JPH11314112A - 応力を低減させるための非円筒形境界形状を有する線引きダイス - Google Patents

応力を低減させるための非円筒形境界形状を有する線引きダイス

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JPH11314112A
JPH11314112A JP10289914A JP28991498A JPH11314112A JP H11314112 A JPH11314112 A JP H11314112A JP 10289914 A JP10289914 A JP 10289914A JP 28991498 A JP28991498 A JP 28991498A JP H11314112 A JPH11314112 A JP H11314112A
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wire
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JP10289914A
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Erik O Einset
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    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C3/00—Profiling tools for metal drawing; Combinations of dies and mandrels for metal drawing
    • B21C3/02—Dies; Selection of material therefor; Cleaning thereof
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C3/00—Profiling tools for metal drawing; Combinations of dies and mandrels for metal drawing
    • B21C3/02—Dies; Selection of material therefor; Cleaning thereof
    • B21C3/025—Dies; Selection of material therefor; Cleaning thereof comprising diamond parts

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】残留応力が低く、実用寿命が長い線引ダイスを
提供する。 【解決手段】成形体部材７２は、その縦方向長さ全域に
わたり中心軸７５線の周囲に延在する開口６８を収容す
るのに適合しており、開口は、入口端の導入部、開口を
通して引抜かれる線材が成形体部材と最初に接触する絞
り部４２、整形部及び逃げ部で構成され、入口端から絞
り部にかけて内向テーパが付けられている。かかる線引
ダイス用ブランクにおける改良点は、中心軸線から境界
面７４までの半径方向距離が入口端から内向きに減少
し、かつ整形部よりも手前で最小値に達し、それ以後は
出口端まで実質的に一定に保たれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は線引ダイスに関するものであ
り、より詳細には、超硬合金（cementedmetal carbid
e）で支持された多結晶質ダイヤモンド（ＰＣＤ）又は
多結晶質立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）成形体から形成
され、改善された物理的性質を与えるために成形体層と
支持体層の間に非円筒形の境界面を設けた線引ダイスに
関する。
【０００２】成形体は一般にダイヤモンドやＣＢＮのよ
うな研磨材粒子の焼結多結晶質塊からなる一体結合構造
物として特徴付けられる。かかる成形体は結合母材や第
２相を用いずに結着し得るが、米国特許第４０６３９０
９号及び同第４６０１４２３号に記載されている通り、
適当な結合母材を使用するのが一般に好ましく、結合母
材は普通はコバルト、鉄、ニッケル、白金、チタン、ク
