TWI458596B - Peripheral cutter and manufacturing method thereof - Google Patents

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TWI458596B
TWI458596B TW097151056A TW97151056A TWI458596B TW I458596 B TWI458596 B TW I458596B TW 097151056 A TW097151056 A TW 097151056A TW 97151056 A TW97151056 A TW 97151056A TW I458596 B TWI458596 B TW I458596B
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Description

外周切刀及其製造方法
本發明係關於用來切斷稀土族燒結磁鐵的外周切刀及其製造方法。
關於用來切斷稀土族燒結磁鐵的外周切刀，專利文獻1~3(日本特開平9-174441號公報、日本特開平10-175171號公報、日本特開平10-175172號公報)等揭示出，在超硬合金底板的外周部利用酚樹脂等來固定鑽石磨粒的技術。藉由在超硬合金底板上固接鑽石磨粒，比起習知的合金工具鋼或是高速鋼，可提昇底板的機械強度，結果可提昇加工切斷的精度。此外，使用超硬合金底板而將切刀變薄，也能提高良率，且能加快加工速度。這種使用超硬合金底板的切刀雖呈現比習知的外周切刀更優異的切斷性能，但為了因應市場之進一步降低成本的要求，期望能開發出超越習知的外周切刀性能之高性能切斷磨石。
關於稀土族(永久磁鐵)燒結磁鐵的切斷加工，雖可用內周切斷或是線鋸切斷等各種的手段來實施，但利用外周切刀的切斷加工乃是最為廣泛採用的切斷方法。由於其具備：切斷機的單價低、使用超硬切刀的話不會消耗太多切割損耗(cutting margin)、精度佳、加工速度較快等的特徵，是作為量產性優異的加工方法而廣泛利用於稀土族燒結磁鐵的切斷。
用來進行外周切斷的切刀的底板，以往是使用SKD等的合金工具鋼或是高速鋼等的鋼鐵系的合金材料來製作。然而，在本發明人等所提出之下述專利文獻1~3等，係揭示使用超硬合金製底板而構成的切斷磨石的技術。將WC用Ni或Co等實施燒結而構成之超硬合金，乃楊氏模數高達450GPa~700GPa的高剛性材料，是比楊氏模數200GPa左右的鋼鐵合金系材料強非常多的材料。
楊氏模數大，代表相對施加在切刀的切斷阻力，切刀的變形量少，若在相同的切斷阻力下則切刀的彎曲量小，又若切刀的彎曲程度相同，用較薄的切刀厚度就能以相同加工精度來進行切斷。雖然施加於切刀單位面積的切斷阻力變化不大，但藉由使切刀變薄，施加於切刀整體的切斷阻力變小，在重疊複數片的切刀而同時將複數片的磁鐵一起實施切斷加工的多片(multiple)切斷加工，施加於切斷機整體的總切斷阻力會變小。藉此，即使是相同功率的馬達亦可增加多片切刀的片數，而在相同切刀片數下可減少切斷阻力而謀求馬達電力的節約。又若馬達功率相對於切斷阻力產生餘裕，則可加快磨石的行進而縮短切斷時間。
如此般，藉由採用高剛性的超硬合金底板，可大幅提昇外周切斷加工的生產性。然而，市場對於稀土族燒結磁鐵有更進一步的合理化要求，且降低成本的競爭相當激烈。考慮到稀土族燒結磁鐵的材料良率，切斷時的切割損耗是越小越好。此外，加工速度越快則生產性越高。因此期望能開發出，比起現狀的超硬合金切刀，在更薄的刀厚下仍能獲得高剛性及高精度的外周切刀。
[專利文獻1]日本特開平9-174441號公報
[專利文獻2]日本特開平10-175171號公報
[專利文獻3]日本特開平10-175172號公報
本發明是因應於上述期望而開發完成者，其目的是為了提供一種外周切刀及其製造方法，可實施切斷精度高且切斷加工損耗(margin)少的切斷，可實現加工良率的提高及加工的低成本化。
本發明人等，為了達成上述目的而進行深入探討的結果發現，在超硬合金製底板的外周切斷磨石，藉由使用來將鑽石磨粒、cBN磨粒或是該等的混合磨粒安裝於磨石的外周部之結合材形成高強度及高剛性，即可提高切刀部的機械強度並同時提高外周切刀全體的機械剛性，藉此成功地實現切刀的薄化和切斷速度的高速化。
亦即，本發明係提供下述外周切刀及其製造方法。
請求項1：
一種外周切刀，其特徵在於：在外徑80~200mm、厚度0.1~1.0mm、內孔直徑30~80mm之超硬合金製的環狀且有孔的圓形薄板所構成的底板的外周部，使用楊氏模數0.7×1011 ~4.0×1011 Pa的金屬結合材來保持鑽石磨粒、cBN磨粒或是鑽石磨粒和cBN磨粒的混合磨粒，而且該磨粒和金屬結合材所構成的切刀部的厚度比上述底板厚度厚0.01mm以上。
