JPH04503189A - 粘弾性媒体を用いたワークピースの加工方法 - Google Patents

粘弾性媒体を用いたワークピースの加工方法

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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】 発明の名称 粘弾性媒体を用いた軌道または往復加工技術分野 本発明は、ワークピースの加工面をホーニング、研磨、絞り、または、切削加工 する新規かつ改良された方法に関する4のである。特に、本発明は、ワークピー スと移動体との間に粘弾性摩耗媒体を用いてワークピースの加工面を加工する新 規かつ独特な方法に関するものでちる。
ワークピースと移動体との間の幾つかの形態によシワークビースの加工面を流れ る媒体が加工され、所定の研磨を達成する。
背景技術 研磨流加工は、従来の機械加工ではないと知られており、研磨流を通過する粘弾 性摩耗媒体がワークピースの加工面を通過して突出し、加工面を研磨加工する。
研磨加工の研磨作用は、ファイリング、グラインヂング、ラッピング、tit、 ホーニング加工と類似しており、突出し九粘弾性摩耗媒体がプラグとして、ワー クピースを通過する。このプラグは自己形成やすり、砥石またはラップとなり、 その流路を限定しつつ圧力の下でワークピースの所定面を加工する。
研磨流加工は、流体加工等の同様な研磨処理で浮遊する摩耗粒を担持する媒体と して流体が用いられる他の研磨技術と少し似ているが、明らかな相違点がある。
流体すなわち液体または気体が用いられる場合、流体の研磨面に対する高速の衝 突がその処理において基本的な力となるので、かなり高い速度が研磨作用に用い られなければならない。本発明においては、研磨流加工と同様に、粘弾性摩耗媒 体は、高圧力ではあるが、比較的低速度で限定通路を通過する半固体樹脂でおる 。半固体樹脂は、研磨数子全−sな浮遊状態に保持しなければならないばかシか 、研磨粒子に対して比較的製置なバッキングを与えなければならず、半固体粘弾 性摩耗媒体と粒子が突出しても粒子は通路面に対して、竪固に保持される。従っ て、研磨面に対して高速度で衝突するというよりも、粒子は、研磨面に対してゆ っ〈夛と積極的に作用する。
研磨流加工に用いられている従来の装置は、ワークピースが挿入される2つの直 接対抗媒体室を保持している枠部材からなっている。媒体室は、ワークピースの 通路に研磨媒体を流体機械的にワークピースの通路を介して押し出し他の媒体室 に送る樹脂押し出し式の積極移動式の膨張室でおる。ワークピースを保持する着 脱可能なワークピース固定具は、2つの媒体室の間に固定されている。ワークピ ース固定具はワークピースを固定的に保持し、加工されるワークピース面が2つ の媒体室の間の通路内に露出される。研磨面が単なるワークピースを通過する穴 であれ団、固定具は媒体室に対して穴の各端を単純にシールするように働き、穴 自体は一方の室から他方の室までの通路をシールする。一方、加エワークビース 面が外面でおれば、通常、固定具は複雑であり、ワークピースと固定具はともに 基本的に限定さn九通路を形成し、加工面は通路の一部を形成し、媒体は通路を 出るとき面を加工する。
研磨粒子を含有する半固体、層流性、粘弾性材料からなる押しだし媒体は、一方 の部屋に含まn1他方の部屋は空になる。方法を実行するため、媒体は、満室か ら空室にワークピースの加工面全通り限定された通路を介して流体機械式に押し 出される。代表的には、押しだし媒体は所定の研磨に必要な程度まで、室の間で 前後に押し出される。対向穴、四部シよび盲穴も加工面にそって媒体が向くよう にリストリクタを用いることによって加工される。研磨流体加工について、従来 の詳側な説明は、米国特許第3.521.412号、同第3.637.973号 、同第5.802.128号、および同第3.819.643号に示されている 。
基本的な研磨流体加工方法の発展により、多くの変更例が開発され、特定の用途 に応用さnている方法がある。
