Int. Cl. 6 : B21C 3/02

Texto completo

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k

19 OFICINA ESPA ˜NOLA DE

PATENTES Y MARCAS ESPA ˜NA

N´umero de publicaci´on:

2 136 484

k 21umero de solicitud:

009502507

k 51Int. Cl.6:

B21C 3/02

C23C 16/26

k 12

SOLICITUD DE PATENTE

A1

k

22Fecha de presentaci´on: 21.12.1995 k

71 Solicitante/s: DE BEERS INDUSTRIAL

DIAMOND DIVISION (PROPRIETARY) LIMITED

Debid House, Corner Amethyststreet and Crownwood Road, Theta

Johannesburg, ZA

k

30Prioridad: 21.12.1994 GB 9426047

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43Fecha de publicaci´on de la solicitud: 16.11.1999 k

72 Inventor/es: Sussmann, Ricardo Simon y

Shafto, George Richard

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43 Fecha de publicaci´on del folleto de la solicitud:

16.11.1999

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74 Agente: Carpintero L´opez, Francisco

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54T´ıtulo: Matrices para trefilado.

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57Resumen:

Matrices para trefilado.

Un troquel de matriz para trefilado comprende un cuerpo de diamante CVD que posee un orificio que se extiende a trav´es del mismo. El troquel est´a caracte-rizado por la orientaci´on del cristal de diamante que es predominantemente radial. El troquel se puede producir depositando una capa de diamante por CVD sobre un alambre met´alico y separando el alambre para producir un manguito de diamante CVD.

ES

2

136

484

(2)

DESCRIPCION

Matrices para trefilado.

Antecedentes de la invenci´on

Esta invenci´on se refiere a matrices para tre-filado.

Las matrices para trefilado comprenden un n´ucleo de material duro montado en un soporte relativamente macizo y que posee un orificio for-mado axialmente en el mismo. El alambre es extraido a trav´es del orificio provocando su re-ducci´on de di´ametro. Ejemplos de materiales du-ros que han sido utilizados para formar el n´ucleo central de las matrices de trefilado son los car-buros cementados, los compactados de diamante y diamante CVD, es decir, diamante hecho por deposici´on de vapor qu´ımico.

El diamante es la sustancia m´as dura conocida por el hombre y se puede encontrar de manera na-tural o ser producido sint´eticamente. Un proce-dimiento de producir diamante sint´eticamente es la deposici´on por vapor qu´ımico (CVD). El mante producido por CVD se conoce como dia-mante CVD. El diadia-mante CVD se puede produ-cir proporcionando un compuesto gaseoso de car-bono tal como un hidrocarburo, sometie˜ndo el compuesto gaseoso de carbono auna energ´ıa tal como una energ´ıa de microondas para disociar el compuesto en iones, ´atomos o radicales que con-tengan carbono, en presencia de un gas de acti-vaci´on tal como el hidr´ogeno, y que permita que los iones, ´atomos o radicales que contienen car-bono se depositen sobre un substrato adecuado y formen una capa de diamante. Tales procedi-mientos est´an bien documentados en la literatura, incluyendo la literatura de patentes.

La Patente de Estados Unidos n´um. 5.361.621 describe una matriz para trefilar diamante CVD que posee granos m´as peque˜nos de diamante ad-yacentes a una superficie de crecimiento inicial del diamante con granos m´as grandes de diamante adyacentes a una superficie opuesta, con una abertura que posee una porci´on de formaci´on del alambre de secci´on transversal sustancialmente circular determinante del di´ametro del alambre posicionado de manera adyacente m´as pr´oxima a la superficie de crecimiento inicial en la regi´on de granos m´as peque˜nos que a la superficie final opuesta de grano grande. Una orientaci´on pre-ferida de los cristales de diamante es una en la que los cristales de diamante tengan una orien-taci´on<110>paralela, o esencialmente paralela, a la abertura u orificio que atraviesa la matriz. Una matriz similar de trefilado de diamante CVD se describe en la Patente de Estados Unidos n´um. 5.363.687.

