專利名稱：沖模以及用沖模制造保持密封件的方法
技術領域：
本發明涉及一種在制造用于纏繞排氣凈化器主體的保持密封件中使用的沖模，以及一種使用這種沖模制造保持密封件的方法。
背景技術：
在車輛中使用的排氣處理裝置通常位于車輛排氣通道的中部。作為排氣處理裝置的示例，在現有技術中已知一種柴油機微粒過濾器(DPF)以及一種排氣凈化催化劑轉換器，該轉換器移除被稱為微粒的石墨顆粒。典型的排氣處理裝置包括排氣凈化器主體；包住排氣凈化器主體的金屬管(殼)；以及填充排氣凈化器主體與金屬管之間間隙的保持密封件。
當排氣凈化器主體由于車輛振動而撞擊在金屬管上時，保持密封件必須起到防止該排氣凈化器主體破裂的作用。保持密封件還必須起到防止排氣凈化器主體在受到排氣壓力時從金屬管脫落或在金屬管中移動的作用。而且，保持密封件必須防止排氣從金屬管和排氣凈化器主體之間的間隙泄漏。
傳統的保持密封件是通過切割具有均勻厚度的纖維墊制成的(參照日本特開2001-316965號公報)。使用剪刀、刀子、或沖壓刀片(Thomson刀片)切割所述纖維墊。
發明內容
使用剪刀或刀子從一張纖維墊切割出保持密封件需要很長時間。傳統沖模不具有用于連續沖壓出保持密封件的足夠耐用性。
本發明的一個方面是一種沖模，用于沖壓一張無機纖維墊以制造纏繞排氣凈化器主體的保持密封件。該沖模包括基板。由基板支撐的雙刃沖壓刀片沖壓所述無機纖維墊以切割出所述保持密封件。
本發明的另一方面涉及一種用于從一張無機纖維墊制造纏繞排氣凈化器主體的保持密封件的方法。該方法包括通過將雙刃沖壓刀片支撐在基板上形成沖模；以及用該沖模沖壓所述無機纖維墊以形成保持密封件。
在一個實施例中，所述沖壓刀片包括兩個側面；相對于所述兩個側面傾斜的兩個斜面；以及限定在所述兩個斜面之間的切削刃。所述兩個斜面以相同或不同的傾角傾斜。
在一個實施例中，所述兩個斜面的傾角都為10至30度。
在一個實施例中，所述兩個斜面的傾角之差為10度或更小。
在一個實施例中，所述沖壓刀片由碳鋼制成。
在一個實施例中，所述無機纖維墊由氧化鋁纖維制成。
在一個實施例中，所述沖壓刀片為柵格形，并在單次沖壓中從所述無機纖維墊切割出多個保持密封件。
在一個實施例中，所述沖壓刀片包括多個平行且筆直的縱向刀片；多個橫向刀片，它們與所述縱向刀片垂直相交，并彎曲成在各保持密封件中形成凸部和用于接收該凸部的凹部。所述縱向刀片和所述橫向刀片被焊接在一起。
在一個實施例中，所述多個縱向刀片和所述多個橫向刀片具有相同的高度。
從以下描述并結合以示例方式示出本發明原理的附圖將清楚本發明的其它方面和優點。
通過結合附圖參照當前優選實施例的以下描述可更好地理解本發明及其目的和優點，在這些附圖中圖1A是根據本發明優選實施例的沖模的仰視圖；圖1B是圖1A的局部放大視圖；圖2是沿圖1A中的線2-2剖取的剖面圖；圖3A是表示對稱切削刃的放大視圖；
圖3B是表示非對稱切削刃的放大視圖；圖4A至圖4D是表示用圖1A中所示的沖模沖壓無機纖維墊的剖面圖；以及圖5是具有本優選實施例的保持密封件的排氣凈化器組件的局部剖切立體圖。
具體實施例方式
現在將參照附圖描述根據本發明優選實施例的沖模11。
如圖1A所示，沖模11包括基板12；由基板12支撐的多個沖壓刀片13；以及安裝在基板12上的彈性件14。彈性件14在被擠壓時以可逆的方式彈性變形。沖模11沖壓一張無機纖維墊16，從而切割出用于纏繞用作排氣凈化器主體的過濾件42的保持密封件15。
本優選實施例的沖模11從一張無機纖維墊16切割出多個保持密封件15。保持密封件15為條帶形并具有凸部15b和凹部15a。保持密封件15具有均勻的厚度。
