JPH0669669B2

JPH0669669B2 - 超砥粒超仕上砥石

Info

Publication number: JPH0669669B2
Application number: JP60285754A
Authority: JP
Inventors: 輝男西村; 政治森山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPS62148159A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、超砥粒超仕上砥石に関するものである。

〔従来の技術〕

通常、超仕上加工では、加工初期で工作物の凸部と砥石
が接触して接触圧が高くなり、この凸部が急速に切削さ
れて平坦化してゆく。この加工の進行とともに、砥石と
工作物の加工面は面接触に近い状態となり、接触圧は低
下し、切削作用は自動的に停止する。

この状態になると、切屑発生せず、摩擦するだけのバニ
ッシ作用が行われ、工作物の表面は遂には黒光りのある
鏡面仕上となる。

従来、この一連の加工には、酸化アルミニウム質系の砥
粒、立方晶窒化硼素の砥粒（以下CBN砥粒という）から
なる砥石が用いられている。

酸化アルミニウム質系の砥粒からなる砥石を用いて行
う、たとえば、ラジアル玉軸受軌道面の超仕上加工は、
加工物１個当りの半径切削量４〜６μｍに対し数10μｍ
というはげしい砥石損耗とひきかえに行われる。

一方、CBN砥粒砥石を用いて行う上記加工では、CBN砥粒
は酸化アルミニウム砥粒の約2.2倍の硬さをもち、強靭
でこわれにくいので、砥石の損耗は前記半径切削量に対
し数μｍまたは１μｍ以下と僅少である。また、加工始
めに作用する大きな切削力に対しても、砥粒は破砕する
ことなく、工作物との接触面積の増加に伴う作用砥粒数
の増加、砥石の切込量の増加によっても砥石の摩耗（目
つぶれ）・目づまりはない。加工終了過程においても切
削作用が停止することはないので、微少量切削状態が継
続して行われる。その結果、工作物の表面は、光沢の乏
しい白色面に似た仕上がり面となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の超仕上加工では、上記酸化アルミニウム質系の砥
粒またはCBN砥粒のいずれか一種類の砥石を用いても、
臨界圧力を巧みに利用し、これにもとづいた作業条件を
設定することにより、２種類あるいは３種類の砥石を使
用したのと等しい粗、中、仕上加工をすることができ
る。

しかし、最高の能率、仕上面精度および経済性を目標に
するとなると、一種類の砥石だけによる加工には限界が
あった。

特に、不安定で自然発生的な目づまりを利用した鏡面仕
上では、加工後の工作物表面の粗さ精度が不均一となっ
てしまうという問題点があった。

この発明はこのような問題点を解決するためになされた
もので、一段加工で粗仕上から精度の良い鏡面仕上まで
を短時間で能率的に行うことができる超砥粒超仕上砥石
を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明が提供する超砥粒超仕上砥石は、ダイヤモンド
砥粒とCBN砥粒を結合剤で結合してなる超砥粒超仕上砥
石であって、前記ダイヤモンド砥粒の砥石中における容
積割合を５〜15％とし、前記CBN砥粒の砥石中のおける
容積割合をダイヤモンド砥粒の１〜3.6倍とし、前記ダ
イヤモント砥粒の粒径をCBN砥粒のそれとほぼ同じに
し、前記結合剤をビトリファイド結合剤とし、前記超砥
粒超仕上砥石の結合硬度をロックウエル硬度計Ｈスケー
ルで30〜80としたものである。

ダイヤモンド砥粒の砥石中における容積割合を５〜15％
としたのは、５％未満であると、ダイヤモンド砥粒のバ
ニッシング効果が小さく、鏡面仕上に長時間かかり、鏡
面仕上を効率的に行えないからであり、15％をこえる
と、ダイヤモンド砥粒がCBN砥粒の切削性能を損ね、鏡
面仕上は早くできるが、取代除去が遅くなる（加工物の
研削性が悪くなる）からである。

CBN砥粒の砥石中における容積割合をダイヤモンド砥粒
の１〜3.6倍としたのは、次の理由による。

すなわち、低速揺動スビードの一段加工においては、必
要とする仕上面あらさの許容範囲内で取代をより早く除
去するためにCBN砥粒の混合比を大きくすると、その効
果は大きい。しかし、ダイヤモンド砥粒とCBN砥粒と混
合比が1:3.6を越えると、鏡面光沢が低下し、外観上の
品質が低下するとともに、砥石中に必要な結合剤の量を
確保できないからである。

一方、１〜２μｍの取代で満足できる超精密な仕上面あ
らさを目的とする二段超仕上加工においては、ダイヤモ
ンド砥粒とCBN砥粒の混合比を1:1とすると、適切な加工
時間内に0.01μmRmax以下の超鏡面を得ることができ
る。しかし、上記混合比が1:1未満になると、取代が限
りなく０（ゼロ）μｍに近ずき、粗加工時の切削目が残
り、仕上面あらさに問題が生じる。

