PL202292B1

PL202292B1 - Ulownica ceramiczna i sposób jej wytwarzania

Info

Publication number: PL202292B1
Application number: PL377697A
Authority: PL
Inventors: Thomas W. Brew; Mark L. Humphrey; Weiguo Miao; David R. Treacy Jr.
Original assignee: Corning Inc
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2009-06-30
Also published as: DE602004025905D1; EP1594687A4; CN100513156C; EP1594687A2; US6803087B2; ATE460270T1; US20040161583A1; CN1750924A; JP2006519953A; PL377697A1; WO2004073969A3; EP1594687B1; WO2004073969A2

Abstract

1. Ulownica obejmuj aca: zbiór równoleg lych komórek utworzonych przez przecinaj ace si e scianki wewn etrzne, zorganizowa- nych w rz edach poziomych i pionowych i znajduj a- cych si e pomi edzy dwoma przeciwleg lymi ko ncami ulownicy, otaczaj ac a komórki zewn etrzn a sciank e- -p laszcz, równie z zwi azan a ze sciankami wewn etrz- nymi, znamienna tym, ze komórki s a podzielone na pierwszy obszar, który obejmuje cz esc komórek s a- siaduj acych z zewn etrzn a sciank a-p laszczem, i drugi obszar, który obejmuje komórki pozosta le; przy czym komórki pierwszego obszaru maj a grubo sc scianki wzrastaj ac a w sposób ci ag ly wzd lu z osi biegn acej w stron e zewn etrznej scianki-p laszcza, i co najmniej w miejscach przecinania si e scianek wewn etrznych w pierwszym obszarze komórek utworzone s a za- okr aglenia o danym promieniu, przy czym promie n zaokr agle n wzrasta w sposób ci ag ly wzd lu z osi bie- gn acej w stron e zewn etrznej scianki-p laszcza. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Tło wynalazku

Niniejszy wynalazek odnosi się do ulownic ceramicznych i sposobu ich wytwarzania, a w szczególności do ulownic ceramicznych mających bardzo cienkie ścianki i duże powierzchnie, jakie znajdują zastosowanie na przykład w samochodowych przetwornikach katalitycznych.

Ulownice ceramiczne są dobrze znane w przemyśle samochodowym ze względu na swą przydatność w procesie oczyszczania gazów wylotowych wytwarzanych w silnikach samochodowych. Struktury takie stanowią bazę katalitycznych układów przetwornikowych, służąc jako podłoże, na które nakładany jest katalizator.

Coraz więcej producentów samochodów, pragnąc spełnić nowe, bardziej restrykcyjne przepisy budowy silników, wymaga poprawy skuteczności działania przetworników katalitycznych. Wymagania te znalazły ostatnio swój wyraz w stosowaniu bardzo cienkich ścianek (< 0,10 mm) i skrajnie wysokim geometrycznym zagęszczeniu komórek na powierzchni (600-900 komórek na cal kwadratowy, tj. 93-140 na cm²). Takie cechy konstrukcyjne, choć korzystne z punktu widzenia sprawności oczyszczania emitowanych gazów, mają jednak swoje słabe strony.

W szczególności ulownicowe struktury z bardzo cienkimi i ściankami o wysokim zagęszczeniu komórek wykazują niską wytrzymałość izostatyczną. W rezultacie, podczas operacji przygotowawczych do zastosowania w układzie katalitycznego przetwornika, struktura ulownicowa jest bardzo podatna na występowanie pęknięć i łuszczeń, prowadzących nawet, co odnotowano, do awarii katastroficznych.

Podejmowano już wielokrotnie próby załatwienia tego problemu. Proponowane rozwiązania stwarzały jednak dodatkowe wady, takie na przykład jak spadek odporności na szok termiczny i zwiększony spadek ciśnienia, w obu przypadkach pogarszające te parametry, które są krytyczne dla dobrej sprawności urządzenia.

W związku z powyższym powstaje potrzeba stworzenia ceramicznej ulownicy, która będzie zapewniać optymalną kombinację zwiększonej wytrzymałości izostatycznej, wysoką odporność na szok termiczny i minimalny przyrost spadku ciśnienia i która nadawałaby się do użycia w procesie oczyszczania wylotowych gazów silników samochodowych.

