本发明涉及通过线材拉伸机制造金属线材的领域。更具体地，涉及用于这种制造的模具和模具保持器以及监测系统。
背景技术
从技术和商业角度来看，线材的应用变得越来越苛刻。这要求线材生产商提高生产速度并且将线材拉伸到愈发严格的成品线材公差和特定的机械性能，同时使停机时间最小化。一些示例是超高强度碳丝、超级双相不锈钢、钛、铬镍铁合金等的生产。
为了生产具有目标直径和机械性能的成品线材，通过一个或多个用于专业线材拉伸机械的线材拉伸模具拉伸不同金属合金的线材，以减小这些线材的直径或改变其形状。为了达到所需的线材直径和机械性能，在少至1个和多至27个或更多个连续步骤中对线材进行冷拉伸。
在当前的工业状态下，大多数线材拉伸模具尖端永久地包在钢或其他金属外壳中，一旦碳化合金或金刚石尖端材料磨损超过其使用寿命，就将其丢弃。在那时，外壳和永久包装的尖端会被丢弃和回收。线材拉伸模具尖端是线材拉伸模具中的核心材料，由碳化钨、聚晶金刚石、天然或合成金刚石等硬质材料制成。在某些应用中，模具尖端是可更换的。
布线过程会对拉伸系统的各个部件产生很大的压力。由于系统承受的巨大压力，系统部件在其预期使用寿命之前经常发生故障。测量系统的物理特性非常困难。现有技术包括可以放置在线材拉伸机部件外部上的各种探针和传感器。然而，没有内部传感器可以提供各种部件的状态的清晰图像，并且也没有内部传感器可以组合以控制线材拉伸过程的各种参数。
技术实现要素：
本申请涉及线材拉伸监测系统以及有助于控制线材拉伸过程的部件。一个实施例是一种拉伸模具保持器，其包括拉伸通道和从拉伸模具保持器的外壁延伸到内壁的模具探针通道。另一个实施例是具有两个或更多个探针的模具盒，这些探针测量模具盒的部件或被拉伸通过模具盒的线材的多种特性。另一个实施例是由具有线材拉伸盒的线材拉伸监测系统组成的系统，该线材拉伸盒包括测量线材拉伸装置的两个或更多个性能的两个或更多个探针。在平行于模具保持器表面的模具表面处测量所述两个或更多个性能中的一个；以及控制单元，其中两个或更多个探针向控制单元发送信息。
通过考虑整个说明书，本发明的其他和附加目的将变得显而易见。
附图说明
将结合附图中所示的本发明实施例的以下描述更详细地考虑本发明的上述和其他特征、方面和优点，在附图中：
图1A是模具盒的透视前视图。
图1B是模具盒的透视后视图。
图2A是模具的透视图。
图2B是沿模具的RR轴的横截面。
图2C是模具的底视图。
图3A是具有两件式模具的模具保持器的剖视图。
图3B示出具有三件式模具的模具保持器的剖视图。
图4A是模具盒的前视图。
图4B是沿模具盒的轴线AA的横截面。
图4C是沿模具盒的轴线BB的横截面。
图5A是模具盒的俯视图。
图5B是沿模具盒的轴线FF的横截面。
图5C是沿模具盒的轴线JJ的横截面。
图6A是沿轴线GG的横截面。
图6B是图6A的正方形H的放大图。
图6C是模具盒的后视图。
图7A和图7B是在模具探针通道中具有填充材料的拉伸模具保持器的横截面。
图8是经受直接冷却的模具盒的横截面。
图9是带有冷却剂流量调节器的模具盒的透视图。
具体实施方式
通过参考以下描述可以更好地理解以上概述的以及由所列举的权利要求定义的本发明，这些描述应当结合附图阅读，其中相同的附图标记用于相同的部件。下文阐述的实施例的该描述使人们能够构建和使用本发明的实施方式，并非旨在限制本发明，而是用作其特定示例。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用所公开的概念和具体实施例作为修改或设计用于实现本发明相同目的的其他方法和系统的基础。本领域的技术人员还应该认识到，这种等效组件在其最广泛的形式下并未脱离本发明的精神和范围。
