CN113329852B - 表皮形成模具和蜂窝挤出模具 - Google Patents

Abstract

表皮形成模具包含入口面；出口面；一个或多个狭槽，其中所述一个或多个狭槽中的每一个狭槽包含一个或多个狭槽入口，并在所述一个或多个狭槽入口与所述出口面之间延伸；在所述入口面与所述一个或多个狭槽入口之间延伸的多个进料孔；以及配置为接收基体模具的中心开口。还公开了制造蜂窝体的挤出模具装置和方法。

Description

表皮形成模具和蜂窝挤出模具

本申请根据35 U.S.C. § 119要求2018年11月16日提交的美国临时申请系列第62/768,502号的优先权权益，其内容通过参考完整地纳入本文。

技术领域

本公开的实施方式涉及蜂窝挤出模具和挤出装置，更具体地涉及用于挤出蜂窝结构的蜂窝模具和挤出装置。

背景技术

陶瓷蜂窝体可用于废气后处理系统。例如，蜂窝体可以从挤出模具中挤出。

发明内容

本公开的实施方式提供了一种包含中心开口的表皮形成模具，该中心开口配置为在其中接收基体模具。

本公开的其他实施方式提供了一种挤出模具装置，其包含具有中心开口的表皮形成模具和位于中心开口中的基体模具。

本公开的其他实施方式提供了用于从挤出模具装置制造蜂窝体的方法，该挤出模具装置包含具有中心开口的表皮形成模具和位于该中心开口中的基体模具。

本公开的另一实施方式提供了一种表皮形成模具。表皮形成模具包括入口面；出口面；一个或多个狭槽，所述一个或多个狭槽中的每一个狭槽包含一个或多个狭槽入口，并且所述一个或多个狭槽中的每一个狭槽在所述一个或多个狭槽入口与所述出口面之间延伸；在所述入口面与所述一个或多个狭槽入口之间延伸的多个进料孔；以及配置为接收基体模具的中心开口。

本公开的另一实施方式提供了一种挤出模具装置。所述挤出模具装置包含：表皮形成模具，该表皮形成模具包含：表皮入口面、表皮出口面、一个或多个表皮狭槽，其中所述一个或多个表皮狭槽中的每一个狭槽包含一个或多个表皮狭槽入口并且在所述一个或多个表皮狭槽入口与表皮出口面之间延伸，该表皮形成模具还包含在表皮入口面与所述一个或多个表皮狭槽入口之间延伸的多个表皮进料孔，以及中心开口；以及容纳在所述中心开口中的基体模具。

本发明的另一实施方式提供了一种利用挤出模具装置制造蜂窝体的方法。所述方法包括提供一种表皮形成模具，所述表皮形成模具包含：表皮入口面、表皮出口面、一个或多个表皮狭槽，其中每个表皮狭槽包含表皮狭槽入口和形成到表皮出口面中的表皮狭槽出口，所述表皮形成模具还包含在所述表皮入口面与所述一个或多个表皮狭槽入口之间延伸的一个或多个表皮进料孔，以及中心开口；提供一种基体模具，所述基体模具包含：基体入口面、基体出口面、在基体狭槽入口与基体出口面之间延伸的多个基体狭槽，以及在基体入口面与基体狭槽入口之间延伸的多个基体进料孔；以及将基体模具插入到表皮形成模具的中心开口中。蜂窝体可以从挤出模具装置中挤出来。

本公开的附加特征将在随后的描述中阐述，并且将从描述中显而易见，或者可以通过实施本公开获知。应当理解，前述的一般描述和以下详细描述均提供示例性实施方式，旨在提供对本公开的进一步解释。

附图说明

所包括的附图用于提供对本公开的进一步理解，其被并入本说明书并构成本说明书的一部分，附图示出了本公开的示例性实施方式，并且与文字描述一起用于解释本公开的原理。

图1示意性地示出了根据本公开的实施方式的挤出机装置的侧剖侧视图。

图2示意性地示出了根据本公开的实施方式的挤出机装置的端部和从中挤出的生坯蜂窝挤出物的等轴侧视图。

图3示意性地示出了根据本公开的实施方式的蜂窝体的等轴侧视图。

图4示意性地示出了根据本公开的实施方式的模具装置的正俯视图，该模具装置包含表皮形成模具和基体模具，该表皮形成模具包含单个环形表皮狭槽和位于表皮形成模具中的中心开口，所述基体模具位于中心开口中。

图5示意性地示出了根据本公开的实施方式的图4所示的模具装置的局部侧剖视图，该模具装置包括具有中心开口的表皮形成模具、位于中心开口中的基体模具和表皮形成面罩。

图6示意性地示出了根据本公开的实施方式的模具装置的正俯视图，该模具装置包含表皮形成模具和基体模具，该表皮形成模具包含两个表皮狭槽环和位于表皮形成模具中的中心开口，所述基体模具位于中心开口中。为了说明的目的，表皮形成面罩的一部分被移除。

