JPH03149186A - Metal bond tool - Google Patents

Metal bond tool

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Publication number
JPH03149186A
JPH03149186A JP28604489A JP28604489A JPH03149186A JP H03149186 A JPH03149186 A JP H03149186A JP 28604489 A JP28604489 A JP 28604489A JP 28604489 A JP28604489 A JP 28604489A JP H03149186 A JPH03149186 A JP H03149186A
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JP
Japan
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abrasive grains
grinding
particle size
average particle
powder
Prior art date
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Pending
Application number
JP28604489A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Kawai
光雄 河合
Hiromichi Horie
宏道 堀江
Naoto Kanbara
蒲原 尚登
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH03149186A publication Critical patent/JPH03149186A/en
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Abstract

PURPOSE:To facilitate operation of compaction forming by adding molybdenum disulfide or cubic nitriding boron as a solid lubrication material to metallic powder of a raw material so as to manufacture a metal bond tool. CONSTITUTION:A grinding grain layer, is formed, which contains at least one kind of diamond and cubic nitriding boron as a grinding grain, and at least one kind of molybdenum disulfide and cubic nitriding boron of 1-5 weight % as a solid lubrication material, and which comprises a sintered body in which the average diameter of the grains of the solid lubrication material is set one third of the average diameter of the grinding grains. Consequently, a metal bond tool remarkably superior to cutting performance can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は金属粉末をマトリックスとして用い、マトリッ
クス中に固体潤滑材および高硬度の砥粒を分散し、焼結
によって一体に結合してなるメタルボンド工具に係り、
特に製造時に上記原料混合粉末を常温成形する際の成形
性が優れるとともに、工具として研削性能が良好で、寿
命が長いメタルボンド工具に関する。
[Detailed description of the invention] [Objective of the invention] (Industrial application field) The present invention uses metal powder as a matrix, disperses a solid lubricant and high-hardness abrasive grains in the matrix, and integrates them into one by sintering. Regarding metal bond tools,
In particular, the present invention relates to a metal bond tool that has excellent moldability when molding the raw material mixed powder at room temperature during production, has good grinding performance as a tool, and has a long life.

(従来の技術) 酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭
化ケイ素などの高硬度ファインセラミックスの研削加工
、仕上加工に使用される研削工具として、砥粒にダイヤ
モンドを使用したメタルポンドダイヤモンド工具が、従
来より広く用いられている。
(Prior technology) Metal pound diamond tools that use diamond abrasive grains are conventionally used as grinding tools for grinding and finishing high-hardness fine ceramics such as aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, and silicon carbide. more widely used.

またバナジウム(V)を含む高速度鋼やマルテンサイト
系ステンレス鋼などの難削合金材の研削加工や仕上加工
においては、砥粒として立方晶窒化硼素(以下rCBN
Jと略称する。)をマトリックス中に分散させたメタル
ボンド窒化硼素工具が使用されている。
In addition, cubic boron nitride (hereinafter referred to as rCBN) is used as an abrasive grain in grinding and finishing of difficult-to-cut alloy materials such as high-speed steel and martensitic stainless steel containing vanadium (V).
It is abbreviated as J. ) dispersed in a matrix have been used.

上記のようなメタルボンド工具のうち、例えば砥粒にダ
イヤモンド粉末を用いるメタルボンドダイヤモンド工具
は、一般に金属粉末および必要により金属化合物を含む
金属粉末とダイヤモンド粉末砥粒とを混合し加圧成形し
た後に焼結して形成される。この焼結操作によってマト
リックスとダイヤモンド粉末砥粒との結合力、機械的強
度の向上が図られ、形成されたメタルボンドダイヤモン
ド工具は、適宜ドレッシングによって砥石表面を再生し
ながら研磨・研削用工具として使用されている。
Among the metal bond tools mentioned above, for example, metal bond diamond tools that use diamond powder as abrasive grains are generally made by mixing metal powder and, if necessary, metal powder containing a metal compound with diamond powder abrasive grains, and then press-forming the mixture. Formed by sintering. This sintering operation improves the bonding force and mechanical strength between the matrix and the diamond powder abrasive grains, and the resulting metal-bonded diamond tool can be used as a polishing/grinding tool while regenerating the grindstone surface by dressing as appropriate. has been done.

ところで、切込み深さが大きい重研削加工に適したメタ
ルボンドダイヤモンド工具の場合、マトリックスの原料
としては、炭素含有量が大きな鉄基鋳造材の切粉を、ボ
ールミルまたはスタンプ法などで粉砕した粉末が使用さ
れる。そして得られた高炭素鉄基合金粉末にダイヤモン
ド砥粒を均一に混合し、例えば金型プレス機を使用して
、圧力1210++/car程度の条件で圧縮成形して
得られた成形体を、さらに1100℃で30分間程度焼
結してを行ない、砥粒層を形成している。砥粒の周囲に
は炭素粒子が分散するように固定される。この炭素粒子
は研削対象物との研削抵抗を低減する潤滑材として働く
一方、マトリックスはダイヤモンド砥粒を支持固定する
保持材として機能する。
By the way, in the case of metal-bonded diamond tools suitable for heavy grinding with a large depth of cut, the raw material for the matrix is powder obtained by pulverizing chips of iron-based cast material with a high carbon content using a ball mill or stamping method. used. Then, diamond abrasive grains are uniformly mixed with the obtained high carbon iron-based alloy powder, and the molded body obtained by compression molding using, for example, a mold press machine at a pressure of about 1210++/car is further processed. Sintering is performed at 1100° C. for about 30 minutes to form an abrasive grain layer. Carbon particles are fixed and dispersed around the abrasive grains. The carbon particles act as a lubricant that reduces grinding resistance with the object to be ground, while the matrix acts as a holding material that supports and fixes the diamond abrasive grains.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら炭素含有量が多い鉄基合金鋳造材は硬度が
大きいために成形性が悪く、圧縮成形時に所定の形状を
成形するためには高温度条件で大きな加圧力と長い成形
時間が必要とされる。そのため高価な金型の損耗が著し
く金型の再研磨および交換を高頻度で行なう必要があり
、製造コストが増大するとともに製造効率が大幅に低下
してしまうという問題点があった。
(Problem to be solved by the invention) However, iron-based alloy cast materials with a high carbon content have poor formability due to their high hardness, and in order to form a predetermined shape during compression molding, high temperature conditions and large pressing forces are required. and a long molding time is required. As a result, the expensive molds are subject to significant wear and tear, requiring frequent regrinding and replacement of the molds, resulting in problems of increased manufacturing costs and a significant drop in manufacturing efficiency.

