專利名稱：用于擠出陶瓷制品的支承淺盤和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所揭示的方法和設(shè)備涉及技術(shù)陶瓷的制造，更具體來(lái)說(shuō)，涉及陶瓷蜂窩體產(chǎn)品的制造，所述陶瓷蜂窩體產(chǎn)品可以用來(lái)例如生產(chǎn)用于處理內(nèi)燃機(jī)廢氣的催化轉(zhuǎn)化器和微粒過(guò)濾器的制造。
背景技術(shù)：
由陶瓷形成粉末混合物制造某些陶瓷蜂窩體結(jié)構(gòu)的工藝是人們已知的。使用作用力迫使增塑的混合物通過(guò)擠出模頭，形成一定長(zhǎng)度的濕擠出體，然后對(duì)所述濕擠出體進(jìn)行干燥和燒制，使得擠出的混合物轉(zhuǎn)化為堅(jiān)固的耐火陶瓷材料。蜂窩體結(jié)構(gòu)中與擠出軸以及蜂窩體中通道取向方向橫交的橫截面可以是正方形或者閉合圓筒形(圓形，卵形，橢圓形，跑道形)。所述蜂窩體通道的橫截面形狀可以是正方形、三角形、六邊形或其它的橫截面形狀，這些通道被薄的通道壁限定，通道密度可以為例如15-100個(gè)通道/平方厘米蜂窩體橫截面積。幾何結(jié)構(gòu)和材料使得陶瓷蜂窩體結(jié)構(gòu)在燒制之后具有較高的強(qiáng)度和耐久性。但是，在工藝中早期制造的濕的蜂窩體擠出體是相當(dāng)軟的，在進(jìn)一步加工的時(shí)候，特別是直到干燥之前，很容易受到破壞。加工處理可能造成包括薄壁板和外皮結(jié)構(gòu)的濕的蜂窩體的形狀發(fā)生形狀扭曲，或者特別是需要對(duì)特別大而重的擠出體段進(jìn)行運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，也會(huì)發(fā)生形狀扭曲。另外，具有大的直徑或者具有大的與擠出軸橫交的鋒面的擠出體段可能會(huì)受到扭曲以及蜂窩體通道結(jié)構(gòu)塌縮的問(wèn)題，這是因?yàn)樵谶\(yùn)輸過(guò)程中，這些結(jié)構(gòu)必須承受其重量，耐受上部結(jié)構(gòu)的橫向重量遷移。發(fā)明概述本文所述的方法和設(shè)備有助于防止在對(duì)濕蜂窩體擠出體進(jìn)行加工過(guò)程中可能遇到的幾何結(jié)構(gòu)扭曲或者通道塌縮的問(wèn)題。在一個(gè)方面，本文所述的設(shè)備包括用于圓柱形蜂窩體擠出體的支承淺盤，所述擠出體是包括縱軸和圓周表面的結(jié)構(gòu)。所述支承淺盤包括淺盤主體，該淺盤主體包括上表面， 所述上表面具有設(shè)計(jì)用來(lái)接受所述圓柱形蜂窩體擠出體的圓周表面的凹形部分。另外，所述用來(lái)接受濕擠出體的凹形部分設(shè)計(jì)成能夠?qū)λ鰯D出體的大于三分之一的圓周表面進(jìn)行接觸支承。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造陶瓷蜂窩體的方法。該方法包括以下步驟通過(guò)蜂窩體擠出模頭對(duì)增塑的陶瓷形成批料進(jìn)行擠出，形成一段長(zhǎng)度的濕蜂窩體擠出體，該濕蜂窩體擠出體具有縱軸和圓周表面，然后將所述一段長(zhǎng)度的濕蜂窩體擠出體轉(zhuǎn)移到支承淺盤。所述支承淺盤具有上表面，該上表面能夠?qū)λ鰯D出體的大于三分之一的圓周表面進(jìn)行接觸支承。然后將所述承載著擠出體的淺盤傳輸?shù)礁稍锲鳎鰯D出體在支承在干燥器淺盤上的情況下進(jìn)行干燥。通過(guò)對(duì)加工應(yīng)力的影響的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬可以預(yù)測(cè)和證實(shí)，由于使用本發(fā)明所述的方法和設(shè)備，可以減少蜂窩體受到的破壞。