DE3726869A1

DE3726869A1 - Mundstuecke zum extrudieren von wabenkoerpern sowie verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE3726869A1
Application number: DE19873726869
Authority: DE
Inventors: Satoru Inoue; Shoji Futamura
Original assignee: INST TECH PRECISION ENG; Institute of Technology Precision Electrical Discharge Works; NGK Insulators Ltd
Current assignee: INST TECH PRECISION ENG; Institute of Technology Precision Electrical Discharge Works; NGK Insulators Ltd
Priority date: 1986-08-14
Filing date: 1987-08-12
Publication date: 1988-02-25
Also published as: BE1002014A5; JPH0622806B2; DE3726869C2; JPS6347104A; US4820146A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mundstücke zum Extru dieren von Wabenkörpern sowie ein Verfahren zur Herstel lung von derartigen Mundstücken. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf Mundstücke zum Formen von Wabenkör pern, die durch Extrudieren eines plastischen Materiales, wie beispielsweise eines Keramikmaterials, Wabenkörper formen können und einen Formabschnitt umfassen, der mit Formkanälen versehen ist und aus einer verschleißfesten Legierung, beispielsweise einer superharten Legierung, besteht, wobei eine Vielzahl von Löchern, die mit den vorstehend erwähnten Formkanälen in Verbindung stehen und denen das plastische Material mittels Druck zugeführt wird, im Formabschnitt mit Hilfe von elektrischen Entla dungen hergestellt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Mundstücken.

Aus der US-PS 37 90 654 ist ein Mundstück zur Formung von Wabenkörpern bekannt, das in Fig. 1 der vorliegen den Anmeldung dargestellt ist. Fig. 1A zeigt hierbei eine Draufsicht auf das Mundstück, während Fig. 1B einen Schnitt durch das Mundstück der Fig. 1A entlang der Linie IB-IB zeigt. Genauer gesagt handelt es sich bei dem in den Fig. 1A und 1B gezeigten Mundstück um ein sogenanntes einstückiges Mundstück, das mit Formkanälen 3 für den Wabenkörper (hiernach nur kurz als "Formkanäle" bezeichnet) versehen ist, welche sich von einer Vorder seite 1 des Mundstücks in Richtung auf eine Rückseite 2 desselben mit einer speziellen Tiefe und einer Quer schnittsform erstrecken, die an die zu extrudierenden Wabenkörper angepaßt ist (bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel handelt es sich um eine quadratische Quer schnittsform). Das Mundstück weist ferner eine Vielzahl von Löchern 4 auf, die unabhängig voneinander von der Rückseite 2 des Mundstücks in Richtung auf die Vorder seite 1 desselben gebohrt sind und mit den Formkanälen 3 in Verbindung stehen. Ein Rohmaterial der zu extrudie renden Wabenkörper, beispielsweise ein plastisches Kera mikmaterial, wird mittels Druck allen Löchern 4 zuge führt, und das mittels Druck zugeführte plastische Ma terial strömt in die Formkanäle 3, wobei es einem Quetsch druck ausgesetzt ist. Danach wird das plastische Mate rial durch die Formkanäle 3 kontinuierlich zu kerami schen Wabenkörpern extrudiert.

Wenn jedoch Wabenkörper unter Verwendung eines derarti gen herkömmlichen Mundstücks extrudiert werden, verschlei ßen die Formkanäle 3, wenn das plastische Material diese passiert, so daß sich die Breite der Kanäle vergrößert. Dies hat zur Folge, daß teure Mundstücke in wiederholter Weise ausgetauscht werden müssen, um die Dimensionsgenau igkeit der Wabenkörper immer sicherzustellen. Die Formka näle 3 verschleißen insbesondere dann sehr stark, wenn Wabenkörper durch Extrusion unter Verwendung eines Ma terials auf Aluminiumoxidbasis, Siliciumkarbidbasis, Mullitbasis etc., die eine große Härte besitzen, geformt werden sollen. Es besteht daher das Problem, daß sich die nutzbare Lebensdauer des Mundstücks beträchtlich ver kürzt.

