CN100586826C - 用于弯曲幅材的设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于弯曲幅材的设备和方法。幅材经过诸如辊子或皮带的两个共同旋转构件(122)，所述共同旋转构件由小的可调整间隙(G)分开。幅材围绕第一旋转构件(111)移动，在间隙(G)附近脱离，幅材自身以小半径(R)向后弯曲且再连接在第二共同旋转部件(121)上。小半径的位置与闭合环控制系统一起固定，其感测半径位置且控制两个构件(12)的相对速度。幅材中的应变利用小半径的尺寸进行调整，其由可调整的间隙和半径位置控制。

Description

用于弯曲幅材的设备和方法

技术领域

本发明总的涉及幅材处理，具体涉及弯曲(flex)幅材以产生永久性应变。

背景技术

在幅材处理操作过程中，在多层幅材中经常出现卷曲。当没有外力作用在幅材上时，该卷曲由幅材的趋势限定以偏离通常的平的或平面方向。在多层幅材系统中，可通过将层积在一起的幅材的应变小心匹配来控制卷曲。在直接涂覆的产品中，这种应变匹配要更加复杂得多。

通过细致匹配进入的幅材的应变可控制层积的多层幅材中的卷曲。更难的是，在直接涂覆的产品中控制卷曲，尤其在衬垫放置在高压和高温下的情况下，产生大的应变，而涂覆却在接近于零应变处固化。如果由拉力、温度和处理收缩产生的应变在层间不匹配，则最终产品将不会平整展开。

弯曲是在制造磨料过程中所使用的工序。弯曲使研磨制品中的制造矿物尺寸(make-mineral-size)的涂层裂开。该工序使得研磨产品有韧性且减少卷曲的可能性。小半径范围内滑动磨料的后部(未涂覆的)或利用小的转杆将磨料压入橡皮辊子都是通用的弯曲技术。这些技术在产品倾向于向研磨侧卷曲的通常的情况下运行得非常良好。由于产品损伤以及工具磨损，这些技术不能用于在接触层上涂覆的磨料。

有聚合物作背衬的研磨产品将会在直接涂覆时有向衬垫边卷曲的倾向。最小的线应变固化温度连同最大的固化收缩(cure shrinkage)和衬垫系数一起可帮助解决最小化卷曲问题，但是有一些定限制。如果这种优化仍然造成令人不满的产品卷曲，将会需要从衬垫去除额外的拉伸应变。这可通过热应力消除或通过机械性屈服该衬垫来处理。在物体上围绕小半径的外侧来弯曲衬垫将会将该衬垫加压至其屈服点，导致衬垫的永久性拉伸。

发明内容

公开的本发明的一个方面涉及用于弯曲幅材的系统。系统包括幅材处理设备，其具有第一幅材处理组件和第二幅材处理组件。在第一幅材处理组件和第二幅材处理之间布置有一个间隙。系统还包括幅材路径，幅材通过该幅材路径。幅材路径包括沿着第一幅材处理组件的第一部分、间隙中的第二部分和沿着处理第二幅材处理组件的第三部分。第二部分包括具有半径的弧形段。系统还包括用于控制弧形段的半径的装置。

公开的本发明的一个方面涉及用于沿加工方向将受控的应变赋予不确定长度的幅材的系统。系统包括一对其中间具有间隙的共旋转构件，以及用于当幅材在共旋转构件之间的间隙中时在幅材上形成半径的装置。在某些实施例中，用于形成半径的装置是一对辊子组件。在某些实施例中，用于形成半径的装置是一对皮带组件。

公开的本发明的一个方面涉及在幅材中产生(induce)塑性变形的方法。方法包括产生包括第一部分、第二部分和第三部分的幅材路径，其中第一部分沿着第一旋转构件通过，第二部分包括具有有效半径的弧形部分，以及第三部分在第二旋转构件上通过。第一和第二构件是共旋转构件。幅材穿过幅材路径。当幅材穿过弧形部分时，在幅材中产生塑性应变。

