陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石的制作方法
【專利摘要】一種陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石(26)，含有CBN磨粒(34)和金剛石磨粒(36)，金剛石磨粒(36)具有CBN磨粒(34)的1/2～1/10的平均粒徑，且在將CBN磨粒(34)設(shè)為1時具有0.4～1的范圍的韌度值。通過該金剛石磨粒(36)的平均粒徑使CBN磨粒(34)的磨粒分散性提高，并且通過具有高熱傳導(dǎo)率的金剛石磨粒(36)的存在使磨石效率良好地吸收磨削熱，抑制磨削熱的產(chǎn)生并抑制被削材(104)的變質(zhì)。另外，金剛石磨粒(36)在將CBN磨粒(34)設(shè)為1時具有0.4～1的范圍的韌度值，努氏硬度高且具有適度的破碎性，因此超磨粒磨輪(10)的加工阻力的增大和修整性能的下降被抑制，超磨粒磨輪(10)的耐久壽命提高。
【專利說明】陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使用陶瓷結(jié)合劑使超磨粒結(jié)合而成的陶瓷磨石，尤其涉及抑制由磨削 熱造成的被削材的變質(zhì)、硬度下降、殘余應(yīng)力的產(chǎn)生的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石通過例如在500?1000°C左右的燒成溫度下使無機質(zhì)的 陶瓷結(jié)合劑熔融來使超磨粒結(jié)合，因此與使用有機質(zhì)的樹脂粘結(jié)劑的情況相比，可得到磨 粒保持力即在超磨粒與陶瓷結(jié)合劑之間得到高的粘結(jié)力。例如，認為在CBN磨粒中，由于B 元素、在其合成工序中被添加的催化劑中的K或Na元素等存在于其表面，所以這些元素與 陶瓷結(jié)合劑反應(yīng)，其化學(xué)結(jié)合力提高了磨粒保持力。
[0003] -直以來在鋼材制被削材之中作為汽車引擎的主要部件的凸輪軸和曲軸等的軸 部件為了提高引擎的性能而適用高精度的磨削加工，但由于在磨削時產(chǎn)生的磨削熱會存在 產(chǎn)生被削材即軸部件的加工變質(zhì)、硬度下降、殘余應(yīng)力這樣的問題。作為用于解決該問題 的產(chǎn)生的一般對策，曾提出了（a)使用鋒利度好的磨石、(b)使用多孔質(zhì)磨石減少磨削時的 切入量、（c)使用結(jié)合度低的軟質(zhì)磨石降低加工條件、（d)向磨削點充分供給冷卻劑進行冷 卻、（e)使用在各種比率下混合了 CBN磨粒和金剛石磨粒的磨石等。例如專利文獻1、專利 文獻2、專利文獻3中所記載的磨石就是這樣。
[0004] 在先技術(shù)文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特開2009-072835號公報
[0007] 專利文獻2 :日本特開2003-300165號公報
[0008] 專利文獻3 :日本特開2000-158347號公報
[0009] 專利文獻4 :日本特開2008-200780號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 這樣的專利文獻1、專利文獻2、專利文獻3中提出的磨石，全都在磨削時難以產(chǎn)生 磨削熱，因此對磨削燒傷具有效果。但是，這些提案全都是定性的，每當(dāng)制品樣式、生產(chǎn)能效 即磨削能效發(fā)生變化，要取得可得到高品質(zhì)且高效率的最適條件需要較多的工時。因此，如 果被削材的制品樣式、生產(chǎn)能效即磨削能效發(fā)生變化，則產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的限制，以加工精度和 磨石壽命為首存在對被削材的品質(zhì)帶來大的影響這一問題。另外，在專利文獻4中提出的 磨石，對于加工物的殘余應(yīng)力毫無見解。
