JP5961457B2 - 超仕上げ方法 - Google Patents
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Description
本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
(1) 第1方向から見て、中央部から両側に向かって前記第1方向に直交する第2方向に対し3°以上5°以下の傾斜角で延びて、略V字状に交わる第1傾斜面と第2傾斜面を先端部に備え、
前記第1傾斜面と前記第2傾斜面は、前記第2方向から見て円弧形状を有し、
被切削材に対する化学反応性を有し切削性を有しない軟質砥粒と、前記被切削材に対して切削性を有する硬質砥粒とからなる複合砥粒を含むビトリファイドボンド砥石である超仕上げ砥石を用いて玉軸受外輪の外輪軌道溝の超仕上げを行う超仕上げ方法であって、
前記超仕上げ砥石が前記被切削材の切削面と強く接触する部分では砥石接触面積を大きくし、弱く当たる部分では砥石接触面積を小さくして、前記超仕上げ砥石の馴染ませ作業を行うことを特徴とする超仕上げ方法。
(2) 第1方向から見て、中央部から両側に向かって前記第1方向に直交する第2方向に対し3°以上5°以下の傾斜角で延びて、略V字状に交わる第1傾斜面と第2傾斜面を先端部に備え、
前記第1傾斜面と前記第2傾斜面は、前記第2方向から見て円弧形状を有し、
被切削材に対する化学反応性を有し切削性を有しない軟質砥粒と、前記被切削材に対して切削性を有する硬質砥粒とからなる複合砥粒を含むビトリファイドボンド砥石である超仕上げ砥石を用いて玉軸受外輪の外輪軌道溝の超仕上げを行う超仕上げ方法であって、
前記第1方向を前記玉軸受外輪の回転軸線方向に、前記第2方向を前記玉軸受外輪の周方向になるように前記超仕上げ砥石を配置し、
超仕上げ作業を行う前に、前記超仕上げ砥石の臨界圧力の90±5%の圧力で前記超仕上げ砥石の馴染ませ作業を行うことを特徴とする超仕上げ方法。
(3) 前記超仕上げ作業における砥石面圧力は、前記馴染ませ作業時における圧力より低いことを特徴とする(2)に記載の超仕上げ方法。
図1は、本発明の一実施形態の超仕上げ砥石の先端部を示す斜視図であり、図2(a)は超仕上げ砥石の先端部をまたぎ方向(図1のIIA)から見た図であり、図2(b)は超仕上げ砥石の先端部を厚さ方向(図1のIIB)から見た図である。
d=(B/2)×tanα (I)
(1)組成及び製法
砥石10は、切削性をもたない軟質砥粒と、切削性を有する硬質砥粒との複合超砥粒をビトリファイドボンドで結合した複合超砥粒ビトリファイドボンド砥石である。
a) メカノケミカル作用
軟質砥粒のCeO2およびBaSO4をそれぞれ単体で、ビトリファイドボンドにより固定した砥石による、軸受鋼(SUJ−2,HRC60)の超仕上げでは、鋼表面に固相反応により、酸化膜(Fe2O3、Fe3O4)を形成することが知られている。その超仕上げ機構は、仕上げ摩擦による熱エネルギーで、活性化されたCeO2またはBaSO4砥粒が、鋼表面突部を酸化し、これを軟質砥粒を含むボンドマトリックスによって除去する。
(b1)試験砥石の種類
軟質砥粒単体での馴染み性をみるため、ビトリファイドボンド砥石を製作した。軟質砥粒は、(A)BaSO4(平均粒子径6.0μm)、(B)CeO2(平均粒子径1.4μm)、(C)ZrO2(平均粒子径1.0μm)及び(D)SiO2(平均粒子径5.0μm)であり、比較砥粒としての、超(硬)砥粒は、(E)CBN(平均粒子径3.0μm)である。
