CN114007778A

CN114007778A - 用于处理金属线材的装置和使用该装置的方法

Info

Publication number: CN114007778A
Application number: CN202080046168.XA
Authority: CN
Inventors: G·德肯佩
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2022-02-01
Also published as: BR112021024878A2; US20220324003A1; US11904369B2; EP3993919B1; WO2021001271A1; EP3993919A1

Abstract

公开了一种用于通过多重反向弯曲来处理金属线材的装置以及相关的使用该装置的方法。现有技术的矫直器使用具有不同压痕水平和牵引张力的等直径的辊子，以影响金属线材的形状。然而，这种现有技术的矫直器具有许多自由度且难以调节，导致结果不理想。本发明人采取非常不同的方法来矫直线材，提出了具有“N+1”个辊子序列的装置。第一辊子具有第一辊子直径，随后是具有中间辊子直径的N‑1个中间辊子，并且以具有出口辊子直径的出口辊子结束。出口辊子大于第一辊子，并且辊子序列中的任一辊子的辊子直径不小于序列中的前一辊子。逐渐增大的直径给线材施加良好控制的逐渐减小的曲率，产生形状受控的线材。通过折叠线材路径，能够获得容纳逐渐增大的辊子的紧凑布置。还描述了一种操作该装置的方法，允许根据线材厚度容易地调节装置。

Description

用于处理金属线材的装置和使用该装置的方法

技术领域

本发明涉及一种通过多重反向弯曲线材来处理金属线材的装置。这种装置通常也称为“线材矫直器”、“矫直器组”、“矫直装置”。

背景技术

由于金属线材的弹塑性，它可以通过拉伸、弯曲和扭转而形成几乎任何所需要的形状。然而，在将线材加工成其最终形状之前，需要在允许这种最终加工的条件下多次输送线材。

在例如钉冲压或弹簧成形的情况下，首先使得线材变直，以便于精确地进入机器。不直或者弯曲的线材会导致错位以及机器的意外停止。

通常通过引导线材通过一种被称为“矫直器”的装置来控制线材的形状。这种装置是一系列直径相等的辊子，当金属线材被拉动通过该装置时，这些辊子在单个平面内的连续相反方向上引起线材的弯曲。线材以左-右-左-右……的弯曲顺序曲折穿过辊子。通过选择合适的辊子直径并仔细调节辊子的压痕，金属线材的外部纤维被带入可塑性，并且由此产生的线材的“形状”可以得到控制。线材的“形状”是指在不施加任何力(重力除外)的情况下自由保持在水平面上的线材的环的直径。对于一根直的线材来说，它的形状是无限的。矫直辊子的“压痕”是指一个辊子在面对该辊子的两个相邻辊子的切线上进入的距离。

对于扁平线材，当生产用作挡风玻璃雨刷臂或挡风玻璃雨刮器刮片加强线的扁平线材时，形状控制至关重要。对于圆形线材，第一平面中的多个弯曲之后常常跟随有垂直于第一平面的第二平面中的多个弯曲。实际上，矫直器只能在单个平面内调整线材的曲率。可能同样有必要在垂直于第一平面的方向上调整曲率。相关的现有技术可以在旧的(US1414371)以及较新的(US2005/0166656)公开文本中找到。

赋予多重反向弯曲的装置的另一个用途是在线材的外壳中产生所需的残余应力。实际上，通过产生比成形线材实际所需的更多的弯曲来塑造线材，可以在线材的外壳中产生压缩残余应力。压缩残余应力阻止裂纹的扩展，并且因此对于金属线材(例如US4612792中所说明的用于轮胎增强的钢帘线中所使用的线材)的疲劳寿命具有有利的影响。

矫直器也可以用作“缺陷过滤器”，特别是在与轴向张力相结合时。由于线材的反复的弯曲和反向弯曲，表面缺陷或夹杂物所造成的任何缺陷都会导致线材断裂。当线材用于关键应用时，线材的这种“过滤”尤其重要，在这些应用中，线材的断裂会导致大的损坏，例如在线锯的情况下。锯切线材的断裂会导致数倍于线材成本的损坏，因此必须避免。

