KR20140094519A - System and method for manufacturing a honeycomb body - Google Patents
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Abstract
허니콤 바디를 제조하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 상기 시스템은 개폐될 수 있도록 이동가능한 다수의 서브-금형을 갖는 성형 금형 (1); 상기 성형 금형 (1)을 조이기 위한 조임 금형 (6); 상기 성형 금형 (1)의 내부 체적 내로 삽입되고 그로부터 인출될 수 있으며 회전축 주위로 회전할 수 있는 롤링 핀(들) (2)을 포함하고; 상기 조임 금형 (6)은, 상기 조임 금형 (6)의 동작이 상기 성형 금형 (1)의 조임을 초래하도록 상기 성형 금형 (1)의 형상과 협동하는 형상을 갖는다.A system and method for making a honeycomb body are provided. The system comprises a forming die (1) having a plurality of sub-dies movable to be opened and closed; A tightening metal mold (6) for tightening the forming metal mold (1); (2) inserted into the inner volume of the forming die (1) and capable of being withdrawn therefrom and capable of rotating about a rotation axis; The tightening metal mold 6 has a shape cooperating with the shape of the forming metal mold 1 so that the operation of the tightening metal mold 6 causes the molding metal mold 1 to be tightened.
Description
본 발명은 허니콤 바디를 제조하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 S-유형 금속 허니콤 바디를 제조하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to systems and methods for manufacturing honeycomb bodies, and more particularly to systems and methods for manufacturing S-type metal honeycomb bodies.
허니콤 바디는 엔진 배기 정화 시스템에서의 필터, 촉매 기재와 같은 여러 분야에서 보편적으로 사용된다. 허니콤 바디는 넓은 채널 표면적, 낮은 배압, 우수한 기계적 성능 및 촉매 공학적 특수성을 갖는다. 근년에, S-유형 금속 허니콤 바디가 특히 관심 대상이다. Honeycomb bodies are commonly used in many fields such as filters, catalyst substrates, etc. in engine exhaust purification systems. Honeycomb bodies have a wide channel surface area, low back pressure, excellent mechanical performance and catalytic engineering specificity. In recent years, S-type metal honeycomb bodies are of particular interest.
금속 허니콤 바디는 대개 금속 포일로 제조된다. 허니콤 구조물은 내부 채널의 형성을 위해 연속적으로 조여질 필요가 있다. 허니콤 바디 제조의 정밀도는 그 수명 및 기타 특성에 영향을 줄 것이다.Metal honeycomb bodies are usually made of metal foil. The honeycomb structure needs to be continuously tightened to form an internal channel. The precision of honeycomb body fabrication will affect its lifetime and other properties.
허니콤 바디를 제조하기 위한 장치 및 방법은 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, WO 97/10135에 허니콤 바디 제조 장치 및 방법이 기재되어 있다. 이 장치는 축 주위로 회전하며 포일 스택(foil stack)을 유지하는 포크 롤링 메카니즘, 및 금형을 형성하기 위해 폐쇄될 수 있는 아크 금형 세그먼트를 포함한다. 모델은 그 축 주위로 각각 회전할 수 있는 적어도 두 개의 금형 세그먼트로 이루어진다. 회전축은 각각 롤링 축과 평행하다. CN 101251036A에도 허니콤 바디를 제조하기 위한 장치 및 방법이 공지되어 있다. 이 장치는 고정된 포스트, 및 금형을 형성하기 위해 폐쇄될 수 있는 두 세트의 금형 세그먼트를 포함한다. 이들 장치는 제조하기에 복잡하고 어려울 뿐 아니라 정확성이 부족하다. Apparatus and methods for making honeycomb bodies are known in the art. For example, WO 97/10135 describes a honeycomb body making apparatus and method. The apparatus includes a fork rolling mechanism that rotates about an axis and maintains a foil stack, and an arc mold segment that can be closed to form a mold. The model consists of at least two mold segments each of which can rotate about its axis. The rotational axes are respectively parallel to the rolling axes. CN 101251036A also discloses an apparatus and a method for manufacturing a honeycomb body. The apparatus includes a fixed post and two sets of mold segments that can be closed to form the mold. These devices are complex and difficult to manufacture and lack accuracy.
