PL202011B1

PL202011B1 - Dysza do wytwarzania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego

Info

Publication number: PL202011B1
Application number: PL373707A
Authority: PL
Inventors: Masayuki Nate; Takahisa Kaneko; Masayuki Hironaga; Yuji Deguchi
Original assignee: Ngk Insulators Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2009-05-29
Also published as: AU2003258803A1; KR100602471B1; US20050147707A1; EP1502720A1; KR20040104547A; WO2003082539A1; EP1502720A4; JP2003285309A; EP1502720B1; US7311510B2; DE60328884D1; PL373707A1

Abstract

1. Dysza do wytwarzania kszta ltki o struktu- rze plastra pszczelego, zawieraj aca struktur e zaopatrzon a w szczeliny utworzone na jej przedniej powierzchni, szczeliny okre slaj ace bloki komórkowe, i tylne otwory na jej tylnej powierzchni, po laczonych ze szczelinami, w której liczba bloków komórkowych na jednej stronie dyszy jest liczb a parzyst a, i cz esci za- krzywione s a tworzone na odpowiednich blo- kach komórkowych na czterech naro znikach na obwodowej cz esci dyszy odpowiadaj acej na- ro znikom kszta ltki o strukturze plastra pszcze- lego, która ma by c uformowana przez dysz e, znamienna tym, ze promie n krzywizny zawarty jest w przedziale 0,5 - 1,5 mm. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotowy wynalazek dotyczy dyszy do wytwarzania kształtki o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego.

Struktura komórkowa podobna do plastra pszczelego jest wykorzystywana w filtrze do zatrzymywania cząstek stałych zawartych w spalinach z silnika spalinowego, kotła itp., zwłaszcza z silnika wysokoprężnego.

Dotychczas jako dysza do wytłaczania kształtki ceramicznej o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego przykładowo znana jest wytłoczeniowa dysza 10 do wytwarzania kształtki o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego z fig. 4 i 5, która ma rowkowe szczeliny 2 na przedniej powierzchni podstawowego metalu ze stali nierdzewnej i żelaza, przy czym te rowkowe szczeliny są utworzone przez komórkowe bloki i mają tylne otwory 4 na swej tylnej powierzchni, z których każdy jest połączony ze szczeliną 2.

Przy wytłaczaniu segmentu struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego na przykład za pomocą dyszy mającej kwadratową strukturę podobną do plastra pszczelego (zwłaszcza kiedy wytłacza się segment struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, którego grubość ścianki zewnętrznej nie jest duża), jeżeli liczba bloków komórkowych po jednej stronie jest liczbą nieparzystą, konstrukcja bloków komórkowych 3 i tylnych otworów 4 nie jest odpowiednia, zwłaszcza w narożnych częściach 7. Kiedy segment struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego wytłacza się za pomocą urządzenia dyszowego pokazanego na fig. 6, prędkości wytłaczania zagniecionego ciasta są nierówne w szczelinach, na skutek czego po stronie wytłoczonej (wzór) kształtki powstaje naprężenie i wytłoczona kształtka wygina się.

Ponadto, kiedy bloki komórkowe 3 są wytworzone prostopadle przy narożnych częściach 7, jak pokazano na fig. 2, przepływ zagniecionego ciasta jest zakłócony. Na wytłoczonej powierzchni otrzymanej kształtki (segment struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego) mogą powstawać wklęsło-wypukłe części, a na zewnętrznej ściance mogą powstawać wąskie szczeliny 40, jak pokazano na fig. 7(b).

Przedmiotowy wynalazek opracowano z uwzględnieniem opisanych powyżej problemów, a jego celem jest otrzymanie dyszy do wytłaczania kształtki o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego, która umożliwia zmniejszenie naprężenia powodowanego na wytłoczonej powierzchni kształtki po wytłoczeniu, aby można było utrzymać stabilną siłę tarcia wytłaczania, doskonałą zdolność wytłaczania i doskonałą odporność na zużycie.

