JP2005279842A - Electrodeposition reamer and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、砥粒を電着により固着して形成された電着リーマとその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrodeposition reamer formed by fixing abrasive grains by electrodeposition and a method for producing the same.
従来用いられている電着リーマは、母材のストレート部に砥粒を一様に電着したものがほとんどであり、高精度の加工を実現するためには、電着する砥粒を細粒化することで対応していた。そのため、砥粒の細粒化に伴って、切削部のチップポケットが減少して加工能率が上げられないという問題点があった。また取り代が得られないために、複数の電着リーマ工程を必要としていた。 Conventionally used electrodeposition reamers are mostly those in which abrasive grains are uniformly electrodeposited on the straight part of the base material. In order to achieve high-precision machining, the electrodeposited abrasive grains are finely divided. It corresponded by becoming. For this reason, as the abrasive grains are made finer, there is a problem that the chip pocket of the cutting portion is reduced and the processing efficiency cannot be increased. In addition, since a machining allowance cannot be obtained, a plurality of electrodeposition reamer processes are required.
この問題点を解決するために、従来よりも粗い砥粒を用い、母材のストレート部の砥粒先端だけをツルーイングにより平坦化して、チップポケットを持たせることで、高精度加工の実現と切粉の排出効果を持たせた電着リーマが開発されている。
しかし、この電着リーマは、砥粒を一様にまいて電着する方法であるため、砥粒の位置をコントロールすることができず、重なり合った砥粒が存在してしまう。また、ツルーイングによって、重なり合った上段の砥粒は大きくカットされるため、被削材との接触表面積が増え、その近傍のチップポケットの面積が減少する。そのため、安定して切粉の排出を行うことができず、加工精度と寿命が電着による砥粒の固定状態で大きく左右され安定しない。
In order to solve this problem, high-precision machining is realized and cut by using abrasive grains that are coarser than conventional ones, flattening the tip of the abrasive grains in the straight part of the base material by truing, and providing a chip pocket. An electrodeposited reamer has been developed that has the effect of discharging powder.
However, since this electrodeposition reamer is a method of electrodeposition by uniformly dispersing abrasive grains, the position of the abrasive grains cannot be controlled, and overlapping abrasive grains exist. Further, since the upper abrasive grains overlapped by truing are largely cut, the surface area of contact with the work material increases, and the area of the chip pocket in the vicinity thereof decreases. Therefore, the chips cannot be discharged stably, and the processing accuracy and life are greatly affected by the fixed state of the abrasive grains by electrodeposition and are not stable.
電着リーマにおいて、砥粒の電着位置をコントロールできるようにしたものが、特許文献1、特許文献2において開示されている。また、砥粒配列間隔を砥粒平均粒径の2〜10倍としたCMPドレッサーが特許文献3において開示されている。また、砥粒の先端のカット代をコントロールできるようにしたものが、特許文献4において開示されている。
また、電着法により砥粒の集中度コントロールしたものが特許文献5において開示されている。
Further,
しかし、特許文献1、特許文献2に記載の電着リーマは、精度、寿命を向上させる為、砥粒を1粒ずつならべて砥粒先端を揃えて形成されているが、隣接する砥粒同士の距離が狭すぎると充分にチップポケットが確保できず目詰まりを引き起こす。また電着前に砥粒先端を揃えることが出来ても、後工程でメッキを析出させることで、先端ばらつきを寸法公差ミクロンレベルで管理することは極めて困難であるという問題点がある。
However, the electrodeposition reamers described in
また、特許文献3に記載のCMPドレッサーでは、砥粒間隔を一律に平均粒径の2〜10倍としている。CMPドレッサーの様な平面同士の回転体では、影響を受けることはないが、リーマ加工の様な円筒面同士の回転体では、円周方向に比べて長手方向の砥粒間隔は狭くないと加工状痕が発生する可能性がある。
In the CMP dresser described in
また、特許文献4に記載の電着リーマでは、粗加工、仕上げ加工を同時に行う為に砥粒先端のカット量に差を付けているが、一様に砥粒を撒いた電着方法では先端のカット代が安定せず、カット代が多い個所では初期に目詰まりが発生してしまう。さらに砥粒の粒径の1/8〜1/4をカットしてしまうと被削材との接触面積が増えて切味が損なわれ寿命低下の原因となって好ましくない。
In addition, in the electrodeposition reamer described in
また、特許文献5に記載の電着リーマでは、砥粒の集中度をコントロールすることで寿命向上を達成しようとしているが、電着法で集中度をコントロールすることは容易でなく、一様に撒いた砥粒の付着量を均等、均一に管理することは困難を極め、偏りが発生してしまい、ばらつきが大きくなる。電着リーマでは、ミクロンレベルの寸法精度、面粗さ精度を長期に安定して加工するためには、いずれの要素も欠如することは許されない。
Moreover, in the electrodeposition reamer described in
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、最適な砥粒間隔と砥粒突出し量を設定し、充分なチップポケットを確保し、切粉の排出効果を高め、ミクロンレベルの寸法精度を確保する為に必要なツルーイングで切味を損なわない最適な量を設定し、加工精度を向上することが可能な電着リーマとその電着リーマを安定して製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and sets an optimum abrasive grain interval and abrasive protrusion amount, ensures a sufficient chip pocket, enhances chip discharge effect, and is at a micron level. Provides an electrodeposition reamer that can improve the processing accuracy by setting an optimal amount that does not impair the sharpness with truing necessary to ensure the dimensional accuracy of the electrode and a method for stably manufacturing the electrodeposition reamer The purpose is to do.
