NL7904922A - Werkwijze voor de vervaardiging van een treksteen. - Google Patents

Description

* ·» N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven PHN 9^98 "Werkwijze voor de vervaardiging van een treksteen".

De uitvinding heeft betrekking op de vervaardiging van een treksteen, waarbij een van een ring voorziene kern uit een materiaal zoals polykristallijne diamant, polykristallijn kubisch boornitride of een mengsel daarvan 5 in een metalen huis wordt bevestigd en de kern van een trekkanaal wordt voorzien.

Onder polykristallijne diamant wordt in dit verband een aggregaat van synthetische diamant verstaan. Polykristallijne diamant is onder verschillende benamingen 10 in de handel verkrijgbaar ("Compax" - General Electric Company USA, "Syndite" - De Beers Industrial Diamond Division). Het aggregaat van synthetische diamant is in leveringstoestand gewoonlijk bevestigd op een substraat uit hardmetaal (bijvoorbeeld WC + Co). Het substraat kan 15 vlak zijn of ringvormig. In het laatste geval vult het aggregaat van synthetische diamant de opening in de ring.

De laatste vorm wordt gewoonlijk toegepast voor de vervaardiging van trekstenen. De warmtegeleiding van hardmetaal is echter relatief laag, hetgeen voor deze toepassing een 20 bezwaar kan zijn. Het is verder noodzakelijk voor de vervaardiging van elke afmeting van de combinatie synthetische diamant-hardmetalen ring speciaal gereedschap toe te passen. De hardmetalen ring moet soms nog nabewerkt worden om deze van een metalen huis te kunnen voorzien, bijvoorbeeld door krimpen of persen.

7904922 ΡΗΝ 9^98 ......

2

Po lykristallijne kubisch boomitride is eveneens in de handel verkrijgbaar ("Amborite" -De Beers Industrial Diamond Division en "Borazon CBN” -General Electric Company USA).

5 Trekstenen voorzien van een aggregaat uit synthetische diamant gevat in een hardmetalen ring zijn in de handel verkrijgbaar. Meestal is de kern met hardmetalen ring door krimpen of persen in een metalen huis bevestigd. Bij één type treksteen is de kern uit polykris-10 tallijne diamant met hardmetalen ring voorzien van een omhulling uit messing (37>8 gew.^ Zn, 3»^· gew.$ Pb rest Cu), door middel van stuiken op zodanige wijze, dat de omgestuikte randen van de omhulling het trekkanaal na het aanbrengen daarvan juist vrijlaten. De kern met ring is onder 15 toepassing van een afsluitprop uit austenitisch chroom- nikkelstaal door koud persen in een metalen huis uit austenitisch chroom-nikkelstaal bevestigd.

De uitvinding beoogt een werkwijze voor de vervaardiging van een treksteen, waarbij kan worden uitge-20 gaan van een kern, die niet voorzien is van een hardmetalen ring en waarbij de kern onder een blijvende drukspan-ning staat om de scheurgevoeligheid van de kern bij trek-spanningen, zoals deze kunnen optreden bij het trekken van metaaldraad te verminderen. Aan deze opgave wordt voldaan 25 met een werkwijze, die het kenmerk draagt, dat in een ring uit een metaallegering, die verstevigd kan worden door een deformatie- en/of warmtebehandeling, een kern klemmend wordt aangebracht onder versteviging van de ring en de kern met ring in een metalen huis wordt bevestigd. Bij 30 voorkeur wordt in deze werkwijze een kern van cylindrische vorm toegepast, omdat daarmee een zo goed mogelijke homogene spanningsverdehng in kern en een homogene warmteafvoer wordt gewaarborgd. Het metalen huis kan de gebruikelijke cylindrische vorm bezitten. De bevestiging van de 35 kern in het metalen huis kan op conventionele wijze onder toepassing van een opsluitprop plaatsvinden.

De beoogde versteviging van de ring heeft tot .......doel de rekgrens (<T 0,2) te verhogen, hierdoor wordt_be-_.......

