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Description
Filière d'extrusion pour moulage par extrusion en nids d'abeilles et son procédé de fabrication Arrière-plan de l'invention et déclaration de technique relative.
Domaine de l'invention.
La présente invention est relative à une filière d'extrusion pour moulage par extrusion en nids d'abeilles et son procédé de fabrication.
Description de la technique relative.
Un catalyseur classique de purification des gaz d'échappement pour automobiles est ce qu'on appelle un catalyseur nids d'abeilles dans lequel un composant de catalyseur est porté sur chaque surface de cellule d'un support céramique nids d'abeilles (structure en nids d'abeilles). Comme la résistance dans la direction axiale de celui-ci est plus élevée que la résistance dans la direction transversale (radiale), on a utilisé une construction dans
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laquelle le support en nids d'abeilles est fixé dans la direction axiale.
Dans ce cas, pour empêcher une rupture près de la partie périphérique extérieure lorsque le support nids d'abeilles est fixé dans la direction axiale, les parois de cellules (nervures) dans la section périphérique externe sont rendues plus épaisses que celles de la section intérieure, ce qui fait que la résistance à la compression axiale du support nids d'abeilles augmente.
Cependant, ces dernières années, une diminution de perte de pression du catalyseur nids d'abeilles a été requise en réponse à une tendance pour un rendement plus élevé des moteurs, et on a requis une utilisation efficace de tout le support de catalyseur en réponse à un contrôle renforcé des gaz d'échappement. Pour satisfaire à ces exigences, on a commencé à utiliser une construction dans laquelle le support de catalyseur nids d'abeilles n'est pas fixé dans la direction axiale, mais est principalement fixé sur la surface périphérique extérieure du support de catalyseur nids d'abeilles.
Une raison pour cela est que comme le volume du catalyseur augmente et que la masse du catalyseur augmente avec un contrôle renforcé des gaz d'échappement, la fixation axiale ne peut maintenir le support nids d'abeilles suffisamment contre les vibrations du moteur à cause d'une petite zone de fixation.
D'autre part, également, pour augmenter la performance purificatrice du catalyseur, on a décidé de diminuer la capacité de chaleur du catalyseur et d'améliorer les caractéristiques de mise en fonctionnement de la performance purificatrice en diminuant l'épaisseur de paroi de cellule du support nids d'abeilles pour réduire le poids du support nids d'abeilles.
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Par conséquent, on a tendance à diminuer encore davantage par une paroi de cellule plus mince la résistance à la fracture contre la pression externe en provenance de la surface périphérique extérieure du support nids d'abeilles.
En outre, étant donné que le contrôle des gaz d'échappement a encore été récemment renforcé, la température des gaz d'échappement a augmenté d'année en année pour améliorer les conditions de combustion du moteur et pour augmenter la performance purificatrice de catalyseur. Aussi, l'exigence d'une résistance aux chocs thermiques du support nids d'abeilles en est devenue draconienne.
Donc, la paroi de cellule plus mince, l'utilisation d'un procédé de fixation de la surface périphérique extérieure du support nids d'abeilles et l'augmentation de la température des gaz d'échappement ont présenté de graves problèmes pour déterminer l'épaisseur de paroi de cellule et de la paroi extérieure du nids d'abeilles, l'augmentation de la résistance isostatique de la structure en nids d'abeilles et la grande précision pour la forme extérieure et la forme des parois.
Compte tenu de la situation décrite ci-dessus, la Demande de brevet japonais n 2000-236122 a proposé une structure céramique en nids d'abeilles 1 représentée aux Fig. 9 et 10.
Comme c'est montré à la Fig. 9, la structure céramique en nids d'abeilles 1 est constituée d'une pluralité de parois de cellules contiguës (nervures) 2 formant un composite de cellule et une paroi extérieure 4 qui entoure et fixe une cellule la plus extérieure située à la périphérie extrême du composite de cellule et est composé
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d'un composite faite d'une pluralité de trous traversants (cellules) divisés par les parois de cellule 2.
