JP2004034261A - 超砥粒ホイール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリイミド樹脂を結合剤とする超砥粒層を有するホイールであって、前記超砥粒層がコバルト及び/又はコバルト基合金粉末を含む超砥粒ホイールである。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は超砥粒ホイールに関する。さらに詳しくは、本発明は、切れ味がよく、かつ耐摩耗性に優れ、特に硬度の低い鉄系材料の研削加工に好適な、ポリイミド樹脂を結合剤とするレジンボンド超砥粒ホイールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ダイヤモンドやcBN(立方晶窒化ホウ素)などを使用した超砥粒ホイールは、金属、セラミックス、ガラス、プラスチックス、ゴム、複合材料などの研削に広く用いられている。超砥粒ホイールは、一般に砥粒層部の結合剤の種類によって分類することができ、例えばレジノイド結合剤(Resinoid bond)を用いたレジンボンドホイール、メタル結合剤(Metal bond)を用いたメタルボンドホイール、ビトリファイド結合剤(Vitrified bond)を用いたビトリファイドボンドホイールなどがある。
これらの中で、メタルボンド超砥粒ホイールは、砥粒保持力と耐摩耗性に優れているが、切れ味は劣る。ビトリファイドボンド超砥粒ホイールは、一般に切れ味がよく、耐摩耗性も良好であるが、脆くて欠けやすいという欠点がある。
一方、レジンボンド超砥粒ホイールは、成形が容易であって適当な硬度を有し、耐衝撃性に優れる上、発熱も比較的少ないなどの特徴を有し、結合剤の種類に応じて、湿式研削、乾式研削、重研削加工などに用いられており、例えば粗研削から精密研削、やわらかい金属から硬い高速度鋼の研削まで、広い範囲にわたって利用されている。
特に、硬くて脆性破壊を起こしやすい超硬合金やサーメット、セラミックス、ガラスなどの研削加工には、一般にレジンボンド超砥粒ホイールが用いられる。その理由は、レジノイド結合剤は、圧縮弾性率が比較的小さく、弾性変形がある程度生じやすいために、研削時の食い込みが少なく、研削による被加工物のカケが発生しにくいからである。
このようなレジンボンド超砥粒ホイールにおいては、レジノイド結合剤として、主にフェノール樹脂やポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂が、機械的強度や耐熱性などの点から用いられている。そして、結合剤としてフェノール樹脂を用いたホイールは、通常湿式又は乾式研削加工に用いられ、ポリイミド樹脂を用いたホイールは、主に湿式重研削加工に用いられている。しかしながら、結合剤としてフェノール樹脂を用いたレジンボンド超砥粒ホイールは、切れ味がよく、高硬度材を始め、広い用途に使用されているものの、メタルボンド超砥粒ホイールやビトリファイドボンド超砥粒ホイールに比べて耐摩耗性に劣り、研削比が低いという欠点を有している。
一方、結合剤としてポリイミド樹脂を用いたレジンボンド超砥粒ホイールにおいては、該ポリイミド樹脂は、フェノール樹脂に比べて、より高い耐熱性と機械的強度及び耐摩耗性を有することから、前述のように重研削加工に適している。そして、該ポリイミド樹脂を結合剤とする超砥粒層には、充填材として、炭化ケイ素やアルミナなどの無機粉末、あるいはブロンズなどの金属粉末が一般に用いられている。
しかしながら、被削材が硬度の低い材料である場合には、研削加工時に流れ形の長い切粉が発生し、レジン系の結合剤では摩耗が激しいために、レジンボンド超砥粒ホイールは使用しにくいという問題があった。したがって、このような被削材の研削加工には、メタルボンドcBNホイールが一般に用いられるが、メタルボンド超砥粒ホイールは、前述のように耐摩耗性は高いものの、切れ味が劣る上、ドレッシングもしにくいという欠点を有している。