[0011] 對此，本 申請人:首先通過使用CBN磨粒作為主磨粒同時使用熱傳導(dǎo)性高的金剛石 磨粒作為輔助磨粒，提出了抑制磨削熱的產(chǎn)生、加工物的變質(zhì)以及砂輪（輪，wheel)的磨 損，并提高砂輪壽命的方案。作為未公知的在先申請的專利申請2011-070354就是這樣。由 此，尚留有加工阻力的增大和修整性能的下降等問題。
[0012] 本發(fā)明是以上述情況為背景而完成的，其目的在于提供一種不僅磨削熱的產(chǎn)生、 加工物的變質(zhì)和砂輪的磨損被抑制，還可得到加工阻力的下降和修整性能的提高的陶瓷結(jié) 合劑超磨粒磨石。
[0013] 本發(fā)明人等以上述情況為背景，對于提高陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石的熱傳導(dǎo)率并抑 制上述磨削熱進行了各種研討，結(jié)果發(fā)現(xiàn)下述事實：將以往不適合于鋼材制被削材的磨削 的金剛石粒子著眼于其高熱傳導(dǎo)率，以規(guī)定比例向使用CBN磨粒作為主磨粒的陶瓷結(jié)合劑 超磨粒磨石混入，則維持高精度且高能效的磨削性能，并且與以往相比磨削熱的產(chǎn)生被抑 制，殘余應(yīng)力變小。同時，發(fā)現(xiàn)了下述事實：作為輔助磨粒使用的金剛石磨粒的韌度值，在將 作為主磨粒的CBN磨粒設(shè)為1時為0. 4?1，則成為努氏硬度高且具有適度的破碎性的輔助 磨粒，能夠很好地抑制加工阻力的增大和修整性能的下降。本發(fā)明是基于該見解完成的。
[0014] 即，本發(fā)明的主旨在于，（a) -種使用陶瓷結(jié)合劑將含有CBN磨粒作為主磨粒并含 有金剛石磨粒作為輔助磨粒的超磨粒結(jié)合而成的陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石，（b)所述輔助磨 粒具有該主磨粒的1/2?1/10的平均粒徑，（c)該輔助磨粒在將所述主磨粒設(shè)為1時的韌 度值為0.4?1。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石，該超磨粒作為主磨粒含有CBN磨粒并作為 輔助磨粒含有金剛石磨粒，該輔助磨粒具有該主磨粒的1/2?1/10的平均粒徑，因此通過 該輔助磨粒的平均粒徑使CBN的磨粒分散性提高，并且通過具有CBN磨粒的2倍左右例如 填料所使用的氧化鋁磨粒的20倍左右的熱傳導(dǎo)率的金剛石磨粒的存在來效率良好地吸收 磨削熱，被削材的殘余應(yīng)力減小。另外，輔助磨粒在以主磨粒為1時具有〇. 4?1的韌度 值，努氏硬度高且具有適度的破碎性，因此加工阻力的增大和修整性能的下降被抑制，磨石 輪的耐久壽命提1?。
[0016] 在此，優(yōu)選：所述輔助磨粒與所述陶瓷結(jié)合劑的接觸角為90?150°。這樣的話， 輔助磨粒在沒有埋沒到陶瓷結(jié)合劑中的狀態(tài)下被該陶瓷結(jié)合劑保持，所以由輔助磨粒帶來 的吸熱效果被維持，并且可很好地防止輔助磨粒的脫落。陶瓷結(jié)合劑相對于輔助磨粒的接 觸角如果低于90°，則輔助磨粒埋沒到陶瓷結(jié)合劑中從而由輔助磨粒帶來的吸熱效果下 降，如果接觸角高于150°，則輔助磨粒的保持力下降，脫落變多。
[0017] 另外，優(yōu)選：以3?13體積％的體積比率含有所述輔助磨粒。這樣的話，可很好地 得到作為輔助磨粒使用的金剛石的高熱導(dǎo)電性帶來的吸熱效果、和努氏硬度高并且具有適 度的破碎性帶來的加工阻力的增大和修整性能的下降的抑制效果。如果輔助磨粒的體積比 率低于3體積％，則難以得到來源于上述金剛石的吸熱效果、加工阻力和修整性能下降的 抑制效果，如果輔助磨粒的體積比率高于13體積％，則鋒利度、磨削加工精度、修整性能下 降。
