DD237851A1 - METHOD FOR THE HEAT TREATMENT OF DRILLING TOOLS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahrensschritte zur Waermebehandlung von Bohrwerkzeugen, insbesondere fuer mehrteilige Tiefbohrwerkzeuge, deren rohrfoermiger Bohrerschaft aus unlegiertem Kohlenstoffstahl besteht und durch Kaltverformung eingebrachte Spannut aufweist, wobei mit dem Waermebehandlungsverfahren der Kohlenstoffgehalt des Bohrerschaftes erhoeht wird. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen in einem rationellen Waermebehandlungsverfahren fuer den Bohrerschaft des Tiefbohrwerkzeuges, welcher bei Verwendung unlegierten Kohlenstoffstahles eine hohe Wechselbiegefestigkeit und Torsionsfestigkeit gewaehrleisten soll. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe geloest durch Gluehen des Bohrerschaftes bei 650C ueber etwa 30 min, mit anschliessendem Aufkohlen bei 920C ueber etwa 180 min, dem ein Haerten bei 850C ueber etwa 25 min sowie Anlassen bei 500C folgt, wobei generell Temperaturabweichungen von /10C moeglich sind. Anwendungsgebiet der Erfindung sind Bohrwerkzeuge mit rohrfoermigem Bohrerschaft, insbesondere Tiefbohrwerkzeuge. Fig. 1The invention relates to process steps for heat treatment of drilling tools, in particular for multi-part deep drilling tools whose rohrfoermiger drill shank is made of carbon steel and carbon steel introduced by cold forming flute, which is increased by the heat treatment process, the carbon content of the drill shank. The aim and the object of the invention are a rational heat treatment process for the drill shank of the deep drilling tool, which is intended to guarantee high alternating bending strength and torsional strength when using unalloyed carbon steel. According to the invention, this object is achieved by firing the drill shank at 650C for about 30 minutes, followed by carburizing at 920C for about 180 minutes, followed by curing at 850C for about 25 minutes and annealing at 500C, with temperature deviations of 10C being generally possible. Field of application of the invention are drilling tools with rohrfoermigem drill shank, especially deep drilling tools. Fig. 1
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Bohrwerkzeugen, insbesondere für aus mehreren Teilen unterschiedlicher Werkstoffqualitäten bestehende Tiefbohrwerkzeuge, deren rohrförmiger Bohrerschaft aus unlegiertem Kohlenstoffstahl besteht und durch spanlose Kaltverformung eingebrachte axial verlaufende Spannut(en) aufweist, wobei mit dem Wärmebehandlungsverfahren eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes für den Bohrerschaft verbunden ist.The invention relates to a method for the heat treatment of drilling tools, especially for consisting of several parts of different material qualities deep drilling tools, the tubular drill stem is made of carbon steel and carbonless introduced by chipless cold forming axial flute (s), with the heat treatment process, an increase in carbon content for the Drill shank is connected.
Bekannt sind Verfahren zur Standzeiterhöhung von Werkzeugen (DD-PS 10.367), die großem Verschleiß unterliegen. HierbeiAre known methods for increasing the service life of tools (DD-PS 10,367), which are subject to great wear. in this connection
wird mittels thermischer Methoden durch Wasser, Dampf oder Säuren eine Härtung des Werkzeuges erreicht, wobei sich füris achieved by thermal methods by water, steam or acids hardening of the tool, wherein for
Gewindebohrer ein kurzzeitiges Eintauchen in hochprozentige Salpetersäure mit anschließendem Spülen in kaltem Wasser als erfolgreich erwiesen hat.Taps a short immersion in high percentage nitric acid followed by rinsing in cold water has proven successful.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung reibgeschweißter Zahnradwellen bekannt (DD-PS 120.055), derenFurthermore, a method for producing friction-welded gear shafts is known (DD-PS 120.055), whose
Verzahnungselement aus legiertem Einsatzstahl und der Wellenschaft aus unlegiertem Feinkornbaustahl mit einemGear element made of alloyed case steel and the shaft shaft made of unalloyed fine grain structural steel with a
Kohlenstoffgehalt < 0,22% besteht. Nach dem Reibschweißen erfolgt ein gemeinsames Einsatzhärten nach der Technologie des legierten Einsatzstahles, wodurch zwischen Aufkohlungsprozeß und Härteprozeß keine Zwischenbearbeitung zur Vermeidung eines Zementitnetzes notwendig wird. Dies ist durch die Verwendung eines unlegierten Feinkornbaustahles mitCarbon content <0.22%. After the friction welding a joint case hardening takes place according to the technology of the alloyed case steel, whereby between carburization and hardening process no intermediate processing to avoid a Zementitnetzes is necessary. This is by using an unalloyed fine grain structural steel with
Kohlenstoffgehalt <0,22% für den Wellenschaft möglich.Carbon content <0.22% possible for the shaft.
