陶瓷结合砂轮.pdf

本发明提供陶瓷结合砂轮，是利用陶瓷结合粘合剂(15)将由立方晶氮化硼(CBN)粒或金刚石粒形成的超磨料(14)粘合并保持而得到的陶瓷结合砂轮(13)，其特征在于，陶瓷结合粘合剂(15)由氧化物粒子(15a)和非结晶玻璃(15b)形成，在陶瓷结合粘合剂(15)内部不具有与外部大气连通的连接气孔。

1.  一种陶瓷结合砂轮，利用陶瓷结合粘合剂将由立方晶氮化硼CBN粒或金刚石粒形成的超磨料粘合并保持而得到，其特征在于，所述陶瓷结合粘合剂由氧化物粒子和非结晶玻璃形成，该粘合剂内部不具有与外部大气连通的连接气孔。

2.  根据权利要求1所述的陶瓷结合砂轮，其特征在于，
在所述陶瓷结合粘合剂的内部设有不与外部大气连通的微细独立气孔。

3.  根据权利要求1或2所述的陶瓷结合砂轮，其特征在于，
所述陶瓷结合砂轮中所述陶瓷结合粘合剂所占的体积A、与由所述立方晶氮化硼CBN粒或金刚石粒形成的超磨料所占的体积B的比率A/B为1～6。

4.  根据权利要求1～3中任一项所述的陶瓷结合砂轮，其特征在于，
构成所述陶瓷结合粘合剂的所述氧化物粒子与所述非结晶玻璃的体积比在3∶7～4∶6的范围。

5.  根据权利要求1～4中任一项所述的陶瓷结合砂轮，其特征在于，
所述氧化物粒子和所述非结晶玻璃的线性热膨胀系数均为(3.5±2)×10^-6，单位为1/℃。

6.  根据权利要求2～5中任一项所述的陶瓷结合砂轮，其特征在于，
所述微细独立气孔的直径是所述超磨料粒径的1％～十几％。

7.  根据权利要求2～6中任一项所述的陶瓷结合砂轮，其特征在于，
所述微细独立气孔以8％±4％的体积比例被封入所述陶瓷结合粘合剂内。

8.  根据权利要求2～7中任一项所述的陶瓷结合砂轮，其特征在于，
所述微细独立气孔是粉末状的发泡剂以规定量混入到烧成前的所述陶瓷结合粘合剂中，在烧成时所述发泡剂与所述非结晶玻璃发生反应而发泡，由此形成在陶瓷结合砂轮内。

