JPS63127877A - 金属短繊維焼結型研摩材 - Google Patents

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〕 本発明は金属短繊維焼結型研摩材に関するものである。

〔従来の技術とその問題点〕

超硬合金さらには近年利用が高まっているファインセラ
ミックス材料の加工高能率化を達成するには、加工手段
としての砥石の性能が優れていることが必要である。こ
の砥石性能は、具体的には、切込み深さを大きく取るこ
とができ、切れ味の持続性がよいことなどである。これ
らの性能は特にマシニングセンタなどによるクリープフ
ィード研削でセラミックス類を重研削する場合に重要で
ある。

このような性能はメタルボンド砥石が条件を満たしやす
いが、そのためには、砥石マトリックス中に砥粒が多量
にかつ細かく分散され、砥粒の保持力が良く、圧環強度
などの機械的特性が良好であることが不可欠である。

メタルボンド砥石としては、砥粒をニッケルメッキ等に
より固着した電着砥石、金属粉末（たとえば鋳鉄粉や銅
系粉末をボンドに使用した焼結型のものが一般であるが
、前者は切刃自生作用がなく、後者はボンドの成形性と
焼結性が悪いため、砥粒の包含量１分散性、保持力、強
度の各要求を満たしがたい。

このような問題を解決するにはボンド材の吟味が肝要で
ある。すなわち、繊維の寸法が微細であるだけでは足ら
ず、成形性、焼結性に優れ、それ自体の強度が高いとと
もに焼結組織の強度も良好で、なおかつ安価なことが必
要である。

本発明者らは、すでに複合用の短繊維として。

鋳鉄の円柱状ブロックを高い固有振動数を持つ弾性バイ
トで旋削し、弾性バイトの自励振動による柱状ブロック
との接離を利用して柱状ブロックの表面を分断した鋳鉄
短繊維を提案した。

この方法による鋳鉄短繊維（びびり短繊維）は、工業的
に量産できる短繊維として微細な寸法で、ギザギザの表
面のため表面積が大きい点では優れた性質を備えている
。しかしながら、剛直な針状のため、成形時の圧力で切
損や屈曲が生じやすく、また成形した製品の表面に繊維
が突出し、面粗度を低下させやすい。さらに、鋳鉄材質
のため繊維自体の強度が低く、焼結組織の強度も弱くな
る。

さらには、炭素とＳｉの量が多いため焼き入れ等の熱処
理を行えず、焼結時にダイヤモンド砥粒と旺盛に反応し
て砥粒の劣化を生じさせるという問題がある。

また、本質的に「びびり」という不安定現象を利用する
点から、製造装置の精度、剛性の制約があり、このため
、製造する繊維直径を小さくするに従って生産速度が加
速度的に低下し、繊維価格が高価なものになる。

このため、このびびり短繊維をボンドとした研摩材は、
加工効率と切れ味の点では良好であるが、砥粒の含有量
と強度と価格とのバランスの面で問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前記のような問題点を解決するために研究して
創案されたもので、その目的とするところは、切れ味の
持続性と除去効率に優れ、そのうえなお圧環強度などの
強度に優れ、しかも比較的低コストで製造することがで
きる焼結型研摩材を提供することにある。

この目的を達成するため本発明者らは研究を重ね、従来
せいぜいブレーキなどの摩擦材料の摩擦係数調整用添加
材程度と考えられていた長繊維の切断繊維でも、特にワ
イヤシェービング法で作られる鋼糸の長繊維を寸断した
短繊維は、研摩材のボンド材としてすぐれた特性を持つ
ことを見出した。

そこで本発明は発想を転換し、ワイヤシェービング法で
作られる長繊維を寸断した短繊維をボンド材として利用
し、これに砥粒を添加し、その混合物を圧粉成形、焼結
して金ｌ１Ｉｋ短繊維焼結型研摩材金としたものである
。

