JP2008183650A - 放電ツルーイング用メタルボンドホイール - Google Patents

Abstract

【課題】放電ツルーイング技術を利用した研削加工法において、いっそう優れた放電ツルーイング特性と研削特性を有するメタルボンドホイールを提供することである。
【解決手段】メタルボンドは、熱伝導率が２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、融点が４００℃以上８００℃以下で、かつ、メタルボンド中に金属間化合物が５０重量％以上含有されるものを用いる。メタルボンドは、ブロンズ系メタルボンドでＳｎ含有量が２０重量％以上５０重量％以下のものが好ましい。さらにメタルボンドには、１０μｍ以上１００μｍ以下のグラファイト粒子を２０重量％以下含有することがより好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、焼結合金、鋳鉄、工具綱、炭素綱および各種金属材料の高精度・高能率加工を実現する放電加工現象を利用した放電ツルーイング技術を利用した研削加工法において、優れた放電ツルーイング特性と研削特性を有するメタルボンドホイールに関するものである。

上記材料は自動車産業や家電産業等において、その機能性部品の素材として広く利用されている。近年は、環境問題特に騒音や効率改善に対する手法として、各機能性部品の加工精度、特に加工面の表面品位のレベル向上が求められている。しかし、鉄鋼材料加工においては、研削加工時に発生する切り屑の容積が大きいために、ホイールには目づまりが発生し著しく切れ味が低下し、また、場合によっては切り屑によるボンド侵食が発生しホイールの異常摩耗が発生する。特に、超砥粒の平均粒径が１０μｍ以下のホイールにおいては、前述の現象がより顕著に発生する。そのため、安定した切れ味を保ち、良好な研削作業を持続させるためには精度の高いドレッシングやツルーイング作業を頻繁に行う必要がある。このドレッシングやツルーイング作業は、実際の研削作業を行う工作機械上で行うのが望ましいが、従来の方法では工数がかかること、また非常に複雑で高度なノウハウが必要になるなどの問題点があり、工作機械上のドレッシングやツルーイング作業が比較的容易に行える、レジンボンドホイールが広く用いられていた。

レジンボンドホイールは、フェノールやポリイミドをはじめとする高分子樹脂によって超砥粒を結合させたホイールである。ボンドのヤング率が低く超砥粒の保持力が脆弱であるため超砥粒の脱落が生じホイールの寿命が短く、かつ、研削加工時に発生する抵抗によってレジンボンドが弾性変形を起こし、工作物のエッジ部にダレが発生するといった問題点がある。メタルボンドホイールは前述のレジンボンドホイールの問題点を改善することが可能であるが、ボンドのヤング率が高く延性があるため、在来砥石を用いた工作機械上でのドレッシングやツルーイングが不可能といった問題がある。さらに、在来砥石を用いたドレッシングやツルーイング作業は、多大な工数と複雑で高度なノウハウが必要となる問題点も抱えていた。

上記の問題点を解決するために、ブロンズ系メタルボンドにＳｉＣやグラファイトを添加したボンドを用いたメタルボンドホイールを実機上で放電ツルーイングする技術が開発された。
（例えば、特許文献１参照）

さらに、放電ツルーイング装置を備えた両頭平面研削盤に用いることができる、固体潤滑剤を含有するメタルボンドホイールが開発された。
（例えば、特許文献２参照）

さらに別の、放電ツルーイング装置を備えた両頭平面研削盤に用いることができる、メタルボンドがＣｕ６２〜４８重量％及びＳｎ３８〜５２重量％、砥粒層と台金との間に、Ｆｅ：Ｃｕ：Ｓｎの重量比が８０〜４０：４４〜１５：１６〜５の補強層が設けられたメタルボンドホイールが開発された。
（例えば、特許文献３参照）

実開平４−１９７５９号公報 特開２００４−２４９３８４号公報 特開２００６−３４６８２４平号公報

本発明が解決しようとする問題点は、放電ツルーイング技術を利用した研削加工法において、いっそう優れた放電ツルーイング特性と研削特性を有するメタルボンドホイールを提供することである。

本発明は、放電ツルーイング装置を備えた工作機械に用いられる、超砥粒をメタルボンドで結合した超砥粒層を有するメタルボンドホイールであって、メタルボンドは、熱伝導率が２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、融点が４００℃以上８００℃以下で、かつ、メタルボンド中に金属間化合物が５０重量％以上含有されることを特徴とするメタルボンドホイールである。
ここで、メタルボンドの熱伝導率を数値限定したのは、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満または１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超える場合は放電ツルーイング特性が低下するためである。熱伝導率は３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが最も好ましい。
さらに、メタルボンドの融点を数値限定したのは、４００℃未満では放電によるメタルボンドの軟化範囲が広範囲となり高精度なツルーイング精度が得られないためであり、８００℃以上では放電速度が低下して、放電ツルーイングに長時間を必要とするからである。メタルボンドの融点は４５０℃以上７５０℃以下あることが好ましく、５００℃以上７５０℃以下であることが最も好ましい。
さらに、メタルボンド中に金属間化合物が５０重量％以上含有されることにより良好な研削特性を得ることができる。金属間化合物は５５重量％以上含有されることが好ましく、６０重量％以上含有されることが最も好ましい。