特に常温金型プレスによって、原料粉末を加圧成形する
場合には圧密か困難であり、成形体にボアが生じ易く、
焼結して工具とした場合に低い研削比しか得られない。
In particular, when press molding raw material powder using room-temperature mold presses, it is difficult to consolidate, and bores are likely to occur in the molded product.
Only a low grinding ratio can be obtained when sintered into tools.

また成形時の抜き圧が太きくなり効率的な成形操作が困
難となる。さらにパンチを抜く際に成形体に割れや欠け
が発生し易く製品の歩留りが大幅に低下してしまう問題
点があった。
Moreover, the ejection pressure during molding increases, making it difficult to perform efficient molding operations. Furthermore, when the punch is removed, cracks and chips are likely to occur in the molded body, resulting in a significant decrease in product yield.

また、従来の粉砕方法で粉砕して得られた鉄基合金粉末
は、炭素の析出物の大きさが数十μmないし100μm
と砥粒の平均粒径(10〜35μm)に比較して大きく
、また形状的にも不均一である。
In addition, in iron-based alloy powder obtained by pulverization using conventional pulverization methods, the size of carbon precipitates ranges from several tens of μm to 100 μm.
It is larger than the average particle size of abrasive grains (10 to 35 μm), and is also non-uniform in shape.

そのため粉砕操作によって粉末中に保持されていた炭素
粒子の脱落が起り易く、粉末中の炭素の分布および形状
が不均一になる。そしてこの鉄基合金粉末を焼結してマ
トリックスを形成した工具材料では、炭素析出物の径が
大きいことから、研削時においても炭素析出物が脱落し
易く潤滑機能が低下する。また炭素析出物の脱落によっ
て生成した窪みに削り屑や磨き屑が堆積して目詰りを発
生し、さらに目詰りによって潤滑機能が喪失され、焼き
付きによるマトリックスの破損や塑性変形を生起する。
Therefore, the carbon particles held in the powder are likely to fall off during the crushing operation, resulting in uneven distribution and shape of carbon in the powder. In a tool material in which a matrix is formed by sintering this iron-based alloy powder, the carbon precipitates have a large diameter, so the carbon precipitates tend to fall off even during grinding, resulting in a decrease in the lubrication function. In addition, shavings and polishing debris accumulate in the depressions created by the falling off of carbon precipitates, causing clogging, and the clogging causes loss of lubricating function, causing matrix damage and plastic deformation due to seizure.

また砥粒の近傍に窪みが形成されることによって砥粒に
対するマトリックスの保持強度が急減し、ダイヤモンド
砥粒の脱落が急増して、研削研磨効率の低下を招き、さ
らに高い仕上げ精度が得られないという問題があった。
Furthermore, due to the formation of depressions near the abrasive grains, the retention strength of the matrix against the abrasive grains rapidly decreases, and diamond abrasive grains rapidly fall off, leading to a decrease in grinding and polishing efficiency, making it impossible to obtain even higher finishing accuracy. There was a problem.

また従来のメタルボンドダイヤモンド工具の製造工程に
おいては、合金粉末原料に炭素粉末を直接添加して焼結
操作を行なうことによって焼結体中に炭素粒を分散させ
る方法も一般的に採用されている。しかし、この方法で
は砥粒層全体に潤滑材としての微小な炭素粒を均一に分
散させることが困難であり、粗大な炭素粒が焼結体中に
偏積してしまう傾向があった。そのため炭素析出物およ
び砥粒の脱落が多く、これにより研削・研磨加工の効率
が低下し、高い仕上げ精度が得られない上に、砥石自体
の寿命が短いという根本的な問題点があった。
Additionally, in the manufacturing process of conventional metal-bonded diamond tools, a method is generally adopted in which carbon particles are dispersed in the sintered body by directly adding carbon powder to the alloy powder raw material and performing a sintering operation. . However, with this method, it is difficult to uniformly disperse fine carbon grains as a lubricant throughout the abrasive grain layer, and coarse carbon grains tend to accumulate unevenly in the sintered body. As a result, many carbon precipitates and abrasive grains fall off, which reduces the efficiency of grinding and polishing processes, making it impossible to obtain high finishing accuracy, and posing the fundamental problem that the life of the grinding wheel itself is short.