Według przedmiotowego wynalazku opracowano dyszę do wytwarzania kształtki o strukturze plastra pszczelego, zawierająca strukturę zaopatrzoną w szczeliny utworzone na jej przedniej powierzchni, szczeliny określające bloki komórkowe, i tylne otwory na jej tylnej powierzchni, połączonych ze szczelinami, w której liczba bloków komórkowych na jednej stronie dyszy jest liczbą parzystą, i części zakrzywione są tworzone na odpowiednich blokach komórkowych na czterech narożnikach na obwodowej części dyszy odpowiadającej narożnikom kształtki o strukturze plastra pszczelego, która ma być uformowana przez dyszę, charakteryzującej się tym, że promień krzywizny zawarty jest w przedziale 0,5 - 1,5 mm. Korzystnie, gdy dysza jest wykonana ze spojonego węglika o dużej odporności na zużycie. Korzystnie, gdy spojony węglik jest utworzony ze sproszkowanego węglika metalu przejściowego z metalem spoiwa z grupy żelazowców, mającym dobrą wiązkość. Korzystnie, gdy grubość dyszy wynosi 15-30 mm.

Wynalazek został przedstawiony na rysunku, na którym:

Figura 1 przedstawia widok perspektywiczny z przodu, pokazujący przykład części narożnej wytłoczonej powierzchni wytworzonej za pomocą dyszy oraz płyty mocującej według przedmiotowego wynalazku oraz przedstawia przykład rozmieszczenia bloków komórkowych i tylnych otworów.

Figura 2 przedstawia widok perspektywiczny z przodu, pokazujący przykład rozmieszczenia bloków komórkowych i tylnych otworów w częściach narożnych wytłoczonej powierzchni ukształtowanej przez konwencjonalną dyszę i konwencjonalną płytę mocującą.

Figura 3 przedstawia widok perspektywiczny z przodu, pokazujący inny przykład rozmieszczenia bloków komórkowych i tylnych otworów w części narożnej wytłoczonej powierzchni utworzonej przez konwencjonalną dyszę i konwencjonalną płytę mocującą.

Figura 4 przedstawia schematyczny przekrój pokazujący przykład dyszy do kształtowania kształtki o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego.

PL 202 011 B1

Figura 5 przedstawia wyjaśniający widok przedstawiający zależność pomiędzy blokami komórek i tylnymi otworami.

Figura 6 przedstawia widok konfiguracyjny przedstawiający przykład urządzenia dyszowego do wytwarzania kształtki o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego.

Figury 7(a) i 7(b) przedstawiają kształt wytłoczonej struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, przy czym fig. 7(a) przedstawia przypadek, w którym używana jest dysza z fig. 1, a fig. 7(b) przedstawia przypadek, w którym używana jest dysza z fig. 2.

Poniżej opisano szczegółowo przykłady realizacji przedmiotowego wynalazku na podstawie rysunków.

Figura 1 jest widokiem perspektywicznym z przodu, pokazującym przykład narożnej części wytłoczonej powierzchni wytworzonej przez dyszę i płytę mocującą według przedmiotowego wynalazku oraz pokazuje przykład rozmieszczenia bloków komórkowych i tylnych otworów.

Główna właściwość dyszy według przedmiotowego wynalazku (która jest skonstruowana tak, aby był jeden tylny otwór 4 na każde cztery bloki komórkowe) polega na tym, że liczba N bloków komórkowych na jednej stronie dyszy jest liczbą parzystą (patrz fig. 4).

Przy takiej konstrukcji, kiedy segment o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego jest wytwarzany za pomocą dyszy o kwadratowej strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego (zwłaszcza, kiedy wytłaczany jest segment o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego, którego grubość ścianki zewnętrznej nie jest duża), komórkowe bloki 3 i tylne otwory 4 w narożnych częściach 7 mogą być równomiernie rozplanowane w czterech narożnikach, górnym, dolnym, prawym i lewym, jak pokazano na fig. 1. Prędkość wytłaczania zagniecionego ciasta w szczelinach 9 utworzonych przez mocującą płytę 12 i narożne części 7 oraz prędkość wytłaczania w szczelinach 2 utworzonych w dyszy mogą być jednakowe, co może uchronić przed odkształceniem powodowanym na wytłoczonej powierzchni (wzór) kształtki i wyginaniu się tej kształtki.

