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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Ziehwerkzeuges
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ziehwerkzeuges, das aus einem in einer metallenen Fassung fest angeordneten, durchbohrten Diamanten besteht, wobei der bereits mit einer Bohrung versehene Diamant in eine in der Fassung vorgesehene zylindrische Kammer gebracht wird, die entsprechend grösser als der Diamant ist und an der unteren Begrenzung mit einer zentralen Öffnung versehen ist, wonach der Diamant in einer Metallmasse eingeschmolzen wird und die erstarrte Metall- masse mit einer der Bohrung des Diamanten entsprechenden Öffnung versehen wird.
Bei diesem bekannten Verfahren wird eine geschmolzene Metallmasse in die zylindrische Kammer der Fassung gegossen. Beim Schmelzen und Giessen kann Oxydation des Metalles auftreten. Weiter wird bei diesem Verfahren der Diamant beim Giessen der Metallmasse plötzlich auf hohe Temperatur gebracht, wodurch ungewünschte Spannungen auftreten können.
Um diese Nachteile zu vermeiden, und um das Ziehwerkzeug schnell herzustellen zu können, wird nach der Erfindung in die Kammer um den Diamanten ein Ring eines Metalles mit einem niedrigeren
Schmelzpunkt als die Fassung gebracht, welches Metall ausserdem den Diamanten benetzt und an dem Fassungsmaterial haftet, wobei das Volumen des Ringes derart gewählt wird, dass das geschmolzene und darauf erstarrte Metall des Ringes die Kammer um den Diamanten vollkommen ausfüllt, worauf die Fassung in das Feld eines Konzentrators eines Hochfrequenzgenerators gebracht wird, so dass der Ring nach Einschalten des Stroms schmilzt und das Metall nach Abschalten des Stroms erstarrt. Die Temperatur des Metalles, z. B. Gusseisen, kann dabei auch niedriger sein als bei dem bekannten Verfahren, da Wärmeverluste durch Transport des Tiegels und beim Giessen vermieden werden.
Weiter kann die Bearbeitung durch ungeschultes Personal durchgeführt werden.
Um Oxydation des geschmolzenen Metalles zu verhüten, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Ring aus zwei Teilen verwendet, von denen der untere Teil aus vorzugsweise siliziumhaltigem Gusseisen mit einem Siliziumgehalt von etwa 30 besteht, wogegen der obere, bedeutend kleinere Teil, der als Abdeckring wirksam ist, aus einer oxydationsbeständigen Metallegierung mit einem Schmelzpunkt besteht, der niedriger als der Schmelzpunkt des Materials des unteren Teiles ist, wobei die Form des Konzentrators und die Anordnungsstelle der Fassung in diesem Konzentrator derart gewählt werden, dass lediglich der untere Teil des Ringes im Hochfrequenzfeld liegt und nach dem Einschalten des Stroms schmilzt, worauf der Abdeckring heruntersinkt und somit auch ins Hochfrequenzfeld gelangt und schmilzt.
Da die Möglichkeit nicht ausgeschlossen ist, dass das geschmolzene Metall des Ringes infolge der guten Benetzung der Fassung über deren oberen Rand fliesst, wird zweckmässig ein zur Kammer koaxialer, aufrecht stehender Rand an der Fassung vorgesehen und nach dem Erstarren und Abkühlen des Ringes entfernt.
Bei einer-bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Fassung aus einer Eisen-Nickel-Kobaltlegierung verwendet, die etwa 28% Nickel und etwa 18% Kobalt enthält. Die Fassung kann auch aus einer unter dem Warenzeichen "Monel" bekannten Metallegierung hergestellt sein, die etwa 70% Nickel und 30% Kupfer enthält.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung wird zweckmässig ein Abdeckring verwendet, der aus einer Nickel-Manganlegierung, die etwa 60% Nickel und 40% Mangan enthält, besteht.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorerwähnten Verfahrens, welche eine vorzugsweise gläserne Glocke enthält, an die eine Gasleitung anschliessbar ist, ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Glocke auf einer ringförmigen Platte aus wärmebeständigem Material aufruht, die von einem Konzentrator eines Hochfrequenzerhitzungsgerätes abgestützt ist, welcher Konzentrator eine ringförmige Kammer zur Aufnahme der Fassung besitzt und nach unten anschliessend eine zur Kammer koaxiale Öffnung zur Aufnahme einer aus wärmebeständigem Material hergestellten, mit einem Kanal versehenen Stütze für die Fassung aufweist, wobei das Ganze von einer Platte aus wärmebeständigem Material getragen wird, in der ein Kanal vorgesehen ist, der einerseits mit dem Kanal in der Stütze in Verbindung steht und dessen anderes Ende an eine Vakuumleitung anschliessbar ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, deren Glocke eine mit einer Packungsbuchse versehene Durchführung zur Aufnahme eines röhr-oder stabförmigen Manipulators od. dgl.
