CN104066548B - 磨具的制造方法和磨具 - Google Patents

Abstract

本发明提供磨粒和空孔具备所希望的密度且均匀分散的磨具的制造方法和磨具。将第1被覆层(2)成型于CBN磨粒(1)后，在第1被覆层(2)的外侧形成第2被覆层(3)来制造被覆粒子(4)，与所述第1被覆层(2)相比，所述第2被覆层(3)在小的压力下会塑性变形。使利用该被覆磨粒(4)加压成型为规定形状时的压力为使第2被覆层(3)塑性变形的压力以上的压力。通过该加压，从而第2被覆层(3)变形流动，第1被覆层(2)彼此接触而成型出流动的第2被覆层(3)移动到被覆磨粒(4)的间隙的结构的成型物(6)。通过将其烧结，能够制造具备如下结构的磨具，所述结构为CBN磨粒(1)隔开由第1被覆层(2)的外形半径的大小决定的规定的距离而分散、在其间空孔以所希望的密度进行配置而成。

Description

磨具的制造方法和磨具

技术领域

本发明涉及磨具的制造方法和磨具。

背景技术

专利文献1中记载了为了提高磨粒的分散性，在使用了CBN或金刚石的磨粒的陶瓷结合剂磨具中将形成了1层被覆层的被覆磨粒在加压形成后进行烧结来制造含有空孔的磨具。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-132771号公报

发明内容

在上述现有技术中，通过改变被覆层的厚度能够改变磨粒的分布密度，但困难的是根据情况改变添加物的分布密度、或者使空孔的分布密度为一定值以下。这是因为被覆层是1层，所以成为在成型后磨粒均匀分散在被覆层内的组织。另外，空孔是基于加压形成时的被覆磨粒的间隙的空间而生成的，而该空间与将被覆磨粒最密填充时的间隙相比无法更小也是难以使分布密度为一定值以下的原因。

为了解决上述课题，权利要求1涉及的发明的特征是，由如下工序构成：

被覆工序，将第1被覆层形成于磨粒的外侧后，在上述第1被覆层的外侧形成至少1层外被覆层来制造被覆磨粒，与所述第1被覆层相比，所述外被覆层在小的压力下会变形，

加压成型工序，在将上述被覆磨粒填充成规定形状后，以上述外被覆层变形以上的压力加压而制造成型物，和

烧结工序，将上述成型物烧结。

权利要求2涉及的发明的特征是，在权利要求1涉及的发明中，通过调整上述外被覆层的厚度来调整上述磨具中的空孔的密度。

权利要求3涉及的发明的特征是，在权利要求1和2涉及的发明中，上述第1被覆层所含的增塑剂的量少于上述外被覆层所含的增塑剂的量。

权利要求4涉及的发明的特征是，在权利要求1～3中任一项涉及的发明中，上述第1被覆层含有玻璃，在上述玻璃的软化点以上的温度进行烧结而结合。

权利要求5涉及的发明的特征是，在权利要求1～4中任一项涉及的发明中，上述第1被覆层由玻璃构成，上述外被覆层由玻璃与添加物的混合物构成。

权利要求6涉及的发明的特征是，在权利要求1～4中任一项涉及的发明中，上述第1被覆层由玻璃与CBN粒构成，上述外被覆层仅由玻璃构成或者由玻璃与添加物的混合物构成。

权利要求7涉及的发明的特征是，如下制造而成，即，将第1被覆层形成于CBN或金刚石的磨粒上后，在上述第1被覆层的外侧形成至少1层外被覆层来制造被覆磨粒，与所述第1被覆层相比，所述外被覆层在小的压力下会变形，

