TWI635931B - Super abrasive wheel - Google Patents

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TWI635931B
TWI635931B TW105140363A TW105140363A TWI635931B TW I635931 B TWI635931 B TW I635931B TW 105140363 A TW105140363 A TW 105140363A TW 105140363 A TW105140363 A TW 105140363A TW I635931 B TWI635931 B TW I635931B
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中村暢秀
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日商聯合材料股份有限公司
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    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
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Abstract

一種超磨粒輪體係包括：金屬座；以及超磨粒層，被設於金屬座的表面上；超磨粒層係包含鑽石磨粒與CBN磨粒，鑽石磨粒與CBN磨粒係以結合材被單層固定於金屬座上。

Description

超磨粒輪體
本發明係關於一種超磨粒輪體。本申請案係依據2016年3月24日提出申請之日本專利申請之日本特願2016-060379號，而主張優先權。該日本專利申請案所述之全部記載內容，係因為參照而被援用於本專利說明書。更特定地說來，係有關於一種具有鑽石磨粒與CBN(cubic boron nitride)磨粒之超磨粒輪體。
先前，具有鑽石磨粒與CBN磨粒之工具，係例如被開示於日本特開平6-262527號公報(專利文獻1)、日本特開2008-200780號公報(專利文獻2)、日本特開2013-146817號公報(專利文獻3)、日本特開2015-9325號公報(專利文獻4)、日本特開2002-178265號公報(專利文獻5)、日本特開平6-155305號公報(專利文獻6)、日本特開平7-75971號公報(專利文獻7)、日本特開平11-277440號公報(專利文獻8)。
【先行技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開平6-262527號公報
【專利文獻2】日本特開2008-200780號公報
【專利文獻3】日本特開2013-146817號公報
【專利文獻4】日本特開2015-9325號公報
【專利文獻5】日本特開2002-178265號公報
【專利文獻6】日本特開平6-155305號公報
【專利文獻7】日本特開平7-75971號公報
【專利文獻8】日本特開平11-277440號公報
本發明之超磨粒輪體係包括：金屬座；以及超磨粒層，被設於金屬座的表面。超磨粒層係包含鑽石磨粒與CBN磨粒，鑽石磨粒與CBN磨粒係以單層被固定於金屬座上。
在如此構成之超磨粒輪體中，鑽石磨粒與CBN磨粒係以單層被固定於金屬座上，所以，鑽石磨粒與CBN磨粒係彼此互補，藉此，工具壽命變長
在先前之技術中，因為工作物之種類、加工條件及工具規格，有工具壽命變短之問題。
在此，本發明係用於解決上述問題點所研發出者。本發明之目的，在於提供一種工具壽命較長之超磨粒輪體。
當依據本發明時，可提供一種壽命較長之超磨粒輪體。
1‧‧‧超磨粒輪體
10‧‧‧金屬座
15‧‧‧超磨粒層
20‧‧‧鑽石磨粒
30‧‧‧CBN磨粒
40‧‧‧結合材
第1圖係實施形態之超磨粒輪體一部分的剖面圖。
第2圖係表示具有第1圖所示超磨粒層之超磨粒輪體(平 形輪體)全體構成之剖面圖。
首先，列述本發明之實施態樣以說明之。
1.超磨粒輪體1之構成
第1圖係實施形態之超磨粒輪體一部分之剖面圖。如第1圖所示，超磨粒輪體1係包括：金屬座10；以及超磨粒層15，被設於金屬座的表面上。粗磨粒層15係包含超磨粒(鑽石磨粒20與CBN磨粒30)，鑽石磨粒20與CBN磨粒30係以結合材40，被單層固定於金屬座10上。
超磨粒輪體1係被使用於工具鋼、高速鋼、各種合金鋼、淬火鋼等之金屬材料、Ni、Co基超合金及耐熱合金、超硬合金、金屬陶瓷、半導體材料、陶瓷、碳素、橡膠、樹脂、GFRP(Glass fiber reinforced plastics)等各種材料之研磨加工。
金屬座10係用於支撐超磨粒層15之構件。金屬座10係以陶瓷、超硬合金、鋁或鋼等之金屬所構成。金屬座10可藉單一材質來構成，也可藉複數材質來構成。