赋予多重反向弯曲的装置的又一个用途是在线材上获得有利的机械性能。实际上，从US1824568之后的很久以来就已经知道，使钢丝(例如胎圈线材)经受多重反向弯曲会产生更容易形成胎圈的胎圈线材。“胎圈线材”是一种用于盘绕“胎圈”的钢丝，其可以具有或不具有黄铜或青铜涂层。“胎圈”是轮胎的环形加强件，用于将轮胎保持在轮辋上。多重反向弯曲的结果是线材的屈服强度降低。屈服强度是线材偏离应力-应变图中的线性胡克行为的应力。屈服应力定义为一定的永久伸长率，通常设定为移除载荷后的千分之二或者0.2％的永久伸长率。屈服应力的降低使得胎圈钢丝更易于变形为线圈。

辊子数量的选择、根据金属线材直径对辊子直径的选择以及辊子压痕的设置，提供了非常大的参数空间，容易使技术人员迷惑。因此，很多时候，调整矫直器被认为是一门艺术，而不是科学。

发明内容

因此，本发明的目的在于减少当调节矫直器时或者更一般的用于通过多重反向弯曲来处理金属线材的装置时所涉及的复杂性。本发明的另一个目的是减少可调节的参数的数量，从而简化装置的穿线。本发明的另一个目的是获得一种装置，该装置适用于大范围的金属线材直径，而无需对该装置进行任何调整。两个或多个装置可以组合在一起工作。本发明的又一个目的是提供一种操作该装置的方法。

根据本发明的第一个方面，提供了一种根据权利要求1的前序部分的用于处理金属线材的装置。“金属线材”应当被理解为其最广泛的可能的含义：任何金属元素或金属元素的合金或主要包含金属的复合材料可以被视为“金属线材”。具体的例子是铜线材、铝线材、黄铜线材、青铜线材，以及尤其是钢丝。“钢”是具有本领域已知成分的复合材料，主要包括铁和非金属元素，例如碳、硅、硫、氮或磷，以及金属元素，如锰、铝、铬、钒或任何其他元素。

“线材”是任何细长元件，其长度远大于垂直于该长度方向的线材横截面的任何尺寸。线材可以具有圆形的横截面。可选地，线材的横截面可以具有多边形、矩形、正方形或扁圆形横截面。出于本申请的目的，线材的厚度“d”是指垂直于线材长度尺寸的横截面中的平行线之间的最小距离，线材的宽度“w”是指垂直于线材长度尺寸的横截面中的平行线之间的最大距离。换句话说：厚度“d”是在围绕线材的所有方向进行测量时的最小卡尺尺寸，宽度“w”是在围绕线材的所有方向进行测量时的最大卡尺尺寸。出于本申请的目的，线材的宽厚比(w/d)小于10，甚至小于8、5或1.5。对于圆形线材来说，w/d比是1，且厚度被称为直径。与之相反，金属板的“w/d”比远远超过10。由于边界条件完全不同，金属线材的弯曲行为不同于金属板的弯曲行为。

在该装置中，金属线材通过“多重反向弯曲”进行处理，即，当线材穿过该装置时，线材经受交替方向的弯曲，如左-右-左-右……或右-左-右-左……，一次“左-右”移动(或“右”-“左”移动)对应于一次反向弯曲。

该装置包括第一辊子、多个中间辊子，以及出口辊子，它们形成可编号的辊子序列。因此，对于每个辊子，可以给出一个索引号，例如第一辊子为“1”，出口辊子为“N+1”，而中间辊子可以被索引为“2”、……至“N”。中间辊子的数量“N-1”优选为一个、两个、三个或不超过十一个的任何数量。每个辊子的直径具体为第一辊子直径、中间辊子直径和出口辊子直径。每个辊子的直径表示为Di，其中“i”是序列中的索引。辊子包括周向凹槽，金属线材将在其中运转或被接收。凹槽可以是矩形(用于加工扁平线材)或圆形(例如U形凹槽)或更优选的V形凹槽。出于本申请的目的，“辊子直径”指的是在凹槽底部所得到的辊子直径。所有辊子都可以自由旋转，且不会被有意地驱动或限制。

