挤出模头及其制造方法

文档序号:53847 发布日期:2021-09-28 浏览:29次 >En<

阅读说明:本技术 挤出模头及其制造方法 (Extrusion die and method of making same ) 是由 T·E·安特斯博格 D·E·库兹 E·J·达巧克斯 K·E·艾利欧特 G·M·胡兹内克 N 于 2020-01-30 设计创作,主要内容包括:具有多个销钉(600a-c)和被所述多个销钉所限定的多个狭槽(601)的挤出模头(100)的制造方法,每个销钉具有基底,该方法包括:在挤出模头的销钉的基底的侧壁上方施涂涂料材料(604),以及通过切割工具(650)去除所述多个销钉的基底的侧壁上方涂覆的涂料材料的一部分。在一些实施方式中,切割工具的切割宽度等于狭槽的目标狭槽宽度(640)。在一些实施方式中,在销钉的基底的侧壁上方施涂涂料材料包括过涂覆涂料材料至厚度大于限定狭槽的目标狭槽宽度所需的厚度。(A method of manufacturing an extrusion die (100) having a plurality of pins (600a-c) and a plurality of slots (601) defined by the plurality of pins, each pin having a base, the method comprising: applying a coating material (604) over the sidewalls of the bases of the pins of the extrusion die, and removing a portion of the coating material applied over the sidewalls of the bases of the plurality of pins by a cutting tool (650). In some embodiments, the cutting width of the cutting tool is equal to the target slot width of the slot (640). In some embodiments, applying the coating material over the sidewall of the base of the pin includes over-coating the coating material to a thickness greater than required to define a target slot width for the slot.)

挤出模头及其制造方法

本申请根据35U.S.C.§119,要求2019年2月15日提交的美国临时申请第62/806,010号的优先权,其全文通过引用结合入本文。

技术领域

本公开内容涉及挤出模头。具体来说,本公开内容涉及蜂窝挤出模头及其制造方法,该方法通过用涂料材料对模头的销钉进行涂覆然后用切割工具去除一部分的涂料材料。

背景技术

挤出模头可用于形成用于各种目的(例如,用于内燃机的废气系统的催化转化器和微粒过滤器)的孔道或蜂窝陶瓷基材。一些陶瓷蜂窝体的形成涉及:将形成陶瓷的混合物挤出通过蜂窝挤出模头,然后使得生坯挤出物经受后续制造步骤,例如:干燥、切割和烧制以形成陶瓷蜂窝体。挤出模头的表面可以涂覆无机颗粒从而改善模头的耐磨损性和延长寿命。存在对于挤出模头(特别是具有经涂覆的表面的挤出模头)的制造方法和系统的持续需求。

发明内容

本公开内容涉及挤出模头(例如,可用于制造例如汽车中的催化转化器和微粒过滤器的蜂窝挤出模头)的制造方法。挤出模头可以包括限定了多个狭槽的多个销钉,批料挤出材料可以流动通过所述多个狭槽。本文公开的方法设计成通过切割工具(例如,磨料分切轮)的机械加工来实现所需的目标狭槽。在一些实施方式中,狭槽限定为:用涂料材料涂覆销钉,然后用切割宽度等于狭槽的目标狭槽宽度的切割工具来去除一部分的涂料材料。在一些实施方式中,销钉过涂覆(overcoat)了涂料材料,在去除一部分的涂料材料之前,厚度大于实现所需目标狭槽宽度所需的厚度。在一些实施方式中,每个销钉具有布置在销钉侧壁上的预先存在的涂料材料。在一些实施方式中,在每个销钉的侧壁上直接布置了涂料材料层。在一些实施方式中,在每个销钉的侧壁上所布置的预先存在的涂料材料上布置了涂料材料层。

在一些实施方式中,销钉排列成行使得切割工具可以在单次通过中从两个相邻的销钉行去除一部分的过涂覆的涂料材料,从而后续在单次机械加工操作中,对于被销钉行所限定的每个狭槽限定了目标狭槽宽度。

一些实施方式涉及挤出模头的制造方法,所述挤出模头具有多个销钉和被所述多个销钉限定的多个狭槽,每个销钉具有基底,该方法包括:在挤出模头的销钉的基底的侧壁上施涂涂料材料,以及通过切割工具去除所述多个销钉的基底的侧壁上方涂覆的涂料材料的一部分,所述切割工具具有等于狭槽的目标狭槽宽度的切割宽度。

在一些实施方式中,根据前述段落的实施方式的方法包括:通过对基底的侧壁进行过涂覆在挤出模头的销钉的基底上方施涂涂料材料从而涂料材料限定了小于目标狭槽宽度的变小的狭槽宽度。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的方法包括:对于每个狭槽,在切割工具的单次通过中,通过去除所述部分的涂料材料来限定狭槽。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的方法包括:对于每个狭槽,在切割工具的两次或更多次通过中,通过去除所述部分的涂料材料来限定狭槽。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的狭槽的目标狭槽宽度的范围是约0.001英寸至约0.025英寸。在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的狭槽的目标狭槽宽度的范围是约0.003英寸至约0.016英寸。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式,对于一个基底的一个侧壁上方涂覆的涂料材料的厚度,切割工具去除了至少0.0005英寸。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式,在通过切割工具去除了基底的侧壁上涂覆的涂料材料的所述部分之后,涂料材料的平均涂料厚度范围是0.0006英寸至0.006英寸。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的切割工具包括选自下组的磨料颗粒:钻石颗粒、立方氮化硼颗粒、碳化硅颗粒、氧化铝颗粒、碳化硼颗粒,或其组合。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的所述多个销钉的两个相邻销钉的涂料材料限定了变小的狭槽宽度,其中,所述变小的狭槽宽度是目标狭槽宽度的0%至95%。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的切割工具是磨料分切轮。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的挤出模头的狭槽限定了蜂窝几何形貌。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的方法包括通过气相沉积工艺施涂涂料材料。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的涂料材料包括以下至少一种:硼掺杂的碳氮化钛或者碳氮化钛。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的涂料材料的施涂包括将涂料材料直接施涂到销钉的基底。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的销钉包括涂覆在基底的侧壁上方的预先存在的涂料材料,其中,涂料材料的施涂包括在预先存在的涂料材料上施涂涂料材料。

