用于在高张力下卷绕细线的、具有挠性芯的线轴制造技术

本发明专利技术公开了一种用于在高张力下卷绕细线的线轴（200），其特别适于卷绕用来锯切硬且脆材料的钢线。线轴具有不同的发明专利技术方面。在一方面，线轴的芯（202）具有比任何其它已知设计锯线线轴低的径向模量。卷绕在本发明专利技术线轴上的锯线卷在整个线捆中具有减小的线层间压力。这样，本发明专利技术的线轴解决了线在锯切期间自损坏的问题。此外，线轴是可重复使用的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在高张力下卷绕细线的、具有挠性芯的线轴
本专利技术涉及线轴，尤其是涉及用于在高张力下卷绕细金属线的线轴。本专利技术的线轴特别适合于卷绕细锯线，并且更具体是具有磨料覆层的锯线。将线轴设计成使线损坏最小，适合于重复使用，并且构成线锯机的一部分。本专利技术还涉及设计这种线轴的方法。
技术介绍
大长度线的运输完全是以线卷形式进行的。对于细金属线，该线卷(称为“线捆”)卷绕在可以为绕线筒或者线轴的载体上。在下文中，将使用术语“线轴”，但应理解它也可以用同义词例如绕线筒或者卷筒来替代。“线轴”为圆筒形形状，具有用于在卷绕或者退绕期间接收轴或者心轴的轴向孔。可选地，在圆筒的一端或者两端处可以有轮缘或者隆脊，以便使线轴能保持更多线。这种轮缘或者隆脊在下文中被称为“凸缘”。作为替代或者作为附加地，凸缘的作用是当线轴滚动时保护线轴上的线不被损坏。线轴的主要作用是便于线的运输并且便于在进一步加工中使用线。因为金属线特别是钢线不会伸长太多、相当重并且具有高的抗拉强度，所以用于金属线领域例如钢线行业中的线轴在设计上与纺纱或者光学纤维或任何其它行业中已知的线轴非常不同。越来越多的线轴正被用于超出仅用于运输功能外的另一目的，S卩，作为机器的必要部件。虽然在过去线轴一般设计成仅通过特殊接口而安装在机器上，但是如今线轴开始在由机器执行的实际工艺中起作用。突出的实例是线锯。在线锯中，从线轴上退绕出很长长度的非常细的钢线(一般比150μπι更细)并且将其进给到切割头中，在该切割头处，例如将硅锭切割成硅片以供太阳能或者半导体工业使用。钢线在大约25牛的张力下被进给到切割头的线网中。在较早的机器中，提供了措施以使切割头中的线张力与线轴断开，以使高达25牛的张力不会传递到线轴上的线捆中。这些措施增加了机器的复杂性并因此增加了成本，并且因此一直试图消除这些措施(例如，参见DE19828420)。当使用游离磨料切割工艺时一即这样一种工艺，其中，在液体中携带磨料，该液体浇到在切割头中移动的线上一可以单向或者双向地进行切割。在单向模式中，线被从线轴上卷绕、进给穿过切割头并且收集在重型机器线轴上以便丢弃。作为重型机器线轴的一例，参见W02011/035907，其中，也提供了措施来从线轴上切断使用过的线。W02009/077282中描述了另一实例，其中，线轴的芯是由两个配合圆锥件所制成，其中，外部线接收部件设有径向的压缩段。这两个部件可以轴向地分开，以便释放收集在其上的使用过的线。在单向模式中，放线线轴可以是例如US D563207S或者US D441772S中所描述的金属片线轴。替代地，可以按双向方式执行工艺。在这种情况中，从线轴上沿前向以前向长度FL拉拽新线，然后在反向长度BL上反转锯切方向。FL大于BL。因此，“双向锯切”可以称为“前后锯切”、“往复锯切”或者“朝圣模式锯切”。在反向锯切期间，被磨料污染的用过的线在距离BL上绕回到干净的线上。在该绕回期间，切割头处的张力为大约25Ν或者更大，而在线的生产期间线轴卷绕张力一般仅为3到5牛。这会引起几个问题，例如，使用过的线进入到新线捆的绕线之间，之后，在使用过的线从新线中弹出(“底切”)时线发生断裂。此外，线轴在高张力和许多绕线的组合影响下显著变形。因此，金属片线轴仅能使用一次并且不得不在单次使用后丢弃。已经寻求了形式为坚固的机加工线轴或者组装线轴形式的替代方案，例如W02011/035907或者US D399857中描述的。这些线轴可重复使用，但是比其上的线卷重，使得购买和运输非常昂贵。就此而言，W02009/080750中所描述的线轴前进了一步，其重量轻并且可重复使用至少十次。目前尝试用固定磨料锯切来替代麻烦、肮脏和不环保的游离磨料锯切，这进一步对所使用的线轴提出了特殊要求。在“固定磨料锯切”中，磨粒被牢固地附着到载体线上，并且仅在锯切工艺中使用冷却剂。通常，使用细金刚石颗粒(一般为10到50 μ m大小)作为磨粒。这种线能够更长时间地保持其切割作用，因为线不会被磨料磨损一磨料固定在线上一这与游离磨料锯切工艺相反，在游离磨料锯切工艺中，线像被锯切的物件一样也会磨损。可以通过电解方式、树脂、硬钎焊或软钎焊或者机械压痕来进行磨粒的附连。在“朝圣模式”中仅使用固定磨料锯线，其中，反向长度BL仅略小于前向长度FL。