ロム、タンタル、銅又はそれらの合金もしくは混合物等
の金属である。約５〜３５体積％配合される結合母材
は、ＣＢＮに対するアルミニウム又はダイヤモンドに対
するコバルトのような、再結晶又は成長触媒をさらに含
んでいてもよい。
【０００３】多くの用途では、成形体を基板材料に接合
することにより成形体を支持して積層構造物又は支持成
形体とするのが好ましい。通例、基板材料は超硬合金と
して準備され、例えば、炭化タングステン、炭化チタン
もしくは炭化タンタル粒子又はそれらの混合物を約６〜
約２５重量％のコバルト、ニッケル、鉄又はそれらの混
合物もしくは合金等の金属のバインダーで互いに結合し
たものからなる。成形体及び支持成形体は、例えば米国
特許第３３８１４２８号、同第３８５２０７８号及び同
第３８７６７５１号等にみられる通り、切削工具用及び
目直し工具用の部品もしくはブランク、ドリルビット、
又は摩耗部品もしくは摩耗面として様々な用途に使用さ
れている。
【０００４】本発明に関連したタイプの多結晶質成形体
及び支持成形体を製造するための基本的なＨＰ／ＨＴ法
は、米国特許第２９４７６１１号、同第２９４１２４１
号、同第２９４１２４８号、同第３６０９８１８号、同
第３７６７３７１号、同第４２８９５０３号、同第４６
７３４１４号及び同第４９５４１３９号に詳述されてい
るタイプのＨＴ／ＨＰ装置の反応セル内に配置された保
護遮蔽金属囲い中にダイヤモンド、ＣＢＮ又はそれらの
混合物等の結晶質研磨材粒子の未焼結層を配置すること
からなる。ダイヤモンド粒子の焼結を意図する場合、囲
いには研磨材粒子と共に金属触媒、並びに研磨材粒子を
支持して支持成形体とするための超硬合金の予備成形体
を配置してもよい。反応セル内容物は、次いで、隣接研
磨材粒子同士の結晶間結合及び所望により焼結粒子と超
硬合金支持体との接合を生じるのに十分な選択された加
工処理条件に付される。かかる加工処理条件には、一般
に、１３００℃以上の温度及び２０キロバール以上の圧
力を約３〜１２０分間課すことが必要とされる。
【０００５】多結晶質ダイヤモンド成形体又は支持成形
体の焼結に関して、金属触媒は予め圧密した状態で結晶
質研磨材粒子に隣接して配置し得る。例えば、金属触媒
を環状体として形成してその内部に結晶質研磨材粒子の
円柱体を収容してもよいし、或いは金属触媒を円板とし
て形成してその上方又は下方に結晶質研磨材層を配置し
てもよい。別法として、溶媒としても知られる金属触媒
を粉末状態で準備して結晶質研磨材粒子と混合してもよ
いし、或いは結合剤（cementing agent）をダイヤモン
ドの再結晶又は成長のための触媒又は溶媒とする超硬合
金粉末又は炭化物成形粉末としてこれを冷間圧縮成形し
てもよい。通例、金属触媒はコバルト、鉄、ニッケル又
はそれらの合金もしくは混合物から選択されるが、ルテ
ニウム、ロジウム、パラジウム、クロム、マンガン、タ
ンタル、銅並びにそれらの合金及び混合物等のその他の
金属も使用し得る。
【０００６】上記特定ＨＴ／ＨＰ条件下では、金属触媒
はいかなる形態で準備するにせよ拡散又は毛細管作用に
よって研磨材層中に浸透もしくは「スウィープ」し、再
結晶又は結晶間成長のための触媒又は溶媒として利用可
能になる。ＨＴ／ＨＰ条件は、ダイヤモンド相と黒鉛相
の間の平衡線よりも上の熱力学的ダイヤモンド安定領域
で作業され、研磨材粒子の圧縮をもたらすが、これは隣
接結晶粒間で各結晶格子の一部が共有されたダイヤモン
ド結晶粒間結合で特徴付けられる。好ましくは、成形体
における或いは支持成形体の研磨ケーブルにおけるダイ
ヤモンド濃度は約７０体積％以上である。ダイヤモンド
成形体及び支持成形体の製造方法は、米国特許第３１４
２７４６号、同第３７４５６２３号、同第３６０９８１
８号、同第３８５０５９１号、同第４３９４１７０号、
同第４４０３０１５号、同第４７９７３２６号及び同第
４９５４１３９号に詳述されている。
【０００７】多結晶質ＣＢＮ成形体及び支持成形体の焼
結に関しては、かかる成形体及び支持成形体はダイヤモ
ンド成形体の製造方法に準じて製造される。ただし、上
述の「スウィープ」法によるＣＢＮ成形体の製造では、
結晶質ＣＢＮ層に浸透させる金属は必ずしもＣＢＮの再
結晶のための触媒又は溶媒である必要はない。従って、
コバルトはＣＢＮ再結晶のための触媒又は溶媒ではない
が、コバルト／炭化タングステン系超硬合金（cobat-ce