US 7,318,276 B2는 허니콤 구조물이 요구 성능을 충족하기 위해 감겨진 후 미세-가공 공구에 의해 가공되는, 허니콤 바디 마무리 가공 방법을 개시하고 있다. US 7,318,276 B2 discloses a honeycomb body finishing method in which a honeycomb structure is wound to meet required performance and then machined by a micro-machining tool.
이 분야에서의 기술적 해결책의 일부는 허니콤 바디의 형상의 부정확성으로 인해 허니콤 바디의 부적절한 성능을 초래하며 심지어 폐품을 초래한다. 다른 해결책은 제조 정밀도의 개선에도 불구하고, 구조의 고도한 복잡성, 정확한 제어의 어려움, 및/또는 제조 공정에서의 고비용을 초래한다. Some of the technical solutions in this field result in inadequate performance of the honeycomb body due to the inaccuracy of the honeycomb body geometry and even result in scrap. Other solutions result in high complexity of the structure, difficulty of precise control, and / or high costs in the manufacturing process, despite improvements in manufacturing precision.
본 발명의 개요Summary of the Invention
본 발명의 목적은 허니콤 바디를 자동으로 제조하기 위한 시스템으로서, 우수한 안정성과 긴 수명을 갖는 허니콤 바디를 제조할 수 있는 간단한 구조의 시스템을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a simple structure system capable of manufacturing a honeycomb body having excellent stability and long life, as a system for automatically manufacturing a honeycomb body.
본 발명에 따르면, 상기 시스템은, 개폐될 수 있도록 이동가능한 다수의 서브-금형을 갖는 성형 금형(forming mold); 상기 성형 금형을 조이기 위한, 즉 그 서브-금형을 폐쇄하기 위한 조임 금형(tightening mold); 상기 성형 금형의 내부 체적 내로 삽입되고 그로부터 인출될 수 있으며 회전축 주위로 회전할 수 있는 롤링 핀(들)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 조임 금형은, 상기 조임 금형의 동작이 상기 성형 금형의 조임을 초래상도록 상기 성형 금형의 형상과 협동하는 형상을 갖는다.According to the present invention, the system comprises: a forming mold having a plurality of sub-molds movable to be opened and closed; A tightening mold for tightening the molding die, i.e. closing the sub-die; (S) that can be inserted into and withdrawn from the inner volume of the forming die and rotated about the axis of rotation. According to the present invention, the tightening metal mold has a shape cooperating with the shape of the molding die so that the operation of the tightening metal mold causes the tightening of the molding metal mold.
이 시스템에 의하면, 허니콤 구조물은 선행 기술에서의 것과 같은 복잡한 조임 시스템을 사용하지 않고 고정확도로 제조될 수 있다. With this system, the honeycomb structure can be manufactured with high accuracy without using a complicated tightening system as in the prior art.
바람직한 실시양태에 따르면, 상기 성형 금형은 상기 조임 금형의 원추형 내부 표면과 협동하는 외부 표면을 가지며, 상기 조임 금형은 동작 시에 축방향으로 변위된다. 이러한 해결책은 조임 금형이 용이하고 정밀하게 제어될 수 있기 때문에 바람직하다. 따라서, 조임 금형 자체 뿐 아니라 그 구동 트레인이 간단하게 구성될 수 있고 저비용으로 제조될 수 있다. 이 조임 금형은 예를 들어 전기 모터에 의해서 기어-랙 전동장치(transmission), 웜 전동장치 등을 거쳐서 쉽게 구동될 수 있다. According to a preferred embodiment, the forming mold has an outer surface cooperating with the conical inner surface of the clamping mold, and the clamping mold is displaced in the axial direction during operation. This solution is desirable because the fastening die can be easily and precisely controlled. Therefore, not only the tightening metal itself but also the drive train thereof can be constructed simply and can be manufactured at low cost. The tightening tool can be easily driven by an electric motor, for example, through a gear-rack transmission, a worm transmission, or the like.
