DE3788673T2

DE3788673T2 - Mit Schleifkörnern überkrusteter Draht und Verfahren zu seiner Herstellung.

Info

Publication number: DE3788673T2
Application number: DE87105714T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Hashimoto; Takao Osaka Diamond I Kawakita; Teruyuki Murai
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1986-04-17
Filing date: 1987-04-16
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2007-04-17
Also published as: DE3788673D1; EP0243825A2; US4866888A; CA1305324C; US4964209A; EP0243825A3; EP0243825B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Metalldrahtes für die Bearbeitung von harten Materialien durch Schneiden, Schleifen oder Abfasen (Auskehlen), insbesondere auf einen Metalldraht für die Bearbeitung durch Schneiden und Schleifen, der gleichmäßig und fest angeordnete Schleifkörner aufweist, die in der Oberflächenschicht zurückgehalten werden.
In den letzten Jahren wurde ein Metalldraht zum Schneiden von harten Materialien wie Keramiken oder Halbleitermaterialien wie Silicium und Gallium-Arsen und zum Ausfräsen (Auskehlen) von feinen durchgehenden Löchern in Werkstücken verwendet.
Ein Draht mit einer hohen Zugfestigkeit, ein sogenannter Sägedraht, ist ebenfalls für diese Zwecke bekannt. In diesem Falle wird die Bearbeitung, z. B. das Schneiden oder dgl., unter der Bedingung durchgeführt, daß freie Schleifkörner zwischen dem Draht und dem zu bearbeitenden Material vorhanden sind und daß die Schleifwirkungen nur durch die Reibungskraft erzielt werden, wobei das Problem einer unzureichenden Wirksamkeit entsteht.
Zum Schneiden ist ein sogenanntes Elektrofunken-Bearbeitungsverfahren bekannt, bei dem eine hohe Spannung zwischen dem Draht und dem zu schneidenen Material angelegt wird, um das Material durch eine Entladung zwischen beiden zu schneiden. Bei dem Verfahren tritt jedoch das Problem auf, daß das zu schneidende Material nur auf elektrisch leitende Materialien beschränkt ist.
Vor kurzem wurde ein Diamantdraht entwickelt, der hergestellt wird durch Beschichten der Oberfläche eines Drahtes mit einem Diamantpulver unter Anwendung eines Plattierungsverfahrens, und es wurde ein wirkungsvolles Bearbeitungsverfahren untersucht, bei dem der Draht verwendet wird und bei dem die Schleifkraft des Diamantpulvers auf der Oberfläche des Drahtes ausgenutzt wird. Bei diesem Verfahren haftet jedoch das Diamantpulver nur auf der Drahtoberfläche, hauptsächlich mittels einer Cu- oder Ni- Plattierungsschicht, so daß es eine geringe Haftung an der Oberfläche aufweist und auch eine gleichmäßige Anordnung und Zurückhaltung auf der gesamten Oberfläche des Drahtes ist schwierig. Ein solches Verfahren kann daher dadurch verbessert werden, daß das Diamantpulver mit einem üblichen Bindungsmetallpulver, wie Ni, Cu oder dgl., gemischt und dann das gemischte Material gesintert und an der gesamten Oberfläche des Drahtes fixiert wird unter Bildung eines Diamantdrahtes durch Anwendung einer üblichen Herstellungstechnologie für einen Diamant-Schleifstein.
Auch wenn das obengenannte Verfahren zum Sintern und Fixieren des Diamantpulvers im Gemisch mit dem bindenden Metallpulver an der gesamten Oberfläche des Drahtes ein verbessertes Verfahren ist, ist es dennoch derzeit nicht möglich, auf irgendeine Weise einen langen und dünnen Draht nach einem üblichen Sinterverfahren herzustellen.
Andererseits werden Drähte mit Doppelstruktur, wie Drähte, die mit Kupfer oder Aluminium beschichtet sind, heute allgemein verwendet. Wenn ein solcher Schleifkorn/Stahlstruktur-Draht als reiner Stahldraht mit Doppelstruktur verwendet wird und eine konventionelle Herstellungstechnologie für die Drähte mit Doppelstruktur angewendet wird zur Herstellung des Schleifkorn/Stahlstruktur-Drahtes, wird eine Ziehdüse für das Drahtziehen deutlich angegriffen und durch die Schleifkörner abgenutzt, beispielsweise in einem Drahtziehverfahren, so daß es praktisch unmöglich ist, die konventionelle Drahzieh-Herstellungstechnologie auf die Herstellung des obengenannten Schleifkorn/Stahlstruktur- Drahtes anzuwenden.
In US-A-4 055 700 ist ein Draht mit einem dünnen Drahtkern und damit eine Einheit bildenden harten Schneidekristallen mit Schneidekanten beschrieben, die unregelmäßig aus der Drahtkernoberfläche herausragen. In diesem Dokument werden Schleifkörner an einem dünnen Drahtkern durch Dampfphasenabscheidung fixiert.
In US-A-3 168 399 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres mit einem kreisförmigen Querschnitt beschrieben, das aus einem gesinterten Metall besteht, das keine weiteren Komponenten außer Metall enthält.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines mit Schleifkörnern überkrusteten Drahtes anzugeben, der eine Oberflächenschicht aus einem einheitlicher und fester angeordneten wirkungsvollen Schleifkornpulver aufweist, um die Bearbeitungsfunktionen durch Schneiden und Schleifen zu verbessern.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8.
Der erfindungsgemäß hergestellte, mit Schleifkörnern überkrustete Draht wird unter Anwendung der folgenden Stufen erhalten.
Zuerst wird ein Metallstab aus einem Metall-Material in den zentralen Abschnitt eines Metallrohres 1 aus dem gleichen oder einem anderen Material als der Metallstab so eingesetzt, daß ein Zwischenraum S zwischen dem Stab und dem Metallrohr entsteht, wobei ein zylindrischer Metallkörper A mit den gewünschten Dimensionen erhalten wird, dann wird der Zwischenraum S mit einer Mischung D gefüllt, die Metallpulver 4 und Schleifkörner 3 mit einer Mohs'schen Härte von 6 oder mehr als Hauptkomponente enthält, und dann werden beide Enden des Zwischenraums S hermetisch versiegelt.
Anschließend wird auf den obengenannten Metallkörper A, dessen Enden hermetisch versiegelt sind, eine Warmbearbeitung, beispielsweise ein Extrudieren oder Walzen, oder eine Wärmebehandlung, z. B. ein Glühen oder Patentieren, angewendet und dann wird der Metallkörper A einer Kaltbearbeitung unterworfen zur Herstellung eines Drahtes mit dem gewünschten Durchmesser.