砥石と加工物の面接触状態の下で行う超仕上加工では、
不都合な砥石目づまりを防止して、加工物の表面をスク
ラッチ傷のない、均一な鏡面に仕上げる必要がある。こ
のための結合剤としては、砥粒支持強度及びボンド剛性
が大きくて、砥石構造を有気孔とすることができるビリ
ファイド結合剤が最適である。

ダイヤモンド砥粒は、空気中においては、約650℃以上
の高温域では、熱的に不安定となり、損傷を受けるの
で、低温焼成を必要とする。したがって、ダイヤモンド
砥粒を含むCBN砥石では、ガラスフリットを主成分とし
たビトリファイド結合剤が選択される。しかし、ビトリ
ファイド結合剤以外のメタル質あるいは有機質等の結合
剤であっても、本願発明の目的は達せられる。

CBN砥粒とダイヤモンド砥粒は、ほぼ同径のものを選択
するのが好ましい。ダイヤモンド砥粒をCBN砥粒より微
粒にすると、充填効果により、ビトリファイド超仕上砥
石に固有の多孔質な砥石構造が失われて砥石断面が密と
なり好ましくない。反対に、より粗粒にすると、砥石作
業面の極微量の均一減耗作用が損なわれて、これが砥石
損耗量、仕上面あらさあるいは切削性などの仕上性能に
悪影響を与えることになる。

超仕上加工では、砥石が硬すぎると、切削性が悪く、前
加工面に研削きづ目が残り、一様に滑らかな鏡面仕上と
なりにくく、反対に、砥石が軟らかすぎると、白色面と
なり、鏡面仕上とするには、たとえば、より低圧力条件
の下で長時間を必要とする。

このため、この発明による超仕上砥石の結合硬度は、ロ
ックウエル硬度計を使用し、圧子に1/16″鋼球を用い、
試験荷重が20kgのときのダイヤル目盛（赤）の指示数値
で65から90の範囲が最も好ましい。この数値は、通常の
HRH硬度（ロックウエル硬度計Ｈスケール,1/8″鋼球圧
子，試験荷重60kg,ダイヤル目盛赤）でほぼ30から70の
範囲に相当する。しかし、上限80までは実用範囲で、好
ましい範囲である。

〔作用〕

CBN砥粒にダイヤモンド砥粒を上記割合で配合するの
で、砥粒の目つぶれ、砥石の目づまりを生ずることな
く、仕上げ面あらさ0.10μmRmax以下の鏡面仕上げをす
ることができる。

従来のように、切削性を犠牲にし、砥粒の目つぶれ、砥
石の目づまりを利用した鏡面仕上げをする必要はない。
この発明によれば、切削性と鏡面仕上能力を同時に満足
することができる。また、超仕上砥石の性能を左右する
要素である砥石の硬度は、たとえば、ロックウエル硬度
（1/16″鋼球圧し，試験荷重20kg）で80付近である。し
たがって、この発明の砥石によれば、一段加工で粗仕上
から鏡面仕上まで短時間に能率的に行うことができる。

〔実施例〕

この発明の一実施例について説明する。

米国G,E社のボラゾンCBNミクロンパウダーでグレードナ
ンバG3,ミクロングレード２〜４μｍのCBN砥粒に対し、
同じくG,E社のミクロングレード２〜４μｍのダイヤモ
ンド砥粒を配合した。

CBN砥粒とダイヤモンド砥粒の合計量100部に対し、混合
するビトリファイドボンド結合剤は45部で一定とした。

また、焼成後の砥石の結合度がロックウエル硬度（1/1
6″鋼球圧子，試験荷重20kg,ダイヤル目盛赤）の値で80
付近でほぼ同一値となるように気孔容積割合を48.0％と
し、かつ、CBN砥粒とダイヤモンド砥粒の合成容積割合
が30.0％（集中度C120）で一定となるように生砥石の嵩
比重をもとにして、各配合割合および成形圧力を決めて
成形した。

第１表は、CBN砥粒とダイヤモンド砥粒の配合組成を変
化させた４種類の試料砥石とCBN砥粒単体からなる対照
砥石の焼成後の砥粒組成および砥石結合度を示す。

ビリファイドボンド結合剤は、比較対照砥石について
は、特公昭57−49351号公報に準じた高融性ボンド（軟
化点1105℃）のものを使用し、不活性ガス雰囲気中で最
高温度1220℃で１時間保持、所要時間32時間で焼成完了
した。

試料砥石は、ガラスフリットを主成分とする低融性ボン
ド（軟化点720℃）のものを使用し、同じく不活性ガス
雰囲気中で最高温度980℃で0.3時間保持、所要時間15時
間で焼成完了した。