無機纖維墊16具有均勻的厚度，并由具有均勻彈性的氈或無紡織物形成。無機纖維墊16優選由諸如石英纖維、氧化鋁纖維、石英和氧化鋁的混合纖維、以及玻璃纖維的陶瓷纖維制成。無機纖維墊16在切割前可注入有機粘合劑，從而使該墊具有預定厚度和推斥力。所述有機粘合劑可以是諸如丙烯酸樹脂或聚乙烯醇的水溶性樹脂，或者是諸如丙烯酸橡膠或丁腈橡膠的乳膠。根據無機纖維墊16的類型、催化劑載體的類型、以及排氣凈化器主體的類型確定保持密封件15的厚度。為了降低膨松度(bulkiness)(厚度)可對無機纖維墊16進行針刺沖壓。
基板12由木材或層板(如膠合板)制成。基板12具有加工面12a。沖壓刀片13從加工面12a垂直伸出。在沖壓操作期間，基板12的加工面12a與支撐無機纖維墊16的支撐臺17平行布置。基板12以朝向支撐臺17以及離開支撐臺17的方式往復運動。沖壓刀片13通過單次沖壓操作從位于沖壓區域S的無機纖維墊16切割出多個保持密封件15。根據沖壓區域S的尺寸確定基板12的尺寸。在基板12的加工面12a中形成有刀槽12b，以接收沖壓刀片13的基端13b。刀槽12b通過例如激光加工形成。
通過根據保持密封件15的形狀彎曲一金屬帶制造沖壓刀片13。沖壓刀片13均具有根據保持密封件15成形的切削刃13a以及插入刀槽12b內的基端13b。沖壓刀片13例如為柵格形，并包括連接端形成刀片(橫向刀片)18，其形成保持密封件15的凹部15a和凸部15b；側面形成刀片(縱向刀片)19，其形成保持密封件15的縱向側面。各橫向刀片18均具有根據凹部15a和凸部15b的形狀而彎曲的切削刃。各縱向刀片19均具有線性、筆直的切削刃。橫向刀片18和縱向刀片19在多個接合點13f處焊接在一起。在單次沖壓操作期間，各橫向刀片18在兩個相鄰的保持密封件15中的一個內形成連接端(或凹部15a)，并在這兩個相鄰的保持密封件15中的另一個內形成連接端(或凸部15b)。同時各縱向刀片19形成兩個相鄰的保持密封件15的縱向側面。這樣，通過沖壓刀片13從一張無機纖維墊16切割出了多個保持密封件15和剩余邊緣部分。當使用圖1中所示的沖模11時，可同時形成36個保持密封件15。
沖壓刀片13的厚度為0.5至1.5mm，優選為0.8至1.2mm，更優選為1.0mm，然而沖壓刀片13的厚度不局限于任何具體值。當厚度為0.5mm或更大時，沖壓刀片13具有高耐用性并且抗破裂。當厚度為1.5mm或更小時，沖壓刀片13可易于通過彎曲金屬帶形成而不會影響保持密封件15的形狀。若沖壓刀片13具有適當的厚度，則切割出的各保持密封件15就不會緊緊卡在包圍各保持密封件15的沖壓刀片13之間。因此，切割出的保持密封件15可容易地被彈性件14從沖模11推出。從基板12的加工面12a到各沖壓刀片13的切削刃13a的高度h根據保持密封件15的厚度和材料確定。
如圖3A中所示，雙刃沖壓刀片13包括兩個側面13e1和13e2；分別向兩個側面13e1和13e2傾斜的兩個斜面13c和13d；以及由兩個斜面13c和13d限定的切削刃13a。兩個斜面13c和13d分別以傾角θ1和θ2傾斜。傾角θ1和θ2相同或近似相同。更具體地說，傾角θ1和θ2之差為10度或更小，優選為5度或更小，更優選為零度。只要角度差為10度或更小，沖壓刀片13的切削刃13a在壓靠無機纖維墊16時就不會向傾角較小的一側彎曲。因此，沖壓刀片13可用于進行連續沖壓。而且，可切割出多個保持密封件15而無尺寸誤差。圖3B表示傾角θ3小于傾角θ4的沖壓刀片13。切削刃13a朝側面13e1(傾角小的側面)偏離切削刃13a的中心線T。在這種情況下，在斜面13c側和斜面13d側施加到切削刃13a上的沖壓載荷不同。