Ponadto, jak pokazano na fig. 1, korzystne jest, że dysza według przedmiotowego wynalazku ma krzywoliniowe części 8 w czterech narożnikach obwodowej części dyszy i że te krzywoliniowe części 8 mają promień krzywizny r równy 0,5-1,5 mm.

Przy takiej konstrukcji, kiedy segment o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego jest wytwarzany przy użyciu dyszy o konstrukcji kwadratowej struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego (zwłaszcza, kiedy wytwarzany jest segment struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, którego grubość ścianki zewnętrznej nie jest duża), można otrzymać kształtkę z doskonale wytłoczoną powierzchnią i doskonale złączoną ścianką zewnętrzną, jak pokazano na fig. 7(a), bez nierównych części na wytłoczonej powierzchni i bez powstawania drobnych szczelin 40 na ściance zewnętrznej (patrz fig. 7(b)).

Ponadto dysza według przedmiotowego wynalazku jest korzystnie wykonana ze spojonego węglika o dużej odporności na zużycie.

Przy takiej konstrukcji, nawet jeśli wytłaczany jest surowiec zawierający materiał o bardzo dużej twardości, taki jak SiC itp., odporność na zużycie (żywotność) dyszy można zwiększyć oraz można uniknąć wady kształtu dyszy spowodowanej przez jej zużycie.

Chociaż nie ma szczególnego ograniczenia, jeśli chodzi o spojony węglik, jest on korzystnie wytworzony przez zagęszczenie, a następnie spiekanie w wysokiej temperaturze sproszkowanego węglika metalu przejściowego, na przykład WC, TiC, TaC, itd., ze spoiwem z metalu z grupy żelazowców, charakteryzującego się dużą wiązkością, takiego jak Co, Ni itd.

Ponadto dysza według przedmiotowego wynalazku korzystnie ma grubość (t) 15-30 mm (korzystniej 15-24 mm) (patrz fig. 4).

Grubość dyszy jest określona z uwzględnieniem wytrzymałości dyszy i przepływu zagniecionego ciasta przy wtłaczaniu kształtki o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego.

Kiedy dysza jest nadmiernie gruba, jest to niewłaściwe, ponieważ nie tylko pogorszy się dokładność tylnych otworów wykonywanych przez wiercenie itp., ale również zwiększy się naprężenie spowodowane przez skurcz przy końcowym spiekaniu. Kiedy natomiast dysza jest nadmiernie cienka, wówczas pęka przy wytłaczaniu struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego przez dyszę ze względu na niewystarczającą jej wytrzymałość.

Należy zauważyć, że kiedy wytwarza się strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego, zagniecione ciasto może stabilnie przepływać w dyszy, jeżeli część tylnego otworu jest wykonana jako możliwie krótka, ponieważ zmniejsza to opory przepływu na długości.

PL 202 011 B1

Ponadto według przedmiotowego wynalazku, kiedy jako materiał na dyszę stosowany jest spojony węglik, korzystne jest usytuowanie tylnego otworu w co drugim miejscu usytuowania bloków komórkowych, ponieważ bloki komórkowe są podatne na pękanie, kiedy pole powierzchni połączenia tylnych otworów i bloków komórkowych jest zbyt małe.

Przedmiotowy wynalazek zostanie ponadto opisany poniżej szczegółowo na podstawie przykładów, ale przedmiotowy wynalazek nie jest ograniczony do tych przykładów.

Sposób wytwarzania dyszy ze spojonego węglika: użyty w przykładach 1-3 i w porównawczych przykładach 1-4.