試料砥石の仕上性能試験は、材質が軸受鋼（SUJ2,硬さH
RC 58/64）よりなり、406回／分で回転するリング状加
工物（外形45mm,内径22mm）の端面に、角形砥石（砥石
振動方向長さ10mm,加工物回転方向の幅3mm）の加工面を
押しつけて、砥石に振動（1140回／分）と振幅（内側2.
1mm）を与えながらプランジカット平面超仕上を行っ
た。

加工油は、磁化脂肪油５部と鉱油95部との混合油を使用
した。

前加工粗さは、同じくWA＃800砥石で超仕上して、最大
高さ面あらさで、ほぼ0.8μmRmaxで一定とした。

前記超仕上条件での加工物表面上における砥粒の運動軌
跡である正弦波の切削方向角（最大傾斜角）は10゜であ
る。

また、砥石面圧力は、実用範囲の15〜20kg/cm²に合わせ
て、18kg/cm²で一定とし、特に、加圧方法は、バネ圧に
より砥石ホルダ部分の弾性リングに貼った電気抵抗線ひ
ずみ計によって加工時間２分間の実験を通じて正確に加
圧力を一定として試験した。

第２表は、CBN砥粒とダイヤモンド砥粒の配合組成を変
化させた４種類の試料砥石とCBN砥粒単体からなる比較
対照砥石の使用面状態の試験結果を示したものである。

この試験結果からダイヤモンド砥粒を含まないCBN砥粒
単体からなる比較対照砥石では、仕上面あらさも粗く切
削状態で白色の仕上がり面となるが、ダイヤモンド砥粒
を含む試料砥石は、いずれも鏡面もしくは一部光沢面を
有する半切削状態の仕上がり面となった。

ダイヤモンド砥粒の配合組成が５％未満で、CBN砥粒の
割合が25％以上（CBN砥粒の集中度C100以上）の試料１
の砥石では、切削性に富むため試験時間内では完全な鏡
面状態になりにくい。

また、ダイヤモンド砥粒が15％を越え、CBN砥粒の割合
が12.5％以下（集中度C50以下）の試料４の砥石では、
鏡面状態となるが切削量の不足から、前加工面のあらさ
が完全に除去できなくて仕上面あらさも粗くなってく
る。

すなわち、CBN砥粒に対して砥石中の容積割合で５〜15
％の範囲で、ダイヤモンド砥粒を配合した試料２および
３の砥石は、切削量、砥石損耗量等の仕上性能を損なう
ことなく、切削比30以上を満足して、仕上面あらさは、
0.2μmRmax以下と小さく美麗な鏡面仕上が短時間で可能
である。

従来のように、不安定で自然発生的な目づまりを利用し
た鏡面仕上では、加工後の工作物表面の粗さ精度が不均
一となることがある。例えば、CBN砥粒単体の砥粒を仕
上過程において微少量切削状態で使用する時の仕上面あ
らさは、0.20μmRmax以下で光沢の乏しい白色類似面で
ある。

これに対し、実施例の砥石は、目つぶれ・目づまりを生
ずることなく、仕上面あらさ、0.10μmRmax以下の鏡面
仕上をすることができる。つまり、従来の切削性を犠牲
にして砥粒の目つぶれ・砥石の目づまりを利用した鏡面
仕上ではなく、切削性と鏡面仕上を同時に満足すること
ができる。

また、実施例の超砥粒超仕上砥石は、ロックウエル硬度
の指示数値が約80で、好ましい硬度の指示数値範囲にあ
る。したがって、実施例の砥石によれは、一段加工で粗
仕上から鏡面仕上までを短時間で能率的に行うことがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明の超砥粒超仕上砥石
によれば、上述のような構成としたので、切削性、耐摩
耗性などの性能を損なうことなく、一段加工で粗仕上か
ら精度のよい鏡面仕上までを短時間で能率的に行うこと
ができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−82677（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイヤモンド砥粒と立方晶窒化硼素砥粒と
を係合剤で結合してなる超砥粒超仕上砥石であって、前
記ダイヤモンド砥粒の砥石中における容積割合を５〜15
％とし、前記立方晶窒化硼素砥粒の砥石中における容積
割合をダイヤモンド砥粒の１〜3.6倍とし、前記ダイヤ
モンド砥粒の粒径を立方晶窒化硼素砥粒のそれとほぼ同
じにし、前記結合剤をビトリファイド結合剤とし、前記
超砥粒超仕上砥石の結合硬度をロックウエル硬度計Ｈス
ケールで30〜80としたことを特徴とする超砥粒超仕上砥
石。
【請求項２】結合剤が、メタル質または有機質の結合剤
である特許請求の範囲第１項記載の超砥粒超仕上砥石。