CN1904196B - 冲模以及用冲模制造保持密封件的方法 - Google Patents

冲模以及用冲模制造保持密封件的方法 Download PDF

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Abstract

一种冲模(11)，用于冲压一张无机纤维垫(16)以制造用于缠绕排气净化器主体(21)的保持密封件(15)。该冲模包括基板(12)。由基板支撑的双刃冲压刀片(13)冲压所述无机纤维垫以切割出所述保持密封件。所述冲压刀片具有由两个斜面(13c，13d)限定的切削刃(13a)，所述两个斜面(13c，13d)的倾角(θ1，θ2)在10度到17度的范围内。

Description

冲模以及用冲模制造保持密封件的方法
技术领域
本发明涉及一种在制造用于缠绕排气净化器主体的保持密封件中使用的冲模，以及一种使用这种冲模制造保持密封件的方法。
背景技术
在车辆中使用的排气处理装置通常位于车辆排气通道的中部。作为排气处理装置的示例，在现有技术中已知一种柴油机微粒过滤器(DPF)以及一种排气净化催化剂转换器，该转换器移除被称为微粒的石墨颗粒。典型的排气处理装置包括：排气净化器主体；包住排气净化器主体的金属管(壳)；以及填充排气净化器主体与金属管之间间隙的保持密封件。
当排气净化器主体由于车辆振动而撞击在金属管上时，保持密封件必须起到防止该排气净化器主体破裂的作用。保持密封件还必须起到防止排气净化器主体在受到排气压力时从金属管脱落或在金属管中移动的作用。而且，保持密封件必须防止排气从金属管和排气净化器主体之间的间隙泄漏。
传统的保持密封件是通过切割具有均匀厚度的纤维垫制成的(参照日本特开2001-316965号公报)。使用剪刀、刀子、或冲压刀片(Thomson刀片)切割所述纤维垫。
发明内容
使用剪刀或刀子从一张纤维垫切割出保持密封件需要很长时间。传统冲模不具有用于连续冲压出保持密封件的足够耐用性。
本发明的一个方面是一种冲模，用于冲压一张无机纤维垫以制造缠绕排气净化器主体的保持密封件。该冲模包括基板。由基板支撑的双刃冲压刀片冲压所述无机纤维垫以切割出所述保持密封件。所述冲压刀片具有由两个斜面限定的切削刃，所述两个斜面的倾角在10度到17度的范围内。
本发明的另一方面涉及一种用于从一张无机纤维垫制造缠绕排气净化器主体的保持密封件的方法。该方法包括：通过将双刃冲压刀片支撑在基板上形成上述冲模；以及用该冲模冲压所述无机纤维垫以形成保持密封件。
在一个实施例中，所述冲压刀片包括：两个侧面；其中所述两个斜面相对于所述两个侧面倾斜。所述两个斜面以相同或不同的倾角倾斜。
在一个实施例中，所述两个斜面的倾角之差为10度或更小。
在一个实施例中，所述冲压刀片由碳钢制成。
在一个实施例中，所述无机纤维垫由氧化铝纤维制成。
在一个实施例中，所述冲压刀片为栅格形，并在单次冲压中从所述无机纤维垫切割出多个保持密封件。
在一个实施例中，所述冲压刀片包括：多个平行且笔直的纵向刀片；多个横向刀片，它们与所述纵向刀片垂直相交，并弯曲成在各保持密封件中形成凸部和用于接收该凸部的凹部。所述纵向刀片和所述横向刀片被焊接在一起。
在一个实施例中，所述多个纵向刀片和所述多个横向刀片具有相同的高度。
从以下描述并结合以示例方式示出本发明原理的附图将清楚本发明的其它方面和优点。
附图说明
通过结合附图参照当前优选实施例的以下描述可更好地理解本发明及其目的和优点，在这些附图中：
图1A是根据本发明优选实施例的冲模的仰视图；
图1B是图1A的局部放大视图；
图2是沿图1A中的线2-2剖取的剖面图；
图3A是表示对称切削刃的放大视图；
图3B是表示非对称切削刃的放大视图；
