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DD254904A1 - PROCESS FOR MACHINING INSERTION HOLES IN DIAMONDS BY MEANS OF LASER RADIATION - Google Patents

PROCESS FOR MACHINING INSERTION HOLES IN DIAMONDS BY MEANS OF LASER RADIATION Download PDF

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Publication number
DD254904A1
DD254904A1 DD29780486A DD29780486A DD254904A1 DD 254904 A1 DD254904 A1 DD 254904A1 DD 29780486 A DD29780486 A DD 29780486A DD 29780486 A DD29780486 A DD 29780486A DD 254904 A1 DD254904 A1 DD 254904A1
Authority
DD
German Democratic Republic
Prior art keywords
laser
laser beam
diamond
diamonds
cone
Prior art date
Application number
DD29780486A
Other languages
German (de)
Inventor
Hans-Joachim Wojciech
Bernhard Tzscheutschler
Gabriela Vogel
Original Assignee
Adlershof Kabelwerk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adlershof Kabelwerk filed Critical Adlershof Kabelwerk
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Publication of DD254904A1 publication Critical patent/DD254904A1/en

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  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung von kegelfoermigen Bohrungen hoher Manteloberflaechenguete mittels Laserstrahlen in Diamanten fuer den Drahtzug. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass ein vollstaendiger Kegel in den Diamanten eingearbeitet wird, dessen Mantelflaeche mit einem Laserstrahl bearbeitet wird. Erfindungsgemaess wird nach dem Bohren ein Laserstrahl mit konstanter Leistung und feststehendem Fokuspunkt am Kegelbasisdurchmesser zentriert. Waehrend der Diamant eine rotationssymmetrische und horizontale Bewegung ausfuehrt, gleitet die Mantelflaeche der kegelfoermigen Bohrung entlang des Laserstrahles.The invention relates in particular to the production of conical bores of high surface area by means of laser beams in diamonds for wire drawing. The task is solved by incorporating a complete cone into the diamond whose surface is machined with a laser beam. According to the invention, after drilling, a laser beam with constant power and fixed focus point is centered on the cone base diameter. While the diamond performs a rotationally symmetric and horizontal movement, the lateral surface of the conical bore slides along the laser beam.

Description

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Verfahren zur Bearbeitung von Diamanten, insbesondere zur Herstellung von Mikrobohrungen mittels Laserstrahlen sind bekannt. Die Einarbeitung kegelförmiger Bohrungen in Diamanten wird in der Regel so gestaltet, daß mehrere aus Kegelstümpfen bestehende Einzelbohrungen zu einem vollständigen Kegel erweitert werden. Derartige Verfahren werden in der DE-OS 2740755; Industriediamantenrundschau, 4(1970) 2, Seite 91 bis 96; 5(1971) 1, Seite 38 bis 43 von STRASCHEK, beschrieben.Methods for processing diamonds, in particular for producing microbores by means of laser beams, are known. The incorporation of conical holes in diamonds is usually designed so that several existing of truncated cones individual holes are extended to a complete cone. Such methods are described in DE-OS 2740755; Industriediamantenrundschau, 4 (1970) 2, pages 91 to 96; 5 (1971) 1, pages 38 to 43 of STRASCHEK.

Das charakteristische Merkmal dieser Verfahren besteht darin, daß entsprechend der Bearbeitungstiefe die Fokuspunktlage korrigiert werden muß.The characteristic feature of these methods is that the focal point position must be corrected according to the processing depth.

Modernste Laseranlagen für diesen Anwendungszweck werden durch kostenaufwendige Rechner gesteuert, wobei die Rechnersteuerung insbesondere eine koordinierte Bewegung in der vertikalen und horizontalen Achse ermöglichen und somit genaue Übereinstimmung von Fokuspunktlage und Einarbeitungstiefe herstellen soll. Diese mehrstufigen Laserbohrverfahren sind aufwendig und kompliziert.State-of-the-art laser systems for this application are controlled by costly computers, the computer control in particular to allow a coordinated movement in the vertical and horizontal axis and thus produce exact match of focal point position and training depth. These multi-stage laser drilling methods are complicated and complicated.