請求項2：
如請求項1記載的外周切刀，其中，金屬結合材的維氏硬度為100~550，密度為2.5~12g/cm3 。
請求項3：
如請求項1或2記載的外周切刀，其中，金屬結合材，係選自Ni、Fe、Co、Cu、Sn的至少1種的金屬、或是該等金屬當中2種以上所組成的合金、或是該等金屬當中的至少1種和P的合金所構成。
請求項4：
如請求項1~3中任一項記載的外周切刀，其中，金屬結合材係藉由電沉積法，結合鑽石磨粒、cBN磨粒或是鑽石磨粒和cBN磨粒的混合磨粒而在底板外周部析出，藉此來形成切刀部。
請求項5：
如請求項4記載的外周切刀，其中，電沉積析出於底板的金屬結合材的內部殘留應力為-2×108 Pa~2×108 Pa。
請求項6：
如請求項1~3中任一項記載的外周切刀，其中，金屬結合材，係藉由焊接法來結合鑽石磨粒、cBN磨粒或是鑽石磨粒和cBN磨粒的混合磨粒而固接於底板外周部，藉此來形成切刀部。
請求項7：一種外周切刀之製造方法，其特徵在於：係在外徑80~200mm、厚度0.1~1.0mm、內孔直徑30~80mm之超硬合金製的環狀且有孔的圓形薄板所構成的底板的外周部，藉由電沉積法，結合鑽石磨粒、cBN磨粒或是鑽石磨粒和cBN磨粒的混合磨粒且以其電沉積厚度比上述底板厚度厚0.01mm以上的方式析出楊氏模數0.7×1011 ~4.0×1011 Pa的金屬結合材，藉此來形成切刀部。
請求項8：
如請求項7記載的外周切刀之製造方法，其中，電沉積析出於底板的金屬結合材的內部殘留應力為-2×108 Pa~2×108 Pa。
請求項9：
一種外周切刀之製造方法，其特徵在於：係在外徑80~200mm、厚度0.1~1.0mm、內孔直徑30~80mm之超硬合金製的環狀且有孔的圖形薄板所構成的底板的外周部，藉由焊接法，結合鑽石磨粒、cBN磨粒或是鑽石磨粒和cBN磨粒的混合磨粒且以其焊接厚度比上述底板厚度厚0.01mm以上的方式焊接楊氏模數0.7×1011 ~4.0×1011 Pa的金屬結合材，藉此來形成切刀部。
請求項10：
如請求項7~9中任一項記載的外周切刀之製造方法，其中，金屬結合材的維氏硬度為100~550，密度為2.5~12g/cm3 。
請求項11：
如請求項7~10中任一項記載的外周切刀之製造方法，其中，金屬結合材，係選自Ni、Fe、Co、Cu、Sn的至少1種的金屬、或是該等金屬當中2種以上所組成的合金、或是該等金屬當中的至少1種和P的合金所構成。
詳而言之，如上述般，習知的稀土族燒結磁鐵的切斷用外周切刀，是使用所謂樹脂結合鑽石磨粒外周切刀(將鑽石磨粒用酚樹脂等來固定)，但為了實現稀土族燒結磁鐵的加工良率的提高和加工的低成本化，是要求外周切刀的薄化及切斷速度的高速化。
為了因應該要求，在本發明是著眼於用來將磨粒保持於超硬底板外周部的結合材，外周切刀係由：作為基板的超硬底板部以及用來保持磨粒的切刀部所構成。切刀部係由：作為磨粒的鑽石磨粒、cBN磨粒或是鑽石磨粒和cBN磨粒的混合磨粒、以及用來將其等結合於底板之結合材所構成。結合材，係用來保持磨粒並維持和底板的結合，而且能承受切斷時的旋轉力和研磨阻力，以完成被切削物的切斷。
接著說明結合材的形態及其作用，結合材的一大重點，是使所形成的切刀在底板的外周部挾持底板的外緣。又關於切刀部的構造，其挾持底板外緣的部分，依被切斷物的材質和切斷目的，可以是混合存在著結合材和磨粒之磨粒層，也可以是結合材單獨的存在著。結果，切刀部的厚度變得比底板更厚。採用這種形狀有2個意義，其一是使結合材和底板的接觸面積變大，而能進行強力的把持。若採用僅接觸底板端面的形狀，結合材對於底板無法獲得良好的接著力，而容易和底板分離。藉由以挾持底板的方式接觸可增加接觸面積，而在底板和結合材間發揮強的結合力。
另一個作用，是容易除去磨削液和切斷殘渣。切刀部比底板更厚是指，在切刀部通過的部位，在底板和被切削物(磁鐵)之間存在著間隙。該間隙，對於切斷加工是極重要的。其理由在於，磨削液會進入該間隙部，而將在底板和切刀之間產生的摩擦熱除去，而且會成為讓切削粉的殘渣隨著磨削液流走的路徑。若不存在該間隙，切削後的殘渣會夾在切刀和磁鐵之間而產生很大的摩擦，且切削液到不了刀口而無法奪走摩擦熱，將造成切斷無法繼續進行。
關於結合材的硬度也必須加以注意。若鑽石或cBN的角部變圓而使切削阻力變大，受到外力會造成鑽石或cBN磨粒的脫落。在該等磨粒消失的部分，必須藉由被切削物的稀土族燒結磁鐵來削去結合材，以讓埋在下部的磨粒浮出。當磨粒脫落或是完全磿耗時切刀的表面變成只有結合材存在，因此必須將該磨粒消失的部分的結合材削去。只要被切削物能將結合材削去，就會從下方自動產生新的磨粒。若反覆進行此循環，即可自動地進行切口鋒利的切刀的再生。
