JP4434620B2

JP4434620B2 - Vitrified CBN abrasive wheel and method for producing the same

Info

Publication number: JP4434620B2
Application number: JP2003126567A
Authority: JP
Inventors: 幸乃松永
Original assignee: クレトイシ株式会社
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: JP2004330320A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてＣＢＮ砥粒とビトリファイド結合剤とを使用して製造されるビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石及びその製造方法に関し、より詳しくは、ＣＢＮ砥粒の保持力を向上させたビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＢＮ砥粒を使用したビトリファイド砥石において、そのビトリファイド結合剤に関する先行技術は多数開示されており、例えば、特許文献１（特開昭４８−２１８８４号公報）には、ＣＢＮ砥粒と共に使用されるビトリファイド結合剤は６５０〜９５０℃の範囲で焼成されることが望ましいこと、またＣＢＮ砥粒は９５０℃より高い温度で焼成すると砥粒が変質することが記載されている。
【０００３】
また、非特許文献１（「ボラゾンＣＢＮホイール（砥石）の研削性能−８」（機械と工具１９８５年５月））では、上記の点に加えて、ＣＢＮ砥粒の熱膨張係数、３．５×１０^-6にできるだけ合致した結合剤であることが必要であり、それを満たす結合剤としてホウケイ酸ガラスボンド又は結晶化ガラスボンドがよく用いられる点も記載されている。
【０００４】
結晶化ガラスボンドの例として、特許文献２（特開昭５４−３９２９２号公報）に記載されるようにジルコンを結晶化させたガラスボンドが用いられ、その実施例においては、ボンドの熱膨張係数が４．６〜５．３×１０^-6に調整されている。このように当業者の間では、ＣＢＮ砥粒と共に使用されるビトリファイド結合剤の熱膨張係数の上限値は一般に５．５×１０^-6が適切であるとされている。
【０００５】
しかし、ホウケイ酸ガラスは、熱処理によっては、ＳｉＯ₂とＢ₂Ｏ₃−Ｎａ₂Ｏで分相が発生し、さらにＳｉＯ₂が結晶化しクリストバライトとよばれる結晶が析出するという問題がある。このクリストバライト析出が生じると、２００〜３００℃で急激な体積変化を起こし、結合剤にクラックを発生させる原因となる。このクリストバライトの析出は低温で焼成するほど顕著である。特許文献３（特開平７−９３４４号公報）によれば、その対策としてホウ酸アルミニウムウイスカーを加えることが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭４８−２１８８４号公報
【特許文献２】
特開昭５４−３９２９２号公報
【特許文献３】
特開平７−９３４４号公報
【非特許文献１】
「ボラゾンＣＢＮホイール（砥石）の研削性能−８」（機械と工具１９８５年５月）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術を踏まえると、本発明が解決しようとする課題は、下記ａ）〜ｃ）の条件に基づくビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石の製造に関する。
【０００８】
ａ）６５０〜９５０℃のような、できる限り低温での焼成を可能とすること；
ｂ）ビトリファイド結合剤の熱膨張係数をＣＢＮ砥粒とできる限り近似させること、例えば、５．５×１０^-6以下にすること；且つ
ｃ）クリストバライトの発生がないこと。
【０００９】
さらに本発明が解決しようとする課題は、上記ａ）〜ｃ）の条件を考慮した上で、ＣＢＮ砥粒の保持力が高く（すなわち、結合剤と砥粒との接着性が高い）、耐久性の良いビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石を製造することに向けられている。
【００１０】
本発明者は、ＣＢＮ砥粒の保持力の向上に関して下記２点に着目した。
第１にＣＢＮ砥粒の表面は不活性である。砥粒とビトリファイド結合剤との接着性向上には溶融した結合剤が砥粒表面を流延すると、その投錨効果により接着強度が向上する。この特性は、一般に濡れ性といわれる。
【００１１】
第２にＣＢＮ砥粒の表面は薄いＢ₂Ｏ₃等の酸化被膜が形成されている。その表面に溶融した結合剤が流延して、結合剤とＣＢＮ砥粒の表面の薄い前記酸化被膜とが化学結合すると、ＣＢＮ砥粒とビトリファイド結合剤との接着性が向上する。この特性は、一般には親和性といわれる。
【００１２】
上記の見地から、ＣＢＮ砥粒の保持力を向上させるには、焼成温度でのビトリファイド結合剤の流動性を高めることが必要である。
しかしながら、一般にビトリファイド結合剤は、その流動性を高めるに従ってその熱膨張係数も上昇する傾向にある。熱膨張係数が上昇すれば、焼成後にクラックが発生するなどの製造上不具合が発生しやすくなる。また、研削時、ＣＢＮ砥粒とビトリファイド結合剤との熱膨張係数の違いから、研削熱によりボンドブリッジクラックが発生し、その結果、ＣＢＮ砥粒の脱落が促進される。したがって、従来における当業者の認識によれば、ビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石の製造において、流動性が高いビトリファイド結合剤を使用することは不適切であるとも考えられていた。
【００１３】
さらに、上記ｂ）の熱膨張係数の条件を満足させるためにビトリファイド結合剤にセラミック粉体を添加する場合、従来のビトリファイド結合剤ではセラミック粉体の添加によりその流動性が落ちる傾向にある。したがって、熱膨張係数の問題に対処した上で、ビトリファイド結合剤の流動性の向上を図ることは容易ではない。
【００１４】
