DE19936082A1 - Nadeln und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Nadeln und Verfahren zu deren Herstellung

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DE19936082A1
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needle material
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Fusakazu Miyasaka
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nadel, deren Oberflächenverschleißeigenschaften und Oberflächenhaltbarkeit so verbessert werden können, daß die Nadel ausreichende Beulfestigkeit ohne Bruch aufweist, wodurch die Herstellung erleichtert, die Produktivität erhöht und die Herstellkosten verringert werden. Ein Metallnadelmaterial, das einen Griffabschnitt (1), einen konisch zulaufenden Abschnitt (2), einen Nadelstumpfabschnitt (3) und eine Nadelspitze (4) aufweist, wird einer Kugelstrahlbehandlung mit einem Kugelstrahl unterworfen, dessen Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder größer ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Nadeln, beispielsweise Nadeln für Nähmaschinen (Nähnadeln), Strickmaschinen (Stricknadeln), zum Filzen (Filznadeln) und dergleichen, sowie ein Verfahren zum Herstellen solcher Nadeln und insbesondere Nähnadeln und andere Nadeln, bei deren Herstellung ein metallisches Nadelmaterial aus Kohlenstoffstahl einer Behandlung zur Oberflächenhärtung unterworfen wird.

Herkömmlicherweise werden Nähnadeln gewöhnlich durch Zerschneiden von Metalldrähten oder Warmpressen gezogener Metalldrähte hergestellt. In beiden Fällen wird der abgeschnittene oder warmgepresste Metalldraht teilweise oder vollständig einer Abschreck- und Vergütungsbehandlung unterzogen. Dann wird der Metalldraht zur Kaltbearbeitung einer Kombination aus mehreren spanabhebenden Bearbeitungen wie Schleifen, Polieren und dergleichen mit Endbearbeitung unterzogen. Auch das Strahlhämmern ist Stand der Technik.

Leider erfordern die vorgenannten bekannten Bearbeitungsverfahren viel Zeit. Außerdem sind für jede Bearbeitung mehrere verschiedene Vorgänge erforderlich, wodurch sich die Anzahl der Schritte erhöht und die Herstellkosten für die Nadel steigen.

Als Oberflächenbehandlung bei den herkömmlichen Nadelherstellungsverfahren unter Verwendung eines Metalldrahts ist unbedingt eine Endbearbeitung wie Schwabbeln oder dergleichen erforderlich. Eine derartige Endbearbeitung ist jedoch recht schwierig und zeitaufwendig. Außerdem führt sie oft zu einer verringerten Festigkeit der Nadel und zu Qualitätseinbußen, was schadhafte Nadeln zur Folge hat und Produktivitätseinbußen sowie höhere Herstellkosten nach sich zieht.

Außerdem wird der Metalldraht bei der vorgenannten Herstellungsweise einer Abschreck- und Vergütungsbehandlung unterzogen und anschließend ein Ober­ flächenbereich des Metalldrahts strahlgehämmert, so daß sich die Eigenspannung des Metalldrahts erhöht, was zu einer besseren Zeitfestigkeit führt. Leider wird dadurch die Prozeßsteuerung bei der Herstellung sehr schwierig, weil eine Tempe­ ratursteuerung erforderlich ist, was zu höheren Herstellkosten führt. Außerdem erhält der Metalldraht oft keine ausreichende Oberflächenhärte und Zeitfestigkeit, was zu einer verminderten Einsatzfähigkeit führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik gemacht.

Somit ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Nadel zu schaffen, die verbesserte Oberflächenabnutzungseigenschaften und damit eine längere Haltbarkeit hat.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nadel zu schaffen, deren Knickfe­ stigkeit ausreichend hoch ist, um einen Bruch zu verhindern.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nadel zu schaffen, mit der die Produktivität erhöht und die Herstellkosten verringert werden können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nadel zu schaffen, die eine höhere Eigenspannung und Zeitfestigkeit hat, ohne daß Endbearbeitungen wie das Strahlhämmern oder dergleichen erforderlich sind.

