CN111148600B - 电沉积砂轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种电沉积砂轮(10)，从包含中心轴(GC)的截面观察，其为外周部呈圆弧状的圆盘状，在外周部固着有磨粒(16)，外周部中的侧方部的磨粒密度比顶点部的磨粒密度低，侧方部的平坦磨粒率比顶点部的平坦磨粒率高。

Description

电沉积砂轮及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种在形成于基体金属表面的镀膜上固着(牢固地附着)有大量磨粒的电沉积砂轮及其制造方法。

背景技术

在现有技术的电沉积砂轮中，通常随机地(random)固着有大量磨粒，分布在表面的磨粒的密度(每单位面积的磨粒的数量)在任意部位均大致恒定。

另一方面，在日本发明专利公开公报特开2012-91292号中记载了一种旋转修整器(rotary dresser)，其在由位于轴向位置上的直径不同的圆弧部构成的辊的外周面上埋入有多个金刚石磨粒，且使磨粒的密度变化。在该辊的圆弧凹部中，配置有金刚石磨粒，从而无论位于辊的轴向上的哪个位置，圆周上均存在有恒定数量的金刚石磨粒。因此，圆弧凹部的直径越大，而金刚石磨粒的密度越低。

发明内容

在上述通常的电沉积砂轮中，由于磨粒的密度恒定，因此在加工负荷较高的部位，由于发热量较大，因此担忧发生磨削烧伤，除此之外，还担忧切削屑熔敷而发生堵塞。另外，在上述旋转修整器中，由于磨粒的密度在加工负荷高的部位变高，因此担忧会产生同样的问题。

本发明是鉴于上述技术问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制发生磨削烧伤和堵塞，并且能够良好地维持加工精度的电沉积砂轮及其制造方法。

本发明所涉及的电沉积砂轮，从包含中心轴的截面观察，其为外周部呈圆弧状的圆盘状，其特征在于，在外周部固着有磨粒，外周部中的侧方部的磨粒密度比顶点部的磨粒密度低，侧方部的平坦磨粒率比顶点部的平坦磨粒率高。

根据上述电沉积砂轮，在加工负荷高的侧方部上，由于磨粒密度低，因此发热量少，从而能够抑制磨削烧伤，并且磨粒间的间隙大，从而能够抑制发生堵塞。另外，在侧方部上，由于平坦磨粒率高，因此，即使每一个磨粒上的负荷高，磨粒也不容易破碎，从而能够充分确保寿命。另一方面，在顶点部上，由于磨粒密度高，因此，能够保持良好的加工精度，由于平坦磨粒率低，因此，切削阻力小，从而能够抑制发热量。

在上述电沉积砂轮中，优选，磨粒被固着于外周部的镀膜上，并且侧方部的磨粒突出镀膜的量的平均值大于顶点部的磨粒突出镀膜的量的平均值。据此，侧方部的磨粒的形状被维持得尽可能长。

另外，优选，侧方部的平坦磨粒率为40％～60％，顶点部的平坦磨粒率为15％～45％。

本发明所涉及的电沉积砂轮的制造方法是从包含中心轴的截面观察，外周部呈圆弧状的圆盘状的电沉积砂轮的制造方法，其特征在于，包括针对磨粒的修整加工，在所述修整加工中，经过多次使圆盘状修整器沿着规定轨迹，接触固着有规定粒径的磨粒的状态下的电沉积砂轮的外周部的工序，而在电沉积砂轮的径向上推进来进行所述修整加工。

根据上述电沉积砂轮的制造方法，能够容易地制造本发明所涉及的电沉积砂轮。

在上述电沉积砂轮的制造方法中，在各工序中，可以使修整器的外周部所通过的范围内的轮廓线的直径在多个工序中恒定，也可以使其随着多个工序的进行而逐渐变小。在多个工序中保持恒定的方式适合于使侧方部的磨粒的突出量比顶点部的磨粒的突出量高的情况。另外，随着多个工序的进行而逐渐变小的方式适合于使侧方部的磨粒的突出量与顶点部的磨粒的突出量相同的情况。

本发明所涉及的电沉积砂轮中，侧方部的磨粒密度比顶点部的磨粒密度低，侧方部的平坦磨粒率比顶点部的平坦磨粒率高，因此能够抑制在侧方部上的发热、堵塞和磨粒的破碎，能够在顶点部上保持良好的加工精度，并且抑制发热。另外，根据本发明所涉及的电沉积砂轮的制造方法，能够容易地制造本发明所涉及的电沉积砂轮。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的电沉积砂轮的概略图。