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stigbar sind, wobei dieses Ende ausserdem koaxial und leicht lösbar ein metallenes, dünnes, in das ko- nische Ende der Diamantbohrung zwecks Zentrierung einführbares Röhrchen oder Stäbchen kleinen Durch- messers trägt, dessen Schmelztemperatur höher ist als die des Gusseisenmaterials des Ringes.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes im Schnitt zeigt.
In der Zeichnung ist mit 1 eine Glasglocke bezeichnet, die mit einem Rohrstutzen 2 versehen ist.
Weiter besitzt diese Glocke eine Packungsbuchse, die aus einer metallenen Buchse 3 und einem ebenfalls metallenen Druckring 4 besteht, durch den die Packung 5 festgeklemmt ist. Die Glocke ist auf eine
Asbestplatte 6 gestellt. Diese Platte liegt auf einem Konzentrator 7, der an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen wird. Der Konzentrator 7 hat eine Kammer 8 zur Aufnahme einer Fassung 9, die aus der unter der Bezeichnung "Monel" bekannten Legierung, die etwa 70ufo Nickel und etwa 30% Kupfer enthält, besteht. Der Schmelzpunkt der Fassung liegt bei etwa 13300 C. Die Fassung 9 hat eine konische Bohrung 10 und wird von einem keramischen Rohr 11 abgestützt.
Der Konzentrator 7 und das Rohr 11 ruhen auf einer Trägerplatte 12, die aus Asbestzement hergestellt und mit einem Kanal 13 versehen ist, der einerseits in der Mitte des Rohres 11 ausmündet und anderseits einen Anschluss 14 für eine Vakuumleitung besitzt. Die Fassung 9 hat einen aufrechtstehenden Rand 15 und eine Kammer 16, die teilweise durch den Fassungskörper und teilweise durch den aufrechtstehenden Rand gebildet wird und zur Aufnahme eines durchbohrten Diamanten 17 auf einem schmalen Rand 17a dient. In der Kammer 16 ist ein Gusseisenring 18 untergebracht, der einen Siliziumgehalt von etwa 3% hat. Obenauf dem Ring 18 liegt ein Abdeckring 19, der aus einer Metallegierung von 60% Nickel und 40% Mangan besteht.
Diese Legierung ist rostbeständig. Das Volumen des Abdeckringes 19 ist bedeutend kleiner als das Volumen des Ringes 18 und ihr Gesamtvolumen ist annähernd gleich dem Inhalt der Kammer 16 und des vom Rand 15 umfassten Kammerteiles abzüglich des Volumens des Diamanten 17. Durch die Packungsbuchse oben in der Glocke 1 ist ein Aluminiumrohr 20 eingeführt, an dem ein Träger 21 befestigt ist, der Federn 22 aufweist, welche den hier gestrichelt dargestellten Ring 18 mit dem Abdeckring 19 leicht lösbar festhalten können. Der Träger trägt ausserdem ein Rohr 23, in welches ein dünnes Rohr 24 eingeschoben ist, das einen solchen kleinen Aussendurchmesser hat, dass es in das konische Ende des im Diamanten vorhandenen Loches einführbar ist ; dieses Rohr ist aus Nickel hergestellt.
Zum Befestigen des Diamanten 17 in der bereits mit einer Bohrung versehenen Fassung 9 wird er in der Kammer 16 auf den Rand 17a gestellt, worauf die Fassung mit dem Diamanten auf das Rohr 11 aufgesetzt wird. Die Glocke wird dabei vorläufig abgestützt. Das Rohr 20 wird heruntergelassen, bis das Rohr 24 auf dem Diamanten 17 aufruht und in den Eingang der Bohrung gelangt.
