CN101910038A - 带有作为芯体的两个同心圆筒的线锯卷筒 - Google Patents

带有作为芯体的两个同心圆筒的线锯卷筒 Download PDF

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Abstract

一种由厚的金属片制造的且用于细金属线的卷筒(20)包括芯体(22)，和连接到芯体(12)的两个法兰(24)。芯体(22)包括两个同心圆筒，这两个同心圆筒为具有内径d的内圆筒(26)和具有外径D的外圆筒(28)。卷筒改变了在法兰上的侧压力的负荷分布并且进一步改善了卷筒抗变形的结构刚性。

Description

带有作为芯体的两个同心圆筒的线锯卷筒
技术领域
本发明涉及一种在其上卷绕细金属线的卷筒。更具体地，本发明涉及一种由厚的金属片制造的且用于在其上卷绕细金属线(例如用于线锯的金属线(在下文中被称为“线锯”)或增强橡胶软管的金属线(在下文中被称为“软管线”))的卷筒。
背景技术
如图1中所示，传统卷筒10具有芯体12和两个法兰14。两个法兰14焊接到芯体12的两端。芯体12和两个法兰14由厚的金属片(例如用于机器结构用途的碳钢)制造。
将卷绕在上述卷筒上的细金属线例如是具有0.12-0.16mm或更小的直径并且充当线锯的细金属线，或具有大约0.20-0.80mm的直径并且充当软管线的细金属线。另一个应用是具有大约0.12-0.40mm的直径并且充当用于增强橡胶产品的双绞钢索的金属线。
在上述细金属线在预定张力(例如，4-15牛顿的张力)下卷绕在卷筒上的情况下，卷绕张力导致作用于芯体的高绷紧张力，因此导致大的作用力施加于法兰以将它们推开。并且该推力(在下文中被称为“侧压力”)导致沿它们彼此分离的方向在两端的法兰处被向外推。
在一个典型应用中，线锯用于切割用于微芯片的硅。为了消除费料和保持高生产率，顾客需要卷筒卷绕有直径为0.12mm并且长度为800km的细金属线。当金属线的直径变得更小时，或者当卷绕张力变得更大时，或者当金属线的往复匝数变大时，产生的侧压力变大。
为了提供足以耐受这样的侧压力的强度和刚性，传统卷筒10利用厚度为大约20mm-50mm的厚金属片。因此，传统卷筒过重使得它的操作性变得很差，并且卷筒遇到运输成本高的问题。而且传统卷筒遇到材料和处理成本高的问题。
此外，由于侧压力过大，因此即使该机械性能强的卷筒也不能避免法兰和圆筒的塑性变形。在重复使用几次之后，卷筒的变形持续，或者卷筒破裂而变得无法使用。也就是说，传统卷筒的缺陷是不能保证与高成本相适应的耐用性。
发明内容
所以，本发明的一个目标是提供一种用于超细金属线的卷筒及其制造方法，所述卷筒具有足够的机械强度和重复使用性，同时实现重量和成本的减小。
本发明涉及一种由厚金属片制造的且用于细金属线的卷筒。所述卷筒包括芯体和连接到所述芯体的两个法兰。所述芯体还包括两个同心圆筒：具有内径d的内圆筒和具有外径D的外圆筒。本发明改变了侧压力的负荷分布并且进一步改善了卷筒抗变形的结构刚性。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1是传统卷筒的横截面图；
图2是根据本发明的卷筒的A-A横截面图；
图3是示意图，显示了侧压力在传统卷筒的法兰上的负荷分布；
图4是示意图，显示了侧压力在根据本发明的卷筒的法兰上的负荷分布；
图5是根据本发明的卷筒的侧视图；
图6是内圆筒的外周边与法兰上的中心孔的内周边之间的焊接部的细节图；
图7是外圆筒的内周边与法兰上的均匀分布槽口之间的焊接部的细节图；
图8是外圆筒的外周边与法兰的表面之间的焊接的细节图；
10表示传统卷筒。
12表示是传统卷筒的芯体。
14表示传统卷筒的法兰。
20表示根据本发明的卷筒。
22表示根据本发明的卷筒的芯体。
24表示根据本发明的卷筒的法兰。
26表示根据本发明的卷筒的内圆筒。
28表示根据本发明的卷筒的外圆筒。
30表示根据本发明的卷筒的法兰上的中心孔。
32表示根据本发明的卷筒的法兰上的均匀分布的槽口。
d表示内圆筒26的内径。
D表示外圆筒28的外径。
Figure BPA00001167868500031
表示法兰24的外径。
H表示外圆筒28的高度。
F2表示法兰14上的侧压力。
F4表示法兰24上的侧压力。
具体实施方式
在图1中示出了传统卷筒的横截面图。卷筒10具有芯体12和连接到芯体12的两个法兰14。
在图2中示出了根据本发明的卷筒的A-A横截面图。卷筒20具有芯体22和连接到芯体22的两个法兰24，而芯体22包括两个同心圆筒：带有内径d的内圆筒26和带有外径D的外圆筒28。
如图3中所示，法兰14受到从细金属线的张力产生的侧压力F2。在法兰14的片层上的负荷分布可以被简化为具有均匀分布侧压力F2且在一端处被支撑的梁。而如图4中所示，法兰24受到从细金属线的张力产生的侧压力F4。在法兰24的片层上的负荷分布可以被简化为具有均匀分布侧压力F4且在一端和中部处被支撑的梁。该双重支撑的梁结构强度高于在一端被支撑的梁。
