专利名称：用于突起物和/或高孔密度陶瓷蜂窝状结构的挤压模的制作方法
已经发现挤压模用于内燃机排气催化转换器的陶瓷蜂窝状结构的生产，而且陶瓷蜂窝状结构的应用已经扩大到发动机类的更广泛的范围内和在稳态发射控制方面的催化转换器、化学过程装置、精炼装置和其他催化系统及其运用，对于每单位横截面积具有较大的孔密度和/或每个孔具有较大的几何表面积的陶瓷蜂窝状结构的需要使现有的挤压模技术的应用出现困难。催化转换器的有益作用是具有适合排出蒸气与内燃机的有害输出相互作用的表面积作用，由此应用陶瓷蜂窝状结构技术的显著优点可以通过增加结构的孔密度(每平方英寸或厘米)或增加每个孔的表面积。
挤压模的结构具有连续的几何形状和大量纵向延伸的孔能够形成陶瓷蜂窝状结构，因此，挤压模技术的限制必定限制陶瓷蜂窝状结构技术。
已有的工艺包括挤压模的各种类型，美国专利第3790654号揭示一种由一整体模块形成的机加工挤压模，在美国专利第3790654和4465652号中揭示了许多机加工的或切削的、堆积式承载板，它们在经过模具的纵向流动方向延伸更长的尺寸，作为用于生产蜂窝结构的叠层片式挤压模，美国专利第4550005号揭示一种组合模(这是一种具有二个或多个连接块的类型，它的较长尺寸沿模具的纵向流动方向的横截面延伸。它是一种在送料通道入口部分连接可替换多孔板的组合送料型模具。所有这些挤压模共有的是与所有的交叉或十字格状输出槽相连的送料孔。
美国专利4298564和4354820显示的组合槽型的组合模在送料孔和交叉输出槽之间连接较宽的交叉的槽。通过送料孔输送到每个较宽槽，仅通过较宽槽的一个直接纵向输送到每个较窄的输出槽。
末审查的日本专利申请公开第52-8761号显示一输出槽的内端输送，这仅仅是通过分开的水平连接通路，该通路从送料孔的内端延伸且在槽内端终止。
所有这些已有的模具设计(只有一个有限的例外)从根本上依靠纵向排列的且与所有输出槽相互连接的送料孔，已有工艺提示了与输出槽作用上相关的送料孔的需要，通过把原料送至输出槽以保证适当的物料流量，形成完整连接的蜂窝状结构。在美国专利4259057的图8中，孔的较大数量与水平槽总数扩大趋势的关系被清楚地提出，根据其他作用的指导，离开基本的已有工艺指导的唯一有限的偏差在这一点上是容许的。这样，当为了增加用模具生产的产品的孔密度，模具内槽的数量将增加，已有工艺的指导需要等量增加排列的输送孔，以保持适当的流量。
本发明指出在挤压模中挤压物料形成带横向交叉、互相连接或交错的孔壁的蜂窝状结构的新原理，该原理在模具设计中有自由附加角度的优点，它根本地改变送料孔和输出槽之间的关系。新型模具提供一具有二级输出槽的模具，二级输出槽通常是十字形或格子形，仅通过交叉的或十字的一级输出槽(而不是通过送料孔)直接输送，一级槽仅相当于已有模具设计的槽。必然地，新型模具原理提供自由以二级槽形式增加大量输出槽，而不增加模具内送料孔的数量，仍保持适当的物料流量以将物料挤过这种模具，形成具有更高孔密度和/或更高几何表面积的产品。本发明的实质是输送被挤压物料绝大部分的机械的变化，这导致模具设计中经济性大幅度提高。
本发明的一方面包括带有一入口面、一出口面和许多在模体内从入口面向出口面延伸的送料孔的模体。本发明以送料孔为其特征，这些孔仅直接与大量横向交叉的、成格子形的或互相连接的、由大量一级芯体或销钉限定的一级输出槽相连，并在模体中从出口面向入口面延伸，送料孔的内端部以重叠方式与一级输送槽的内端部纵向和横向相通。本发明的另一特征是包括二级输出槽的改进，二级输出槽通常是互相连接的、十字形或方格形的，在一级芯体内从出口面向入口面延伸，且仅他们本身和一级输出槽直接横向互相连接(以便提供他们之间组合的横向和纵向流动)。二级输出槽使一级芯体分成限制二级输出槽的二级芯体或销钉，二级输出槽向入口面延伸，但不直接和送料孔相通，二级输出槽在宽度上可以比一级输出槽宽、窄或相等，或者是那些情况的组合，二级输出槽也可以有一深度比一级输出槽的深度短、长或相等，或者是那些情况的组合，并且，分隔每个一级芯体的二级槽的宽度和/或深度可以互相不相同或如所期望的至少有一个不相同。这种挤压模结构的令人惊奇的结果是通过在孔壁上产生突起物或突出部(局部附加孔壁)、或通过造成较高孔密度附加孔壁的完整连接、或通过两者的组合能够增加蜂窝状结构的表面积。
本发明还有一特点在于其挤压机至少需要二个挤压层，但当二级槽从出口面向内延伸比一级更短距离时，最好包含三个挤压层。三个层包括一输送孔层、一中间槽层和一末端槽层。输送孔层始于入口面，终止于由一级输出槽的内端即输送孔开始交叠和一级输出槽相连的地方形成的横向集结边界;中间槽层始于输送孔层末端的地方，止于由二级输出槽的内端形成的横向集结边界;末端槽层始于中间槽层结束处，止于出口面。中间槽层不出现在二级槽从出口面向内延伸至少与一级槽等距的地方，在这二个层情况下，末端槽层始于送料孔层结束处。
在中间槽层内各个一级槽的宽度和/或深度可以比在末端槽层内的各个一级槽的宽度和深度大、小或相等，或者可以是那些情况的组合。在一级槽有多种纵向的和/或水平的尺寸(即对其长度的不同截面有不同的宽度和/或深度)的情况下，具有多种尺寸中的一种尺寸的一级输出槽的内端部分被限定包含在中间槽层的边界内，具有多种尺寸的另一种尺寸的各个一级输出槽的外端部分被限定在末端槽层的边界内，以执行如二级槽同样的作用。
进一步设想，许多中间槽层可以加给模具，实现本发明的目的。