Egalement, comme c'est montré à la Fig. 10, la structure céramique nids d'abeilles 1 a des cellules périphériques les plus à l'extérieur 8 situées le plus près de la paroi extérieure 4, et la deuxième cellule 9, de l'intérieur à partir de la cellule périphérique la plus extérieure 8, est continue. Les parois de cellules 2 sont largement divisées en parois de cellule périphérique extérieures 2a ayant une large épaisseur de paroi et des parois de cellule basiques 2b ayant une petite épaisseur de paroi.
De ce fait, en comparaison avec la structure céramique nids d'abeilles classique, la structure céramique nids d'abeilles décrite ci-dessus peut réaliser une harmonie bien équilibrée entre les inconvénients liés à une perte accrue de pression et une moindre résistance aux chocs thermiques et les avantages liés à une résistance isostatique accrue et une grande précision des formes des parois et de la structure nids d'abeilles, de sorte qu'on envisage cette structure céramique nids d'abeilles comme un support de catalyseur purifiant les gaz d'échappement pour automobiles ou autres de même genre.
Une filière d'extrusion utilisée lorsque la structure nids d'abeilles sus-décrite est moulée par extrusion est, par exemple, une qui est représentée à la Fig. 1. Généralement, une étroite partie en fente (par exemple, 2 mil [environ 0,05 mm] ) d'une section intérieure 22 est usinée par meulage ou par décharge électrique par fil, et une large partie en fente (par exemple 3 mil [environ 0,075 mm] ) d'une section périphérique
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extérieure 24 est usinée par décharge électrique en utilisant une électrode au carbone.
Malheureusement pour la filière d'extrusion 10 sus-décrite, comme la largeur de fente de la partie intérieure 22 et la largeur de fente de la section périphérique extérieure 24 sont différentes l'une de l'autre, si les fentes ne sont usinées que par meulage en utilisant une meule en forme de disque, il se forme, près de la limite entre la section intérieure 22 et la section périphérique extérieure 24, un lieu géométrique (partie hachurée à la Fig. 5(b)) qui s'explique par la profondeur de coupe de la meule et l'arc de contact, par exemple comme représenté à la Fig. 5 (b), ceci explique la différence entre la profondeur de fente L1 de la partie large dans la direction X et la largeur de fente L2 de la partie large dans la direction Y.
Par conséquent, la structure céramique nids d'abeilles, qui est moulée par extrusion en utilisant la filière d'extrusion décrite ci-dessus, présente un problème en ce qu'il se produit des défauts de déformation de cellules 30 à la limite entre la paroi de cellule périphérique extérieure 2a et la paroi de cellule basique 2b, comme c'est montré aux Fig. 6 et 7.
Egalement, la partie large de fente de la section périphérique extérieure 24 est usinée par décharge électrique en utilisant une électrode au carbone, et en particulier lorsqu'une filière d'extrusion avec une largeur de fente de 2 à 3 mil (environ 0,05 à 0,075 mm) ou plus étroite est fabriquée, la précision d'usinage (2 à 3 m) de la largeur de fente est insuffisante. Egalement, il y a une différence de rugosité de surface de la surface usinée
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entre l'usinage par meulage et l'usinage par décharge électrique. Par conséquent, le rapport de rugosité de surface de la section périphérique extérieure 24 à section intérieure 25 est aussi élevé que 10 ou plus, ce qui pose un problème de motif d'extrusion médiocre de la filière d'extrusion.
En outre, pour la filière d'extrusion 10 décrite ci-dessus, comme la largeur de fente de la section intérieure 22 est différente de la largeur de fente de la section périphérique extérieure 24, si le moulage par extrusion est réalisé tel quel, la vitesse de moulage dans la section périphérique extérieure 24 est plus élevée que la vitesse de moulage de la section intérieure 22 en fonction de la coulabilité du matériau brut à mouler. Par conséquent, il survient un problème en ce que la motif est boudiné, et donc une structure nids d'abeilles faussée 50 est susceptible de se produire, comme c'est montré à la Fig. 8.
Résumé de l'invention.
