CN101115583A - 陶瓷粘合剂磨具以及其制造方法 - Google Patents

陶瓷粘合剂磨具以及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供陶瓷粘合剂磨具以及其制造方法。所述陶瓷粘合剂磨具是通过陶瓷粘合剂(12)将CBN或者金刚石等的超研磨粒子(11)结合的陶瓷粘合剂磨具，其特征在于，在所述陶瓷粘合剂磨具的气孔(16)内，含浸由具有在常温下为液状的热固化性，例如，不饱和聚酯、乙烯基酯以及烯丙基酯中的任意一种树脂形成的进行自由基聚合的树脂(17)。由此在含浸树脂固化时不发生脱离气体等，可以提高磨具强度。

Description

陶瓷粘合剂磨具以及其制造方法
技术领域
本发明涉及在陶瓷粘合剂磨具的气孔内含浸树脂的陶瓷(vitrified)粘合剂磨具以及其制造方法。
背景技术
用陶瓷粘合剂将CBN或者金刚石等的超研磨粒子结合的陶瓷粘合剂磨具，由于在研磨粒子之间形成很多的气孔，从切屑的排出性优异、切削状态良好方面出发，有能够研削加工成良好的表面粗糙度的优点。然而，在该种的陶瓷粘合剂磨具中，如果进一步增多气孔，虽然磨具的切削状态可以进一步提高，但是相反的，有研磨粒子的保持力降低，在研磨时研磨粒子容易脱落，而且，在磨具的弯曲强度方面产生限度的问题。鉴于这样的问题，在特开2001-205566号公报中公开了通过在陶瓷磨具的气孔内含浸树脂，来提高研磨粒子的保持力、抑制研磨粒子的脱落的陶瓷磨具。即，在该公报中记载了，在具有很多连续的气孔的多孔质的陶瓷磨具组织内，通过含浸液状酚醛树脂后，在干燥机内干燥使含浸的树脂固化，使陶瓷磨具的组织内的空隙适当地埋入酚醛树脂。
然而，申请人的实验结果确认了，在陶瓷磨具的气孔内含浸酚醛树脂的磨具，磨具的强度(磨具的弯曲强度)不能充分提高。研究了种种原因，结果认为，是由于酚醛树脂的固化反应的聚合形态所致。即，得到导致磨具的强度降低的如下见解：酚醛树脂的固化反应的聚合形态，被划分为依次聚合的缩聚，但是在依次聚合的缩聚中，在含浸于气孔内的酚醛树脂固化时，因聚合反发生脱离气体、水蒸气，由于发生这些脱离气体、水蒸气而妨害了树脂含浸作用，在磨具的内部发生空洞。因此，认为在陶瓷磨具的气孔内含浸酚醛树脂的磨具，在研削时研磨粒子容易脱落，磨具磨损变大，磨具寿命变短。
基于所述事实进行了反复研究，结果发现，如果在所谓依次聚合的聚合形态中，将构成对极的连锁聚合的进行自由基聚合的不饱和聚酯树脂，含浸在陶瓷粘合剂磨具的气孔内，则在其固化反应时，不发生像上述那样的脱离气体等。
因此，本发明提供可以通过使在含浸树脂的固化时不发生脱离气体等的进行自由基聚合的树脂含浸，来提高磨具强度的陶瓷粘合剂磨具以及其制造方法。
发明内容
第一发明是一种陶瓷粘合剂磨具，其是用陶瓷粘合剂将CBN或者金刚石等的超研磨粒子结合的陶瓷粘合剂磨具，其特征在于，在所述陶瓷粘合剂磨具的气孔内，含浸进行自由基聚合的树脂。
根据第一发明，通过在陶瓷粘合剂磨具的气孔内，含浸进行自由基聚合的树脂，由于在含浸树脂的固化时不发生脱离气体、水蒸气，树脂含浸能够确实地进行，可以提高磨具的弯曲强度。因此，研削时的研磨粒子的脱落被抑制，有可以降低磨具的磨损量、提高磨具寿命的效果。
第二发明是第一发明所述的陶瓷粘合剂磨具，其特征在于，所述进行自由基聚合的树脂是由具有热固化性的、在常温为液状的不饱和聚酯、乙烯基酯以及烯丙基酯中的任意一种树脂形成的。
根据第二发明，由于使用具有热固化性的、在常温为液状的不饱和聚酯、乙烯基酯以及烯丙基酯中的任意一种树脂作为进行自由基聚合的树脂，所以具有在常温状态下，不饱和聚酯、乙烯基酯以及烯丙基酯中的任意一种树脂容易含浸在陶瓷粘合剂磨具的气孔内的效果。