图7示意性地示出了根据本公开的实施方式的图6所示的模具装置的局部侧剖视图，其包含表皮形成面罩。

图8示意性地示出了根据本公开的实施方式的模具装置的剖视图，所述模具装置包含在表皮狭槽中的凹腔（divot）。

图9示意性地示出了根据本公开的实施方式的模具装置的局部侧剖视图，其包含形成在表皮形成面罩和表皮形成模具之间的储室。

图10示意性地示出了根据本公开的实施方式的模具装置的局部侧剖视图，其包含形成储室外壁的表皮形成面罩。

图11示意性地示出了根据本公开的实施方式的模具装置的局部侧剖视图，其包含与表皮形成模具构成一体的表皮形成斜坡。

图12示出了描述根据本公开的实施方式制造蜂窝体的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细描述蜂窝模具装置和由蜂窝模具形成的蜂窝体的实施方式。蜂窝模具可包含具有中心开口的外皮形成模具。在使用期间，可移除的基体模具可以位于中心开口中并驻留在中心开口内。从蜂窝模具挤出的蜂窝体可用于例如形成多孔陶瓷蜂窝基材、多孔陶瓷壁流式柴油机微粒过滤器，其实施方式在附图中示出。在任何可能的情况下，相同或相近的附图标记在所有附图中用来指示相同或相近的部分。

蜂窝体可由含有无机和有机材料的批料组合物混合物形成。例如，合适的批料混合物可包括陶瓷颗粒或陶瓷前体颗粒或两者、有机粘合剂、液体载体（例如，去离子水）和任选的流变改性剂、成孔剂和/或其他添加剂。可以形成蜂窝体并干燥。烧制时，由批料组合物混合物制成的蜂窝体转变或烧结成多孔陶瓷材料，例如，适用于废气处理目的的多孔陶瓷蜂窝体。多孔陶瓷蜂窝体的多孔陶瓷材料可以是堇青石、钛酸铝、氧化铝、莫来石、碳化硅、氮化硅等及其组合。在一些实施方式中，蜂窝体可以为相对无孔的陶瓷蜂窝体、塑料陶瓷复合蜂窝体或有机多孔蜂窝体。在一些实施方式中，蜂窝体的表皮可以由与蜂窝体的基体不同的批料混合物形成。

蜂窝体可通过挤出工艺形成，其中批料组合物混合物从挤出模具装置挤出成蜂窝体，然后将其干燥并烧制以形成最终的陶瓷蜂窝体。挤出过程可以使用本文所述的模具装置和任何合适的挤出机进行。例如，挤出机可以是液压柱塞挤出机、双螺杆挤出机等。

可用于生产此类蜂窝体的本公开实施方式的蜂窝挤出模具可以是多部件组装件，包括例如表皮形成模具主体、壁形成基体模具主体和表皮形成面罩。基体形成模具主体可包括批料进料孔，该批料进料孔通向在模具面中形成的排料狭槽阵列并与之相交，批料混合物通过排料狭槽阵列被挤出。挤出的批料混合物形成交错的薄孔道壁的互连阵列，形成蜂窝体形式的蜂窝挤出物。表皮形成模具可包含中心开口，该中心开口配置为在其中接收基体模具。可以使用表皮形成面罩来形成蜂窝体的外周表皮。面罩可以是环状的圆周结构，例如轴环的形式，其限定了蜂窝体的外周边。蜂窝体的圆周表皮可以共挤出，即通过挤出与蜂窝基体壁的外周边相邻的批料组合物混合物，与包括相交壁的蜂窝基体部分一起形成。

一些蜂窝体可包含堇青石，因为堇青石表现出相对较低的热膨胀系数 (CTE)并有助于蜂窝挤出。在操作和制造过程中，蜂窝体经受非常高的温度变化。当蜂窝体暴露于如此高的温度变化时，蜂窝体的某些部分的(CTE)差异或高CTE会导致蜂窝体破裂。例如，基体或蜂窝结构与外周表皮之间的CTE不匹配会导致在制造烧制周期的加热和冷却阶段或产品使用过程中积聚应力。当表皮与基体之间的应力超过蜂窝体中陶瓷的强度时，蜂窝体可能会出现缺陷，例如裂缝和面裂纹。

决定堇青石陶瓷CTE的因素之一是晶体对齐情况。例如，表皮CTE比基体CTE更高的相关原因是，相比于基体中较好的晶体或颗粒对齐，表皮具有较少的结晶或较低程度的颗粒对齐。表皮中颗粒的这种不太对齐的状态可能是传统表皮形成过程的结果。一旦在表皮中获得较差的颗粒对齐状态，与基体相比，几乎无法改变表皮的特性以降低或消除由CTE不匹配引起的应力。堇青石晶体对齐可以由高纵横比原材料颗粒（例如滑石）在挤出过程中对齐而成。

在蜂窝挤出模具的传统表皮形成部分中，表皮流动是由于基体壁板被迫在表皮形成面罩下压平、压皱和聚结。这种不规则和不受控制的流动模式导致颗粒对齐的局部随机化，这种局部随机化从模具中带出，并以更随机的未对齐的颗粒的形式保留在形成的表皮中。此外，传统的表皮形成面罩利用现有的狭槽图案，这些图案专为优化基体孔道而设计。这些传统的全狭槽图案会导致围绕蜂窝挤出模具外周的表皮流的不均匀和/或不规则进料，并可能导致颗粒对齐不良。

示于图1-12的挤出模具、模具装置和方法增加了在挤出期间批料混合物的颗粒在表皮处的对齐，这可以提供改进的表皮特性。因此，本文公开的挤出模具、模具装置和方法可以提供具有减少的表皮裂缝或没有表皮裂缝并且/或者具有改善的热冲击性能的蜂窝体。本文公开的一些挤出模具包含具有中心开口的表皮形成模具。单独的基体模具位于中心开口中，这实现了为挤出表皮和基体配置单独的部件。本文公开的挤出模具还能够独立于基体形成模具来控制表皮形成模具的磨损。