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
あり、研削加工の際に砥粒および潤滑材の脱落が少なく
、高い効率で研削・研磨加工を実施することが可能であ
り、寿命が長い経済的なメタルボンド工具を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and reduces the amount of abrasive grains and lubricant falling off during grinding, making it possible to perform grinding and polishing with high efficiency, and extending the service life. The aim is to provide long-lasting and economical metal bond tools.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段と作用) 本願発明者等は、従来の砥粒層の研磨特性が砥粒層を構
成する材料の種類および材料の粒径に起因することを見
い出し、合金粉末の粒径、砥粒の種類および粒径、固体
潤滑材の種類および粒径とを種々変えて砥粒層を形成し
、その研磨特性を調査した。
(Means and effects for solving the problem) The present inventors discovered that the polishing properties of conventional abrasive grain layers are caused by the type of material constituting the abrasive grain layer and the particle size of the material. Abrasive grain layers were formed with various grain sizes, types and grain sizes of abrasive grains, and types and grain sizes of solid lubricants, and their polishing properties were investigated.

その結果、砥粒としてダイヤモンドおよび立方晶窒化硼
素の少なくとも一種を含有する一方、固体潤滑材として
二硫化モリブデンおよび六方晶窒化硼素の少なくとも一
種を1〜5重量パーセント含有するとともに、上記固体
潤滑材の平均粒径を砥粒の平均粒径の1/3以下に設定
した焼結体から成る砥粒層を形成したときに、従来と比
較して研削特性が格段に優れたメタルボンド工具を得る
ことができた。
As a result, the abrasive grains contain at least one of diamond and cubic boron nitride, and the solid lubricant contains 1 to 5 weight percent of at least one of molybdenum disulfide and hexagonal boron nitride. To obtain a metal bond tool with significantly superior grinding properties compared to conventional ones when an abrasive grain layer made of a sintered body whose average grain size is set to 1/3 or less of the average grain size of the abrasive grains is formed. was completed.

またマトリックスとなる金属粉末の焼結前の平均粒径を
砥粒の平均粒径の1/3以下に調整したときに、砥粒お
よび固体潤滑材の脱落が効果的に抑制され、寿命の長い
砥粒層を得ることができた。
In addition, when the average particle size of the metal powder that forms the matrix before sintering is adjusted to 1/3 or less of the average particle size of the abrasive grains, the falling off of the abrasive grains and solid lubricant can be effectively suppressed, resulting in a long service life. A layer of abrasive grains could be obtained.

本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。The present invention has been made based on the above findings.

本発明に係るメタルボンド工具のマトリックスとして使
用する金属粉末としては、Fe、Ni。
The metal powder used as the matrix of the metal bond tool according to the present invention includes Fe and Ni.

Cu、Co、Zn、Mg、Aオ、Mn、Crなどの金属
元素の単体または2種以上の元素から成る合金材が使用
される。原料金属粉末の組成は、必要とされるマトリッ
クスの強度、伝熱性、加工対象の種類等を勘案して決定
されるが、一般に砥粒の保持強度を高くするために、2
種以上の金属を複合化させた合金材が使用される。しか
し半導体材料のように加工時におけるFeの混入を極度
にきらう加工対象を研削するメタルボンド工具用の金属
粉末にはFeを含有しないものが採用される。
An alloy material consisting of a single metal element such as Cu, Co, Zn, Mg, Al, Mn, and Cr or two or more elements is used. The composition of the raw metal powder is determined by taking into account the required matrix strength, heat conductivity, type of workpiece, etc., but generally, in order to increase the retention strength of the abrasive grains, 2.
An alloy material that is a composite of more than one metal is used. However, metal powders that do not contain Fe are used for metal bond tools for grinding workpieces such as semiconductor materials, which are extremely sensitive to Fe contamination during processing.

合金材を粉末化する手段としては、例えば合金材の鋳塊
片をボールミル、スタンプミルによって粉砕する方法や
合金材を溶湯噴霧法等の急冷法を使用して微細化する方
法がある。
Examples of means for pulverizing the alloy material include a method of pulverizing an ingot of the alloy material using a ball mill or a stamp mill, and a method of pulverizing the alloy material using a rapid cooling method such as a molten metal spraying method.

上記溶湯噴霧法は、原料の溶湯をガス噴霧、水噴富、遠
心噴霧によって粉体化する方法であり、噴霧条件により
適当な冷却速度と粉末粒径になるように調整して所望の
原料粉末を得る方法である。
The above-mentioned molten metal spraying method is a method in which molten raw material is pulverized by gas spraying, water spraying, or centrifugal spraying, and the desired raw material powder is obtained by adjusting the cooling rate and powder particle size to an appropriate level depending on the spraying conditions. This is the way to obtain.

また砥粒としては、ダイヤモンド粉末の他にCBNを混
合して使用することもできる。ダイヤモンドおよびCB
Nのヌープ硬さはそれぞれ、5100.8500kg/
−以上といずれも極めて高い硬度を有し、難研削材の加
工用砥粒として有用である。特にCBN砥粒は、耐熱性
に優れているため、冷却材を使用しない乾式加工用砥粒
として急速に用途を拡大している。
Further, as the abrasive grains, CBN may be mixed in addition to diamond powder. diamond and cb
The Knoop hardness of N is 5100.8500kg/
- All of the above have extremely high hardness and are useful as abrasive grains for processing difficult-to-grind materials. In particular, CBN abrasive grains have excellent heat resistance, so their use as abrasive grains for dry machining without using a coolant is rapidly expanding.

