DE3221645C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Brillengestellteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-AS 23 48 634 bekannt. Der Kern besteht dabei aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und der Überzug aus einer dicken Nickelschicht. Der Drahtkern-Überzug-Verbund wird wechselweise erhitzt und gestreckt unter gleichzeitiger Durchmesserreduzierung und abschließend durch einen Walzprozeß in eine für Brillen geeignete Form gebracht. Aus "Augenoptik" 95, (1978), Seite 117-119 ist es bekannt, daß Brillengestellteile durch Kaltverformung in die gewünschte Form gebracht werden und anschließend einem Rekristallisationsglühen unterworfen werden können. In "Feinwerktechnik und Meßtechnik" 85 (1977), Seiten 246-252 wird eine örtlich begrenzte Wärmeeinwirkung erwähnt, welche jedoch nicht zum Biegen von Brillengestellteilen dient, sondern als eine Möglichkeit zum Verbinden von Elementen miteinander anstelle von Widerstandsschweißen, Nieten, Schrauben, Kleben etc.

Materialien für Brillengestellteile, insbesondere für Brillenbügel und daran befestigte Dekorationen, müssen eine hohe Elastizität, hübsches Aussehen, gute Löteigenschaften und ausgezeichnete Biegefähigkeit haben. Üblicherweise werden für diesen Zweck metallische Materialien wie beispielsweise Kupferlegierung, Nickel-Chrom-Basislegierung und Nickel-Titan-Überzugsmaterial bzw. Plattierungsmaterial verwendet. Insbesondere Kupferlegierungen haben auf diesem Gebiet wegen ihrer hohen Elastizität und ausgezeichneten Biegefähigkeit besondere Anerkennung gefunden. Abgesehen von diesen Vorteilen erfüllt eine Kupferlegierung, wenn sie allein verwendet wird, die vorgenannten Erfordernisse wegen ihrer schlechten Plattierungseigenschaft, d. h. der Eigenschaft als Überzugsmaterial verwendet zu werden, was zur Verbesserung des Aussehens erforderlich ist, und wegen ihren schlechten Lötfähigkeit, welche für das Zusammensetzen des Brillengestells erforderlich ist, nicht vollständig.

Um den genannten Vorteil voll zu erreichen, wird auf diesem Gebiet ein Plattierungsmaterial verwendet, in dem ein Kupferlegierungskern mit einem Nickel-Chrombasislegierungsüberzug umgeben wird. Dies bildet eine vorteilhafte Kombination aus hoher Elastizität und ausgezeichneter Biegefähigkeit durch die Kernkomponente und hübschem Aussehen sowie guter Lötfähigkeit sowie guter Eigenschaft zum Aufplattieren durch die Mantelkomponente.

Bei der Herstellung von Brillengestellen aus Nickel-Chrombasislegierung/Kupferlegierungs-Überzugsmaterial in der bekannten Weise ergibt sich jedoch ein Problem. Während des Herstellungsverfahrens von Brillengestellteilen wird der Materialdurchmesser durch wiederholte plastische Verformungen verkleinert, beispielsweise durch verjüngendes Gesenkschmieden, kombiniert mit Erwärmung und Glühen sowie Pressen nach abschließender Wärmebehandlung. Gegebenenfalls wird das Material anschließend noch gebogen. Pressen fördert die Entwicklung der Elastizitätseigenschaften des einem Härtungsverfahren unterworfenen Materials. Deshalb sollte das Material nach dem Pressen weder erwärmt noch geglüht (annealing) werden.

Wenn das oben genannte Verfahren zur Herstellung von Brillengestellen aus Nickel-Chrombasislegierung/Kupferplattierungsmaterial angewendet wird, können sich in der Konstruktion des Nickel-Chrombasislegierungsüberzuges während des zur abschließenden Formgebung erforderlichen Biegevorganges Risse ergeben, als Folge von zu großen Härtungsunterschieden bei dem Härtungsvorgang zwischen den Kern- und Mantellegierungen. Insbesondere führt eine zu starke Zwischenhärtung der Nickel-Chrombasislegierung zu einem niedrigen Längungslimit, was zur Folge hat, daß der Nickel-Chrombasislegierungsüberzug der Längung des Kupferlegierungskerns während des Biegevorganges nicht folgen kann und deshalb in der Mantelkonstruktion eine Vielzahl von Rissen entsteht.