這些模擬表明，由這些淺盤支承的蜂窩體擠出體受到的增加的圓周支承能夠顯著減少濕原木狀塊料表面上的局部接觸壓力以及原木狀塊料結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力水平，這有助于減小擠出體從擠出機(jī)運(yùn)輸?shù)礁稍锲鬟^(guò)程中，蜂窩體通道發(fā)生塌縮或者扭曲的可能性，有效地解決了迄今為止人們尚未認(rèn)識(shí)到的較大的蜂窩體形狀中橫向加速對(duì)重力孔扭曲和塌縮的影響。因此，通過(guò)采用所述的方法和設(shè)備，減少了濕擠出體的加工破壞，從而可以提高陶瓷蜂窩體產(chǎn)品的產(chǎn)率。附圖簡(jiǎn)述下面結(jié)合附圖進(jìn)一步顯示了本發(fā)明的方法和設(shè)備，圖中

圖1顯示了常規(guī)的支承淺盤以及其上支承的一段長(zhǎng)度的蜂窩體擠出體的示意圖；圖2是置于現(xiàn)有技術(shù)的支承淺盤上的一段蜂窩體擠出體的端面示意圖；圖3是置于本發(fā)明的支承淺盤上的一段蜂窩體擠出體的端面示意圖；圖4顯示了由于現(xiàn)有技術(shù)的支承淺盤的橫向加速造成的擠出體變形；圖5顯示了由于本發(fā)明的支承淺盤的橫向加速造成的蜂窩體擠出體變形。發(fā)明詳述盡管本發(fā)明所述的方法和設(shè)備適合用于很多不同的制造環(huán)境和生產(chǎn)線設(shè)置，當(dāng)從擠出機(jī)切割下較長(zhǎng)的濕蜂窩體擠出體段(記作“原木狀塊料”)，并進(jìn)行運(yùn)輸和干燥的時(shí)候， 本發(fā)明的方法和設(shè)備能夠提供特殊的優(yōu)點(diǎn)。因此，以下描述頻繁地描述這些原木狀塊料的生產(chǎn)和加工，特別是包括具有圓形的圓柱體橫截面的原木狀塊料，但是本發(fā)明所述的方法和設(shè)備不限于此。圖1顯示的是適合用來(lái)支承一段長(zhǎng)度的擠出體，例如原木狀塊料12，用來(lái)將其運(yùn)輸?shù)礁稍锲鞯闹С袦\盤10的示意圖，此圖不是按照實(shí)際比例繪制的。通常的淺盤的特征包括軸向長(zhǎng)度(a)和橫截面14，所述橫截面14顯示出凹形部分16，所述凹形部分限定了支承表面18，該表面設(shè)計(jì)用來(lái)支承原木狀塊料12。圖1的軸19限定了一段擠出體形成的原木狀塊料12的縱軸，該軸平行于擠出方向，平行于該段擠出體中的蜂窩體通道的取向。本文所述的支承淺盤的一個(gè)特征是所述濕的原木狀塊料的圓周表面的多大的比例能夠被所述凹形支承表面接觸支承。所述淺盤的具體實(shí)施方式
包括其中凹形淺盤表面設(shè)計(jì)用來(lái)對(duì)擠出體的大于40%的圓周表面進(jìn)行接觸支承，在一些實(shí)施方式中，甚至對(duì)擠出體的圓周表面的大于45%進(jìn)行接觸支承。在所述淺盤的其它的實(shí)施方式中，對(duì)所述擠出體段的足夠的支承包括所述凹形部分沿著接觸線與所述擠出體的圓周表面直接相鄰，由所述擠出體的縱軸測(cè)量，所述接觸線所對(duì)的角度大于120度。更優(yōu)選的，從所述擠出體的縱軸測(cè)量，所述接觸線所對(duì)的角度大于120度但是小于180度。如圖2和圖3所示，在傳輸過(guò)程中，所示的淺盤為擠出體提供了更大程度的圓周支承。圖2顯示了具有圓形橫截面的一段擠出體22的端面示意圖，所述擠出體在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的支承淺盤20的凹形上表面觀上接觸支承。