DE10157433A1 - Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung, Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten und Drahtsäge-Vorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung, Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten und Drahtsäge-Vorrichtung

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DE10157433A1 DE2001157433 DE10157433A DE10157433A1 DE 10157433 A1 DE10157433 A1 DE 10157433A1 DE 2001157433 DE2001157433 DE 2001157433 DE 10157433 A DE10157433 A DE 10157433A DE 10157433 A1 DE10157433 A1 DE 10157433A1
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Abstract

Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung unter Verwendung eines Drahtes mit Schleifkörnern, die an einem Kerndraht fixiert sind, das die Stufen umfassen: Schneiden der Seltenerdmetall-Legierung mit dem laufenden Draht in einem Zustand, in dem ein Abschnitt der Seltenerdmetall-Legierung, der mit dem Draht geschnitten werden soll, in ein Kühlmittel eingetaucht ist, das Wasser als Hauptkomponente enthält, wobei das Kühlmittel eine Oberflächenspannung bei 25 DEG C in einem Bereich von 25 bis 60 mN/m aufweist.

Description

Hintergrund der Erfindung Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung, ein Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdme­ tall-Magneten und eine Drahtsäge-Vorrichtung bzw. -Maschine. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zum Schneiden einer Seltenerd­ metall-Legierung unter Verwendung eines Sägedrahtes mit Schleifkörnern, die an einem Kerndraht fixiert sind, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten und eine Drahtsäge-Vorrichtung bzw. -Maschine zur Durchführung dieses Schneideverfahrens.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Seltenerdmetall-Legierungen werden beispielsweise als starke Magnet-Werk­ stoffe verwendet. Seltenerdmetall-Magnete, die durch Magnetisieren von Sel­ tenerdmetall-Legierungen hergestellt worden sind, werden zweckmäßig ver­ wendet als Magnete für Schwingspulen-Motoren, die beispielsweise zur Posi­ tionierung eines Magnetkopfes einer Magnetaufzeichnungsvorrichtung einge­ setzt werden.
Üblicherweise wird zum Schneiden von Blöcken (einschließlich Sinterkörpern) von Seltenerdmetall-Legierungen ein Verfahren angewendet, bei dem bei­ spielsweise ein Block mit einer rotierenden Schneideklinge zerschnitten wird. Dieses Verfahren, bei dem eine Schneideklinge verwendet wird, erfordert je­ doch eine unerwünscht breite Schneide-Lücke, weil die Schneidekante der Schneideklinge vergleichsweise dick ist. Dadurch wird die Ausbeute an Sel­ tenerdmetall-Legierungsmaterialien vermindert und dadurch steigen auch die Kosten für die Seltenerdmetall-Legierungsprodukte (beispielsweise Seltenerd­ metall-Magnete).
Ein Schneideverfahren, bei dem ein Sägedraht verwendet wird, ist bekannt als ein Verfahren, das eine schmalere Schneide-Lücke erfordert als das Verfahren, bei dem eine Schneideklinge verwendet wird. So ist beispielsweise in der of­ fengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 11-198020 beschrieben, dass harte und spröde Werkstoffe wie Silicium, Glas, Neodym und Ferrit geschnitten werden können unter Verwendung eines Sägedrahtes mit superfeinen Schleif­ mittelteilchen, die am Umfang eines hochfesten Kerndrahtes mittels einer Bin­ dungsschicht fixiert sind (nachstehend wird dieser Draht-Typ als "Draht mit daran fixierten Schleifkörnern" bezeichnet).
Die Herstellungskosten für Seltenerdmetall-Magnete können stark reduziert werden, wenn ein Block aus einer Seltenerdmetall-Legierung unter Verwen­ dung eines Drahtes mit daran fixierten Schleifkörnern wie vorstehend beschrie­ ben geschnitten werden kann zur Herstellung einer großen Anzahl Scheiben mit einer vorgegebenen Dicke bei gleichzeitig verminderter Schneide-Lücke. Es gibt jedoch keinen Bericht über das erfolgreiche Schneiden einer Seltenerdme­ tall-Legierung unter Verwendung eines Drahtes mit daran fixierten Schleifkör­ nern in großtechnischem Maßstab.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben diesen Sachverhalt in unter­ schiedlichen Aspekten untersucht und dabei gefunden, dass ein Hauptgrund für das Fehlschlagen des Schneidens einer Seltenerdmetall-Legierung unter Verwendung eines Drahtes mit daran fixierten Schleifkörnern im großtechni­ schen Maßstab der ist, dass die mechanischen Eigenschaften einer Sel­ tenerdmetall-Legierung insbesondere einer Seltenerdmetall-Legierung, die un­ ter Anwendung eines Sinterverfahrens hergestellt worden ist (nachstehend als "Seltenerdmetall-Sinterlegierung" bezeichnet) stark verschieden sind von den­ jenigen von Silicium und dgl. Insbesondere ist eine Seltenerdmetall-Sinterle­ gierung, die als Ganzes eher spröde ist und eine Hauptphase (d. h. R2Fe14B-Kristallkörner) mit einer verhältnismäßig hohen Härte und eine Korngrenzen­ phase, die Verformungsbrüche verursacht, aufweist, schwer zu schneiden im Gegensatz zu einem harten und spröden Werkstoff wie Silicium. Das heißt mit anderen Worten, eine Seltenerdmetall-Sinterlegierung weist einen hohen Schneidewiderstand auf und es entsteht dadurch eine große Wärmemenge, verglichen mit einem Werkstoff wie Silicium. Außerdem beträgt das spezifische Gewicht einer Seltenerdmetall-Legierung etwa 7,5 und ist damit hoch im Ver­ gleich zu demjenigen von Silicium und dgl., was anzeigt, dass der beim Schnei­ den entstehende Sägestaub (Sägeschlamm) sich absetzt und aus dem Schnei­ deabschnitt (Schnittfläche) nicht leicht ausgetragen wird.
Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen ist es, um eine Seltenerdme­ tall-Legierung mit einer hohen Bearbeitungspräzision wirksam zu schneiden, erforderlich, den Schneidewiderstand zu verringern und auch die während des Schneidens erzeugte Wärme wirksam abzuführen, d. h. den Schneide-Abschnitt (die Schnittfläche) wirksam zu kühlen. Außerdem ist es erforderlich, den beim Schneiden entstehenden Sägestaub wirksam zu entfernen.
Der Schneidewiderstand kann verringert werden und die während des Schnei­ dens erzeugte Wärme kann wirksam abgeführt werden, indem man ein Kühl­ mittel (auch als "Schneidflüssigkeit" bezeichnet) mit einer ausgezeichneten Schmier- bzw. Gleitfähigkeit dem Schneide-Abschnitt (der Schnittfläche) einer Seltenerdmetall-Legierung zuführt. Als Ergebnis von Versuchen, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, wurde gefunden, dass durch das Benetzen eines Sägedrahtes mit einer ausreichenden Menge eines Kühlmittels auf Ölbasis das Kühlmittel mittels des laufenden Drahtes in ausreichender Menge einem engen Schneideabschnitt (Schnittfläche) zuge­ führt werden kann (vgl. z. B. die US-Patentanmeldung Nr. 09/662 136).
Bei der Verwendung eines Kühlmittels auf Ölbasis treten jedoch die folgenden Probleme auf. Die Kosten für die Beseitigung des Kühlmittel-Abfalls auf Ölbasis sind hoch, um zu vermeiden, dass eine Umweltschädigung auftritt. Außerdem ist es schwierig, Sägestaub (d. h. magnetische Teilchen) von dem Abfall zu trennen und es ist somit schwierig, den Abfall und den Sägestaub wieder zu verwenden. Im Hinblick darauf scheint es zweckmäßig, Wasser (oder eine wasserlösliche Flüssigkeit) als Kühlmittel zu verwenden. Da Wasser jedoch eine niedrige Viskosität (1,0 mm2/s) aufweist, haftet keine ausreichende Menge Wasser an einem laufenden Draht und es ist daher nicht möglich, eine ausrei­ chende Menge Wasser einem Schneide-Abschnitt (Schnittfläche) zuzuführen, selbst wenn der Draht mit Wasser benetzt ist.
In der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 11-198 020 ist angege­ ben, dass ein Kühlmittel auch dann an einem Draht mit daran fixiertem Schleif­ korn ohne Versagen haften kann, wenn der Draht mit hoher Geschwindigkeit (beispielsweise 2000 m/min) läuft, indem man den Draht in dem Kühlmittel laufen lässt, das über ein Kühlmittel-Reservoir überläuft. Entsprechend den Versuchen, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, tritt jedoch dann, wenn eine Seltenerdmetall-Legierung mit einem Sä­ gedraht geschnitten wird, der in überlaufendem Wasser läuft (wandert) (wie beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 11-198020 beschrieben), das Problem auftritt, dass die Schleifkörner abfallen und im Extremfall der Draht reißt. Diese Probleme traten auch dann auf, wenn die Draht-Laufgeschwindigkeit beispielsweise nur etwa 800 m/min betrug. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass dem Schneide-Abschnitt (der Schnittfläche) auch bei Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens keine ausreichende Menge Wasser zugeführt wurde.
Aufgrund eines anderen Versuchs, der von den Erfindern der vorliegenden Er­ findung durchgeführt wurde, wurde gefunden, dass dann, wenn ein Kühlmittel verwendet wird, das Wasser als Hauptkomponente enthält, die Schleifkörner die Neigung haben, von dem Draht abzufallen als Folge des Reibungskontakts zwischen benachbarten Windungen des Drahtes auf einer Aufwickelspule, auf die der Draht aufgewickelt ist (dieses Phänomen wird gelegentlich als "Abfal­ len" oder "Abscherung" bezeichnet).
Der Grund dafür ist, wie gefunden wurde, folgender. Das Kühlmittel, das Was­ ser als Hauptkomponente enthält, weist eine geringe Haftung an dem Draht auf, sodass es leicht abgeschleudert wird und auch leicht verdampft, verglichen mit einem Kühlmittel auf Ölbasis. Es bleibt daher nur eine geringe Menge Kühlmittel oder praktisch kein Kühlmittel an dem Draht haften, wenn der Draht um die Aufwickelspule herumgewickelt wird. Aufgrund des Mangels einer aus­ reichenden Menge Kühlmittel ist es nicht möglich, die Wärmebildung zu verrin­ gern und die mechanische Reibungskraft als Folge der Reibung zwischen be­ nachbarten Drahtwindungen herabzusetzen. Das heißt mit anderen Worten, es wird angenommen, dass, obgleich das Kühlmittel dem Draht an dem Schneide-Abschnitt (Schnittfläche) zugeführt wird, das Kühlmittel auf dem Draht während der Wanderung des Drahtes von diesem abgeschleudert wird, bevor der Draht auf die Aufwickelspule aufgewickelt wird.
Die Reibung zwischen den Drähten führt zu einer mechanischen Beschädigung der Schleifkörner, obgleich dies nicht zu einer Abscherung der Schleifkörner führt, was zu einer Verringerung der Schneide-Präzision und des Schneidewir­ kungsgrades führt. Im schlimmsten Fall kann die Bindungsschicht zusammen mit den daran fixierten Schleifkörnern abgelöst werden. Das heißt mit anderen Worten, wenn ein Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente enthält, ver­ wendet wird, wird die Lebensdauer des Drahtes verkürzt als Folge der Reibung zwischen den Drähten auf der Aufwickelspule. Da ein Draht mit daran fixierten Schleifkörnern vergleichsweise teuer ist, ist es wünschenswert, die Lebens­ dauer des Drahtes zu verlängern, um mindestens die Schneidekosten zu ver­ ringern.
Es wurde außerdem gefunden, dass der Draht sehr häufig reißt, wenn ein Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente enthält, verwendet wird, vergli­ chen mit dem Fall, dass ein Kühlmittel auf Ölbasis verwendet wird. Dadurch wird ebenfalls die Lebensdauer des Drahtes verkürzt.
Zusammenfassung der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung mit einem Draht mit daran fixierten Schleifkörnern zur Verfügung zu stellen, das die Verwendung eines Kühlmittels erlaubt, das Wasser als Hauptkomponente enthält. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfin­ dung besteht darin, die Lebensdauer eines Sägedrahtes einer Drahtsäge-Vorrichtung bzw. -Maschine, die zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legie­ rung unter Verwendung eines Kühlmittels verwendet wird, das Wasser als Hauptkomponente enthält, zu verlängern. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drahtsäge-Vorrichtung bzw. -Maschine zur Ver­ fügung zu stellen, die vorteilhaft in einem Schneideverfahren, wie es vorste­ hend beschrieben ist, verwendet werden kann. Noch ein weiteres Ziel der vor­ liegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Sel­ tenerdmetall-Magneten unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Ver­ fahrens zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung sowie einen Schwing­ spulen-Motor, der einen nach diesem Verfahren hergestellten Seltenerdmetall-Magneten enthält, zur Verfügung zu stellen.
Das Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Schneiden ei­ ner Seltenerdmetall-Legierung, bei dem ein Draht mit Schleifkörnern verwendet wird, die an einem Kerndraht fixiert sind, das die Stufe umfasst: Schneiden der Seltenerdmetall-Legierung mit dem laufenden (wandernden) Draht in einem solchen Zustand, dass ein Abschnitt der Seltenerdmetall-Legierung, der mit dem Draht geschnitten werden soll, in ein Kühlmittel eingetaucht ist, das Was­ ser als Hauptkomponente enthält, wobei das Kühlmittel eine Oberflächenspan­ nung bei 25°C in einem Bereich von 25 bis 60 mN/m hat.
Das Kühlmittel enthält vorzugsweise ein wasserlösliches synthetisches Schmiermittel und Wasser in einer Gewichtsmenge, die dem 10- bis 50-fachen des Gewichtes des synthetischen Schmiermittels entspricht.
Das Kühlmittel kann ein Tensid und Wasser in der 10- bis 50-fachen Ge­ wichtsmenge des Gewichtes des Tensids enthalten.
Das Kühlmittel kann ein Antischaummittel enthalten.