傾角θ1和θ2優選為10到30度，優選為15到25度，更優選為17到22度。只要傾角θ1和θ2為10度或更大，切削刃13a就不會太鋒利或太薄。這樣，沖壓具有預定厚度及推斥力的無機纖維墊16時產生的施加載荷就不會損壞切削刃13a。另外，只要傾角θ1和θ2為30度或更小，切削刃13a就足夠鋒利從而完全切割無機纖維墊16。同樣，在受到沖壓無機纖維墊16時產生的載荷時，切削刃13a不會被損壞。只要傾角在上述范圍內，傾角θ1和θ2可以相同或不同。
用于沖壓刀片13的材料的示例包括鋼，例如碳鋼、不銹鋼、鉬鋼和特種鋼(合金鋼)；合金，例如鈷合金(鎢鉻鈷合金)和鈦合金；以及細陶瓷，例如氧化鋯和氧化鋁。可進行熱處理以提高硬度的鋼是優選的。尤其優選碳鋼，這是由于其具有相對較高的硬度和耐用性并可容易地獲得。而且，可根據其使用目的而通過改變碳含量來改變碳鋼的機械特性。碳鋼是鋼和碳的合金，并具有含量為2％或更低的碳(C)。另外，碳鋼包含少量硅、錳、磷、和硫。碳鋼分成碳含量為0.12％或更低的極軟鋼；碳含量為0.12％至0.2％的低碳鋼(軟鋼)；碳含量為0.2％至0.45％的中碳鋼(半軟鋼，半硬鋼)；碳含量為0.45％至0.8％的高碳鋼(硬鋼)；以及碳含量為0.8％至1.7％的超硬鋼。較高的碳含量會提高通過熱處理得到的硬度。較低的碳含量會提高抗銹性。碳鋼中的碳量根據無機纖維墊16的材料和用途確定。沖壓刀片13可由通過粘結多種金屬材料得到的分層材料(grad material)制成。例如，對于切削刃13a，可選地使用碳含量高的碳鋼。在這種情況下，所獲得的切削刃13a較硬。可將碳含量低的碳鋼層層壓在兩個側面13e1和13e2上。這種三層結構會提高沖壓刀片13的抗銹蝕性。在沖壓刀片13的彎曲部分可使用碳含量低的碳鋼。這會使沖壓刀片13容易彎曲從而方便制造。若無機纖維墊16由氧化鋁纖維制成，則優選的是使用碳含量高的碳鋼作為沖壓刀片13的材料。
彈性件14被安裝到基板12的加工面12a上。當將沖壓刀片13從支撐臺17移開時，彈性件14朝該支撐臺17推出被沖壓刀片13包圍并保持的各保持密封件15。彈性件14是具有均勻厚度t的彈性層。厚度t優選大于沖壓刀片的高度h。若彈性件14的厚度t小于沖壓刀片13的高度h，就會因重復沖壓操作而在彈性件14中產生磨損。在這種情況下，就不能將保持密封件15充分地推出。然而，如果彈性件14的厚度大大超過沖壓刀片13的高度h，則會導致保持密封件15壓縮變形。因此，彈性件14的厚度應當根據保持密封件15的厚度和沖壓刀片13的高度而改變。優選地，彈性件14的厚度設定成10mm或更小，更優選地是3至7mm。
用于彈性件14的材料不受具體限制，只要是在壓縮時以可逆的方式彈性變形的彈性材料即可。用于彈性件14的材料例如可以是由無機或有機纖維制成的無紡織物或氈，或者是由可膨脹材料制成的泡沫。當使用泡沫時，纖維不會纏在保持密封件中。可用于彈性件14的泡沫包括聚氨酯泡沫、聚酯泡沫、密胺樹脂泡沫、酚醛樹脂泡沫、聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、天然橡膠泡沫、合成橡膠泡沫、以及彈性體泡沫。彈性件14可由單一彈性材料制成，或者由兩種或更多種彈性材料的組合物制成。彈性件14可由單層制成，或者由相同或不同彈性材料的層壓層制成。