Noch eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nadel zu schaffen, die ein gleichmäßi­ ges Nähen ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nadel zu schaffen, die das Nähen mit höherer Geschwindigkeit ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Nadeln zur Verfügung zu stellen, mit dem Nadeln hergestellt werden können, die die vorgenannten Aufgaben erfüllen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Nadel zur Verfügung gestellt. Die Nadel beinhaltet ein Metallnadelmaterial aus Kohlenstoffstahl, das einer Abschreck- und Vergütungsbehandlung unterworfen wird. Das Metallnadelmaterial erhält eine Oberfläche, die einer Behandlung durch Kugelstrahlen bzw. Strahlhämmern mit Kugeln, welche die gleiche oder eine größere Härte als das Metallnadelmaterial haben, unterworfen wird, wobei auf dem Metallnadelmaterial eine Oberflächenbe­ handlungsschicht so gebildet wird, daß die Härte des Metallnadelmaterials von einem Mittenbereich ausgehend nach außen hin kontinuierlich zunimmt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Strahlhämmern bzw. Kugelstrahlen ausgeführt, indem mittels Luft bei einem Druck von 2,0 bis 5,0 kg/cm2 mit einer Geschwindigkeit von 100 m/s und mehr ein Kugelstrahl aus 40 bis 200 µm großen Keramikkügelchen, deren Härte gleich groß wie die des Metall­ nadelmaterials oder größer ist, auf das Metallnadelmaterial abgegeben wird, um einen oberflächennahen Bereich einer Behandlung zu unterziehen, die zur Bildung einer gehärteten Schicht führt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Metallnadelmaterial an einem Oberflächenabschnitt chromplattiert, der dann einer Behandlung durch Strahlhämmern mit einem Strahl, der die gleich große Härte oder eine größere Härte hat als das Metallnadelmaterial, unterworfen wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Metallnadelmaterial an einem Ende einen Griff- bzw. Handhabungsabschnitt auf sowie einen konisch zulaufenden Abschnitt, der sich vom Griffabschnitt aus in Längsrichtung des Metallnadelmaterials zum anderen Ende des Metallnadelmaterials erstreckt, einen Nadelstumpfabschnitt, der sich vom konisch zulaufenden Abschnitt zum anderen Ende des Metallnadelmateri­ als erstreckt, und eine Nadelspitze, die am distalen Ende des Nadelstumpfabschnitts angeordnet ist. Das Metallnadelmaterial ist auf einer Seite mit einer Fadennut in Form einer vorderen Nut versehen, die vom Griffabschnitt durchgehend zu einem Abschnitt des Metallnadelmaterials in der Nähe der Nadelspitze verläuft. Auf seiner anderen Seite ist das Metallnadelmaterial außerdem mit einer rückseitigen Nut und einer kurzen Nut versehen, die zusammen durchgehend vom Griffabschnitt aus zur Nadelspitze hin verlaufen, wobei die rückseitige Nut und die kurze Nut mit einem Nadelöhr versehen sind, durch das sie hindurchlaufen. Der Nadelstumpfabschnitt weist in einem Bereich zwischen dem in der Nähe des Nadelöhrs liegenden Abschnitt des Metallnadelmaterials und der rückseitigen Nut einen schmalen Abschnitt auf. Der schmale Abschnitt des Nadelstumpfabschnitts weist einen löffelförmigen Abschnitt auf.

Wie bereits ausgeführt, weist die erfindungsgemäße Nadel, beispielsweise eine Nähnadel, ein Metallnadelmaterial aus Kohlenstoffstahl auf, das einer Abschreck- und Vergütungsbehandlung unterworfen wird. Die äußere Umfangsfläche des Metallnadelmaterials wird einer Behandlung durch Kugelstrahlen bzw. Strahlhäm­ mern mit einem Strahl, der die gleiche Härte wie oder eine größere Härte als das Metallnadelmaterial hat, unterworfen, wobei sich eine Oberfläche ergibt, die dann mit Titan beschichtet oder mit Chrom plattiert wird (Oberflächenbehandlungs­ schicht), das auf die äußere Umfangsfläche des Metallnadelmaterials aufgebracht wird. Die Oberflächenbehandlungsschicht wird dann einer Behandlung durch Kugelstrahlen bzw. Strahlhämmern mittels eines Strahls unterworfen, der die gleiche Härte wie oder eine größere Härte als das Metallnadelmaterial hat. Dies führt dazu, daß die Härte des Metallnadelmaterials ausgehend vom Mittenbereich zur äußeren Umfangsfläche hin allmählich zunimmt.

Die Behandlung durch Strahlhämmern bzw. Kugelstrahlen erfolgt mit einem Strahl aus 40 bis 200 µm großen Keramikkügelchen, deren Härte gleich groß wie oder größer als die Härte des Metallnadelmaterials ist, wobei der Strahl mittels Luft bei einem Druck von 2,0 bis 5,0 kg/cm2 mit einer Geschwindigkeit von 100 m/s und mehr abgegeben wird, um den in Oberflächennähe liegenden Bereich des Metallnadelmaterials zu behandeln, so daß die Oberfläche des Metallnadelmaterials gehärtet wird.

Das Metallnadelmaterial wird insbesondere an der Oberfläche mit Chrom plattiert, und die Plattierung wird anschließend strahlgehämmert mit einem Strahl, dessen Härte gleich groß wie oder größer als die Härte des Metallnadelmaterials ist. Dadurch weist die Oberfläche des Metallnadelmaterials verbesserte Verschleiß­ eigenschaften und eine wesentlich höhere Haltbarkeit auf. Außerdem erhält das Metallnadelmaterial dadurch ausreichende Knickfestigkeit, so daß die Qualität der Nadel so weit verbessert wird, daß ihr Bruch verhindert wird. Außerdem vereinfacht die Erfindung die Herstellung der Nadeln und die Prozeßsteuerung beträchtlich und macht Endbearbeitungen wie Schwabbeln und dergleichen überflüssig, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden und eine gleichmäßige Nähleistung sicherge­ stellt ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die angegebenen und weitere Aufgaben sowie viele der damit verbundenen Vorteile der Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1A eine vergrößerte Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Nadel, die als Nähnadel ausgeführt ist;

