CN102224094A - 改进的锯线卷线筒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将金属线卷绕在其上的卷线筒，其包括芯部和分别与所述芯部的两端相连的两个法兰，其中所述法兰中的每一个的外侧包括多个凹陷区，所述凹陷区从所述芯部径向延伸，并且围绕所述芯部均匀分布。当将金属线卷绕在其上时，这些凹陷区减少了法兰的扩展。

Description

改进的锯线卷线筒

技术领域

本发明涉及其上绕有金属线的卷线筒。更具体地，本发明涉及由金属片制成的且用于将在其上绕有锯线的卷线筒。

背景技术

传统的卷线筒具有芯部和两个法兰。这两个法兰例如被焊接在所述芯部的两端。芯部和两个法兰由碳钢材质的、1-6mm厚的厚金属片制成。

绕在所述卷线筒上的金属线的一个实例是锯线。锯线的直径在0.08-0.16mm之间，最典型的直径是0.12mm，然而已知还存在0.25mm的锯线。锯线的发展趋势是更细、更长。锯线被用在松散研磨剂锯床上，其中锯线将包含液体载体和研磨剂颗粒的浆液拖入被锯材料的正在增大的切口中。这类锯床被广泛用于切割用在半导体工业或太阳能电池制造业中的硅锭。或者，卷线筒还可以被用来将固定的研磨锯线绕在其上；然后将研磨颗粒牢固地附连在线上，无需载体浆液。

卷线筒还可以被用来将软管加强线绕在其上。将这种线围绕内部软管主体编织或盘旋以加强软管。其中，这种软管被用在液压驱动机械中。软管线的直径通常为0.16mm至0.25mm，或者更大。

当在卷线筒上缠绕线层时，添加到卷线筒上的各个层向其下层施加压力。这种压力与用于将线缠绕在卷线筒上的作用力和已缠绕的层数成正比。该压力被转移给卷线筒的芯部和法兰。这种压力导致两个法兰被推向外侧。在极端情况下，这些作用力会巨大到使法兰与芯部分离，或者甚至更为巨大，芯部完全塌缩。

在上述割锯应用中，直径为0.12mm、长度为800km的单根线被缠绕在卷线筒上。由于金属线的直径很小，因此累积的层数很大(层数可以高达500-800层)。卷绕张力通常为2-4牛顿。因此，形成在法兰上的侧压很大。在将线绕在卷线筒上时，法兰将发生变形，并且扩展张开。这对于在切割过程中的后续使用而言是非常不利的，因为在切割期间，由于在层数减少的同时压力变小，卷线筒的法兰将趋于回复其初始位置。因此，存在以下巨大风险，即：法兰内侧附近的剩余线环处于陷在剩余线包和法兰之间，并且随后在将其从卷线筒上抽出时断裂。

为了提供足以承受这种侧向压力的强度和刚性，现有技术的一些卷线筒具有由约20-50mm厚的金属圆盘构成的法兰(例如参见USD399857)。然而，这种卷线筒非常重，使得其操作性变得非常差。此外，这种卷线筒存在材料、加工和运输方面的高成本的问题。由于这种过高的侧向压力，即使这种机械上强的卷线筒也不能避免法兰和芯部的塑性变形。在重复使用之后，这种卷线筒由于进一步变形或断裂而变得不能再使用。因此，这种卷线筒不能确保具有与其高成本相适的耐用性。

已有另一种方案，即：使卷线筒的法兰包含焊接在一起的不同金属片层，从而提高法兰的刚性。在EP 1295836B1中描述了这种方案的实例。然而，这类卷线筒的卷绕能力较低。

在JP 2006 240 865中提出了另一种方案，其中法兰的外侧被喷丸硬化处理以减少由绕线的侧向压力引起的法兰变形。

最常见的用于锯线的卷线筒在USD441772中描述，并且由厚金属片制成。虽然它很坚固，但是它只能使用一次，因为法兰在一个使用周期之后就会发生塑性变形。此外，这种卷线筒未被设计成将直径为0.120mm或更少的线卷绕在其上。

发明内容

本发明的目标是避免现有技术的缺陷。本发明的特定目标是提供一种用于将细线(诸如锯线)卷绕在其上的卷线筒，所述卷线筒的机械强度足以使法兰的变形最小化，从而获得可重复使用性。本发明的目标还在于降低重量和成本。本发明的另一目标是能够卷绕长度为1000km或更多的、更细的线(例如直径为0.08mm)。