7904922 PHN 9^98 ^ » 3 reikt, dat op de kern een blijvende radiale drukspanning door de ring wordt uitgeoefend. Het gevolg hiervan is, dat de trekspanning in de kern tijdens het trekken en daardoor de scheurgevoeligheid van het kernmateriaal vermindert.

5 Bij voorkeur wordt voor het materiaal van de ring een metaallegering gekozen, die bij verwarming tot een temperatuur van enkele honderden graden celsius boven de om-gevings temperatuur , zoals deze onder bepaalde omstandigheden tijdens het gebruik van de treksteen kunnen optreden, 10 zijn verkregen stevigheid niet verliest ofwel nog in stevigheid toeneemt, bijvoorbeeld door een coherente of incoherente uitscheidingsharding.

Bij voorkeur worden in de werkwijze volgens de uitvinding legeringen toegepast, die een goede warmtege-15 leiding bezitten, zodat de gedurende het trekken ontwikkelde of door de hete draad toegevoerde warmte kan worden afgevoerd en de kern niet tot een te, ontoelaatbaar hoge temperatuur wordt verhit en/of door temperatuurspanningen ontoelaatbaar wordt belast.

20 In de praktijk kan bij het trekken van draden uit sommige metalen temperaturen optreden tot bijvoorbeeld 450°C bij wolfraam en 600°C bij sommige staalsoorten.

De werkwijze volgens de uitvinding kan als volgt worden uitgevoerd. In de centrale opening van een 25 metalen huis van geschikte vorm wordt een holle cylinder geplaatst uit een verstevigbare metaallegering, waarvan de opening groter is dan de diameter van de kern. In de opening in de cylinder wordt een kern geplaatst. De afmetingen van de cylinder, de kern en het metalen huis wor-30 den zodanig gekozen, dat de cylinder voldoende kan worden vervormd om een inklemming van de kern te verkrijgen.

Deze werkwijze kan zowel met verwarmde als niet verwarmde cylinders worden uitgevoerd. In de werkwijze met een niet verwarmde cylinder wordt door koudvervorming doorgaans 35 reeds de gewenste toename van de rekgrens en van de daarmede verbonden hardheid verkregen. Bij toepassing van een verwarmde cylinder moet bijvoorbeeld precipitatie harding een voldoende versteviging opleveren. _______ _________ 7904922 4

.♦ A

PHN 9498

Legeringen, die in de werkwijze volgens de uitvinding kunnen worden toegepast zijn bijvoorbeeld messing (koper-zink legeringen), deze verliezen echter bij hogere temperatuur hun door koude deformatie verkre-5 gen sterkte betrekkelijk snel.

Andere legeringen, die kunnen worden toegepast zijn bijvoorbeeld hardbare aluminium legeringen,zoals een aluminiumzinklegering met de samenstelling 5»5 gew.$ Zn 0,15 gew.$ Mn 2,5 gew.$ Mg 1,6 gew.$ Cu 0,25 gew.$ Cr rest 10 Al en een aluminiumsiliciumlegering met 1,0 gew.$ Si 0,7 gew.$ Mn 0,9 gew.$ Mg 0,15 gew.$ Cr rest Al., hardbare ijzerlegeringen zoals 2,0-3,25 gew.^ Ni 1 ,00-1,80 gew.$ Cr 0,1 5-0,35 gew.$ Si 0,40-0,10 gew.$ Mn 0,18 gew.$ C 0,60 gew. Mo rest Fe en zoals 12,75 gew.$ Cr 8 gew.°/o Ni 15 2,25 gew.$ Mo 1,15 gew,$ Al rest Fe.