Das zurückbleibende Metallrohr 1, das als äußerste Schicht des obengenannten Drahtes angeordnet ist, wird durch Polieren, durch Beizen oder dgl. entfernt und auf diese Weise erhält man einen mit einem Schleifkorn überkrusteten Draht mit einer gemischten Schicht D', die auf der Oberfläche des zentralen Metallstabs 2 freiliegt, wobei die gemischte Schicht D' die obengenannten Schleifkörner 3 aufweist, die gleichmäßig und fest in der Metallschicht 4', die aus einem gesinterten Metallpulver besteht, zurückgehalten werden.
Ein bemerkenswertes Charakteristikum des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Schleifkörner, die mit dem Metallpulver gemischt werden, nicht auf ein Diamantpulver und ein CBN (kubisches Bornitrid)-Pulver beschränkt sind, sondern daß auch Keramiken, superharte Legierungen, Glas und dgl. mit einer Mohs'schen Härte von 6 oder mehr als Schleifkörner verwendet werden können. Geeignet sind insbesondere Keramiken wie Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) oder Siliciumnitrid (Si&sub3;N&sub4;).
Die Mohs'sche Härte ist eine empirische Skala zur Bestimmung der Härte von Erzen durch Vergleich mit 10 Arten von Erzen, die Standards liefern. Die Standard-Erze in der Reihenfolge von dem weichsten Erz (mit dem Wert 1 der Skala) bis zu dem härtesten Erz (mit dem Wert 10 der Skala) sind Talk,, Gips, Calcit, Fluorit, Apatit, Orthoclas, Quarz, Topas, Korund und Diamant. Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Schleifkörner haben in der Regel eine Härte, die höher ist als diejenige des Orthoclas-Standards mit der Härte 6. Schleifkörner mit einer Härte unterhalb des Orthoclas-Standards sind im Hinblick auf die Eigenschaften des erhaltenen, mit Schleifkörnern überkrusteten Drahtes nicht geeignet.
Die obengenannten Schleifkörner werden ferner im allgemeinen mit einem Metallpulver gemischt und die Mischung wird in einem pulverförmigen Zustand in den Zwischenraum in dem obengenannten Metallkörper eingefüllt, es ist jedoch vorteilhaft, die obengenannte Mischung zu granulieren und die resultierenden Körner in den Zwischenraum einzufüllen, um zu verhindern, daß sich das Metallpulver und die Schleifkörner voneinander trennen oder segregieren, hervorgerufen durch das unterschiedliche spezifische Gewicht der beiden.
Ein rohrförmiges Metall B kann fest sitzend um den Metallstab 2 angeordnet sein, der in den zentralen Abschnitt des Metallrohres 1 so eingesetzt ist, daß zwischen dem Metall B und dem Rohr 1 ein Zwischenraum gebildet wird, oder es kann ein dünnes Metallband C um den obengenannten Stab herumgewickelt sein, um zu verhindern, daß bei einem kalten Drahtziehverfahren der obengenannte eingesetzte Metallstab 2 von den Schleifkörnern durchbohrt wird und in seinem zentralen Abschnitt eingekerbt (geritzt) wird.
In dem obengenannten Fall können für das rohrförmige Metall oder für das darum herumgewickelte dünne Metallband nicht nur die gleiche Metallkomponente wie für das Metallrohr und den Metallstab, sondern auch eine von derjenigen des obengenannten Rohres und Stabes verwendete verschiedene Metallkomponente verwendet werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Drahtes ist es leicht, das Metallrohr und den zentralen Metallstab getrennt in der gewünschten Größe herzustellen durch Verwendung von Komponenten der gleichen oder unterschiedlichen Art, welche die Anwendungsbedingungen für beide erfüllen.
Eine Mischung, bestehend aus einem Metallpulver mit verschiedenen Komponenten und einem Schleifkorn-Pulver mit einer Mohs'schen Härte von 6 oder mehr, die in einem für verschiedene Anwendungsbedingungen geeigneten Verhältnis miteinander gemischt sind, wird als eine Hauptkomponente in einen Zwischenraum zwischen dem Metallrohr und dem Metallstab eingefüllt unter Bildung eines Metallkörpers und dann werden beide Enden des Metallkörpers hermetisch versiegelt, wodurch es möglich wird, eine Warmbearbeitung und eine anschließende Kaltbearbeitung auf den Metallkörper anzuwenden, wobei das Mischungsverhältnis und die Homogenität der Mischung aufrechterhalten werden, wenn die Mischung hergestellt wird. Ferner wird, da die äußerste Schicht des obengenannten Metallkörpers ein Metallrohr ist und eine Drahtziehdüse während eines Drahtziehverfahrens nur mit dem Metallrohr in Kontakt gebracht wird, die Drahtziehdüse nicht mit dem Schleifkorn-Pulver in Kontakt gebracht, so daß das Schleifkorn-Pulver fest an dem Draht haftet.
Da der so erhaltene Draht mit dem gewünschten Durchmesser eine äußerste Schicht aufweist, die nur aus dem Metallrohr besteht, wird die gemischte Schicht, die Schleifkörner enthält, auf der äußersten Oberfläche des resultierenden Drahtes freigelegt, wenn die Metallrohrschicht entfernt wird. Daher kann der mit Schleifkörnern überkrustete Draht schnell und billig hergestellt werden.
Die Fig. 1(a) und 1(b) zeigen eine ebene Draufsicht bzw. eine Seiten-Schnittansicht der Struktur eines erfindungsgemäß verwendeten Metallkörpers;
die Fig. 2 zeigt die Ansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, mit Schleifkörnern überkrusteten Drahtes;
die Fig. 3(a) stellt eine mikrophotographische Aufnahme (bei 40-facher Vergrößerung) dar, die ein Beispiel für die Oberfläche des erfindungsgemäß hergestellten Drahtes zeigt;
Fig. 3(b) stellt eine mikrophotographische Aufnahme (bei 40-facher Vergrößerung) dar, die ein Beispiel eines Querschnitts eines Drahtes vor dem Polieren und Beizen im Verlaufe der Herstellung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt;
Fig. 4(a) und 4(b) stellen eine ebene Draufsicht bzw. eine Seiten-Schnittansicht eines modifizierten Beispiels dar, bei dem ein rohrförmiges Metall, das den Metallstab festsitzend umgibt, dargestellt ist; und
Fig. 5(a) und 5(b) zeigen eine ebene Draufsicht bzw. eine Seiten-Schnittansicht eines anderen modifizierten Beispiels, bei dem ein dünnes Metallband um den Metallstab herumgewickelt ist.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert.
Die Fig. 1(a) und 1(b) zeigen eine ebene Draufsicht bzw. eine Seiten-Schnittansicht der Struktur eines Metallkörpers A mit einem in den zentralen Abschnitt eines Metallrohres 1 eingesetzten Metallstab 2 und mit einem Zwischenraum zwischen dem Metallrohr und dem Metallstab, der ausgefüllt ist mit einer Mischung, die ein Metallpulver und Schleifkörner umfaßt.