また固体潤滑材としては、二硫化モリブデンおよび六方
晶窒化硼素の少なくとも一種から成る粉末状の固体潤滑
材を使用し、この固体潤滑材は、焼結体に対して1〜5
重量パーセント含有するように添加される。二硫化モリ
ブデン(M o S 2 )粉末は、塑性加工における
工具と材料との間の摩擦力を低減するために広く使用さ
れている。−方六方品窒化硼素は、CBN (立方晶窒
化硼素)と異なり六方晶の結晶構造を有し、固体潤滑材
としての機能に優れ、研削抵抗を大幅に低減することが
できる。
Further, as the solid lubricant, a powder solid lubricant consisting of at least one of molybdenum disulfide and hexagonal boron nitride is used, and this solid lubricant is
It is added to contain % by weight. Molybdenum disulfide (M o S 2 ) powder is widely used to reduce the frictional force between tools and materials in plastic working. Unlike CBN (cubic boron nitride), hexagonal boron nitride has a hexagonal crystal structure, has an excellent function as a solid lubricant, and can significantly reduce grinding resistance.

焼結体に対する固体潤滑材の含有量が1%未満であると
研削加工時における潤滑作用が十分に発揮されない一方
、5%を超えると、マトリックスの耐衝撃強度が低下し
、砥粒に対する保持力が低下して砥粒の脱落が顕著とな
り研削性能が低下する。したがって固体潤滑材の含有量
は1〜5%重量パーセントの範囲に設定される。
If the content of the solid lubricant in the sintered body is less than 1%, the lubricating effect during grinding will not be sufficiently exerted, while if it exceeds 5%, the impact resistance strength of the matrix will decrease and the holding power for the abrasive grains will decrease. decreases, the abrasive grains drop off significantly, and the grinding performance deteriorates. Therefore, the content of solid lubricant is set in the range of 1 to 5% by weight.

さらに固体潤滑材の平均粒径は砥粒の平均粒径の1/3
以下に設定される。この粒径比は砥粒を保持するマトリ
ックスの強度および研削特性に大きな影響を及ぼすもの
で、粒径比が173を超えると、詞滑材と砥粒との均一
な分散状態が得られず、またマトリックスからの固体潤
滑材の脱落が顕著になり、潤滑性能が低下するとともに
目詰りの発生頻度が高くなる。また砥粒近傍の固体潤滑
材が脱落することによって砥粒側方に窪みを生じ、マト
リックスの強度が低下する。そのため砥粒を保持固定す
る保持力が急激に低下し砥粒の脱落をも増加せしめる結
果、砥粒層の消耗が著しく、ドレッシングの必要回数が
急増する。したがって、固体潤滑材の平均粒径は砥粒の
平均粒径の1/3以下に設定される。
Furthermore, the average particle size of the solid lubricant is 1/3 of the average particle size of the abrasive grains.
It is set as below. This particle size ratio has a great effect on the strength and grinding properties of the matrix that holds the abrasive grains, and if the particle size ratio exceeds 173, a uniform dispersion state of the abrasive material and the abrasive grains cannot be obtained. In addition, the solid lubricant falls off from the matrix, leading to a decrease in lubrication performance and an increase in the frequency of clogging. In addition, the solid lubricant near the abrasive grains falls off, creating depressions on the sides of the abrasive grains, reducing the strength of the matrix. As a result, the holding force for holding and fixing the abrasive grains sharply decreases and the number of abrasive grains falling off increases, resulting in significant wear of the abrasive grain layer and a rapid increase in the number of times that dressing is required. Therefore, the average particle size of the solid lubricant is set to 1/3 or less of the average particle size of the abrasive grains.

また本発明に係るメタルボンド工具は、マトリックスと
なる金属粉末と、固体潤滑材と、砥粒との混合粉末を、
常温金型プレス機等によって圧縮成形し、得られた成形
体を焼結によって一体に結合して形成される。この場合
、焼結操作前の金属粉末の平均粒径は砥粒の平均粒径の
1/3以下に設定することが好ましい。これは粒径比が
173を超えると、砥粒の分布が不均一となり、砥粒の
表面近傍に金属粉を均一に配置することが不可能であり
、砥粒同士が接する部分が増大し、成形性を劣化させる
ばかりでなく、研削中の砥粒の脱落を招き、工具として
の研削・研磨能力が低下するためである。
Further, the metal bond tool according to the present invention uses a mixed powder of a metal powder serving as a matrix, a solid lubricant, and abrasive grains.
It is formed by compression molding using a room-temperature mold press or the like, and then bonding the resulting molded bodies together by sintering. In this case, it is preferable that the average particle size of the metal powder before the sintering operation is set to 1/3 or less of the average particle size of the abrasive grains. This is because when the particle size ratio exceeds 173, the distribution of the abrasive grains becomes uneven, making it impossible to uniformly arrange the metal powder near the surface of the abrasive grains, and the area where the abrasive grains come into contact with each other increases. This is because not only the formability is deteriorated, but also the abrasive grains fall off during grinding, and the grinding/polishing ability of the tool is reduced.

このように本発明に係るメタルポンド工具は、固体潤滑
材として二硫化モリブデンや六方晶窒化硼素を原料金属
粉末中に添加して製造されるため、圧縮成形操作が極め
て容易になる。すなわち添加された二硫化モリブデンや
六方晶窒化硼素は、圧縮成形時に潤滑材として作用する
ため、小さな加圧力で短時間内に所定形状を有する高密
度の成形体を形成することができる。そのため成形用金
型の損傷が少なく、工具の製造コストが大幅に低減され
るとともに、成形用金型の交換頻度が減少するため、工
具の製造効率を大幅に高めることができる。
As described above, since the metal pound tool according to the present invention is manufactured by adding molybdenum disulfide or hexagonal boron nitride as a solid lubricant to the raw metal powder, the compression molding operation becomes extremely easy. That is, since the added molybdenum disulfide and hexagonal boron nitride act as a lubricant during compression molding, a high-density molded body having a predetermined shape can be formed within a short time with a small pressing force. Therefore, there is little damage to the molding die, significantly reducing the manufacturing cost of the tool, and the frequency of replacing the molding die is reduced, so the manufacturing efficiency of the tool can be significantly increased.