結果を表1に示す。
図6は、各試験砥石の作用面である。
CBN砥石(E)では、切り屑の溶着による白い輝面がみられるが、軟質砥粒砥石(A)〜(D)ではみられない。ただし砥粒子径の差による砥石組織差、あるいはメカノケミカル作用差などによって、砥石作用面に濃淡がみられる。複合超砥粒ビトリファイドボンド砥石で、軟質砥粒の分散配位によって、砥石作用面は軟弱となり、加工物との馴染み性は向上する。しかし馴染み性は、砥石摩耗によるのではなく、切削作用をもたない軟質砥粒は、切り屑によるボンドエロージョンの影響を直接うけることなく、砥石目詰まり、目つぶれを改善し、潤滑性表面層として砥石摩耗減少をもたらす。
超仕上げ加工で、ある圧力以上で砥石摩耗量が急増し、切削作用が活発となり、仕上げ面粗さも大きくなる。このときの圧力を、砥石臨界圧力(以下Pc)という。この発明に選択される複合砥粒ビトリファイド砥石は、軟質砥粒を含まない従来砥石のPcに比べPcが大きい。これは軟質砥粒が、砥石面圧力の増加に対して、容易に脱落摩耗することなく、潤滑性表面層として、砥石摩耗の減少に貢献しているためである。すなわち、軟弱な砥石摩擦面ながら、脱落摩耗しにくい物質の層、すなわち潤滑物質層を形成していることが分かる。
(a)砥石種類
表2に実施例及び比較例における、砥石の組織について示した。区分1〜9における硬質砥粒は、立方晶窒化ホウ素(CBN)であり、区分1〜3、6、7における軟質砥粒は、酸化セリウム(CeO2)である。
砥粒径(μm)に関して、区分1〜5ではCBNが4〜8μm(2500メッシュ)、区分6〜9ではCBNが2〜4μm(4000メッシュ)である。区分1と区分3は同品質である。
結合剤は、いずれもR2O−RO−Al2O3−SiO2−B2O3系のビトリファイドボンドである。
砥粒、結合剤、気孔材、その他助剤の配合成分は、均質混合の後、粉体調整を経て成形、乾燥し焼成した。砥石焼成温度は、区分1〜3、6、7が最高温度750℃で、区分4、5、8、9が最高温度800℃で、3時間保持し、冷却の後取り出した。試験砥石は、所定の寸法精度に仕上げ加工された後、砥石気孔を有機質処理剤で充填した。
表2には、組成に加えて砥石硬度及び砥石臨界圧力Pcについて示した。砥石硬度は、ロックウェル式試験方法Hスケール(JISR6240、研削砥石の試験方法)による(以下、RH硬度とも呼ぶ。)。
実施例及び比較例ともに、RH硬度で軟位あるいは硬位に偏在しないように配慮し、できるだけ多様なRH硬度で、馴染み個数の変化を試験することを目的とした。
他方、馴染み個数に関係ある砥石摩耗特性、及び仕上げ性能に影響するであろう砥石構成要素(硬質砥粒率Vg1、軟質砥粒率Vg2、気孔率Vp、結合剤率Vb)の体積比(%)、及び砥石臨界圧力Pc(MPa)についても測定した。
試験砥石の寸法は、砥石またぎ幅5.5mm、厚さ5.5mmのスティック状角形である。また砥石作用面には、外輪軌道溝の凹断面の円弧に相当する半径3.5mmで凸状円弧形状の第1及び第2傾斜面を形成し、被切削物である外輪の回転軸線方向から見て、その中央部から砥石両側面に向かって、設定の角度範囲でV字形の傾斜をもたせた。即ち、図1で示す、上記実施形態と同等の形状とした(以下、この形状を2方向R曲面形状と呼ぶことがある。)。
区分1〜9に分類された実施例と比較例の砥石を用いて、第1及び第2傾斜面の傾斜角を変えながら、砥石が外輪の外輪軌道溝形状になじむまでの馴染ませ個数を計測した。