このような事情から、切れ味がよく、かつ耐摩耗性に優れ、しかも硬度の低い被削材の加工が可能な超砥粒ホイールが求められていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、切れ味がよく、かつ耐摩耗性に優れ、特に硬度の低い被削材の研削加工に好適な超砥粒ホイールを提供することを目的としてなされたものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の優れた機能を有する超砥粒ホイールを開発すべく鋭意研究を重ねた結果、超砥粒層の結合剤にポリイミド樹脂を用い、かつ該超砥粒層に特定の金属系粉末を含有させることにより、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
(1)ポリイミド樹脂を結合剤とする超砥粒層を有するホイールであって、前記超砥粒層がコバルト及び/又はコバルト基合金粉末を含むことを特徴とする超砥粒ホイール、
(2)超砥粒層が、超砥粒とポリイミド樹脂粉末とコバルト及び/又はコバルト基合金粉末を含む粉末混合物を焼成することにより形成されたものであり、かつ該粉末混合物において、ポリイミド樹脂粉末とコバルト及び/又はコバルト基合金粉末との容量比が10:90ないし70:30である第1項記載の超砥粒ホイール、
(3)超砥粒がcBN(立方晶窒化ホウ素)である第1項又は第2項記載の超砥粒ホイール、
(4)被削材が硬度HRB90以下の鉄系材料である第1項、第2項又は第3項記載の超砥粒ホイール、及び
(5)両頭研削加工用として用いられる第4項記載の超砥粒ホイール、
を提供するものである。
【0005】
【発明の実施の形態】
本発明の超砥粒ホイールは、超砥粒がポリイミド樹脂からなる結合剤で保持された超砥粒層を有するレジンボンドホイールである。
本発明の超砥粒ホイールにおいて、超砥粒層に用いる超砥粒としては、ダイヤモンド砥粒及びcBN(立方晶窒化ホウ素)砥粒を挙げることができる。ダイヤモンド砥粒及びcBN砥粒は、それぞれ1種を単独で用いることができ、あるいは、ダイヤモンド砥粒とcBN砥粒を併用した混合砥粒として用いることもできるが、本発明においては、これらの中で、特にcBN砥粒が好適である。
一方、結合剤におけるポリイミド樹脂としては、特に制限はなく、従来ポリイミド樹脂を用いたレジンボンド超砥粒ホイールにおいて慣用されているものの中から、任意のものを適宜選択して用いることができるが、特に直鎖型ポリイミド樹脂が好適である。この直鎖型ポリイミド樹脂には、直鎖熱可塑型及び直鎖非熱可塑型があり、本発明においてはいずれも用いることができる。
本発明の超砥粒ホイールにおける超砥粒層には、コバルト及び/又はコバルト基合金粉末を含有させることが必要である。このコバルトやコバルト基合金粉末を含有させることにより、耐摩耗性が向上し、硬度の低い被削材を研削加工する際に発生する流れ形の長い切粉による摩耗を効果的に抑制することができる。
前記超砥粒層は、超砥粒とポリイミド樹脂粉末とコバルト及び/又はコバルト基合金粉末を含む粉末混合物を焼成することにより形成されるが、本発明においては、該粉末混合物におけるポリイミド樹脂粉末とコバルト及び/又はコバルト基合金粉末との容量比は10:90ないし70:30であることが好ましい。この容量比が上記範囲を逸脱すると、所望の機能を有する超砥粒ホイールが得られにくい。より好ましいポリイミド樹脂粉末とコバルト及び/又はコバルト基合金粉末との容量比は20:80ないし60:40の範囲である。
【0006】
該超砥粒層には、本発明の目的が損なわれない範囲で、所望により他の金属粉末を含有させることができる。他の金属粉末としては、例えばタングステンやチタンなどの粉末を用いることができる。
本発明の超砥粒ホイールにおける超砥粒層には、さらに本発明の目的が損なわれない範囲で、所望により従来超砥粒ホイールの砥粒層に慣用されている添加成分、例えば他の充填剤を始め、潤滑剤などを適宜含有させることができる。ここで、他の充填剤としては、例えば炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステンなどの炭化物、窒化ケイ素、窒化チタンなどの窒化物、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化鉄、酸化クロムなどの酸化物等の粉末を挙げることができる。