以上の課題を解決するために、本発明は、母材に砥粒を電着して砥粒層を形成した電着リーマにおいて、円周方向の隣り合う砥粒の中心間隔を平均粒径の2倍以上6倍以下とし、長手方向の隣り合う砥粒の中心間隔を砥粒の平均粒径の2倍以上4倍以下としたことを特徴とする電着リーマである。
円周方向の隣り合う砥粒の中心間隔を平均粒径の2倍以上6倍以下とし、長手方向の隣り合う砥粒の中心間隔を砥粒の平均粒径の2倍以上4倍以下とすることにより、重なり合った砥粒が存在せず、チップポケットを豊富に有する単層な電着リーマを形成することができる。そのため、電着時の砥粒固定状態に左右されずに、安定した加工精度を得ることができ、切粉を効率良く排出することができるため、寿命が向上する。円周方向、長手方向の隣り合う砥粒の中心間隔が砥粒の平均粒径の2倍未満であると、切粉の排出性能が損なわれ早期に目詰まりが発生し、面粗さ、寸法精度不良となって好ましくない。一方、円周方向の隣り合う砥粒の中心間隔が砥粒の平均粒径の6倍を超えると、作用砥粒数が減り寿命低下の原因となって好ましくない。また長手方向の隣り合う砥粒の中心間隔を砥粒の平均粒径の4倍を超えると、加工状痕発生の原因となり好ましくない。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides an electrodeposition reamer in which abrasive grains are electrodeposited on a base material to form an abrasive grain layer. The electrodeposition reamer is characterized in that the center distance between adjacent abrasive grains in the longitudinal direction is 2 to 6 times and the average grain size of the abrasive grains is 2 to 4 times the average grain size.
The center interval between adjacent abrasive grains in the circumferential direction is 2 to 6 times the average grain size, and the center interval between adjacent abrasive grains in the longitudinal direction is 2 to 4 times the average grain diameter of the abrasive grains. As a result, there can be formed a single-layer electrodeposition reamer having abundant chip pockets without overlapping abrasive grains. Therefore, it is possible to obtain a stable processing accuracy without being influenced by the fixed state of the abrasive grains during electrodeposition, and it is possible to efficiently discharge chips, thereby improving the life. When the center interval between adjacent abrasive grains in the circumferential direction and the longitudinal direction is less than twice the average grain size of the abrasive grains, the chip discharge performance is impaired and clogging occurs early, and the surface roughness and dimensions This is not preferable because of poor accuracy. On the other hand, when the center interval between adjacent abrasive grains in the circumferential direction exceeds 6 times the average grain diameter of the abrasive grains, the number of working abrasive grains is reduced, which is not preferable. Further, if the center interval between adjacent abrasive grains in the longitudinal direction exceeds 4 times the average grain size of the abrasive grains, it is not preferable because it causes the occurrence of processed marks.
砥粒をこのように配列することは、砥粒の平均粒径より小さい厚さを有する絶縁シートであって、砥粒の平均粒径より大きい孔を、円周方向で砥粒の平均粒径の2倍以上6倍以下、長手方向で砥粒の平均粒径の2倍以上4倍以下の間隔で多数形成した絶縁シートを母材外周部に巻き付け、この状態で砥粒をメッキにより仮固定し、その後前記絶縁シートを除去して再びメッキにより砥粒を本固定することによって可能である。 Arranging the abrasive grains in this way is an insulating sheet having a thickness smaller than the average grain diameter of the abrasive grains, and the pores larger than the average grain diameter of the abrasive grains are arranged in the circumferential direction. Is wound around the outer periphery of the base material, and the abrasive grains are temporarily fixed by plating in this state. Then, it is possible to remove the insulating sheet and fix the abrasive grains by plating again.