第三发明是第一发明或者第二发明所述的陶瓷粘合剂磨具，其特征在于，所述进行自由基聚合的树脂是由硬度(肖氏D)为60～85的范围的树脂形成的。
根据第三发明，由于使用硬度(肖氏D)为60～85的范围的树脂作为进行自由基聚合的树脂，所以与酚醛树脂相比树脂硬度软，即使在研削时工作物与含浸树脂接触，也可以抑制热的发生，有防止工作物的研削烧灼或向磨具的熔融粘附等的效果。
第四发明是一种陶瓷粘合剂磨具的制造方法，其是用陶瓷粘合剂将CBN或者金刚石等的超研磨粒子结合的陶瓷粘合剂磨具的制造方法，其特征在于，将混合了研磨粒子以及结合剂等的原料充填到模具内，在加压成形的同时烧结形成磨具体，通过将该磨具体浸渍在进行自由基聚合的液状的树脂中实施真空脱泡，使进行自由基聚合的树脂含浸在所述磨具体的气孔内，固化该树脂后，将含浸了树脂的磨具体与磨具芯粘结。
根据第四发明，由于将混合了研磨粒子以及结合剂等的原料充填到模具内，在加压成形的同时烧结形成磨具体，通过将该磨具体浸渍在进行自由基聚合的液状的树脂中实施真空脱泡，使进行自由基聚合的树脂含浸在所述磨具体的气孔内，固化该树脂后，将含浸了树脂的磨具体与磨具芯粘结，所以进行自由基聚合的树脂能够确实且容易地含浸在所述磨具体的气孔内。而且，由于在含浸树脂的固化时，不发生脱离气体、水蒸气，所以在含浸有树脂的磨具体的气孔内不发生因脱离气体等所致的空洞，使树脂在磨具体的气孔内普遍含浸。因此，具有可以容易得到能够提高磨具的弯曲强度，抑制研削时的研磨粒子的脱落，能够降低磨具的磨损量的陶瓷粘合剂磨具的效果。
附图说明
第1图是表示显示本发明的实施方式的磨具体的图。
第2图是表示磨具体的剖面构造的图。
第3图是表示磨具体的制造步骤的图。
第4图是表示磨具体的弯曲强度的比较图。
第5图是表示粘合磨具体的杯形的陶瓷粘合剂磨具的剖面图。
第6图是从第5图的A方向看到的图。
第7图是表示树脂的硬度的比较图。
第8图是表示树脂的硬度的有效范围的图。
第9图是表示本发明的其他的实施方式的陶瓷粘合剂磨具车的外观图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。在第1图及第2图中，10表示用陶瓷粘合剂12将CBN或者金刚石等的超研磨粒子11结合的环状的磨具体。磨具体10由用陶瓷粘合剂12将超研磨粒子11结合的研磨粒子层13，和不含超研磨粒子的基底层14重合一体而结合的2层构造形成。研磨粒子层13是用陶瓷粘合剂12将超研磨粒子11结合成例如3～5mm的厚度的物质，根据需要，在陶瓷粘合剂12中混入氧化铝(Al2O3)等的粒子作为骨材。另外，基底层14是用陶瓷粘合剂将陶瓷粒子等的基底粒子结合成例如1～3mm的厚度的物质。通过采用陶瓷粘合剂12在超研磨粒子11之间形成很多的气孔16，因而切削屑的排出性优异、切削状态良好，所以可以减少磨具磨损量、以良好的表面粗糙度进行研削加工。
下面，基于图3说明制造环状的磨具体10的过程。在该过程中使用的磨具体10的规格示于表1。
[表1]
  规格
  研磨粒子种类     CBN、金刚石
  研磨粒子粒度     #40～#800
  研磨粒子以及骨材合计体积率     10～60％
  结合剂     陶瓷
  结合剂体积率     10～35％
  含浸树脂     聚酯树脂
  树脂体积率     20～60％
首先，在原料混合步骤21中，作为磨具体10的原料的含有粒度为#40～#800的CBN或者金刚石的超研磨粒子11，和含有陶瓷粘合剂的结合剂12，和根据需要含有WA研磨粒子等的填料，以预先设定的混合比例混合。超研磨粒子11和结合剂(陶瓷粘合剂)12，以在磨具体10烧结后，研磨粒子以及骨材的合计体积率为10～60％，另外，以结合剂体积率为10～35％的范围的方式调合超研磨粒子11和结合剂12。