现在参考图1，其示意性地示出了挤出机100(例如连续双螺杆挤出机)的一个实施方式的侧剖视图。挤出机100包含筒体102，筒体102包含形成在其中且彼此连通的第一腔室部分104和第二腔室部分107。筒体102可以是整体式的，或者它可以由在纵向(例如，轴向)方向上连续连接的多个筒体段形成。第一腔室部分104和第二腔室部分107在上游侧108和下游侧110之间沿纵向延伸穿过筒体102。在筒体102的上游侧108，可提供材料供应口114，其可包括料斗或其他材料供应结构，用于将批料组合物混合物116供应至挤出机100。批料组合物混合物116A可包含泥状材料或其他预研磨批料的小颗粒或小球。模具装置124设置在筒体102的下游侧110的排出口122处，并且配置为将批料组合物混合物116挤出成期望的形状，例如具有蜂窝体挤出形状的生坯蜂窝挤出物115。模具装置124可以与筒体102的排出口122连接，例如在筒体102的端部处。模具装置124前面可以有其他结构，例如大体开放的腔体（未示出）、筛网/均化器（未示出）等，用以在批料组合物混合物116到达模具装置124之前促进形成稳定的柱塞型流动前沿。

如图1所示，一对挤出机螺杆安装在筒体102中。第一螺杆130至少部分地安装在第一腔室部分104内并且可旋转，并且第二螺杆132至少部分地安装在第二腔室部分107内并且可旋转。如图所示，第一螺杆130和第二螺杆132可以大致彼此平行布置，但是它们也可以相对于彼此成各种角度布置。第一螺杆130和第二螺杆132还可以连接到筒体102外部的驱动机构，以沿相同或不同方向旋转。应当理解，第一螺杆130和第二螺杆132可以连接到同一驱动机构（未示出），或者如图所示连接到各自的驱动机构136。第一螺杆130和第二螺杆132通过沿轴向140的泵送和混合动作使批料混合物116移动通过筒体102。可以提供进一步的支撑结构(以虚线示出)以沿着它们的长度支撑第一螺杆130和第二螺杆132。这种支撑结构可以在其中包括穿孔或洞以允许批料组合物混合物116流过其中。

现在参考图2，其是示出挤出机100的端部和从其挤出的生坯蜂窝挤出物115的等轴测示意图。挤出机100显示为具有挤出机前端202，批料组合物混合物116(图1)在此处离开挤出机100，形成生坯蜂窝挤出物115。位于挤出机前端202附近的挤出筒204可包括挤出硬件，例如挤出模具装置124和表皮形成面罩 205。

生坯蜂窝挤出物115包括第一端面208和通过基体模具(例如，图4所示的基体模具406)形成的通道210的矩阵。生坯蜂窝挤出物115还可包含由表皮形成模具(例如，图4所示的表皮形成模具404)形成的外周表皮212。如下文更详细描述的，基体模具406可以是与表皮形成模具404分开的挤出模具。多个相交壁214可形成沿轴向140延伸的通道210。图2中描绘的生坯蜂窝挤出物200的第一端面208的横截面是圆形，但它可以具有其他形状，例如矩形、椭圆形、跑道形、正方形、三角形或三叶形、六边形、八边形，不对称、对称或其他所需的多边形形状，以及它们的组合。

在沿轴向140离开挤出机100时，生坯蜂窝挤出物115可变硬，并且可被干燥和烧制，以形成如图3所示的蜂窝体300。蜂窝体300可包含入口端308和与入口端308相对的出口端316，并且可包含在入口端308与出口端316之间延伸的长度L31。蜂窝体300的外周表皮312可在入口端308与出口端316之间轴向延伸，并包围蜂窝基体结构302的外周。蜂窝体300包含蜂窝基体结构302(例如，基体)，其至少部分地由在入口端308与出口端316之间延伸的多个壁314限定。

现在参考图4，其示出了去除了表皮形成面罩之后的模具装置124的正俯视图。模具装置124可以包含表皮形成模具404和基体模具406，它们可以是单独的挤出模具。表皮形成模具404可以包含表皮出口面408和可以延伸到表皮出口面408中的表皮狭槽410。一部分生坯蜂窝挤出物115（图2）可以离开表皮狭槽410以形成外周表皮212（图2）。表皮形成模具404可以包含中心开口414，其中基体模具406可以位于（例如，嵌套并驻留在）中心开口414中。中心开口414和基体模具406的外周图示为圆形，然而，它们实际上可以具有任何形状，包括矩形、椭圆形、跑道形、正方形、三角形、六边形、八边形，不对称、对称或其他所需的形状，以及它们的组合。表皮狭槽410可以是围绕中心开口414延伸的环或环部分的形式，并且因此可以挤出一部分挤出物，该部分挤出物形成外周表皮212(图2)。表皮狭槽410在图4中示出为连续环结构。然而，在一些实施方式中，表皮狭槽410可包括紧密布置在环绕中心开口414的环中的多个弧形段。可以采用多个弧段，例如，4个、8个、16个等。在一些实施方式中，表皮狭槽410可由弧形角部和相互连接或相邻的直部组成，例如当蜂窝外形为三叶形或跑道形时。