mented tungsten carbide）基板から結晶質ＣＢＮ層の
間隙内にコバルトを浸透させることによって上記基板を
多結晶質ＣＢＮ成形体に接合し得る。間隙内のコバルト
はむしろ多結晶質ＣＢＮ成形体と焼結炭化タングステン
基板とのバインダーとして機能する。
【０００８】ダイヤモンドの場合と同様に、ＣＢＮのＨ
Ｔ／ＨＰ焼結プロセスはＣＢＮが熱力学的安定相である
条件下で実施される。このような条件下では、隣接ＣＢ
Ｎ結晶粒間での結晶間結合も達成されるものと推測され
る。かかる成形体における或いは支持成形体の研磨ケー
ブルにおけるＣＢＮ濃度は好ましくは約５０体積％以上
である。ＣＢＮ成形体及び支持成形体の製造方法は米国
特許第２９４７６１７号、同第３１３６６１５号、同第
３２３３９８８号、同第３７４３４８９号、同第３７４
５６２３号、同第３８３１４２８号、同第３９１８２１
９号、同第４１８８１９４号、同第４２８９５０３号、
同第４６７３４１４号、同第４７９７３２６号及び同第
４９５４１３９号に詳述されている。米国特許第３７６
７３７１号には、約７０体積％以上のＣＢＮと約３０体
積％以下のバインダー金属（コバルト等）を含有するＣ
ＢＮ成形体の具体例が開示されている。
【０００９】米国特許第４３３４９２８号に記載されて
いる通り、多結晶質成形体のさらに別の形態は、必ずし
も直接結合又は結晶粒間結合を呈する必要がなく、金属
もしくは合金、セラミック又はそれらの混合物の第２の
相を有するダイヤモンド又はＣＢＮ粒子の多結晶質塊体
である。この第２物質相は結晶質研磨材粒子に対する結
合剤として機能するらしい。超硬合金の第２相を含む多
結晶質ダイヤモンド成形体及び多結晶質ＣＢＮ成形体が
かかる「連合（conjoint）」多結晶質研磨材成形体の具
体例である。かかる成形体は、約７００℃を超える使用
温度を有するので、金属含有成形体に比べて成形体とし
て「熱安定」であると考えられる。米国特許第４３３４
９２８号に記載の８０〜１０体積％のＣＢＮ及び２０〜
９０体積％の窒化物バインダー（窒化チタン等）を含ん
でなる成形体も熱安定材料の具体例と考えられる。
【００１０】支持ＰＣＤ及びＣＢＮ成形体は、切削工具
及び目直し工具、ドリルビット、並びにかかる成形体の
硬さと摩耗特性の活用される同様の用途で広く使用され
てきた。具体的には、かかる成形体は、タングステン、
銅、鉄、モリブデン及びステンレス鋼等の金属の素材を
線引加工するためのダイスに組込まれてきた。通例、こ
れらの線引ダイスは概略環状の外側金属炭化物支持体で
包囲され接合している。成形体の中心軸線に沿って成形
体を貫通するように穴その他の開口が設けられており、
それを通して金属素材を引抜いて直径の減少した線製品
に伸線する。かかる汎用タイプの線引ダイス及びそれら
の製造方法は、米国特許第３８３１４２８号、同第４０
１６７３６号、同第４１２９０５２号、同第４１４４７
３９号、同第４３０３４４２号、同第４３７０１４９
号、同第４３７４９００号、同第４５３４９３４号、同
第４８２８６１１号、同第４８７２３３３号及び同第５
０３３３３４号に記載されている。
【００１１】本発明に関連した線引ダイスの製造に関し
て、様々な方法を使用し得るものの、米国特許第３８３
１４２８号及び同第４５３４９３４号に記載されている
ようなＨＴ／ＨＰ焼結プロセスが好ましいと考えられ
る。一般の支持成形体の製造と同様に、好ましいＨＴ／
ＨＰ焼結プロセスではＣＢＮ又はＰＣＤ粒子の塊体にコ
バルトのような触媒金属又はバインダー金属を浸透させ
る。線引ダイス製造プロセスでは、かかる粒子は周囲の
金属炭化物環状体からなる支持体の内部に装填される。
上記に規定する加工処理条件において、支持体からの金
属及び任意には軸方向に配置された円板からの金属が半
径方向及び／又は軸方向に結晶質塊体の間隙中に浸透す
る。粒子塊内部で、浸透金属が独立したバインダー相を
形成し、かつ少なくともＰＣＤに関しては顕著な結晶間
結合を生じる。かかる金属はさらに焼結成形体を支持体
に接合して一体構造物を形成する。線引用の穴は、仕上
段階としてレーザ穿孔その他の機械加工技術によって焼
結成形体に形成し得る。別法では、粒子塊体内に軸方向
に配置した線材を設けることにより穴を予め形成しても
よく、線材は塊体焼結後に適当な酸その他の溶媒中に溶
解するか或いは機械加工技術によって取り除けばよい。
【００１２】支持成形体全般に関しては、米国特許第４