然后，进入成形步骤22，在加压金属模具内依次充填研磨粒子层13和基底层14的各自的原料进行加压，形成由2层构造形成的环状的磨具体10的材料。接着，磨具体10的材料在烧结步骤23中，在800℃～1000℃被烧结，通过陶瓷粘合剂12超研磨粒子11被结合的具有很多气孔16的树脂含浸前的磨具体10被制造出来。
然后，在含浸步骤24中，使用装有液状的聚酯树脂的容器。作为液状的聚酯树脂，是将不饱和聚酯和固化促进剂和固化剂以重量比大致为100∶1∶1的比例混合的物质。具体而言，使用大日本油墨化学工业株式会社制XO-TP-03-38(品名：POLYLITE)作为不饱和聚酯树脂。需要说明的是，作为固化促进剂优选环烷酸钴，作为固化剂优选甲基乙基酮过氧化物等。在装有这样的液状的聚酯树脂的容器内，将烧结后的磨具体10浸渍，在该状态下进行真空脱泡，从而如第2图所示，液状的聚酯树脂17含浸在磨具体10的气孔16内。此时的聚酯树脂17的体积率优选为25～60％。
上述的不饱和聚酯树脂，在常温为液状的热固化性树脂，其聚合方式被划分为连锁聚合的自由基聚合，在含浸于气孔16内的树脂(聚酯树脂)固化时，具有不发生因聚合反应起脱离气体、水蒸气的性质。
在最后固化步骤25中，磨具体10在干燥机内在60℃的温度下干燥3小时以上，由此，在磨具体10的气孔16内含浸的聚酯树脂17被固化，制成磨具体10。需要说明的是，聚酯树脂17由于在常温下即可固化，上述的通过干燥机进行的干燥处理不一定需要，但是在防止固化不良方面，通过干燥机进行干燥处理是有效的。这样，根据聚酯树脂17的比例，聚酯树脂17被埋入到磨具体10的气孔16内。
第4图是含浸了聚酯树脂17的磨具体10与含浸了酚醛树脂的磨具体的抗折强度(弯曲强度)的比较图。根据该图，容易理解含浸了聚酯树脂17的磨具体10与含浸了酚醛树脂的磨具体相比，具有近2倍的抗折强度。像这样的磨具体10的大幅度抗折强度的提高，可以抑制研削时的研磨粒子的脱落，能够抑制磨具的磨损，其结果，磨具寿命可以大幅度提高。
下面，以使用上述磨具体10来平面研削工作物为例进行说明。第5图与第6图是表示杯形的陶瓷粘合剂磨具30的图，该陶瓷粘合剂磨具30是在由铁、铝、或钛合金等的金属、陶瓷、或者纤维强化树脂等所成形的杯形状的磨具芯31的端面31a上，用例如环氧树脂系的粘结剂将如上所述的方法制造的环状的磨具体10粘合的物质。在磨具芯31的中心部，形成在图略的磨具轴上嵌合的装配孔32。
需要说明的是，在陶瓷粘合剂磨具30上贴合的磨具体10，不限于环状，可以是以磨具芯31的中心为曲率中心的圆弧状或者矩形状的多个的弓形磨具体配置成环状的物质。
表2表示贴合了含浸上述的聚酯树脂的磨具体10的陶瓷粘合剂磨具30(实施例)和贴合了含浸酚醛树脂的磨具体的陶瓷粘合剂磨具(比较例)的研削结果的对比。
[表2]
规格     实施例     比较例
研磨粒子种类     CBN     CBN
研磨粒子粒度     #40     #40
研磨粒子等体积率     30％     30％
结合剂     陶瓷     陶瓷
结合剂体积率     17％     17％
含浸树脂     聚酯树脂     酚醛树脂
树脂体积率     53％     53％
树脂硬度(肖氏D)     82～85     87～90
研削结果     ○     ×
