專利名稱：蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有格子狀的成形槽、和連同該成形槽的交叉部或在該成形槽的交叉 部配置成鋸齒狀的與所述成形槽連通的陶土供給孔的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模具。
背景技術(shù)：
蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體將例如成為堇青石質(zhì)的陶土從蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模具(以 下，稱為“成形用模具”)的陶土供給孔側(cè)向成形槽側(cè)壓出，形成蜂窩陶瓷狀的成形體，并進(jìn) 行干燥及燒成而制造。如圖4(a)及圖4(b)所示，成形用模具31包括格子狀的成形槽12 和與所述成形槽連通的陶土供給孔13。如圖5(a)、圖5(b)及圖5(c)所示，成形用模具31的供給孔13與成形槽交叉部 33重合設(shè)置。通過供給孔13導(dǎo)入到成形用模具31內(nèi)的陶土通過成形槽12成形為蜂窩狀。 存在成形槽12和供給孔13在設(shè)置成格子狀的成形槽30的每個(gè)交叉部33連通的情況、或 成形槽12和供給孔13相對于成形槽12的各交叉部33在隔一個(gè)的位置呈鋸齒狀地連通的 情況(圖5 (a)、圖5 (b)及圖5 (c)所示的情況)。使用于機(jī)動(dòng)車廢氣凈化的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體為了增大廢氣流路的開口面積，而且為 了在擔(dān)任催化劑時(shí)迅速升溫到活性化溫度，而使單元壁厚減薄成0. 05 0. 5mm。因此，成形 用模具31的成形槽12的寬度12w(參照圖5(c))也變窄。另一方面，為了防止成形時(shí)的成 形體的變形或彎曲，而需要使成形槽12的深度12d為寬度12w的10倍以上。成形槽12的寬度12w變窄而深度12d變深時(shí)，從陶土供給孔13供給的陶土(由 粗虛線的箭頭表示)通過成形槽12時(shí)的阻力增大。因此，成形用模具彎曲(由點(diǎn)劃線夸張 表示)，并且作用于陶土供給孔13與成形槽12的重復(fù)部14b上的應(yīng)力增大。日本特開2006-142579號(hào)公開有將形成成形槽的多個(gè)單元塊的間距從中心部朝 外周逐漸擴(kuò)大的成形用模具，并記載有能夠通過使用該成形用模具，抑制由于干燥時(shí)的不 均勻加熱引起的變形歪斜產(chǎn)生的中央部與外周部之間的單元間距的變動(dòng)，從而得到均勻的 單元間距的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體。日本特開2006-88556號(hào)公開有一種成形用模具，其是蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模 具，具有格子狀的成形槽；在所述格子狀的成形槽的交叉部配置成鋸齒狀而與所述成形 槽連通的陶土供給孔，在圖5(c)中，與一個(gè)成形槽12連通的陶土供給孔13的側(cè)面13a和 與所述成形槽12相鄰的其他的成形槽12的側(cè)面(單元塊14的側(cè)面)14a的最短距離為A， 成形槽12與陶土供給孔13的重復(fù)部14b的軸向長度為L，從成形槽的深度減去L的長度為 D時(shí)，A/L為1 5，A/D為0. 05 0. 3。日本特開2006-88556號(hào)記載有該成形用模具具 有在模具的加工時(shí)或?qū)Τ尚腕w進(jìn)行擠壓成形時(shí)不會(huì)破損的高強(qiáng)度，從而使燒成后的蜂窩陶 瓷結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度提高。然而，日本特開2006-142579號(hào)及日本特開2006-88556號(hào)所記載的成形用模具由 于在擠壓成形時(shí)無法充分緩和作用于陶土供給孔13與成形槽12的重復(fù)部14b上的應(yīng)力， 因此尤其是模具的成形槽的寬度與單元壁厚薄的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體的成形相對應(yīng)地逐漸變