７９７３２６号に詳述されている通り、支持体と多結晶
質研磨材との接合には化学的要素に加えて物理的要素が
関与していて、これらの要素はそれぞれの層を形成する
材料が相互作用する場合に接合面で発生するものと推測
される。接合の物理的要素は、超硬合金支持体層に比べ
て多結晶質研磨材層の熱膨張率（ＣＴＥ）が相対的に小
さいことから生じるらしい。すなわち、支持成形体ブラ
ンクをＨＴ／ＨＰ加工処理条件から周囲条件まで冷却す
る際、支持体層が残留引張応力を保持していて、そのた
めそれに支持された多結晶質成形体に半径方向圧縮荷重
を与えることが観察されている。かかる荷重は多結晶質
成形体を概して圧縮状態に保ち、それにより積層体の破
壊靱性、衝撃強さ及び剪断強さを改善する。線引ダイス
の構成においては、支持環は概して都合のよいことに中
央の多結晶質コアに対して半径方向及び軸方向の圧縮力
を発揮することが観察されている。しかし、残留引張応
力の局在化領域が線引ダイスのスロート部もしくは絞り
部に存在することが知られている。
【００１３】ただし、線引作業に際しては、ダイスの接
触面と伸線加工される線材の接触面の間で法線摩擦力が
発生することが知られている。かかる力は応力を生じる
が、こうした応力がＨＴ／ＨＰ成形プロセスの残留応力
と組合わさるとダイスの実用寿命及び性能特性に悪影響
を及ぼすことが観察された。破壊は主にダイスの開口内
又は成形体層の外面（すなわち、軸方向表面）で起こる
という知見も得られた。
【００１４】さらに、一般の支持成形体の商業生産にお
いて、ＨＴ／ＨＰ装置の反応セルから回収された製品又
はブランクについては、放電加工又はレーザ加工による
切削、フライス削り及び特に成形体外面から付着遮蔽金
属を除去するための研削を始めとする様々な仕上作業が
常套的に施される。かかる仕上作業は、ダイヤモンド又
はＣＢＮ研磨ケーブルの厚さ及び／又は炭化物支持体の
厚さに関する製品仕様を満足する円筒形等の形状に成形
体を機械加工するのにも使用される。特に線引ダイスに
関しては、使用前に、ダイスを収容リングその他の支持
アセンブリにろう付けするのが一般的である。ただし、
かかる仕上及びろう付け作業中に、ＨＴ／ＨＰ加工処理
及び室温への冷却の際の熱サイクルに暴露されたことの
あるブランクの温度がかかる作業の熱効果のため上昇す
る可能性があることが理解されよう。各々の熱サイクル
では、相対的に高い熱膨張率（ＣＴＥ）を有する炭化物
支持体はそれに支持された研磨材成形体よりも膨張度が
大きい。加熱及び冷却の際、発生した応力は主に成形体
層の変形によって除去されるが、これは成形体層の応力
割れや支持体からの離層を生じかねない。
【００１５】支持成形体の線引ダイスの性能を改善する
ため各種の提案がなされている。これに関して、米国特
許第４３７４９００号には、モリブデンを主成分として
含むサーメット材料でダイヤモンド成形体の周りを取り
囲むことが提案されている。このサーメットは高温で高
度の塑性変形と高い剛性を有すると記載されている。米
国特許第５０３３３３４号には、成形体の外面をメタラ
イズし、次いで支持体の合せ面にろう付けした線引ダイ
スが開示されている。かかるダイスは成形体部材と支持
部材との接合強さが向上していると記載されている。
【００１６】最近では、本願出願人に譲渡された米国特
許第５６６００７５号（以下「０７５号」特許）に、図
２（これについては以降で詳しく説明する）に示すよう
に、炭化物支持体／多結晶質ダイヤモンドの境界をダイ
スの中心軸線から半径方向距離がダイスの入口端と出口
端の中間部で最小となるようにすることによって線引ダ
イスの物理的性質を改善することが提案されている。こ
うすることでダイス開口面に加わる残留引張応力は低減
するが、図１（これについては以降で詳しく説明知る）
に示すような従来の線引ダイスよりも製造コストが高く
なる。
【００１７】これら従来の提案にもかかわらず、線引ダ
イスの一層の改良は産業界で歓迎されるはずである。特
に望ましいのは、残留応力が低減し、それに伴って実用
寿命が延び、破壊し易さが低減し、かつ機械加工性及び
摩耗特性の改善されたものである。このように、物理的
性質の改善された線引ダイスに対するニーズは今なお存
在している。
【００１８】
【発明の概要】ＰＣＤは、例えば銅やその合金、各種の
鋼及びその他の貴金属等の金属線を引抜加工する際のダ