本発明は、上記の各問題点に鑑みてなされたものであり、ビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石の製造に際して、
ａ）比較的低温での焼成が可能であり；
ｂ）熱膨張係数がＣＢＮ砥粒と十分に近似し；且つ
ｃ）クリストバライトの発生がない；
といった所要の条件を満たした上で、
ｄ）ＣＢＮ砥粒の接着性を向上させるのに十分に高い流動性を有するビトリファイド結合剤を使用して得られるビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石及びその製法を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、ビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石を製造するにあたり、特定の化学組成を有するビトリファイド結合剤を使用することに一定の利点が存在することを見出し、本発明を完成した。
【００１６】
すなわち、本発明は、ビトリファイド結合剤で結合されたＣＢＮ砥粒を含有するビトリファイド砥石であって、前記ビトリファイド結合剤の化学組成が、５８〜６５ｗｔ％のＳｉＯ₂、１０〜１５ｗｔ％のＡｌ₂Ｏ₃、１５〜２０ｗｔ％のＢ₂Ｏ₃、２〜４ｗｔ％のＲ¹Ｏ（Ｒ¹は、Ｃａ、Ｍｇ、およびＢａから選ばれる少なくとも一種）、及び６〜９ｗｔ％のＲ² ₂Ｏ（Ｒ²は、Ｋ、Ｎａ、およびＬｉから選ばれる少なくとも一種）であることを特徴とするビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石を提供する。
【００１７】
前記Ｒ² ₂Ｏ全量に対してＬｉ₂Ｏを３０ｗｔ％以上含むことが好ましく、且つ／又は、前記Ｒ¹Ｏ全量に対してＢａＯを５０％以上含むことを特徴とすることが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、ビトリファイド結合剤とＣＢＮ砥粒とを含む混合物を焼成することによるビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石の製造方法であって、前記ビトリファイド結合剤として、その化学組成が５８〜６５ｗｔ％のＳｉＯ₂、１０〜１５ｗｔ％のＡｌ₂Ｏ₃、１５〜２０ｗｔ％のＢ₂Ｏ₃、２〜４ｗｔ％のＲ¹Ｏ（Ｒ¹は、Ｃａ、Ｍｇ、およびＢａから選ばれる少なくとも一種）、及び６〜９ｗｔ％のＲ² ₂Ｏ（Ｒ²は、Ｋ、Ｎａ、およびＬｉから選ばれる少なくとも一種）であるものを使用することを特徴とする製造方法を提供する。
【００１９】
本発明に使用される前記ビトリファイド結合剤は、該ビトリファイド結合剤から成型してなる高さ／直径の比率０．７９の円柱状ペレットをその焼成条件に曝す流動性テストにおいて、焼成後における該ペレットの高さ／直径の比率が０．１〜０．２５となる流動性を有するものであることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
上述の通り、本発明は、特定の化学組成と流動性を有するビトリファイド結合剤で結合されたビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石である。
【００２１】
本発明に使用されるビトリファイド結合剤の化学組成は、５８〜６５ｗｔ％のＳｉＯ₂、１０〜１５ｗｔ％のＡｌ₂Ｏ₃、１５〜２０ｗｔ％のＢ₂Ｏ₃、２〜４ｗｔ％のＲ¹Ｏ（Ｒ¹は、Ｃａ、Ｍｇ、およびＢａから選ばれる少なくとも一種）、６〜９ｗｔ％のＲ² ₂Ｏ（Ｒ²は、Ｋ、Ｎａ、およびＬｉから選ばれる少なくとも一種）である。
【００２２】
先ず、ビトリファイド結合剤の結合剤構成成分を説明する。
ＳｉＯ₂は、ビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石のビトリファイド結合剤の主成分として一般的に使用されている。その理由としては、一般的なガラスの主成分であるので広く利用可能なこと、さらにＳｉＯ₂はガラス成分の中で唯一熱膨張係数が低い化学成分であることが挙げられる。本発明では、ＳｉＯ₂は５８〜６５ｗｔ％、好ましくは６０〜６５ｗｔ％の範囲で使用される。５８ｗｔ％より少ないと熱膨張係数をＣＢＮ砥粒と近似させる効果がなくなり、６５ｗｔ％より多いとビトリファイド結合剤の流動性が不足しかつクリストバライトの析出が起こる。
【００２３】
Ａｌ₂Ｏ₃はビトリファイド結合剤を安定化させる働きがある。具体的に述べるとクリストバライトの発生を抑制する効果がある。しかし、これを多量に使用するとビトリファイド結合剤の流動性を損なうおそれがある。本発明では、Ａｌ₂Ｏ₃は１０〜１５ｗｔ％の範囲で使用される。１０ｗｔ％より少ないとクリストバライトの析出が起こりやすくなり、１５ｗｔ％より多いとビトリファイド結合剤の流動性が不足する。
【００２４】
次に前記結合剤を溶融し、流動させる成分を説明する。
Ｂ₂Ｏ₃は、下記Ｒ² ₂Ｏ成分に比べて熱膨張係数を大きく増加させることなくビトリファイド結合剤の流動性を良好にする成分である。本発明では１５〜２０ｗｔ％の範囲で使用される。１５ｗｔ％より下回るとビトリファイド結合剤の流動性が確保できず、２０ｗｔ％より多いと結合剤の分相を招き、クリストバライトの析出が起こりやすくなる。
【００２５】
本発明で定義されるＲ¹Ｏ成分は、上記のＢ₂Ｏ₃及びＲ² ₂Ｏ成分の流動作用を補填するのに役立つ。但し、Ｒ¹Ｏ成分は多量に含まれる必要なく、２〜４ｗｔ％の範囲である。２ｗｔ％より少ないとビトリファイド結合剤の流動性が損なわれ、４ｗｔ％より多いと熱膨張係数が増加してしまう。
【００２６】
本発明において、Ｒ¹Ｏ成分のうち、流動性を好ましく向上させるには、ＢａＯが最も効果的であることが見出された。この観点によれば、ＢａＯは、Ｒ¹Ｏ成分全量に対して５０ｗｔ％以上使用することが好ましく、Ｒ¹Ｏ成分の全量がＢａＯであることがより好ましい。
【００２７】
