CN108698202B - 磨料工具 - Google Patents

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Abstract

一种具有磨料层的磨料工具，在磨料层中多个硬质磨粒通过结合剂进行结合，其中在多个硬质磨粒的每一者上形成有用以接触工件的工作面，并且多个工作面的总面积与平滑地连接多个工作面的假想面的面积的比率为5％至30％。

Description

磨料工具
技术领域
本发明涉及一种磨料工具。本申请要求基于2016年2月22日提交的日本专利申请No.2016-031032的优先权。该日本专利申请通过引用整体并入本文。更具体而言，本发明涉及一种磨料工具，其包括通过结合剂结合的多个磨粒。
背景技术
通常，(例如)下列文献中公开了金刚石滚轮修整器：由Kabushiki Kaisya SangyoChyosakai于1991年12月5日出版的“New Machining Tool Dictionary”(非专利文献1)，以及日本专利公开Nos.5-269666(专利文献1)、10-058231(专利文献2)和2000-246636(专利文献3)。
根据修整器的使用条件，在某些情况下，传统的齿轮用金刚石滚轮修整器存在使用寿命短的问题。
因此，在国际公开No.2007/000831(专利文献4)中公开了一种长使用寿命的齿轮用金刚石滚轮修整器。
引用列表
专利文献
[专利文献1]日本专利公开No.5-269666
[专利文献2]日本专利公开No.10-058231
[专利文献3]日本专利公开No.2000-246636
[专利文献4]国际公开No.2007/000831
非专利文献
[非专利文献1]“New Machining Tool Dictionary”，Kabushiki Kaisya SangyoChyosakai，1991年12月5日，第651-654页
发明内容
根据本发明的一个方面，磨料工具为具有磨粒层的磨料工具，磨粒层包括通过结合剂结合的多个硬质磨粒，多个硬质磨粒各自形成有用以接触工件的工作面，多个这样的工作面的总面积与平滑地连接多个工作面的假想面的面积的比率为5％以上30％以下。
附图简要说明
图1为作为根据本发明的实施方案的磨料工具的齿轮用金刚石滚轮修整器的正视图。
图2为沿图1中由箭头II所示的方向看到的齿轮用金刚石滚轮修整器的左视图。
图3为沿图1所示的线III-III截取得到的剖视图。
图4为示出磨粒层的结构的剖视图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
常规的滚轮修整器在锐利度和使用寿命方面可能有较大的变化，并且根据生产批次，其锐利度会在早期阶段受损，从而不能精确地将形状传递到砂轮上，在某些情况下，存在使用寿命缩短和其他问题。甚至专利文献4的金刚石滚轮修整器也存在锐利度和使用寿命变化的可能性。
本发明是为了解决上述问题而完成的，并且本发明的一个目的为提供一种具有长使用寿命并且还表现出令人满意的锐利度的磨料工具，如金刚石滚轮修整器。
[本公开的有益效果]
本发明可以提供一种磨料工具，如金刚石滚轮修整器，其具有长使用寿命并且锐利度和使用寿命的变化较小，因此表现出稳定的性能。
[实施方案的描述]
首先，将列举和描述本发明的实施方案。
磨料工具为具有磨粒层的磨料工具，磨粒层包括通过结合剂结合的多个硬质磨粒，多个硬质磨粒各自形成有用以接触工件的工作面，多个这样的工作面的总面积与平滑地连接多个工作面的假想面的面积的比率为5％以上30％以下。
按以下方法计算磨粒层表面的假想面的每单位面积存在的各硬质磨粒的工作面的面积(硬质磨粒的工作面的总面积/假想面的面积)：使用显微镜，并且使磨粒层的表面暴露于沿其法线方向上的光。除去来自工作面以外的散射光，仅分析和提取来自磨粒层表面中的工作面的反射图像以计算面积比率。
为了具体测定上述面积比率，在假想面中的各视野为2mm×2mm的任意三个位置处进行观察，并且在上述方法中测定工作面的面积，将“工作面的总数值/假想面的总数值”表示为面积比率。
