JPH04159039A

JPH04159039A - 研削加工方法及びその砥石電極

Info

Publication number: JPH04159039A
Application number: JP28187190A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Inoue; 潔井上
Original assignee: INR Kenkyusho KK
Current assignee: INR Kenkyusho KK
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1992-06-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は成形と同時に表面処理をする研削加工方法及び
これを実施するために用いる砥石電極に関する。

〔従来の技術〕

従来、被加工物の表面形成とその表面処理とは別々に行
なうのか通例である。即ち、形成加工は回転もしくは振
動する砥石を用いて機械的に研削加工し、所定の研削加
工を完了した後にその加工面に次の工程で表面処理を行
なう。表面処理は適宜の工具、処理装置を利用して表面
硬化処理、ダル加工処理、耐摩性表面処理、摩擦面処理
、又は潤滑表面処理等を行なう。

このように従来は研削加工と表面処理とは別工程で別個
の工具装置を用いて加工されていたので、加工精度は低
く、加工工程か複雑であり、多くの手間を要し、特に研
削加工は精度かμｍオーダーの加工であるから二回の再
加工は困難てあった。

〔発明か解決しようとする課題〕

本発明はこのような研削加工による成形と表面処理とを
同時に同一セットで行なうことにより加工精度を向上さ
せると共に、加工か容易で加工効率も向上させ得る研削
加工方法及びそれに用いる砥石電極を提供することを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明は、被覆材と研削材を含む砥石電極を回転もしく
は振動させながら被加工体の表面に当接せしめ、上記砥
石電極と被加工体間に加える加圧力の切換えと通電のオ
ン、オフ制御によって研削加工と放電溶着被覆加工とを
交互に切り換えつ１行なうように、又は同時に研削部分
とＭＷ、（マイクロウェルディング）部分を異なる部分
を使用して行なうようにしたものである。

又、本発明は、被覆材と研削材を含む砥石電極を回転も
しくは振動させながら被加工体の表面に当接せしめ、上
記砥石電極と被加工体間に加圧と通電を行ない、研削加
工と、研削加工中のスパークアウト状態を利用する放電
溶着被覆加工とを同時に行なうようにしたものである。

更に又、本発明は、被覆材部分と研削材部分とを有する
砥石電極を回転もしくは振動させながら被加工体の表面
に当接せしめ、上記砥石電極と被加工体間に加圧を行な
うと共に、砥石電極の被覆材部分と被加工体間に通電を
行ない、研削加工と放電溶着被覆加工とを同時にもしく
は交互に切り換えつ１行なうようにしたものである。

上記の如き本発明方法を実施するために、本発明は、被
覆材に粒径１０μｍφ以下の超微粒の砥粒を含ませた砥
石電極を提供するものである。

又、本発明は、被加工体と接触する同一平面上に、被覆
材部分と研削材部分とを個別に配置した砥石電極を提供
するものである。

〔作　用）上記の如く、本発明によるときは、被覆材と研削材を含
む砥石電極、又は被覆材部分と研削材部分とを有する砥
石電極を回転もしくは移動させながら被加工体の表面に
当接せしめ、上記砥石電極と被加工体間に加圧と通電を
行ない、研削加工と放電溶着被覆加工とを交互に切り換
えつ＼、もしくは同時に行なうようにしたものであるか
ら、研削加工と放電溶着被覆加工を同一セットで行なう
ことかでき、−工程で精密な形成加工及び表面処理を簡
単且つ効率的に行ない得るものである。

前記の放電溶着被覆加工は、回転若しくは振動する砥石
電極を被加工体に軽く圧接すると、両者間で微細に接触
開離動作か行われ、このとき両者間に通電することによ
り、スパークアウトのパルス的放電か発生し、放電点の
微小部分か溶解してそれか被加工体に接触時に転移溶着
するので、この微少量づつの溶着を繰り返して積み重ね
且つ平面方向に移動しり＼連続的に溶着させることによ
って、被加工体表面に−様な被覆層の形成処理かできる
ものである。被覆材に硬質材とかその合成元素を利用す
ることによって被加工体表面を硬化させ、耐摩耗性処理
をすることかでき、被覆材の種類によって摩擦面を形成
させたり、潤滑面の形成処理を施すことかできるもので
ある。

