專利名稱：具有均勻輥隙壓力的依從壓輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及壓輥，更具體地說是涉及一種調(diào)整薄外殼變形的依從壓輥。
背景技術(shù)：
就制造某些基片而論，至少一個表面具有高的光潔度十分重要。通常這種高光潔度需要很高的公差。對于形成極好光潔度問題的現(xiàn)有技術(shù)解決辦法尚未完全令人滿意。一種現(xiàn)有技術(shù)解決辦法必需使用多個彈性輥。然而，彈性輥不能產(chǎn)生與金屬輥一樣高的公差。
另一種現(xiàn)有技術(shù)的解決辦法是使用具有高表面光潔度的載帶薄片，用作基片通過輥隙時的襯墊材料。這種解決辦法的問題為該載帶薄片通常必需被拋棄或者回收重制，從而加大該制造過程的成本。另一個問題是該載帶薄片經(jīng)常皺折。
使用一個具有高表面光潔度并蓋住一個彈性襯墊的金屬套筒的輥是一種可能性。然而，這種解決辦法也具有不少缺點。這種薄金屬套筒在反復(fù)使用后會產(chǎn)生破裂，尤其是沿著邊緣。
美國專利No.5,146,664(Biondetti)中描述一種現(xiàn)有技術(shù)解決辦法。所推薦的解決辦法是采用一系列液壓活塞。而且，這些液壓活塞在一個厚外殼上作業(yè)以便矯正該輥內(nèi)的軸撓曲。所披露的設(shè)備昂貴且不適用于所有應(yīng)用場合。
對于一個加圖案的輥來說，在輥隙處迅速升高壓力以便迫使材料到達該圖案是重要的。小直徑金屬外殼會固有地形成一個小輥隙印跡，對于一個給定的輥隙載荷來說，這導(dǎo)致一個較高的壓力。在擠壓注塑薄片材料的成形中該輥隙作用能改善該精加工或者說加圖案輥表面的復(fù)制過程。
在理想情況下，輥最好應(yīng)為圓柱形而該熔融樹脂應(yīng)均勻分布。實際上，兩種狀態(tài)都不能達到。為了改進橫向?qū)挾容佅兜暮奢d，局部調(diào)整輥形狀的能力是符合需要的。該薄片材料會因此而具有更加一致的厚度和表面一致性。多種自調(diào)整輥被用于需要高輥隙荷載的造紙或多種薄片壓光作業(yè)之中，但它們具有極低的傳熱性能。
因此需要具有一種輥，它能形成極好光潔度、帶有小輥隙印跡、具有改進的傳熱性能并能調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
簡單地說，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一個用來在輥隙處形成均勻壓力的依從壓輥具有一個靜止內(nèi)芯。許多靴狀物可繞樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在該靜止內(nèi)芯上。多塊非磁性隔板形成許多環(huán)形腔并且一個靴狀物占用一個腔。一種磁流變流體充滿每個腔，而許多磁場發(fā)生器改變每個腔內(nèi)的磁場。一個可旋轉(zhuǎn)薄外殼包圍著許多腔、靴狀物和靜止內(nèi)芯。在磁場發(fā)生器內(nèi)的改變造成磁流變流體的阻力改變，這本身在可旋轉(zhuǎn)薄外殼上施加力，因而補償在該外殼內(nèi)的小變形。
根據(jù)本發(fā)明，壓輥具有一個薄壁金屬外殼。該外殼在加載情況下的輪廓能在沿著旋轉(zhuǎn)軸線的多個不同點處進行調(diào)整以便提供均勻接觸的輥隙。沿著該輥軸線形成施加在該外殼內(nèi)表面上的力能發(fā)生變化的多個區(qū)域，以便補償造成局部外殼變形的力。
在一個實施例中，借助于容納在內(nèi)殼和外殼之間形成的多個腔內(nèi)的一種磁約束流體的剪切作用在該內(nèi)殼內(nèi)產(chǎn)生一個流體動力。磁場的改變影響該流體粘度。這對于一個給定的旋轉(zhuǎn)速度會產(chǎn)生較大的流體動力。主要構(gòu)件包括一個內(nèi)部圓柱芯、彈簧加載并可繞樞軸轉(zhuǎn)動的多個靴狀物、多個區(qū)域分隔環(huán)、磁場源以及薄壁外殼。
在該輥上的一個薄外殼提供更精細的軸向輪廓調(diào)整和優(yōu)秀的傳熱能力，這對于擠壓注塑系統(tǒng)來說是十分重要的。改進的熱傳遞能允許較小的輥直徑，從而改善模具到輥隙的幾何條件并能縮短熔融幕狀物長度，因此該輥能由于減少邊緣向內(nèi)彎曲而改善熔融幕狀物厚度不一致性。該輥還能用于該輥表面相對于其它物體需要可調(diào)整的多種非輥隙應(yīng)用場合。