なお、本発明で「研摩材」とは、ストレート、カップ、
軸付き等の各種研削砥石は勿論、ラップ工具、ホーニン
グなど研削、研摩手段全般を指すものとする。

以下本発明を添付図面に基づき具体的に説明する。

本発明は、研摩材のボンド材として、好適には鋼糸の短
繊維を使用する。その代表例は化学成分が、ｃ：ｏ、１
〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０゜１０％、Ｍｎ：０
．９〜１．３％の低Ｍｎ鋼であり、この化学成分からな
る線材をワイヤシェービング法で削ることにより、目的
太さたとえば直径換算で１０〜５０μｍ径の長繊維を作
り、この長繊維をカッタミル等で所定のアスペクト比（
Ｑ　／ｄ）となるように寸断するか、もしくは寸断後ふ
るいで選別するなどして目的寸法としたものである。

アスペクト比は、これがあまり大きいと分散性や流動性
が悪化し、ファイバーボールとなったり、砥粒の分布に
偏析を生じさせる。そこで一般的に、２０〜７０程度こ
のましくは４０〜６０のアスペクト比のものを選定すべ
きである。

そして、ダイヤモンド砥粒を使用する場合には、好まし
くは前記短繊維に浸炭処理を施し、これをボンド材とす
る。これはダイヤモンドの劣化を防止するとともに強度
を向上するためである。

本発明のボンド用短繊維の外観を鋳鉄のびびり短繊維と
比較して示すと第１図のとおりである。

図中（ａ）は本発明の短繊維、（ｂ）はびびり短繊維で
あり、本発明における短繊維は繊維軸線が切削方向と平
行であるためカール気味で、ＩＩ維軸軸線直角の断面が
割円状もしくは偏平矩形状であり、全体として帯状を呈
している。これはびびり短繊維が断面３角状の直線針状
をなし、表面にギザギザのエツジや粗面を有しているの
と対照的である。

そして、材質的に低炭素、低シリコンの鋼であり、強度
が格段に良好であるとともに、熱処理性に優れている。

本発明はこのボンド材に砥粒を添加して混合する。砥粒
としては人造、天然のダイヤモンド、立方晶窒化はう素
（ＣＢ　Ｎ）が好適であるほか、アルミナ質砥粒（Ａ−
グレイン）、ホワイトアランダム（ＷＡ）、炭化珪素質
砥粒（Ｃ−グレイン）、緑化炭化珪素（ＧＣ−グレイン
）、などが適宜選択される。

また、このほかフィラーとして、カルボニル鉄粉、カル
ボニルニッケル、ガラスフリットなどを。

さらに摩擦係数調整と砥粒の劣化防止のため黒鉛を適量
使用してもよい、フィラーの添加量はボンド用短繊維に
対し１０〜４０ｗｔ％、黒鉛はＯ〜５ｖｔ％程度が適当
である。この混合工程はボールミル等により行えば良く
１次いでこのボンド材と砥粒とフィラーと黒鉛め混合物
から圧粉体を作る。これは金型圧縮成形、ロール成形等
任意である。

この成形工程において、ボンド材がびびり短繊維のよう
に剛直でなく、はどよい柔軟性がある。

しかも偏平カール状であるため、繊維同志の絡み性が良
い。これらの相乗効果により層状に配向するとともに繊
維の折れ等も生じに＜＜、低い成形圧力で、多量の砥粒
やフィラー等が分散した多層の網状骨格組織することが
でき、成形高さを高くすることができるとともに、複雑
形状の成形も容易である。しかも高い強度を備え、圧粉
体にラミネーションクラックが入り難く、欠けも生じに
くい。また、ボンド材がびびり短繊維の場合のような剛
直性がないため、外面に繊維が表出しにくく、圧粉体の
表面粗度も良好である。

ついで、この圧粉体をアンモニア分解ガス、水素ガス等
の還元性雰囲気にて所要時間、所要温度で加熱焼結する
。繊維間の結合力がよく、加熱により網状骨格組織が固
定するので、微小な砥粒を多量に分散させた状態で強固
に保持させることができ、これにより目的の金属短繊維
焼結型研摩材となる。

なお、本発明は焼結後、熱処理を行ってもよくこれによ
りさらに一段と強度を向上することができる。また、必
要に応じ、冷間や熱間の鍛造−再焼結により密度を向上
させるなどの方法を併用してもよい。

