CN108290312A - 用于挤出蜂窝体的设备、组装设备的方法以及制造蜂窝体的方法 - Google Patents

Abstract

提供了通过模头挤出陶瓷前体批料从而形成蜂窝状挤出物(100)的挤出设备(200)和方法以及设备组装方法。设备包括：挡料圈装置(202)，该挡料圈装置包括锥形内开口，所述锥形内开口构造为汇集来自上游挤出硬件下游的批料，其中，挡料圈装置(202)的内表面(318,320)不包括破坏批料流的凹穴或突起；设置在所述挡料圈装置(202)上的弯曲控制装置(204)，所述弯曲控制装置包括由挡板(S1‑S4)限定的孔(414)，用于通过调节所述挡板(S1‑S4)来控制由批料流动通过所述模头形成的所述蜂窝体挤出物(100)的弯曲；以及设置在所述弯曲控制装置(204)上的边缘流动控制装置(206)，所述边缘流动控制装置包括边缘板(816)，所述边缘板构造为突出进入所述批料以控制批料流入所述模头外周的边缘流动。

Description

用于挤出蜂窝体的设备、组装设备的方法以及制造蜂窝体的 方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年11月20日提交的系列号为62/258,148的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。

背景

技术领域

本公开的示例性实施方式涉及用于挤出蜂窝体的设备、组装设备以挤出蜂窝体的方法以及制造蜂窝体的方法。

背景技术

蜂窝体可以用于各种应用，例如流体清洁或分离。内燃机废气的后处理可以使用负载在高表面积基材上的催化剂，在柴油发动机和一些汽油直喷式发动机的情形中，可使用过滤器或催化过滤器来去除颗粒。在这些应用中，过滤器和催化剂载体可以是耐火、耐热冲击的，在一系列pO₂条件下稳定，与催化剂体系无反应性，并且对废气流的阻力低。多孔陶瓷流通型蜂窝基材和壁流式蜂窝过滤器可用于这些应用中。

陶瓷蜂窝体结构的制造可通过以下方法完成：使陶瓷粉末批料混合物增塑；通过蜂窝挤出模头挤出混合物以形成蜂窝状挤出物；以及切割、干燥和焙烧挤出物以生产高强度和热耐久性的陶瓷蜂窝体。由此生产的陶瓷蜂窝体被广泛用作机动车排气系统中的陶瓷催化剂载体，并作为催化剂载体和壁流式颗粒过滤器用于去除柴油发动机废气中的烟灰和其它颗粒。

在商业上成功地用于陶瓷蜂窝体制造的工艺中，一些工艺利用大型同向旋转双螺杆挤出机来混合和挤出陶瓷蜂窝状挤出物。也可使用单螺杆挤出机。柱塞式挤出、压制、铸造、喷涂和三维印刷是陶瓷蜂窝体制造的其它工艺。

背景部分中公开的上述信息仅用于增强对本公开背景技术的理解，并且因此可能含有不构成现有技术任意部分的信息或现有技术对本领域普通技术人员的可能启示。

发明内容

本公开的示例性实施方式提供了用于挤出蜂窝体的设备。

本公开的示例性实施方式还提供了一种组装用于制造蜂窝体的设备的方法。

本公开的示例性实施方式还提供了一种制造蜂窝体的方法。

本公开的其它特征将在下文的说明中阐述，且部分会由说明而变得显而易见或者可以通过实践本公开而习得。

一示例性实施方式公开了一种挤出设备，其将增塑陶瓷前体批料通过模头挤出以形成蜂窝体挤出物。所述设备包括：挡料圈(tail ring)装置，其包括锥形内开口，该锥形内开口构造为汇集来自上游挤出硬件下游的批料。所述设备包括：设置在所述挡料圈装置上的弯曲控制装置，并且所述弯曲控制装置包括内批料流动开口以及通过挡板限定的孔，所述弯曲控制装置构造为接收来自挡料圈的批料，并且构造为控制所述蜂窝体挤出物的弯曲。所述设备还包括设置在弯曲控制装置上的边缘控制装置，并且所述边缘控制装置包括：批料流动开口，用于接收来自弯曲控制装置的批料；以及边缘板，其构造为突出进入到批料中以控制批料流动到模头周边的边缘流动。

另一实施方式公开了一种组装设备以在轴向方向挤出蜂窝体的方法。所述方法包括：将模头连接至边缘控制装置、弯曲控制装置和挡料圈以形成组件，并且将转换环连接至挡料圈装置。所述挡料圈装置包括：构造为汇集来自上游挤出硬件下游的批料的锥形内开口。转换环包括凹穴，所述凹穴通过构造为接合夹紧工具的径向突起来限定。所述方法还包括将转换环与夹紧工具接合，并且将与组件连接的夹紧工具和挡料圈装置滑动到挤出机前端的套筒中。所述方法还包括使夹紧工具与转换环脱离，并从挡料圈装置上移除转换环。

另一示例性实施方式公开了一种制造蜂窝状挤出物的方法。所述方法包括：向挡料圈装置上游的增塑批料提供压力，通过由挡料圈装置的锥形内径所限定的开口来汇集批料，批料流动通过挡料圈装置下游的弯曲控制装置的孔，通过对孔进行调节来控制蜂窝状挤出物的弯曲；批料流动通过弯曲控制装置下游的边缘流动控制装置的开口，并且通过调节边缘板位置控制蜂窝挤出模头上游的批料外周进料，批料通过模头挤出以形成蜂窝状挤出物。所述方法中的汇集(funnel)不包括批料沿着锥形内径流动的死区。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例和说明性的，并且旨在对本发明提供进一步解释。