[0018] 另外，優(yōu)選：以15?30體積％的體積比率含有所述陶瓷結(jié)合劑，所以可得到所述 金剛石磨粒的存在所引起的效果。如果陶瓷結(jié)合劑的體積比率低于15體積％，則金剛石磨 粒在陶瓷結(jié)合劑的表面露出的比例變高，金剛石磨粒（DIA)對于磨削的支配率相對變高， 鋒利度、磨削精度下降。相反地，如果陶瓷結(jié)合劑的體積比率高于30體積％，則金剛石磨粒 埋沒于陶瓷結(jié)合劑上述金剛石磨粒的功能下降，難以充分得到由其存在帶來的效果。
[0019] 另外，優(yōu)選：一種陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石，其具有：有圓筒狀的外周面的核、和貼 附在該核的外周面的多個扇形磨石，該扇形磨石是至少在外周側(cè)層中所述超磨粒使用所述 陶瓷結(jié)合劑結(jié)合而成的磨石。由此，高價的超磨粒能夠?qū)ｉT配設(shè)在陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石 之中的與磨削相關(guān)的區(qū)域，其他部分可以使用一般磨粒等的無機填料，所以陶瓷結(jié)合劑超 磨粒磨石變便宜。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是表示采用本實施例的制造方法制造出的超磨粒磨輪的主視圖。
[0021] 圖2是表示了圖1的陶瓷磨石片的立體圖。
[0022] 圖3是將圖2的陶瓷磨石片的表面層的結(jié)構(gòu)放大說明的圖。
[0023] 圖4是說明陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石的制造方法的要部的工序圖。
[0024] 圖5是表示用于圖1的超磨粒磨輪的金剛石磨粒的韌度值的測定所使用的、根據(jù) 粒度而變更的粉碎時間的圖。
[0025] 圖6是表示圖1的超磨粒磨輪的使用狀態(tài)的一例的圖，是通過安裝有陶瓷結(jié)合劑 超磨粒磨石的圓筒磨削盤磨削作為被削材的凸輪軸的狀態(tài)的將要部切掉來表示的側(cè)視圖。
[0026] 圖7是在磨削性能評價試驗1中，將使用了本發(fā)明品的陶瓷磨石片的磨削所得到 的工件殘余應(yīng)力、與使用了對照品的陶瓷磨石片的磨削所得到的工作殘余應(yīng)力進行對比， 并表示對于加工根數(shù)的變化的圖。
[0027] 圖8是在磨削性能評價試驗1中，將使用了本發(fā)明品的陶瓷磨石片的磨削所得到 的砂輪半徑磨損量、與使用了對照品的陶瓷磨石片的磨削所得到的砂輪半徑磨損量進行對 t匕，并表示對于加工根數(shù)的變化的圖。
[0028] 圖9是在磨削性能評價試驗1中，將使用了本發(fā)明品的陶瓷磨石片的磨削中的消 耗電力值、與使用了對照品的陶瓷磨石片的磨削中的消耗電力值進行對比，并表示對于加 工根數(shù)的變化的圖。
[0029] 圖10是在磨削性能評價試驗1中，將本發(fā)明品的陶瓷磨石片的修整率、與使用了 對照品的陶瓷磨石片的磨削的修整率進行對比表示的圖。
[0030] 圖11是在磨削性能評價試驗2中，表示使用了使本發(fā)明品的陶瓷磨石片的金剛石 磨粒的平均粒徑變化了的9種試料時的磨削結(jié)果的圖表。
[0031] 圖12是在磨削性能評價試驗3中，表示使用了使本發(fā)明品的陶瓷磨石片的金剛石 磨粒的體積比率變化了的9種試料時的磨削結(jié)果的圖表。
[0032] 圖13是在磨削性能評價試驗4中，表示使用了使本發(fā)明品的陶瓷磨石片的陶瓷結(jié) 合劑的體積比率變化了的10種試料時的磨削結(jié)果的圖表。
[0033] 圖14是在磨削性能評價試驗5中，表示使用了使本發(fā)明品的陶瓷磨石片的金剛石 磨粒的韌度值變化了的8種試料時的磨削結(jié)果的圖表。
[0034] 圖15是在磨削性能評價試驗6中，表示使用了使本發(fā)明品的陶瓷磨石片的陶瓷結(jié) 合劑的接觸角變化了的8種試料時的磨削結(jié)果的圖表。
[0035] 圖16是表示將圖2的陶瓷磨石片所包含的氧化鋁磨粒、CBN磨粒、金剛石磨粒的 對于陶瓷結(jié)合劑的潤濕性進行評價的試驗片的加熱前的狀態(tài)的立體圖。
[0036] 圖17是表示圖16的試驗片的加熱后的狀態(tài)的立體圖。