〔実　施　例〕

まず本発明のボンド材の特性を見るため、成形性、焼結
性１強度について実験を行った。

ボンド用短繊維としては、化学成分がＣ：０．１３％。

Ｓｉ：０．０８％、阿ｎ：１．１３％の低Ｍｎ鋼線材３
〜５ｍ＋ａφをワイヤシェービング法により切削して直
径換算２５〜４０μｍの長繊維を作り、これをミルで切
断して長さ０．４〜１　、６ｍｍとしたものを使用した
。

（成形性について） 限界成形高さとラトラ試験で評価した。

限界成形高さは、３０φ−２０φ（１１１品肉厚５　ａ
ｍ）の金型を使用し、充填高さ９５ＩＩ！１とし、成形
圧０．８，３．３゜６．６ｔｏｎ／ａ＃で成形すること
で判定した。これによれば、０．８ｔｏｎ／ａＪでも十
分に成形でき、圧粉体の状態でラミネーション、加圧力
不足部もなく、ハンドリング可能な良好な圧粉体が得ら
れた。

ラトラ試験は、各種の短繊維をそれぞれ１，２，４゜７
ｔｏｎ／　ｃｌの圧力で２５φ（２０ｇ）の試験片に圧
粉成形したものを用いた。試験条件は７０ｒｐｍ　Ｘ　
１５ｍ１ｎで実施した。この結果を示すと第２図のとお
りである。

比較のため用いたびびり短繊維は、鋳鉄＠　（ＦＣＤ５
０）で、長さ１．２ｍｍ、繊維太さ３０　ｐ　ｍ、鋳鉄
粉は粒度＃１２０を使用した。

この第２図から明らかなように、本発明の短繊維は、圧
粉体における成形性とグリーン強度が非常に優れている
ことがわかる。

（焼結性について） 上記ボンド用短繊維を成形圧４，６．８ｔｏｎ／ａｄで
金型成形し、これを各種焼結温度で３０ｍ１ｎ焼結した
ときの焼結温度と圧環強さとの関係を示すと第３図のと
おりである。１１４０℃で焼結した場合には。

成形圧力が６ｔｏｎ／　ｃｘ１以上では４０ｋｇ／ｍｒ
ｒｒ以上の高い圧環強さが得られた。このことから、本
発明のボンド材は優れた焼結性を備え、前記成形性とあ
わせ強度が良好で、高性能の焼結型研摩材を構成できる
ことがわかる。

（浸炭処理の効果について） 上記ボンド用短繊維は寸断ままでも使用できるが、ダイ
ヤモンドを砥粒とする研摩材においては。

焼結時に高価なダイヤモンドを劣化する怖れがある。こ
の対策として前もってボンド用短繊維を浸炭処理するこ
とが有効である。この浸炭処理は、ボンド用短繊維を黒
鉛粉と混合し、不活性雰囲気中で加熱することような方
法をとればよい。

Ｎ２雰囲気中、８００〜８５０℃・１時間保持の条件で
浸炭処理した浸炭度合いの異なる各種ボンド用短繊維を
使用した焼結体（成形圧力ｔｏｎ／ａ＆）の、炭素量と
焼結密度の関係を第４図に、また炭素量と圧環強度の関
係を第５図に示す。

この第４図と第５図からボンド用短繊維に浸炭処理する
ことは、複合材の強度を向上させる上で極めて効果的で
あることがわかる。このことからまた、本発明のような
ボンド用短繊維を使用することで多量の砥粒を含有させ
ることができ、また砥粒保持力を大幅に高め得ることが
わかる。

なお、この実験結果では、炭素量が０．４％まで密度、
圧環強度とも上昇し、密度は約０．７％を境に下降する
傾向となっている。これは浸炭処理により加工硬化して
いる材料か軟化し１組織的にパーライト層が増すため強
さが上昇したものと考えられる。０．７％付近（共析点
）を超えた場合に特性が低下したのは、全面パーライト
化してしまい、逆に変形抵抗が上昇し成形性が悪くなっ
たためと考えられる。

