陶瓷结合剂超磨粒磨石的制作方法
【专利摘要】一种陶瓷结合剂超磨粒磨石(26)，含有CBN磨粒(34)和金刚石磨粒(36)，金刚石磨粒(36)具有CBN磨粒(34)的1/2～1/10的平均粒径，且在将CBN磨粒(34)设为1时具有0.4～1的范围的韧度值。通过该金刚石磨粒(36)的平均粒径使CBN磨粒(34)的磨粒分散性提高，并且通过具有高热传导率的金刚石磨粒(36)的存在使磨石效率良好地吸收磨削热，抑制磨削热的产生并抑制被削材(104)的变质。另外，金刚石磨粒(36)在将CBN磨粒(34)设为1时具有0.4～1的范围的韧度值，努氏硬度高且具有适度的破碎性，因此超磨粒磨轮(10)的加工阻力的增大和修整性能的下降被抑制，超磨粒磨轮(10)的耐久寿命提高。
【专利说明】陶瓷结合剂超磨粒磨石
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用陶瓷结合剂使超磨粒结合而成的陶瓷磨石，尤其涉及抑制由磨削 热造成的被削材的变质、硬度下降、残余应力的产生的技术。
【背景技术】
[0002] 陶瓷结合剂超磨粒磨石通过例如在500?1000°C左右的烧成温度下使无机质的 陶瓷结合剂熔融来使超磨粒结合，因此与使用有机质的树脂粘结剂的情况相比，可得到磨 粒保持力即在超磨粒与陶瓷结合剂之间得到高的粘结力。例如，认为在CBN磨粒中，由于B 元素、在其合成工序中被添加的催化剂中的K或Na元素等存在于其表面，所以这些元素与 陶瓷结合剂反应，其化学结合力提高了磨粒保持力。
[0003] -直以来在钢材制被削材之中作为汽车引擎的主要部件的凸轮轴和曲轴等的轴 部件为了提高引擎的性能而适用高精度的磨削加工，但由于在磨削时产生的磨削热会存在 产生被削材即轴部件的加工变质、硬度下降、残余应力这样的问题。作为用于解决该问题 的产生的一般对策，曾提出了（a)使用锋利度好的磨石、(b)使用多孔质磨石减少磨削时的 切入量、（c)使用结合度低的软质磨石降低加工条件、（d)向磨削点充分供给冷却剂进行冷 却、（e)使用在各种比率下混合了 CBN磨粒和金刚石磨粒的磨石等。例如专利文献1、专利 文献2、专利文献3中所记载的磨石就是这样。
[0004] 在先技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特开2009-072835号公报
[0007] 专利文献2 :日本特开2003-300165号公报
[0008] 专利文献3 :日本特开2000-158347号公报
[0009] 专利文献4 :日本特开2008-200780号公报
【发明内容】
[0010] 这样的专利文献1、专利文献2、专利文献3中提出的磨石，全都在磨削时难以产生 磨削热，因此对磨削烧伤具有效果。但是，这些提案全都是定性的，每当制品样式、生产能效 即磨削能效发生变化，要取得可得到高品质且高效率的最适条件需要较多的工时。因此，如 果被削材的制品样式、生产能效即磨削能效发生变化，则产生结构上的限制，以加工精度和 磨石寿命为首存在对被削材的品质带来大的影响这一问题。另外，在专利文献4中提出的 磨石，对于加工物的残余应力毫无见解。
[0011] 对此，本 申请人:首先通过使用CBN磨粒作为主磨粒同时使用热传导性高的金刚石 磨粒作为辅助磨粒，提出了抑制磨削热的产生、加工物的变质以及砂轮（轮，wheel)的磨 损，并提高砂轮寿命的方案。作为未公知的在先申请的专利申请2011-070354就是这样。由 此，尚留有加工阻力的增大和修整性能的下降等问题。
[0012] 本发明是以上述情况为背景而完成的，其目的在于提供一种不仅磨削热的产生、 加工物的变质和砂轮的磨损被抑制，还可得到加工阻力的下降和修整性能的提高的陶瓷结 合剂超磨粒磨石。
[0013] 本发明人等以上述情况为背景，对于提高陶瓷结合剂超磨粒磨石的热传导率并抑 制上述磨削热进行了各种研讨，结果发现下述事实：将以往不适合于钢材制被削材的磨削 的金刚石粒子着眼于其高热传导率，以规定比例向使用CBN磨粒作为主磨粒的陶瓷结合剂 超磨粒磨石混入，则维持高精度且高能效的磨削性能，并且与以往相比磨削热的产生被抑 制，残余应力变小。同时，发现了下述事实：作为辅助磨粒使用的金刚石磨粒的韧度值，在将 作为主磨粒的CBN磨粒设为1时为0. 4?1，则成为努氏硬度高且具有适度的破碎性的辅助 磨粒，能够很好地抑制加工阻力的增大和修整性能的下降。本发明是基于该见解完成的。