外輪軌道溝の溝底直径は、35.75mmである。
馴染ませ条件は、実施例、比較例ともに同じで、前加工面粗さは研削0.25〜0.30μmRa(中心線平均粗さ)、溝底表面速度5m/s、砥石揺動数13.3Hz、馴染ませ時間4秒、加工油は、硫化脂肪油系不水溶性油とした。
また砥石作用面の馴染み完了の確認は、砥石作用面に油性ペイントで着色し、これが消滅した時を目安とする。また馴染ませ圧力は、表2の砥石臨界圧力を上回らない3.0MPaとした。砥石試料数は、各3〜4である。
表3に示すように、区分1に分類された実施例で傾斜角を3°〜5°の範囲で変化させた。この結果は、馴染ませ個数は1〜3個の少数となった。一方、区分1に分類された実施例と同品質の、区分3に分類された比較例では、傾斜角をより小さく2°、及びより大きく6°と8°とし、その効果をみた。その結果、傾斜角2°と小さい場合は、砥石と被切削物との接触面状態が、通常砥石と変らず、砥石作用面が切削面と強く接触する部分において馴染み性を強調した、実施例の砥石作用面形状の効果がでなかった。傾斜角5°を超えて大きくなると、最大馴染み量は大きくなり、外輪の軌道溝に沿った円弧形状とするために、多くの馴染ませ個数が必要となった。
また、区分2、6、7に分類された実施例、及び、区分4、5、8、9に分類された比較例は、いずれも傾斜角4°での馴染ませ個数である。表3から、区分2、6、7に分類された実施例は、区分4、5、8、9に分類された比較例と比べて、明らかに馴染ませ個数が少ない結果となった。これは、軟質砥粒と、硬質砥粒との複合超砥粒による、馴染み性によるものである。
本試験は、砥石作用面形状での、馴染ませ個数に関するものである。
区分1、4、7、9に分類されたスティック状角形の砥石の砥石作用面を、外輪の外輪軌道溝の円弧に相当する半径3.5mmの凸状円弧面に形成した。即ち、図7で示す、従来と同等の形状とした(以下、この形状を1方向R曲面形状と呼ぶことがある。)。
なお、馴染ませ条件は、上記<馴染ませ試験1>と同じである。
表4の馴染ませ個数の結果から分かるように、従来の1方向R曲面形状に対し、本発明による2方向R曲面形状とした場合、馴染ませ個数は、約1/5以下となり、最小限、馴染ませ個数1個を可能としたことが分かる。
また、軟質砥粒と硬質砥粒からなる複合超砥粒砥石の区分1、7は、硬質砥粒のみからなる区分4、9に比較して、馴染ませ個数が、確実に少なくなることが分かった。
この実施例は、本発明における馴染ませ作業での砥石圧力の設定に関するものである。即ち、砥石圧力を砥石臨界圧力よりも小さくする、または大きくする場合の、馴染ませ個数の変化を計測した。さらに馴染ませ作業で得られた、砥石作用面を使用した仕上げ性能について確認した。
<馴染ませ試験1>において、安定して馴染ませ個数の少ない、区分7に分類された実施例、及び、区分9に分類された比較例を試料とした。砥石形状は、いずれも傾斜角4°の2方向R曲面形状とした。
馴染ませ圧力は、表2に示す砥石臨界圧力Pc(MPa)の0.8倍、0.9倍および1.05倍の3種類とし、その他の条件は、<馴染ませ試験1>と同じとした。
玉軸受外輪の外輪軌道溝を、超仕上げした。被切削物の表面速度は、粗、仕上げ共に5m/秒である。砥石揺動数は粗13.3Hz、仕上げ2.0Hzである。加工時間は粗8秒、仕上げ2秒とする。加工数は、各10個の平均値である。砥石面圧力は、粗、仕上げともに馴染ませ圧力より低圧、すなわち0.8Pc未満の2.5MPaとする。