附图说明

本发明将参考附图进行进一步说明，其中贯穿几幅附图中的相同的结构用相同的数字表示，并且其中：

图1是根据本发明的系统的一个实施例的透视图。

图1A是图1的系统部分的放大视图。

图2是根据本发明的系统的另一实施例的透视图。

图2A是图2的系统的部分的放大视图。

图3是在根据本发明的用于折曲幅材的系统上制得的制品的示意性实施例的平面图。

图4是在根据本发明的用于折曲幅材的系统上制得的制品的另一实施例的平面图。

图5是在根据本发明的用于折曲幅材的系统上制造制品的另一实施例的透视图。

图6是应力-应变曲线的示例图。

具体实施方式

在下面具体的描述中，将参考形成其中一部分的附图，且附图以示意性实施例方式示出本发明可以实施的实施例。可以理解的是，可以使用其他的实施例，且可以进行结构或逻辑上的改变，而不背离本发明内容的范围。因此，下面详细的描述并没有限制性含义，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。

本发明涉及用于在幅材中产生应变的系统和方法，其能用于从幅材中去除卷曲。可选地，系统也可用来将预定的卷曲赋予幅材。该系统和方法可用于具有单层或多层的幅材。系统包括在其中间具有间隙的第一和第二旋转组件。第一和第二组件共同旋转，其意味着它们具有相同的旋转方向；或在相反的皮带组件的情况下，相反的皮带组件有相反的线性移动方向。作为两个共同旋转构件的结果，如果它们各自的旋转表面的部分被紧密地邻近放置，则表面的相对线性运动将会在相反的方向。例如，第一和第二组件可以按顺时针方向一起旋转，而紧密邻近的表面会有相反的移动方向。

通常，第一和第二旋转组件是相同类型；例如，两者都是辊子组件或皮带组件。当读到该公开内容时，具有知识以及本领域通常技术之一的技术的人员将会理解的是，其它的旋转组件能用来代替辊子或皮带组件。

辊子被邻近放置，从而在其两者之间产生期望的间隙。产生了幅材路径，其经过第一组件的一部分，通过间隙，且接着经过第二组件。穿过幅材路径的幅材包括间隙中的弧形部分。幅材的弧形部分被控制为预定的半径。预定的半径被选用以在幅材上施加压力。预定的半径可因时间而改变，如以下所述。

参考图1，示出了用于弯曲幅材以在幅材中产生永久性应变的系统100的示意性实施例。系统100包括第一旋转组件110以及第二旋转组件120。在例示的实施例中，第一和第二旋转组件110、120是辊子组件111、121。每个辊子组件111、121包括辊子112、122和用于支持辊子(例如连接至辊子支撑的机架(未示出))的装置。每个辊子由控制系统150驱动和控制，如下面将进一步描述。当辊子被紧密靠近放置时产生了间隙G。通常，间隙G由第一和第二辊子彼此最接近的位置所限定。

辊子组件111、121共同旋转，其意味着它们以相对于每个辊子的固定轴的相同的方向A、A′方向旋转。幅材路径W经过系统100而形成。幅材路径W包括经过第一辊子112的第一部分W1、进入或经过间隙G的第二部分W2以及经过第二辊子122的第三部分W3。幅材路径W的第二部分W2被控制为形成弧形部分125。通过将幅材130穿过第二部分W2，可以弯曲幅材，且应变可在幅材中以加工方向，即沿着幅材移动的方向产生。在幅材中产生的应变量是弧形部分125的弯曲半径的函数。通过在其塑性变形点上折曲该幅材，对于大多数材料通常是大约2％，永久性应变可被施加到幅材的折曲点。

为了弯曲幅材，幅材经过两个共同旋转构件以及穿过间隙。通常，幅材由保持装置抵靠着共同旋转构件保持，例如，静电销固定线(如图1a中所示的140)、气压或真空装置、胶粘剂或例如钩子和环紧固件的啮合构件。保持装置的使用允许幅材离开和进入各个共同旋转构件的点T、T′。其还消除幅材移出间隙的可能性，这种趋势由在相同方向上旋转的辊子所产生。能用于靠着共同旋转构件来保持幅材的保持装置的一个例子是具有商标名称TRTRIS的装料杆，其可以从宾夕法尼亚州的哈特菲尔德的SIMCO工业静态控制买得到。

通常，幅材围绕第一共同旋转构件移动且在邻近间隙的点T处脱落。然后幅材自身以小半径R(在弧形部分125)相互弯曲且再连接在第二共同旋转构件上点T′。在描述的示意性实施例中，弧形部分125的位置与闭环控制系统150固定，其感测弧形部分的125位置且控制两个旋转部件的相对速度。

