JP2002224963A - 超砥粒ビトリファイドボンド砥石 - Google Patents
超砥粒ビトリファイドボンド砥石Info
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Abstract
工できる有気孔ビトリファイドボンド砥石を提供する。 【解決手段】 超砥粒をビトリファイドボンドで結合さ
せた超砥粒層に気孔を有するビトリファイドボンド砥石
において、ボンドブリッジ間に形成される気孔のうち、
その気孔径が平均粒径の1.5〜5倍の範囲にあるもの
が50%以上存在し、且つ、超砥粒層中に於る総気孔量
を25〜45容量%とする。また特定のボンド組成にす
ることで無気孔砥石並みの砥石強度を持つ砥石とし、気
孔の存在により、研削中の遊離砥粒が原因となる研削条
痕の発生をなくす。
Description
ト、MMC、セラミックスなどの難削材の研削加工は無
論、特に多結晶ダイヤモンド焼結体(PCD)や多結晶
立方晶窒化硼素焼結体(PCBN)のような超硬質難削
材の研削加工に供する高精度加工用の超砥粒ビトリファ
イドボンド砥石に関する。
れ、破壊靭性値及びヤング率が高いなどの優れた物理的
特性を有するため切削工具や耐摩工具として広く使用さ
れている。中でも、PCDとPCBNはそれらの特性が
あらゆる素材と比較してずば抜けて高いため各種工具材
として広く用いられている。PCDやPCBNは微細で
粒径の揃ったダイヤモンド又はCBN砥粒を超硬合金製
台金に載せ、超高圧高温下で焼結したもので、極めて強
靱な多結晶焼結体である。
ボンド砥石やメタルボンド砥石が用いられている。レジ
ンボンド砥石はボンドが軟質で砥粒保持力が弱いので、
短寿命である上、弾性があるため被削材加工面にダレが
生じ易く、シャープな切刃を必要とする切削工具の加工
には向かない欠点がある。メタルボンド砥石は砥粒保持
力は強いがボンドの後退性が悪く、目つぶれや目詰まり
が生じ易い。その上、ドレッシング性やツルーイング性
も悪く加工能率が良くない。
ス質の結合材よりなりメタルボンドに近い弾性係数であ
るので、被削材の加工面にダレを生じない。その上、ボ
ンドの破壊性が良いのでメタルボンドに比べドレッシン
グ性、ツルーイング性にも優れている。このため、PC
DやPCBNの研削加工にはビトリファイドボンド砥石
が使用されることが多い。
ボンド砥石には無気孔のものと有気孔のものがあるが、
高精度の加工を求められるPCD切削工具などの加工に
は、形状精度を必要とするので、ボンド強度のある無気
孔のビトリファイドボンド砥石が一般的に用いられる。
ンド砥石を用いた場合、どうしても鏡面状態の滑らかな
研削面が得られない。特に重研削になる程、研削面によ
り多くのスジが生じる傾向にある。このため、無気孔ビ
トリファイド砥石は砥石強度が高いにも関わらず、比較
的軽研削で加工していた。この原因は、図2に示す如く
ボンド中より脱落した遊離砥粒が砥面と被削材との間に
挟まれ、巻き込まれながら加工が進行するため、PCD
の研削面にスジを残すことにあることを見出した。そこ
で、本発明は有効なチップポケットを形成する有気孔の
超砥粒ビトリファイドボンド砥石とすることでこれを解
決し、且つ、従来かかる難削材に用いられていた無気孔
の超砥粒ビトリファイドボンド砥石に匹敵するボンド強
度を有する砥石を開発した。
PCBNの研削に最適な砥石を提供するもので、その第
一の特徴は、図3に示すように、研削作用中に脱落した
遊離砥粒が脱落と同時に砥面の気孔に入り込むよう、砥
面に微小な気孔を多数存在するようにしたことにある。
限定したことにある。気孔容量はチップポケットによる
切屑の除去効果及び研削液による冷却効果を高めるとい