在鑽石磨粒20之切刃上，主要被認為有磨滅型之磨耗。另外，CBN磨粒30切刃之磨耗，係以破碎型(因為研磨條件而大破碎)磨耗為主體。以結合材40單層固定鑽石磨粒20與CBN磨粒30，藉此，其與僅CBN磨粒30以結合材40被單層固定之情形相比較下，鑽石磨粒20係有效作用，可防止CBN磨粒30之過剩破碎及大破碎。當鑽石磨粒20與CBN磨粒30並非以單層狀態被固定時，很容易產生CBN磨粒30 之過剩微細破碎及大破碎。
最好係鑽石磨粒20及CBN磨粒30以結合材40被單層固定，而且，在主要包含CBN磨粒30之超磨粒輪體1之組織中，散佈鑽石磨粒20之狀態。藉此，可抑制CBN磨粒30之過剩微小破碎及大破碎之產生。結果，被想成可減少輪體之磨耗。最好被添加在CBN磨粒之鑽石磨粒係均勻分散。
本實施形態之超磨粒輪體1，係鑽石磨粒20及CBN磨粒30以結合材40被單層固定之超磨粒輪體。在被加工成需要形狀之鋼、超硬合金、鋁合金等之金屬座10表面，藉電氣電鍍法及化學電鍍法，被固著有鑽石磨粒20及CBN磨粒30。
所謂電氣電鍍法，係在電解液中，將金屬座當作陰極，將鎳板當作陽極，以在電解液中，於兩極間流過適切之電流，在金屬座表面析出鎳層，以固著超磨粒之製造方法。所謂化學電鍍法，係藉包含在電鍍液中之還原劑，還原析出鎳離子，藉此，固著超磨粒之製造方法。其也被稱作無電解電鍍法。
第2圖係表示具有第1圖所示超磨粒層之超磨粒輪體(平形輪體)全體構成之剖面圖。如第2圖所示，超磨粒輪體1的金屬座10係具有輪轂部12。輪轂部12設有貫穿孔11。而且，在第2圖中，超磨粒輪體1係表示成平形輪體，但是，超磨粒輪體1也可以係賦形輪體及蓋形輪體。
2.超磨粒層15中之鑽石磨粒20與CBN磨粒30之平均粒徑比
鑽石磨粒20及CBN磨粒30之平均粒徑之比率((鑽石磨 粒的平均粒徑)/(CBN磨粒的平均粒徑))，最好係50~110%。
如果此比率未滿50%時，鑽石磨粒20變得太小，有無法發揮鑽石磨粒20上述功能之虞。當此比率超過110%時，鑽石磨粒20的平均粒徑變得大於CBN磨粒30，所以，鑽石磨粒20係主要接觸工作物者。結果，有工作物表面變粗之虞。
而且，所謂「有什麼之虞」，係僅表示有變成那樣之可能性，其沒有機率變得很高之意味。
(控制超磨粒平均粒徑之方法)
僅取出既定質量之自磨粒廠家(例如TOMEI鑽石股份有限公司等)所獲得之鑽石磨粒20及CBN磨粒30，以雷射回折式粒度分佈量測裝置(例如島津製作所股份有限公司製之SALD系列)量測，可量測超磨粒(原料)的平均粒徑。使用種種平均粒徑之超磨粒(原料)以製作超磨粒輪體1，藉此，可控制超磨粒輪體1的鑽石磨粒20及CBN磨粒30之平均粒徑。
(量測超磨粒輪體超磨粒的平均粒徑之方法)
在量測完成之超磨粒輪體1的平均粒徑時，以酸等溶解超磨粒層15的結合材40，以取出鑽石磨粒20及CBN磨粒30。當超磨粒輪體1較大時，僅切取既定體積(例如0.5cm3)超磨粒層15，自該部分取出鑽石磨粒20及CBN磨粒30，分別以放大鏡觀察，藉此，分類鑽石磨粒20與CBN磨粒30。以雷射回折式粒度分佈量測裝置(例如島津製作所股份有限公司製，SALD系列)量測磨粒，以量測平均粒徑。
3.超磨粒層15中之鑽石磨粒20與CBN磨粒30之質量比
超磨粒層15中之鑽石磨粒20與CBN磨粒30之質量比，最好係1：99~50：50。如果質量比小於1：99(1/99)時，鑽石磨粒20變少，有無法發揮由鑽石磨粒20所做之上述功能之虞。當質量比超過50：50(50/50)時，鑽石磨粒20變得太多，當工作材係鋼時，鐵與鑽石磨粒20反應，而有輪體磨耗加大之虞。最好質量比係3：97~40：60。
(控制超磨粒質量比之方法)
取出由磨粒廠家(例如TOMEI鑽石股份有限公司等)獲得之鑽石磨粒20及CBN磨粒30，使得成為既定之質量比。此質量比係成為在完成之超磨粒輪體1上之鑽石磨粒20及CBN磨粒30之質量比，所以，在準備原料之階段中，可調整質量比。
(量測超磨粒輪體超磨粒的質量比之方法)
在量測完成之超磨粒輪體1的質量比時，以酸等溶解超磨粒層15的結合材40，以取出鑽石磨粒20及CBN磨粒30。當超磨粒輪體1較大時，僅切取既定體積(例如0.5cm3)之超磨粒層15，自該部分取出鑽石磨粒20及CBN磨粒30，分別以放大鏡觀察，藉此，分類鑽石磨粒20與CBN磨粒30，以可量測質量比。
(鑽石磨粒20與CBN磨粒30之超磨粒層15中之佔有面積率)
在超磨粒層15中，鑽石磨粒20與CBN磨粒30之佔有面 積率，最好係10%~70%。如果佔有面積率未滿10%時，有超磨粒較少而壽命降低之虞。當佔有面積率超過70%時，超磨粒太多而有銳度降低之虞。
在此，所謂佔有面積率，係定義為當自正上方觀察超磨粒層15時，每超磨粒層15之單位面積，例如每1mm2，超磨粒所佔有面積之比例。