In den Fig. 1(a) und 1(b) bedeuten A den Metallkörper, die Ziffer 1 das äußerste Metallrohr und die Ziffer 2 den Metallstab im zentralen Abschnitt des Metallrohres. Der Metallstab 2 ist in den zentralen Abschnitt des Metallrohres 1 so eingesetzt, daß ein Zwischenraum S zwischen beiden vorhanden ist, und der Zwischenraum S ist gefüllt mit einer Mischung aus Schleifkörnern 4 mit einer Mohs'schen Härte von 6 oder mehr und einem Metallpulver 4.
Als Material für das Metallrohr 1, das um den Umfang des Metallkörpers A herum angeordnet ist, und für den Metallstab 2 in dem zentralen Abschnitt des Metallkörpers A wird im allgemeinen ein Kohlenstoffstahl verwendet, je nach den verwendeten Bedingungen können aber auch ein rostfreier Stahl, eine Kupferlegierung oder dgl. verwendet werden, und die Materialien, aus denen das Metallrohr 1 und der Metallstab 2 bestehen, können voneinander verschieden sein.
Die Dicke des Metallrohres 1, der Durchmesser des Metallstabes 2 und die Breite des Zwischenraums zwischen beiden werden jeweils in geeigneter Weise festgelegt entsprechend dem Durchmesser des fertigen Drahtes, der durchschnittlichen Korngröße der Schleifkörner 3 und dem Mischungsverhältnis zwischen den Schleifkörnern 3 und dem Metallpulver 4.
Als Schleifkorn-Pulver 3 mit einer Mohs'schen Härte von 6 oder mehr können ferner insbesondere neben einem Diamantpulver und einem CBN-Pulver verwendet werden ein Pulver aus Keramik, wie Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) und Siliciumnitrid (Si&sub3;N&sub4;), ein hartes Metallpulver, Glaspulver und dgl., und sie werden in Form einer Einzelverbindung oder in Form einer Mischung von zwei oder mehr Verbindungen verwendet.
Als Metallpulver 4, mit dem das Schleifkorn-Pulver 3 gemischt wird, wird im allgemeinen ein Ni-Pulver oder ein Legierungspulver auf Ni-Basis verwendet, es können aber auch andere Pulver verwendet werden, wie ein Cu-Pulver, ein Legierungspulver auf Cu-Basis, ein Co-Pulver, ein Legierungspulver auf Co-Basis und dgl., bei denen es sich um Bindungsmetallpulver handelt, wie sie zur Herstellung von generellen Schleifkorn-Werkzeugen verwendet werden. Beide Enden des Zwischenraums S des Metallkörpers A werden nach dem Füllen mit dem Mischungspulver D durch ein geeignetes Abdeckmaterial verschlossen und dann geschweißt, um den Metallkörper A hermetisch zu versiegeln.
Dann werden eine Warmbearbeitung, beispielsweise ein Extrudieren oder Walzen, und danach eine Wärmebehandlung, z. B. ein Glühen oder Patentieren, durchgeführt und anschließend wird eine Kaltbearbeitung auf den Metallkörper A angewendet zur Herstellung eines Drahtes mit dem gewünschten Durchmesser.
Wenn die Diffusion des Metallpulvers 4, das in den Zwischenraum zwischen dem Metallrohr 1 und dem zentralen Metallstab 2 eingefüllt ist, in das Metallrohr 1 oder in den Metallstab 2 während der Warmbearbeitung unerwünscht ist, ist es möglich, das Diffusionsphänomen zu verhindern durch vorheriges Plattieren der inneren Oberfläche des Metallrohres 1 oder der äußeren Oberfläche des Metallstabes 2 mit Kupfer oder dgl. unter Ausbildung einer Schicht, welche die Diffusion verhindert.
Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, kann auch ein rohrförmiges Metall B vorgesehen sein, das fest sitzend um den Metallstab 2 herum angeordnet ist, der in den zentralen Abschnitt des Metallrohres 1 so eingesetzt ist, daß ein Zwischenraum zwischen dem Metall B und dem Rohr 1 vorliegt, oder es kann ein dünnes Metallband C um den Stab 2 herumgewickelt sein. Dies dient dazu, zu verhindern, daß bei der Kaltbearbeitung der obengenannte eingesetzte Metallstab 2 von den Schleifkörnern durchbohrt wird und in seinem Mittelabschnitt eingekerbt (geritzt) wird.
Wenn beispielsweise eine Mischung aus einem Diamant- Schleifkorn-Pulver und einem Ni-Pulver in den Zwischenraum eingefüllt wird, haben-die beiden Pulver ferner die Neigung, aufgrund des spezifischen Gewichtsunterschieds zwischen beiden zu segregieren und sich voneinander zu trennen, da die spezifische Dichte von Diamant 3,5 g/cm³ und diejenige von Ni 8,9 g/cm³ beträgt. Ein Draht, der unter Verwendung des obengenannten Mischungspulvers mit einer uneinheitlichen Zusammensetzung und einer Mischungssegregation hergestellt worden ist, weist ausgeprägte Unterschiede in bezug auf die Dichte der freiliegenden Schleifkörner an verschiedenen Stellen der Drahtoberfläche auf, so daß ein ungeeignetes Produkt daraus resultieren kann.
Um den obengenannten Mangel zu verhindern, wird das gemischte Pulver, das Diamant-Schleifkörner und Ni-Pulver umfaßt, granuliert zum Herstellung eines Pulvers, das kugelförmige Körnchen umfaßt, das in den Zwischenraum zwischen dem obengenannten Metallrohr und dem zentralen Metallstab eingefüllt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ausgeschlossen, daß die Diamant-Schleifkörner sich von dem Ni-Pulver trennen oder segregieren.
Zur Durchführung einer Granulierungsbehandlung wird ein Bindemittel als Additiv zugegeben, wenn jedoch ein Bindemittel, wie z. B. eine organische Verbindung, verwendet wird, wird die Vereinigung zwischen den Teilchen des Pulvers manchmal verhindert durch das obengenannte Bindemittel, wenn der obengenannte Metallkörper einer nachfolgenden Behandlung unterworfen wird.
Es ist daher wirksam, den obengenannten Metallkörper zu erhitzen, nachdem das körnige Pulver in den Zwischenraum eingefüllt worden ist und bevor die Endabschnitte des Metallkörpers A hermetisch versiegelt werden, um das Bindemittel zu zersetzen und zu verdampfen und die obengenannte Behinderung zu vermeiden.
Nach der Kaltbearbeitung wird das als äußerste Schicht des Drahtes zurückbleibende Metallrohr 1 durch Polieren, Ätzen oder dgl. entfernt.
Die Fig. 2 zeigt den auf diese Weise erhaltenen Draht, der mit Schleifkörnern überkrustet ist, der eine gemischte Schicht D' aufweist, die an der Oberfläche des gezogenen zentralen Metallstabs 2 freiliegt, wobei die gemischte Schicht D' Schleifkörner aufweist, die gleichmäßig und fest in der Metallschicht 4' zurückgehalten werden, die aus einem gesinterten Metallpulver besteht.
Die Fig. 3(a) zeigt eine mikrophotographische Aufnahme, die ein Beispiel für die Oberflächenmetallstruktur des so erhaltenen Drahtes zeigt.
Nachstehend werden spezifische Beispiele zur Herstellung eines mit Schleifkörnern überkrusteten Drahtes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.