Zur Lösung der vorstehend genannten Probleme sind in der US-PS 46 53 996 Mundstücke zum Extrudieren von Wabenkör pern beschrieben, wie sie in Fig. 2 der vorliegenden Anmeldung dargestellt sind. Hierbei ist eine Platte 5 aus einer superharten Legierung mit einer Vorderseite des Mundstücks 1 verbunden, und Formkanäle 3 sind in der Platte 5 aus der superharten Legierung ausgebildet. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Mundstück erstreckt sich jedoch ein Teil der Formkanäle 3 innerhalb eines Mund stückbasisabschnittes 6, und im Mundstückbasisabschnitt sind Löcher 4 ausgebildet. Da der Mundstückbasisabschnitt nicht aus einer superharten Legierung besteht, verschlei ßen die Löcher 4 und der Teil der Formkanäle 3, der sich im Mundstückbasisabschnitt 6 erstreckt, schneller als die in der Platte 5 aus der superharten Legierung ausge bildeten Formkanäle 3. Insbesondere dann, wenn das Ausmaß des Verschleißes eines Abschnittes der Löcher 4 in der Nähe der Formkanäle 3 und eines Abschnittes der Formka näle 3 im Mundstückbasisabschnitt 6 ungleichmäßig wird, variiert teilweise die Geschwindigkeit, mit der ein pla stisches Material die Formkanäle 3 durchdringt. Es be steht daher das Problem, daß die extrudierten Wabenkör per während des Brennens verformt oder mit Rissen ver sehen werden, so daß die Körper leicht brechen. Selbst wenn daher die Platte 5 aus der superharten Legierung an einem Verschleiß gehindert wird, hängt die nutzbare Lebensdauer des Mundstücks vom Verschleiß des Mundstück abschnittes 6 ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Probleme zu lösen und Mundstücke zur Herstel lung von Wabenkörpern sowie ein Verfahren zur Herstel lung von derartigen Mundstücken zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Mundstück und ein Herstellverfahren für dieses gelöst, die dadurch gekennzeichnet sind, daß das Mundstück einen Formabschnitt aufweist, der aus einer verschleißfesten Legierung be steht und mit einer Vielzahl von Formkanälen versehen ist, welche eine an die der zu extrudierenden Wabenkörper ange paßte Querschnittsform besitzen, wobei eine Vielzahl von Löchern, die mit den Formkanälen in Verbindung stehen, über eine Bearbeitung mittels elektrischer Entladung im Formabschnitt vorgesehen ist.

Auf diese Weise kann die Festigkeit der Mundstücke zum Formen der Wabenkörper erhöht und deren nutzbare Lebens dauer stark verlängert werden.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen er läutert. Es zeigen

Fig. 1A, 1B und 2 Ansichten von herkömmlich ausgebildeten Mundstücken zum Formen von Wabenkörpern;

Fig. 3A bis 3C Ansichten einer Ausführungsform eines er findungsgemäß ausgebildeten Mundstückes zum Formen von Wabenkörpern;

Fig. 4A und 4B Ansichten einer Bearbeitungselektrode mittels elektrischer Entladung zur Her stellung von Löchern in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform und

Fig. 5A bis 5C Ansichten einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Mundstücks zum Formen von Wabenkörpern.

Die Fig. 3A bis 3C zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Mundstücks zum Formen von Wabenkörpern, wobei Fig. 3A eine Draufsicht darstellt und die Fig. 3B und 3C seitliche Schnitte entlang der Linie IIIB-IIIB in Fig. 3A und entlang der Linie IIIC- IIIC in Fig. 3B sind. Fig. 4A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Bearbeitungselektrode mittels elektrischer Entladung zum Herstellen von Löchern in der in den Fig. 3A bis 3C gezeigten Ausführungsform. Fig. 4B zeigt die in Fig. 4A dargestellte Elektrode bei der Produktion. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Mund stücks zum Formen von Wabenkörpern.