幅材的半径R的可通过控制间隙的尺寸和幅材延伸进入或穿过间隙的距离而改变。在一个示例性实施例中，幅材半径R可通过使用传感器160来感测间隙G(对于固定的间隙尺寸)的中的弧形部分125的位置，因为弧形部分125的曲率(半径)将依赖于弧形部分125延伸进入间隙的距离、材料厚度以及幅材离开辊子处的切点t、t′。一旦确定了弧形部分125的幅材的曲率关系，传感器160就被用来测量在间隙G中时的幅材的弧形部分125的位置。然后传感器160可发送信号给用于控制辊子的装置，例如可编程控制器，其接着可以调整系统的运行以定位弧形部分125而获得期望的曲率。例如，如果传感器检测到弧形部分125已经进入间隙G内太远，则它可调整辊子的相对速度以适当地重新定位在间隙G中的弧形部分125。可以采用一种方式来提高相对于第一辊子的第二辊子的速度，其趋向于向间隙G移动弧形部分125。可选地，第一辊子的速度可相对于第二辊子的速度减少直到弧形部分125被如所期望地定位。当读到该发明内容时，用于在间隙G中适当定位幅材的弧形部分的装置，对于具有通用知识以及本领域技术的技术人员而言将是显而易见的，例如使用主动辊和从动辊。

上述的实施例可操作以从幅材去除卷曲或向幅材添加卷曲。系统可集成到幅材处理过程的机器内，例如印刷机，或可用作从产品中去除卷曲以及向产品增加卷曲的独立操作。为了控制卷曲量，幅材沿着如上所述的幅材路径放置。弧形部分通过感测当幅材正在移动时的弧形部分的位置来控制，且通过控制辊子的相对速度来进行校正以如所期望地进行调整。通常，优选的是，弧形部分延伸过间隙中的最窄点，如图1和2所示。但是，期望的是，弧形部分延伸进入间隙至最少程度且不经过旋转部件最接近于彼此的点，如幅材路径V所示。当旋转组件是辊子时，弧形部分的尺寸对向间隙方向延伸或进入间隙方向的弧形部分的量以及间隙尺寸敏感。这种敏感可制成只是间隙尺寸的函数，如下所讨论的。

参考图2，示出了用于弯曲幅材以在幅材中产生永久性应变的系统200的另一示例性实施例。系统200包括第一旋转组件220和第二旋转组件210。在例示的示意性实施例中，第一和第二旋转组件210、220是皮带组件211、221。每个皮带组件211、221包括从动皮带212、222和用于支持皮带(例如连接至辊子214、215的机架，未示出)的装置。每个皮带212、222由控制系统250驱动且控制，如下将进一步描述。

皮带组件212、222共同旋转，其意味着它们以相对于固定轴F2、F2′的相同的方向B、B′旋转。幅材路径W经过系统200而形成。幅材路径W′包括经过第一皮带212的第一部分W1′、穿过间隙G1的第二部分W2′，以及经过第二皮带222的第三部分W3′。幅材路径W′的第二部分W2′被控制形成弧形部分225。通过将幅材230穿过弧形部分W2′，幅材230可被弯曲，且产生了加工方向，即沿着幅材前进的方向上的应变。

只要幅材的弧形部分225定位于形成间隙G的第一和第二皮带的各个终端之间，则弧形部分225的曲率只是间隙G尺寸的函数，因为在幅材230离开第一皮带212且加入第二皮带222处的切点T2在第一和第二皮带212、222之间的终端是固定的，只要皮带基本沿着它们各自的平坦部分方向平行。因此，一旦当系统运行时形成了弧形部分225，则系统可运行而不需要用于检测间隙G中幅材230的弧形部分225位置的传感器。但是，因为通常在间隙G中的幅材230的弧形部分225的位置存有一些移位，所以通常具有一个传感器来检测弧形部分的位置以将弧形部分225保持在间隙G中。这种传感器需要与使用辊子的示例性实施例所需要的传感器相比更小的灵敏度。

如上所述的系统100、200能被用作独立的系统且还可以集成到用于处理幅材的机器中。除了对幅材进行其它方式的修改，例如涂覆、转换或打印或其组合，这种集成还允许从幅材中去除卷曲或向幅材添加卷曲。