本発明は詳しくは、メタルボンドは、ブロンズ系メタルボンドであり、Ｓｎ含有量が２０重量％以上５０重量％以下であることを特徴とするものである。
ここで、Ｓｎ含有量が２５重量％以上４５重量％以下であることがより好ましく、３０重量％以上４５重量％以下であることが最も好ましい。例えば、ブロンズ系メタルボンドとしてはＣｕ−Ｓｎの二元系ボンドなどを用いることができ、この場合にはボンド中に金属間化合物としてＣｕ３Ｓｎを含有させることが好ましい。

本発明は更に詳しくは、超砥粒の平均粒径は５μｍ以上１２０μｍ以下、超砥粒層中における超砥粒含有量を１０重量％以上６０重量％以下であることを特徴とするものである。これらの範囲で優れた放電ツルーイング特性と研削特性を得ることができる。
より優れた特性を得るには、超砥粒の平均粒径は５μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以上９０μｍ以下であることが最も好ましい。超砥粒層中における超砥粒含有量を１２重量％以上５８重量％以下であることがより好ましく、１５重量％以上５５重量％以下であることが最も好ましい。

本発明は更に詳しくは、メタルボンドには２０重量％以下の微粒のグラファイト粒子が含まれることを特徴とするものである。
ここで微粒グラファイト粒子は、１８重量％以下含まれることがより好ましく、１５重量％以下含まれることが最も好ましい。さらにグラファイト粒子は１０μｍ以上１００μｍ以下のものを用いることが好ましい。

本発明は更に詳しくは、工作機械には更に在来砥石によるツルーイング・ドレッシング装置が備えられ、工作機械によって鉄鋼材料の生材および焼入れ材の研削加工に用いることを特徴とするメタルボンドホイールである。
工作機械には放電ツルーイング装置の他に、在来砥石（アルミナ質、炭化ケイ素質の砥粒と用いた砥石）によるツルーイング・ドレッシング装置が備えられていると、両方の装置を利用することにより、いっそう広範囲な条件でツルーイング・ドレッシングすることが可能になるので好ましい。さらにこの工作機械で鉄鋼材料の生材および焼入れ材の研削加工を行うことによりメタルボンドホイールの性能をいかんなく発揮させることが可能である。

放電ツルーイング技術を利用した研削加工法において、いっそう優れた放電ツルーイング特性と研削特性を有するメタルボンドホイールを提供することができる。

発明を実施するための最良の形態については実施例で詳しく説明する。

粒度が＃２３０のダイヤモンド砥粒と、Ｃｕ粉末とＳｎ粉末を重量比で６０：４０の割合で配合したメタルボンドを混合し、この混合粉末を金型に充填し、ホットプレス方式を用いて焼成を行いリング状の超砥粒層を製作した。これをアルミニウム合金製の台金に接着して、外径３０５ｍｍ、超砥粒層の幅７５ｍｍ、超砥粒層の厚み３ｍｍのカップ型メタルボンドホイールを得た。このメタルボンドの熱伝導率は４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、融点は６１０℃、メタルボンド中の金属間化合物（Ｃｕ３Ｓｎ）の含有率は９８重量％であった。
このようにして製作した、メタルボンドホイールを光洋機械製の放電ツルーイング装置を備えた両頭平面研削盤（ＫＤＶ−３００型）に２枚取り付け、鉄系焼結合金を研削加工テストを実施して本発明の効果を確認した。そのテスト条件の詳細は以下の通りである。
まず、放電ツルーイング条件は以下の通りである。ツルアーはＣｕ−Ｗ、ツルアーサイズは外径５０ｍｍ−厚み５ｍｍ、ツルアー切り込み量は１μｍ、放電電圧は１２０Ｖ、放電ピーク電流値は３２Ａ、τＯＮは１２μｓｅｃ、τＯＦＦは３μｓｅｃ、ＳＶは５０Ｖとした。
次に、研削条件は以下の通りである。工作物は鉄系焼結合金でサイズは外径９０ｍｍ、取り代は両面で０．２ｍｍ、研削液は４０倍希釈のソリュブルタイプ、ホイール周速度は約３０ｍ／ｓｅｃ、研削速度は０．０３ｍｍ／ｓｅｃ、スパークアウトは２ｓｅｃとした。
以上の条件で鉄系焼結合金の研削加工テストを実施した結果、テスト開始初期からメタルボンドホイールの切れ味が良好で、安定した切れ味が長時間に渡って持続した。さらに、超砥粒層の摩耗も少なく極めて良好な結果が得られた。