附图简要说明

包含的附图用于进一步理解本公开，附图纳入本说明书中并构成本说明书的一部分，附图例示了本公开的示例性实施方式，并且与说明书一起用来解释本公开的原理。

图1显示了示意性的挤出蜂窝体，其具有通过模头从同一批料同时挤出的基质和外皮，提供了根据本公开的示例性实施方式的挤出成形蜂窝体。

图2呈现了根据本公开示例性实施方式的蜂窝挤出设备的分解透视图。

图3显示了垂直于蜂窝状挤出物的纵向轴线的示意性截面图和根据本公开示例性实施方式的图2中蜂窝挤出设备的挡料圈装置的透视图。

图4A是根据本公开示例性实施方式的图2中的蜂窝挤出设备的弯曲控制装置的透视图。图4B是移除了盖板的图4A的弯曲控制装置的透视图，并且图4C是根据本公开示例性实施方式的图4A的弯曲控制装置的截面图。图4D是根据本公开示例性实施方式的图4A的弯曲控制装置的挡板的详细图。

图5是根据本公开示例性实施方式的图4A的弯曲控制装置的底座环的透视图。

图6是根据本公开示例性实施方式的图4A的弯曲控制装置的盖板的上游表面和下游表面的透视图。

图7是根据本公开示例性实施方式的图4A的弯曲控制装置的截面详细图。

图8A是根据本公开示例性实施方式的图2中的蜂窝挤出设备的边缘控制装置的透视图。图8B是移除了盖板的图8A的边缘控制装置的透视图，并且图8C是根据本公开示例性实施方式的图8A的边缘控制装置的截面图。

图9是根据本公开示例性实施方式的图8A的边缘流动控制装置的支撑环的透视图。

图10是根据本公开示例性实施方式的图8A的边缘流动控制装置的截面详细图。

图11是根据本公开示例性实施方式的移除了边缘板的图8A的边缘流动控制装置的局部透视截面详细图。

图12显示了根据本公开的示例性实施例的挤出机前端组件和套筒的透视图和侧视图，所述套筒容纳并支撑硬件装置以控制挤出机前端处的挤出过程。

图13A是根据本公开示例性实施方式的图2中构造为与蜂窝挤出设备的挡料圈装置连接的转换环的透视图。图13B是构造为滑动到与挡料圈装置连接的转换环的开口中的夹紧工具的透视图，并且图13C是根据本公开示例性实施方式构造为与连接至挡料圈装置的转换环接合的夹紧工具的透视图。

图14是显示根据本公开示例性实施方式从套筒中移出图2中的蜂窝挤出设备的方法示意图。

具体实施方式

应理解，出于本发明的目的，“X、Y和Z中的至少一个”可被解释为仅X、仅Y、仅Z或两个或多个项目X、Y和Z的任意组合(例如，XYZ、XYY、YZ、ZZ)。

本文中所用“挤出物”是指批料通过模头挤出以形成其间具有通道的轴向延伸的交叉壁。通道可以具有各种形状的均匀或变化的水力直径的截面，如矩形(方形)、六边形、其它多边形、圆形、椭圆形、其它曲线形状等，以及它们的组合。挤出可以是连续工艺，如螺杆挤出机、双螺杆挤出机等，或者是非连续工艺，例如柱塞式挤出机等。在挤出机中，挤出机模头可以相对于挤出机料桶的排料口，例如在所述料桶的末端处相连。在挤出模头之前可以有其它结构，例如大体上敞开的腔、筛网/均化器等，以便于在批料到达挤出模头之前形成稳定的塞式流动前端。

挤出物通常具有沿轴向延伸的共挤出的整体形成的外周表面(外皮)。本文中称为挤出物轮廓的挤出物外周可以具有对称或不对称的多种截面形状，例如，圆形、椭圆形、多边形等，以及它们的组合。增塑批料可以包括无机粉末、无机粘结剂、有机粘结剂、成孔剂、溶剂、非溶剂等。在批料通过模头挤出以形成挤出物之后，其可以进行切割、干燥和焙烧以形成多孔陶瓷蜂窝体或多孔陶瓷蜂窝体区段。

在沿轴向方向离开挤出机时，批料硬化为湿挤出物，其包括形成轴向延伸通道和轴向延伸外周表面的轴向延伸交叉壁(网状物)的网络。网状物和通道包含基质。设置在基质外周处的是外周表面。本文中外周表面可以称为共挤出外皮、整体形成的共挤出外皮或外皮。在基质上挤出有外皮的生坯成品蜂窝体或多孔陶瓷蜂窝体被称为挤出成形蜂窝体。

图1显示了挤出蜂窝体的示意图，其具有通过模头从同一批料同时挤出的基质和外皮，提供了根据本公开的示例性实施方式的挤出成形蜂窝体。蜂窝体100包括第一端面102和第二端面104，其具有形成从第一端面102延伸到第二端面104的蜂窝体外周的外皮106。根据本公开的示例性实施方式，与在相对端面102、104之间沿轴向方向“A”延伸的通道110相互邻接的多个交叉壁108形成了蜂窝体基质。为了进行说明，显示了形成通道114的交叉壁112，所述通道在端面102、105之间延伸。轴向方向通过箭头“A”表示，并且与轴向方向垂直的最大截面尺寸通过“D”表示。例如，当蜂窝体是圆柱形形状时，最大尺寸“D”可以是端面的直径。例如，当垂直于轴向方向的蜂窝体截面是矩形形状时，最大尺寸“D”可以是端面的对角线。

图2呈现了根据本公开示例性实施方式的蜂窝挤出设备的分解透视图。挤出设备200包括硬件装置以控制挤出过程。构造为接收来自双螺杆挤出机料桶、单螺杆挤出机料桶、柱塞式挤出机料桶(此处未显示)批料流的挡料圈装置202可以设置在弯曲控制装置204的上游表面上。弯曲控制装置204可以设置在边缘流动控制装置206的上游表面上。批料流通过箭头“AE”表示，并且从挤出机料桶进入挡料圈装置202的开口。挡料圈装置202通过弯曲控制装置204和边缘流动控制装置206的可调节孔来汇集批料，从而输入模头组件210中的模头进料孔。模头组件210中的模头包括：外周进料孔和中心进料孔，其一端与入口面连通，并且另一端与多个相互连接的外周排料狭缝和中心排料狭缝连通，在出口(outlet/exit)面上形成中心销和外周销。边缘控制装置垫片208可以设置在边缘流动控制装置206和模头组件210之间。外皮形成装置212可以设置在模头组件210的下游，并且增塑批料可以在流动通过模头组件210后流动通过外皮形成装置212以形成挤出成形蜂窝结构。挤出设备可以设置在挤出机套筒(cartridge)(此处未显示)中，挤出机料桶(barrel)、挤出机设备200和挤出机套筒可以被认为是挤出机的一部分。