表皮形成模具404可以是独立于基体模具406的环状结构。基体模具406可以包括常规的基体（例如，蜂窝）挤出模具，不同之处是其外表面容纳或嵌套在中心开口414中。表皮形成模具404可以独立于基体模具406生产和制造，这使得表皮形成模具404能够按照其自身的表皮进料孔420(图4中标记了几个)的图案进行钻孔，该图案是为表皮流而优化，不一定是为基体几何约束而优化。此外，表皮进料孔420可以将批料进料到表皮狭槽410并送入一个或多个离散的流动通道（例如，图5中的流动通道526），该流动通道可以在表皮形成面罩（例如，图5中的表皮形成面罩205)正下方并朝向表皮形成模具404的出口递送表皮流。这种从狭槽410流过离散流动通道的流动可以消除不规则的流动模式，所述不规则的流动模式导致传统的表皮形成面罩和流动模式中的颗粒对齐不良。此外，离散的流动路径可以包括漏斗或凹腔（下文将进一步描述），其可以在离开表皮形成模具404之前进一步优化表皮流中的颗粒的对齐。

基体模具406可以包含基体出口面416，该基体出口面416包含延伸到基体出口面416中的多个基体狭槽418。生坯蜂窝挤出物115(图2)的相交壁214(图2)离开排布的互连基体狭槽418，以形成生坯蜂窝挤出物115的蜂窝结构，以及随后从挤出物切下的蜂窝体。图4中描绘的基体狭槽418彼此垂直延伸形成矩形（例如，正方形）模具销。然而，基体模具406不限于基体狭槽418的这种排布。例如，基体模具406实际上可以包括基体狭槽418的任何排布，包括三角形狭槽图案、六边形狭槽图案、菱形图案、不连续的狭槽图案，以及组合图案，例如八边形-正方形图案、六边形-菱形图案以及基体狭槽418的其他排布。在挤出期间，多个进料孔(例如，图5中的基体进料孔542)可以将批料组合物混合物进料到基体狭槽418。

现在参考图5，其示意性地示出了挤出模具装置124的局部侧剖视图，该装置包含表皮形成模具主体404、基体模具主体406和连接到表皮形成模具404的表皮形成面罩205。表皮形成面罩205可包括第一下表面522A和第二下表面522B。第一下表面522A可以位于表皮形成模具404的表皮出口面408附近并抵靠该表皮出口面408。表皮出口面408与第一下表面522A之间的界面可以包含密封件等（未示出）或精密配合，以防止批料组合物混合物116渗入表皮出口面408与第一下表面522A之间。第二下表面522B可以相对于第一下表面522A凹陷，并且当表皮形成面罩205抵靠表皮形成模具404定位时，可以与表皮出口面408一起形成流动通道526。批料组合物混合物116(图1)在挤出过程期间流过流动通道526，以形成生坯蜂窝挤出物115的外周表皮212(图2)。流动通道526可以具有在表皮出口面408和第二下表面522B之间横向测量的通道宽度W51(例如，横向尺寸)。通道宽度W51可以与生坯蜂窝挤出物115的外周表皮212的厚度相同。在一些实施方式中，通道宽度W51可以在0.009至0.013英寸（0.23至0.33mm）的范围内。在其他实施方式中，例如，通道宽度W51可以是壁厚的大约3至5倍。可以采用其他通道宽度W51。

表皮狭槽410可包含内侧510A和外侧510B。如图所示，可以在内侧510A与外侧510B之间横向和垂直地测量表皮狭槽宽度W52(横向尺寸)。 表皮狭槽宽度W52可以与外周表皮212(图2)的厚度相同。在一些实施方式中，表皮狭槽宽度W52可以在0.009英寸至0.013英寸（0.23 mm至0.229 mm）的范围内。然而，在一些实施方式中，表皮狭槽410和/或流动通道526可具有在0.007英寸至0.018英寸（0.18 mm至0.46 mm）范围内的宽度W51、W52。在图5所示的实施方式中，表皮狭槽宽度W52和通道宽度W51可以相同。流动角α51可以位于表皮狭槽410与表皮出口面408相交的地方。流动角α51可以在表皮狭槽410的内侧510A或外侧510B与在表皮出口面408上朝向中心开口414的中心径向向内延伸的轴线之间测量。流动角α51可以大于90度并且小于180度，更具体地，流动角可以在108度与130度之间的范围内。太陡（接近90度）会导致批料流动损失过多，而太大（接近180度）会增加模具占用面积以及材料和制造成本。

几个表皮进料孔420中的一个在图5中示意性地示出，可以代表所有表皮进料孔420（图4）。表皮进料孔420从横截面看可以是圆孔，并且可以在表皮形成模具404的表皮入口面528与通向表皮狭槽410的表皮狭槽入口531之间延伸。表皮进料孔420可以具有横向进料孔宽度W53(横向尺寸)，其值可至少取决于位于表皮形成模具404内的表皮进料孔420的数量。可以选择进料孔宽度W53和表皮进料孔420的数量，从而提供批料组合物混合物116的均匀流动，以形成外周表皮212(图2)。

表皮形成模具404可以包含限定中心开口414的外周的内壁530(例如，表皮壁)。内壁530可以包含表皮壁架532或其他限制特征，其被配置为接触基体壁架534或基体模具406的外壁536（例如，基体壁）上的其他限制特征。表皮壁架532与基体壁架534之间的接触可以限制和防止基体模具406在挤出过程中向前移动。在一些实施方式中，限制特征可以体现为，其中内壁530可以包含表皮锥化部而外壁536可以包含基体锥化部，二者接合以将基体模具406嵌套在表皮形成模具404的中心开口414中。

基体模具406可以包含与基体出口面416相对的基体入口面540。在一些实施方式中，基体入口面540可以在限定表皮形成模具404的表皮入口面528的平面上或与之接近。多个基体进料孔542可以在基体入口面540与入口544之间延伸，并到达基体狭槽418。基体进料孔542可以具有横向穿过基体进料孔542测量的横向基体进料孔宽度W54(横向尺寸)。在一些实施方式中，宽度W54可以在从0.04英寸至0.10英寸（1.02mm至2.54mm）的范围内。如图5所示，一个或多个基体狭槽418可包含凹腔545以改善其中的批料流动。