La Patente de Estados Unidos n´um. 5.377.522 describe otra matriz de trefilado de diamante CVD que comprende un cuerpo que posee una superficie superior y una superficie inferior y una abertura u orificio que se extiende a trav´es del cuerpo desde la superficie superirr hasta la su-perficie inferior. Una orientaci´on preferida de los cristales de diamante es la orientaci´on en la que los cristales de diamante tengan una orientaci´on

<110> perpendicular a la direcci´on axial de la abertura. La matriz de trefilado se produce a partir de una pelicula de diamante policristalino.

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La matriz de trefilado p roducida a partir de tal pel´ıcula tendr´a la orientaci´on del cristal de dia-mante mostrada esquem´aticamente en la Figura 3 del dibujo anexo, es decir, unos pocos crista-les de diamante tendr´an una orientaci´on radial en relaci´on con la abertura, pero la mayoria de los cristales de diamante tendr´an una orientaci´on que no es radial, sino que es paralela, o esencialmente paralela, al di´ametro de la matriz.

Resumen de la invenci´on

De acuerdo con la presente invenci´on, un tro-quel de matriz de trefilar comprende un cuerpo de diamante CVD que posee un orificio de secci´on transversal sustancialmente circular que se ex-tiende a trav´es de aquel, siendo la orientaci´on predominante del cristal de diamante en el cuerpo radial con respecto al orificio. Una matriz para trefilado se puede producir a partir de este tro-quel rodeando el trotro-quel con un soporte relativa-mente macizo al que se asegura. Tal matriz para trefilado tambi´en constituye un aspecto de la in-venci´on.

De acuerdo con otro aspecto m´as de la in-venci´on, se dota de un procedimiento para hacer un troquel de matriz de trefilado como el descrito anteriormente, que comprende producir una capa de diamante por CVD sobre un alambre met´alico ofilamento no met´alico y separar el alambre o fi-lamento para producir un manguito de diamante CVD.

Breve descripci´on de los dibujos

La Figura 1 es una secci´on longitudinal de una realizaci´on de un troquel de matriz para trefilado de diamante CVD de acuerdo con la invenci´on,

La Figura 2 es una vista extrema del troquel de la Figura 1,

La Figura 3 es una vista extrema de troquel para matriz de trefilado producido por el proce-dimiento descrito en la Patente de los Estados Unidos n´um. 5.377.522,

La Figura 4 es una vista en perspectiva de un alambre met´alico que posee una capa de diamante CVD desarrollada sobre el mismo,

La Figura 5 es una secci´on transversal de una base que posee una pluralidad de alambres que se extienden desde la misma y sobre los que se ha depositado una capa de diamante CVD, y

La Figura 6 es una vista en planta de la Figura 5.

Descripci´on de las realizaciones

En la matriz de trefilado de la invenci´on, la orientaci´on dominante del cristal de diamante del cuerpo es radial en relaci´on con el orificio que se extiende a trav´es del mismo y por tanto perpen-dicular a la direcci´on de extracci´on del alambre. Con preferencia, la orientaci´on del diamante en la direcci´on radial es<110>´o<111>o una combi-naci´on de ambas para proporcionar el n´ucleo de diamante con la dureza y resistencia al desgaste ´

optimas en la superficie donde es m´as importante, es decir, la que se encuentra en contacto con el alambre. Tal orientaci´on predominante del cristal no se ha encontrado en ning´un troquel de matriz de trefilado de diamante CVD de la t´ecnica an-terior y proporciona la matriz de trefilado de la invenci´on con mejor dureza y resistencia al des-gaste y menor arranque de grano (part´ıcula) que en las matrices similares de la t´ecnica anterior.

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Con preferencia, al menos el 50 por ciento, de manera m´as preferente, al menos, el 75 por ciento, y a´un mejor, al menos, el 90 por ciento, de la orientaci´on del cristal de diamante del cuerpo es radial en relaci´on con el orificio.

El troquel de matriz de trefilar tiene en gene-ral una forma cil´ındrica que, en planta, puede ser circular, triangular, hexagonal, o rectangular.

El troquel de la matriz de trefilar de la in-venci´on puede estar circundado por un soporte relativamente macizo y asegurado a dicho soporte para producir una matriz de trefilado. El troquel puede estar asegurado al soporte por soldadura de lat´on, mec´anicamente o por medio de una combi-naci´on de ambas. Tales procedimientos de fijaci´on son conocidos en la t´ecnica. El soporte relativa-mente macizo est´a hecho normalmente de carburo cementado, acero o similar.