在将上述被覆磨粒填充成规定形状后，以上述外被覆层变形以上的压力加压而制造成型物，

将上述成型物烧结制造而成。

权利要求8涉及的发明的特征是，在权利要求7涉及的发明中，上述第1被覆层含有玻璃，在上述玻璃的软化点以上的温度进行烧结而结合。

权利要求9涉及的发明的特征是，在权利要求7和8涉及的发明中，上述第1被覆层由玻璃构成，上述外被覆层由玻璃与添加物的混合物构成。

权利要求10涉及的发明的特征是，在权利要求7和8涉及的发明中，上述第1被覆层由玻璃与CBN粒构成，上述外被覆层仅由玻璃构成或者由玻璃与添加物的混合物构成。

权利要求11涉及的发明的特征是，在权利要求7～10中任一项涉及的发明中，通过调整上述外被覆层的厚度来调整空孔的密度。

根据权利要求1涉及的发明，如果施加外被覆层会变形以上的压力进行加压成型，则外被覆层发生变形以填埋间隙的方式移动，另一方面，由于第1被覆层不易变形，所以成为第1被覆层相互接触、在第1被覆层的间隙填充有外被覆层的状态的成型物。即使不进行加压力的高精度的控制，也能够通过控制第1被覆层的厚度来制造磨粒相互间的距离为所希望的值的磨具。另外，由于通过加压成型而成为外被覆层以一定以上的接触面积连续的成型物，所以即使烧结时间短也能够制造粘结强度强的磨具。

根据权利要求2涉及的发明，通过调整外被覆层的厚度，能够控制以填埋间隙的方式移动的外被覆层的量，通过使填埋间隙的比率为所希望的值，能够制造具备所希望的空孔的密度的磨具。

根据权利要求3和4涉及的发明，能够容易地制造第1被覆层变形的压力大于外被覆层变形的压力的被覆磨粒。

根据权利要求5和6涉及的发明，在煅烧工序中，由于第1被覆层的流动性良好，所以能够形成与磨粒的密合性良好的磨粒保持层，能够制造磨粒保持力大的磨具。

根据权利要求7和8涉及的发明，如果施加外被覆层变形以上的压力进行加压成型，则由于外被覆层变形而移动到间隙，第1被覆层不易变形，所以成为第1被覆层相互接触、在第1被覆层的间隙填充有外被覆层的状态的成型物。即使不进行加压力的高精度的控制，也能够通过控制第1被覆层的厚度而使磨粒相互间的距离为所希望的值。另外，由于通过加压成型而成为外被覆层以一定以上的接触面积连续的成型物，所以即使烧结时间短也成为粘结强度强的磨具。

根据权利要求9和10涉及的发明，在煅烧工序中，由于第1被覆层的流动性良好，所以能够形成与磨粒的密合性良好的磨粒保持层而成为磨粒保持力大的磨具。

根据权利要求11涉及的发明，通过调整外被覆层的厚度，能够控制移动到间隙的外被覆层的量，通过使填埋间隙的比率为所希望的值，从而成为具备所希望的空孔的密度的磨具。

附图说明

图1是第1实施方式的被覆磨粒的截面示意图。

图2是填充了第1实施方式的被覆磨粒的组织的示意图。

图3是将第1实施方式的被覆磨粒加压成型而得的成型物的示意图。

图4是第1实施方式的陶瓷结合剂磨具的示意图。

图5是第2实施方式的被覆磨粒的截面示意图。

图6是将第2实施方式的被覆磨粒加压成型而得的成型物的示意图。

图7是第2本实施方式的陶瓷结合剂磨具的示意图。

图8是第3实施方式的被覆磨粒的截面示意图。

图9是第3实施方式的陶瓷结合剂磨具的示意图。

图10是利用第3实施方式的陶瓷结合剂磨具进行磨削的示意图。

图11是第4实施方式的被覆磨粒的截面示意图。

图12是将第4实施方式的被覆磨粒加压成型而得的成型物的示意图。

图13是第4本实施方式的陶瓷结合剂磨具的示意图。

具体实施方式

以下，作为本发明的实施方式，用如下的陶瓷结合剂磨具的例子进行说明，所述陶瓷结合剂磨具在CBN磨粒的外侧具备第1被覆层，在第1被覆层的外侧具备1层外被覆层(以下称为第2被覆层)。作为第1实施方式，对第2被覆层以小于第1被覆层的压力而变形的情况进行说明。

首先，说明被覆工序的详细情况。在图1中，第1被覆层2是将粒径数μm以下的玻璃粉末、聚丙烯酸铵盐、聚乙烯醇等粘结剂与作为增塑剂的聚乙二醇等混合，并使其附着于CBN磨粒1(磨粒)而形成的。

接下来，使构成材料与第1被覆层2相同、但作为增塑剂的聚乙二醇的量多于第1被覆层2所含的量地配合的第2被覆层3附着在第1被覆层2上而形成被覆磨粒4。该被覆磨粒4具备以下特性。第2被覆层3的可塑性比第1被覆层2大，如果对被覆磨粒4施加第2被覆层3发生塑性变形的压力以上的压力，则第2被覆层3严重塑性变形。另一方面，第1被覆层2不变形或者即使变形其变形量也小。