辊子被安装成使得所有凹槽(更准确地说是凹槽的底部)保持在同一平面内，该平面称为“凹槽平面”。这意味着没有辊子被安装在该凹槽平面之外的超过一个凹槽宽度的位置，即，所有的凹槽底部都可以位于距凹槽平面的正负一个凹槽宽度内。甚至更优选地，所有的凹槽底部都可以位于距凹槽平面的正负一半凹槽宽度内。辊子的凹槽安装在凹槽平面之外可能会在圆形线材滚动到凹槽底部时导致线材旋转，这对于本发明来说不是优选的情况。

根据本发明的装置与现有技术的线材矫直器的区别在于，出口辊子直径大于第一辊子直径，并且辊子序列中的任何一个辊子的辊子直径不小于—即大于或等于—序列中前一个辊子的直径。如果一个辊子在辊子序列中具有索引“i”，则前一个辊子具有索引“i-1”。换句话说：从第一辊子到出口辊子，序列中的辊子的直径是单调增加的。一些中间辊子或者出口辊子的直径可以等于它之前的辊子的直径。以符号表示地：对于i＝2，……N+1，D_N+1>D₁并且D_i≥D_i-1。

这种增加的辊子直径的优点在于，在线材上产生的曲率由辊子的直径控制，而不是由辊子的压痕来控制，这将在后文中解释。

在优选的实施例中，辊子序列中的任何一个辊子的辊子直径大于序列中的前一个辊子。换句话说，辊子序列中的直径严格地单调增加。

以符号表示：对于i＝2，……，N，N+1，D_N+1>D₁并且D_i>D_i-1。

在另一个优选的实施例中，在辊子序列中，任何一个中间辊子或出口辊子的直径与前一个辊子的直径之比在1.00和2.00之间。

以符号表示：对于i＝2，……，N，N+1，1.00≤Di/Di-1≤2.00。

在另一个优选的实施例中，在辊子序列中，任何一个中间辊子或出口辊子的直径与前一个辊子的直径之比在1.05和2.00之间。

以符号表示：对于i＝2，……，N，N+1，1.05≤Di/Di-1≤2.00。

在另一个优选的实施例中，跟随第一辊子之后的中间辊子的直径与第一辊子的直径之比在1.05至1.20之间，或者以符号表示为1.05≤D2/D1≤1.20。这意味着第一中间辊子的直径必须比第一辊子的直径大5％到20％。

后续辊子直径之间的比率可能会朝着出口辊子逐渐增大。优选地，在辊子序列中，出口辊子的直径与出口辊子之前的辊子的直径之比在1.2与2.0之间，或者以符号表示：1.2≤D_N+1/D_N≤2.0。更优选地，该范围在1.4与2.0之间。在任何情况下，优选地，辊子的比率朝着装置的出口增加。

为了清楚起见：以“在X和Y之间”表示“在X至Y的范围内，包括X和Y的端值”。

“N+1”个辊子中每个辊子都有一个轴线，辊子绕轴线旋转，并且这些轴线定向为垂直于凹槽平面。垂直于凹槽平面的轴线的放置位置使得在辊子上引导的假想线可以遵循(这意味着可以构建)曲折的多重反向弯曲路径。假想线的直径极小，弯曲刚度为零，并且强度无限。在曲折的多重反向弯曲路径中，当被拉动并且保持在辊子序列中以作为指示时，在辊子上引导的假想线交替地向左-向右-向左-向右……弯曲或者等效地向右-向左-向右-向左……弯曲。换句话说，这种路径中的弯曲方向从一个辊子交替到下一个辊。此外，假想线在中间辊子上所对的绝对角度的平均值大于180度。这使得路径“曲折”。

对于本发明来说，能够构建至少一个曲折的多重弯曲路径就是足够的。可以针对特定的辊子布置可以构建这种曲折的多重弯曲路径的事实并不排除可以在相同的辊子布置中构建不是本申请意义上的曲折的多重弯曲路径的路径。例如：可能仍然完全有可能构建一个路径，该路径显示在允许至少一个多重弯曲路径的辊子布置中的左-右-右-左-右……的弯曲。

