CN106363544A - 添加有硼化合物的切削磨具 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于在切削加工中抑制飞边的产生。对被加工物(W)进行切削的切削磨具(65)采用添加有硼化合物的切削磨具，其在金刚石磨粒中添加有作为硼化合物的cBN磨粒和作为金属硼化物的ZrB2颗粒，并利用由酚醛树脂等构成的树脂结合剂进行了固定。

Description

添加有硼化合物的切削磨具
技术领域
本发明涉及一种用于被加工物的切削加工的切削磨具。
背景技术
硼化合物具有优异的固体润滑性。因此，通过将硼化合物混入切削磨具中，能够抑制切削磨具对被加工物进行切削时的摩擦热的产生，能够抑制切削磨具的消耗。例如已知下述内容：通过使用混入有cBN(立方氮化硼)等硼化合物的切削磨具进行切削，能够得到良好的切削效果，即使被加工物为蓝宝石等硬质基板，也能够得到良好的切削效果(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-056012号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，即使为混入有例如cBN、B4C(碳化硼)或HBN(六方氮化硼)作为润滑剂的切削磨具，对于某些种类的被加工物也无法确保充分的加工特性。在利用这些切削磨具对例如金属基板或含有金属的基板进行切削时，由于金属具有的延展性，有时在基板的切削面产生飞边(毛刺)等异形状部。此外，例如在想要增多切削磨具中的cBN的含量来提高切削磨具的润滑性时，由于cBN的比重(3.48g/cm3)较小，将导致切削磨具本身变轻，因此在切削时切削磨具的冲力下降。因此，切削磨具无法给目标切削物的加工点传递正确且充分的切削力，且还存在飞边的产生增加的问题。
因此，即使使用混入有用于抑制摩擦热产生的硼化合物的切削磨具，对例如含有金属的基板进行切削的情况下，也存在下述课题：抑制飞边等异形状部的产生、且良好保持经分割所制作的器件的特性。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的本发明为对被加工物进行切削的切削磨具，该切削磨具是在金刚石磨粒中添加有硼化合物和金属硼化物并用结合剂进行了固定的切削磨具。
优选所述金刚石磨粒的粒径小于所述硼化物的粒径。
进一步优选所述硼化合物为cBN，所述金属硼化物为ZrB2(二硼化锆)，所述结合剂为树脂结合剂。此外，可以使用金属结合剂作为所述结合剂。
发明效果
对于本发明中的切削磨具来说，金刚石磨粒中添加有硼化合物和金属硼化物，并利用接合剂进行了固定，因此，即使在对例如被加工物为含有金属的基板进行切削的情况下，也能够抑制飞边等异形状部的产生。此外，能够良好保持经分割所制作的器件的特性。
此外，通过使切削磨具中所含的金刚石磨粒的粒径小于硼化合物的粒径，能够减小切削时与被加工物的摩擦而抑制摩擦热的产生，从而能够抑制切削磨具的消耗。
进一步，通过硼化合物采用cBN、金属硼化物采用ZrB2、结合剂采用树脂结合剂，即使在对例如含有金属的基板进行切削的情况下，也能够进一步抑制飞边等异形状部的产生，且能够抑制切削磨具的消耗，此外，通过抑制对被加工物的损伤，能够良好保持经分割的器件的特性。
附图说明
图1为示出具备实施例1的切削磨具的主轴单元的一例的分解立体图。
图2为示出切削装置的一部分的立体图。
图3为示出利用切削磨具对被加工物进行切削的状态的截面图。
具体实施方式
(实施例1)