従って、本発明によれば、目的とする精密な研前成形加
工と、゛成形表面の処理とか同時に精密に加工できるこ
とになる。

〔実　施　例〕

以下、図面を参照しつ＼本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明に係る各種砥石電極の断面形状図、第２
図は本発明に係る各種砥石電極の内部構造断面図、第３
図は本発明に係る方法を実施するための装置の一実施例
を示す構成図である。

第１図は砥石電極の各種形状図で、同図中（ａｌは円板
状の回転型、ｆｂ）は円板の周縁か尖った回転型、ｔｃ
）は軸方向断面かコ字形の内面研磨型、（ｄ）は軸方向
断面が傾斜する傘型、（ｅ）は軸方向断面かＨ字形の回
転体、げ）は外周へ向けてＶ形に尖った回転体、（ｇｌ
は棒状に形成し、回転とか振動させて用いるもの、（社
）は先端か尖ったコマ型のものてあり、いずれも加工形
状に応じた形に成形されている。

第２図はこれらの砥石電極の内部素材構造を示すもので
、同図中（ａｌは円板回転型の砥石電極の外周に研削材
ｌを、内側に被覆材２を同軸にほぼ同一面に嵌合し、両
者間を金属結合部材３て強固に結合して成るものである
。（ｂｌは円板の内側に研削材１をその外周に被覆材２
を嵌合し、両者を固定リング４によって締め付は固定し
たものである。

締付けには、焼きはめ、形状記憶合金による締付は等を
利用するとよい。（Ｃ１は円板の全体を被覆材と砥粒等
の研削材とを均一に混合分散させた素材５から成るもの
、（ｄ）は円板の外周に、被覆材か多くなり内側に研削
材か多くなるように濃度分布を変化させて、焼結とかメ
タルボンド、樹脂ポンドにより成形した素材６から成る
ものである。

研削材の砥粒としてはダイヤ、ＣＢＮ等の超微粒の砥粒
、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｗ
２　Ｃ５ＷＣ，ＭＯＣＳＣｒ２３ｃａ　。

Ｃｒｚ　Ｃ２、ＢｕＣ等の炭化物、ＴｉＢ２、Ｚｒ１３
２、ＺｒＢ１２、ＮｉＢ、ＣｒＢ、ＣｒＢｔ　、ＴａＢ
２　、ＶＢ２　、ＭＯ２Ｂ、ＭＯＢ２　、ＣＯ２Ｂ等の
硼化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＣｒＮ、ＮｂＮ、ＶＮ、Ｔａ
Ｎ等の窒化物を利用することかできる。

なお、これらの炭化物、硼化物及び窒化物は通電性もあ
り、被覆材としても利用することができる。

被覆材金属としてはＴ　ｉ、Ｂ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ
、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｃ（グラファイト）、又これらのフ
ァイバー類、ウィスカー類を混合利用することかでる。

メタリック結合材としては、研削材と被覆材とに同一の
ものを用いることができ、又研削材用にはＢｓ系、Ｚｎ
系、合成樹脂、ファイバー等のコンポラット化したもの
を用いることができ、又被覆材用には樹脂、メタリック
のいずれも利用できるか、樹脂の場合は単純化処理（コ
ンポジット化）する必要かある。

なお、研削材砥粒を第２図（Ｃ）のように被覆材と混合
利用する場合に、研削加工と同時に放電を発生して溶着
被覆加工かてきるように、粒径を放電発生間隔以下の通
常１（ＩｔＬｍφ以下の微細粒子として混合することか
必要である。