本発明で定義されるＲ² ₂Ｏ成分は、ビトリファイド結合剤の融点を下げてビトリファイド結合剤の流動性を上げるのに最も効果のある成分であり、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ及びＬｉ₂Ｏから選ばれる少なくとも１種である。しかし、Ｒ² ₂Ｏ成分は熱膨張係数を高くする作用が最も高い成分でもある。従来においては、ホウケイ酸ガラス質ビトリファイド結合剤の場合、その添加量の上限を６ｗｔ％とするのが一般的であった。これに対して、本発明では、流動性を向上させる効果を引き出すためにＲ¹ ₂Ｏを６〜９ｗｔ％の範囲で添加する。６ｗｔ％より少ないとビトリファイド結合剤の流動性が損なわれ、９ｗｔ％より多いと熱膨張係数が増加し過ぎる。
【００２８】
上記Ｒ² ₂Ｏ成分のうち、Ｋ₂Ｏは、ビトリファイド結合剤の流動性向上への寄与度が小さいため、流動性を好ましく向上させるにはＮａ₂Ｏ又はＬｉ₂Ｏを使用することが望ましい。
【００２９】
前記Ｌｉ₂Ｏ成分は、Ｒ² ₂Ｏ成分全量に対して３０ｗｔ％以上であることが望ましい。Ｌｉ₂Ｏ成分が３０ｗｔ％以上であると、ビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石の焼成時の冷却過程でリチウムアルミニウムシリケートの結晶が析出し、その結果、ＳｉＯ₂成分が取り込まれるのでクリストバライト発生を抑えることができる。しかも、リチウムアルミニムシリケート結晶は、一般的に熱膨張係数がＣＢＮ砥粒と同等若しくはそれより低い値である。従って、Ｌｉ₂Ｏ成分を上記の量で含有する場合、ビトリファイド結合剤の熱膨張係数を下げる働きが得られる。また、その結晶化は、焼成時の冷却過程で起こるので、ビトリファイド結合剤の流動性には悪影響を与えない。
【００３０】
一方、前記Ｎａ₂Ｏは、一般的にビトリファイド結合剤を製造する上で融点を低下させる成分として広く使用されている。この観点によればＮａ₂Ｏを使用することは重要である。Ｎａ₂Ｏを使用することにより、Ｌｉ₂Ｏのみを使用する場合と比較して、ビトリファイド結合剤の分相が発生したりビトリファイド結合剤の溶融粘度が低下することを防止でき、その結果、ＣＢＮ砥粒の保持力向上に大きな効果が得られる。この効果を得るには、Ｎａ₂Ｏは、Ｒ² ₂Ｏ成分全量に対して５０ｗｔ％必要である。
【００３１】
かくして本発明の好ましい実施態様によれば、Ｒ^１Ｏ成分全量に対して５０〜１００ｗｔ％、好ましくは１００ｗｔ％のＢａＯ、及びＲ^２ _２Ｏ成分全量に対して３０〜５０ｗｔ％のＬｉ_２Ｏと少なくとも５０ｗｔ％のＮａ_２Ｏとを含有するビトリファイド結合剤が使用される。
【００３２】
本発明に好適なビトリファイド結合剤の流動性は、円柱状ペレットによる流動性テストで定義することができる。その流動性テストは、以下のようにして行われる。
【００３３】
直径２５．４ｍｍの金型内にビトリファイド結合剤１５ｇを充填し、高さ２０ｍｍの円柱状ペレットを成型する。その成型ペレットを、当該結合剤が使用される砥石の焼成条件（例えば、９００℃で１時間）下に曝す。焼成後に取り出した焼成ペレットの直径（最も長い直径方向）と高さを測定し、その焼成ペレットの高さ／直径の比率を求める。
【００３４】
なお、成型ペレットは、焼成処理の間、表面に凹凸がなく滑らかな板状であり且つ所定の焼成温度で変質しない水平なセラミックス、セラミックス複合材料または耐火物の上に置かれる。
【００３５】
所定の焼成温度で焼成したペレットは、その流動性に応じて、図１に示されるような変形を生じる。焼成後のペレットの高さが低く、直径が大きいほど、流動性が高いことを示す。
【００３６】
本発明者の検討によると、従来におけるＣＢＮ砥粒用のビトリファイド結合剤は、通常、前記図１（１）又は（２）で示される程度の流動性を示す。図１（１）では、当初の円柱形状が保持された状態にありビトリファイド結合剤の流動化はほとんど見られず、また図１（２）では扁平に変形しているが、その流動性は不十分であると見られる。この程度の流動性では、ビトリファイド結合剤のＣＢＮ砥粒との接着性が不足する。
【００３７】
図１（３）は、本発明に使用されるビトリファイド結合剤の流動性を示す。このように高い流動性を示すビトリファイド結合剤は、ＣＢＮ砥粒との間に高い接着性が得られる。
【００３８】
本発明に使用されるビトリファイド結合剤として好ましい流動性は、前記焼成ペレットについての高さ／直径の比率で、０．１〜０．２５である。その比率が０．２５を上回ると流動性が不足し、ＣＢＮ砥粒との十分な接着性が得られず、また０．１を下回ると流動性が大きすぎてＣＢＮ砥粒とビトリファイド結合剤との間に過剰な化学反応が生じ、砥石製造上の不具合が生じる。
【００３９】
本発明のビトリファイド砥石に使用し得る砥粒は、典型的にはＣＢＮ砥粒であるが、これに限定されない。本発明が意図する効果を奏する範囲内で、他種の砥粒を混入して使用してもよい。
【００４０】
本発明のビトリファイド砥石における砥粒体積率は、ビトリファイド超砥粒砥石における一般的な値である１５〜５８ｖｏｌ％でよい。
本発明のビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石は、上記ビトリファイド結合剤と上記ＣＢＮ砥粒とを均一に混合した混合物を最高保留温度６５０〜９５０℃で焼成することにより製造することができる。本発明の製造方法に適用すべき条件、例えば、上記原材料の配合比、それらの混合方法、気泡の混入方法、発泡剤の使用、それによる気孔率の制御、焼成条件やそれに適した金型の使用、焼成した砥石部の台金への接着や仕上げ方法等は、当業者に知られている定法に従えばよい。
【００４１】
本発明のビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石は、円筒研削、平面研削、内面研削、総型研削、及び超高速研削等に良好に使用することができる。
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明するが、これらは本発明の実施可能性及び有用性を例証するものであり、本発明の構成を何ら限定する意図はない。
【００４２】
【実施例】
［実施例１］
ビトリファイド結合剤の調製
下記表１の組成で各原料を混和し、ビトリファイド結合剤用のフリットを調製した。
【００４３】
【表１】