图2是表示用图1的电沉积砂轮在工件上形成槽时的切入量的图。

图3是利用电子显微镜观察的图1的电沉积砂轮的外周部的图像的例子。

图4A是示意性地表示平坦磨粒的例子的图，图4B是示意性地表示不是平坦磨粒的磨粒的例子的图。

图5是概略地表示在制造图1的电沉积砂轮时的修整加工(dressing processing)的状态的图。

图6是表示图5的修整加工中的修整器的轨迹的一个例子的图。

图7是表示图5的修整加工中的修整器的轨迹的另一个例子的图。

图8是表示本发明所涉及的电沉积砂轮的实施例和比较例的表。

具体实施方式

下面，列举优选的实施方式，边参照附图边对本发明所涉及的电沉积砂轮进行详细说明。在图1中，附图标记10表示本发明实施方式所涉及的电沉积砂轮。

电沉积砂轮10包括由钢铁构成的圆盘状的基体金属12、形成在基体金属12的外周部上的镍的镀膜14和被固着于镀膜14上的大量的CBN的磨粒16。电沉积砂轮10能够以其中心轴GC(基体金属12的中心轴GC)为旋转轴线，通过使用了带等的适当的驱动机构而能够进行驱动旋转，并通过使电沉积砂轮10的外周部作用于工件W，能够在工件W上形成规定形状的槽。

与基体金属12的外周部同样，电沉积砂轮10的外周部在以包含中心轴GC的平面切割时的截面形状为大致半圆。将其曲率中心设为O，在将连结曲率中心O和电沉积砂轮10的外周部的顶点的线设为中心角为0度的线时，将电沉积砂轮10的外周部中的从-30度到+30度的区域T称为“顶点部”。另外，将电沉积砂轮10的外周部中的从-90度到-50度的区域S1和从+50度到+90度的区域S2称为“侧方部”。如图2所示，在于工件W上形成槽的情况下，侧方部上的切入量X1比顶点部上的切入量X2大，相比顶点部的加工负荷，侧方部的加工负荷更大。

侧方部的磨粒密度(每单位表面面积的磨粒16的数量)比顶点部的磨粒密度低。侧方部的磨粒密度与顶点部的磨粒密度之比，例如为0.8。

磨粒16以其一部分被埋入镀膜14的状态，固着在镀膜14上。侧方部的磨粒16突出镀膜14的突出量(磨粒的突出量)的平均值与顶点部的磨粒16突出镀膜14的突出量的平均值相同，或者与其相比更大。

对磨粒16突出镀膜14的部分实施后述的修整加工，侧方部的平坦磨粒率比顶点部的平坦磨粒率高。在此，将表面粗糙度为Rz10μm以下的部分(平坦部)相对于从镀膜14露出的磨粒16的投影面积(从镀膜14的厚度方向观察时的面积)所占的比例为10％以上的磨粒16称为“平坦磨粒”。所谓平坦磨粒率是指单位面积中平坦磨粒的数量相对于磨粒16的数量的比例。通过分析如图3所示的利用电子显微镜观察的磨粒的图像，来进行判定是平坦磨粒，还是不是平坦磨粒。此外，在图3中，用附图标记16a表示的磨粒是平坦磨粒，用附图标记16b表示的磨粒为不是平坦磨粒的磨粒。

侧方部的平坦磨粒率为40％～60％，顶点部的平坦磨粒率为15％～45％。如果侧方部的平坦磨粒率不足40％，则表面粗糙度恶化，并且侧方部上的磨粒容易发生破碎，从而无法充分确保寿命。如果侧方部的平坦磨粒率超过60％，则侧方部上的切削阻力和发热量变得过大。如果顶点部的平坦磨粒率不足15％，则顶点部的磨粒发生破碎，从而无法充分确保寿命。如果顶点部的平坦磨粒率超过45％，则顶点部上的切削阻力和发热量变得过大。

