JP2015062982A - Grindstone base and production method thereof - Google Patents

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Mamoru Ishii
守 石井
克 矢澤
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克 矢澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a grindstone base which has material characteristics suitable for high-speed rotation and enables grinding to be performed with high efficiency and high accuracy.SOLUTION: A grindstone base is formed in a disk shape and used as a grindstone by adhering abrasive grain layer to the surface. The grindstone base is composed of a metal-ceramic composite material comprising a metal material consisting of aluminum or an aluminum alloy and a ceramic material consisting of a low-thermal-expansion ceramic or a negative-thermal-expansion ceramic and has a linear expansion coefficient of 13-17 ppm/°C and a specific tensile strength of 120 MPa or higher. The configuration reduces the thermal expansion difference between the base and the abrasive grain layer and thereby prevents the occurrence of strain due to deformation of the base or the abrasive grain layer, leading to improvement of processing accuracy. The high specific tensile strength enables grinding performed with high efficiency through high-speed rotation of the grindstone.

Description

本発明は、研削砥石用台金およびその製造方法に関し、特に金属−セラミックス複合材料を用いた研削砥石用台金およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a base for a grinding wheel and a method for manufacturing the same, and particularly to a base for a grinding wheel using a metal-ceramic composite material and a method for manufacturing the same.

鉄鋼材料、セラミックスなどを研削するための研削砥石は、基本的に円板型台金の周縁に砥石をレジンボンドにより固着されて構成される。台金には、強度が高い鉄または鉄系合金が主に使用されている。   A grinding wheel for grinding steel materials, ceramics and the like is basically configured by fixing a grinding stone to the periphery of a disk-type base metal by a resin bond. For the base metal, iron or an iron-based alloy having high strength is mainly used.

特開平10−286776号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-286776

近年、研削加工においては、高能率化、高精度化を目的に、円板型研削砥石による研削の高周速化が進められている。しかしながら、鉄系台金は比重が大きいために、研削機械への負担が大きくなり、砥石回転に要する電力が大きくなるという問題がある。   In recent years, in the grinding process, for the purpose of high efficiency and high precision, the peripheral speed of grinding with a disc type grinding wheel has been increased. However, since the iron base metal has a large specific gravity, there is a problem that the burden on the grinding machine is increased and the electric power required for rotating the grindstone is increased.

そこで、比重が大きい鉄系台金に対して、比重が小さいアルミニウムまたはアルミニウム合金の使用が考えられている。しかし、アルミニウムまたはアルミニウム合金の線膨張係数は21〜23ppm/℃と大きく、研削に伴う発熱が砥石に伝わり、砥石の温度が変化すると、この温度変化に基づく台金と砥粒層の熱膨張差の影響により、台金または砥粒層に変形による歪みが生じ、加工精度が低下するという問題がある。   Therefore, it is considered to use aluminum or an aluminum alloy having a small specific gravity for an iron base metal having a large specific gravity. However, the linear expansion coefficient of aluminum or aluminum alloy is as large as 21 to 23 ppm / ° C., and heat generated by grinding is transmitted to the grindstone, and when the temperature of the grindstone changes, the difference in thermal expansion between the base metal and the abrasive layer based on this temperature change. Due to the influence of the above, there is a problem that distortion due to deformation occurs in the base metal or the abrasive grain layer, and the processing accuracy is lowered.

また、特許文献1においては、台金に軽量な低熱膨張材料である金属−セラミックス複合材料の適用が提案されている。アルミニウム−アルミナ複合材料では、比重は3.45と低く、線膨張係数は12ppm/℃と低い。しかしながら、鉄系台金に比べ、比強度(引張強度/比重)が低いため、鉄系台金ほどの高周速化は望めない。   Patent Document 1 proposes application of a metal-ceramic composite material, which is a lightweight low thermal expansion material, to the base metal. The aluminum-alumina composite material has a specific gravity as low as 3.45 and a linear expansion coefficient as low as 12 ppm / ° C. However, since the specific strength (tensile strength / specific gravity) is lower than that of the iron base metal, it is not possible to expect a higher peripheral speed than that of the iron base metal.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、材料特性が高速回転に適し、高速回転による研削加工の高能率化および加工の高精度化を可能にする研削砥石用台金およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and has a base material for a grinding wheel that has material characteristics suitable for high-speed rotation, enables high-efficiency grinding processing by high-speed rotation, and high-precision processing. It aims at providing the manufacturing method.

