形该第四轮廓时，研磨轮201可以基本上去除末端轮廓501而无需从第二端面120去除剩余材料。可替代地，研磨轮201在成形第四轮廓时可以在邻近第二端面120的区域中留下该末端轮廓501的一部分。末端轮廓的剩余部分可能是所希望的末端倒角的边缘。这个末端倒角的边缘可以延伸从0.001”(25.4微米)到0.020”(508微米)，例如从0.002”(50.8微米)到0.010”(254微米)，或者甚至从0.004”(102微米)到0.008”(203微米)。

图7示出在本方法的示例性实施例中在朝向第一端面110的方向上轴向材料去除以形成第四轮廓701。第四轮廓701可以是蜂房状本体100的最终精加工的外部周边。如以上所述，蜂房状本体100的最终精加工的外部周边可以随后加以蒙皮。图8示出了在根据示例性实施例成型蜂房状本体100的方法中在精加工位置处的研磨轮201。

如图9A所示，通过减少该研磨轮12在一次通过中对蜂房状本体10的切削量(径向材料去除)，在一个比较性实施例中就可以使在第一端面11处从蜂房状本体10去除的切层13的尺寸减小，由此该蜂房状本体10可能是满意的。然而，图9A中所示的方法可能需要大量切削操作(研磨轮201在增量半径上轴向通过)直到蜂房式结构11具有所希望的外径，由此增加了加工时间。

图9B、图9C和图9D示出了根据本披露的不同示例性实施例在蜂房状本体的端面处研磨轮轴向材料去除的侧视图细节。图9B描绘了研磨轮201成形第四轮廓701。当研磨轮201在箭头“N”指示的方向上轴向地平移时，第四轮廓701将沿箭头“Na”延伸。根据图9B所示的示例性实施例，成形该第四轮廓701以形成最终希望的外径和形状就可以无需从第一端面110去除剩余材料地去除第二轮廓301和第三轮廓401。

图9C描绘了根据另一个示例性实施例研磨轮201成形第四轮廓701。当研磨轮201在箭头“P”指示的方向上轴向地平移时，第四轮廓701将沿箭头“Pa”延伸。根据示例性实施例成形该第四轮廓701以形成最终希望的外径和形状就可以去除大部分的第二轮廓301和第三轮廓401，同时无需从第一端面110去除剩余的材料地留下第二轮廓部分301a。这样的第二轮廓部分301a可以是希望的倒角的边缘。第二轮廓部分301a可以延伸从0.001”(25.4微米)到0.020”(508微米)，例如从0.002”(50.8微米)到0.010”(254微米)，或者甚至从0.004”(102微米)到0.008”(203微米)。

图9D示出根据另一个示例性实施例研磨轮201成形第四轮廓701。当研磨轮201在箭头“Q”指示的方向上轴向地平移时，第四轮廓701将沿着箭头“Qa”延伸。根据示例性实施例成形该第四轮廓701以形成最终希望的外径和形状就可以去除第二轮廓301、第三轮廓401和第一端面部分110a。第一端面部分110a可以延伸从0.001”(25.4微米)到0.020”(508微米)，例如从0.002”(50.8微米)到0.010”(254微米)，或者甚至从0.004”(102微米)到0.008”(203微米)。

图10A示出以根据本披露的示例性实施例的方法成型三个表面之后的蜂房状本体100。图10B示出以根据本披露的示例性实施例的方法精加工成型之后图10A的蜂房状本体100。

根据不同的示例性实施例，研磨轮201可以通过如所描述的使研磨轮201在径向上和轴向上相对于蜂房状本体100快速地平移来机加工出该第二轮廓、第三轮廓和末端轮廓，接下来使研磨轮201如所描述的相对于蜂房状本体100以较慢的速率轴向地平移来机加工出该第四轮廓。

因此，本披露的示例性实施例使基材能够被快速地机加工至精确的直径和形状而同时消除了边缘破裂。本披露的示例性实施例描述了一种方法，该方法使用协调运动来在基材末端上产生倒角，同时用第一次通过将大多数材料去除，然后用到最终的直径和形状的最终的轴向横移通过来完成该零件。