此外，我们发现：
1.卷绕在芯体上的细金属线的层越多，芯体上的压力越高，原因是更多的金属线对芯体施加张力；
2.卷绕在芯体上的细金属线的层越多，法兰上的侧压力越高，原因是更多的金属线对法兰施加张力。
所以，增加外圆筒的外径D有助于减小卷绕在圆筒上的细金属线的层，并且进一步有助于减小在芯体上的压力和在法兰上的侧压力。另外，当
Figure BPA00001167868500041
和D增加时，在卷绕和解卷过程期间，卷筒的转速减小，这将使金属线在法兰附近的定位受到更多的控制，由此更少出问题。但是外圆筒的外径和法兰的外径的扩大总是有限制的，原因是卷筒应当适合锯床上的空间。因此，外径D在内径d的1.3到2.1倍之间，而法兰的外径
Figure BPA00001167868500042
在内径d的2.2到2.8倍之间。
更进一步的改进是加长卷筒的高度H以进一步减小圆筒上的细金属线的层。由于卷筒应当适合锯床上的空间，因此卷筒的高度H的加长是有限制的。所以，卷筒的高度H(即，外圆筒的高度H)在内径d的2.0到3.0倍之间。
传统卷筒(卷筒0)与根据本发明的多个卷筒(卷筒1和卷筒2)之间的以下比较可以进一步示出改进和益处。如图1中所示的传统卷筒具有以下规格：
d＝150mm；
Figure BPA00001167868500043
H＝315mm；
而如图2中所示的根据本发明的卷筒具有以下规格：
如果卷筒，传统卷筒(卷筒0)和根据本发明的两个卷筒(卷筒1和卷筒2)卷绕相同体积的细金属线，则与传统卷筒相比，在根据本发明的卷筒的芯体上的压力和在法兰上的侧压力显著地减小，同时结构刚性显著增加。
在芯体和法兰上的负荷分布改善以及卷筒的结构刚性改善的情况下，与传统卷筒相比，本发明可以使用厚度在2.5mm到7.0mm之间、更优选在3.0mm到5.0mm之间的更薄金属片来制造卷筒。
下表示出了根据本发明的卷筒的改进和益处。
以上比较测试还公开了比率
Figure BPA00001167868500052
对于该双圆筒卷筒也是关键的。比率
Figure BPA00001167868500053
越小，在使用后卷筒的变形越小，由此卷筒的再使用次数越多。但是比率
Figure BPA00001167868500054
应当有某些限制。在一方面，比率
Figure BPA00001167868500055
的下限应当大于1.0，原因是法兰的外径
Figure BPA00001167868500056
应当大于外圆筒的外径D以使卷筒可工作。在另一方面，比率
Figure BPA00001167868500057
的上限应当不大于2.0，原因是法兰越高于外圆筒，则使用后卷筒的变形越大。所以，比率在1.0到2.0之间，更优选在1.3到1.6之间。
如图5中所示，法兰24具有一个中心孔30和围绕中心孔的均匀分布的槽口32。如图6中所示，在内圆筒26的外周边与法兰24上的中心孔30的内周边之间有焊接部。如图7中所示，在外圆筒28的内周边与在法兰24上的均匀分布的槽口32之间有焊接部。以上结构具有以下优点：
1.改善了内圆筒与法兰之间的连接；
2.改善了外圆筒与法兰之间的连接；
3.确保了内圆筒与外圆筒之间的同心；
4.由于外圆筒与法兰之间的有限焊接部而限制了法兰的变形；
5.由于简化结构使得制造容易。
如图8中所示，在外圆筒28的外周边与法兰24的表面之间有焊接部。该焊接部进一步改善了外圆筒与法兰之间的连接，并且改善了卷筒的结构刚性。
根据本发明的卷筒的制造方法包括：
1.通过压加工厚金属片制造法兰24，并且通常通过折叠工序增强法兰24的外周边。通过压加工制造中心孔30和均匀分布的槽口32。
2.通过将金属片弯曲为圆筒形状形成内圆筒26和外圆筒28。
3.将内圆筒26的外周边焊接到法兰24上的中心孔30的内周边。
4.将外圆筒28的内周边焊接到法兰24上的均匀分布的槽口32。
5.将外圆筒28的外周边焊接到法兰24的表面。
6.内圆筒26的两端可以具有斜切角以便于卷筒安装在机床上；
7.可以对外圆筒28的外周边与法兰24的表面之间的焊接部进行切割和倒圆以便使卷绕和再卷绕过程顺滑。
本发明的另一个改进是在内圆筒26的外周边与外圆筒28的内周边之间焊接一些支撑板34，如图9中所示。支撑板34改善了外圆筒28抵抗变形的强度，并且保证了内圆筒26和外圆筒28是同心的。
本发明的进一步改进是：如图10中所示，在法兰24上制造围绕中心孔30的斜切角，并且将外圆筒28的末端焊接到法兰24的表面。所以，不需要在内圆筒26的末端与法兰24的表面之间进行焊接，原因是当卷筒装载有细金属线时，内圆筒28的末端受到作用于法兰24的表面的压力。