圖3是同樣具有圓形橫截面的一段擠出體 32的端面示意圖，該擠出體32在本發(fā)明的支承淺盤30的凹形上部支承表面38上接觸支承。其中淺盤20為擠出體段22提供很少的橫向和圓周支承，而擠出體段32的大于40%的圓周表面與淺盤30的凹形上部支承表面接觸，并被該淺盤30的凹形上部支承表面支承。對(duì)于圖2所示的具有圓形橫截面的擠出體，所述擠出體的直徑使得淺盤20的凹形上部支承表面觀的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于擠出體22的半徑R。另一方面，參見(jiàn)圖3，淺盤30的凹形上部支承表面38的深度近似等于擠出體的半徑R，而支承表面38的共形的形狀使得擠出體段32圓周表面的大得多的比例可以被支承。通過(guò)計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬研究加速對(duì)各種增塑的擠出體組合物的各種尺寸、密度和塑變性特征的蜂窩體結(jié)構(gòu)的影響，該研究有助于理解加速作用如何對(duì)蜂窩體形狀扭曲造成影響。也可以對(duì)以下的加速影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，所述加速影響包括與淺盤支承表面緊鄰的擠出體區(qū)域內(nèi)蜂窩體通道結(jié)構(gòu)的扭曲和塌縮。圖4是用具有現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)淺盤設(shè)計(jì)的淺盤支承表面輪廓40支承的模擬蜂窩體擠出體42的動(dòng)態(tài)模擬輸出結(jié)果。該情況反映了在IG的垂直重力加速度條件下，施加0. 5G 的橫向加速度造成的模擬擠出體形變，該加速用模擬擠出體42輪廓內(nèi)重疊的主體作用力圖來(lái)表示。由于這些加速造成的擠出體圓形周邊形狀的形變?cè)趫D4的淺盤-擠出體接觸區(qū)域44內(nèi)是最普遍的。區(qū)域45還容易由于橫向加速和重力加速的組合作用造成蜂窩體通道的扭曲和/或塌縮。圖5顯示了動(dòng)態(tài)模擬輸出結(jié)果，但是在此情況下針對(duì)的對(duì)象是模擬的用本發(fā)明設(shè)計(jì)的淺盤支承表面輪廓50支承的蜂窩體擠出體52。從圖5可以看到，淺盤輪廓50的構(gòu)型使得支承表面可以對(duì)模擬擠出體52的大于45%的圓周表面進(jìn)行接觸支承。其它的模擬變量，例如蜂窩體結(jié)構(gòu)以及擠出體的塑性與圖4的模擬相同。在模擬受到相同的0. 5G的橫向加速和IG的重力加速之后，圖5顯示擠出體52的擠出體接觸區(qū)域討發(fā)生的形狀扭曲明顯小于圖4的擠出體段42。另外，模擬結(jié)果表明，模擬的擠出體52的蜂窩體區(qū)域55內(nèi)的蜂窩體通道的扭曲和/或塌縮程度要小得多。模擬結(jié)果表明，即使對(duì)于具有較低彈性模量和屈服強(qiáng)度的擠出體，例如用于陶瓷蜂窩體生產(chǎn)的那些擠出體，通過(guò)增大擠出體的圓周支承程度可以顯著減少干燥的蜂窩體內(nèi)形狀缺陷的發(fā)生。在組合施加重力加速和橫向加速的情況下，所述改良的支承表面不僅減少了圓周形變，而且還減少蜂窩體通道的形變和塌縮，使得蜂窩體結(jié)構(gòu)能夠耐受在自動(dòng)化擠出體加工系統(tǒng)中增大的作用力。在根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方式的設(shè)計(jì)用來(lái)支承原木狀塊料淺盤中，或者其他擠出體 (其具有與縱軸橫交的圓形的橫截面)中，例如如圖3所示，限定支承表面的凹形部分限定了圓形的弧。