本公开内容的发明的优点在于能够弯曲幅材而不接触不与幅材处理组件接触的幅材的表面。例如，许多磨料产品通过直接涂覆制成。在直接涂覆中，衬垫被放置在高压和温度下，其导致大的产生应变。在衬垫上的涂层的应变可以忽略，其可接近于零应变。如果没有去除衬垫中的产生应变，则产生的涂覆的磨料产品将会卷曲。

卷曲可通过将幅材形式的直接涂覆的产品穿过如上所述的系统而去除或减少。可以产生幅材路径使得幅材的涂覆边不与任一幅材处理组件的表面接触。接着，幅材经过具有弧形部分的幅材路径。因为幅材的涂覆边不接触辊子或者皮带，所以就减少了幅材的涂覆边由于接触而受损的机会。同样，因为涂覆边不接触系统中的任一表面，由此就减少或消除了磨损量。

弧形部分的尺寸(或曲率)控制在幅材中产生的应变量。弧形部分按尺寸制作，使得幅材材料拉紧至刚好超过其弹性点，由此保证产生的应变是永久性应变。半径的具体尺寸将依赖于许多因素，例如材料的特性和材料(或多层幅材)的厚度。决定幅材必须折曲以产生永久性应变的半径是在具有本领域普通技术的人员的技术和知识范围内。屈服应力，即幅材发生塑性变形的点，可以由定期测试器所确定，例如使用诸如可从马萨诸塞州的凯顿镇INSTRON公司买到的型号4505的机械测试器。

本公开内容的发明的优势在于它能用于将卷曲赋予幅材，其按照加工方向上的幅材内的位置函数而变化。其中描述的系统可以在用于制作具有作为下游幅材位置函数的可变卷曲的幅材的工序中使用。可以通过控制作为加工方向位置函数的弯曲环直径而实现，即作为时间函数来改变尺寸。这类工序将允许诸如随后所述的自卷曲标记的产品在高速幅材线上制得。例如，如上所述的系统能集成在印刷机上以产生这种自卷曲标记。

参考图3，例示了用于标记以及记录的制品300的一个示意性实施例。制品包括材料片310，其具有连接至片310的可去除的卷曲的标记320，还有在片310上印刷/记录的标记信息330。片310设计提供组织、永久性记录保存以及承载基底，其可被去除以及放置在诸如线或电缆的将被做标记的项目上的卷曲标记320。每个各自的标记321具有唯一的辨识器，例如诸如字母和数字及其结合的标志。当标记321连接至将被标记的项目时，这种标记的项目的描述器可以记录在临近于有关辨识器322的片310上。卷曲的标记321还能包括用于将每个标记固定到其各自标记的项目的粘合剂。

如上所述的制品可以使用如上所述的示意性实施例制得。通常，制品包括具有平面(平坦)部分以及卷曲部分的片。制造这种制品的一种方法包括具有重复图案的常规的重印幅材。重印的幅材包括具有识别标志的可去除的标记以及一个位置来记录标志所连接的任一项目的说明。该片可包括穿孔使得每个各自的标记可轻易去除或者从片上脱离。参考图4及图5，通常每个标志421、521具有通常平的末端423、523，包括识别标志，以及具有紧的卷曲(通常形成管子)的标签的外部部分424、524。该管子优选由至少一个卷曲幅材的完全卷绕组成。该标记接着通过抓紧或紧固平面末端而放置在线的周围，靠着线放置卷曲，然后拉开以对该管开卷直至只有末端缠绕在将被标记的项目周围。紧接着描述的工序，在释放标记后，标记将自绕在线的周围。

如上所述的用于标记的制品可以通过在幅材上产生交替的紧卷曲/未卷曲部分而在幅材上形成。这可以由诸如印刷机的幅材线来实施。可选地，可以在预印刷幅材上使用独立设备以对幅材增加卷曲/未卷曲部分的交替部分。在印刷以及拉紧幅材以产生卷曲的部分之后，幅材可以转换为用于标记的单独的制品。

如果如上所述的折曲系统使用在印刷机上，则穿孔工序可以按照本领域技术人员已知的常规方式建立。如其中所述的用于弯曲幅材的一种工序可以建立在穿孔工序的上游或下游。这种工序由两个紧密隔开的旋转组件组成，例如其中所公开的皮带或辊子的示意性实施例。旋转组件具有保持幅材的装置，例如静电销固定、真空装置、机械紧固件或胶粘剂。几种装置中的一种可以用来控制弧形部分的半径。首先，辊子可以以恒定速度支撑，且可以调整其它辊子的速度。这将允许环向两个辊子的中心移动而形成紧环以及由此产生幅材的卷曲部分。接着辊子的速度可以改变以制得大直径的环以及由此产生的平的幅材。这种相同的环/大环轨可以通过保持环位置不变以及调整辊子间隙以恒定速度而获得。