El troquel de la matriz de trefilar de la in-venci´on se produce depositando o produciendo una capa de diamante por CVD sobre un alam-bre met´alico o filamento no met´alico y retirando, a continuaci´on, el alambre o filamento para pro-ducir un manguito de diamante CVD. La capa depositada se extender´a obviamente de manera completa alrededor del alambre o filamento.

El manguito de diamante CVD, en particular si el alambre o filamexto sobre el que se ha depo-sitado la capa de diamante CVD es relativamente largo, puede ser dividido, por ejemplo cort´andolo, en uno o m´as puntos a lo largo de su longitud para producir dos o m´as manguitos o anillos m´as peque˜nos, cada uno de los cuales constituye un troquel de matriz de trefilar.

El alambre met´alico est´a t´ıpicamente seleccio-nado entre alambres de los metales de transici´on. Un ejemplo de metal particularmente apropiado es el wolframio.

El filamento no met´alico debe ser capaz de permitir que tenga lugar sobre el mismo el cre-cimiento del diamante CVD. Un ejemplo de tal filamento adecuado es un filamento de carburo de silicio.

Una pluralidad de manguitos de diamaxte CVD se pueden producir proporcionando una pluralidad de alambres o filamentos separados que se extiendan m´as all´a de la superficie de una base, depositando una capa de diamante CVD sobre cada alambre o filamento para proporcionar un recubrimiento de diamante CVD sobre los mis-mos, separando los alambres o filamentos recu-biertos de la base y retirando los alambres o fila-mentos para producir una pluralidad de mangui-tos de diamante CVD. Los alambres o filamenmangui-tos se pueden hacer del mismo material que la base o de un material diferente, tal como se ha descrito en lo que antecede.

Los alambres o filamentos se pueden retirar de las capas de CVD depositadas sobre los mis-mos por medio de procedimientos conocidos en la t´ecnica anterior, tales como por v´ıa ´acida.

Las realizaciones de la invenci´on se describir´an ahora con referencia a los dibujos adjuntos. Ha-ciendo referencia, en primer lugar, a las Figuras 1 y 2, aparecen representadas, respectivamente, una secci´on longitudinal de un troquel para trefi-lar diamante CVD seg´un la invenci´on y una vista extrema del mismo. El troquel comprende un

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

cuerpo (10) recto cil´ındrico circular que posee una superficie (12) externa perif´erica circular y un ori-ficio (14) localizado centralmente que se extiende a trav´es del mismo desde una superficie (16) plana hasta una superficie (18) plana opuesta.

El cuerpo (10) consiste en diamante CVD que posee la orientaci´on (20) del cristal de diamante (ilustrada esquem´aticamente) predominantemen-te radial en relaci´on con el orificio (14) circular. La orientaci´on (20) del cristal de diamante ser´a con preferencia la orientaci´on <110> ´o <111>

o una combinaci´on de ambas. Se observar´a por tanto que la orientaci´on predominante del cristal de diamante es perpendicular a la direcci´on de trefilado que proporciona un troquel con excelente dureza y resistencia a la abrasi´on y al desgaste y menor arranque de grano.

La orientaci´on del cristal de diamante del tro-quel de matriz de trefilado de la invenci´on ha de ser contrastada con la producida siguiendo las ense˜nanzas de la Patente de los Estados Unidns n´um. 5.377.522, descrita en lo que antecede. El troquel de la matriz de trefilado de esta Patente de los Estados Unidos se produce a partir de una pel´ıcula de diamante policristalino, ilustrada en la Figura 2 de la Patente. Tal troquel de matriz para trefilado tendr´a una orientaci´on del cristal de dia-mante seg´un se muestra esquem´aticamente en la Figura 3 del dibujo adjunto. Este modelo (22) de matriz de trefilado es tambi´en de forma cil´ındrica circular recta y posee una superficie (24) externa y un orificio (26) circular localizado centralmente que se extiende a trav´es del mismo. La orien-taci´on (28) del cristal de diamante se muestra es-quem´aticamente. Se apreciar´a que parte de la orientaci´on (28) del cristal de diamante es radial en relaci´on con el orificio (26), pero la orientaci´on predominante es paralela, o esencialmente para-lela, a un di´ametro del troquel.

