高強度後處理金屬載體單元的製作方法
2023-05-26 16:26:21
專利名稱：高強度後處理金屬載體單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高強度後處理金屬載體單元，應用於汽車尾氣的D0C、SCR、DPF或POC後處理行業。
背景技術：
當前，全球面臨能源和環境的綜合挑戰。在傳統汽車的排放達標的技術手段選擇方面，人們仍然面臨不少的難題，例如，如何選擇後處理的載體和催化劑等方面。後處理載體是構成車用後處理平臺的關鍵因素，截止到目前為止，在後處理載體方面絕大多數是進口的陶瓷載體，這種陶瓷載體的機械強度稍差，不太適應於中國的實際情況；同樣，一些特殊結構的成熟的金屬載體也是被國外的技術和專利壟斷，成 為制約中國後處理產業發展的關鍵因素。因此，如何獲得低成本和高性能的後處理載體是推進該領域技術進步的核心內容。根據車用後處理器的使用工況，以及對載體的綜合技術要求，金屬蜂窩、金屬泡沫、金屬絲網、金屬纖維和無機纖維也是載體材料的不錯的選項。後處理所用的陶瓷載體，通常都是採用專用的金屬陶瓷的3M襯墊『包括』住載體，並把載體和殼體封裝固定在一起，滿足車輛的冷態和熱態的抗振動要求，但是，一方面材料的成本較高，另一方面封裝必須採用機器人生產線，影響產品的競爭力。而上述所用的金屬載體單元，在封裝時就不適合使用這種金屬陶瓷的3M襯墊。這裡，並不是說金屬材質的載體的封裝就沒有一點問題，相反，要滿足車輛的冷態和熱態的抗振動要求也必須採取多種技術措施；例如，可以把柱狀的金屬材質的載體整體在真空釺焊爐內進行釺焊處理，此工藝，雖然能很好的解決載體單元的強度問題，但是，設備成本和生產工藝的成本高昂，也完全不符合低碳節能環保的綠色工藝過程的特點；也可以把柱狀的金屬材質的載體兩端加裝支撐結構，也可以在柱狀的金屬材質的載體之間『橫穿加強筋』等等，這些措施都改變了載體的最基本的氣流場的分布均勻性，結果是『局部受力不均』，在通過GB或HJ振動試驗時產生位移等形式的損害。同樣，市場上已經有各類金屬絲網結構的金屬載體出現，但是，對這類樣件在規定的50(Tl000h的臺架老化試驗中存在不同程度的堵塞問題，實測樣件的背壓指標檢測大於15kpa，最高達到23kpa，背壓較高時將導致車輛燃油經濟性變差，出現這些堵塞問題的原因歸結到底是這類載體的宏觀結果和微觀結構的優化存在問題，也就是在增加過濾面積(濾床體積)的同時應該優化氣流通道；
在中國專利信息平臺，以『後處理載體封裝』、『後處理殼體封裝』和『殼體封裝』進行檢索，申請(專利)號為CN201010522911. 2的『一種尾氣淨化用金屬載體及其加工方法』的專利是卷繞而成的波片和平片通過耐高溫的黏膠連接的方法；申請(專利)號為CN200510024944. 3的『汽車尾氣淨化器催化劑金屬載體及其製備方法』的專利是泡沫金屬的結構；申請(專利)號為CN200910262284. 0的『尾氣淨化器用金屬載體』的專利是一種多層交替疊合的U型平板及U型波形板構成；申請(專利)號為CN200910177855. O的『一種耐高溫的金屬載體』的專利是外殼內壁塗布鎳基釺焊粉及粘結劑進行高溫焊接製作金屬載體；申請(專利)號為CN201110048031.0的『一種用於固定源尾氣脫硝的蜂窩狀金屬絲網催化劑及製備』的專利是蜂窩狀金屬載體的催化劑的製備；申請(專利)號為CN98125354. 7的『催化劑用金屬載體』的專利是具有一個呈圓筒形並含有多個沿軸線方向延伸的通氣孔的蜂窩狀結構體；申請(專利)號為CN200710010359. 7的『一種具有氧化鋁塗層的蜂窩狀金屬絲網載體及其製備方法』的 專利是將多個平板狀和多個瓦楞狀金屬絲網加工製成帶有塗層的蜂窩狀金屬絲網載體；申請(專利)號為CN200720088652. O的『機動車三元催化淨化器金屬載體的波紋帶及其金屬載體』的專利是由多層波紋帶與平板帶的疊合層卷制焊接成的蜂窩狀柱體；申請(專利)號為CN201020206068. 2的『孔網式催化轉化器』的專利是由孔網式金屬載體是由多條金屬波紋網帶交叉重疊或由多條金屬波紋網帶與金屬平板網帶交叉重疊組成；申請(專利)號為CN201020532458. 