在一些实施方式中,根据任意前述段落的实施方式的涂料材料限定了所述多个销钉的最外侧壁。

一些实施方式涉及挤出模头的制造方法,该方法包括:用涂料材料对挤出模头进行过涂覆,其中,挤出模头包括具有第一基底的第一销钉(所述第一基底具有第一侧壁)以及具有第二基底的第二销钉(所述第二基底具有第二侧壁),所述第一销钉和所述第二销钉限定了其间的狭槽,其中,对挤出模头进行过涂覆包括在第一销钉的第一侧壁上方形成第一涂料层以及在第二销钉的第二侧壁的上方形成第二涂料层,其中,第一和第二涂料层限定了第一销钉与第二销钉之间的变小的狭槽宽度,以及其中,所述变小的狭槽宽度是目标狭槽宽度的0%至99%,这是在第一涂料层的第一外表面与第二涂料层的第二外表面之间测得的;以及从狭槽内取出第一涂料层的过涂覆部分和第二涂料层的过涂覆部分从而使得狭槽的切割狭槽宽度是目标狭槽宽度。

在一些实施方式中,根据前述段落的实施方式的第一涂料层的过涂覆部分占据的第一基底上方的涂覆面积达到第一侧壁的面积的至少20%。

在一些实施方式中,根据前述两个段落中的任意实施方式的第二涂料层的过涂覆部分占据的第二基底上方的涂覆面积达到第二侧壁的面积的至少20%。

在一些实施方式中,根据前述三个段落中的任意实施方式的切割工具具有等于目标狭槽宽度的切割宽度。

在一些实施方式中,根据前述四个段落中的任意实施方式的第一涂料层的过涂覆部分和第二涂料层的过涂覆部分是通过切割工具的单次通过去除的。在一些实施方式中,根据前述四个段落中的任意实施方式的第一涂料层的过涂覆部分和第二涂料层的过涂覆部分是通过切割工具的两次或更多次通过去除的。

在一些实施方式中,根据前述五个段落的任意实施方式的目标狭槽宽度的范围是约0.001英寸至约0.025英寸。在一些实施方式中,根据前述五个段落的任意实施方式的目标狭槽宽度的范围是约0.003英寸至约0.016英寸。

在一些实施方式中,根据前述六个段落的任意实施方式的变小的狭槽宽度是目标狭槽宽度的50%至99%。在一些实施方式中,根据前述六个段落的任意实施方式的变小的狭槽宽度是目标狭槽宽度的80%至95%。

在一些实施方式中,根据前述七个段落的任意实施方式的变小的狭槽宽度比目标狭槽宽度小了至少0.001英寸。

在一些实施方式中,根据前述八个段落中的任意实施方式的切割工具是磨料分切轮。

在一些实施方式中,根据前述九个段落的任意实施方式的方法包括采用气相沉积工艺用涂料材料对挤出模头进行过涂覆。

在一些实施方式中,根据前述十个段落的任意实施方式的挤出模头是蜂窝挤出模头。

一些实施方式涉及挤出模头的制造方法,该方法包括:用涂料材料对挤出模头进行过涂覆,其中,挤出模头包括:包含具有第一侧壁的第一基底的第一销钉以及包含具有第二侧壁的第二基底的第二销钉,所述第一销钉和第二销钉限定了其间的狭槽,其中,对挤出模头进行过涂覆包括在第一销钉的第一侧壁上方形成第一涂料层和在第二销钉的第二侧壁上方形成第二涂料层,以及其中,第一和第二涂料层使得涂料材料完全填充了狭槽,从而产生完全填充的狭槽;以及从完全填充的狭槽去除一部分的涂料材料使得狭槽的切割狭槽宽度等于目标狭槽宽度,这是在第一涂料层的第一外表面与第二涂料层的第二外表面之间测得的。

一些实施方式涉及挤出模头,其包含:限定了以蜂窝几何形貌排布的多个狭槽的多个销钉,所述多个销钉具有第一销钉和与第一销钉相邻的第二销钉,其中,第一销钉或第二销钉中的至少一个包括基底,所述基底具有相对于挤出模头的纵轴非平行的侧壁;第一涂料层,其布置在第一或第二销钉的侧壁上方并且包括与纵轴平行的第一外表面;以及第二涂料层,其布置在第一或第二销钉的非平行侧壁上方并且包括与纵轴平行的第二外表面以及与第二外表面相对的内表面,其不与纵轴平行。