イス材料として常用される。例えば高張力鋼の引抜加工
の場合、一般的な破壊モードは線材がダイヤモンド材料
と最初に接触するダイスの導入部又は絞り部に摩耗リン
グが形成されることである。使用中、この摩耗リングは
ダイスの中心軸下方に移動して、遂には線材の破断を引
き起こしたり、線材に不都合な残留応力を与えたり、或
いは形状の狂った製品を生じたりする。
【００１９】線引ダイスの寿命を延ばすには、摩耗リン
グの形成速度を低下させることが望ましい。摩耗リング
は多分通例引張応力下にあるＰＣＤその他の材料表面の
経時的な点食によって形成される。このような引張応力
を低減或いは圧縮応力へと変換できれば、作業中の摩耗
リングの形成速度は遅くなるはずである。本発明は、超
硬合金環状体／多結晶質部材の境界面がダイスの入口端
から摩耗リング部近傍にかけて内向きに延在するように
すれば、成形体内の応力を実質的に減少させることがで
き、それにより実用寿命が延びるという発見に基づく。
さらに、あとのダイスの出口端に至るまでの部分につい
ての境界面形状は格段に重要性が低く、例えば従来通り
の円筒形のままでもよい。本発明の線引ダイスの性能は
０７５号特許に開示された線引ダイスの性能にたとえ及
ばないとしても、予想される製造コストの削減及び製造
の容易さを勘案すると、従来の円筒形の境界面の線引ダ
イス製品に比べて格段に改善された魅力的な代替製品と
なる。
【００２０】従って、本発明は、入口端から出口端にま
での縦方向長さを有するとともに中心軸線の周囲半径方
向に延在して縦方向長さ全域にわたり円筒形内腔を画定
する環状超硬合金支持部材と、上記支持部材の内腔内に
収容され、かつ中心軸線からある半径方向距離で中心軸
線に沿って線引入口端から線引出口端まで延在する境界
面にて上記支持部材に接合している円筒形焼結多結晶質
成形体部材とからなる線引ダイスへと転換されるブラン
クの改良に関する。上記成形体部材は、その縦方向長さ
全域にわたり中心軸線の周囲に延在する開口を収容する
のに適合しており、該開口は、入口端の導入部、開口を
通して引抜かれる線材が成形体部材と最初に接触する絞
り部、整形部及び逃げ部で構成され、入口端から絞り部
にかけて内向テーパが付けられている。かかる線引ダイ
ス用ブランクにおける改良点は、中心軸線から境界面ま
での半径方向距離が上記入口端から内向きに減少し、か
つ上記整形部よりも手前で最小値に達し、それ以後は上
記出口端まで実質的に一定に保たれることにある。
【００２１】本発明の別の態様は、入口端から出口端に
までの縦方向長さを有するとともに中心軸線の周囲半径
方向に延在して縦方向長さ全域にわたり円筒形内腔を画
定する環状超硬合金支持部材と、上記支持部材の内腔内
に収容され、かつ中心軸線からある半径方向距離で中心
軸線に沿って線引入口端から線引出口端まで延在する境
界面にて上記支持部材に接合している円筒形焼結多結晶
質成形体部材とからなる線引ダイスの改良に関する。上
記成形体部材は、その縦方向長さ全域にわたり中心軸線
の周囲に延在する開口を収容するのに適合しており、該
開口は、入口端の導入部、開口を通して引抜かれる線材
が成形体部材と最初に接触する絞り部、整形部及び逃げ
部で構成され、入口端から絞り部にかけて内向テーパが
付けられている。かかる線引ダイスにおける改良点は、
中心軸線から境界面までの半径方向距離が上記入口端か
ら内向きに減少し、かつ上記整形部よりも手前で最小値
に達し、それ以後は上記出口端まで実質的に一定に保た
れることにある。
【００２２】本発明のさらに別の態様は、高温高圧（Ｈ
Ｐ／ＨＴ）プロセスで線引ダイス用のブランクを製造す
るための方法に関する。この方法は、入口端から出口端
までの縦方向長さを有するとともに中心軸線の周囲半径
方向に延在して縦方向長さ全域にわたり円筒形内腔を画
定する環状超硬合金支持部材を含んでなる反応セルアセ
ンブリを準備することから始める。この反応セルアセン
ブリは上記支持部材の内腔内に収容された結晶質粒子の
焼結性塊体も含んでいる。当該方法は上記反応セルアセ
ンブリをＨＰ／ＨＴ条件に付すことによって続けられる
が、当該ＨＰ／ＨＴ条件は上記結晶質粒子の塊体が多結
晶質成形体に焼結され、該成形体の縦方向長さ全域にわ
たり中心軸線の周囲に延在する開口で、入口端の導入
部、開口を通して引抜かれる線材が成形体部材と最初に
接触する絞り部、整形部及び逃げ部で構成されていて入
