DE69008616T2

DE69008616T2 - Drahtziehwerkzeug.

Info

Publication number: DE69008616T2
Application number: DE69008616T
Authority: DE
Inventors: Moosa Mahomed Adia; Cornelius Phaal; Patrick Andre Julian Seeber
Original assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Current assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2010-05-12
Also published as: EP0397515A1; DE69008616D1; JPH03411A; CA2016557A1; AU5488390A; AU628549B2; US5033334A; CA2016557C; ATE105215T1; EP0397515B1; IE901721L; IE66339B1

Description

Diese Erfindung betrifft Drahtziehdüsen.
Drahtziehdüsen, bestehend aus einein Diamant-Compact-Kern, der in einem geeigneten Träger gehalten wird, werden weitläufig in der Industrie verwendet. Das Loch, durch das der Draht gezogen wird, ist axial durch den Diamant-Compact-Kern bereitgestellt. Der Träger wird im allgemeinen entweder ein Stahl- oder ein Sintercarbid-Ring sein.
Ein Verfahren zur Herstellung dieser Drahtziehdüsen umfaßt die Schritte der Bereistellung eines Diamant-Compact-Kerns, der Bereitstellung des Trägers, der ein durch diesen hindurchgehendes Loch aufweist, dessen Querschnitt etwas geringer als der des Kerns ist, des Erwärmens des Trägers, damit er sich ausdehnt, des Einführens des Kerns in das Loch, des Abkühlen- und Zusammenziehenlassens des Trägers um und auf dem Kern. So entsteht ein Drahtziehdüsenrohling. Aus diesem Rohling wird die Drahtziehdüse hergestellt, indem ein geeignetes Loch axial durch den Diamant-Compact-Kern gebildet wird. Zur Verwendung wird die Drahtziehdüse dann in einem größeren Trägerring befestigt. Sie wird in diesem größeren Trägerring befestigt durch Hartlöten des Stahl oder Sintercarbid-Trägers an den größeren Ring. Hierbei erhitzt sich der Träger und dehnt sich aus, und es kann zu einer Versetzung des Kerns im Träger kommen. Liegt eine solche Versetzung vor, so wird der Kern nicht mehr genau in dem Loch durch den Träger liegen.
Ein Beispiel für eine Drahtziehdüse, bei der ein Diamant- Compact-Kern verwendet wird, ist in US-Patent 3 831 428 beschrieben.
Dokument EP-A-0 001 184 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Drahtziehdüsenrohlings, umfassend einen Schleifcompact aus Diamant oder kubischem Bornitrid, eine Masse aus metallgebundenem Carbid, welches den Compact umgibt, das Versehen desselben mit einem symmetrischen Träger und einer Metallschicht, die die Carbid-Masse an den Schleifcompact bindet, wobei das Metall der bindenden Schicht Tantal oder eine Tantal-haltige Legierung ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Drahtziehdüsenrohlings bereitgestellt, umfassend die Schritte des Bereitstellens eines Compact-Kerns aus Diamant oder kubischem Bornitrid mit Kopf- und Fußflächen und einer Seitenfläche, des Aufbringens einer dünnen Beschichtung eines hochschmelzenden Metalls oder einer hochschmelzenden Legierung auf die Seitenfläche, wobei die Beschichtung im wesentlichen der Kontur der Seitenfläche folgt, des Bereitstellens eines Sintercarbid-Trägers mit einem durchgängigen Loch, wobei das Loch einen größeren Querschnitt hat als der Kern und dem Kern ermöglicht, dort eingebracht zu werden, des Einbringens des Kerns in das Loch unter Belassung eines Zwischenraums zwischen der Metallbeschichtung und dem Träger, des Einführens eines Hartlots, vorzugsweise in flüssiger Form, in den Zwischenraum, und des Veranlassens, daß das Hartlot den Kern an den Träger bindet.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fign. 1a bis 1d veranschaulichen schematisch das erfindungsgemäße Verfahren, und Fig. 2 ist eine Draufsicht von Fig. 1d.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Beschichtung aus hochschmelzendem Metall oder hochschmelzender Legierung, die auf der Seitenfläche des Compact-Kerns abgeschieden wird, kann zwei oder mehr Schichten aus verschiedenen hochschmelzenden Metallen umfassen. Im allgemeinen wird die Beschichtung eine Dicke von wenier als 0,05 mm aufweisen. Diese Schicht wird im allgemeinen abgeschieden unter Anwendung bekannter Vakuum-Aufstäubungstechniken, stromlosem Beschichten oder einer ähnlichen Methode. Vorzugsweise hat der Compact eine unregelmäßige äußere Oberfläche, und diese Methoden ergeben eine Metallschicht, die im wesentlichen der Kontur dieser unregelmäßigen äußeren Oberfläche folgt.