[0014] 即，本发明的主旨在于，（a) -种使用陶瓷结合剂将含有CBN磨粒作为主磨粒并含 有金刚石磨粒作为辅助磨粒的超磨粒结合而成的陶瓷结合剂超磨粒磨石，（b)所述辅助磨 粒具有该主磨粒的1/2?1/10的平均粒径，（c)该辅助磨粒在将所述主磨粒设为1时的韧 度值为0.4?1。
[0015] 根据本发明的陶瓷结合剂超磨粒磨石，该超磨粒作为主磨粒含有CBN磨粒并作为 辅助磨粒含有金刚石磨粒，该辅助磨粒具有该主磨粒的1/2?1/10的平均粒径，因此通过 该辅助磨粒的平均粒径使CBN的磨粒分散性提高，并且通过具有CBN磨粒的2倍左右例如 填料所使用的氧化铝磨粒的20倍左右的热传导率的金刚石磨粒的存在来效率良好地吸收 磨削热，被削材的残余应力减小。另外，辅助磨粒在以主磨粒为1时具有〇. 4?1的韧度 值，努氏硬度高且具有适度的破碎性，因此加工阻力的增大和修整性能的下降被抑制，磨石 轮的耐久寿命提1?。
[0016] 在此，优选：所述辅助磨粒与所述陶瓷结合剂的接触角为90?150°。这样的话， 辅助磨粒在没有埋没到陶瓷结合剂中的状态下被该陶瓷结合剂保持，所以由辅助磨粒带来 的吸热效果被维持，并且可很好地防止辅助磨粒的脱落。陶瓷结合剂相对于辅助磨粒的接 触角如果低于90°，则辅助磨粒埋没到陶瓷结合剂中从而由辅助磨粒带来的吸热效果下 降，如果接触角高于150°，则辅助磨粒的保持力下降，脱落变多。
[0017] 另外，优选：以3?13体积％的体积比率含有所述辅助磨粒。这样的话，可很好地 得到作为辅助磨粒使用的金刚石的高热导电性带来的吸热效果、和努氏硬度高并且具有适 度的破碎性带来的加工阻力的增大和修整性能的下降的抑制效果。如果辅助磨粒的体积比 率低于3体积％，则难以得到来源于上述金刚石的吸热效果、加工阻力和修整性能下降的 抑制效果，如果辅助磨粒的体积比率高于13体积％，则锋利度、磨削加工精度、修整性能下 降。
[0018] 另外，优选：以15?30体积％的体积比率含有所述陶瓷结合剂，所以可得到所述 金刚石磨粒的存在所引起的效果。如果陶瓷结合剂的体积比率低于15体积％，则金刚石磨 粒在陶瓷结合剂的表面露出的比例变高，金刚石磨粒（DIA)对于磨削的支配率相对变高， 锋利度、磨削精度下降。相反地，如果陶瓷结合剂的体积比率高于30体积％，则金刚石磨粒 埋没于陶瓷结合剂上述金刚石磨粒的功能下降，难以充分得到由其存在带来的效果。
[0019] 另外，优选：一种陶瓷结合剂超磨粒磨石，其具有：有圆筒状的外周面的核、和贴 附在该核的外周面的多个扇形磨石，该扇形磨石是至少在外周侧层中所述超磨粒使用所述 陶瓷结合剂结合而成的磨石。由此，高价的超磨粒能够专门配设在陶瓷结合剂超磨粒磨石 之中的与磨削相关的区域，其他部分可以使用一般磨粒等的无机填料，所以陶瓷结合剂超 磨粒磨石变便宜。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是表示采用本实施例的制造方法制造出的超磨粒磨轮的主视图。
[0021] 图2是表示了图1的陶瓷磨石片的立体图。
[0022] 图3是将图2的陶瓷磨石片的表面层的结构放大说明的图。
[0023] 图4是说明陶瓷结合剂超磨粒磨石的制造方法的要部的工序图。
[0024] 图5是表示用于图1的超磨粒磨轮的金刚石磨粒的韧度值的测定所使用的、根据 粒度而变更的粉碎时间的图。
[0025] 图6是表示图1的超磨粒磨轮的使用状态的一例的图，是通过安装有陶瓷结合剂 超磨粒磨石的圆筒磨削盘磨削作为被削材的凸轮轴的状态的将要部切掉来表示的侧视图。
[0026] 图7是在磨削性能评价试验1中，将使用了本发明品的陶瓷磨石片的磨削所得到 的工件残余应力、与使用了对照品的陶瓷磨石片的磨削所得到的工作残余应力进行对比， 并表示对于加工根数的变化的图。