口端から絞り部にかけて内向テーパの付いた開口を収容
するのに適合している多結晶質成形体を形成するのに有
効なものとして選択される。上記ＨＰ／ＨＴ条件は、上
記成形体が中心軸線に沿って延在する境界面にて上記支
持部材と接合し、中心軸線から境界面までの半径方向距
離が上記入口端から内向きに減少し、かつ上記整形部よ
りも手前で最小値に達し、それ以後は上記出口端まで実
質的に一定に保たれるようにするのに有効なものとして
も選択される。
【００２３】本発明の利点には、実用寿命の延長及び破
壊し易さの低下を促すように調整された残留応力を有す
る線引ダイス及びそのブランクが得られることがある。
もう一つの利点は、改善された機械加工性、性能及び摩
耗特性を有する線引ダイス及びそのブランクが得られる
ことである。上記その他の利点は、本明細書の開示から
当業者が容易に理解できるであろう。
【００２４】本発明の本質及び利点を十分に理解するに
は、以下の詳細な説明を添付図面と共に参照する必要が
あろう。以下の本発明の説明に関して添付の図面を説明
する。
【００２５】
【実施形態の説明】図１を参照すると、実質的に先行技
術による線引ダイスが符号１０として、境界面もしくは
接合面１４にて超硬合金支持体層１６と接合した内側の
多結晶質成形体部材１２を含むものとして示してある。
引抜加工すべき線材を受け入れるため、符号１８で表す
線引用開口もしくはスロートが成形体部材１２内を貫通
して設けられている。これに関して、所定の直径
（ｄ1）の素線１９を矢印２０で示す方向に開口１８に
通して引抜いて減少した直径（ｄ2）の線製品へと伸線
加工する。線引用開口１８は、好ましくは、引抜加工す
べき線材１９に対峙して二重又は区分テーパを有するよ
うに構成され、中心軸線２４の回りに特徴的回転面を画
定する。線材１９が成形体部材１２と最初に接触する部
分もしくは領域２２が上述の摩耗リングである。使用
中、この摩耗リング２２はダイス１０の軸２４に沿って
下方に移動し、遂には線材１９の破断を引き起こした
り、線材１９に不都合な残留応力を与えたり、或いは形
状の狂った製品を生じたりする。線引ダイスの寿命を延
ばすには、摩耗リングの形成速度を低下させることが望
ましい。摩耗リング２２は多分通例引張応力下にある成
形体部材１２の表面の経時的な点食によって形成され
る。このような引張応力を低減或いは圧縮応力へと変換
できれば、作業中の摩耗リングの形成速度は遅くなるは
ずである。以上の説明に基づいて、当技術分野では、線
引ダイス１０には、導入部１、絞り部２，整形部３及び
逃げ部４という四つの別個のゾーンが一般に認められて
いる。
【００２６】図２を参照すると、米国特許第５６６００
７５号に従う従来技術の線引ダイスが符号３０として、
内側の焼結多結晶質成形体部材３２と外側の支持部材３
４を含むものとして示してある。支持部材３４は、縦方
向長さ（ｌ）を有し、かつその全長にわたって内腔３８
を画定するように中心軸線３６の回りに延在するものと
して構成される。成形体部材３２は支持部材３４の内腔
３８の内部に収容され、境界面４０にて支持部材と接合
する。図１に関して説明したのと実質的に同様にして矢
印４６の方向に引抜加工すべき線材（図示せず）を受け
入れるため、上記と同様に、軸３６の回りに概略テーパ
付回転面４４を画定する線引用開口もしくはスロート４
２が成形体部材３２を貫通して設けられている。ただ
し、ここでの境界面４０は、軸３６に沿って、軸３６か
ら第一局部的最大半径方向距離（ｒ 1）だけ離隔した入
口端４８から、軸３６から第二局部的最大半径方向距離
（ｒ2）だけ離隔した出口端５０に至るまで延在する。
中間領域５２は、軸３６から局部的最小半径方向距離
（ｒ3）だけ離隔して示してある。この場合も、図２に
は示してはいないが、上記の４つのゾーンが存在する。
【００２７】図３を参照すると、本発明の線引ダイス６
０が、境界面もしくは接合面６３にて超硬合金支持体層
６６と接合した内側多結晶質成形体６２を含むものとし
て示してある。引抜加工すべき線材を受け入れるため、
符号６８で表す線引用開口もしくはスロートが成形体部
材６２を貫通して設けられていて、軸７５の回りに概略
テーパ付回転面６４を画定する。これに関して、所定の
直径（ｄ1）の素線６９を矢印７０で示す方向に開口６
８に通して引抜いて減少した直径（ｄ2）の線製品へと
伸線加工する。線引用開口６８は、好ましくは、引抜加