根据本发明的一个方面，提供一种用于将金属线卷绕在其上的、由金属片形成的卷线筒，所述卷线筒包括芯部和分别与所述芯部的两端相连的两个法兰，其中所述法兰中的每一个的外侧包括多个凹陷区，所述凹陷区从所述芯部径向延伸。在优选实施例中，所述凹陷区围绕所述芯部等角间距地均匀分布。

卷线筒的法兰可以例如焊接到卷线筒上。或者，它们可以铜焊到芯部上，或者它们可以借助机械紧固装置附连在芯部上。另一种可能是预见使法兰在中心孔上具有轴环。轴环的边缘接着被焊接在芯部上。或者可以使轴环从末端滑入芯部中，并且在那里进行点焊。本领域技术人员可以找到将芯部与法兰连接的其它方法。

“径向延伸的凹陷区”指的是凹陷区在从芯部到法兰外边缘的径向方向上具有较大尺寸。

对于本申请而言，“凹陷区”指的是金属片上已经发生塑性压缩的区域。因此，凹陷的区域比其周围的区域低。这与“使凸出”(例如以铸造硬币的“人头面”，其中凸出面比其周围的区域高)是相反的。

凹陷区的下降完全源于材料的压缩。该区域的下降不是移除表面材料以获得下陷区域的结果。

同样，使凹陷不是由于压印金属片引起的金属片的局部变形。在压印期间，金属片的厚度大部分保持不变，印记的负片在压印的相对侧可见。已发生凹陷的区域在法兰的内侧(即彼此相对侧)上几乎不可见。法兰的内侧应当尽可能地平滑，以致于在卷绕过程中当线靠近该侧时不会引起线的摆动。

从材料科学中已知，局部压缩材料会影响材料的屈服应力。例如，压缩金属条可能导致金属条的张力屈服强度增大。因此，在金属发生屈服之前需要更大的应力。在材料科学中这被称做“包辛格效应(Bauschinger effect)”(以德国工程师Johann Bauschinger命名的)。不受该理论限制，认为使由金属片制成的法兰局部凹陷能够有利地增加法兰的屈服强度，从而使得它们更加能够耐受线层的压力。

单个凹陷区的表面积的上限由所用模具规定：过高的表面积将形成较小的深度，因为所用压具只能产生最大的挤压力。在下限方面，单个凹陷区的面积不应过小，因为否则材料将流到压缩区域外面，结果在区域内部获得较小的有效压缩。

在第一实施例中，凹陷区的数量为四个，优选每隔90度一个凹陷区。在另一实施例中，凹陷区的数量为六个，优选每隔60度一个凹陷区。在另一实施例中，凹陷区的数量在4-18个之间。

本发明的卷线筒提供具有外径D1的芯部和具有外径D2的两个法兰，因此所述法兰的自由半径为(D2-D1)/2。卷线筒的特征还在于，所述凹陷区在所述自由半径的至少25％，优选至少35％，最优选地至少50％上径向延伸。即，沿径向方向测量的该区域的最大尺寸为自由半径的至少25％，优选至少35％，最优选地至少50％。在一个实施例中，所述法兰的自由半径介于5cm和20cm之间，所述凹陷区的径向长度在2.5cm至10cm之间。

所述凹陷区的表面积总计超过所述芯部和所述法兰之一的边缘之间的环形表面积的2％，且小于该环形表面积的40％。

所述凹陷区的深度在所述法兰的厚度的3％至50％之间。在一个实施例中，所述法兰的厚度在2.5mm至6.0mm之间，所述凹陷区的深度在0.2mm至1.25mm之间。在特定实施例中，所述法兰的厚度在4.0mm至5.0mm之间，所述凹陷区的深度在0.15mm至2.0mm之间。在更特定的实施例中，所述法兰为4.5mm厚，所述凹陷区的深度在0.15mm至1.5mm之间。

在优选实施例中，所述凹陷区基本上为矩形，所述矩形的长边在径向方向上。在一个实施例中，所述矩形凹陷区的宽度在5mm至20mm之间。

在替换实施例中，所述凹陷区为截头扇形。这些扇形的尖端位于卷线筒法兰的中心。当从卷线筒中心看去时，所述扇形中的每一个对应一个角度。所述截头扇形所对应的角度的总和优选在10至180弧度之间。