曲折的多重反向弯曲路径包括弯曲部分和直线部分，在弯曲部分中，假想线沿着辊子中的凹槽，并且完全适应辊子的曲线，在直线部分中，假想线不接触辊子，并且沿着直线。

在一个特别优选的实施例中，在曲折的多重反向弯曲路径中，跟随第一辊子和中间辊子中的每一个辊子之后的直线段的长度较短，并且在任何情况下都短于该一个辊子的直径。甚至更优选的是，直线段的长度短于该辊子直径的四分之三，或者甚至一半，或者四分之一。直线段应尽可能短，以防止线材在从一个弯曲方向转到另一个弯曲方向时发生旋转。实际上，由于线材将会抵抗反向弯曲，它将会试图旋转。必须尽可能避免这种情况。

该装置具有对应于第一辊子的周向凹槽与出口辊子的周向凹槽的切线的轴线。如果辊子的总数“N+1”是偶数，优选地，第一辊子和出口辊子在装置轴线的相对侧相切于装置轴线。相反，如果辊子的总数“N+1”是奇数，则优选地，第一辊子和出口辊子在装置轴线的同一侧相切于装置轴线。

随着辊子的直径朝着出口辊子成倍地增加，辊子的直径迅速变大。将该装置插入线材加工线的线材路径中则会成为问题。然而，发明人提出了优选的布置，其中，沿着装置轴线从第一辊子的切点到出口辊子的切点的距离(“距离”)小于中间辊子的直径加上第一辊子的半径再加上出口辊子的半径的总和(“总和”)。更优选的是，距离小于总和的80％，或者甚至小于总和的70％。距离越小，仪器可以变得越短。

在另一个优选的实施例中，第二辊子和辊子序列中随后的任选的偶数辊子可以从装置轴线一侧的位置移动到装置轴线相对侧的位置，反之，也可以从装置轴线相对侧的位置运动到装置轴线一侧的位置。如果至少辊子的轴线跨过装置轴线，或者甚至整个辊子移动越过装置轴线，即该轴线在辊子的直径或其他上运动，则认为辊子从装置的一侧移动到装置的另一侧。

因此，例如，只有第二辊子能从装置轴线的一侧移动到另一侧。或者第二辊子和第四辊子可以从装置轴线的一侧移动到另一侧。或者第二辊子、第四辊子和第六辊子可以从一侧移动到另一侧并返回。进一步的扩展对于技术人员来说是清楚的。

偶数编号的辊子可以单独地或共同地移动，其中单独移动是更优选的。如果驱动偶数编号的辊子移动，单个偶数编号的辊子的单独引导允许针对不同的线材直径范围自动对装置进行设置。这种变型也可以极大地简化装置的穿线。

根据本发明的第二个方面，根据本发明第一个方面的两个、三个、四个或更多个装置的组合具有以下特征：

-两个、三个、四个或更多个装置中的每一个装置都具有凹槽平面；

-两个、三个、四个或更多个装置中的每一个装置都具有对应于第一辊子的周向凹槽与出口辊子的周向凹槽的切线的装置轴线；

所述装置以下列方式组合：

-两个、三个、四个或更多个装置的所有装置轴线重合，即所有装置共享同一个轴线；

-两个、三个、四个或更多个装置的凹槽平面成对地彼此不同。换句话说：不存在一对重合的凹槽平面，并且所有平面沿着一个轴线彼此交叉

在一个特定的实施例中，第一装置的凹槽平面可以被认为呈0度取向，而第二装置的凹槽平面与第一装置成60度角，并且第三装置与第一凹槽平面成120度角。

在一个优选的实施例中，装置的数量是两个，并且凹槽平面彼此垂直定向。这在相互正交的平面内弯曲线材，并且原则上应该能够在两个平面内控制线材的曲率。

根据本发明的第三个方面，提出了一种使用根据上述任何一个实施例的装置通过多重反向弯曲来处理金属线材的方法。线材从例如线轴处连续分配，或者通过先前的线材处理工序连续提供。线材的厚度为“d”。

金属线材在多重反向弯曲路径中按照辊子序列穿过所有或部分的辊子。首先弯曲线材的辊子将被称为入口辊子。在任何情况下，线材通过出口辊子，即直径最大的辊子，离开装置。金属线材可以例如首先由该序列中的第三辊子来弯曲。在这种情况下，第三辊子成为入口辊子，并且第一辊子和第二辊子保持空闲且不使用。