Beispiel 1

In einem Metallkörper A, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, wurde ein JIS-SS 41-Stahlmaterial für das Umfangs-Metallrohr 1 verwendet und ein JIS-SK 7-Stahlmaterial wurde für den zentralen Metallstab 2 verwendet. Der äußere Durchmesser des Metallkörpers A betrug 70 mm, die Dicke des Umfangsmetallrohres betrug 5 mm und die Breite des Zwischenraums S betrug 8 mm.
Als Schleifkörner wurden Diamantkörner verwendet und ein feines Diamantpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 150 um wurde gemischt mit einem Pulvergemisch, hergestellt durch Mischen von 0,5 Gew.-% Kohlenstoff mit reinem Nickelpulver, in einem Mischungsverhältnis von 13 Vol.-% Diamantpulver zur Herstellung der Mischung D. Nachdem der Zwischenraum in dem Metallkörper A mit der Mischung D gefüllt worden war, wurden beide Enden des Zwischenraum-Abschnittes hermetisch versiegelt.
Dann wurde der Metallkörper A 2 h lang auf 1000ºC erhitzt und danach mit einem Extrusionsverhältnis von 15 extrudiert. Außerdem wurden die Wärmebehandlung und die Kaltbearbeitung wiederholt zur Herstellung eines Drahtes mit einem Durchmesser von 1,0 mm.
Die Zugfestigkeit des Drahtes betrug 1 784 810 kPa (182 kg/mm²). Die Fig. 3(b) zeigt eine mikrophotographische Aufnahme eines Beispiels für eine Metallstruktur des Drahtes im Querschnitt.
Der so erhaltene Draht wurde 15 min lang in eine Chlorwasserstoffsäurelösung mit einer Konzentration von 35% eingetaucht, um das Kohlenstoffstahl-Material (SS41) des Metallrohres zu lösen und zu entfernen, das als äußerste Schicht des Drahtes zurückblieb, und dann wurde er mit einer Alkalilösung neutralisiert und mit Wasser gewaschen.
Die Fig. 3(a) zeigt eine mikrophotographische Aufnahme eines Beispiels für einen Metallstrukturzustand der Oberfläche des so erhaltenen Drahtes, der mit Diamant-Schleifkörnern überkrustet war. Daraus ist zu ersehen, daß Diamantkörner gleichmäßig und fest haften am und eingebettet sind in den Umfang des Drahtes.