三槽层原理的技术实施在本发明中是显然的，这时一级输出槽的总体积和二级输出槽的总体积之体积比可以被计算，以决定最终挤出的蜂窝状产品的形状。这种比例，与挤出物料的粘滞性能直接有关，被设计成使物料从二级槽输出时产生所有孔壁的完整连接或成形、在孔壁上产生突起物，或两者的组合。当一级槽体积与二级槽体积的体积比是与流过模具的挤出物料的某一粘滞性有关的某一最小值时，二级槽仅形成附加的、完全连接或成形的孔壁，因此最终挤出的蜂窝状结构的每单位横截面提供比另外仅由一级槽提供的更多的孔。相反地，当这样的体积比也是与这某一粘滞性有关的某一较低的最大值时，二级槽仅形成部分附加孔壁，部分附加孔壁是在一级槽形成的完全连接的孔壁上并纵向沿着该孔壁的突起物或突出部。然而，对于同一粘滞性能，这些最小和最大值之间的体积比，二级槽将形成一些附加完全连接孔壁和一些突起物的组合，对于同一物料性能通过改变体积比在所述最小和最大值之间，可以如预期的改变组合的性质。
因易于使现有的模具结构引入到新的模具设计中，所以可进一步展现本发明的新颖性。目前的发明可以提供增加了的输出槽，而不需费用或加工附加的送料孔，这对于单个单元挤压模是相当有用的，因为在模具的入口面上的加工量可以比现在工艺中使用的减少75%，因此对于每四个从槽的交叉点形成和延伸的相关连接的输出槽段需要普通最少半个或一个送料孔，如在美国专利3790654的图4-5那样，一级输出槽输送批量物料给二级输出槽，这可以降低送料孔与相关连接的一级和互相连接的二级输出槽段的已有比例0.125或0.25到一更小的比例，例如相应地0.03125或0.0625。
所需要的送料孔数量减少的另一优点是现有工艺中使用的物料流动阻力显著下降，因为送料孔的直径可以更大，而不会降低模具的刚性。当对于较高孔密度基底的需要已发展时，流动阻力随模具的复杂性成比例上升，影响蜂窝状结构的生产率。新模具形状不是很复杂，由于较低的流动阻力可以帮助提高生产率，减少模具的加工费用。
新型二级输出槽可以切割或设计在层叠的、组合的或单体(单一的)挤压模中，较好的实施例是单体挤压模。
输出槽长度的系列变化可以通过弯曲或扭曲模具出口面使成凸形或凹形或其他形状和/或通过变化进入出口面的二级输出槽的切割深度以形成二级输出槽内端凸形的、凹形的或其他形状的横向集结边界来得到，该技术的作用与改变从槽到槽的切削量(或宽度)而没有弯曲或扭曲是同样的，因为可以获得横截模具一级槽与二级槽体积比的变化。也可以设想槽长度的变化可以和槽宽度的变化相组合，例如长度更长时，宽度要更宽。
由新模具结构生产蜂窝状产品取决于挤出物料的粘度，当挤出物料的粘度增加时，对于原来用较低粘度物料产生突起物的模具其连接倾向较大，反之亦然。流过模具的挤压物料的相对粘度一般原则上由挤压压力直接决定，该挤压压力完全施加于物料使其流过模具形成蜂窝状产品。例如在预挤压中通过带有孔但没有使一次所需的物料均匀的槽(见美国专利3888963中的均化器32)的“面条”模具的压力(习惯称作预挤压力)。在例子中出现的特有的体积比关系是这样确定的，使用带有常用有机粘合剂和润滑剂的粘土、滑石和矾土，加上增塑的水组成批量物料，用作被挤压的原料，而预挤压力的范围在1350和1700磅/平方英寸之间。
当然，已经知道，流过形成蜂窝状模具的被挤压的批量物料的能力与物料的最大微粒尺寸和模具输出槽宽度之间的一些必须的差值有关。另一方面，已经知道最大微粒尺寸必须基本上小于物料必须通过的模具槽的宽度。合适差值的典型说明是带有大约200目(0.074毫米)的最大微粒尺寸的批量物料挤压通过8密耳(0.2毫米)宽的模具槽;带有大约120目(0.125毫米)的最大微粒尺寸的批量物料挤压通过26密耳(0.66毫米)宽的模具槽，而不能通过8密耳(0.2毫米)宽的模具槽。用这种模具挤压蜂窝状结构的普通技术工人知道对于任何预定的模具槽宽怎样容易地决定和选择合适的物料最大微粒尺寸，尤其是备有上述典型说明作为指导。
本发明的另一目的是提供一个能够产生带有每平方英寸2400或更多孔的陶瓷蜂窝状结构的挤压模，每平方英寸2400个孔的模具可以从新的或已有的每平方英寸600个孔的挤压模产生。
本发明的还有一目的是提供一个在其内部单向形成二级槽的挤压模，二级槽实际上平分一级芯体或把一个一级芯体分成二个二级芯体。
在这里本发明揭示和申请的模具可以用于挤压任何合适的挤压物料，如细粒物料，能够挤压和固化成一有用的蜂窝状产品，这种物料包括陶瓷、金属陶瓷、金属、玻璃陶瓷、玻璃、高聚物、有机塑料和诸如此类的物料。
在本发明的另一实施例中，一级和/或二级输出槽的内端部分提供了构成输送储存器的增大的伸出部，该储存器沿着这些内端延伸且与这些内端相通，储存器可以具有任何合适的横截面形状，象圆形和/或椭圆形，但这种形状的特别期望和新颖的形式是泪珠状，后述的储存器的泪珠状与原有的不带十字形二级槽的蜂窝状挤压模一起也形成新颖发明的内容。
对附图的概要描述
图1是本发明挤压模一个实施例的出口面的局部正视图;
图2是图1中沿2-2的局部剖面图;
图3是图1中显示的挤压模的进口面的局部正视图;
图4是用图1中显示的那类模具制造的带突起物的蜂窝状结构的开口端局部正视图;
图5是用在图1中显示的那类模具制造的带有完整孔壁连接的蜂窝状结构的开口端的局部正视图;
图6是本发明另一挤压模的出口面的局部正视图;
图7是本发明又一挤压模的出口面的局部正视图;
图8是本发明的组合(输送)挤压模的局部剖面图;
图9是本发明的叠层(薄片)挤压模的局部剖面图;
图10a是图1中模具的立体图的局部剖面图;
图10b是图10a挤压模的出口面的局部简化正视图;
图11是与图2中模具相同的但在相邻的一级输出槽之间含有二个以上二级输出槽的局部剖面图;
图12是本发明在槽内端部带有一椭圆形孔形成储存器的模具的局部剖面图;