本申请描述了一种线材拉伸监测系统，该系统收集一台线材拉伸机或多台线材拉伸机的部件的多种特性，以提高线材拉伸机的效率，减少由于部件故障导致的停机时间，并且降低成本。在一些实施例中，线材拉伸监测系统包括如本文所述的智能模具系统部件。该系统从一个或多个探针收集信息，这些探针测量线材拉伸机部件的物理特性，比如工艺中使用的各种模具、模具保持器、模具盒和线材本身。如本文所述，术语“探针”是指收集系统要使用的信息的任何类型的装置，无论它是物理探针还是任何类型的传感器。在一些实施例中，系统从测量线材拉伸机部件的物理特性的两个或更多个探针收集信息。在一些实施例中，监测系统包括如图1A和1B所示的模具盒200。
如图2A、图2B以及图2C所示，模具盒200具有容纳模具102的拉伸模具保持器100。如业内所知，模具102由硬质材料比如碳化钨、多晶金刚石、天然金刚石或任何其他类似材料制成。在某些应用中，模具也可以被称为“尖端(nib)”。如图3A、图3B以及图3C所示，模具102可以是单一构造或若干个部件，比如压力模具129或尖端、拉伸模具126或二次模具131。图3A示出容纳两件式模具102的拉伸模具保持器100，包括拉伸模具126和压力模具129或尖端。图3B和图3C示出容纳三件式模具102的模具保持器壳体，该三件式模具包括拉伸模具126、压力模具129以及二次模具131。图3C是模具盒200中的三件式模具102的放大图。拉伸模具保持器100被配置为接受探针115，该探针测量在拉伸过程期间使用的模具102的一个或多个性能或物理特性。拉伸模具保持器100具有拉伸通道103，该拉伸通道在线材拉伸过程期间支撑模具102。拉伸通道103在拉伸过程期间沿线材行进方向纵向地延伸。拉伸模具保持器100还具有从拉伸模具保持器100的保持器外壁109延伸到保持器内壁112的模具探针通道106。如本文所述，拉伸通道103是模具外壁110与拉伸模具保持器100之间的边界；拉伸通道103是由拉伸模具保持器100的内壁形成的通道。拉伸通道103不同并且平行于线材形成通道105，该线材形成通道105是由模具内壁113形成的通道。
在一些实施例中，模具探针通道106垂直于或正交于拉伸通道103。然而，可以预期的是，在其他实施例中，模具探针通道106可以具有相对于拉伸通道103有不同角度的取向，只要探针能进入模具102。例如，如果拉伸通道103是锥形的，则探针通道106可以远离拉伸通道106竖直地延伸，而不垂直于或正交于拉伸通道103。
在一些实施例中，模具102包在拉伸模具保持器100内。在其他实施例中，模具102可以与模具保持器100分离。在一些实施例中，拉伸模具保持器100可以分成第一基部118和帽121。第一基部118保持可以从第一基部118移除的拉伸模具126。在其他实施例中，拉伸模具126包在第一基部118内并且不可移除或更换。拉伸模具保持器100的帽121保持可以从帽121移除的压力模具129或尖端。在一些实施例中，模具保持器100保持多于一个的压力模具129。在其他实施例中，压力模具129包在帽121内并且不可移除或更换。在进一步的实施例中，拉伸模具保持器100包括第二基部123。第二基部123保持可移除或可更换的二次模具131。在其他实施例中，二次模具131包在第二基部123内并且不可移除或更换。除了由拉伸模具126和压力模具129赋予的那些性能之外，二次模具131是用于赋予线材特定性能的附加模具。在一些实施例中，二次模具131与被拉伸的线材具有小的间隙。在其他实施例中，二次模具131赋予线材的进一步直径减小。在其他实施例中，二次模具131可以施加小的表皮光轧以硬化线材的外表面。
在一些实施例中，模具探针通道106在第一基部118内。在拉伸模具126永久地包在第一基部118内的实施例中，这意味着拉伸模具126不能从基部118移除；模具探针通道106延伸到拉伸模具保持器100的保持器内壁112，即第一基部118的包住拉伸模具126的部分。在其他实施例中，拉伸模具126未被包住，但可以从第一基部118移除；模具探针通道126延伸到拉伸模具保持器100的保持器内壁112，即第一基部118的与拉伸模具126接触的部分。