Auf diese Weise werden die Fassung 9, der Diamant 17 und der gestrichelt angedeutete Ring 18 gegeneinander zentriert. Darauf werden der Ring 18 und der Abdeckring 19 in die Kammer 16 heruntergelassen. Nun wird die Glocke auf die Asbestplatte 6 gestellt und an das Ende 14 wird eine Vakuumleitung angeschlossen und durch den Rohrstutzen 2 wird ein nicht oxydierendes Gas in die Glocke eingeführt. Darauf wird ein Hochfrequenzstrom durch den Konzentrator 7 geschickt ; bei passender Bemessung des Stroms schmilzt der Ring 18 in etwa 90 sec.
Der Schmelzpunkt des Gusseisenringes (etwa 12000 C) liegt niedriger als der Schmelzpunkt der Fassung, der bei etwa 13300 C liegt. Der Schmelzpunkt des Abdeckringes 19 ist wieder niedriger als der Schmelzpunkt des Ringes 18, aber dieser Ring liegt ausserhalb des Feldes des Konzentrators 7, so dass der Abdeckring nicht sofort schmilzt. Erst wenn der Ring 18 geschmolzen ist, sinkt der Abdeckring 19 herunter, so dass auch dieser in das Feld gelangt, schmilzt und eine Schutzschicht auf dem Gusseisen bildet,
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da das Material des Abdeckringes rostbeständig ist. Nach etwa 100 sec ist der ganze Vorgang beendet und der Strom wird abgeschaltet. Nach der Erstarrung wird die Fassung 9 mit dem darin festgeklemmten Rohr
24 aus der Kammer 8 des Konzentrators entfernt und der Rand 15 wird abgeschliffen.
Das darunter liegen- de Metall wird gebohrt, das Röhrchen 24 wird dadurch entfernt und es wird eine konische Öffnung vorge- sehen, worauf die Fassung zum Gebrauch fertig ist.
Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren wird somit das Gusseisen in der endgültigen Fassung ge- schmolzen und nach einer einfachen Nachbearbeitung ist sie gebrauchsfertig. Der ganze Prozess vollzieht sich schneller. Der Diamant wird vor und bei dem Schmelzvorgang bereits erhitzt, so dass Spannungen im Diamanten vermieden werden.
Die Fassung wird vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das kein Chrom enthält. Es hat sich gezeigt, dass Chrom schnell in das Gusseisen eindiffundiert, so dass von der Aussenwand her Chrom absor- biert wird und eine sehr harte Kruste gebildet wird ; ausserdem besteht die Gefahr, dass die ganze Gussei- sentablette mit Chrom imprägniert wird. Es wird im allgemeinen eine Legierung verwendet, die beim
Schmelzvorgang den Diamanten benetzt.
Die Materialien der Bestandteile werden vorzugsweise derart gewählt, dass während des Schmelzvor- ganges das Gusseisen sich mit dem Fassungsmaterial und dem Abdeckring legiert, welcher Ring sich auch seinerseits mit dem Fassungsmaterial legiert. Das Rohr 24, das auch ein Stab sein kann, besteht aus Nik- kel. Die Schmelztemperatur dieses Rohres soll höher sein als die des Ringes 18. An das Rohr 20 kann wei- ter noch eine Vakuumleitung angeschlossen werden.
Es hat sich gezeigt, dass die ganze Bearbeitung durch ungeschultes Personal durchgeführt werden kann, im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, bei dem Erfahrung und Geschicklichkeit eine grosse Rolle spie- len.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Ziehwerkzeuges, das aus einem in einer metallenen Fassung fest angeordneten, durchbohrten Diamanten besteht, wobei der bereits mit einer Bohrung versehene Diamant in eine in der Fassung vorgesehene, zylindrische Kammer gebracht wird, die entsprechend grösser als der
Diamant ist und an der unteren Begrenzung mit einer zentralen Öffnung versehen ist, wonach der Diamant in einer Metallmasse eingeschmolzen wird, und die erstarrte Metallmasse mit einer der Bohrung des Diamanten entsprechenden Öffnung versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kammer um den Diamanten ein Ring eines Metalles mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als die Fassung gebracht wird, welches Metall ausserdem den Diamanten benetzt und an dem Fassungsmaterial haftet, wobei das Volumen des Ringes derart gewählt wird,
dass das geschmolzene und darauf erstarrte Metall des Ringes die Kammer um den Diamanten vollkommen ausfüllt, worauf die Fassung in das Feld eines Konzentrators eines Hochfrequenzgenerators gebracht wird, so dass der Ring nach Einschalten des Stroms schmilzt und das Metall nach Abschalten des Stroms erstarrt.