在一些实施方式中,根据前述段落的实施方式的第一和第二外表面是经过机械加工的表面。

在一些实施方式中,根据前述两个段落中的任意实施方式的第一销钉和第二销钉分别包括相对于挤出模头的纵轴非平行的侧壁。

一些实施方式涉及挤出模头的制造方法,所述挤出模头具有第一行销钉(每个包括具有第一侧壁的基底)以及与第一行销钉相邻的第二行销钉(并且每个具有有第二侧壁的基底),其中,第一行中的每个销钉和第二行中的每个销钉限定了其间的狭槽,该方法包括:通过在第一销钉的第一侧壁上方形成第一涂料层和在第二销钉的第二侧壁上方形成第二涂料层来用涂料材料对挤出模头进行过涂覆,其中,第一和第二涂料层限定了第一行销钉与第二行销钉之间的变小的狭槽宽度,以及其中,所述变小的狭槽宽度是目标狭槽宽度的10%至95%;以及从第一与第二行销钉之间的狭槽内去除第一涂料层的过涂覆部分和第二涂料层的过涂覆部分从而使得第一涂料层的外表面与第二涂料层的外表面限定了目标狭槽宽度。

在一些实施方式中,根据前述段落的实施方式的第一涂料层的过涂覆部分和第二涂料层的过涂覆部分是通过第一行销钉与第二行销钉之间的切割工具的单次通过从第一行销钉和第二行销钉去除的。

附图说明

被结合入本文的附图形成说明书的一部分且阐述了本公开内容的实施方式。结合说明书,附图进一步起到解释所公开的实施方式的原理并使得相关领域技术人员能够执行和使用的作用。这些附图旨在是说明性的,而不是限制性的。虽然在这些实施方式的上下文中描述了本公开内容,但是应理解的是,并不旨在将本公开内容的范围限制为这些特定实施方式。在附图中,相同附图标记表示相同或功能相似元件。

图1显示根据一些实施方式的挤出模头。

图2显示图1的挤出模头的部分端面透视图以及图1的挤出模头的多个销钉的排料面的放大图。

图3显示根据一些实施方式的沉积工艺。

图4显示根据一些实施方式的挤出模头的销钉。

图5显示具有涂料不完美性的挤出模头的销钉。

图6显示根据一些实施方式的挤出模头的过涂覆的销钉。

图7A显示从图6的挤出模头的销钉去除第一部分的涂料材料。图7B显示从图6的挤出模头的销钉去除第二部分的涂料材料。

图8A显示根据一些实施方式的挤出模头的过涂覆的不对齐销钉。图8B显示在去除了一部分的涂料材料之后的图8A的挤出模头的销钉。

具体实施方式

通常采用挤出工艺来制造具有蜂窝几何形貌的陶瓷,例如用于汽车中的催化转化器和微粒过滤器的那些。用于这些工艺中的模头通常采用不锈钢或者其他金属制造,并且具有由限定了数个狭槽的数个销钉构成的蜂窝几何形貌,形成陶瓷的混合物(或者批料材料)可以流动通过所述狭槽从而产生生坯蜂窝挤出物,其可以经过进一步加工,例如干燥、切割、烧制等形成最终陶瓷蜂窝产品。

流动通过挤出模头的形成陶瓷的混合物会是磨料性的(即,含有会在挤出过程中对挤出模头的表面进行磨蚀的一种或多种颗粒类型)。例如,形成陶瓷的混合物可能包含诸如二氧化硅、氧化铝等之类的组分,其会对挤出模头的表面具有磨料性影响。由于用于产生蜂窝形状的挤出部件的形成陶瓷的混合物是磨料性的,形成陶瓷的混合物会导致挤出模头内的销钉的表面变得磨损,这会导致挤出的部件中不合乎希望的非均匀的几何形貌和/或尺寸变化。并且,如果模头变得太过于磨损,它们不再能够被用于生产落入规定尺寸容差内的蜂窝结构。

为了增加模头的耐磨损性从而增加其可用的次数(例如,可以挤出通过模头的形成陶瓷的混合物的体积和/或直线尺(linear feet)数),可以在模头的表面上方施涂涂料。典型的涂料材料包括:碳氮化钛(TiCN)、硼掺杂的碳氮化钛(B-TiCN)、氮化钛(TiN)和铝氮化钛(TiAlN),但是也可以使用其他涂料。

可以采用任何可用的工艺(例如,气相沉积工艺)在挤出模头的表面上方施涂一种或多种涂料。如果采用气相沉积工艺的话,则可以通过例如布置在沉积室内的阻抗盘(impedance disk)来控制施涂到模头的表面上方的涂料材料的厚度。通过这种方式,可以使用涂覆过程(多个涂覆过程)来设定挤出模头的特征的最终尺寸(例如,狭槽宽度)。但是,即使对涂覆过程和/或涂料材料的尺寸进行小心控制,在涂覆过程期间,仍然会导致缺陷,例如:结节、非均匀表面精整以及最终经过精整的狭槽宽度的变化性(单个模头内和多个狭槽之间这两种情况)。因此,可能需要额外的涂覆后制造工艺来解决任何缺陷和实现所需的尺寸。

如本文所用,结节通常涉及经涂覆的表面上的突出物,其可能导致挤出模头的狭槽的部分或者完全阻塞。一些结节是由于经过涂覆的挤出模头的表面上的颗粒(例如,灰尘或脏物)的结果而形成的,从而在颗粒上方的涂料中产生了突出物。经过涂覆的挤出模头的尺寸变化性还可能源自其他来源,例如:气相沉积工艺之后的挤出模头的下方特征的尺寸变化(例如,由于高温诱发的应力所导致的翘曲或弯曲),机械加工过程中的切割工具的变化性等。狭槽的阻塞和尺寸变化会导致缺陷,所述缺陷以不合乎希望的方式影响了最终蜂窝部件的性能或性质,例如:弱化了最终产品的强度和/或在挤出的蜂窝结构中产生破缝、孔等。这些缺陷会是由于气相沉积工艺的变化性或者其他难以控制的制造工艺所导致的。因此,可能希望经涂覆的模头表面的后加工来去除诸如结节之类的缺陷和/或以任意其他方式矫正挤出模头的不合乎希望的尺寸变化性。