研磨流体加工の従来の技術は、所定の固定具で限定通路内に組み込まれる面また は限定通路内の面の加工には特に有効でらるが、これらは、通常、大きなモール ドキャビティの内面や歯車等の外面のような大きくて複雑な面の加工には特に限 定がある。これらの場合、大きくて複雑な固定具、リストリクタ、マンドレルを 用いて加工面にそつな限定通路全画定しなηればならない。大きな面かめる場合 、粘弾性摩耗媒体の体積はかなシ大きくなり、大きな装置およびコストが必要に なる。また、固定具において加工研磨されるワークピースの設置も困難になる。
発明の開示 本発明は、直接押出しでない粘弾性摩耗媒体によるワークピース面の新規で廉価 な加工方法の開発に関するもので8シ、モールドキャビティ、歯車等の大きな複 雑な面を加工するのにとくに有用なものである。本発明の方法において、媒体移 動室は加工されるワークピース面と移動体との間に形成され、従来のマンドレル またはりストリフタと似ている。移動部材は研磨される面に対して対向離間関係 にある面を有してお夛加工されるワークピース面と移動体との間に媒体室を形成 している。しかしながら、粘弾性摩耗媒体を室に押し出す代わりに、室は媒体に より満念され、媒体はそこに好ましくは封入される。そこで、移動体tたはワー クピースは相対運動を受けて、媒体は媒体室を移動して、室の一場所から他の場 所に押し出され、ワークピース頁に対するその運動はその運動中にワークピース を加工t+は摩耗する。
従来の流体加工のように、粘弾性摩耗媒体は、理想的には、非圧力下で室温にお いてパテ状を有する流体こう素材である。本発明において、1流体こう素”は粘 性が剪断1+は急な応力において時間とともに増加する組成の特性を画定してい る。換言すれば、摩耗材のこの特性はテクノトロピーとまつ九〈叉対である。こ の材料の典型的なものは、シリコンバランパテ(ボロシロックス)である。従っ て、粘弾性摩耗媒体は、移動室としてまたは移動体としてまたはその両者として 用いられるワークピースの部分に対して確実に移動する。本発明の場合、摩耗媒 体は、確実に移動する研磨具として働く。対向する面は噛合等の保合の必要もな く、このような配置は実際上は好ましいものであるが、これらの面はメイティン グする必要もない。
従って、本発明の目的は、粘弾性摩耗媒体愛用いて、ホーニング、ポリッシング 、絞シ、その他ワークピースの面を研磨する新規で廉価な方法を提供しようとす るものである。
本発明の他の目的は、媒体の押出しを含まない、粘弾性摩耗媒体を用いて、ホー ニング、ポリッシング、絞り、その他ワークピースの面を研磨する新規で廉価な 方法を提供しようとするものである。
本発明の他の目的は、ホーニング、ポリッシング、絞り、その他、従来の研磨流 加工では達成できない、大きな面を加工するのに最適である、ワークピースの面 を研磨する新規で廉価な方法を提供しようとするものである。
図面の簡単な説明 第1図は、移動体とワークピースとの間の、軌道、水平相対運動またはその組み 合わせt含む1実施例を示す側断面図である。
第2図は、第1図の線ト」にそった実施例の上断面図でちり、回転運動をともな うまたはともなわない軌道相対運動を利用した実施例を示している。
第3図は、回転運動をともなうまたはともなわない複数面の横往復運動を示す以 外は、第2図と同じである。
第4図は、ワークピースと移動体との回転シよび軌道相対運動を有する第1図お よび第2図に示される実施例を用い±、ワークピースが歯車である場合の本発明 の他の実施例管示す上断面図である。
第5図は、ワークピースと移動体との三角形軌道相対運動だけを有する場合の本 発明の他の実施例を示す上断面図である。
第6図は、ワークピースと移動体との垂直相対運動だffを有する場合の本発明 の他の実施例を示す上新WJ図である。図示されるように、移動体は最も引かれ た位置にある。
第7図は、最挿入位置を示している以外は第6図と同じである。
第8図は、ワークピースの一様な摩耗の効果を利用した垂直相対往復運動を含む 本発明の他の実施例を示す側断面図である。
第9図は、ワークピースの一様な摩耗の効果を利用した垂直相対往復運動を含む 本発明の他の実施例を示す側断面図である。