Das Kühlmittel hat vorzugsweise einen pH-Wert von 8 bis 11, besonders be­ vorzugt von 9 oder mehr.
Das Kühlmittel kann ein Korrosionsschutzmittel enthalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schleifkörner (Schleifmittel­ körner) über eine Harzschicht fixiert, die auf den äußeren Umfang des Kern­ drahtes aufgebracht ist.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform liegt der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Schleifkörnern in der Laufrichtung des Drah­ tes in einem Bereich von 150 bis 600% der durchschnittlichen Teilchengröße der Schleifkörner und die durchschnittliche Höhe der Abschnitte der Schleifkör­ ner, die aus der Oberfläche des Harzes herausragen, liegt in dem Bereich von 10 bis 40 µm.
Die durchschnittliche Teilchengröße D der Schleifkörner genügt vorzugsweise der Beziehung 20 µm ≦ D ≦ 60 µm.
In der Schneidestufe ist der Abschnitt der Seltenerdmetall-Legierung, der mit dem Draht geschnitten werden soll, vorzugsweise in das in einem Reservoir enthaltene Kühlmittel eingetaucht und das Kühlmittel wird aus dem Boden des Reservoirs und auch aus einer Öffnung in dem Reservoir dem Reservoir zuge­ führt, sodass das Kühlmittel ständig aus der Öffnung überläuft.
Die Überlaufmenge des Kühlmittels pro min beträgt vorzugsweise 50% oder mehr des Volumens des Reservoirs.
In der Schneidestufe ist die Kühlmittelmenge, die aus der Öffnung in das Re­ servoir eingeführt wird, vorzugsweise größer als die Kühlmittelmenge, die aus dem Boden zugeführt wird.
In der Schneidestufe wird vorzugsweise oberhalb der Seiten der Öffnung des Reservoirs, die quer zur Draht-Laufrichtung verlaufen, ein vorhangartiger Gas- oder Kühlmittelstrom gebildet, sodass das Kühlmittel daran gehindert wird, aus der Öffnung des Reservoirs überzulaufen.
Vorzugsweise wird der Draht durch eine Walze angetrieben, die eine Polymer­ schicht mit einer darin erzeugten Führungsnut aufweist, wobei die Führungsnut ein Paar schräge Flanken aufweist, von denen mindestens eine einen Winkel von 50° oder mehr gegenüber der Oberfläche der Walze bildet und der Draht entlang eines Zwischenraums zwischen dem Paar von schrägen Flanken läuft.
Die Seltenerdmetall-Legierung kann eine R-Fe-B-Seltenerdmetall-Sinterlegie­ rung sein und sie kann eine Nd-Fe-B-Seltenerdmetall-Sinterlegierung sein.
Das Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufen: Herstellung ei­ nes Seltenerdmetallmagnet-Sinterkörpers aus einem Seltenerdmetall-Legie­ rungspulver; und Aufteilung bzw. Zerteilung des Sinterkörpers in eine Vielzahl von Seltenerdmetall-Magneten nach irgendeinem der Verfahren zum Schnei­ den einer Seltenerdmetall-Legierung gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung.
Der Schwingspulen-Motor gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung umfasst einen Seltenerdmetall-Magneten, der nach dem Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten gemäß dem vorstehend beschrie­ benen ersten Aspekt der Erfindung hergestellt worden ist. Die Dicke des Sel­ tenerdmetall-Magneten kann in dem Bereich von 0,5 bis 3,0 mm liegen.
Das Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung unter Verwendung eines Drahtes mit Schleif­ körnern, die an einem Kerndraht fixiert sind, das die Stufen umfasst: Abwickeln des Drahtes von einer Aufwickelspule, sodass er zwischen einer Vielzahl von Walzen laufen (wandern) kann; Zuführung eines ersten Kühlmittels, das Was­ ser als Hauptkomponente enthält, zu den Abschnitten des Drahtes, die um die Aufwickelspule herumgewickelt sind, oder zu den Abschnitten des laufenden (wandernden) Drahtes in der Nähe der Aufwickelspule; und Schneiden der Seltenerdmetall-Legierung mit dem laufenden (wandernden) Draht, während ein zweites Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente enthält, einem Ab­ schnitt der Seltenerdmetall-Legierung zugeführt wird, der mit dem Draht ge­ schnitten werden soll.
Das erste Kühlmittel weist vorzugsweise einen dynamischen Reibungskoeffizi­ enten gegenüber der Seltenerdmetall-Legierung bei 25°C von 0,3 oder weniger auf.
Das zweite Kühlmittel weist vorzugsweise einen dynamischen Reibungskoeffi­ zienten gegenüber der Seltenerdmetall-Legierung bei 25°C in dem Bereich von 0,1 bis 0,3 auf.
Das erste Kühlmittel wird vorzugsweise durch Aufsprühen dem Draht zuge­ führt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schleifkörner mittels einer Harzschicht, die auf den äußeren Umfang des Kerndrahtes aufgebracht ist, fixiert.
Das Harz ist vorzugsweise ein Phenolharz, ein Epoxyharz oder ein Polyimid­ harz.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Schleifkörnern in der Laufrichtung des Drahtes in ei­ nem Bereich von 150 bis 600% der durchschnittlichen Teilchengröße der Schleifkörner und die durchschnittliche Höhe der Abschnitte der Schleifkörner, die aus der Oberfläche der Harzschicht herausragen, liegt in einem Bereich von 10 bis 40 µm.
Das erste Kühlmittel kann eine höhere Viskosität aufweisen als das zweite Kühlmittel.
Das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel haben vorzugsweise eine Tem­ peratur in dem Bereich von 15 bis 35°C.
Vorzugsweise umfasst jede der Vielzahl von Walzen eine Polymerschicht mit einer darin ausgebildeten Führungsnut, die Führungsnut weist vorzugsweise ein Paar schräge Flanken auf, von denen mindestens eine einen Winkel von 50° oder mehr gegenüber der Oberfläche der Walze hat, und der Draht läuft (wandert) entlang eines Zwischenraums zwischen dem Paar von schrägen Flanken.
Die Seltenerdmetall-Legierung kann eine R-Fe-B-Seltenerdmetall-Sinterlegie­ rung sein und sie kann eine Nd-Fe-B-Seltenerdmetall-Sinterlegierung sein.
Das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Seltenerdmetall-Mag­ neten gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufen: Herstellung eines Seltenerdmetallmagnet-Sinterkörpers aus einem Sel­ tenerdmetall-Legierungspulver; und Unterteilen bzw. Zerteilen des Sinterkör­ pers in eine Vielzahl von Seltenerdmetall-Magneten nach irgendeinem Verfah­ ren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung gemäß dem vorstehend beschriebenen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Der Schwingspulen-Motor gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung umfasst einen Seltenerdmetall-Magneten, der nach dem Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten, wie er vorstehend gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden ist, hergestellt worden ist.
Die Dicke des Seltenerdmetall-Magneten kann in dem Bereich von 0,5 bis 3,0 mm liegen.
Die Drahtsägemaschine gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung umfasst: einen Draht mit Schleifkörnern (Schleifmittelkörnern), die an ei­ nem Kerndraht fixiert sind; eine Aufwickelspule, auf die der Draht aufgewickelt wird; eine Vielzahl von Walzen zum Abwickeln des auf die Aufwickelspule auf­ gewickelten Drahtes, sodass der Draht laufen (wandern) kann; eine Einrichtung zur Zuführung eines ersten Kühlmittels zu einem Abschnitt eines Schneidege­ genstandes, der mit dem Draht geschnitten werden soll; und eine Einrichtung zur Zuführung eines zweiten Kühlmittels zu Abschnitten des Drahtes, der auf die Aufwickelspule aufgewickelt ist oder zu Abschnitten des Drahtes, der in der Nähe der Aufwickelspule läuft.
Die Einrichtung zur Zuführung des zweiten Kühlmittels umfasst vorzugsweise eine Sprüheinrichtung.
Vorzugsweise umfasst jede der Vielzahl von Walzen eine Polymerschicht mit einer darin vorgesehenen Führungsnut, die Führungsnut weist ein Paar schrä­ ge Flanken auf, von denen mindestens eine einen Winkel von 50° oder mehr gegenüber der Oberfläche der Walze aufweist, und der Draht läuft (wandert) entlang eines Zwischenraums zwischen dem Paar von schrägen Flanken.
Eine andere erfindungsgemäße Drahtsägemaschine umfasst: einen Draht mit Schleifkörnern, die an einem Kerndraht fixiert sind; eine Aufwickelspule, auf die der Draht aufgewickelt wird; eine Vielzahl von Walzen zum Abwickeln des auf die Aufwickelspule aufgewickelten Drahtes, sodass der Draht laufen (wandern) kann; und eine Einrichtung zur Zuführung eines Kühlmittels zu einem Abschnitt eines Schneidegegenstandes, der mit dem Draht geschnitten werden soll, wo­ bei jede der Vielzahl von Walzen eine Polymerschicht aufweist, in der eine Führungsnut vorgesehen ist, die Führungsnut ein Paar schräge Flanken auf­ weist, von denen mindestens eine einen Winkel von 50° oder mehr gegenüber der Oberfläche der Walze aufweist, und der Draht entlang eines Zwischen­ raums zwischen dem Paar von schrägen Flanken läuft.
Die Spannung des Drahtes, der zwischen der Vielzahl von Walzen läuft (wandert) liegt vorzugsweise in dem Bereich zwischen 25 und 35 N.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 stellt eine schematische Ansicht einer Drahtsägemaschine 100 dar, die zweckmäßig zur Durchführung des Verfahrens zum Schneiden einer Sel­ tenerdmetall-Legierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwen­ det wird;
Fig. 2 stellt eine schematische Ansicht eines Schneideabschnitts und seiner Umgebung der Drahtsägemaschine 100 gemäß Fig. 1 dar;
Fig. 3 stellt eine schematische Querschnittsansicht eines Sägedrahtes 20 dar, der zweckmäßig zur Durchführung des Verfahrens zum Schneiden einer Sel­ tenerdmetall-Legierung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung verwendet wird;
Fig. 4 stellt eine schematische Ansicht einer Drahtsägemaschine 200 dar, die zweckmäßig zur Durchführung des Verfahrens zum Schneiden einer Sel­ tenerdmetall-Legierung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 5 stellt eine schematische Ansicht der Struktur zur Zuführung eines Kühlmittels zu einem Sägedraht 20 dar, der um eine Aufwickelspule 40a, 40b der Drahtsägemaschine 200 herumgewickelt ist;
Fig. 6 stellt eine schematische Querschnittsansicht einer Walze dar, die zweckmäßig für die Drahtsägemaschinen 100 und 200 verwendet wird;
Fig. 7 stellt eine schematische Querschnittsansicht einer konventionellen Wal­ ze dar.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nachstehend werden das Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung und das Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Schneideverfahren gemäß dem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung, bei dem ein Draht mit Schleifkör­ nern (in der Regel Diamant-Schleifkörner) verwendet wird, die an einem Kern­ draht (in der Regel ein Klavierdraht) fixiert sind. Das Schneideverfahren um­ fasst eine Verfahrensstufe, in der eine Seltenerdmetall-Legierung mit dem Draht geschnitten wird, der in einem solchen Zustand läuft (wandert), dass der Abschnitt der Seltenerdmetall-Legierung, der mit dem Draht geschnitten wer­ den soll, in ein wasserlösliches Kühlmittel eingetaucht ist, das eine Oberflä­ chenspannung bei 25°C in dem Bereich von 25 bis 60 mN/m aufweist. Es kann auch ein Kühlmittel verwendet werden, dessen dynamischer Reibungskoeffizi­ ent gegenüber einer Seltenerdmetall-Legierung bei 25°C 0,1 bis 0,3 beträgt.
Bei dem Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei dem das Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung mit einem Draht mit daran fixierten Schleifkörnern in einem Zustand durchgeführt wird, in dem der Schneide-Abschnitt der Sel­ tenerdmetall-Legierung in ein Kühlmittel mit einer Oberflächenspannung bei 25°C in dem Bereich von etwa 25 bis etwa 60 mN/m (etwa 25 - etwa 60 dyn/cm) eingetaucht ist, ist eine wirksame Kühlung des Drahtes möglich. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass das Kühlmittel, das eine Ober­ flächenspannung aufweist, die innerhalb des oben genannten Bereiches liegt, ausgezeichnete Benetzungs-Eigenschaften (oder Anpassungs-Eigenschaften) gegenüber der Seltenerdmetall-Legierung und/oder dem Draht, verglichen mit Wasser, aufweist und dass deshalb das Kühlmittel in den Schneide-Abschnitt (die Schnittfläche) mit gutem Wirkungsgrad eindringt. Der Schneide-Abschnitt (die Schnittfläche) ist der Abschnitt der Seltenerdmetall-Legierung, der mit dem Draht in Kontakt kommt und mit dem Draht geschnitten wird. Dieser Abschnitt wird auch als Schneide-Lücke bezeichnet. Natürlich weist auch das Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente enthält, einen hohen Kühlungswirkungsgrad auf, weil es eine hohe spezifische Wärme hat, verglichen mit einem Kühlmittel auf Ölbasis (beispielsweise Mineralöl). Der hier verwendete Ausdruck "Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente enthält" bezieht sich auf ein Kühlmittel, in dem Wasser 70 Gew.-% oder mehr der gesamten Flüssigkeit ausmacht.
Ein geeignetes Kühlmittel für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung kann auch festge­ legt werden durch den dynamischen Reibungskoeffizienten gegenüber der Seltenerdmetall-Legierung. Ein Kühlmittel mit einem dynamischen Reibungs­ koeffizienten bei 25°C in dem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,3 weist eine Funktion/einen Effekt auf, die (der) gleichwertig ist mit demjenigen, den ein Kühlmittel aufweist, das eine Oberflächenspannung innerhalb des oben ge­ nannten Bereiches hat. Der dynamische Reibungskoeffizient wird als Indikator für die Gleitfähigkeit angesehen, die durch das Kühlmittel für den Schneide-Abschnitt erzeugt wird, während die Oberflächenspannung als ein Indikator für das Eindringen des Kühlmittels in den Schneide-Abschnitt (Schnittfläche) an­ gesehen wird. Es ist bekannt, dass eine qualitative Korrelation zwischen der Oberflächenspannung und dem dynamischen Reibungskoeffizienten besteht.