通常来说,采用可以被称作垫片处理(shimming)的工艺从经涂覆的表面去除诸如结节之类的缺陷。在垫片处理或者类似工艺过程中,采用小的锉刀(或者“垫片”)从经涂覆的表面以单个的方式去除结节。由于在单个模头中可能存在数百个狭槽,所述狭槽会具有仅约为千分之几英寸的宽度,模头检查和垫片处理工艺会是极为冗长、昂贵且耗时的。因此,希望更高效的工艺来产生尺寸精确的蜂窝挤出模头几何形貌。

图1和2显示根据一些实施方式的挤出模头100和挤出模头100的形成蜂窝的结构102。在一些实施方式中,挤出模头100包括模头体106,包括板材、凸缘或者构造成在挤出线的端部使得挤出模头能够与其他组件固定的其他结构。在挤出模头的(未示出的)入口或上游面处,模头体106可以包括形成在其中的多个进料孔(一些如图2部分所示)。在排料面130处,挤出模头100还包括以下游方向取向的销钉110的阵列。销钉110的侧壁112限定了排料狭槽120的交叉阵列。排料狭槽120的交叉阵列限定了由模头100制得的挤出物的形状,例如具有蜂窝几何形貌的挤出物。通过这种方式,销钉110的阵列和狭槽120一起限定了挤出模头100的形成蜂窝的结构102。通过销钉110的端表面114形成挤出模头100的排料面130。

在一些实施方式中,由与主体106相同的材料片以整体方式形成销钉110,而在其他实施方式中,通过例如销钉支撑层将销钉110与主体106粘结。模头体106包括进料孔116用于使得形成陶瓷的混合物传输通过模头体106。在销钉110的根部端,进料孔116与销钉110和狭槽120相交。

可以使用任何已知的或者已经发现的材料来构造挤出模头100。适用于制造主要模头元件的材料例子包括:工具钢、所谓的高速钢、马氏体钢、沉淀硬化钢和不锈钢,例如马氏体不锈钢。示例性马氏体不锈钢包括但不限于:400系列不锈钢,例如422不锈钢和450不锈钢;以及沉淀硬化不锈钢,例如17-4PH不锈钢。

图3显示在沉积室300中,用于在基材310的表面312上方施涂无机颗粒320的沉积工艺。图3所示的工艺可以是气相沉积工艺,例如:化学气相沉积(CVD)工艺或者物理气相沉积(PVD)工艺。将一种或多种气体330(例如,气体330a、气体330b和气体330c)引入到室300中,从而在室300中形成无机颗粒,其沉积到表面312上或者上方。在一些实施方式中,使用单种气体,而在其他实施方式中,使用多种气体,这取决于要沉积的颗粒。一种或多种气体330可以是无机颗粒的一种或多种元素的源气体。一种或多种气体330可以是载气。可以以合适的流速将任意合适类型的源气体或者载气引入到室内,从而形成和在基材310的表面312上方施加无机颗粒320。在一些实施方式中,无机颗粒320沉积在表面312上。表面312可以是由金属材料形成的,例如本文所讨论的任何钢材。

如本文所用,“布置在……上”表示第一层/组件与第二层/组件直接接触。“布置在”第二层/组件上的第一层/组件可以是沉积到、形成在、放置在或者任意其他方式直接施加到第二层/组件上。换言之,如果第一层/组件布置在第二层/组件上,则在第一层/组件与第二层/组件之间没有布置层。类似地,“施加在……上”或者“涂覆在……上”表示第一层/组件与第二层/组件直接接触。如果第一层/组件描述为“布置在”第二层/组件的“上方”,则在第一层/组件与第二层/组件之间可能任选地存在其他层。类似地,“施加在……上方”或者“涂覆在……上方”表示在第一层/组件与第二层/组件之间可能存在或者不存在其他层。本文所述的层和/或涂层可以是任何厚度或者多种厚度,以及可以是连续或者间断的方式施涂在表面上方。

在一些实施方式中,基材310是挤出机组件。在一些实施方式中,挤出机组件是挤出模头(例如,挤出模头100)或者挤出模头的组件(例如,销钉110)。在一些实施方式中,基材310由挤出模头100形成或者由部分的挤出模头100形成,具有多个销钉110,并且所述多个销钉110中的一个或多个的侧壁112限定了基材310的表面312,在沉积过程期间,无机颗粒施涂到所述表面312的上方。基材310可以是例如挤出模头销钉400(例如,图4所示的销钉400a、400b和400c,它们全都统称为附图标记400)的基底402。如下文所述,基底402可以直接涂覆颗粒320或者可以涂覆了预先存在的涂料材料420,在其上方,在沉积过程期间施涂了无机颗粒(例如,涂料层422)的第二层。换言之,基底402上的涂料层407可以是包含涂料层420和422的多层涂层。

无机颗粒320可以是本文所讨论的任何类型的无机颗粒。图3所示的沉积工艺可以被用于沉积任何数量的本文所讨论的无机颗粒层或者耐磨涂料层。例如,图3所示的沉积工艺可以被用于施涂:碳氮化钛和/或硼掺杂的碳氮化钛颗粒、硼颗粒、氮化铝钛颗粒、氮化钛铝颗粒以及氮化铬颗粒。在一些实施方式中,在基材310的表面312的上方施加了本文所讨论的任意无机颗粒的组合。沉积本文所讨论的任何无机颗粒可以在基材310的表面312的上方形成一层或多层无机材料(例如,本文所讨论的涂料层)。根据本文所讨论的实施方式施加的无机颗粒可以在基材310的表面312上方形成耐磨涂料。