発明を実施するための最良の形態 本明細書において、1相対1移動f&は運動は、ワークピースと移動部材の両方 または一方が移動して粘性摩耗媒体の積極的な移動を達成することである。さら に、この動きは、処理されるべきワークピース面を通過する摩耗媒体の積極的な 移動達成する限シ、ジャイロ移動、軌道移動、往復移動またはその組み合わせ、 または回転運動の組み合わせであってもよい。
11、t@及び第2図は、軌道相対運動だけを用い虎最も簡単な形態の本発明の 実施例を示しており、ワークピース10はその中にモールドキャビティ12を有 しているダイキャストモールド等である。キャビティ12より小さい形状を有す る移動体14はキャビティ12内に挿入可能でありキャビティ12の全面と移動 体14との間に形成され九媒体室16を提供している。移動体14がキャビティ 12の中に適宜挿入されている場合、粘弾性媒体18Fi媒体室16に供給され 移動体14の回りに固定され九封止環20により封止されている。移動体14と 封止1lI20が粘弾性媒体18に付勢され、相対軌道移動がワークピース10 と移動体14との間で行われる。相対軌道移動により媒体1日とワークピース1 0と移動体14との接触面との相対変換移動がなされ、キャビティ120面が所 定量摩耗される。相対軌道移動はワークピース10が所定程度11耗されるまで 続けらnる。
第2図において、移動体14を通過する円形矢印はその軸の軌跡全表す。本実施 例にシいては、粘弾性媒体18aの移動はワークピース10と移動体14の相対 軌道移動によりなされ、媒体18が減少領域室から増加領域室まで押し出される ので、移動体14は、中ヤビテイ12のまわシに媒体18を押し出す傾向がある 。この実施例においては、相対軌道移動は、相対回転移動と組み合わせることが でき、基本的にはワークピースに対して移動体14の軸がキャビティ12内を軌 道運動するときには、移動体14は回転する。
上記実施例においては、粘弾性媒体18がキャビティ12のワークピース面と同 様に移動体14の外WIt111輛することは明らかである。従って、いずれの 要素も移動体と共にワークピースにもなれる。従って、第1@及び第2図は、応 用例の代表例であり、円筒状ワークピースの外面及び内面が移動体として中イビ テイを有する部材を利用することにLり摩耗される。
上記実施例のよシ実際的な応用例においては、移動体140面がそれを通過する 粘弾性摩耗媒体18の流れに抵抗するようでられば、作動効率は改良され、移動 体14の摩耗は最小となる。これはいくつかの方法により容易に達成できる。例 えば、フィン状突起が移動体の面に形成され、移動体が媒体の本体に突出して、 媒体が多かれ少なかれ移動体の動きにそって移動し、媒体とワークピースとの相 対移動を高めつつ、移動体と媒体との相対移動が減じられる。媒体は、ポリウレ タン、シリコンラバー等にエフ被覆され皮面と同様に多孔ま九は荒い面に付着し やすいことが知られている。従って、移動体14の面が多孔または荒い面になっ ていると、または、ボリウレタ/、シリコンラバーにより被覆されていると、媒 体は付層しやすく、移動体とワークピース面との相対移動があれば、媒体とワー クピースとの移動が移動体と媒体との移動の犠牲により高められる。
第5図に示された実施例は、移動体12aとワークピース10aとの間の相対横 振動移動(回転ま九は非回転)があること以外は、上述の第2図に示された実施 例と同じである。この実施例では、粘弾性摩耗媒体18aは、相対横振動移動に よシ室り6a内で前後に流される。この移動は移動体14a上の矢印により示さ れるように2つ以上の面にある。
上述の2つの実施例では、移動体とワークピースとの間の相対移動の形IIlは 特に重要な要素ではなく、図示するようにワークピースの面が一様で連続である 必要はない。実際、これら2つの実施例の軌道ま念は往復移動はワークピース上 の摩耗で比較できる。
ta4図に示された実施例に訃ける応用の原理は、より複雑なワークピースの面 が加工されること以外は同じである。第5図に示されるように、ワークピース2 0は円筒状周辺のまわりに一様に離間した歯を有している歯車等である。移動体 24は、ワークピース20を囲むよりに位置決めされ次項状であり、その中に室 26を形成している。移動体24は好ましくは内方に延びて歯車の歯の間に挿入 可能な大きさと間@を有する複数の突起25を備えている。粘弾性摩耗媒体28 が室26の中に封入されると、ワークピース20と移動体24に相対移動を与え る。この実施例では、ワークピース20と移動体24の相対移動は回転と軌道移 動の組み合わせである。