9的『一種摩託車的尾氣淨化金屬載體』的專利是多個呈直通孔狀結構的過濾孔，過濾孔內間隔設置有若干起阻流作用的徑向波紋的蜂窩載體；分析認為上述專利於本發明沒有近似性。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高強度後處理金屬載體單元，其對現有的後處理載體的性能和結構進行了優化，降低了堵塞的風險，增加了振動試驗通過的機率，具備實用性和先進性。本發明的技術方案是這樣實現的金屬過濾基片採用長度為D3=400(T9000mm，厚度為0. 5^4. 5mm,寬度為Dl=15(T500mm的金屬絲網、燒結氈和汽液過濾網，以及兩條或以上的由汽液過濾網擰成的直徑為D2的在其上正弦分布的金屬繩的組合的濾片卷繞而成；
所述的汽液過濾網擰成的直徑為D2=3 30mm的兩條金屬繩，呈正弦對稱分布在過濾基片的長度上；
所述的金屬繩的分布由D來控制，D= (1/20^1/400) XD3 ；
所述的金屬過濾基片的加工方法如下將金屬過濾基片平放在模具上，用契型錨釘固定，然後把2組直徑為D2的金屬繩按照正弦形狀纏繞，沿長度方向，從一端到另一端；然後從一端開始卷繞成需要的形狀，用SUS304不鏽鋼殼體封裝載體單元；
所述的金屬繩為超過兩條呈正弦或非正弦對稱分布在金屬過濾基片上。本發明的積極效果是通過卷繞前的濾片進行微觀結構的優化，發明了金屬繩支撐的『濾片單元』，在載體宏觀規整的前提下，營造圍觀的不規整，使卷繞後的載體存在豐富的『契型空間』，增加了氣體濾過的面積，減少了被堵塞可能，在使用中具有積極意義。
圖I為濾片切割的示意圖。圖2為模板以及繩的纏繞示意圖。圖3模板原理示意圖。圖4是卷繞後的樣件示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進一步描述，實施例為進一步闡明本發明的特點，不等同於限制本發明，對於本領域的技術人員依照本發明進行的更改，均應包含在本發明的保護範圍之內。一種高強度後處理金屬載體單元，其特徵在於金屬過濾基片I採用長度為D3=400(T9000mm，厚度為0. 5 4. 5mm，寬度為Dl=15(T500mm的金屬絲網、燒結氈和汽液過濾網，以及兩條或以上的由汽液過濾網擰成的直徑為D2的在其上正弦分布的金屬繩2的組合的濾片卷繞而成；
所述的汽液過濾網擰成的直徑為D2=3 30mm的兩條金屬繩2，呈正弦對稱分布在過濾基片I的長度上。所述的金屬繩2的分布由D來控制，D= (1/20^1/400) XD3。所述的金屬過濾基 片I的加工方法如下將金屬過濾基片I平放在模具4上，用契型錨釘3固定，然後把2組直徑為D2的金屬繩2按照正弦形狀纏繞，沿長度方向，從一端到另一端；然後從一端開始卷繞成需要的形狀，用SUS304不鏽鋼殼體封裝載體單元。所述的金屬繩2為超過兩條呈正弦或非正弦對稱分布在金屬過濾基片I上。實施例I
如圖1-4所示，取0. Imm絲徑的SUS304不鏽鋼的編織網，長度Dl=5000mm，寬度D3=300mm, D=l/100XD3=50mm，一側正弦線100個，兩側共200個；把濾片I固定在模板上；採用2層的寬度為15mm的0. 3mm絲徑的SUS304不鏽鋼的汽液過濾網擰成直徑約4. 5mm的繩2,製備長度約為62000mm,三棍機碾壓一次,扁平化,厚度為2mm ;固定繩的一端,使之在模板上纏繞成兩條類似正弦狀，剪掉多餘的繩；然後沿長度方向的一端為『芯』卷繞，製成車用高強度後處理金屬載體單元，如圖4所示；
採用厚度為I. 5mm的SUS304不鏽鋼板作為殼體板,製備出內徑為300mm,高度為340mm筒狀殼體，用此筒狀殼體把金屬載體單元芯封裝焊接，兩端各用齒板擋條焊接固定，完成了高強度後處理金屬載體單元的製備；
採用型號為DC-20000-200綜合振動臺，把本發明的高強度後處理金屬載體單元按要求固定在檯面上，測量原始位置尺寸，垂直振動，試驗條件為室溫，加速度為28g，位移量為I. 4mm，頻率為100Hz，時間為5h ;試驗結束後檢測位移量為O。實施例2