またマトリックスを形成する金属粉末と、ダイヤモンド
およびCBNの少なくとも一方から成る高硬度の砥粒と
、潤滑性に優れた硫化モリブデン、六方晶窒化硼素から
成る潤滑材とを焼結して形成されているため焼結体中に
砥粒と潤滑材とを均一に分散させることが可能であり、
良好な研削仕上面が得られるとともに、常に安定した潤
滑作用を受けることが可能となり加工時における研削抵
抗が低減される。
It is also formed by sintering metal powder that forms the matrix, highly hard abrasive grains made of at least one of diamond and CBN, and a lubricant made of molybdenum sulfide and hexagonal boron nitride, which have excellent lubricity. Therefore, it is possible to uniformly disperse the abrasive grains and lubricant in the sintered body,
In addition to obtaining a good ground surface finish, it is possible to always receive stable lubrication, which reduces grinding resistance during machining.

また固体潤滑材の平均粒度およびマトリックスを形成す
る金属粉末の平均粒径を、砥粒の平均粒径に対して17
3以下に調整しているため、潤滑材および砥粒の支持材
となる金属粉末を、砥粒の周辺に均一に分散配置するこ
とができる。
In addition, the average particle size of the solid lubricant and the average particle size of the metal powder forming the matrix are set to 17% relative to the average particle size of the abrasive grains.
Since it is adjusted to 3 or less, the metal powder that serves as a lubricant and a supporting material for the abrasive grains can be uniformly dispersed around the abrasive grains.

したがって、研削加工時の潤滑機能が充分に発揮される
とともに、支持材としてのマトリックスの強度が充分確
保され、砥粒の脱落が抑制される結果、常に高い研削効
率を維持できる上に砥粒層の寿命を大幅に延伸させるこ
とができる。
Therefore, the lubrication function during grinding is fully demonstrated, the strength of the matrix as a supporting material is ensured sufficiently, and abrasive grains are prevented from falling off. As a result, it is possible to maintain high grinding efficiency at all times, and the abrasive grain layer The lifespan of can be significantly extended.

(実施例) 次に本発明について以下に示す実施例を参照して、より
具体的に説明する。
(Examples) Next, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

実施例1〜3および比較例4〜6 実施例1〜3として、炭素3.0%、Sil。Examples 1-3 and Comparative Examples 4-6 Examples 1 to 3 include 3.0% carbon and Sil.

5%、残@Feより成る鉄基合金粉末80〜83%に対
して、第1表に示すように、平均粒径100μmで鋭い
ブロッキーな稜線形状を有するダイヤモンド粉末を15
%混合し、さらに平均粒径が30μmの二硫化モリブデ
ンを2〜5%添加した混合物を乳鉢にて均一に混合した
。上記合金粉末は、溶湯噴霧法によって調製され、その
平均粒径は30μmであった。
As shown in Table 1, diamond powder having an average particle size of 100 μm and a sharp blocky ridge shape was added to 80 to 83% of the iron-based alloy powder consisting of
% and further added 2 to 5% of molybdenum disulfide having an average particle size of 30 μm, and the mixture was uniformly mixed in a mortar. The above alloy powder was prepared by a molten metal spraying method, and its average particle size was 30 μm.

次に上記各組成の混合物を外径80W1内径15mの金
型ブレス機の原料空間に充填し、圧力12tom/ca
rの加圧力を作用させて圧縮成形し、得られた成形体を
真空条件下で温度1100℃で30分間焼結を行なった
。そして整形加工を施し、幅10■のダイヤモンド砥石
を形成した。
Next, the mixture of each composition above was filled into the raw material space of a mold press machine with an outer diameter of 80 W and an inner diameter of 15 m, and the pressure was 12 tom/ca.
Compression molding was performed by applying a pressure of r, and the obtained molded body was sintered under vacuum conditions at a temperature of 1100° C. for 30 minutes. Then, it was shaped to form a diamond grindstone with a width of 10 cm.

また比較例4.5.6として二硫化モリブデン粉末の混
合割合をそれぞれ0.5%、7%、0%に設定した原料
混合物を、実施例1〜3と同様な製造方法で常温金型成
形し焼結した後に加工を施し、外径80■、内径15■
、幅lO■のダイヤモンド砥石とした。
In addition, as Comparative Examples 4, 5, and 6, raw material mixtures in which the mixing ratio of molybdenum disulfide powder was set to 0.5%, 7%, and 0%, respectively, were molded at room temperature using the same manufacturing method as Examples 1 to 3. Processed after sintering, outer diameter 80cm, inner diameter 15cm
, a diamond grindstone with a width of lO■.

こうして得られた実施例1〜3および比較例4〜6のダ
イヤモンド砥石を使用してビッカース硬度1700のS
 s 3 N 4の研削加工を起った。研削加工条件は
、回転数300Orpm、送り速度5m/win、研削
幅1011Im1切込み深さは、0゜25mmに設定し
た。
Using the diamond grindstones of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 4 to 6 thus obtained, S with a Vickers hardness of 1700 was used.
S 3 N 4 grinding process was performed. The grinding conditions were set to a rotational speed of 300 rpm, a feed rate of 5 m/win, a grinding width of 1011 Im1, and a cutting depth of 0° 25 mm.