根据本公开的示例性实施方式，挡料圈装置202提供了多种功能。例如，当新模头组件与现有挤出机料桶连接时，或者反过来，当新挤出机料桶与现有模头组件或批料控制装置连接时，挡料圈装置202可以是旧硬件和新硬件之间的衔接体。例如，挡料圈装置202可以是现有昂贵部件(例如，后间隔件)的衔接体。挡料圈装置202可以包含超高分子量聚合物(例如，聚甲醛(POM))，从而与钢制挡料圈装置相比降低重量。钢制挡料圈装置可能超过通过手提起零件的重量限制，而聚合物挡料圈装置可能低于通过手提起零件的重量限制。图3显示了与蜂窝状挤出物的纵向轴线“AE”平行的示意性纵截面图和根据本公开示例性实施方式的图2中蜂窝挤出设备200的挡料圈装置202的透视图。

挡料圈装置202包括上游零件308和下游零件310，例如，以在新硬件和现有硬件之间进行衔接。为了承受螺钉的力和扭矩，将具有圆角且包含钢或类似材料的t形插入件312设置在塑料零件308、310的匹配表面中的凹槽314中，以防止螺钉过紧。上游零件308包括：其上设置有下游零件310的下游匹配表面中的凹槽314，并且下游零件310包括：其上设置有上游零件308的上游匹配表面中的凹槽314。T形插入件312设置在凹槽314中，使内螺纹圆柱体延伸通过相应挡料圈装置零件308、310中的轴向孔326。零件308、310可以由紧固件316通过紧固件孔324固定在一起，使得上游零件308可以容纳t形插入件312的内螺纹圆柱体中的螺钉，以紧固上游硬件(例如挤出机料桶的后间隔件)，并且下游零件310可以接收t形插入件312的内螺纹圆柱体中的螺钉，以紧固图2的一部分延伸范围硬件或整个剩余延伸范围硬件。延伸范围硬件可以包括弯曲控制装置204、边缘流动控制装置206、边缘控制装置垫片208、模头组件210和外皮形成装置212。来自t形插入件312的内螺纹圆柱体中的螺钉的力相应地扩散到凹槽314中匹配表面的区域上。

挡料圈装置202的上游零件308的内径包括锥形表面320，该锥形表面320限定了从第一上游区域到小于第一上游区域的第一下游区域的批料流动开口，其中，区域是指垂直于轴向方向AE的截面开口区域。挡料圈装置202的下游零件310的内径包括锥形表面318，该锥形表面318限定了从第二上游区域到小于第二上游区域的第二下游区域的批料流动开口。第一下游区域和第二上游区域基本相同，以使得锥形表面318、320形成连续锥形内径表面。连续锥形内径表面318、320不具有会破坏批料材料通过开口从第一上游区域到第二下游区域的均匀流动的凸起或腔。凸起或腔可能产生对批料流变性产生不利影响的死区。连续锥形内径表面318、320将来自第一上游区域的批料材料流汇集到小于第一上游区域的第二下游区域，而没有沿着挡料圈装置202锥形内径表面318、320的批料流动死区。

取决于横向于轴向方向的挤出物截面形状，第一、第二上游区域和第一、第二下游区域可以是特定轮廓的，即，例如圆形、椭圆形、跑道形等。特定轮廓开口可以保护下游硬件免受不必要的轴向压力。

挡料圈装置202包括横向下游表面322，其垂直(正交)于轴向方向“AE”且围绕批料流开口漏斗的较小区域，从而连接弯曲控制装置204的上游表面。

图4A是根据本公开示例性实施方式的图2中的蜂窝挤出设备的弯曲控制装置的透视图。图4B是移除了盖板的图4A的弯曲控制装置的透视图，并且图4C是根据本公开示例性实施方式在IVc处的图4A的弯曲控制装置的截面图。弯曲控制装置204包括具有横向上游表面404的底座环402，其可以直接设置在挡料圈202的横向下游表面322上。弯曲控制装置204包括设置在底座环402上与上游表面404相对的盖环板406，以及设置在底座环402和盖环板406的径向腔408中的挡板S1、S2、S3、S4。底座环402包括内轴向表面410，其与盖环板406的内轴向表面412一起限定了批料流动开口414。挡板S1、S2、S3、S4可以从径向腔408径向突出进入批料流动开口414中以形成弯曲控制孔416。

如图4B所示，挡板S1、S2、S3、S4可以彼此相同并且可互换，从而与之前公开的设计相比极大地简化了操作和加工。图4D是根据本公开示例性实施方式的图4A的弯曲控制装置的挡板的详细图。挡板S1可以作为挡板S1、S2、S3、S4的代表进行描述。挡板S1包括具有内表面418的大致弧形形状，其与其它挡板S2、S3、S4一起形成批料流动孔416的一部分，并且第一和第二端420、422用于与相邻挡板S2、S4重叠。挡板S1可以包括：从挡板S1的上游表面426突出并沿径向方向R延伸的第一引导台面(guide mesa)424，以及从挡板S1的下游表面430突出并且同样沿径向方向R延伸的第二引导台面428。挡板S1可以包括在第一和第二台面424、428上任一侧的导槽432，所述导槽432平行于第一和第二台面424、428延伸。上游表面426可以包括平行于第一台面424和导槽432延伸至第一滑动表面436的第一台阶434。下游表面430可以包括平行于第二台面428和导槽432延伸至第二滑动表面440的第二台阶438，第二滑动表面440在与第一滑动表面436相对的挡板S1的端部422上。