在設(shè)計(jì)用于支承原木狀塊料或者具有卵形或橢圓形橫截面的其他擠出體的淺盤中，所述凹形部分限定了卵形或橢圓形的弧線。對(duì)于其它的選擇的原木狀橫截面，所述凹形部分設(shè)計(jì)成與擠出體圓周表面被支承部分的形狀相匹配。在一些實(shí)施方式中，需要在對(duì)擠出體進(jìn)行干燥加工的時(shí)候?qū)λ鰯D出體進(jìn)行支承，所述淺盤由能夠耐受干燥器內(nèi)的條件的材料制造。干燥方法的一些選擇包括對(duì)擠出體進(jìn)行介電加熱或者微波加熱，在一些實(shí)施方式中，所述淺盤主要由具有低介電損失的一種或多種材料制造。合適的低損失材料的例子包括結(jié)合的氧化鋁和鋁硅酸鹽纖維材料。用來(lái)實(shí)施本發(fā)明的蜂窩體制造方法的淺盤的各種實(shí)施方式是通過(guò)對(duì)被加工的擠出體的圓周尺寸、制造中采用的具體制造環(huán)境和原木狀塊料運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行選配而制造的。在這些方法的一些實(shí)施方式中，將淺盤傳輸?shù)礁稍锲鞯牟襟E可以包括沿著與擠出體縱軸橫交的方向測(cè)量，對(duì)擠出體支承淺盤施加不顯著大于0. IG的橫向加速度。在這些情況下，淺盤為擠出體提供的支承僅僅略微大于擠出體可用的圓周表面的三分之一。另一方面，當(dāng)將淺盤傳輸?shù)礁稍锲鞯牟襟E包括對(duì)擠出體施加大于0. 25G，甚至大于0. 4G的橫向加速度的情況下，可能需要對(duì)等于或大于40%的擠出體圓周表面進(jìn)行接觸支承。當(dāng)對(duì)具有大的直徑或者大的與擠出體縱軸橫交的橫截面的擠出體進(jìn)行加工的時(shí)候，可能需要更大的圓周支承以耐受橫向加速負(fù)荷。例如，當(dāng)擠出體的最小直徑大于25厘米以及/或者預(yù)期橫向加速負(fù)荷等于或大于0. 5G的時(shí)候，可以使得淺盤為等于或大于45% 的擠出體圓周表面提供接觸支承?？傊?，如以上的實(shí)施例以及附圖所示，所述的淺盤設(shè)計(jì)和方法可以有效地最大程度減小由于材料加工系統(tǒng)中遇到的橫向作用力條件下由于重力引發(fā)的塌縮造成的部件扭曲。因此可以顯著避免在加工過(guò)程中產(chǎn)生的幾何缺陷，這些幾何缺陷原本可能導(dǎo)致部件不合格，或者需要從干燥的擠出體除去有缺陷的表面材料，相應(yīng)的減小機(jī)械加工的部件的可用的直徑。盡管以上的描述提供了能夠更有效而經(jīng)濟(jì)地制造蜂窩體的方法和設(shè)備，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例僅僅是用于具體說(shuō)明，可以在所附權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)，出于類似的目的， 對(duì)所述的方法和設(shè)備采用其它的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于具有縱軸和圓周表面的圓柱形蜂窩體擠出體的支承淺盤，所述淺盤包括淺盤主體，該主體具有包括凹形部分的上表面，所述凹形部分設(shè)置成用來(lái)接受所述圓柱形蜂窩體擠出體，能夠?qū)Υ笥谌种坏乃鰯D出體的圓周表面進(jìn)行接觸支承。
2.如權(quán)利要求1所述的淺盤，所述凹形部分設(shè)置成能夠?qū)Υ笥?0%的所述擠出體的圓周表面進(jìn)行接觸支承。
3.如權(quán)利要求1所述的淺盤，其特征在于，所述凹形部分設(shè)置成能夠?qū)Υ笥?5%的所述擠出體的圓周表面進(jìn)行接觸支承。