當量測鑽石磨粒20與CBN磨粒30之佔有面積率時，首先，自超磨粒層15表面之SEM(scanning electron microscope)觀察，取得影像之電子數據。藉影像解析軟體，分類超磨粒(鑽石磨粒20與CBN磨粒30)與結合材40。以視野的面積除超磨粒的面積，以計算佔有面積率。例如在1000μm×1000μm之視野，以任意三處量測佔有面積率，平均三處之佔有面積率。
4.結合材
結合材40係金屬電鍍或鑞銲材料。金屬電鍍最佳係鎳電鍍，鑞銲材料最佳係銀鑞。
在如此構成之超磨粒輪體1中，鑽石磨粒20與CBN磨粒30，係以結合材40被單層固定在金屬座10上，所以，藉鑽石磨粒20作用在工作物上，可抑制CBN磨粒30之過剩之微小破碎及大破碎。結果，鑽石磨粒20與CBN磨粒30係彼此互補，藉此，工具壽命變長。成為對象之工作物，最好係鐵系金屬及將鐵系金屬當作主成分之合金，尤其，効果較大者係將鎳或鈷當作主成分之超合金及耐熱合金。
〔本發明實施形態之詳細說明〕
(實施例1)
試片號碼1~10之製作：準備鋼製之金屬座。在金屬座的外周部，藉鑞銲材料(Ag-Cu-Ti系)，固著CBN磨粒與鑽石磨粒之混合超磨粒。混合超磨粒的超磨粒層之佔有面積率係當作10%。在鑽石磨粒的平均粒徑係200μm，CBN磨粒的平均粒徑係200μm之情形下，(鑽石磨粒的平均粒徑)/(CBN磨粒的平均粒徑)之比率係當作100%。
試片號碼1~10之實驗條件：輪體之形狀係以JIS B4140(2006)所規定之平形輪體(第2圖)，外徑(D)為ψ200mm、厚度(T)為10mm、寬度(W)為3mm。使用横軸平面研磨機，一邊供給水溶性研磨液，一邊進行研磨加工實驗。工作物係高速鋼。輪體之圓周速度係40m/秒、工作物之速度 係10m/分。
實驗結果：壽命係以直到工作物產生研磨燒痕為止之時間來判定。在「工具壽命」之欄中，表示各工具壽命之評估。壽命之評估「A」，係表示當將試片號碼4之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8以上」。評估「B」係表示當將試片號碼4之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8未滿」。評估「C」係表示當將試片號碼4之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.6未滿」。評估「D」係表示當將試片號碼4之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.4未滿」。
由表1可知：與試片號碼10之CBN輪體相比較下，如果含有鑽石時，壽命則變長。可知最好鑽石磨粒與CBN磨粒之質量比係1：99~50：50，3：97~40：60則更佳。
(實施例2)
試片號碼11~20之製作：準備鋼製之金屬座。藉 鑞銲材料(Ag-Cu-Ti系)，固著CBN磨粒與鑽石磨粒之混合超磨粒到金屬座的外周部上。混合超磨粒超磨粒層之佔有面積率係當作30%。鑽石磨粒之平均粒徑係196μm，CBN磨粒之平均粒徑係200μm，(鑽石磨粒的平均粒徑)/(CBN磨粒的平均粒徑)之比率係當作98%。
試片號碼11~20之實驗條件：與實施例1之試片號碼1~10相同。
實驗結果：壽命係以直到工作物產生研磨燒痕為止之時間來判定。在「工具壽命」之欄中，表示各工具壽命之評估。壽命之評估「A」，係表示當將試片號碼14之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8以上」。評估「B」係表示當將試片號碼14之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8未滿」。評估「C」係表示當將試片號碼14之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.6未滿」。評估「D」係表示當將試片號碼14之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.4未滿」。
由表2可知：與試片號碼20之CBN輪體相比較下，如果含有鑽石時，壽命則變長。可知最好鑽石磨粒與CBN磨粒之質量比係1：99~50：50，3：97~40：60則更佳。
(實施例3)
試片號碼21~30之製作：準備鋼製之金屬座。藉鎳電鍍，固著上述CBN磨粒與鑽石磨粒之混合超磨粒到金屬座的外周部上。混合超磨粒超磨粒層之佔有面積率係當作50%。鑽石磨粒之平均粒徑係196μm，CBN磨粒之平均粒徑係200μm，(鑽石磨粒的平均粒徑)/(CBN磨粒的平均粒徑)之比率係當作98%。
試片號碼21~30之實驗條件：與上述試片號碼1~20相同。