图5是根据本公开示例性实施方式的图4A的弯曲控制装置的底座环的透视图。底座环402包括内表面410、径向腔408、在径向腔408背部的轴向壁446以及在轴向壁446顶部的下游表面448。径向腔的底板包括沿径向方向延伸的底座径向凹槽450、在底座径向槽450任一侧上的导销孔452。轴向壁446包括在底座径向凹槽450处的通孔454。

图6显示了根据本公开示例性实施方式的图4A的弯曲控制装置204的盖环板406的上游表面460和下游表面462的透视图。上游表面460可以包括：沿径向方向延伸的盖径向凹槽464，以及在盖径向凹槽464的任一侧上导销孔466。上游表面460包括：与底座环402的下游表面448匹配的接触面468，以及设置在接触面468径向内侧以覆盖底座环402的径向腔408的腔表面。盖环板406包括：通孔470，用于通过紧固件472(如螺栓或螺钉)将盖环板406连接到底座环402；以及凸起部214的凸起部通孔474，用于将延伸范围硬件连接到挡料圈202。图7是根据本公开示例性实施方式的图4C的弯曲控制装置204在VII处的截面详细图。

用于校正挤出材料流中弯曲的挤出物弯曲校正装置的例子提供于2003年12月6日授权的美国专利第6,663,378号，2004年8月26日公布的美国专利申请序列第10/370,840号和美国专利公开第2004/0164464号，以及2013年10月23日提交的美国专利申请序列第14/061,129号和美国专利公开第2015/0108680号，这些文献全部通过引用以其全文纳入本文，犹如在本文中完整阐述。

如图4A、4B、4C、4D、5、6和7的弯曲控制装置204所示，挡板S1可以可滑动地设置在径向腔408中，具有设置在底座径向凹槽450中的第一台面424和设置在相应盖径向凹槽464中的第二台面428。设置在底座环402中的导销孔452以及盖环板的对应导销孔466中的导销476可以延伸通过挡板S1的导槽432，以使得挡板S1可以在径向腔408中径向移动，并且导槽432在导销476上径向移动。导销476可以为挡板S1、S2、S3、S4的径向移动提供止挡(end-stop)。

通过保持夹480保持在底座环402的轴向壁446中的螺栓478可以使挡板S1径向移动进入和移动离开批料流动开口414。轴向壁446在通孔454处可以更薄492，从而为更坚固的保持夹480提供空间。保持夹480越坚固，在高批料挤出压力下进行调整时可能产生的可以施加到螺栓478上的力越大。挡板S1可以具有拧在螺栓478上的螺栓孔482，以使得挡板S1在螺栓478旋转时径向移动。螺栓478可以通过螺栓头484旋转，并且O形环486可以在通孔454处提供密封。精密的螺纹可以提供精确定位，并允许施加更大的力。虽然公开为螺栓并连接用于径向移动挡板S1，但是本公开的示例性实施例不限于此，例如，连接到挡板S1的气动或液压活塞可以使得挡板S1在导销476上并在导槽450、464中径向移动。例如，这可以包括步进电动机或其它电气或机械驱动装置。

当挡板S1在导销476上并在导槽450、464中径向移动时，第一滑动表面436在挡板S1的第一端420处与相邻挡板S4的第二滑动表面440重叠，并且第二滑动表面440在挡板S1的另一端422处与相邻挡板S2的第一滑动表面436重叠。如图4B所示，挡板S1、S2、S3、S4完全径向延伸到批料流动开口414中，在其中心形成批料流动孔416。图4C显示出完全回缩到径向腔408中的挡板S1、S2、S4，使得第一和第二滑动表面436、440仍然在相邻的挡板S1、S2和S1、S4上重叠，但是第一间隙486已经在挡板S1的第一轴向台阶434和挡板S4的第二轴向台阶438之间打开，并且第二间隙448已经在挡板S1的第二轴向台阶438和挡板S1的第一轴向台阶434之间打开。

尽管将挡板S1、S2、S3、S4描述为可移动地安装到底座环402的下游侧，但是示例性实施例不限于此，并且挡板S1、S2、S3、S4可以安装到底座环402的上游侧。挡板S1、S2、S3、S4阻挡了除了通过孔416的挤出物流动之外的挤出物流动。当挡板S1、S2、S3、S4沿径向移动时，基于挡板S1、S2、S3、S4的移动，孔416改变了尺寸和/或在批料流动开口414内的径向位置。例如，当挡板S1从径向腔408延伸到批料流动开口414中时，孔416减小并且偏离批料流动开口414的中心。改变挡板S1、S2、S3、S4的位置不仅影响方向，而且还影响可进行校正的弯曲幅度。可以选择挡板S1、S2、S3、S4的位置以在任意方向获得所需的弯曲校正量。例如，将弯曲控制装置中的孔416调节至距离中心右下方的中间位置，从而以预定程度的弯曲校正来向下向右校正弯曲。

增塑批料在进入并通过模头组件210的模头之前流动通过弯曲控制装置204。随着塑性批料流动通过模头组件210的模头，其由此具有通过弯曲控制装置204的孔416的外周边缘418以及孔416的位置所确定的叠加在其上的唯一流速。该流速梯度抵消了模头组件210的模头中的优先流动，导致整个模头内相等的批料流动。因此，当蜂窝状挤出物从模头组件210的模头中出现时，其在任何方向上都不存在任何弯曲。弯曲控制装置204可以直接与模头210相邻，或者可以存在其它中间挤出硬件，如边缘流动控制装置206。例如，在图2中，边缘流动控制装置(流动板)206显示为设置在弯曲控制装置204和模头210之间。

孔416可以通过调节挡板S1、S2、S3、S4上的相应径向调节元件478(螺栓)在底座环402限制范围内移动到任意位置。左上位置的孔416抵消了挤出物中的左上弯曲。右上位置的孔416抵消了挤出物中的右上弯曲。右侧位置的孔416和底部位置的孔分别抵消了挤出物中的右弯曲和向下弯曲。例如，孔416可以通过转动栓(bolt)478移动到所述的这些位置。当在挡板S1、S2、S3、S4的一部分运动范围490上移动时，孔416的尺寸和形状可以保持不变。