Podsumowanie wynalazku

Niniejszy wynalazek odnosi się do ulownic ulepszonej konfiguracji, zapewniających znaczący przyrost wytrzymałości izostatycznej, dających dobrą odporność na uszkodzenia od pęknięć i łuszczeń, zarówno podczas bieżącej obsługi jak i podczas pracy. Odpowiadające wynalazkowi ulownice zachowują przy tym pożądaną odporność na szok termiczny i rokują odporność na przyrost spadku ciśnienia co najmniej ekwiwalentny do tej, jaką mają dotychczas dostępne struktury ulownicowe o bardzo cienkich ściankach i o dużym zagęszczeniu komórek na powierzchni, ale w których cech proponowanych wynalazkiem nie ma. Dla potrzeb opisu niniejszego wynalazku termin „dotychczas dostępne struktury ulownicowe o bardzo cienkich ściankach i o dużym zagęszczeniu komórek na powierzchni” będzie dalej w opisie wynalazku skrócony do „standardowe ulownice cienkościenne”.

Wynalazek zapewnia w szczególności taką strukturę ulownicową, która zawiera znaczną liczbę równoległych komórek utworzonych przez przecinające się ścianki wewnętrzne i zorientowanych w rzędach poziomych i pionowych, umiejscowionych pomiędzy przeciwnymi końcami ulownicy i obwodową ścianką-płaszczem otaczającą komórki, będącą ponadto przymocowaną do wewnętrznych ścianek. W ulownicy komórki są podzielone na te, które znajdują się w pierwszym obszarze, obejmującym część komórek sąsiadujących z zewnętrzną ścianką-płaszczem, oraz te, które znajdują się w drugim obszarze obejmującym komórki pozostałe, przy czym komórki pierwszego obszaru mają grubość ścianki narastającą w sposób ciągły wzdłuż osi rozciągającej się do zewnętrznej ścianki-płaszcza i w której, co najmniej w przecięciach wewnętrznych ścianek w pierwszym obszarze komórek są ukształtowane zaokrąglenia, przy czym mają one promienie wzrastające w sposób ciągły wzdłuż osi rozciągającej się do zewnętrznej ścianki obwodowej. W ten sposób w niniejszym wynalazku, w celu zwiększenia wytrzymałości izostatycznej przy zachowaniu wysokiej odporności na szok termiczny, zarówno grubość ścianki jak i promień zaokrąglenia wzrastają stopniowo w stronę zewnętrznego obwodu ulownicy.

Tłocznik dla wytwarzania przedmiotów ulownicowych zgodnych z niniejszym wynalazkiem ma korpus z płaszczyzną wlotową, płaszczyzną wylotową (rozładowywania) położoną z przeciwnej strony płaszczyzny wlotowej, pewną liczbę otworów zasilających, które rozciągają się od płaszczyzny wlotowej w głąb korpusu tłocznika, przecinający się rząd wyjściowych szczelin rozciągających się w głąb korpusu tłocznika od płaszczyzny wyjściowej, przeznaczonych dla łączenia otworów zasilających

PL 202 292 B1 z tłocznikiem w miejscach przecię cia otworów zasilających i szczelin, przy czym szczeliny są ukształtowane przez zestaw słupków. Pewna liczba szczelin wyjściowych w pobliżu zewnętrznego obwodu tłocznika ma szerokość, która wzrasta w sposób ciągły wzdłuż osi, która rozciąga się do zewnętrznego obwodu tłocznika, natomiast zestaw słupków w pobliżu zewnętrznego obwodu tłocznika ma naroża zaokrąglone.

W sposobie wytwarzania tłocznika po pierwsze istotnym jest korpus tłocznika zawierający płaszczyznę wlotową, płaszczyznę wylotową (rozładowywania) położoną z przeciwnej strony płaszczyzny wlotowej, pewną liczbę otworów zasilających, które rozciągają się od płaszczyzny wlotowej w głąb korpusu tłocznika, przecinający się rząd wyjściowych szczelin rozciągających się w głąb korpusu tłocznika od płaszczyzny wyjściowej, przeznaczonych dla łączenia otworów zasilających z tłocznikiem w miejscach przecięcia otworów zasilających i szczelin, przy czym przecinający się rząd szczelin jest uformowany przez boczne powierzchnie rzędu słupków. Istnieje ponadto elektroda dla zapewnienia elektryczno-mechanicznej obróbki, która zawiera zestaw otworów utworzonych przez siatkę przecinających się żeber o szerokości rosnącej w sposób ciągły w kierunku osiowym w stosunku do zewnętrznego obwodu elektrody, mających zaokrąglone naroża.