(1)上記の目的を達成するため、本発明の研削砥石用台金は、円板型に形成され、表面に砥粒層を接着することで研削砥石として用いられる研削砥石用台金であって、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属材料と、低熱膨張セラミックスまたは負膨張セラミックスからなるセラミックス材料とを有する金属−セラミックス複合材料で形成され、線膨張係数が13ppm/℃以上17ppm/℃以下で、比強度が120MPa以上であることを特徴としている。   (1) In order to achieve the above object, a base for a grinding wheel according to the present invention is a base for a grinding wheel which is formed in a disk shape and is used as a grinding wheel by adhering an abrasive layer to the surface. And a metal-ceramic composite material having a metal material made of aluminum or an aluminum alloy and a ceramic material made of low thermal expansion ceramics or negative expansion ceramics, and having a linear expansion coefficient of 13 ppm / ° C. to 17 ppm / ° C. The strength is 120 MPa or more.

これにより、台金と砥粒層の熱膨張差が小さくなり、台金または砥粒層が変形して歪みが生じるのを防止し、加工精度を向上できる。また、比強度が高いことから、研削砥石を高速回転させ研削加工を高能率化できる。このように、台金の材料特性が高速回転に適していることから、研削加工を高能率化しつつ高精度な加工を可能にしている。   Thereby, the difference in thermal expansion between the base metal and the abrasive grain layer is reduced, the base metal or the abrasive grain layer is prevented from being deformed and distorted, and the processing accuracy can be improved. Moreover, since the specific strength is high, the grinding wheel can be rotated at a high speed to improve the grinding efficiency. Thus, since the material characteristics of the base metal are suitable for high-speed rotation, high-precision processing is possible while improving the efficiency of grinding processing.

(2)また、本発明の研削砥石用台金は、比重が3.0以下であることを特徴としている。このように、比重が小さいために、研削機械への負担を低減し、砥石回転に要する電力を小さくすることができる。   (2) Further, the base for a grinding wheel of the present invention is characterized by having a specific gravity of 3.0 or less. Thus, since specific gravity is small, the burden to a grinding machine can be reduced and the electric power which grindstone rotation can be made small.

(3)また、本発明の研削砥石用台金は、前記セラミックス材料が、炭化珪素、窒化アルミニウムまたはリン酸タングステン酸ジルコニウムからなることを特徴としている。これにより、セラミックス材料の添加量を小さくし、軽量化および低熱膨張化を実現できる。   (3) Further, the base for a grinding wheel of the present invention is characterized in that the ceramic material is made of silicon carbide, aluminum nitride or zirconium tungstate phosphate. Thereby, the addition amount of a ceramic material can be reduced, and weight reduction and low thermal expansion can be realized.

(4)また、本発明の研削砥石用台金は、前記金属−セラミックス複合材料が、前記金属材料に、前記金属−セラミックス複合材料の13体積%以上36体積%以下となる前記セラミックス材料が分散して形成されていることを特徴としている。これにより、金属材料に対するセラミックス材料の含有量を低減して研削砥石用台金の線膨張係数を砥粒層の線膨張係数と同程度にしつつ、比強度を向上させることができる。   (4) Further, in the base for the grinding wheel of the present invention, the ceramic material in which the metal-ceramic composite material is 13% by volume to 36% by volume of the metal-ceramic composite material is dispersed in the metal material. It is characterized by being formed. Thereby, specific strength can be improved, reducing content of the ceramic material with respect to a metal material, and making the linear expansion coefficient of the base metal for grinding wheels the same level as the linear expansion coefficient of an abrasive grain layer.