模具探针通道106容纳探针115。在一个实施例中，探针115从模具102的任何部分收集信息，无论是拉伸模具126、压力模具129、还是二次模具131。在一些实施例中，探针115接触模具102。在一些实施例中，探针115是向传感器发送信息的换能器。在一些实施例中，探针115是用于温度传感器、振动传感器、压力传感器、红外传感器、高温计、磁场传感器、或从模具102、拉伸模具保持器100或被拉过拉伸模具保持器100的线材收集物理特性的任何其他类型的传感器中的一个或多个的换能器或信息收集器。在传感器收集温度信息的一些实施例中，温度传感器是热电偶或红外传感器，并且探针115是传感器的这样的部分：收集温度信息并且将温度信息发送到数据处理装置210。在一些实施例中，探针115与模具102物理接触。在其他实施例中，探针115可以通过模具探针通道106进入模具102并且从模具102收集信息，而不与模具102直接接触。
在一些实施例中，探针115包在模具探针通道106内，即探针115固定在模具探针通道106内并且不允许滑入或滑出模具探针通道106。在其他实施例中，探针115可以从模具探针通道106移除。在一些实施例中，固位器(比如弹簧)向探针115提供抵靠模具102的压力。
在其他实施例中，如图7A和图7B所示，模具探针通道106包含导电填充材料141。导电填充材料141是一种易于承载物理特性的材料。在一些实施例中，导电填充材料141是导热的以允许准确读取模具102的温度。在一些实施例中，导电填充材料141在模具探针通道106的底部处并且接触模具102。在一些实施例中，探针115接触导电填充材料141，间接地从模具102收集信息。在一些实施例中，探针115包在模具探针通道106内，即探针115在探针通道106内处于固定位置并且不允许滑入或滑出模具探针通道106以及接触导电填充材料141。在其他实施例中，探针115可以从模具探针通道106移除。在一些实施例中，固位器(比如弹簧)向探针115提供抵靠导电填充材料141的压力。
在一些实施例中，探针115将来自模具102、模具保持器100、或其他部件的信息发送到数据处理装置210。在一些实施例中，数据处理装置210是读取器、发射器、或数据记录器。在一些实施例中，探针115物理地连接到数据处理装置210。在其他实施例中，探针115与数据处理装置210无线地通信。无线通信降低了在机器操作期间或当存在物理拉伸故障时物理连接被损坏的可能性，在高压下，松散的线材会失稳损坏有线连接。
在一些实施例中，拉伸模具保持器100容纳在模具盒200内，如图4A、图4B以及图4C所示。模具盒200包括盒探针通道203。盒探针通道203从盒外壁206延伸到盒内壁209，该盒内壁与保持器外壁109相邻并且平行该保持器外壁延展。
盒式探针通道203容纳探针115。在一个实施例中，探针115可以从拉伸模具保持器100的任何部分收集信息。在一些实施例中，探针115与模具保持器100物理接触。在其他实施例中，探针115通过盒探针通道203进入模具保持器100，并且从拉伸模具保持器100收集信息而不与拉伸模具保持器100直接接触。在进一步的实施例中，探针115延伸穿过模具保持器100并且与模具102接触并从模具102收集信息。在一些实施例中，探针115与拉伸模具126接触。在进一步的实施例中，探针115延伸穿过模具保持器100但不接触模具102。探针115从模具102收集信而不直接接触模具102。
在一些实施例中，探针115包在模具盒探针通道203内，即探针115固定在盒探针通道203内并且不允许滑入或滑出盒探针通道203。在其他实施例中，探针115可以从盒式探针通道203移除。在一些实施例中，固位器(比如弹簧)向探针115提供抵靠模具保持器100的压力。