图4A至图4D是表示用图1A中所示的冲模冲压无机纤维垫的剖面图；以及
图5是具有本优选实施例的保持密封件的排气净化器组件的局部剖切立体图。
具体实施方式
现在将参照附图描述根据本发明优选实施例的冲模11。
如图1A所示，冲模11包括：基板12；由基板12支撑的多个冲压刀片13；以及安装在基板12上的弹性件14。弹性件14在被挤压时以可逆的方式弹性变形。冲模11冲压一张无机纤维垫16，从而切割出用于缠绕用作排气净化器主体的过滤件42的保持密封件15。
本优选实施例的冲模11从一张无机纤维垫16切割出多个保持密封件15。保持密封件15为条带形并具有凸部15b和凹部15a。保持密封件15具有均匀的厚度。
无机纤维垫16具有均匀的厚度，并由具有均匀弹性的毡或无纺织物形成。无机纤维垫16优选由诸如石英纤维、氧化铝纤维、石英和氧化铝的混合纤维、以及玻璃纤维的陶瓷纤维制成。无机纤维垫16在切割前可注入有机粘合剂，从而使该垫具有预定厚度和推斥力。所述有机粘合剂可以是诸如丙烯酸树脂或聚乙烯醇的水溶性树脂，或者是诸如丙烯酸橡胶或丁腈橡胶的乳胶。根据无机纤维垫16的类型、催化剂载体的类型、以及排气净化器主体的类型确定保持密封件15的厚度。为了降低膨松度(bulkiness)(厚度)可对无机纤维垫16进行针刺冲压。
基板12由木材或层板(如胶合板)制成。基板12具有加工面12a。冲压刀片13从加工面12a垂直伸出。在冲压操作期间，基板12的加工面12a与支撑无机纤维垫16的支撑台17平行布置。基板12以朝向支撑台17以及离开支撑台17的方式往复运动。冲压刀片13通过单次冲压操作从位于冲压区域S的无机纤维垫16切割出多个保持密封件15。根据冲压区域S的尺寸确定基板12的尺寸。在基板12的加工面12a中形成有刀槽12b，以接收冲压刀片13的基端13b。刀槽12b通过例如激光加工形成。
通过根据保持密封件15的形状弯曲一金属带制造冲压刀片13。冲压刀片13均具有根据保持密封件15成形的切削刃13a以及插入刀槽12b内的基端13b。冲压刀片13例如为栅格形，并包括：连接端形成刀片(横向刀片)18，其形成保持密封件15的凹部15a和凸部15b；侧面形成刀片(纵向刀片)19，其形成保持密封件15的纵向侧面。各横向刀片18均具有根据凹部15a和凸部15b的形状而弯曲的切削刃。各纵向刀片19均具有线性、笔直的切削刃。横向刀片18和纵向刀片19在多个接合点13f处焊接在一起。在单次冲压操作期间，各横向刀片18在两个相邻的保持密封件15中的一个内形成连接端(或凹部15a)，并在这两个相邻的保持密封件15中的另一个内形成连接端(或凸部15b)。同时各纵向刀片19形成两个相邻的保持密封件15的纵向侧面。这样，通过冲压刀片13从一张无机纤维垫16切割出了多个保持密封件15和剩余边缘部分。当使用图1中所示的冲模11时，可同时形成36个保持密封件15。
冲压刀片13的厚度为0.5至1.5mm，优选为0.8至1.2mm，更优选为1.0mm，然而冲压刀片13的厚度不局限于任何具体值。当厚度为0.5mm或更大时，冲压刀片13具有高耐用性并且抗破裂。当厚度为1.5mm或更小时，冲压刀片13可易于通过弯曲金属带形成而不会影响保持密封件15的形状。若冲压刀片13具有适当的厚度，则切割出的各保持密封件15就不会紧紧卡在包围各保持密封件15的冲压刀片13之间。因此，切割出的保持密封件15可容易地被弹性件14从冲模11推出。从基板12的加工面12a到各冲压刀片13的切削刃13a的高度h根据保持密封件15的厚度和材料确定。