陶瓷结合砂轮
技术领域
本发明涉及将CBN(立方晶氮化硼)粒或金刚石等超磨料用非结晶玻璃粘合剂粘合而得到的陶瓷结合砂轮。
背景技术
一直以来，作为在粘合剂中使用陶瓷玻璃的磨削砂轮，有陶瓷结合砂轮。陶瓷结合砂轮一般是用非结晶玻璃粘合剂将超磨料间以被称为粘合剂桥的状态粘合，在粘合剂桥彼此之间具有与外部大气连通的较大的连接气孔，为此在磨料的保持强度方面存在问题，磨料脱落快不适于重切削等。这里，例如特开2002-224963中公开了使非结晶玻璃粘合剂没有气孔以提高超磨料的保持强度且也可以适应重切削的陶瓷结合砂轮。
然而，对于特开2002-224963中所示的陶瓷结合砂轮而言，由于非结晶玻璃粘合剂无气孔，因此存在难以修整，修整作业需要大量时间的问题。
发明内容
本发明正是为了解决这种现有的问题而完成的，因此其目的在于，以低成本提供磨料的保持力强且修整性良好的长寿命的陶瓷结合砂轮。
本发明的特征在于，利用陶瓷结合粘合剂将由立方晶氮化硼(CBN)粒或金刚石粒形成的超磨料粘合并保持而得到的陶瓷结合砂轮，其中，所述陶瓷结合粘合剂由氧化物粒子和非结晶玻璃形成，该粘合剂内部不具有与外部大气连通的连接气孔。
根据上述方式的发明，陶瓷结合粘合剂由非结晶玻璃和制造砂轮时为了保持形状和提高非结晶玻璃的强度而混入的氧化物粒子形成，在该粘合剂内部不具有与外部大气连通的连接气孔。由此，磨料的保持力提高，因磨料脱落而导致的磨损得到抑制，实现长寿命化、成本的降低。
在上述方式的陶瓷结合砂轮中，本发明的特征是在所述陶瓷结合粘合剂的内部设置不与外部大气连通的微细独立气孔。
根据上述方式的发明，在陶瓷结合粘合剂内部设有不与外部大气连通的微细独立气孔。由此，在不使磨料的保持力降低的情况下，可以提高砂轮的修整性。
在上述方式的陶瓷结合砂轮中，本发明的特征是在于，所述陶瓷结合砂轮中所述陶瓷结合粘合剂所占的体积A、与由所述立方晶氮化硼(CBN)粒或金刚石粒形成的超磨料所占的体积B的比率A/B为1～6。
根据上述方式的发明，陶瓷结合砂轮中陶瓷结合粘合剂所占的体积A、与由立方晶氮化硼(CBN)粒或所述金刚石粒形成的超磨料所占的体积B的比率A/B为1～6，由于该超磨料的低集中度使得磨削阻力从使用初期就被降低，磨削烧伤被抑制，不仅质量提高而且也实现长寿命化。
在上述方式的陶瓷结合砂轮中，本发明的特征是构成所述陶瓷结合粘合剂的所述氧化物粒子与所述非结晶玻璃的体积比在3∶7～4∶6的范围。
根据上述方式的发明，将构成陶瓷结合粘合剂的氧化物粒子、与非结晶玻璃的体积比设在3∶7～4∶6的范围内。由此，抑制非结晶玻璃的流动性，可以将陶瓷结合砂轮的形状成型为所需形状。
在上述方式的陶瓷结合砂轮中，本发明的特征是所述氧化物粒子和所述非结晶玻璃的线性热膨胀系数均为(3.5±2)×10^-6(1/℃)。
根据上述方式的发明，氧化物粒子和非结晶玻璃的线性热膨胀系数均为(3.5±2)×10^-6(1/℃)。该值与磨料的线性热膨胀系数大致相同，因此不用担心磨料因温度的变化而与氧化物粒子及非结晶玻璃剥离，砂轮维持稳定的质量。
在上述方式的陶瓷结合砂轮中，本发明的特征是所述微细独立气孔的直径是所述超磨料粒径的1％～十几％。
根据上述方式的发明，微细独立气孔的直径是超磨料粒径的1％～十几％。由此在稳定地维持磨料的保持力的同时，能够进一步使砂轮的修整性提高。
上述方式的陶瓷结合砂轮中，本发明的特征是所述微细独立气孔以8％±4％的体积比例被封入到所述陶瓷结合粘合剂内。
根据上述方式的发明，微细独立气孔以8％±4％的体积比例混入到陶瓷结合粘合剂内。由此，陶瓷结合砂轮具有如下的良好的修整性，即可以稳定且牢固地保持由立方晶氮化硼(CBN)粒或金刚石粒形成的超磨料，且可以以短时间进行修整作业。
制造上述方式的陶瓷结合砂轮的本发明的特征是：所述微细独立气孔是粉末状的发泡剂以规定量混入到烧成前的所述陶瓷结合粘合剂中，在烧成时所述发泡剂与所述非结晶玻璃发生反应而发泡，由此在陶瓷结合砂轮内形成。