即，含浸实施例表示的聚酯树脂17的磨具体10是，使用粒度为#40的CBN研磨粒子作为研磨粒子，研磨粒子的体积率为30％，使用陶瓷作为结合剂，其体积率为17％，使用聚合方式属于连锁聚合中的自由基聚合的热固化性的聚酯树脂作为含浸树脂，树脂体积率为53％的物质。另外，聚酯树脂是不饱和聚酯和固化促进剂和固化剂按重量比大致为100∶1∶1的比例配合的物质，在常温呈液状，固化后的树脂硬度(肖氏D)为82～85。需要说明的是，树脂硬度(肖氏D)的测定使用了TECLOCK公司制的GS-720G(品名：Durometer)的测定机。
另一方面，含浸比较例表示的酚醛树脂的磨具体，除了作为含浸树脂，是使用聚合方式属于依次聚合中的缩聚的热固化性的、树脂硬度(肖氏D)为87～90的酚醛树脂以外，研磨粒子种类以及研磨粒子粒度、研磨粒子等的体积率、结合剂以及其体积率设定为相同的条件。但是，在比较例中的树脂体积率的53％是包含了在聚合反应中伴随着脱离气体、水蒸气的发生的空洞部分的数值，实际的树脂体积率为只是减少了空洞部分的值。
需要说明的是，在磨具体中充填树脂后使其固化的干燥处理，对于含浸实施例的聚酯树脂后的磨具体10，在60℃进行6小时干燥，与之相对，对于含浸比较例的酚醛树脂后的磨具体，由于在同样的固化条件下，没有发生充分的固化，所以在180℃进行24小时干燥。
使用这些贴合了含浸聚酯树脂17的磨具体10的陶瓷粘合剂磨具30和，贴合了含浸酚醛树脂的磨具体的陶瓷粘合剂磨具，研削加工工作物的结果，确认了含浸聚酯树脂17的陶瓷粘合剂磨具30不发生工作物的研削烧灼或向磨具的熔融粘附等的现象。
需要说明的是，实施的研削条件为，使用上述的杯形磨具，研削能率设定为0.24mm2/s。
该结果可知，对于含浸酚醛树脂的陶瓷粘合剂磨具，发现有工作物的研削烧灼或向磨具的熔融粘附的现象，作为评价是没有得到满意的结果，与之相对，对于含浸聚酯树脂17的陶瓷粘合剂磨具30，磨具磨损量少，没有发现工作物的研削烧灼或向磨具的熔融粘附的现象。因此，在反复进行进一步提高研削能率的试验时，可以确认对于含浸聚酯树脂17的陶瓷粘合剂磨具30，即使提高研削能率到5倍，也能够研削加工而不发生工作物的研削烧灼或向磨具的熔融粘附。由此，证实了含浸聚酯树脂17的陶瓷粘合剂磨具30，在抑制磨具磨损量、以及工作物的研削烧灼或向磨具的熔融粘附等的现象是非常有效的。
这被认为是，作为含浸树脂，通过使用聚合方式为连锁聚合、并且进行自由基聚合的热固化性的不饱和聚酯树脂，在含浸于磨具体10的气孔16内的聚酯树脂17固化时，由于不发生因聚合反应而引起的脱离气体、水蒸气，在气孔16内聚酯树脂17普遍地含浸，因此，如图4所示那样，是磨具强度被提高的原因。
但是，如图7所示，由于在含浸于气孔16内的不饱和聚酯树脂(大日本油墨化学工业株式会社制XO-TP-03-38的情况)的固化后的树脂硬度(肖氏D为82～85)与酚醛树脂的固化后的树脂硬度(肖氏D为87～90)相比柔软，在使用含浸聚酯树脂17的陶瓷粘合剂磨具30进行研削的情况下，在研削时即使工作物与含浸树脂接触也可以抑制热的发生，这被认为是在抑制前述的工作物的研削烧灼或向磨具的熔融粘附等的现象方面而发挥效果。
因此，上述的实施例的树脂(树脂硬度(肖氏D)为82～85的不饱和聚酯树脂)，是固化后的树脂硬度相异的不饱和聚酯树脂，即，将固化后的树脂硬度(肖氏D)以约为70、60、50的3种的不饱和聚酯树脂作为主要成分的不饱和聚酯树脂17含浸在磨具体10，在分别测定其抗折强度的关系时，如图8所明示的那样，即使含浸不饱和聚酯树脂的磨具，由于树脂硬度(肖氏D)为50以下时树脂过于柔软，与含浸作为前述的比较例而显示的树脂硬度(肖氏D)为87～90的酚醛树脂相比，在抗折强度没有确认优越性，树脂硬度(肖氏D)为60以上时，确认了在抗折强度上有效果。所以，树脂硬度(肖氏D)优选60～85的范围，最优选在实施例中显示的82～85。