Fig. 1B einen Längsschnitt durch die Nähnadel von Fig. 1 A;

Fig. 1C einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1 A;

Fig. 1D einen fragmentarischen vergrößerten Querschnitt, der einen wesentli­ chen Teil von Fig. 1C im Detail zeigt;

Fig. 2A eine vergrößerte Seitenansicht einer anderen erfindungsgemäßen Nadel, die als Stricknadel ausgeführt ist;

Fig. 2B einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 2A;

Fig. 2C einen fragmentarischen vergrößerten Querschnitt, der einen wesentli­ chen Teil von Fig. 2B im Detail zeigt;

Fig. 3A eine vergrößerte Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Nadel, die als Filznadel ausgeführt ist;

Fig. 3B einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie C-C von Fig. 3A; und

Fig. 3C einen fragmentarischen vergrößerten Querschnitt, der einen wesentli­ chen Teil von Fig. 3B im Detail zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden wird eine erfindungsgemäße Nadel unter Bezugnahme auf die bei­ gefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1A bis 1C zeigen eine erfindungsgemäße Nadel in Form einer Nähnadel. Die dargestellte Nähnadel, die als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, weist ein Metall­ nadelmaterial aus Kohlenstoffstahl oder einem legierten Stahl auf, das bei etwa 850°C abgeschreckt und bei etwa 200°C vergütet wurde. Das so erhaltene Metallnadelmaterial besitzt an seinem einen Ende einen Griff- bzw. Handhabungs­ abschnitt 1, einen konisch zulaufenden Abschnitt 2, der sich vom Griffabschnitt 1 aus in Längsrichtung zum anderen Ende des Metallnadelmaterials erstreckt, einen Nadelstumpfabschnitt 3, der sich vom konischen Abschnitt 2 zum anderen Ende des Metallnadelmaterials hin erstreckt, und eine Nadelspitze 4 am distalen Ende des Nadelstumpfabschnitts 3.

Das Metallnadelmaterial ist auf der einen Seite mit einer Fadennut 5 in Form einer vorderen Nut versehen, die vom Griffabschnitt 1 durchgehend bis zu einem in der Nähe der Nadelspitze 4 gelegenen Abschnitt des Metallnadelmaterials verläuft. Die der vorgenannten Seite gegenüberliegende Seite des Metallnadelmaterials ist mit einer Kombination aus einer rückseitigen Nut 6 und einer kurzen Nut 7 versehen, die durchgehend vom Griffabschnitt 1 zur Nadelspitze 4 verlaufen. Die rückseitige Nut 6 und die kurze Nut 7 sind so ausgebildet, daß sie ein Nadelöhr 8 durchsetzen bzw. kreuzen. Der Nadelstumpfabschnitt 3 weist im Bereich zwischen einem dem Nadelöhr 8 benachbarten Abschnitt des Metallnadelmaterials und der rückseitigen Nut 6 einen schmalen Abschnitt auf. Der schmale Abschnitt des Nadelstumpf­ abschnitts 3 weist einen löffelförmigen bzw. kellenförmigen Abschnitt 9 auf.

Das Metallnadelmaterial aus Kohlenstoffstahl wird an der Oberfläche des Nadel­ stumpfabschnitts 3, der vom Griffabschnitt 1 über den konischen Abschnitt 2 zur Nadelspitze 4 verläuft, kugelgestrahlt bzw. strahlgehämmert mit einem Strahl, der eine Härte gleich oder größer der Härte des Metallnadelmaterials hat, um eine strahlgehämmerte Umfangsoberfläche 11 zu erhalten. Die strahlgehämmerte Umfangsoberfläche 11 wird mit einer Oberflächenbehandlungsschicht 12 aus Chrom oder einer Chromplattierung oder einer Titanbeschichtung oder dergleichen versehen. Die Oberflächenbehandlungsschicht 12 wird dann strahlgehämmert unter Verwendung eines Strahls mit einer Härte gleich oder größer der Härte des Metallnadelmaterials, wodurch eine Umfangsoberfläche 13 so geschaffen wird, daß die Härte des Metallnadelmaterials und damit der Nadel ausgehend von einem Mittenbereich zur äußeren Umfangsoberfläche hin allmählich zunimmt.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Strahlhämmer- bzw. Kugel­ strahlbehandlung an dem Metallnadelmaterial aus Kohlenstoffstahl vorgenommen und dieses dann einer Wärmebehandlung unterworfen, so daß das Metallnadelmate­ rial zu Nadeln von beliebiger Form geformt werden kann. Die Kugelstrahlbehandlung kann durch Abgabe eines Strahls aus 40 bis 200 µm großen Keramikkügelchen einer Härte gleich/größer der Härte des Metallnadelmaterials auf das Metall­ nadelmaterial mittels Luft bei einem Druck von 2,0 bis 5,0 kg/cm2 mit einer Ab­ gabegeschwindigkeit von 100 m/s und mehr unter Verwendung einer Spritz­ einrichtung durchgeführt werden, wodurch ein oberflächennaher Bereich des Metallnadelmaterials einer Behandlung bei der kritischen Temperatur A1 oder darüber unterworfen wird. Der Kugelstrahl wird während einer vorgegebenen Zeitdauer auf das Metallnadelmaterial abgegeben, während dieses in einem sich drehenden Zylinder gerollt wird.