Voor een aantal toepassingen verdient het de voorkeur goed warmtegeleidende hardbare koperlegeringen toe te passen zoals koper-chroomlegeringen (θ,3-1»2 gew.$ Cr 0-0,2 gew.$ Zr rest Cu), koper-berylliumlegeringen 20 (1,9 gew.$ Be 0-0,6 gew,$ (Co + Ni) rest Cu en 0,4-0,7 gew.$ Be 2-2,8 gew.$ Co 0-0,5 gew.$ Ni rest Cu), koper-nikkel-siliciumlegeringen (0,6-2,5 gew.$ Ni 0,5-0,8 gew.$ Si rest Cu) en verder koper-cadmiumlegeringen (0,7-1,3 gew.$ Cd rest Cu en 0,5-1>0 gew.$ Cd 0,2-0,6 25 gew.$ Sn rest Cu). Deze koper-cadmiumlegeringen kunnen door koude deformatie worden verstevigd, maar nemen niet in sterkte toe en verliezen de verkregen sterkte niet bij verwarming.

Bij een legering bestaande uit 0,6 gew.$ Cr, 30 rest Cu, die in de praktijk heeft bewezen goed te voldoen in de werkwijze volgens de uitvinding, neemt bij een de- 2 formatie van 20$ de rekgrens <f”n _ toe van 27 kg/mm tot 2 U, 2 40 kg/mm . Na langdurig verhitten, bijvoorbeeld 20 uur o 2 op circa 400 C wordt een (Tq ^ verkregen van 50 kg/min 35 hetgeen wijst op een coherente uitscheidingsharding.

Een andere legering, die bij deformatie een grote mate van versteviging ondergaat is messing met ......37 gew.$ Zn, rest Cu. Bij 20$ deformatie werd een taename......

79 0 49 22 . ·τ * ΡΗΝ 9^98 5 van de (Γη 0 van 15 kg/min tot 65 kg/mm gemeten. Het U) blijkt echter dat bij langdurige verhitting op 400 C de (f weer afneemt tot de beginwaarde van 15 kg/mm^. Deze 0,2 legering is daardoor minder geschikt voor toepassing in 5 trekstenen volgens de uitvinding, bedoeld voor het trekken van die metalen, waarbij tijdens het trekken veel warmte vrijkomt en die slecht warmtegeleidend zijn, ofwel bij verhoogde temperatuur woiden getrokken, zoals wolfraam molybdeen en sommige staalsoorten.

10 Bij een andere uitvoeringsvorm van een werkwij ze volgens de uitvinding wordt eerst de kern in een verwarmde ring geperst en de ring zolang verwarmd tot de gewenste versteviging is verkregen. Hierna wdrdt de kern met ring onder koudvervorming in het metalen huis geperst en 15 daarin opgesloten middels een of meer opsluitproppen.

Voor dit doel kunnen de eerder genoemde legeringen worden toegepast met uitzondering van de koper-zink- en de koper-cadmiumlegeringen.

Het metalen huis bestaat bij voorkeur uit een 20 roestbestendig, goed bewerkbare legering zoals een ferri-tisch chroomstaal bijvoorbeeld AISI 430 of een austeni-tisch chroom-nikkelstaal (bijvoorbeeld AISI 302 of 304).

Het trekkanaal kan op in de techniek gebruikelijke wijzen worden aangebracht, bijvoorbeeld door laser boren of 25 vonkerosie voor of na het aanbrengen van de kern met ring in het metalen huis.

Aan de hand van de bijgaande tekening zal de werkwijze volgens de uitvinding nu nader worden toegelicht.

In de tekening hebben de figuren de volgende 30 betekenis:

Figuur 1 toont in doorsnede een deel van een persinrichting met daarin geplaatst een metalen huis met kern en losse ring.

Figuur 2 toont in doorsnede een met de methode 35 volgens figuur 1 verkregen treksteen.

Figuur 3 in doorsnede een deel van een persinrichting voor het warm inpersen van een kern in een ring.

Figuur 4 in doorsnede een persmatrijs. ___________ 7904922 PEDST 9^98 .6

Figuur 5 in doorsnede een ring met kern vóór het inpersen.

Figuur 6 in doorsnede een ring met ingeperste kèrn.