Po ukształtowaniu kwadratowej płytki o boku 100 mm i o grubości 40 mm (100x100x40 t) przez sprasowanie itp. sproszkowanego kompozytu z węglika wolframu i kobaltu (WC-Co) płytkę tę prażono w temperaturze 500-700°C. Nastę pnie tylne otwory o okre ś lonej ś rednicy i okreś lonej głębokoś ci wywiercono z określoną podziałką od strony jednej powierzchni czołowej tej kwadratowej płytki, a następnie tę kwadratową płytkę poddano ostatecznemu spiekaniu w temperaturze 1000-1300°C, na skutek czego płytka ta skurczyła się do kwadratu o grubości 24 mm i o boku 70 mm (70x70x24 t). Następnie zadane wymiary kwadratowej płytki osiągnięto dokładnie przez polerowanie całej jej powierzchni.

Następnie dyszę ze spojonego węglika, której szerokość szczelin i kształt dyszy uformowano w kształ cie kwadratu, otrzymano przez wykonanie szczelin na drugiej powierzchni tak otrzymanej kwadratowej płytki w układzie siatkowym przy co drugich miejscach usytuowania tylnych otworów, które zostały uprzednio wykonane na jednej powierzchni kwadratowej płytki, stosując do tego celu cięcie elektroiskrowe, szlifowanie z dosuwem pełzającym, albo szlifowanie wgłębne ścierniwem diamentowym.

Wytłaczanie kształtki o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego

Dyszę do wytwarzania kształtki o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego wstawiono do urządzenia pokazanego na fig. 6, a strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego wytłaczano stosując zagniecione ciasto z gliniastego surowca z Si-SiC.

Należy zauważyć, że zagniecione ciasto otrzymano przez zagniatanie surowca złożonego z metalicznego krzemu i węglika krzemu w stosunku 25:75, do którego dodano wody, organicznego spoiwa i materiału porotwórczego.

P r z y k ł a d 1, porównawcze przykłady 1 i 2

Wytłaczano struktury komórkowe podobne do plastra pszczelego stosując odpowiednio dysze ze spojonego węglika, podane w tablicy 1 (przykład 1, porównawcze przykłady 1-2).

Wyniki przedstawiono w tablicy 1.

T a b l i c a 1

	Rodzaj dyszy	Kształt wytłoczonej powierzchni struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego	Ocena
Liczba bloków komórkowych po jednej stronie	Stosunek pola powierzchni tylnych otworów odpowiednich części narożnych*	Rozmieszczenie tylnych otworów
Przykład 1	Liczba parzysta (patrz fig. 1)	To samo w odniesieniu do części narożnych	Każde miejsce usytuowania	o	o
Przykład porówn. 1	Liczba nieparzysta (patrz fig. 2)	Różnica pola powierzchni około 15% w kierunku przekątnych	Każde miejsce usytuowania	X (części wklęsło-wypukłe występujące w zależności od różnicy poła powierzchni)	X (odkształcenie wskutek różnicy pola powierzchni)
Przykład porówn. 2	Liczba parzysta (patrz fig. 3)	To samo w odniesieniu do części narożnych	Wszystkie otwory	o	X (pękanie dyszy wskutek niewystarczającej wytrzymałości)

Części naroż ne: części zaznaczone linią przerywaną na fig. 1-3.

PL 202 011 B1

Na podstawie wyników z tablicy 1, kiedy liczba bloków komórkowych po jednej stronie dyszy była liczbą parzystą, a otwory tylne zostały rozmieszczone w każdym miejscu usytuowania bloków komórkowych w konstrukcji tylnych otworów dyszy pokazanej na fig. 1 (przykład 1), stosunki pola powierzchni tylnych otworów można było ustawić na taką samą wartość jak stosunek w odpowiednich częściach narożnych. Można było przez to uniknąć naprężenia wytwarzanego na wytłaczanej powierzchni (wzór) struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego po wytłoczeniu oraz wyginania się wytłoczonej kształtki.

