摘要 分析了蜂窝陶瓷载体挤压模具的通常结构用于高孔密度载体生产中存在的问题，并研究和设计出一种新的结构，成功地挤压出600孔/in2的蜂窝陶瓷载体。
关键词 蜂窝陶瓷 载体 挤压成形模具
蜂窝陶瓷是一种高新技术工业陶瓷产品，主要用作汽车尾车净化器中的催化剂载体，还可广泛用于许多其他固定污染源的环保净化装置内。在蜂窝陶瓷的生产过程中，核心工序之一是挤压成形，同时挤压成形模具又是挤压成形工序的核心技术。
我国的蜂窝陶瓷挤压成形模具，经过十余年的研究和发展，已经取得了可喜的进步。到目前为止已研制出并供生产使用的模具达到了400孔/in2的规格，基本能满足汽车尾气净化器中催化剂载体的使用需要。但是，作为催化剂载体的性能需求，不断提高载体的比表面积，减少载体前后的压力差，始终是为提高催化效果而努力的目标。为此，美国康宁（Corning）公司，日本NGK公司都开发研制出600孔/in2、900孔/in2 的高孔密度、超薄壁型蜂窝陶瓷,将蜂窝陶瓷挤压成形模具的研究制造技术提高到了一个新的水平．根据信息资料显示，我们在消化吸收国外先进技术的基础上已开始了600孔/in2挤压成形模具的研究,并取得初步成功。
１ 蜂窝陶瓷载体挤压成形模具的通常结构
我国的蜂窝陶瓷挤压成形模具,经过十余年的研发及小批量试生产,其结构形式\设计方法已趋成熟,并用于蜂窝陶瓷载体的挤压成形生产中.通常模具的结构如图1所示.
一件整体模芯分为两个层面,一是导泥孔层面,二是出料槽层面.导泥孔的中心与出料槽的中心线应保证同心.导泥孔的排布方式\出料槽间的中心距e,出料槽宽度a’,导泥孔孔径d等结构参数,需要根据所生产的蜂窝陶瓷载体的开孔密度ρ、壁厚a、材料收缩率ψ及选择的供泥比κ等来进行计算确定.对于正方形孔形的载体而言,可按下述公式设计:
 其中κ=1.1~1.3.
另外对模芯的厚度、导泥孔的深度则应视载体大小及模具的强度等而确定.
从制造技术及模板连接强度出发考虑及实际的经验,导泥孔的孔间距离应控制在>0.6mm为佳.
2 φ60mm产品600孔/in2蜂窝陶瓷载体挤压模具
按上述计算公式计算φ60mm的蜂窝陶瓷载体挤压成形模具,其中ρ=600孔/in2,ψ=3.5%,κ=1.2;;计算得e=1.075mm(取e=1.1mm),a’=0.16mm(考虑材料挤出成形的难度及压机压力,暂取宽一些),d=1.0mm,另外考虑模具总厚度取为9mm,出料槽深度h=2.5mm.
该模具原设计和研制时槽宽a’控制在0.13~0.15mm,但在试压成表时,一直挤不出来,泥料堵塞在导泥孔和出料槽中,经多次对出料槽抛光打磨,效果仍不佳.最后将模具出料槽进行修复,加宽到0.15~0.17mm,才试挤成功.
3 600孔/in2蜂窝陶瓷载体挤压模具新结构
φ60mm产品的600孔/in2蜂窝陶瓷挤压成形模具虽然成功地挤出了产品,但仔细分析,这模具的实用性不强.在开发生产高孔密度的蜂窝陶瓷载体时,还有许多不现实的问题:因为大量使用的模具产品都比φ60mm的尺寸大,模具的总厚度及钻孔深度也都比该模具大,该模具因厚度太薄,刚性\强度都满足不了挤压成形的需要,而对于φ1.0mm的孔径，用钻削方法加工到需要的13-20mm深度是非常困难的,可以说这种结构的模具难于加工出来.因此为研制大尺寸或高孔密度的蜂窝陶瓷挤压模具,必须考虑采用新的结构形式,尽可能回避上述矛盾,才能满足模具加大加厚\并克服孔径过小难于排屑加工并憋断钻头的困难.我们对国外有关资料进行了研究和分析,并结合我国的材料状况作了设计和计算,确定采用一种新的两级出料槽结构来设计和制造模芯,有可能克服上述矛盾,满足大尺寸高孔密度模具的加工.
这种新型结构模具的设计思路是:将原来模具结构中的出料槽作为一级出料槽,它仍与进料孔一一相通;再在模芯上加工出一批二级出料槽,使二级出料槽与一级出料槽在横向和纵向相通,但却不与送料孔相通.这种新的结构使挤压模芯带有显著减少的送料孔数量和较大数量的出料槽,可以增大进料孔直径,保持模芯必要的厚度及强度,并提高模具的开孔密度,并提高模具的开孔密度,结构见图2.
按上述结构思路,设计并制造了φ100mm产品600孔/in2的蜂窝陶瓷挤压成形模具，该模具出料槽的中心距e=1.1mm,两级出料槽的宽度a1’=a2’=0.15mm，模芯总厚度为16mm。
经现场试挤压，该模具顺利地挤出了600孔/in2的陶瓷载体，尺寸形状都完全达到了预期效果，但是挤压力明显较原来挤压400孔/in2载体时大，分析一下这是由于孔壁减薄，开孔密度增大，以及泥料在模具的两级出料槽中穿透流动都增加了阻力而导致的，说明挤制高孔密度、超薄壁型蜂窝载体对泥料的粒度和流动性提出了更高的要求。
利用这一结构思路，我们又在φ50mm红外灶片产品630孔/in2的三角孔孔型蜂窝陶瓷模具上进行了实践，同样获得了成功并应用于生产中。 信息来源：中国陶瓷信息资源网
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