已经参考了其中的几个实施例对本公开内容进行了描述。给出的前述的详细描述和实施例也只是为了简单的理解。对发明内容的理解没有不必要的限制。在不背离本发明内容的情况下，可以对其中描述的实施例进行许多的改变，对于本领域技术人员是显而易见的。因此，本公开内容的范围不应限制于其中描述的精确的细节以及结构，而是应由权利要求的语言所描述的结构以及那些结构的等价物所限定。

Claims (19)

1.一种用于弯曲幅材的系统，包括：

幅材处理设备，该幅材处理设备包括第一幅材处理组件和第二幅材处理组件及其中间的间隙；

经过幅材路径的幅材，所述幅材路径包括：

沿着第一幅材处理组件的第一部分，在所述间隙中的第二部分以及沿着第二幅材处理组件的第三部分，其中所述第二部分包括含有半径的弧形段；以及

用于控制所述弧形段的半径的装置，用于控制半径的所述装置包括：

传感器，该传感器用于感测所述间隙中的幅材的位置，其中所述传感器耦接至控制器，所述控制器控制第一幅材处理组件和第二幅材处理组件的相对速度。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一幅材处理组件是第一辊组件，且第二幅材处理组件是第二辊组件。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一幅材处理组件是第一皮带组件，且第二幅材处理组件是第二皮带组件。

4.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括由弧形段包围的旋转构件。

5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括用于抵靠着幅材路径的第一和第二部分保持幅材的装置。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述用于保持幅材的装置选自：机械啮合装置、气压装置、静电销固定装置、粘合装置以及真空装置。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述机械啮合装置是钩环组件。

8.一种用于将受控应变赋予不确定的长度的幅材的系统，包括：

一对共同旋转构件，该对共同旋转构件中间具有间隙；

用于当幅材处于共同旋转构件之间的间隙时在幅材上形成半径的装置，其中用于形成半径的所述装置包括：

用于控制共同旋转构件相对于彼此的速度的装置；以及

用于当幅材处于间隙中时感测幅材的装置，其中用于感测的所述装置电耦接至用于控制的所述装置。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述共同旋转构件对是辊子组件。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述共同旋转构件对是皮带组件。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述共同旋转构件的其中之一是主动辊，而另一共同旋转构件是从动辊。

12.根据权利要求8所述的系统，其中所述用于感测幅材的装置是光学传感器。

13.一种用于在幅材产生塑性变形的方法，包括：

产生包括第一部分、第二部分和第三部分的幅材路径；

其中所述第一部分沿着第一旋转构件通过，第二部分包括具有有效半径的弧形部分，以及第三部分在第二旋转构件上通过，且其中所述第一构件和第二构件是共同旋转构件；

将幅材穿过幅材路径；

当幅材穿过弧形部分时，在幅材中产生塑性应变；

基于弧形部分的位置或弧形部分的测量半径，单独地或者其结合地，创建信号；

当幅材移动通过幅材路径时，基于该信号控制有效半径。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述产生幅材路径进一步包括产生沿着第一辊子通过的第一部分以及产生沿着第二辊子通过的第二部分。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述产生幅材路径进一步包括沿着第一皮带组件通过的第一部分以及产生沿着第二皮带组件通过的第二部分。

16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

当幅材通过幅材路径的第二部分时，改变幅材的半径。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述产生塑性应变包括产生作为加工方向中幅材的函数而改变的塑性应变。

18.一种用于在幅材中产生应变的系统，包括：

具有幅材路径的机器；

用于在幅材中产生塑性应变的装置，其中所述装置不与幅材的一个表面接触，所述用于产生塑性应变的装置包括一对其中间具有间隙的共同旋转构件；以及

传感器，该传感器用于感测所述间隙中的幅材的位置，其中所述传感器耦接至控制器，所述控制器控制所述共同旋转构件的相对速度。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述共同旋转构件选自由辊子和皮带组成的组。

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