Außerdem wurde für Gesteinsschlagbohrer ein Verfahren zum Härten des vieleckigen Einsteckendes bekannt (DE-PS 1.289.858), bei welchem mittels induktiver Oberflächenhärtung die Eindringtiefe der Härte gleichmäßig realisiert wird. Vor der Abkühlung wird der aus niedrig legiertem Stahl mit maximal 0,6% Kohlenstoffgehalt bestehende Bohrer einer gleichmäßigenIn addition, a method for hardening the polygonal insertion end was known for rock impact drills (DE-PS 1,289,858), in which by means of inductive surface hardening, the penetration depth of the hardness is realized evenly. Before cooling, the drill, made of low-alloy steel with a maximum of 0.6% carbon content, becomes uniform
Oberflächenerhitzung unterworfen, wodurch die Dauerfestigkeit des Materials erhöht wird. Hierdurch soll sich ebenfalls dieSurface heating subjected, whereby the fatigue strength of the material is increased. This should also be the
Lebensdauer des Bohrers erhöhen, welcher erheblichen Druck- und Zugbeanspruchungen ausgesetzt ist.Increase the life of the drill, which is exposed to considerable compressive and tensile stresses.
Bekannt ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung von Schneidwerkzeugen (DE-PS 2.524.275), z. B. Reibahlen, bei dem aufAlso known is a method for the production of cutting tools (DE-PS 2,524,275), z. B. reamers, in which
einen zähen weichen Grundkörper mit 0,7% Kohlenstoffgehalt ein legierter Schneidbelag hoher Festigkeit aufgeschweißt wird.a tough soft body with 0.7% carbon content, a high-strength alloyed cutting surface is welded.
Nachdem Schweißen wird das Werkzeug zweimal 1 bis 1,25 Std. bei 520 bis 5400C weichgeglüht, wobei ein Zwischenabkühlen im Ofen auf etwa 6O0C erfolgt.After welding, the tool is annealed twice for 1 to 1.25 hours at 520 to 540 0 C, with an intermediate cooling in the oven to about 6O 0 C.
Schließlich sind auch aus mehreren Teilen bestehende Tiefbohrwerkzeuge bekannt (DE-OS 2.819.720), welche ausFinally, from several parts existing deep drilling tools are known (DE-OS 2,819,720), which from
Schneidenteil, Bohrerschaft und Spannhülse bestehen. Verbunden sind diese Teile durch Hartlöten, wobei ausBlade part, drill shank and clamping sleeve consist. These parts are connected by brazing, being off
Stabilisierungsgründen der Bohrerschaft mit Längsversteifungen in Form von axial oder wendelförmig verlaufenden SickenStabilization of the drill shaft with longitudinal stiffeners in the form of axially or helically extending beads
versehen ist.is provided.
Beiderartigen Werkzeugen bereiten immer wieder Biege- und Torsionsschwingungen sowie das Ausknicken des Bohrerschaftes große Probleme. Die auftretenden Schwingungen beeinflussen die Qualität der Bohrungen und führen zu Riefenbildung,Bending and torsional vibrations as well as the buckling of the drill shank always cause great problems for both tools. The occurring vibrations influence the quality of the holes and lead to scoring,
Rattermarken, Drallbildung und Unrundheit. Dadurch sind die Leistungen derartiger Bohrer hinsichtlich Standzeit, Vorschub und Drehzahl stark beeinträchtigt.Chatter marks, swirling and ovality. As a result, the performance of such drills are severely impaired in terms of tool life, feed and speed.