图4A示意性地表示平坦磨粒16a的例子，图4B示意性地表示不是平坦磨粒的磨粒16b的例子。在具有规定粒径的磨粒被固着于镀膜14之后，当对突出镀膜14的部分进行了修整加工时，在呈现出温和地切削表面的效果的情况下，形成是是平坦磨粒16a。另一方面，在呈现出激烈地切削的效果的情况下，磨粒的表面被破碎，从而形成的是不是平坦磨粒的磨粒16b。此外，在图4A和图4B中，附图标记t表示镀膜14的厚度，附图标记h表示磨粒的突出量。另外，用双点划线表示在被进行修整加工前的磨粒的外形。

接着，以对固着在镀膜14上的磨粒进行修整加工为中心，来说明电沉积砂轮10的制造方法。此外，以下为便于说明，对被进行修整加工以前的磨粒也标注附图标记16。

准备外周部为圆弧状(大致半圆)的圆盘状基体金属12，通过在基体金属12的外周部临时固着了具有规定粒径的CBN的磨粒16之后，形成由镍实现的厚度均匀的镀膜14，由此，将具有规定粒径的CBN的磨粒16固着在镀膜14上。此时，使磨粒16分布为侧方部的磨粒密度低于顶点部的磨粒密度。然后，使用圆盘状的修整器20进行修整加工(参照图5)。在临时固着时，可以使用粘接剂，并使用移印(Pad printing)等以交错配置的方式将直径比磨粒粒径大的粘接剂涂敷在基体金属12上，使磨粒附着在配列于基体金属12上的粘接剂上，由此，临时固着为条纹状。通过这样设置，由于能够使获得的间隙相对于磨粒密度较大，因此能够提高切削屑排出性。

修整器20是外周部固着有金刚石磨粒的修整器，能够绕其中心轴DC驱动旋转，并且，能够使其自如地在X方向(基体金属12的径向)和Y方向(基体金属12的轴向)上移动而并不改变姿势。通过以下方式来进行修整加工，即，驱动在镀膜14上固着有规定粒径的磨粒16的状态的基体金属12绕其中心轴GC旋转，并且驱动修整器20绕其中心轴DC旋转，同时重复多次使修整器20沿着规定轨迹在XY方向上移动的工序。

图6是按照修整器20的多次的移动工序中的每个移动工序来表示修整器20的外周部所通过的范围的轮廓线的图。在修整器20的一次移动工序中，以相当于基体金属12的外周部的顶点22的位置为界，对分布在一侧的磨粒16和分布在另一侧的磨粒16中的任一侧的磨粒16进行修整加工。下面详细说明交替进行对分布在一侧的磨粒16的修整加工和对分布在另一侧的磨粒16的修整加工的情况。此外，在图6中，为便于说明，放大、夸张地描绘了磨粒16。

在第一次移动工序中，修整器20从未图示的退避位置起开始沿X方向移动，并且修整器20的外周部的顶点24朝向基体金属12的外周部的顶点22靠近。当修整器20的顶点24到达位置P1时，修整器20的外周部沿着基体金属12的外周部的一侧(图中左侧)移动，从而使修整器20的外周部所通过的范围的轮廓线成为由L1a所示的圆弧。然后，修整器20返回至退避位置。在第二次移动工序中，修整器20从退避位置起再次开始沿X方向移动，并且修整器20的外周部分的顶点24朝向基体金属12的外周部的顶点22靠近。当修整器20的顶点24到达位置P1时，修整器20的外周部沿着基体金属12的外周部的另一侧(图中右侧)移动，从而使修整器20的外周部所通过的范围的轮廓线成为由L1b所示的圆弧。然后，修整器20返回至退避位置。圆弧L1b与圆弧L1a的直径相同。在第一次移动工序和第二次移动工序中，仅在相对于基体金属12的外周部的顶点22远离的位置上所存在的磨粒16被切削。

在第三次移动工序中，当修整器20的顶点24到达位置P2时，修整器20的外周部沿着基体金属12的外周部的一侧移动，从而使修整器20的外周部所通过的范围的轮廓线成为由L2a所示的圆弧。在第四次移动工序中，当修整器20的顶点24到达位置P2时，修整器20的外周部沿着基体金属12的外周部的另一侧移动，从而使修整器20的外周部所通过的范围的轮廓线成为由L2b所示的圆弧。位置P2比位置P1更靠近基体金属12的顶点22，并且圆弧L2a和圆弧L2b的直径与圆弧L1a相同。在第三次移动工序和第四次移动工序中，使在第一次移动工序和第二次移动工序中被切削的磨粒16进一步切削的同时，在比其更靠近基体金属12的外周部的顶点22的位置上所存在的一部分的磨粒16也被切削。