(a)馴染ませ個数
表5に示すように、馴染ませ圧力0.8〜1.05Pcの範囲で、実施例は、比較例に対し1〜2個と安定して少なかった。また比較例では、馴染ませ圧力の上昇と共に、馴染ませ個数は減少する傾向にあった。
馴染ませ作業によって、得られた砥石作用面を使用した仕上げ性能で、実施例は比較例に対して、高切削性で、砥石摩耗量も少なく、面粗度もより細かい。従って、仕上げ比も大きな値となり、確実に高性能であった。
馴染ませ個数の差も含めて、砥石仕上げ性能差は、本発明における複合超砥粒ビトリファイド砥石の特徴によることは明白である。
砥石臨界圧力(Pc)を超える場合、馴染ませ個数(N)は減少するものの、砥石摩耗量(W)を増し、仕上げ面(Ra)は悪化、あるいは仕上げ比(T/W)は低下する。反対に砥石臨界圧力(Pc)以下では、馴染ませ個数(N)を増し、砥石摩耗量(W)の減少で面粗度はよくなるものの、切削量(T)は少なくなる。
上記実施形態では、内輪と、外輪と、内外輪との間に転動自在に配置される複数の玉と、を備えた玉軸受における、外輪軌道溝に好適な超仕上げ砥石として、超仕上げ砥石の詳細及びそれを用いた超仕上げ方法について説明したが、外輪軌道溝に限らず、内輪軌道溝、その他の被切削物について適用することができる。
3 外輪軌道溝
10 超仕上げ砥石
11 先端部
12a 第1傾斜面
12b 第2傾斜面
α 傾斜角
B またぎ幅(第2方向長さ)
d 最大馴染み量
Claims (3)
- 第1方向から見て、中央部から両側に向かって前記第1方向に直交する第2方向に対し3°以上5°以下の傾斜角で延びて、略V字状に交わる第1傾斜面と第2傾斜面を先端部に備え、
前記第1傾斜面と前記第2傾斜面は、前記第2方向から見て円弧形状を有し、
被切削材に対する化学反応性を有し切削性を有しない軟質砥粒と、前記被切削材に対して切削性を有する硬質砥粒とからなる複合砥粒を含むビトリファイドボンド砥石である超仕上げ砥石を用いて玉軸受外輪の外輪軌道溝の超仕上げを行う超仕上げ方法であって、
前記超仕上げ砥石が前記被切削材の切削面と強く接触する部分では砥石接触面積を大きくし、弱く当たる部分では砥石接触面積を小さくして、前記超仕上げ砥石の馴染ませ作業を行うことを特徴とする超仕上げ方法。 - 第1方向から見て、中央部から両側に向かって前記第1方向に直交する第2方向に対し3°以上5°以下の傾斜角で延びて、略V字状に交わる第1傾斜面と第2傾斜面を先端部に備え、
前記第1傾斜面と前記第2傾斜面は、前記第2方向から見て円弧形状を有し、
被切削材に対する化学反応性を有し切削性を有しない軟質砥粒と、前記被切削材に対して切削性を有する硬質砥粒とからなる複合砥粒を含むビトリファイドボンド砥石である超仕上げ砥石を用いて玉軸受外輪の外輪軌道溝の超仕上げを行う超仕上げ方法であって、
前記第1方向を前記玉軸受外輪の回転軸線方向に、前記第2方向を前記玉軸受外輪の周方向になるように前記超仕上げ砥石を配置し、
超仕上げ作業を行う前に、前記超仕上げ砥石の臨界圧力の90±5%の圧力で前記超仕上げ砥石の馴染ませ作業を行うことを特徴とする超仕上げ方法。 - 前記超仕上げ作業における砥石面圧力は、前記馴染ませ作業時における圧力より低いことを特徴とする請求項1に記載の超仕上げ方法。
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