基体模具406可以包含位于流动通道526末端的斜坡546。表皮形成面罩205可包含类似的斜坡特征548，其将通道宽度W51保持为恒定宽度。斜坡546增强了从表皮形成模具404挤出的批料混合物和从基体模具406挤出的批料混合物之间的交织。缩进距离D51可以形成在基体模具406中，以进一步增强批料混合物的交织。在一些实施方式中，缩进距离D51在从0.003英寸至0.057英寸（0.07mm至1.45mm）的范围内。在其他实施方式中，缩进距离D51约为0.045英寸（1.14毫米）。

在挤出过程中，批料混合物可被压靠在表皮入口面528和基体入口面540上。在一些实施方式中，供应到表皮入口面528和基体入口面540的批混合物可以是不同的批料混合物。批料混合物流入基体进料孔542和基体狭槽418，在那里根据基体狭槽418的排布从基体出口面416挤出为蜂窝结构或蜂窝基体（例如，包含相交壁214，图2）。同时，批料混合物可流入表皮进料孔420和表皮狭槽410。然后，批料混合物流出表皮出口面408并通过流动通道526。当批料混合物形成外周表皮212(图2)时，批料混合物可以与来自基体模具406的批料混合物交织在一起。

如上所示，除了交织目的之外，形成外周表皮212的批料混合物流可以不与基体模具中的批料混合物混合。外周表皮批料混合物从表皮狭槽410流过流动通道526并到达斜坡546，该流动路径可称为离散路径。离散的流动路径消除了由具有交叉狭槽部分的传统模具的传统表皮形成部分产生的不规则流动模式，这种不规则流动模式导致表皮212中的颗粒对齐不良。除了前述之外，独立的、分开的表皮形成模具404使得表皮进料孔宽度W53能够调整大小和间隔，以优化颗粒对齐和用于形成外周表皮的批料混合物的流动。表皮狭槽410和流动通道526可以是长而窄的，这为批料混合物的流动形成长的、有阻力的路径，并产生显著的压降。由于可以在表皮批料流与基体批料流之间实现类似的压降以防止缺陷，表皮进料孔420的直径、长度和间距可用于补偿表皮狭槽410中的阻力。

现在参考图6，其图示了包含表皮形成模具604的模具装置624，该表皮形成模具604包含延伸到表皮出口面608中的第一表皮狭槽610A（内表皮狭槽）和第二表皮狭槽610B（外表皮狭槽）。第一表皮狭槽610A和第二表皮狭槽610B可以布置为呈环状或成排的对齐狭槽段，其构成环形表皮狭槽，其中第一表皮狭槽610A比第二表皮狭槽610B更靠近中心开口614。第一表皮狭槽610A和/或第二表皮狭槽610B可以是连续的狭槽（如图所示）。因此，表皮形成模具604可以包含环绕中心开口614的嵌套连续狭槽610A、610B。如下文更详细所述，第一表皮狭槽610A和第二表皮狭槽610B可以在流动通道的出口处产生批料混合物的层流，这大大对齐了外周表皮212(图2)中的颗粒。第一表皮狭槽610A可以连接到第一进料孔620A（一些被标记和示出），并且第二表皮狭槽610B可以连接到第二进料孔620B（一些被标记和示出）。第一表皮狭槽610A和第二表皮狭槽610B在图中示为连续的同心环。在一些实施方式中，第一表皮狭槽610A或第二表皮狭槽610B中的至少一个可以包含多个弧形段，这些弧形段首尾相接地布置成围绕中心开口614的环状图案。各段之间可以存在小间隙（例如，几毫米或更小）。表皮形成模具604的其他实施方式可以包括多于两个的表皮狭槽。图6示出了可以连接到表皮形成模具604的表皮形成面罩605的一部分。基体模具406容纳在表皮形成模具604中，基体模具406可以与图5中所示的相同。

另外参考图7，其示出了包含表皮形成面罩605、表皮形成模具604和基体模具406的模具装置624的侧剖视图。第一表皮狭槽610A以第一流动角α71与表皮出口面608相交，并且第二表皮狭槽610B以第二流动角α72与表皮出口面608相交。第一流动角α71和第二流动角α72可以在所述至少一个内狭槽（例如，第一表皮狭槽610A）的相应侧（例如，侧710A）和所述至少一个外狭槽(例如，第二表皮狭槽610B)的相应侧与在表皮出口面608上径向向内延伸到中心开口614的中心的轴线之间测量。在一些实施方式中，角α72可以大于角α71。可选地，它们可以相等。在一些实施方式中，流动角α71和α72可以在90度至180度的范围内，或者甚至从108度至130度的范围内，以最小化流动损失并降低材料和制造成本。第一表皮狭槽610A可具有宽度W71(例如横向尺寸)并且第二表皮狭槽610B可具有宽度W72(例如横向尺寸)。在一些实施方式中，宽度W71可以等于宽度W72。在一些实施方式中，宽度W71可以等于宽度W72，并且流动通道726的第一表皮缓慢出口下游的流动通道726的通道宽度W73大约等于宽度W71的两倍或宽度W72的两倍。流动通道726的宽度可以变窄，直到第一表皮狭槽610A与流动通道726连接的点。例如，宽度W74可以小于宽度W73。在其他实施方式中，宽度W74可以等于宽度W72。