具体而言，入口辊子的直径D_entry与金属线材厚度“d”的比率或者“D_entry/d”在15和90之间，更优选在20和50之间，或者在35和50之间，例如在35和45之间。这个比率很重要，因为它决定了线材在后续弯曲中具有较低曲率半径。

在加工过程中，金属线材会以一定的接触角接触辊子。当金属线材第一次接触辊子时，接触开始，当金属线材与该接触辊子断开连接时，接触结束。接触角是以辊子的中心为中心，并跨越与辊子物理接触且遵循辊子半径的金属线材的弧的角度。仅与辊子相切的线材具有零接触角。

在随后的优选方法中，金属线材以15度到90度之间的接触角接触任何一个中间辊子。在同样优选的方法中，每个中间辊子以15度到90度之间的角度接触金属线材。

在更优选的方法中，所有接触的中间辊子的绝对接触角之和大于360度，或大于540度，或大于720度，900度或甚至大于1080度。其中，“绝对”是指任何角度方向(左或右)都被认为是正的。

在另一种优选的方法中，金属线材以90度至270度或120度至270度或甚至180度至270度的接触角接触任何一个中间辊子。可选地，每个中间辊子以90度至270度，或者120度至270度，或者甚至180度至270度的角度接触金属线材。

具有较大接触角的多重弯曲路径允许将装置设计得更加紧凑，因为可以以“S”形的曲折方式穿过辊子。

在进一步优选的方法中，使用两个、三个、四个或更多个装置的组合。在该方法中，金属线材首先在第一平面中多次进行反向弯曲，随后在一个或多个后续平面中进行一次、两次、三次或更多次的多重反向弯曲，所述后续平面不同于第一平面，后续平面之间彼此不同。

该方法可应用于任何能够塑性弯曲的金属线材。稍微优选的范围—因此不限制本发明—是厚度在0.25至3.0毫米之间，例如在0.5至2.0毫米之间的金属线材。该方法已被特别地设计用于处理钢丝。

附图说明

图1示出了现有技术的矫直器的实施方式，其中小直径线材在其中穿过；

图2示出了现有技术的矫直器的实施方式，其中更大直径线材在其中穿过；

图3示出了本发明装置的第一实施例，以第一种方式穿过；

图4示出了与根据图3的本发明装置的相同实施例，但是以第二种方式穿过；

图5示出了该装置的实施例，其中可移动的第二辊子位于第一位置，其中细直径的线材从中穿过；

图6示出了如图5所示的装置的实施例，其中第二辊子移动到第二位置，以允许更大直径的线材穿过；

图7示出了用于在两个方向上进行多重反向弯曲的装置的组合。

图8示出了其中许多发明特征被组合起来的实施例。

附图标记中的百位数指的是图号，而十位数和个位数指的是不同图中的相应部件。在所有的附图中，线材被描绘为位于辊子的凹槽底部的最低可能位置。

具体实施方式

图1和图2中示出了现有技术的矫直器的问题。图1中示出了具有五个辊子110、112、114、116、118的矫直器100，该矫直器100用小直径的线材102进行布线。所有的辊子都设置有一个凹槽，线材穿过该凹槽。所有辊子的直径都相同。在速度“v”下用牵引力“F_out”拉动线材穿过该装置。拉动线材通过矫直器所需的功率为“F_outv”。在入口处施加一个拉回力“F_in”以将金属线材保持在矫直器中。

所示出的半径R₀是金属线材经过辊子110时的曲率半径。在这种情况下—由于线材直径小，因此弯曲刚度低—线材精确地跟遵循所有辊子的曲率。线材的弯曲刚度“(EI)”(单位是Nmm²)与其材料模量“E”(单位是N/mm²)和面积“I”(单位为mm⁴)的第二轴向力矩成正比，对于直径为“d”的圆形线材面积“I”等于(πd⁴/64)。将线材弯曲至R₀的曲率半径需要能量，因此每个辊子将会向入口处的拉回力“F_in”增加一些拉回力“△F_i”，使得牵引力“F_out”大于入口处的拉回力“F_in”。此外，通常认为，通过增加辊子的压痕“△_i”(I＝2，3，4)，线材会具有更大的曲率。然而，对于弯曲刚度较低的小线材直径，线材在其接触角上接触直径为D的辊子，则所施加的曲率将为2/(D+d)，与辊子的压痕无关。