通過詳細描述下文出現(xiàn)的最佳實施例，將使本發(fā)明及其目的和優(yōu)點變得更加清楚。


圖1是一個本發(fā)明軸向依從壓輥的等軸圖，并具有一個通過外殼剖取的局部橫截面以便露出內(nèi)部構(gòu)件。
圖2A是在內(nèi)部流動腔之一的中心處剖取的圖1所示軸向依從壓輥橫截面圖。
圖2B是圖2A所示靴狀物和外殼的界面放大視圖。
圖3是對于不同內(nèi)部壓力狀態(tài)而言外殼垂直于輥隙位置的徑向變形(UX)曲線圖。
圖4是在兩輥之間形成的輥隙的橫截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明將特別地指向形成本發(fā)明裝置部件或與該裝置更直接地協(xié)作的多個構(gòu)件。應(yīng)該理解，沒有專門顯示或描述的構(gòu)件可以采用熟悉該項技術(shù)的人員眾所周知的種種形式。
現(xiàn)在參見圖1，一個依從壓輥總體地用數(shù)字10標(biāo)出。依從壓輥10大體上包括一個靜止內(nèi)芯12以及許多可繞樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在靜止內(nèi)芯12上的靴狀物。一系列非磁性隔板16形成許多環(huán)形腔18并且每個靴狀物14占用一個環(huán)形腔18。
參見圖1、2A和2B，圖中顯示出偏心安裝的靴狀物14。靴狀物14的一個表面是彎曲的。一個可繞樞軸轉(zhuǎn)動點15和彈簧加載組件17裝設(shè)在靴狀物14上。在靴狀物14的結(jié)構(gòu)中使用一種非磁性金屬材料，但本發(fā)明不受這個實施例限制。靴狀物14彎曲表面的曲率稍小于薄壁外殼24內(nèi)表面的曲率。這就在這些構(gòu)件之間的界面處形成一個收斂的橫截面。
依從壓輥10包括一個不轉(zhuǎn)動內(nèi)芯12，它是用于依從壓輥10的主支承結(jié)構(gòu)。在該內(nèi)芯結(jié)構(gòu)中使用一種非磁性金屬材料，但本發(fā)明不受這個實施例限制。內(nèi)芯12具有一個在其中已設(shè)有多個軸向孔19的圓柱形狀。這些孔中的至少一個用來容納磁場發(fā)生器13。在該最佳實施例中一個磁場發(fā)生器13與許多靴狀物14中的每一個相關(guān)。這就允許對于薄壁外殼24的局部調(diào)整。在一個替代實施例中，可在許多靴狀物14的每一個之中放置一個磁場發(fā)生器13，如圖2B所示。
多個軸向孔19被用來循環(huán)該芯內(nèi)部的傳熱介質(zhì)。沿著徑向形成一系列空穴26，以便用作靴狀物14的支承。內(nèi)芯12上的多個支座能安裝多個軸承20和流體密封裝置22。
運行時，一種粘性流的流體動力效果會受到由該薄壁外殼相對于靴狀物的相對速度形成的剪切應(yīng)力，因而該流體效果在收斂區(qū)域11內(nèi)產(chǎn)生一個壓力分布。這個壓力作用在薄壁外殼彎曲表面25以及靴狀物彎曲表面27上。作用在靴狀物上的壓力導(dǎo)致一個與壓力中心處的曲率垂直的力。這個力受到作用在靴狀物14上的彈簧預(yù)加載力的抵抗。而作用在旋轉(zhuǎn)薄壁外殼24上的壓力在該外殼上形成一個內(nèi)力。作用在該外殼上并來自內(nèi)流體動力作用的力以及外輥隙力的凈差造成該薄壁外殼在這個區(qū)域內(nèi)的一個局部變形。
由于該外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計不受軸彎曲準則或殼破碎判據(jù)限定，在這個實施例情況下小外殼直徑的薄壁外殼是可能的。該外殼的壁厚能顯著減薄，這是因為受到外部輥隙力的該外殼表面由借助于磁流變流體28和靴狀物14的相互作用而形成的壓力在內(nèi)部被直接支承。
薄壁外殼24用多個軸承20強制約束以便圍繞內(nèi)芯12旋轉(zhuǎn)。該外殼的旋轉(zhuǎn)可由輥隙位置42處的摩擦力給予，如圖4所示，或者具有一個外部驅(qū)動機構(gòu)。沿著該薄壁外殼的彎曲表面25，對于一個給定的收斂界面來說，具有相對速度和流體粘度會形成一個均勻的壓力。借助于改變該流體的粘度，連同靴狀物14一起的多個環(huán)形腔18、磁流變流體28以及軸向可變磁場發(fā)生器13能受到可變的流體動壓力。這種沿著該薄壁外殼施加軸向可變壓力的能力導(dǎo)致多個小量值局部變形改變并且該改變的頻率比其它現(xiàn)有技術(shù)可能的頻率高得多。