Se puede producir una matriz de trefilado a partir del troquel descrito en lo que antecede e ilustrado en las Figuras 1 y 2 mediante la fijaci´on, por ejemplo, por soldadura de lat´on, mec´anicamente o por una combinaci´on de ambas, de la superficie (12) externa a un soporte relati-vamente macizo.

El troquel de matriz para trefilado de la in-venci´on se puede producir por el procedimiento que se describir´a ahora con referencia a la Figura 4. Haciendo referencia a esta Figura, se propor-ciona un alambre (30), tal como un alambre de wolframio, y se hace crecer sobre el mismo una capa (32) de diamante CVD por procedimientos conocidos en la t´ecnica. La capa de diamante CVD se extender´a completamente alrededor del alambre. La capa (32) crece de manera sim´etrica sobre el alambre, dot´andole de un espesor uni-forme. El alambre puede ser retirado a conti-nuaci´on, por ejemplo por v´ıa ´acida, dejando una manguito de diamante CVD que posee un orificio que se extiende a su trav´es. Este manguito puede constituir el troquel de matriz de trefilado. Al-ternativamente, si se desean troqueles que posean un espesor menor, es decir, una distancia menor entre las superficies (16) y (18), se puede dividir despu´es el manguito, por ejemplo mediante corte o por v´ıa qu´ımica, a lo largo de su longitud en uno o m´as puntos para producir una pluralidad

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de manguitos o anillos m´as pequenos, cada uno de los cuales constituye un troquel de matriz para trefilado.

Una posible ventaja del procedimiento de la invenci´on consiste en que el orificio del troquel de la matriz de trefilado se produce en la fuente y no ha de ser conformado por el usuario final.

Se puede producir una pluralidad de mangui-tos de diamante CVD mediante un procedimiento que se describir´a ahora con referencia a las Figu-ras 5 y 6. Haciendo referencia a estas FiguFigu-ras, se proporciona una base (40), hecha de un material tal como molibdeno, y que presenta una super-ficie (42) inferior y una supersuper-ficie (44) superior. Localizados en la base (40) y extendi´endose desde su superficie (44) existen una pluralidad de alam-bres (46) de wolframio separados. Una capa (48) de diamante CVD se deposita sobre la superficie (44) y sobre cada alambre individual para dotar a cada alambre con un recubrimiento de diamante

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CVD, seg´un se ilustra. A continuaci´on, se separan los alambres recubiertos, por ejemplo mediante corte o por v´ıa qu´ımica a lo largo de la l´ınea (52) punteada, y se cortan o se dividen qu´ımicamente de nuevo a lo largo de la l´ınea (54) punteada para producir una pluralidad de alambres recubiertos de diamante CVD, seg´un se ilustra en la Figura 4. Los alambres se pueden retirar para producir manguitos de diamante CVD y los manguitos op-cionalmente se pueden volver a cortar, seg´un se describe en lo que antecede.

En una variante a la realizaci´on de las Figu-ras 5 y 6, los alambres (46) se pueden hacer del mismo material que la base (40). Estos se pue-den conformar, por ejemplo, mediante desgaste por medio de erosi´on por chispa para proporcio-nar una superficie de la base con un perfil puntia-gudo. Las puntas formar´an parte integral con la base y actuar´an como elementos alternativos de los alambres (46).

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REIVINDICACIONES

1. Un troquel de matriz para trefilado que se

caracterizaporque comprende un cuerpo de

dia-mante CVD que posee un orificio de secci´on trans-versal sustancialmente circular que se extiende a su trav´es, siendo la orientaci´on predominante del cristal de diamante del cuerpo radial en relaci´on con el orificio.

2. Un troquel de matriz para trefilado de acuerdo con la reivindicaci´on 1, que se

carac-teriza porque al menos el 50 por ciento de la

orientaci´on del cristal de diamante es radial en relaci´on con el orificio.

3. Un troquel de matriz para trefilado de acuerdo con la reivindicaci´on 1, que se

carac-teriza porque al menos el 75 por ciento de la

orientaci´on del cristal de diamante es radial en relaci´on con el orificio.