如此构成的磨料工具已经以最佳方式控制了在加工时起作用的磨料区域，因此在锐利度方面变化很小并且还可以具有稳定的长使用寿命。如果上述比率小于5％，则加工中起作用的工作面的面积太小，并且磨料工具的使用寿命缩短。如果上述比率超过30％，则工作面的面积太大，并且锐利度劣化。
优选地，用于磨料工具的多个硬质磨粒的最大直径与最小直径之比(最大直径/最小直径)为1.2以上10以下。当上述比率为1.2以上时，硬质磨粒的粒径可以保持在很大，因此可以保持令人满意的锐利度。当该比率为10以下时，磨粒分布变化可以保持在很小。作为结果，可以提高工具的精度。作为测量粒径的方法的一个实例，有从磨料工具中去除硬质磨料颗粒以确定硬质磨粒的图像数据的方法，并且将硬质磨粒的等效圆直径作为粒径。按以下方法测定硬质磨粒的最大直径和最小直径：
首先，将磨料工具切成两半，并将一半磨料工具的磨粒层熔化以取出硬质磨粒。随机抽取占取出的硬质磨粒的质量为20％的硬质磨粒。使用光学显微镜生成所抽取的硬质磨粒的图像的电子数据。基于该图像数据，用干式颗粒图像分析仪测量硬质磨粒的等效圆直径，并将等效圆直径测定为粒径。应注意的是，等效圆直径为基于硬质磨粒的图像，利用干式颗粒图像分析仪测量和分析而得的硬质磨粒的直径，并且其为具有与下列面积相同的面积的圆的直径：所述面积为具有非圆形的变形形状的各磨粒的图像的面积，将该直径作为粒径。算出测定的粒径数据中的最大直径DMAX和最小直径DMIN，并且DMAX/DMIN表示最大直径/最小直径。
因此，磨粒层中存在的硬质磨粒不具有均匀的粒径；相反，硬质磨粒的粒径在一定范围内变化，从而使各个硬质磨粒在不同的条件下能够以不同的速度磨损，而当将磨粒层作为整体看时，其能够在很长一段时间内具有稳定的锐利度。
优选地，多个硬质磨粒以50粒/cm2至1500粒/cm2的密度分布在磨粒层中。按以下方法测定分布密度：用显微镜观察磨粒层的表面。以在视野中可以看到20个至50个硬质磨粒的放大倍率来设定待观察的视野的尺寸，并且在任意三个位置中的每一处对硬质磨粒的数量进行计数。然后，根据视野的尺寸和硬质磨粒的数量，计算硬质磨粒分布的密度。
优选地，多个硬质磨粒的维氏硬度Hv为1000以上16000以下。
具有这种维氏硬度的硬质磨粒的典型实例包括金刚石、立方氮化硼(cBN)、SiC、Al2O3等。硬质磨粒可以为单晶或多晶。
优选地，多个硬质磨粒的粒度为如JIS B 4130(1998)的“表1：粒度的种类及表示”，“1.窄范围”中所定义的91以上1001以下。具体而言，参见下表1。
表1
粒度 筛孔尺寸(μm)
1001 1000/850
851 850/710
711 710/600
601 600/500
501 500/425
426 425/355
356 355/300
301 300/250
251 250/212
213 212/180
181 180/150
151 150/125
126 125/106
107 106/90
91 90/75
筛孔尺寸依据JIS Z 8801
通过以下方法测定粒度：首先，如在硬质磨粒的最大直径和最小直径的测定方法中所做的那样，将磨料工具切成两半，并将一半磨料工具的磨粒层熔化以取出硬质磨粒。然后根据JIS B 4130(1998)的规定测量取出的硬质磨粒。
优选地，磨粒层为单层。
优选地，结合剂为镍镀层。
优选地，磨料工具为滚轮修整器。
优选地，滚轮修整器为修整盘(disk dresser)。
优选地，其用于齿轮加工用砂轮的整形和修整中的一者或两者。
[实施方案的详细描述]
下面描述的磨料工具为这样一种磨料工具，通过将与工件接触的磨粒控制为具有最佳状态，该磨料工具能够实现稳定的锐利度和长使用寿命。也就是说，该磨料工具为这样一种磨料工具，其中在加工时起作用的磨粒具有被控制为最佳状态的面积、粒径、粒度分布和分布密度。