图13是本发明一泪珠状孔形成储存器的局部剖面图;
图14和15是能用于本发明的另一泪珠状孔形成储存器的局部剖面图;
图16是本发明另一组合挤压模的局部剖面图;
图17是本发明组合槽模具的出口面的局部简化正视图;
图18是图17的组合挤压模的局部剖面图;
图19是图18中出口面38的局部正视图。
在图1至图3中显示的出口面1包括许多相互连接的、格状的、交叉的二级输出槽2和许多相互连接的、交叉的、格形的一级输出槽3，且两种类型的槽都从出口面1向内延伸。一级输出槽3和二级输出槽2在一级输出槽与二级输出槽交叉点4处连通、交接和送料，两对相邻平行交叉的一级输出槽3构成各个方形一级芯体或称销钉5，销钉从出口面1向入口面9内延伸，相反地，通过销钉5限定槽3。一级芯体或销钉5的部分被二级输出槽2分隔，产生限定二级输出槽2的方形二级芯体或销钉6。一级输出槽3与许多始于入口面9的送料孔7连通并由其送料。孔7直接与一级输出槽3的内端部连通和交叠。图示的一级槽3比二级槽2宽(从而这种槽相应形成不同厚度挤压产品的孔壁)，而对于生产有大致均匀厚度的薄型孔壁产品而言，两种槽2和3可以制成同样厚度。在某些情况下，由于挤出物的物理性质不同，为了挤压出均匀的产品壁，二级槽必须做得比一级槽更大些。
当希望产生不同于方形的矩形横截面形状的孔的蜂窝状结构时，二级销钉也可能一级销钉被制成相应的横截面形状。输送孔在输送孔层内由模具基体部分26分开。如图2所示，末端槽层8a终止于出口面1，向内起始于沿槽2内端部24的横向集结边界或平面25(如虚线显示);中间槽层8b在内部终止于末端槽层8a起始的边界24，层8b在内部起始于一级输出槽3内端部11的横向集结边界或平面10，在那里输送孔层8c终止;层8c起始于入口面9。
图4显示的典型产品由具有一级槽总体积与二级槽总体比积为3.83的挤压模制成。蜂窝状结构12具有许多被壁16限定的单元孔13，从每个单元孔13的侧壁16伸出并纵向延伸有突起物14，壁16由一级输出槽3形成，槽3与形成突起物14的二级输出槽2宽度相同。
图5显示的典型产品由具有一级槽总体积与二级槽总体积比为1.58的挤压模制成。蜂窝状结构15具有许多被孔壁16和14A限定的单元孔17，如图4中的壁一样，壁16由与形成完全连接的壁14A的二级输出槽2同样宽度的一级输出槽3形成。
图4和图5的产品之间根本的不同点能够通过图4中一个单元孔13和图5中由矩形虚线33限定的四个单元孔17的比较而知道。代替图4中的突起物14，在图5中完全连接的壁14A提供四个较小的单元孔17代替图4中的一个单元孔13。该不同点是由于用于制造这种产品的模具二级槽总体积与一级槽总体积的不同比例而产生的。
图6显示一用四个三角形单元孔代替导致二级输出槽2A缺少的二个三角形单元孔的蜂窝状结构产品的模具出口面形状18，在图6中由正方形虚线34限定的是由五个一级输出槽3限制的三角形截面的两个一级芯体或销钉(四个一级槽与线34重合，一个二级槽与和线34成45°的线成十字相交)，每个一级芯体被二级输出槽2A平分，形成二个三角形截面的二级芯体或销钉19，在挤压产品中销钉19和其限制的槽2A、3形成三角形单元孔，只有一级输出槽3直接与输送孔7互通。
图7显示一用来生产三角形单元孔蜂窝状结构产品的模具出口面形状20。带有二级输出槽2B的用过的或新的模具的三角形一级芯体或销钉被分成四部分产生二级三角形芯体23，线段60表示与二级槽相连的较浅深度，而一级槽与输送孔互通。该模具结构产生具有等边三角形孔的蜂窝状结构。在图7中三角形虚线35确定由三条直接与三个相邻输送孔7互通的相交的一级输出槽3限制的三角形一级销钉，从出口面端向内通过每一三角形一级销钉开有三条相交的二级输出槽2B，形成四个相邻的等边三角形芯体23，由此新的模具结构能产生的三角形蜂窝体单元是缺少二级槽2B的四倍。
图8显示包含连接板27和28的组合模21。板27包括出口面1、带有较小输送孔7A的基体26A、一级输出槽3限定的一级销钉5和二级输出槽2限定的二级销钉6，板28包括入口面9A和带有较大输送孔7B的基体26B。如在美国专利4118456和4465454中揭示的已知方法一样，每一较大的输送孔7B纵向交叠安置且送料给二个或四个较小输送孔7A，这种组合模的基本优点和其操作的基本机构与在图1至3显示的单体模是同样的。
图9显示一包括许多如美国专利4465652说明的那类模具叶片29的层叠片式模22。每一叶片29包括一带有加强筋或孔道隔板30以限定输送孔或孔道7c的基体26c和带有由二级输出槽2限定的二级销钉6的一级销钉5，利用安装在一起的叶片29，销钉5限定一级输出槽3。这种层叠模的基本优点和其操作的基本机构与在图1至3显示的单体模是同样的。
本发明模具的一级槽总体积与二级槽总体积的体积比计算用下图10a和10b说明。但是，如下揭示的这种计算的一般原理对有经验的人来说很容易应用到本发明模具的任何其他槽和销钉设计的体积比的同样计算中，如那些横截面形状为矩形而非正方形或如图6、7所显示形状的一级和/或二级销钉。
计算体积比的一个简便的方法是首先选择在模具内由重复的槽-销钉结构的最小单元组成的模具的典型槽容纳部分。在图10a和10b内，二级槽P1-P2-P3-P4与相邻一级槽3的成比例的结合部分和二级槽2相互连接部分或区段一起成为图示模具中带有正方形横截面的一级和二级销钉5、6的重复的槽-销钉结构的最小单元，在那里槽2将每个一级销钉5分隔成四个二级销钉6。在图10b中用虚线36围住一个最小单元。由于相对于其他周围的销钉，销钉P1-P2-P3-P4是与一级槽3的四周部分相邻的一半成比例地结合，所以虚线36是在这些围绕部分的中心线上。