圖3顯示有限元計算結(jié)果，它用來模擬這種設(shè)備在該輥隙位置的輥表面徑向輪廓上的可變內(nèi)壓力能力的效果。該外殼的尺寸可按照下列值來提供大約1800磅-英寸的抗撓剛度以及0.025的外殼厚度與直徑之比?？箵蟿偠缺欢x為材料彈性模量和外殼厚度三次方的乘積值除以一個恒定值12和1與泊松比平方之差的乘積值。一個250每平方英寸磅數(shù)的平均輥隙壓力被使用在這一計算之中，所述平均輥隙壓力沿著一個與該旋轉(zhuǎn)軸線平行的局部區(qū)域布置在薄壁外殼24上。變量UX是沿x方向的徑向位移，它也垂直于該被施加輥隙壓力區(qū)域。
具有多個菱形標(biāo)記的曲線30表示在輥隙加載但沒有內(nèi)部支承情況下的預(yù)計外殼變形。具有三角形標(biāo)記的曲線32表示在一個區(qū)域上施加一個局部壓力的效果，所述區(qū)域與以50每平方英寸磅數(shù)的平均壓力作用在該外殼中心處的靴狀物14彎曲表面等同。而具有矩形標(biāo)記的曲線34表示借助于沿著外殼內(nèi)表面施加一個范圍為15至20每平方英寸磅數(shù)的梯度壓力分布而獲得的徑向變形實際效果。利用基本流體動力學(xué)原理已經(jīng)算出，如果一種大約10帕-秒粘度的流體在該外殼和靴狀物彎曲表面之間被用一個250升/秒的平均剪切速率剪切，在這個區(qū)域內(nèi)能產(chǎn)生大約30每平方英寸磅數(shù)的壓力。
圖4顯示在擠壓注塑薄片成形中使用的一個典型兩輥輥隙的橫截面圖。一個依從壓輥10被徑向加載，進入熔融樹脂52和第二輥40的界面。利用一個例如為激光三角測量器或渦流裝置的非接觸變形探測器50，能測量生成的外殼表面變形。這個測得數(shù)據(jù)能用給微信息處理器56發(fā)送變形信號54的方法來控制沿著該輥軸線的內(nèi)部加載狀態(tài)，所述微信息處理器改變一個或更多磁場發(fā)生器13的強度。
除了上文所述的磁流變流體之外，這種設(shè)備還能調(diào)節(jié)其它沒有磁流變性能但呈現(xiàn)非牛頓特性(流體粘度取決于被施加的剪切速率)的流體。局部壓力變化能通過調(diào)節(jié)在該外殼和靴狀物彎曲表面之間的間隙來形成。在這個間隙中的平均剪切速率與被該間隙高度除的表面速度成比例。非牛頓流體在速度和剪切速率之間顯示出對數(shù)關(guān)系。外部調(diào)節(jié)該間隙并與一種具有所需剪切敏靈性能的流體相結(jié)合，提供一個在每個腔內(nèi)形成局部壓力差的附加裝置。
零件表10 依從壓輥11 收斂區(qū)域12 內(nèi)芯13 磁場發(fā)生器14 靴狀物15 轉(zhuǎn)動點16 非磁性隔板17 彈簧加載組件18 環(huán)形腔19 軸向孔20 軸承22 密封裝置24 薄壁外殼25 外殼彎曲表面26 空穴27 靴狀物彎曲表面28 磁流變流體30 曲線32 曲線34 曲線40 第二輥42 輥隙50 變形探測器52 熔融樹脂54 信號56 微信息處理器
權(quán)利要求
1.一種用來在輥隙處形成均勻壓力的依從壓輥，它包括一個靜止內(nèi)芯；許多可繞樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在所述靜止內(nèi)芯上的靴狀物；多塊形成許多環(huán)形腔的非磁性隔板，此處每個所述靴狀物占用所述腔之一；一種充滿每個所述腔的磁流變流體；許多用來改變每個所述腔內(nèi)磁場的磁場發(fā)生器；以及一個圍繞著所述許多腔、靴狀物和靜止內(nèi)芯的可旋轉(zhuǎn)薄外殼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，每個所述磁場發(fā)生器處于每個所述靴狀物之中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，每個所述磁場發(fā)生器處于所述靜止內(