图4和5显示根据一些实施方式的挤出模头的销钉400a-c。销钉400a-c可以是挤出模头100的销钉110。销钉400a-c限定了相邻销钉之间的狭槽401,在使用过程中,形成陶瓷的材料挤出通过所述狭槽。销钉400a-c分别包括基底402以及由施涂在基底402的侧壁406上或者上方的涂料材料404(例如,上文所述的无机颗粒320)形成的一层或多层涂料层407。涂料材料404限定了被涂料材料404涂覆的销钉400a-c的最外侧壁408,而销钉400a-c的未涂覆部分的侧壁408则由基底402所限定。如图4所示的涂料材料404具有在每个侧壁406上大致均匀的涂料厚度405并且没有表面缺陷(例如,如图5所示的结节410)。

在一些实施方式中,如图5所示,施涂到基底402的侧壁406上方的涂料材料404具有大致均匀的涂料厚度405,但是包含一个或多个表面缺陷,例如结节410。可能希望去除涂料材料404中的结节410来确保采用挤出模头(例如,模头100)制造的部件(例如蜂窝体)具有均匀的几何形貌。如图5所示,不同于均匀的目标狭槽宽度440,销钉400b与相邻销钉400c之间的狭槽宽度440’沿着销钉400b的整个长度由于结节410从而是不均匀的,并且因此不等于销钉400b与相邻销钉400a之间的目标狭槽宽度440。

如本文所用,“狭槽宽度”是两个相邻销钉的最外侧表面(经过涂覆或者未经涂覆)之间所测得的距离,并且垂直于在靠近模头的排料面的销钉的位置上的最外侧表面中的至少一个。在蜂窝挤出模头中,狭槽宽度对应于通过蜂窝挤出模头生产的蜂窝挤出物的壁或网的厚度。

作为采用垫片处理去除结节410的替代,可以采用切割工具(例如,分切轮)从涂料材料404去除结节410。切割工具可以是本文所述的切割工具650。可以通过切割工具的一次或多次穿行通过相邻销钉之间的狭槽410,经由切割工具来去除结节410。虽然图5显示的是单个结节410,但是施涂到基底402上方的涂料材料404具有许多不止一个结节410。

在一些实施方式中,如图6、7A和7B所示,涂料材料604施涂在限定了其间的狭槽601的多个销钉600a-c的基底602的侧壁606上方。图6、7A和7B所示的销钉600a-c可以是或者可以类似于挤出模头100的销钉110。类似于图4-5的销钉400a-c上的涂料层407,通过涂料材料604在销钉600a-c上分别形成了涂料层607。在一些实施方式中,销钉600a-c包括作为单层直接施涂到基底602的侧壁606上的涂料层607,而在一些实施方式中,通过涂料材料604沉积在一层或多层预先存在的涂料层上或者上方施涂了涂料层607(即,涂料层607是单层或者多层涂层)。

图6-8B中的每个涂料层607显示为两种不同颜色(相对较亮和较暗部分)来帮助解释本文公开的实施方式。更具体来说,图6-6B中所示的涂料层607具有较亮颜色的靠内部分和较暗颜色的靠外部分。较亮颜色的靠内部分表明涂料层607的目标最终设定尺寸的例子(相对其而言实现了目标狭槽宽度),而较暗颜色的靠外部分表明过量的材料,其在本文中被称作销钉600a-c各自的过涂覆605。要理解的是,尽管采用不同颜色进行显示,但是涂料材料604的单层可以包括较暗和较亮颜色部分这两个中的至少一些,例如,每个涂料层607的整体可以是由涂料材料604的单个连续层形成的。

如本文所用,过涂覆表示向挤出模头的销钉的侧壁施涂涂料材料使得涂料材料的厚度大于限定目标狭槽宽度所需的厚度。根据本文公开的实施方式,可以有目的地进行过涂覆,从而帮助在一个或多个进一步加工步骤之后实现目标尺寸(例如,目标狭槽宽度)。

过涂覆605是涂料材料604的涂层607的过涂覆部分(即,必须去除来实现目标狭槽宽度640)。过涂覆605具有过涂覆厚度620(其也可以被称作过涂覆部分)。涂料材料604的过涂覆605限定了相邻销钉(例如相邻销钉600a与600b)之间相比于目标狭槽宽度604而言变小的狭槽宽度610。在一些实施方式中,涂料材料604的过涂覆605占据了挤出模头的经涂覆特征的表面积的显著百分比。例如,在一些实施方式中,在一个或多个侧壁606上方的涂覆面积至少等于侧壁606的面积的20%(例如,如图2所示的侧壁面积113的至少20%)。换言之,涂料材料604的过涂覆605可以布置在一个或多个侧壁606的面积上方等于侧壁的表面积的至少20%。也就是说,由于可以通过切割过程实现高度的尺寸准确性和不含缺陷表面,过涂层可以用于确保显著部分的表面积(例如,大于20%)是尺寸准确且不含缺陷的。通过这种方式,特别是相比于必须以挨个缺陷为基础对非常小的缺陷进行精确矫正的垫片处理具有优势,对显著部分的表面积进行过涂覆确保了快速地去除了过涂覆区域中的所有缺陷和/或尺寸变化,并且同时通过切割过程进行了矫正。更优选地,在一些实施方式中,至少50%的表面积经过过涂覆。在一些实施方式中,销钉的侧壁中与排料面紧邻的部分经过过涂覆。在一些实施方式中,侧壁606中的一个或多个的基本上全部或者甚至整体包含过涂覆605(即,侧壁606最高至100%的表面积被过涂覆605所占据)。如本文所述,对整个表面进行过涂覆可以有利地确保稍后将该表面整体机械加工至目标尺寸。