图1为作为根据本发明的实施方案的磨料工具的齿轮用金刚石滚轮修整器的正视图。参照图1，根据实施方案的齿轮用金刚石滚轮修整器101具有盘形芯部105，并且在芯部105的外周上，沿圆周方向延伸设置有用作磨粒层123的金刚石层。磨粒层123由结合剂103和硬质磨粒102构成，结合剂103由镍镀层构成，硬质磨粒102由从结合剂103中露出的金刚石构成。在图1所示的正视图中，示出了作用于工件的表面112，并在与表面112相反的一侧设有图1中未示出的另一表面。在图1中，磨粒层123在径向上具有均匀的宽度，然而，不必总是具有均匀的宽度，可以根据需要设置宽的宽度部分和窄的宽度部分。
图2为沿图1中由箭头II所示的方向看到的齿轮用金刚石滚轮修整器的左视图。参照图2，磨粒层123的上端部分和下端部分为字母“V”形式，并且两个表面111和112逐渐变细以形成预定角度。
图3为沿图1所示的线III-III截取得到的剖视图。参照图3，锥形表面111和112由磨粒层123构成，磨粒层123由硬质磨粒102和结合剂103构成。将磨粒层123固定至芯部105。
图4为示出磨粒层的结构的剖视图。参照图4，作为磨料工具的齿轮用金刚石滚轮修整器101具有磨粒层123。磨粒层123形成在芯部105上。磨粒层123具有多个硬质磨粒102和用于保持金刚石磨粒的结合剂103。结合剂103由单层的镍镀层构成。由结合剂103结合多个硬质磨粒102。多个硬质磨粒102各自形成有用以接触工件的工作面119。多个这样的工作面119的总面积与平滑地连接多个工作面119的假想面110的面积的比率为5％以上30％以下。5％以上30％以下的比率使齿轮用金刚石滚轮修整器101能够具有令人满意的锐利度和长使用寿命。
优选地，多个硬质磨粒102的最大直径与最小直径之比(最大直径/最小直径)为1.2以上10以下。应注意的是，硬质磨粒102限于具有工作面119的硬质磨粒。在图4中，还存在不具有工作面的硬质磨粒102，并且没有考虑这种硬质磨粒102的粒度。在此范围内，超磨料砂轮可以表现出极其令人满意的锐利度和使用寿命的性能。
优选地，多个硬质磨粒102以50粒/cm2至1500粒/cm2的密度分布在磨粒层123中。硬质磨粒102限于具有工作面119的硬质磨粒。在该范围内，超磨料砂轮可以表现出极其令人满意的锐利度和/或使用寿命的性能。
优选地，多个硬质磨粒102的维氏硬度Hv为1000以上16000以下。具有这样的硬度的硬质磨粒能够使砂轮的锐利度和使用寿命增加。
优选地，硬质磨粒102的粒度为91以上1001以下。包括具有这样的相对大粒径的硬质磨粒的砂轮显著地表现出提高锐利度和使用寿命的效果。通过对硬质磨粒102的表面进行磨削或抛光(即，使得硬质磨粒102具有均匀的高度)来获得工作面119。多个工作面119的最大面积和最小面积之比(最大面积/最小面积)优选为1.5以上10以下。
(实施例)
(各样品的说明)
制备表2至表4中所示的各种砂轮。砂轮的形状和尺寸相同。砂轮的形状如图1和图2所示，直径为
Figure BDA0001772028510000071
每个样品具有结构不同的磨粒层。
Figure BDA0001772028510000081
Figure BDA0001772028510000091
Figure BDA0001772028510000101
在表2至表4中，“工作面的面积比率”表示多个工作面119的总面积与平滑地连接多个工作面119的假想面110的面积的比率(％)。
在表2至表4中，“磨粒的最大/最小直径之比”是指多个硬质磨粒102(限于具有工作面119的硬质磨粒)的最大直径和最小直径之比(最大直径/最小直径)。
在表2至表4中，“磨粒分布密度”是指多个硬质磨粒102(限于具有工作面119的硬质磨粒)的分布密度(磨粒数/cm2)。
(实施例的超磨料砂轮的制造中控制数值的方法)
在制造表2至表4中所述的各种砂轮时，调节对硬质磨粒的表面进行磨削或抛光的时间、频率等以控制硬质磨粒的工作面的尺寸，从而控制工作面的面积比率。当磨粒的最大直径/最小直径值增大时，使用适当混合的具有不同平均直径的多种硬质磨粒进行控制，而当磨粒的最大直径/最小直径值减小时，对待使用的磨粒进行筛分来提供较窄范围的粒度分布而进行控制。通过调节用于单轮的磨粒量来控制磨粒分布密度。