(5)また、本発明の研削砥石用台金の製造方法は、上記の研削砥石用台金の製造方法であって、アルミニウムまたはアルミニウム合金を溶融させた金属材料に、低熱膨張セラミックスまたは負膨張セラミックスからなるセラミックス粉末を分散させて混合材料を作製する工程と、前記混合材料を用いて型に鋳造する工程と、前記鋳造により形成された部材を据え込み率10%以上40%以下で熱間鍛造し、熱処理を行う工程と、を含むことを特徴としている。   (5) A method for producing a base for a grinding wheel according to the present invention is the above-described method for producing a base for a grinding wheel, wherein a low thermal expansion ceramic or negative expansion is applied to a metal material obtained by melting aluminum or an aluminum alloy. A step of producing a mixed material by dispersing ceramic powder made of ceramic, a step of casting into a mold using the mixed material, and a member formed by the casting at a hot rate at an upsetting rate of 10% to 40% And forging and heat treatment.

これにより、台金と砥粒層の熱膨張差が小さく高い加工精度の研削砥石用台金を作製できる。また、高い比強度で研削加工を高能率化した研削砥石用台金を作製できる。   Thereby, the base metal for a grinding wheel with a small machining expansion difference of a base metal and an abrasive grain layer and high processing precision can be produced. In addition, a base for a grinding wheel with high specific strength and high efficiency in grinding can be produced.

本発明によれば、研削砥石用台金の材料特性が高速回転に適し、高速回転による研削加工の高能率化および高精度化を可能にする。   According to the present invention, the material characteristics of the grinding wheel base metal are suitable for high-speed rotation, and it is possible to increase the efficiency and accuracy of grinding by high-speed rotation.

実施例および比較例の作製条件および評価結果を示す表である。It is a table | surface which shows the preparation conditions and evaluation result of an Example and a comparative example.

次に、本発明の実施の形態について説明する。   Next, an embodiment of the present invention will be described.

本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意研究した結果、研削砥石用台金に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属材料と、低熱膨張セラミックスまたは負膨張セラミックスからなるセラミックス材料とで形成された金属−セラミックス複合材料とを用いれば、高速回転に対応した研削砥石用台金が得られるとの知見を得て本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to solve the above problems, the inventors of the present invention have formed a metal base made of aluminum or an aluminum alloy and a ceramic material made of low thermal expansion ceramics or negative expansion ceramics on a grinding wheel base metal. The use of the metal-ceramic composite material has led to the completion of the present invention by obtaining knowledge that a base for a grinding wheel corresponding to high-speed rotation can be obtained.

(研削砥石用台金の構成)
本発明の研削砥石用台金は、円板型に形成され、表面に砥粒層を接着することで研削砥石として用いられる。研削砥石用台金は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属材料と、低熱膨張セラミックスまたは負膨張セラミックスからなるセラミックス材料とを有する金属−セラミックス複合材料で形成されている。
(Configuration of grinding wheel base metal)
The base for a grinding wheel of the present invention is formed in a disk shape, and is used as a grinding wheel by adhering an abrasive layer to the surface. The base for a grinding wheel is formed of a metal-ceramic composite material having a metal material made of aluminum or an aluminum alloy and a ceramic material made of low thermal expansion ceramics or negative expansion ceramics.

なお、低熱膨張セラミックスとは、線膨張係数0ppm/℃以上4ppm/℃以下のセラミックスであり、負膨張セラミックスとは、線膨張係数0ppm/℃より小さいセラミックスである。   The low thermal expansion ceramic is a ceramic having a linear expansion coefficient of 0 ppm / ° C. to 4 ppm / ° C., and the negative expansion ceramic is a ceramic having a linear expansion coefficient of less than 0 ppm / ° C.

研削中においては、研削砥石を取り付けたスピンドルの回転による発熱または加工に伴う発熱が研削砥石に伝わり、研削砥石の温度が変化する。この温度変化に基づく台金と砥粒層の熱膨張差により、台金または砥粒層に変形による歪みが生じ、加工精度が低下しうる。   During grinding, heat generated by the rotation of the spindle to which the grinding wheel is attached or heat generated by processing is transmitted to the grinding wheel, and the temperature of the grinding wheel changes. Due to the difference in thermal expansion between the base metal and the abrasive grain layer based on this temperature change, distortion due to deformation occurs in the base metal or the abrasive grain layer, and the processing accuracy can be lowered.