本發明人檢驗了多種彈性材料的磨損率。在通過一百次反復壓縮和解壓縮彈性材料之前和之后測量壓縮載荷的衰減百分比來計算各彈性材料的磨損率。磨損率低意味著材料可恢復到其初始形狀。結果表明，當經受反復壓縮時，合成橡膠泡沫呈現出最低的磨損率。因此，最優選的是彈性件14由合成橡膠泡沫制成。優選的是彈性件14的磨損率較低。合成橡膠泡沫的磨損率為2％或更低。通過連續沖壓操作將使磨損率高的彈性材料以不可逆的方式被壓縮。因此，保持密封件15不會被充分推出。
彈性件14的撓曲25％的壓縮載荷為25至120kPa，優選為30至100kPa，更優選為40至60kPa。根據美國材料試驗協會(ASTM)D1056測量撓曲25％的壓縮載荷。在沖壓期間，撓曲25％的壓縮載荷為25至120kPa的彈性件會產生足夠的將被沖壓刀片13保持的保持密封件15推出的推斥力，并且足夠柔軟從而不會改變保持密封件15的特性或形狀。
沖壓刀片13限定了多個分區部分，各分區部分均具有保持密封件15的形狀。彈性件14在基板12的加工面12a上布置在所述分區部分內。彈性件14還在加工面12a上布置在沖壓刀片13外側。位于所述分區部分內的彈性件14起到將已被壓入這些分區部分的保持密封件15從沖模11推出的作用。位于沖壓刀片13外的彈性件14將沖壓過的無機纖維墊16的邊緣部分從沖模11推出。
通過雙面膠帶或粘結劑將彈性件14粘結在除沖壓刀片13所在位置以外的幾乎整個加工面12a上。如圖2中所示，彈性件14優選不接觸沖壓刀片13。優選地，各彈性件14與沖壓刀片13的側面分隔開0到10mm的距離，以在它們之間形成間隙20。若間隙20為10mm或更大，則保持密封件15將易于卡在間隙20內，并且難以被從間隙20中推出。這會引起保持密封件15的變形。若間隙20大于0mm，則彈性件14的推斥力不會被彈性件14的側面和沖壓刀片13的側面之間的摩擦阻力降低。更優選地，間隙20為5mm。若間隙20為5mm，則彈性件14的推斥力不會被彈性件14和沖壓刀片13的側面之間的摩擦阻力降低。而且，彈性件14的推斥力將基本上作用在保持密封件15的整個表面上。
現在將參照圖4A至圖4D描述沖模11的操作。
將具有預定厚度和推斥力的無機纖維墊16放置在支撐臺17上。使無機纖維墊16位于沖模11的沖壓區域S內。使沖模11在保持與支撐臺17平行的同時下降(圖4A)。在沖模11的下降期間，彈性件14首先與無機纖維墊16相接觸。因此，使無機纖維墊16保持在彈性件14和支撐臺17之間。當沖模11進一步下降時，彈性件14被壓縮并且沖壓刀片13的切削刃13a與無機纖維墊16的上表面相接觸。當沖模11從這一狀態進一步下降時，沖壓刀片13的切削刃13a與支撐臺17相接觸，從而從無機纖維墊16切割出保持密封件15。保持密封件15被壓入所述分區部分，并被壓縮與沖壓刀片13的厚度相對應的量。當沖模11上升時(圖4C)，保持密封件15通過彈性件14的推斥力而從所述分區部分推出(釋放)。此時，沖壓刀片13的切削刃13a已從無機纖維墊16移開。然而，無機纖維墊16仍被保持在彈性件14和支撐臺17之間。這使無機纖維墊16保持在如沖壓前的原始形狀。而且，通過沖壓得到的多個保持密封件15和無機纖維墊16的外圍部分保持整齊排列并且不散開。使沖模11進一步上升直至使彈性件14從無機纖維墊16移開(圖4D)。然后將支撐臺17輸送到下一工序。沖模11的下降和上升可與輸送支撐臺17的帶式輸送機的運動協同進行。在這種情況下，沖模11可連續沖壓無機纖維墊16。