これらの充填剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、潤滑剤としては、例えば六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、二硫化タンタル、グラファイト、フッ化黒鉛、窒化ホウ素、フタロシアニン、雲母などの層状固体、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム、フッ化バリウム、フッ化ランタン、フッ化イットリウムなどのフッ化物、硫化鉄などの硫化物、酸化アルミニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化鉄、酸化ケイ素などの酸化物等を挙げることができる。これらの中で、六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、フッ化カルシウム及びフッ化バリウムは、潤滑効果が大きいので特に好適に使用することができる。この潤滑剤は、微粉末状として使用することが好ましい。これらの潤滑剤は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
超砥粒層における超砥粒、結合剤及び気孔などの占める割合としては特に制限はなく、ホイールの使用目的やその他様々な状況に応じて適宜選択することができる。
本発明の超砥粒ホイールの形状としては特に制限はなく、例えば、カップ型の超砥粒ホイールとすることができ、あるいは、ストレート型の超砥粒ホイールとすることもできる。図1は、カップ型の超砥粒ホイールの1例の平面図(a)及び断面図(b)であり、図2は、ストレート型の超砥粒ホイールの1例の平面図(a)及び断面図(b)である。カップ型の超砥粒ホイールにおいては、台金1の中心軸と直交する平面上に超砥粒層2が存在し、ストレート型の超砥粒ホイールにおいては、台金1の外周に超砥粒層2が存在する。
また、図3は、両頭研削加工用のカップ型のレジンボンド超砥粒ホイールの1例の断面図であり、両頭研削加工においては、このホイール2枚を、超砥粒層2を対面させた配置で使用される。
【0007】
本発明の超砥粒ホイールは、以下のようにして製造することができる。
本発明においては、まず超砥粒と結合剤であるポリイミド樹脂粉末と、コバルト及び/又はコバルト基合金粉末と、必要に応じて用いられる他の充填材や潤滑剤などの添加剤粉末を、それぞれ所定の割合で均質に混合して粉末混合物を調製する。次いで、この粉末混合物を金型内に充填し、20〜200MPa程度の圧力で冷間加圧したのち、炉中で350〜500℃程度の温度にて無加圧成形するか、あるいは、該粉末混合物を金型内に充填し、温度350〜500℃程度、圧力20〜200MPa程度の条件でホットプレス成形する方法などにより、所望形状、例えばリング状などの超砥粒層を形成したのち、この超砥粒層をエポキシ系接着剤などにより、適当な台金の作用部に接着し、超砥粒ホイールを作製する。あるいは、金型内の適当な台金の作用面に、上記粉体混合物を載置し、温度350〜500℃程度、圧力20〜200MPa程度の条件でホットプレス成形することにより、超砥粒ホイールを作製する。
このようにして得られた本発明の超砥粒ホイールは、切れ味がよく、かつ耐摩耗性に優れ、特に硬度の低い被削材、例えば硬度がロックウエルBスケールでHRB90以下の鉄系材料の研削加工に好適に用いることができる。HRB90以下の鉄系材料としては、例えば鋳鉄、鉄系焼結金属、低高度の炭素鋼などを挙げることができる。研削加工法としては、通常の平面研削を始め、両頭研削のいずれも採用することができるが、特に両頭研削加工において、本発明の効果が有効に発揮される。
【0008】
【実施例】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例1
ポリイミド樹脂[デュポン社製、商品名「ベスペルGP」]粉末とコバルト粉末との容量比50:50の混合粉末に、粒度170/200のcBN砥粒を3.80ct/cm3相当量混合して粉体混合物を調製した。次いで、この粉体混合物を金型に充填し、温度400℃、圧力200MPa、保持時間30分間の条件で加圧焼成し、リング状の超砥粒層を形成した。