台金の外径が450mmである砥石を用いて、室温20℃で周速度120m/secで研削を行った場合には、外周部の砥粒層の温度は約70℃となり、台金の温度は約40℃となる。ダイヤモンド砥粒や立方晶窒化硼素砥粒と樹脂結合剤からなる砥粒層の線膨張係数は5〜7ppm/℃である。したがって、砥粒層の内径変化量は0.11〜0.16mmとなり、これに対して台金の外径の変化量を一致させるためには、台金の線膨張係数は13〜17ppm/℃が好ましい。   When grinding was performed at a room temperature of 20 ° C. and a peripheral speed of 120 m / sec using a grindstone having a base metal outer diameter of 450 mm, the temperature of the abrasive layer on the outer peripheral portion was about 70 ° C., and the temperature of the base metal Is about 40 ° C. The linear expansion coefficient of the abrasive layer composed of diamond abrasive grains or cubic boron nitride abrasive grains and a resin binder is 5 to 7 ppm / ° C. Accordingly, the inner diameter change amount of the abrasive layer is 0.11 to 0.16 mm, and in order to match the change amount of the outer diameter of the base metal, the linear expansion coefficient of the base metal is 13 to 17 ppm / ° C. Is preferred.

研削砥石用台金の比強度は120MPa以上である。比強度が高いことから、研削砥石を高速回転させ研削加工を高能率化できる。このように、台金の材料特性が高速回転に適していることから、研削加工を高能率化しつつ高精度な加工を可能にしている。   The specific strength of the base for the grinding wheel is 120 MPa or more. Since the specific strength is high, the grinding wheel can be rotated at high speed to improve the grinding efficiency. Thus, since the material characteristics of the base metal are suitable for high-speed rotation, high-precision processing is possible while improving the efficiency of grinding processing.

また、鉄系台金より大きい120MPa以上の比強度を得るためには、比重3.0以下、引張強度360MPa以上の台金を用いるのが好ましい。なお、台金の比重は、モータ等の駆動系の負荷を軽減できることから小さい程好ましい。さらに、比強度を高くすることで高速回転時の砥石に発生する応力も低減できる。   Further, in order to obtain a specific strength of 120 MPa or higher, which is larger than that of the iron base metal, it is preferable to use a base metal having a specific gravity of 3.0 or less and a tensile strength of 360 MPa or more. Note that the specific gravity of the base metal is preferably as small as possible because the load on the drive system such as a motor can be reduced. Furthermore, the stress generated in the grindstone during high-speed rotation can be reduced by increasing the specific strength.

研削砥石用台金の比重は、3.0以下であることが好ましい。比重が小さいことにより、研削機械への負担を低減し、砥石回転に要する電力を小さくすることができる。なお、このとき研削砥石用台金の引張強度は360MPa以上であることが好ましい。   The specific gravity of the base for the grinding wheel is preferably 3.0 or less. Since the specific gravity is small, the burden on the grinding machine can be reduced and the electric power required for rotating the grindstone can be reduced. At this time, it is preferable that the tensile strength of the base for the grinding wheel is 360 MPa or more.

研削砥石用台金に、金属−セラミックス複合材料を使用することにより、軽量化および低熱膨張化が可能となる。特にセラミックス材料として、炭化珪素、窒化アルミニウム等の低熱膨張セラミックスまたはリン酸タングステン酸ジルコニウム等の負膨張セラミックスを使用することより、セラミックス材料の添加量を低減して軽量化および低熱膨張化が可能となる。このような材料は、軽量の低熱膨張材料であり、溶融アルミニウムと反応が少ない。   By using a metal-ceramic composite material for the base for the grinding wheel, the weight can be reduced and the thermal expansion can be reduced. In particular, by using low thermal expansion ceramics such as silicon carbide and aluminum nitride or negative expansion ceramics such as zirconium phosphate tungstate as ceramic materials, it is possible to reduce the amount of ceramic materials added and reduce weight and thermal expansion. Become. Such a material is a lightweight low thermal expansion material and has little reaction with molten aluminum.