4. Un troquel de matriz para trefilado de acuerdo con la reivindicaci´on 1, que se

carac-teriza porque al menos el 90 por ciento de la

orientaci´on del cristal de diamante es radial en relaci´on con el orificio.

5. Un troquel de matriz para trefilado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracterizaporque la orien-taci´on del cristal de diamante es la orientaci´on

<110>o la<111>o una combinaci´on de ambas. 6. Un troquel de matriz para trefilado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que secaracterizaporque el cuerpo es de forma cil´ındrica.

7. Un troquel de matriz para trefilado de acuerdo con la reivindicaci´on 6, que se

carac-terizaporque la forma del cuerpo, en planta, es

circular, triangular, hexagonal, cuadrada o rec-tangular.

8. Una matriz para trefilado, que se

carac-terizaporque comprende un troquel de acuerdo

con una cualquiera de las reivindicaciones prece-dentes circundado por un soporte relativamente macizo al que est´a asegurado.

9. Una matriz para trefilado de acuerdo con la reivindicaci´on 7, que secaracterizaporque el

so-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

porte relativamente macizo est´a hecho de carburo cementado, acero o similar.

10. Una matriz para trefilado de acuerdo con la reivindicaci´on 7 ´o la reivindicaci´on 8, que se

ca-racterizaporque el troquel se asegura al soporte

por medio de soldadura de lat´on, mec´anicamente o por una combinaci´on de ambas.

11. Un procedimiento para hacer un troquel de matriz para trefilado de acuerdo con una cual-quiera de las reivindicaciones 1 a 7, que se

carac-teriza porque comprende producir una capa de

diamante por CVD sobre un alambre met´alico o un filamento no met´alico y retirar el alambre o el filamento para producir un manguito de diamante CVD.

12. Un procedimiento de acuerdo con la rei-vindicaci´on 11, que se caracteriza porque el manguito se divide por uno o m´as puntos a lo largo de su longitud para producir dos o m´as man-guitos m´as peque˜nos.

13. Un procedimiento de acuerdo con la rei-vindicaci´on 11 o la reivindicaci´on 12, que se

ca-racteriza porque la capa de diamante CVD se

produce sobre un alambre met´alico seleccionado entre alambres de metales de transici´on.

14. Un procedimiento de acuerdo con la rei-vindicaci´on 13, que secaracterizaporque el me-tal es wolframio.

15. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, que se

caracteriza porque se proporciona una

plurali-dad de alambres o filamentos separados que se ex-tienden m´as all´a de una superficie de una base, se deposita una capa de diamante CVD sobre cada alambre o filamento para proporcionar un recu-brimiento de diamante CVD sobre los mismos, se separan de la base los alambres o filamentos recubiertos y se retiran los alambres o filamen-tos para producir una pluralidad de manguifilamen-tos de diamante de CVD.

16. Un procedimiento de acuerdo con la rei-vindicaci´on 15, que se caracteriza porque los alambres o filamentos recubiertos se separan de la base por medio de corte.

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OFICINA ESPA ˜NOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPA ˜NA k 21 N.◦ solicitud:

009502507

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22 Fecha de presentaci´on de la solicitud: 21.12.1995

k

32 Fecha de prioridad: 21.12.1994

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

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51 Int. Cl.6: B21C 3/02, C23C 16/26

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categor´ıa Documentos citados Reivindicaciones

afectadas

X EP 0494799 A (DE BEERS) 15.07.1992, todo el documento. 1-10

Y 11-15

Y EP 0559329 A (GENERAL ELECTRIC) 08.09.1993, columna 3, 11-15 l´ınea 50 - columna 7, l´ınea 45.

A EP 0584833 A (SUMITOMO) 02.03.1994 1,8,11

Categor´ıa de los documentos citados

X: Y: A:

de particular relevancia

de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categor´ıa

refleja el estado de la t´ecnica

O: P: E:

referido a divulgaci´on no escrita

publicado entre la fecha de prioridad y la de presentaci´on de la solicitud

documento anterior, pero publicado despu´es de la fecha de presentaci´on de la solicitud

El presente informe ha sido realizado

× para todas las reivindicaciones para las reivindicaciones n◦:

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