[0027] 图8是在磨削性能评价试验1中，将使用了本发明品的陶瓷磨石片的磨削所得到 的砂轮半径磨损量、与使用了对照品的陶瓷磨石片的磨削所得到的砂轮半径磨损量进行对 t匕，并表示对于加工根数的变化的图。
[0028] 图9是在磨削性能评价试验1中，将使用了本发明品的陶瓷磨石片的磨削中的消 耗电力值、与使用了对照品的陶瓷磨石片的磨削中的消耗电力值进行对比，并表示对于加 工根数的变化的图。
[0029] 图10是在磨削性能评价试验1中，将本发明品的陶瓷磨石片的修整率、与使用了 对照品的陶瓷磨石片的磨削的修整率进行对比表示的图。
[0030] 图11是在磨削性能评价试验2中，表示使用了使本发明品的陶瓷磨石片的金刚石 磨粒的平均粒径变化了的9种试料时的磨削结果的图表。
[0031] 图12是在磨削性能评价试验3中，表示使用了使本发明品的陶瓷磨石片的金刚石 磨粒的体积比率变化了的9种试料时的磨削结果的图表。
[0032] 图13是在磨削性能评价试验4中，表示使用了使本发明品的陶瓷磨石片的陶瓷结 合剂的体积比率变化了的10种试料时的磨削结果的图表。
[0033] 图14是在磨削性能评价试验5中，表示使用了使本发明品的陶瓷磨石片的金刚石 磨粒的韧度值变化了的8种试料时的磨削结果的图表。
[0034] 图15是在磨削性能评价试验6中，表示使用了使本发明品的陶瓷磨石片的陶瓷结 合剂的接触角变化了的8种试料时的磨削结果的图表。
[0035] 图16是表示将图2的陶瓷磨石片所包含的氧化铝磨粒、CBN磨粒、金刚石磨粒的 对于陶瓷结合剂的润湿性进行评价的试验片的加热前的状态的立体图。
[0036] 图17是表示图16的试验片的加热后的状态的立体图。
[0037] 图18是说明氧化铝磨粒的对于陶瓷结合剂的润湿性的模式图。
[0038] 图19是说明CBN磨粒的对于陶瓷结合剂的润湿性的模式图。
[0039] 图20是说明金刚石磨粒的对于陶瓷结合剂的润湿性的模式图。
【具体实施方式】
[0040] 以下，参照附图详细地说明本发明的一实施例。再者，在以下的实施例中附图被适 当简化或变形，各部分的尺寸比和形状等未必准确地描绘。
[0041] 实施例
[0042] 图1是表示采用本发明的一实施例的制造方法制造出的超磨粒磨轮10的主视图。 超磨粒磨轮10,具备：核即基底金属18,其为例如碳钢、铝合金等的金属制的圆盘状，并在 其中央部设置有安装部16,所述安装部16具有用于安装到磨削装置（例如后述的圆筒磨削 盘12)上的安装孔14;和多个（在本实施例中为12个）陶瓷磨石片（扇形磨石）26,其为 沿着以该基底金属18的旋转轴心W为曲率中心的圆弧弯曲了的圆弧板状，并具有在其外周 面的磨削面20、和与其相对在相反侧的内周面的贴附面22,该贴附面22与基底金属18的 外周面24没有间隙地贴附。其大小根据用途适当设定，本实施例的超磨粒磨轮10,构成为 例如外径尺寸D为380mmΦ、除了安装部16以外的厚度为10mm左右的尺寸。
[0043] 图2是表示陶瓷磨石片26的立体图。图3是将由陶瓷结合剂超磨粒磨石组织构 成的上述表面层30的截面放大表示的模式图一例，是说明在其内部的陶瓷结合剂32和CBN 磨粒34以及金刚石磨粒36的结合状态的模式图。在图1?图3中，陶瓷磨石片26由内周 侧层即基底层28和外周侧层即表面层30 -体地构成，所述基底层28是熔融氧化铝质、碳 化硅质、或莫来石质等的陶瓷质的一般磨粒或无机填料由玻璃质的陶瓷结合剂32结合而 成的，所述表面层30是CBN磨粒34和粒径比其小的金刚石磨粒36由玻璃质的无机粘结剂 结合而成的。上述基底层28作为专门用于机械性地支持表面层30的基台发挥功能。
[0044] 表面层30作为专门磨削后述的被削材104的磨石发挥功能，包含作为主磨粒发挥 功能的CBN磨粒34、作为辅助磨粒或填料发挥功能的金刚石磨粒36、和气孔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左右的韧 度值，例如60筛孔（平均粒径250 μ m)?3200筛孔（平均粒径5 μ m)的范围内的大小的 粒子。