Das hochschmelzende Metall oder die hochschmelzende Legierung wird eine Liquidus-Temperatur von über 1200ºC aufweisen sowie die Fähigkeit zur Bindung an den Compact und auch an das Hartlot. Beispiele für geeignete Metalle sind Carbid-bildende Metalle wie etwa Nickel, Eisen, Chrom und Cobalt.
Der Querschnitt des Kerns wird kleiner sein als der des Lochs durch den Sintercarbid-Träger. Vorzugsweise wird das Loch den Kern mit gleitender Passung aufnehmen, wobei sich ein Zwischenraum zwischen Träger und Metallschicht ergibt, der nicht größer als etwa 100 u ist.
Es wird bevorzugt, den Compact-Kern wärmezubehandeln, ehe er an Ort und Stelle in das Loch im Träger gebracht wird. Die Wärmebehandlung sollte unter Bedingungen erfolgen, bei denen die auftretende Zersetzung der Schleifmittel-Teilchen des Compacts minimiert wird. Diese Bedingungen werden je nach Beschaffenheit des Compacts variieren. Bei Diamant-Compacts beispielsweise, die gegenüber Temperaturen von über 700-750ºC empfindlich sind, wird bevorzugt, den Compact bei oder unterhalb dieser Temperatur wärmezubehandeln. Im allgemeinen sollte die Wärmebehandlung nahe der Liquidus-Temperatur des Hartlots erfolgen, z.B. bei einer Temperatur innerhalb von 50ºC der Hartlot-Liquidus-Temperatur. Typischerweise wird die Wärmebehandlung über eine Zeitdauer von 20 bis 40 min aufrechterhalten.
Durch die Wärmebehandlung des Kerns dehnt sich der Kern aus. Es wurde gefunden, daß der Kern bei Rückführung zur Umgebungstemperatur seine expandierte Form beibehält. Der so expandierte Kern vermindert die im gebundenen Drahtziehdüsenprodukt aufgebauten Spannungen und erhöht die Festigkeit der Bindung zwischen Kern und Träger in hohem Maße.
Das Hartlot wird in den Zwischenraum zwischen Träger und Metallschicht in flüssiger Form oder als Paßring eingeführt. Vorzugsweise wird eine Zufuhr an geschmolzenem Hartlot bereitgestellt und wird durch Kapillarwirkung in den Zwischenraum gelangenlassen.
Das Hartlot ist vorzugsweise ein Hartlot auf Silber/Kupfer- Basis mit einer Liquidus-Temperatur im Bereich von 650 bis 750ºC. Zur Verbesserung der Fließeigenschaften des Hartlots und zur Erniedrigung seines Schmelzpunkts kann dem Hartlot ein Metall beigegeben werden, um dieses zu erreichen. Ein geeignetes Metall mit solcher Beschaffenheit ist eines, das ausgewählt ist aus Mangan, Cadmium, Zinn, lndium und Silicium. Beispiele für besonders geeignete Hartlote werden unter den Handelsnamen Degussa 5009 und Degussa 4900 vertrieben. Diese Hartlote haben folgende Zusammensetzungen: DEGUSSA 5009 Metall Gew. % Silber Kupfer Zink Cadmium Nickel DEGUSSA 4900 Metall Gew. % Silber Kupfer Zink Mangan Nickel
Weitere geeignete Hartlote sind Silber/Kupfer/Zinn-Hartlote, die unter den Handelsnamen Degussa 900 und Degussa 400 vertrieben werden. Diese Hartlote weisen Liguidus-Temperaturen im Bereich von 650 bis 750ºC auf.
Der Kern ist ein Compact aus Diamant oder kubischem Bornitrid. Vorzugsweise ist der Compact ein Diamant-Compact, der in der Fachwelt auch als polykristalliner Diamant oder PCD bekannt ist. Diamant-Compacts, die gegenüber Temperaturen oberhalb 700 bis 750ºC empfindlich sind, sind zum Beispiel in US-Patent 3 745 623 und dem britischen Patent 1 489 130 beschrieben. Diamant-Compacts, die gegenüber viel höheren Temperaturen beständig sind und die eine zweite Phase enthalten, sind zum Beispiel in den US-Patenten 4 793 828 und 4 534 773 beschrieben. All diese Diamant-Schleifcompacts sind zur Ausübung der Erfindung brauchbar.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben. In dieser Zeichnung ist ein Diamant-Compact-Kern 10 (Fig. 1a) von regelmäßig kreisförmiger, zylindrischer Form gezeigt. Dieser Kern wird typischerweise aus einem größeren Diamant-Compact geschnitten und weist Kopf und Fußflächen 12,14 und eine gekrümmte Seitenfläche 16 auf, die in diese planen Flächen übergehen.