Dieser Nachteil kann durch Verringerung des Ausmaßes der Pressung oder durch Glühen (annealing) des Materials nach dem Pressen verringert werden. Diese Hilfsmittel beeinträchtigen jedoch die Elastizitäteigenschaft des Materials und/oder machen eine Verformung der Teile auf die gewünschten Formen unmöglich. Ein totales Glühen des Materials zerstört ernsthaft dessen Elastizitätseigenschaft in Folge des großen Unterschiedes der optimalen Glühtemperatur zwischen dem Kern und dem Mantel bzw. dessen Legierungen. Die optimale Glühtemperatur liegt für Nickel-Chrombasislegierung bei ungefähr 900° Celsius und für Kupferlegierung bei ungefähr 500° Celsius. Wenn der Wärme- und Glühvorgang bei höheren Temperaturen durchgeführt wird, welche nur zur Vermeidung von Rissen in dem Nickel-Chrombasislegierungsmantel ausreichen, dann führt eine zu starke Erhitzung des Kupferlegierungskerns zu einer Verringerung der für die Erzeugung von Elastizität erforderlichen Verfahrenseigenschaften bzw. Materialspannungen.

Aus diesen Gründen wurde Nickel-Chrombasislegierung/Kupferlegierungs-Plattierungsmaterial als ungeeignet für Brillengestellteile angesehen, zumindest als ungeeignet für eine industrielle Auswertung.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, Brillengestellteile mit Nickel-Chrombasislegierung/Kupferlegierungs-Plattierungsmaterial herzustellen, ohne einen Verlust an Elastizitätseigenschaft des Plattierungs- bzw. Überzugsmaterials und ohne andere Nachteile durch Biegevorgänge in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches gelöst.

Das Plattierungs- bzw. Überzugsmaterial von Brillenteilen kann in idealer Weise gebogen werden, ohne daß ein Elastizitätsverlust auftritt und ohne daß Risse entstehen, wenn der zu biegende Abschnitt des Plattierungsmaterials nach dem Pressen durch örtliche Erwärmung erweicht wird.

Demgemäß besteht ein Grundgedanke der Erfindung darin, den zu biegenden Abschnitt des Nickel-Chrombasislegierung/Kupferlegierungs-Plattierungsmaterials nach dem Pressen, jedoch vor dem Biegen durch örtliche Erwärmung zu erweichen.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, welches in Form eines Diagramms die Härteverteilung über die Länge eines gemäß der Erfindung hergestellten Stabes zeigt.

In der folgenden Beschreibung angegebene Prozentwerte betreffen Gewichtsprozente.

Die gemäß der Erfindung für den Kern verwendete Kupferlegierung enthält 70% oder mehr Kupfer als Hauptkomponente und bis zu 30% an Ni, Zn, Sn und Al. So kann eine Cu-Ni-Zn-Sn-Legierung 1,0 bis 3,0% an Ni, 8,0 bis 15,0% an Zn und 1,0 bis 7,0% an Sn enthalten. Eine Cu-Ni-Al-Legierung kann 8,0 bis 13,0% an Ni und 1,0 bis 7,0% an Al enthalten. Eine Cu-Ni-Sn-Legierung kann 8,0 bis 14,0% an Ni und 1,0 bis 7,0% an Sn enthalten. Ferner können bis insgesamt 5% Si, Fe und Ag enthalten sein.