Um die stehenden technologischen Forderungen an solche Werkzeuge zu gewährleisten, wird der Bohrerschaft aus hochfestem und vergütbarem Werkstoff in Form von Rohren gefertigt, welche bestimmte Legierungsbestandteile sowie eine hohe Präzision bei der Herstellung besitzen müssen. Zwangsläufig erhöhen derartige Bedingungen in der Massenfertigung den Preis derartiger Werkzeuge beträchtlich.To ensure the standing technological demands on such tools, the drill stem is made of high strength and heat treatable material in the form of tubes, which must have certain alloying components as well as a high precision in the production. Inevitably, such mass production conditions significantly increase the price of such tools.
Ziel ist die Schaffung eines wirtschaftlich herstellbaren Bohrwerkzeuges, insbesondere Tiefbohrwerkzeuges, welches hinsichtlich Lebensdauer und Bohrungsqualität hohen Anforderungen entspricht.The aim is to provide an economically producible drilling tool, in particular deep hole drilling tool, which meets high requirements in terms of life and bore quality.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Bohrwerkzeugen zu schaffen, dessen den Bohrkopf tragender Bohrerschaft aus rohrförmigem unlegiertem Kohlenstoffstahl hergestellt wird, der nach spanloser Kaltverformung einer Wärmebehandlung unterzogen werden soll, welche eine hohe Wechselbiegefestigkeit und Torsionsfestigkeit desselben gewährleistet.The invention has for its object to provide a method for producing drilling tools, the boring head carrying drill shank is made of tubular carbon steel carbon steel, which is to be subjected to non-cutting cold deformation of a heat treatment, which ensures the same high alternating bending strength and torsional strength.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß verfahrensgemäß der Bohrerschaft des Bohrwerkzeuges dem Arbeitsschritt Glühen bei einer Temperatur von 65O0C mit möglicher Abweichung von ±10°C über einen Zeitraum von etwa 30 min unterzogen wird. Diesem Glühen schließt sich ein Aufkohlen bei Temperaturen von 9200C mit Abweichungen von ebenfalls ±10°C über etwa 180 min an. Das folgende Vergüten besteht aus einem Härten bei Temperaturen von 85O0C über etwa 25min mit abschließendem Anlassen bei Temperaturen von 5000C. Für genanntes Vergüten sind ebenfalls maximale Temperaturabweichungen von ±100C möglich. Der aus unlegiertem Kohlenstoffstahl bestehende Bohrerschaft wird vorzugsweise aus Stahlrohr der Qualität St35hb hergestellt, welcher im Aufkohlungsprozeß einen Kohlenstoffgehalt bis maximal 0,8% erhält. Vorzugsweise erfolgt das Abschrecken im Härteprozeß in Abhängigkeit von Länge und Durchmesser des Bohrerschaftes im Öl- oder Wasserbad.According to the invention, this object is achieved in that according to the method of the drill shank of the drilling tool is subjected to the annealing step at a temperature of 65O 0 C with a possible deviation of ± 10 ° C over a period of about 30 min. This annealing, a carburizing includes at temperatures of 920 0 C with deviations of ± 10 ° C also above about 180 rpm. The following tempering consists of a hardening at temperatures of 85O 0 C for about 25min with final tempering at temperatures of 500 0 C. For said quenching also maximum temperature deviations of ± 10 0 C are possible. The unalloyed carbon steel drill stem is preferably made of St35hb quality steel tubing, which receives a maximum carbon content of 0.8% in the carburizing process. Quenching in the hardening process preferably takes place as a function of the length and diameter of the drill shank in the oil or water bath.