Beispiel 2

In dem Metallkörper A, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, wurde ein JIS-SS 41-Stahlmaterial für das Umfangsmetallrohr 1 und ein JIS-SUS 304-rostfreies Stahlmaterial für den zentralen Metallstab 2 verwendet.
Der äußere- Durchmesser des Metallkörpers A betrug 70 mm, die Dicke des Umfangsmetallrohres betrug 5 mm und die Breite des Zwischenraums S in dem Metallkörper A betrug 8 mm.
Als Schleifkörner würden CBN-Körner verwendet. Die CBN- Körner mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 150 um wurden mit reinem Nickelpulver in einem Mischungsverhältnis von 13 Vol.-% CBN-Körnern gemischt zur Herstellung einer Mischung D. Nachdem der Zwischenraum-Abschnitt des Metallkörpers A mit der Mischung D gefüllt worden war, wurden beide Enden des Zwischenraum-Abschnittes hermetisch versiegelt.
Dann wurde der Metallkörper A 2 h lang auf 1050ºC erhitzt und anschließend mit einer Extrusionsrate von 15 extrudiert. Die Wärmebehandlung und die Kaltbearbeitung wurden wiederholt zur Herstellung eines Drahtes mit einem Durchmesser von 1,0 mm.
Die Zugfestigkeit des Drahtes betrug 1 824 037 kPa (183 kg/mm²). Der Draht wurde in eine Chlorwasserstoffsäurelösung mit einer Konzentration von 35% eingetaucht, um das äußerste Kohlenstoffstahl-Material (SS41) des Metallkörpers A, das als äußerste Schicht des Drahtes zurückgeblieben war, aufzulösen und zu entfernen, und dann wurde er mit einer Alkalilösung neutralisiert und mit Wasser gewaschen.
Der so erhaltene Draht, der mit Schleifkörnern überkrustet war, wurde zum Schneiden und Schleifen von Materialien auf Eisenbasis verwendet und als Ergebnis konnten extrem gute Schneid- und Schleifeigenschaften erzielt werden, während mit den konventionellen Diamantdrähten, die unter Anwendung eines Plattierungsverfahrens hergestellt worden waren, die Oberflächen-Diamantkörner als Folge der Wirkung des Eisens der Oberfläche des bearbeiteten Eisenmaterials stark abgerieben wurden, und eine Bearbeitung des Eisenmaterials mit dem Draht schwierig war.

Beispiel 3

Als Material des Metallkörpers A, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, wurde ein JIS-SS 41-Stahlmaterial für das äußerste Metallrohr 1 und ein JIS-SK 7-Stahlmaterial für den zentralen Metallstab 2 verwendet.
Der äußere Durchmesser des Metallkörpers A betrug 70 mm, die Dicke des äußersten Metallrohres betrug 7 mm und die Breite des Zwischenraums S in dem Metallkörper A betrug 7 mm. Ein Diamantpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 30 um wurde gemischt mit einem Gemisch, hergestellt durch Mischen von 0,5 Gew.-% Kohlenstoff mit reinem Nickelpulver, in einem Mischungsverhältnis von 15 Gew.-% Diamantpulver zur Herstellung des gemischten Pulvers D. Nachdem der Zwischenraum S des Metallkörpers A mit dem gemischten Pulver D gefüllt worden war, wurden beide Enden des Zwischenraums S hermetisch versiegelt.
Dann wurde der Metallkörper A 2 h lang auf 1050ºC erhitzt und in einem Extrusionsverhältnis von 15 extrudiert. Die Wärmebehandlung und die Kaltbearbeitung wurden wiederholt zur Herstellung eines Drahtes mit einem Durchmesser von 0,26 mm. Die Zugfestigkeit des Drahtes betrug 1 755 389 kPa (179 kg/mm²). Der Draht wurde 5 min lang in eine Chlorwasserstoffsäurelösung mit einer Konzentration von 35% eingetaucht, um das äußerste Kohlenstoffstahl-Material (SS 41) des Metallkörpers A, das als äußerste Schicht des Drahtes zurückgeblieben war, aufzulösen und zu entfernen, und dann wurde er mit einer Alkalilösung neutralisiert und mit Wasser gewaschen.
Der so erhaltene Draht, der mit Diamant-Schleifkörnern überkrustet war, wies, wie aus den Ergebnissen in den weiter unten folgenden Tabellen 1 und 2 hervorgeht, eine feste Haftung der Diamant-Schleifkörner 3 an der Oberfläche des Drahtes, eine erhöhte Schneidegeschwindigkeit und eine ausgeprägt lange Lebensdauer (Gebrauchsdauer) auf, verglichen mit konventionellen Diamantdrähten mit dem gleichen Durchmesser, in denen das Diamantpulver unter Anwendung einer Plattierungsverfahrens an der Oberfläche fixiert worden war.
Ein Beispiel für die Ergebnisse der obengenannten Vergleichsversuche ist in der Tabelle 1 und in der Tabelle 2 angegeben. Tabelle 1 Material des Werkstückes: Vorgesinterter Körper aus einer WC-12% Co-Legierung Größe des Werkstückes: 35 mm Durchmesser getestete Eigenschaften nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter, mit Diamant überkrusteter Draht nach einem kontionellen Plattierungsverfahren hergestellter Diamantdraht Lineare Geschwindigkeit Belastung Schneidezeit Schneidegeschwindigkeit Oberflächenzustand gut Gesamtlebensdauer Tabelle 2 Material des Werkstückes: Si-Einkristall Größe des Werkstückes: 50 mm Durchmesser Getestete Eigenschaften nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter, mit Diamant überkrusteter Draht nach einem konventionellen Plattierungsverfahren hergestellter Diamantdraht lineare Geschwindigkeit Belastung Schneidezeit Schneidegeschwindigkeit Oberflächenzustand Gesamtlebensdauer