图1所示的切削磨具65为例如外形为环状的垫圈型的树脂结合剂磨具，其中，向金刚石磨粒中添加作为硼化合物的cBN磨粒和作为金属硼化物的ZrB2颗粒，并利用由酚醛树脂等构成的树脂结合剂进行了固定。
切削磨具65的制造方法例如如下所述。首先，向以酚醛树脂、环氧树脂和聚酰亚胺树脂等为主成分的树脂结合剂中分别混入以体积比计为10～20％的平均粒径为40μm的金刚石磨粒和平均粒径为50μm的cBN磨粒，进一步混入以体积比计为25～35％的平均粒径为2～3μm的ZrB2颗粒，并进行搅拌使其混杂存在。接着，对该混合物进行压制，成型为规定厚度(在本实施例中厚度为150μm)，外形也成型为环状。然后，以180℃至200℃的烧结温度进行7～8小时的烧结，由此制造图1所示的具备安装孔650的切削磨具65。需要说明的是，如本实施例那样，通过使金刚石磨粒的平均粒径比cBN磨粒的平均粒径小10％以上，从而在切削加工中，金刚石磨粒作为cBN磨粒(主磨粒)的辅助磨粒发挥作用，因此是优选的。此外，树脂结合剂、金刚石磨粒、cBN磨粒和ZrB2颗粒的体积比可以根据各磨粒和树脂结合剂的种类等进行适当变更。需要说明的是，此处，记载了cBN磨粒的平均粒径为50μm的情况，但在切断金属的用途中所用的cBN磨粒的平均粒径可以为30～70μm。更优选为40～60μm。另一方面，金刚石磨粒的粒径可以比cBN磨粒的粒径小5～30％的程度。更优选小10～20％的程度。此外，金刚石磨粒的粒度号可以选择比cBN磨粒的粒度号小1级或2级的粒度号。例如，cBN磨粒为#240的情况下，金刚石磨粒选择#280或#320。
需要说明的是，切削磨具65不限于环状的垫圈型的树脂结合剂磨具，可以为例如将利用铝合金铸件等制作的基底金属和切削刃整体成型而成的轮毂类型的切削磨具。该情况下，例如切削刃由树脂结合剂、金刚石磨粒、cBN磨粒和ZrB2颗粒构成。
此外，作为固定各磨粒的结合剂，可以不使用树脂结合剂而使用金属结合剂。例如外形为环状的垫圈型的金属结合剂磨具的制造方法如下所述。首先，向成为主成分的青铜(铜和锡的合金)中混入有微量钴和镍等的金属结合剂中分别混入以体积比计为10～20％的平均粒径为40μm的金刚石磨粒和平均粒径为50μm的cBN磨粒，进一步以体积比25～35％混入平均粒径为2～3μm的ZrB2颗粒。对该混合物进行混炼、压制，成型为规定的厚度，外形也成型为环状。然后，以600℃至700℃的烧结温度进行1小时的烧结，由此能够制造环状的垫圈型的金属结合剂磨具。
作为金属硼化物，除了ZrB2颗粒之外，还可以使用CrB、CrB2、Cr3B2、TiB2、ZrB2、ZrB3、NbB2、TaB2、MoB或WB等金属硼化物。例如切削磨具65中的金属硼化物采用TiB2的情况下，切削磨具65适合含有铝的被加工物的切削。此外，切削磨具65中的金属硼化物采用CrB或CrB2的情况下，由于CrB和CrB2具有的耐氧化性，即使在氧气氛中、高温下，也可以更长时间地使用切削磨具65。即，即使在提高加工速度，以高速对被加工物进行切削、且削减作为冷却液发挥作用的切削水的供给量而导致了切削磨具与被加工物的接触部位成为高温的状态下，也可以防止切削磨具65的劣化，从而能够长期维持切削力。
图1所示的主轴单元6A所具备的主轴壳体60可旋转地收容主轴61。主轴61的轴方向为相对于X轴方向在水平方向上正交的方向(Y轴方向)，主轴61的前端部从主轴壳体60向-Y方向突出。安装切削磨具65的固定凸缘62利用螺母63固定在该突出部分。固定凸缘62具备：朝径方向(与主轴61的轴方向在水平方向上正交的方向)外延伸的凸缘部620、从凸缘部620向厚度方向(Y轴方向)突出而形成的在其侧面设置有螺纹621a的轴毂621。