Die Oberflächenspannung des Kühlmittels wird mit einem bekannten Nouy-Tensiometer gemessen. Der dynamische Reibungskoeffizient des Kühlmittels gegenüber einer Seltenerdmetall-Legierung wird mit einer "Vier-Kugel-Rei­ bungs-Testeinrichtung" vom Masuda-Typ gemessen, die häufig in Japan als Basis-Testeinrichtung verwendet wird. In beiden Fällen (d. h. im Falle der Ober­ flächenspannung und im Falle des dynamischen Reibungskoeffizienten), wer­ den hier die bei 25°C gemessenen Werte als Werte verwendet, die das Kühl­ mittel charakterisieren.
Es sei darauf hingewiesen, dass der dynamische Reibungskoeffizient, der in den nachstehenden Ausführungsformen angegeben ist, ein Wert ist, der mit einer Vier-Kugel-Reibungs-Testeinrichtung unter Verwendung von Eisenkugeln gemessen worden ist. Eine R-Fe-B-Seltenerdmetall-Legierung (R ist ein Ele­ ment, ausgewählt aus den Elementen der Seltenen Erden und Y; ein Beispiel für eine R-Fe-B-Seltenerdmetall-Legierung ist eine Legierung, welche die in­ termetallische Verbindung Nd2Fe14B als Hauptphase enthält), die in den Aus­ führungsformen verwendet wird, enthält Eisen in der größten Menge unter den sie aufbauenden Elementen. Daher kann der dynamische Reibungskoeffizient des Kühlmittels, der mit der Testeinrichtung unter Verwendung von Eisenku­ geln gemessen wird, ein Wert sein, der sehr nahe bei dem dynamischen Rei­ bungskoeffizienten des Kühlmittels gegenüber der Seltenerdmetall-Legierung liegt und er wird als ein solcher Koeffizient verwendet. Diese enge Beziehung wurde experimentell bestätigt. Die Zusammensetzungen und Verfahren zur Herstellung von Seltenerdmetall-Legierungen, die zweckmäßig als Seltenerd­ metall-Magnete verwendet werden, sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 4 770 723 und 4 792 368 beschrieben. Auf die Inhalte der US-Patente Nr. 4 770 723 und 4 792 368 wird hier ausdrücklich Bezug genommen. In der typi­ schen Zusammensetzung der R-Fe-B-Seltenerdmetall-Legierung wird Nd oder Pr hauptsächlich als R verwendet, Fe kann teilweise durch ein Übergangsele­ ment (z. B. Co) ersetzt sein und B kann durch C ersetzt sein.
Obgleich das in dem erfindungsgemäßen Schneide-Verfahren verwendbare Kühlmittel charakterisiert wurde durch die Oberflächenspannung oder den dy­ namischen Reibungskoeffizienten bei 25°C, ist die Temperatur des Kühlmittels bei der praktischen Verwendung nicht auf 25°C beschränkt. Um den erfin­ dungsgemäßen Effekt zu erzielen, ist es jedoch bevorzugt, das Kühlmittel bei einer solchen kontrollierten Temperatur zu verwenden, die innerhalb des Berei­ ches von 15 bis 35°C, besonders bevorzugt innerhalb des Bereiches von 20 bis 30°C, ganz besonders bevorzugt innerhalb des Bereiches von 20 bis 25°C, liegt. Es ist allgemein bekannt, dass die Oberflächenspannung und der dyna­ mische Reibungskoeffizient eines Kühlmittels von der Temperatur abhängen. Daher weist das Kühlmittel dann, wenn die Temperatur des Kühlmittels über­ mäßig weit außerhalb des oben genannten Temperaturbereiches liegt, einen Zustand auf, der dem Zustand sehr stark ähnelt, der festzustellen ist, wenn die Oberflächenspannung und der dynamische Reibungskoeffizient des Kühlmittels außerhalb der oben angegebenen jeweiligen Bereiche liegen. Dadurch wird der Kühlungs- oder Schneide-Wirkungsgrad beeinträchtigt (verschlechtert).
Durch Verwendung des vorstehend beschriebenen Kühlmittels wird ein abnor­ mer Temperaturanstieg des Drahtes unterdrückt und dadurch werden eine ab­ norme Abscherung der Schleifkörner und ein Reißen des Drahtes (d. h. ein Brechen des Drahtes) unterdrückt/verhindert. Als Folge davon wird eine Beein­ trächtigung der Bearbeitungsgenauigkeit verhindert und auch die Lebensdauer des Drahtes kann verlängert werden gegenüber der konventionellen Verwen­ dung. Dadurch ist eine Herabsetzung der Herstellungskosten möglich.
Das vorstehend beschriebene Kühlmittel wird hergestellt durch Zugabe eines Tensids und eines synthetischen Schmiermittels zu Wasser. Die Oberflächen­ spannung und der dynamische Reibungskoeffizient können auf vorgegebene Werte eingestellt werden durch geeignete Auswahl der Typen und Zugabe­ mengen dieser Zusätze. Da das Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente enthält, eine vergleichsweise niedrige Viskosität aufweist, kann der Sägestaub aus der Seltenerdmetall-Legierung von dem Schlamm, der während des Schneidens entsteht, leicht abgetrennt werden durch Verwendung eines Ma­ gneten und das Kühlmittel kann dann wiederverwendet werden. Außerdem wird ein Problem in bezug auf die Umweltverschmutzung bei einer Beseitigung des Kühlmittels dadurch verhindert. Da die Menge des in dem Schlamm enthal­ tenden Kohlenstoffs gering ist, kann ein Magnet, der unter Verwendung von Sägestaub, der aus dem Schlamm abgetrennt worden ist, als Ausgangsmate­ rial hergestellt wurde, verbesserte magnetische Eigenschaften aufweisen.
Wenn der Draht mit hoher Geschwindigkeit während des Schneidens läuft (wandert), kann das Kühlmittel in einigen Fällen schäumen, was zu einer Ver­ minderung des Kühlungswirkungsgrades führt. Diese Abnahme des Kühlung­ swirkungsgrades als Folge einer Schaumbildung des Kühlmittels kann unter­ drückt werden durch Verwendung eines Kühlmittels, das ein Antischaummittel enthält. Die Korrosion der Seltenerdmetall-Legierung kann unterdrückt werden durch Verwendung eines Kühlmittels mit einem pH-Wert in dem Bereich von 8 bis 11. Der pH-Wert des Kühlmittels beträgt besonders bevorzugt 9 oder mehr. Die Oxidation der Seltenerdmetall-Legierung kann unterdrückt werden durch Verwendung eines Kühlmittels, das ein Korrosionsschutzmittel enthält. Diese Zusätze können in geeigneter Weise eingestellt werden unter Berücksichtigung des Typs der Seltenerdmetall-Legierung, der Schneide-Bedingungen und dgl.
Als Sägedraht wird zweckmäßig ein Draht mit einem daran befestigten Harz verwendet, an dem Diamant-Schleifkörner fixiert sind. Insbesondere sind Dia­ mant-Schleifkörner an dem äußeren Umfang eines Kerndrahtes (in der Regel ein Klavierdraht) mit einem Harz fixiert. Als Harz werden vorzugsweise Phenol­ harze, Epoxyharze und Polyimidharze verwendet. Diese Harze weisen eine hohe Haftfestigkeit an dem äußeren Umfang eines Klavierdrahtes (Hart-Stahl­ drahtes) auf und sie weisen auch eine ausgezeichnete Benetzbarkeit (Infiltrierbarkeit) durch das Kühlmittel auf, wie weiter unten beschrieben. Dieser Draht-Typ ist kostengünstig im Vergleich zu einem Draht, der durch Elektroab­ scheidung (Elektroplattierung) hergestellt worden ist, und dadurch können die zum Schneiden der Seltenerdmetall-Legierung erforderlichen Kosten herabge­ setzt werden. Der Kerndraht ist nicht auf einen Klavierdraht beschränkt, son­ dern kann hergestellt sein aus einer Legierung, beispielsweise aus Ni-Cr und Fe-Ni, aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt wie W und Mo oder er kann ein Bündel von Fasern mit hoher Festigkeit, z. B. Nylon-Fasern, sein. Das Material für die Schleifkörner (Schleifmittelkörner) ist nicht auf Diamant be­ schränkt, sondern kann auch sein SiC, B, C, CBN (kubisches Bornitrid) der dgl.
Um den Vorteil zu erzielen, dass die Schnitt-Lücke eng ist, beträgt der Außen­ durchmesser des Sägedrahtes vorzugsweise 0,3 mm oder weniger, besonders bevorzugt 0,25 mm oder weniger. Die Untergrenze des Außendurchmessers des Drahtes wird festgelegt unter Berücksichtigung der Gewährleistung einer ausreichenden Festigkeit und um sicherzustellen, dass Schleifkörner mit einer vorher festgelegten Größe mit einer ausreichenden Festigkeit an dem Kern­ draht fixiert sind, wobei der Durchmesser des Kerndrahtes vorzugsweise etwa 0,12 mm bis etwa 0,20 mm, besonders bevorzugt etwa 0,15 bis etwa 0,2 mm beträgt. Vom Standpunkt des Schneide-Wirkungsgrades aus betrachtet genügt die durchschnittliche Teilchengröße D der Schleifkörner vorzugsweise der Be­ ziehung 20 µm ≦ D ≦ 60 µm, besonders bevorzugt der Beziehung 30 µm ≦ D ≦ 60 µm, ganz besonders bevorzugt der Beziehung 40 µm ≦ D ≦ 60 µm. Vom Standpunkt des Schneide-Wirkungsgrades und des Sägestaub (Säge­ schlamm)-Austragungs-Wirkungsgrades aus betrachtet liegt der durchschnittli­ che Abstand zwischen benachbarten Schleifkörnern vorzugsweise in dem Be­ reich von 150 bis 600% der durchschnittlichen Teilchengröße D der Schleif­ körner und die durchschnittliche Höhe der Abschnitte der Schleifkörner, die aus der Oberfläche der Harzschicht herausragen, liegt vorzugsweise in dem Be­ reich von 10 bis 40 µm, besonders bevorzugt in dem Bereich von 15 bis 40 µm.
Der vorstehend beschriebene Draht ist erhältlich von Drahtherstellern (beispielsweise der Firma Allied Material Corp.), wenn man die oben angege­ benen Bedingungen angibt.
Durch Verwendung des vorstehend beschriebenen Drahtes wird ein guter Schneide-Wirkungsgrad erzielt und der Sägestaub (d. h. Schlamm)-Austra­ gungs-Wirkungsgrad wird verbessert. Dadurch ist ein Schneiden mit einer ver­ hältnismäßig hohen Lauf(Wanderungs)-Geschwindigkeit (beispielsweise von 1000 m/min) möglich. Da der Draht mit dem vorstehend beschriebenen Kühl­ mittel wirksam gekühlt wird, kann darüber hinaus das Schneiden der Sel­ tenerdmetall-Legierung stabil über einen langen Zeitraum hinweg mit einer ho­ hen Bearbeitungs-Genauigkeit durchgeführt werden. Durch Verwendung des Kühlmittels, das Wasser als Hauptkomponente enthält, kann die Draht-Laufge­ schwindigkeit um 20 bis 30% höher (beispielsweise auf 1100 bis 1200 m/min) eingestellt werden als bei Verwendung eines Kühlmittels auf Ölbasis, um den Schneide-Wirkungsgrad zu optimieren.
Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente enthält, weist eine niedrige Viskosität auf (kinematische Viskosität: etwa 1 mm2/s) und daher ist der Sägestaub-Austrags-Wirkungs­ grad, verglichen mit einem Kühlmittel auf Ölbasis (kinematische Viskosität im allgemeinen 5 mm2/s oder mehr), gering. Um den Sägestaub-Austrags-Wir­ kungsgrad während des Schneide-Verfahrens zu erhöhen, wird der Schneide-Abschnitt (die Schnittfläche) vorzugsweise in einem in das in ein Reservoir ein­ gefülltes Kühlmittel eingetauchten Zustand gehalten. Außerdem wird das Kühlmittel vorzugsweise von der oberen Öffnung des Reservoirs her zugeführt und es kann zusätzlich vom Boden her zugeführt werden, sodass das Kühlmit­ tel aus der Öffnung des Reservoirs ständig überläuft.
Der Sägestaub, der in das Kühlmittel mit niedriger Viskosität ausgetragen wird, setzt sich leicht ab, sodass er in dem Oberflächen-Abschnitt des Kühlmittels in der Nähe der Öffnung des Reservoirs kaum schwimmt. Um die Seltenerdme­ tall-Legierung zu schneiden, während ihr Schneide-Abschnitt (die Schnittfläche) in das Kühlmittel eingetaucht ist, wird der Draht so angeordnet, dass er in dem Oberflächen-Abschnitt des Kühlmittels in der Nähe der Öffnung des Reservoirs läuft (wandert). Die Sägestaubmenge ist daher in dem Teil des Kühlmittels, in dem der Draht läuft (wandert), gering und somit enthält das Kühlmittel, das dem Schneide-Abschnitt zugeführt wird, nur eine geringe Menge Sägestaub. Da das Kühlmittel von der oberen Öffnung des Reservoirs her zugeführt wird, um zu bewirken, dass das Kühlmittel ständig aus der Öffnung überläuft, wird insbesondere sichergestellt, dass die Sägestaubmenge in dem dem Schneide-Abschnitt zugeführten Kühlmittel gering ist. Außerdem kann der Sägestaub, der an dem Draht haftet, durch den Strom des Kühlmittels, das aus der Öffnung des Reservoirs zugeführt wird, automatisch abgewaschen werden. Die Menge des pro Minute überlaufenden Kühlmittels beträgt vorzugsweise 50% oder mehr des Volumens des Reservoirs. Die aus der Öffnung zugeführte Kühlmit­ telmenge ist vorzugsweise größer als die Kühlmittelmenge, die vom Boden des Reservoirs her zugeführt wird.