Durch eine solche Kugelstrahlbehandlung kann das Metallnadelmaterial, das im Mittenbereich eine Härte von 600 bis 750 HV hat, am Außenumfang mit einer gehärteten Schicht von 700 bis 820 HV versehen werden. Außerdem kann die gehärtete Schicht mit einer Chromplattierung versehen werden, die anschließend einer Kugelstrahlbehandlung unterzogen wird, was zu einer gehärteten Schicht von 1000 HV oder darüber führt.

Die Kugelstrahlbehandlung kann mittels Luft erfolgen, indem der Kugelstrahl mit Druckluft durch die Düse einer Spritzeinrichtung abgegeben wird. Der Kugelstrahl setzt sich dabei aus Keramikkügelchen zusammen, und die äußere Umfangsfläche 13 der Oberflächenbehandlungsschicht bzw. der Chromplattierung 12, die auf der äußeren Umfangsoberfläche 11 des Metallnadelmaterials gebildet worden ist, wird der Kugelstrahlbehandlung unterworfen. Dadurch erhält durch das Zusammen­ wirken von Wärmebehandlung, Kugelstrahlen und Verfestigung ein von der Ober­ fläche aus einige Zehner Mikrometer dicker Bereich des Metallnadelmaterials eine größere Härte, wie es beim Abschrecken der Fall ist. Damit wird die Verschleißfe­ stigkeit der Nadeln wesentlich erhöht und ihre Zeitfestigkeit durch die mit dem Kugelstrahlen vermittelte Druckeigenspannung verbessert.

Wenn das Metallnadelmaterial für Nähnadeln kugelgestrahlt wird, erfolgt das Kugelstrahlen vorzugsweise, indem der Luftstrahldruck im Verhältnis zur Quer­ schnittsfläche des Nadelstumpfabschnitts erhöht wird. Bei chargenweiser Behand­ lung können jeweils 6000 bis 10 000 und vorzugsweise 7000 bis 9000 Stück Metallnadelmaterial bequem auf einmal 30 bis 60 Minuten lang behandelt werden. Das ermöglicht eine gleichmäßige Behandlung des Metallnadelmaterials ohne Knicken und Verformung des Nadelstumpfabschnitts bei zufriedenstellender Durchführbarkeit mit dem Ergebnis fertiger Nadeln, die eine höhere Qualität auf­ weisen.

Die Luft wird dabei vorzugsweise mit einem Druck zwischen 2,0 kg/cm2 und 5,0 kg/cm2 abgestrahlt. Bei einem Luftdruck unter 2,0 kg/cm2 erreicht der ober­ flächennahe Bereich des Metallnadelmaterials nicht die kritische Temperatur A, oder darüber und erhöht sich die erforderliche Behandlungsdauer beträchtlich. Bei einem Luftdruck über 5,0 kg/cm2 wird der Nadelstumpfabschnitt des Metallnadelmaterials geknickt.

Das Kugelstrahlen im Zylinder kann auch durch ein Kugelstrahlen ersetzt werden, bei dem die Nadelstumpfabschnitte vieler Metallnadelmaterialstücke nebeneinander angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Nadel in Form einer Stricknadel. Die dargestellte Stricknadel, die mit Bezugszeichen 20 bezeichnet ist, beinhaltet ein Metall­ nadelmaterial aus Kohlenstoffstahl, das einer Wärmebehandlung unterworfen wird und einen Schaft bzw. Klinge 22 aufweist. Der Schaft 22 hat einen Haken 21 am distalen Ende, eine Zunge 27, die drehbar angeordnet ist, so daß der Haken 21 geöffnet werden kann, und einen Fuß 23 am anderen Ende des Schafts 22. Der Schaft 22 wird an der Oberfläche kugelgestrahlt mit einem Kugelstrahl, dessen Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder höher ist, so daß sich eine Außenumfangsfläche 24 ergibt, die die äußerste Umfangsfläche bilden kann. Alternativ dazu kann die kugelgestrahlte Außenumfangsfläche 24 mit einer Oberflächenbehandlungsschicht 25 versehen werden, die anschließend einer Kugelstrahlbehandlung mit einem Kugelstrahl unterworfen wird, dessen Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder höher ist, so daß sich eine äußerste Umfangsoberfläche 26 ergibt. Auf diese Weise wird ein Metallnadelmaterial und damit eine Nadel erzielt, deren Härte ausgehend von einem Mittenbereich zur Außenumfangsfläche hin allmählich zunimmt.

Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Nadel in Form einer Filznadel. Die dargestellte Filznadel, die als Ganzes mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet ist, beinhaltet ein Metallnadelmaterial aus Kohlenstoffstahl, das einer Wärmebehand­ lung unterworfen worden ist. Das Metallnadelmaterial beinhaltet eine Nadelspitze 31 am distalen Ende des Metallnadelmaterials, einen Schaft 32 mit einem im wesentlichen dreieckigen Querschnitt, der an seinem einen Ende mit der Nadel­ spitze 31 verbunden ist und sich von dieser aus in Längsrichtung erstreckt, scharf­ kantige Widerhaken 33, die voneinander beabstandet an Kanten des Schafts 32 angeordnet sind, und einen umgebogenen Griffabschnitt 34 am anderen Ende des Schafts 32. Der Schaft 32 des Metallnadelmaterials kann eine Oberfläche auf­ weisen, die einer Kugelstrahlbehandlung mit einem Kugelstrahl, dessen Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder größer ist, unterworfen wird, so daß sich eine äußere Umfangsoberfläche 35 ergibt, die die äußerste Umfangsoberfläche der Nadel bleiben kann. Alternativ dazu kann auf der äußeren Umfangsoberfläche 35 auch eine Oberflächenbehandlungsschicht 36 gebildet werden, die anschließend einer Kugelstrahlbehandlung mittels eines Kugelstrahls, dessen Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder größer ist, unterworfen wird, so daß eine äußerste Umfangsoberfläche 37 geschaffen wird. Auf diese Weise kann ein Metallnadelmaterial geschaffen werden, dessen Härte ausgehend von einem Mittenbereich zur äußeren Umfangsoberfläche hin allmählich zunimmt.

Sowohl bei der Stricknadel 20 als auch bei der Filznadel 30, die vorstehend be­ schrieben worden sind, kann die äußerste Umfangsoberfläche durch Kugelstrahlen mit einem Kugelstrahl, dessen Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder größer ist, gebildet werden, ohne daß eine Plattierung, beispielsweise mit Chrom oder dergleichen, vorgenommen wird, so daß das Aufbringen einer Oberflächenbe­ handlungsschicht entfällt.

Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird das Metallnadel­ material nach der Abschreck- und Vergütungsbehandlung einer Kugelstrahlbehand­ lung bei normaler Temperatur oder einer Warmkugelstrahlbehandlung unterworfen, um dadurch in einem oberflächennahen Bereich des Metallnadelmaterials eine Strukturveränderung zu bewirken, die dazu führt, daß in dem Metallnadelmaterial eine Druckeigenspannung (compression residual stress) auftritt, so daß sich eine Nadel ergibt, die eine höhere Zeitfestigkeit und eine größere Oberflächenhärte aufweist. Beim Kugelstrahlen mit einem Kugelstrahl, dessen Härte der des Metall­ nadelmaterials entspricht oder größer ist, kann durch Verringerung des Durch­ messers der Teilchen des Kugelstrahls die Kugelstrahlgeschwindigkeit erhöht werden, wodurch an der Oberfläche des Metallnadelmaterials, die mit dem Strahl beaufschlagt wird, Wärme entsteht. Es kann also die Oberflächentemperatur durch Erhöhung der Strahlgeschwindigkeit erhöht werden.

Im Hinblick auf die Strahlgeschwindigkeit und die Strahldichte sollte somit der Durchmesser der Keramikkügelchen für den Kugelstrahl zwischen 40 und 200 µm liegen. Bei einem größeren Teilchendurchmesser kann die Strahlgeschwindigkeit nicht erhöht werden. Auch sollte eine geringere Kugelstrahldichte vermieden werden, weil sonst die behandelte bzw. bearbeitete Schicht selbst bei höherem Strahldruck ungleichmäßig wird.

Bei Verwendung eines mit Luft abgegebenen Kugelstrahls, bei dem der Kugelstrahl zusammen mit Druckluft durch die Düse einer Spritzeinrichtung oder eines Kugel­ strahlgeräts abgegeben wird, kann der Kugelstrahl bequem auf der Druckluft getragen werden, wenn der Teilchendurchmesser für den Kugelstrahl verringert ist, so daß die Strahlgeschwindigkeit auf bis zu 200 m/s erhöht werden kann. Außer­ dem ist dann nicht nur die Strahldichte höher, sondern auch die Temperatur des Metallnadelmaterials wird auf 750 bis 900°C über den kritischen Punkt des Metalls hinaus und schlagartig auf bis zu 900°C und darüber erhöht, so daß die Nadel eine erhöhte Oberflächenhärte erhält. Dabei kann für den Strahl ein Abstand zwischen Düse und Metallmaterial zwischen 150 und 200 mm, vorzugsweise zwischen 160 und 180 mm, gewählt werden.