在本发明的实施例中，所述法兰中的一个或两个上设有一个或两个或者多于两个的突出驱动立柱，用于在使用过程中拽引所述卷线筒。驱动立柱与锯床的驱动板上的圆形或半圆形切口相接合。当驱动板转动时，驱动板借助立柱的作用驱动卷线筒。这些立柱可以为环，其在环的内侧上与法兰焊接。在外侧上焊接将在立柱的脚部形成焊接毛刺，这些毛刺将阻碍立柱在驱动孔中的正确接合。或者，更优选的是使用具有两个相对的半月形切口的圆盘。从外侧在切口中完成焊接，这要比在狭窄的环形空间中焊接方便得多。

附图说明

将参见附图对本发明作更详细的描述，其中：

图1示出了根据本发明的卷线筒；

图2是根据本发明的卷线筒的侧视图；

图3是图2的法兰的B-B’横截面图；

图4是根据本发明实施例的卷线筒的侧视图；

图5和6是根据本发明的特定实施例的卷线筒的侧视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的卷线筒10的第一实施例。卷线筒10包括芯部12和分别焊接在芯部12的两端上的两个法兰14。这两个法兰14上设有六个凹陷区16，这六个凹陷区从芯部12沿径向延伸并且等角间距地分布。凹陷区16的形状基本上为矩形。设有两个突出的驱动立柱18，用于在使用期间拽引卷线筒10。这两个法兰可以具有边缘20，但这对于本发明而言不是必需的。

图2是根据本发明的卷线筒的第一实施例的侧视图，其中芯部12具有外径D1，两个法兰14具有外径D2。在第一实施例中，D1为156mm，D2为310mm。法兰的自由半径为(D2-D1)/2，即77mm。这六个凹陷区16具有基本上矩形的形状，其中径向尺寸为40mm，即自由半径的约50％为凹陷的。这些凹陷区的宽度约为8mm。自由区域的约3％是凹陷的。

图3是图2的法兰的B-B’横截面图，其示出了法兰14具有厚度‘d’，凹陷区16具有厚度‘δ’，其中‘δ’介于法兰14的厚度‘d’的50％-97％之间，这意味着钢片已被压缩了3-50％。在第一实施例中，金属片的厚度‘d’为4.5mm，凹陷区处的厚度‘δ’为4.0mm，这使得凹陷区具有0.5mm的深度。在实际操作中更容易测量厚度‘d’和‘δ’，然后获得凹陷区的深度，而不是直接测量凹陷区的深度。

凹陷是借助具有预期表面形状的硬化钢印(steel stamp)来实现的，例如通过冲压原本平坦的表面来将该表面形状压印在法兰上。这在常温下完成且无需其它处理。重要的是冲压不会明显地显露在法兰内侧上：尽管能够看到较小阴影，但在法兰内侧上应该不存在突出部。这种突出部对于金属线的卷绕质量而言是有害的。

图3还示出了如何通过分别位于法兰的内侧和外侧上的两个焊缝15和17将法兰14附连在芯部12上。立柱18由从内侧焊接到法兰14上的直径为27mm且高为12mm的环27制成。

图4是根据本发明的可选实施例的卷线筒的侧视图，其与第一实施例的不同之处仅在于：突出的驱动立柱18具有不同的形状。这些立柱由从中切除两个半月形部分的直径为27mm且高为12mm的实心圆盘27构成。立柱与法兰的焊接现在变得容易得多，因为可以从外侧进入切除部来进行。图5和6示出了本发明的其它优选实施例，其中凹陷区16的总表面积大于在上图中示出的六个凹陷区16的表面积。

图5示出了具有六个截头扇形的凹陷区16的法兰。一个凹陷区16的角度’α’为约30度的弧度。所述截头扇形所对应的角度的总和约为180度的弧度。芯部和边缘之间的环形表面积的约23％是凹陷的。