可以根据需要来定位孔416以提供最有效的流动校正，根据需要提供平直的挤出物，从而解决阻止其自然平直的问题，并且对挤出物截面形状的影响最小。例如，当挤出物截面形状是椭圆形时，孔416可以是椭圆形的，或者当挤出物截面是圆形时，孔416可以是圆形的。

如本文所述的弯曲控制装置204具有在底座环402和盖环板406之间平坦且平行的接触表面，例如，在底座环402的轴向壁446顶部上的下游表面448上不存在O形环的凹槽。与具有阶梯式边缘和O形环凹槽的设置相比，该设置提供了更坚固的底座环402和更简单的机械加工。类似地，对于坚固的结构，盖环板406可以不具有阶梯式边缘和O形环凹槽。

盖环板406的下游表面468可以是弯曲控制装置204的下游表面。弯曲控制装置204的下游表面468可以设置在边缘流动控制装置206的上游表面上。图8A是根据本公开示例性实施方式的图2中的蜂窝挤出设备200的边缘控制装置206的透视图。图8B是移除了边缘盖板802的图8A的边缘流动控制装置206的透视图，并且图8C是根据本公开示例性实施方式在VIIIc处的图8A的边缘流动控制装置206的截面图。

边缘流动控制装置206包括边缘盖板802。边缘盖板802包括凸起部214的凸起部孔804、紧固件808的紧固件孔806以及下游表面810。边缘流动控制装置206包括支撑环812，其具有在支撑环812内的流道锁定腔(rider block cavity)814。边缘板816设置在流道锁(rider block)818上，流道锁818设置在流道锁定腔814上。边缘板816包括容纳流道锁定销(riderblock pin)822的中心销开口820和容纳紧固件826的紧固件孔824。流道锁定销822和紧固件826将边缘板816固定到流道锁818。支撑环812包括从流道锁定腔814径向向外的外壁828，其具有通孔830。将设置在通孔830中并由保持夹834保持的调节栓832拧入流道锁818的螺纹孔836中，使得当调节栓832旋转时流道锁818和固定到其上的边缘板816径向移动。

图9是根据本公开示例性实施方式的图8A的边缘流动控制装置206的支撑环812的透视图。图10是根据本公开示例性实施方式的图8C的边缘流动控制装置206在X处的截面详细图。图11是根据本公开示例性实施方式的移除了边缘板816的图8A的边缘流动控制装置206的局部透视截面详细图。

边缘流动控制装置206包括通过支撑环812的内表面840形成的批料流动开口838。内表面840可以是支撑环衬垫842的内表面，并且支撑环衬垫842与支撑环812是一体的。边缘板816包括内表面844，当边缘板816径向向内移动时，该内表面844突出进入批料流动开口838中，以调节模头210周围多个位置处的外皮-主体流速的差异。边缘流动控制装置206包括可移动地安装在支撑环812上的多个边缘板816，例如6个至12个。

边缘盖板802可以设置在支撑环812的外壁828顶部的下游表面846上，并且通过设置在外壁828中的紧固件孔848中的紧固件808连接。流道锁定腔814的底板可具有与通孔830对应的径向凹槽850以容纳流道锁818上的突起852，使得当流道锁818径向移动时，突起852可在径向凹槽850中以滑动方式移动。支撑环812还包括凸起部214的凸起部孔854以及上游表面856。调节栓832可以通过调节栓头858旋转，并且O形环860可以在通孔830处提供密封，从而使得边缘板816在运动范围862上径向移动。通过延伸到流道锁紧固件孔864中的紧固件826和延伸到边缘板816的开口820中的流道锁定销822与流道锁818连接的边缘板816提供了流道锁818和边缘板816之间的坚固连接。此外，支撑环812的轴向壁828在通孔830处可以比远离通孔830处更薄，从而为更坚固的保持夹834提供空间。如上文就挡板S1、S2、S3、S4所述，边缘板816可具有重叠的上游表面866和下游表面868，使得边缘板816的上游表面866与一侧上的相邻边缘板816的下游表面868重叠，并且边缘板816的下游表面868与另一侧上的相邻边缘板816的上游表面866重叠。

如本文所述的边缘流动控制装置206没有复杂的过渡形式和形状，例如，在支撑环812的外壁828顶部的下游表面846上不存在O形环的凹槽，相反，接触表面是平坦且平行的。用于边缘板816的调节机构(即，调节栓832和流道锁818)具有清晰限定的止挡位置，所述止挡位置为在流道锁定腔814中延伸进入批料流动开口838中以及从批料流动开口838回缩。此外，通过改变特定轮廓支撑环812和边缘板816可以容易地管理从一个轮廓到另一轮廓的变化。通过转动调节栓832，连接并栓至流道锁818的边缘板816可以径向移动。这些边缘板816影响批料流动。流道锁818的几何形状是简单的，并且不需要凹槽、边缘和圆化。这简化了制造。另外，流道锁818和边缘板816的厚度较厚，足以承担高负载和力。图11中流道锁818上的椭圆形销822提供了稳定性和对齐。

对于调节栓832和支撑环812的改进允许使用较厚的保持夹834。这防止系统过度收紧并保护系统免受外力影响。边缘盖板802用作包括单件的坚固下压环。边缘盖板802为流道锁818提供密封的径向止挡，并且压住固定夹834。

如图2所示，边缘流动控制装置206可以位于模头210入口面上游或与之相邻，并且用于调整进入模头210的外周进料孔的批料流动。可以调整边缘板816以控制一个或多个外周进料孔中以及在模头210周围的一个或多个位置处的批料流动。因此，流动进入外皮形成装置212的批料也通过边缘流动控制装置206进一步进行控制。外皮形成装置212和边缘流动控制装置206组合使用以控制模头210的外皮区中的批料。