如图3A中所示，双刃冲压刀片13包括：两个侧面13e1和13e2；分别向两个侧面13e1和13e2倾斜的两个斜面13c和13d；以及由两个斜面13c和13d限定的切削刃13a。两个斜面13c和13d分别以倾角θ1和θ2倾斜。倾角θ1和θ2相同或近似相同。更具体地说，倾角θ1和θ2之差为10度或更小，优选为5度或更小，更优选为零度。只要角度差为10度或更小，冲压刀片13的切削刃13a在压靠无机纤维垫16时就不会向倾角较小的一侧弯曲。因此，冲压刀片13可用于进行连续冲压。而且，可切割出多个保持密封件15而无尺寸误差。图3B表示倾角θ3小于倾角θ4的冲压刀片13。切削刃13a朝侧面13e1(倾角小的侧面)偏离切削刃13a的中心线T。在这种情况下，在斜面13c侧和斜面13d侧施加到切削刃13a上的冲压载荷不同。
倾角θ1和θ2优选为10到30度，优选为15到25度，更优选为17到22度。只要倾角θ1和θ2为10度或更大，切削刃13a就不会太锋利或太薄。这样，冲压具有预定厚度及推斥力的无机纤维垫16时产生的施加载荷就不会损坏切削刃13a。另外，只要倾角θ1和θ2为30度或更小，切削刃13a就足够锋利从而完全切割无机纤维垫16。同样，在受到冲压无机纤维垫16时产生的载荷时，切削刃13a不会被损坏。只要倾角在上述范围内，倾角θ1和θ2可以相同或不同。
用于冲压刀片13的材料的示例包括：钢，例如碳钢、不锈钢、钼钢和特种钢(合金钢)；合金，例如钴合金(钨铬钴合金)和钛合金；以及细陶瓷，例如氧化锆和氧化铝。可进行热处理以提高硬度的钢是优选的。尤其优选碳钢，这是由于其具有相对较高的硬度和耐用性并可容易地获得。而且，可根据其使用目的而通过改变碳含量来改变碳钢的机械特性。碳钢是钢和碳的合金，并具有含量为2％或更低的碳(C)。另外，碳钢包含少量硅、锰、磷、和硫。碳钢分成：碳含量为0.12％或更低的极软钢；碳含量为0.12％至0.2％的低碳钢(软钢)；碳含量为0.2％至0.45％的中碳钢(半软钢，半硬钢)；碳含量为0.45％至0.8％的高碳钢(硬钢)；以及碳含量为0.8％至1.7％的超硬钢。较高的碳含量会提高通过热处理得到的硬度。较低的碳含量会提高抗锈性。碳钢中的碳量根据无机纤维垫16的材料和用途确定。冲压刀片13可由通过粘结多种金属材料得到的分层材料(grad material)制成。例如，对于切削刃13a，可选地使用碳含量高的碳钢。在这种情况下，所获得的切削刃13a较硬。可将碳含量低的碳钢层层压在两个侧面13e1和13e2上。这种三层结构会提高冲压刀片13的抗锈蚀性。在冲压刀片13的弯曲部分可使用碳含量低的碳钢。这会使冲压刀片13容易弯曲从而方便制造。若无机纤维垫16由氧化铝纤维制成，则优选的是使用碳含量高的碳钢作为冲压刀片13的材料。
弹性件14被安装到基板12的加工面12a上。当将冲压刀片13从支撑台17移开时，弹性件14朝该支撑台17推出被冲压刀片13包围并保持的各保持密封件15。弹性件14是具有均匀厚度t的弹性层。厚度t优选大于冲压刀片的高度h。若弹性件14的厚度t小于冲压刀片13的高度h，就会因重复冲压操作而在弹性件14中产生磨损。在这种情况下，就不能将保持密封件15充分地推出。然而，如果弹性件14的厚度大大超过冲压刀片13的高度h，则会导致保持密封件15压缩变形。因此，弹性件14的厚度应当根据保持密封件15的厚度和冲压刀片13的高度而改变。优选地，弹性件14的厚度设定成10mm或更小，更优选地是3至7mm。
用于弹性件14的材料不受具体限制，只要是在压缩时以可逆的方式弹性变形的弹性材料即可。用于弹性件14的材料例如可以是由无机或有机纤维制成的无纺织物或毡，或者是由可膨胀材料制成的泡沫。当使用泡沫时，纤维不会缠在保持密封件中。可用于弹性件14的泡沫包括聚氨酯泡沫、聚酯泡沫、密胺树脂泡沫、酚醛树脂泡沫、聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、天然橡胶泡沫、合成橡胶泡沫、以及弹性体泡沫。弹性件14可由单一弹性材料制成，或者由两种或更多种弹性材料的组合物制成。弹性件14可由单层制成，或者由相同或不同弹性材料的层压层制成。