表2至表4示出了由此制造的各种砂轮各自的工作面的面积比率、最大/最小磨粒直径比和磨粒分布密度值。
这些齿轮用金刚石滚轮修整器用于整形和修整齿轮加工用砂轮。
在下列条件下进行修整：
待修整的对象：齿轮磨削用砂轮(材质：氧化铝砂轮)
修整条件：
砂轮转速：60rmp至80rpm
滚轮修整器转速：3000rpm
切削深度：20μm/次(粗加工时)
切削深度：10μm/次(精加工时)
初始修整为粗加工，后续修整为精加工。
根据以下标准评价修整的结果：
以比较例2的砂轮的锐利度和使用寿命作为基准，评价本发明的砂轮的性能。以比较例2的负载电流值和使用寿命为1.0，评价标准如下所示分为A、B和C三个等级。
(锐利度评价)
由修整装置的修整器驱动轴的负载电流值来评价良好/不良的锐利度。
A：负载电流值小于0.6，并且能够进行极其稳定的修整。
B：负载电流值为0.6以上且小于0.8，并且能够进行稳定的修整。
C：负载电流值为0.8以上，并且难以进行稳定的修整。
(使用寿命评价)
将利用经修整的砂轮加工的工件的精度视为修整精度，并且当修整精度劣化时，确定修整器已达到其使用寿命的终点。
A：修整精度基本不变，并且使用寿命为2以上。
B：修整精度逐渐劣化，因此工件略微烧焦，然而使用寿命为1.2以上且小于2。
C：修整精度差，工件烧焦严重，并且使用寿命小于1.2。
从表2至表4可以明显看出，本发明的实施例1至实施例19在锐利度和使用寿命方面没有被评价为C，并且已经证实它们表现出令人满意的特性。另一方面，比较例1至比较例10在锐利度或在使用寿命方面被评价为C，并且已经证实它们表现出低性能。如表2所示，在本发明的产品中，工作面的面积比率为6％至25％的产品在锐利度和使用寿命方面被评价为A，因此发现其为特别优选的。
如表3所示，在本发明的产品中，具有最大/最小直径比为1.2至10的磨粒的产品在锐利度和使用寿命方面被评价为A，因此发现其为特别优选的。
如表4所示，在本发明的产品中，具有100粒/cm2至600粒/cm2的磨粒分布密度的产品在锐利度和使用寿命方面被评价为A，因此发现其为特别优选的。
本发明可应用于磨料工具领域，如(例如)用于在工件上进行轮廓磨削的超磨料砂轮，以及用于修整砂轮的金刚石滚轮修整器。特别地，本发明涉及一种用于整形，或用于整形和修整齿轮加工用砂轮的齿轮用金刚石滚轮修整器。
应当理解的是，本文公开的实施方案和实施例仅出于说明的目的进行了描述，在任何方面均为非限制性的方式。本发明的范围由权利要求的条款限定，而不是由上述实施方案限定，并且旨在包括与权利要求的条款等同的含义和范围内的任何修改。
附图标记列表
101：齿轮用金刚石滚轮修整器；102：硬质磨粒；103：结合剂；105：芯部；110：假想面；119：工作面；123：磨粒层。

Claims (8)

1.一种磨料工具，其为金刚石滚轮修整器，具有磨粒层，所述磨粒层由通过结合剂结合的多个硬质磨粒组成，
使各自具有磨削或抛光的工作面的多个所述硬质磨粒与工件接触，
多个所述工作面的总面积与平滑地连接多个所述工作面的假想面的面积的比率为5％以上30％以下，
多个所述硬质磨粒以100粒/cm2至600粒/cm2的密度分布在所述磨粒层中。
2.根据权利要求1所述的磨料工具，其中多个所述硬质磨粒的最大直径与最小直径之比(最大直径/最小直径)为1.2以上10以下。
3.根据权利要求1或2所述的磨料工具，其中多个所述硬质磨粒的维氏硬度Hv为1000以上16000以下。
4.根据权利要求1或2所述的磨料工具，其中多个所述硬质磨粒的粒度为91以上1001以下。
5.根据权利要求1或2所述的磨料工具，其中所述磨粒层为单层。
6.根据权利要求1或2所述的磨料工具，其中所述结合剂为镍镀层。
7.根据权利要求1或2所述的磨料工具，其中所述金刚石滚轮修整器为修整盘。
8.根据权利要求1或7所述的磨料工具，其用于整形或修整齿轮加工用砂轮。
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