当金属线材的直径较大时，会变成如图2所示的状态。同样，直径大于金属线材102的金属线材202被引导至相对放置的辊子212、216和辊子210、214和218之间。然而，由于线材(“I”与“d⁴”成正比)的抗弯刚度“(EI)”增加，金属线材将不会采用辊子210、212、214、216和218的半径的圆角，而是采用其自身的以R₁、R₂、R₃、R₄和R₅表示的曲率半径，这些曲率半径具有各自的中心—不对应于辊子的轴线—C₁、C₂、C₃、C₄和C₅。

只有当线材上的张力足够大时，辊子和金属线材之间才会形成非零接触角，因此施加在金属线材上的曲率半径—在接触角接触路径上—才会等于辊子的半径。遵循经典的欧拉-伯努利弹性弯曲理论，可以证明具有非零接触角所需的最小张力“T_min”(单位为N)是T_min≥EI/D²，其中“D”(单位为mm)是辊子的直径。

一个显而易见的措施则是增加辊子的直径并增加压痕，以确保接触角不为零。然而，这也会对牵引力产生影响，牵引力转而又会影响到接触角。结论是，在现有技术的矫直器中，赋予金属线材的曲率大小主要取决于施加在线材上的局部张力以及赋予线材的压痕，这些变量彼此相互影响，并且较少地取决于辊子的直径。至少对于相对较粗的线材而言是这样的。这使得现有技术的矫直器难以控制线材的性能。

为了克服这个控制问题，本发明人的装置从不同的方法出发。他们的想法不是通过张力、辊子直径以及压痕来控制施加到线材上的曲率，而是在金属线材穿过装置时保持压痕不变并调整辊子的直径。

图3中描绘了该原理的第一实施例。在图3中，金属线材302被引导通过第一辊子310、五个中间辊子312、314、316、318、320和出口辊子322。每个辊子都具有周向凹槽，在扁平线材的情况下，该周向凹槽是矩形凹槽，或者在圆形线材的情况下，该周向凹槽是底部曲率半径远小于线材直径的一半的V形凹槽。辊子在凹槽底部的直径为D_i，入口辊子310的直径为D₀，出口辊子322的直径为D₆。所有的凹槽都在一个凹槽平面内。凹槽的作用是防止线材从一个辊子向下一个辊子运动时发生旋转。

在本发明的装置中，出口辊子322大于入口辊子310，并且辊子序列中的任何一个辊子的辊子直径不小于序列中的前一个辊子。甚至：辊子序列中的任何一个辊子的直径都大于前一个辊子的直径。

当给装置布线时，选择直径D_i为金属线材厚度‘d’的15至90倍的辊子为入口辊子。注意，入口辊子不必和第一辊子是同一个。必须选择该比率，以便使得进入的线材的外部纤维立即具有塑性。例如，比率为40使得线材的外部纤维伸长2.44％(100/41)，并且例如对于钢丝而言，比率为40足以使得外部纤维具有塑性，即赋予线材永久弯曲。

本发明的思想是，通过在开始处放置最小的辊子，金属线材被塑性弯曲并被赋予预定大小的形状。通过在逐渐增大的辊子上反向弯曲金属线材，在随后的辊子中这种形状逐渐增加。通过这种方式，赋予线材的曲率被逐步驱动至接近零，即几乎是直线。

辊子312与第一辊子310的直径之比在1.05和1.20之间，例如1.10。出口辊子322的直径与辊子320的直径之比在1.20和2.00之间，例如1.90。中间辊子的直径逐渐增大：中间辊子的比率为D_i/D_i-1＝1.20(“i”为2到N-1)。