Durch das Kugelstrahlen wird das Metallnadelmaterial aufgeheizt, so daß die Oberflächenschicht des Metallnadelmaterials bis in eine Tiefe von 10 bis 30 µm von Austenit zu Martensit umgewandelt werden kann, wodurch ihre Härte zunimmt. Außerdem wird die Oberflächenschicht im tieferen Bereich in Bainit und/oder vergüteten Martensit umgewandelt, wodurch die Oberflächenschicht größere Härte und Festigkeit erhält. Außerdem trägt das Kugelstrahlen zu einer gleichmäßig glatten Oberfläche bei.

Die Erfinder haben hinsichtlich des Lochgleitwerts und der Festigkeit (Härte, elastische Verformung, Bruchpunkt, dynamische Elastizität) einen Vergleichsver­ such zwischen der erfindungsgemäßen Nähnadel A, die mit Keramikkügelchen (1000 HV) kugelgestrahlt wurde, einer herkömmlichen Nähnadel B, die der her­ kömmlichen Abschreck- und Vergütungsbehandlung unterzogen wurde, und einer herkömmlichen Nähnadel C, die mit herkömmlichen Glaskügelchen kugelgestrahlt wurde, durchgeführt. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Tabelle 1

Wie aus Tabelle 1 zu ersehen ist, war der Lochgleitwert der erfindungsgemäßen Nähnadel A gegenüber der herkömmlichen Nähnadel B um 200 bis 380% und gegenüber der herkömmlichen Nähnadel C um 260 bis 900% höher.

Auch die Härte der erfindungsgemäßen Nähnadel A war um 40 bis 50 HV höher als die der herkömmlichen Nähnadel B sowie um 80 HV höher als die der her­ kömmlichen Nähnadel C. Bezüglich Eigenspannung, Bruchpunkt und Festigkeit wurden keine gravierenden Unterschiede zwischen der erfindungsgemäßen Nähna­ del und den herkömmlichen Nähnadeln festgestellt.

Außerdem war die Oberflächenrauheit der erfindungsgemäßen Nähnadel A deutlich vermindert, und die Oberfläche wies verglichen mit den herkömmlichen Nähnadeln B und C eine gleichmäßig glatte Textur auf. Außerdem erbrachte der Funktionsver­ gleichstest (Durchstechfestigkeit, Nadeltemperatur, Nicht-Klebrigkeit) für die erfin­ dungsgemäße Nadel A und die herkömmlichen Nähnadeln B und C das Ergebnis, daß die erfindungsgemäße Nadel im wesentlichen dieselbe Durchstechfestig­ keitlthrough resistance) und dieselbe Nadeltemperatur wie die herkömmlichen Nadeln sowie eine, verglichen mit den herkömmlichen Nadeln, bessere Nicht- Klebrigkeit aufweist, wie es in Tabelle 2 zusammengefaßt ist. Im einzelnen zeigt die erfindungsgemäße Nadel Klebrigkeit erst ab einer Drehzahl der Nähmaschine von 2000, während die herkömmlichen Nähnadeln B und C beginnende Klebrigkeit bereits ab einer Drehzahl der Nähmaschine unter 2000 aufwiesen und volle Klebrigkeit bei einer Drehzahl von 2000 zeigten.

Tabelle 2

Wie aus Obigem zu ersehen ist, wird die erfindungsgemäße Nadel in der Weise hergestellt, daß das Metallnadelmaterial aus Kohlenstoffstahl, das einer Abschreck- und Vergütungsbehandlung unterworfen wird, auf der äußeren Umfangsfläche kugelgestrahlt wird, und zwar mit einem Strahl, dessen Härte der des Metallnadel­ materials entspricht oder höher ist, so daß die Härte des Metallnadelmaterials ausgehend vom Mittenbereich zur äußeren Umfangsfläche hin allmählich zunimmt. Durch diese Herstellungsweise verbessern sich die Oberflächenabnutzungseigen­ schaften und die Haltbarkeit der Nadel, so daß die Nadel zufriedenstellende Beulfes­ tigkeit aufweist und ein Nadelbruch vermieden wird. Dadurch gewährleistet die Nadel einen gleichmäßigen Nähbetrieb, und sie erhält eine ausreichend hohe Qualität für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb von Nähmaschinen.

Außerdem werden gemäß der Erfindung die Nadeln, die aus dem Metallnadelmate­ rial aus Kohlenstoffstahl bestehen, das in jede beliebige Form gebracht wird, während einer vorgegebenen Zeit kugelgestrahlt, wobei sie in einem sich drehenden Zylinder gerollt werden und wobei die Kugelstrahlbehandlung in der Weise ausgeführt wird, daß ein Strahl von 40 bis 200 µm großen Keramikkügelchen, deren Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder größer ist, mittels Luft unter einem Druck von 2,0 bis 5,0 kg/cm2 mit einer Geschwindigkeit von 100 m/s durch eine Düse auf die Nadeln geblasen wird, um einen oberflächennahen Bereich der Nadeln einer Behandlung bei einer kritischen Temperatur A, oder darüber zu unterwerfen. Dadurch können die Druckeigenspannung und die Zeitfestigkeit der Nadeln erhöht werden, ohne daß eine Endbehandlung durch Schwabbeln oder dergleichen erforderlich ist.

Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit einer gewissen Spezifi­ tät unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben worden sind, sind im Licht der dargelegten Lehre Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. Es versteht sich damit von selbst, daß die Erfindung im Rahmen der beigefügten Patentansprüche anders ausgeführt werden kann, als im einzelnen dargestellt.

Claims (11)

1. Nadel, aufweisend:
ein Metallnadelmaterial aus Kohlenstoffstahl, das einer Abschreck- und Vergütungsbehandlung unterworfen wird,
wobei das Metallnadelmaterial eine Oberfläche (11), die einer Kugelstrahl­ behandlung mit einem Kugelstrahl unterworfen wird, dessen Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder größer ist, und eine Oberflächenbe­ handlungsschicht (12) aufweist, die auf der Oberfläche (11) des Metall­ nadelmaterials gebildet wurde,
wobei die Härte des Metallnadelmaterials ausgehend vom Mittenbereich zur äußeren Umfangsoberfläche hin allmählich zunimmt.
2. Nadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelstrahlbehandlung in der Weise erfolgt, daß ein Strahl von 40 bis 200 µm großen Keramikkügelchen, deren Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder größer ist, mittels Luft unter einem Druck von 2,0 bis 5,0 kg/cm2 mit einer Geschwindigkeit von 100 m/s und darüber auf das Material geblasen wird, um einen ober­ flächennahen Bereich des Metallnadelmaterials einer Behandlung bei einer kritischen Temperatur A1 oder darüber zu unterwerfen.
3. Nadel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallnadelmaterial an seinem einen Ende einen Griffabschnitt (1), einen konisch zulaufenden Abschnitt (2), der sich vom Griffabschnitt aus in Längsrichtung des Metallnadelmaterials zu dessen anderem Ende hin erstreckt, einen Nadelstumpfabschnitt (3), der sich vom konisch zulaufenden Abschnitt zum anderen Ende des Metallnadelmaterials hin erstreckt, und eine Nadelspitze (4) am distalen Ende des Nadelstumpf­ abschnitts aufweist,
wobei das Metallnadelmaterial auf seiner einen Seite mit einer Fadennut (5) in Form einer vorderen Nut versehen ist, die durchgehend vom Griff­ abschnitt aus bis zu einem nahe der Nadelspitze gelegenen Abschnitt des Metallnadelmaterials verläuft,
wobei das Metallnadelmaterial auf seiner der vorgenannten Seite gegenüber­ liegenden anderen Seite mit einer rückseitigen Nut (6) und einer kurzen Nut (7) in der Weise versehen ist, daß diese durchgehend vom Griffabschnitt zur Nadelspitze hin verlaufen,
wobei die rückseitige Nut und die kurze Nut mit einem Nadelöhr (8) versehen sind, das sie kreuzen,
wobei der Nadelstumpfabschnitt in dem Bereich, der zwischen einem dem Nadelöhr benachbarten Abschnitt des Metallnadelmaterials und der rückseiti­ gen Nut liegt, mit einem schmalen Abschnitt versehen ist, und
wobei der schmale Abschnitt des Nadelstumpfabschnitts einen löffelförmi­ gen Abschnitt (9) aufweist, so daß die Nadel in Form einer Nähnadel (10) vorliegt.
4. Nadel, aufweisend:
ein Metallnadelmaterial aus Kohlenstoffstahl, das einer Abschreck- und Vergütungsbehandlung unterworfen wird,
wobei das Metallnadelmaterial eine Oberfläche (11), die einer Kugelstrahl­ behandlung mit einem Kugelstrahl unterworfen wird, dessen Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder größer ist, und eine Oberflächenbe­ handlungsschicht (12) hat, die auf der Oberfläche (11) des Metallnadelmate­ rials gebildet wurde,
wobei die Oberflächenbehandlungsschicht (12) einerKugelstrahlbehandlung mittels eines Kugelstrahls unterworfen wird, dessen Härte der des Metall­ nadelmaterials entspricht oder größer ist, so daß die Härte des Metallnadelmaterials ausgehend von einem Mitten­ bereich zur äußeren Umfangsfläche (13) hin allmählich zunimmt.
5. Nadel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelstrahlbehandlung in der Weise erfolgt, daß ein Strahl von 40 bis 200 µm großen Keramikkügelchen, deren Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder größer ist, mittels Luft unter einem Druck von 2,0 bis 5,0 kg/cm2 mit einer Geschwindigkeit von 100 m/s und darüber auf das Material geblasen wird, um einen ober­ flächennahen Bereich des Metallnadelmaterials einer Behandlung bei einer kritischen Temperatur A1 oder darüber zu unterwerfen.