本発明においては、前記母材上に形成されたメッキ面からの前記砥粒の先端突出し量が前記砥粒の平均粒径の60%以上70%以下であることを特徴とする。
メッキ面からの砥粒の先端突出し量を砥粒の平均粒径の60%以上70%以下にすることで、切粉の排出を促進する事ができる。砥粒の先端突出し量が砥粒の平均粒径の60%未満であると、突出し量が小さすぎて加工性能が低下する。一方、砥粒の先端突出し量が砥粒の平均粒径の70%を超えると、突出し量が大きすぎて砥粒の保持力が低下して砥粒が脱落しやすくなる。
In the present invention, the tip protrusion amount of the abrasive grains from the plated surface formed on the base material is 60% or more and 70% or less of the average grain diameter of the abrasive grains.
By making the tip protrusion amount of the abrasive grains from the
本発明においては、前記砥粒の先端部を、前記砥粒の平均粒径の5%以上10%以下の範囲でツルーイングして平坦化したことを特徴とする。ツルーイングによる砥粒先端部の平坦化により、寸法精度が向上する。ツルーイング量が砥粒の平均粒径の5%未満であると、ツルーイング量が少なすぎてツルーイングを行うことによる平坦化の効果を得ることができない。一方、ツルーイング量が砥粒の平均粒径の10%を超えると、被削材との接触面積が増えて切味が損なわれ寿命低下の原因となって好ましくない。 In the present invention, the tip of the abrasive grain is flattened by truing in the range of 5% to 10% of the average grain size of the abrasive grain. The dimensional accuracy is improved by flattening the tip of the abrasive grain by truing. If the truing amount is less than 5% of the average grain size of the abrasive grains, the truing amount is too small to obtain a flattening effect by performing truing. On the other hand, if the truing amount exceeds 10% of the average grain size of the abrasive grains, the contact area with the work material increases, the sharpness is impaired, and this is not preferable because it reduces the life.
本発明においては、前記砥粒は、長径短径比が1.1以下である砥粒であることを特徴とする。
これにより、電着後の砥粒先端高さのばらつきを抑えることができ、ツルーイング量が全周にわたり定量化され、ツルーイング後の砥粒先端面積が全周にわたり均一化され、加工精度が安定し寿命が向上する。
In the present invention, the abrasive grains are abrasive grains having a major axis / minor axis ratio of 1.1 or less.
As a result, variations in the height of the abrasive tip after electrodeposition can be suppressed, the truing amount is quantified over the entire circumference, the abrasive tip area after truing is made uniform over the entire circumference, and the machining accuracy is stabilized. The service life is improved.
本発明によると、重なり合った砥粒が存在しない単層な電着リーマを形成することができ、電着時の砥粒固定状態に左右されずに、安定した加工精度を得ることができ、切粉を効率良く排出することができるため、寿命が向上する。 According to the present invention, a single-layer electrodeposition reamer without overlapping abrasive grains can be formed, and stable machining accuracy can be obtained without being affected by the fixed state of the abrasive grains during electrodeposition. Since the powder can be discharged efficiently, the life is improved.
以下、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図1に、本発明の実施形態に係る電着リーマにおける砥粒配列を示す。図1は、母材1の中心線(一点鎖線で示す)に対して母材1の片側半分を示しており、円筒状の母材1上に砥粒2が電着により1層に固着されている。図1におけるDは、母材1の長手方向に配列された砥粒2の中心間隔を示している。また、母材1の円周方向にも砥粒2は所定の中心間隔をおいて配列されている。
円周方向の隣り合う砥粒2の中心間隔は、砥粒2の平均粒径の2倍以上6倍以下となるように砥粒2は配設されている。また長手方向の隣り合う砥粒2の中心間隔は、砥粒2の平均粒径の2倍以上4倍以下となるように砥粒2は配設されている。母材1と砥粒2との間にはメッキ層3が形成されており、メッキ層3の上面であるメッキ面から測って、砥粒2の先端突出し量は砥粒2の平均粒径の60%以上70%以下となっている。
Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiments.