う長所がある反面、砥石強度を低下させるという短所が
ある。本発明は、この長所と短所のバランスをうまくと
り、本発明の目的を達成するための気孔容量の有効な範
囲を見出した。
削に有効な超砥粒径とすることであり、超砥粒の平均粒
径を5〜100μmとしたことにある。超砥粒径は研削
する工具の要求精度に応じて適宜選択するが、平均粒径
が5μm未満の微粒では研削速度が遅く、100μm超
の大粒では被削材のエッジ部分にチッピングを生じやす
く、研削面の面粗度も悪くなりやすいので、精度が求め
られる切削工具などには5〜100μmとするのが好ま
しい。
削に有効な超砥粒の含有量とすることである。ダイヤモ
ンド砥粒やCBN砥粒は高価であるので、超砥粒含有率
を10容量%以下に減少させることも考えられるが、本
発明の砥石によるPCDやPCBN素材の研削に於て
は、20〜60容量%の場合、最も良好な研削能率が得
られた。20容量%未満では研削に作用する超砥粒数が
少ないため砥石の摩耗が早く、60容量%超にすると研
削抵抗が大きく好ましくない。
ド組成とすることで、強いボンド強度を有する砥石が得
られる。更に、該ボンドは超砥粒とのぬれ性がよいので
焼成時にボンドが軟化して超砥粒の表面を全面被覆し、
近接の超砥粒の被覆ボンドとの間でボンドブリッジが形
成されて超砥粒間にチップポケットが存在する砥面状態
となることにある。
なるものであるが、各超砥粒が核となって超砥粒の周り
にボンド被覆が形成され、近接の超砥粒のボンド被覆と
互いに連結してボンドブリッジが形成され、ブリッジ間
がチップポケットとなる。従って、超砥粒量と超砥粒径
はチップポケットとなる気孔の径と分布度合に関与す
る。結合材中に超砥粒を均一に分布させることができれ
ば、均一の気孔径のチップポケットを均一に分布させる
ことができる。しかしながら、製造工程中に於る諸要因
により、超砥粒分布は完全な均一分散にならない。この
ため、チップポケットをなす気孔径とその分布もある程
度のバラツキとなってしまう。
ほぼ同時にチップポケットに入り込むには少なくとも超
砥粒径より大きい気孔径が必要以上に分布していなけれ
ばならない。しかしながら、超砥粒層中に於る気孔量が
25容量%未満となれば、脱落した超砥粒の中には瞬時
にチップポケットに入り込まず、被削材の研削面を引っ
掻いてヘヤーラインと言われている研削条痕を残す。一
方、45容量%超とした場合、研削条痕の発生はなくな
るが砥石強度が低下し、砥石寿命が短く好ましくない。
両者の関係から超砥粒層中の気孔量は25〜45容量%
を占め、その中でチップポケットをなす気孔のうち、気
孔径が平均粒径の1.5〜5倍の範囲にあるものが50
%以上あるのが望ましい。
のボンド組成は、SiO2を40〜70重量%、Al2
O3を5〜25重量%、K2Oを1〜15重量%、Ca
Oを1〜6重量%、B2O3を0.5〜15重量%、N
a2Oを0.5〜3重量%、Fe2O3を0.1〜3重
量%、MgOを0.1〜2重量%を含むものよりなるこ
とを特徴とする。より好ましくは、SiO2を45〜7
0重量%、Al2O3を9〜25重量%、K2Oを1〜
13重量%、CaOを1〜5重量%、B2O3を0.5
〜13重量%、Na2Oを0.5〜3重量%、Fe2O
3を0.1〜2重量%、MgOを0.1〜1重量%を含
むものとする。
ド砥石の抗折強度は58.8〜107.8N/mm2、
無気孔ビトリファイドボンド砥石の抗折強度は147N
/mm2(日経技術図書発行「ダイヤモンドツール」引
用)であるのに対し、本発明のボンド組成で前記の気孔
を有する砥石にした場合、ボンド組成や超砥粒径及び超
砥粒量、製造条件等により変位させることができるが、