また、金属−セラミックス複合材料は、金属材料に、金属−セラミックス複合材料の13体積%以上36体積%以下となるセラミックス材料が分散して形成されていることが好ましい。これにより、金属材料に対するセラミックス材料の含有量を低減して研削砥石用台金の線膨張係数を砥粒層の線膨張係数と同程度にしつつ、比強度を向上させることができる。   In addition, the metal-ceramic composite material is preferably formed by dispersing in a metal material a ceramic material that is 13 volume% or more and 36 volume% or less of the metal-ceramic composite material. Thereby, specific strength can be improved, reducing content of the ceramic material with respect to a metal material, and making the linear expansion coefficient of the base metal for grinding wheels the same level as the linear expansion coefficient of an abrasive grain layer.

(研削砥石用台金の製造方法)
研削砥石用台金の製造方法を以下に説明する。セラミックス粉末を分散させた溶融アルミニウムまたはアルミニウム合金を、砂型等の型に鋳造した後、据え込み率10〜40%で熱間鍛造し、さらに熱処理を施して行う。
(Manufacturing method of base metal for grinding wheel)
A method for manufacturing a base for a grinding wheel will be described below. After the molten aluminum or aluminum alloy in which the ceramic powder is dispersed is cast into a mold such as a sand mold, it is hot forged at an upsetting rate of 10 to 40% and further subjected to heat treatment.

セラミックス材料としては、2〜80μmの平均粒径を有し、かつ1.7g/cm3以上のタップ密度を有するセラミックス粉末を用意する。これにMg粉末を適量加え、混合する。得られた混合粉末を容器内に充填し、その上にアルミニウムまたはアルミニウム合金のインゴットを載せ、窒素雰囲気中で700〜1000℃の温度でアルミニウムまたはアルミニウム合金を非加圧浸透させる。 As the ceramic material, a ceramic powder having an average particle diameter of 2 to 80 μm and a tap density of 1.7 g / cm 3 or more is prepared. An appropriate amount of Mg powder is added to this and mixed. The obtained mixed powder is filled into a container, an aluminum or aluminum alloy ingot is placed thereon, and aluminum or aluminum alloy is impregnated under pressure at a temperature of 700 to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere.

アルミニウムまたはアルミニウム合金を溶融させた金属材料に、低熱膨張セラミックスまたは負膨張セラミックスからなるセラミックス粉末を分散させて混合材料を作製する。混合材料は、金属材料に対して金属−セラミックス複合材料の13体積%以上36体積%以下となるセラミックス粉末を分散させて作製することが好ましい。   A ceramic powder made of low thermal expansion ceramics or negative expansion ceramics is dispersed in a metal material in which aluminum or an aluminum alloy is melted to produce a mixed material. The mixed material is preferably prepared by dispersing ceramic powder that is 13 volume% or more and 36 volume% or less of the metal-ceramic composite material with respect to the metal material.

上記のように、金属材料を非加圧浸透させた混合材料を冷却した中間素材である複合材料を作製する。複合材料を坩堝内で所定温度で再溶融し、それに別に融解したアルミニウムまたはアルミニウム合金を所定量加え、攪拌機で十分攪拌して希釈する。そして、希釈された複合材料を冷却して鋳造用の金属−セラミックス複合材料を作製する。このようにして希釈された金属−セラミックス複合材料を再溶融すれば、流動性に優れた溶湯が得られる。これを砂型、石膏型、金型等の型に鋳造して円板型鋳造品を作製できる。   As described above, a composite material that is an intermediate material obtained by cooling a mixed material in which a metal material is impregnated with no pressure is produced. The composite material is re-melted in a crucible at a predetermined temperature, and a predetermined amount of separately melted aluminum or aluminum alloy is added thereto, and the mixture is sufficiently stirred and diluted. Then, the diluted composite material is cooled to produce a metal / ceramic composite material for casting. If the metal-ceramic composite material diluted in this way is remelted, a molten metal having excellent fluidity can be obtained. This can be cast into a mold such as a sand mold, a plaster mold, or a mold to produce a disk-shaped cast product.

作製された円板型鋳造品を、温度100〜450℃に維持しつつ据え込み率10〜40%で熱間鍛造を施し、相対密度98%以上とする。このようにして高い引張強度を有する金属−セラミックス複合材料を得ることができる。   The produced disk-shaped cast product is hot forged at an upsetting rate of 10 to 40% while maintaining the temperature at 100 to 450 ° C., and the relative density is set to 98% or more. In this way, a metal-ceramic composite material having a high tensile strength can be obtained.