以上の砥石電極による研削加工と放電溶着被覆加工の処
理をすることについて、第３図の一実施例を用いて説明
すると、同図中、７は被覆材と研削材を均等に含ませた
砥石電極で、円板の回転型で、この外周側面で被加工体
８を研削加工処理する。砥石電極７は中心軸に支持され
モータ９によって回転される。又モータ１０によって被
加工体８と対向するＺ軸方向に加圧送りか与えられる。

−方の被加工体８はＸ、Ｙ軸駆動テーブルに固定され各
々の軸方向にモータ１１．１２によって移動制御か行わ
れる。１３は各軸モータに送り信号を供給するＮＣ制御
装置て、所定のプログラムに従った信号制御を行なう。

１４はパルストランス１５の出力を整流したパルスを砥
石電極７と被加工体８間に供給する整流器、１６はＦＥ
ＴのＩ　ＭＨｚ〜５００ＫＨ２程度の高速スイッチで整
流器１７の出力する直流電流をオン、オフスイッチング
パルス化してパルストランス１５に供給する。１８かス
イッチゲートパルス発生回路で、抵抗１９のトランス出
力電流の検出信号をフィードバックして発振作動する。

又ＮＣ制御装置１３から発振、停止の信号か供給される
。２０は砥石電極７の回転軸から被加工体８と接触する
圧力を検出する圧力センサて、この検出信号をＮＣ制御
装置１３にフィードバックするようにしである。

研削加工は、回転する砥石電極７か被加工体８と摩擦摺
動する速度が約１５〜５０ｍ／ｓ程度の速度になるよう
モータ９による回転を行ない、且つＺ軸モータ１０の制
御により被加工体８との接触圧か１５０ｇ／ｃｍ２〜１
０Ｋｇ／Ｃｍ２程度になるよう圧力センサ２０の検出に
よって加圧制御する。又放電溶着被覆加工は接触圧が１
００ｇ／Ｃｍ２程度以下になるように制御することによ
りスパークアウト状態を出現して溶着被覆をすることか
４できる。この１００ｇ／ｃｍ２以下の圧力でパルス電
流を流すことにより溶着被覆することができる。圧力Ｐ
とパルス電流Ｉとの間の関係の目安は次式に従う。

Ｋ；定数、ＷＣ材のとき５ｎ；ＷＣ材のとき０．５したかって、Ｐ　＝　１００ｇ／ｃｍ２でＩ＝５０Ａ、
Ｐ＝１０ｇ／ａｌでＩ　＝　１５Ａ、　Ｐ　＝、１　ｇ
／ｃｏｒてＩ＝５Ａ、の条件で放電溶着被覆することか
てきる。

先ずＮＣ制御装置１３により研削加工と放電溶着被覆加
工とを切り換えて加工する場合について説明すると、モ
ータ９により砥石電極７を設定速度で回転し、Ｚ軸モー
タ１０により回転砥石電極７か被加工体８に１５０ｇ／
Ｃｍ２〜１０Ｋｇ／Ｃｍ２の範囲て設定した圧接力て接
触するように制御する。これにより回転する砥石電極７
の摩擦研削により被加工体８の表面研削か行われるか、
加工に応してＸ軸モータ１１の駆動、又はＹ軸モータ１
２の駆動により研削位置を移動する加工送りを与えなか
ら平面加工する。この研削加工中、ＮＣ制御装置１３か
ら停止信号をパルス発生回路１８に加えて発振停止し、
パルスの供給を停止しておく。研削加工を続けることに
よって目的とする成形加工か完了したら、次に放電溶着
被覆加工を行なうようＮＣ制御装置１３の制御によりＺ
軸モータ１０を駆動して所定の１００ｇ／ｃｍ２以下の
接触圧になるよう制御すると共に、パルス発生回路１８
に信号を送り、発振を開始させ、スイッチ１６をオン、
オフスイッチング制御し、直流をパルス化してパルスト
ランス１５から成るインバータに加え、制御されたイン
バータ出力を整流器１４で整流したパルスを砥石電極７
と被加工体８間に供給する。