L'invention a été réalisée pour résoudre les problèmes ci-dessus de la technique relative, et en conséquence, un objet de celle-ci est de procurer une filière d'extrusion pour un moulage par extrusion en nids d'abeilles dans lequel même dans une structure en nids d'abeilles dans laquelle les parois formant les cellules sont minces et la densité de cellule est différente suivant l'emplacement et faible, une précision dimensionnelle et une résistance plus élevées peuvent être fournies en empêchant les défauts de déformation de cellule et une mauvaise formation de la paroi externe, comme un motif boudiné, ainsi qu'un procédé de fabrication de celle-ci.
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Pour réaliser l'objet ci-dessus, l'invention procure une filière d'extrusion pour moulage par extrusion en nids d'abeilles qui comprend des trous arrière pour introduire un matériau brut à mouler et des fentes pour extruder ledit matériau brut, et est utilisé pour un moulage par extrusion d'une structure en nids d'abeilles, dans laquelle ladite filière d'extrusion comporte une section intérieure, une section périphérique extérieure, et une section périphérique la plus extérieure ; largeur de la fente disposée dans ladite section périphérique extérieure étant plus large qu'une largeur de la fente disposée dans ladite section intérieure ;
lorsqu'une rugosité de surface (Ra) des fentes dans ladite section intérieure et ladite section périphérique extérieure est de 0,1 m ou plus petite ou lorsque la rugosité de surface (Ra) des fentes dans ladite section intérieure et ladite section périphérique extérieure dépasse 0,1 m, la relation entre la rugosité de surface a de la fente dans ladite section intérieure et la rugosité de surface b de la fente dans ladite section périphérique extérieure satisfait à la condition que 0,1 < a/b < 10.
A ce moment, la section intérieure est de préférence disposée de manière plus concave que la section périphérique extérieure, et une différence en largeur de fente entre la section périphérique extérieure et la section intérieure est de préférence de 5 à 50 m.
Dans l'invention, le nombre de fentes dans la section périphérique extérieure est de préférence de 1 à 20, et la largeur de la fente disposée dans la section périphérique la plus extérieure est de préférence plus grande que la largeur de la fente disposée dans la section
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intérieure.
Egalement, dans l'invention, il est préférable que toutes les fentes soient obtenues par formation de rainures croisées ou en réseau, et que le rapport des profondeurs de fente dans une partie large à chaque intersection doive être de 10 :7 10 :10, une différence en valeur absolue de la profondeur de fente dans la partie large doive être plus petite que 0,2 mm, et que toutes les fentes doivent être formées par usinage en utilisant une meule.
En outre, dans l'invention, toutes les fentes sont de préférence soumises à un revêtement dur avec une épaisseur de film de 1 à 150 m pour être finies à une dimension de fente prédéterminée et le revêtement dur est de préférence un placage chimique ou CVD.
Egalement, l'invention procure un procédé de fabrication pour une filière d'extrusion pour moulage par extrusion nids d'abeilles qui est utilisée pour un moulage par extrusion d'une structure en nids d'abeilles, ladite filière d'extrusion ayant des trous arrière pour introduction du matériau brut à mouler et des fentes pour extruder ledit matériau brut, les fentes étant formées dans une section intérieure, une section périphérique extérieure et une section périphérique la plus extérieure de la filière d'extrusion, et les fentes ayant une largeur de fente différente dans chaque section, le procédé de fabrication comprenant l'usinage d'un corps en métal au moyen d'une meule pour former toutes lesdites fentes de la filière d'extrusion.
Dans l'invention, on préfère que toutes les fentes soient obtenues par formation de rainures croisées ou en réseau et que le rapport de profondeurs de fente dans une
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partie large à chaque intersection soit de 10 :7 10 :10, qu'une différence de valeur absolue de profondeur de fente dans la partie large soit plus petite que 0,2 mm.
Egalement, dans l'invention, toutes les fentes sont de préférence soumises à un revêtement dur avec une épaisseur de film de 1 à 150 m pour être finies à une dimension de fente prédéterminée et le revêtement dur est de préférence un placage chimique ou CVD.
En outre, dans l'invention, on préfère que l'usinage, en utilisant une meule, soit effectué tout en ajustant de manière appropriée la profondeur de coupe de la meule pour que la profondeur de fente à une intersection de fente soit rendue optimale.
Brève description des dessins.