在切削磨具65的安装孔650中插入有轴毂621的状态下，在轴毂621上安装环状的装拆凸缘67。装拆凸缘67具有与轴毂621对应的卡合孔67a。在轴毂621上安装装拆凸缘67时，在螺纹621a上拧入与螺纹621a螺合的环状的固定螺母68。通过装拆凸缘67，切削磨具65被压抵在凸缘部620上，由此切削磨具65被装拆凸缘67和固定凸缘62从Y轴方向两侧夹住，从而固定在主轴61上。于是，随着主轴61被未图示的电动机驱动旋转，切削磨具65也进行高速旋转。
图2所示的切削装置1是利用切削单元6对用固定台3抽吸固定的被加工物W实施切削加工的装置。
图2所示的固定夹具30搭载在切削装置1的夹具座32上。在固定夹具30的固定面30a上形成有两个以上的退刀槽300，该退刀槽300用于避免固定夹具30与切削磨具65在切削磨具65切入被加工物W时接触。此外，在固定夹具30形成有贯穿厚度方向(Z轴方向)的抽吸孔，用于对被加工物W进行抽吸，所述抽吸孔未图示。
搭载固定夹具30的夹具座32通过抽吸管32a与未图示的抽吸源连通，抽吸管32a的一端在夹具座32上开口。于是，固定夹具30搭载在夹具座32上，由此构成对被加工物W进行抽吸固定的固定台3。固定台3可以在X轴方向移动，同时，其也可以旋转。
在固定台3的移动路径的上方配设有对准单元12，检测被加工物W要进行切削的分割预定线S。对准单元12具备对被加工物W的上表面Wa进行拍摄的拍摄单元120，可以基于利用拍摄单元120取得的图像来检测要进行切削的分割预定线S。此外，在对准单元12的附近配设有切削单元6，该切削单元6对固定在固定台3上的被加工物W实施切削加工。切削单元6与对准单元12呈整体构成，两者联动向Y轴方向和Z轴方向移动。
图2所示的切削单元6至少具备：具备切削磨具65的主轴单元6A、向切削磨具65和被加工物W的接触部位供给切削水的切削水供给喷嘴69。
图2所示的被加工物W为例如外形为矩形的基板，在图示的示例中，被加工物W的上表面Wa上存在3个器件区域Wc。并且，对于器件区域Wc而言，例如在利用图3所示的分割预定线S划分出的格子状的区域中形成有多个器件D，在各个器件D上形成有含有以铁为主成分的不锈钢材料的电极部Wd(图2中未图示)。并且，如图3所示，电极部Wd也存在于分割预定线S上。
以下，使用图1～3，对图2所示的利用切削磨具65对被加工物W进行切削时的切削装置1的动作和具备切削磨具65的切削单元6的动作进行说明。
在图2所示的夹具座32上搭载有固定夹具30，从而构成了固定台3。将被加工物W搬送至固定台3，并将被加工物W载置于固定夹具30的固定面30a上。然后，连接在夹具座32上的未图示的抽吸源产生的抽吸力被传递至固定面30a上，由此将被加工物W抽吸固定在固定面30a上。
固定被加工物W的固定台3向-X方向上进给的同时，利用拍摄单元120对被加工物W的上表面Wa进行拍摄，从而检测出要进行切削的分割预定线S的位置。随着分割预定线S的检测，在Y轴方向上驱动切削单元6，对要进行切削的分割预定线S与切削磨具65在Y轴方向上进行定位。
进行切削磨具65与检测出的分割预定线S在Y轴方向的定位后，固定被加工物W的固定台3进一步向-X方向进给的同时，切削单元6向-Z方向切入进给。此外，未图示的电动机使主轴61高速旋转，固定于主轴61上的切削磨具65随着主轴61的旋转而进行高速旋转，同时其切入被加工物W，对分割预定线S进行切削。此外，在切削磨具65切入被加工物W时，通过切削水供给喷嘴69向切削磨具65和被加工物W的接触部位喷射切削水，从而向切削磨具65供给切削水。