Oberhalb der Seiten der Öffnung des Reservoirs quer zu der Drahtlaufrichtung können vorhangartige Kühlmittelströme (oder Gasströme) erzeugt werden, so­ dass das Kühlmittel am Überlaufen aus der Öffnung des Reservoirs gehindert wird und dadurch das Flüssigkeitsniveau des überlaufenden Kühlmittels über die Wand des Reservoirs hinaus erhöht wird. Dies führt zu einer größeren Menge Kühlmittel, die der Umgebung des Schneide-Abschnitts zugeführt wird und dies ermöglicht eine weitere Verringerung der Sägestaubmenge in dem Kühlmittel. Der Zuführungsdruck des Kühlmittels, der erforderlich ist, um den Kühlmittelstrom zu erzeugen, liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0,2 bis 1,0 MPa (2-10 kgf/cm2), besonders bevorzugt in dem Bereich von 0,4 bis 0,6 MPa (4-6 kgf/cm2). Wenn der Zuführungsdruck unterhalb des oben angegebenen Bereiches liegt, ist der Effekt nicht ausreichend, und wenn er den oben genann­ ten Bereich übersteigt, kann sich der Draht biegen, was zu einer Beeinträchti­ gung der Bearbeitungsgenauigkeit führt.
Vorzugsweise wird das Kühlmittel einem Paar von Hauptwalzen zugeführt, die auf beiden Seiten des Reservoirs angeordnet sind, um die Drahtlaufposition zwischen den Hauptwalzen, die für den Lauf des Drahtes vorgesehen sind, zu regulieren. Durch diese Zufuhr von Kühlmittel zu diesen Hauptwalzen wird verhindert, dass in einer Polymerschicht (beispielsweise einer organischen Polymerschicht, z. B. einer Polyurethan-Kautschukschicht), die Nuten (Rillen) für die Führung des Drahtes aufweist, die in der Oberfläche jeder der Hauptwalzen angeordnet sind, die Temperatur ansteigt. Außerdem kann der Sägestaub (oder Schlamm), der an dem Draht oder an den Führungsnuten haftet oder daran verbleibt, weggewaschen werden. Dadurch wird verhindert, dass die Drahtlaufposition umgangen wird und der Draht aus der Nut heraus­ gleitet.
Das Kühlmittel kann wiederverwendet werden (beispielsweise in einem Zirkula­ tionssystem) durch Sammeln der schmutzigen Flüssigkeit, die aus dem Kühl­ mittel und Schlamm einschließlich Sägestaub aus der Seltenerdmetall-Legierung, der während des Schneide-Verfahrens entstanden ist, besteht, und Abtrennen des Sägestaubs aus der Seltenerdmetall-Legierung von dem Schlamm mit einem Magneten. Da das Kühlmittel, das Wasser als Hauptkom­ ponente enthält, eine niedrige Viskosität, wie vorstehend angegeben aufweist, kann der Sägestaub (Sägespäne) leicht abgetrennt werden. Durch Abtrennen des Sägestaubs aus der Seltenerdmetall-Legierung kann auch der Kühlmittel-Abfall leicht beseitigt werden, ohne dass die Gefahr einer Umweltschädigung besteht. Da die Menge des Kohlenstoffs, der nicht leicht von einer R-Fe-B-Legierung (R wird ausgewählt aus Elementen der Seltenen Erden und Y) abge­ trennt werden kann, wie vorstehend angegeben gering ist, kann der Sägestaub (Sägespäne) wieder eingeschmolzen und als Ausgangsmaterial für die Sel­ tenerdmetall-Legierung recyclisiert werden. Das heißt, da das Kühlmittel Was­ ser als Hauptkomponente enthält, ist es leicht, den Kohlenstoff-Gehalt einer Seltenerdmetall-Legierung, die durch Recyclisieren des Sägestaubs hergestellt wird, zu verringern. Es kann daher ein Ausgangsmaterial erhalten werden, das als Material für Seltenerdmetall-Magnete verwendbar ist. Zur Abtrennung des Sägestaubs (der Sägespäne) von dem Schlamm kann beispielsweise das Ver­ fahren angewendet werden, das in der US-Patentanmeldung Nr. 09/662 136 der Anmelderin beschrieben ist.
Das erfindungsgemäße Schneide-Verfahren ist zweckmäßig anwendbar zum Schneiden einer schwer zu schneidenden Seltenerdmetall-Legierung, insbe­ sondere zum Schneiden einer R-Fe-B-Seltenerdmetall-Sinterlegierung. Die Teile, in welche die Seltenerdmetall-Sinterlegierung durch das erfindungsge­ mäße Schneide-Verfahren zerschnitten worden ist, werden oberflächenbehan­ delt und magnetisiert zur Herstellung von Seltenerdmetall-Magneten. Das Ma­ gnetisierungsverfahren kann vor oder nach dem Schneide-Verfahren durchge­ führt werden. Ein Seltenerdmetall-Magnet, der aus einer R-Fe-B-Seltenerd­ metall-Sinterlegierung hergestellt worden ist, wird zweckmäßig als Material für einen Schwingspulen-Motor verwendet, der eingesetzt wird zum Positionieren einer Magnetkopfes. Insbesondere wird das erfindungsgemäße Schneide-Verfahren zweckmäßig angewendet zum Schneiden von R-Fe-B-Seltenerdme­ tall-Sintermagneten(-Legierungen), wie sie in den US-Patenten Nr. 4 770 723 und 4 792 368 (abgetreten an die Anmelderin der vorliegenden Erfindung) be­ schrieben sind. Unter diesen wird das erfindungsgemäße Schneide-Verfahren zweckmäßig angewendet zum Schneiden und zur Herstellung eines Sel­ tenerdmetall-Sintermagneten(-Legierung), der (die) im wesentlichen besteht aus Neodym (Nd), Eisen (Fe) und Bor (B) als Hauptkomponenten und eine harte Phase (Hauptphase), bestehend aus einer intermetallischen Nd2Fe14B- Verbindung mit einer tetragonalen Struktur, und eine an Nd-reiche viskose Grenzflächenphase aufweist (nachstehend wird dieser Magnet als "Neodym­ magnet(-Legierung)" bezeichnet). Ein typisches Beispiel für den Neodymma­ gneten ist NEOMAX (Produktname), hergestellt von der Firma Sumitomo Spe­ cial Metals Co., Ltd.
Durch Anwendung des Schneide-Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Seltenerdmetall-Legierung mit hoher Genau­ igkeit wirksam geschnitten werden. Es können daher kleine Seltenerdmetall-Magnete (Dicke beispielsweise 0,5 bis 3,0 mm) für Schwingspulen-Motoren, die für die Positionierung beispielsweise eines Magnetkopfes eingesetzt wer­ den, auf wirksame Weise mit hoher Genauigkeit hergestellt werden.
Nachstehend werden das Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung und das Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Beim Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sägedraht (ein Draht mit daran fixierten Schleifkörnern) mit Schleifkörnern (in der Regel Diamant-Schleifkörnern) ver­ wendet, die an einem Kerndraht (in der Regel ein Klavierdraht) fixiert sind. Der um eine Aufwickelspule herumgewickelte Draht läuft (wandert) zwischen einer Vielzahl von Walzen und eine Seltenerdmetall-Legierung (ein Werkstück) wird abgesenkt und gegen den laufenden Draht gepresst, um in Stücke zerschnitten zu werden. Während des Schneidens wird ein Kühlmittel (zweites Kühlmittel), das Wasser als Hauptkomponente enthält, dem Abschnitt der Seltenerdmetall-Legierung zugeführt, der mit dem Draht geschnitten werden soll. Außerdem wird ein Kühlmittel (erstes Kühlmittel), das Wasser als Hauptkomponente ent­ hält, den Abschnitten des um die Aufwickelspule herumgewickelten Drahtes und den Abschnitten des Drahtes, der in der Nähe der Aufwickelspulen läuft (wandert), zugeführt.
Bei einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung wird ein Kühlmittel auch dem Draht zugeführt, wenn er auf die Aufwickel­ spulen aufgewickelt wird. Dadurch wird die Wärmebildung vermindert und auch die mechanische Reibungskraft als Folge einer Reibung zwischen benachbar­ ten Drahtwindungen auf den Aufwickelspulen wird verringert. Da eine mechani­ sche Beschädigung des Drahtes vermindert wird, wird als Folge davon auch eine Beeinträchtigung (Verschlechterung) der Schneide-Genauigkeit und des Schneide-Wirkungsgrades unterdrückt und die Lebensdauer des Drahtes wird verlängert. Das dem Schneide-Abschnitt (Schnittfläche) zugeführte Kühlmittel (zweite Kühlmittel) und die Art der Zuführung des Kühlmittels sind vorzugswei­ se die gleichen wie bei der Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung angewendet.
Das erste Kühlmittel weist vorzugsweise einen dynamischen Reibungskoeffizi­ enten gegenüber einer Seltenerdmetall-Legierung bei 25°C von 0,3 oder weni­ ger, besonders bevorzugt von 0,15 oder weniger, auf. Das zweite Kühlmittel weist vorzugsweise einen dynamischen Reibungskoeffizienten gegenüber einer Seltenerdmetall-Legierung bei 25°C in dem Bereich von 0,1 bis 0,3 auf.
Obgleich das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel, die für das erfin­ dungsgemäße Schneide-Verfahren verwendbar sind, durch den bei 25°C ge­ messenen dynamischen Reibungskoeffizienten charakterisiert wurden, ist die Temperatur des Kühlmittels bei der praktischen Verwendung nicht auf 25°C beschränkt. Um den Effekt der vorliegenden Erfindung zu erzielen, ist es je­ doch bevorzugt, ein Kühlmittel zu verwenden, dessen Temperatur so einge­ stellt ist, dass sie innerhalb des Bereiches von 15 bis 35°C, besonders bevor­ zugt innerhalb des Bereiches von 20 bis 30°C und ganz besonders bevorzugt innerhalb des Bereiches von 20 bis 25°C liegt.
Durch Verwendung des Kühlmittels mit einem dynamischen Reibungskoeffizi­ enten, wie er oben angegeben worden ist, wird ein abnormer Temperaturan­ stieg des Drahtes wirksam verhindert und auf diese Weise werden ein abnor­ mes Abscheren der Schleifkörner und ein Zerreißen des Drahtes auf wirksame Weise unterdrückt/verhindert. Als Folge davon wird ein Beeinträchtigung (Verschlechterung) der Bearbeitungs-Genauigkeit verhindert und auch die Le­ bensdauer des Drahtes kann verlängert werden gegenüber derjenigen, die üb­ licherweise zulässig ist. Dies ermöglicht die Herabsetzung der Herstellungsko­ sten.
Der vorstehend beschriebene Effekt ist anwendbar sowohl auf das erste Kühlmittel, das den Abschnitten des Drahtes, die um das Paar von Aufwickel­ spulen herumgewickelt sind, und den Abschnitten, die in der Nähe der Aufwickel­ spulen laufen, zugeführt wird, als auch auf das Kühlmittel, das dem Schnei­ de-Abschnitt (der Schnittfläche) zugeführt wird. Es kann daher auch ein ge­ meinsames Kühlmittel als erstes und zweites Kühlmittel verwendet werden. Alternativ kann das erste Kühlmittel eine Viskosität haben, die höher ist als diejenige des zweiten Kühlmittels, sodass das erste Kühlmittel leicht an den Abschnitten des Drahtes, die um die Aufwickelspulen herumgewickelt sind oder in der Nähe der Aufwickelspulen laufen, haftet. Als erstes und zweites Kühlmit­ tel kann ein Kühlmittel mit einer Viskosität in dem Bereich von 1 bis 50 mPa.s (kinematische Viskosität 1 bis 50 mm2/s) verwendet werden. Um die Haftung des ersten Kühlmittels an dem Draht zu verbessern, wird vorzugsweise ein Kühlmittel mit einer Viskosität von 5 mPa.s oder mehr (kinematische Viskosität 5 mm2/s oder mehr) verwendet. Die Viskosität der Kühlmittel kann durch Ein­ stellung der Konzentration des mit dem Wasser gemischten Schmiermittels, wie vorstehend angegeben, eingestellt werden.
Das erste Kühlmittel wird nicht notwendigerweise während des gesamten Schneide-Verfahrens zugeführt, sondern kann intermittierend zugeführt wer­ den, so lange die Abschnitte des Drahtes, die um die Aufwickelspulen herum­ gewickelt sind, mit einer ausreichenden Menge Kühlmittel benetzt gehalten werden können. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente enthält (insbesondere ein solches, das Alkanolamin oder dgl. enthält), ein Harz stärker in nachteiliger Weise beeinflussen kann als ein Kühlmittel auf Ölbasis. Deshalb ist die Menge des Kühlmittels vorzugsweise so gering wie möglich, wenn ein Draht mit Schleifkörnern, die über eine Harz­ schicht daran fixiert sind, verwendet wird. Im Hinblick darauf wird das Kühlmit­ tel vorzugsweise den Abschnitten des Drahtes, die um die Aufwickelspulen herumgewickelt sind, oder die in der Nähe der Aufwickelspulen laufen, durch Aufsprühen oder Auftropfen zugeführt. Das Aufsprühen ist besonders bevor­ zugt, weil es die Zuführung nur einer geringen Menge Kühlmittel zu den Ab­ schnitten des Drahtes erlaubt, die um die Aufwickelspulen herumgewickelt sind. Die Zuführungsmenge des Kühlmittels kann in geeigneter Weise festge­ legt werden in Abhängigkeit vom Typ, der Länge, der Laufgeschwindigkeit und dgl. des Drahtes. Sie kann beispielsweise in dem Bereich von 50 bis 500 ml/min liegen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dann, wenn ein Säge­ draht mit einer ausgezeichneten Beständigkeit gegen ein Kühlmittel auf Was­ serbasis, beispielsweise ein galvanisch beschichteter Draht (z. B. ein Draht mit Schleifkörnern, die über eine Ni-Plattierungsschicht daran fixiert sind) verwen­ det wird, die gesamten Aufwickelspulen in das Kühlmittel eingetaucht sein kön­ nen.