金属−セラミックス複合材の熱間鍛造は、100〜450℃、好ましくは200〜400℃の温度範囲で加熱する。これにより、据え込み率を10〜40%の範囲で行うことができる。加熱温度が100℃に満たないと、素材の変形能が乏しく、据え込み率を大きくすることはできない。   The hot forging of the metal-ceramic composite material is heated in a temperature range of 100 to 450 ° C., preferably 200 to 400 ° C. Thereby, an upsetting rate can be performed in 10 to 40% of range. If the heating temperature is less than 100 ° C., the deformability of the material is poor, and the upsetting rate cannot be increased.

また、加熱温度が200℃以上では、円板型鋳造品が軟化し、変形能が増して所望の据え込み率で、熱間鍛造を行うに当たり、鍛造圧力を低くできる。一方、加熱温度が450℃を越えると金型と円板型鋳造品との凝着が著しく発生する。そのため、上限は450℃に止める必要があり、好ましくは400℃である。ただし、上記温度範囲であっても据え込み率が40%を超えると、鍛造割れが発生しやすくなる。   In addition, when the heating temperature is 200 ° C. or higher, the disk-shaped cast product is softened, the deformability is increased, and the forging pressure can be lowered when performing hot forging at a desired upsetting rate. On the other hand, when the heating temperature exceeds 450 ° C., the adhesion between the mold and the disc-shaped casting product is remarkably generated. Therefore, the upper limit needs to be stopped at 450 ° C., preferably 400 ° C. However, if the upsetting rate exceeds 40% even in the above temperature range, forging cracks are likely to occur.

熱処理工程は、溶体化処理および時効析出処理からなる工程である。溶体化処理では、アルミニウム合金中の析出相を460〜490℃に加熱して、均一に固溶させた後、水焼き入れにより急冷して過飽和固溶体とする。時効析出処理では、その後110〜200℃で3〜28時間保持して過飽和固溶体より析出相(金属間化合物)を析出分散させる。溶体化処理温度が460℃に満たないと析出成分が全てアルミニウム基地中に均一固溶されず、一方、490℃を超えてもその効果は変わらず、かつ500℃を超えると液相発生により気孔が発生する。   A heat treatment process is a process which consists of a solution treatment and an aging precipitation process. In the solution treatment, the precipitated phase in the aluminum alloy is heated to 460 to 490 ° C. and uniformly dissolved, and then rapidly cooled by water quenching to obtain a supersaturated solid solution. In the aging precipitation treatment, the precipitate phase (intermetallic compound) is precipitated and dispersed from the supersaturated solid solution by holding at 110 to 200 ° C. for 3 to 28 hours. If the solution treatment temperature is less than 460 ° C., all the precipitated components are not uniformly dissolved in the aluminum matrix. On the other hand, the effect does not change even when the temperature exceeds 490 ° C. Will occur.

また、時効析出処理は、温度が110℃に満たない場合、または時間が3時間に満たない場合は、十分な析出化合物が得られず、温度が200℃を超える場合、または時間が28時間を越える場合は、析出した化合物が成長して粗大化するため強度の低下を生じることとなる。なお、温度と時間は、上記の範囲内で要求特性に対して適宜組み合わされる。   In addition, in the aging precipitation treatment, when the temperature is less than 110 ° C. or when the time is less than 3 hours, a sufficient precipitation compound cannot be obtained, and when the temperature exceeds 200 ° C. or the time is 28 hours. In the case of exceeding, the precipitated compound grows and coarsens, resulting in a decrease in strength. The temperature and time are appropriately combined with the required characteristics within the above range.

以上の方法で金属−セラミックス複合材料を作製することで、高速回転に対応した研削砥石用台金が得られる。   By producing the metal-ceramic composite material by the above method, a base for a grinding wheel corresponding to high-speed rotation can be obtained.

以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げて説明する(実施例1〜8、比較例1〜3)。図1は、実施例および比較例の作製条件および評価結果を示す表である。   Hereinafter, examples of the present invention will be described together with comparative examples (Examples 1 to 8, Comparative Examples 1 to 3). FIG. 1 is a table showing production conditions and evaluation results of Examples and Comparative Examples.