Kiedy natomiast liczba bloków komórkowych na jednej stronie dyszy była liczbą nieparzystą, a tylne otwory był y umieszczone w każ dym miejscu usytuowania bloków komórkowych w strukturze tylnych otworów dyszy, jak pokazano na fig. 2 (przykład porównawczy), stosunki pól powierzchni tylnych otworów miały różnicę pola powierzchni około 15% w kierunku przekątnej w odpowiednich częściach narożnych. Powodowane było naprężenie, wytwarzane na wytłoczonej powierzchni (wzór) struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego po wytłoczeniu oraz wyginanie się wytłoczonej kształtki.

Ponadto, kiedy liczba bloków komórkowych na jednej stronie dyszy była liczbą parzystą, a wszystkie otwory był y otworami tylnymi w stosunku do bloków komórkowych w strukturze otworów tylnych dyszy, jak pokazano na fig. 3 (porównawczy przykład 2), stosunku pól powierzchni otworów tylnych mogły zostać ustawione na taką samą wartość stosunku w odpowiednich częściach narożnych. Można było zapobiec powstawaniu naprężenia na wytłoczonej powierzchni (wzór) struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego po wytłoczeniu i wyginaniu się kształtki. Jednakże dysza pękała, ponieważ jej wytrzymałość była niewystarczająca.

P r z y k ł a d y 2 i 3, porównawcze przykłady 3 i 4

Struktury komórkowe podobne do plastra pszczelego wytłoczono stosując dysze ze spojonego węglika, pokazane na fig. 1, posiadające krzywoliniowe części 8 pokazane w tablicy 2, przy czym te krzywoliniowe części były utworzone jako narożne części 7 bloków komórkowych 3 w skrajnej obwodowej części dyszy. Wyniki przedstawiono w tablicy 2.

T a b l i c a 2

	Promień krzywizny r krzywoliniowej części (mm) (patrz fig. 1)	Istnienie lub brak pęknięcia wytłoczonej struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego
Przykład 2	0,5	Brak
Przykład 3	1,5	Brak
Przykład porówn. 3	0,0	Brak
Przykład porówn. 4	2,0	Pęknięcie bloków komórkowych

Na podstawie wyników z tablicy 2 przedmiotowy wynalazek mógłby zapobiegać występowaniu pęknięć w narożnych częściach 7 struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego po wytłoczeniu przy ustawieniu promienia krzywizny r krzywoliniowej części 8 na wartość 0,5-1,5 mm w odniesieniu do długości boku bloku komórkowego (przykład 2-3).

Natomiast w porównawczym przykładzie 3 pęknięcia powstawały w narożnych częściach 7 struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego po wytłoczeniu. Jest to spowodowane tym, że porównawczy przykład 3 nie miał krzywoliniowych części 8, a zatem niewielka ilość zagniecionego ciasta wypływała z tylnych otworów narożnych części 7.

Ponadto w porównawczym przykładzie 4, kiedy wytłaczana była struktura komórkowa podobna do plastra pszczelego, pękały bloki komórkowe. Jest to spowodowane tym, że promień krzywizny r krzywoliniowych części 8 był większy niż 1,5 mm, a zatem dysza miała niewystarczającą wytrzymałość.

P r z y k ł a d y 4 i 5, porównawcze przykłady 5 i 6

Po ukształtowaniu kwadratowej płytki o boku 100 mm i o grubości 40 mm (100x100x40 t) przez sprasowanie itp. sproszkowanego kompozytu z węglika wolframu i kobaltu (WC-Co) płytkę tę spiekano wstępnie w temperaturze 500-700°C. Następnie tylne otwory o określonej średnicy i określonej głębokości wywiercono z określoną podziałką od strony jednej powierzchni czołowej tej kwadratowej płytki, a następnie tę kwadratową płytkę poddano ostatecznemu spiekaniu w temperaturze 1000-1300°C, na skutek czego płytka ta skurczyła się do kwadratu o grubości 24 m i o boku 70 m (70x70x24 t). Następnie zadane wymiary kwadratowej płytki osiągnięto dokładnie przez polerowanie całej jej powierzchni.