Bei der in den Fig. 3A bis 3C dargestellten Ausführungs form eines Mundstücks zum Formen von Wabenkörpern (hiernach nur noch kurz als Mundstück bezeichnet) handelt es sich um ein Mundstück zum Extrudieren von Wabenkörpern, welche Zel len quadratischer Form besitzen. Die Bezugsziffern 10, 11 und 12 in den Fig. 3A bis 3C bezeichnen ein Mundstück, einen Formabschnitt und einen Mundstückbasisabschnitt. Die Bezugsziffern 13, 14 und 15 bezeichnen einen Formkanal, Löcher und ein Verbindungsloch.

Das Mundstück 10 der Fig. 3 wird hergestellt, indem man den Mundstückbasisabschnitt 12 und den Formabschnitt 11, der aus einer superharten Legierung besteht, miteinander verbindet (beispielsweise über Löten). Für den Mundstück basisabschnitt 12 braucht keine superharte Legierung ver wendet zu werden. Stattdessen kann ein billiges und rasch verfügbares Metall, wie beispielsweise gewöhnlicher Stahl, verwendet werden. Im Formabschnitt 11 sind Formkanäle 13 ausgebildet, die an die Querschnittsform der zu extru dierenden Wabenkörper angepaßt sind, sowie eine Vielzahl von Löchern 14, 14 . . ., welche mit den Formkanälen 13 in Verbindung stehen. Die Herstellung erfolgt dabei mit Hil fe elektrischer Entladung. Um bei der in Fig. 3 gezeig ten Ausführungsform die Herstellung der Entladungselektro de zur Erzeugung der Löcher 14 (was später in Verbindung mit den Fig. 4A und 4B erläutert wird) zu erleichtern, ist die Querschnittsform der Löcher 14 quadratisch ausge bildet, und der Schnittwinkel zwischen einer Seite des entsprechenden Quadrates und den Formkanälen 13 beträgt 45°. Im Mundstückbasisabschnitt 12 sind an Stellen, die den entsprechenden Löchern 14, 14 . . . entsprechen, Ver bindungslöcher 15, 15 . . . ausgebildet. Bei der in den Fig. 3A bis 3C gezeigten Ausführungsform weisen die Verbindungslöcher 15, 15 . . . zylindrische Form auf. Wie Fig. 3C zeigt, ist der Innendurchmesser der Verbindungs löcher 15 bei der Ausführungsform der Fig. 3 geringfügig kleiner ausgebildet als eine orthogonale Länge der Löcher 14. Der erstere kann dem letzteren entsprechen oder der Länge einer Seite des entsprechenden Quadrates entspre chen.

Da bei dem in der vorstehend geschilderten Weise ausgebil deten Mundstück die Formkanäle 13 und die Löcher 14 in einem aus einer superharten Legierung bestehenden Formab schnitt 11 ausgeformt sind, wird ein Verschleiß der Form kanäle 13 und der Löcher 14 im wesentlichen verhindert. Beispielsweise unterliegen die im Mundstückbasisabschnitt 12 aus gewöhnlichem Stahl vorgesehenen Verbindungslöcher 15 einem natürlichen Verschleiß. Da jedoch die Verbindungs löcher 15 mit den Formlöchern 13 über die Löcher 14 in Verbindung stehen, sind die mit dem Mundstück hergestell ten Wabenkörper selbst dann keiner nachteiligen Beeinflus sung ausgesetzt, wenn die Verbindungslöcher 15 verschleißen.

Wenn diese Löcher einem beträchtlichen Verschleiß ausge setzt sind, muß lediglich der Mundstückbasisabschnitt ausgetauscht werden.