こうして得られた研削試験結果を第1表の実施例1〜3
、比較例4〜6に対応する右欄に示す。
The grinding test results obtained in this way are shown in Examples 1 to 3 in Table 1.
, shown in the right column corresponding to Comparative Examples 4 to 6.

ここで第1表に示す砥石の表面状態については、実体顕
微鏡による観察結果を示すものである。その表面状態の
評価は、千の表面に目詰り等がなく良好であるものをO
とする一方、表面全面に「だれ」および一部に「割れ」
が視認されるものを×とした。さらに研削比は、砥石損
耗量に対する被研削材の除去量の比で表わしている。
Here, the surface conditions of the grindstone shown in Table 1 are the results of observation using a stereomicroscope. The evaluation of the surface condition is that the surface is in good condition with no clogging etc.
On the other hand, there are "slops" on the entire surface and "cracks" in some parts.
Those that were visually recognized were marked as ×. Furthermore, the grinding ratio is expressed as the ratio of the amount of material to be ground removed to the amount of wear on the grinding wheel.

第1表の結果かられかるように固体潤滑材としての二硫
化モリブデン粉末の含有量を1〜5重量%の範囲内に設
定した実施例1〜3のダイヤモンド砥石は、上記範囲外
に設定した比較例4,5および二硫化モリブデンを添加
しない比較例6と比較して研削比がいずれも高く、研削
性能が優れ、長い寿命を有することが判明する。
As can be seen from the results in Table 1, the diamond grinding wheels of Examples 1 to 3, in which the content of molybdenum disulfide powder as a solid lubricant was set within the range of 1 to 5% by weight, were set outside the above range. Compared with Comparative Examples 4 and 5 and Comparative Example 6 in which molybdenum disulfide was not added, it was found that the grinding ratio was higher, the grinding performance was excellent, and the product had a long life.

また砥石の表面状態についてもいずれも良好であり、潤
滑機能が十分発揮されていること、また砥粒の保持力が
高いことが実証された。
The surface conditions of the grinding wheels were also good, demonstrating that the lubrication function was sufficiently demonstrated and the holding power of the abrasive grains was high.

また金型プレス機による圧縮成形性の良否を確認するた
めに、実施例1〜3、比較例4〜6の原料混合粉末につ
いて抜き圧試験を実施したところ、二硫化モリブデンを
適量に添加した実施例1〜3および過量に添加した比較
例5における抜き圧は、比較例4,6と比較して172
〜173に低減できることが確認された。
In addition, in order to confirm the quality of compression moldability using a mold press machine, a pull-out pressure test was conducted on the raw material mixed powders of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 4 to 6. The evacuation pressure in Examples 1 to 3 and Comparative Example 5, which was added in excess, was 172% compared to Comparative Examples 4 and 6.
It was confirmed that it could be reduced to ~173.

したがって実施例1〜3によれば成形時に潤滑性が充分
発揮されるため、成形性が向上し、成形体に割れや欠け
が発生することが少ない。そのため製品の歩留りを高く
することができる上に、金型の寿命を延ばすことができ
、工具の製造コストを大幅に低減することができる。
Therefore, according to Examples 1 to 3, lubricity is sufficiently exhibited during molding, so moldability is improved and cracks and chips are less likely to occur in the molded product. Therefore, the yield of products can be increased, the life of the mold can be extended, and tool manufacturing costs can be significantly reduced.

実施例7〜8および比較例9 次に実施例7〜8として、実施例1〜3と同一組成を有
し、平均粒径が30μmの金属粉末77重量%に対して
、固体潤滑材として平均粒径が9.28μmの六方晶窒
化硼素を3重量%添加し、ざらに砥粒として平均粒径8
8μmのCBNを20重量%の割合で加え、均一に混合
した混合物を前記実施例1〜3と同様に常温金型プレス
成形し、同一の焼結加工条件で焼結し、外径80−、内
径15■、幅10■のCBN砥石を形成した。
Examples 7 to 8 and Comparative Example 9 Next, as Examples 7 to 8, 77% by weight of metal powder having the same composition as Examples 1 to 3 and having an average particle size of 30 μm was used as an average solid lubricant. Adding 3% by weight of hexagonal boron nitride with a grain size of 9.28 μm, the average grain size is 8 as rough abrasive grains.
CBN of 8 μm was added at a ratio of 20% by weight, and the mixture was uniformly mixed and press-molded with a mold at room temperature in the same manner as in Examples 1 to 3, and sintered under the same sintering conditions. A CBN grindstone with an inner diameter of 15 cm and a width of 10 cm was formed.

また比較例9として、平均粒径が44μm、である六方
晶窒化硼素を実施例7〜8と同一割合(3%)で混合し
た混合物を同一方法で処理して、同一形状のCBN砥石
を形成した。
In addition, as Comparative Example 9, a mixture of hexagonal boron nitride with an average particle size of 44 μm in the same ratio (3%) as in Examples 7 and 8 was treated in the same method to form a CBN grindstone of the same shape. did.

上記の実施例7〜8および比較例9のCBN砥石を使用
して実施例1〜3と同様の加工条件で超硬合金の研削加
工を実施し、砥石の表面状態および研削比を測定し、潤
滑材である六方晶窒化硼素の粒径の大小が研削特性に及
ぼす影響を調査した。
Grinding of cemented carbide was carried out using the CBN grinding wheels of Examples 7 to 8 and Comparative Example 9 under the same processing conditions as Examples 1 to 3, and the surface condition and grinding ratio of the grinding wheels were measured. The influence of the grain size of hexagonal boron nitride, a lubricant, on grinding characteristics was investigated.