Die Nickel-Chrombasislegierung, die für den Überzug gemäß der Erfindung verwendet wird, enthält 4,0 bis 25,0% an Cr. Ferner können bis insgesamt 5% an Ag, Nb, Cu, Al, Si, Ti, Au, Pb, Y, Ce und Sm enthalten sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Bildung von Plattierungsmaterial bzw. Überzugsmaterial gemäß der Erfindung wird ein Kupferlegierungsstab in ein Nickel-Chrombasislegierungsrohr eingesetzt und beide werden einem Strangpreßverfahren (Extrusion) unterworfen. Im allgemeinen nimmt die Nickel-Chrombasislegierung 5 bis 20% der Querschnittsfläche des Plattierungsmaterials ein.

Durch wiederholtes Erwärmen und Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C in einer inerten Gasatmosphäre wird das Plattierungsmaterial zu einem dünnen Draht mit 2 bis 3 mm Durchmesser geformt.

Nach verjüngendem Gesenkschmieden eines Endabschnittes wird der Draht erneut einer gesamten Wärmebehandlung bei der vorgenannten Temperatur unterworfen. Danach beginnt das eigentliche Verfahren nach der Erfindung.

Zunächst wird die gesamte Länge des linearen Plattierungsmaterials bzw. Überzugsmaterials von kreisförmigem Querschnitt, welches in der oben beschriebenen Weise hergestellt wurde, gepreßt. Die Verdichtungsrate liegt im Bereich von 30 bis 85%, vorzugsweise im Bereich vom 50 bis 85%. Wenn die Verdichtungsrate unter 30% abfällt, kann dem Produkt keine ausreichende Elastizitätseigenschaft gegeben werden und die Bedeutung der Erfindung wird geringer. Andererseits kann eine Verdichtungsrate über 85% zu einer Materialquetschung infolge zu großer Härtung führen. Als nächstes wird der zu biegende Abschnitt des linearen Plattierungsmaterials durch örtliche Erwärmung erweicht. Diese örtliche Erwärmung erfolgt bei einer Temperatur bei 800 bis 900°C für 1 bis 7 Sekunden. Im Falle von Brillengestellteilen hat der zu biegende Abschnitt im allgemeinen einen Durchmesser von 1 bis 2 mm. Zur Erwärmung eines Abschnittes mit einem solchen Durchmesser innerhalb einer kurzen Zeitdauer, wie dies oben beschrieben wurde, findet eine Hochfrequenzinductionserwärmung Anwendung, weil dadurch in geeigneterweise Elastizitätsbeeinträchtigungen in den benachbarten Abschnitten des linearen Plattierungsmaterials vermieden werden können. In der Praxis wird die Hochfrequenzinduktionserwärmung vorzugsweise bei einer Frequenz von 400 bis 600 kHz und mit 1 bis 3 KW für die Zeitdauer von 2 bis 4 Sekunden ausgeführt, so daß sich eine Wärmebehandlung bei 800 bis 900°C ergibt. Eine zu hohe Temperatur beeinträchtigt die Elastizitätseigenschaft des gesamten Plattierungsmaterials und führt zu Oberflächenunebenheiten infolge von Überhitzungen der Kupferlegierung.

Nach der örtlichen Erwärmung sollte das lineare Plattierungsmaterial vorzugsweise abrupt durch Wasser oder Öl abgekühlt werden, um eine Oxydation des erwärmten Abschnittes und eine Wärmeübertragung auf benachbarte Abschnitte zu vermeiden.

Schließlich wird der örtlich erwärmte Abschnitt des linearen Plattierungsmaterials (linear clad material) einem Biegevorgang ausgesetzt. Im Falle von üblichen Brillengestellteilen soll die dabei erzielte Biegespannung, ausgedrückt in prozentualer Längung der Überzugshülle, 1,5% oder mehr, vorzugsweise mindestens 2,0% oder mehr betragen. Auf Grund von, von den Erfindern durchgeführten Versuchsreihen wird angenommen, daß in herkömmlicherweise gepreßtes Nickel-Chrombasislegierung/Kupferlegierungs-Plattierungsmaterial mit einer verbleibenden Biegespannung der Überzugshülle von weniger als 1,0% zu Rissen in der Nickel-Chrombasislegierungshülle beim Biegen führt.