接着，说明加压成型工序的详细情况。将被覆磨粒4填充到形成了所希望的形状的金属模时，如图2所示，成为各被覆磨粒4在第2被覆层3的外周相互接触并具备与被覆粒子4的粒径和形状相对应的规定的间隙5的状态。接下来，介由压模进行加压而成型出成型物6(参照图3)。加压力为大于第2被覆层3发生塑性变形的最低的压力的压力即可，但是在此，进一步为小于第1被覆层2发生塑性变形的最低的压力的压力。由此，如图3所示，成型物6成为第2被覆层3塑性变形而在第1被覆层2的外周相互接触的组织。此时，接触部的第2被覆层3以填埋间隙5的方式流动而使间隙5的体积减少。该减少的程度可以通过调整第2被覆层3的厚度来控制。例如，被覆磨粒4的形状接近于球形的情况下，不具备第2被覆层3时，换言之第2被覆层3的厚度为零时的间隙的体积比率为25％左右。第2被覆层3的厚度为第1被覆层2的外形半径的6％左右的厚度时的间隙的体积比率为0％。通过在这2个条件之间选定第2被覆层3的厚度，能够制造具备25％以下的所希望的间隙的体积比率的成型物6。在成型出成型物6后，在粘结剂和增塑剂的挥发温度以上的规定温度进行脱脂处理。

接下来，如果将该成型物6烧结，则能够制成如图4所示的具备由第1被覆层2与第2被覆层3融合而成的玻璃构成的粘结剂层8的陶瓷结合剂磨具9。该陶瓷结合剂磨具9具备如下结构，即，在粘结剂层8内CBN磨粒1彼此隔开由第1被覆层2的外形半径的大小决定的规定的距离而分散、基于间隙5产生的空孔7以所希望的比率均等分散的结构。

使用第1实施方式的陶瓷结合剂磨具9进行磨削时，由于CBN磨粒1和空孔7以所希望的密度均匀分散，所以在磨具的任何位置均能够发挥同样的磨削性能。

在本实施方式中，通过使第2被覆层3所含的增塑剂的量多于第1被覆层2，从而能够使第2被覆层3的塑性变形量大于第1被覆层2，通过在磨粒上粘接含有玻璃的被覆层后在玻璃的软化点以上的温度进行烧结，从而将第1被覆层成型。由此，第1被覆层发生变形的最低压力增加，能够增大与第2被覆层发生塑性变形的最低压力之差，因此加压成型工序的压力设定变得更容易。

另外，虽然示出了配合聚乙二醇作为增塑剂的例子，但也可以使用丙三醇、丙二醇等作为增塑剂。

可以使加压力大于第1被覆层发生变形的压力，此时，第1被覆层与第2被覆层一起变形，但由于第1被覆层的变形量小，所以能够期待同样的效果。虽然示出了塑性变形的例子作为第2被覆层的变形，但也可以是由破裂、粉碎引起的变形。另外，可以使用金刚石磨粒来代替CBN磨粒1。

＜本实施方式的变形方式＞

对第2实施方式进行说明。该实施方式通过使第1被覆层与第2被覆层的构成材料不同来实现所希望的材料分布于所希望的场所的磨具的结构。在图5中，第1被覆层12是将粒径数μm以下的玻璃粉末、聚丙烯酸铵盐、聚乙烯醇等粘结剂与作为增塑剂的聚乙二醇等混合，并使其附着于CBN磨粒11而形成的。接下来，在第1被覆层12上形成配合有粒径数μm以下的玻璃粉末、富铝红柱石、氧化铝、氧化钛、硅酸锆等粒径数μm以下的硬质粒子的混合粉、上述粘结剂和比第1被覆层2所含的量多的上述增塑剂的第2被覆层13。

接下来，将上述的构成的被覆磨粒14加压成型为规定的形状后在粘结剂挥发温度以上的规定温度进行脱脂处理。此时的组织如图6所示，在CBN磨粒11的外侧具备玻璃粉末层15，在其外侧具备玻璃粉末与硬质粒子的混合层16，在被覆磨粒14之间具备间隙5。