次に、この超砥粒層を、寸法169D−6T−50.8Hのアルミニウム合金製台金の外周にエポキシ系接着剤で固着し、175D−6T−3X−50.8H(1A1)のストレート型cBNホイールを製作した。
実施例2
実施例1において、ポリイミド樹脂粉末とコバルト粉末との容量比を30:70に変更した以外は、実施例1と同様にして、175D−6T−3X−50.8Hのストレート型cBNホイールを製作した。
比較例1
実施例1において、コバルト粉末の代わりに銅粉末を用いた以外は、実施例1と同様にして、175D−6T−3X−50.8Hのストレート型cBNホイールを製作した。
【0009】
試験例1
実施例1、2及び比較例1で製作したcBNホイールについて、横軸平面研削盤を用い、下記の条件でSS41の湿式プランジ研削試験を行い、法線研削抵抗値Fn(N)及びホイール半径摩耗高さ(μm)を求めた。結果を第1表に示す。
〈研削条件〉
試験機:長島精工(株)製横軸平面研削盤
加工方式:湿式プランジ研削
ホイール周速:30m/s
切込み:5μm/pass
左右速度:15m/min
総切込み:20mm
被削材:SS41(HRB77〜78)、3.05T−119.6L
【0010】
【表1】
【0011】
第1表から分かるように、本発明のcBNホイール(実施例1及び2)は、比較例1のcBNホイール(ポリイミド樹脂粉末:銅粉末容量比=50:50)に比べて、ホイール半径摩耗高さが著しく小さく、極めて耐摩耗性に優れている。また、法線研削抵抗値も、比較例1のものに比べて小さい。
実施例3
実施例1と同様にして、ストレート型cBNホイールの代わりに、寸法305D−75W−3X−50T−80Hの両頭研削加工用のカップ型cBNホイール2枚を製作した。
実施例4
実施例2と同様にして、ストレート型cBNホイールの代わりに、寸法305D−75W−3X−50T−80Hの両頭研削加工用のカップ型cBNホイール2枚を製作した。
比較例2
フェノール樹脂粉末と銅粉末との容量比70:30の粉末混合物を調製した。次いで、この粉末混合物を金型に充填し、温度200℃、圧力80MPa、保持時間20分間の条件で加圧焼成し、リング状の超砥粒層を形成した。
次に、この超砥粒層を台金の作用面にエポキシ樹脂で固着し、寸法305D−75W−3X−50T−80Hの両頭研削加工用のカップ型cBNホイール2枚を製作した。
比較例3
比較例1と同様にして、ストレート型cBNホイールの代わりに、寸法305D−75W−3X−50T−80Hの両頭研削加工用のカップ型cBNホイール2枚を製作した。
試験例2
実施例3及び比較例2、3で製作したcBNホイールについて、立形両頭平面研削盤を用い、下記の条件で鉄系焼結金属の両頭研削試験を行い、研削動力値(kW)及び被削材の寸法変化(μm)を求めた。結果を第2表に示すと共に、研削動力値の推移曲線及び被削材の寸法変化の推移曲線を、それぞれ図4及び図5に示す。
〈研削条件〉
試験機:立形両頭平面研削盤、光洋機械社製「KVD300」(インフィードオシュレート方式)
ホイール回転速度:1500/min
ホイール回転方向:上軸;正転、下軸;逆転
切込み速度:20μm/s
取り代:0.5mm
加工個数:50個
被削材:鉄系焼結金属、寸法100D−45H、HRB60
【0012】
【表2】
【0013】
第2表及び図4、図5から分かるように、実施例3の本発明のcBNホイールは、研削動力値の推移については、比較例2のホイール(フェノール樹脂粉末:銅粉末容量比=70:30)よりも上昇度が低く、また、比較例3のホイール(ポリイミド樹脂粉末:銅粉末容量比=50:50)とほぼ同等である。一方、被削材の寸法変化の推移については、実施例3のホイールは、比較例2及び比較例3のホイールに比べて寸法変化度が小さい。
試験例3
実施例3、4及び比較例2で製作したcBNホイールについて、立形両頭平面研削盤を用い、下記の条件で鋳鉄の両頭研削試験を行い、研削動力値(kW)及び被削材の寸法変化(μm)を求めた。結果を第3表に示すと共に、研削動力値の推移曲線及び被削材の寸法変化の推移曲線を、それぞれ図6及び図7に示す。
〈研削条件〉