nèi)芯之中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，所述磁流化流體是一種傳熱媒劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，所述靴狀物被彈簧加載到所述靜止內(nèi)芯上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，所述可旋轉(zhuǎn)薄外殼是金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，每個所述磁場發(fā)生器可單獨調(diào)節(jié)以便補償在所述可旋轉(zhuǎn)薄外殼內(nèi)的變形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，每個所述磁場發(fā)生器可單獨調(diào)節(jié)以便補償薄片的厚度變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，在所述磁流變流體上由所述可旋轉(zhuǎn)薄外殼的旋轉(zhuǎn)形成的流體動力補償所述外殼內(nèi)的變形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，在每個所述靴狀物內(nèi)安置一個變形探測器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，一個渦流探測器探測在所述可旋轉(zhuǎn)薄外殼內(nèi)的變形，并給一臺調(diào)節(jié)至少一個所述磁場發(fā)生器的微信息處理器提供變形信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，一個激光探測器探測在所述可旋轉(zhuǎn)薄外殼內(nèi)的變形，并給一臺調(diào)節(jié)至少一個所述磁場發(fā)生器的微信息處理器提供變形信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，所述許多靴狀物中每一個的一個表面與所述可旋轉(zhuǎn)薄外殼的一個內(nèi)表面形成一個收斂區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，所述許多靴狀物中每一個的一個表面的曲率大于所述可旋轉(zhuǎn)薄外殼內(nèi)表面的曲率，以便形成一個收斂區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的依從壓輥，其特征為，所述許多靴狀物偏心安裝。
16.一種用來在輥隙處形成均勻壓力的依從壓輥，它包括一個靜止內(nèi)芯；許多可繞樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在所述靜止內(nèi)芯上的靴狀物；多塊形成許多環(huán)形腔的非磁性隔板，此處每個所述靴狀物占用所述腔之一；一種充滿每個所述腔的磁流變流體；許多用來改變每個所述腔內(nèi)磁場的磁場發(fā)生器；以及一個圍繞著所述許多腔、靴狀物和靜止內(nèi)芯的可旋轉(zhuǎn)金屬薄外殼；其中，每個所述磁場發(fā)生器可單獨調(diào)節(jié)以便補償在所述可旋轉(zhuǎn)外殼內(nèi)的變形；并且在所述磁流變流體上由所述外殼的旋轉(zhuǎn)形成的流體動力補償所述外殼內(nèi)的變形。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的依從壓輥，其特征為，每個所述磁場發(fā)生器處于每個所述靴狀物之中。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的依從壓輥，其特征為，所述磁流化流體是一種傳熱媒劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的依從壓輥，其特征為，所述靴狀物被彈簧加載到所述靜止內(nèi)芯上。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的依從壓輥，其特征為，一個變形探測器探測在所述外殼內(nèi)的變形，并調(diào)節(jié)至少一個所述磁場發(fā)生器以便補償所述變形。