被加工体８に軽接触する砥石電極７の回転運動によって
砥石電極７は被加工体８に対して接触開離を振動的に繰
り返すようになり、両者間にはスパークアウトのパルス
放電を繰り返して発生し、放電によって溶解した砥石電
極７の微小部分か接触開離運動により被加工体８の表面
に転移溶着する。この微小量づつの溶着物か繰返し放電
により積重し層状になり且つモータ比１２による被加工
体８の位置の移動制御により平面状に連続して溶着被覆
が行なわれ、結果として被加工体８の研削加工した表面
に一様に均一な被覆層の形成処理か出来ることになる。

砥石電極７中に含まれる被覆材によって被加工体表面を
硬化処理、耐摩耗性処理ができ、又潤滑表面処理が任意
にてき、所定研削による仕上げ面の表面処理を同時に同
一セットで行なうことができる。

又、この同一セットによる加工によれば、放電溶着被覆
加工後に、再び研削加工して被覆層の成形、鏡面研磨等
を行なうことかでき、又、その上に放電溶着被覆を重ね
て行なうこともてきる。

又、ＮＣ制御装置１３の制御によっては、Ｚ軸モータ１
０による圧接圧力に対応して自動的に加工パルスの供給
かオン、オフ制御されるようにしておくことがてき、加
圧センサ２０の検出信号を判別して、所定値以上の研削
加工圧か作用しているときはＮＣ制御装置１３は停止信
号をパルス発振回路１８に送り加工パルスの供給を停止
するが、加工中に加圧センサ２０の検出信号か所定値以
下に低下してスパークアウトできる条件になったときは
、ＮＣ制御装置にこれを判断制御するＣＰＵ、ＲＡＭ、
ＲＯＭ等の組合せによって前記条件状態を判断して、パ
ルス発生回路１８に信号を加え発振作動して加工パルス
を砥石電極７と被加工体８間に供給しパルス放電を発生
して溶着被覆の加工を行なうことかでき、研削加工中に
同時に放電溶着被覆加工も行なわせることができ、この
同時制御によって所定の研削成形加工か完了したときは
放電溶着被覆加工による表面処理も同時に処理済み状態
となるように加工処理することかできる。

又、砥石電極か第２図（ａ）、（ｂｌのように被覆材部
分と研削材部分とから成る砥石電極を用いる場合は、加
工パルスの通電は被覆材部分に通電を行なっておき、相
対移動によって砥石電極の被覆材部分か被加工体の加工
部に移動してきたとき自動的に放電溶着被覆加工かてき
、研削材部分ては研削加工のみか行われるようになる。

なお、砥石電極には回転運動に限らず、振動を与えても
よく、振動と回転の両方を与えて運動制机させることか
できる。

次に砥石電極として効果的な実施例を示す。

Ａ：　　Ｃｒ２２％、ＷＩＯ％、Ｔｉ６％、８５％、Ｎ
ｉ３％、グラファイト３％、ＷＣ残部の焼結体。

Ｂ：Ｃｒ２Ｏ％、Ｗ１０％、Ｔｉ１０％、８８％、Ｆｅ
６％、グラファイト２％、ＷＣ残部の焼結体。

Ｃ：　ダイヤ２％、Ｃｒ　１０％、ＷｔＯ％、Ｔ　ｉ　
１０％、８８％、Ｎｉ８％、グラファイト３％、ＷＣ残
部の焼結体。

Ｄ：　Ａ組成にフェノール１８％を混入して２００℃で
細化したもの。

Ｅ：　　ＣＢＮ２．５％、Ｃｒ　１０％、Ｗ８％、Ｂ１
０％、Ｎｉ６％、Ｔ　ｉ　１０％、ＷＣ残部の焼結体Ｆ
：　Ｃ組成にポリイミド１８％を混入して３５０°Ｃて
熱処理重合させたもの。