3窄時(shí)，應(yīng)力集中于所述重復(fù)部14b，從而相鄰的陶土供給孔13、13之間會(huì)產(chǎn)生龜裂。因此，期 望一種與單元壁厚薄的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體的成形相對應(yīng)的成型用模具。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種在擠壓成形時(shí)能夠緩和作用于陶土供給孔與 成形槽的重復(fù)部上的應(yīng)力，即使在成形槽的寬度狹窄時(shí)，在所述重復(fù)部也難以產(chǎn)生龜裂，即 使產(chǎn)生龜裂也難以發(fā)展，能夠長期使用的成形用模具。鑒于上述目的而銳意研究的結(jié)果，本發(fā)明者推測出通過使成形槽的交叉部的中心 點(diǎn)與配置在該交叉部的陶土供給孔的中心軸錯(cuò)開，在擠壓成形時(shí)能夠緩和作用于陶土供給 孔與成形槽的重復(fù)部上的應(yīng)力，從而想到了本發(fā)明。即，本發(fā)明的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模具是具有格子狀的成形槽和與所述成形槽 連通的陶土供給孔的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模具，所述成形槽的寬度為0. 05 0. 5mm，所 述陶土供給孔連同所述成形槽的交叉部或在所述成形槽的交叉部配置成鋸齒狀，配置有 陶土供給孔的成形槽的交叉部的中心點(diǎn)與該陶土供給孔的中心軸的距離的平均值為10 100 μ m0沿一個(gè)成形槽配置的各陶土供給孔的中心軸優(yōu)選相對于該成形槽的中心線位于 兩側(cè)。沿一個(gè)成形槽配置的各陶土供給孔的中心軸優(yōu)選相對于該成形槽的中心線位于 同側(cè)。沿一個(gè)成形槽配置的各陶土供給孔的中心軸優(yōu)選相對于該成形槽的中心線配置 成鋸齒狀。本發(fā)明的成形用模具由于在擠壓成形時(shí)能夠緩和作用于陶土供給孔與成形槽的 重復(fù)部上的應(yīng)力，因此所述重復(fù)部難以產(chǎn)生龜裂，即使產(chǎn)生龜裂也難以發(fā)展，從而能夠長期 使用。因此，能夠縮小成形槽的寬度，適合于單元壁厚薄的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體的成形。


圖1(a)是示出實(shí)施方式1及實(shí)施例1的成形用模具的局部俯視圖。圖1 (b)是圖1 (a)的A-A剖視圖。圖1 (c)是放大表示圖1 (b)的陶土供給孔與成形槽的重復(fù)部的局部剖視圖。圖2(a)是示意性地示出使用實(shí)施方式1的成形用模具壓出陶土?xí)r的龜裂的發(fā)展 狀況的俯視圖。圖2(b)是示意性地示出使用現(xiàn)有的成形用模具壓出陶土?xí)r的龜裂的發(fā)展?fàn)顩r的 俯視圖。圖3(a)是示出實(shí)施方式2的成形用模具的局部俯視圖。圖3 (b)是圖3 (a)的B_B剖視圖。圖3(c)是放大表示圖3(b)的陶土供給孔與成形槽的重復(fù)部的局部剖視圖。圖4(a)是示出成形用模具的一例的從成形槽側(cè)觀察的立體圖。圖4(b)是示出成形用模具的一例的從陶土供給孔側(cè)觀察的立體圖。圖5(a)是示出現(xiàn)有的成形用模具的成形槽與陶土供給孔的位置關(guān)系的一例的主視圖。圖5(b)是放大表示圖5(a)的局部俯視圖。圖5 (C)是圖5 (b)的C-C剖視圖。圖6(a)是示出相對于成形槽的中心線而陶土供給孔的中心軸位于兩側(cè)的例子的 示意圖。圖6(b)是示出相對于成形槽的中心線而陶土供給孔的中心軸位于同側(cè)的例子的 示意圖。圖6(c)是示出相對于成形槽的中心線而陶土供給孔的中心軸位于同側(cè)的另一例 子的示意圖。圖6(d)是示出相對于成形槽的中心線而陶土供給孔的中心軸配置成鋸齒狀的例 子的示意圖。