取厚度為I. 2mm的SUS304不鏽鋼纖維的燒結氈，長度D3=5000mm，寬度D3=300mm，D=l/100XD3=50mm, 一側正弦線100個，兩側共200個；採用三輥機把製備的濾片滾壓一次，邊角更為整齊，使之規整的濾片；把濾片固定在模板上；採用2層的寬度為15mm的0. 3mm絲徑的SUS304不鏽鋼的汽液過濾網擰成約4. 5mm的繩，製備長度約為62000mm，三輥機碾壓一次，扁平化，厚度為2mm ;固定繩的一端，使之在模板上纏繞成兩條類似正弦狀，剪掉多餘的繩；然後沿長度方向的一端為『芯』卷繞，製成車用高強度後處理金屬載體單元；
採用厚度為I. 5mm的SUS304不鏽鋼板作為殼體板,製備出內徑為300mm,高度為340mm筒狀殼體，用此筒狀殼體把此載體單元芯封裝焊接，兩端各用齒板擋條焊接固定，完成了高強度後處理金屬載體單元的製備，如圖4所示；
採用型號為DC-20000-200綜合振動臺，把本發明的高強度後處理金屬載體單元按要求固定在檯面上，測量原始位置尺寸，垂直振動，試驗條件為室溫，加速度為28g，位移量為I. 4mm，頻率為100Hz，時間為5h ;試驗結束後檢測位移量為小於2mm。實施例3
取6層的0. 3mm絲徑的SUS304不鏽鋼的汽液過濾網，長度D3=4000mm，寬度D3=300mm，三輥機碾壓一次，取D=l/100XD3=50mm，一側正弦線100個，兩側共200個；把濾片固定在模板上；採用2層的寬度為15mm的0. 3mm絲徑的SUS304不鏽鋼的汽液過濾網擰成約4. 5mm的繩，製備長度約為62000mm,三棍機碾壓一次,扁平化,厚度為2mm ;固定繩的一端,使之在模板上纏繞成兩條類似正弦狀，剪掉多餘的繩；然後沿長度方向的一端為『芯』卷繞，製成車用高強度後處理金屬載體單元，如圖4所示；
採用厚度為I. 5mm的SUS304不鏽鋼板作為殼體板,製備出內徑為300mm,高度為340mm 筒狀殼體，用此筒狀殼體把此載體單元芯封裝焊接，兩端各用齒板擋條焊接固定，完成了高強度後處理金屬載體單元的製備；
採用型號為DC-20000-200綜合振動臺，把本發明的高強度後處理金屬載體單元按要求固定在檯面上，測量原始位置尺寸，垂直振動，試驗條件為室溫，加速度為28g，位移量為
I.4mm，頻率為100Hz，時間為5h ;試驗結束後檢測位移量為O。本發明的濾片的材料是金屬絲網、燒結氈和汽液過濾網，上述幾種材料在市場上作為普通的商品很容易獲得；金屬絲網、燒結氈和汽液過濾網必須是SUS304以上規格的不鏽鋼材料，以滿足其防腐蝕和防鏽的要求；商品化的金屬絲網的絲徑只能選用0. ro. 3mm之間的規格，絲徑過大卷繞難度加大，絲徑過小強度過低；另外，為方便卷繞，燒結氈的厚度應該控制在5mm以下；同樣,汽液過濾網的絲徑也應該在0. 2^0. 35mm之間,推薦一張濾片應該採用2 4層的汽液過濾網疊在一起；
所述的金屬繩是採用汽液過濾網的窄條按照擰繩的辦法擰成直徑為D2=3 30_的金屬繩，此金屬繩以一定形狀分布在兩個金屬濾片的之間，即起到支撐的作用，藉助於繩的作用，在濾片之間形成微隙，這些微隙可以讓尾氣的氣流通過，但是由於不是直通孔，濾片就把尾氣中的PM截留下來，在濾片上的催化劑的作用下被除去；為保證汽液過濾網的窄條擰成的繩能保持形狀，可以採用與金屬加工行業類似的『拉拔磨具』，把繩經過廣2次的來回拉拔，即可部分消除彈力，保證繩的形狀；也可以採用三輥機碾壓一次，稍微扁平化，消除其彈性；事實上，採用較大的卷繞力時，卷繞前的圓形的金屬繩在卷繞後也可以成為扁平狀金屬線繩；繩的直徑可以採用擰繩之前所用『網的寬度或厚度』的大小來保證；為保證載體單元的強度，本發明的繩的擺放是正弦分布，有時，在張緊力的作用下也可能變成類似正弦，當然，也可以是其它尖角分布的形狀，這在本領域的技術人員都可以實現，如圖I所示；金屬繩2的直徑選為D2=3 30mm，當D2太小時，在卷制壓力的作用下，微隙可能太小，甚至消失；相反，當D2過大時，微隙的空間足夠大，但是使整個載體的有效過濾體積(面積)縮小，無法實現最佳效果；D2直徑較小可以製備過濾隙較小的精細載體單元，相反，D2較大時可以製備過濾隙較大的一般精度的載體單元；金屬繩的表面是凹凸不平的粗糙表面，當有一定的卷繞力時，很容易和過濾基片互相咬合和約束成為一體，有利於改善載體單元的整體強度，這也是不能採用其它的『實心』的金屬絲替代金屬繩的原因；金屬繩具有一定的彈性，但是一旦完成卷繞後，在濾片壓緊力和軸向以及徑向張力的作用下，將保持其形狀不變；