實驗結果：壽命係以直到工作物產生研磨燒痕為止之時間來判定。在「工具壽命」之欄中，表示各工具壽命之評估。壽命之評估「A」，係表示當將試片號碼24之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8以上」。評估「B」係表示當將試片號碼24之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8未滿」。評估「C」係表示當將試片號碼24之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.6未滿」。評估「D」係表示當將試片號碼24之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.4未滿」。
由表3可知：與試片號碼30之CBN輪體相比較下，如果含有鑽石時，壽命則變長。可知最好鑽石磨粒與CBN 磨粒之質量比係1：99~50：50，3：97~40：60則更佳。
(實施例4)
試片號碼31~40之製作：準備鋼製之金屬座。藉鎳電鍍，固著上述CBN磨粒與鑽石磨粒之混合超磨粒到金屬座的外周部上。混合超磨粒超磨粒層之佔有面積率係當作70%。鑽石磨粒之平均粒徑係180μm，CBN磨粒之平均粒徑係200μm，(鑽石磨粒的平均粒徑)/(CBN磨粒的平均粒徑)之比率係當作90%。
試片號碼31~40之實驗條件，係與上述試片號碼1~30相同。
實驗結果：壽命係以直到工作物產生研磨燒痕為止之時間來判定。在「工具壽命」之欄中，表示各工具壽命之評估。壽 命之評估「A」，係表示當將試片號碼34之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8以上」。評估「B」係表示當將試片號碼34之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8未滿」。評估「C」係表示當將試片號碼34之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.6未滿」。評估「D」係表示當將試片號碼34之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.4未滿」。
由表4可知：與試片號碼40之CBN輪體相比較下，如果含有鑽石時，壽命則變長。可知最好鑽石磨粒與CBN磨粒之質量比係1：99~50：50，3：97~40：60則更佳。
(實施例5)
試片號碼41~50之製作：準備鋼製之金屬座。藉鎳電鍍，固著上述CBN磨粒與鑽石磨粒之混合超磨粒到金屬 座的外周部上。混合超磨粒超磨粒層之佔有面積率係當作70%。鑽石磨粒之平均粒徑係90μm~200μm，CBN磨粒之平均粒徑係200μm，(鑽石磨粒的平均粒徑)/(CBN磨粒的平均粒徑)之比率係當作45~110%。
試片號碼41~50之實驗條件：輪體之形狀係以JIS B4140(2006)所規定之平形輪體，外徑(D)為φ300mm、厚度(T)為20mm、寬度(W)為3mm。使用横軸平面研磨機，以一邊供給水溶性研磨液，一邊進行研磨加工實驗。工作物係因科鎳(註冊商標「INCONEL」)。輪體之圓周速度係50m/秒，工作物之速度係8m/分。
實驗結果：壽命係以直到超磨粒層磨耗而研磨阻力顯著上升，變得很難繼續研磨加工為止之時間來判定。在「工具壽命」之欄中，表示各工具壽命之評估。壽命之評估「A」，係表示當將試片號碼43之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8以上」。評估「B」係表示當將試片號碼43之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8未滿」。評估「C」係表示當將試片號碼43之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.6未滿」。評估「D」係表示當將試片號碼43之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.4未滿」。
由表5可知：與試片號碼50之CBN輪體相比較下，如果含有鑽石時，壽命則變長。可知最好鑽石磨粒的平均粒徑與CBN磨粒的平均粒徑之比係48%~110%，50%~110%則更佳。
(實施例6)
試片號碼61~70之製作：準備鋼製之金屬座。藉鎳電鍍，固著上述CBN磨粒與鑽石磨粒之混合超磨粒到金屬座的外周部上。混合超磨粒超磨粒層之佔有面積率係當作70%。鑽石磨粒之平均粒徑係180μm，CBN磨粒之平均粒徑係200μm，(鑽石磨粒的平均粒徑)/(CBN磨粒的平均粒徑)之比率係當作90%。
試片號碼61~70之實驗條件：輪體之形狀係以JIS B4140(2006)所規定之平形輪體(第2圖)，外徑(D)為ψ200mm、厚度(T)為10mm、寬度(W)為3mm。使用横軸平面研磨機，以一邊供給水溶性研磨液，一邊進行研磨加工實驗。工作物係高速鋼。輪體之圓周速度係40m/秒，工作物之速度係13m/分。亦即，工作物之速度比實施例1大30%，其係嚴苛之研磨條件。