由于过涂覆605所提供的过度厚度,变小的狭槽宽度610小于目标狭槽宽度640(参见例如图7B)。在一些实施方式中,使用切割工具(例如,切割工具650)来去除涂料材料604的过涂覆605(即,涂料材料604的过涂覆的厚度620)来限定所需的狭槽几何形貌(即,目标狭槽宽度640)。例如,切割工具650可以去除过涂覆605的厚度620以限定涂料材料604的目标涂料厚度630和经机械加工的表面609。在此类实施方式中,切割工具650同时消除了涂料材料604的外表面上的任何缺陷(例如,结节410),而且还为销钉600a-c的侧壁606设定了均匀的尺寸。有利的是,在去除涂料材料604的过涂覆605的厚度620之后,狭槽610可以更精确且一致地设定为具有等于目标狭槽宽度640的狭槽宽度。要注意的是,如果需要的话,在从侧壁切割掉过涂覆之后,可以在分开的切割步骤中,去除挤出模头的排料面处的销钉的表面上(例如,表面114和/或如图7B所示的销钉600c上)残留的任何过量材料。

在一些实施方式中,变小的狭槽宽度610的范围是目标狭槽宽度640的0%至99%,包括子范围。例如,在一些实施方式中,变小的狭槽宽度610是:目标狭槽宽度640的0%,目标狭槽宽度640的10%,目标狭槽宽度640的20%,目标狭槽宽度640的30%,目标狭槽宽度640的40%,目标狭槽宽度640的50%,目标狭槽宽度640的60%,目标狭槽宽度640的70%,目标狭槽宽度640的80%,目标狭槽宽度640的90%,目标狭槽宽度640的95%,或者目标狭槽宽度640的99%,或者在这些值中的任意两个作为端点的范围内。在一些实施方式中,变小的狭槽宽度610的范围是目标狭槽宽度640的50%至99%。在一些实施方式中,变小的狭槽宽度610的范围是目标狭槽宽度640的80%至95%。后面这两个范围在一些实施方式中是优选的,因为它们帮助确保了对应的表面是充分过涂覆的同时限制了必须被去除掉以实现所需尺寸的过量材料的量。

在一些实施方式中,涂料材料604可以施涂到相邻销钉使得其完全填充了两个相邻销钉之间的狭槽。例如,图6显示完全填充的狭槽660。对于完全填充的狭槽660,狭槽601的变小的狭槽宽度610是目标狭槽宽度640的0%。尽管产生了必须被去除掉以实现目标狭槽宽度的更多废弃材料,但是在一些实施方式中,完全填充的狭槽可能是有利的,特别是对于当切割工具遭遇较厚或较薄的过涂覆部分时导致切割工具或销钉在侧边之间振动或者弹跳的切割工具或技术来说。例如,当切割工具横穿狭槽时,狭槽的相对侧面上的过涂覆中的不均匀性可能使得切割工具以一个方向或者另一个方向偏移,这使得更难以将切割工具保持居中,并且当狭槽被完全填充时可以减小这种偏移。在一些实施方式中,变小的狭槽宽度610至少是一些小于目标狭槽宽度640的最小值,以确保厚度620足够宽从而被准确地去除。例如,在一些切割或材料去除技术中,去除非常薄的材料层会比去除较厚的部分更难。在一些实施方式中,变小的狭槽宽度比目标狭槽宽度640小了至少0.001英寸,从而使得厚度620至少是0.001英寸。

在一些实施方式中,目标狭槽宽度640的范围是约0.001英寸至约0.025英寸,包括子范围。例如,在一些实施方式中,目标狭槽宽度640是:0.001英寸、0.002英寸、0.0025英寸、0.0027英寸、0.003英寸、0.005英寸、0.0075英寸、0.01英寸、0.016英寸、或者0.025英寸,或者在这些值中的任意两个作为端点的范围内。在一些实施方式中,目标狭槽宽度640的范围是约0.002英寸至约0.016英寸。在一些实施方式中,目标狭槽宽度640的范围是约0.003英寸至约0.016英寸。

切割工具650可以是适用于对本文所述的涂料材料进行机械加工的任何切割工具。在一些实施方式中,切割工具650是磨料分切轮,例如用于CNC机械工具的磨料分切轮。切割工具650可以涂覆磨料涂层,例如:镍基、钛基或者铜基涂层。切割工具650还可以包括磨料颗粒,例如:钻石颗粒、立方氮化硼颗粒、碳化硅颗粒、氧化铝颗粒、或者碳化硼颗粒。在一些实施方式中,磨料颗粒的尺寸范围可以是1至50微米(微米,μm),包括子范围。例如,在一些实施方式中,磨料颗粒的平均尺寸是:1微米、2微米、5微米、6微米、10微米、20微米、30微米、40微米、45微米、或者50微米,或者在这些值中的任意两个作为端点的范围内。