因此，相同的线长度使用多次(很容易地是游离磨料锯切的百倍)。这意味着，在每个循环中仅非常少的线进入线网中，并且用过的线在进入线网之前绕回在自身上多次。例如，在一段新线(FL-BL)完全进入线网中之前一并且不再返回到放线线轴上一其已经在放线线轴上重新卷绕了 BL/(FL-BL)次。根据FL/BL比，这很容易达到在放线线轴上卷回数超过100、甚至200。此外，用于锯切的张力没有减小，并且对于制造硅片来说保持大约25牛，并且在切料或者锭整形的情况中大于70牛。在大部分锯机中，该张力在没有减小的情况下传递给线轴上的绕线。注意，对本申请来说，消耗线的线轴被称为“放线线轴”(尽管其临时作为卷绕线即接收线的线轴)，而接收用过线的线轴被称为“收线线轴”(虽然其间歇地用作输出线的线轴)。更糟的是，磨粒从线的表面上突出(因为否则其不能切割)，并且在许多次的卷回期间，位于线轴上的线和到达线轴的线彼此相互损坏，这被称为“自损坏问题”。该问题在放线侧最严重，因为在该处线卷回到仍须使用的新线上。因此，线在已经损坏的状态下进入线网中。在收线侧该问题不太严重，因为线被磨损了并且磨粒已经变钝了:进入收线线轴的线卷在已磨损的线上。因此，收线线轴上的线不会太多地损坏卷回在收线线轴上的线。用于锯切工艺中的高线张力在来回卷绕期间直接作用在线轴的线捆上。这导致了重新卷绕的线在下层松卷线捆中的底切，并且导致线之间轻微的切向线摩擦，这就是引起自损坏的机理。这导致了刮擦、压痕和损失磨粒。该问题可以通过以下方式减轻:最初以高张力卷绕线捆一优选与锯切期间使用的张力相同一以便防止高张力卷绕的线在松卷的下层线之间切割。然而，在高张力下的卷绕线圈累积地增加了对下面的线和线轴芯的压力。因此，线轴通常被制造得重而坚固，以对抗该巨大的压力。因此，靠近线轴芯的线在上层的压力下被重重地横向挤压。高拉伸强度的线(即，拉伸强度大于约3500N/mm2的线)特别易受该横向压力的影响并且当然当其被保持在张力下时(在该例中正是如此，因为线在高张力下卷绕)而断裂。因此，在线轴中已经出现这种断裂并不令人惊讶。这是“层间压力问题”。已经尝试来解决该问题，即，小心地按六边形或者正方形关系将线成层卷绕在线轴上(如EP1698433A1中所描述的)，以便避免点接触并且以便分布接触压力。然而，考虑到固定磨料锯线的细度一一般为大约150 μ m—这是不容易的。另一问题是，为了确保整个线轴上一致的卷绕质量，线轴的芯必须在芯的整个宽度上同等地变形。因为使用凸缘来支承芯，所以芯趋向于在靠近凸缘处的径向刚度更大。因而，芯趋向于在凸缘之间直径收缩，但不是在凸缘处。因此，芯的中间部分比两侧具有更小的外径，这导致了在使用期间的卷绕问题。该问题被称为“不均匀的芯变形”问题:在使用期间，沿轴线的芯径向变形不均匀。在线轴重复使用期间，芯变形会导致永久性损坏:在每个使用周期，线轴芯将逐渐显示出在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线轴，用于以高张力卷绕细线，该线轴包括由芯材料制成的用于接收所述细线的管状芯，所述芯材料具有单位为N/mm2的弹性模量“Ecore”，所述芯具有单位都为mm的内径“ID”和外径“OD”，其特征在于，所述外径OD、所述内径ID和所述弹性模量Ecore应使得：3N/mm3

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.17 EP 11170419.31.一种线轴，用于以高张力卷绕细线，该线轴包括由芯材料制成的用于接收所述细线的管状芯， 所述芯材料具有单位为N/mm2的弹性模量“E./’， 所述芯具有单位都为mm的内径“ID”和外径“0D”， 其特征在于， 所述外径0D、所述内径ID和所述弹性模量Emm应使得:3N/mm3<Ecore.(2/ID-2/0D) <300N/mm3。2.根据权利要求1所述的线轴，所述芯材料还具有单位为N/mm2的0.05%条件屈服应力Ycore，其中: 2400N/mm<Ycore.(OD2-1D2) / (40D)。3.根据权利要求1或2所述的线轴，其中，所述芯的外径OD大于250_。4.根据权利要求1到3中任一项所述的线轴，其中，所述芯是由弹性模量Emm大于190000N/mm2并且0.05%条件屈服应力YeOTe大于350N/mm2的钢制成的。5.根据权利要求1到3中任一项所述的线轴，其中，所述芯是由弹性模量Emm大于65000N/mm2并且0.05%条件屈服应力YeOTe大于200N/mm2的铝合金制成的。6.根据权利要求1到5中任一项所述的线轴，其中，所述线轴还包括至少两...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·德保，E·韦莱肯，N·森，H·范霍克，
申请(专利权)人：贝卡尔特公司，
类型：
国别省市：