赋予线材的压痕△’_i(i＝2，3，4，5和6)总是相同的，并且对于本发明的目的来说，压痕△’_i不是可控制的参数，即可以保持固定。当然，必须存在一些压痕，以至少将线材保持在辊子序列的凹槽中。辊子的轴线(在图中用十字“+”表示)被定向为垂直于凹槽平面。它们被定位成使得多重反向弯曲路径形成弯曲部分和直线部分，如图3中的线材302所遵循的。该多重反向弯曲路径中的接触角在15度和90度之间。此外，轴线330可以被限定为对应于第一辊子310的周向凹槽与出口辊子322的周向凹槽的切线。

为了确保辊子与金属线材之间的接触角进一步增加，如图4所示，可以通过对辊子之间的曲折的多重反向弯曲路径进行选择而以不同的方式穿过与如图3所示的相同的装置，在辊子之间确保与中间辊子412、414、416、418以及420的接触角保持在90度和270度之间。该路径是曲折的多重反向弯曲路径，因为对着中间辊子的绝对接触角的平均值大于180度。尽可能地减少直线段S_i，i＝1，2，3，4，5和6，并且在任何情况下保持直线段比直线段之前的辊子直径更短仍然很重要。保持直线段短的原因是为了防止下一个辊子的反向弯曲使金属线材绕其自身的轴线旋转。

注意，在图4中，装置的轴线是430。由于辊子的数量是奇数(七个)，出口辊子422与第一辊子410位于装置轴线430的同一侧。

图5示出了第二辊子512的有利的使用，第二辊子512可以从装置轴线530的一侧移动至另一侧512’。当加工小直径线材时，与加工较粗的线材相比，线材必须从尺寸较小的辊子处进入。通过相对于装置轴线使辊子512移动至与第一辊子的同一侧的位置，首先弯曲线材502的辊子，即入口辊子，为第一辊子510。因此入口辊子被设置为对应于第一辊子。

当该装置现在用于较粗的线材602时—切换至图6—需要具有较大直径的入口辊子，线材辊子612移动至与第一辊子相对的位置，用612’表示，即第二辊子612从线路径中被取出。因此，辊子614—辊子序列中的第三辊子—成为入口辊子。由于辊子614具有较大的直径，它对线材602施加正确的拉伸。

该特征使得从一个直径范围向另一个直径范围的转换特别简单：

-当将要进行从细线材到粗线材的转换时，细线材的线材端被焊接至粗线材的起点。在焊接点通过装置之前，该装置从图5的状态设置成图6的状态。由于没有严重弯曲，焊接点将会顺利通过。

-当将要进行从粗线材到细线材的转换时，焊接点被允许在从图6的状态设定成图5的状态之前首先通过该装置。

技术人员将会清楚，具有可移动辊子的特征不仅可以扩展到第二辊子612，而且可以扩展到第四辊子616等。

图7示出了如何制造两个装置704、704’的组合700。承载梁732上安装有两个安装板734、734’，两个安装板734、734’平行于装置704、704’上各自的凹槽平面。两个装置704、704’共享同一个轴线730作为装置轴线。装置704、704’中的每一个都设置有成对等同的一系列的辊子710、712、714、716、718和710’、712’、714’、716’、718’。线材702首先进入第一装置704，其中线材在704的凹槽平面中多重反向弯曲。随后线材702进入第二装置704’，其中线材在垂直于第一方向的方向上被多重反向弯曲。

本领域技术人员将会清楚，可以依次通过随后的装置在其他方向上产生进一步的多重反向弯曲。

图8示出了如何减少装置的总长度。将辊子的轴线定位成形成高度曲折的线材路径能大大减小装置的总长度。装置的长度是基于第一辊子810和出口辊子824的切点之间的距离“L”来确定的。中间辊子812至822中的每一个具有直径D_i’，i＝1，2，..至6。当将810的直径的一半，即810的半径加上出口辊子824直径的一半增加到所有中间辊子的直径上时，其总和大于长度“L”。

此外，在图8中，与中间辊子之间的绝对接触角之和约为1140度。注意，辊子812可以从装置轴线830一侧的位置移动至装置轴线相对侧的位置812’；

金属线材302、402、502、602、702或802可以是任何金属线材，例如厚度大于或等于0.25mm且小于3.0mm的扁平的或圆形的铜、铝或钢丝。该装置和方法的一个特别有利的用途是用于制造轮胎胎圈的胎圈线材的生产。同样，在扁平线材(例如挡风玻璃雨刷臂的扁平线材或形成雨刮器刮片主干的扁平线材)的生产中，该装置是有用的。