本發明，係有鑑於上述般之外周切刀的切刀部的結合材所必要的各種特性，進行開發而獲得高性能的切刀。
亦即，藉由提昇切刀部所使用的結合材的機械性質，可提昇外周切刀整體的機械強度，而獲得高性能且高強度的切刀。習知所普遍進行的使用酚樹脂等的樹脂結合，由於是使用樹脂或是塑膠，其本身的機械強度無法做任何的期待。取代樹脂或塑膠，而是使用機械強度優異的單一金屬或是金屬合金作為結合材來形成切刀部，藉此提昇切刀部的機械性質同時能補強底板的強度，而實現出機械剛性獲得改良之高性能的外周切刀。
在前述專利文獻1~3，雖有局部電沉積及金屬結合材的相關敘述，但完全沒有提到其必要的機械性質和效果。如本發明所示之提高底板外周部的切刀部的機械強度的理由在於，該切刀部是和被切削物直接接觸，且是必須比底板厚的部分，因此要對底板進行機械補強時補強該切刀部是最有效的。以包圍底板外周的方式用較厚的金屬材料來進行補強，關於底板整體的機械特性的提昇方面，是極為有效的方法。
藉由使用本發明所提供的外周切刀，可實施切斷精度高且切斷加工損耗少的切斷，而能謀求加工良率的提昇及加工的低成本化。
本發明之外周切刀，例如第1圖所示，係在超硬合金製的環狀且有孔的圓形薄板(圓形環狀薄板)所構成的底板10的外周部，使用金屬結合材來結合鑽石磨粒、cBN磨粒或是鑽石磨粒和cBN磨粒的混合磨粒，以形成由該磨粒和上述金屬結合材所構成的切刀部20。
在此，上述底板(圓形環狀薄板)10的外徑為80~200mm，較佳為100~180mm，厚度為0.1~1.0mm，較佳為0.2~0.8mm，內孔12的直徑為30~80mm，較佳為40~70mm。
用來構成底板的超硬合金較佳為，將WC、TiC、MoC、NbC、TaC、Cr3 C2 等的屬於週期表IVB、VB、VIB族的金屬的碳化物粉末使用Fe、Co、Ni、Mo、Cu、Pb、Sn或是其等的合金進行燒結結合而構成的合金，其等當中更佳為使用WC-Co系、WC-Ti系、C-Co系、WC-TiC-TaC-Co系等的代表性者。在這些超硬合金，較佳為具有可進行電鍍之導電性，或是能利用鈀觸媒等來賦予導電性。關於利用鈀觸媒等來賦予導電性，例如可使用公知的應用於對ABS樹脂進行電鍍的情況等之導電化處理劑等。
在本發明，用來形成切刀部20的金屬結合材的楊氏模數為0.7×1011 ~4.0×1011 Pa，較佳為0.8×1011 ~3.6×1011 Pa。
若結合材的楊氏模數未達0.7×1011 Pa，受到高速切斷時的切削阻力，切刀部會彎折而在切斷面發生彎曲和起伏。另外，在楊氏模數超過4.0×1011 Pa的情況，和底板同樣地變形會變少而適於進行高精度切斷，但由於結合材的硬度變高，在磨粒完全磨耗或脫落的情況，基於前述的理由，無法進行切刀的再生，而造成切斷性能變差。
再者，楊氏模數的測定，是將結合材單獨成形為既定的尺寸後，加工成測定用尺寸的試料，再在恆溫室利用共振法進行測定。
結合材的維氏硬度宜為100~550，密度宜為2.5~12g/cm3 。此乃基於，稀土族燒結磁鐵的維氏硬度為600~800左右，藉由使用硬度比被切削物(稀土族燒結磁鐵)更小的結合材來形成切刀部，按照需要可藉由稀土族燒結磁鐵來削去結合材，以進行磨石的自動生成。關於結合材的密度，是和維氏硬度有相關性，若未達2.5g/cm3 ，由於比起磨粒的鑽石、cBN的密度會變得過小，磨粒的保持強度會降低而造成磨粒脫落，又若大於12g/cm3 ，由於變得和底板(超硬合金)的密度相同或是更大，切刀部的保持強度降低而會發生切刀部的損傷或脫落。
關於維氏硬度的測定，由於試料厚度很薄，為了儘量除去厚度影響而使用市售的維氏微硬度計來進行。
作為上述金屬結合材，可使用選自Ni、Fe、Co、Cu、Sn之至少1種的金屬，或是該等金屬的2種以上的合金，或是該等金屬和P的合金。
另外，作為要固定的磨粒，可使用鑽石(天然鑽石、工業用合成鑽石)磨粒、cBN(立方晶系氮化硼)磨粒、或是鑽石磨粒和cBN磨粒的混合磨粒。
磨粒的大小，雖與要接合的底板的厚度有關，但平均粒徑宜為10~500μm。若平均粒徑未達10μm，由於磨粒和磨粒的間隙變少，切斷中容易發生堵塞而造成切斷能力變差，若平均粒徑超過500μm，可能發生磁鐵的切斷面變粗等的不良情形。
切刀部20中的磨粒體積率為10~80體積%，較佳為15~75積體%的範圍。未達10體積%時，有助於切斷之磨粒的比例變少，超過80積體%時，切斷中的堵塞情形增多，這些情況都會造成切斷時的阻力增加，而不得不減緩切斷速度，因此是按照目的來混合磨粒以外的物質以調整體積率。