在图10a和10b中D1是从每个二级槽2的出口面到底部的深度;D2是从每个一级槽3的出口面到底部的深度;L1是每个二级销钉6一边的长度;L2是每个一级销钉5一边的长度(或二个二级销钉6和一条二级槽2的合成宽度);L3是用虚线36围位的最小单元每边的长度;W1是每个二级槽2的宽度;W2是每个一级槽3的宽度。
为了计算槽的体积比(1)假定槽2、3的内端部是平的或划成方形，这是由于这些槽的内端部任何适度的圆柱、圆锥或其他形状对于体积比计算的影响是微不足道的;和(2)假定一级槽3的体积包括纵向延伸到孔7内部的槽3的交叠凸出部32(由图10a中虚线显示)。
因此，在由虚线36围位的最小单元中相应的槽总体积用下列等式确定一级槽体积＝L2W2D2+L3W2D2;
二级槽体积＝2L1W1D1+L2W1D1。
而槽的总体积比如下确定体积比＝ (一级槽的体积)/(二级槽的体积)在图5至7中重复的槽-销钉结构的最小单元的由虚线33-34-35相应围位，虽然图5是连续结构，然而这代表形成它的槽和销钉形状。
计算体积比的另一种方法是识别一级输出槽内部的体积部分，如上所述，一级输出槽的端部体积部分包括在末端输出槽层8a内，且为了计算和分析，该体积部分与中间输出槽层8b的体积部分分别处理，对于一级输出槽的端部体积部分的分别处理的原因是为了确定产生带有突起物、较高的孔密度连接、或这些情况的组合的挤压结构的模具性能，在末端输出槽层8a内的输出槽的横向水平槽互通和互联是非常重要的。在层8a内输出槽的体积部分的变化可以与层8b内一级输出槽部分的体积无关地得到，因而，对于在模具内的最小重复单元一有意义的预知体积比，可将层8a的槽总体积除以层8b的槽总体积计算之。
图17显示本发明模具的出口面部分正视图，显示的所有的槽是层8a的部分。L3是层8a中最小重复单元的每边长度。批量送料机构在重复单元的外周输送一半槽宽，而在重复单元内部输送全部槽宽，因而，对于计算末端输出槽层8a的重复单元内的体积用下列等式末端输出槽层8a体积＝2L1W5D5+2L2W5D5+L3W5D5。L2是重复单元内二级槽整体部分的长度，L1的重复单元内二级槽一部分的长度，W5是末端输出槽层8a中槽的宽度。图18显示末端输出槽层8a的显示深度D5的模具部分剖面。
为了显示与中间输出槽层8b相连的体积部分，在图18的层8a和8b的横向水平交界处作剖视，揭示了底座39的出口面38，在图19中显示。在重复单元的层8b内最长的槽长度是L3，重复单元层8b内沿一级销钉宽度的槽段长度是L2，W6限定槽的宽度，如图18中显示的深度是D6。对于中间输出槽层8b的体积等式是L2W6D6+L3W6D6，为了计算槽层体积比，层8a体积除以层8b体积或另一体积比＝ (2L1W5D5+ 2 L2W5D5+ L3W5D5)/(L2W6D6+ L3W6D6)该层体积等式使在单个模具内或不同模具之间能够比较体积比。当产生具有突出物、较高孔密度连接或这些情况的组合的结构时，为了描述体积比，需要经验特性数据使特定的体积比值与产生的结构类型联系起来，一旦对于一特别的间隙组成建立体积比和产生的结构之间的关系，然后仅知道体积比即可以预期能够产生的结构类型。用这种方法，模具制造可以更有目的地设计成与模具的需要一致。
在图2中孔7与相应地连接的一级和二级输出槽段总数的比例能够从模具的最小重复单元正如在图10b中虚线36围住的单元决定。相应连接段的意思是与槽的每个交叉点连接的那些槽段，即槽段形成交叉且从交叉点向外相应地延伸至其他槽段，而其他槽段又是从槽的另外交叉点向外延伸的。为了说明清楚，参考图10b的简图是有帮助的。在图10b中重复单元36内的交叉点50包括四个相应连接段，这些段形成一十字形从交叉点50中心基本上延伸到二级销钉的中点，重复单元36的每个交叉点52包括一个从交叉点52延伸到二级销钉中点的完全的相关连接段，二级销钉终止在交叉点50的比例连接段起始点。另外，每个交叉点52包含二个由中间延伸到交叉点54的半比例连接段。因此，每个与重复单元36连接的交叉点52包含二个相关连接段，由于重复单元36内有四个交叉点52，所以，交叉点52构成重复单元内八个相关连接段。用同样的分析，能够决定重复单元36的每个交叉点54包含二个半比例连接段，合成一个相关连接段，它起始于交叉点54，终止于交叉点52相应连接段起始的二级销钉的中间。在重复单元36内有四个交叉点54，因而有四个与交叉点54相关的相关连接段，重复单元36内所有相关连接段的总数是16，重复单元36覆盖二个对重复单元36供应挤出物的输送孔7的四分之一部分，输送孔与相应连接段的比例是1/2÷16＝0.03125。
对没有二级槽的模具作同样的分析，仅用交叉点54接受挤出物。正如上面所讨论的，交叉点54有一个相关连接段，因此一无二级槽的同样的重复单元包含四个由二个输送孔的四分之一部分输送的相关连接段，输送孔与相关连接段的比因而是1/2÷4＝0.125。
比较带与不带二级槽的模具清楚地表明模具中二级槽内含物导致相应连接段与输送孔比例减少75%。如果图10a-10b的模具改变为包含一个在单元36的四个角上送料给每一交叉处的孔，那末改变后的模具的孔与相应连接槽段的比例是1÷16＝0.0625，也即另外存在缺少二级槽中的比例减少75%。这样，本发明包含小于0.125和更利地小于0.1的比例，在那里至少有一些输出槽直接与输送孔互通。