在其他实施例中，模具盒探针通道203包含导电填充材料141。在一些实施例中，导电填充材料141在盒探针通道203的底部处并且接触模具保持器100。在一些实施例中，探针115接触导电填充材料141，从而间接地从模具保持器100收集信息。在一些实施例中，探针115包在盒探针通道203内，即探针115固定在盒探针通道203内并且不允许滑入或滑出盒探针通道203，并接触导电填充材料141。在其他实施例中，探针115可以从盒探针通道203移除。在一些实施例中，固位器(比如弹簧)向探针115提供抵靠导电填充材料141压力。
在示例性实施例中，模具盒200容纳模具保持器100，该模具保持器包括模具探针通道106。如图4B所述的模具盒，其中，盒探针通道203和模具探针通道106对齐；然后探针115可以延伸通过两个通道。在一些实施例中，模具盒200和模具保持器100具有对齐元件213，该对齐元件有助于适当地对齐模具盒探针通道203和模具探针通道106。在一些实施例中，对齐是径向的。在一些实施例中，用于径向对齐的对齐元件213具有两个部件：对齐销216和与对齐销216匹配的凹陷部219。在一些实施例中，对齐销216是模具盒200的一部分，并且凹陷部219在模具保持器100中。在其他实施例中，对齐销216是模具保持器100的一部分并且凹陷部219是模具盒200的一部分。
如图5B所示，模具盒200具有模具盒对齐通道222。在一些实施例中模具盒对齐通道222平行于模具盒探针通道203。模具盒对齐通道222也平行于模具探针通道106。在一些实施例中，对齐通道222的第一部分225在拉伸模具保持器100中，并且模具盒对齐通道222的第二部分228邻近拉伸模具保持器100。对齐通道222的第一部分225与对齐通道222的第二部分228一起形成容纳对齐销216的单个对齐通道。在一些实施例中，对齐通道的第一部分225具有椭圆形或不规则形状。在其他实施例中，椭圆形或不规则形状在模具盒对齐通道222的第二部分228上。
在一些实施例中，模具盒200具有用于间接冷却模具保持器100的夹套234。如本文所讨论的，间接冷却是指其中模具保持器100被夹套234包围的冷却类型，该夹套包括冷却剂通道，冷却剂流动通过该冷却剂通道，从而从夹套234去除热量，这继而从模具保持器100去除热量。夹套234是冷却夹套，在一些实施例中，冷却剂是水。夹套234支撑模具保持器100。夹套234还提供冷却剂通道237，该冷却剂通道提供模具保持器100和模具102的间接冷却。
在一些实施例中，模具盒200包括盒对齐通道222的延伸穿过夹套234的第三部分。盒对齐通道222的第三部分240与盒对齐通道22的第一部分225和第二部分228对齐。在一些实施例中，对齐销216延伸穿过盒对齐通道222的第一部分225、第二部分228、以及第三部分240。
模具盒200具有顶侧243，该顶侧还具有可位移安全块246。可位移安全块246通过“偏心”闩锁型肘节夹252压靠模具盒200。在一些实施例中，模具盒200的可位移安全块246位于夹套234上方，在模具盒200的顶侧243上。在一些实施例中，销216可移除地附接到可位移安全块246。当闩锁型肘节夹252被致动到锁定位置时，可位移安全块246和销216固定。当闩锁型肘节夹252被致动到解锁位置时，安全块246和销216自由地从模具盒246移除。在某些情况下，销216和/或安全块246可变成囤积的(stock)并且需要从模具盒200移除。在这种情况下有多种位移选项。
在一些实施例中，可位移安全块246具有用于在安全块被卡住时撬动安全块的主位移装置249。在一些实施例中，主位移装置255是在可位移安全块246的底侧261上的平坦通道258。在一些实施例中，通道258从第一侧延伸穿过可位移安全块246到第二侧。在其他实施例中，安全通道不穿过可位移安全块246的整个长度，而是由两个狭槽组成，每侧一个，这两个狭槽铣入可位移安全块246中，以允许有撬动安全块246远离模具盒200的顶面的间隙。在其他示例性实施例中，二次位移装置264用于进一步帮助用户从模具盒200移除对齐销216。在示例性实施例中，二次位移装置264是螺纹件，当螺纹件转动时，该螺纹件推压夹套并且将可位移安全块与模具盒200分开。在又一实施例中，第三位移装置249包括位移通道276，该位移通道从模具盒底侧279朝向盒对齐通道222延伸，并且其直径小于对齐销216的直径。位移销(未示出)可以插入穿过位移通道276以将对齐销216推出模具盒200。