Bei örtlicher Wärmebehandlung nach der Erfindung ergibt sich in dem erwärmten Abschnitt eine verbleibende Biegespannung von 2,5 bis 10%. Durch diese hohe verbleibende Biegespannung übersteht der Abschnitt die bei der Herstellung von Brillengestellteilen erforderliche Biegearbeiten, ohne daß sich in der Überzugshülle Risse oder Brüche ergeben.

Gegebenenfalls kann das lineare Plattierungsmaterial nach der oben beschriebenen örtlichen Erwärmung in weiteren Verfahrensschritten bearbeitet werden, beispielsweise plattiert und gelötet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Brillengestellteilen ermöglicht eine ideale Verwertung von Nickel-Chrombasislegierung/Kupferlegierungs-Plattierungsmaterial und stellt gleichzeitig hohe Elastizitätseigenschaften, ein schönes Aussehen und ausgezeichnete Bearbeitbarkeit in ausgeglichener Harmonie sicher.

Beispiel:
Ein lineares Plattierungsmaterial von 2,6 mm Durchmesser und 100 mm Länge wurde aus einem Kupferlegierungs-(Cu-2,5 Ni-10 Zn-5 Sn)-Kernstab und einem Nickel-Chrombasislegierungs-(90Ni-10Cr)   Überzugsrohr hergestellt. Durch Anwendung von Wärme zur Glühbehandlung (annealing) bei 900°C während 10 Sekunden in H₂-Gasatmosphäre und verjüngende Bearbeitung in einem Gesenk an einem Ende wurde der Durchmesser des Endabschnittes auf 1,0 mm reduziert. Anschließend wurde die gesamte Länge durch Pressen auf eine Verdichtungsrate von 73% verdichtet. Nach dem Beschichten des gepreßten Plattierungsmaterials mit Antioxidationsmittel (10%ige Boraxlösung) wurde ein Abschnitt von 1 mm Breite im Abstand von 7-8 mm von dem im Gesenk geschmiedeten Ende abgewandten Ende durch Hochfrequenzinduktion erwärmt. Unmittelbar nach der Erwärmung wurde das Plattierungsmaterial in Wasser abgekühlt.

Dann wurde das Plattierungsmaterial auf einen Winkel von 90° im Längenzentrum des erwärmten Abschnittes gebogen.

Die Hochfrequenzinductionserwärmung wurde unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt, die in der folgenden Tabelle für das gleiche lineare Plattierungsmaterial aufgeführt sind. Zum Vergleich wurde ein lineares Plattierungsmaterial in der gleichen Weise gebogen, jedoch ohne die Anwendung von Hochfrequenzinductionserwärmung. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Für das Muster Nr. 4 ist die Härtverteilung über die gesamte Länge in der beiliegenden Zeichnung dargestellt.

Die Daten beweisen deutlich, daß die Anwendung einer örtlichen Erwärmung nach der Erfindung die Beibehaltung einer hohen Elastizitätseigenschaft des Plattierungsmaterials sicherstellt.

Claims (1)

1. Verfahren zum Herstellen eines Brillengestellteils mit einem Kern aus einer Kupferlegierung und einem Überzug mit Nickel, wobei der Kern zusammen mit dem Überzug wechselweise erwärmt und durch äußere Krafteinwirkung gestreckt wird, und anschließend ein Abschnitt dieses Verbundes in eine bestimmte Form gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Überzug eine Nickel-Chrombasislegierung verwendet wird, daß der Abschnitt vor dem Biegevorgang auf eine Zeitdauer zwischen 1 und 7 Sekunden mit einer Temperatur zwischen 800 und 900°C durch Hochfrequenzinduktion örtlich so erwärmt wird, daß nach dem Biegen des erwärmten Abschnittes eine restliche Biegespannung von 2,5% bis 10% verbleibt.