6. Nadel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallnadelmaterial an seinem einen Ende einen Griffabschnitt (1), einen konisch zulaufenden Abschnitt (2), der sich vom Griffabschnitt aus in Längsrichtung des Metallnadelmaterials zu dessen anderem Ende hin erstreckt, einen Nadelstumpfabschnitt (3), der sich vom konisch zulaufenden Abschnitt zum anderen Ende des Metallnadelmaterials hin erstreckt, und eine Nadelspitze (4) am distalen Ende des Nadelstumpf­ abschnitts aufweist,
wobei das Metallnadelmaterial auf seiner einen Seite mit einer Fadennut (5) in Form einer vorderen Nut versehen ist, die durchgehend vom Griff­ abschnitt aus bis zu einem nahe der Nadelspitze gelegenen Abschnitt des Metallnadelmaterials verläuft,
wobei das Metallnadelmaterial auf seiner der vorgenannten Seite gegenüber­ liegenden anderen Seite mit einer rückseitigen Nut (6) und einer kurzen Nut (7) in der Weise versehen ist, daß diese durchgehend vom Griffabschnitt zur Nadelspitze hin verlaufen,
wobei die rückseitige Nut und die kurze Nut mit einem Nadelöhr (8) versehen sind, das sie kreuzen,
wobei der Nadelstumpfabschnitt in dem Bereich, der zwischen einem dem Nadelöhr benachbarten Abschnitt des Metallnadelmaterials und der rückseiti­ gen Nut liegt, mit einem schmalen Abschnitt versehen ist, und wobei der schmale Abschnitt des Nadelstumpfabschnitts einen löffelförmi­ gen Abschnitt (9) aufweist, so daß die Nadel in Form einer Nähnadel (10) vorliegt.
7. Stricknadel, aufweisend:
ein Metallnadelmaterial aus Kohlenstoffstahl, versehen mit einem Haken (21) an dessen distalem Ende, einer Zunge (27), die schwenkbar angeordnet ist, so daß der Haken geöffnet werden kann, und einem Fuß (23) am anderen Ende des Metallnadelmaterials,
wobei das Metallnadelmaterial einer Abschreck- und Vergütungsbehandlung und auf einer Oberfläche einer Kugelstrahlbehandlung mit einem Kugelstrahl unterworfen wird, dessen Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder größer ist, wodurch eine äußere Umfangsoberfläche (24) gebildet wird, so daß die Härte der Nadel ausgehend von einem Mittenbereich zur äußeren Umfangsoberfläche hin allmählich zunimmt.
8. Filznadel, aufweisend:
ein Metallnadelmaterial aus Kohlenstoffstahl mit einer scharfkantigen Nadel­ spitze (31) an seinem distalen Ende, einem Schaft (32) von im wesentlichen dreieckigem Querschnitt, der an seinem einen Ende mit der Nadelspitze verbunden und so angeordnet ist, daß er von der Nadelspitze aus in Längs­ richtung verläuft, scharfkantigen Widerhaken (33), die voneinander beabstandet an Kanten des Schafts angeordnet sind, und einem abgeboge­ nen Griffabschnitt (34) am anderen Ende des Schafts,
wobei das Metallnadelmaterial einer Abschreck- und Vergütungsbehandlung unterworfen wird,
wobei das Metallnadelmaterial eine Oberfläche aufweist, die einer Kugel­ strahlbehandlung mit einem Kugelstrahl unterworfen wird, dessen Härte der des Metallnadelmaterials entspricht oder größer ist, so daß auf der Ober­ fläche eine äußere Umfangsoberfläche (35) gebildet wird, wodurch die Härte des Metallnadelmaterials ausgehend vom Mittenbereich zur äußeren Umfangsoberfläche hin allmählich zunimmt.
9. Verfahren zum Herstellen von Nadeln, umfassend die folgenden Schritte:
Formen eines Metallnadelmaterials zu Nadeln von beliebiger Form und Kugelstrahlbehandlung der Nadeln für eine vorgegebene Zeit, während die Nadeln in einem sich drehenden Zylinder gerollt werden,
wobei die Kugelstrahlbehandlung in der Weise erfolgt, daß ein Strahl von 40 bis 200 µm großen Keramikkügelchen, deren Härte der des Metallnadelmate­ rials entspricht oder größer ist, mittels Luft unter einem Druck von 2,0 bis 5,0 kg/cm2 mit einer Geschwindigkeit von 100 m/s und darüber durch eine Düse auf die Nadeln geblasen wird, um einen oberflächennahen Bereich der Nadeln einer Behandlung bei einer kritischen Temperatur A1 oder darüber zu unterwerfen.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelstrahlbehandlung nach einem luftge­ tragenen Verfahren erfolgt, bei dem der Kugelstrahl mit Druckluft durch die Düse abgegeben wird, und
daß das Metallnadelmaterial auf einer Oberfläche (11) einer Behandlung zur Aufbringung einer Chromschicht (12) auf dieser Oberfläche (11) unter­ worfen wird, gefolgt von einer Kugelstrahlbehandlung der aufgebrachten Chromschicht (12).
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelstrahlbehandlung so ausgeführt wird, daß der Druck der bei der Kugelstrahlbehandlung abgestrahlten Luft im Verhältnis zur Querschnittsfläche des Nadelstumpfabschnitts (3) des Metall­ nadelmaterials eingestellt wird.
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