【００４４】
ビトリファイド結合剤の流動性テスト
各テストペレットは、直径２５．４ｍｍの金型内に上記ビトリファイド結合剤用のフリット１５ｇを投入し、高さ２０ｍｍに成型された。その成型した円柱状ペレットを、表面に凹凸のない滑らかな水平セラミック上に置き、最高保留温度９００℃で１時間焼成した。
【００４５】
上記の実施テスト及び比較テストの各焼成ペレットについて高さと最大直径を測定し、高さ／直径を求めた（表２）。
【００４６】
【表２】

【００４７】
実施テストの焼成ペレットは、上述した図１（３）のような状態まで変形し、良好な流動性を示した。その高さ／直径の比率は０．１８であった。これに対し、比較テストの焼成ペレットは、図１（１）の程度の流動性に止まり、その高さ／直径の比率は０．７２であった
ビトリファイド結合剤ペレットの熱膨張係数の測定
上記実施テストの焼成ペレットについて熱膨張を測定した。実施テストの焼成ペレットを５×５×２０ｍｍで切り出し、これを５．５℃／分の速度で昇温させ、熱膨張の変化を理学電機（株）製の熱膨張測定機で測定した（図２）。
【００４８】
図２の熱膨張測定結果から示されるように、実施テストの焼成ペレットは、２００〜３００℃で急激な体積変化が見られなかった。このことは、クリストバライトが発生していないことを示す。また、本試験の結果から、実施テストの焼成ペレットの熱膨張係数値が５．４２×１０^-6であり、これは、ＣＢＮ砥粒の熱膨張係数３．５×１０^-6〜±２．０×１０^-6の範囲内にあることから、ＣＢＮ砥粒における熱膨張係数と十分に近似していることが分かった。
【００４９】
［実施例２］
研削砥石の製造
実施例の砥石を製造するために、前記表１に記載の実施テストの組成でフリットを調製した。比較例の砥石を製造するために、前記表１に記載の比較テストの組成でフリットを調製した。
【００５０】
各フリット２９重量部を、１００重量部のＣＢＮ砥粒（ＢＺＮ−Ｉ）８０／１００及び８重量部の一次結合剤（デキストリン５０％水溶液）と均一に混合した。このとき砥粒体積率５４％、結合剤体積率２１％、気孔率２５％を得るように混合し、長さ４０ｍｍ、幅１６ｍｍ、厚み３．２ｍｍの金型に入れ、９００℃で１時間焼成した。こうして、図３に示されるような曲率を有する砥石部が得られた。
【００５１】
砥石部は、実施例と比較例について、それぞれ２０個ずつ作製され、各砥石部の長手方向を仕上げた後、その接着面にエポキシ樹脂を塗布し、チタン合金の台金に貼り付けてから６０℃で４８時間硬化させ、こうして研削テスト用砥石が作製された。
【００５２】
研削テスト
各研削テスト用砥石について、仕上げ面粗さ（Ｒａμｍ）の劣化率を評価した。
【００５３】
仕上げ面粗さ（Ｒａμｍ）とは、中心線平均粗さ（Ｒａ）として、粗さの曲線からその中心線の方向に測定長さｌの部分を抜取り、この抜取り部分の中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸、粗さ曲線ｙ＝ｆ（ｘ）で表したとき、次式によって求められる値をマイクロメートル（μｍ）で表したものである。
【００５４】
【数１】

【００５５】
「仕上げ面粗さ（Ｒａμｍ）の劣化率」とは、研削が完了した被削材上の４点で仕上げ面粗さ（Ｒａμｍ）を測定してその平均値をとり、この平均仕上げ面粗さが、被削材の研削個数の増加に従って悪化（粗くなる）する度合いを見たものである。本試験では、平均仕上げ面粗さが０．６Ｒａμｍに達するのに要した被削材の研削個数を、当該研削テスト砥石における「仕上げ面粗さ（Ｒａμｍ）の劣化率」と定義し、この値から当該砥石の研削性能を評価した。
〔研削条件〕

本研削条件の詳細を表３に示す。なお、粗研削時における研削能率のバラツキを無くすため、被削材径の減少に応じて被削材回転数を高くして、被削材周速度を一定に保った。
【００５６】
【表３】