具體實(shí)施例方式在具有寬度為0. 05 0. 5mm的成形槽的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模具中，以使配置 有陶土供給孔的成形槽的交叉部的中心點(diǎn)與該陶土供給孔的中心軸不一致的方式配置陶 土供給孔，使相鄰的陶土供給孔彼此的間隔不恒定。成形槽的交叉部的中心與陶土供給孔 的中心軸的距離的平均值為10 100 μ m。通過如此配置陶土供給孔，使擠壓成形時(shí)作用 于陶土供給孔與成形槽的重復(fù)部上的應(yīng)力分散，從而在相鄰的陶土供給孔之間難以產(chǎn)生龜 裂。即使產(chǎn)生龜裂，也使難以龜裂再生長。其結(jié)果是，得到能夠長期使用的成形用模具。成 形槽的交叉部的中心與陶土供給孔的中心軸的距離的平均值是測定任意10點(diǎn)的陶土供給 孔而求出的值。所述平均值小于10 μ m時(shí)，陶土供給孔的間隔實(shí)質(zhì)上大致恒定，因此在擠壓成形 時(shí)，作用于陶土供給孔與成形槽的重復(fù)部上的應(yīng)力升高，相鄰的陶土供給孔之間容易產(chǎn)生 龜裂。另一方面，所述平均值超過100 μ m時(shí)，由于在擠壓成形陶土?xí)r陶土難以均勻地向成 形槽擴(kuò)展，因此成形體存在彎曲或變形的情況。所述平均值優(yōu)選20 90 μ m。在以使成形槽的交叉部的中心與陶土供給孔的中心軸不一致的方式配置陶土供 給孔時(shí)，通過調(diào)整成形槽及/或陶土供給孔的加工位置的坐標(biāo)，能夠原封不動(dòng)地使用現(xiàn)有 的模具加工技術(shù)。在此，相對于成形槽的交叉部的中心，使陶土供給孔的中心軸錯(cuò)開的方向 可以是成形槽的縱槽方向，也可以是與該縱槽方向正交的橫槽方向，還可以沿這兩方向錯(cuò) 開。如圖6(a)所示，沿一個(gè)成形槽配置的各陶土供給孔的中心軸優(yōu)選相對于所述成 形槽的中心線位于兩側(cè)。通過如此配置，能夠使作用于陶土供給孔與成形槽的重復(fù)部上的 應(yīng)力更加分散，從而進(jìn)一步抑制相鄰的陶土供給孔間的龜裂的產(chǎn)生。如圖6(d)所示，沿一 個(gè)成形槽配置的各陶土供給孔的中心軸尤其優(yōu)選相對于所述成形槽的中心線配置成鋸齒 狀。如圖6(b)或圖6(c)所示，即使沿一個(gè)成形槽配置的各陶土供給孔的中心軸相對 于所述成形槽的中心線位于同側(cè)時(shí)，也能同樣地使向陶土供給孔與成形槽的重復(fù)部產(chǎn)生的 應(yīng)力分散，從而抑制相鄰的陶土供給孔間的龜裂的產(chǎn)生。以下，基于實(shí)施方式說明本發(fā)明。
實(shí)施方式1實(shí)施方式1是燒成后的口徑為120mm的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體的成形用模具 11。該成形用模具11能夠通過將由例如0. 10 0. 25質(zhì)量％的C、1質(zhì)量％以下的Si、2質(zhì) 量％以下的Mn、1 2. 5%質(zhì)量的Cr、作為Mo+l/2W的1 %質(zhì)量以下的Mo及/或W、0. 03 0. 15質(zhì)量％的￥、0. 1 1質(zhì)量％的01、0. 