金屬繩的分布由D來控制，本發明的D= (l/2(Tl/400)XD3，其中，當D過大時，即正弦線分布過少，例如僅僅分布3 4個正弦形狀，環繞後很難形成均勻的契型氣隙，因此，本發明的D最小為長度D3的1/400，即當長度為4000mm時，D=IOmm,分布400個契型氣隙，起到氣流分布的均化作用，反之，如果當D過小，即正弦線分布過多，例如多於400個以上的正弦線,不僅生產工藝複雜,效率低下,可能會大大增加載體的質量,影響成本；
本發明的一種高強度後處理金屬載體單元，金屬過濾基片的Dl=15(T500mm，D3=4000^9000mm,以及厚度為0. 5^4. 5mm是考慮到本發明所形成的產品可以覆蓋從輕型車到重型車的完整產品線；
本發明的一種高強度後處理金屬載體單元，需要一個模具或模板來完成製作，該模板的結構如圖2和3所示，模板4的特點是均勻分布若干的契型錨釘，鉚釘3的高度和契型角度以適合固定和卷繞為目的；在載體製作中事先把過濾基片平放在模具上，用契型錨釘固定，由於濾片I是多孔的，因此，錨釘可以穿透並限位濾片；然後把2組直徑為D2的金屬繩2按照類似正弦形狀纏繞，即沿長度方向，從一端到另一端；然後從一端開始卷繞成需要的 形狀；採用SUS304不鏽鋼殼體封裝成載體單元；
按照本發明製作的載體單元，這樣，不論進口端或出口端都分布許多個均勻分布的契型緩衝空間，尾氣只能通過濾片的本體進行過濾，不存在直通孔隙，該結構在不降低過濾效果的情況下降低背壓，延長更換和維修間隔，因此，作為後處理載體，該產品可以用作DOC、POC和SCR的載體；
本發明的一種高強度後處理金屬載體單元，根據實際車輛發動機的實際排量，從輕型車到重型車，後處理器載體的體積為3 40D3之間。
權利要求
1.一種高強度後處理金屬載體單元，其特徵在於金屬過濾基片採用長度為D3=400(T9000mm，厚度為0. 5 4. 5mm,寬度為Dl=15(T500mm的金屬絲網、燒結氈和汽液過濾網，以及兩條或以上的由汽液過濾網擰成的直徑為D2的在其上正弦分布的金屬繩的組合的濾片卷繞而成； 根據權利要求I所述的一種高強度後處理金屬載體單元，其特徵在於所述的汽液過濾網擰成的直徑為D2=3 30mm的兩條金屬繩，呈正弦對稱分布在金屬過濾基片的長度上。
2.根據權利要求I所述的一種高強度後處 理金屬載體單元，其特徵在於所述的金屬繩的分布由D來控制，D= (1/20^1/400) XD3。
3.根據權利要求I所述的一種高強度後處理金屬載體單元，其特徵在於所述的金屬過濾基片的加工方法如下將金屬過濾基片平放在模具上，用契型錨釘固定，然後把2組直徑為D2的金屬繩按照正弦形狀纏繞，沿長度方向，從一端到另一端；然後從一端開始卷繞成需要的形狀，用SUS304不鏽鋼殼體封裝載體單元。
4.根據權利要求I所述的一種高強度後處理金屬載體單元，其特徵在於所述的金屬繩為超過兩條呈正弦或非正弦對稱分布在金屬過濾基片上。
全文摘要
本發明涉及高強度後處理金屬載體單元，其特徵在於採用金屬絲網、燒結氈或汽液過濾網作為基體，在長度方向的中心軸線兩側各分布了一定直徑的正弦形狀的汽液過濾網擰成的繩，從一端卷繞製作的車用高強度後處理金屬載體單元，這樣，金屬絲網、燒結氈或汽液過濾網的層與層之間獲得很好的徑向支撐，不論進口端或出口端都分布許多個均勻的契型緩衝空間，在不降低過濾效果的情況下降低背壓，延長更換和維修間隔，因此，作為後處理載體，該產品可以用作DOC、POC、DPF和SCR的載體，具有一定的實際意義和較高的實用價值。
文檔編號F01N3/28GK102720564SQ20121023881
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者劉忠政, 孫國靜, 崔龍, 張克金, 張喆, 王丹, 米新豔, 陳慧明, 魏傳盟 申請人:中國第一汽車股份有限公司