【００５７】
〔研削結果〕
各研削テスト砥石について、下記の研削個数が得られた。
実施例の砥石：１０４ｃｕｔ
比較例の砥石：６２ｃｕｔ
実施例の砥石による研削個数は、比較例の約１．６倍である。これは、特定の組成を有するビトリファイド結合剤を使用することにより、砥粒保持力が向上し、砥粒の脱落が抑制されるため、研削時において砥石研削面上に多数の砥粒が存在することができ、その結果、面粗さの劣化を遅らせることができたことを示す。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳細に説明した通り、本発明においては、ビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石に使用されるビトリファイド結合剤の化学組成が、５８〜６５ｗｔ％のＳｉＯ₂、１０〜１５ｗｔ％のＡｌ₂Ｏ₃、１５〜２０ｗｔ％のＢ₂Ｏ₃、２〜４ｗｔ％のＲ¹Ｏ（Ｒ¹は、Ｃａ、Ｍｇ、およびＢａから選ばれる少なくとも一種）、及び６〜９ｗｔ％のＲ² ₂Ｏ（Ｒ²は、Ｋ、Ｎａ、およびＬｉから選ばれる少なくとも一種）である。このようなビトリファイド結合剤は、ａ）比較的低温での焼成が可能であり；ｂ）熱膨張係数がＣＢＮ砥粒と十分に近似しており；且つｃ）クリストバライトの発生がないというビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石に要求されるべき所要の条件を満たした上で、ＣＢＮ砥粒の保持力を向上させるのに十分な流動性を発揮する。したがって、本発明により耐久性の良いビトリファイドＣＢＮ砥粒砥石とその製法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】流動性テストを受けたビトリファイド結合剤ペレットの形状を示し、同図（１）及び（２）は従来のビトリファイド結合剤ペレット、同図（３）は本実施例で調製されたビトリファイド結合剤ペレットを示す図である。
【図２】本実施例で調製されたビトリファイド結合剤ペレットについての熱膨張測定結果を示す線図である。
【図３】本実施例の研削テスト砥石に採用された砥石部の形状を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
More particularly, the present invention relates to a vitrified CBN abrasive wheel manufactured using a CBN abrasive and a vitrified binder, and more particularly, to a vitrified CBN abrasive wheel with improved CBN abrasive retention. Etc.
[0002]
[Prior art]
In the vitrified grindstone using CBN abrasive grains, many prior arts relating to the vitrified binder have been disclosed. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 48-21884) discloses vitrified used together with CBN abrasive grains. It is described that the binder is desirably fired in the range of 650 to 950 ° C., and that CBN abrasive grains are altered when fired at a temperature higher than 950 ° C.
[0003]
In addition, in Non-Patent Document 1 ("grinding performance of borazon CBN wheel (grindstone)-8" (machine and tool May 1985)), in addition to the above points, the thermal expansion coefficient of CBN abrasive grains, 3.5 It is necessary that the binder should be as close as possible to × 10 ⁻⁶ , and it is also described that borosilicate glass bonds or crystallized glass bonds are often used as binders that satisfy them.
[0004]
As an example of the crystallized glass bond, a glass bond obtained by crystallizing zircon as described in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 54-39292) is used, and in this example, the thermal expansion coefficient of the bond is used. Is adjusted to 4.6 to 5.3 × 10 ⁻⁶ . Thus, it is generally considered by those skilled in the art that the upper limit of the thermal expansion coefficient of the vitrified binder used together with the CBN abrasive is generally 5.5 × 10 ⁻⁶ .
[0005]
However, borosilicate glass has a problem that phase separation occurs between SiO ₂ and B ₂ O ₃ —Na ₂ O depending on heat treatment, and further, SiO ₂ crystallizes and crystals called cristobalite are precipitated. When this cristobalite precipitation occurs, a rapid volume change occurs at 200 to 300 ° C., which causes cracks in the binder. This cristobalite precipitation becomes more prominent as it is fired at a lower temperature. According to Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-9344), it is described that an aluminum borate whisker is added as a countermeasure.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-48-21884 [Patent Document 2]
JP 54-39292 A [Patent Document 3]
JP 7-9344 A [Non-patent Document 1]
"Borazon CBN wheel (grinding wheel) grinding performance -8" (Machine and tools May 1985)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above conventional techniques, the problem to be solved by the present invention relates to the manufacture of vitrified CBN abrasive wheels based on the following conditions a) to c).
[0008]
a) enabling firing at as low a temperature as possible, such as 650-950 ° C .;
b) The coefficient of thermal expansion of the vitrified binder is as close as possible to that of CBN abrasive grains, for example, 5.5 × 10 ⁻⁶ or less; and c) There is no cristobalite generation.
[0009]
Furthermore, the problem to be solved by the present invention is that the holding power of CBN abrasive grains is high (that is, the adhesiveness between the binder and the abrasive grains is high) and durability in consideration of the above conditions a) to c). It is directed to producing a vitrified CBN abrasive wheel with good properties.
[0010]
The inventor has focused on the following two points regarding the improvement of the holding power of CBN abrasive grains.
First, the surface of the CBN abrasive is inactive. In order to improve the adhesion between the abrasive grains and the vitrified binder, when the molten binder is cast on the abrasive grain surface, the adhesive strength is improved by the anchoring effect. This characteristic is generally referred to as wettability.
[0011]
Second, a thin oxide film such as B ₂ O ₃ is formed on the surface of the CBN abrasive grains. When the molten binder is cast on the surface and the binder and the thin oxide film on the surface of the CBN abrasive grains are chemically bonded, the adhesion between the CBN abrasive grains and the vitrified binder is improved. This property is commonly referred to as affinity.
[0012]
From the above viewpoint, in order to improve the holding power of the CBN abrasive grains, it is necessary to improve the fluidity of the vitrified binder at the firing temperature.
However, generally, the vitrified binder tends to increase its coefficient of thermal expansion as its fluidity increases. If the thermal expansion coefficient increases, problems in manufacturing such as cracks after firing tend to occur. Further, during grinding, bond bridge cracks are generated by grinding heat due to the difference in thermal expansion coefficient between the CBN abrasive grains and the vitrified binder, and as a result, the falling off of the CBN abrasive grains is promoted. Therefore, according to the recognition of those skilled in the art, it has been considered that it is inappropriate to use a vitrified binder having high fluidity in the production of vitrified CBN abrasive wheels.
[0013]
Furthermore, when ceramic powder is added to the vitrified binder in order to satisfy the thermal expansion coefficient condition of b), the fluidity of the conventional vitrified binder tends to decrease due to the addition of the ceramic powder. Therefore, it is not easy to improve the fluidity of the vitrified binder after coping with the problem of the thermal expansion coefficient.
[0014]
The present invention has been made in view of the above problems, and in producing a vitrified CBN abrasive wheel,
a) firing at a relatively low temperature is possible;
b) the coefficient of thermal expansion is sufficiently close to that of CBN abrasive grains; and c) no cristobalite is produced;
After satisfying the required conditions such as
d) It is an object of the present invention to provide a vitrified CBN abrasive grindstone obtained by using a vitrified binder having a sufficiently high fluidity to improve the adhesion of CBN abrasive grains, and a method for producing the same.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have found that there is a certain advantage in using a vitrified binder having a specific chemical composition in producing a vitrified CBN abrasive wheel, The present invention has been completed.
[0016]
That is, the present invention is a vitrified grindstone containing CBN abrasive grains bonded with a vitrified binder, wherein the chemical composition of the vitrified binder is 58 to 65 wt% SiO ₂ , 10 to 15 wt% Al ₂ O. ₃ , 15-20 wt% B ₂ O ₃ , 2-4 wt% R ¹ O (R ¹ is at least one selected from Ca, Mg, and Ba), and 6-9 wt% R ² ₂ O (R ² provides a vitrified CBN abrasive wheel characterized by being at least one selected from K, Na, and Li.
[0017]
It is preferable that 30% by weight or more of Li ₂ O is included with respect to the total amount of R ² ₂ O and / or 50% or more of BaO is included with respect to the total amount of R ¹ O.
[0018]
The present invention also relates to a method for producing a vitrified CBN abrasive wheel by firing a mixture containing a vitrified binder and CBN abrasive grains, and the chemical composition of the vitrified binder is 58 to 65 wt% of SiO. ₂ , 10-15 wt% Al ₂ O ₃ , 15-20 wt% B ₂ O ₃ , 2-4 wt% R ¹ O (R ¹ is at least one selected from Ca, Mg, and Ba), and 6 Provided is a production method characterized by using ˜9 wt% of R ² ₂ O (R ² is at least one selected from K, Na, and Li).
[0019]
The vitrified binder used in the present invention is the pellet after firing in a fluidity test in which cylindrical pellets having a height / diameter ratio of 0.79 formed from the vitrified binder are exposed to the firing conditions. It is preferable to have fluidity such that the ratio of the height / diameter is 0.1 to 0.25.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
As described above, the present invention is a vitrified CBN abrasive wheel bonded with a vitrified binder having a specific chemical composition and fluidity.
[0021]
The chemical composition of the vitrified bond used in the present invention, SiO ₂ of 58~65wt%, 10~15wt% of Al ₂ O _3, 15~20wt% of B ₂ O _3, 2~4wt% of R ¹ O (R ¹ is at least one selected from Ca, Mg, and Ba) and 6-9 wt% R ² ₂ O (R ² is at least one selected from K, Na, and Li).
[0022]
First, the binder component of the vitrified binder will be described.