05質(zhì)量％以下的S、2質(zhì)量％以下的Ni、其余部分 為Fe及不可避免的不純物形成的模具材料預(yù)硬到29 33HRC后，加工陶土供給孔13和成 形槽12而制造。作為模具材料，能夠使用公知的材料，優(yōu)選例如JIS SK1313D61那樣的合 金工具鋼、JIS SUS420J2那樣的馬氏體系不銹鋼。如圖1 (a)、圖1 (b)及圖1 (c)所示，成形槽12包括以0. 26mm的寬度12w及1. 56mm 的間距12p形成的多個(gè)縱槽和與所述縱槽正交的以相同寬度及相同間距形成的多個(gè)橫槽。 陶土供給孔13以1. 2mm的直徑13d及20mm的加工深度在所述成形槽12的交叉部33上配 置成鋸齒狀。各陶土供給孔13的中心軸13c從成形槽12的交叉部33的中心12c沿橫向 成形槽的中心線X，相對于縱向成形槽的中心線Y離開距離Z配置在同側(cè)。各陶土供給孔 13的距離Z不恒定，10點(diǎn)的平均值在10 100 μ m的范圍。此外，成形槽12通過沒有角的 與槽底和側(cè)面連續(xù)的曲面來連接。所述距離Z能夠使用株式會(huì)社Mitutoyo制的圖像測定機(jī)“快速視野(quick vision)”，根據(jù)從成形槽12側(cè)拍攝到的成形用模具11的圖像，求出成形槽12的交叉部的 中心12c和陶土供給孔13的中心軸13c，并通過10點(diǎn)平均求出它們之間的距離。通過對成 形槽12的交叉部的四個(gè)角進(jìn)行圖像檢測來求出成形槽12的交叉部的中心12c，通過對成形 槽12局部能看見的陶土供給孔13輪廓的一部分(四個(gè)部位)進(jìn)行圖像檢測來求出陶土供 給孔13的中心軸13c。圖2(a)示意性地示出使用實(shí)施方式1的成形用模具11從陶土供給孔13向成形 槽12擠壓成形陶土?xí)r的相鄰的陶土供給孔13、13之間的龜裂(CRK)的發(fā)展?fàn)顩r。成形用 模具11使陶土供給孔13的中心軸13c從成形槽12的交叉部33的中心12c沿χ軸方向成 形槽的中心線向同一方向錯(cuò)開，因此在y軸方向上相鄰的陶土供給孔13、13的成形槽的間 隔13w變長，從而緩和作用于成形槽12的底12a與陶土供給孔13的交叉部分13b上的應(yīng) 力。并且，即使由于反復(fù)進(jìn)行擠壓成形，重復(fù)部14b產(chǎn)生金屬疲勞，而在陶土供給孔13、13 之間產(chǎn)生龜裂(CRK)，龜裂(CRK)也難以成長，因此能夠長期使用。另一方面，圖2(b)示意性地示出使用現(xiàn)有的成形用模具31 (參照圖5)同樣地?cái)D 壓成形陶土?xí)r的相鄰的陶土供給孔13、13之間的龜裂(CRK)的發(fā)展?fàn)顩r。在成形用模具31 中，由于成形槽12的交叉部33的中心12c與陶土供給孔13的中心軸13c —致，因此相鄰 的陶土供給孔13、13的間隔13w成為恒定，從而無法緩和應(yīng)力集中于成形槽12的底12a與 陶土供給孔13的交叉部分13b上的情況。并且，在由于反復(fù)進(jìn)行擠壓成形，重復(fù)部14b產(chǎn) 生金屬疲勞，而陶土供給孔13、13之間產(chǎn)生龜裂(CRK)時(shí)，與實(shí)施方式1相比，龜裂(CRK) 變大，而且容易發(fā)展，從而難以長期使用。實(shí)施方式2實(shí)施方式2是燒成后的口徑為IOOmm的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體的成形用模具 21。如圖3(a)所示，該成形用模具21在格子狀的成形槽12的每個(gè)交叉部33上配置有陶 土供給孔13，能夠使用實(shí)施方式1所例示的模具材料制作。