外皮形成装置212可以包括可变垫片厚度掩蔽(可变间隙(varigap))硬件。可以操纵可变间隙来控制挤出过程。可以操纵可变间隙来控制外周间隙从而影响外皮速度，如美国专利申请2013/0300016中所述，其全部内容通过引用纳入本文，就好像在本文中完整列出。简而言之，相对于在轴向方向“AE”上通过模头基质狭缝(用于形成挤出物的基质网状物)和外周狭缝(用于形成挤出物外皮)的挤出物流来描述可变间隙。当来自外周狭缝的挤出物在外皮形成间隙中遇到掩蔽环时，外皮与挤出物基质一体化形成。可变间隙硬件构造为通过掩蔽环的移动调节外皮形成间隙。当可变间隙硬件提高外皮形成间隙时，离开掩蔽环的外皮速度下降。相反，使外皮形成间隙减小会增加离开掩蔽环的外皮速度。

图12显示了根据本公开示例性实施方式的挤出机前端组件200和套筒1202的透视图和侧视图，所述套筒容纳并支撑硬件装置以控制挤出机前端处的挤出过程。挤出机前端和套筒1202可以视为挤出机的一部分。如上所述，挡料圈202具有与挤出方向AE垂直且与上游表面902平行的平坦下游表面322。具有垂直于挤出方向AE的平坦的平行上游表面492和下游表面406的弯曲控制装置204设置为上游表面492位于挡料圈202下游表面322上。包括垂直于挤出方向AE的平坦且平行的下游表面810和上游表面856的边缘流动控制装置206设置在弯曲控制装置204的下游表面468上，使上游表面856位于弯曲控制装置204的下游表面468上。平坦且平行的表面322、402、468、856允许高接触力，以在装置202、204、206之间提供密封，优选没有阶梯式表面、没有O形环、没有O形环凹槽等，如“a”处所示。然而，可以使用密封环，如平垫圈、O形环等。平坦且平行的接触区域也提供了大面积的密封表面。如“b”处所示，除了挤出过程期间的高批料压力之外，高接触力可以由凸起部孔804、474、326、912和914中的凸起部214提供并且锚定在挡料圈202中的t形插入件312中。

如图12所示，边缘控制装置垫片208、模头组件212和外皮形成装置212可以进一步设置在边缘流动控制装置206的下游表面810上。边缘控制装置垫片208包括与轴向方向AE垂直的平坦且平行的上游表面和下游表面。模头组件210包括与轴向方向AE垂直的平坦且平行的上游表面904和下游表面906。边缘流动控制装置垫片208可以设置在边缘流动控制装置206的下游表面810和模头组件210的上游表面904之间。外皮形成装置212包括垂直于轴向挤出方向AE的平坦且平行的上游表面908和下游表面910，并且上游表面908可设置在模头组件210的下游表面906上。外皮形成装置212的下游表面910包括挤出机组件的出口，挤出物在此离开挤出机。凸起部214可以进一步设置在边缘控制装置垫片208、模头组件212和外皮形成装置212中的凸起部孔912、914、916中，并且锚定在挡料圈202的t形插入件312中。

套筒1202可以具有通孔1204，用于从外部调节弯曲控制装置204的挡板S1、S2、S3、S4；以及通孔1206，用于从外部调节边缘流动控制206的边缘板816。同样，可以使用合适的伺服电动机、扳手、气动或液压单元来控制栓(调节器)478、832的移动，并分别获得弯曲控制装置204和边缘流动控制装置206的所需设置。挤出机组件202、204、206、208、210、212可以如虚线箭头C所示轴向插入到套筒1202中，并且沿相反方向CR轴向离开套筒1202。凸起部(未显示)可以延伸穿过套筒1202的前端1208，从而将挤出机组件202、204、206、208、210、212固定到套筒1202中。

为了便于将挤出机组件202、204、206、208、210、212沿方向CR从套筒1202轴向移出，提供了用于夹紧挤出机组件202、204、206、208、210、212的成套配件装置。图13A是根据本公开示例性实施方式的构造为与蜂窝挤出设备200的挡料圈装置202连接的转换环1302的透视图。挡料圈装置1302包括设置在挡料圈202的上游表面902上的下游表面1306，通过转换环轴向壁1312的窄部和上游径向突起1314形成的连接凹穴1310，所述上游径向突起1314产生了连接凹穴1310的突出部。挡料圈装置1302包括通过轴向内壁1320和径向突起1314的内边缘形成的套接开口1318。当将转换环1302设置在挡料圈202上时，通过箭头RAE表示的转换环1302的轴向方向对应于挤出方向AE。产生连接凹穴1310的突出部的上游径向突起1314可以基本垂直于轴向方向RAE。凸起部(未显示)可以通过凸起部孔1322和326连接到位于挡料圈202上游零件308的凹槽314中的上游t形插入件312，以将转换环1302与挡料圈202连接。

根据本公开示例性实施方式，图13B是夹紧工具1330的透视图，其构造为轴向滑动到与挡料圈装置202连接的转换环1302的套接开口1318中，并且图13C是夹紧工具1330的透视图，其构造为与连接至挡料圈装置202的转换环1302接合。夹紧工具1330包括构造为将一端滑动嵌入转换环1302的套接开口1318中的夹紧主体1332，以及突出进入转换环1302的连接凹穴1310中的夹紧嵌齿1334、1336。夹紧嵌齿1334和1336构造为回缩到如图13B所示的第一位置P1，以使得夹紧工具1330连接端1338可以插入到套接开口1318中，并延伸到如图13C所示的第二位置P2，以突出进入转换环1302的连接凹穴1310，从而在轴向力施加至夹紧主体1332时用轴向力接合径向突起1314。夹紧嵌齿1334、1336可沿枢轴方向GC1从第一位置P1旋转到第二位置P2，或者夹紧嵌齿1334、1336可从第一位置P1滑动到第二位置P2。成套配件装置(kit)包括转换环1302和夹紧工具1330。