Beispiel 4

Als Material des Metallkörpers A, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, wurden ein Kohlenstoffstahl-Rohr (JIS-STK 30) und ein Klaviersaiten-Draht (JIS-SWRS 72B) für das Umfangs-Metallrohr 1 bzw. den zentralen Metallstab 2 verwendet.
Der Außendurchmesser des Metallkörpers A betrug 20 mm, die Dicke des Metallrohres betrug 2 mm und der Durchmesser des Metallstabes betrug 13 mm.
Als Schleifkörner wurde ein feines Diamantpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 30 um verwendet. Das Diamantpulver wurde gemischt mit Ni-Pulver in einem Mischungsverhältnis von 15 Vol.-% des Diamantpulvers zur Herstellung einer Mischung und außerdem wurden 0,5 Gew.-% Kampfer als Bindemittel zugegeben zur Herstellung eines gemischten Pulvers.
Dann wurde das gemischte Pulver unter Anwendung eines Naßsprühverfahrens granuliert zur Herstellung von Körnern, die 1 h lang bei 300ºC in einer Stickstoffatmosphäre gehalten wurden, um den Kampfer zu sublimieren. Auf diese Weise wurde eine Mischung D hergestellt, welche die Körner enthielt.
Nachdem die Mischung D in den Zwischenraum des Metallkörpers A eingefüllt worden war, wurden beide Enden des Metallkörpers A hermetisch versiegelt.
Dann wurde der Metallkörper A nicht extrudiert, sondern eine Wärmebehandlung und eine Kaltbearbeitung wurden wiederholt zur Herstellung eines Drahtes mit einem Durchmesser von 0,26 mm. Die Zugfestigkeit des Drahtes betrug 1 765 197 kPa (180 kg/mm²).
Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 wurde die äußerste Schicht 1 des Metallkörpers A aufgelöst und entfernt und dann wurde der resultierende Draht mit einer wäßrigen Alkalilösung neutralisiert und mit Wasser gewaschen.
Der Draht wurde für einen Schneidevorgang verwendet und als Ergebnis wurden gute Schneideeigenschaften erzielt, die mit denjenigen vergleichbar waren, die im obigen Beispiel 3 erhalten wurden.

Beispiel 5

Als Material des Metailkörpers A, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, wurden ein Kohlenstoffstahl-Material (JIS-SS- 41) für das Umfangs-Metallrohr 1 und ein Kohlenstoffstahl- Material (JIS-SK 7) für den zentralen Metallstab 2 verwendet.
Der Außendurchmesser des Metallkörpers A betrug 70 mm, die Dicke des Metallrohres betrug 5 mm und die Breite des Zwischenraums S betrug 6 mm.
Ein Rohr B aus reinem Nickel mit einem Innendurchmesser von 48 mm und einer Wanddicke von 2 mm wurde in den Zwischenraum S eingeführt, so daß es fest sitzend um den Metallstab 2 herum angeordnet war. Ein Diamantpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 120 um wurde gemischt mit einem Gemisch, hergestellt durch Mischung von 0,5 Gew.-% Kohlenstoff mit reinem Nickelpulver, in einem Mischungsverhältnis von 13 Vol.-% des Diamantpulvers zur Herstellung des gemischten Pulvers D. Nachdem der Zwischenraum S' zwischen dem obengenannten Ni-Rohr B und dem Metallrohr 1 in dem Metallkörper A mit dem gemischten Pulver D gefüllt worden war, wurden beide Enden des Zwischenraums S in dem Metallkörper A hermetisch versiegelt.
Dann wurde der Metallkörper A 2 h lang auf 1050ºC erhitzt und dann in einem Extrusionsverhältnis von 15 extrudiert. Ferner wurden eine Wärmebehandlung und eine Kaltbearbeitung wiederholt zur Herstellung eines Drahtes mit einem Durchmesser von 1,0 mm. Die Zugfestigkeit des Drahtes betrug 1 647 517 kPa (168 kg/mm²).
Die Struktur des Drahtes wurde auf einer mikrophotographischen Aufnahme betrachtet und als Ergebnis wurde gefunden, daß sich die Diamantteilchen von dem zentralen Metallstab durch das rohrförmige Nickelmetall getrennt hatten und der zentrale Metallstab wurde nicht von den Diamantteilchen durchbohrt und war nicht eingekerbt (geritzt).
Danach wurde der Draht 15 min lang in eine Chlorwasserstoffsäurelösung mit einer Konzentration von 35% eingetaucht, um das äußerste Metallrohr aus Kohlenstoffstahl (SS 41) des Metallkörpers A, das als äußerste Schicht des Drahtes zurückgeblieben war, aufzulösen und zu entfernen. Dann wurde der resultierende Draht mit einer wäßrigen Alkalilösung neutralisiert und mit Wasser gewaschen.
Der so erhaltene, mit Diamant-Schleifkörnern überkrustete Draht war ein Draht mit einer langen Lebensdauer (Gebrauchsdauer), an dessen Umfangsfläche die Diamantteilchen gleichmäßig hafteten und dessen innerer Abschnitt nicht durchbohrt war von den Diamantteilchen in Richtung auf den Innenteil und nicht eingekerbt (geritzt) war.