(1)鋳造用複合材料の作製
セラミックス材料として市販の炭化珪素粉末(平均粒径17μm、タップ密度1.8g/cm3)、窒化アルミニウム粉末(平均粒径20μm、タップ密度1.7g/cm3)およびリン酸タングステン酸ジルコニウム粉末(平均粒径15μm、タップ密度2.2g/cm3)に、Mg粉末を1重量%添加し、V型混合機で15分混合した。得られた混合粉末をそれぞれ200×200×深さ200mmのグラフォイル製の容器に充填した後、その上に混合粉末の1.2倍のアルミニウム合金(AC3A、AC5C)のインゴットを置き、電気炉にセットした。これをN2気流中で800℃の温度で12時間保持し、アルミニウム合金を非加圧浸透させた後、冷却して鋳造用複合材料を作製した。
(1) A commercially available silicon carbide powder as produced ceramic material cast composite material (mean particle size 17 .mu.m, a tap density of 1.8 g / cm 3), aluminum nitride powder (average particle size 20 [mu] m, a tap density of 1.7 g / cm 3 ) And zirconium tungstate phosphate powder (average particle size 15 μm, tap density 2.2 g / cm 3 ), 1 wt% of Mg powder was added and mixed for 15 minutes with a V-type mixer. Each of the obtained mixed powders is filled into a 200 x 200 x 200 mm deep graphoyl container, and then an ingot of an aluminum alloy (AC3A, AC5C) 1.2 times the mixed powder is placed on the container and placed in an electric furnace. I set it. This was held in a N 2 gas stream at a temperature of 800 ° C. for 12 hours to infiltrate the aluminum alloy under no pressure and then cooled to prepare a composite material for casting.

(2)円板型鋳造品の作製
作製された複合材料と先のアルミニウム合金のインゴットを鋳造用複合材料中のセラミックス材料が図1の充填率となるよう所定量を坩堝内に入れた。そして、それらを610℃の温度で溶融し、2時間攪拌して溶湯を作製した。その溶湯物を冷却せずに720℃に上げてさらに攪拌し、それを砂型に700℃近傍で流し込み、φ450×50mmの円板型鋳造品を作製した。
(2) Manufacture of disc type cast product A predetermined amount of the prepared composite material and the ingot of the aluminum alloy was put in a crucible so that the ceramic material in the composite material for casting had the filling rate shown in FIG. Then, they were melted at a temperature of 610 ° C. and stirred for 2 hours to prepare a molten metal. The molten metal was raised to 720 ° C. without cooling and further stirred, and poured into a sand mold at around 700 ° C. to produce a disk-shaped cast product of φ450 × 50 mm.

(3)鍛造および熱処理
作製された円板型鋳造品を、図1に示す温度および据え込み率で熱間鍛造を施した。次に、470℃に加熱して、水焼き入れにより急冷する溶体化処理した後180℃で20時間保持して時効析出処理を行った。
(3) Forging and heat treatment The produced disk mold casting was hot forged at the temperature and upsetting rate shown in FIG. Next, the solution was heated to 470 ° C. and rapidly cooled by water quenching, and then kept at 180 ° C. for 20 hours for aging precipitation treatment.

なお、比較例1では、熱間鍛造時に鍛造割れが発生したため、熱間鍛造を行わないことにした。また、比較例3では、セラミックス添加率が高かったため、溶湯の流動性が得られず、円板型鋳造品を作製できなかった。   In Comparative Example 1, since forging cracks occurred during hot forging, it was decided not to perform hot forging. Moreover, in Comparative Example 3, since the ceramic addition rate was high, the fluidity of the molten metal was not obtained, and a disk-type cast product could not be produced.

(4)評価
得られた鍛造物の嵩密度、線膨張係数および引張強度を測定した。その結果を図1に示す。嵩密度はアルキメデス法で測定した。温度範囲20〜200℃における線膨張係数は、熱機械分析装置(リガク Thermo plus2)を用いて、大気中で昇温速度2(℃/min)に制御されている条件下で測定した。また、引張強度の測定は、小型のダンベルに切り出し、JIS Z 2241に従い行った。
(4) Evaluation The bulk density, linear expansion coefficient, and tensile strength of the forged product thus obtained were measured. The result is shown in FIG. The bulk density was measured by the Archimedes method. The linear expansion coefficient in the temperature range of 20 to 200 ° C. was measured using a thermomechanical analyzer (Rigaku Thermo plus 2) under the condition where the temperature rising rate was 2 (° C./min) in the atmosphere. In addition, the tensile strength was measured according to JIS Z 2241 by cutting into a small dumbbell.