在一些实施方式中,切割工具650的切割宽度652等于目标狭槽宽度640。有利的是,这实现了快速且高效地设定了狭槽的最终尺寸,例如通过切割工具650的单次通过。在一些实施方式中,切割工具的刀的刀宽(其是切割宽度652)等于目标狭槽宽度640。在此类实施方式中,经由切割工具650单次通过狭槽601,从限定了狭槽601的一个或两个销钉600去除了涂料材料604的过涂覆605的厚度620。在一些实施方式中,通过切割工具650的两次或更多次通过,从狭槽601内去除了过涂覆605的厚度620。在此类实施方式中,切割工具650的切割宽度652可以小于目标狭槽宽度640。

在一些实施方式中,在穿过被相邻销钉行限定的狭槽的单次通过中,切割工具650从多个销钉去除了全部或者部分的过涂覆605。例如,切割工具650可以在第一行销钉与第二行销钉(例如,如图2所示的销钉110的第一行111与第二行119)之间穿过。在此类实施方式中,当穿过被相邻两行限定的狭槽时,切割工具650在两行中的相邻销钉之间分别限定了目标狭槽宽度。在一些实施方式中,切割工具650在单次通行中去除了相邻两行销钉之间的过涂覆605,从而对狭槽的整个长度限定了目标狭槽宽度640,后续在单次机械加工操作中从限定了狭槽的每对相邻销钉去除厚度620。由于具有在单次通行中从两行相邻销钉之间去除过涂覆605的能力,可以快速且高效地去除过涂覆605的相关部分以及任何缺陷(例如,结节410)。通过这种方式,可以在数小时内对模头内的所有销钉进行机械加工(并且实现目标狭槽宽度),相比较而言,垫片处理工艺可能需要一天或者更久来去除涂料材料内的所有缺陷(例如,结节、尺寸变化性等)。

在一些实施方式中,通过切割工具650去除的切割的深度(例如,相对于厚度620而言的过涂覆605的部分和/或相对于图2所提供的坐标系的表面113的y方向)具有至少0.0005英寸的厚度。在一些实施方式中,切割的深度或者通过切割工具650通过狭槽的单次穿行中经由切割工具650去除的材料厚度是至少0.0005英寸。在一些实施方式中,切割的深度等于厚度620(即,在单次通行中去除了厚度620)。在一些实施方式中,切割的深度小于厚度620。在一些实施方式中,切割的深度具有从0.0001英寸到切割工具的宽度的厚度范围。

在一些实施方式中,在过涂覆605被去除之后的涂料材料604的目标涂料厚度620的范围是0.0006英寸至0.006英寸,包括子范围。例如,在一些实施方式中,被去除的过涂覆部分620的厚度是:0.0006英寸、0.001英寸、0.002英寸、0.003英寸、0.004英寸、0.005英寸、或者0.006英寸,或者在这些值中的任意两个作为端点的范围内。

在一些实施方式中,切割工具650是能够以2500至20000表面英尺每分钟(SFPM)的圆周速度转动的刀具,包括子范围。例如,在一些实施方式中,圆周速度是:2500SFPM、5000SFPM、10000SFPM、15000SFPM、17000SFPM、或者20000SFPM,或者在这些值中的任意两个作为端点的范围内。

在一些实施方式中,在根据本文公开的实施方式制造了挤出模头之后,通过挤出模头的形成陶瓷的材料的进料速度是0.1至30英寸每分钟(IPM),包括子范围。例如,在一些实施方式中,进料速度是:0.1IPM、0.2IPM、0.5IPM、1IPM、1.4IPM、2IPM、3IPM、4IPM、5IPM、6IPM、7IPM、8IPM、9IPM、10IPM、15IPM、20IPM、25IPM、或者30IPM,或者在这些值中的任意两个作为端点的范围内。

有时候,蜂窝挤出模头中的销钉变得弯曲、翘曲或者任意其他方式的变形,这需要进行矫正从而确保挤出通过模头的部件的几何形貌是均匀的。例如,挤出模头的销钉的变形会是由于:在使用过程中例如高的挤出压力所导致,或者在制造过程中例如由于诸如化学气相沉积过程之类的高温制造过程期间的高温诱发的应力所导致。类似于垫片处理,对每个销钉进行检查和手动准直化会是非常冗长、耗时且昂贵的过程,这如果没有精确完成的话可能导致模头破损。作为对每个变形的销钉进行手动准直的替代,在一些实施方式中(例如如图8A和8B所示),弯曲的销钉基底802b可以涂覆涂料材料804的过涂覆。如本文所述,可以去除过涂覆从而精确地实现一个或多个目标尺寸并对于销钉产生整体上直的或者任意其他所需的几何形貌。在一些实施方式中,销钉800a-c包括直接施涂到基底802a-c的侧壁806上的涂料层817。在一些实施方式中,销钉800a-c包括施涂到预先存在的涂料层上的过涂覆层815。过涂覆815是类似于上文所述的过涂覆605的涂料材料804的涂层817的过涂覆部分。

例如,限定了狭槽801的多个销钉800a-c可以包括至少一个基底802a,其平行于挤出模头的纵轴,例如挤出模头100的纵轴150。挤出模头的纵轴(例如,纵轴150)是延伸通过挤出模头面的中心且平行于材料挤出通过挤出模头的方向的轴。这个轴可以被称为挤出模头的挤出轴。