Die vorstehend erläuterte Ausführungsform der Fig. 3 ist entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten und zu Be ginn der Beschreibung erläuterten herkömmlichen Ausfüh rungsbeispiel ausgebildet, d. h. mit Formabschnitt 11 und Mundstückbasisabschnitt 12. Das erfindungsgemäß ausge bildete Mundstück kann jedoch auch nur mit dem Formab schnitt versehen sein, ohne den Mundstückbasisabschnitt 12 der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform zu verwenden. In diesem Fall wirken die im Formabschnitt 11 vorgesehenen Löcher 14 auch als Verbindungslöcher 15.

Als nächstes wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Herstellverfahren in Verbindung mit den Fig. 3A bis 3C und 4A sowie 4B im einzelnen erläutert.

(i) Zuerst werden ein Formschnittblock und ein Mund stückbasisabschnittblock (nicht gezeigt) mit Formen her gestellt, die dem Formabschnitt 11 und dem Mundstückbasis abschnitt 12 entsprechen. Der Formabschnittblock und der Mundstückbasisabschnittblock werden aus einer superharten Legierung und gewöhnlichem Stahl hergestellt.
(ii) Mittels elektrischer Entladung werden Formkanäle 13 und Löcher 14 im Formabschnittblock in bekannter Wei se hergestellt, um den in Fig. 3 gezeigten Formabschnitt zu erhalten. Die zur Herstellung der vorstehend genannten Formkanäle verwendete Entladungselektrode besitzt eine Form, die an die der zu extrudierenden Formkanäle 13 angepaßt ist. Die Löcher 14 werden durch Verwendung einer Entladungs elektrode 16, die in Fig. 4A gezeigt ist, hergestellt.
Die Elektrode 16 ist einstückig aus einem Elektrodenba sisabschnitt 17 und vorstehenden Elektrodenabschnitten 18 hergestellt. Es versteht sich von selbst, daß die vor stehenden Elektrodenabschnitte 18 den Löchern 14 der Fig. 3 entsprechen. Wie nachfolgend in Verbindung mit Fig. 4B beschrieben wird, kann die Entladungselektrode 16 in ein facher Weise mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Sie kann beispielsweise einfach und mit hoher Genauigkeit hergestellt werden, indem Nuten 19, 19 . . . einer vorgege benen Breite "d" in einem vorgegebenen Abstand "P" in einen Elektrodenblock 16 geschnitten werden, der beispiels weise aus Graphitmaterial besteht, und zwar in sich senk recht schneidenden Richtungen X und Y. Die Tiefe der Nuten 19, 19 . . . entspricht der Höhe H der vorstehenden Elektro denabschnitte 18, die in Fig. 4A gezeigt sind. Der Ab stand P und die Nutenbreite "d" werden auf der Basis der Profilabmessungen der Formnuten 13 und der Löcher 14 fest gelegt. Mit anderen Worten, wenn man die Länge einer Seite eines Quadrates, das durch die Mittellinien der Formnuten 13 verläuft, und die Länge einer Seite der Löcher 14 mit L ₁ und L ₂ bezeichnet (Fig. 3A), können der Abstand P und die Nutenbreite "d" auf √2 L ₁ und √2 L ₁-L ₂ einge stellt werden.
(iii) Als nächstes wird der in Fig. 3 gezeigte Mundstück basisabschnitt 12 hergestellt, indem Verbindungslöcher 15, 15 . . . in den gemäß Schritt (i) hergestellten Mundstück basisblock gebohrt werden. Die Stellen der Verbindungslö cher 15, 15 . . . entsprechen denen der Löcher 14, 14, und der Innendurchmesser Φ der Verbindungslöcher kann einen Wert von L ₂ bis √2 L ₂ einnehmen (L ₂ ist die Länge einer Seite des Loches).
(iv) Das Mundstück wird vervollständigt, indem der Form abschnitt 11 und der Mundstückbasisabschnitt 12, die ge mäß den Schritten (i) bis (iii) hergestellt wurden, mit einander verbunden werden, beispielsweise durch Löten. An stelle eines Lötvorganges kann auch eine Flüssigphasen-Dif fusionsschweißtechnik zur Anwendung gelangen, wie sie bei spielsweise in der US-PS 46 53 996 beschrieben ist.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Mundstücks zum Formen von Wabenkörpern, das, wie vorstehend erläutert, durch einen Formabschnitt 11 aus einem Material einer super harten Legierung gebildet wird, ohne den in Fig. 3 gezeigten Mundstückbasisabschnitt zu verwenden. Fig. 5A ist eine Drauf sicht, und die Fig. 5B und 5C stellen Schnitte entlang der Linie V _B-V _B in Fig. 5a und entlang Linie V _C-V _C in Fig. 5B dar. Die Bezugsziffern der Fig. 5A bis 5C entspre chen denen der Fig. 3A bis 3C.