本发明人检验了多种弹性材料的磨损率。在通过一百次反复压缩和解压缩弹性材料之前和之后测量压缩载荷的衰减百分比来计算各弹性材料的磨损率。磨损率低意味着材料可恢复到其初始形状。结果表明，当经受反复压缩时，合成橡胶泡沫呈现出最低的磨损率。因此，最优选的是弹性件14由合成橡胶泡沫制成。优选的是弹性件14的磨损率较低。合成橡胶泡沫的磨损率为2％或更低。通过连续冲压操作将使磨损率高的弹性材料以不可逆的方式被压缩。因此，保持密封件15不会被充分推出。
弹性件14的挠曲25％的压缩载荷为25至120kPa，优选为30至100kPa，更优选为40至60kPa。根据美国材料试验协会(ASTM)D1056测量挠曲25％的压缩载荷。在冲压期间，挠曲25％的压缩载荷为25至120kPa的弹性件会产生足够的将被冲压刀片13保持的保持密封件15推出的推斥力，并且足够柔软从而不会改变保持密封件15的特性或形状。
冲压刀片13限定了多个分区部分，各分区部分均具有保持密封件15的形状。弹性件14在基板12的加工面12a上布置在所述分区部分内。弹性件14还在加工面12a上布置在冲压刀片13外侧。位于所述分区部分内的弹性件14起到将已被压入这些分区部分的保持密封件15从冲模11推出的作用。位于冲压刀片13外的弹性件14将冲压过的无机纤维垫16的边缘部分从冲模11推出。
通过双面胶带或粘结剂将弹性件14粘结在除冲压刀片13所在位置以外的几乎整个加工面12a上。如图2中所示，弹性件14优选不接触冲压刀片13。优选地，各弹性件14与冲压刀片13的侧面分隔开0到10mm的距离，以在它们之间形成间隙20。若间隙20为10mm或更大，则保持密封件15将易于卡在间隙20内，并且难以被从间隙20中推出。这会引起保持密封件15的变形。若间隙20大于0mm，则弹性件14的推斥力不会被弹性件14的侧面和冲压刀片13的侧面之间的摩擦阻力降低。更优选地，间隙20为5mm。若间隙20为5mm，则弹性件14的推斥力不会被弹性件14和冲压刀片13的侧面之间的摩擦阻力降低。而且，弹性件14的推斥力将基本上作用在保持密封件15的整个表面上。
现在将参照图4A至图4D描述冲模11的操作。
将具有预定厚度和推斥力的无机纤维垫16放置在支撑台17上。使无机纤维垫16位于冲模11的冲压区域S内。使冲模11在保持与支撑台17平行的同时下降(图4A)。在冲模11的下降期间，弹性件14首先与无机纤维垫16相接触。因此，使无机纤维垫16保持在弹性件14和支撑台17之间。当冲模11进一步下降时，弹性件14被压缩并且冲压刀片13的切削刃13a与无机纤维垫16的上表面相接触。当冲模11从这一状态进一步下降时，冲压刀片13的切削刃13a与支撑台17相接触，从而从无机纤维垫16切割出保持密封件15。保持密封件15被压入所述分区部分，并被压缩与冲压刀片13的厚度相对应的量。当冲模11上升时(图4C)，保持密封件15通过弹性件14的推斥力而从所述分区部分推出(释放)。此时，冲压刀片13的切削刃13a已从无机纤维垫16移开。然而，无机纤维垫16仍被保持在弹性件14和支撑台17之间。这使无机纤维垫16保持在如冲压前的原始形状。而且，通过冲压得到的多个保持密封件15和无机纤维垫16的外围部分保持整齐排列并且不散开。使冲模11进一步上升直至使弹性件14从无机纤维垫16移开(图4D)。然后将支撑台17输送到下一工序。冲模11的下降和上升可与输送支撑台17的带式输送机的运动协同进行。在这种情况下，冲模11可连续冲压无机纤维垫16。