나삿니 또는 홈 등을 갖는 교합 구조물과 같은 협동 구조를 성형 금형 및 조임 금형에 제공하기 위한 다른 해결책도 가능하다. Other solutions are also possible for providing a cooperating structure, such as a threaded structure with threads or grooves, to the forming mold and the clamping mold.
상기 성형 금형은 바람직하게 네 개의 서브-금형을 포함한다. 그러나, 보다 간단한 해결책으로 이어지는, 단지 두 개, 여섯 개 또는 그 이상의 서브-금형을 갖는 성형 금형도 고려할 수 있다. 더 많은 서브-금형은 허니콤 바디에 보다 균일하게 분포된 작용력을 초래하지만, 구조물에 보다 큰 복잡성을 초래한다. The forming mold preferably includes four sub-molds. However, molding molds having only two, six or more sub-molds may be considered, leading to a simpler solution. More sub-molds result in more uniformly distributed forces on the honeycomb body, but result in greater complexity in the structure.
바람직하게, 서브-금형은 원통형의 원주 폐쇄된 내부 체적을 형성하도록 폐쇄될 수 있다. 이 해결책은 허니콤 구조물의 최종 크기가 서브-금형의 기하학적 특징에 의해서만 정밀하게 제어된다는 장점을 가져온다. 따라서, 고정확도의 제조 시스템이 쉽게 제공될 수 있다. Preferably, the sub-mold can be closed to form a cylindrical, circumferential closed inner volume. This solution has the advantage that the final size of the honeycomb structure is precisely controlled only by the geometry of the sub-mold. Thus, a high-accuracy manufacturing system can be easily provided.
바람직한 실시양태에 따르면, 제조 시스템은 감아올려진(rolled-up) 허니콤 구조물을 하우징 내로 푸쉬(push)하기 위해 축방향으로 이동가능한 사출부(ejecting part)를 추가로 포함한다. 따라서, 고도로 자동화된 시스템이 달성된다.According to a preferred embodiment, the manufacturing system further comprises an axially moveable ejecting part for pushing the rolled-up honeycomb structure into the housing. Thus, a highly automated system is achieved.
또한, 고도로 자동화된 시스템을 제공하기 위해서, 감고자 하는 포일 스택을 상기 성형 금형에 공급하기 위한 자동 공급 장치가 제공된다. In addition, in order to provide a highly automated system, an automatic feeder for feeding a foil stack to be rolled to the forming die is provided.
상기 시스템을 사용하여 허니콤 바디를 제조하기 위한 방법도 제시된다. 이 방법은 하기 단계를 포함한다: A method for manufacturing a honeycomb body using the system is also presented. The method includes the steps of:
성형 금형을 개방하는 단계; Opening a forming mold;
포일 스택을 롤링 핀들 사이의 공간 내로 도입하는 단계; Introducing a foil stack into the space between the rolling pins;
포일 스택이 성형 금형 내에 완전히 감겨질 때까지 롤링 핀을 회전시키는 단계;Rotating the rolling pin until the foil stack is completely wrapped in the forming die;
롤링 핀을 회전시키는 동안 조임 금형을 작동시키며, 이때 조임 금형의 동작이 성형 금형의 내부 체적을 제1 값으로 감소시키는 것인 단계;Actuating the clamping mold while rotating the rolling pin, wherein operation of the clamping mold reduces the internal volume of the forming mold to a first value;
포일 스택에 의해 형성된 구조물로부터 롤링 핀을 인출하는 단계; 및Withdrawing the rolling pin from the structure formed by the foil stack; And
감아올려진 허니콤 구조물을 사출부에 의해 하우징 내로 푸쉬하는 단계.Pushing the rolled-up honeycomb structure into the housing by means of an injection part.
이 방법에 의하면, 허니콤 바디가 높은 정확도로 자동 제조될 수 있다. 제조된 허니콤 바디는, 허니콤 구조물이 감아올려지는 동안 조여지는 이 정밀 제어 공정으로 인해, 우수한 거동과 긴 수명을 갖는다.According to this method, the honeycomb body can be automatically manufactured with high accuracy. The manufactured honeycomb body has excellent behavior and long life due to this precise control process that is tightened while the honeycomb structure is rolled up.