一个实施例包括可滑动支撑件267，该可滑动支撑件可以在安全块下方滑动，以防止安全块在模具102或模具保持器100移除时掉落。
在另一个实施例中，模具保持器100在轴向平面中在模具盒200内对齐。在一些实施例中，轴向对齐是通过锥形的模具盒拉伸通道105实现的，这意味着在拉伸通道105一端处的直径不同于拉伸通道105在第二端处的直径。
在一个示例性实施例中，模具盒200包括力换能器303。在一些实施例中，力换能器303处于无载状态。为了实现力换能器303的无载状态，模具盒200具有导杆306，该导杆允许模具盒200沿平行于拉伸通道103的轴线移动。在其他实施例中，模具盒200包括多个导杆306。模具盒200还可以具有一个或多个线性轴承309，或多个线性轴承309。
在一个实施例中，其中使用间接冷却并且模具盒200包括连接到背板270的夹套234。力传递板401连接到力换能器303。力换能器303由背板270保持并且背板270的耐用性通过位于力换能器303与背板270之间的硬化垫圈403而增强。力换能器303通过保持环402保持在位。保持环402向力换能器303的外环施加压力，并且通过由保持夹405保持的波浪形垫圈404供应弹簧压力。这种配置将力换能器303固定在非预加载状态中。滑板330确保力传递板401的径向对齐，但允许线性运动以在线材拉伸期间如所需的那样由夹套234压缩力传感器。
夹套234通过一个或多个导杆306或多个导杆306连接到背板270。在另一个实施例中，模具盒200具有在夹套234与背板270之间的滑板330。力换能器303放置在滑板330与背板270之间。在其他实施例中，力传递板330放置在力换能器303与夹套234之间。
在一些实施例中，模具盒200提供直接冷却。图8中示出了直接冷却的实施例。如本文所讨论的，直接冷却是指冷却剂能够进入模具保持器100。为了提供直接冷却，模具盒200包括模具保持器O形环309和模具盒O形环312，它们允许直接冷却模具保持器100。冷却剂入口803将冷却剂输送到与拉伸模具保持器100直接接触的冷却通道800。如以上所讨论的，模具盒200内的模具保持器100可以直接或间接冷却。在任一类型的冷却中，模具盒连接到冷却剂流量调节器327，如图9所示。冷却剂流量调节器327改变被推动通过系统的冷却剂的速率，以将保持器126冷却到特定温度。来自本文描述的各种传感器的信息用于调节流量调节器327的输出。
在一些实施例中，模具盒200包括模具盒螺母315，该螺母限制模具保持器100沿平行于拉伸通道103的轴线的运动。在一些实施例中，模具盒螺母315的安装被配置为避免安装时产生轴向预加载。在直接冷却应用中，通过给予拉伸模具保持器移动空间，模具盒螺母315只能穿过模具盒200到防止力换能器303的加载的预定位置。在此类实施例中，允许拉伸模具保持器100沿线材拉伸轴线移动。仅允许拉伸模具保持器100充分行进以避免向力换能器预加载，即当线材未被拉伸时的压力。
在一些实施例中，模具盒200包括以下传感器中的任一个：振动传感器318、磁场传感器321、霍尔效应传感器324、以及任何其他传感器。可以设想，在一些实施例中，模具盒200包括旋转模具保持器。旋转模具保持器是一种允许在拉伸线材时旋转的模具保持器。旋转模具保持器包括将从模具保持器收集的信息无线地输送到控制单元的传感器。