Der Kern wird bei einer Temperatur von 750ºC im Vakuum wärmebehandelt. Der Kern dehnt sich bei dieser Wärmebehandlung aus. Der Kern verbleibt in dieser Ausdehnung beim Abkühlen auf Umgebungstemperatur.
Dann wird eine Metallbeschichtung 18 auf den gekrümmten Seitenflächen 16 (Fig. 1b) abgeschieden. Die Beschichtung 18 hat eine Dicke von 0,015 mm. Die Außenflächen des Kerns 10 sind unregelmäßig, und die Metallbeschichtung 18 folgt im wesentlichen der unregelmäßigen Außenfläche 16, auf der sie abgeschieden wird. Die Metallbeschichtung 18 besteht aus einer durch Aufstäubetechniken abgeschiedenen inneren Schicht aus Chrom (0,005 mm) und einer äußeren Nickel-Schicht (0,01 mm), die stromlos auf der Chrom-Schicht abgeschieden wird.
Bereitgestellt wird ein Sintercarbid-Träger 20. Dieser Träger 20 ist ebenfalls von regelmäßig kreisförmiger, zylindrischer Form und weist ein axial darin ausgebildetes Loch 22 auf. Das Loch ist im Grundriß kreisförmig, und der Querschnitt dieses Lochs ist etwas größer als der metallbeschichtete Kern 10. Der metallbeschichtete Kern 10 paßt mit gleitender Passung in das Loch 22 und läßt einen Zwischenraum 24 von 25 u Breite zwischen dem Träger 20 und der Metallbeschichtung 18 (Fig. 1c).
Danach wird ein Hartlot in den Zwischenraum 24 zwischen der Metallbeschichtung 18 und dem Träger 20 eingebracht. Dieses Hartlot wird in den Zwischenraum 24 eingebracht, indem ein Stab 26 des Hartlots an das untere Ende 30 des Zwischenraums 24 gebracht wird, das Hartlot erwärmt wird, um es zum Schmelzen zu bringen, und Träger 20 sowie Compact-Kern 10 erhitzt werden. Das geschmolzene Hartlot steigt durch Kapillarwirkung im Zwischenraum 24 hoch (siehe Pfeil in Fig. 1c). Sowie das Hartlot am oberen Ende 32 des Zwischenraums 24 austritt, wird das Erwärmen beendet und das Hartlot wird zum Festwerden belassen. Das Hartlot bindet kräftig an der Metallbeschichtung und dem Sintercarbid-Träger und ergibt so einen Drahtziehdüsenrohling, der in Fig. 1d dargestellt ist. In dieser Abbildung füllt das Hartlot 34 den Zwischenraum zwischen der Metallschicht 18 und dem Träger 20 aus.
Zur Herstellung einer Drahtziehdüse aus dem Rohling von Fig. 1d wird ein Loch axial durch den Diamant-Compact-Kern 10 ausgebildet. Diese Drahtziehdüse wird in einem geeigneten Trägerring befestigt durch Hartlöten des Sintercarbid-Trägers in diesen Ring. Dabei werden Carbid-Träger und Compact-Kern erhitzt. Es wurde gefunden, daß durch die Bereitstellung der Metall/Hartlot-Schicht dieses Erhitzen vor sich gehen kann, ohne daß eine Versetzung des Kerns im Loch 22 des Trägers bewirkt wird.
Zur weiteren Verbesserung der Bindung zwischen Kern und Träger kann die Oberfläche des Trägers, die das Loch 22 definiert, eine Schicht aus Nickel oder einem anderen geeigneten Metall aufweisen, die daran diffusionsgebunden ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Drahtziehdüsenrohlings, umfassend die Schritte des Bereitstellens eines Compact- Kerns (10) aus Diamant oder kubischem Bornitrid mit Kopf - und Fußflächen (12,14) und einer Seitenfläche (16), des Aufbringens einer dünnen Beschichtung (18) eines hochschmelzenden Metalls oder einer hochschmelzenden Legierung auf die Seitenf läche (16), wobei die Beschichtung (18) im wesentlichen der Kontur der Seitenfläche (l6) folgt, des Bereitstellens eines Sintercarbid-Trägers (20) mit einem durchgängigen Loch (22), wobei das Loch (22) einen größeren Querschnitt hat als der Kern (10) und dem Kern (10) ermöglicht, dort eingebracht zu werden, des Einbringens des Kerns (10) in das Loch (22) unter Belassung eines Zwischenraums (24) zwischen der Metallbeschichtung (18) und dem Träger (20), des Einführens eines Hartlots (34) in den Zwischenraum (24), und des Veranlassens, daß das Hartlot (34) den Kern (10) an den Träger (20) bindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kern (10) vor dem Einbringen in das Loch wärmebehandelt wird bei einer Temperatur, die nahe der Liquidus-Temperatur des Hartlots liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Wärmebehandlung des Kerns (10) bei einer Temperatur von innerhalb 50ºC um die Liquidus-Temperatur des Hartlots stattfindet.

4. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (18) aus hochschmelzendem Metall oder hochschmelzender Legierung eine Dicke von weniger als 0,05 mm aufweist.

5. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (18) zwei oder mehr Schichten umfaßt, wobei jede Schicht aus einem unterschiedlichen hochschmelzenden Metall ist.

6. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Metall ausgewählt ist aus Nickel, Eisen, Chrom und Cobalt.

7. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Zwischenraum (24) zwischen der Metallbeschichtung (18) und dem Träger (20) eine Breite von nicht über etwa 100 u aufweist.

8. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Hartlot ein Hartlot mit einer Liquidus-Temperatur im Bereich von 650 bis 750ºC ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Hartlot ein Hartlot auf Silber/Kupfer-Basis ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Hartlot ein Metall enthält, bei dem es sich um einen Schmelzpunkt erniedriger und Flußverbesserer handelt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Schmelzpunkterniedrigungs- und Flußverbesserungsmetall ausgewählt ist aus Mangan, Cadmium, Zinn, Indium und Silicium.

12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Hartlot folgende Zusammensetzung aufweist: Metall Gew.-% Silber Kupfer Zink Mangan Nickel

13. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Hartlot folgende Zusammensetzung aufweist: Metall Gew.-% Silber Kupfer Zink Cadmium Nickel

14. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kern (10) zylindrische Form aufweist.

15. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kern ein Diamant-Compact ist.