従って、歯車の歯22は、ワークピース20が移動体24の内面にそって回転お よび軌道運動、即ち、ロールしているときは突起25と係合しようとするが、小 さな間隙から離れ、2つの要素は実際には接触しない。従って、室26が粘弾性 摩耗媒体28で満たされ、かつ、ワークピース20と移動体24とが上記相対移 動に入ると、媒体28は上記のような様式で室26の回りを回転するばかりでな く、歯22の突起25に対する疑似係合により媒体は歯22の間の間隙に出入り し、歯22の面にそって流れ、所定量面を研磨する。移動体24の滑らかな面が 設けられているが、歯220間の四部から媒体28は押し出されず、歯の内面は ほとんど摩耗せず、歯の外面に摩耗が集中することは明らかである。
第5図に示される実施例では、3次元加工が例示されている。ここで、ワークピ ース60は加工される三角形開口を有している。係合するが実質的に小さい三角 形移動体52Fiワークピース30の三角形開口内に位置しており、十分率さな 形状でめり、三角形開口と移動体32との間には十分なスペースがめシ、その回 シに媒体室が形成される。ワークピース30または移動体32は、移動体32上 の矢印で示されるようにワークピース30と移動体32との相対的な三角形変換 移動を与えるように適当な手段(図示せず〕に取付けられており、移動体320 角はワークピース30の角に移動する。上述のエラに、粘弾性摩耗媒体は、媒体 室34に保持され、三角形の軌道運動が始まる前に封入されている。運動が始ま ると、媒体が一緒になり対抗する2つの面の間から離れる対抗面のスペースに押 し出され突出するとき、媒体は三辺媒体室内を流れる。
1g7図および第8図に示される実施例において、研磨原理は、ワークピース4 0と移動体42との間の垂直往復相対運動が6C1粘弾性摩耗媒体が移動体42 の各下方への移動で媒体室から実質上押し出されること食除いては、同じである 。図示実施例においては、一定長の重ゴムパイプ等の弾性筒部材46が、ワーク ピース40の上部周辺および移動体42の下部周辺のまわ夛に固定され、クラン プ48によシ保持されている。第7図に示されるように、その配置において、初 期位置では、移動体42Fi上死点位置に在り、粘弾性摩耗媒体は媒体室44に 在り、媒体室の側辺は弾性111部材46によシ閉じている。移動体42がワー クピース40のキャビティの中への下方相対運動を始めると、粘弾性摩耗媒体は キャビティまたは媒体室44から押し出され突出し、ワークピース4aと移動体 42の垂直面の間を移動し、ワークピース40の垂直面を研磨する。粘弾性摩耗 媒体は媒体室44が次第に小さくなるときは行くべき場所がなくなるので、第8 図に示されるように、媒体の圧力により弾性筒部材46の側辺が外方に伸びて、 粘弾性摩耗媒体の余剰分t−吸収する。次に、移動体42がその上方への相対移 動を始めると、弾性筒部材46により、粘弾性摩耗媒体は膠脹し念媒体室に戻シ 、システムは第7図の状態に戻る。移動体42が往復運動するごとに、このサイ クルが繰9返される。
上述の垂直往復移動の実施例において、対向する面または水平面にそった粘弾性 摩耗媒体の移動よりも、ワークピース40の上部垂直面および移動体42の垂直 面に七っ九粘弾性摩耗媒体の移動が徐々に増大するのでワークピース40と移動 体42との不均一な摩耗動作がある程度あることは明らかである。この結果は、 垂直キャビテイ壁の上部は移動体がそれに近づくように下方に移動するとすぐに 摩耗され、かつ移動体が下方て移勤続けると摩耗続けられるので明らかである。