模具盒200和模具保持器100是拉伸系统的一部分，该拉伸系统包括：测量模具盒200、模具保持器100、模具102、以及线材拉伸系统的其他部件的两个或更多个物理性能的两个或更多个探针，这些探针中的至少一个测量在平行于模具保持器表面的模具表面处的特性；以及控制单元。如本文所用，术语“物理性能”是指模具盒200、模具保持器100、模具120、或线材的可测量的特性。此类“物理性能”对于制造模具盒200、拉伸模具保持器100、模具102的部件以及线材的材料来说可以是准永久性的，比如温度、导电性等。如本文所用，其他“物理性能”是指基于线材拉伸过程而改变的可测量的特性。例如，模具保持器100或模具102的温度、模具盒200处的振动以及其他类似的特性。两个或更多个探针向控制单元发送信息。然后，控制单元可以将信息发送到图形用户界面，供用户评估或供管理机器参数的程序采取特定行动。在一些实施例中，控制单元处理信息并且对特定的线材拉伸参数进行自动调整。例如，在一些实施例中，控制单元组合从各种探针收集的信息并且自动调整过程的拉伸速度、供应到模具盒的冷却剂流量、以及其他类似参数。在一些实施例中，控制单元控制模具盒处的由冷却剂流量调节器供应的冷却剂的流量。本文描述的系统的一个优点是探针“实时”向控制单元或数据处理装置210发送信息，即当线材被拉伸通过机器以便能够对线材拉伸过程进行调整时无需停止系统。
在一些实施例中，系统包括具有多个探针和传感器的多个模具盒200，这些探针和传感器将信息发送到单个控制单元，该控制单元继而调整线材拉伸机的参数。系统基于从模具盒200和拉伸模具保持器100处的探针115收集的信息调节机器的参数。在一些实施例中，系统的多个模具盒200在单个线材拉伸机内。在一些实施例中，多个模具盒200可以在同时运行的多个线材拉伸机中。控制单元被设计成基于每个模具盒200的实时读数改变不同机器中的各种参数。
一种具有线材拉伸盒的线材拉伸监测系统，该线材拉伸盒包括测量线材拉伸装置的两个或更多个性能的两个或更多个探针。如上所述，在平行于模具保持器表面的模具表面处测量所述两个或更多个性能中的一个。该系统还具有控制单元，并且两个或更多个探针向该控制单元发送信息。线材拉伸系统还包括拉伸模具保持器。线材拉伸系统具有控制单元，该控制单元被配置为接收和处理来自两个或更多个探针的信息。在一些实施例中，线材拉伸系统包括两个或更多个线材拉伸盒。
如上所述，该系统基于从模具盒200和拉伸模具保持器100处的探针收集的信息实施控制线材拉伸机参数的方法。在该方法的第一步骤中，具有在一个或多个模具盒200和拉伸模具保持器100上的探针和传感器的线材拉伸机通过拉伸模具保持器100开始线材拉伸。在第二步骤中，从模具保持器100和模具盒200处的探针115收集信息。在一些实施例中，探针115在模具保持器100内。探针115接触模具102，其他探针或传感器直接从模具盒200和拉伸模具保持器100收集附加信息。在第三步骤中，将信息发送到数据处理装置210。数据处理装置210包括被编程为收集和处理从探针接收的多种数据的处理单元或计算机。在进一步的步骤中，处理所收集的信息。在又一步骤中，数据处理装置210控制模具盒200或模具保持器100处的线材拉伸机的各种参数。
已经参考优选实施例描述了本发明。虽然为了描述本发明的概念已经阐述了特定的值、关系、材料以及步骤，但是本领域技术人员将理解的是，可以如在特定的实施例中所示对本发明进行许多变化和/或修改，而不脱离广泛描述的本发明的基本概念和操作原理的精神或范围。应当认识到，根据以上教导内容，本领域技术人员可以在不脱离本文教导的本发明的情况下修改那些细节。现在已经完全阐述了优选实施例和构成本发明基础的概念的某些修改，本领域技术人员在熟悉这些基本概念之后将明显地想到本文示出和描述的各种其他实施例以及实施例的某些变化和修改。旨在包括所有此类修改、替代和其他实施例，只要它们落入所附权利要求或其等同物的范围内。因此，应当理解，本发明可以以不同于本文具体阐述的方式实施。因此，本实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。
工业适用性
本发明涉及通过拉伸机制造金属线材。更具体地，涉及用于此类制造的模具和模具保持器以及监测系统，并且其在工业中使用。