研削試験結果は第1表の対応する右欄に示す。The grinding test results are shown in the corresponding right column of Table 1.

第1表の結果から理解されるように、潤滑材である六方
晶窒化硼素の平均粒径を砥粒の平均粒径の1/3以下で
ある0、10と0.32とに設定した実施例7.8の場
合は、1/3より大きく設定した比較例9と比較して、
砥石の表面状態がいずれも良好であり、研削比も優れて
いる。これは微細な六方晶窒化硼素が焼結体内の砥粒の
周辺に均一に分散しているため、潤滑性能が優れ、また
マトリックス強度が増加し、砥粒および固体潤滑材の脱
落が抑制されたことに起因する。
As can be understood from the results in Table 1, the average particle size of hexagonal boron nitride, which is a lubricant, was set to 0, 10, and 0.32, which are 1/3 or less of the average particle size of the abrasive grains. In the case of Example 7.8, compared to Comparative Example 9, which was set larger than 1/3,
The surface condition of the whetstones is good and the grinding ratio is also excellent. This is because fine hexagonal boron nitride is uniformly dispersed around the abrasive grains in the sintered body, resulting in excellent lubrication performance and increased matrix strength, suppressing the shedding of the abrasive grains and solid lubricant. This is due to this.

また実施例7,8および比較例9の各原料混合粉末につ
いて抜き圧試験を行なったところ、いずれの抜き圧も、
比較例6の場合の約172に低減されることが判明し、
成形性が大幅に改善されることが確認された。
In addition, when the extraction pressure test was conducted for each raw material mixed powder of Examples 7, 8 and Comparative Example 9, the extraction pressure of each powder was
It was found that it was reduced to about 172 in Comparative Example 6,
It was confirmed that moldability was significantly improved.

実施例10〜12および比較例13〜14実施例10〜
12として、まず炭素3.0%、Ni2%、Co1%、
残部鉄から成り、平均粒径が33μmである鉄基合金粉
末を通常の溶湯噴霧法によって調製した。次に第1表に
示すように得られた合金粉末に対して砥粒として平均粒
径100μmのダイヤモンドとCBNとをそれぞれ加え
、さらに固体潤滑材として平均粒径30μmの二硫化モ
リブデンおよび六方晶窒化硼素を第1表に示す割合で混
合した。得られた原料混合粉末を実施例1〜3と同様な
条件で金型プレス成形した後に焼結し、ダイヤモンドC
BN複合砥石を形成した。
Examples 10-12 and Comparative Examples 13-14 Examples 10-
12, first 3.0% carbon, 2% Ni, 1% Co,
An iron-based alloy powder consisting of balance iron and having an average particle size of 33 μm was prepared by a conventional molten metal spraying method. Next, diamond and CBN with an average particle size of 100 μm were added as abrasive grains to the obtained alloy powder as shown in Table 1, and molybdenum disulfide and hexagonal nitride with an average particle size of 30 μm were added as solid lubricants. Boron was mixed in the proportions shown in Table 1. The obtained raw material mixed powder was press-molded with a mold under the same conditions as in Examples 1 to 3, and then sintered to form diamond C.
A BN composite grindstone was formed.

また比較例13.14として、マトリックスとなる金属
粉末の平均粒径を52μm、90μmと変え、砥粒の平
均粒径(100μm)に対する粒径比を0.52〜0.
90と変化させてその研削性能に及ぼす影響を観察した
Further, as Comparative Examples 13 and 14, the average particle size of the metal powder serving as the matrix was changed to 52 μm and 90 μm, and the particle size ratio to the average particle size (100 μm) of the abrasive grains was 0.52 to 0.52 μm.
90 and observed its effect on grinding performance.

実施例10〜12および比較例13〜14で得られたダ
イヤモンドCBN複合砥石を使用して、実施例1〜3と
同様な加工条件でSi3N4の研削加工試験を実施した
ところ、下記第1表の右欄に示す結果を得た。
Using the diamond CBN composite grindstones obtained in Examples 10 to 12 and Comparative Examples 13 to 14, a grinding test of Si3N4 was conducted under the same processing conditions as in Examples 1 to 3, and the results shown in Table 1 below were obtained. The results shown in the right column were obtained.

なお、第1表中砥粒欄の記号りはダイヤモンドを示し、
記号CBNは立方晶窒化硼素を示し、また、潤滑材欄の
記号Mは硫化モリブデン、記号HBNは六方晶窒化硼素
を示す。
In addition, the symbol in the abrasive grain column in Table 1 indicates diamond.
The symbol CBN indicates cubic boron nitride, the symbol M in the lubricant column indicates molybdenum sulfide, and the symbol HBN indicates hexagonal boron nitride.

〔以下余白〕[Margin below]

第1表の結果かられかるようにダイヤモンド砥粒とCB
N砥粒との混合砥粒を使用し、固体潤滑材を2重量%程
度含有している場合においては、良好な砥石表面状態を
維持することが可能であり、併せて高い研削比を確保す
ることができる。
As can be seen from the results in Table 1, diamond abrasive grains and CB
When using mixed abrasive grains with N abrasive grains and containing about 2% by weight of solid lubricant, it is possible to maintain a good grinding wheel surface condition and also ensure a high grinding ratio. be able to.