根据上述方式的发明，微细独立气孔是通过将粉末状发泡剂混入到烧成前的玻璃剂中，在烧成时发泡剂发生反应，经发泡而形成于陶瓷结合砂轮内。由此，可以获得如下性能，即在陶瓷结合砂轮内容易地得到规定量的微细独立气孔，以低成本牢固地保持超磨料，且能够以短时间进行修整作业。
附图说明
图1是表示将陶瓷结合超磨料砂轮粘接在基体的外周而得到的磨轮的图。
图2是表示本发明所涉及的陶瓷结合砂轮的构成的示意图。
图3是表示经磨削的砂轮的磨损体积与工件的磨削体积之间的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。在图1中，磨轮11由在由铁或铝等金属成型的圆盘状的基体12的外周面上粘接多个厚5～10mm圆弧状陶瓷结合砂轮13而构成。
陶瓷结合砂轮13，如图2的示意图所示，由立方晶氮化硼(CBN)粒或金刚石等超磨料14、以及由氧化物粒子15a和作为粘合剂的非结晶玻璃15b形成的陶瓷结合粘合剂15构成。超磨料14的外周被陶瓷结合粘合剂15所覆盖，且陶瓷结合粘合剂15内设有规定量的微细独立气孔18。但是，未形成与外部大气连通的连接气孔。
氧化物粒子15a是为了提高非结晶玻璃15b的强度而添加的物质，例如使用作为硅酸盐矿物的ZrSiO₄(锆石)、TiO₂(氧化钛)、ZrO₂(氧化锆)、Cr₂O₃(氧化铬)等，非结晶玻璃15b使用例如硼硅酸玻璃等。氧化物粒子15a和非结晶玻璃15b的线性热膨胀系数的值，同与之粘合的超磨料14的线性热膨胀系数大致相同，优选在(3.5±2)×10^-6(1/℃)的范围内。该值与超磨料14的线性热膨胀系数大致相同，由此不用担心超磨料14因温度的变化而与氧化物粒子15a以及非结晶玻璃15b剥离，可以维持陶瓷结合砂轮13的质量。另外，氧化物粒子15a例如可以是氧化铝(Al₂O₃)等，非结晶玻璃15b例如可以是磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃等。
以构成陶瓷结合粘合剂15的氧化物粒子15a与非结晶玻璃15b的体积比在3∶7～4∶6的范围内进行混合而形成。这是由于，如果将氧化物粒子15a的混合比例设为30％以下，则无法抑制非结晶玻璃15b的流动性，在烧成前或烧成中无法保证陶瓷结合砂轮13的形状，角部变形。此外，由于如果将混合比例设为40％以上，则在含有氧化物粒子15a状态下的非结晶玻璃15b变得过强过硬，不仅修整性变差而且磨削时的发热量增多，有可能会产生磨削烧伤。本发明所涉及的陶瓷结合砂轮13，通过将氧化物粒子15a的混合比例设为30～40容量％，可以将适当硬度的砂轮13烧成为所需形状。
此外，在陶瓷结合砂轮13内，以陶瓷结合粘合剂15所占的体积A与超磨料14所占的体积B的比率A/B在1～6的范围形成即可。该体积比率如果换算成超磨料14的集中度，则相当于50～200，由于该低集中度使得陶瓷结合砂轮13不会从初期受到较大磨削阻力，不用担心会发生磨削烧伤。
混入作为氧化物粒子15a的例如ZrSiO₄(锆石)粒子并烧成而得到的陶瓷结合粘合剂15，覆盖超磨料14的外周，填埋相邻的各超磨料14之间的间隙，与各超磨料14粘合。在间隙部填埋的陶瓷结合粘合剂15内，形成有规定体积比的微细独立气孔18。所谓微细独立气孔18是指不与外部大气连通而形成的微细独立的气泡，所谓规定体积比是指适于在维持陶瓷结合粘合剂15对超磨料14的保持力的同时，维持对陶瓷结合粘合剂15的良好的修整性的体积比，该体积比相对于构成陶瓷结合粘合剂15的非结晶玻璃15b的体积为8％±4％即可。微细独立气孔18的体积是通过调整在后述制造过程中混入的发泡剂的量来进行控制的。此外就微细独立气孔18的平均粒径而言，为了在维持陶瓷结合粘合剂15对超磨料14的保持力的同时，维持对陶瓷结合粘合剂15的良好的修整性，优选按照使超磨料14的粒径达到1～十几％的方式形成。