70〜180N/mm 2の強度が得られた。ボンド組成
を異にしてもこれと同等の抗折強度があれば当然同等の
効果を発揮することは明らかであるから、上記ボンド組
成に限定されることなく、本発明の範囲とする。
の項で説明する。
イヤモンド砥粒と、ボンド組成にSiO2を62重量
%、Al2O3を17重量%、K2Oを9重量%、Ca
Oを4重量%、B2O3を2重量%、Na2Oを2重量
%、Fe2O3を0.5重量%、MgOを0.3重量%
を含むビトリファイド微粉と、エタノールを混合して超
砥粒の周りにビトリファイド微粉を付着させた後、乾燥
炉に入れてアルコール分を蒸発させる。これを金型に充
填して加圧成形した後、焼成してリング状の超砥粒層と
した。これをアルミニウム製台金に接着して、外径φ1
50mm、幅15mm、超砥粒層厚み5mmのカップ型
砥石を得た。尚、超砥粒含有率は45容量%、気孔量は
30容量%、抗折強度は120N/mm2であった。
μmに対しその1.5〜5倍のチップポケットが60%
以上あることが確認できた。図1は砥面の反射電子像で
ある。
超砥粒含有率が同一の無気孔ビトリファイドボンド砥石
を用意し、PCD素材の研削比較試験を行った。この砥
石の抗折強度は130N/mm2であった。両者を表1
の条件にて、PCDの研削加工試験を行った。
に示す。これらの図はPCDエッジ部分の金属顕微鏡写
真である。図5は実施例砥石によるもので、研削スジが
全く認められず、良質な加工面が得られたことが確認で
きるのに対し、図4は従来の無気孔砥石によるもので、
研削面には多数のスジが生じている。
のビトリファイドボンドによる有気孔砥石にして、従来
の無気孔砥石に匹敵する砥石強度を有し、特定範囲の気
孔径及び気孔量とすることで、PCDやPCBNの如き
超硬質難削材を精度良く研削できることを可能にした。
000)。
顕微鏡写真(×100)。
の顕微鏡写真(×100)。
Claims (6)
- 【請求項1】 超砥粒をビトリファイドボンドで結合さ
せた超砥粒層に気孔を有するビトリファイドボンド砥石
において、 ボンドブリッジ間に形成される気孔のうち、その気孔径
が平均粒径の1.5〜5倍の範囲にあるものが50%以
上存在し、且つ、超砥粒層中に於る総気孔量を25〜4
5容量%とする超砥粒ビトリファイドボンド砥石。 - 【請求項2】 前記超砥粒の平均粒径が5〜100μm
である請求項1記載の超砥粒ビトリファイドボンド砥
石。 - 【請求項3】 前記超砥粒の含有量が20〜60容量%
である請求項1又は2記載の超砥粒ビトリファイドボン
ド砥石。 - 【請求項4】 前記ビトリファイドボンドの組成が、S
iO2を40〜70重量%、Al2O3を5〜25重量
%、K2Oを1〜15重量%、CaOを1〜6重量%、
B2O3を0.5〜15重量%、Na2Oを0.5〜3
重量%、Fe 2O3を0.1〜3重量%、MgOを0.
1〜2重量%を含む請求項1〜3のいずれかに記載の超
砥粒ビトリファイドボンド砥石。 - 【請求項5】 前記超砥粒層の抗折強度が70〜180
N/mm2である請求項1〜4のいずれかに記載の超砥
粒ビトリファイドボンド砥石。 - 【請求項6】 PCD又はPCBNの研削用とする請求
項1〜5のいずれかに記載の超砥粒ビトリファイドボン
ド砥石。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001023223A JP2002224963A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 超砥粒ビトリファイドボンド砥石 |
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