用二条或多条在该二级槽横截面方向至少一个方向、几个方向的每一方向或所有方向的每一方面延伸的二级槽分隔本发明模具中的每排或几排或交替排的一级销钉，如所期望的蜂窝状结构壁形状，该附加特征的一个典型实施例显示在图11中。该模具在相邻的十字形一级输出槽3之间的中点包含十字形二级输出槽2(与图1至3的模具比较)且还包含形成正方形或其他矩形二级销钉6的附加十字形二级输出槽2A，所有的槽具有同样的宽度。如果槽2A从出口面1另外有一比槽2深度更浅的深度(没有显示)，槽2A可以认作第三级槽。在后一种情况下，较短的槽2A的内端(没有显示)可以共同认作限定末端槽层的第一层终点和末端槽层的第二层起点(在那里末端槽层起始于由唯一较长的二级输出槽2的共同内端限定的边界)，或者，所有槽2和2A的内端可以共同认作一划分中间槽层终点和末端槽层起点的波形边界。然而，槽2和2A在正面横向仅与它们本身和一级槽3互通，由此，挤出物料的合成横向和纵向流动仅发生在从槽3进入槽2和2A，以及在槽2和2A之间一样，在期望挤压产品具有不同壁和/或突起物厚度的地方，槽2可能比槽2A做得更窄或更宽。
挤出物料的组成性质和模具的特殊尺寸如此设计，使完全连接的蜂窝状结构壁由几条或全部槽2和2A形成，一些物料在从槽3进入和沿槽2和2A流动时，在槽2和2A相互交叉点部分进一步分流，从槽2和2A的一个流到另一个，这样从槽2和2A的最中心段形成出现在出口面1上的突起物和/或完全连接的壁，槽2和2A分隔每个正方形或其他矩形的一级销钉5。
图11至15说明包括在本发明模具内的另一特征。在图11中槽2A的内端带有组成(最好十字形且互通的)流出或汇集点或储器的扩大伸出部31以帮助沿其横向范围由侧面输送挤出物料从槽3进入槽2A的内端。正如所期望的，也可以沿槽2的内端相似地设置本质上同样作用的这些储存器31(虽然图11中没有显示)，而且，沿一级槽3的内端也可以设置储存器31(虽然图11中没有显示)(在图19、20或美国专利3038201中144，145相当于汇集点)。而图11显示带有横截面圆形的储存器31的简单型式，图12至15说明储存器的一些改进的形状。在图12中，与槽2和3相连的储存器31A有对其长度来说大致椭圆形截面，更进一步便于挤出物的横向流动从孔7进入一级槽3内端的所有横向部分和从一级槽3进入二级槽2内端的所有横向部分。图13显示横截面泪珠形的储存器31B，更便于挤出物料的横向和纵向混合流动进入槽2的内端部分，而泪珠状储存器31B相当短。图14和15说明拉长的泪珠形储存器31C和31D，它们相应与一级槽3和二级槽2相连，具有除加强作用以外与储存器31B同样的作用。这样，各种形状的储存器能够用作本发明模具的一级和/或二级槽十字形和互通的伸出部且在内端。而且，新颖的泪珠形储存器能够有益地用在不含任何十字形二级输出槽的模具中。
由于储存器31(以及31A、31B和31D)是槽2A(和2)的特别内端伸出部，在功能上它们是末端槽层8a部分。因此，在图11中储存器31和槽2的内端在中间槽层8b和末端槽层8a之间集结成波形边界24A。
图16的组合槽模具是显示在美国专利4354820的类型，即一级槽的开阔部分3B在底座39上与孔7成直接连通后，板37与底座39的出口面38连接，这样连接板37以后，一级槽的狭窄部分3A和二级槽2从出口面1切进板37。其结果得到带有在11A处与宽阔内部3B相连的狭窄外部3A的一级槽模具，同时显示的二级槽2具有一比3A部深度较浅的深度。如果希望的话，槽2也可以做成与3A部具同样的深度。在另外的情况下，3A部和槽2可以被认作为在末端槽层上，末端槽层有一划分中间槽层端的内端波形集结边界。伸入孔7的部分3B末端可以是象11处平的或成方格形的或如11C处圆形的或用适当的槽切割装置加工的其他适当的轮廓。
下面的例子打算用典型变化的方式作为本发明的扩展，而不是作为本发明的限制，也不是设置在附加层或末端槽层组合体上的限制，这种组合体形成末端多层送料机构。
例一一已用的模具用下面的尺寸得到和加工。一级输出槽每个槽的尺寸，长度L3是0.053英寸(1.35毫米)、宽度为0.008英寸(0.2毫米)和深度为0.130英寸(3.302毫米)，二级输出槽的尺寸，长度L2为0.0451英寸(1.15毫米)、宽度为0.008英寸(0.20毫米)和深度为0.040英寸(1.02毫米)。总体积比是3.83，送料孔总数与相关连接输出槽段总数的比例是1至16，产生的基底表示如图4显示的在每个单元孔的每边的壁上带有突起物的蜂窝状结构。
例二第二个模具用EDM线切割装置加工成带有与例一相同的中等槽体积的切槽。二级输出槽的每个槽的尺寸除深度加工成0.075英寸(1.91毫米)以外与例一是同样的，总体积比是2.07，送料通路总值与相关连接输出槽段总数的比例是1至16，由这个模具挤出的陶瓷基底显示出如图5中例举的单元孔17的完全连接，由该模具产生的完全连接导致每平方英寸陶瓷基体有1600个，是由加工输出槽以前同样模具产生的单元孔量的四倍。
例三在这个模具内，一级输出槽的每个槽的尺寸是0.043英寸(1.09毫米)长作为L3、0.009英寸(0.23毫米)宽和0.112英寸(2.84毫米)深，二级输出槽的每个槽尺寸是0.035英寸(0.889毫米)长作为L2、0.009英寸(0.23毫米)宽和0.060英寸(1.52毫米)深，总体积比是2.55。该模具生产一带有有着突起物和完全连接的蜂窝状结构陶瓷基体，突起物从较小尺寸到如图4中14显示的较大尺寸有各种变化，在基底中的完全连接产生每平方英寸2000个孔。实例5产生与本例同样的结果。