Während die Mittellinien der Formkanäle 13 der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform Quadrate bilden, bilden die der Ausführungsform der Fig. 5 Rechtecke. Bei der Ausfüh rungsform der Fig. 5A bis 5C ist das Schnittprofil der Löcher 14, die mit den Formkanälen in Verbindung stehen, rhombisch, und die Verbindungslöcher 14 sind so ausgebildet, daß sich die Scheitelpunkte der Rhomben an den Mittellinien der Formkanäle 13 befinden.

Das Verfahren zur Herstellung der Ausführungsform der Fig. 5 ist grundsätzlich das gleiche wie das der Ausführungsform der Fig. 3. Daher wird auf eine Erläuterung verzichtet. Die Löcher 14 der Ausführungsform der Fig. 5 besitzen eine rhombische Querschnittsform und sind parallel zu den Pfeil richtungen X′ und Y′ angeordnet. Somit kann eine mittels elektrischer Entladung arbeitende Elekrode (nicht gezeigt) zur Herstellung der Löcher in einfacher Weise hergestellt werden, indem Nuten parallel zu den Pfeilrichtungen X′ und Y′ eingeschnitten werden.

Vorstehend wurden Mundstücke zum Formen von Wabenkörpern sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben erläutert. Indem die Querschnittsform der Löcher quadratisch oder rhombisch ausgebildet wird, kann die mittels elektrischer Entladung arbeitende Elektrode zur Herstellung der Löcher nicht nur in einfacher Weise hergestellt werden, sondern auch der Abstand zwischen den Löchern kann im Vergleich zu Mundstücken mit zylindrischen Löchern mit dem gleichen Querschnittsbereich erhöht werden. Daher kann die Festig keit vergrößert werden. Obwohl bei der Ausführungsform der Fig. 3 die Querschnittsform der Löcher quadratisch und bei der Ausführungsform der Fig. 5 rhombisch ausge bildet ist, können auch die Scheitelpunkte der Quadrate oder Rhomben bogenförmig ausgebildet sein.

Da der mit den Formkanälen und den damit in Verbindung stehenden Löchern versehene Formabschnitt aus einer su perharten Legierung besteht, wird die Festigkeit der Mund stücke zum Formen von Wabenkörpern erhöht und die nutz bare Lebensdauer der Mundstücke wesentlich verlängert. Darüber hinaus kann die mittels elektrischer Entladung arbeitende Elektrode zur Herstellung der Löcher mit hoher Genauigkeit in einfacher Weise hergestellt werden.