图6示出了本发明的特定实施例，其中两个法兰中的每一个包括18个凹陷区16。

在本发明的卷线筒和不同之处仅在于法兰上没有凹陷区的传统卷线筒之间作比较测试。卷线筒依照如第一实施例所述的尺寸和凹陷。

传统的和本发明的卷线筒的测试如下：在约3.5牛顿的受控的卷绕张力和0.15mm的卷绕步幅下，将直径为0.14mm的细线卷绕在各个卷线筒上。这是比正常情况更加严厉的条件。分别在细线长度达到200、400和800km时停止卷绕。在停止时，在卷线筒的边缘处(直径D2处)利用塞规沿轴向方向精确测量内法兰宽度。在卷线筒的边缘处具有最大的变形量。在表1中示出的结果显示：与传统的卷线筒相比，本发明的卷线筒在法兰末端处的变形较小。卷绕有200km细线的卷线筒未发生变形，而传统的卷线筒具有0.2mm的变形。卷绕有400km细线的卷线筒的变形比传统卷线筒小1/3。卷绕有800km细线的卷线筒仍然表现出有所改善，尽管稍小一些。由此推测，通过使凹陷具有更长的径向长度甚至可以使结果得到进一步改善。

最终，当与在例如USD441772中描述的现有技术的卷线筒上获得的法兰变形量相比时，存在相当大的改善。事实上，当在同等测试条件下对传统的和本发明的卷线筒进行测试时，现有技术的卷线筒表现出超出10mm的法兰扩展量。

表1

长度(km)	传统卷线筒的变形量(mm)	凹陷的卷线筒的变形量(mm)
			200	0.2	0
400	2.7	1.8
			800	5.8	5.6

Claims (15)

1.一种用于在其上卷绕金属线、由金属片形成的卷线筒(10)，所述卷线筒(10)包括芯部(12)和分别与所述芯部(12)的两端连接的两个法兰(14)，其特征在于：

每个所述法兰(14)的外侧包括由经过塑性压缩的金属片(16)构成的多个凹陷区，所述凹陷区从所述芯部(12)径向延伸，而所述法兰的内侧基本上是平坦的。

2.如权利要求1所述的卷线筒(10)，其中所述凹陷区(16)围绕所述芯部(12)成等角间距地均匀分布。

3.如权利要求1或2所述的卷线筒(10)，其中所述凹陷区(16)的数量在4个至18个之间。

4.如权利要求1-3中任一项所述的卷线筒(10)，其中所述芯部(12)具有外径D1，所述两个法兰(14)具有外径D2，所述两个法兰(14)的自由半径为(D2-D1)/2，其特征在于：

所述凹陷区(16)在所述自由半径的至少25％，优选至少35％，最优选地至少50％上径向延伸。

5.如权利要求4所述的卷线筒(10)，其中所述法兰(14)的所述自由半径在5cm至20cm之间，所述凹陷区(16)的径向长度在2.5cm至10cm之间。

6.如权利要求1-5中任一项所述的卷线筒(10)，其中所述凹陷区(16)的表面积的总和大于所述芯部(12)和所述法兰(14)之一的边缘(20)之间的环形表面积的2％，并且小于所述环形表面积的40％。

7.如权利要求1-6中任一项所述的卷线筒(10)，其中所述凹陷区(16)的深度在所述法兰(14)的厚度(‘d’)的3％至50％之间。

8.如权利要求7所述的卷线筒(10)，其中所述法兰(14)的厚度在2.5mm至6.0mm之间，所述凹陷区(16)的深度在0.2mm至1.25mm之间。

9.如权利要求7所述的卷线筒(10)，其中所述法兰(14)的厚度在4.0mm至5.0mm之间，所述凹陷区(16)的深度在0.15mm至2.0mm之间。

10.如权利要求7所述的卷线筒(10)，其中所述法兰(14)的厚度为4.5mm，所述凹陷区(16)的深度在0.15mm至1.5mm之间。

11.如权利要求1-10中任一项所述的卷线筒(10)，其中所述凹陷区(16)基本上为矩形。

12.如权利要求11所述的卷线筒(10)，其中所述矩形凹陷区(16)的宽度在5mm至20mm之间。

13.如权利要求1-10中任一项所述的卷线筒(10)，其中所述凹陷区(16)为截头扇形。

14.如权利要求13所述的卷线筒(10)，其中所述截头扇形所对应的角度的总和在10度至180度之间。

15.如上述权利要求中任一项所述的卷线筒(10)，其中所述两个法兰(14)中的一个或两个设有一个或两个或者多于两个的突出驱动立柱(18)，用于在使用过程中拽引所述卷线筒(10)。

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