粒度が＃２３０のダイヤモンド砥粒と、Ｃｕ粉末とＳｎ粉末を重量比で６０：４０の割合で配合したメタルボンドを混合し、さらにこの混合粉末に微粉グラファイト粉末をボンド重量に対し４．５重量％の割合で混合し最終混合粉末とした。この最終混合粉末を金型に充填し、ホットプレス方式を用いて焼成を行いリング状の超砥粒層を製作した。これをアルミニウム合金製の台金に接着して、外径３０５ｍｍ、超砥粒層の幅７５ｍｍ、超砥粒層の厚み３ｍｍのカップ型メタルボンドホイールを得た。このメタルボンドの熱伝導率は６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、融点は６１０℃、メタルボンド中の金属間化合物（Ｃｕ３Ｓｎ）の含有率は９８重量％であった。
このようにして製作した、メタルボンドホイールを光洋機械製の放電ツルーイング装置を備えた両頭平面研削盤（ＫＤＶ−３００型）に２枚取り付け、研削加工テストを実施して本発明の効果を確認した。そのテスト条件の詳細は以下の通りである。
まず、放電ツルーイング条件は実施例１と同様である。
次に、研削条件は以下の通りである。工作物はＳ４５Ｃの生材でサイズは外径９０ｍｍ、取り代は両面で０．２ｍｍ、研削液は４０倍希釈のソリュブルタイプ、ホイール周速度は約３０ｍ／ｓｅｃ、研削速度は０．０３ｍｍ／ｓｅｃ、スパークアウトは２ｓｅｃとした。
以上の条件で研削加工テストを実施した結果、テスト開始初期からメタルボンドホイールの切れ味が良好で、安定した切れ味が長時間に渡って持続した。さらに、超砥粒層の摩耗も少なく極めて良好な結果が得られた。

粒度が＃２３０のダイヤモンド砥粒と、Ｃｕ粉末とＳｎ粉末を重量比で６０：４０の割合で配合したメタルボンドを混合し、さらにこの混合粉末に微粉グラファイト粉末をボンド重量に対し１５重量％の割合で混合し最終混合粉末とした。この最終混合粉末を金型に充填し、ホットプレス方式を用いて焼成を行いリング状の超砥粒層を製作した。これをアルミニウム合金製の台金に接着して、外径３０５ｍｍ、超砥粒層の幅７５ｍｍ、超砥粒層の厚み３ｍｍのカップ型メタルボンドホイールを得た。このメタルボンドの熱伝導率は８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、融点は６１０℃、メタルボンド中の金属間化合物（Ｃｕ３Ｓｎ）の含有率は９８重量％であった。
このようにして製作した、メタルボンドホイールを光洋機械製の放電ツルーイング装置を備えた両頭平面研削盤（ＫＤＶ−３００型）に２枚取り付け、研削加工テストを実施して本発明の効果を確認した。そのテスト条件の詳細は以下の通りである。
まず、放電ツルーイング条件は実施例１、２と同様である。
次に、研削条件は以下の通りである。工作物はＳＫＨ５１、硬さはＨＲＣ６０でサイズは外径９０ｍｍ、取り代は両面で０．１ｍｍ、研削液は４０倍希釈のソリュブルタイプ、ホイール周速度は約３０ｍ／ｓｅｃ、研削速度は０．０３ｍｍ／ｓｅｃ、スパークアウトは２ｓｅｃとした。
以上の条件で研削加工テストを実施した結果、テスト開始初期から切れ味が良好で、安定した切れ味が長時間に渡って持続した。さらに、超砥粒層の摩耗も少なく極めて良好な結果が得られた。

Claims (5)

1. 放電ツルーイング装置を備えた工作機械に用いられる、超砥粒をメタルボンドで結合した超砥粒層を有するメタルボンドホイールであって、
   前記メタルボンドは、熱伝導率が２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、融点が４００℃以上８００℃以下、かつ、メタルボンド中に金属間化合物が５０重量％以上含有されることを特徴とする、メタルボンドホイール。
2. 前記メタルボンドは、ブロンズ系メタルボンドであり、Ｓｎ含有量が２０重量％以上５０重量％以下であることを特徴とする、請求項１記載のメタルボンドホイール。
3. 前記超砥粒の平均粒径は５μｍ以上１２０μｍ以下、超砥粒層中における超砥粒含有量を１０重量％以上６０重量％以下であることを特徴とする、請求項１または２記載のメタルボンドホイール。
4. 前記メタルボンドには２０重量％以下の微粒のグラファイト粒子が含まれることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のメタルボンドホイール。
5. 前記工作機械には更に在来砥石によるツルーイング・ドレッシング装置が備えられ、
   前記工作機械によって鉄鋼材料の生材および焼入れ材の研削加工に用いることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のメタルボンドホイール。