現在將參照圖5描述排氣處理裝置的組裝。在第一步驟中，使保持密封件15纏繞排氣凈化器主體(例如催化劑載體21)。將凸部15b裝配在保持密封件15的凹部15a中。這樣，可在使保持密封件15的端部不相互重疊的情況下繞催化劑載體21的整個外周纏繞保持密封件15。
將纏繞有保持密封件15的催化劑載體21壓入管狀金屬殼23。保持密封件15在被壓入管狀殼23時被彈性壓縮。保持密封件15的推斥力使催化劑載體21保持在管狀殼23內。保持密封件15還起到防護墊作用，用于防止催化劑載體21因從外側傳來的振動而撞擊管狀殼23。
所述優選實施例具有下述優點。
(1)沖壓刀片13為雙刃刀片，在分別向兩個側面13e1和13e2傾斜的斜面13c和13d之間限定有切削刃13a。切削刃13a抗變形，從而沖壓刀片13具有高耐用性。
(2)斜面13c和13d的傾角θ1和θ2之差為10度或更小。這防止了作用在切削刃13a上的沖壓載荷在斜面13c側和斜面13d側差別很大。因此，沖壓刀片13具有用于連續切割出保持密封件15的足夠耐用性。
(3)當傾角θ1和θ2大致相同時，切削刃13a位于相對于沖壓刀片13的厚度的大致中間位置T。在這種情況下，沖壓刀片13具有高切割精度，從而切割出具有相同尺寸和形狀的兩個相鄰的保持密封件15。
(4)當沖壓刀片13的材料為碳鋼時，沖壓刀片13具有優良的硬度和耐用性。例如，由氧化鋁纖維制成的大體積無機纖維墊16產生足夠的、用于保持催化劑載體推斥力。使用碳含量高從而具有優良的耐用性和硬度的碳鋼對于這種無機纖維墊16的連續沖壓尤其有效。
(5)在沖壓操作前，將放置在支撐臺17上的無機纖維墊16定位成直接面對沖壓刀片13。這防止了制造有缺陷的保持密封件。
(6)當基板12由木材制成時，可易于形成刀槽12b。
(7)由沖模11切割出的保持密封件15具有均勻的切割面和均勻的厚度。因此，使凹部15a和凸部15b形狀相同。這制造出可極好地裝配到催化劑載體21內的保持密封件15。
可如以下所述對所述優選實施例進行修改。
基板12可由金屬材料制成。
可根據沖壓刀片13使刀槽12b部分地或全部地形成在基板12的加工面12a上。沖壓刀片13均可通過諸如螺釘或螺栓的緊固件緊固到基板12上。
可在基板12上形成一通孔以與刀槽12b連通。通過將沖壓刀片13的一部分插入所述通孔內可提高該沖壓刀片13的穩定性和耐用性。
可使支撐臺17而不是沖模11上升和下降。
可以通過已知的使用磨削石或車床的磨削方法磨削金屬帶的邊緣形成沖壓刀片13的斜面13c和13d。
沖壓刀片13不局限于所示的雙刃刀片，而可以是具有逐級傾斜兩個傾角的斜面13c和13d的兩級刀片。而且，切削刃13a可在不影響切割特性的范圍內被斜切。
沖壓模11可從單片無機纖維墊16切割出一個或多個保持密封件15。
用于支撐臺17的材料不受限制。可使用任何材料，只要它能夠平行支撐無機纖維墊16并且不會損壞切削刃13a即可。用于支撐臺17的材料可例如是諸如聚丙烯樹脂、橡膠、泡沫或纖維的樹脂層壓體；或者覆蓋有這樣的樹脂、橡膠、泡沫或纖維的層壓體。
除催化劑載體21外，保持密封件15還可纏繞柴油機微粒過濾器(DPF)。
在沿切削刃13a的不同位置處傾角θ1和θ2可相同或不同。
現在將更詳細地描述所述優選實施例的示例。
將具有表1中所示的傾角θ1和θ2的刀片固定到基板12上，以制備試驗例1至6的沖模。刀片厚度為1mm。通過進行下述步驟測量試驗例1至6中的沖模刀片的耐用性。