바람직하게는, 롤링 핀을 인출하는 단계와 감아올려진 허니콤 구조물을 하우징 내로 푸쉬하는 단계 사이에, 조임 금형이 성형 금형의 내부 체적을 제2 값으로 감소시키도록 추가적으로 기능하는 추가의 단계가 제공된다. Advantageously, an additional step is provided between the step of withdrawing the rolling pin and the step of pushing the wound honeycomb structure into the housing, wherein the tightening metal further serves to reduce the internal volume of the forming mold to a second value do.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 개략도이다.
도 2는 포일 스택이 도입되고 있는 상태에서의 제조 시스템의 단면도이다.
도 3은 도 2에서의 화살표 방향 D에서 바라본 본 발명에 따른 시스템의 도시도이다.
도 4는 도 2에 대응하는 도면으로서, 포일 스택이 이미 감겨지고 조임 금형이 이미 일정 거리 교차된 상태에서의 도시도이다.
도 5는 도 3에 대응하는 도면으로서, 포일 스택이 이미 감겨지고 조임 금형이 이미 일정 거리 교차된 상태에서의 도시도이다.
도 6은 허니콤 바디 제조 공정을 도시하는 블록도이다.1 is a schematic diagram of a system according to the present invention.
2 is a cross-sectional view of the manufacturing system with the foil stack being introduced.
3 is an illustration of a system according to the present invention as viewed in the direction of arrow D in Fig.
Fig. 4 is a view corresponding to Fig. 2, in which the foil stack is already wound and the tightening metal mold is already crossed at a certain distance.
Fig. 5 is a view corresponding to Fig. 3, in which the foil stack is already wound and the tightening metal mold is already crossed at a certain distance.
6 is a block diagram showing a honeycomb body manufacturing process.
상세한 설명details
도 1은 본 발명에 따른 허니콤을 제조하기 위한 시스템의 도시도이다. 이 시스템은 프레임, 구동 트레인, 허니콤-유형의 체적을 감기 위한 성형 금형 (1) 및 조임 금형 (6)을 포함한다. 1 is an illustration of a system for manufacturing a honeycomb according to the present invention. The system includes a forming
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 허니콤 제조 시스템의 단면도이다. 성형 금형 (1)은 상호 독립적인 네 개의 서브-금형으로 구성되며 (도 3 참조), 이들 네 개의 서브-금형은 개방 및 폐쇄될 수 있다. 예를 들어, 네 개의 서브-금형은 4-조오 척(four-jaw chuck)의 조오와 같은 프레임 상에 지지된다. 서브-금형은 바람직하게 각각 그 고유한 슬라이드 레일에서 반경 방향으로 이동가능하다. 서브-금형은 스프링에 의해 개방 방향으로 바이어싱된다. 네 개의 서브-금형은 물론 다른 공지된 수단에 배치될 수 있다.2 and 3 are sectional views of a honeycomb manufacturing system according to the present invention. The forming
도 3에서 알 수 있듯이, 네 개의 서브-금형 (A) 사이에는 그 개방 상태에서 갭이 존재하며, 감고자 하는 포일 스택 (3)은 이 갭을 통해서 성형 금형 (1) 내에 도입될 수 있다. 포일 스택 (3)은 웨이브 금속 포일과 편평한 금속 포일을 번갈아 적층함으로써 생성된다.3, there is a gap between the four sub-molds A in its open state, and the
본 발명의 실시양태에서, 성형 금형 (1)의 네 개의 서브-금형은 조임 금형 (6) 내에 보유된다. 성형 금형 (1)은, 이 성형 금형 (1)이 조임 금형 (6)의 축방향 운동 (화살표 D로 표시됨)에 의해 계속 수축되도록 조임 금형 (6)의 원추형 내부 표면과 결합하는 원추형 외부 표면을 포함한다. 그 결과 성형 금형 (1) 내에 놓여있는 허니콤이 조여진다 (도 4 및 도 5 참조). 한 실시양태에서, 네 개의 서브-금형은 폐쇄 원통형 공동을 형성하도록 수축될 수 있다. In the embodiment of the present invention, the four sub-molds of the molding die 1 are held in the tightening die 6. The forming
성형 금형 (1)과 조임 금형 (6)은 바람직하게 그 매칭되는 원추형 표면에 의해서 상호 결합된다. 그러나 다른 매칭 형상과의 결합도 고려될 수 있다.The molding die 1 and the tightening die 6 are preferably joined to each other by a matching conical surface thereof. However, coupling with other matching shapes can also be considered.