試験機:立形両頭平面研削盤、光洋機械社製「KVD300」(インフィードオシュレート方式)
ホイール回転速度:1500/min
ホイール回転方向:上軸;正転、下軸;逆転
切込み速度:粗;40μm/s、仕;5μm/s
取り代:0.5mm(粗;0.48mm、仕;0.02mm)
加工個数:100個
被削材:鋳鉄(FC250)、寸法100D−60H、HRB80
【0014】
【表3】
【0015】
第3表、図6及び図7から分かるように、研削動力値の推移については、本発明のcBNホイールである実施例3及び実施例4は、いずれも比較例2のホイールに比べて、研削動力値の上昇度が低い。一方、被削材の寸法変化の推移についても、実施例3及び実施例4のホイールは、いずれも比較例2のホイールに比べて、寸法変化の上昇度が小さい。
【0016】
【発明の効果】
本発明の超砥粒ホイールは、超砥粒層に結合剤としてポリイミド樹脂を用い、かつコバルトやコバルト基合金粉末を充填材として含有させたレジンボンド超砥粒ホイールであり、耐摩耗性に優れ、かつメタルボンド超砥粒ホイールよりも切れ味がよく、ドレッシングもしやすい。また、硬度の低い鉄系材料を研削加工してもレジンボンドの摩耗が少なく、形状維持に優れているので、両頭研削加工に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、カップ型のレジンボンド超砥粒ホイールの1例の平面図(a)及び断面図(b)である。
【図2】図2は、ストレート型のレジンボンド超砥粒ホイールの1例の平面図(a)及び断面図(b)である。
【図3】図3は、両頭研削加工用のカップ型のレジンボンド超砥粒ホイールの1例の断面図である。
【図4】図4は、実施例3、比較例2及び比較例3で得られたcBNホイールを用い、鉄系焼結金属を両頭研削加工した際における研削動力値の推移曲線を示すグラフである。
【図5】図5は、実施例3、比較例2及び比較例3で得られたcBNホイールを用い、鉄系焼結金属を両頭研削加工した際における被削材の寸法変化の推移曲線を示すグラフである。
【図6】図6は、実施例3、実施例4及び比較例2で得られたcBNホイールを用い、鋳鉄を両頭研削加工した際における研削動力値の推移曲線を示すグラフである。
【図7】図7は、実施例3、実施例4及び比較例2で得られたcBNホイールを用い、鋳鉄を両頭研削加工した際における被削材の寸法変化の推移曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
1 台金
2 超砥粒層
Claims (5)
- ポリイミド樹脂を結合剤とする超砥粒層を有するホイールであって、前記超砥粒層がコバルト及び/又はコバルト基合金粉末を含むことを特徴とする超砥粒ホイール。
- 超砥粒層が、超砥粒とポリイミド樹脂粉末とコバルト及び/又はコバルト基合金粉末を含む粉末混合物を焼成することにより形成されたものであり、かつ該粉末混合物において、ポリイミド樹脂粉末とコバルト及び/又はコバルト基合金粉末との容量比が10:90ないし70:30である請求項1記載の超砥粒ホイール。
- 超砥粒がcBN(立方晶窒化ホウ素)である請求項1又は2記載の超砥粒ホイール。
- 被削材が硬度HRB90以下の鉄系材料である請求項1、2又は3記載の超砥粒ホイール。
- 両頭研削加工用として用いられる請求項4記載の超砥粒ホイール。
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JP2006224195A (ja) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Mitsubishi Materials Corp | レジンボンド砥石 |
CN113635226A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-12 | 江苏赛扬精工科技有限责任公司 | 一种陶瓷内圆磨砂轮磨削复合体及双层砂轮与制备方法 |
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2002
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