しかしながら、これらのキャビテイ壁の下部は、移動体がその近くまで移動する まで、目立って摩耗することはない。このような不均一な摩耗動作は、テーパー がちる程度必要であるモールドキャビティおよび他のワークピースの仕上げ加工 等のある種の応用例では利点があるものである。この特性はワークピースに対す る移動体の所定の設計にニジ増加減できる。その例として、第9図は、不均一な 摩耗を減少させる移動体設計を示しており、第10図は、ワークピースのキャビ ティの上部を丸める程度の不均一摩耗を低減することを意図した設計金示してい る。第9図から、移動体52はその下端のまわ夛に重カラーまたはフランジ部5 4を設けである。従って、移動体52はワークピース50内を下方に移動しかつ ワークピース50の側壁にそって粘弾性摩耗媒体を上方に突出させると、媒体の 速度はフランジ54の近くで少ない体積において最大となる。フランジ54の後 方、ワークピース50と移動体52との間のスペースがかなり増大するところで は、媒体の上方速度は大きく減少し、ワークピースの側壁への摩耗動作が同様に 大きく減少する。この状態で、フランジ54の近くの大きな摩耗の集中はフラン ジ54の全移動範囲において一様である。
第10図は反対の情況を示しておシ、移動体62Fiワークピース60のキャビ テイ面の上端における摩耗を減少させるように設計されている。移動体62の金 側間はワークピース60内の中ヤビテイの側面と整合するので、粘弾性摩耗媒体 の摩耗動作は、キャビティの上端の場合、その通路がもっとも限定されるところ に集中される。実線はキャビティ側壁の初期点を表しており、点線は仕上げキャ ビティ側壁の形M’fl:示している。
ワークピースと移動体との界面の設計についての上述の変更例に加えて、他の摩 耗要件を満たすのに用いられる多くの他の概念がある。垂直往復運動と組み合わ せて興なる運動の形態も興なる摩耗要件を満たすために用いられる。垂直往復運 動と組み合わせて軌道または水平往復運動を用いることに加えて、垂直往復運動 の角度を変えて、移動体が摩耗されるワークピースの中に角度t−4って下方に 移動するか、ま九は角度を変えて移動体が一定可変角度でワークピース内に移動 する。従って、変更例は無限にあり、人の想像によってのみ限定され移動体の設 計と運動の祈念な変更例を具現化でき様々な摩耗要件を満九すことができる。
図示実施例の代表的なパラメターの範囲としては、粒子サイズは6μから16メ ツシ為、ギャップ長はα005〜15cm(α002〜15001nch )、 処理時間は5〜60分、回転、軌道、ま虎は振動は20〜2α000、および振 幅はIIL06〜15−(α025〜α5001nch )である。特に、粘弾 性摩耗媒体でギャップを満たした後は、第6図の移動体は5分間、振幅013c m((1051nch )で、500振動/分で作動し、(1013cm((1 0051nch)のギ4fプは10μの粒子ナイスについて十分であった。
プラスチックキャリアマトリックスは、好ましくは、中間の圧力でかつ低速度で 十分な本体を有し、十分な力で加工面に摩耗粒子を押し付け、所定の結果を得る 。本発明に用いられる1つの好ましい混合物は、MV7oFiXTRUDE−H ONIif媒体であり、炭化けい素攻子50噂重量と、けい素バウンスパティ( ボロシロキサン)キャリア(マトリックス)SOS重量を含み、はぼ2:1の比 を有している。
定義として、けい素バウンスパティ(ボロシロキサン)は流体の多くの特性を示 して、圧力下で流動性は少なくて、より固体的である。この流体がどんな形状を 有するかは正確に確認されており、これは摩耗の複雑な形状および詳細に役立つ 。対向する面が互いに相対的に移動して対向する面の間のギャップに押し付けら れる急な剪断力を受けて、けい素バウンスパティ(ボロシロキサン)は硬化する ことが知られているので、けい素バウンスパティ(ボロシロキサン)は特に有用 である。この高められた硬度によシ、摩耗粒子をより竪く保持することにより、 また、加工部材の駆動力を加工面の摩耗粒子に移動することにより、ワークピー スの摩耗が高められる。
ある状態で用いられるのに適している奔流こう素摩耗流体は米国特許第3.81 9.343号に示され念ものがある。
この発明はホーニングまたは研磨加工部材、ダイキャスティング、フォージング 、サンドキャスティング、インベスト中ヤスティング、および押出し形状に用い ることができる。また、材料としては、スチール、アルミニウム、しんちゅう、 青鋪、プラスチック、ガラス、および、他の化合物等である。
明らかに、キャリアマトリックスに用いられる摩耗材は用途によって変えなけれ ばならない。スチールの加工に用いられる適当な摩耗材は、標準サイズとしてツ ートン社から容易に得らnるボロンカーバイド(BC)である。