5 Figuur 7 in doorsnede een gerede treksteen.

UITVOERINGSVO ORBEELD I;

Vervaardiging van een treksteen door koudpersen (fig. 1 en 2). Met behulp van een eenvoudige hydraulische pers waarvan een deel van de persblokken 1 en 2 in fig. 1 10 is weergegeven en een stempel 3 wordt een holle cylinder b met een binnendiameter van "},6 mm rondom de kern 5 uit polykristallijne diamant met een diameter van 3»0 mm geperst in de holte van het metalen huis 6 uit ferritisch chroomstaal (AISI 4-30). De maten van de cylinder 4 uit 15 0,6 gew.$ Cr rest Cu waren zodanig gekozen, dat de ring een deformatie van 20$ onderging, voordat hij om de kern 5 klemde. De totale toegepaste perskracht bedroeg 2000 kgf. Vervolgens werd een afsluitprop 7 eveneens uit ferri-tisch chroomstaal (AISI 4-30) in de opening van het metalen 20 huis 6 geperst en in de kern b een trekkanaal 8 aangebracht door laserboren (fig. 2).

Met op deze wijze verkregen trekstenen werd bij trekproeven vastgesteld, dat zowel bij het trekken van wolfraamdraad (490 yum en kleinere diameters) als 25 van koperdraad (900 ^um en kleinere diameters) levensduren worden bereikt, die op zijn minst gelijk, doch in de meeste gevallen aanmerkelijk langer zijn dan met de in hard-metalen ringen gevatte synthetische diamanten. UITV0ERINGSV00RBEELD II: 30 Op de wijze als beschreven in voorbeeld I werd een treksteen onder toepassing van dezelfde materialen vervaardigd. De cylinder b werd echter voorverhit op een temperatuur van 625°C. De versteviging wordt in dit geval niet door koudverwarmen, doch direct door een coherente 35 precipitatieharding verkregen, waartoe de cylinder met kern na vervorming nog 5 minuten op 625°C wordt verhit.

De eigenschappen van op deze wijze verkregen trekstenen.

.......verschillen niet wezenlijk van die volgens voorbeeld I___________ 7904922 PHN 9498 7 verkregen zijn.

ÜITVOBRINGSVOORBEELD III:

Met behulp van een inrichting, waarvan de voor de nu volgende beschrijving van dit uitvoeringsvoorbeeld 5 belangrijke delen zijn geschetst in fig. 3 (gedeeltelijk in doorsnede) en 4 (in doorsnede) wordt een treksteen vervaardigd door een kern uit synthetische diamant in de opening van een verhitte ring te persen. De ring wordt daarbij niet wezenlijk vervormd zoals in uitvoeringsvoor-10 beeld I en II.

De inrichting omvat een hydraulische pers waarvan een deel van het persblok 30 is getekend, voorzien van een vast bovenstempel 31 en een beweegbaar onderstempel 32 en een buisvormige oven 33· Figuur 3 toont verder een 15 tweedelige matrijs 3^/35 met een beweegbare matrijsstempel 36. De matrijs 3^/35 is geplaatst op een schotel 37 die gedragen wordt door de stang 38 en daardoor verbonden is met het beweegbare onderstempel 32. Deze constructie is gekozen om warmteafvoer van de matrijs 3^/35 naar de onder-20 stempel te belemmeren.

Een doorsnede van de matrijs 3^/35 is weergegeven in fig. 4. De ondermatrijs 3^· is voorzien van een centraal gelegen opening 39» die aan een einde zo is gevormd, dat een ondersteuning 40 voor de ring 43 wordt gevormd. De 25 bovenmatrijs 35 is eveneens voorzien van een centrale opening 41, waarin een matrijsstempel 36 op en neer kan worden bewogen.

Een kern uit synthetische diamant wordt als volgt in een ring bevestigdï. De onderstempel 32 bevindt 30 zich tijdens de montage buiten de oven 33· Op de schotel 37 wordt de ondermatrijs 3^· geplaatst. Vervolgens wordt een ring 43 uit bijvoorbeeld 0,6 gew.$ Cr rest Cu (fig. 5) op de rand 40 in de ondermatrijs 34 geplaatst. Een kern uit synthetische diamant 42 wordt in de ring 43 geplaatst, 35 waartoe de opening 44 aan een einde iets verwijd is (diameter synthetische diamant 42, 3*00 mm, diameter opening 44: 2.65 mm, diameter verwijding 3>03 mm). De bovenmatrijs 35 wordt nu op de ondermatrijs 3^· geplaatst en_ de..