Der für den Bohrerschaft verwendete unlegierte Kohlenstoffstahl gewährleistet eine günstige Kaltverformung zwecks Einbringung der Spannut, wobei die nachfolgende Aufkohlung an der Oberfläche des Bohrerschaftes eine zähe sorbitische trostitische Schicht mit Zwischenstufengefüge gewährleistet. Zur Vermeidung einer Überkohlung ist der Kohlenstoffgehalt im Werkstoff auf maximal 0,8% zu begrenzen.The unalloyed carbon steel used for the drill shank ensures favorable cold working to introduce the flute, and subsequent carburization on the surface of the drill shank provides a tough sorbitic interstitial trostite layer. To avoid overcooling, the carbon content in the material should be limited to a maximum of 0.8%.
Es entsteht dadurch ein Gefüge mit hoher Zähigkeit, welches keinen Zementit in Form eines Zementitnetzes aufweist. Das erreichte zementitfreie Gefüge gewährleistet somit die Aufnahme hoher Torsionsschwingungen und ist daher für relativ lange Bohrwerkzeuge mit kleinem Durchmesser sehr vorteilhaft einsetzbar. Bei einer Einsatzhärtetiefe von beispielsweise 0,6 bis 0,8 mm einschließlich des technologisch bedingten Schleifaufmaßes ist das Verhältnis von aufgekohlter Schicht an der inneren und äußeren Oberfläche des rohrförmigen Bohrerschaftes zu dem zähen inneren Kern so günstig, daß die erforderlich hohe Wechselbiegefestigkeit und Torsibnsfestigkeit erreicht wird. Da die aufgekohlte Schicht einen um den zähen Kern gebildeten geschlossenen Ring darstellt, wird diese vorteilhafte Wirkung noch unterstützt.This results in a structure with high toughness, which has no cementite in the form of a cementite network. The achieved cementite-free structure thus ensures the absorption of high torsional vibrations and is therefore very advantageous for relatively long drilling tools with a small diameter. At a case hardening depth of, for example, 0.6 to 0.8 mm including the technological grinding allowance, the ratio of the carburized layer on the inner and outer surfaces of the tubular drill shank to the viscous inner core is so favorable that the required high alternating bending strength and torsional strength is achieved , Since the carburized layer constitutes a closed ring formed around the tough core, this advantageous effect is still promoted.
Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die Zeichnung folgendes darstellt:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, in which the drawing represents the following:
Fig. 1: einen Bohrerschaft mit Einspannhülse des Tiefbohrwerkzeuges in Seitenansicht1: a drill shank with clamping sleeve of the deep drilling tool in side view
Fig. 2: einen separaten Bohrkopf des Tiefbohrwerkzeuges in SeitenansichtFig. 2: a separate drill head of the deep drilling tool in side view
Fig. 3: den Querschnitt des Bohrkopfes gemäß Fig. 2 in der Ebene A-AFig. 3: the cross section of the drill head of FIG. 2 in the plane A-A
Fig.4: einen separaten Bohrkopf anderer Ausführungsform mit Führungsleisten in Seitenansicht4 shows a separate drill head of another embodiment with guide rails in side view
Fig. 5: den Querschnitt des Bohrkopfes gemäß Fig. 4 in der Ebene B-B5 shows the cross section of the drill head according to FIG. 4 in the plane B-B
Fig. 6: den vergrößerten Querschnitt des Bohrerschaftes gemäß Fig. 1 in der Ebene C-CFig. 6: the enlarged cross section of the drill shank according to FIG. 1 in the plane C-C
Das gezeigte Tiefbohrwerkzeug 1 ist als Einlippenbohrer ausgebildet und besteht aus einem rohrförmigen Bohrerschaft 2, welcher an einem Ende eine Einspannhülse 3 und am anderen Ende einen die Schneide enthaltenden Bohrkopf 4 aufweist. Einspanhhülse 3 und Bohrkopf 4 sind mit dem Bohrerschaft 2 durch Hartlöten fest verbunden.The deep drilling tool 1 shown is designed as a single-lip drill and consists of a tubular drill shank 2 which has a clamping sleeve 3 at one end and a drill head 4 containing the cutting edge at the other end. Einspanhhülse 3 and drill head 4 are fixedly connected to the drill shank 2 by brazing.