Aby uzyskać efekt redukcji kołków umieszczonych w obszarze sąsiadującym z zewnętrznym obwodem tłocznika elektroda rozładowania elektrycznego wchodzi w kontakt z pewną liczbą kołków na płaszczyźnie wyjściowej korpusu tłocznika, przy czym redukcja jest symetryczna na wszystkich bocznych powierzchniach kołków z jednoczesnym zaokrągleniem naroży kołków. W ten sposób powstający tłocznik zawiera rząd kołków, wśród których pewna liczba ma zaokrąglone naroża i tworzy szczeliny wylotowe o szerokości, która wzrasta w sposób ciągły wzdłuż osi, która rozciąga się do zewnętrznego obwodu tłocznika, natomiast pozostałe kołki nie są maszynowo obrabiane elektrodą elektrycznego rozładowania.

Krótki opis rysunków

Wynalazek może być bardziej zrozumiały jeśli odnieść się do pokazanych dalej rysunków, których zawartość jest następująca:

Figura 1 przedstawia perspektywiczny wygląd cylindrycznej ulownicy z widokiem na czołową końcówkę wlotową, na zbiór kanałów komórkowych utworzonych przez przecinające się ścianki wewnętrzne i na otaczającą ulownice zewnętrzną ścianę-płaszcz;

Figura 2 prezentuje schematycznie powiększony widok z góry czoła ulownicy z fig. 1, na którym pokazane są komórki należące do pierwszego obszaru, charakterystyczne tym, że grubość ich ścianek wzrasta w sposób ciągły wzdłuż osi skierowanej ku zewnętrznej ściance-płaszczowi, jak również pokazane są zaokrąglenia w miejscach przecinania się ścianek wewnętrznych;

Figura 3 przedstawia dane dotyczące wytrzymałości izostatycznej dla ulownic ceramicznych zgodnych z niniejszym wynalazkiem;

Figura 4 przedstawia porównanie wytrzymałości izostatycznej reprezentowanej przez ulownice ceramiczne zgodne z niniejszym wynalazkiem i przez standardowe ulownice cienkościenne;

Figura 5 pokazuje porównanie danych dotyczących spadku ciśnienia w ulownicach ceramicznych zgodnych z niniejszym wynalazkiem i w standardowych ulownicach cienkościennych;

Figura 6 ilustruje maszynowy sposób wytwarzania tłocznika zgodny z niniejszym wynalazkiem;

Figura 7 pokazuje przewidywany niniejszym wynalazkiem zestaw słupków na wylotowej płaszczyźnie tłocznika (płaszczyźnie rozładowywania).

Szczegółowy opis preferowanych wariantów realizacyjnych

Na rysunku fig. 1 jest przedstawiony perspektywiczny widok ulownicy 10 mającej czołową końcówkę wlotową 12 oraz wylotową końcówkę tylną 14, która znajduje się po przeciwnej stronie od końcówki wlotowej 12. Między końcówką wlotową 12 i końcówką wylotową 14 znajduje się pewna liczba (zbiór) komórek 16. Komórki są utworzone przez wewnętrzne ścianki 18, które biegną w zasadzie podłużnie i równolegle względem siebie w obszarze pomiędzy końcówką wlotową 12 i końcówką wylotową 14 korpusu ulownicy 10. Komórki 16 i wewnętrzne ścianki 18 są otoczone przez zewnętrzną ściankę-płaszcz 20. Zewnętrzna ścianka-płaszcz 20 tworzy również to, co w języku branży jest znane jako „skórka” Fantomowy szkic 23 przedstawia objaśniający przykład jak komórki 16 mogą być stosownie rozdzielone na pierwszy obszar 22 i drugi obszar 24. W szczególności w pierwszym obszarze 22 znajdują się komórki sąsiadujące z zewnętrzną ścianką-płaszczem 20, natomiast w drugim obszarze 24 znajdują się komórki pozostałe, bliskie centralnej osi 21. Pierwszy obszar obejmuje co najmniej dwadzieścia rzędów przylegających do zewnętrznej ścianki-płaszcza 20, preferowane jest, aby rzędów

PL 202 292 B1 tych było nie mniej niż dziesięć, bardziej pożądane jest co najmniej siedem rzędów, najlepiej zaś jest, aby rzędów było co najmniej cztery.