第一进料孔620A和第二进料孔620B可以代表图6中描绘的所有第一进料孔620A和所有第二进料孔620B。第一进料孔620A可具有宽度W75(例如横向尺寸)，并且第二进料孔620B可具有宽度W76(例如横向尺寸)。在一些实施方式中，宽度W75可以等于宽度W76。在一些实施方式中，宽度W76可以大于宽度W75，以补偿由于批料混合物从表皮入口面728行进到斜坡546的距离更长而导致的额外压降或流动阻力。第一进料孔620A和第二进料孔620B可以不同的流动角与表皮入口面728相交。在一些实施方式中，例如，第一进料孔620A和第二进料孔620B可以90度至45度范围内的流动角或80度至55度范围内的流动角与表皮入口面728相交。尽管未示出，但在一些实施方式中，第一进料孔620A和第二进料孔620B可以与角α71和α72相同的角度与表皮入口面728相交。流动通道726的宽度W73可如结合图5所述，并且可以选择宽度W71和W72来平衡流量。

在两层批料混合物在斜坡546处离开表皮形成模具604之前，第一表皮狭槽610A和第二表皮狭槽610B通过在流动通道726中将两层批料混合物结合在一起而形成外周表皮212(图2)。由第一表皮狭槽610A和第二表皮狭槽610B中的每一个形成的批料混合物层可以是薄的，沿着模具面608伸长，并且在流动通道726中接合，这实现了更好的颗粒对齐。当批料混合物层通过长流动路径层压在一起时，颗粒的对齐得以保持，这进而形成具有高度对齐的颗粒的外周表皮212。颗粒对齐降低了外周表皮212中的CTE，这使得外周表皮212不太可能破裂。

现在参考图8，其示意性地示出了包含表皮形成模具804、基体模具406和表皮形成面罩805的模具装置824的剖视图。表皮形成模具804可以包含表皮狭槽810，该表皮狭槽810包含凹腔850。凹腔850（所示尺寸被放大）可用于缓和与通向表皮狭槽810的各个进料孔相关联的局部进料变化，从而导致更均匀的挤出表皮流动和速度。凹腔850的下游侧可以包括漏斗852，漏斗852具有朝向表皮出口面808逐渐变细的形状。漏斗852的相对陡度可由收缩角β81定义。在批料混合物进入表皮狭槽810的靠近表皮出口面808和形成在表皮形成面罩805与表皮出口面808之间的流动通道826的部分之前，漏斗852可用于使批料混合物中的颗粒（例如，高纵横比颗粒）对齐。在一些实施方式中，表皮进料孔820可以直接连接到凹腔850而不连接到表皮狭槽810的下部。在图8所示的实施方式中，表皮狭槽810在漏斗852与表皮出口面808之间的一部分可以平衡批料混合物的表皮流和批料混合物的基体流之间的压降。在一些实施方式中，凹腔850在其最宽的横截面处可具有宽度W81。凹腔850的锥化部可具有长度L81。在一些实施方式中，宽度W81可以在从0.05英寸至0.07英寸（1.27 mm至1.78mm）的范围内。在其他实施方式中，宽度W81可以是约0.06英寸(1.52 mm)。在一些实施方式中，长度L81可以在从0.05英寸至0.15英寸（1.27 mm至3.81 mm）的范围内。在其他实施方式中，长度L81可以是约0.10英寸(2.54 mm)。收缩角β81可以在从112度至165度的范围内。在其他实施方式中，收缩角β81可以是约135度。狭槽810与流动通道826之间的钝角可以在120度与160度之间。流动通道826的宽度和表皮狭槽810的宽度可如结合图5所述。

现在参考图9，其示意性地示出了模具装置924的局部侧剖视图，该模具装置924包含在表皮形成面罩905与表皮形成模具904之间形成的储室950。表皮形成模具904可以包含一个或多个储室950。储室950可用于缓和与各进料孔920和狭槽910相关联的局部进料变化，从而导致更均匀的挤出表皮流动和速度。如图9所示，储室950可以包含延伸到表皮形成模具904的流动通道926上的储室出口951。储室950可以包含漏斗952，该漏斗952以收缩角β91朝向储室出口951和流动通道926逐渐变细。例如，收缩角β91可以在112度与165度之间。储室950可以在狭槽910的出口处具有储室入口。储室950可以包括宽度W91(例如，横向尺寸)，并且储室950可以具有长度L91。宽度W91可以在储室第一部分中，该第一部分的横向尺寸大于漏斗952的最小横向尺寸，最小横向尺寸所在的部分可以构成漏斗952内的储室第二部分。储室950和漏斗952的尺寸有助于在颗粒进入流动通道926之前对齐。在图9所示的实施方式中，表皮形成模具904与基体模具906之间的保持特征包括锥化部955。例如，形成在基体模具906的漏斗952上的锥化夹角可以在约25度与65度之间。在一些实施方式中，宽度W91可以在从0.05英寸至0.07英寸（1.27 mm至1.78 mm）的范围内。在一些实施方式中，长度L91可以在从0.05英寸至0.15英寸（1.27 mm至3.81 mm）的范围内。流动通道926的宽度和表皮狭槽910的宽度可如结合图5所述。可以采用其他合适的宽度、长度和收缩角。