PL 202 011 B1

Następnie dyszę ze spojonego węglika, której szerokość szczelin i kształt dyszy uformowano w kształ cie kwadratu otrzymano przez wykonanie szczelin na drugiej powierzchni tak otrzymanej kwadratowej płytki w układzie siatkowym przy co drugich miejscach usytuowania tylnych otworów, które zostały uprzednio wykonane na jednej powierzchni kwadratowej płytki, stosując do tego celu cięcie elektroiskrowe, szlifowanie z dosuwem pełzającym, albo szlifowanie wgłębne ścierniwem diamentowym.

Następnie struktury komórkowe podobne do plastra pszczelego wytłaczano stosując tak otrzymane dysze. Wyniki przedstawiono w tablicy 3.

T a b l i c a 3

	Grubość dyszy (mm)	Kształt wyrobu	Wartość wygięcia (mm)*	Pękanie dyszy	Ocena
Przykład 4	15	o	0,5	Nie występuje	o
Przykład 4	30	o	0,6	Nie występuje	o
Przykład porówn. 4	10	o	0,3	Pęknięcie dyszy	X
Przykład porówn. 4	40	X	1,2	Nie występuje	X

* Wartość wygięcia: skok czujnika, którym był czujnik zegarowy umieszczony pośrodku mierzonego segmentu, w odniesieniu do dwóch punktów przy przeciwległych końcach segmentu.

Wyniki przedstawione w tablicy 3 potwierdziły, że grubość (t) dyszy (patrz fig. 4) była korzystnie ustawiona na 15-30 mm, ponieważ wytrzymałość dyszy i natężenie przepływu zagniecionego ciasta przy wytłaczaniu kształtki były wtedy optymalne, (porównawczy przykład 4-5)

Dysza, której grubość była za duża, jak w porównawczym przykładzie 6, była niewłaściwa, ponieważ gorsza była nie tylko dokładność wywierconych tylnych otworów itp., ale również zwiększyło się naprężenie spowodowane skurczem przy końcowym spiekaniu.

Kiedy natomiast grubość dyszy była zbyt mała, jak w porównawczym przykładzie 5, dysza pękała na skutek niewystarczającej wytrzymałości dyszy, kiedy wytłaczano strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego.

Zastosowanie przemysłowe

Dysza do wytwarzania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego może zmniejszać naprężenie powstające na wytłoczonej powierzchni kształtki o strukturze komórkowej podobnej do plastra pszczelego po wytłoczeniu, utrzymywać stabilną siłę tarcia wytłaczania, doskonałą zdolność wytłaczania i doskonałą odporność na zużycie.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Dysza do wytwarzania kształtki o strukturze plastra pszczelego, zawierająca strukturę zaopatrzoną w szczeliny utworzone na jej przedniej powierzchni, szczeliny określające bloki komórkowe, i tylne otwory na jej tylnej powierzchni, połączonych ze szczelinami, w której liczba bloków komórkowych na jednej stronie dyszy jest liczbą parzystą, i części zakrzywione są tworzone na odpowiednich blokach komórkowych na czterech narożnikach na obwodowej części dyszy odpowiadającej narożnikom kształtki o strukturze plastra pszczelego, która ma być uformowana przez dyszę, znamienna tym, że promień krzywizny zawarty jest w przedziale 0,5 - 1,5 mm.
2. Dysza według zastrz. 1, znamienna tym, że wymieniona dysza jest wykonana ze spojonego węglika o dużej odporności na zużycie.
3. Dysza według zastrz. 2, znamienna tym, że spojony węglik jest utworzony ze sproszkowanego węglika metalu przejściowego z metalem spoiwa z grupy żelazowców, mającym dobrą wiązkość.
4. Dysza według zastrz. 3, znamienna tym, że grubość dyszy wynosi 15-30 mm.