Ｇ−Ｅ組成にポリイミド２０％を混入して３５０℃て熱
処理重合させたもの。

Ｈ：　　Ｃｒ２２％、ＷＩＯ％、Ｔｉ１０％、８８％、
Ｎ　ｉ　１５％、ＴｉＣｌ２％、Ｍｏ３％、■３％、Ｗ
Ｃ残部の焼結体。

■、　Ｂ組成にＴｉＮ１０％を加えて焼結したもの。

Ｊ−Ｈ組成にＴｉＮ５％を加えて焼結したもの。

以上の実施例は研削材と被覆材とを均一混合した砥石電
極であって、研削加工と放電溶着被覆加工に兼用できる
ものである。なお、研削加工と放電溶着被覆加工を兼用
するときの研削材としての超微粒の砥粒の大きさは、放
電の発生間隔を確保するために、大きくても１０μｍφ
以下、好ましくは３μｍφ以下、更には１μｍφ程度の
ものを用いることか推奨される。

組成中に含まれるダイヤ、ＣＢＮ、炭化物、硼化物、窒
化物等は、これ自体か研削材として作用すると共に、放
電溶着被覆層中に介在して表面硬化し、耐摩耗層を形成
する。又、組成元素のＢはＮと反応してＣＢＮか合成被
覆されるようになる。

即ち、放電による高温、衝撃波、電界等が作用して溶着
物中のＢとＮか直接反応してＣＢＮか合成されるか、Ｂ
酸化物かアンモニア等と反応するか、又はグラファイト
の還元剤のもとてＢ酸化物か窒素（アンモニア）中で加
熱反応を起こすかして溶着被覆層中にＣＢＮか合成され
るものと思われる。

放電雰囲気として空気中とか窒素（アンモニア）中で放
電させることによって電極中にＮか存在しなくてもよい
。又、組成元素のＣｒ、Ｗ、Ｔｉ、ＭＯｌＶ等は炭素、
グラファイト等と反応して炭化物を生成したり、Ｂとの
反応により硼化物を生成したり、Ｎと反応して窒化物を
生成し、これらを被覆層中に介在させることかできる。

次に、前記各組成の砥石電極による放電溶着被覆加工に
よる耐摩性のテストを行なった。放電溶着被覆加工の条
件は回転速度が１８ｍ／　Ｓて放電パルスはＩ　ｐ　＝
　８　Ａ、τ。１＝２μｓで加工し、母材上に厚さ１０
μｍ　　（６〜１２μｍ）の被覆層を形成したものを相
手材ＳＣＭ２１に圧力６．５Ｋｇ／ｃｍ’で圧接し、４
００ｍの距離を摩擦させた。超硬に２Ｑを用いた従来例
と比較した結果、本発明によれば摩耗比か１７３〜１１
５程度以下になることか判った。

又、前記Ｂ、Ｄ、Ｊの砥石電極を用い、７Ｍφのドリル
にシャープエツジの研削加工と放電溶着被覆加工をした
とき、耐摩性かＣｏハイスの約７゜６倍になり、加工精
度は±０．０３ｍｍ以内であった。

又、前記Ｃ，Ｈの砥石電極でエンドミルに被覆加工し、
３５５Ｃ材を４０ｍ／ｍｉｎてミーリング加工したとき
、Ｃｏハイスの約８．２倍の耐摩性て加工精度は±０．
０１ｍｍ以内であった。

又、前記Ａ、Ｅの砥石電極を用いプレス用パンチに被覆
加工し、ステンレスに穴明は加工したとき、超硬バンチ
の約１．４倍の耐摩性て、被加工体のかえりは約２μｍ
以内の高精度であった。

なお、加工及び処理は、他の鋸刃とかチ・ノブソー、各
種フライス、ボブその他の切削工具に対しても任意に行
なうことかできる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によるときは、被覆材と研削
材とを含む砥石電極、又は被覆材部分と研削材部分とを
有する砥石電極を回転もしくは移動させながら被加工体
の表面に当接せしめ、上記砥石電極と被加工体間に加圧
と通電を行ない、研削加工と放電溶着被覆加工とを交互
に切り換えつ〜、もしくは同時に行なうようにしたもの
であるから、研削加工と放電溶着被覆加工を同−七・ソ
トで行なうことかでき、−工程で精密な形成加工及び表
面処理を簡単且つ効率良く行ない得るものである。