4.如權(quán)利要求1所述的淺盤，其特征在于，所述淺盤主體具有軸向長(zhǎng)度，在垂直于所述軸向長(zhǎng)度方向的橫截面內(nèi)，所述凹形部分限定了圓弧。
5.如權(quán)利要求1所述的淺盤，其特征在于，所述淺盤主體具有軸向長(zhǎng)度，在垂直于所述軸向長(zhǎng)度方向的橫截面內(nèi)，所述凹形部分限定了卵形或橢圓形弧的一部分。
6.如權(quán)利要求1所述的淺盤，其特征在于，所述凹形部分的很大一部分設(shè)置成與擠出體的圓周表面的支承部分的形狀相匹配。
7.如權(quán)利要求1所述的淺盤，其特征在于，所述凹形部分沿著接觸線與所述擠出體的圓周表面直接相鄰，由所述擠出體的縱軸測(cè)得，所述接觸線所對(duì)的夾角大于120度。
8.如權(quán)利要求7所述的淺盤，其特征在于，從擠出體的縱軸測(cè)得，接觸線所對(duì)的夾角小于180度。
9.如權(quán)利要求1所述的淺盤，由具有低介電損失的至少一種材料制造。
10.如權(quán)利要求9所述的淺盤，由結(jié)合的氧化鋁或鋁硅酸鹽纖維制造。
11.一種制備蜂窩體結(jié)構(gòu)的方法，其包括以下步驟通過(guò)蜂窩體擠出模頭對(duì)增塑的陶瓷形成批料材料進(jìn)行擠出，形成一段長(zhǎng)度的濕蜂窩體擠出體，該擠出體具有縱軸和圓周表面；將所述一段長(zhǎng)度的濕蜂窩體擠出體傳輸?shù)街С袦\盤，所述淺盤具有上表面，能夠?qū)Υ笥谌种坏乃鰯D出體的圓周表面進(jìn)行接觸支承；將承載所述擠出體的支承淺盤傳輸?shù)礁稍锲?；以及在所述擠出體被支承在支承淺盤上的情況下，對(duì)所述擠出體進(jìn)行干燥。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在將所述淺盤傳輸?shù)礁稍锲鞯倪^(guò)程中，對(duì)所述擠出體施加大于0. 25G的橫向加速度，所述橫向加速度與所述擠出體的縱軸橫交。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在將所述淺盤傳輸?shù)礁稍锲鞯倪^(guò)程中，對(duì)所述擠出體施加大于0. 25G的橫向加速度，所述橫向加速度與所述擠出體的縱軸橫交，所述圓周表面的直徑大于25厘米。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在將所述淺盤傳輸?shù)礁稍锲鞯倪^(guò)程中，對(duì)所述擠出體施加大于0. 4G的橫向加速度，所述橫向加速度與所述擠出體的縱軸橫交。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述擠出體的與擠出軸橫交的最小直徑至少為25厘米。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，該方法還包括對(duì)干燥的擠出體進(jìn)行燒制，形成選自堇青石、鈦酸鋁和碳化硅的陶瓷。
全文摘要
通過(guò)以下方式制造蜂窩體擠出體對(duì)增塑的陶瓷形成批料材料進(jìn)行擠出，形成一段長(zhǎng)度的濕蜂窩體擠出體，將所述擠出體傳輸?shù)街С袦\盤，將所述淺盤和擠出體傳輸?shù)礁稍锲?，所述淺盤能夠?qū)λ鰸駭D出體的大于三分之一的圓周表面進(jìn)行接觸支承。所述擠出體由于例如在傳輸過(guò)程中的重力加速和/或橫向加速造成的加工破壞減少。
文檔編號(hào)B28B1/02GK102413994SQ201080019352
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者D·M·諾尼, 徐偉 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司