Der Bohrerschaft 2 weist eine in Längsachse verlaufende Spannut 5 auf, welche mit gleicher Profilkontur als Spannut 6 auf den Bohrkopf 4 übergeht. Diese Spannut 5 erstreckt sich auf mehr als einem Drittel des Umfangesdes rohrförmigen Bohrschaftes 2 und gewährleistet somit eine sichere Spanabfuhr. Der übrige Teil des Bohrschaftes 2 weist einen glatten und kreisbogenförmigen Ringquerschnitt auf.The drill shank 2 has a flute 5 extending in the longitudinal axis, which merges with the same profile contour as a flute 6 on the drill head 4. This flute 5 extends over more than one third of the circumference of the tubular drill shank 2 and thus ensures safe chip removal. The remaining part of the drill shank 2 has a smooth and circular arc-shaped ring cross-section.
Als Werkstoff für den Bohrkopf 4 findet vorzugsweise Hartmetall und als Grundwerkstoff Stahl mit 60-70 kp/mm2 Zugfestigkeit Verwendung wobei dieser Bohrkopf 4 einen Kanal 7 für die Zuführung von Kühlflüssigkeit sowie aus Hartmetall bestehende Führungsleisten 8 zur Selbstführung an seiner Peripherie aufweist.As a material for the drill head 4 is preferably carbide and steel as a base material with 60-70 kp / mm 2 tensile strength use this drill head 4 has a channel 7 for the supply of cooling fluid and carbide existing guide rails 8 for self-guidance on its periphery.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt Figur 2 einen Bohrkopf 9, der vorzugsweise aus Vollhartmetall für kleinere Bohrdurchmesser geeignet ist und keine Führungsleisten zur Selbstführung benötigt. Der Querschnitt dieses Bohrkopfes 9 besitzt gemäß Fig. 3 zwei Kanäle 10 zur stabilen Versorgung des Tiefbohrwerkzeuges mit Kühlflüssigkeit. Hierbei weist der Bohrkopf 9 ebenfalls eine Spannut 11 auf, die mit gleicher Profilkontur in die Spannut 11 auf, die mit gleicher Profilkontur in die Spannut 5 des Bohrerschaftes 2 übergeht. Der beschriebene, den Bohrkopf 4 bzw. 9 tragende Bohrerschaft 2 wird hierbei aus handelsüblichem Präzisions-Stahlrohr der Qualität St35hb hergestellt, wobei die Spannut 5 in bekannter Weise durch Kaltverformung eingewalzt bzw. eingerollt wird. Zur Gewährleistung der Festigkeit des Bohrerschaftes 2 gegenüber auftretenden dynamischen Kräften wird dieser einem speziellen Wärmebehandlungsverfahren unterzogen. Hierbei erfolgt als erster Schritt ein Glühen des kaltverformten Bohrerschaftes 2 zum Zwecke der Spannungsfreiheit über vorzugsweise 30 min bei einer Temperatur von 6500C mit möglicher Abweichung von +1O0C. Nachfolgend wird der Bohrerschaft 2 einem Aufkohlungsprozeß unterworfen, welcher bei einer Temperatur von 9200C ( + 1O0C) über einen Zeitraum von etwa 180minIn a further embodiment, Figure 2 shows a drill head 9, which is preferably made of solid carbide for smaller bore diameter and no guide rails needed for self-guidance. The cross section of this drill head 9 has shown in FIG. 3, two channels 10 for stable supply of the deep drilling tool with coolant. Here, the drill head 9 also has a flute 11, which merges with the same profile contour in the flute 11, which merges with the same profile contour in the flute 5 of the drill shank 2. The described, the drill head 4 and 9 supporting drill shank 2 is hereby made of commercially available precision steel tube of quality St35hb, wherein the flute 5 is rolled or rolled in a known manner by cold deformation. To ensure the strength of the drill shank 2 against occurring dynamic forces, this is subjected to a special heat treatment process. Here, as the first step, an annealing of the cold-formed drill shank 2 for the purpose of de-stressing over preferably 30 min at a temperature of 650 0 C with possible deviation of + 1O 0 C. Subsequently, the drill shank 2 is subjected to a carburizing process, which at a temperature of 920 0 C (+ 1O 0 C) over a period of about 180min