FIG. 1 shows an abrasive grain arrangement in an electrodeposition reamer according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows one half of the
The
図2は、砥粒2に対してツルーイングを施した状態のものを示しており、砥粒2の先端部は、砥粒2の平均粒径の5%以上10%以下の範囲でツルーイングして平坦化され、砥粒先端面4が形成されている。
また、砥粒2として、長径短径比が1.1以下である砥粒を選択することができる。このような結晶形が整った砥粒を用いると、電着後の砥粒先端高さのばらつきを抑えることができ、ツルーイング量が全周にわたり定量化され、ツルーイング後の砥粒先端面積が全周にわたり均一化され、加工精度が安定し寿命が向上する。
FIG. 2 shows a state in which the
Moreover, as the
このような砥粒層を形成するためには、砥粒2の平均粒径より小さい厚さを有し、砥粒2の平均粒径より大きい孔を円周方向で砥粒2の平均粒径の2倍以上6倍以下、長手方向で砥粒2の平均粒径の2倍以上4倍以下の間隔で多数形成した絶縁シートを母材外周部に巻き付け、この状態で砥粒をニッケルメッキにより仮固定し、その後絶縁シートを除いて再びメッキにより砥粒を本固定することによって実現できる。
In order to form such an abrasive grain layer, the average grain diameter of the
その製造工程を図3、図4に示す。
図3において、(a)のように、母材1の非電着部1aをマスキングした後、(b)のように母材1の電着部1bを覆うように絶縁シート5を装着する。絶縁シート5は網目状となっており、網目の寸法は円周方向で砥粒2の平均粒径の2倍以上6倍以下、長手方向で砥粒2の平均粒径の2倍以上4倍以下となるように設定されている。この状態で砥粒2を散布する。砥粒2を散布した状態では、(c)に示すように、母材1の電着部1b上で砥粒2が重なり合うように配置されているが、母材1と接する領域においては、絶縁シート5によって、円周方向の隣り合う砥粒同士の間隔は砥粒の平均粒径の2倍以上6倍以下となり、長手方向の隣り合う砥粒同士の間隔砥粒の平均粒径の2倍以上4倍以下となっている。
The manufacturing process is shown in FIGS.
In FIG. 3, after masking the
この砥粒2をニッケルメッキで仮固定し、絶縁シートを除去すると、(d)のように砥粒2が円周方向でその平均粒径の2倍以上6倍以下の間隔をおいて、長手方向でその平均粒径の2倍以上4倍以下の間隔をおいて、一層に配列した状態となる。これに対してニッケルメッキで本固定すると、(e)に示すようにメッキ層3が形成され、マスキングを除去すると、メッキ面から所定の突出し量を持つ砥粒配列を有する電着リーマが得られる。
図4は、上記の方法により一層配列された砥粒2に対してツルーイングを行う工程を示しており、ツルーイング前においては(a)のように砥粒2の先端部は不揃いであるのに対して、ツルーイングを行うことによって、(b)に示すように、先端部が平坦化された電着リーマを得ることができる。
When the
FIG. 4 shows a process of truing the
以下に、具体的な試験例を示す。
以下に示す試験条件で加工試験を行った。
使用機械 :マシニングセンタ
周速度 :20m/min
切り込み量:φ50μm
送り速度 :0.75mm/rev
被研削材 :FCD45
加工穴径 :φ16mm
寿命判断 :面粗さRmax4μm、寸法精度5μmを超えた時点で工具寿命と判断
した。
Specific test examples are shown below.
A processing test was conducted under the following test conditions.
Machine used: Machining center Peripheral speed: 20 m / min
Cutting depth: φ50μm
Feeding speed: 0.75mm / rev
Material to be ground: FCD45
Drilling hole diameter: φ16mm
Judgment of life: When the surface roughness exceeded
試験結果を図5,図6に示す。ここで、従来品とは、粒径が250μm程度の粗い砥粒を一様にまいて電着し、ツルーイングにより平坦化する方法によって製造された電着リーマのことをいう。また、発明品とは、粒径が200μm程度の長径短径比が1.1以下である砥粒を用い、円周方向の隣り合う砥粒の中心間隔を砥粒の平均粒径の4倍とし、長手方向の隣り合う砥粒の中心間隔を砥粒の平均粒径の3倍とし、突出し量は砥粒の平均粒径の65%とし、平均粒径の7.5%の範囲でツルーイングして平坦化して製造された電着リーマのことをいう。 The test results are shown in FIGS. Here, the conventional product refers to an electrodeposition reamer manufactured by a method in which coarse abrasive grains having a particle size of about 250 μm are uniformly spread and electrodeposited, and then flattened by truing. In addition, the inventive product uses abrasive grains having a major axis / minor axis ratio of about 200 μm and a major axis / minor axis ratio of 1.1 or less, and the center interval between adjacent abrasive grains in the circumferential direction is four times the average grain size of the abrasive grains. The center interval between adjacent abrasive grains in the longitudinal direction is set to 3 times the average grain diameter of the abrasive grains, the protruding amount is 65% of the average grain diameter of the abrasive grains, and truing in the range of 7.5% of the average grain diameter The electrodeposition reamer manufactured by flattening.