Na rysunku fig. 2 pokazany jest schematycznie powiększony widok z góry części przedstawionej na rysunku fig. 1 wlotowej końcówki 12, pokazujący lepiej strukturę ulownicy odpowiadającej niniejszemu wynalazkowi. Komórki 16 w pierwszym obszarze 22 mają grubość ścianek, która w ciągły sposób wzrasta wzdłuż osi biegnącej w pokazaną strzałką 25 stronę zewnętrznej ścianki-płaszcza 20, w związku z czym ścianki wewnętrzne 18 są grubsze w pobliżu zewnętrznej ścianki-płaszcza niż w pobliżu centralnej osi 21 ulownicy 10. Chociaż niniejszy wynalazek może znaleźć zastosowanie w ulownicach o bardzo zróżnicowanych grubościach ścianek komórek, najbardziej przydatny jest on dla grubości ścianek < 0,15 mm, a zwłaszcza < 0,10 mm. Grubość ścianek komórek w pierwszym obszarze 22, mierzona wzdłuż osi 25, jest większa od grubości ścianek komórek w drugim obszarze 24 od 1,01 do 4 razy.

Zaokrąglenia 26 są ukształtowane w komórkach pierwszego obszaru 22 co najmniej w miejscach łączenia się lub krzyżowania wewnętrznych ścianek 18. Zaokrąglenia mogą również być uformowane w miejscach łączenia wewnętrznych ścianek z zewnętrzną ścianką-płaszczem, chociaż przewidywanie takich zaokrągleń w tym miejscu nie jest ani konieczne, ani preferowane. Warto zauważyć, że choć wszystkie komórki 16 w pierwszym obszarze 22 mają zaokrąglenia 26, to zaokrąglenia bliższe zewnętrznej ścianki-płaszcza mają promień większy niż promień zaokrągleń bliższych centralnej osi 21 ulownicy. Stosownie do tego zaokrąglenia 26 mają promień, który w sposób ciągły wzrasta wzdłuż osi biegnącej ku zewnętrznej ściance-płaszczowi 20. Konkretnie, promień zaokrągleń 26 jest zawarty w przedziale 0,025-0,400 mm. Zaokrąglenia mogą mieć kształt wypukły (wtedy stanowią zgrubienie) lub kształt wklęsły albo reprezentować kombinację obu kształtów. Fig. 2 pokazuje zaokrąglenia 26 o kształcie wklęsłym.

Zostało stwierdzone, że kombinacja coraz cieńszych ścianek komórek i zaokrągleń w rzędach komórek w pobliżu zewnętrznych ścianek-płaszczy zapewnia zwiększoną wytrzymałość izostatyczną bez ujemnego oddziaływania na odporność na szok termiczny. Rozwiązanie to powoduje też minimalne oddziaływanie na spadek ciśnienia. Tabela I przedstawia dane odnoszące się do wytrzymałości izostatycznej dla różnych promieni zaokrągleń (w mm). Współczynnik integracji mechanicznej MTF (mechanical integrity factor) obliczany jest według następującego równania:

MIF = t²

L(L -1 - 2R) gdzie t jest grubością ścianki wewnętrznej, L jest średnicą komórki a R jest absolutną (bezwzględną) wartością promienia zaokrąglenia. W obliczeniach t jest utrzymywane na poziomie 0,07 mm zaś L na poziomie 0,84 mm. R jest zmienne w zakresie od 0 mm (brak zaokrąglenia) do 0,15 mm. Jest widać, że nawet małe zaokrąglenie dramatycznie poprawia wytrzymałość. Dla przykładu, dla zaokrąglenia mającego promień 0,05 mm poprawa wytrzymałości (tj. procentowe zwiększenie MIF) wynosi 15%, podczas gdy dla zaokrąglenia o promieniu 0,127 mm poprawa wytrzymałości wynosi 50%.

Figura 3 prezentuje wykres danych wytrzymałości izostatycznej dla ceramicznej ulownicy zgodnej z niniejszym wynalazkiem. Standardowe ulownice cienkościenne, które nie wykazują cech istniejących w ulownicach zgodnych z niniejszym wynalazkiem, są w stanie uzyskać średnią wytrzymałość izostatyczną 20 kg/cm². W przeciwieństwie do tego w ulownicach zgodnych z niniejszym wynalazkiem obserwowano znacząco wyższą wytrzymałość izostatyczną 38,9 kg/cm².

Figura 4 pokazuje wykres przedstawiający porównanie wytrzymałości izostatycznej ulownic zgodnych z niniejszym wynalazkiem i standardowych ulownic cienkościennych. Jak można zauważyć, ulownice zgodne z niniejszym wynalazkiem wykazują przeciętnie wyższą wytrzymałość izostatyczną.