第9图是显示本发明的其他的实施方式，在所述的实施方式中，在用陶瓷粘合剂将CBN或者金刚石等的超研磨粒子结合的圆弧状的弓形磨具体40的气孔内，与前述相同，含浸液状的聚酯树脂然后使其固化，该磨具体40是在由铁、铝、或钛合金等的金属、陶瓷、或者纤维强化树脂等形成的圆盘状的磨具芯41的外周面上，粘结多数个弓形类型的陶瓷粘合剂磨具车42而构成的。
表3是表示使用所述陶瓷粘合剂磨具车42，适于平面研削工作物的磨具体40的规格的一例。
[表3]
规格
研磨粒子种类     CBN
研磨粒子粒度     #120
研磨粒子等体积率     38％
结合剂     陶瓷
结合剂体积率     24％
含浸树脂     聚酯树脂
树脂体积率     38％
即，在该实施方式的弓形磨具体40，使用含有粒度为#120的CBN的超研磨粒子，研磨粒子等体积率设定为38％。另外，使用陶瓷作为结合剂，结合剂体积率设为24％。在气孔内与上述的实施方式相同，使用大日本油墨化学工业株式会社制(XO-TP-03-38)的不饱和聚酯和固化促进剂和固化剂以重量比大致为100∶1∶1的比例混合的物质。在磨具体40的气孔内含浸聚酯，其树脂体积率为38％。
使用如图9所示那样将这样组成的磨具体40，在圆盘状的磨具芯41的外周面上粘合多个磨具车42，平面研削工作物时，能够实现可以抑制工作物的研削烧灼或向磨具的熔融粘附等的现象的高能率的研削加工。
在上述的实施方式中，叙述了在陶瓷粘合剂磨具的气孔内，使不饱和聚酯树脂含浸的例子，作为含浸树脂，热固化性的进行自由基聚合的乙烯基酯以及烯丙基酯，在提高磨具的弯曲强度(抗折强度)方面是有效的。
进一步，本发明并不限定于这些不饱和聚酯、乙烯基酯以及烯丙基酯的树脂，也并不排除可以提高磨具的弯曲强度的、进行自由基聚合的包括热固化性以及热塑性的其他树脂。
另外，在上述的实施方式中，说明了磨具体10是由用陶瓷粘合剂12将超研磨粒子11结合的研磨粒子层13和不含超研磨粒子的基底层14重合一体结合的2层构造形成的情况，但是研磨粒子层即使是仅为1层的陶瓷粘合剂磨具，也可以期待具有同样的效果。
需要说明的是，在实施方式中所述的磨具体10、40的规格等，因为是表示在本发明中的优选例，因此不限定于此，在不脱离本发明的主要思想的范围内，当然是可以变更的。
工业上的可应用性
本发明所涉及的陶瓷粘合剂磨具以及其制造方法，适用于研削工作物的研削盘。

Claims (4)

1.一种陶瓷粘合剂磨具，其是用陶瓷粘合剂将CBN或者金刚石等的超研磨粒子结合的陶瓷粘合剂磨具，其特征在于，在所述陶瓷粘合剂磨具的气孔内，含浸进行自由基聚合的树脂。
2.根据权利要求1所述的陶瓷粘合剂磨具，其特征在于，所述进行自由基聚合的树脂是由具有热固化性的、在常温为液状的不饱和聚酯、乙烯基酯以及烯丙基酯中的任意一种树脂形成的。
3.根据权利要求1或者2所述的陶瓷粘合剂磨具，其特征在于，所述进行自由基聚合的树脂是由D型肖氏硬度为60～85的范围的树脂形成的。
4.一种陶瓷粘合剂磨具的制造方法，其是用陶瓷粘合剂将CBN或者金刚石等的超研磨粒子结合的陶瓷粘合剂磨具的制造方法，其特征在于，将混合了研磨粒子以及结合剂等的原料充填到模具内，在加压成形的同时烧结形成磨具体，通过将该磨具体浸渍在进行自由基聚合的液状树脂中实施真空脱泡，使进行自由基聚合的树脂含浸于所述磨具体的气孔内，固化该树脂后，将含浸了树脂的磨具体与磨具芯粘结。
CNA200580047966XA 2005-02-25 2005-12-27 陶瓷粘合剂磨具以及其制造方法 Withdrawn CN101115583A (zh)

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