SiO ₂ is generally used as the main component of the vitrified binder of vitrified CBN abrasive wheels. The reason is that it is widely used because it is a main component of general glass, and SiO ₂ is the only chemical component having a low coefficient of thermal expansion among the glass components. In the present invention, SiO ₂ is used in the range of 58 to 65 wt%, preferably 60 to 65 wt%. If it is less than 58 wt%, the effect of approximating the thermal expansion coefficient to that of CBN abrasive grains is lost, and if it exceeds 65 wt%, the fluidity of the vitrified binder is insufficient and cristobalite is precipitated.
[0023]
Al ₂ O ₃ serves to stabilize the vitrified binder. Specifically, it has the effect of suppressing the occurrence of cristobalite. However, if this is used in a large amount, the fluidity of the vitrified binder may be impaired. In the present invention, Al ₂ O ₃ is used in the range of 10 to 15 wt%. When the amount is less than 10 wt%, cristobalite is likely to precipitate, and when the amount is more than 15 wt%, the fluidity of the vitrified binder is insufficient.
[0024]
Next, components for melting and flowing the binder will be described.
B ₂ O ₃ is a component that improves the fluidity of the vitrified binder without greatly increasing the thermal expansion coefficient as compared with the following R ² ₂ O component. In this invention, it uses in 15-20 wt%. If it is less than 15 wt%, the fluidity of the vitrified binder cannot be ensured, and if it is more than 20 wt%, phase separation of the binder is caused and cristobalite is likely to precipitate.
[0025]
The R ¹ O component defined in the present invention serves to compensate for the fluid action of the B ₂ O ₃ and R ² ₂ O components described above. However, the R ¹ O component does not need to be contained in a large amount and is in the range of 2 to 4 wt%. If it is less than 2 wt%, the fluidity of the vitrified binder is impaired, and if it is more than 4 wt%, the thermal expansion coefficient increases.
[0026]
In the present invention, it has been found that BaO is the most effective among the R ¹ O components in order to preferably improve the fluidity. According to this aspect, BaO is preferably be used for more than 50 wt% with respect to R ¹ O component total amount, and more preferably the total amount of R ¹ O component is BaO.
[0027]
The R ² ₂ O component defined in the present invention is the most effective component for lowering the melting point of the vitrified binder and increasing the fluidity of the vitrified binder. K ₂ O, Na ₂ O and Li ₂ O Is at least one selected from However, the R ² ₂ O component is also the component having the highest effect of increasing the thermal expansion coefficient. Conventionally, in the case of a borosilicate glassy vitrified binder, the upper limit of the amount added is generally 6 wt%. On the other hand, in the present invention, R ¹ ₂ O is added in the range of 6 to 9 wt% in order to bring out the effect of improving the fluidity. When the amount is less than 6 wt%, the fluidity of the vitrified binder is impaired. When the amount is more than 9 wt%, the thermal expansion coefficient increases excessively.
[0028]
Among the above R ² ₂ O components, K ₂ O has a small contribution to improving the fluidity of the vitrified binder, and therefore it is desirable to use Na ₂ O or Li ₂ O in order to preferably improve the fluidity. .
[0029]
The Li ₂ O component is desirably 30 wt% or more based on the total amount of the R ² ₂ O component. When the Li ₂ O component is 30 wt% or more, lithium aluminum silicate crystals are precipitated in the cooling process during firing of the vitrified CBN abrasive wheel, and as a result, the SiO ₂ component is taken in, so that cristobalite generation can be suppressed. . Moreover, the lithium aluminum silicate crystal generally has a thermal expansion coefficient equal to or lower than that of the CBN abrasive grains. Therefore, when the Li ₂ O component is contained in the above amount, the function of reducing the thermal expansion coefficient of the vitrified binder can be obtained. Further, since the crystallization occurs in the cooling process during firing, the fluidity of the vitrified binder is not adversely affected.
[0030]
On the other hand, the Na ₂ O is widely used as a component that lowers the melting point in producing a vitrified binder. From this point of view, it is important to use Na ₂ O. By using Na ₂ O, it is possible to prevent the phase separation of the vitrified binder and the decrease in the melt viscosity of the vitrified binder as compared with the case of using only Li ₂ O. As a result, CBN A great effect is obtained in improving the holding power of the abrasive grains. To obtain this effect, Na ₂ O needs to be 50 wt% with respect to the total amount of the R ² ₂ O component.
[0031]
Thus, according to a preferred embodiment of the present invention, 50～100Wt% relative ^{R 1} O component total amount, preferably 100 wt% of BaO, and a 30 to 50 wt% of Li ₂ O with respect to ^R _{2 2} O component total amount Vitrified binders containing at least 50 wt % Na ₂ O are used.
[0032]
The fluidity of a vitrified binder suitable for the present invention can be defined by a fluidity test with cylindrical pellets. The fluidity test is performed as follows.
[0033]
A mold having a diameter of 25.4 mm is filled with 15 g of vitrified binder, and a cylindrical pellet having a height of 20 mm is molded. The molded pellets are exposed under the firing conditions of the grindstone in which the binder is used (eg, 1 hour at 900 ° C.). The diameter (longest diameter direction) and height of the fired pellets taken out after firing are measured, and the ratio of the height / diameter of the fired pellets is determined.
[0034]
The molded pellets are placed on a horizontal ceramic, a ceramic composite material, or a refractory that has a smooth plate shape with no irregularities on the surface and does not deteriorate at a predetermined firing temperature during the firing treatment.
[0035]
A pellet fired at a predetermined firing temperature is deformed as shown in FIG. 1 according to its fluidity. It shows that fluidity | liquidity is so high that the height of the pellet after baking is low and a diameter is large.
[0036]
According to the study of the present inventor, the conventional vitrified binder for CBN abrasive grains usually exhibits fluidity as shown in FIG. 1 (1) or (2). In Fig. 1 (1), the initial cylindrical shape is maintained, and the fluidization of the vitrified binder is hardly seen. In Fig. 1 (2), it is deformed flat, but its fluidity is not good. It seems to be enough. This level of fluidity results in insufficient adhesion of the vitrified binder to the CBN abrasive grains.
[0037]
FIG. 1 (3) shows the fluidity of the vitrified binder used in the present invention. Thus, the vitrified binder which shows high fluidity | liquidity obtains high adhesiveness between CBN abrasive grains.
[0038]
The preferred fluidity for the vitrified binder used in the present invention is 0.1-0.25 in terms of the height / diameter ratio for the fired pellets. When the ratio exceeds 0.25, the fluidity is insufficient, and sufficient adhesion with the CBN abrasive grains cannot be obtained. When the ratio is less than 0.1, the fluidity is too high and the CBN abrasive grains and the vitrified binder An excessive chemical reaction occurs during this time, resulting in problems in the production of the grindstone.
[0039]
The abrasive grain that can be used in the vitrified grinding wheel of the present invention is typically a CBN abrasive grain, but is not limited thereto. Other types of abrasive grains may be mixed and used within the scope of the effects intended by the present invention.
[0040]
The abrasive volume ratio in the vitrified grindstone of the present invention may be 15 to 58 vol%, which is a general value in the vitrified superabrasive grindstone.
The vitrified CBN abrasive wheel of the present invention can be produced by firing a mixture in which the vitrified binder and the CBN abrasive are uniformly mixed at a maximum holding temperature of 650 to 950 ° C. Conditions to be applied to the production method of the present invention, for example, the mixing ratio of the above raw materials, the mixing method thereof, the mixing method of bubbles, the use of a foaming agent, the control of the porosity thereby, the firing conditions and the mold suitable for it The method of bonding and finishing the used and fired grindstone part to the base metal may follow a conventional method known to those skilled in the art.
[0041]
The vitrified CBN abrasive wheel of the present invention can be favorably used for cylindrical grinding, surface grinding, internal grinding, general grinding, ultra-high speed grinding, and the like.
Examples of the present invention will be described below together with comparative examples. However, these examples illustrate the feasibility and usefulness of the present invention, and are not intended to limit the configuration of the present invention.
[0042]
【Example】
[Example 1]
Preparation of Vitrified Binder Each raw material was mixed with the composition shown in Table 1 below to prepare a frit for vitrified binder.
[0043]
[Table 1]