Oprócz wysokiej wytrzymałości izostatycznej struktury proponowane w wynalazku, w porównaniu do standardowych ulownic cienkościennych, wykazują bardzo zbliżone spadki ciśnienia a ponadto demonstrują wysoką odporność na szok termiczny. Rysunek fig. 5 pokazuje porównanie spadków ciśnień dla dwu porównywalnych przykładowych standardowych ulownic cienkościennych (Comp. 1, Comp. 2) i dwu przykładowych ulownic zgodnych z niniejszym wynalazkiem (Inv. 1, Inv. 2) dla różnych prędkości przepływu. Różnica w spadku ciśnienia między porównywanymi przykładowymi egzemplarzami wynosi średnio ok. 2%. Widać więc, że wzrost spadku ciśnienia w ulownicach zgodnych z wynalazkiem jest utrzymany na poziomie minimalnym. Zanotowany przyrost 2% jest uznawany za właściwie niewykrywalny w stoiskowych próbach silników samochodowych.

Oprócz wysokiej wytrzymałości izostatycznej i niskich spadków ciśnienia struktury proponowane przez wynalazek wykazują również wysoką odporność na szok termiczny. Obie próby szoku termiczPL 202 292 B1 nego, piecowa i cykliczna, zostały przeprowadzone na wzorcowych próbkach ulownic zgodnych z niniejszym wynalazkiem, wykonanych z kordierytu. W piecowej próbie szoku termicznego, przeprowadzonej według procedur znanych w branży, wszystkie części przeszły pomyślnie przez temperaturę 1000°C. Podczas termicznej próby cyklicznej, również przeprowadzonej według procedur znanych w branży, wszystkie części przeszły pomyślnie przez temperaturę 1075°C.

Ulownice zgodne z niniejszym wynalazkiem mogą mieć w przekroju kształt cylindryczny, kwadratowy, owalny, prostokątny lub dowolny inny, jaki dyktowany jest przez szczegółowe wymagania konstrukcji układu wydechowego wybranego do zastosowania. Rozważana jest również sprawa stosowania w ulownicach materiałów ceramicznych o wysokiej trwałości termicznej, takich jak kordieryt, węglik silikonu, tytanit aluminium lub podobne. Preferowane jest, aby materiałem ulownic był kordieryt. Jak jest wiadomo w branży stosowną metodą wytwarzania ulownic jest kształtowanie ich ze zmiękczonych mikstur, złożonych na przykład z surowców tworzących kordieryt, które są wytłaczane przez tłocznik do uzyskania tzw. struktury „zielonej”. W następnej kolejności „zielona” struktura jest suszona a następnie, aby uzyskać końcową strukturę ceramiczną, przez określony czas prażona w wymaganej temperaturze.

W niniejszym wynalazku tłocznik do wyciskania ulownic jest przygotowywany w taki sposób, aby mógł zapewnić wytworzenie ulownic o unikalnej, opisanej wyżej konstrukcji. W szczególności odpowiedni tłocznik ulownic zawiera zestaw słupków (kołków), w skład którego wchodzą też słupki (kołki) z zaokrąglonymi narożami oraz ma szczeliny wyjściowe (wylotowe) rozszerzające się stopniowo w kierunku osi biegnącej w stronę zewnętrznego obwodu tłocznika.

Konwencjonalne tłoczniki dla wytwarzania ulownic mają sekcję zasilania (wlotu), w której znajduje się pewna liczba otworów służących wprowadzaniu do tłocznika tłoczliwego materiału. Tłoczniki mają również, połączoną z sekcją zasilania, sekcję wylotową (rozładowywania), w której następuje przekształcenie tłoczliwego materiału i wyprowadzenie jego od strony rozładowywania tłocznika. W fazie wyprowadzania (rozładowywania) materiał jest już ukształtowany do formy ulownicy, zawierającej określoną liczbę komórek otwartych, których ograniczenie stanowią łącznikowe ścianki wewnętrzne, biegnące od jednego końca struktury do drugiego, zgodnie z kierunkiem realizacji procesu tłoczenia.