同样，修整器20的移动工序在一侧和另一侧分别被重复N次，随着进行重复N次的移动工序，修整器20的外周部所通过的范围的轮廓线向X方向移动。即，一边通过多次的工序而向X方向推进，一边进行修整加工。而且，磨粒16最终被切入到由圆弧LNa和圆弧LNb所示的轮廓线。

在远离基体金属12的外周部的顶点22的位置上所存在的磨粒16由于切削次数多，且一次的切入量少，因此形成平坦磨粒16a的概率高。与此相对，在靠近基体金属12的外周部的顶点22的位置上所存在的磨粒16由于只有在修整器20的移动工序接近第N次时，才被切削，且一次的切入量多，因此形成平坦磨粒16a的概率低。

在图6的例子中，虽然以顶点22为界，来交替进行对一侧的磨粒16的修整加工和对另一侧的磨粒16的修整加工，但也可以首先完成对一侧的磨粒16的修整加工，然后再进行对另一侧的磨粒16的修整加工。另外，也可以重复进行使修整器20沿着基体金属12的外周部，在整个大致半周范围内连续移动的工序，而不分开进行对一侧的磨粒16的修整加工和对另一侧的磨粒16的修整加工。但是，通过交替进行，能够在修整时，使机械的晃动所造成的影响在左右侧相等，从而能够成型高精度的砂轮。

在图6的例子中，设定了修整器20的外周部所通过的范围的轮廓线的直径(圆弧的直径)在修整器20的各移动工序中不改变，但如图7所示，也可以逐渐减小修整器20的外周部所通过的范围的轮廓线的直径。在图7的例子中，使最终工序中的轮廓线LN的中心(圆弧的中心)与基体金属12的外周部的圆弧的中心一致。根据这样设定，使侧方部的磨粒16的突出量与顶点部的磨粒16的突出量相同。图6所示这样的使轮廓线的直径恒定的方式适合于侧方部的磨粒的突出量大于顶点部的磨粒的突出量的情况。另一方面，图7所示这样的逐渐减小轮廓线的直径的方式适合于侧方部的磨粒的突出量与顶点部的磨粒的突出量相同的情况。在图6的方法中，磨粒在顶点部和侧方部的突出量由几何学来决定，但通过设定为图7这样，则能够控制侧方部的磨粒的突出量。

图8表示对比通过上述方法制造出的本发明的电沉积砂轮的实施例和比较例的表。该表分别评价了改变电沉积砂轮的顶点部的平坦磨粒率和侧方部的平坦磨粒率时的工件的表面粗糙度(加工精度)、发生磨削烧伤的状态和加工精度寿命(在规定的加工精度内的加工寿命)。对于表面粗糙度，按照由电沉积砂轮的顶点部和侧方部分别加工而成的工件的部位进行评价。评价均按ABC的3个等级进行。

此外，实施例1～3和比较例1～3均是使用平均粒径95μm的磨粒所制造而成的，相对于通常的电沉积砂轮的磨粒密度75％(磨粒最密填充状态为100％)，顶点部的磨粒密度为55％，侧方部的磨粒密度为40％。此外，在实施例1～3和比较例1～3中，平均突出量(磨粒突出镀膜14的量的平均值)与粒径的比例在侧方部和顶点部均为40％。

在顶点部的平坦磨粒率和侧方部的平坦磨粒率分别为39％和51％的实施例1中，得到了如下结果：由顶点部加工而成的部位的表面粗糙度极好(A)，由侧方部加工而成的部位的表面粗糙度良好(B)，几乎没有发生磨削烧伤(B)、加工精度寿命极好(A)。

在顶点部的平坦磨粒率和侧方部的平坦磨粒率分别为15％和40％的实施例2中，得到了如下结果：由顶点部加工而成的部位的表面粗糙度、由侧方部加工而成的部位的表面粗糙度均为良好(B)，也没有发生磨削烧伤(A)，加工精度寿命极好(A)。

在顶点部的平坦磨粒率和侧方部的平坦磨粒率分别为45％和60％的实施例3中，得到了如下结果：由顶点部加工而成的部位的表面粗糙度、由侧方部加工而成的部位的表面粗糙度均为极好(A)，几乎没有发生磨削烧伤(B)、加工精度寿命极好(A)。