被加工物W向-X方向行进至切削磨具65将分割预定线S切削结束的X轴方向的规定位置时，暂停被加工物W向-X方向的切削进给，并使切削磨具65从被加工物W离开，将固定台3向+X方向送出，返回原位置。然后，每次使切削磨具65在Y轴方向上分度进给相邻分割预定线S的间隔，并依次进行同样的切削，由此对同一方向的所有分割预定线S进行切削。进一步，使固定台3旋转90度后进行同样的切削时，所有的分割预定线S在纵横向上全部被切割。
如图3所示，例如在分割预定线S上存在电极部Wd的情况下，切削磨具65切入分割预定线S上的电极部Wd，切削磨具65到达固定夹具30的退刀槽300处时，分割预定线S被完全切割。此时，由于构成电极部Wd的不锈钢材料具有的延展性，产生从电极部Wd向退刀槽300延伸的飞边B。此处，由切削产生的飞边B的长度的允许最大值通常为小于200μm，优选为150μm以下。
对于使用实施例1的切削磨具65进行切削的情况下所产生的飞边B的长度，如表1所示，飞边B的长度的平均值为90μm，飞边B的长度的最大值为125μm，飞边B的长度的偏差为35μm。即，飞边B的长度的平均值和最大值小于飞边长度的允许最大值200μm。
(比较例1)
在比较例1中，使用切削磨具65a代替实施例1的切削磨具65，与使用实施例1的切削磨具65的情况同样地进行对被加工物W的切削。切削磨具65a是外形为环状的垫圈型的树脂结合剂磨具，厚度为150μm，其在平均粒径为45μm的金刚石磨粒中添加有作为硼化合物的B4C磨粒(平均粒径为15μm)，并利用由酚醛树脂等构成的树脂结合剂B1进行了固定。
对于使用比较例1的切削磨具65a进行切削的情况下所产生的飞边Ba的长度，如表1所示，飞边Ba的长度的平均值为140μm，飞边Ba的长度的最大值为275μm，飞边Ba的长度的偏差为135μm。即，飞边Ba的长度的最大值超过飞边长度的允许最大值200μm。
(比较例2)
在比较例2中，使用切削磨具65b代替实施例1的切削磨具65，与使用实施例1的切削磨具65的情况同样地进行对被加工物W的切削。切削磨具65b是外形为环状的垫圈型的树脂结合剂磨具，其在平均粒径为35μm的金刚石磨粒中添加有作为金属硼化物的ZrB2颗粒(平均粒径为2～3μm)，并利用由酚醛树脂等构成的树脂结合剂B1进行例如固定，厚度为150μm。
对于使用比较例2的切削磨具65b进行切削的情况下产生的飞边Bb的长度，如表1所示，飞边Bb的长度的平均值为105μm，飞边Bb的长度的最大值为230μm，飞边Bb的长度的偏差为125μm。即，飞边Bb的长度的最大值超过飞边长度的允许最大值200μm。
利用比较例1的切削磨具65a对被加工物W进行切削的情况下所产生的飞边Ba的长度的最大值超过允许最大值。与此相对，利用实施例1的切削磨具65对被加工物W进行切削的情况下所产生的飞边B的长度的平均值、最大值均小于允许最大值。该结果是因为，与切削磨具65a不同，切削磨具65中含有ZrB2颗粒。即，据认为：由于作为金属硼化物的ZrB2颗粒比重重达约6.1g/cm3，所以切削磨具65本身的重量增加，从而，切削磨具65高速旋转情况下的切削磨具65向Y轴方向的偏移(在Y轴方向的摇动)减小。于是，通过减少切削磨具65的偏移，切削磨具65向被加工物W切入时，切削磨具65相对于电极部Wd更垂直地切入，因此切削磨具65几乎不接触被加工物W的目标加工点以外的部位，且经分割的电极部Wd与切削磨具65的接触也减少。因此，能够使产生的飞边B的长度落入小于允许最大值的范围中。此外，认为能够良好保持经分割制作的器件D的特性。