在此，已知在烧结时玻璃软化而流动，与磨粒密合，但如果混有像上述硬质粒子那样的添加粒子，则妨碍玻璃的流动性、与磨粒的密合性降低。但是，在本实施方式的被覆磨粒中，由于CBN磨粒11的周围仅为玻璃，所以在煅烧时软化的玻璃充分流动而密合于CBN磨粒11的整面。因此，该陶瓷结合剂磨具19如图7所示具备如下结构：形成由密合于CBN磨粒11的整面的玻璃层17、由在与CBN磨粒11分离的部分中添加粒子混于玻璃的混合层18构成的粘结剂层，在混合层18中分散有空孔7。即，本实施方式的陶瓷结合剂磨具19具备粘结剂层，所述粘结剂层由以下2层结构构成：由因与CBN磨粒11的密合性良好而磨粒保持力强的玻璃层17和通过含有硬质粒子从而耐磨损性高的混合层18构成。

使用第2实施方式的陶瓷结合剂磨具19进行磨削时，磨削力作用于CBN磨粒11，但由于玻璃密合而磨粒保持力强，所以CBN磨粒11不易脱落。另外，混合层18因切屑的流动而受到磨耗作用，但由于混有硬质粒子，所以磨耗少。作为结果，即使在高能效磨削中也能够实现消耗少的陶瓷结合剂磨具19。

在上述实施方式中，在第2被覆层13的添加物中使用硬质粒子来提高混合层18的耐磨性，但也可以添加中空粒子等破碎性大的粒子来使混合层的修整性变得良好。另外，还可以使用金刚石磨粒来代替CBN磨粒11。

对第3实施方式进行说明。这是研究结果发现添加CBN微粉末时，烧结时的玻璃的流动性的降低少，并应用该见解的实施方式。

由于除了第1被覆层的组成不同以外，均与第2实施方式相同，所以对于制造方法而言，仅对被覆工序进行说明。如图8示意所示，被覆磨粒24在CBN磨粒21的外侧具备第1被覆层22，所述第1被覆层22混合了玻璃粉末、CBN粉末、聚丙烯酸铵盐、聚乙烯醇等粘结剂与作为增塑剂的聚乙二醇等而成。在第1被覆层22的外侧具备第2被覆层23，所述第2被覆层23配合了玻璃、硬质粒子(添加物)、上述粘结剂、和比第1被覆层2所含的量多的上述增塑剂。

使用被覆磨粒24进行成型·烧结时，由于在CBN磨粒21的附近分布有第1被覆层所含有的玻璃粉末和CBN粉末，所以在烧结时玻璃充分流动而密合于CBN磨粒21。因此，该陶瓷结合剂磨具27如图9所示，具备如下结构：形成由密合于CBN磨粒21的整面的CBN添加层25、在与CBN磨粒21分离的部分中，添加粒子混于玻璃的混合层26构成的粘结剂层，在混合层26中分散有空孔7。

使用第3实施方式的陶瓷结合剂磨具27进行工件W的磨削时，如图10所示，被磨削的切屑C与CBN添加层25和混合层26接触的同时生长，在贮留于GF容屑槽28后工件W与陶瓷结合剂磨具27的接触结束后排出。此时，磨削力作用于CBN磨粒21，但由于CBN添加层25与CBN磨粒21密合而磨粒保持力强，所以CBN磨粒21不易脱落。另外，混合层26因切屑的流动而受到磨耗作用，但由于混有硬质粒子，所以磨耗少。此外，CBN添加层25也因切屑的流动而受到磨耗作用，但由于混有CBN微粉末，所以磨耗也少。作为结果，在高能效磨削中，能够实现消耗比第2实施方式更少的陶瓷结合剂磨具27。

对第4实施方式进行说明。该实施方式通过使被覆层为3层来实现磨粒的密合性的提高、所希望的磨粒分布密度和所希望的空孔密度。

如图11所示，第1被覆层32是将粒径数μm以下的玻璃粉末与聚丙烯酸铵盐、聚乙烯醇等粘结剂等混合，使其较薄地附着于CBN磨粒31而形成的。接下来，在第1被覆层32上，使粒径数μm以下的玻璃粉末、富铝红柱石、氧化铝、氧化钛、硅酸锆等粒径数μm以下的硬质粒子、上述粘结剂和作为增塑剂的聚乙二醇的混合物粘接，然后干燥而形成第2被覆层33。此外，使构成材料与第2被覆层33相同、但作为增塑剂的聚乙二醇的量比第2被覆层33所含的量多地配合的第3被覆层34附着在第2被覆层33上而形成被覆磨粒35。