しかし比較例13.14に示すようにマトリックスとな
る金属粉末の平均粒径が砥粒の平均粒径の1/3を超え
る場合は、砥粒の脱落が増加し、研削比が逆に低下する
。したがってマトリックスを構成する金属粉末の平均粒
径は砥粒の平均粒径の1/3以下に設定することが必要
となる。
However, as shown in Comparative Example 13.14, when the average particle size of the metal powder serving as the matrix exceeds 1/3 of the average particle size of the abrasive grains, the shedding of the abrasive grains increases and the grinding ratio decreases. . Therefore, it is necessary to set the average particle size of the metal powder constituting the matrix to 1/3 or less of the average particle size of the abrasive grains.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明の通り本発明に係るメタルボンド工具は、固体
潤滑材として二硫化モリブデンや六方晶窒化硼素を原料
金属粉末中に添加して製造されるため、圧縮成形操作が
極めて容易になる。すなわち添加された二硫化モリブデ
ンや六方晶窒化硼素は、圧縮成形時に潤滑材として作用
するため、小さな加圧力で短時間内に所定形状を有する
高密度の成形体を形成することができる。そのため成形
用金型の損傷が少なく、工具の製造コストが大幅に低減
されるとともに、成形用金型の交換頻度が減少するため
、工具の製造効率を大幅に高めることができる。
As explained above, since the metal bond tool according to the present invention is manufactured by adding molybdenum disulfide or hexagonal boron nitride as a solid lubricant to the raw metal powder, the compression molding operation becomes extremely easy. That is, since the added molybdenum disulfide and hexagonal boron nitride act as a lubricant during compression molding, a high-density molded body having a predetermined shape can be formed within a short time with a small pressing force. Therefore, there is little damage to the molding die, significantly reducing the manufacturing cost of the tool, and the frequency of replacing the molding die is reduced, so the manufacturing efficiency of the tool can be significantly increased.

またマトリックスを形成する金属粉末と、ダイヤモンド
およびCBNの少なくとも一方から成る高硬度の砥粒と
、潤滑性に優れた硫化モリブデン、六方晶窒化硼素から
成る潤滑材とを焼結して形成されているため焼結体中に
砥粒と潤滑材とを均一に分散させることが可能であり、
良好な研削仕上面が得られるとともに、常に安定した潤
滑作用を受けることが可能となり加工時における研削抵
抗が低減される。
It is also formed by sintering metal powder that forms the matrix, highly hard abrasive grains made of at least one of diamond and CBN, and a lubricant made of molybdenum sulfide and hexagonal boron nitride, which have excellent lubricity. Therefore, it is possible to uniformly disperse the abrasive grains and lubricant in the sintered body,
In addition to obtaining a good ground surface finish, it is possible to always receive stable lubrication, which reduces grinding resistance during machining.

また固体潤滑材の平均粒度およびマトリックスを形成す
る金属粉末の平均粒径を、砥粒の平均粒径に対して17
3以下に調整しているため、潤滑材および砥粒の支持材
となる金属粉末を、砥粒の周辺に均一に分散配置するこ
とができる。
In addition, the average particle size of the solid lubricant and the average particle size of the metal powder forming the matrix are set to 17% relative to the average particle size of the abrasive grains.
Since it is adjusted to 3 or less, the metal powder that serves as a lubricant and a supporting material for the abrasive grains can be uniformly dispersed around the abrasive grains.

したがるで、研削加工時の潤滑機能が充分に発揮される
とともに、支持材としてのマトリックスの強度が充分確
保され、砥粒の脱落が抑制される結果、常に高い研削効
率を維持できる上に砥粒層 の寿命を大幅に延伸させる
ことができる。
Therefore, the lubrication function during the grinding process is fully demonstrated, the strength of the matrix as a support material is ensured sufficiently, and the falling off of abrasive grains is suppressed, making it possible to maintain high grinding efficiency at all times. The life of the abrasive layer can be significantly extended.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、砥粒と、固体潤滑材と、マトリックスを形成する金
属粉末とを一体に焼結してなるメタルボンド工具におい
て、砥粒としてダイヤモンドおよび立方晶窒化硼素の少
なくとも一種を含有する一方、固体潤滑材として二硫化
モリブデンおよび六方晶窒化硼素の少なくとも一種を1
〜5重量パーセント含有するとともに、上記固体潤滑材
の平均粒径を砥粒の平均粒径の1/3以下に設定したこ
とを特徴とするメタルボンド工具。 2、金属粉末の平均粒径は、砥粒の平均粒径の1/3以
下に設定した請求項1記載のメタルボンド工具。
[Claims] 1. A metal bond tool formed by integrally sintering abrasive grains, a solid lubricant, and a metal powder forming a matrix, in which at least one of diamond and cubic boron nitride is used as the abrasive grains. while containing at least one of molybdenum disulfide and hexagonal boron nitride as a solid lubricant.
5% by weight of the solid lubricant, and the average particle size of the solid lubricant is set to 1/3 or less of the average particle size of the abrasive grains. 2. The metal bond tool according to claim 1, wherein the average particle size of the metal powder is set to 1/3 or less of the average particle size of the abrasive grains.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994012680A1 (en) * 1992-11-25 1994-06-09 Gehan Anil Joseph Amaratunga Doping of highly tetrahedral diamond-like amorphous carbon
EP0629472A1 (en) * 1993-06-17 1994-12-21 Tyrolit Schleifmittelwerke Swarovski KG Abrasive tool with metallic bonding agent and active filler
JP2010099779A (en) * 2008-10-23 2010-05-06 Saint-Gobain Kk Super-abrasive

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