Sie beruhen darauf, daß durch Veränderung des optischen Aufbaus der Laseranlage zu kleinerem Kegelspitzendurchmesser vorgegangen wird.They are based on the fact that it is done by changing the optical design of the laser system to smaller cone tip diameter.

Nach einem anderen mehrstufigen Verfahren zur Bearbeitung von Diamanten mittels Laserstrahlen, DD-PS 133023, werden an einem bestimmten Kreisumfang ineinandergreifende, kegelförmige Einzelbohrungen eingebracht, wobei ein Mittelkegel stehenbleibt, der ebenfalls mittels Laserstrahlen zertrümmert wird. Auf diese Art und Weise wird bis zur vorgesehenen Tiefe eine kegelstumpfförmige Bohrung eingebracht.According to another multi-stage method for processing diamonds by means of laser beams, DD-PS 133023, interlocking, tapered individual bores are introduced at a certain circumference, wherein a center cone remains, which is also shattered by means of laser beams. In this way, a frustoconical bore is introduced to the intended depth.

Der entscheidende Nachteil der nach diesen bekannten Laserverfahren hergestellten Bohrungen besteht darin, daß die Oberflächengüte der Mantelfläche eine zu große Rauhigkeit aufweist und eine Rauhtiefe von ca. 0,050 mm nicht unterschreitet.The decisive disadvantage of the bores produced by these known laser processes is that the surface quality of the lateral surface has too great a roughness and does not fall below a roughness depth of about 0.050 mm.

Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß nach den bisher praktizierten Verfahren es zu mikroskopisch feinen, absatzförmigen Ausbildungen der Mantelfläche an den einzelnen eingearbeiteten Kegelstümpfen bzw. an den kreisförmig ineinandergreifenden Einzelbohrungen kommt.This is mainly due to the fact that according to the previously practiced method it comes to microscopically fine, paragraph-shaped formations of the lateral surface of the individual incorporated truncated cones or on the circular intermeshing individual bores.

Aufwendige Polierverfahren sind deshalb notwendig, um die Absätze derartiger Bohrungen zu glätten und für den Drahtzug praktisch einsetzbar zu gestalten.Elaborate polishing processes are therefore necessary to smooth the heels of such holes and make them practical for wire drawing.

Deshalb ist für Mikrobohrungen ein Verfahren mit feststehendem Fokuspunkt vorgeschlagen worden.Therefore, a fixed focal point method has been proposed for microbores.

Nach diesem Verfahren wird ein vollständiger Kegel in den Diamanten eingearbeitet, dessen Basisfläche und Höhe kontinuierlich bis zur vorgesehenen Tiefe vergrößert wird.Following this procedure, a complete cone is incorporated into the diamond, the base area and height of which are continuously increased to the intended depth.

Allen bisherigen Verfahren haftet insbesondere der Nachteil an, daß sie für kegelförmige Bohrungen mit einem Bohrungsdurchmesser größer gleich 0,5mm und einer Bohrungstiefe größer 1 mm ungeeignet sind.All previous methods are particularly liable to the disadvantage that they are unsuitable for conical holes with a bore diameter greater than or equal to 0.5mm and a bore depth greater than 1 mm.

Ein Grund besteht darin, daß mit zunehmender Bohrungstiefe die Schichtdicken des Materialabtrags vergrößert werden müssen.One reason is that the layer thicknesses of the material removal must be increased with increasing hole depth.

Erfolgt dies nicht, so würde sich die Bearbeitungszeit vervielfachen und es besteht die Gefahr, daß die Bohrung asymmetrischIf this is not done, the processing time would multiply and there is a risk that the bore is asymmetrical

Die Vergrößerung der Schichtdicke führt aber zu noch größerer Rauhigkeit der Manteloberfläche mit entsprechend hohem Polieraufwand.However, the increase in the layer thickness leads to even greater roughness of the mantle surface with a correspondingly high polishing effort.