现在将参照图5描述排气处理装置的组装。在第一步骤中，使保持密封件15缠绕排气净化器主体(例如催化剂载体21)。将凸部15b装配在保持密封件15的凹部15a中。这样，可在使保持密封件15的端部不相互重叠的情况下绕催化剂载体21的整个外周缠绕保持密封件15。
将缠绕有保持密封件15的催化剂载体21压入管状金属壳23。保持密封件15在被压入管状壳23时被弹性压缩。保持密封件15的推斥力使催化剂载体21保持在管状壳23内。保持密封件15还起到防护垫作用，用于防止催化剂载体21因从外侧传来的振动而撞击管状壳23。
所述优选实施例具有下述优点。
(1)冲压刀片13为双刃刀片，在分别向两个侧面13e1和13e2倾斜的斜面13c和13d之间限定有切削刃13a。切削刃13a抗变形，从而冲压刀片13具有高耐用性。
(2)斜面13c和13d的倾角θ1和θ2之差为10度或更小。这防止了作用在切削刃13a上的冲压载荷在斜面13c侧和斜面13d侧差别很大。因此，冲压刀片13具有用于连续切割出保持密封件15的足够耐用性。
(3)当倾角θ1和θ2大致相同时，切削刃13a位于相对于冲压刀片13的厚度的大致中间位置T。在这种情况下，冲压刀片13具有高切割精度，从而切割出具有相同尺寸和形状的两个相邻的保持密封件15。
(4)当冲压刀片13的材料为碳钢时，冲压刀片13具有优良的硬度和耐用性。例如，由氧化铝纤维制成的大体积无机纤维垫16产生足够的、用于保持催化剂载体推斥力。使用碳含量高从而具有优良的耐用性和硬度的碳钢对于这种无机纤维垫16的连续冲压尤其有效。
(5)在冲压操作前，将放置在支撑台17上的无机纤维垫16定位成直接面对冲压刀片13。这防止了制造有缺陷的保持密封件。
(6)当基板12由木材制成时，可易于形成刀槽12b。
(7)由冲模11切割出的保持密封件15具有均匀的切割面和均匀的厚度。因此，使凹部15a和凸部15b形状相同。这制造出可极好地装配到催化剂载体21内的保持密封件15。
可如以下所述对所述优选实施例进行修改。
基板12可由金属材料制成。
可根据冲压刀片13使刀槽12b部分地或全部地形成在基板12的加工面12a上。冲压刀片13均可通过诸如螺钉或螺栓的紧固件紧固到基板12上。
可在基板12上形成一通孔以与刀槽12b连通。通过将冲压刀片13的一部分插入所述通孔内可提高该冲压刀片13的稳定性和耐用性。
可使支撑台17而不是冲模11上升和下降。
可以通过已知的使用磨削石或车床的磨削方法磨削金属带的边缘形成冲压刀片13的斜面13c和13d。
冲压刀片13不局限于所示的双刃刀片，而可以是具有逐级倾斜两个倾角的斜面13c和13d的两级刀片。而且，切削刃13a可在不影响切割特性的范围内被斜切。
冲压模11可从单片无机纤维垫16切割出一个或多个保持密封件15。
用于支撑台17的材料不受限制。可使用任何材料，只要它能够平行支撑无机纤维垫16并且不会损坏切削刃13a即可。用于支撑台17的材料可例如是：诸如聚丙烯树脂、橡胶、泡沫或纤维的树脂层压体；或者覆盖有这样的树脂、橡胶、泡沫或纤维的层压体。
除催化剂载体21外，保持密封件15还可缠绕柴油机微粒过滤器(DPF)。
在沿切削刃13a的不同位置处倾角θ1和θ2可相同或不同。
现在将更详细地描述所述优选实施例的示例。
将具有表1中所示的倾角θ1和θ2的刀片固定到基板12上，以制备试验例1至6的冲模。刀片厚度为1mm。通过进行下述步骤测量试验例1至6中的冲模刀片的耐用性。
耐用性试验
将氧化铝纤维垫16放在支撑台17上，并通过试验例1至6中的每一个以相同压力冲压。重复冲压直至出现下述异常中的至少一种。所述异常分类成：异常1-锩刃(blade chipping)或刀片变形；异常2-保持密封件不完全切割；以及异常3-冲压出的保持密封件的尺寸和初始尺寸之差为1mm或更大(尺寸异常)。计数出现异常前连续冲压的次数。结果在表1中示出。