Otwór rozładowywania na stronie rozładowywania takich tłoczników może być skonfigurowany w taki sposób, aby tworzył dowolny kształ t struktury łączącej wzajemnie ścianki ulownicy. Aktualnie otwory wylotowe (rozładowywania) stosowane do wytłaczania znanych na rynku ceramicznych ulownic, znajdujących zastosowanie w samochodowych układach oczyszczania spalin, są tworzone przez krzyżujące się szeregi długich prostych szczelin rozładowywania o równych odstępach. Te długie szczeliny przecinają się dla utworzenia siatki krótszych segmentów szczelin w celu utworzenia prostej ściany dla ulownic z komórkami kwadratowymi lub trójkątnymi.

Tłoczliwy (plastyczny) materiał, jaki stosowany jest w tych dostępnych handlowo tłocznikach, musi przechodzić skomplikowaną drogę. Materiał ten najpierw zostaje przemieszczony z każdego z otworów zasilających poprzez strefę przejściową do podstawy zestawu szczelin, gdzie przepływa poprzecznie (w bok) aby uzyskać połączenie z sąsiednimi otworami zasilającymi. Następnie materiał jest ponownie kierowany do przodu w kierunku przepływu z otworów zasilania w stronę otworu rozładowywania utworzonego przez szczeliny. Stamtąd materiał jest rozładowywany w postaci szeregu fragmentów łączących się z sobą ścianek wewnętrznych, które tworzą ścianki komórek ulownicy.

Kształty, jakie w przekroju mają wysepki lub „kołki” utworzone na powierzchni rozładowywania tłoczników przez przecinające się segmenty szczelin, decydują o wewnętrznym kształcie kanałów w wytłoczce. Konwencjonalne tłoczniki nie pozwalają jednak na to, aby wewnętrzne ścianki komórek w pobliżu obwodu korpusu ulownicy (ścianki-płaszcza) miały zmienną grubość i promieniste zaokrąglenia.

Z tego wzglę du innym aspektem niniejszego wynalazku jest przedstawienie koncepcji specjalnego tłocznika i sposobu wytwarzania, w której tłocznik do tłoczenia ulownic, zawierający zestaw słupków na powierzchni rozładowywania, mających jednakowe, niezmienne wymiary i kształt kwadratu lub prostokąta z jednakowej grubości szerokością szczeliny rozładowczej, jest modyfikowany metodą obróbki wykorzystującej wyładowanie elektryczne (EDM - electrical discharge machining). Zastosowana metoda EDM, zwana też „EDM nurnikowym” (plunge EDM), obejmuje usuwanie materiału symetrycznie z powierzchni bocznych i z naroży kołków w rejonie bliskim obwodu tłocznika przy użyciu odpowiednio ukształtowanej elektrody.

Stosowna elektroda do rozładowania elektrycznego, służąca realizacji metody „EDM nurnikowego”, może być wytworzona z surowego bloku stopu miedzi i wolframu przy zastosowaniu maszynowej obróbki techniką „EDM przewodowego” (wire EDM), czyli metodą dobrze znaną w branży. Ponieważ

PL 202 292 B1 wynalazek opisuje modyfikację tylko części słupków tłocznika, elektroda musi obejmować tylko ten obszar tłocznika, w którym podczas procesu tłoczenia kształtowane będą fragmenty ulownicy. Tak kształtowany obszar obejmuje więc modyfikację słupków tylko w rejonie sąsiadującym z zewnętrznym obwodem tłocznika. Obróbki maszynowo-elektrycznej przy pomocy elektrody wymagać więc będzie w szczególności tylko ta część słupków, która znajduje się w rzędach biegnących od zewnętrznego obwodu tłocznika do środka.

Należy zauważyć, że w procesie realizacji niniejszego wynalazku znajdują zastosowanie konwencjonalne tłoczniki. W szczególności tłocznik zawiera korpus tłocznika, który ma powierzchnię wlotową (zasilania), powierzchnię wyjściową (rozładowywania) znajdującą się po przeciwnej stronie płaszczyzny wlotowej, pewną liczbę otworów zasilania biegnących od powierzchni wlotowej w głąb korpusu, oraz zbiór przecinających się szczelin rozładowania, biegnących w głąb korpusu tłocznika od powierzchni rozładowania i służących połączeniu z otworami zasilającymi na znajdujących się na tłoczniku przecięciach otworów zasilania ze szczelinami, przy czym przecinający się zbiór szczelin rozładowania jest tworzony przez boczne powierzchnie zestawu słupków (kołków).