[0044]
Vitrified binder fluidity test Each test pellet was molded to a height of 20 mm by introducing 15 g of the frit for the vitrified binder into a mold having a diameter of 25.4 mm. The molded columnar pellet was placed on a smooth horizontal ceramic with no irregularities on the surface and fired at a maximum holding temperature of 900 ° C. for 1 hour.
[0045]
The height and the maximum diameter were measured for each of the fired pellets in the implementation test and the comparative test, and the height / diameter was obtained (Table 2).
[0046]
[Table 2]

[0047]
The fired pellets in the test were deformed to the state shown in FIG. 1 (3) and exhibited good fluidity. The height / diameter ratio was 0.18. On the other hand, the fired pellets of the comparative test only had fluidity as shown in FIG. 1 (1), and the height / diameter ratio was 0.72.
Measurement of coefficient of thermal expansion of vitrified binder pellets The thermal expansion of the fired pellets of the above test was measured. The fired pellets of the test were cut out at 5 × 5 × 20 mm, and this was heated at a rate of 5.5 ° C./min, and the change in thermal expansion was measured with a thermal expansion measuring machine manufactured by Rigaku Corporation (FIG. 2).
[0048]
As shown from the thermal expansion measurement result of FIG. 2, the rapid change in volume was not seen in the fired pellet of the implementation test at 200 to 300 ° C. This indicates that no cristobalite has occurred. Moreover, from the result of this test, the thermal expansion coefficient value of the fired pellets of the practical test is 5.42 × 10 ⁻⁶ , which is the thermal expansion coefficient of CBN abrasive grains of 3.5 × 10 ⁻⁶ to ± 2. Since it was in the range of 0 × 10 ⁻⁶ , it was found that the thermal expansion coefficient of the CBN abrasive grains was sufficiently approximated.
[0049]
[Example 2]
Manufacture of grinding wheel In order to manufacture the wheel of the example, a frit was prepared with the composition of the execution test described in Table 1 above. In order to produce a comparative grinding wheel, a frit was prepared with the composition of the comparative test described in Table 1 above.
[0050]
29 parts by weight of each frit was uniformly mixed with 100 parts by weight of CBN abrasive grains (BZN-I) 80/100 and 8 parts by weight of a primary binder (50% aqueous solution of dextrin). At this time, the mixture was mixed so as to obtain an abrasive volume ratio of 54%, a binder volume ratio of 21%, and a porosity of 25%, and placed in a mold having a length of 40 mm, a width of 16 mm, and a thickness of 3.2 mm, and fired at 900 ° C. for 1 hour. did. Thus, a grindstone portion having a curvature as shown in FIG. 3 was obtained.
[0051]
For each of the Examples and Comparative Examples, 20 grindstones were prepared. After finishing the longitudinal direction of each grindstone, an epoxy resin was applied to the bonding surface and pasted on a titanium alloy base metal. Curing was performed at a temperature of 48 ° C. for 48 hours, and thus a grinding test grindstone was produced.
[0052]
Grinding test For each grinding test wheel, the deterioration rate of the finished surface roughness (Raμm) was evaluated.
[0053]
The finished surface roughness (Ra μm) is the centerline average roughness (Ra), and a portion of the measurement length l is extracted from the roughness curve in the direction of the centerline, and the centerline of this extracted portion is taken as the X axis, When the direction of the vertical magnification is represented by the Y axis and the roughness curve y = f (x), the value obtained by the following equation is represented by micrometers (μm).
[0054]
[Expression 1]