實驗結果：壽命係以直到工作物產生研磨燒痕為止之時間來判定。在「工具壽命」之欄中，表示各工具壽命之評估。壽命之評估「A」，係表示當將試片號碼63之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8以上」。評估「B」係表示當將試片號碼63之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8未滿」。評估「C」係表示當將試片號碼63之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.6未滿」。評估「D」係表示當將試片號碼63之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.4未滿」。
由表6可知：最好鑽石磨粒與CBN磨粒之質量比係3：97~30：70。
(實施例7)
試片號碼81~89之製作：準備鋼製之金屬座，以藉鎳電鍍，固著上述CBN磨粒與鑽石磨粒之混合超磨粒到金屬座的外周部上。混合超磨粒超磨粒層之佔有面積率係當作70 %。鑽石磨粒之平均粒徑係90μm~200μm，CBN磨粒之平均粒徑係200μm，(鑽石磨粒的平均粒徑)/(CBN磨粒的平均粒徑)之比率係當作45~110%。
試片號碼81~90之實驗條件：輪體之形狀係以JIS B4140(2006)所規定之平形輪體，外徑(D)為φ300mm、厚度(T)為20mm、寬度(W)為3mm。使用横軸平面研磨機，以一邊供給水溶性研磨液，一邊進行研磨加工實驗。工作物係因科鎳(註冊商標「INCONEL」)。輪體之圓周速度係50m/秒，工作物之速度係10.5m/分。亦即，工作物之速度比實施例5大30%，其係嚴苛之研磨條件。
實驗結果：壽命係以直到超磨粒層磨耗而研磨阻力顯著上升，變得很難繼續研磨加工為止之時間來判定。在「工具壽命」之欄中，表示各工具壽命之評估。壽命之評估「A」，係表示當將試片號碼86之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8以上」。評估「B」係表示當將試片號碼86之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.8未滿」。評估「C」係表示當將試片號碼86之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.6未滿」。評估「D」係表示當將試片號碼86之壽命當作「1」時，相對壽命係「0.4未滿」。
由表7可知：最好鑽石磨粒的平均粒徑與CBN磨粒的平均粒徑之比係80%~110%。
本次被開示之實施形態及實施例，係在全部之點作例示，其必須被想成不是制限性者。本發明之範圍並非藉上述實施形態，而係藉專利申請範圍以表示，其意圖包含與專利 申請範圍均等之意味、及在範圍內之全部變更。

Claims (7)

  1. 一種超磨粒輪體，包括：金屬座；以及超磨粒層，被設於前述金屬座的表面，前述超磨粒層係包含鑽石磨粒與CBN磨粒，前述鑽石磨粒與前述CBN磨粒，係以結合材被單層固定於前述金屬座上，前述鑽石磨粒與前述CBN磨粒為均勻分散，且前述鑽石磨粒與前述CBN磨粒之前述超磨粒層中之佔有面積率係10%~70%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之超磨粒輪體，其中，前述鑽石磨粒與前述CBN磨粒之質量比係1：99~50：50。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之超磨粒輪體，其中，前述鑽石磨粒與前述CBN磨粒之質量比係3：97~40：60。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之超磨粒輪體，其中，前述鑽石磨粒與前述CBN磨粒之質量比係3：97~30：70。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之超磨粒輪體，其中，前述結合材係鑞銲材料或金屬電鍍。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之超磨粒輪體，其中，前述鑽石磨粒的平均粒徑與前述CBN磨粒的平均粒徑之比率((前述鑽石磨粒的平均粒徑)/(前述CBN磨粒的平均粒徑))係50%~110%。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之超磨粒輪體，其中，前述鑽石磨粒的平均粒徑與前述CBN磨粒的平均粒徑之比率((前 述鑽石磨粒的平均粒徑)/(前述CBN磨粒的平均粒徑))係80%~110%。
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