そして、鍛造物を外径450mm、厚さ30mmに加工して台金を作製し、その外周部に砥粒層を接着して研削用砥石とし、周速度120m/secの高速で研削加工を行った。   Then, the forging is processed to an outer diameter of 450 mm and a thickness of 30 mm to produce a base metal, and an abrasive layer is bonded to the outer peripheral portion to form a grinding wheel, which is ground at a high speed of 120 m / sec. It was.

その結果を図1に示す。実施例1〜8においては、高速での研削加工を行っても台金および砥粒層の破損は認められなかった。それに対して、比強度の低い比較例1では台金が破損し、台金の線膨張係数が高い比較例2では、研削時の温度変化により砥粒層より台金が膨張し、砥粒層にクラックが発生した。

The result is shown in FIG. In Examples 1 to 8, no damage to the base metal and the abrasive layer was observed even when grinding was performed at high speed. On the other hand, in Comparative Example 1 where the specific strength is low, the base metal is damaged, and in Comparative Example 2 where the linear expansion coefficient of the base metal is high, the base metal expands from the abrasive layer due to temperature changes during grinding. Cracks occurred.

Claims (5)

円板型に形成され、表面に砥粒層を接着することで研削砥石として用いられる研削砥石用台金であって、
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属材料と、低熱膨張セラミックスまたは負膨張セラミックスからなるセラミックス材料とを有する金属−セラミックス複合材料で形成され、
線膨張係数が13ppm/℃以上17ppm/℃以下で、比強度が120MPa以上であることを特徴とする研削砥石用台金。
A base for a grinding wheel that is formed in a disk shape and is used as a grinding wheel by adhering an abrasive layer to the surface,
Formed of a metal-ceramic composite material having a metal material made of aluminum or aluminum alloy and a ceramic material made of low thermal expansion ceramics or negative expansion ceramics,
A base metal for a grinding wheel having a linear expansion coefficient of 13 ppm / ° C. or more and 17 ppm / ° C. or less and a specific strength of 120 MPa or more.
比重が3.0以下であることを特徴とする請求項1記載の研削砥石用台金。   2. The base for a grinding wheel according to claim 1, wherein the specific gravity is 3.0 or less. 前記セラミックス材料は、炭化珪素、窒化アルミニウムまたはリン酸タングステン酸ジルコニウムからなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の研削砥石用台金。   The base for a grinding wheel according to claim 1 or 2, wherein the ceramic material is made of silicon carbide, aluminum nitride, or zirconium tungstate phosphate. 前記金属−セラミックス複合材料は、前記金属材料に、前記金属−セラミックス複合材料の13体積%以上36体積%以下となる前記セラミックス材料が分散して形成されていることを特徴とする請求項3記載の研削砥石用台金。   4. The metal-ceramic composite material is formed by dispersing the ceramic material in the metal material in an amount of 13% by volume to 36% by volume of the metal-ceramic composite material. Base metal for grinding wheels. 請求項1から請求項4のいずれかに記載の研削砥石用台金の製造方法であって、
アルミニウムまたはアルミニウム合金を溶融させた金属材料に、低熱膨張セラミックスまたは負膨張セラミックスからなるセラミックス粉末を分散させて混合材料を作製する工程と、
前記混合材料を用いて型に鋳造する工程と、
前記鋳造により形成された部材を据え込み率10%以上40%以下で熱間鍛造し、熱処理を行う工程と、を含むことを特徴とする研削砥石用台金の製造方法。

A method for producing a base for a grinding wheel according to any one of claims 1 to 4,
A step of producing a mixed material by dispersing ceramic powder made of low thermal expansion ceramics or negative expansion ceramics in a metal material obtained by melting aluminum or an aluminum alloy;
Casting into a mold using the mixed material;
And a step of hot forging the member formed by the casting at an upsetting rate of 10% to 40% and performing a heat treatment.

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