例四在该模具中，一级输出槽每个槽的尺寸为0.075英寸(1.91毫米)长作为L3、0.012英寸(0.30毫米)宽和0.180英寸(4.57毫米)深，二级输出槽每个槽的尺寸为0.057英寸(1.45毫米)长作为L2、0.012英寸(0.30毫米)宽和0.109英寸(2.77毫米)深，体积比是1.58。最终的陶瓷基底完整编结到每平方英寸800个孔上，由于在末端槽层内输出槽的宽度减小，所以基底的孔壁更厚。
例五在例五模具中，一级输出槽每个槽的尺寸为0.106英寸长作为L3(2.69毫米)、0.008英寸宽(0.20毫米)和0.127英寸(3.23毫米)深，二级输出槽每个槽的尺寸为0.098英寸长作为L2(2.49毫米)、0.012英寸宽(0.30毫米)和0.05英寸(1.27毫米)深，体积比是2.12。最终的陶瓷基底在带有每平方英寸400孔的孔密度的不同壁厚下整体编结。
这些例子的结果表明，一级槽体积与二级槽体积的比是为了生产由本发明模具挤出的基底的重要设计参数，可以改变宽度和深度以得到所期望的比例。但在以前的工艺中，对挤压模技术这个比例不认为是重要的。
除了不对本发明作限制以外，由新型模具方法可能产生的多孔壁的陶瓷蜂窝状结构的例子显示在图4和图5中。图4显示在单元孔壁的侧边具有许多突起物的蜂窝状结构的一部分，每平方英寸有400个孔。这许多突起物是在蜂窝状结构挤出时产生的，且是上述新模具结构情况下特有的槽体积比的结果。突起物是不完全形成的单元孔壁的结果，单元孔壁是5%表面积的最小量和与单元孔壁相连的突起物的表面积相加。
图5显示有效延伸的许多突起物的结果，以致突起物完全连接在一起在以前的单元孔内形成附加的完整的壁，因而与仅由一级槽形成的已有的单元孔比起来，单元孔数是它的四倍而且内壁表面积大致是二倍。附加的蜂窝状结构设计将反映表示在图6和图7中的设计，图6显示了平分每个在相交的一级槽3之间90°角的二级槽2A，这产生了镜面对称图象的陶瓷蜂窝状结构，其孔壁平分每个在已有技术中的单元孔壁(仅从一级槽产生的)的每个90°角，因而是已有单元孔量的四倍且产生三角形截面的单元孔。图7显示了产生镜面对称图象陶瓷蜂窝状结构的三角形模具结构，这样模具的产品与仅由一级槽形成的现有技术中的单元孔相比具有大约二倍的孔壁面积和四倍的单元孔数并呈三角形陶瓷蜂窝状结构。
加工输出槽可以用切入放电加工、电子束切削、开槽锯切割或放电加工(EDM)线切割，较好的加工技术是EDM线切割工艺。EDM工艺需要带有电液伺服系统的机床装置和给电极提供脉冲高频、直流电流的动力单元。加工操作期间，电极和工件保持在电极和工件之间有一间隙的绝缘体上，间隙或切缝由使用的电压和电流所决定，用来在模具工件内切割输出槽的EDM工艺的较好方法是用带有用作绝缘体的去离子水的EDM线。槽体的尺寸是由EDM线的尺寸、电压、电流量、切割的宽度和深度和切割速率限定的。根据中心距编制的数字控制程序输入到可编程序的电加工机床中，该程序控制机器的操作以保证槽的切割精确在万分之几英寸内，以避免一级或二级芯体的弯曲或断裂，然后模具放在挤压机中并由模具挤出陶瓷体。
二级输出槽可以加工在已有的模具上或可以设计在一新的模具上，在二级输出槽切割以前，一级槽体积和二级槽体积的体积比应考虑好产生期望的蜂窝状结构，一级槽体积与二级槽体积的体积比可以决定突起物、孔壁的连接或突起物和连接的组合是否会得到。表1是体积比关系的说明。
表1一级槽体积与二级槽体积模具样本体积比结果13.83有突起物22.07被连接32.55既有突起物又被连接，各占50%41.58被连接52.12被连接表1表示对于一级槽和二级槽提法相应体积范围的三个被连接体积比。一般来说，当一级槽体积与二级槽体积比大于3.0时，形成突起物;当小于2.25，产生连接，当大约在2.5和3.0之间，产生突起物和连接的一混合体。在体积比接近2.0时，当粘土、滑石和矾土的混合物挤出时，达到得到连接或连接和突起物的限制。由于一级槽体积与二级槽体积比可以在模具加工前决定，具有各种尺寸比例的有系统的布置可以组合到单个的模具单元中，该有系统的布置可以根据排气或过滤物料的需要进行修正，以产生既有连接又有突起物的蜂窝状结构。
表2显示出现在表1中的同样数据，为了说明计算体积比的另一种方法。
表2
模具样本备选体积比结果11.67有突起物24.16被连接33.60既有突起物又被连接，各占50%44.89被连接55.71被连接备选体积比表示当层8a的体积小于层8b的体积二倍时，产生突起物;当备选体积比大于4或者说在层8a中的体积是8b中体积的四倍时，产生连接;当备选体积比在2和4之间时，突起物和连接都产生。
经挤压模送料的机械的变化使挤压模技术进步，现有模具直接从送料孔向输送槽送料，使用普通的一个送料孔对4个相关连接输送槽段的最小比例，槽互相交叉，在交点间形成槽段。该工艺很大程度上依靠加工送料孔的那种繁复工艺，按这里出现的含75%的本发明的模式，需要较少的送料孔。另外，孔比较大，其结果，孔的加工容易得多。在模具上加工槽是需要更多控制的精密工艺，如上所述，槽可以加工在指定位置的万分之几英寸的尺寸内，加工一级输出槽的二级输出槽产生更精密机加工的挤压模，能够产生输出孔显著减少而表面积增加的蜂窝状结构。
本发明的挤压模用一级输出槽并直接从一级输出槽向二级输出槽横向和纵向送料，挤压送料装置的这种形式的优点是产生具有突起物的蜂窝状结构、增加每平方英寸的单元孔或每平方英寸既有突起物又增加孔。在挤压模送料装置内附加的变化是送料孔纵向和横向地向一级输出槽送料，而不是直接与二级输出槽连通，装置的这种形式的优点是，对于相关连接槽段的数量而言，减少了待加工的送料孔的数量，减少较大直径的送料孔数量由此减少了物料流动阻力和降低模具制造费用。本发明模具通过送料孔向与之相连的一级输出槽横向和纵向组合输送并由一级输出槽向二级输出槽横向和纵向输送，从而产生较高的经济性。