图14是显示根据本公开示例性实施方式从挤出套筒1202移出图2中的蜂窝挤出设备200的方法示意图。包括挡料圈202、弯曲控制装置204和边缘流动控制装置206的挤出组件200可以设置在挤出套筒1202中，以将批料混合物挤出通过模头组件210，从而形成蜂窝状挤出物。为了移出挤出组件200，转换环1302下游表面1306可以与挡料圈202的上游表面918连接，夹紧嵌齿1334、1336回缩的夹紧工具1330连接端1338可沿方向GC2轴向轴向插入套接开口1318，并且夹紧嵌齿1334、1336可以延伸到连接凹穴1310中。嵌齿操作器1340(例如手柄、缆线、杆或棒)可以将夹紧嵌齿1334、1336从第一位置P1移动到第二位置P2。第二位置P2中的夹紧嵌齿1334、1336接合径向突起1314的转换环突出部，并且当夹紧工具1330沿方向CR轴向移动以将挤出组件200从挤出套筒1202撤回时沿方向CR施加轴向力。然后，夹紧嵌齿1334、1336可以回缩，并且夹紧工具1330从挤出组件200移出。

将挤出组件200插入挤出套筒1202可以与将挤出组件200从挤出套筒1202撤回相同的方式进行，不同的是，其以相反的顺序进行。根据示例性实施方式，具有第一特定轮廓几何形状的第一挤出组件200可以从挤出套筒1202移出，并且具有不同于第一特定轮廓几何形状的第二特定轮廓几何形状的第二挤出组件200可以插入挤出套筒1202中。

当使用术语例如顶部、侧边、垂直和水平时，本公开并没有被限制到这些示例性的实施方式中。相反，与空间相关的术语，例如“顶部”、“底部”、“水平”、“垂直”、“侧边”、“下部”、“下面”、“下方”、“上面”、“上部”等可如图中所例示在本文中用于简化说明书，从而说明一个元件或特征与另一元件(多个元件)或特征(多个特征)的关系。应理解，与空间相关的术语除了图中所示的取向之外，旨在还包括在使用或在操作的装置的不同取向。例如，如果图中的装置颠倒，之前描述为位于其它元件或特征“下面”或“下部”的元件则将被取向为位于其它元件或特征“上面”。因此，示例性的术语“下面”可涵盖上面和下面两个取向。装置可进行其它取向(旋转90度或以其它取向旋转)，并且本文中使用的与空间相关的描述可相应地解释。因此，当图7中的弯曲偏转装置712逆时针旋转90°时，示例性的术语“侧边”变为“顶部”，并且反之亦然。

在操作中，沿轴向方向AE流向模头210的批料首先遇到挡料圈202，以将批料汇集至弯曲控制装置204的开口414，可以设置弯曲控制装置204以校正批料中任何程度的弯曲。接着，该批料的外部遇到了边缘流动控制装置206，该边缘流动控制装置206用于控制批料流动进入模头组件210的模头的外周进料孔。在边缘流动控制装置206的出口处，批料进入模头210，在模头210挤出。批料的外周区域遇到外皮形成组件212，外皮形成组件212控制从外周排料狭缝出来的批料量和外皮厚度。挤出设备的不部件的控制可以在外部进行。离开模头出口端所获得的挤出结构是具有在其上形成的整体式外皮106的蜂窝体100。

挤出过程的控制结构可以对质量度量进行响应以调整关键系统参数，如挤出压力、外皮速度和弯曲校正。根据示例性实施方式，可以对这些参数进行调整以保持良好的外皮质量，保持良好的形状质量或减少压折(upsets)的长度，从而在过程中减少浪费和成本。

根据本公开提供的挤出系统的优点允许制造直径大于5.7英寸(14.5cm)的挤出成形蜂窝体，例如直径至多7英寸(17.8cm)或直径甚至至多8英寸(20.3厘米)的挤出成形蜂窝体。根据现有技术的先前设备不能获得直径大于5.7英寸(14.5cm)的挤出成形蜂窝体，因为所需的挤出压力导致控制机构的粘结和在控制机构处的批料泄漏。单个部件面的平整度与较高的接触压力组合，消除了批料泄漏。即使在获得直径大于5.7英寸(14.5厘米)的挤出成形蜂窝体所需压力下，根据本公开所述的改进也有助于更容易地调节弯曲控制装置挡板和边缘控制装置板。此外，通过明确的标记方便了安装和使用。本公开的示例性实施方式获得了加工前置时间低、加工工作量低以及加工成本低的优点。另外，本公开的示例性实施方式为操作员的组装和拆卸提供操作优势。这导致设置变化和产品变化之间的转换时间缩短。根据示例性实施方式，本文所公开的挤出系统的优点包括：减少制备和后处理的工作量，以及更少的清洁。

本说明书中引用的示例性实施方式以及本说明书中的类似语言可能但不必然指代相同的实施方式。此外，参考示例性实施方式的本文所述对象的所述特征、结构或特点可能以任意合适方式在一个或多个示例性实施方式中结合。

对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本公开进行各种修改和变化而不偏离本公开的精神或范围。因此，所附权利要求书旨在覆盖对本公开的这些修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求书及其等同方案的范围之内。

Claims (19)

1.一种挤出设备，其通过模头挤出增塑陶瓷前体批料以形成蜂窝体挤出物，所述设备包括：

挡料圈装置，其包括构造为汇集来自上游挤出硬件下游的批料的锥形内开口；

设置在所述挡料圈装置上的弯曲控制装置，并且所述弯曲控制装置包括内批料流动开口以及通过可调节挡板限定的孔，所述弯曲控制装置构造为接收来自挡料圈的批料，并且构造为控制所述蜂窝体挤出物的弯曲；以及

设置在所述弯曲控制装置上的边缘流动控制装置，并且所述边缘流动控制装置包括：

构造为接收来自弯曲控制装置的批料的批料流动开口；以及

边缘板，其构造为突出进入所述批料以控制批料流入所述模头外周的边缘流动。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挡料圈装置还包括：