Claims (13)

1.一种由厚的金属片制造的且用于细金属线的卷筒，其包括：
芯体，和
连接到所述芯体的两个法兰，
其特征在于，所述芯体包括两个同心圆筒，所述两个同心圆筒为具有内径d的内圆筒和具有外径D的外圆筒。
2.如权利要求1所述的卷筒，其特征在于，所述金属片的厚度在2.5mm到7.0mm之间。
3.如权利要求2所述的卷筒，其特征在于，所述金属片的厚度在3.0mm到5.0mm之间。
4.如权利要求3所述的卷筒，其特征在于，所述外圆筒的所述外径D在所述内圆筒的所述内径d的1.3到2.1倍之间。
5.如权利要求4所述的卷筒，其特征在于，所述法兰的直径在所述内圆筒的所述内径d的2.2到2.8倍之间。
6.如权利要求5所述的卷筒，其特征在于，比率
Figure FPA00001167868400012
在1.0到2.0之间。
7.如权利要求6所述的卷筒，其特征在于，比率
Figure FPA00001167868400013
在1.3到1.6之间。
8.如权利要求7所述的卷筒，其特征在于，所述外圆筒的高度H在所述内圆筒的所述内径d的2.0到3.0倍之间。
9.如权利要求8所述的卷筒，其特征在于，所述法兰具有中心孔和围绕所述中心孔均匀分布的槽口。
10.如权利要求9所述的卷筒，其特征在于，所述内圆筒的外周边在所述内圆筒的两端焊接到所述法兰上的所述中心孔的内周边。
11.如权利要求10所述的卷筒，其特征在于，所述外圆筒的内周边在所述外圆筒的两端焊接到所述法兰上的所述均匀分布的槽口。
12.如权利要求11所述的卷筒，其特征在于，所述外圆筒的外周边在所述外圆筒的两端焊接到所述法兰的表面。
13.如权利要求9所述的卷筒，其特征在于，在所述内圆筒的外周边与所述外圆筒的内周边之间焊接有支撑板。
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