现在参考图10，其示意性地示出了模具装置1024的局部侧剖视图，该模具装置1024包含表皮形成模具1004、基体模具406和表皮形成面罩1005。表皮形成面罩1005可以形成凹腔1050的外壁1050B。凹腔1050可用于缓和与通向表皮狭槽1010的各进料孔相关联的局部进料变化，从而导致更均匀的挤出表皮流动和速度。表皮形成面罩1005也可形成表皮狭槽1010的外壁1010B。凹腔1050可以包括漏斗1052，其中过渡角β1001位于漏斗1052与表皮狭槽1010之间。与其他储室和凹腔一样，漏斗1052使凹腔1050朝着表皮狭槽1010和表皮出口面1008逐渐变细，这使批料混合物中的颗粒对齐。颗粒在流过流动通道1026期间保持对齐。凹腔1050可以直接连接到进料孔1020。凹腔1050可以在其最宽部分包括宽度W1001(例如，横向尺寸)。在一些实施方式中，表皮狭槽1010的宽度W1001和长度都可以在从0.05英寸至0.07英寸（1.27 mm到1.78 mm）的范围内。在其他实施方式中，表皮狭槽1010的宽度W1001和长度可为约0.06英寸(1.52 mm)。在一些实施方式中，外壁1010B的长度可以在从0.08英寸至0.14英寸（2.0 mm至3.6 mm）的范围内。在其他实施方式中，外壁的长度可以是约0.11英寸(2.8 mm)。过渡角β1001可以在从112度至165度的范围内。例如，狭槽1010与流动通道1026之间的钝角可以大于90度且小于180度，或者在108度与130度之间。流动通道1026的宽度和表皮狭槽1010的宽度可如结合图5所述。

现在参考图11，其示意性地示出了模具装置1124，其包含表皮形成斜坡1146(例如，倾斜表面)和狭槽1110，狭槽1110与表皮形成模具1104一体并构成流动通道1126的一部分。模具装置1124可以延长基体模具1106的工作寿命，因为表皮形成斜坡1146上的磨损可以使得更换表皮形成模具1104但不更换基体模具1106。表皮形成斜坡1146可在其中包括狭槽，该狭槽与基体狭槽418对齐，以提供基体和外周表皮212（图2）的交织。例如，侧向延伸或径向延伸的狭槽1160可以在表皮形成模具1104的斜坡1146与基体模具1106之间延伸。制造模具装置1124可以包括将基体模具1106和表皮形成模具1104组装在一起，并且执行EDM切入操作以产生电晕周界狭槽。EDM切入可以延伸到表皮形成模具1104中，例如约0.045英寸(1.14mm)的距离。因此，表皮形成模具1104和基体模具406中的狭槽同时形成并对齐。在一些实施方式中，狭槽1160可以通过磨料线开槽或EDM单独形成，并且可以比基体模具1106中的狭槽宽。狭槽1160可以延伸到表皮形成模具1104中，例如约0.045英寸(1.14 mm)的距离。因此，表皮形成模具1104和基体模具1106中的狭槽同时形成并对齐。对齐装置1156，例如销钉，可用于保持表皮形成模具1104和基体模具1106之间的旋转对齐。在图11的实施方式中，表皮出口表面1108具有阶梯部以匹配表皮形成面罩1105中的类似阶梯部，以形成流动通道1126。模具装置1124还可以包括如图8-10所示的凹腔或储室。例如，狭槽1110与流动通道1126之间的钝角可以大于90度且小于180度，或者在108度与130度之间。流动通道1126的宽度和表皮狭槽1110的宽度可如结合图5所述。

在本公开的另一个实施方式中，提供了一种制造蜂窝体(例如，蜂窝体300)的方法，如图12中的流程图1200所示。该方法可以包括：在1202中，提供表皮形成模具（例如，表皮形成模具404等），其包含：表皮入口面（例如，表皮入口面528等）、表皮出口面（例如，表皮出口面408等）、一个或多个表皮狭槽（例如，表皮狭槽410等），每个表皮狭槽包含表皮狭槽入口（例如，表皮狭槽入口531）和形成到表皮出口面中的表皮狭槽出口，表皮形成模具还包含在表皮入口面与一个或多个表皮狭槽入口之间延伸的一个或多个表皮进料孔(例如，表皮进料孔420等)，以及中心开口(例如，中心开口414)。该方法可以包括：在1204中，提供基体模具（例如，基体模具406等），其包含：基体入口面（例如，基体入口面540等）、基体出口面（例如，基体出口面416)、在基体狭槽入口(例如，入口544)与基体出口面之间延伸的多个基体狭槽(例如，基体狭槽418)，以及在基体入口面和基体狭槽入口之间延伸的多个基体进料孔(例如，基体进料孔542)。方法1200还可包括：在1206中，将基体模具插入到表皮形成模具的中心开口中，以形成蜂窝挤出模具。方法1200还可包括：在1208中，从挤出模具表皮形成模具挤出蜂窝挤出物(例如，蜂窝挤出物115)。表皮狭槽410、610A、610B、810、910、1010和1110各自可以通过切入式EDM或其他合适的加工工艺制造，例如车削。

前面的描述仅公开了本公开的示例性实施方式。落入本公开范围内的上述公开的装置和方法的改进对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。因此，虽然已经结合其示例性实施方式描述了本公开内容，但是应当理解，其他实施方式可以落入由权利要求限定的本公开的范围内。

Claims (24)