以上の結果に基き、本発明によりストレート砥石を作製
してみた。

寸　　法：外径１５０ｍｎ＋φ、幅１０ｍ１１、砥粒層
厚さ２．５ｍｍ ボンド材：直径３０μ■、長さｌ　、　５ｍ＋ｍの浸炭
済み低Ｍｎ鋼短繊維（炭素量０．４％） フイラー二カルボニル鉄粉、　３０ｗｔ〆黒　　　鉛：
２すｔ％ 砥　　粒：ダイヤモンド、　＃１７０／２００集中度：
１００ （製造条件） ボンド材とフィラー、砥粒、黒鉛をボールミルで混合し
１面圧８ｔｏｎ／ｃｄで金型成形したのち、前記の条件
で焼結を行った。

（研削試験） 実験詣元は以下のとおりである。

被加工材料：常圧焼結窒化珪素（ｌ（Ｖ１７００）５０
ｍｍ口×厚さ２０ｍ＋ａ 研削条件：　研削速度Ｖ＝１５００ｍ／ｍｉｎ送り　　
　Ｆ＝１５ｍ／ｍｉｎ 切り込みＺ＝０．０５＝０．５ｍｎ＋（０，５ｍｍにラ
イてはＶ＝２５００　ｍ　／ｗｉｎでも実施）研削幅　
リ＝２．０ＬＩＩＩ＋ 使用機械：横型マシニングセンタ その結果本砥石における切削抵抗（法線方向）と除去体
積の関係を示すと第６図のとおりである。

また、研削比ＧＲは下記のとおりである。

Ｚ＝０．５−ＧＲ２１２、Ｚ　＝　０　、５　（Ｖ２５
００）−ＧＲ７１３、Ｚ＝０．２・・・ＧＲ４４８，Ｚ
＝０．１・・・ＧＲ６０４、Ｚ＝０．０５・・・ＧＲ９
０に れらの結果から本発明の砥石は、深い切り込みを行える
ため加工効率が良く、切れ味が持続することがわかる。

これは通常の青銅ボンジ砥石がせいぜい０．０１の切込
みが限度であるのと比べ格段の差がある。

また、優れた砥石といわれるびびり鋳鉄ボンド砥石は、
同条件でＺ＝０．５・ＧＲＩ５７、Ｚ＝０．５（Ｖ２５
００）　・・・ＧＲ５４３、Ｚ＝０．０５　・ＧＲ６６
４テあった。このことと研削後の砥石面の状態での痛み
が本発明の方が少かった点からみて５本発明は優れた性
能を有していることがわかる。このような重研削が可能
であったのは、砥石強度が高く、砥粒保持力が強いため
である。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の金属短繊維焼結型研摩材によると
きには、切込み深さを大きく取れ、切れ味の持続性がよ
く、シかも強度が極めて高く、そのうえ高集中度の場合
にも砥石製造時の砥粒の劣化が少なく、かつまた比較的
安価に製造することができるなどのすぐれた効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明で使用するボンド用短繊維の拡大
外観図、第１図（ｂ）はびびり短繊維の拡大外観図、第
２図は本発明による圧粉体のラトラ試験結果を示すグラ
フ、第３図は本発明のボンド用短繊維の圧環強さと焼結
温度の関係を示すグラフ、第４図は本発明ボンド用短繊
維を浸炭処理した場合の炭素量と焼結密度の関係を示す
グラフ、第５図は同じく炭素量と圧環強さの関係を示す
グラフ、第６図は本発明研摩材の切削抵抗と除去体積の
関係を示すグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワイヤシェービング法で作成した長繊維を寸断し
   た短繊維をボンド材としてこれに砥粒を添加し、圧粉成
   形、焼結してなる金属短繊維焼結型研摩材。
2. （２）短繊維として浸炭処理を施したものを用いる特許
   請求の範囲第１項記載の金属短繊維焼結型研摩材材。
3. （３）短繊維としてアスペクト比が３０〜７０のものを
   使用する特許請求の範囲第１項記載の金属短繊維焼結型
   研摩材材。