再者，如第1(C)圖所示，切刀部20是形成挾持底板10的前端部，且比底板10的前端部更往前突出，切刀部20的厚度是比底板10的厚度更厚。
這時，切刀部20之用來挾持底板10前端部的一對挾持部22a、22b的長度分別為0.1~10mm，較佳為0.5~5mm。又這一對挾持部22a、22b的厚度T3，分別為5μm(0.005mm)以上，較佳為5~2000μm，更佳為10~1000μm，因此這一對挾持部22a、22b的合計厚度(亦即切刀部20之比底板10更厚的部分的厚度)為0.01mm以上，較佳為0.01~4mm，更佳為0.02~2mm。若挾持部22a、22b的長度H1未達0.1mm，雖可有效防止底板端部發生缺口和裂開，但其對超硬合金底板的補強效果不佳，可能無法防止切斷時的阻力造成超硬合金底板的變形。另外，在H1超過10mm的情況，針對超硬合金底板的補強，其成本效益(cost performance)可能變差。另一方面，若T3未達5μm，可能無法提昇底板的機械強度，且變得無法有效排出切斷殘渣。在底板外周部，基於防止作業中的損傷或裂開以及提高電沉積強度的目的，可實施去角處理、凹口處理或是兩者一起實施。去角處理，可為C去角或是R去角等，是按照狀況來做適當的設定。又凹口處理，可為三角形或是矩形的凹凸，是按照底板厚度或是磨粒層高度等的狀況來做適當的設定。
另外，如第1(C)(D)(E)圖所示，挾持部22a、22b可由金屬結合材24和磨粒26所形成[第1(C)圖]，亦可由金屬結合材24單獨來形成[第1(D)圖]，亦可僅用金屬結合材24來覆蓋底板10，再以被覆於其上方的方式形成金屬結合材24和磨粒26的層[第1(E)圖]。
另一方面，切刀部20之比底板10更往前突出的突出部28的突出長度(第1圖的H2)，雖是取決於要固定的磨粒的大小，但宜為0.1~10mm，更佳為0.3~8mm。若突出長度未達0.1mm，受到切斷時的衝擊和磨耗而造成切刀部消失的時間變短，結果導致切刀的壽命變短；若超過10mm，雖取決於切刀厚度(第1圖的T2)，但切刀部容易發生變形，切斷面可能發生起伏而導致被切斷的磁鐵的尺寸精度變差。再者，突出部28是由金屬結合材24和磨粒26所形成。
將上述結合材形成於底板外周部的方法，可採用電沉積法(電鍍法)或是焊接法。讓選自Ni、Fe、Co、Cu、Sn的至少1種以上的金屬、或是該等金屬的合金、或是該等金屬和P的合金，藉由電沉積法或焊接法在超硬合金底板上和磨粒結合。
利用鍍敷來形成結合材的方法，大致上區分成電沉積法(電鍍法)和無電解鍍敷法合計2種，在本發明，有鑑於以下的事由，現在是採用殘留於結合材的內部應力容易控制且生產成本低的電沉積法。
在此的電鍍法，可使用能析出上述單一金屬或合金的習知公知的電鍍液，且採用該電鍍液之通常的電鍍條件而依據公知的方法來進行。
另外，在如此般藉由電鍍來析出金屬結合材的情況，關於利用該金屬結合材來結合上述磨粒而使其保持於底板上的方法，除了能採用使用複合電鍍液(讓磨粒分散於電鍍液中)而同時進行金屬析出及磨粒共析出之複合電鍍法以外，還能採用以下的方法。
i.在底板前端部的既定部位塗布導電性黏著劑以將磨粒施以固定後，進行電鍍。
ii.將和導電性黏著劑混合在一起的磨粒塗布於底板前端部的既定部位後，進行電鍍。
iii.用設有些微空間(相當於磨粒層部分)的治具挾持底板後，在該空間充填磨粒，利用磨粒和治具和底板之間產生的摩擦力來保持磨粒的狀態下，進行電鍍。
iv.將藉由鍍敷或濺鍍等來被覆Ni等的磁性體的磨粒，利用磁力吸附於底板前端部，在此狀態下進行電鍍。讓底板感應磁力的方法包括：公知的方法(日本特開平7-207254號公報)、在用來挾持底板的治具內設置永久磁鐵而將底板施以磁化的方法。
v.將用Ni或Cu等的有延展性的金屬被覆後的磨粒單獨或是和金屬粉混合後，配置於底板前端部後放入模具，施以加壓而將其固定住。
再者，關於磨粒，為了提高藉由電鍍來固定時的接合強度，可採用預先經由無電解鍍Cu或是無電解鍍Ni等進行被覆的。
在本發明，在藉由上述電沉積法來析出金屬結合材的情況，所析出的電鍍金屬的應力宜為-2×108 Pa(壓縮應力)~+2×108 Pa(拉伸應力)，更佳為-1.8×108 Pa~+1.8×108 Pa。這時，要直接測定出電沉積賦予超硬底板的應力會有困難。於是，以和在超硬底板外周部進行析出的電鍍條件相同的條件，例如在市售的板條(strip)電沉積應力計用的測試條、或是螺旋應力計(SPIRAL CONTRACT METER)所使用的內部應力測定用的測試片進行電鍍析出而測定電鍍皮膜的析出應力。將其結果和實施例之應用於切斷試驗後的結果進行對比，求取適當的電鍍皮膜的應力範圍，若以負符號代表電鍍皮膜的的壓縮應力、以正符號代表電鍍皮膜的拉伸應力，則其範圍為-2×108 Pa~+2×108 Pa。在電鍍皮膜的應力超出此範圍的情況，應力會造成切刀部或超硬底板發生變形，又受到切斷時的阻力容易發生變形。再者，本發明所說明的電鍍皮膜的應力，在電鍍皮膜欲進行膨脹或收縮的情況，是指電鍍皮膜的膨脹或收縮被要電鍍的對象物抑制所產生的內部應力。