接着，对陶瓷结合砂轮13的制造方法进行说明。首先，将成为陶瓷结合粘合剂15的原材料的氧化剂粒子15a的粉末与非结晶玻璃15b的粉末，以体积比在3∶7～4∶6的范围内均匀地混合。
接着，在陶瓷结合粘合剂15中混入立方晶氮化硼(CBN)粒、或金刚石等超磨料14，使其均匀地分散。混入的比率为使陶瓷结合粘合剂15的体积A与超磨料14的体积B的体积比A/B在1～6的范围。
进而，为了在陶瓷结合粘合剂15中形成微细独立气孔18，以粉末状态均匀地混合上述的发泡剂例如HBN(6方晶氮化硼)等。
此时发泡剂的投入量优选相对于非结晶玻璃15b的体积是0.5％～2％。另外，发泡剂可以是萤石(CaF₂)、碳酸钙(CaCo₃)等。
接着，在模具内以规定压力对陶瓷结合粘合剂15加压成形后，进行烧成。另外，通过对加压压力进行调整，可以将陶瓷结合粘合剂的强度进行些许调整。而且，在烧成阶段，作为发泡剂的例如HBN(6方晶氮化硼)与非结晶玻璃15b发生反应而产生气体。产生的气体以微细独立气孔18在陶瓷结合粘合剂15内形成规定量，得到陶瓷结合砂轮13。
此时微细独立气孔18的平均粒径如上所述，优选形成为相对于超磨料14的平均粒径是1％～十几％左右。具体而言，例如当超磨料14的粒径为100μm时，可以是数μm～十数μm，通过调整发泡剂的混入量来控制。进而，如图1所示，用胶粘剂将陶瓷结合砂轮13粘贴在基体12的外周面，得到磨轮11。
接着，对本发明所涉及的陶瓷结合砂轮13的磨削加工时的作用进行说明。将磨轮11固定于可旋转地轴承的磨削盘的砂轮轴上进行旋转驱动，将工件夹持于主轴台和尾座间进行旋转驱动，在向磨轮11和工件之间供给冷却介质的同时，将砂轮台朝着工件磨削输送，利用在磨轮11的外周面粘接的本发明所涉及的陶瓷结合砂轮13对工件进行磨削加工。另外，此时陶瓷结合砂轮13通过整形和修整作业，使超磨料14在磨削面20上突出，在突出的各超磨料14间形成了容屑槽(chip pocket)。
关于工件，陶瓷结合砂轮13的在磨削面20上突出的超磨料14使表面被磨削除去而产生切屑。产生的切屑从在磨削面20突出的各超磨料14间的容屑槽排出。由容屑槽排出的切屑由于不与工件接触，因此不会损伤工件表面。此外，陶瓷结合砂轮13的超磨料14以低集中度成型，因此由于与工件的接触所导致的发热被抑制，防止磨削烧伤。之后，如果进行磨削加工，不久超磨料14就被磨损，超磨料14从磨削面20的突出量t(参照图2)减少，则实施修整而使磨削面20后退。此时，陶瓷结合粘合剂15不仅具有规定量的微细独立气孔18，而且微细独立气孔18以不具有与外部大气连通的连接气孔的方式形成，不仅具有良好的修整性、可在短时间进行修整作业，而且也具有足够的超磨料14的保持力，因此也不会发生因早期的磨料脱落所导致的磨损。
这里，为了确认本发明所涉及的陶瓷结合砂轮13对超磨料14的保持力，对磨削比进行了测定，其实验结果示于图3。图3是纵轴为砂轮的每单位长度的磨损体积(mm³/mm)、横轴为工件每单位长度的磨削量R(mm³/mm)的曲线图，示出了以往的陶瓷结合砂轮(虚线)和本发明所涉及的陶瓷结合砂轮13(实线)两个结果。观察曲线图可以确认，砂轮的磨损体积相对于本发明所涉及的陶瓷结合砂轮13的工件磨削量R的值，与以往的陶瓷结合砂轮的磨损体积值相比，大幅减少。即，可知由于本发明所涉及的陶瓷结合粘合剂15的强度被提高，即使进行与以往同样的磨削作业，陶瓷结合砂轮13的磨损、也就是说与超磨料14的脱落相伴随的磨损也少，基于陶瓷结合粘合剂15的超磨料的保持力得到提高。观察结果可知，与以往相比保持力提高到5倍以上，在维持良好的修整性的同时，充分确保超磨料14的保持力，实现陶瓷结合砂轮13的长寿命化。
此外，除了图3所示的实验以外，基于对超磨料的保持强度与弯曲强度成比例这样的假设，对陶瓷结合砂轮实施了JISG0202中所示的弯曲强度试验。其结果，本发明所涉及的陶瓷结合砂轮13显示出相对于以往的陶瓷结合砂轮提高了约60％的弯曲强度，在该结果中，证明了本发明所涉及的陶瓷结合砂轮13对超磨料14的保持强度提高了。