[0045] 金刚石36与CBN磨粒34相比粒径小，相对于CBN磨粒34具有高的努氏硬度例如 6000Kg/mm 2左右的努氏硬度、和相对于CBN磨粒34同等以下的例如33左右的韧度值，一定 程度作为磨粒发挥功能，也作为磨削热的热传导体发挥功能并且具有在磨削面20露出从 而抑制磨石磨损的功能。为了效率良好地产生该功能，金刚石磨粒36例如具有CBN磨粒34 的平均粒径的1/2?1/10的平均粒径，例如被混入以成为3?13体积％的体积比率。艮P， 在表面层30中，例如CBN磨粒34的体积比率为30?40体积％、金刚石磨粒36的体积比 率为3?13体积％、陶瓷结合剂32的体积比率为20?30体积％、其余量的气孔38的体 积比率为17?47体积％。
[0046] 陶瓷结合剂32优选由例如硼硅酸玻璃或晶化玻璃构成。作为晶化玻璃，有例 如析出硅锌矿的晶化玻璃等。为了使磨粒的保持力充分，优选：相对于CBN磨粒34设为 ±2X 10_6(1/K)(室温?500°C )。作为上述陶瓷结合剂32优选的玻璃组成为，例如Si02 : 40?70重量份、A1203 :10?20重量份、B203 :10?20重量份、R0(碱土金属）：20?10重 量份、R20 :2?10重量份。
[0047] 在图3中，在陶瓷结合剂32内和表面，分散有与CBN磨粒34相比粒径小的金刚石 磨粒36。金刚石磨粒36与氧化铝磨粒（刚玉WA)等的一般磨粒、CBN磨粒34相比，对于陶 瓷结合剂32的润湿性相对低，难以被陶瓷结合剂32被覆，有在陶瓷结合剂32的表面、表面 层30的表面即磨石的表面露出的倾向。因此，能够介由热传导率高的金刚石磨粒36,使在 被削材104和表面层30的磨削面20之间的磨削点产生的磨削热效率良好地向金属制的基 底金属18侧吸收。
[0048] 图4是说明上述超磨粒磨轮10的制造方法的一例的要部的工序图。在图4中， 首先，在原料混合工序P1中，分别准备构成陶瓷磨石片26的基底层28用的表2所示的原 料、和构成陶瓷磨石片26的表面层30用的表1所示的原料。即，将作为氧化铝磨粒已知的 A1203系等的一般磨粒、Zr02-B20 3系、B203-Al203-Si0 2系、Li0-Al203-Si02系等的玻璃质的陶 瓷结合剂（无机粘结剂）、在成形时用于产生一定程度的相互粘结力的糊精等的成形用粘 合剂（粘结剂或糊量），以作为基底层28预先设定的比例称量并分别混合，准备基底层28 用的表2的原料。另外，将CBN磨粒34、金刚石磨粒36、陶瓷结合剂32、根据需要适当混入 的有机物或无机球状物（balloons)等的气孔形成剂、在成形时用于产生一定程度的相互 粘结力的糊精等的成形用粘合剂（粘结剂或糊量），以作为表面层30预先设定的比例称量 并分别混合，准备表面层30用的表1的原料。
[0049] [表 1]
[0050]
【权利要求】
1. 一种陶瓷结合剂超磨粒磨石，是使用陶瓷结合剂将含有CBN磨粒作为主磨粒并含有 金刚石磨粒作为辅助磨粒的超磨粒结合而成的陶瓷结合剂超磨粒磨石，其特征在于， 所述辅助磨粒具有该主磨粒的1/2?1/10的平均粒径， 该辅助磨粒在将所述主磨粒设为1时的韧度值为〇. 4?1。
2. 根据权利要求1所述的陶瓷结合剂超磨粒磨石，其特征在于，所述辅助磨粒与所述 陶瓷结合剂的接触角为90?150°。
3. 根据权利要求1或2所述的陶瓷结合剂超磨粒磨石，其特征在于，以3?13体积％ 的体积比率含有所述辅助磨粒。
4. 根据权利要求1或2所述的陶瓷结合剂超磨粒磨石，其特征在于，以15?30体积％ 的体积比率含有所述陶瓷结合剂。
5. 根据权利要求1或2所述的陶瓷结合剂超磨粒磨石，具有：有圆筒状的外周面的核、 和贴附在该核的外周面的多个扇形磨石， 该扇形磨石是至少在外周侧层中所述超磨粒使用所述陶瓷结合剂结合而成的磨石。
【文档编号】B24D3/00GK104066549SQ201380006046
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年1月18日 优先权日:2012年1月18日
【发明者】水野聪浩, 今井宪生, 吉村晃一, 三岛武史 申请人:株式会社则武