[0037] 圖18是說明氧化鋁磨粒的對于陶瓷結(jié)合劑的潤濕性的模式圖。
[0038] 圖19是說明CBN磨粒的對于陶瓷結(jié)合劑的潤濕性的模式圖。
[0039] 圖20是說明金剛石磨粒的對于陶瓷結(jié)合劑的潤濕性的模式圖。

【具體實施方式】
[0040] 以下，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的一實施例。再者，在以下的實施例中附圖被適 當(dāng)簡化或變形，各部分的尺寸比和形狀等未必準(zhǔn)確地描繪。
[0041] 實施例
[0042] 圖1是表示采用本發(fā)明的一實施例的制造方法制造出的超磨粒磨輪10的主視圖。 超磨粒磨輪10,具備：核即基底金屬18,其為例如碳鋼、鋁合金等的金屬制的圓盤狀，并在 其中央部設(shè)置有安裝部16,所述安裝部16具有用于安裝到磨削裝置（例如后述的圓筒磨削 盤12)上的安裝孔14;和多個（在本實施例中為12個）陶瓷磨石片（扇形磨石）26,其為 沿著以該基底金屬18的旋轉(zhuǎn)軸心W為曲率中心的圓弧彎曲了的圓弧板狀，并具有在其外周 面的磨削面20、和與其相對在相反側(cè)的內(nèi)周面的貼附面22,該貼附面22與基底金屬18的 外周面24沒有間隙地貼附。其大小根據(jù)用途適當(dāng)設(shè)定，本實施例的超磨粒磨輪10,構(gòu)成為 例如外徑尺寸D為380mmΦ、除了安裝部16以外的厚度為10mm左右的尺寸。
[0043] 圖2是表示陶瓷磨石片26的立體圖。圖3是將由陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石組織構(gòu) 成的上述表面層30的截面放大表示的模式圖一例，是說明在其內(nèi)部的陶瓷結(jié)合劑32和CBN 磨粒34以及金剛石磨粒36的結(jié)合狀態(tài)的模式圖。在圖1?圖3中，陶瓷磨石片26由內(nèi)周 側(cè)層即基底層28和外周側(cè)層即表面層30 -體地構(gòu)成，所述基底層28是熔融氧化鋁質(zhì)、碳 化硅質(zhì)、或莫來石質(zhì)等的陶瓷質(zhì)的一般磨?；驘o機填料由玻璃質(zhì)的陶瓷結(jié)合劑32結(jié)合而 成的，所述表面層30是CBN磨粒34和粒徑比其小的金剛石磨粒36由玻璃質(zhì)的無機粘結(jié)劑 結(jié)合而成的。上述基底層28作為專門用于機械性地支持表面層30的基臺發(fā)揮功能。
[0044] 表面層30作為專門磨削后述的被削材104的磨石發(fā)揮功能，包含作為主磨粒發(fā)揮 功能的CBN磨粒34、作為輔助磨?；蛱盍习l(fā)揮功能的金剛石磨粒36、和氣孔38。CBN磨粒 34可很好地使用立方晶氮化硼粒子，例如具有4700Kg/mm 2左右的努氏硬度和55左右的韌 度值，例如60篩孔（平均粒徑250 μ m)?3200篩孔（平均粒徑5 μ m)的范圍內(nèi)的大小的 粒子。
[0045] 金剛石36與CBN磨粒34相比粒徑小，相對于CBN磨粒34具有高的努氏硬度例如 6000Kg/mm 2左右的努氏硬度、和相對于CBN磨粒34同等以下的例如33左右的韌度值，一定 程度作為磨粒發(fā)揮功能，也作為磨削熱的熱傳導(dǎo)體發(fā)揮功能并且具有在磨削面20露出從 而抑制磨石磨損的功能。為了效率良好地產(chǎn)生該功能，金剛石磨粒36例如具有CBN磨粒34 的平均粒徑的1/2?1/10的平均粒徑，例如被混入以成為3?13體積％的體積比率。艮P， 在表面層30中，例如CBN磨粒34的體積比率為30?40體積％、金剛石磨粒36的體積比 率為3?13體積％、陶瓷結(jié)合劑32的體積比率為20?30體積％、其余量的氣孔38的體 積比率為17?47體積％。