Erfindungsgemäß wird somit ein Mundstück bzw. eine Düse zur Herstellung von Wabenkörpern vorgeschlagen, die einen Formabschnitt aus einer verschleißfesten Legierung auf weist. Der Formabschnitt ist mit Formkanälen und einer Vielzahl von Löchern versehen. Die Formkanäle besitzen eine Querschnittsform, die an die vom Mundstück zu extru dierenden Wabenkörper angepaßt ist, sowie eine vorgegebe ne Tiefe von einer Vorderseite des Mundstücks in Richtung auf eine Rückseite desselben. Die Löcher sind unabhängig voneinander von der Rückseite des Mundstücks in Richtung auf dessen Vorderseite ausgebildet und stehen mit den Formkanälen in Verbindung. Das Mundstück weist ferner Verbindungslöcher auf, die mit den Löchern des Formab schnittes in Verbindung stehen. Erfindungsgemäß wird fer ner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Mund stücks vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren werden Löcher im Formabschnitt mittels elektrischer Entladung hergestellt. Das auf diese Weise geformte Mundstück besitzt eine verbes serte Festigkeit und eine längere nutzbare Lebensdauer.

Claims

1. Mundstück zum Extrudieren von Wabenkörpern, gekenn zeichnet durch einen Formabschnitt (11), der aus einer verschleißfesten Legierung besteht und mit mindestens einem Formkanal (13) versehen ist, der eine Querschnitts form besitzt, welche an die der zu extrudierenden Waben körper angepaßt ist, und eine vorgegebene Tiefe von einer Vorderseite des Mundstücks in Richtung auf eine Rückseite desselben aufweist, sowie mit einer Vielzahl von Löchern (14), die unabhängig voneinander von der Rückseite des Mundstücks aus in Richtung auf dessen Vorderseite ausge bildet sind und mit den Formkanälen (13) in Verbindung stehen, und Verbindungslöcher (15), die mit den Löchern (14) des Formabschnittes (11) in Verbindung stehen.

2. Mundstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der verschleißfesten Legierung um eine superharte Legierung handelt.

3. Mundstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß es desweiteren einen Mundstückbasisabschnitt (12) umfaßt, der mit der Rückseite des Formabschnittes (11) verbunden ist, aus gewöhnlichem Stahl besteht und die Verbindungslöcher (15) aufweist.

4. Mundstück nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Löcher (14) einen paralle logrammförmigen Querschnitt aufweisen und parallel zuein ander in zwei sich schneidenden Richtungen angeordnet sind.

5. Mundstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (14) einen quadratischen Querschnitt be sitzen und parallel zueinander in zwei senkrechten Rich tungen angeordnet sind.

6. Mundstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (14) einen rechteckförmigen Querschnitt besitzen und in sich unter einem spitzen Winkel schnei denden Richtungen angeordnet sind.

7. Verfahren zum Herstellen von Mundstücken zum Formen von Wabenkörpern, welche Formkanäle besitzen, deren Quer schnittsform der der zu extrudierenden Wabenkörper ent spricht und die eine vorgegebene Tiefe von einer Vorder seite des Mundstücks in Richtung auf eine Rückseite des selben aufweisen, sowie einer Vielzahl von Löchern, die mit den Formkanälen in Verbindung stehen und unabhängig voneinander von der Rückseite des Mundstücks aus in Rich tung auf dessen Vorderseite ausgebildet sind sowie mit den Formkanälen in Verbindung stehen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Bearbeiten eines Formabschnittes zu einer gewünschten Form, wobei dieser Formabschnitt die Vorderseite des Mund stücks bildet und aus einer verschleißfesten Legierung besteht;
Herstellen der Formkanäle im Formabschnitt; und
Einarbeiten der Löcher, so daß diese mit den Formkanälen in Verbindung stehen, wobei die Löcher mit Hilfe einer elektrische Entladungen erzeugenden Maschine hergestellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
Bearbeiten eines Mundstückbasisabschnittes zu einer vor gegebenen Form, wobei der Mundstückbasisabschnitt die Rückseite des Mundstücks bildet und aus gewöhnlichem Stahl besteht;
Einarbeiten von Verbindungslöchern in den Mundstückbasis abschnitt, welche mit den Löchern in Verbindung stehen; und
Verbinden des mit den Verbindungslöchern versehenen Mund stücksbasisabschnittes mit dem Formabschnitt auf der Seite der Löcher.