表1
  试验例   角θ1(度)   角θ2(度)   |θ1-θ2|(度)   可连续冲压的次数   异常的分类
  1   -   17   -   50   1和3
  2   3   17   14   100   3
  3   10   17   7   2500   3
  4   12   17   5   ＞15000   无
  5   17   17   0   ＞30000   无
  6   30   17   13   8500   2
从表1的结果中可以看出，当倾角θ1和θ2之差超过10度时以及两侧面13e1和13e2的倾角不在10至30度的范围内时可连续冲压的次数减少。当倾角θ1和θ2小于10度时，出现尺寸异常(异常1)。认为得到这样的结果是由于切削刃弯曲从而切削刃从其原始位置移动。当倾角θ1和θ2超过30度时出现不完全切割。认为得到这样的结果是由于轻微的锩刃而大大降低了切割能力。可连续冲压次数的减少降低了保持密封件的生产效率。
将日本特开2001-316965号公报的内容结合于此以作参考。
本领域的技术人员应当清楚，在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以以许多其它具体形式实施本发明。因此，这些示例和实施例应看作是示例性的而非限制性的，并且本发明不局限于这里给出的细节，而是可在所附权利要求的范围及等同物内进行修改。
相关申请的交叉引用
本申请基于2005年7月25日提出的在先日本专利申请NO.2005-21503，并要求其优先权，将该申请的全部内容结合于此以作参考。

Claims (8)

1.一种冲模(11)，用于冲压一张无机纤维垫(16)，以制造用于缠绕排气净化器主体(21)的保持密封件(15)，该冲模的特征在于：
双刃冲压刀片(13)，其由基板(12)支撑，用于冲压所述无机纤维垫以切割出所述保持密封件，其中，所述冲压刀片具有由两个斜面(13c，13d)限定的切削刃(13a)，所述两个斜面(13c，13d)的倾角(θ1，θ2)在10度到17度的范围内。
2.根据权利要求1所述的冲模，其特征在于，所述冲压刀片包括：两个侧面(13e1，13e2)；
其中所述两个斜面(13c，13d)相对于所述两个侧面倾斜；以及
其中所述两个斜面以相同或不同的倾角(θ1，θ2；θ3，θ4)倾斜。
3.根据权利要求1所述的冲模，其特征在于，所述冲压刀片由碳钢制成。
4.根据权利要求1所述的冲模，其特征在于，所述无机纤维垫由氧化铝纤维制成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冲模，其特征在于，所述冲压刀片为栅格形，并在单次冲压中从所述无机纤维垫切割出多个保持密封件。
6.根据权利要求5所述的冲模，其特征在于，所述冲压刀片包括：
多个平行且笔直的纵向刀片(19)；以及
多个横向刀片(18)，它们与所述纵向刀片垂直相交并弯曲，从而在各保持密封件中形成凸部(15b)和用于接收该凸部的凹部(15a)，其中所述纵向刀片和所述横向刀片被焊接在一起。
7.根据权利要求6所述的冲模，其特征在于，所述多个纵向刀片和所述多个横向刀片具有相同的高度(h)。
8.一种用于从一张无机纤维垫制造缠绕排气净化器主体的保持密封件的方法，该方法包括：
通过将双刃冲压刀片支撑在基板上形成根据权利要求1所述的冲模；以及
用该冲模冲压所述无机纤维垫以形成保持密封件。
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