[0046] 陶瓷結(jié)合劑32優(yōu)選由例如硼硅酸玻璃或晶化玻璃構(gòu)成。作為晶化玻璃，有例 如析出硅鋅礦的晶化玻璃等。為了使磨粒的保持力充分，優(yōu)選：相對于CBN磨粒34設(shè)為 ±2X 10_6(1/K)(室溫?500°C )。作為上述陶瓷結(jié)合劑32優(yōu)選的玻璃組成為，例如Si02 : 40?70重量份、A1203 :10?20重量份、B203 :10?20重量份、R0(堿土金屬）：20?10重 量份、R20 :2?10重量份。
[0047] 在圖3中，在陶瓷結(jié)合劑32內(nèi)和表面，分散有與CBN磨粒34相比粒徑小的金剛石 磨粒36。金剛石磨粒36與氧化鋁磨粒（剛玉WA)等的一般磨粒、CBN磨粒34相比，對于陶 瓷結(jié)合劑32的潤濕性相對低，難以被陶瓷結(jié)合劑32被覆，有在陶瓷結(jié)合劑32的表面、表面 層30的表面即磨石的表面露出的傾向。因此，能夠介由熱傳導(dǎo)率高的金剛石磨粒36,使在 被削材104和表面層30的磨削面20之間的磨削點產(chǎn)生的磨削熱效率良好地向金屬制的基 底金屬18側(cè)吸收。
[0048] 圖4是說明上述超磨粒磨輪10的制造方法的一例的要部的工序圖。在圖4中， 首先，在原料混合工序P1中，分別準(zhǔn)備構(gòu)成陶瓷磨石片26的基底層28用的表2所示的原 料、和構(gòu)成陶瓷磨石片26的表面層30用的表1所示的原料。即，將作為氧化鋁磨粒已知的 A1203系等的一般磨粒、Zr02-B20 3系、B203-Al203-Si0 2系、Li0-Al203-Si02系等的玻璃質(zhì)的陶 瓷結(jié)合劑（無機粘結(jié)劑）、在成形時用于產(chǎn)生一定程度的相互粘結(jié)力的糊精等的成形用粘 合劑（粘結(jié)劑或糊量），以作為基底層28預(yù)先設(shè)定的比例稱量并分別混合，準(zhǔn)備基底層28 用的表2的原料。另外，將CBN磨粒34、金剛石磨粒36、陶瓷結(jié)合劑32、根據(jù)需要適當(dāng)混入 的有機物或無機球狀物（balloons)等的氣孔形成劑、在成形時用于產(chǎn)生一定程度的相互 粘結(jié)力的糊精等的成形用粘合劑（粘結(jié)劑或糊量），以作為表面層30預(yù)先設(shè)定的比例稱量 并分別混合，準(zhǔn)備表面層30用的表1的原料。
[0049] [表 1]
[0050]

【權(quán)利要求】
1. 一種陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石，是使用陶瓷結(jié)合劑將含有CBN磨粒作為主磨粒并含有 金剛石磨粒作為輔助磨粒的超磨粒結(jié)合而成的陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石，其特征在于， 所述輔助磨粒具有該主磨粒的1/2?1/10的平均粒徑， 該輔助磨粒在將所述主磨粒設(shè)為1時的韌度值為〇. 4?1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石，其特征在于，所述輔助磨粒與所述 陶瓷結(jié)合劑的接觸角為90?150°。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石，其特征在于，以3?13體積％ 的體積比率含有所述輔助磨粒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石，其特征在于，以15?30體積％ 的體積比率含有所述陶瓷結(jié)合劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷結(jié)合劑超磨粒磨石，具有：有圓筒狀的外周面的核、 和貼附在該核的外周面的多個扇形磨石， 該扇形磨石是至少在外周側(cè)層中所述超磨粒使用所述陶瓷結(jié)合劑結(jié)合而成的磨石。
【文檔編號】B24D3/00GK104066549SQ201380006046
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月18日
【發(fā)明者】水野聰浩, 今井憲生, 吉村晃一, 三島武史 申請人:株式會社則武