Beispiel 6

Als Material des Metallkörpers A, wie er in Fig. 5 dargestellt ist, wurden ein Kohlenstoffstahl-Rohr (JIS-STK 30) für das Umfangs-Metallrohr 1 und ein Klaviersaiten-Draht (JIS-SWRS 72B) für den zentralen Metallstab 2 verwendet.
Der Außendurchmesser des Metallkörpers A betrug 20 mm, die Dicke des Metallrohres betrug 2 mm und der Durchmesser des Metallstabes betrug 12 mm.
Ein dünnes Band C aus reinem Nickel mit einer Dicke von 0,1 mm wurde dicht um den Metallstab 2 herumgewickelt zur Bildung einer Nickelband-Schicht mit einer Dicke von 0,5 mm auf dem Stab 2. Nachdem der Zwischenraum S' zwischen dem Nickelband und dem Metallrohr 1 mit einem gemischten Pulver D, hergestellt durch Mischen von CBN-Schleifkörnern 3 mit einer durchschnittlichen Korngröße von 30 um mit reinem Nickelmetall-Pulver in einem Mischungsverhältnis von 13 Vol.-% CBN-Schleifkörnern 3, gefüllt worden war, wurden beide Enden des Zwischenraums S' verschlossen und dann hermetisch versiegelt.
Dann wurde der Metallkörper einer Wärmebehandlung, umfassend ein Erhitzen auf 190ºC und das anschließende Abkühlen an der Luft, und einer Kaltbearbeitung unterworfen. Nach 7-maliger Wiederholung wurde ein Draht mit einem Durchmesser von 0,26 mm gebildet. Die Zugfestigkeit des Drahtes betrug 1 676 937 kPa (171 kg/mm²). Der Draht wurde 5 min lang in eine Chlorwasserstoffsäurelösung mit einer Konzentration von 35% eingetaucht, um das äußerste Kohlenstoffstahl(STK 30)-Material des Metallkörpers A, das als äußerste Schicht des Drahtes zurückgeblieben war, aufzulösen und zu entfernen. Dann wurde der resultierende Draht mit einer Alkalilösung neutralisiert und mit Wasser gewaschen.
Wie aus den Ergebnissen der folgenden Tabelle 3 eindeutig hervorgeht, war der auf diese Weise erhaltene, mit CBN- Schleifkörnern überkrustete Draht ein Draht mit einer ausgeprägt langen Lebensdauer (Gebrauchsdauer), wobei der zentrale Metallstab von den CBN-Schleifkörnern nicht durchbohrt war und der leicht eingekerbt (geritzt) war, und der Draht zerbrach leicht, verglichen mit einem mit CNB-Schleifkörnern überkrusteten Draht mit dem gleichen Durchmesser, der nach einem konventionellen Drahtziehverfahren ohne Verwendung eines rohrförmigen Metallkörpers und eines dünnen Metallbandes hergestellt worden war. Tabelle 3 Material des Werkstückes: Vorgesinterter Körper aus einer WC-12% Co-Legierung 50 mm Durchmesser getestete Eigenschaften nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter, mit CNB überkrusteter Draht nach einem kontionellen Drahtziehverfahren hergestellter, mit CNB überkrusteter Draht Lineare Geschwindigkeit Belastung Schneidezeit Schneidegeschwindigkeit Oberflächenzustand gut Gesamtlebensdauer

Beispiel 7

Als Material des Metallkörpers A, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, wurden ein JIS-SS41-Stahlmaterial für das Umfangs-Metallrohr 1 und ein JIS-SUS 304-rostfreies Stahlmaterial für den zentralen Metallstab 2 verwendet.
Der Außendurchmesser des Metallkörpers A betrug 70 mm, die Dicke des Umfangs-Metallrohres betrug 5 mm und die Breite des Zwischenraums S betrug 8 mm. Nachdem der Zwischenraum S des Metallkörpers A mit einem gemischten Pulver D, hergestellt durch Mischen von Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;)-Pulver 3 mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 150 um mit reinem Ni-Pulver in einem Mischungsverhältnis von 13 Vol.-% Aluminiumoxid, gefüllt worden war, wurden beide Enden des Zwischenraums (S) des Metallkörpers A hermetisch versiegelt.
Der Metallkörper A wurde 2 h lang auf 1050ºC erhitzt und in einem Extrusionsverhältnis von 15 extrudiert. Außerdem wurden eine Wärmebehandlung und eine Kaltbearbeitung wiederholt zur Herstellung eines Drahtes mit einem Durchmesser von 1,0 mm. Die Zugfestigkeit des Drahtes betrug 1 794 617 kPa (183 kg/mm²). Der Draht wurde in eine Chlorwasserstoffsäurelösung mit einer Konzentration von 35% eingetaucht, um das äußerste Kohlenstoffstahl (SS41)-Material des Metallkörpers A, das als äußerste Schicht des Drahtes zurückgeblieben war, aufzulösen und zu entfernen. Dann wurde der resultierende Draht mit einer Alkalilösung neutralisiert und mit Wasser gewaschen.
Wenn der so erhaltene, mit Schleifkörnern überkrustete Draht zum Schneiden und Schleifen von Eisen enthaltenden Materialien verwendet wurde, wies er sehr gute Schneide- und Schleifeigenschaften auf, während ein Diamantpulver auf der Oberfläche eines nach einem konventionellen Plattierungsverfahren hergestellten Diamantdrahtes durch das Eisen auf der Oberfläche des bearbeiteten Eisenmaterials stark abgenutzt wurde und die Bearbeitung des Materials mit dem Diamantdraht schwierig war.