電鍍皮膜的應力，在鍍銅或鍍鎳等的單一金屬，例如電鍍磺胺酸鎳的情況，可將主成分之磺胺酸鎳的濃度、電鍍時的電流密度、電鍍液的溫度控制在適當範圍，且添加鄰苯磺醯亞胺、對甲苯磺胺酸等的有機添加物，或是添加Zn、S等的元素，藉此來調節應力。除此外，在實施Ni-Fe合金、Ni-Mn合金、Ni-P合金、Ni-Co合金、Ni-Sn合金等的合金電鍍的情況，可將合金中的Fe、Mn、P、Co、Sn的含量、電鍍液的溫度等控制在適當範圍內，以進行應力的調節。當然，在這些合金電鍍的情況，併用能調節應力的有機添加物也是有效的。
以下例示出適當的電鍍液。
‧磺胺酸鎳電鍍液
磺胺酸鎳　100~600g/L
硫酸鎳　50~250g/L
氯化鎳　5~70g/L
硼酸　30~40g/L
鄰苯磺醯亞胺　適量
‧磺胺酸鎳‧鈷合金電鍍液
磺胺酸鎳　250~600g/L
氯化鈷　2~10g/L
硼酸　30~40g/L
鄰苯磺醯亞胺　適量
‧瓦特浴型鎳‧鐵合金電鍍液
硫酸鎳　50~200g/L
氯化鎳　20~100g/L
硫酸鐵　5~20g/L
硼酸　30~40g/L
抗壞血酸鈉　適量
鄰苯磺醯亞胺　適量
‧瓦特浴型鎳‧磷合金電鍍液
硫酸鎳　50~200g/L
氯化鎳　20~100g/L
正磷酸　10~80g/L
亞磷酸　1~30g/L
鄰苯磺醯亞胺　適量
‧焦磷酸銅電鍍液
焦磷酸銅　30~150g/L
焦磷酸鉀　100~450g/L
氨水　1~20ml/L
硝酸鉀　5~20g/L
另外，在藉由焊接來形成結合材的情況，是預先將焊料和磨粒混合後，塗布在底板的前端部分，或是和底板一起放入模具後藉由加壓而固定在底板前端部分。再者，為了提高磨粒層和底板的結合強度，或是為了抑制焊接時的變形所造成之底板的彎折起伏，可在底板的外周部，藉由電沉積法來析出金屬結合材以作為焊接基底。
焊料必須對超硬合金具有濕潤性，又若焊料的熔點在1300℃以下，較佳為1100℃以下，即可抑制底板的變形和強度降低。
依據以上的方法，可同時實現出：將鑽石磨粒、cBN磨粒或是鑽石磨粒和cBN磨粒的混合磨粒形成在超硬合金底板的外周部，以及提高薄板化的底板的機械強度。關於底板的尺寸，為了製作出高精度的底板且能長期以良好的尺寸精度來穩定地切斷稀土族燒結磁鐵，宜為厚度在0.1~1mm的範圍，外徑Φ200mm以下。若厚度未達0.1mm，不論外徑為何，都容易發生很大的彎曲而難以製作出高精度的底板，又若超過1mm，切斷加工損耗變大，並不符合本發明的主旨。又將外徑設定在Φ200mm以下的理由在於：這是根據現行的超硬合金的製造技術及加工技術所能製作出的尺寸。關於內孔的直徑，為了配合加工機的切刀安裝軸的粗細而設定成Φ30~Φ80mm。
使用本發明的外周切刀來進行切斷的情況，作為被切斷物，宜使用R-Co系的稀土族燒結磁鐵和R-Fe-B系的稀土族燒結磁鐵(R是包含Y之稀土族元素當中的至少1種)，這些磁鐵是如以下所說明般製造出。
R-Co系的稀土族燒結磁鐵包含RCo5 系、R2 Co17 系。其中，例如R2 Col7 系，以質量百分率計，是由20~28%的R、5~30%的Fe、3~10%的Cu、1~5%的Zr、剩餘部的Co所組成。以前述成分比將原料秤量後，經由熔解、鑄造後，將獲得的合金微粉碎成平均粒徑1~20μm而製得R2 Co17 系磁鐵粉末。然後在磁場中進行成形，接著以1100~1250℃燒結0.5~5小時，接著用比燒結溫度低0~50℃的溫度進行0.5~5小時的固溶化，最後在700~950℃保持一定時間後將其冷卻(實施時效處理)。
R-Fe-B系的稀土族燒結磁鐵，以質量百分率計，是由5~40%的R、50~90%的Fe、0.2~8%的B所組成，為了改善磁特性及耐蝕性，可添加C、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Sn、Hf、Ta、W等的添加元素。這些添加元素的添加量，在Co的情況為質量百分率30%以下，其他元素的情況為質量百分率8%以下。以前述成分比將原料秤量後，經由熔解、鑄造後，將獲得的合金微粉碎成平均粒徑1~20μm而製得R-Fe-B系磁鐵粉末。然後在磁場中進行成形，接著以1000~1200℃燒結0.5~5小時，接著在400~1000℃保持一定時間後將其冷卻(實施時效處理)。