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的依從壓輥，其特征為，一個渦流探測器探測在所述外殼內(nèi)的變形，并給一臺調(diào)節(jié)至少一個所述磁場發(fā)生器的微信息處理器提供變形信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的依從壓輥，其特征為，一個激光探測器探測在所述可旋轉(zhuǎn)薄外殼內(nèi)的變形，并給一臺調(diào)節(jié)至少一個所述磁場發(fā)生器的微信息處理器提供變形信號。
23.一種用來在輥隙處形成均勻壓力的方法，它包括提供一個靜止內(nèi)芯；將許多靴狀物可繞樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在所述靜止內(nèi)芯上；形成許多環(huán)形腔，此處每個所述靴狀物占用所述腔之一；用一種磁流變流體充滿每個所述腔；用一個可旋轉(zhuǎn)薄金屬外殼包圍所述許多腔、靴狀物和靜止內(nèi)芯；探測在所述外殼內(nèi)的變形；以及改變至少一個所述腔內(nèi)的磁場以便改變所述磁流變流體的粘度，從而矯正所述變形。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其特征為，在所述磁流變流體上由所述外殼的旋轉(zhuǎn)形成的流體動力補償所述外殼內(nèi)的變形。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其特征為，在每個所述靴狀物中安裝一個磁場發(fā)生器。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其特征為，所述磁流化流體是一種傳熱媒劑。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其特征為，包括所述靴狀物被彈簧加載到所述靜止內(nèi)芯上的附加步驟。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其特征為，一個渦流探測器探測所述外殼內(nèi)的變形。
29.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其特征為，一個激光探測器探測所述可旋轉(zhuǎn)薄外殼內(nèi)的變形。
30.一種用來形成均勻壓力的依從壓輥，它包括一個靜止內(nèi)芯；許多可繞樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在所述靜止內(nèi)芯上的靴狀物；多塊形成許多環(huán)形腔的非磁性隔板，此處每個所述靴狀物占用所述腔之一；一種充滿每個所述腔的磁流變流體；許多用來改變每個所述腔內(nèi)磁場的磁場發(fā)生器；一個圍繞著所述許多腔、靴狀物和靜止內(nèi)芯的可旋轉(zhuǎn)薄外殼；至少一個用來探測所述可旋轉(zhuǎn)薄外殼內(nèi)變形的探測器；一個用來處理外殼變形信息的微信息處理器；并且調(diào)節(jié)至少一個所述磁場發(fā)生器以便補償外殼變形。
全文摘要
一種用來在輥隙(42)處形成均勻壓力的依從壓輥(10)具有一個靜止內(nèi)芯(12)。許多靴狀物(14)可繞樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在靜止內(nèi)芯上。多塊非磁性隔板(16)形成許多環(huán)形腔(18)并且一個靴狀物占用一個腔。一種磁流變流體充滿每個腔，而且許多磁場發(fā)生器(13)改變每個腔內(nèi)的磁場。一個可旋轉(zhuǎn)薄外殼(24)包圍許多腔、靴狀物和靜止內(nèi)芯。
文檔編號F16C17/03GK1930399SQ200580007182
公開日2007年3月14日 申請日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者R·博姆巴, N·A·布利什 申請人:伊斯曼柯達公司