表面処理の放電溶着被覆加工は、被加工体表面に拡散結
合する−様な被覆層の形成処理をすることかでき、被覆
材に硬質材とかその合成元素を用いることによって、放
電による溶着、合成反応によって被加工体表面を硬化し
、耐摩性処理てき、又被覆材の種類によって摩擦面とか
潤滑面の形成処理ができ、又摩耗面の補修処理かてき、
研削加工と合わせて任意の加工処理か精密に簡単に行な
える効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る各種砥石電極の断面形状図、第２
図は本発明に係る各種砥石電極の内部構造断面図、第３
図は本発明に係る方法を実施するだめの装置の一実施例
を示す構成図である。ｌ・・・・・−・・・・・・・・・・・・・・・・−・
・−・・−研削材２・・・・・・−・・・・−・−・・
・・・・・・・・・・・・−・被覆材３−・−−−−−
−−−一・−・・−・・・−・−・−金属結合部材４−
・−・・・・・・・・・〜・−・・−・・−固定リング
７・−・・−・・・・・・・−・−・−・・−−−−−
−−一砥石電極８−・・・−・・−−−−−−−−−−
−−−−−・被加工体１０、１１．１２・・・・・−・
・・−一一−−−−−−−送りモータ１１−−一−・−
・・−・・−・・・−・−−−Ｎ　Ｃ制御装置１４−−
−・・・−・・・・・・・−・−・−整流器１５・・・
・・−−−一−・・−・・−・−・・・−・−・−・パ
ルストランス１６・−・−−−一−・−・・・−・・−
・・・−・・・・・・ＦＥＴ高速スイッチ１７・・・・
・・〜・・−・・・・−・−−−−−−・・・・・整流
器１８・−・・・−−−−・・・・・・・・−・−−−
一−−・パルス発生回路２０−−−・・・・・−・−・
・−・−・・・−・・・・・圧力センサ特許出願人　株
式会社アイ・エヌ・アール研究所代理人　（７５２４）
最上正太部

Claims

【特許請求の範囲】１）被覆材と研削材を含む砥石電極を回転もしくは振動
させながら被加工体の表面に当接せしめ、上記砥石電極
と被加工体間に加える加圧力の切換えと通電のオン、オ
フ制御によって研削加工と放電溶着被覆加工とを同時も
しくは交互に切り換えつゝ行なうことを特徴とする研削
加工方法。２）被覆材と研削材を含む砥石電極を回転もしくは振動
させながら被加工体の表面に当接せしめ、上記砥石電極
と被加工体間に加圧と通電を行ない、研削加工と、研削
加工中のスパークアウト状態を利用する放電溶着被覆加
工とを同時に行なうことを特徴とする研削加工方法。３）被覆材部分と研削材部分とを有する砥石電極を回転
もしくは振動させながら被加工体の表面に当接せしめ、
上記砥石電極と被加工体間に加圧を行なうと共に、砥石
電極の被覆材部分と被加工体間に通電を行ない、研削加
工と放電溶着被覆加工とを同時にもしくは交互に切り換
えつゝ行なうことを特徴とする研削加工方法。４）被覆材に粒径１０μｍφ以下の超微粒の砥粒を含ま
せたことを特徴とする研削及び放電溶着被覆加工用砥石
電極。５）被覆材に対する砥粒の配合比を部分的に変化させた
請求項４に記載の研削及び放電溶着被覆加工用砥石電極
。６）被加工体と接触する同一平面上に、被覆材部分と研
削材部分とを個別に配置したことを特徴とする研削及び
放電溶着被覆加工用砥石電極。７）外周部分に被覆材を、それより内側に研削材を配置
したことを特徴とする請求項６に記載の研削及び放電溶
着被覆加工用砥石電極。８）外周に取り付けた金属リングにより被覆材部分と研
削材部分を結合した請求項６に記載の研削及び放電溶着
被覆加工用砥石電極。