Bei den Ausführungsformen gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der vorlie­ genden Erfindung kann jede der Führungsnuten, die in der Polymerschicht je­ der Walze vorgesehen sind, an denen der Draht entlangläuft, ein Paar schräge Flanken aufweisen, von denen mindestens eine einen Winkel von 50° oder mehr gegenüber der Oberfläche der Walze aufweist, die eine Ebene parallel zur Achse der Walze darstellt. Durch Anwendung dieser Struktur wird der Draht, der entlang eines Zwischenraums zwischen dem Paar von schrägen Flanken läuft, am Zerreißen gehindert, das ansonsten auftreten würde, wenn ein Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente enthält, verwendet wird. Na­ türlich weisen vorzugsweise beide schrägen Flanken des Paares einen Winkel von 50° oder mehr gegenüber der Oberfläche der Walze auf. Die Spannung des Drahtes, der zwischen den Walzen läuft (wandert), liegt vorzugsweise in dem Bereich zwischen 25 und 35 N.
Ausführungsform 1
Nachstehend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung unter Bezugnahme auf die relevanten Zeichnungen näher beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird ein Verfahren zum Schneiden eines Neodym-Magnet-Sinterkörpers beschrie­ ben, der zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Neodym-Magneten verwendet wird.
Zuerst wird ein Verfahren zur Herstellung eines Neodym(Nd-Fe-B)-Sinter­ magneten kurz beschrieben. Eine Seltenerdmetall-Legierung als Magnetwerk­ stoff kann nach irgendeinem der Verfahren hergestellt werden, wie sie bei­ spielsweise in den oben genannten US-Patenten Nr. 4 770 723 und 4 792 368 näher beschrieben sind.
Die Metallmaterialien werden in vorgegebenen Molmengenteilen genau aus­ gewogen und dann in einem Schmelztiegel unter Anwendung eines Hochfre­ quenz-Induktionsschmelzverfahrens im Vakuum oder in einer Argongas-Atmosphäre geschmolzen. Die geschmolzenen Metallmaterialien werden in eine wassergekühlte Form gegossen zur Herstellung einer Rohmaterial-Le­ gierung in dem vorgegebenen Verhältnis. Die Rohmaterial-Legierung wird dann pulverisiert zur Herstellung eines feinen Pulvers mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 3 bis etwa 4 µm. Anschließend wird das feine Pulver in eine Kokillen-Anordnung eingeführt und in einem Magnetfeld gepresst. Dieses Pressen wird durchgeführt, nachdem das feine Pulver erforderlichenfalls mit einem Gleitmittel gemischt worden ist. Der resultierende Pressling wird bei et­ wa 1000 bis etwa 1200°C gesintert zur Herstellung eines Neodym-Magnet-Sinterkörpers.
Danach wird eine Alterung bei etwa 600°C durchgeführt, um die Koerzitivkraft des Magneten zu erhöhen. Auf diese Weise kann ein Seltenerdmetall-Sinterkörper erhalten werden. Die Größe des Sinterkörpers beträgt beispiels­ weise 30 mm × 50 mm × 50 mm.
Der resultierende Sinterkörper wird einem Schneide-Verfahren unterworfen zur Herstellung einer Vielzahl von dünnen Scheiben (diese Scheiben werden gele­ gentlich auch als "Substrate" und "Wafer" bezeichnet). Die resultierenden dün­ nen Scheiben des Sinterkörpers werden fertig bearbeitet durch Schleifen zur Einstellung der Größe und Gestalt und dann werden sie einer Oberflächenbe­ handlung unterzogen, um die Langzeit-Zuverlässigkeit zu verbessern. Dann wird eine Magnetisierung durchgeführt und nach dem Durchlaufen eines Test­ verfahrens ist der Neodym-Permanentmagnet fertig. Die Magnetisierung kann auch vor dem Schneide-Verfahren durchgeführt werden.
Nachstehend wird das erfindungsgemäße Schneide-Verfahren unter Bezug­ nahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.
Die Fig. 1 erläutert in schematischer Form den Aufbau einer Drahtsägemaschi­ ne 100, die zweckmäßig zur Durchführung des Verfahrens zum Schneiden ei­ ner Seltenerdmetall-Legierung gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
Die Drahtsägemaschine 100 weist drei Hauptwalzen 10a, 10b und 10c und ein Paar Aufwickelspulen 40a und 40b auf. Die Hauptwalze 10a, die unter einem Reservoir 30 angeordnet ist, das ein Kühlmittel enthält, dient als Antriebswalze und die Hauptwalzen 10b und 10c, die auf beiden Seiten des Reservoirs 30 angeordnet sind, dienen als Nachlaufwalzen (Folgewalzen). Ein Sägedraht 20 wird von einer Aufwickelspule 40a abgezogen und beispielsweise um die ande­ re Aufwickelspule 40b herumgewickelt und umgekehrt, wobei der Draht in al­ ternierenden Richtungen läuft (wandert) (so genannte Doppel(Shuttle)- Antriebsmethode). Ein neuer Abschnitt des Drahtes 20 kann während des al­ ternierenden Laufs des Drahtes 20 der Aufwickelspule 40a zugeführt werden durch längeres Einstellen der Zeit, innerhalb der der Draht um die Aufwickel­ spulen 40a herumgewickelt wird, als der Zeit, während der der Draht um die Aufwickelspulen 40b herumgewickelt wird. Die Laufgeschwindigkeit des Drah­ tes 20 liegt beispielsweise in dem Bereich von 600 bis 1500 m/min. während die Geschwindigkeit, mit der ein neuer Abschnitt des Drahtes zugeführt wird, in dem Bereich von beispielsweise 1 bis 5 m/min liegt.
Der Draht 20 ist beispielsweise in 150 Reihen zwischen den Hauptwalzen 10a, 10b und 10c angeordnet. Um die Lauf- bzw. Wanderungs-Positionen der Rei­ hen des Drahtes 20 zu definieren, werden in einer Polymerschicht (bei­ spielsweise in einer organischen Polymerschicht, z. B. einer Polyurethankautschuk-Schicht), die auf die Oberfläche jeder der Hauptwalzen 10a, 10b und 10c aufgebracht ist, Nuten erzeugt (Tiefe beispielsweise etwa 0,6 mm) zum Führen des Drahtes 20. Der Abstand zwischen benachbarten Reihen des Drahtes 20 wird bestimmt durch den Abstand der Führungsnuten, der seiner­ seits bestimmt wird durch die Dicke der Scheiben, zu denen ein Werkstück zerschnitten werden soll. Als Polymerschicht kann eine anorganische Polymer­ schicht, hergestellt aus einem Siliconelastomer oder dgl., verwendet werden.
Schiebebühnen 42a und 42b sind in der Nähe der Aufwickelspulen 40a und 40b angeordnet, um jeweils die Aufwickel-Position einzustellen. Fünf Füh­ rungswalzen 44 und eine Spannwalze 46 sind auf dem Weg ab jeder der Auf­ wickelspulen 40a und 40b zu der Hauptwalze 10a angeordnet, um den Draht 20 zu führen und auch die Spannung des Drahtes 20 einzustellen. Die Span­ nung des Drahtes 20 wird in geeigneter Weise geändert in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen (der Schnittlänge, der Schneidegeschwindigkeit, der Drahtlaufgeschwindigkeit und dgl.). Sie wird beispielsweise auf einen Wert in dem Bereich von 20 N bis 40 N eingestellt.
Ein Sinterkörperwerkstück 50, das wie vorstehend beschrieben hergestellt worden ist, wird auf die folgende Weise in der Drahtsägemaschine 100 ange­ ordnet:
Eine Vielzahl von Werkstücken 50 wird mit einem Klebstoff (nicht dargestellt) aus beispielsweise einem Epoxyharz so miteinander verbunden, dass sie auf­ einanderliegen unter Bildung einer Vielzahl von Blöcken. Diese Blöcke werden an einer Eisen-Arbeitsplatte 54 mit dazwischen angeordneten Kohlenstoffba­ sisplatten 52 befestigt. Die Arbeitsplatte 54 die Blöcke von Werkstücken 50 und die Kohlenstoffbasisplatten 52 werden mit einem Klebstoff (nicht dargestellt) miteinander verbunden. Die Kohlenstoffbasisplatten 52 werden mit dem Draht 20 zerschnitten, nachdem die Werkstücke 50 zerschnitten worden sind und bevor die Arbeitsplatte 54 das Absenken stoppt. Das heißt, die Kohlenstoffba­ sisplatten 54 dienen als Dummy zum Schützen der Arbeitsplatte 54.
Bei dieser Ausführungsform ist die Größe jedes Blockes so gestaltet, dass sie etwa 100 mm beträgt, gemessen in der Laufrichtung des Drahtes 20. Deshalb beträgt in dem erläuterten Beispiel die Schnittlänge mit dem Draht 20 etwa 200 mm. Bei dieser Ausführungsform sind die Werkstücke 50 zu einer Vielzahl von Blöcken gruppiert, wie vorstehend beschrieben. Die Größe der Blöcke, gemes­ sen in der Drahtlaufrichtung, ist jedoch variabel mit der Oberflächenspannung des Kühlmittels und der Drahtlaufgeschwindigkeit. Die Anzahl und Anordnung der Werkstücke 50, die einen Block ausmachen, sind ebenfalls variabel mit der Größe jedes Werkstückes 50. Daher sollten im Hinblick auf diese Faktoren die Werkstücke 50 zu Blöcken mit einer optimalen Größe in geeigneter Weise gruppiert sein.
Die wie vorstehend beschrieben angeordneten Werkstücke 50 werden mittels eines Liftes, der mit einem Motor 58 ausgestattet ist, abgesenkt und gegen den laufenden Draht 20 gepresst, um in Stücke zerschnitten zu werden. Die Ab­ senk-Geschwindigkeit der Werkstücke 50 wird beispielsweise auf einen Be­ reich von 20 bis 50 mm/h eingestellt, obgleich sie sich mit den Bedingungen ändern kann.
Das in einem Kühlmittel-Reservoir 60 gelagerte Kühlmittel wird mittels einer Austragspumpe 62 in die Rohrleitung 63 gepumpt. Die Rohrleitung 63 ver­ zweigt sich auf halbem Wege in die untere Rohrleitung 64 und die obere Rohr­ leitung 66. Die untere Rohrleitung 64 und die obere Rohrleitung 66 sind jeweils mit Ventilen 63b und 63a versehen zur Einstellung des Kühlmittelstromes in die Rohrleitung. Die untere Rohrleitung 64 steht mit einer unteren Düse 64a in Verbindung, die am Boden des Reservoirs 30 vorgesehen ist und zum Eintau­ chen des Schneideabschnitts verwendet wird. Die obere Rohrleitung 66 steht mit oberen Düsen 66a, 66b und 66c in Verbindung für die Zuführung des Kühlmittels aus der Öffnung des Reservoirs 30 und sie steht mit oberen Düsen 66d und 66e in Verbindung zum Kühlen der Hauptwalzen 10b und 10c.
Das Reservoir 30 nimmt die Zufuhr an Kühlmittel durch die oberen Düsen 66a, 66b und 66c und die untere Düse 64a auf. Mindestens während des Schneide-Verfahrens wird das Kühlmittel am Überlaufen aus der Öffnung des Reservoirs 30 gehalten, wie durch den Pfeil F in der Fig. 1 dargestellt. Das aus dem Re­ servoir 30 überlaufende Kühlmittel wird mit einer Sammelpfanne 70, die unter­ halb des Reservoirs 30 angeordnet ist, in ein Sammelreservoir 72 gelenkt und dort gesammelt. Das gesammelte Kühlmittel wird über die Zirkulationspumpe 76 mit einer Austragspumpe 74 in das Kühlmittelreservoir 60 gepumpt. Irgend­ wo in der Zirkulations-Rohrleitung 76 ist ein Filter 78 vorgesehen, um den Sä­ gestaub (die Sägespäne) in dem gesammelten Kühlmittel abzutrennen und zu entfernen. Der Sammelweg ist nicht auf den vorstehend beschriebenen be­ grenzt, sondern es kann ein Mechanismus zur Abtrennung des Sägestaubs durch Verwendung einer magnetischen Kraft vorgesehen sein (vgl. z. B. die US-Patentanmeldung Nr. 09/662 136).
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 das erfindungsgemäße Schneide-Verfahren näher beschrieben.
Das Reservoir 30 weist Hilfswände 32 auf, die an der Öffnung entlang seiner Seitenwände quer zur Laufrichtung des Drahtes gebildet werden. Die Hilfswän­ de 32 bestehen aus einer Kunststoff-Platte (beispielsweise einer Acrylplatte) und sind in der Nähe der Draht-Wanderungsposition angeordnet, wenn der Draht nicht belastet ist, wie in der Fig. 2 durch gestrichelte Linien dargestellt. Wenn die Werkstücke 50 abgesenkt und mit dem Draht 20 zum Schneiden in Kontakt gebracht werden, wird der Draht 20 durchgebogen, wie durch die durchgezogene Linie in der Fig. 2 dargestellt, sodass der Schneide-Abschnitt (die Schnittfläche) in das Kühlmittel in dem Reservoir 30 eintauchen kann. Je stärker der Draht 20 durchgebogen ist, umso tiefer werden die Hilfswände 32 mit dem Draht 20 eingeschnitten unter Bildung von Schlitzen. Wenn einmal das Schneiden mit dem Draht 20 einen Gleichgewichtszustand erreicht hat, wird der Durchbiegungsgrad konstant. Der Draht 20 setzt dann das Schneiden der Werkstücke fort, während er durch die in den Hilfswänden 32 erzeugten Schlit­ ze läuft. Auf diese Weise dienen die in den Hilfswänden 32 erzeugten Schlitze dazu, die Laufpositionen der Reihen des Drahtes 20 einzustellen und zur Sta­ bilität der Bearbeitungsgenauigkeit beizutragen.