工すべき線材６９に対峙して二重又は区分テーパを有す
るように構成され、中心軸線７５の回りに特徴的回転面
を画定する。線材６９が成形体部材７２と最初に接触す
る部分もしくは領域７２が上述の摩耗リングである。
【００２８】摩耗リング７２において線材６９が及ぼす
局部応力は、境界面７４を、中心軸線７５から境界面７
４までの半径方向距離がｒe である入口端７６から、中
心軸線７５から境界面７４までの半径方向距離がｒwrで
ある摩耗リング７２に至るまでｒe＞ｒwrとなるテーパ
を付けて構成することによって適応させることができ
る。換言すれば、境界面７４のテーパは整形部３の手
前、すなわち導入部１又は絞り部２に付けるべきであ
る。摩耗リング７２から出口端７８まで（整形部３及び
逃げ部４）の境界面７４は、図１の従来技術の線引ダイ
ス１０の境界面１４の実質的円筒形の構成を保っている
ことが認められよう。かくして、図示したテーパ付き構
成の境界面７４を構成するための余分な経費は、線引ダ
イス６０の導入部１及び／又は絞り部２（すなわち、整
形部３の手前）に対するものだけに限られる。これによ
り図２に示す０７５号特許の線引ダイスに必要な二重テ
ーパに付随する費用が軽減されると期待される。
【００２９】本発明の線引ダイスの構成で達成される局
部応力の緩和に関して、図４及び５を参照すると、概略
円筒形の境界面を有する線引ダイス１０（図４）及び導
入部だけにテーパを付けた新規線引ダイス６０（図５）
についての線引ダイス成形体の断面における最大主応力
分布の有限要素モデルが若干模式化して示されている。
各々の断面は、図４の符号１０１〜１０９及び図５の符
号１１０〜１１７で示す輪郭線によって図示した最大主
応力分布を有するものとして示してある。図４に示す従
来技術の線引ダイス１０においては、局部応力１０１〜
１０５は圧縮応力を表し、局部応力１０６〜１０９は引
張応力を表しており、一般にそれらの符号の数値が大き
いほど引張応力の局部応力は増大する。
【００３０】図５を参照すると、局部応力１１０〜１１
４は圧縮応力を表し、局部応力１１５〜１１７は引張応
力を表す。そこで、導入部１及び絞り部２では、局部引
張応力が低減していることが観察される。これは摩耗リ
ングの形成を最小限に抑制すると予測される。整形部及
び逃げ部においては、局部応力分布パターンは図４と図
５でほぼ同じであるが、これらのゾーンでの線引ダイス
の破壊は稀である。このように、本発明は、線引ダイス
の製造コストを不必要に増大させることなく、摩耗リン
グの形成を仮にすべてなくすことはできないとしても実
質的に低減せしめるべく境界面を構成するで、線引ダイ
スの主たる破壊モードに対処したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術に従って製造した、内側成形体と外
側支持部材との間に概略円筒形の境界面を有する線引ダ
イスの断面図。
【図２】 ０７５号特許に従って製造した、軸線に沿っ
て、該軸から第一局部的最大半径方向距離だけ離隔した
第一端から、該軸から第二局部的最大半径方向距離だけ
離隔した第二端に至る境界面を有し、該境界面が該軸か
ら局部的最小半径方向距離だけ離隔した中間領域を画定
するように上記第一端及び上記第二端の両端から内向き
に延在している、線引ダイスの断面図。
【図３】 本発明に従って製造した、入口端から中間摩
耗リング部まで内側成形体部材と外側支持部材との間に
概略非円筒形の境界面を有する線引ダイスの断面図。
【図４】 円筒形境界面を有する図１の従来技術の代表
的線引ダイスの断面における最大主応力分布の有限要素
モデルを示す線図。
【図５】 図３の新規な代表的線引ダイスの断面におけ
る最大主応力分布の有限要素モデルを示す線図。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 (a) 入口端から出口端までの縦方向長さ
    を有するとともに中心軸線の周囲半径方向に延在して縦
    方向長さ全域にわたり円筒形内腔を画定する環状超硬合
    金支持部材、及び(b) 上記支持部材の内腔内に収容さ
    れ、かつ中心軸線からある半径距離で中心軸線に沿って
    線引入口端から線引出口端まで延在する境界面にて上記
    支持部材と接合している円筒形焼結多結晶質成形体部材
    であって、該成形体部材の縦方向長さ全域にわたり中心