[0055]
“Deterioration rate of finished surface roughness (Raμm)” means that the finished surface roughness (Raμm) is measured at four points on the workpiece after grinding, and the average value is obtained. However, the degree of deterioration (becomes rough) as the number of ground workpieces increases is observed. In this test, the grinding number of the work material required for the average finished surface roughness to reach 0.6 Raμm is defined as the “deterioration rate of finished surface roughness (Raμm)” in the grinding test wheel. From this, the grinding performance of the grindstone was evaluated.
[Grinding conditions]

Details of the grinding conditions are shown in Table 3. In order to eliminate variation in grinding efficiency during rough grinding, the work material rotation speed was increased in accordance with the decrease in work material diameter, and the work material peripheral speed was kept constant.
[0056]
[Table 3]

[0057]
[Grinding result]
The following grinding numbers were obtained for each grinding test wheel.
Example whetstone: 104cut
Comparative grinding wheel: 62 cut
The number of grinding with the grindstone of the example is about 1.6 times that of the comparative example. This is because by using a vitrified binder having a specific composition, the holding power of the abrasive grains is improved and the falling of the abrasive grains is suppressed, so that a large number of abrasive grains exist on the grindstone grinding surface during grinding. As a result, it is shown that the deterioration of the surface roughness could be delayed.
[0058]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the present invention, the chemical composition of the vitrified binder used in the vitrified CBN abrasive wheel is 58 to 65 wt% SiO ₂ , 10 to 15 wt% Al ₂ O ₃ , 15 to 20 wt. % B ₂ O ₃ , 2-4 wt% R ¹ O (R ¹ is at least one selected from Ca, Mg, and Ba), and 6-9 wt% R ² ₂ O (R ² is K, At least one selected from Na and Li). Such vitrified binders a) can be fired at relatively low temperatures; b) have a thermal expansion coefficient close enough to that of CBN abrasive grains; and c) Vitrified CBN abrasives that do not generate cristobalite It exhibits sufficient fluidity to improve the holding power of CBN abrasive grains after satisfying the required conditions required for the grain grindstone. Accordingly, the present invention provides a vitrified CBN abrasive wheel with good durability and a method for producing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the shape of a vitrified binder pellet subjected to a fluidity test. FIGS. (1) and (2) are conventional vitrified binder pellets, and FIG. (3) is a vitrified prepared in this example. It is a figure which shows a binder pellet.
FIG. 2 is a diagram showing thermal expansion measurement results for vitrified binder pellets prepared in this example.
FIG. 3 is a diagram showing the shape of a grindstone portion employed in the grinding test grindstone of the present example.

Claims

A method for producing a vitrified CBN abrasive wheel, comprising uniformly mixing a vitrified binder and a CBN abrasive grain, placing the resulting mixture in a mold and firing at 650 to 950 ° C., the vitrified bond As the agent, the chemical composition is 58 to 65 wt% SiO ₂ , 10 to 15 wt% Al ₂ O ₃ , 15 to 20 wt% B ₂ O ₃ , _{2 to} ₄ wt% R ¹ O (R ¹ is Ca, And at least one selected from Mg and Ba), and 6-9 wt% R ² ₂ O (R ² is at least one selected from K, Na, and Li). against ¹ O component total amount, it contains BaO of 50～100Wt%, the relative ^R _{2 2} O component total amount, 30 wt% 50 wt% of Li ₂ O and at least 50 wt% of _Na 2 O Production process contains, and crystals of lithium aluminum silicate in the cooling process at the time of the firing, characterized in that to deposit.