[實施例]
以下顯示實施例及比較例來更具體的說明本發明，但本發明並不限於下述的實施例。
又在以下的例子，結合材的楊氏模數、維氏硬度、電鍍應力，具體而言是採用以下的方法來進行。
(楊氏模數)
在超硬底板上析出厚度2mm左右的結合材後，將結合材剝離，藉由機械加工將該結合材的尺寸調整成10×40×t1mm左右。將該等的試料片依據JIS R1605彎曲共振法進行測定。
(維氏硬度)
將進行楊氏模數測定後的試料片，依JIS R1610維氏硬度試驗法，使用維氏微硬度計進行測定。
(電鍍應力)
在板條電沉積應力測定用的測試板條上析出厚度50μm左右的結合材，測定其電鍍應力。
[實施例1]
以質量百分率計，將WC90%、Co10%的超硬合金加工成外徑Φ125mm×內徑Φ40mm×底板厚0.3mm的環狀且有孔的圓板而作成底板。用膠帶將該底板遮蔽成僅有從外周端起算往內側1.5mm的部分露出，用市售的鹼性脫脂水溶液於40℃浸漬10分鐘後，經由水洗，在50℃的焦磷酸鈉30~80g/L的水溶液中以電流量2~8A/dm2 通電的狀態下進行電解。將超硬合金底板在純水中進行超音波洗淨後，用電鍍用的治具來挾持超硬合金底板，將預先實施鍍鎳後的平均粒徑130μm的鑽石磨粒依上述iv的方法配置成接觸超硬合金底板外周部，在50℃的磺胺酸鎳電鍍液中以5~20A/dm2 的範圍之不同的電流量通電而進行電鍍後，經由水洗，將其從治具取出，用研磨機加工成切刀厚0.4mm，獲得內部殘留應力不同的3種的稀土族燒結磁鐵用電沉積磨粒外周切刀。第2圖係顯示第1(D)圖所示態樣的切刀部的外觀相片。10代表超硬合金底板，24代表結合材所構成的層，24,26代表結合材和磨粒所構成的層。結合材的楊氏模數為2.0×1011 Pa，維氏硬度為Hv318，密度為8.8g/cm3 ，內部殘留應力為-1.4×108 Pa、0.53×108 Pa、2.0×108 Pa。
[實施例2]
以質量百分率計，將WC90%、Co10%的超硬合金加工成外徑Φ125mm×內徑Φ40mm×底板厚0.3mm的環狀且有孔的圓板而作成底板。用膠帶將該底板遮蔽成僅有從外周端起算往內側1.5mm的部分露出，用市售的鹼性脫脂水溶液於40℃浸漬10分鐘後，經由水洗，在50℃的焦磷酸鈉30~80g/L的水溶液中以電流量2~8A/dm2 通電的狀態下進行電解。將超硬合金底板在純水中進行超音波洗淨後，用電鍍用的治具來挾持超硬合金底板，將預先實施鍍鎳後的平均粒徑130μm的cBN磨粒依上述iv的方法配置成接觸超硬合金底板外周部，在50℃的磺胺酸鎳電鍍液中以5~20A/dm2 的電流量通電而進行電鍍後，經由水洗，將其從治具取出，用研磨機加工成切刀厚0.4mm，獲得稀土族燒結磁鐵用電沉積磨粒外周切刀。結合材的楊氏模數為2.0×1011 Pa，維氏硬度為Hv318，密度為8.8g/cm3 ，內部殘留應力為0.5×108 Pa。
[實施例3]
以質量百分率計，將WC90%、Co10%的超硬合金加工成外徑Φ125mm×內徑Φ40mm×底板厚0.3mm的環狀且有孔的圓板而作成底板。用膠帶將該底板遮蔽成僅有從外周端起算往內側1.5mm的部分露出，用市售的鹼性脫脂水溶液於40℃浸漬10分鐘後，經由水洗，在50℃的焦磷酸鈉30~80g/L的水溶液中以電流量2~8A/dm2 通電的狀態下進行電解。將超硬合金底板在純水中進行超音波洗淨後，用電鍍用的治具來挾持超硬合金底板，和實施例1同樣的將預先實施鍍鎳後的平均粒徑130μm的鑽石磨粒配置成接觸超硬合金底板外周部，在50℃的磺胺酸鎳‧鈷合金電鍍液中以5~20A/dm2 的電流量通電而進行電鍍後，經由水洗，將其從治具取出，用研磨機加工成切刀厚0.4mm，獲得稀土族燒結磁鐵用電沉積磨粒外周切刀。結合材的楊氏模數為2.4×1011 Pa，維氏硬度為Hv480，密度為8.8g/cm3 ，內部殘留應力為4.6×107 Pa。
[實施例4]
以質量百分率計，將WC90%、Co10%的超硬合金加工成外徑Φ125mm×內徑Φ40mm×底板厚0.3mm的環狀且有孔的圓板而作成底板。用膠帶將該底板遮蔽成僅有從外周端起算往內側1.5mm的部分露出，用市售的鹼性脫脂水溶液於40℃浸漬10分鐘後，經由水洗，在50℃的焦磷酸鈉30~80g/L的水溶液中以電流量2~8A/dm2 通電的狀態下進行電解。將超硬合金底板在純水中進行超音波洗淨後，用電鍍用的治具來挾持超硬合金底板，和實施例1同樣的將預先實施鍍鎳後的平均粒徑130μm的鑽石磨粒配置成接觸超硬合金底板外周部，在60℃的瓦特浴型的鎳‧鐵合金電鍍液中以5~20A/dm2 的範圍的不同電流量通電而進行電鍍後，經由水洗，將其從治具取出，用研磨機加工成切刀厚0.4mm，獲得內部殘留應力不同的2種稀土族燒結磁鐵用電沉積磨粒外周切刀。結合材的楊氏模數為1.4×1011 Pa，維氏硬度為Hv422，密度為8.7g/cm3 ，內部殘留應力為-0.5×108 Pa、1.5×108 Pa。