上游环，其包括：

上游表面，与所述上游表面平行的下游表面，以及从所述上游表面处的锥形内开口的第一区域延伸到所述下游表面处的所述开口的第二区域的内表面上游部分，所述开口的第二区域小于第一区域；以及

下游环，其包括：

与上游环的表面平行的上游表面，与所述上游表面平行的下游表面，以及从所述上游表面处的锥形内开口的第一区域延伸到所述下游表面处的所述开口的第二区域的内表面下游部分，所述开口的第二区域小于第一区域。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，

所述上游环的下游表面包括：

凹槽和轴向孔，所示轴向孔通过上游环从凹槽延伸至上游表面；以及

设置在凹槽中的t形插入件，其具有延伸通过轴向孔的圆柱体，并且

所述下游环的上游表面包括：

凹槽和轴向孔，所述轴向孔通过下游环从凹槽延伸至下游表面；以及

设置在凹槽中的t形插入件，其具有延伸通过轴向孔的圆柱体，并且

所述下游环的上游表面设置在所述上游环的下游表面上。

4.如权利要求3所述的设备，所述设备还包括：凸起部，其延伸通过边缘流动控制装置和弯曲控制装置进入圆柱体，所述圆柱体延伸通过挡料圈装置下游环的轴向孔，以将边缘流动控制装置和弯曲控制装置连接至挡料圈装置。

5.如权利要求3所述的设备，其还包括：

设置在包含模头的模头组件下游的外皮形成装置：以及凸起部，其延伸通过外皮形成装置、模头组件、边缘流动控制装置以及弯曲控制装置进入内螺纹圆柱体，所述内螺纹圆柱体延伸通过挡料圈装置下游环的轴向孔，以将外皮形成装置、模头组件、边缘流动控制装置和弯曲控制装置连接至挡料圈装置。

6.如权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于：

挡料圈装置包括平坦且平行的上游和下游表面，

所述弯曲控制装置包括平坦且平行的上游和下游表面，所述弯曲控制装置上游表面设置于所述挡料圈装置下游表面上，并且

所述边缘流动控制装置包括平坦且平行的上游和下游表面，所述边缘流动控制装置上游表面设置于所述弯曲控制装置下游表面上。

7.如权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，弯曲控制装置的挡板全部基本相同且可互换。

8.如权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，限定内开口的挡料圈装置的内表面不包含破坏批料流的凹穴或突起。

9.如权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述挡料圈装置包含超高分子量聚合物。

10.一种组装设备以在轴向方向挤出蜂窝体的方法，所述方法包括：

将模头连接至边缘控制装置、弯曲控制装置和挡料圈装置以形成第一组件；

将转换环连接至挡料圈装置，所述挡料圈装置包括构造为汇集来自上游挤出硬件下游的批料的锥形内开口，所述转换环包括由构造为接合夹紧工具的径向突起所限定的凹穴；

接合转换环与夹紧工具；

将与第一组件连接的夹紧工具和挡料圈装置滑动到挤出机前端的套筒中；

使夹紧工具与转换环脱离；以及

从挡料圈装置上移除转换环。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，

挡料圈装置还包括：上游环，其包括上游表面以及与上游表面平行的下游表面；以及下游环，其包括与上游环的表面平行的上游表面以及与上游表面平行的下游表面，并且

其中，将模头连接至边缘控制装置、弯曲控制装置和挡料圈装置包括：将凸起部通过凸起部孔插入边缘控制装置、弯曲控制装置和挡料圈装置的下游环中，并且将凸起部固定在设置于下游环上游表面中的插入件中。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，

挡料圈装置还包括：上游环，其包括上游表面以及与上游表面平行的下游表面；以及下游环，其包括与上游环的表面平行的上游表面以及与上游表面平行的下游表面，并且

其中，将转换环连接至挡料圈装置包括：将凸起部通过凸起部孔插入转换环和挡料圈装置的上游环中，并且将凸起部固定在设置于上游环下游表面中的插入件中。

13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，将转换环与夹紧工具接合包括：将夹紧工具的端部轴向插入通过轴向壁和凹穴上的径向突起所限定的转换环的套接开口，并且将设置在端部上的可回缩夹紧嵌齿延伸到凹穴中。

14.如权利要求10至13中任一项所述的方法，所述方法还包括：在将转换环连接到挡料圈装置前将第二组件从套筒中移出，其中，第二组件包括不同于第一组件的特定轮廓几何形状。

15.如权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于，限定内开口的挡料圈装置的内表面不包含破坏批料流的凹穴或突起。

16.一种制造蜂窝状挤出物的方法，该方法包括：

向挡料圈装置上游的增塑批料提供压力；

通过由挡料圈装置的锥形内径所限定的开口来汇集批料，其中，汇集不包括批料沿着锥形内径流动的死区；

批料流动通过挡料圈装置下游的弯曲控制装置的孔；

控制蜂窝状挤出物的弯曲，其包括调节孔；

批料流动通过边缘流动控制装置的开口，所述边缘流动控制装置包括弯曲控制装置下游的边缘板；

控制蜂窝挤出模头上游的批料外周进料，其包括调整边缘板位置；以及

使批料挤出通过模头以形成蜂窝状挤出物。

17.如权利要求16所述的方法，所述方法还包括：

对蜂窝状挤出物进行干燥；

切割蜂窝状挤出物；以及

焙烧蜂窝状挤出物以生产多孔陶瓷蜂窝体。

18.如权利要求16至17中任一项所述的方法，其特征在于，控制弯曲包括：测定以鉴定蜂窝体挤出物中的弯曲，并且对孔进行调节包括：移动挡板以校正蜂窝体挤出物中所鉴定的弯曲，所述挡板包括设置在导销上的导槽。

19.如权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，控制蜂窝挤出模头上游的批料的周边进料还包括：移动流道锁以调整边缘板位置，所述流道锁包括设置在边缘板开口中的流道锁定销。