erfolgt, wobei der Kohlenstoffanteil im Werkstoff auf maximal 0,8% gebracht wird. Das Aufkohlen erfolgt dabei in der geregelten Schutzgasatmosphäre eines Ofens (nicht im Salzbad). Anschließend wird der so behandelte Bohrerschaft 2 einem Vergütungsprozeß ausgesetzt. Dieser Vergütungsprozeß besteht aus einem Härten bei Temperaturen von 850°C mit Abweichungen von ±10°C über einen Zeitraum von etwa 25 min, wobei das Abschrecken in Abhängigkeit von Länge und Durchmesser des Bohrerschaftes 2 im Öl- oder Wasserbad erfolgt. Ein den Vergütungsprozeß abschließendes Anlassen erfolgt bei 5000C mit Abweichungen von wiederum ±10°Ctakes place, wherein the carbon content in the material is brought to a maximum of 0.8%. The carburizing takes place in the controlled inert gas atmosphere of a furnace (not in a salt bath). Subsequently, the thus treated drill shank 2 is subjected to a tempering process. This tempering process consists of hardening at temperatures of 850 ° C with deviations of ± 10 ° C over a period of about 25 min, wherein the quenching takes place depending on the length and diameter of the drill shank 2 in the oil or water bath. A final annealing process the tempering is carried out at 500 0 C with deviations of ± 10 ° C, in turn,
Der so wärmebehandeite Bohrerschaft 2 wird nunmehr mit dem Bohrkopf 4 bzw. 9 sowie der Einspannhülse 3 hart verlötet. The heat-treated drill shaft 2 is now brazed to the drill head 4 and 9 and the clamping sleeve 3.
Claims (3)
Werkstoffqualitäten bestehende Tiefbohrwerkzeuge, deren rohrförmiger Bohrerschaft aus unlegiertem Kohlenstoffstahl
besteht und durch spanlose Kaltverformung eingebrachte Span- und Stabilisierungsnuten aufweist, wobei mit der
Wärmebehandlung eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes im Bohrerschaft verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrerschaft (2) dem Arbeitsschritt Glühen bei einer Temperatur von 650°C mit möglicher Abweichung von ±10°C über einen Zeitraum von etwa 30 min unterzogen wird, sich ein Aufkohlen bei Temperaturen von 920°C mit gleichen Abweichungen von ±10°C über etwa 180min anschließt, wobei das folgende Vergüten ein Härten bei Temperaturen von 850°C (±10°C
Abweichung) über etwa 25 min sowie ein Anlassen bei Temperaturen von 5000C (±100C Abweichung) beinhaltet.1. A method for heat treatment of drilling tools, in particular for different parts of different parts
Material qualities existing deep drilling tools whose tubular drill shank made of carbon steel
and has introduced by non-cutting cold deformation chip and stabilization grooves, wherein with the
Heat treatment is accompanied by an increase in the carbon content in the drill shank, characterized in that the drill shaft (2) is subjected to the annealing step at a temperature of 650 ° C with a possible deviation of ± 10 ° C over a period of about 30 minutes, a carburizing at temperatures of 920 ° C with equal deviations of ± 10 ° C over about 180min followed by the subsequent quenching at temperatures of 850 ° C (± 10 ° C
Deviation) over about 25 min and a tempering at temperatures of 500 0 C (± 10 0 C deviation) includes.
Abhängigkeit seiner Länge und seines Durchmessers im Öl- oder Wasserbad erfolgt.3. The method according to item 1, characterized in that the deterrence of the drill shank 2 in the hardening process in
Depending on its length and its diameter in the oil or water bath takes place.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DD27680685A DD237851A1 (en) | 1985-05-30 | 1985-05-30 | METHOD FOR THE HEAT TREATMENT OF DRILLING TOOLS |
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DD237851A1 true DD237851A1 (en) | 1986-07-30 |
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ID=5568173
Family Applications (1)
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1985
- 1985-05-30 DD DD27680685A patent/DD237851A1/en unknown
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