[實施例5]
以質量百分率計，將WC90%、Co10%的超硬合金加工成外徑Φ125mm×內徑Φ40mm×底板厚0.3mm的環狀且有孔的圓板而作成底板。用膠帶將該底板遮蔽成僅有從外周端起算往內側1.5mm的部分露出，用市售的鹼性脫脂水溶液於40℃浸漬10分鐘後，經由水洗，在50℃的焦磷酸鈉30~80g/L的水溶液中以電流量2~8A/dm2 通電的狀態下進行電解。將超硬合金底板在純水中進行超音波洗淨後，用電鍍用的治具來挾持超硬合金底板，和實施例1同樣的將預先實施鍍鎳後的平均粒徑130μm的鑽石磨粒配置成接觸超硬合金底板外周部，在60℃的不同組成的瓦特浴型的鎳‧磷合金電鍍液中以5~20A/dm2 的電流量通電而進行電鍍後，經由水洗，將其從治具取出，用研磨機加工成切刀厚0.4mm，獲得維氏硬度不同的2種稀土族燒結磁鐵用電沉積磨粒外周切刀。結合材的楊氏模數為2.1×1011 Pa ，維氏硬度為Hv440、Hv528，密度為8.8g/cm3 ，內部殘留應力為0.9×107 Pa。
[實施例6]
以質量百分率計，將WC90%、Co10%的超硬合金加工成外徑Φ125mm×內徑Φ40mm×底板厚0.3mm的環狀且有孔的圓板而作成底板。用膠帶將該底板遮蔽成僅有從外周端起算往內側1.5mm的部分露出，用市售的鹼性脫脂水溶液於40℃浸漬10分鐘後，經由水洗，在50℃的焦磷酸鈉30~80g/L的水溶液中以電流量2~8A/dm2 通電的狀態下進行電解。將超硬合金底板在純水中進行超音波洗淨後，用電鍍用的治具來挾持超硬合金底板，和實施例1同樣的將預先實施鍍鎳後的平均粒徑130μm的鑽石磨粒配置成接觸超硬合金底板外周部，在50℃的焦磷酸銅電鍍液中以5~20A/dm2 的電流量通電而進行電鍍後，經由水洗，將其從治具取出，用研磨機加工成切刀厚0.4mm，獲得稀土族燒結磁鐵用電沉積磨粒外周切刀。結合材的楊氏模數為1.1×1011 Pa，維氏硬度為Hv150，密度為8.8g/cm3 ，內部殘留應力為0.5×107 Pa。
[比較例1]
以質量百分率計，將WC90%、Co10%的超硬合金加工成外徑Φ125mm×內徑Φ40mm×底板厚0.3mm的環狀且有孔的圓板而作成底板。將該底板放入模具中，將結合材(酚樹脂粉末)和平均粒徑130μm的鑽石磨粒以磨粒體積率成為25%(磨粒25%，樹脂75%)的方式混合後充填於模具的外周部，進行加壓成形，保持放在模具的狀態下以180℃進行2小時的加熱硬化。冷卻後從模具取出，用研磨機精加工成切刀厚度0.4mm後，獲得樹脂結合超硬合金外周切刀。結合材的楊氏模數為3.0×109 Pa，維氏硬度為Hv50，密度為4.3g/cm3 。
[比較例2]
以質量百分率計，將WC90%、Co10%的超硬合金加工成外徑Φ125mm×內徑Φ40mm×底板厚0.3mm的環狀且有孔的圓板而作成底板。將該底板放入模具中，將結合材(WC粉末及Co粉末)和平均粒徑130μm的鑽石磨粒以磨粒體積率成為25%(磨粒25%，結合材75%)的方式混合後充填於模具的外周部，進行加壓成形後從模具取出，調整其厚度。接著，在氬環境氣氛下進行熱處理後，用研磨機精加工成切刀厚度0.4mm後，獲得燒結超硬合金外周切刀。結合材的楊氏模數為5.1×1011 Pa，維氏硬度為Hv687，密度為13.1g/cm3 。
將實施例1~6及比較例1、2所製作出的各外周切刀和相同製法所製作出的外周切刀合計2片，做成間隔1.5mm的多片外周切刀，將該多片外周切刀用磨石修整成磨粒跑出的狀態後，以旋轉數5000rpm使用W40mm×L1OOmm×H20mm的Nd-Fe-B系稀土族燒結磁鐵作為被切斷物而進行切斷試驗。
第3圖顯示出，從開始使用起，以10mm/min的切斷速度切斷50片後，將切斷速度改變成10mm/min~35mm/min的情況的磁鐵各5片，用測微計測定每1片的中央部1點及角部4點合計5點的厚度，以每1片的5點當中的最大值和最小值的差值作為切斷精度(μm)，將5片的切斷精度取平均值並記載於圖中。
第4、5、6圖顯示出，對於以速度30mm/min切斷時的磁鐵各5片，用測微計測定每1片的中央部1點及角部4點合計5點的厚度，以每1片的5點當中的最大值和最小值的差值作為切斷精度(μm)，將5片的切斷精度取平均值並記載於圖中。