79 0 4 9 2 2 8 PHN 9498 matrijsstempel 36 in de opening 41 gebracht. De onderstempel 32 wordt zover omhoog bewogen, dat de matrijsstempel 36 het bovenstempel 31 raakt. Met behulp van de oven 33 wordt de matrijs verhit tot een temperatuur van 5 625°C is bereikt (temperatuur matrijs 3^-/35 wordt gemeten met een thermokoppel, niet getekend). Daarna wordt de onderstempel 32 verder omhoog bewogen tot de synthetische diamant 42 in de ring 43 is gedrukt, bij de genoemde temperatuur verloopt dit vrijwel drukloos. De atmosfeer in 10 de ruimte omsloten door de oven 33 was tijdens het verhitten en inpersen van de synthetische diamant 42 in de ring 43 zwak reducerend, waartoe een mengsel van stikstof en waterstof (21$) in de genoemde ruimte werd geblazen. Na het persen werd de ring 43 met kern 42 afgekoeld tot kamer-15 temperatuur in dezelfde atmosfeer. Fig. 6 toont de ring 43 met ingeperste kern 42. De verkregen combinatie wordt vervolgens zodanig nabewerkt, dat de as van het geheel zo goed mogelijk samenvalt met de as van de kern 42. De combinatie 42/43 wordt vervolgens koud in de opening van 20 een metalen huis 4,5 (fig. 7) uit ferritisch chroomstaal (AISI 430) geperst. Daarna wordt de opsluitprop 46 uit ferritisch chroomstaal (AISI 430) door persen aangebracht en de kern 42 van een trekkanaal door laserboren voorzien.

25 30 790 4 9 22 —----------- 35

Claims (7)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een trek-steen, waarbij een van een ring voorziene kern uit een materiaal zoals polykristallijne diamant, polykristallijne kubisch boornitride of een mengsel daarvan in een metalen 5 huis wordt bevestigd en de kern van een trekkanaal wordt voorzien, met het kenmerk, dat in een ring uit een metaal-legering, die verstevigd kan worden door een deformatie-en/of warmtebehandeling een kern klemmend wordt aangebracht onder versteviging van de ring en de kern met ring in een 10 metalen huis wordt bevestigd.

2. Werkwijze voor de vervaardiging van een treksteen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een kern van cylindrische vorm wordt toegepast.

3. Werkwijze voor de vervaardiging van een treksteen 15 volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de centrale opening van een metalen huis een holle cylinder uit een metaallegering wordt geplaatst, in de opening van de cylinder een kern met kleinere diameter dan die van de opening in de cylinder wordt geplaatst, de cylinder wordt 20 vervormd onder verkleining van de hoogte en de diameter van de centrale opening tot de kern klemmend ligt opgesloten in de op deze wijze gevormde ring.

4. Werkwijze voor de vervaardiging van een treksteen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de centrale opening van een ring uit een hardbare metaallegering de 7904922 PHN 9^98 \0 kern wordt geperst en de ring wordt gehard tot de gewenste versteviging is bereikt.

5. Werkwijze voor de vervaardiging van een treksteen volgens conclusie 3» met het kenmerk, dat een metaallege- 5 ring wordt toegepast, die bij verwarming na koude deformatie een verdere versteviging ondergaat.

6. Werkwijze voor de vervaardiging van een treksteen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een ring uit een koper legering die precipitatie gehard kan worden, 10 wordt toegepast.

7. Treksteen met het kenmerk, dat deze bestaat uit een kern uit een materiaal, zoals polykristallijne diamant, polykristallijn kubisch boornitride of mengsels daarvan, die klemmend ligt opgesloten in een ring uit een metaal- 15 legering die is gehard, welke is bevestigd in een metalen huis. 20 25 30 7904922 35