Das Reservoir 30 hat ein Volumen von beispielsweise etwa 35 Litern (L). Wäh­ rend des Schneide-Verfahrens wird das Kühlmittel über die untere Düse 64a mit einer Zuflussrate von etwa 30 L/min in das Reservoir 30 eingeführt und au­ ßerdem wird es über die oberen Düsen 66a, 66b und 66c mit einer Strömungs­ rate von etwa 90 L/min zugeführt, sodass das Kühlmittel an der Öffnung des Reservoirs 30 am Überlaufen gehalten wird. Wenn man nur die Zuführung des Kühlmittels zu dem Draht 20 berücksichtigt, läuft das Kühlmittel nicht notwendi­ gerweise über, weil der Draht 20 während des Schneidens durchgebogen wird, wie in Fig. 2 gezeigt. Um jedoch den Austragungs-Wirkungsgrad des Säge­ staubs (der Sägespäne) zu verbessern, wird für den bei dieser Ausführungs­ form angewendeten Neodym-Magnet-Sinterkörper der vorstehend beschriebe­ ne Aufbau bevorzugt angewendet.
Zur Verbesserung des Austrags-Wirkungsgrades des Sägestaubs (der Säge­ späne) ist es wirksam, die Menge des Sägestaubs, die in dem Kühlmittel in der Nähe des Schneideabschnitts enthalten ist, wirksam zu vermindern. Um einen ausreichenden Austrags-Wirkungsgrad zu gewährleisten, läuft das Kühlmittel vorzugsweise über das Reservoir über in einer Menge von 50% des Volumens des Reservoirs pro min. Frisches Kühlmittel wird vorzugsweise mehr aus der Öffnung des Reservoirs 30 als aus dem Boden desselben zugeführt. Da ein Kühlmittel mit niedriger Viskosität, das Wasser als Hauptkomponente enthält, verwendet wird, setzt sich der freigesetzte Sägestaub (Sägespäne) leicht in dem Kühlmittel ab. Wenn das Kühlmittel aus dem Boden des Reservoirs 30 in einer größeren Menge zugeführt wird, wird der sich absetzende Sägestaub in nachteiliger Weise nach oben aufgewirbelt, sodass er in der Nähe des Schnei­ de-Abschnitts schwimmt.
Um den Mengenanteil an frischem Kühlmittel, das aus der Öffnung in der Nähe des Schneide-Abschnitts zugeführt wird, zu erhöhen, ist es bevorzugt, die Kühlmittelmenge im Bereich des Reservoirs 30 oberhalb der Position des lau­ fenden Drahtes 20 zu erhöhen. Insbesondere durch Zuführung von frischem Kühlmittel aus der Öffnung des Reservoirs 30 zusätzlich zu demjenigen aus dem Boden desselben und durch Aufrechterhaltung des Kühlmittelüberlaufs aus der Öffnung ist es möglich, die Sägestaubmenge in dem dem Schneide-Abschnitt zugeführten Kühlmittel zu verringern. Darüber hinaus kann durch ei­ nen Strom des Kühlmittels, das aus der Öffnung des Reservoirs 30 zugeführt wird, der an dem Draht 20 haftende Sägestaub automatisch weggewaschen werden.
Die Hilfswände 32 mit Ausnahme der Schlitze, die durch den Draht 20 gebildet werden, fungieren als Seitenwände des Reservoirs 30, wodurch das Flüssig­ keitsniveau S des Kühlmittels in einem erhöhten Zustand gehalten wird. Durch das Kühlmittel, das aus den Düsen 66b und 66c auf den Seiten der Öffnung des Reservoirs 30 quer zur Drahtlaufrichtung zugeführt wird, werden vor­ hangartige Ströme gebildet, sodass das Kühlmittel an einem Überlaufen aus der Öffnung des Reservoirs 30 gehindert wird und somit das Flüssigkeitsniveau S des Kühlmittels höher ansteigt als die Hilfswände 32 des Reservoirs 30. Als Folge davon wird eine größere Menge Kühlmittel der Umgebung des Schneide-Abschnittes zugeführt und auf diese Weise wird die Menge an Sägestaub (Sägespänen) in dem Kühlmittel weiter verringert. Der Zuführungsdruck für die Bildung der Kühlmittelströme, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0,2 bis 1,0 MPa (2-10 kgf/cm2), insbe­ sondere in dem Bereich von 0,4 bis 0,6 MPa (4-6 kgf/cm2). Wenn der Zufüh­ rungsdruck unterhalb des oben genannten Bereiches liegt, kann kein ausrei­ chender Effekt erzielt werden. Wenn er den oben genannten Bereich über­ steigt, kann der Draht 20 schwanken und als Folge davon kann die Bearbei­ tungsgenauigkeit beeinträchtigt sein.
Vorzugsweise wird das Kühlmittel auch den Hauptwalzen 14b und 10c zuge­ führt, um die Laufpositionen des Drahtes 20 einzustellen. Durch Zuführung des Kühlmittels zu den Hauptwalzen 10b und 10c wird in der Polymerschicht (bei­ spielsweise eine Polyurethanschicht), die Nuten zum Führen der Reihen des Drahtes 20 aufweist, die in der Oberfläche jeder der Hauptwalzen 10b und 10c vorgesehen sind, ein Temperaturanstieg verhindert. Außerdem kann der Sä­ gestaub (oder Schlamm), der an dem Draht 20 oder den Führungsnuten haftet oder daran verbleibt, weggewaschen werden. Dadurch wird verhindert, dass die Laufposition des Drahtes umgelenkt wird und der Draht 20 aus der Nut her­ ausgleitet. Dadurch wird auch der Effekt erzielt, dass der Austrags-Wirkungsgrad verbessert wird.
Zu Beispielen für das Tensid, das dem Kühlmittel zugesetzt wird, das Wasser als Hauptkomponente enthält, gehören: als Tenside vom anionischen Typ, Fettsäure-Derivate wie Fettsäureseife und Naphthensäureseife, Schwefelsäu­ reester, z. B. langkettige Alkohol-Schwefelsäureester und sulfonierte Öle von tierischen und pflanzlichen Ölen und Sulfonsäuren wie Erdölsulfonate; und als Tenside vom nichtionischen Typ, Polyoxyethylene wie Polyoxyethylen-alkylphe­ nylether und Polyoxyethylen-mono-fettsäureester, Polyalkohole wie Sorbitan-mono-fettsäureester, und Alkylolamide wie Fettsäurediethanolamide. Insbe­ sondere können durch Zugabe von etwa 2 Gew.-% einer Chemikalienlösung vom Typ JP-0497N (hergestellt von der Firma Castrol Ltd.) zu dem Wasser die Oberflächenspannung und der dynamische Reibungskoeffizient so eingestellt werden, dass sie innerhalb der jeweiligen vorgegebenen Bereiche liegen. Zu Beispielen für synthetische Schmier- bzw. Gleitmittel gehören synthetische Schmier- bzw. Gleitmittel vom Lösungs-Typ, vom Emulsions-Typ und vom lös­ lichen Typ. Unter diesen ist ein synthetisches Schmiermittel vom Lösungs-Typ bevorzugt. Insbesondere können verwendet werden SYNTILO 9954 (herge­ stellt von der Firma Castrol Ltd.) und Yushiro #830 und #870 (hergestellt von der Firma Yushiro Chemical Industry Co., Ltd.). In jedem Fall kann durch Zu­ gabe von etwa 2 bis 10 Gew.-% Schmier- bzw. Gleitmittel zu Wasser die Ober­ flächenspannung (oder der dynamische Reibungskoeffizient) so eingestellt werden, dass er innerhalb eines bevorzugten Bereiches liegt.
Die Korrosion einer Seltenerdmetall-Legierung kann verhindert werden durch Zugabe eines Korrosionsschutzmittels. Insbesondere wird beim Schneiden ei­ ner R-Fe-B-Seltenerdmetall-Legierung der pH-Wert vorzugsweise auf 8 bis 11, besonders bevorzugt auf 9 oder mehr eingestellt.
Zu Beispielen für Korrosionsschutzmittel gehören als solche vom organischen Typ, Carboxylate wie Oleate und Benzoate und Amine wie Triethanolamine; und als solche vom anorganischen Typ, Phosphate, Borate, Molybdate, Wolf­ ramate und Carbonate.
Als Korrosionsschutzmittel für ein Nichteisenmetall kann eine Nitrid-Verbindung wie Benztriazol verwendet werden. Als Antiseptikum kann ein Formaldehyd-Do­ nor wie Hexahydrotriazin verwendet werden.
Als Antischaummittel kann eine Siliconemulsion verwendet werden. Die Zuga­ be des Antischaummittels hat die Wirkung, dass die Schaumbildung des Kühlmittels vermindert wird, das Eindringen des Kühlmittels verbessert wird, der Kühleffekt verbessert wird, ein Temperaturanstieg an dem Draht 20 verhin­ dert wird und die Neigung zu einem abnormen Temperaturanstieg und zu einer abnormen Reibung des Drahtes 20 vermindert wird.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 wird der Aufbau des Sägedrahtes 20, der zweckmäßig bei dieser Ausführungsform verwendet wird, beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass in der Fig. 3 die untere Hälfte des Drahtes 20, bezo­ gen auf die Mittellinie, die durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist, ver­ einfacht ist.
Als Draht 20 wird zweckmäßig ein Draht mit Diamant-Schleifkörnern 24 ver­ wendet, die an dem äußeren Umfang eines Kerndrahtes (Klavierdrahtes) 22 über eine Harzschicht 26 fixiert sind. Als Harz wird vorzugsweise ein Phenol­ harz, ein Epoxyharz oder ein Polyimidharz verwendet. Diese Harze weisen ei­ ne hohe Haftfestigkeit an dem äußeren Umfang des Klavierdrahtes (Hartstahl-Drahtes) auf und sie weisen außerdem eine ausgezeichnete Benetzbarkeit (Infiltrierbarkeit) durch das vorstehend beschriebene Kühlmittel auf.
Ein bevorzugtes Beispiel für den Draht 20 ist ein Draht mit einem Außen­ durchmesser von 0,24 mm mit Diamant-Schleifkörnern, die eine durchschnittli­ che Teilchengröße von etwa 45 µm haben, die an dem äußeren Umfang des Klavierdrahtes 22 mit einem Durchmesser von etwa 0,18 mm über die Harz­ schicht 26 aus einem Phenolharz fixiert sind. Vom Standpunkt des Schneide-Wirkungsgrades und des Wirkungsgrades des Austrags des Sägestaubs (der Sägespäne) (Schlamm) aus betrachtet liegt der durchschnittliche Abstand zwi­ schen benachbarten Schleifkörnern in der Drahtlaufrichtung (axiale Richtung; Richtung parallel zu der strichpunktierten Linie in der Fig. 3) vorzugsweise in dem Bereich von 150 bis 600% der durchschnittlichen Teilchengröße D der Schleifkörner. Insbesondere werden vorzugsweise Schleifkörner mit einer klei­ nen durchschnittlichen Teilchengröße D in einem durchschnittlichen Abstand zwischen den Körnern in dem Bereich von 150 bis 400% der durchschnittli­ chen Teilchengröße D der Schleifkörner angeordnet. Durch diese Anordnung kann die Belastung auf die einzelnen Schleifkörner vermindert werden. Die durchschnittliche Höhe der Abschnitte der Schleifkörner, die aus der Oberflä­ che der Phenolharzschicht 26 herausragen, liegt vorzugsweise in dem Bereich von 10 bis 40 µm. Der resultierende Draht 20 weist geeignete dimensionierte Abstände 28 (auch als "Chip-Taschen" bezeichnet) zwischen den Schleifkör­ nern 22 auf, was zur Erzielung eines guten Schneide-Wirkungsgrades und ei­ nes guten Austrags-Wirkungsgrades beiträgt.
Ausführungsform 2
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 wird ein Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfin­ dung beschrieben.
In der Fig. 4 ist in schematischer Form der Aufbau einer Drahtsägemaschine 200 dargestellt, die zweckmäßig zur Durchführung des Verfahrens zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung gemäß Ausführungsform 2 der vor­ liegenden Erfindung verwendet wird.
Die Drahtsägemaschine 200 umfasst Sprüh-Einrichtungen 80a und 80b zur Zuführung des Kühlmittels zu den Abschnitten des Drahtes 20, die um die Aufwickelspulen 40a bzw. 40b herumgewickelt sind, zusätzlich zu den Kompo­ nenten der Drahtsägemaschine 100 gemäß Ausführungsform 1. Bei dieser Ausführungsform wird das Besprühen angewendet, um eine wirksame Zufüh­ rung einer geringen Menge Kühlmittel zu dem Draht 20 zu erzielen, da ein Draht 20 mit Schleifkörnern verwendet wird, die mit einem Harz daran fixiert sind.
Wie in der Fig. 5 dargestellt, werden beispielsweise ein Kühlmittel (z. B. 200 ml/min) und Luft (z. B. 0,4 MPa) einer Sprühdüse der Sprüh-Einrichtung 80a, 80b so zugeführt, so dass das Kühlmittel auf den gesamten Abschnitt des Drahtes 20 aufgesprüht werden kann, der um die Aufwickelspule 40a, 40b (mit einem Kern-Außendurchmesser von beispielsweise 170 mm und einer Höhe von beispielsweise 340 mm) herumgewickelt ist. Als Kühlmittel wird üblicher­ weise das in dem Kühlmittel-Reservoir 60 gelagerte Kühlmittel, wie weiter un­ ten beschrieben, verwendet und es wird in die Sprüh-Einrichtungen 80a und 80b durch eine Rohrleitung mittels einer Austragspumpe herausgepumpt. Al­ ternativ kann ein Kühlmittel verwendet werden, das verschieden ist von dem­ jenigen, das dem Schneide-Abschnitt (Schnittfläche) zugeführt wird, durch Be­ reitstellung eines getrennten Kühlmittel-Reservoirs zur Einführung des Kühlmit­ tels in die Sprüh-Einrichtungen 80a und 80b.