    軸線の周囲に延在する開口で、入口端の導入部、開口を
    通して引抜かれる線材が成形体部材と最初に接触する絞
    り部、整形部及び逃げ部で構成されていて入口端から絞
    り部にかけて内向テーパの付いた開口を収容するのに適
    合している円筒形焼結多結晶質成形体部材、から形成さ
    れる線引ダイス用ブランクにおいて、中心軸線から境界
    面までの半径方向距離が上記入口端から内向きに減少
    し、かつ上記整形部よりも手前で最小値に達し、それ以
    後は上記出口端まで実質的に一定に保たれることを改良
    点とする線引ダイス用ブランク。
  2. 【請求項２】 前記焼結多結晶質成形体部材がダイヤモ
    ンド粒子、ＣＢＮ粒子又はそれらの混合物を含んでな
    る、請求項１記載のブランク。
  3. 【請求項３】 前記焼結多結晶質成形体部材がコバル
    ト、ニッケル、鉄並びにそれらの混合物及び合金からな
    る群から選択される約１０〜３０体積％のバインダー金
    属を含んでなる、請求項２記載のブランク。
  4. 【請求項４】 前記超硬合金支持部材が炭化タングステ
    ン粒子、炭化チタン粒子、炭化タンタル粒子、炭化モリ
    ブデン粒子及びそれらの混合物からなる群から選択され
    る炭化物粒子を含んでなる、請求項１記載のブランク。
  5. 【請求項５】 前記超硬合金支持部材がコバルト、ニッ
    ケル、鉄並びにそれらの混合物及び合金からなる群から
    選択されるバインダー金属を含んでなる、請求項１記載
    のブランク。
  6. 【請求項６】 (a) 入口端から出口端までの縦方向長さ
    を有するとともに中心軸線の周囲半径方向に延在して縦
    方向長さ全域にわたり円筒形内腔を画定する環状超硬合
    金支持部材、及び(b) 上記支持部材の内腔内に収容さ
    れ、かつ中心軸線からある半径距離で中心軸線に沿って
    線引入口端から線引出口端まで延在する境界面にて上記
    支持部材と接合した円筒形焼結多結晶質成形体部材であ
    って、該成形体部材の縦方向長さ全域にわたり中心軸線
    の周囲に延在する開口で、入口端の導入部、開口を通し
    て引抜かれる線材が成形体部材と最初に接触する絞り
    部、整形部及び逃げ部で構成されていて入口端から絞り
    部にかけて内向テーパの付いた開口を収容するのに適合
    している円筒形焼結多結晶質成形体部材、から形成され
    る線引ダイスにおいて、中心軸線から境界面までの半径
    方向距離が上記入口端から内向きに減少し、かつ上記整
    形部よりも手前で最小値に達し、それ以後は上記出口端
    まで実質的に一定に保たれることを改良点とする線引ダ
    イス。
  7. 【請求項７】 高温高圧（ＨＰ／ＨＴ）プロセスで線引
    ダイス用ブランクを製造するための方法において、(a)
    (i) 入口端から出口端までの縦方向長さを有するととも
    に中心軸線の周囲半径方向に延在して縦方向長さ全域に
    わたり円筒形内腔を画定する環状超硬合金支持部材、及
    び(ii)上記支持部材の内腔内に収容された結晶質粒子の
    焼結性塊体を含んでなる反応セルアセンブリを準備する
    段階、並びに(b)上記反応セルアセンブリを、(i) 上記
    結晶質粒子の塊体が多結晶質成形体に焼結され、該成形
    体の縦方向長さ全域にわたり中心軸線の周囲に延在する
    開口で、入口端の導入部、開口を通して引抜かれる線材
    が成形体部材と最初に接触する絞り部、整形部及び逃げ
    部で構成されていて入口端から絞り部にかけて内向テー
    パの付いた開口を収容するのに適合している多結晶質成
    形体を形成するのに有効で、しかも(ii)上記成形体が中
    心軸線に沿って延在する境界面にて上記支持部材と接合
    し、中心軸線から境界面までの半径方向距離が上記入口
    端から内向きに減少し、かつ上記整形部よりも手前で最
    小値に達し、それ以後は上記出口端まで実質的に一定に
    保たれるようにするのに有効な選択されたＨＰ／ＨＴ条
    件に付す段階を含んでなることを改良点とする方法。
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