도 1에 도시된 시스템은 성형 금형 (1)의 내부 체적에 삽입될 수 있는 롤링 핀 (2)을 포함한다. 도시된 실시양태에서는, 더블 S-형 허니콤 구조물을 제조하기 위해 두 개의 롤링 핀 (2)이 제공된다. 대응 허니콤 구조물을 제조하기 위한 롤링 핀의 다른 통상적인 배치도 가능하다.The system shown in Fig. 1 comprises a
롤링 핀 (2)의 일 단부는 핀 구동 샤프트 (7)에 지지된다. 핀 구동 샤프트 (7)는 그 종축 주위로 회전할 수 있다. 롤링 핀은 핀 구동 샤프트 (7)에 의해 롤링 핀 (2)들 둘 다에 평행한 축 (X) 주위로 회전하도록 구동된다. 롤링 핀의 축 (X)은 성형 금형 (1)의 중심에 위치하며 롤링 핀 (2)으로부터 동등하게 이격되어 있다. 포일 스택 (3)은 롤링 핀 (2)의 회전에 의해 감겨지며, S-형 허니콤 구조물을 형성한다. 핀 구동 샤프트 (7)는 롤링 핀 (2)이 성형 금형 (1)의 체적 내에 삽입되는 제1 위치와 롤링 핀 (2)이 상기 체적으로부터 인출되는 제2 위치로 축방향 이동될 수 있다.One end of the
시스템 (10)은 또한, 감겨진 허니콤 구조물을 하우징 (8) 내로 푸쉬하기 위해 핀 구동 샤프트 (7) 상에서 슬라이딩할 수 있는 사출부 (5)를 포함한다. 이런 식으로, 허니콤이 제조된다. 도 5에서, 허니콤 구조물로서 감겨진 포일 스택 (3)의 중심부는 사출부 (5)에 의해 내포된다.The system 10 also includes an
한 실시양태에서, 롤링 핀 (2)을 지지하기 위한 지지 샤프트 (4)가 롤링 핀 (2)의 다른 측에 제공된다. 하우징 (8)은 지지 샤프트 (4) 상에서 푸쉬된다. 지지 샤프트 (4)는 허니콤 구조물이 사출부 (5)에 의해 밀려날 때 하우징 (8)을 떠날 수 있도록 축방향으로 이동가능하다. In one embodiment, a support shaft 4 for supporting the
제조 시스템의 구조, 즉 제조 방법을 후술한다:The structure of the manufacturing system, that is, the manufacturing method is described below.