Les Fig. l(a) et l(b) sont des vues montrant un exemple d'une filière d'extrusion pour un moulage par extrusion en nids d'abeilles, la Fig. l(a) étant une vue de face et la Fig. l(b) étant une vue en perspective partiellement agrandie de la partie B de (a); les Fig. 2(a) et 2 (b) des vues qui illustrent un procédé d'usinage à la meule pour une filière d'extrusion pour un moulage par extrusion en nids d'abeilles suivant l'invention, la Fig. 2(a) étant une vue schématique, et la Fig. 2 (b) une vue agrandie d'une partie essentielle de (a); la Fig. 3 est une vue partielle transversale montrant un exemple d'une filière d'extrusion pour un moulage par extrusion en nids d'abeilles suivant l'invention;
la Fig. 4 est une vue partiellement transversale
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montrant un autre exemple d'une filière d'extrusion pour un moulage par extrusion en nids d'abeilles suivant l'invention; les Fig. 5(a) et 5 (b) des vues qui illustrent un procédé d'usinage à la meule pour une filière d'extrusion classique pour un moulage par extrusion en nids d'abeilles, la Fig. 5(a) étant une vue schématique et la Fig. 5 (b) une vue agrandie d'une partie essentielle de (a); la Fig. 6 est une vue schématique représentant l'état dans lequel la déformation de cellule d'une structure en nids d'abeilles se produit; la Fig. 7 est une vue agrandie d'une partie essentielle de la Fig. 6; la Fig. 8 est une vue en perspective montrant un exemple d'une structure en nids d'abeilles défectueuse avec un motif boudiné;
les Fig. 9(a) et 9 (b) des vues explicatives montrant schématiquement un exemple d'une structure céramique en nids d'abeilles, la Fig. 9(a) étant une vue en perspective et la Fig. 9 (b) une vue en plan, et la Fig. 10 est une vue partiellement agrandie d'une partie A de la Fig. 9(b).
Description détaillée de la forme de réalisation préférée.
Une forme de réalisation de l'invention sera à présent décrite en détail avec référence aux dessins annexés.
Les Fig. l(a) et l(b) sont des vues représentant un exemple de filière d'extrusion pour moulage par extrusion en nids d'abeilles, la Fig. l(a) étant une vue de face et la Fig. l(b) étant une vue en perspective partiellement
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agrandie de la partie B de (a).
Comme on peut le voir à la Fig. 1, la filière d'extrusion suivant l'invention est une filière d'extrusion 20 qui a des trous arrière 16 pour l'introduction d'un matériau brut à mouler et des fentes 12 et 14 pour extruder le matériau brut, et est utilisé pour un moulage par extrusion d'une structure en nids d'abeilles.
La filière d'extrusion 20 est constituée d'une section intérieure 22, d'une section périphérique extérieure 24 et d'une section périphérique la plus extérieure 26. La largeur de la fente 14 disposée dans la section périphérique extérieure 24 est plus grande que la largeur de la fente 12 disposée dans la section intérieure 22, et lorsque la rugosité de surface (Ra) des fentes 12 et 14 de la section intérieure et de la section périphérique extérieure est de 0,1 m ou plus petite, ou lorsque la rugosité de surface (Ra) des fentes 12 et 14 de la section intérieure et de la section périphérique extérieure dépasse 0,1 m, la relation entre la rugosité de surface (a) de la fente de la section intérieure et la rugosité de surface (b) de la fente de la section périphérique extérieure satisfait à la condition que 0,1 < a/b < 10.
A ce moment, comme c'est montré à la Fig. 2(a), le nombre de fentes a de la section périphérique extérieure 24 est de préférence de 1 à 20.
Dans l'invention, on préfère que la largeur d'une fente 15 disposée dans la section périphérique la plus extérieure soit plus large que la largeur de la fente 12 disposée dans la section intérieure à cause de l'aptitude au moulage améliorée au moment où la structure en nids
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d'abeilles est moulée par extrusion.
Comme c'est montré à la Fig. 2 (b), la filière d'extrusion suivant l'invention, toutes les fentes 12 et 14 sont obtenues par formation de rainures croisées ou en réseau. On préfère que le rapport de profondeurs (L1, L2) des fentes dans la partie large à chaque intersection soit de 10 :7 à 10 :10, une différence de valeur absolue (#L1 - L2#) de la profondeur de fente dans la partie large soit plus petite que 0,2 mm.