図5、図6に示すように、従来品は2500穴加工後に面粗さ及び穴寸法が大きくなり、その段階で加工不能と判断した。また、リーマを取り外して観察したところ、重なり合った上段の砥粒がツルーイングにより大きくカットされて接触表面積が増えており、その近傍のチップポケットの面積が減少して、安定した切粉の排出ができず目詰まりが発生していた。
これに対し、発明品は従来品に比べて約2倍以上の寿命を示す結果となった。
As shown in FIGS. 5 and 6, the surface roughness and hole dimensions of the conventional product increased after 2500 holes were processed, and it was determined that processing was impossible at that stage. In addition, when the reamer was removed and observed, the overlapping upper abrasive grains were largely cut by truing to increase the contact surface area, reducing the area of the chip pocket in the vicinity, and discharging stable chips. Clogging occurred.
On the other hand, the product of the invention showed a life of about twice or more that of the conventional product.
次に、砥粒を配列する際の中心間隔と、砥粒突出し量と、ツルーイング量をそれぞれ変化させたときの加工試験の結果を、図7、図8、図9に示す。
図7は、砥粒を配列する際の中心間隔を変化させたときの加工穴数を示しており、(a)は円周方向についてのものであり、(b)は長手方向についてのものである。円周方向については砥粒の平均粒径の2倍以上6倍以下としたとき、長手方向については砥粒の平均粒径の2倍以上4倍以下としたときに加工性能が優れているのに対して、この範囲外では加工性能が低下している。長手方向については、砥粒の平均粒径の4倍を超えると加工状痕が発生する。
図8は、メッキ面からの砥粒突出し量を変化させたときの加工穴数を示しており、砥粒の平均粒径の60%以上70%以下としたときに加工性能が優れているのに対して、この範囲以下では加工性能が低下し、この範囲以上では砥粒の保持力が低下し脱落の危険性がある。
図9は、ツルーイング量を変化させたときの加工穴数を示しており、砥粒の平均粒径の5%以上10%以下の範囲でツルーイングして平坦化したときに加工性能が優れている。
Next, FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 9 show the results of processing tests when the center interval when the abrasive grains are arranged, the abrasive protrusion amount, and the truing amount are changed.
FIG. 7 shows the number of processing holes when the center interval at the time of arranging the abrasive grains is changed, (a) is for the circumferential direction, and (b) is for the longitudinal direction. is there. The processing performance is excellent when the circumferential direction is 2 to 6 times the average grain size of the abrasive grains, and the longitudinal direction is 2 to 4 times the average grain size of the abrasive grains. On the other hand, the processing performance is reduced outside this range. In the longitudinal direction, when it exceeds 4 times the average grain size of the abrasive grains, a processed trace is generated.
FIG. 8 shows the number of holes processed when the amount of protruding abrasive grains from the plated surface is changed, and the processing performance is excellent when the average particle diameter of abrasive grains is 60% or more and 70% or less. On the other hand, if it is less than this range, the processing performance is lowered, and if it is more than this range, the holding power of the abrasive grains is lowered and there is a risk of dropping off.
FIG. 9 shows the number of processed holes when the truing amount is changed, and the processing performance is excellent when truing and flattening in the range of 5% to 10% of the average grain size of the abrasive grains. .
本発明は、砥粒を電着により固着して形成された電着リーマとして利用することができ、電着時の砥粒固定状態に左右されずに、安定した加工精度を得ることができ、切粉を効率良く排出することが可能な電着リーマを実現することができる。 The present invention can be used as an electrodeposition reamer formed by adhering abrasive grains by electrodeposition, and can obtain stable processing accuracy without being affected by the fixed state of the abrasive grains during electrodeposition, An electrodeposition reamer capable of efficiently discharging chips can be realized.
1 母材
1a 非電着部
1b 電着部
2 砥粒
3 メッキ層
4 砥粒先端面
5 絶縁シート
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