Claims

1.一种通过多重反向弯曲来处理金属线材的装置，所述装置包括具有第一辊子直径的第一辊子、具有中间辊子直径的多个中间辊子和一个具有出口辊子直径的出口辊子，所述第一辊子、中间辊子和出口辊子形成辊子序列，所述辊子包括用于接收所述金属线材的周向凹槽，所述辊子的凹槽被安排在一个凹槽平面中，

其特征在于

所述出口辊子直径大于所述第一辊子直径，并且所述辊子序列中的任何一个辊子的辊子直径不小于序列中的前一个辊子。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述辊子序列中的任何一个辊子的辊子直径大于序列中的前一个辊子。

3.根据权利要求1或2中一项所述的装置，其中，在所述辊子序列中，任何一个中间辊子或出口辊子的直径与前一个辊子的直径的比率在1.00和2.00之间。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，跟随所述第一辊子的所述中间辊子的直径与所述第一辊子的直径的所述比率在1.05和1.20之间。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的装置，其中，在所述辊子序列中，所述出口辊子的直径与所述出口辊子的前一个辊子的直径的比率在1.2和2.0之间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述辊子的轴线垂直于所述凹槽平面定向，所述辊子定位在所述凹槽平面中，使得在所述辊子上引导的假想线形成包括弯曲部分和直线部分的曲折的多重反向弯曲路径，其中，在所述曲折的多重反向弯曲路径中，在所述辊子序列中的所述第一辊子和所述中间辊子中的每一个辊子之后跟随有直线部分，所述直线部分的长度比该一个辊子的直径短。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述装置具有对应于所述第一辊子的所述周向凹槽和所述出口辊子的所述周向槽的切线的装置轴线，并且其中，沿着所述装置轴线从所述第一辊子的切点到所述出口辊子的切点的距离小于所述中间辊子的直径加上所述第一辊子和出口辊子的半径的总和。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述装置具有对应于所述第一辊子的所述周向凹槽和所述出口辊子的所述周向凹槽的所述切线的装置轴线，并且其中，第二辊子和随后的在所述辊子的序列中的可选的偶数编号的辊子能够从位于所述装置轴线的一侧的位置移动到位于所述装置轴线的相对侧的位置，并且可以从位于所述装置轴线的所述相对侧的位置移动到位于所述装置轴线的所述一侧的位置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的两个、三个或更多个装置的组合，每个所述装置具有凹槽平面，所述装置中的每一个具有对应于所述第一辊子的所述周向凹槽和所述出口辊子的所述周向凹槽的切线的装置轴线，所述两个、三个或更多个装置的所有所述装置轴线彼此重合，其中，所述两个、三个或更多个装置的所述凹槽平面成对地彼此不同。

10.根据权利要求9所述的两个装置的组合，其中，第一装置的所述凹槽平面垂直于第二装置的所述凹槽平面。

11.一种使用根据权利要求1至8中任一项所述的装置通过多重反向弯曲来处理金属线材的方法，所述方法包括以下步骤：

-连续提供具有线材厚度的金属线材；

-使得所述金属线材在从入口辊子到所述出口辊子的多重反向弯曲路径中穿过所述辊子序列的全部或部分，所述入口辊子是所述装置中的首先弯曲所述线材的辊子

其特征在于

所述入口辊子的所述直径与所述金属线材的厚度的比率在15和90之间。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述金属线材在接触角上接触所述中间辊子，所述接触角以所述中间辊子的轴线为中心，绝对接触角的总和大于360度。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述金属线材在接触角上接触所述中间辊子中的任何一个辊子，所述接触角以该一个辊子的轴线为中心，所述接触角在90度到270度之间。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，在根据权利要求9或10所述的装置的组合中处理所述金属线材，其中，所述金属线材首先在第一平面中多次反向地弯曲，随后在一个或多个后续平面中一次或多次反向地弯曲，所述后续平面不同于所述第一平面，所述后续平面之间彼此不同。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，厚度‘d’大于或等于0.25mm并且小于或等于3.0mm。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，所述金属线材是钢丝。