耐用性試驗將氧化鋁纖維墊16放在支撐臺17上，并通過試驗例1至6中的每一個以相同壓力沖壓。重復沖壓直至出現下述異常中的至少一種。所述異常分類成異常1-錈刃(blade chipping)或刀片變形；異常2-保持密封件不完全切割；以及異常3-沖壓出的保持密封件的尺寸和初始尺寸之差為1mm或更大(尺寸異常)。計數出現異常前連續沖壓的次數。結果在表1中示出。
表1
從表1的結果中可以看出，當傾角θ1和θ2之差超過10度時以及兩側面13e1和13e2的傾角不在10至30度的范圍內時可連續沖壓的次數減少。當傾角θ1和θ2小于10度時，出現尺寸異常(異常1)。認為得到這樣的結果是由于切削刃彎曲從而切削刃從其原始位置移動。當傾角θ1和θ2超過30度時出現不完全切割。認為得到這樣的結果是由于輕微的錈刃而大大降低了切割能力。可連續沖壓次數的減少降低了保持密封件的生產效率。
將日本特開2001-316965號公報的內容結合于此以作參考。
本領域的技術人員應當清楚，在不背離本發明的精神或范圍的情況下，可以以許多其它具體形式實施本發明。因此，這些示例和實施例應看作是示例性的而非限制性的，并且本發明不局限于這里給出的細節，而是可在所附權利要求的范圍及等同物內進行修改。
相關申請的交叉引用本申請基于2005年7月25日提出的在先日本專利申請NO.2005-21503，并要求其優先權，將該申請的全部內容結合于此以作參考。
權利要求
1.一種沖模(11)，用于沖壓一張無機纖維墊(16)，以制造用于纏繞排氣凈化器主體(21)的保持密封件(15)，該沖模的特征在于雙刃沖壓刀片(13)，其由基板(12)支撐，用于沖壓所述無機纖維墊以切割出所述保持密封件。
2.根據權利要求1所述的沖模，其特征在于，所述沖壓刀片包括兩個側面(13e1，13e2)；相對于所述兩個側面傾斜的兩個斜面(13c，13d)；以及限定在所述兩個斜面之間的切削刃(13a)，其中所述兩個斜面以相同或不同的傾角(θ1，θ2；θ3，θ4)傾斜。
3.根據權利要求2所述的沖模，其特征在于，所述兩個斜面的傾角都為10至30度。
4.根據權利要求2所述的沖模，其特征在于，所述兩個斜面的傾角之差為10度或更小。
5.根據權利要求1所述的沖模，其特征在于，所述沖壓刀片由碳鋼制成。
6.根據權利要求1所述的沖模，其特征在于，所述無機纖維墊由氧化鋁纖維制成。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的沖模，其特征在于，所述沖壓刀片為柵格形，并在單次沖壓中從所述無機纖維墊切割出多個保持密封件。
8.根據權利要求7所述的沖模，其特征在于，所述沖壓刀片包括多個平行且筆直的縱向刀片(19)；以及多個橫向刀片(18)，它們與所述縱向刀片垂直相交并彎曲，從而在各保持密封件中形成凸部(15b)和用于接收該凸部的凹部(15a)，其中所述縱向刀片和所述橫向刀片被焊接在一起。
9.根據權利要求8所述的沖模，其特征在于，所述多個縱向刀片和所述多個橫向刀片具有相同的高度(h)。
10.一種用于從一張無機纖維墊制造纏繞排氣凈化器主體的保持密封件的方法，該方法包括通過將雙刃沖壓刀片支撐在基板上形成根據權利要求1所述的沖模；以及用該沖模沖壓所述無機纖維墊以形成保持密封件。
全文摘要
一種沖模(11)，用于沖壓一張無機纖維墊(16)以制造用于纏繞排氣凈化器主體(21)的保持密封件(15)。該沖模包括基板(12)。由基板支撐的雙刃沖壓刀片(13)沖壓所述無機纖維墊以切割出所述保持密封件。
文檔編號F01N3/00GK1904196SQ20061007452
公開日2007年1月31日 申請日期2006年4月21日 優先權日2005年7月25日
發明者大角史朗 申請人:揖斐電株式會社