Figura 6 pokazuje w perspektywie obraz zgodnej z niniejszym wynalazkiem części tłocznika 100 i elektrody 110. Tłocznik 100 zawiera zestaw słupków (kołków) 102 i szczeliny rozładowania 104. Elektroda 110 ma otwory 112 ukształtowane przez siatkę przecinających się żeber 114. Żebra 114 mają szerokość (nie pokazaną), która zwiększa się w sposób ciągły w kierunku osiowym w stronę zewnętrznej krawędzi 111, jaka znajduje się naprzeciw wewnętrznej krawędzi 109, oraz zaokrąglone naroża 113. Kształt elektrody 110 jest bardzo podobny do kształtu struktury ulownicowej, stanowiąc odpowiednik zestawu słupków na tłoczniku, tak że modyfikacja słupków może być realizowana w ich grupach.

W czasie realizacji procesu „nurnikowego EDM” tłocznik 100 jest utrzymywany nieruchomo, podczas gdy elektroda 110 jest opuszczana na zestaw słupków (kołków) 102. Sposób przemieszczania się elektrody 110 jest wskazywany strzałką 120. Kiedy elektroda 110 jest opuszczana na zestaw słupków (kołków) 102, żebra 114, grubsze niż wcześniej istniejące szczeliny 104, usuwają materiał symetrycznie nie tylko z wszystkich bocznych powierzchni słupków 102, ale także z ich naroży. W rezultacie istniejące wcześniej szczeliny 104 zmieniają pod wpływem obróbki swój wymiar tak, że w następstwie zwężania się sąsiednich słupków 102 stają się szersze. Zaokrąglone naroża 113 żeber 114 wywołują powstanie promieniowych zaokrągleń naroży słupków (kołków) 102, to zaś tworzy zaokrąglenia w wytłaczanej ulownicy. W zależności od liczby rzędów słupków wymagających modyfikacji odpowiedniej zmianie podlega wielkość elektrody 110, podobnie jak i liczba otworów 112 i grubość żeber 114.

W celu zmodyfikowania słupków (kołków) 102, elektroda 110 jest używana do symetrycznego usunięcia materiału z boków tych słupków. Fig. 7 pokazuje pewną liczbę słupków (kołków) 102a, które zostały poddane obróbce maszynowej zgodnie z przewidzianą niniejszym wynalazkiem techniką „nurnikowego EDM”. Oryginalny kształt i wielkość słupków pokazuje na obrazie wyrysowanym przerywaną kreską punkt 106. Zmodyfikowane słupki (kołki) mają mniejszą średnicę 103 i zaokrąglone naroża 105, co daje w wyniku węższe słupki i szersze szczeliny rozładowywania - patrz odnośnik o numerze 104a. Szczeliny rozładowywania 104a stają się stopniowo coraz szersze w kierunku wskazywanym przez oś biegnącą w stronę zewnętrznej obwodnicy tłocznika.

Zastosowany proces maszynowo-elektrycznej obróbki słupków tłocznika nie powoduje żadnej zmiany w zasilającej części urządzenia, nie ma też zmian w sekcji wlotowej tłocznika. Geometria korpusu ulownicy, wytworzonej metodą tłoczenia z tłocznika obrobionego maszynowo-elektrycznie w opisany sposób, zawiera, w miejscach połączeń w obszarze komórek sąsiadujących z zewnętrzną ścianką korpusu, pogrubione w sposób ciągły wewnętrzne ścianki i zaokrąglenia.

T a b e l a I

Promień zaokrąglenia (mm)	MTF	Poprawa MIF w %
1	2	3
0 (brak zaokrąglenia)	0,007291	0
0,01	0,00754	3,5
0,025	0,007856	7,1
0,04	0,008092	11

PL 202 292 B1

1	2	3
0,05	0,0084	15,2
0,06	0,008732	19,8
0,076	0,009091	24,7
0,09	0,009481	30
0,10	0,009906	35,9
0,114	0,010371	42,2
0,12	0,010882	49,3
0,14	0,011446	57
0,152	0,012072	65,6

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Ulownica obejmująca:

zbiór równoległych komórek utworzonych przez przecinające się ścianki wewnętrzne, zorganizowanych w rzędach poziomych i pionowych i znajdujących się pomiędzy dwoma przeciwległymi końcami ulownicy, otaczającą komórki zewnętrzną ściankę-płaszcz, również związaną ze ściankami wewnętrznymi, znamienna tym, że komórki są podzielone na pierwszy obszar, który obejmuje część komórek sąsiadujących z zewnętrzną ścianką-płaszczem, i drugi obszar, który obejmuje komórki pozostałe; przy czym komórki pierwszego obszaru mają grubość ścianki wzrastającą w sposób ciągły wzdłuż osi biegnącej w stronę zewnętrznej ścianki-płaszcza, i co najmniej w miejscach przecinania się ścianek wewnętrznych w pierwszym obszarze komórek utworzone są zaokrąglenia o danym promieniu, przy czym promień zaokrągleń wzrasta w sposób ciągły wzdłuż osi biegnącej w stronę zewnętrznej ścianki-płaszcza.