表1
此外，与磨具中的金刚石磨粒的平均粒径(45μm)大于作为硼化合物的B4C的平均粒径(15μm)的切削磨具65a相比，对于切削磨具65而言，磨具中的金刚石磨粒的平均粒径为40μm，比磨具中的作为硼化合物的cBN磨粒的平均粒径50μm小10％以上。因此，切削磨具65切入被加工物W时，平均粒径更大的cBN磨粒比金刚石磨粒先接触被加工物W，因此被加工物W与切削磨具65的接触部位所产生的摩擦减少。据认为其结果是：被加工物W与切削磨具65的接触部位所产生的摩擦热减少，切削磨具65的消耗减少，因此能够更长时间地使用切削磨具65。
利用比较例2的切削磨具65b对被加工物W进行切削的情况下所产生的飞边Bb的长度的最大值超过飞边长度的允许最大值。与此相对，利用实施例1的切削磨具65对被加工物W进行切削的情况下所产生的飞边B的长度的平均值、最大值均小于飞边长度的允许最大值。该结果是因为，与切削磨具65b不同，切削磨具65中含有cBN磨粒。即，由于cBN磨粒具有的固体润滑性，切削磨具65切入被加工物W时，能够抑制电极部Wd与切削磨具65之间的摩擦热的产生，能够抑制成为飞边的产生原因的烧结等，因此能够使所产生的飞边B的长度落入小于允许最大值的范围中。此外，认为能够良好保持经分割制作的器件D的特性。
此外，与磨具中不含有作为润滑剂的硼化合物的切削磨具65b相比，切削磨具65中含有作为硼化合物的cBN磨粒，且磨具中的金刚石磨粒的平均粒径为40μm，比磨具中作为硼化合物的cBN磨粒的平均粒径50μm小10％以上。因此，认为由于cBN磨粒具有的固体润滑性，能够抑制被加工物W与切削磨具65的接触部位所产生的摩擦热的产生。此外，认为摩擦切削磨具65切入被加工物W时，平均粒径更大的cBN磨粒比金刚石磨粒先接触被加工物W，因此被加工物W与切削磨具65的接触部位所产生的摩擦减少。据认为其结果是：被加工物W与切削磨具65的接触部位所产生的摩擦热减少，切削磨具65的消耗减少，从而能够更长时间地使用切削磨具65。
符号说明
65：实施例1的切削磨具 650：安装孔
6A：主轴单元
60：主轴壳体 61：主轴
62：固定凸缘 620：凸缘部 621：轴毂 621a：螺纹
63：螺母
67：装拆凸缘 67a：卡合孔 68：固定螺母
1：切削装置 12：对准单元 120：拍摄单元
6：切削单元 69：切削水供给喷嘴
3：固定台
30：固定夹具 30a：固定夹具的固定面(固定台的固定面) 300：退刀槽
32：夹具座 32a：抽吸管
W：被加工物 Wa：被加工物的上表面 Wc：器件区域 Wd：电极部
S：分割预定线 D：器件 B：飞边
65a：比较例1的切削磨具 65b：比较例2的切削磨具

Claims (3)

1.一种切削磨具，其为对被加工物进行切削的切削磨具，
所述切削磨具由在金刚石磨粒中添加硼化合物和金属硼化物并利用结合剂进行固定而得到。
2.如权利要求1所述的切削磨具，其中，所述金刚石磨粒的粒径小于所述硼化物的粒径。
3.如权利要求1或2所述的切削磨具，其中，所述硼化合物为cBN，所述金属硼化物为ZrB2，所述结合剂为树脂结合剂。
CN201610548543.6A 2015-07-24 2016-07-13 添加有硼化合物的切削磨具 Active CN106363544B (zh)

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