먼저, 포일 스택 (3)이 준비된다. 대개 포일 스택 (3)은 특정 개수의 웨이브 포일과 편평한 포일을 간단히 적층함으로써 형성된다. 이후, 허니콤을 위한 하우징 (8)이 제조 시스템 내에 배치된다. 금속제 허니콤 금형의 경우에, 하우징은 대개 스틸 슬리브이다. First, the
단계 S01에서는, 성형 금형 (1)이 개방된다. In step S01, the forming
단계 S02에서는, 포일 스택 (3)이 두 개의 서브-금형 사이의 갭을 통해서 두 개의 롤링 핀 (2)들 사이의 공간에 도입된다 (도 2 및 도 3 참조). In step S02, the
단계 S03에서는, 롤링 핀 구동 샤프트 (7)가 구동 트레인에 의해 회전된다. 롤링 핀 (2)은 포일 스택 (3)이 성형 금형 (1) 내로 감겨지도록 롤링 핀 구동 샤프트 (7)에 의해 회전된다.In step S03, the rolling
단계 S04에서는, 조임 금형 (6)이 축방향으로 이동하며, 따라서 포일 스택 (3)이 성형 금형 (1) 내로 완전히 감겨진 후 성형 금형 (1)의 내부 체적이 점차 제1 값으로 감소된다. 그 동안, 롤링 핀 (2)은 계속 회전한다. 이 실시양태에서, 조임 금형 (6)은 그 조임 동작 시에 방향 D로 직선 운동한다. 조임 금형 (6)의 원추형 내부 표면과 성형 금형 (1)의 원추형 외부 표면의 결합으로 인해, 성형 금형 (1)의 서브-금형은 조임 금형 (6)의 축방향 이동에 의해 반경방향 내측으로 변위되어, 포일 스택 (3)에 의해 형성된 허니콤 구조물을 조인다 (도 4 및 도 5 참조). In step S04, the tightening
단계 S05에서는, 단계 S04 이후에 롤링 핀 (2)이 인출되고, 조임 금형 (6)이 추가로 이동되며, 따라서 성형 금형 (1)의 내부 체적은 제2 값으로 더 감소된다. In step S05, the
단계 S06에서는, 제2 값에 도달한 후, 사출부 (5)가 감아올려진 허니콤 구조물을 하우징 내로 푸쉬하며, 따라서 하우징과 감아올려진 허니콤 구조물을 갖는 허니콤이 형성된다. 특히, 제2 값은 네 개의 서브-금형이 완전히 폐쇄된 상태에서의 성형 금형 (1)의 내부 크기에 해당된다.In step S06, after reaching the second value, the
1: 성형 금형
2: 롤링 핀
3: 포일 스택
4: 롤링 핀 구동 샤프트
5: 사출부
6: 조임 금형
7: 지지 샤프트
8: 하우징1: Molding mold
2: Rolling pin
3: Foil stack
4: Rolling pin drive shaft
5:
6: Fastening tool
7: Support shaft
8: Housing
Claims (9)
상기 성형 금형 (1)을 조이기 위한 조임 금형 (6); 및
상기 성형 금형 (1)의 내부 체적 내로 삽입되고 그로부터 인출될 수 있으며 회전축 주위로 회전할 수 있는 롤링 핀(들) (2)
을 포함하며, 상기 조임 금형 (6)은, 상기 조임 금형 (6)의 동작이 상기 성형 금형 (1)의 조임을 초래하도록 상기 성형 금형 (1)의 형상과 협동하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 허니콤 바디를 제조하기 위한 시스템.A forming die (1) having a plurality of sub-dies movable so as to be opened and closed;
A tightening metal mold (6) for tightening the forming metal mold (1); And
(2) that can be inserted into and withdrawn from the inner volume of the forming die (1) and rotated about a rotation axis,
Characterized in that the tightening metal mold (6) has a shape cooperating with the shape of the forming metal mold (1) so that the operation of the tightening metal mold (6) causes the tightening of the molding metal mold A system for manufacturing a honeycomb body.
성형 금형을 개방하는 단계 (S01);
포일 스택을 롤링 핀들 사이의 공간 내로 도입하는 단계 (S02);
포일 스택이 성형 금형 내로 완전히 감겨질 때까지 롤링 핀을 회전시키는 단계 (S03);
롤링 핀을 회전시키는 동안 조임 금형을 작동시키며, 이때, 조임 금형의 동작이 성형 금형의 내부 체적을 제1 값으로 감소시키는 것인 단계 (S04);
포일 스택에 의해 형성된 구조물로부터 롤링 핀을 인출하는 단계 (S05); 및
감아올려진 허니콤 구조물을 사출부에 의해 하우징 내로 푸쉬하는 단계 (S07)
를 포함하는, 허니콤 바디를 제조하기 위한 방법.9. A system as claimed in any one of claims 1 to 7,
Opening the forming die (S01);
Introducing a foil stack into the space between the rolling pins (S02);
Rotating the rolling pin (S03) until the foil stack is completely wound into the forming die;
Operating the tightening metal while rotating the rolling pin, wherein operation of the tightening metal reduces the inner volume of the forming mold to a first value (S04);
Withdrawing the rolling pin from the structure formed by the foil stack (S05); And
(S07) of pushing the rolled-up honeycomb structure into the housing by the injection part,
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