成形槽12包括以0. 22mm的寬度12w及1. 25mm的間距12p形成的多個(gè)縱槽和與 所述縱槽正交的以相同寬度及相同間距形成的多個(gè)橫槽。陶土供給孔13以1. Omm的直徑 13d及22mm的加工深度配置在所述成形槽12的各交叉部33。成形槽12在加工陶土供給 孔13后形成。各陶土供給孔13的中心軸13c從成形槽12的交叉部33的中心12c沿χ軸 方向成形槽的中心線相對于y軸方向成形槽的中心線離開距離Z配置成鋸齒狀。各陶土供 給孔13的距離Z不恒定，10點(diǎn)的平均值在10 100 μ m的范圍。此外，成形槽12由沒有角 的與槽底和側(cè)面連續(xù)的曲面連接。圖3(a)示意性地示出使用實(shí)施方式2的成形用模具21從陶土供給孔13向成形 槽12擠壓成形陶土?xí)r的相鄰的陶土供給孔13、13之間的龜裂(CRK)的發(fā)展?fàn)顩r。由于成 形用模具21使陶土供給孔13的中心軸13c從成形槽12的交叉部33的中心12c沿χ軸方 向成形槽的中心線錯(cuò)開成鋸齒狀，因此在y軸方向上相鄰的陶土供給孔13、13的成形槽的 間隔23w變長，從而緩和作用于成形槽12的底12a與陶土供給孔13的交叉部分13b上的 應(yīng)力。并且，即使由于反復(fù)進(jìn)行擠壓成形，重復(fù)部14b產(chǎn)生金屬疲勞，而陶土供給孔13、13 之間產(chǎn)生龜裂(CRK)時(shí)，龜裂(CRK)也難以成長，從而能夠長期使用。通過以下的實(shí)施例更詳細(xì)說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于所述情況。實(shí)施例1在加工陶土供給孔13及成形槽12前，將由0. 20質(zhì)量％的C、0. 44質(zhì)量％的Si、 1. 95質(zhì)量％&Μη、1. 25質(zhì)量％的0、0. 50質(zhì)量％的臨、0. 04質(zhì)量％的乂、0. 30質(zhì)量％的Cu、
0.015質(zhì)量％的S、其余部分Fe及不可避免的不純物形成的模具材料預(yù)硬成31. 3HRC而制 作出成形用模具的試驗(yàn)用模具材料。將該模具材料搭載在加工中心(未圖示)，利用超硬鉆頭，如圖1(a)、圖1(b)及圖 1 (c)所示，將具有1. 2mm的直徑13d及20mm深度的陶土供給孔13以3. 12mm的間距加工成 鋸齒狀。此時(shí)，陶土供給孔13被加工成，相對于后形成的成形槽的交叉部的中心，在10 100 μ m的范圍內(nèi)，相對于成形槽的中心線位于同側(cè)。將形成有陶土供給孔13的模具材料搭 載于槽加工專用的機(jī)床，通過寬度0. 26mm的電鍍有金剛石的磨刀石，以4mm的深度12d及
1.56mm的間距12p沿縱向形成多個(gè)成形槽后，與縱向槽同樣地形成橫向的成形槽，而制作 出試驗(yàn)用的成形用模具11A。成形用模具IlA在形成為格子狀的成形槽12的交叉部33上將陶土供給孔13配 置成鋸齒狀。各陶土供給孔13的中心軸13c從成形槽12的交叉部33的中心12c沿橫向 成形槽的中心線X相對于縱向成形槽的中心線Y離開距離Z配置在同側(cè)。距離Z為105 μ m 以下，測定任意10點(diǎn)的平均值為11 μ m。實(shí)施例2 6除了以使陶土供給孔相對于成形槽的中心線的配置、及距離Z的平均值成為表1 所示的配置及值的方式形成有陶土供給孔13之外，與實(shí)施例1同樣地制作出實(shí)施例2 6 的成形用模具11A。比較例1除了以使成形槽12的交叉部33的中心12c與陶土供給孔13的中心軸13c —致 的方式形成有陶土供給孔13之外，與實(shí)施例1同樣地制作出比較例1的試驗(yàn)用的成形用模 具 31A。