销钉800a-c可以额外地包括至少一个基底802b,其不与挤出模头的纵轴平行。在此类实施方式中,涂料材料804施涂到基底802a和802b,限定了两个相邻销钉(例如销钉800b和800c和/或销钉800a和800b)之间的变小的狭槽宽度810。在一些实施方式中,向相邻销钉基底施涂涂料材料的过涂覆。为了实现对非平行基底802进行矫正的狭槽801的目标狭槽宽度840,可以使用切割工具(例如,上文所述的切割工具650)来去除一部分的涂料材料804,从而为每对相邻销钉800a-c限定目标狭槽宽度840,所述销钉具有平行于挤出模头的纵轴的外表面812。

对于具有本文的狭槽宽度的挤出模头的尺寸范围(例如,狭槽宽度范围是0.001英寸至约0.025英寸的挤出模头),“平行的表面或者侧壁”表示以平行于纵轴(例如纵轴150)方向延伸或者相对于纵轴所成的角度不超过+/-0.25至2.0度的表面或侧壁。相应地,对于本文给出的尺寸范围,“非平行的表面或者侧壁”是相对于纵轴所成的角度超过+/-0.25至2.0度的表面或侧壁。要理解的是,更窄的狭槽宽度通常受限制到更小的角度范围(例如,更接近0.25度),特别是对于具有更长的纵向长度的销钉而言。类似地,更宽的狭槽宽度允许更大的不对齐度(例如,更接近2度),特别是对于具有较短纵向长度的销钉而言。

在图8A-8B中,销钉800a-c包括布置在第一基底802a的侧壁806上方的涂料材料804以及布置在第二销钉基底802b的第一侧壁807和第二侧壁808上方的涂料材料804。如图8A-8B所示,挤出模头可以包括相对平行和不平行的销钉的组合。更具体来说,销钉800a和800c显示为是平行的,而销钉800b显示为是不平行的(销钉800b的轴如图8A所示,其平行于销钉800b的侧壁808且相对于纵轴150是不平行的)。例如,布置在侧壁806上方的涂料材料804具有经过机械加工的外表面812(即,在去除过涂覆815之后),其平行于挤出模头的纵轴(例如,纵轴150)。布置在侧壁808上方的涂料材料804具有:平行于挤出模头的纵轴的经过机械加工的外表面814,以及布置在侧壁808上方的内表面816(但是其不平行于纵轴)。因此,布置在侧壁808上方的涂料材料804的厚度820沿着销钉800b的长度是变化的,从而实现了外表面平行于销钉800的余下部分和纵轴150,从而对弯曲或具有角度的(即不平行的)销钉800b进行了矫正,而不需要对销钉的基底802b进行准直处理。虽然图8A显示包含单个不平行销钉800b的销钉800,但是挤出模头中可能不止一个销钉是不平行的,并且可以如图8A-8B所示对(一个不平行或者两个不平行的)任意两个销钉之间的目标狭槽宽度进行矫正。

尽管本文已经描述了各种实施方式,但是它们通过示例方式给出,并不构成限制。应注意的是,基于本文所列出的教导和指导,旨在将调试和改良包括在所揭示的实施方式的含义和等价内容范围之内。因此,对于本领域的技术人员显而易见的是,可以在不偏离本公开的精神和范围的情况下,对本文所揭示的实施方式进行形式和细节上的各种修改和变动。本文所呈现的实施方式的元素不一定是相互排斥的,而是可以互换以满足各种情形,这是本领域技术人员会理解的。

参考如附图所示的本公开的实施方式来详细描述本公开的实施方式,其中相同的附图标记用于表示相同或功能相似的元件。对于“一个实施方式”、“一种实施方式”、“一些实施方式”、“在某些实施方式中”等的参照表明所描述的实施方式可以包括特定的特征、结构、或特性,但是不一定每个实施方式都包括该特定的特征、结构、或特性。此外,此类表述不一定指的是同一个实施方式。除此之外,当结合一个实施方式描述特定的特征、结构、或特性时,指的是本领域技术人员有能力结合其他实施方式影响此类特征、结构、或特性,无论是否明确描述出来。

本公开内容的例子是示意性的,而不是限制性的。通常根据各种条件和参数进行其它合适修饰和调节,这对本领域技术人员来说是显而易见的,属于本公开内容的精神和范围。

用于描述元件或组件的不定冠词“一个”和“一种”表示存在这些元件或组件中的一个或至少一个。尽管这些冠词通常用于预示修饰的名词是单数名词,但是除非另有说明,否则本文所用的冠词“一个”和“一种”也包括复数。类似地,同样除非另有说明,否则如本文所使用,定冠词“该”也预示修饰的名词可以是单数或复数。

除非在具体情况下另外指出,否则本文所陈述的数值范围包括上限和下限值,且该范围旨在包括其端点和该范围内的所有整数和分数。当限定了范围时,并不旨在将权利要求的范围限制到所陈述的具体值。此外,当以范围、一种或更多种优选范围、或者优选的数值上限以及优选的数值下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候,应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围,而不考虑这种成对结合是否具体揭示。最后,当使用术语“约”来描述范围的值或端点时,应理解本公开包括所参考的具体值或者端点。

如本文所用,术语“约”表示量、尺寸、制剂、参数和其他变量和特性不是也不需要是确切的,而是可以按照需要是近似的和/或更大或更小的,反映了容差、转换因子、舍入和测量误差等,以及本领域技术人员已知的其他因素。

上面已经借助于显示执行特定功能及其关系的功能构建块描述了本文实施方式。为了便于描述,本文任意定义了这些功能构建块的边界。可以定义替代边界,只要适当地执行指定的功能及其关系即可。

要理解的是,本文使用的短语和术语的目的是描述而非限制。本公开内容的宽度和范围不应局限于任何上述示例性实施方式,而仅由下面的权利要求书和其等价形式来限定。

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