多くの応用に有用である他の摩耗材は酸化アルミニウムである。他の摩耗材は、 ダイアモンドダスト炭化けい素、ベンガラ、フランダム、ガーネット、アルミニ ウム、ガラスを含み、また、ある種の用途においてはファイバーやシェル材もあ る。共通して、摩耗材はマトリックス材1グラムに対して摩耗粒子は約2から4 グラムで6る。
上述の粘弾性ホー二/グ媒体は、摩耗粒子がプラスチックマトリックスにランダ ムに再配置保持含有されるので、表面摩耗具として用いられて、独特である。粒 子が固定され、ドレシイングにより鈍化が取り除かれるまで維持され九1つの切 削点またエツジを示す摩耗1石°またはラップの従来の概念に度し、本発明の方 法に用いられる粒子は全ての点またはエツジが何度も富山されるまでシャープで ある。
最も一様な結果を示す最速切削動作は、媒体が加工面に対して油のように非粘着 の接触を示すとき、生じる。
この状態で媒体は一定の断面積でギャップを通過する機会が最も多いと考えられ る。これは、中心でもつとも大きくなシ、壁にそってはぼ零になる流体の流れと 反対で番る。
本発明の上述の実施例においては、多くの異なる摩耗要件を示すのに用いられる 多くの可能な変更例が多ることが明らかである。従って、本発明は、ここに示さ れた好適な実施例に限定されることはなく、本発明の真の精神にもとすいて、構 造、配置、用途および作動において多くの変更が可能である。従って、本発明は 、添付請求の範囲に基づく多くの変更および改変を含んでいると考えられる。
F/65 FIG、8 手続補正書(甚) 平成3年5月23日

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.選択された加工面を摩耗するワークピースを処理する方法において、 前記ワークピースの近くに移動部材を提供し、前記移動部材が摩耗される前記ワ ークピースの面に対して間隔をもって対向した面を有しており、加工される前記 ワークピースの面と前記移動部材との間に媒体室を形成し、前記媒体室に粘弾性 摩耗媒体を導入し、前記粘性粘弾性摩耗媒体が前記媒体室の一方から他方に突出 するのに十分な前記ワークピースと前記移動部材との相対移動を与え、前記粘弾 性摩耗媒体を種極的に前記ワークピースの加工面に移動させ、前記加工面を研磨 し、 所定程度まで前記ワークピースの加工面が研磨されるまで、前記移動を続けるこ とを特徴とする方法。
  2. 2.請求の範囲第1項記載の方法において、前記粘弾性摩耗媒体が前記媒体室内 でシールされていることを特徴とする方法。
  3. 3.請求の範囲第1項記載の方法において、前記相対移動は軌道移動であること を特徴とする方法。
  4. 4.請求の範囲第1項記載の方法において、前記相対移動は振動移動であること を特徴とする方法。
  5. 5.請求の範囲第1項記載の方法において、前記相対移動は往復移動であること を特徴とする方法。
  6. 6.請求の範囲第1項記載の方法において、前記相対移動は組合移動であること を特徴とする方法。
  7. 7.請求の範囲第1項記載の方法において、前記相対移動はジャイロ移動である ことを特徴とする方法。
  8. 8.請求の範囲第1項記載の方法において、前記移動部材はそれを通過する前記 粘弾性摩耗媒体の流れに対して面抵抗を備えていることを特徴とする方法。
  9. 9.請求の範囲第8項記載の方法において、前記粘弾性摩耗媒体の流れに対して の面抵抗は複数の突起により達成されることを特徴とする方法。
  10. 10.請求の範囲第8項記載の方法において、前記帖弾性摩耗媒体の流れに対し ての面抵抗は前記面を多孔面とすることにより達成されることを特徴とする方法 。
  11. 11.請求の範囲第8項記載の方法において、前記粘弾性摩耗媒体の流れに対し ての面抵抗はポリウレタンの被覆により達成されることを特徴とする方法。
  12. 12.請求の範囲第8項記載の方法において、前記粘弾性摩耗媒体の流れに対し ての面抵抗はシリコンラバーの被覆により達成されることを特徴とする方法。
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