Egalement, dans la filière d'extrusion 20 suivant l'invention, toutes les fentes 12 et 14 sont de préférence formées par usinage en utilisant une meule.
Toutes les fentes 12 et 14 dans la filière d'extrusion suivant l'invention sont de préférence soumises à un revêtement dur avec une épaisseur de film de 1 à 150 m pour être finie avec une dimension de fente prédéterminée.
Le revêtement dur susmentionné n'est pas soumis à de quelconques restrictions, mais il s'agit de préférence d'un placage chimique ou CVD.
Egalement, dans la filière d'extrusion suivant l'invention, comme c'est montré à la Fig. 3, une partie étagée 18 est de préférence prévue pour que la section intérieure 22 soit plus concave que la section périphérique extérieure 24.
La raison pour ceci est la suivante : la hauteur de fente dans la section intérieure 22 est plus basse que la hauteur de fente de la section périphérique extérieure 24 de telle sorte que la résistance d'extrusion du matériau brut au moment du moulage par extrusion soit égale dans la fente 12 de la section intérieure 22 et dans la fente 14 de
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la section périphérique extérieure 24, ce qui fait que le motif de moulage peut être aplati, pour empêcher la production d'une structure en nids d'abeilles défectueuse avec un motif boudiné (voir Fig. 8). Egalement, étant donné que le motif de moulage peut être facilement réglé, l'efficacité de production d'une structure nids d'abeilles peut être améliorée.
A ce moment, dans la filière d'extrusion suivant l'invention, il est préférable qu'une différence de largeur de fente entre la section périphérique extérieure 24 et la section intérieure 22 soit de 5 à 50 m (voir T1 à la Fig. 3).
Comme c'est montré à la Fig. 4, dans la filière d'extrusion suivant l'invention, une plaque de renforcement 40 est de préférence prévue sur le côté en amont de la fente 14 dans la section périphérique extérieure 24.
De ce fait, la vitesse d'extrusion du matériau brut dans la fente 14 peut être réglée au moment du moulage par extrusion, de sorte que les mêmes effets que ceux de la filière d'extrusion montrée à la Fig. 3 puissent être réalisés.
Ensuite, un procédé de fabrication de la filière d'extrusion suivant l'invention sera décrit.
La principale particularité du procédé de fabrication pour la filière d'extrusion suivant l'invention consiste à former toutes les fentes par usinage en utilisant une meule. Spécifiquement, suivant le procédé de fabrication de l'invention, un corps en métal (un bloc de métal) est usiné au moyen d'une meule pour faire une filière d'extrusion. A savoir, toutes le fentes de la filière
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d'extrusion doivent être formées par usinage au moyen d'une meule.
Par cette particularité, même lorsqu'une filière d'extrusion avec une largeur de fente de 2 à 3 mil (environ 0,05 à 0,075 mm) ou plus étroite est fabriquée, la précision d'usinage ( 2 à 3 m) de la largeur de fente peut être assurée efficacement, et donc le modèle d'extrusion de la filière d'extrusion peut être rendu approprié.
La filière d'extrusion peut être un acier inoxydable martensitique, comme le SUS431 ou le SUS630.
A ce moment, le procédé de rectification de l'invention doit former les rainures de toutes les fentes 12 et 14 en réseau, comme c'est montré à la Fig. 2(b).
A ce moment, on préfère que l'usinage soit réalisé tout en ajustant la profondeur de coupe de la meule de sorte que le rapport des profondeurs (L1, L2) des fentes dans la partie large à chaque intersection soit de 10 :7 10 :10, la différence de valeur absolue (#L1 - L2#) de profondeur de fente dans la partie large est plus petite que 0,2 mm.
Grâce au procédé de fabrication décrit ci-dessus, dans la filière d'extrusion suivant l'invention, les défauts de déformation de cellule et une mauvaise formation de la paroi externe, comme un motif boudiné, peuvent être évités.