进一步设想通过凹坑或储存体31的附加物来增强挤压批量流动物料的装置。图11显示在模体内部二级输出槽2A端部增加的体积部分的布置，该端部位于末端槽层8a并与中间槽层8b相接的边界24A处。凹坑或储存体31的附加物增加了批量流动物料在二级输出槽2A内的滞留时间，以保证充满整个槽体。
凹坑或储存体31的附加物使在模体内部批量物料的有效流动增加，然而，增加的内部批料流动可能被通到这里流到的二级槽2内或通到模具出口面上加工的附加二级槽2A内。图11显示也可以由二级输出槽2送料的输出槽2A的附加物，也带有增加的凹坑或储存体31。进一步设想可以将附加的槽制入表面，以形成附加的孔壁和/或突起物，可以加到新模具出口面上的输出槽的限制是可以被送入槽内的挤出物料的限制，这基于其粘度和微粒尺寸;同时还取决于加工带槽的模具表面的能力，加工中须保持为确定所述输出槽而需要的许多芯体或销钉的完整性和强度。
权利要求
1.一个用于费刮锪闲纬纱涣妆诜湮炎唇峁沟募费鼓＃ 一具有入口面和出口面的模体，许多在模体内从入口面向出口面延伸的送料孔，送料孔仅直接与模体内由许多一级芯体限定的许多横向十字交叉的一级输出槽连通，并在模体内从出口面向入口面延伸。而且送料孔的内端部以交叠方式与一级输出槽内端部纵向和横向连通，经改进而具有的特征在于包括了在一级芯体内从出口面向入口面延伸且，直接与一级输出槽横向相通的二级输出槽，二级输出槽将一级芯体分成限定二级输出槽的二级芯体，所述的二级输出槽不直接与所述的送料孔连通。
2.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，二级输出槽从出口面向内延伸的距离比一级输出槽延伸的距离短，或二级输出槽从出口面向内延伸的距离比一级输出槽延伸的距离长，或二级输出槽从出口面向内延伸的距离与一级输出槽延伸的距离相等，或二级输出槽从出口面延伸所述较短、较长、或相等距离至少二种的组合。
3.据权利要求1所述的一个挤压模，包括三个挤压层，其特征在于，送料孔层从入口面向内延伸，终止于由一级输出槽内端部形成的横向集结边界，在那里送料孔开始与一级输出槽交叠相连;中间槽层始于送料孔层结束处，终止于由二级输出槽内端部形成的横向集结边界;末端槽层始于中间槽层结束处，且延伸到出口面。
4.据权利要求3所述的一个挤压模，其特征在于，所述的末端槽层内的一级输出槽部分比中间槽层内的一级输出槽部分宽，或比中间槽层内的一级输出槽部分窄，或与中间槽层内的一级输出槽部分等宽，或是所述较宽、较窄和等宽的至少两种的组合。
5.据权利要求3所述的一个挤压模，其特征在于，所述的末端槽层内的一级输出槽部分的深度尺寸比中间槽层内的一级输出槽部分的深度尺寸长，或比中间槽层内的一级输出槽部分的深度尺寸短，或与中间槽层内的一级输出槽部分的深度尺寸等长，或是所述的较长、较短和等长的至少两种的组合。
6.据权利要求3所述的一个挤压模，其特征在于，所述的末端槽层内的一级输出槽部分具有比中间槽层内的一级输出槽部分的宽度和深度更大、或更小、或相同尺寸的宽度和深度，或是所述的较大、较小和相同尺寸的至少两种的组合。
7.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，二级输出槽从出口面向内延伸至少与一级输出槽从出口面向内延伸相等距离;模具包括二个挤压层，送料孔层从入口面向内延伸，终止于由至少一级输出槽内端部形成的横向集结边界，在那里送料孔开始与一级输出槽交叠连通;末端槽层始于送料孔层结束处，且延伸到出口面。
8.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，二级输出槽比一级输出槽宽，比一级输出槽窄，或与一级输出槽等宽，或是所述的较宽、较窄和等宽的至少两种的组合。
9.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，所述的一级输出槽、二级输出槽和送料孔被包括在单体模内。
10.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，所述的一级输出槽、二级输出槽和送料孔被包括在组合模内。
11.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，所述的一级输出槽、二级输出槽和送料孔被包括在层叠模内。
12.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，一级芯体和二级芯体横截面是矩形的。
13.据权利要求12所述的一个挤压模，其特征在于，二级芯体横截面是正方形的。
14.据权利要求13所述的一个挤压模，其特征在于，一级芯体横截面是正方形的。
15.据权利要求12所述的一个挤压模，其特征在于，一级芯体横面是正方形的。
16.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，一级芯体和二级芯体横截面是三角形的。
17.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，一级槽的总体积与二级槽的总体积的体积比是这样一个值，它使从二级槽输出的挤出物料形成仅为完整连接的孔壁形式或仅为在孔壁上且沿孔壁纵向生长的突起物形式或所述的完整连接的孔壁和所述的突起物的组合形式。
18.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，一级槽的总体积与二级槽的总体积的体积比小于2.25。