Der Bereich, in dem das Kühlmittel versprüht wird, kann beschränkt werden, um eine Beschädigung des Drahtes durch das Kühlmittel zu verringern und/oder die verwendete Kühlmittelmenge zu vermindern. Es kann ein Mecha­ nismus zur selektiven Zuführung des Kühlmittels zu dem Bereich, in dem der Aufwickel(oder Abwickel)-Vorgang gerade durchgeführt wird und somit eine Reibung zwischen benachbarten Wicklungen des Drahtes 20 erzeugt wird, synchron mit der Bewegung der Verschiebebühnen 42a, 42b vorgesehen sein, wie in Fig. 4 dargestellt. Insbesondere beschädigen die Schleifkörner des Drahtes 20 die Harzschicht des Drahtes 20 durch die Reibung. Wie in der Ausführungsform 1 beschrieben, läuft der Draht 20 in wechselnden Richtun­ gen. Deshalb steht der Draht 20 unter einer starken Spannung, wenn die Lauf- bzw. Wanderungs-Richtung umgekehrt wird.
Die Einrichtungen zur Zuführung des Kühlmittels sind nicht auf die erläuterten Sprüh-Einrichtungen 80a und 80b beschränkt, sondern es können auch Tropfeinrichtungen und dgl. angewendet werden. Wenn eine vergleichsweise große Menge Kühlmittel zugeführt werden soll, kann unter jeder der Aufwickel­ spulen 40a und 40b eine Sammelpfanne vorgesehen sein zum Sammeln und Wiederverwenden des überschüssigen Kühlmittels. Auf dem Sammelweg des Kühlmittels ist vorzugsweise ein Filter und/oder ein magnetischer Separator vorgesehen, um den in dem gesammelten Kühlmittel enthaltenen Sägestaub (Sägespäne) abzutrennen und zu entfernen.
Bei dieser Ausführungsform wurde das Kühlmittel auf den gesamten Draht auf­ gesprüht, nachdem er von der Aufwickelspule abgewickelt worden war. Alter­ nativ kann das Kühlmittel dem Draht unmittelbar vor dem Aufwickeln auf die Aufwickelspule zugeführt werden. Wenn mindestens eine von zwei Windungen des Drahtes, die miteinander in Kontakt stehen, benetzt ist, kann eine Beschä­ digung der Schleifkörner, die daran befestigt sind, vermindert werden.
Die durch die wechselseitige Reibung zwischen benachbarten Windungen des Drahtes 20 verursachte Beschädigung hängt auch von der Spannung des Drahtes 20 ab. Deshalb ist vorzugsweise ein Mechanismus vorgesehen zur Verminderung der Spannung beim Aufwickeln des Drahtes 20 auf die Aufwick­ elspule 40a, 40b. Als Mechanismus zur Verminderung der Aufwickelspannung können die in den offengelegten japanischen Patentpublikationen Nr. 9-29607, 9-314548, 10-166353 und 10-277914 beschriebenen Mechanismen angewen­ det werden. Die Aufwickelspannung an den Aufwickelspulen 40a und 40b be­ trägt vorzugsweise 15 N oder weniger. Um zu vermeiden, dass der auf die Aufwickelspulen 40a und 40b aufgewickelte Draht durch Durchbiegen oder Heruntergleiten aus der richtigen Ordnung gerät, beträgt die Aufwickelspan­ nung vorzugsweise 4 N oder mehr. Wenn sie weniger als 4 N beträgt, kann das Harz sich ablösen.
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Drahtsägemaschine 200 wurde eine Neodymmagnet-Legierung praktisch geschnitten mit einem Draht, hergestellt von der Firma Allied Material Corp., der den in der Ausführungsform 1 erörterten Spezifikationen genügt, und es wurde der Effekt des Schneidens geprüft. Das Schneiden wurde durchgeführt, während der Draht abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen wanderte (lief) unter den Bedingungen einer maximalen Laufgeschwindigkeit von 1100 m/min. einer Spannung von 30 N, einer Schnitt-Geschwindigkeit von 40 mm/h und einer Zuführungsrate für fri­ schen Draht von 2 m/min unter Verwendung einer wässrigen Lösung (Temperatur: 23°C) von etwa 10% Yushiro #830, hergestellt von der Firma Yushiro Chemical Industry Co., Ltd., als Kühlmittel, das auf die Aufwickelspulen mit einer Zuführungsrate von 200 ml/min aufgesprüht wurde. Als Ergebnis wur­ den die Menge der Schleifkörner und der Mengenanteil der Harzschicht, die während des Betriebs herabgefallen waren, auf etwa ein Drittel derjenigen vermindert, die festgestellt wurden, wenn kein Kühlmittel auf die Aufwickelspu­ len 40a und 40b aufgesprüht wurde (Drahtlänge: 38 km). Es wurden im we­ sentlichen die gleichen Ergebnisse erhalten wie dann, wenn die Konzentration an Yushiro #830 so eingestellt wurde, dass ein Kühlmittel mit einem dynami­ schen Reibungskoeffizienten von 0,1 bis 0,13, mit einer Oberflächenspannung von 33 bis 36 mN/m und einer Viskosität von 1 bis 4 mPa.s (kinematische Vis­ kosität 1-4 mm2/s) erhalten wurde:
Wie vorstehend beschrieben, kann bei der Ausführungsform 2 die Lebensdauer des Drahtes verlängert werden, wenn er in einer Drahtsäge-Vorrichtung zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung verwendet wird, in der ein Kühlmit­ tel verwendet wird, das Wasser als Hauptkomponente enthält. Obgleich der optimale Effekt erzielt werden kann durch Kombinieren der Merkmale dieser Ausführungsform mit dem Schneide-Verfahren gemäß der Ausführungsform 1, kann die Zuführung des Kühlmittels zum Schneide-Abschnitt (Schnittfläche) auch auf eine andere Weise erfolgen.
Nachstehend wird ein bevorzugter Aufbau der Hauptwalzen 10a, 10b und 10c der Drahtsägemaschine 100 gemäß der Ausführungsform 1 und der Drahtsä­ gemaschine 200 gemäß der Ausführungsform 2 beschrieben.
Wenn ein Kühlmittel verwendet wird, das Wasser als Hauptkomponente ent­ hält, ist die Rate der Drahtbrüche hoch, d. h. die Drähte neigen zum Brechen (Zerreißen) innerhalb einer kurzen Zeit, verglichen mit dem Fall, wenn ein Kühlmittel auf Ölbasis verwendet wird. Als Ergebnis einer Untersuchung ver­ schiedener Aspekte wird der folgende Grund dafür angenommen. Ein Kühlmit­ tel auf Wasserbasis weist eine geringe Schmierwirkung auf, verglichen mit ei­ nem Kühlmittel auf Ölbasis, und deshalb wird eine ausreichende Herabsetzung der Reibung zwischen dem Draht und den schrägen Flanken der Führungsnu­ ten der Walzen nicht erzielt. Die Schleifkörner können die Oberfläche der schrägen Flanken der Führungsnuten der Walzen beschädigen. Als Folge da­ von wirkt eine Torsion auf den Draht ein.
Das Zerreißen (Brechen) des Drahtes 20 kann vermieden werden durch An­ wendung der folgenden Konstruktion. Die Fig. 6 zeigt in schematischer Form die Querschnittsgestalt einer Führungsnut 10G, die in einer Polymerschicht 10P der Walze 10a vorgesehen ist, bei der ein Paar schräge Flanken 10S der Führungsnut 10G einen Winkel (Neigungswinkel) von 50° oder mehr gegen­ über einer Oberfläche 10T der Walze 10a aufweist. Wie dargestellt, weisen die beiden schrägen Flanken 10S, welche die Führungsnut 10G bilden, vorzugs­ weise einen Winkel von 50° oder mehr gegenüber der Oberfläche 10T der Walzen 10a auf. Der Effekt der Vermeidung des Auftretens eines Zerreißens (Brechens) kann jedoch nur erzielt werden, solange mindestens eine der schrägen Flanken 10S einen Winkel von 50° oder mehr gegenüber der Ober­ fläche 10T bildet.
Wenn dagegen konventionelle Walzen mit einem Aufbau, wie in Fig. 7 darge­ stellt, verwendet werden, bei denen die schrägen Flanken 10S der Führungs­ nut 10G einen Winkel von 45° oder weniger gegenüber der Oberfläche der Walze aufweisen, weist eine Seltenerdmetall-Legierung, die eine Hauptphase, die einen Sprödbruch hervorruft, und eine Korngrenzenphase, die einen Ver­ formungsbruch hervorruft, aufweist, einen hohen Schneidewiderstand auf. Da eine Seltenerdmetall-Legierung ein hohes spezifisches Gewicht hat, ist außer­ dem der Austrags-Wirkungsgrad des Sägestaubs (oder Schlammes) aus der­ selben gering. Aus diesen Gründen wird dieser Aufbau üblicherweise ange­ wendet, um einen wirksamen und ausreichenden Austrag des Schlammes aus der Führungsnut 10G zu gewährleisten. In der Führungsnut 10G, deren schrä­ ge Flanken 10S einen Neigungswinkel von 45° oder weniger aufweisen, ent­ steht jedoch eine hohe Reibung zwischen den schrägen Flanken 10S und dem Draht 20 und dies führt dazu, dass der Draht 20 zerreißt (bricht). Insbesondere für den Fall, dass der Draht 20 in wechselnden Richtungen läuft, entsteht eine starke Spannung an dem Draht 20, wenn die Laufrichtung umgekehrt wird.
Die Häufigkeit des Zerreißens (Brechens) des Drahtes wurde bewertet bei Verwendung der Drahtsägemaschine 100 für Sätze von Walzen 10a, 10b und 10c mit einem anderen Neigungswinkel der schrägen Flanken 10S. Es wurde eine Polyurethan-Kautschukschicht als Polymerschicht 10P verwendet und es wurde eine wässrige Lösung von etwa 10% Yushiro #830 als Kühlmittel ver­ wendet. Werkstücke aus dem in der Ausführungsform 1 verwendeten Sel­ tenerdmetall-Sintermagneten wurden 300 h lang kontinuierlich geschnitten und die Häufigkeit der Brüche des Drahtes 20 während dieses Vorganges wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben als Beziehung zwischen dem Neigungswinkel der schrägen Flanke 10S und der Häufigkeit des Brechens des Drahtes.
Tabelle
Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, nimmt die Anzahl der Drahtbrüche ab, wenn man den Neigungswinkel der schrägen Flanken 10S der Führungsnut 10G auf 50° oder mehr einstellt. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass die auf den Draht 20 als Folge der Reibung zwischen den schrägen Flanken 10S und dem Draht 20 einwirkende Torsion abnimmt, wenn der Neigungswinkel 50° oder mehr beträgt. Die Häufigkeit der Brüche nimmt geringfügig zu, wenn der Neigungswinkel 70° oder mehr beträgt, vermutlich deshalb, weil der Austrags-Wirkungsgrad für den Schlamm abnimmt. Aus den Ergebnissen dieses Ver­ suchs ist zu ersehen, dass der Neigungswinkel der schrägen Flanken 10S der Führungsnut 10G vorzugsweise in dem Bereich zwischen 50 und 80°, beson­ ders bevorzugt in dem Bereich zwischen 50 und 65°, liegt. Wenn der Nei­ gungswinkel 80° übersteigt, besteht die Möglichkeit, dass der Draht 20 aus der Führungsnut 10G herausspringt. Die Führungsnut 10G weist vorzugsweise ei­ nen gekrümmten Boden 10B auf, der einen Krümmungsradius hat, der gering­ fügig kleiner ist als der Radius des Drahtes 20.
Die Häufigkeit der Brüche des Drahtes 20 hängt auch von der Spannung des Drahtes 20 ab, der zwischen den Walzen läuft. Die obige Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, die erhalten werden, wenn die Spannung des Drahtes 20 30 N beträgt. Im wesentlichen die gleichen Ergebnisse werden erhalten, wenn die Spannung des Drahtes 20 in dem Bereich zwischen 25 N und 35 N liegt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung mit einem Draht, an dem Schleifkörner fixiert sind, das durchgeführt werden kann unter Verwendung eines Kühlmittels, das Wasser als Hauptkomponente enthält. Erfindungsgemäß kann die Lebensdau­ er des Drahtes verlängert werden durch Verringerung der Beschädigung der Schleifkörner, die an dem Draht fixiert sind, und des Drahtes selbst. Darüber hinaus wird erfindungsgemäß eine Drahtsägemaschine zur Verfügung gestellt, die zweckmäßig verwendet wird für die Durchführung des vorstehend be­ schriebenen Schneide-Verfahrens.
Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Schneide-Verfahrens kann eine Seltenerdmetall-Legierung mit hoher Bearbeitungs-Genauigkeit bei einer klei­ neren Schneide-Lücke geschnitten werden. Dadurch können die Verluste an teurem Material für die Seltenerdmetall-Legierung minimiert werden. Außerdem kann leicht eine Recyclisierung des Kühlmittels durchgeführt werden, was um­ weltfreundlich ist und wodurch auch die Kosten für die Beseitigung der Abfall­ flüssigkeit herabgesetzt werden. Dies erlaubt die Verringerung der Kosten für die Bearbeitung der Seltenerdmetall-Legierung und somit die billige Herstellung von Schnittprodukten aus der Legierung, beispielsweise von Seltenerdmetall-Magneten, die für Schwingspulen-Motoren zur Positionierung eines Magnetkopfes verwendet werden.
Obgleich die Drahtsägemaschinen 100 und 200 in den obigen Ausführungs­ formen beispielhaft beschrieben worden sind, kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Drahtsägemaschine vom Endlos-Typ angewendet werden, in der eine einzige Aufwickelspule verwendet wird (vgl. z. B. die offengelegte japani­ sche Patentpublikation Nr. 11-198018).