在顶点部的平坦磨粒率和侧方部的平坦磨粒率分别为21％和17％的比较例1中，得到了如下结果：由顶点部加工而成的部位的表面粗糙度良好(B)，也没有发生磨削烧伤(A)，但由侧方部加工而成的部位的表面粗糙度不好(C)，加工精度寿命也不好(C)。在比较例1中，认为由于侧方部的平坦磨粒少，因此侧方部的磨粒由于加工负荷而发生破碎，从而使由侧方部加工而成的部位的表面粗糙度恶化。

在顶点部的平坦磨粒率和侧方部的平坦磨粒率分别为62％和63％的比较例2中，得到了如下结果：由顶点部加工而成的部位的表面粗糙度、由侧方部加工而成的部位的表面粗糙度均为极好(A)，但发生磨削烧伤(C)、加工精度寿命也不好(C)。认为这是由于，磨粒与工件的接触面积在顶点部和侧方部均过大，从而整体的发热量大的原因。

在顶点部的平坦磨粒率和侧方部的平坦磨粒率分别为63％和20％的比较例3中，得到了如下结果：由顶点部加工而成的部位的表面粗糙度极好(A)，但由侧方部加工而成的部位的表面粗糙度不好(C)，发生磨削烧伤(C)，加工精度寿命也不好(C)。在比较例3中，认为是由于侧方部的平坦磨粒少，因此侧方部的磨粒发生破碎，从而使由侧方部加工而成的部位的表面粗糙度恶化，除此之外，磨粒与工件的接触面积在顶点部过大，从而使发热量大的原因。

另外，在实施例1中，在将侧方部中的平均突出量相对于粒径的比例从40％变更为45％，将顶点部中的平均突出量相对于粒径的比例从40％变更为35％时，结果侧方部的磨粒的形状变形减少，加工精度寿命变得极好。

本发明所涉及的电沉积砂轮及其制造方法不限于上述实施方式，当然，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以采用各种方式。

【附图标记说明】

10：电沉积砂轮；12：基体金属；14：镀膜；16：磨粒；16a：平坦磨粒；16b：不是平坦磨粒的磨粒；20：修整器；T：顶点部的区域；S1、S2：侧方部的区域；t：镀膜的厚度；h：磨粒的突出量。

Claims (6)

1.一种电沉积砂轮(10)，从包含中心轴(GC)的截面观察，其为外周部呈圆弧状的圆盘状，其特征在于，

在所述外周部固着有磨粒(16)，所述外周部中的侧方部的磨粒密度比顶点部的磨粒密度低，所述侧方部的平坦磨粒率比所述顶点部的平坦磨粒率高，

所述磨粒(16)被固着于所述外周部的镀膜(14)上，并且所述侧方部的所述磨粒(16)突出所述镀膜(14)的量的平均值大于所述顶点部的所述磨粒(16)突出所述镀膜(14)的量的平均值。

2.根据权利要求1所述的电沉积砂轮，其特征在于，

所述侧方部的平坦磨粒率为40％～60％，所述顶点部的平坦磨粒率为15％～45％。

3.一种电沉积砂轮(10)的制造方法，是从包含中心轴(GC)的截面观察，外周部呈圆弧状的圆盘状的电沉积砂轮(10)的制造方法，其特征在于，

包括针对磨粒(16)的修整加工，

在所述修整加工中，经过多次使圆盘状修整器(20)沿着规定轨迹，接触固着有规定粒径的磨粒(16)的状态下的电沉积砂轮的外周部的工序，而在所述电沉积砂轮的径向上推进来进行所述修整加工，

在所述工序中，使所述修整器(20)的外周部所通过的范围的轮廓线的中心随着多个所述工序的进行而向所述电沉积砂轮的径向依次移动，据此，使所述电沉积砂轮的外周部中的侧方部的平坦磨粒率比顶点部的平坦磨粒率高。

4.根据权利要求3所述的电沉积砂轮(10)的制造方法，其特征在于，

所述轮廓线的直径在多个所述工序中恒定。

5.根据权利要求3所述的电沉积砂轮(10)的制造方法，其特征在于，

所述轮廓线的直径随着多个所述工序的进行而逐渐变小。

6.根据权利要求3所述的电沉积砂轮(10)的制造方法，其特征在于，

在所述修整加工中，以所述电沉积砂轮的外周部的顶点为界，交替进行对分布在一侧的所述磨粒(16)的加工和对分布在另一侧的所述磨粒(16)的加工。

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