19.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，一级槽的总体积与二级槽的总体积的体积比大于3.0。
20.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，一级槽的总体积与二级槽的总体积的体积比在2.25和3.0之间。
21.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，送料孔数量与在槽交叉点之间并相互延长形成槽的交点的相关连接输出槽段的总数之比小于0.125。
22.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，一级芯体的每一行或一些行或交替的行由横切面上至少二条向一个方向延伸的二级槽分隔，同时，与在横切面上向另一方向延伸的至少另一条二级槽相交。
23.据权利要求22所述的一个挤压模，其特征在于，一级芯体的每一个由至少二条以所述方向延伸的二级槽分隔。
24.据权利要求23所述的一个挤压模，其特征在于，所述的一级芯体由至少二条在二级槽横切面方向的每一个方向延伸的二级槽分隔。
25.据权利要求22所述的一个挤压模，其特征在于，所述的至少二条以所述的一个方向延伸的二级输出槽的至少一条比所述的至少二条二级输出槽的另一条的宽度宽、窄或等宽，或是所述的较宽、较窄和等宽的至少两种的组合。
26.据权利要求22所述的一个挤压模，其特征在于，所述的至少二条以所述的一个方向延伸的二级输出槽的至少一条比所述至少二条二级输出槽的另一条的长度长、短或等长，或是所述的较长、较短和等长的至少两种的组合。
27.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，一些或所有二级输出槽的内端部，或一些或所有一级输出槽的内端部，或一些或所有一级和二级输出槽的内端部被提供沿所述的内端部延伸并与之连通的构成送料储存器的扩大的伸出部。
28.据权利要求27所述的一个挤压模，其特征在于，储存器成十字形交叉且相互连通。
29.据权利要求27所述的一个挤压模，其特征在于，储存器横截面是圆形的。
30.据权利要求27所述的一个挤压模，其特征在于，储存器横截面是椭圆形的。
31.据权利要求27所述的一个挤压模，其特征在于，储存器横截面是泪珠形的。
32.一个用于挤压物料形成带交连孔壁蜂窝状结构的挤压模，它包括一具有入口面和出口面的模体，许多在模体内从入口面向出口面延伸的送料孔，许多在模体内从出口面向入口面延伸的横向十字形交叉的输出槽，至少一些槽的内端部分直接与送料孔的内端部分相连，送料孔数量与在槽交叉点之间并相互延伸形成槽的交点的相关连接输出槽段的总数之比小于0.125。
33.一个用于挤压物料形成带交连孔壁蜂窝状结构的挤压模，它包括一具有入口面和出口面的模体，许多在模体内从入口面向出口面延伸的送料孔，许多在模体内从入口面向出口面延伸的横向十字形交叉的输出槽，至少一些或所有槽的内端部被提供沿所述的内端部延伸且与之连通构成送料储存器的扩大的伸出部，所述的储存器直接与送料孔的内端部分相连，任何不带扩大伸出部的槽的内端部与送料孔的内端部分直接相通，经改进而具有的特征在于包括所述的储存器横截面是泪珠形的。
34.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，末端槽层内槽的总体积与中间槽层内槽的总体积的备选体积比是这样一个值，它使从二级槽挤出的物料形成仅仅是完整连接的孔壁或仅是在孔壁上且沿孔壁纵向的突起物形式或所述的完整连接的孔壁和所述的突起物的组合形式。
35.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，末端槽层内槽的总体积与中间槽层内槽的总体积的备选体积比小于2。
36.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，末端槽层内槽的总体积与中间槽层内槽的总体积的备选体积比大于4。
37.据权利要求1所述的一个挤压模，其特征在于，末端槽层内槽的总体积与中间槽层内槽的总体积的备选体积比在2和4之间。
38.一个用于挤压物料形成带交连孔壁蜂窝状结构的挤压模，它包括一具有入口面和出口面的模体，许多在模体内从入口面向出口面延伸的送料孔，送料孔仅直接与由模体的许多一级芯体限定的许多横向十字交叉的一级输出槽连通，并在模体内从出口面向入口面延伸。而且送料孔的内端部分以交叠方式与一级输出槽内端部分纵向和横向连通，经改进而具有的特征在于包括了在一级芯体内从出口面向入口面延伸并直接与一级输出槽横向相通的二级十字形输出槽，二级输出槽将一级芯体分成限定二级输出槽的二级芯体，所述的二级输出槽不直接与所述的送料孔相通。
全文摘要
二级输出槽切进新造的或已使用的挤压模的表面，以致二级输出槽和一级输出槽横向和纵向相通，而不与送料孔相通。新型挤压模布置是为了制造陶瓷蜂窝状结构的产品，该结构使每平方英寸产生较多的孔、或在孔壁上产生突起物、或产生两者的结合，取决于一级槽体积与二级槽体积的比。二级输出槽可以产生大得多的表面积的蜂窝状结构，使用的挤压模带有显著减少的送料孔数量和较大数量的输出槽。
文档编号B28B3/20GK1032133SQ8810475
公开日1989年4月5日 申请日期1988年7月30日 优先权日1987年9月8日
发明者乔治·梅尔德伦·坎宁安, 罗德尼·欧文·弗罗斯特, 欧文·莫里斯·拉赫曼 申请人:康宁玻璃公司