本领域普通技术人员清楚的是，在所披露的示例性实施例中可以做出不同的修改和变体而不会背离权利要求书的精神或范围。因此，预期的是本权利要求书覆盖本披露的修改和变体，只要这些修改和变体都在权利要求书和它们的等效物范围之内。

Claims (18)

1.一种制造蜂房式结构的方法，该方法包括：

提供蜂房状本体，该蜂房状本体包括在相反的第一端面与第二端面之间延伸的第一轮廓；

同时在径向方向和轴向方向上朝向该第一轮廓斜切该第一端面的角部来形成第二轮廓；

在轴向方向上朝向该第二端面去除材料来形成延伸至该第二端面的第三轮廓；以及

在轴向方向上朝向该第一端面去除材料来形成第四轮廓。

2.如权利要求1所述的制造蜂房式结构的方法，其中这种提供包括提供未经烧制的蜂房状本体。

3.如权利要求1所述的制造蜂房式结构的方法，其中这种提供包括提供经烧制的陶瓷蜂房状本体。

4.如权利要求1所述的制造蜂房式结构的方法，其中去除材料来形成该第三轮廓是在该第二轮廓一路延伸至该第一轮廓之前开始的。

5.如权利要求1至4中任一项所述的制造蜂房式结构的方法，其中去除材料来形成该第四轮廓包括使该第四轮廓延伸至该第一端面。

6.如权利要求5所述的制造蜂房式结构的方法，其中去除材料来形成该第四轮廓基本上无需从该第一端面去除剩余材料地去除了该第二轮廓。

7.如权利要求1至4中任一项所述的制造蜂房式结构的方法，其中去除材料来形成该第四轮廓包括使该第四轮廓延伸至该第二轮廓。

8.如权利要求1所述的制造蜂房式结构的方法，进一步包括在形成该第四轮廓之前在径向方向和轴向方向上朝向该第二端面斜切该第三轮廓的角部来形成末端轮廓。

9.如权利要求8所述的制造蜂房式结构的方法，其中去除材料来形成该第四轮廓基本上无需从该第二端面去除剩余材料地去除了该末端轮廓。

10.如权利要求8所述的制造蜂房式结构的方法，其中去除材料来形成该第四轮廓留下了该末端轮廓的至少一部分。

11.如权利要求1至4以及8至10中任一项所述的制造蜂房式结构的方法，其中斜切包括：

以第一角度方向围绕第一轴向方向旋转该蜂房状本体，

以第二角度方向围绕第二轴向方向旋转研磨轮；以及

使该研磨轮接触该蜂房状本体。

12.如权利要求11所述的制造蜂房式结构的方法，其中该第一轴向方向与该第二轴向方向是平行的。

13.如权利要求11所述的制造蜂房式结构的方法，其中该第一轴向方向与该第二轴向方向是非平行的。

14.如权利要求11所述的制造蜂房式结构的方法，其中

以该第一角度方向旋转该蜂房状本体包括以第一角速度进行旋转，以及

以该第二角度方向旋转该研磨轮包括以大于该第一角速度的第二角速度进行旋转。

15.如权利要求11所述的制造蜂房式结构的方法，其中使该研磨轮接触该蜂房状本体包括在轴向方向和径向方向的至少一个方向上使该研磨轮平移经过该蜂房状本体。

16.如权利要求15所述的制造蜂房式结构的方法，其中使该研磨轮平移经过该蜂房状本体包括使该研磨轮以第一平移速度平移来形成该第二轮廓和该第三轮廓中的至少一个轮廓，以及使该研磨轮以小于该第一平移速度的第二平移速度平移来形成该第四轮廓。

17.如权利要求11所述的制造蜂房式结构的方法，其中使该研磨轮接触该蜂房状本体包括使该蜂房状本体在轴向方向和径向方向中的至少一个方向上平移经过该研磨轮。

18.如权利要求17所述的制造蜂房式结构的方法，其中使该蜂房状本体平移经过该研磨轮包括使该蜂房状本体以第一平移速度平移来形成该第二轮廓和该第三轮廓中的至少一个轮廓，以及使该蜂房状本体以小于该第一平移速度的第二平移速度平移来形成该第四轮廓。