1.一种蜂窝挤出模具装置，其包含：表皮形成模具主体、基体模具主体和表皮形成面罩；

其中表皮形成模具主体具有

入口面，

出口面，

中心开口，

多个进料孔，其从入口面延伸到表皮形成模具主体中，直到进料孔端部，以及

一个或多个表皮形成主体狭槽，每个表皮形成主体狭槽从位于进料孔端部的表皮形成主体狭槽入口穿过表皮形成模具主体延伸至出口面；

其中，所述基体模具主体沿纵轴线设置在所述表皮形成模具主体的中心，并且所述基体模具主体具有多个基体进料孔和多个平行于所述纵轴线延伸并与所述多个基体进料孔流体连通的基体狭槽；

其中，所述表皮形成面罩与所述表皮形成模具主体的出口面接触；

其中，表皮形成面罩的一部分与表皮形成模具主体的一部分间隔开，使得表皮形成面罩和表皮形成模具主体适于协同形成围绕基体模具主体的外通道；和

其中，所述一个或多个表皮形成主体狭槽包含两个或更多个构成同心环的表皮形成主体狭槽；所述两个或更多个构成同心环的表皮形成主体狭槽包含至少一个内狭槽和至少一个外狭槽，所述至少一个内狭槽设置在所述至少一个外狭槽的径向内侧。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述表皮形成主体狭槽中的至少一个狭槽相对于从所述纵轴线延伸的半径以钝角（大于90度的流动角）与所述表皮形成模具主体的出口面相交。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个内狭槽以大于90度的第一钝流动角与表皮形成模具主体的出口面相交，并且所述至少一个外狭槽以大于90度的第二钝流动角与表皮形成模具主体的出口面相交，第一流动角和第二流动角是相对于从纵轴线延伸的半径测量的。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一钝流动角小于所述第二钝流动角。

5.根据权利要求1所述的装置，还包含在所述一个或多个表皮形成主体狭槽中的一个或多个凹腔。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述一个或多个凹腔包含位于一个或多个进料孔附近的第一部分和位于出口面附近的第二部分，其中第一部分比第二部分宽。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第二部分的尺寸从所述第一部分朝向所述出口面逐渐变细。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述表皮形成模具主体在所述表皮形成主体狭槽中的至少一个狭槽中限定变窄部分。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述表皮形成模具主体在所述表皮形成主体狭槽中的至少一个狭槽中限定膨胀部分。

10.根据权利要求1所述的装置，还包含其中所述表皮形成模具主体在所述表皮形成主体狭槽中的至少一个狭槽中限定膨胀部分和变窄部分。

11.一种表皮形成模具主体，其包含：

入口面，出口面，

围绕纵轴线的中心开口，

多个进料孔，其从入口面延伸到表皮形成模具主体中，直到进料孔端部，以及

一个或多个表皮形成主体狭槽，每个表皮形成主体狭槽从位于进料孔端部的表皮形成主体狭槽入口穿过表皮形成模具主体延伸至出口面；和

其中，所述一个或多个表皮形成主体狭槽包含两个或更多个构成同心环的表皮形成主体狭槽；所述两个或更多个构成同心环的狭槽包含至少一个内狭槽和至少一个外狭槽，所述至少一个内狭槽设置在所述至少一个外狭槽的径向内侧。

12.根据权利要求11所述的表皮形成模具主体，其中所述一个或多个狭槽包含延伸到所述出口面中并围绕所述中心开口的一个或多个连续狭槽。

13.根据权利要求11所述的表皮形成模具主体，其中所述表皮形成主体狭槽中的至少一个狭槽相对于从所述纵轴线延伸的半径以钝角（大于90度的流动角）与所述表皮形成模具主体的出口面相交。

14.根据权利要求11所述的表皮形成模具主体，其中所述至少一个内狭槽以大于90度的第一钝流动角与表皮形成模具主体的出口面相交，并且所述至少一个外狭槽以大于90度的第二钝流动角与表皮形成模具主体的出口面相交，第一流动角和第二流动角是相对于从纵轴线延伸的半径测量的。

15.根据权利要求14所述的表皮形成模具主体，其中所述第一钝流动角小于所述第二钝流动角。

16.根据权利要求11所述的表皮形成模具主体，还包含：

第一多个进料孔，其与第一排中的一个或多个第一狭槽相连，该第一多个进料孔具有第一横向尺寸；以及

第二多个进料孔，其与第二排中的一个或多个第二狭槽相连，该第二多个进料孔具有第二横向尺寸，其中第二横向尺寸大于第一横向尺寸。

17.根据权利要求11所述的表皮形成模具主体，还包含在所述一个或多个狭槽中的一个或多个凹腔。

18.根据权利要求17所述的表皮形成模具主体，其中所述一个或多个凹腔包含位于一个或多个进料孔附近的第一部分和位于出口面附近的第二部分，其中第一部分比第二部分宽。

19.根据权利要求18所述的表皮形成模具主体，其中所述第二部分的尺寸从所述第一部分朝向所述出口面逐渐变细。

20.根据权利要求11所述的表皮形成模具主体，其中所述表皮形成模具主体在所述表皮形成主体狭槽中的至少一个狭槽中限定变窄部分。

21.根据权利要求20所述的表皮形成模具主体，其中所述表皮形成模具主体在所述表皮形成主体狭槽中的至少一个狭槽中限定膨胀部分。

22.根据权利要求11所述的表皮形成模具主体，还包含其中所述表皮形成模具主体在所述表皮形成主体狭槽中的至少一个狭槽中限定膨胀部分和变窄部分。

23.根据权利要求11所述的表皮形成模具主体，还包含限定所述中心开口的外周的壁，所述壁包含锥化部。

24.根据权利要求11所述的表皮形成模具主体，还包含倾斜表面，该倾斜表面位于出口面上，邻近中心孔，并从出口面向外延伸。

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