Als weiterer Grund ist zu sehen, daß bei feststehendem Fokuspunkt die Laserleistung mit jedem Bearbeitungsschritt bis zur vorgesehenen Bohrungstiefe erhöht werden muß.As a further reason, it can be seen that at a fixed focus point, the laser power must be increased with each processing step to the intended hole depth.

Dies führt zu hohem Energieverbrauch, so daß bei Dauerstrichlasern kleiner Leistung die maximale Laserausgangsleistung schnell erreicht ist.This leads to high energy consumption, so that with continuous wave lasers of low power the maximum laser output power is reached quickly.

Wird die erforderliche Laserleistung unterschritten, so tritt eine Verschlechterung der Manteloberflächengüte durch Strahlendivergenz auf.If the required laser power is exceeded, a deterioration of the surface quality of the surface due to radiation divergence occurs.

Nach einem Fachartikel von EDER in Draht 37 (1986) 3, S. 113f., werden deshalb neuerdings elektroerosive Verfahren dem Laserbohrverfahren vorgezogen, da sie zu einer wesentlich geringeren Rauhigkeit führen.According to a technical article by EDER in Draht 37 (1986) 3, p. 113f., Electroerative methods are therefore now preferred to the laser drilling method, since they lead to a significantly lower roughness.

Elektroerosive Verfahren sind aber nur für synthetische polykristalline Diamanten anwendbar und außerdem sehr zeitaufwendig.However, electroerosive processes are only applicable to synthetic polycrystalline diamonds and also very time consuming.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein einfaches, zweistufiges, kostengünstiges Verfahren zu schaffen, mit dem kegelförmige Bohrungen in Diamanten mit hoher Manteloberflächengüte hergestellt werden können und mit dem der Aufwand an Nachpolierarbeiten auf ein Minimum gesenkt wird.The aim of the invention is to provide a simple, two-stage, cost-effective method, can be made with the conical holes in diamonds with high Manteloberflächengüte and with the cost of repolishing is reduced to a minimum.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das die Einarbeitung von kegelförmigen Bohrungen mit einem Kegelspitzendurchmesser größer gleich 0,5 mm, einer Bohrungstiefe größer 1 mm und einer Rauhtiefe der Manteloberfläche kleiner 0,005mm in Diamanten gewährleistet.The object of the invention is to develop a method which ensures the incorporation of conical bores with a cone tip diameter greater than or equal to 0.5 mm, a hole depth greater than 1 mm and a roughness depth of the mantle surface less than 0.005mm in diamonds.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein vollständiger Kegel in den Diamanten eingearbeitet wird und die Manteloberfläche anschließend mit dem Laser bearbeitet wird.The object is achieved in that a complete cone is incorporated into the diamond and the mantle surface is then processed by the laser.

Erfindungsgemäß wird nach dem Bohren ein Laserstrahl mit konstanter Leistung und feststehendem Fokuspunkt am Kegelbasisdurchmesser zentriert, wobei der Diamant eine rotationssymmetrische und horizontale Bewegung ausführt und die Mantelfläche der kegelförmigen Bohrung entlang des Laserstrahls gleitet.According to the invention, a laser beam with constant power and fixed focal point is centered on the cone base diameter after drilling, wherein the diamond performs a rotationally symmetric and horizontal movement and the lateral surface of the conical bore slides along the laser beam.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

Ein synthetischer Diamant mit einer Höhe von ca. 3 mm in einer gesinterten Fassung wird in einer Dreipunkthalterung zentriert.A synthetic diamond with a height of about 3 mm in a sintered version is centered in a three-point mount.

Das Eingangsziehhol wird mit einem YAG-Dauerstrichlaser kleinerer Leistung eingearbeitet.The input puller is incorporated with a YAG continuous wave laser of lower power.

Der Laser arbeitet mit einer Pulsfrequenz von 5KHz.The laser works with a pulse frequency of 5KHz.

Die Brennweite des Laserobjektivs beträgt 40 mm.The focal length of the laser lens is 40 mm.

Während der Konusbohrung wird die Laserausgangsleistung konstant auf 6 bis 8W gehalten.During the cone drilling, the laser output is kept constant at 6 to 8W.