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比較例2除了以使距離Z的平均值成為9 μ m的方式形成有陶土供給孔13之外，與實(shí)施例 1同樣地制作出比較例2的試驗(yàn)用的成形用模具31B。比較例3除了以使距離Z的平均值為110 μ m的方式形成有陶土供給孔13之外，與實(shí)施例 3同樣地制作出比較例3的試驗(yàn)用的成形用模具31C。成形用模具的耐久性試驗(yàn)使用實(shí)施例1 6的試驗(yàn)用的成形用模具IlA及比較例1 3的試驗(yàn)用的各成形 用模具31A、31B、31C，反復(fù)進(jìn)行堇青石質(zhì)的陶土的擠壓成形而進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。調(diào)整高嶺土 粉末、滑石粉末、硅粉末、鋁粉末等，調(diào)制包含50質(zhì)量％的Si02、35質(zhì)量％的Al2O3及13質(zhì) 量％的MgO在內(nèi)的堇青石生成原料粉末，相對于堇青石化原料100質(zhì)量部以總量配合添加 7質(zhì)量部的甲基纖維素及和羥丙基甲基纖維素作為成形輔助劑，適量添加石墨作為造孔劑， 以干式充分混合，添加規(guī)定量的水，充分混合而制作出堇青石質(zhì)的陶土。通過反復(fù)進(jìn)行擠壓成形的結(jié)果、陶土供給孔之間產(chǎn)生龜裂而成形用模具成為不能 夠使用時(shí)的成形次數(shù)、及目視觀察第100次的擠壓得到的蜂窩成形體的變形，來評價(jià)耐久 性。成形用模具成為不能使用時(shí)的成形次數(shù)由比較例1的模具的成形次數(shù)為1時(shí)的相對值 表示。成形體的變形通過以下的基準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果如表1所示。成形體未產(chǎn)生彎曲或變形的材料…〇成形體雖然產(chǎn)生彎曲或變形但能夠使用作為蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體的材料…Δ成形體產(chǎn)生彎曲或變形而無法使用作為蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體的材料…X[表 1]
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權(quán)利要求
一種蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模具，具有格子狀的成形槽和與所述成形槽連通的陶土供給孔，其特征在于，所述成形槽的寬度為0.05～0.5mm，所述陶土供給孔連同所述成形槽的交叉部或在所述成形槽的交叉部配置成鋸齒狀，配置有陶土供給孔的成形槽的交叉部的中心點(diǎn)與該陶土供給孔的中心軸的距離的平均值為10～100μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模具，其特征在于，沿一個(gè)成形槽配置的各陶土供給孔的中心軸相對于所述成形槽的中心線位于兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模具，其特征在于，沿一個(gè)成形槽配置的各陶土供給孔的中心軸相對于所述成形槽的中心線位于同側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模具，其特征在于，沿一個(gè)成形槽配置的各陶土供給孔的中心軸相對于所述成形槽的中心線配置成鋸齒狀。
全文摘要
一種蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)體成形用模具，具有格子狀的成形槽和與所述成形槽連通的陶土供給孔，其特征在于，所述成形槽的寬度為0.05～0.5mm，所述陶土供給孔連同所述成形槽的交叉部或在所述成形槽的交叉部配置成鋸齒狀，配置有陶土供給孔的成形槽的交叉部的中心點(diǎn)與該陶土供給孔的中心軸的距離的平均值為10～100μm。
文檔編號(hào)B28B3/26GK101977742SQ20098011028
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者小方智壽 申請人:日立金屬株式會(huì)社