该被覆磨粒35具备以下特性。第3被覆层34的可塑性比第2被覆层33大，如果对被覆磨粒35施加第3被覆层34发生塑性变形的压力以上的压力，则第3被覆层34严重塑性变形，而第2被覆层33不变形或者即使变形其变形量也小。因此，与第2实施方式同样地进行加压而成型出成型物36时，如图12所示，成为第3被覆层34发生塑性变形而在第2被覆层33的外周相互接触的组织。此时，接触部的第3被覆层34向间隙5流动而使间隙5的体积减少。该减少的程度可以通过调整第3被覆层34的厚度来控制，能够制造具备所希望的间隙5的体积比率的成型物36。然后在粘结剂和增塑剂的挥发温度以上的规定温度进行脱脂处理。

接下来，进行烧结，能够制成如图13所示的陶瓷结合剂磨具39。该陶瓷结合剂磨具39形成有在煅烧时软化的玻璃充分流动而密合于CBN磨粒31的整面的薄的玻璃层37、在离开CBN磨粒31的部分第2被覆层33与第3被覆层34融合而混有玻璃和添加粒子的粘结剂层38。此外，还具备如下结构：CBN磨粒31彼此隔开由第1被覆层32的外形半径的大小决定的规定的距离而分散于粘结剂层38，在粘结剂层38中，基于间隙5而产生的空孔7以所希望的比率分散配置的结构。即，由于与CBN磨粒31的密合性良好，所以通过使磨粒保持力强但耐磨性差的玻璃层37的厚度变薄，从而由于混有添加粒子，所以尽可能地使耐磨耗性高的粘结剂层38接近CBN磨粒31而减少磨耗弱的部分，作为结果，实现耐磨性高的陶瓷结合剂磨具39。

产业上的可利用性

如以上4个实施方式所示，通过使用在磨粒的外侧具备组成不同的多个被覆的被覆磨粒来制造陶瓷结合剂磨具，能够将磨粒和空孔的均匀的分散和它们的分布密度设定为所希望的值，此外，通过使添加粒子分布于规定的场所，能够制造具备所希望的粘结剂强度的陶瓷结合剂磨具。

符号说明

1、11、21：CBN磨粒；2、12、22：第1被覆层；

3、13、23：第2被覆层；4、14、24：被覆磨粒；

5：间隙；6：成型物；7：空孔；8：粘结剂层；

9、19、27：陶瓷结合剂磨具。

Claims (7)

1.一种磨具的制造方法，由如下工序构成：

被覆工序，将第1被覆层形成于磨粒的外侧后，在所述第1被覆层的外侧形成至少1层外被覆层来制造被覆磨粒，与所述第1被覆层相比，所述外被覆层在小的压力下会变形，所述第1被覆层含有玻璃，在所述玻璃的软化点以上的温度进行烧结而结合，

加压成型工序，在将所述被覆磨粒填充成规定形状后，以所述外被覆层变形以上的压力加压而制造成型物，和

烧结工序，将所述成型物烧结,

通过调整所述外被覆层的厚度来调整所述磨具中的空孔的密度。

2.根据权利要求1所述的磨具的制造方法，其中，所述第1被覆层所含的增塑剂的量少于所述外被覆层所含的增塑剂的量。

3.根据权利要求1所述的磨具的制造方法，其中，所述第1被覆层由玻璃构成，所述外被覆层由玻璃与添加物的混合物构成。

4.根据权利要求1所述的磨具的制造方法，其中，所述第1被覆层由玻璃与CBN粒构成，所述外被覆层仅由玻璃构成或者由玻璃与添加物的混合物构成。

5.一种磨具，如下制造而成，即，将第1被覆层形成于CBN或金刚石的磨粒上后，在所述第1被覆层的外侧形成至少1层外被覆层来制造被覆磨粒，与所述第1被覆层相比，所述外被覆层在小的压力下会变形，所述第1被覆层含有玻璃，在所述玻璃的软化点以上的温度进行烧结而结合，

在将所述被覆磨粒填充成规定形状后，以所述外被覆层变形以上的压力加压而制造成型物，

将所述成型物烧结制造而成,

通过调整所述外被覆层的厚度来调整空孔的密度。

6.根据权利要求5所述的磨具，其中，所述第1被覆层由玻璃构成，所述外被覆层由玻璃与添加物的混合物构成。

7.根据权利要求5所述的磨具，其中，所述第1被覆层由玻璃与CBN粒构成，所述外被覆层仅由玻璃构成或者由玻璃与添加物的混合物构成。