2. Ulownica według zastrz. 1, znamienna tym, że pierwszy obszar komórek obejmuje co najmniej cztery do dwudziestu szeregów komórek sąsiadujących z .zewnętrzną ścianką-płaszczem.

3. Ulownica według zastrz. 1, znamienna tym, że ścianki komórek w drugim obszarze mają grubość < 0,15 mm.

4. Ulownica według zastrz. 1, znamienna tym, że ścianki komórek w drugim obszarze mają grubość < 0,10 mm.

5. Ulownica według zastrz. 3, znamienna tym, że ścianki komórek w pierwszym obszarze mają grubość, która jest większa od grubości ścianek komórek w drugim obszarze od 1,01 do 4 razy.

6. Ulownica według zastrz. 1, znamienna tym, że zaokrąglenia mają promień zawarty w przedziale 0,025-0,400 mm.

7. Ulownica według zastrz. 1, znamienna tym, że zaokrąglenia w pierwszym obszarze komórek są typu wybranego z grupy obejmującej wklęsłości, wypukłości lub ich kombinację.

8. Tłocznik do wytwarzania ulownicy określonej w zastrz. 1 obejmujący:

powierzchnię wlotową; powierzchnię wylotową znajdującą się po przeciwnej stronie płaszczyzny wlotowej; wiele otworów zasilających biegnących od powierzchni wlotowej w głąb korpusu; przecinający się rząd szczelin rozładowywania, biegnących w głąb korpusu tłocznika od powierzchni wlotowej, łączących się z otworami zasilającymi w znajdujących się na tłoczniku przecięciach otworów zasilających ze szczelinami, przy czym szczeliny są tworzone przez zbiór słupków; znamienny tym, że pewna liczba szczelin rozładowania w pobliżu zewnętrznego obwodu tłocznika ma szerokość, która w sposób ciągły wzrasta wzdłuż osi skierowanej w stronę zewnętrznego obwodu tłocznika; a pewna liczba słupków w pobliżu zewnętrznego obwodu tłocznika ma zaokrąglone naroża.

9. Sposób wytwarzania tłocznika do wytwarzania ulownicy określonego w zastrz. 8, obejmujący: stworzenie korpusu tłocznika zawierającego powierzchnię wlotową, powierzchnię wylotową znajdującą się po przeciwnej stronie płaszczyzny wlotowej, pewną liczbę otworów zasilania rozciągających się od powierzchni wlotowej w głąb korpusu, oraz przecinający się rząd szczelin rozładowania, rozciągających się w głąb korpusu od powierzchni rozładowania łączących się z otworami zasilającymi w punktach przecięcia otworów zasilania wewnątrz tłocznika, przy czym przecinający się rząd szczelin rozła8

PL 202 292 B1 dowania jest utworzony przez boczną powierzchnię rzędu słupków; stworzenie elektrody rozładowania elektrycznego, mającej pewną liczbę otworów utworzonych przez siatkę przecinających się ścianek, przy czym przecinające się ścianki mają w kierunku osiowym, w stronę zewnętrznego obwodu elektrody, zaokrąglone naroża w miejscach przecięcia; doprowadzenie elektrody rozładowania elektrycznego do kontaktu z rzędem słupków na powierzchni rozładowania korpusu tłocznika; i zmniejszenie liczby słupków w obszarze sąsiadującym z zewnętrznym obwodem tłocznika, zrealizowane symetrycznie na wszystkich bocznych powierzchniach słupków z jednoczesnym zaokrągleniem ich narożników metodą obróbki przy wykorzystaniu wyładowania elektrycznego, znamienny tym, że tworzony jest tłocznik, który zawiera zbiór słupków, z których pewna liczba ma zaokrąglone naroża i które tworzą szczeliny rozładowania o szerokości wzrastającej w sposób ciągły wzdłuż osi skierowanej w stronę zewnętrznego obwodu tłocznika.