第3圖係針對切斷速度和切斷精度，將實施例1~6和比較例1進行對比。比較例隨著切斷速度提高其切斷精度值明顯變大，在實施例雖有若干的差異，但其切斷精度都在60μm以下，可知就算是在高速切斷下仍能抑制尺寸不均一。
第4圖係針對結合材的楊氏模數(彈性模數)和切斷精度，將實施例1~6和比較例1、2的結果彙整而得的圖。比較例1的切斷精度為150μm以上，比較例2的切斷精度接近250μm，都超過可容許的切斷精度(100μm)，實施例1~6都在切斷精度100μm以下，而呈現良好的數值。另外，圖中的虛線代表從這些點算出的回歸線，根據該回歸線可推測出切斷精度良好的楊氏模數的範圍為0.7×1011 Pa~4.0×1011 Pa。
第5圖係針對結合材的維氏硬度和切斷精度，將實施例1~6和比較例1、2的結果彙整而得的圖。比較例1的切斷精度為150μm以上，實施例1~6都在切斷精度100μm以下，而呈現良好的尺寸均一性。根據圖中的回歸線可推測出切斷精度成為100μm以下的維氏硬度範圍大致為Hv100~Hv550。
第6圖係針對結合材的內部應力和切斷精度，將實施例1~6的結果彙整而得的圖。根據圖中的回歸線可推測出，和上述同樣的切斷精度成為100μm以下的範圍為-2.0×108 Pa~2.0×108 Pa。
經由上述說明可確認出，依據本發明可提高切刀部的機械強度且能提昇外周切刀整體的機械剛性，結果，即使將切刀部薄化也只會造成些微的高速切斷時的切斷精度降低。
10．．．底板
20．．．切刀部
22a、22b．．．挾持部
24．．．金屬結合材
26．．．磨粒
28．．．突出部
第1圖係顯示本發明的外周切刀的構造，(A)為俯視圖，(B)為B-B線的截面圖，(C)(D)(E)為外周切刀的外周端部放大圖。
第2圖係顯示實施例1所製作的電沉積磨粒外周切刀的切刀部外觀相片。
第3圖係針對實施例1的內部殘留應力0.53×107 Pa的電沉積磨粒外周切刀、實施例2、3、實施例4的內部殘留應力1.5×108 Pa的電沉積磨粒外周切刀、實施例5的維氏硬度Hv440的電沉積磨粒外周切刀、實施例6及比較例1，顯示切斷精度和切斷速度的關係。
第4圖係針對實施例1~6及比較例1、2，顯示切斷精度和楊氏模數(彈性模數)的關係。
第5圖係針對實施例1~6及比較例1、2，顯示切斷精度和維氏硬度的關係。
第6圖係針對實施例1~6，顯示切斷精度和內部應力的關係。
10．．．底板
12．．．內孔
20．．．切刀部
22a、22b．．．挾持部
24．．．金屬結合材
26．．．磨粒
28．．．突出部

Claims (6)

  1. 一種外周切刀，其特徵在於：在外徑80~200mm、厚度0.1~1.0mm、內孔直徑30~80mm之超硬合金製的環狀且有孔的圓形薄板所構成的底板的外周部，楊氏模數0.7×1011 ~4.0×1011 Pa的金屬結合材係藉由電沉積法，結合鑽石磨粒、cBN磨粒或是鑽石磨粒和cBN磨粒的混合磨粒而在底板外周部析出，藉此來形成切刀部，並且電沉積析出於底板的金屬結合材的內部殘留應力為-2×108 Pa~2×108 Pa；而且磨粒和金屬結合材所構成的切刀部的厚度比上述底板厚度厚0.01mm以上。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的外周切刀，其中，金屬結合材的維氏硬度為100~550，密度為2.5~12g/cm3 。
  3. 如申請專利範圍第1或2項記載的外周切刀，其中，金屬結合材，係選自Ni、Fe、Co、Cu、Sn的至少1種的金屬、或是該等金屬當中2種以上所組成的合金、或是該等金屬當中的至少1種和P的合金所構成。
  4. 一種外周切刀之製造方法，其特徵在於：係在外徑80~200mm、厚度0.1~1.0mm、內孔直徑30~80mm之超硬合金製的環狀且有孔的圓形薄板所構成的底板的外周部，藉由電沉積法，結合鑽石磨粒、cBN磨粒或是鑽石磨粒和cBN磨粒的混合磨粒，並且電沉積析出於底板的金屬結合材的內部殘留應力為-2×108 Pa~2×108 Pa；且以其電沉積厚度比上述底板厚度厚0.01mm以上的方式析出楊氏模數0.7×1011 ~4.0×1011 Pa的金屬結合材，藉此來形成切刀部。
  5. 如申請專利範圍第4項記載的外周切刀之製造方法，其中，金屬結合材的維氏硬度為100~550，密度為2.5~12g/cm3 。
  6. 如申請專利範圍第4或5項記載的外周切刀之製造方法，其中，金屬結合材，係選自Ni、Fe、Co、Cu、Sn的至少1種的金屬、或是該等金屬當中2種以上所組成的合金、或是該等金屬當中的至少1種和P的合金所構成。
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