Der Diamant wird mit einer Geschwindigkeit von 10 mm min"1 von außen nach innen bewegt, wobei der Fokus nachgeführt wird.The diamond is moved from outside to inside at a speed of 10 mm min -1 , whereby the focus is tracked.

Begonnen wird mit einem Bohrungsdurchmesser, von 0,20 mm bis auf einen Kegelbasisdurchmesser von 2,5mm mit einem Bohrungsdurchmesser von 1,5 mm erweitert.Starting with a bore diameter of 0.20 mm extended to a cone base diameter of 2.5 mm with a bore diameter of 1.5 mm.

Die Rauhtiefe beträgt nach der Bohrung etwa 0,050mm.The roughness depth after drilling is about 0.050mm.

In einem anschließenden Arbeitsgang wird die Mantelfläche wie folgt bearbeitet:In a subsequent operation, the lateral surface is processed as follows:

Es werden ein um 10% kleinerer z-Wert als der Ausgangswert zur jeweiligen Einarbeitungstiefe und einx-Wert, der um 3,33% größer ist als der x-Ausgangswert für den Kegelbasisdurchmesser in den Rechner eingegeben.A 10% smaller z value than the baseline value at the particular training depth and an x value 3.33% larger than the x baseline cone diameter baseline are entered into the calculator.

Der Laserstrahl wird am Kegelbasisdurchmesser zentriert und der Diamant führt eine rotationssymmetrische und horizontale Bewegung aus.The laser beam is centered on the cone base diameter and the diamond performs a rotationally symmetric and horizontal movement.

Bei einer um 12,2% höheren Laserausgangsleistung als beim Bohren, die während der Bearbeitung konstant bleibt, und feststehendem Fokuspunkt gleitet die Mantelfläche für die Dauer von 25 bis 30s entlang des Laserstrahles.With a 12.2% higher laser output than drilling, which remains constant during machining, and a fixed focal point, the surface will slide along the laser beam for a period of 25 to 30 seconds.

Die Rauhtiefe der Manteloberfläche ist nach der Bearbeitung kleiner 0,005mm.The surface roughness of the mantle surface is less than 0.005mm after machining.

Anschließend wird der Ausgangskegel eingearbeitet und der Ziehstein mit Feinstpoliermitteln poliert.Then the starting cone is worked in and polished the die with Feinstpoliermitteln.

Claims (1)

Verfahren zum Herstellen von kegelförmigen Bohrungen hoher Manteloberflächengüte für den Drahtzug, bei dem bekannte Dauerstrichlasertypen kleiner Leistung, beispielsweise ein YAG-Laser, eingesetzt werden, wobei ein vollständiger Kegel in den Diamanten eingearbeitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß nach dem Bohren ein Laserstrahl mit konstanter Leistung und feststehendem Fokuspunkt am Kegelbasisdurchmesser zentriert wird, der Diamant eine rotationssymmetrische und horizontale Bewegung ausführt und die Mantelfläche der kegelförmigen Bohrung entlang des Laserstrahles gleitet.A method of producing high surface area conical bores for wire drawing employing known low power continuous wave lasers, such as a YAG laser, wherein a complete cone is incorporated into the diamond, characterized in that after laser drilling, a constant power laser beam and centering fixed focal point on the cone base diameter, the diamond performs a rotationally symmetric and horizontal movement and the lateral surface of the conical bore slides along the laser beam. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Diamanten, insbesondere zur Herstellung von kegelförmigen Bohrungen für den Drahtzug mittels Laserstrahlen.The invention relates to a method for processing diamonds, in particular for producing conical holes for the wire by means of laser beams.
DD29780486A 1986-12-17 1986-12-17 PROCESS FOR MACHINING INSERTION HOLES IN DIAMONDS BY MEANS OF LASER RADIATION DD254904A1 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3638546A1 (en) * 1986-11-11 1988-05-19 Helmut Hornung Vehicle tyre
EP0749799A2 (en) * 1990-10-11 1996-12-27 Harry Winston S.A. Die insert method and method for producing same

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