Beispiel 8

Als Material des Metallkörpers A, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, wurden ein Kohlenstoffstahl-Rohr (JIS-STK 30) für das Umfangs-Metallrohr 1 und ein Klaviersaiten- Draht (JIS-SWRS 72B) für den zentralen Metallstab 2 verwendet.
Der Außendurchmesser des Metallkörpers A betrug 20 mm, die Dicke des Metallrohres betrug 2 mm und der Durchmesser des Metallstabes betrug 13 mm. Nachdem der Zwischenraum S zwischen dem Metallrohr 1 und dem Metallstab 2 mit einem gemischten Pulver D, hergestellt durch Mischen von Siliciumnitrid (Si&sub3;N&sub4;)-Pulver 3 als Schleifteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 30 um mit Kupferpulver in einem Mischungsverhältnis von 15 Vol.-% Siliciumnitrid-Pulver, gefüllt worden war, wurden beide Enden des Zwischenraums S des Metallkörpers A hermetisch versiegelt.
Dann wurde der Metallkörper A einer Wärmebehandlung, die umfaßte ein Erhitzen auf 90ºC und ein anschließendes Abkühlen an der Luft, und einer Kaltbearbeitung unterworfen, die mehrmals wiederholt wurden zur Herstellung eines Drahtes mit einem Durchmesser von 0,26 mm. Die Zugfestigkeit des Drahtes betrug 1 510 224 kPa (154 kg/mm²). Der Draht wurde 5 min lang in eine Chlorwasserstoffsäurelösung mit einer Konzentration von 35% eingetaucht, um das äußerste Kohlenstoffstahl(STK 30)-Material des Metallkörpers A, das auf der äußersten Schicht des Drahtes zurückgeblieben war, auf zulösen und zu entfernen. Dann wurde der resultierende Draht mit einer Alkalilösung neutralisiert und mit Wasser gewaschen.
Der so erhaltene, mit Schleifkörnern überkrustete Draht wurde zum Schneiden von Si-Einkristallen verwendet und als Ergebnis konnten sehr gute Schneideeigenschaften erzielt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß ein Metallkörper verwendet, der durch geeignete Materialien für die Verwendungsbedingungen leicht in geeignete Dimensionen gebracht werden kann, und nachdem der Zwischenraum innerhalb des Metallkörpers mit einem gemischten Pulver gefüllt worden ist, das hergestellt wurde durch Mischen eines Metallpulvers aus den gewünschten Komponenten mit Schleifkörnern mit einer Mohs'schen Härte von 6 oder mehr in einem gewünschten Mischungsverhältnis, werden beide Enden des Zwischenraums zugeschweißt und hermetisch versiegelt. Da der äußerste Abschnitt des Metallkörpers nur das Metall eines Metallrohres ist, selbst wenn die konventionelle Doppelstruktur-Drahtherstellungs-Technologie unverändert auf den Metallkörper angewendet wird, greifen die Schleifkörner eine Ziehdüse zum Drahtziehen nicht direkt an, so daß der Metallkörper leicht einem Drahtziehverfahren unterworfen werden kann bis zu einem gewünschten Drahtdurchmesser wie bei dem Herstellungsverfahren zur Herstellung eines konventionellen Doppelstruktur-Stahldrahtes.
Außerdem können auch in dem Schlußverfahren, bei dem eine gemischte Schicht freigelegt wird, die ein Schleifkorn- Pulver mit einer Mohs'schen Härte von 6 oder mehr als äußerste Schicht des Drahtes aufweist, die auf der Oberfläche des Drahtes zurückbleibenden Metalle durch Anwendung eines üblichen Polier-, Beizverfahrens oder dgl. leicht entfernt werden.
Da eine Wärmebehandlung, die eine direkte Warmbearbeitung und Kaltbearbeitung umfaßt, auf den Metallkörper angewendet wird, dessen Zwischenraum mit dem gemischten Pulver hermetisch gefüllt ist, kann das obengenannte Schleifkorn- Pulver in der gemischten Schicht aus dem gesinterten Metallpulver und dem gemischten Pulver angeordnet sein und es kann gleichmäßig und fest zurückgehalten werden unter unveränderter Aufrechterhaltung seines Mischungsverhältnisses zum Zeitpunkt des Füllens. Es kann somit ein mit Schleifkörnern überkrusteter Draht, der für Schneide- und Schleifarbeitsgänge geeignet ist, leicht hergestellt werden, der eine erhöhte Schneidegeschwindigkeit ergibt und eine deutlich verlängerte Draht-Lebensdauer hat und ausgezeichnete Schneide- oder Auskehlungs(Fräs)bearbeitungseigenschaften aufweist, verglichen mit einem konventionellen Diamantdraht mit einem Diamantpulver, das nur unter Anwendung eines Plattierungsverfahrens an seiner Oberfläche fixiert worden ist. Außerdem weist der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Draht auch ein großes Rückhaltevermögen für die Schleifkörner auf, wenn der Draht gebogen wird, verglichen mit einem nach einem Plattierungsverfahren hergestellten Draht.
Da bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, mit Schleifkörnern überkrusteten Draht die Schleifkörner in die Oberfläche des Drahtes fest eingebettet sind, ist er am besten geeignet zum Schneiden eines spröden Materials oder eines Materials, auf das kaum ein Schneideverfahren unter Verwendung einer Flüssigkeit, wie Wasser oder Öl, angewendet werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines mit Schleifkörnern überkrusteten Drahtes, umfassend die Schritte:

Herstellen eines zylindrischen Metallkörpers (A) mit einem Metallstab (2), der in einen mittleren Teil eines Metallrohres (1) eingeführt ist, wobei ein Zwischenraum (S) zwischen dem Stab und dem Metallrohr gebildet ist;

Füllen des Zwischenraums (S) mit einem gemischten Pulver (D) umfassend ein Metallpulver (4) und Schleifkörner (3) mit einer Mohs-Härte von 6 oder mehr;

hermetisches Versiegeln beider Enden des Zwischenraums (S);

Anwenden einer Warmbearbeitung oder Wärmebehandlung und nachfolgende Kaltbearbeitung auf den zylindrischen Metallkörper (A), um einen Draht herzustellen; und

Entfernen des äußeren Metallmaterials des Metallkörpers, welches als äußere Schicht des Drahtes verblieben ist, durch ein mechanisches oder chemisches Verfahren, um eine gemischte Schicht, die ein gesintertes Metall aus dem Metallpulver und die Schleifkörner umfaßt, auf der Oberfläche des Drahtes freizulegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Warmbearbeitung Strangpressen oder Walzen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Wärmebehandlung Glühen oder Patentieren ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schleifkörner mindestens ein Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diamanten, CBN (kubisches Bornitrid), Keramiken, Hartmetallen, superharten Legierungen, und Glas, umfassen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das gemischte Pulver (D) granuliert wird, bevor es in den Zwischenraum (S) eingefüllt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Metallstab (2) fest mit einem rohrförmigen Metall (B) bedeckt ist, welches durch ein dünnes Metallband (C) aufgewickelt ist, mit einem Zwischenraum (S') zu dem Metallrohr (1).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 6, worin das Metallrohr (1), der Metallstab (2) und das rohrförmige Metall (B) aus dem dünnen Metallband (C) aus den gleichen Metallbestandteilen gemacht sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Metallrohr (1), der Metallstab (2) und das rohrförmige Metall (B) oder das dünne Metallband (C) aus verschiedenen Metallbestandteilen gemacht sind.