De ce fait, même dans une structure nids d'abeilles dans laquelle les parois formant les cellules sont minces et la densité de cellule est différente suivant l'emplacement et faible, une précision dimensionnelle et une force plus élevées peuvent être fournies, et également la structure nids d'abeilles peut être fabriquée avec de hauts rendements, de sorte que le coût de fabrication d'une
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structure nids d'abeilles peut encore diminuer.
[Exemples]
Dans une filière d'extrusion (voir Fig. 1) pour un produit avec une densité cellulaire de 900 cpsi (cellules/pouce2) et un diamètre extérieur de 100 mm, toutes les fentes 12 et 14 ont été formées en réseau en utilisant une meule, et l'usinage a été réalisé tout en réglant la profondeur de coupe dans la direction Z de manière appropriée pour que la différence de valeur absolue (#L1 - L2#) de profondeur de fente dans la partie large dans les directions X et Z à chaque intersection soit plus petite que 0,05 mm.
A ce moment, les filières d'extrusion, dans lesquelles la rugosité de surface (Ra) des fentes 12 et 14 dans la section intérieure et la section périphérique extérieure est telle que donnée au tableau I, ont été préparées (exemples 1 et 2, exemples comparatifs 1 et 2).
Ensuite, la filière d'extrusion a été revêtue d'un placage Ni pour assurer une largeur de fente prédéterminée (largeur de fente 12 :50 m, largeur de fente 14 : 80 m [environ 10 cellules de la section intérieure 22] ), comme c'est représenté à la Fig. l(b), ensuite la face de sortie de fente dans la section intérieure 22 a été meulée de 0,3 mm pour que la section intérieure 22 soit plus concave que la section périphérique extérieure 24, comme c'est représenté à la Fig. 3.
Après le moulage par extrusion d'un matériau brut obtenu en mélangeant du talc, du kaolin, de l'alumine, de l'eau et un liant, en utilisant la filière d'extrusion
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décrite ci-dessus, le produit moulé est cuit. De ce fait, des structures nids d'abeilles en cordiérite (voir les Fig. 9 et 10) avec une densité cellulaire de 900 cpsi (cellules/pouce2) sont fabriquées. Les résultats sont donnés au tableau I.
[Tableau Il.
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(Considération)
Pour les exemples 1 et 2, lorsque la rugosité de surface (Ra) des fentes dans la section intérieure et la section périphérique extérieure est de 0,1 m ou plus petite, ou lorsque la rugosité de surface (Ra) des fentes dans la section intérieure et la section périphérique extérieure dépasse 0,1 m,
la relation entre la rugosité de surface a de la fente dans la section intérieure et la rugosité de surface b de la fente dans la section périphérique extérieure satisfait à la condition que 0,1 < a/b < 10, de sorte qu'il n'y a pas de déformation (par exemple, des défauts de déformation de cellule) de la paroi de cellule basique 2a et aucune déformation de la cellule
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périphérique la plus extérieure 8, et le motif de moulage est bon. Par conséquent, les structures nids d'abeilles ayant une résistance ISO de 10 kg/cm3 ou plus élevée peuvent être obtenues.
D'autre part, pour les exemples comparatifs 1 et 2, il se produit une déformation (par exemple des défauts de déformation cellulaire) sur la paroi de cellule basique 2a et une déformation de la paroi périphérique la plus extérieure 8.
Egalement, pour les exemples 1 et 2, le motif de moulage peut être aplati en établissant la face de sortie de fente en forme concave, de sorte qu'une structure nids d'abeilles défectueuse avec motif boudiné (voir Fig. 8) ne soit pas produite. Egalement, comme le motif de moulage peut être facilement réglé, l'efficacité de production d'une structure nids d'abeilles peut être améliorée.
Comme c'est décrit ci-dessus, suivant l'invention, les défauts de déformation cellulaire et une mauvaise formation de la paroi externe, comme un motif boudiné peuvent être évités. De ce fait, on peut procurer une filière d'extrusion pour moulage par extrusion en nids d'abeilles dans laquelle même dans une structure nids d'abeilles dans laquelle les parois formant les cellules sont minces et la densité cellulaire est différente suivant l'emplacement et faible, il est possible de fournir une précision dimensionnelle et une résistance plus élevées.