Die vorliegende Erfindung wurde zwar vorstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, es ist jedoch für den Fachmann auf diesem Gebiet klar, dass die geoffenbarte Erfindung auf zahlreiche Weise modifiziert werden kann und auch viele andere Ausführungsformen als die spezifisch be­ schriebene umfasst. Die beiliegenden Ansprüche umfassen daher alle Modifi­ kationen der Erfindung, die innerhalb des Geistes und Bereiches der Erfindung liegen.

Claims (37)

1. Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung unter Ver­ wendung eines Drahtes mit Schleifkörnern, die an einem Kerndraht fixiert sind, gekennzeichnet durch die Stufe:
Schneiden der Seltenerdmetall-Legierung mit einem laufenden (wandernden) Draht in einem solchen Zustand, dass ein Abschnitt der Seltenerdmetall-Legierung, der mit dem Draht geschnitten werden soll, in ein Kühlmittel einge­ taucht ist, das Wasser als Hauptkomponente enthält und das eine Oberflä­ chenspannung bei 25°C in dem Bereich von 25 bis 60 mN/m aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Kühlmittel ein wasserlösliches synthetisches Schmiermittel und Wasser in einer Gewichtsmenge enthält, die dem 10- bis 50-fachen des Gewichtes des synthetischen Schmiermittels ent­ spricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Kühlmittel ein Tensid und Wasser in einer Gewichtsmenge enthält, die dem 10- bis 50-fachen des Gewichtes des Tensids entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Kühlmittel ein Antischaummittel enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Kühlmittel einen pH-Wert von 8 bis 11 aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Kühlmittel ein Korrosions­ schutzmittel enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schleifkörner mittels einer Harz­ schicht, die auf den äußeren Umfang des Kerndrahtes aufgebracht ist, fixiert sind.
8. Verfahren nach Anspruch 1, worin der durchschnittliche Abstand zwi­ schen benachbarten Schleifkörnern in der Laufrichtung des Drahtes in einem Bereich von 150 bis 600% der durchschnittlichen Teilchengröße der Schleif­ körner liegt und die durchschnittliche Höhe der Abschnitte der Schleifkörner, die aus der Oberfläche der Harzschicht herausragen, in dem Bereich von 10 bis 40 µm liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, worin die durchschnittliche Teilchengröße D der Schleifkörner der Beziehung genügt 20 µm ≦ D ≦ 60 µm.
10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in der Schneidestufe der Abschnitt der Seltenerdmetall-Legierung, der mit dem Draht geschnitten werden soll, in das in einem Reservoir enthaltene Kühlmittel eingetaucht wird und das Kühlmit­ tel aus dem Boden des Reservoirs und auch aus einer Öffnung des Reservoirs dem Reservoir zugeführt wird, sodass das Kühlmittel aus der Öffnung ständig überläuft.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem in der Schneidestufe die Über­ laufmenge des Kühlmittels pro min 50% oder mehr des Volumens des Reser­ voirs beträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem in der Schneidestufe die aus der Öffnung zugeführte Kühlmittelmenge größer ist als die aus dem Boden zuge­ führte Kühlmittelmenge.
13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem in der Schneidestufe oberhalb der Seiten der Öffnung des Reservoirs quer zur Drahtlaufrichtung vorhangartige Ströme aus einem Gas oder dem Kühlmittel gebildet werden, sodass das Kühlmittel daran gehindert wird, aus der Öffnung des Reservoirs überzulaufen.
14. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Draht durch eine Walze angetrie­ ben wird, die eine Polymerschicht mit einer darin vorgesehenen Führungsnut aufweist, die Führungsnut ein Paar schräge Flanken aufweist, von denen min­ destens eine einen Winkel von 50° oder mehr mit der Oberfläche der Walze bildet und der Draht entlang des Zwischenraums zwischen dem Paar von schrägen Flanken läuft (wandert).
15. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Seltenerdmetall-Legierung eine R-Fe-B-Seltenerdmetall-Sinterlegierung ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Seltenerdmetall-Legierung eine Nd-Fe-B-Seltenerdmetall-Sinterlegierung ist.
17. Verfahren zum Schneiden einer Seltenerdmetall-Legierung unter Ver­ wendung eines Drahtes mit Schleifkörnern, die an einem Kerndraht fixiert sind, gekennzeichnet durch die Stufen:
Laufenlassen des um eine Aufwickelspule herumgewickelten Drahtes zwischen einer Vielzahl von Walzen;
Zuführen eines ersten Kühlmittels, das Wasser als Hauptkomponente enthält, zu Abschnitten des um die Aufwickelspule herumgewickelten Drahtes oder zu Abschnitten des in der Nähe der Aufwickelspule laufenden Drahtes; und
Schneiden der Seltenerdmetall-Legierung mit dem laufenden Draht, während eine zweites Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente enthält, einem Ab­ schnitt der Seltenerdmetall-Legierung, der mit dem Draht geschnitten werden soll, zugeführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, worin das erste Kühlmittel einen dynami­ schen Reibungskoeffizienten gegenüber der Seltenerdmetall-Legierung bei 25°C von 0,3 oder weniger aufweist.
19. Verfahren nach Anspruch 17, worin das zweite Kühlmittel einen dynami­ schen Reibungskoeffizienten gegenüber der Seltenerdmetall-Legierung bei 25°C in einem Bereich von 0,1 bis 0,3 aufweist.
20. Verfahren nach Anspruch 17, worin das erste Kühlmittel durch Aufsprü­ hen dem Draht zugeführt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 17, worin die Schleifkörner mittels einer Harz­ schicht, die auf den äußeren Umfang des Kerndrahtes aufgebracht ist, fixiert sind.
22. Verfahren nach Anspruch 21, worin das Harz ein Phenolharz, ein Epoxyharz oder ein Polyimidharz ist.
23. Verfahren nach Anspruch 21, worin der durchschnittliche Abstand zwi­ schen benachbarten Schleifkörnern in der Laufrichtung des Drahtes in einem Bereich von 150 bis 600% der durchschnittlichen Teilchengröße der Schleif­ körner liegt und die durchschnittliche Höhe der Abschnitte der Schleifkörner, die aus der Oberfläche der Harzschicht herausragen, in einem Bereich von 10 bis 40 µm liegt.
24. Verfahren nach Anspruch 17, worin das erste Kühlmittel eine höhere Viskosität hat als das zweite Kühlmittel.
25. Verfahren nach Anspruch 17, worin das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel eine Temperatur in dem Bereich von 15 bis 35°C aufweisen.
26. Verfahren nach Anspruch 17, worin jede der Vielzahl von Walzen eine Polymerschicht mit einer darin ausgebildeten Führungsnut umfasst, die Füh­ rungsnut ein Paar schräge Flanken aufweist, von denen mindestens eine einen Winkel von 50°C oder mehr mit der Oberfläche der Walze bildet und der Draht entlang des Zwischenraums zwischen dem Paar von schrägen Flanken läuft.
27. Verfahren nach Anspruch 17, worin die Seltenerdmetall-Legierung eine R-Fe-B-Seltenerdmetall-Sinterlegierung ist.
28. Verfahren nach Anspruch 27, worin die Seltenerdmetall-Legierung eine Nd-Fe-B-Seltenerdmetall-Sinterlegierung ist.
29. Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten, gekenn­ zeichnet durch die Stufen:
Herstellung eines Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers aus einem Seltenerd­ metall-Legierungspulver; und
Aufteilen bzw. Zerteilen des Sinterkörpers in eine Vielzahl von Seltenerdmetall-Magneten,
worin die Aufteilung des Sinterkörpers unter Anwendung eines Verfahrens zum Schneiden eines Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers unter Verwendung ei­ nes Drahtes mit Schleifkörnern, die an einem Kerndraht fixiert sind, durchge­ führt wird, das die Stufe umfasst:
Schneiden des Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers mit einem laufenden Draht in einem solchen Zustand, dass ein Abschnitt des Seltenerdmetall- Legierungssinterkörpers, der mit dem Draht geschnitten werden soll, in ein Kühlmittel eingetaucht ist, das Wasser als Hauptkomponente enthält, wobei das Kühlmittel eine Oberflächenspannung bei 25°C in einem Bereich von 25 bis 60 mN/m aufweist.
30. Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten, gekenn­ zeichnet durch die Stufen:
Herstellung eines Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers aus einem Seltenerd­ metall-Legierungspulver; und
Aufteilen bzw. Zerteilen des Sinterkörpers in eine Vielzahl von Seltenerdmetall-Magneten,
wobei die Aufteilung des Sinterkörpers unter Anwendung eines Verfahrens zum Schneiden eines Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers unter Verwendung ei­ nes Drahtes mit Schleifkörnern, die an einem Kerndraht fixiert sind, durchge­ führt wird, das die Stufen umfasst:
Laufenlassen des um eine Aufwickelspule herumgewickelten Drahtes zwischen einer Vielzahl von Walzen;
Zuführen eines ersten Kühlmittels, das Wasser als Hauptkomponente enthält, zu Abschnitten des um die Aufwickelspule herumgewickelten Drahtes oder zu Abschnitten des in der Nähe der Aufwickelspule laufenden Drahtes; und
Schneiden des Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers mit dem laufenden Draht, während ein zweites Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente ent­ hält, einem Abschnitt des Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers zugeführt wird, der mit dem Draht geschnitten werden soll.
31. Drahtsägemaschine bzw. -vorrichtung, die umfasst:
einen Draht mit Schleifkörnern, die an einem Kerndraht fixiert sind;
eine Aufwickelspule, um die der Draht herumgewickelt ist;
eine Vielzahl von Walzen zum Abwickeln des um die Aufwickelspule herum­ gewickelten Drahtes, sodass der Draht laufen kann;
eine Einrichtung zur Zuführung eines ersten Kühlmittels zu einem Abschnitt eines Schneidegegenstandes, der mit dem Draht geschnitten werden soll; und
eine Einrichtung zur Zuführung eines zweiten Kühlmittels zu Abschnitten des um die Aufwickelspule herumgewickelten Drahtes oder zu Abschnitten des in der Nähe der Aufwickelspule laufenden Drahtes.
32. Drahtsägemaschine bzw. -vorrichtung nach Anspruch 31, worin die Einrichtung zum Zuführen des zweiten Kühlmittels eine Sprüh-Einrichtung um­ fasst.
33. Drahtsägemaschine bzw. -vorrichtung nach Anspruch 31, worin jede der Vielzahl von Walzen eine Polymerschicht mit einer darin ausgebildeten Führungsnut aufweist, die Führungsnut ein Paar schräge Flanken aufweist, von denen mindestens eine einen Winkel von 50° oder mehr mit der Oberfläche der Walze bildet und der Draht entlang eines Zwischenraums zwischen dem Paar von schrägen Flanken läuft.
34. Drahtsägemaschine bzw. -vorrichtung, die umfasst:
einen Draht mit Schleifkörnern, die an einem Kerndraht fixiert sind;
eine Aufwickelspule, um die der Draht herumgewickelt ist;
eine Vielzahl von Walzen zum Abwickeln des um die Aufwickelspule herum­ gewickelten Drahtes, sodass der Draht laufen kann; und
eine Einrichtung zum Zuführen eines Kühlmittels zu einem Abschnitt eines Schneide-Gegenstands, der mit dem Draht geschnitten werden soll,
wobei jede der Vielzahl von Walzen eine Polymerschicht mit einer darin aus­ gebildeten Führungsnut aufweist, die Führungsnut ein Paar schräge Flanken aufweist, von denen mindestens eine einen Winkel von 50° oder mehr mit der Oberfläche der Walze bildet und der Draht entlang des Zwischenraums zwi­ schen dem Paar von schrägen Flanken läuft.
35. Drahtsägemaschine bzw. -vorrichtung nach Anspruch 34, bei der die Spannung des zwischen der Vielzahl von Walzen laufenden Drahtes in einem Bereich zwischen 25 und 35 N liegt.
36. Schwingspulen-Motor, der einen Seltenerdmetall-Magneten umfasst, der hergestellt ist nach einem Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten, das die Stufen umfasst:
Herstellung eines Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers aus einem Seltenerd­ metall-Legierungspulver; und
Aufteilen bzw. Zerteilen des Sinterkörpers in eine Vielzahl von Seltenerdmetall-Magneten,
wobei die Aufteilung des Sinterkörpers unter Anwendung eines Verfahrens zum Schneiden eines Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers unter Verwendung ei­ nes Drahtes mit Schleifkörnern, die an einem Kerndraht fixiert sind, durchge­ führt wird, das die Stufe umfasst:
Schneiden des Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers mit einem laufenden Draht in einem Zustand, in dem ein Abschnitt des Seltenerdmetall-Leg­ ierungssinterkörpers, der mit dem Draht geschnitten werden soll, in ein Kühlmit­ tel eingetaucht ist, das Wasser als Hauptkomponente enthält, wobei das Kühlmittel eine Oberflächenspannung bei 25°C in dem Bereich von 25 bis 60 mN/m aufweist.
37. Schwingspulen-Motor, der einen Seltenerdmetall-Magneten umfasst, der hergestellt ist nach einem Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetall-Magneten, das die Stufen umfasst:
Herstellung eines Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers aus einem Seltenerd­ metall-Legierungspulver; und
Aufteilen bzw. Zerteilen des Sinterkörpers in eine Vielzahl von Seltenerdmetall-Magneten,
wobei die Aufteilung des Sinterkörpers unter Anwendung eines Verfahrens zum Schneiden eines Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers, bei dem ein Draht mit Schleifkörnern, die an einem Kerndraht fixiert sind, durchgeführt wird, das die Stufe umfasst:
Laufenlassen des um eine Aufwickelspule herumgewickelten Drahtes zwischen einer Vielzahl von Walzen;
Zuführen eines ersten Kühlmittels, das Wasser als Hauptkomponente enthält, zu Abschnitten des um die Aufwickelspule herumgewickelten Drahtes oder zu Abschnitten des in der Nähe der Aufwickelspule laufenden Drahtes; und
Schneiden des Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers mit dem laufenden Draht, während eine zweites Kühlmittel, das Wasser als Hauptkomponente enthält, einem Abschnitt des Seltenerdmetall-Magnet-Sinterkörpers zugeführt wird, der mit dem Draht geschnitten werden soll.
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