JPH09176771A

JPH09176771A - 超砥粒砥石及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09176771A
Application number: JP8058544A
Authority: JP
Inventors: Toshio Fukunishi; 利夫福西; Kazunori Kadomura; 和徳門村; Kimie Tabo; 仁恵多保
Original assignee: Osaka Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Osaka Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1996-02-20
Publication date: 1997-07-08

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量で錆びず加工精度の高い超砥粒砥石を提
供する。【解決手段】台金２はＡｌを主体とし、これに重量％
でＳｉ：35〜50、Ｐ：0.01〜0.3 を含有する溶融金属
を、アトマイズ法によってＳｉの初晶を微細、均一にし
た過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末とし、この粉末を型押
し、焼結して台金を形成することを特徴とする。また粉
末合金の組成を重量％で、Ｓｉ：35〜50、Ｃｕ1.5〜3.
5、Ｍｇ：0.1〜1.2、Ｍｎ：0.1〜0.8、Ｐ：0.01〜0.3残
部Ａｌに特定することを今一つの特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種材料や部品等の
研削、特にカムの研削用ホイール等、高速で用いられる
大型の超砥粒砥石に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種の砥石としては、超砥粒の
結合材としてビトリファイドやメタルを用いた砥粒の把
持力が強く、ボンド自体の強度も高いビトリファイド砥
石、メタルボンド砥石が用いられている。そしてこれら
砥石における台金は、強度の高いスチールが用いられて
いる。

【０００３】スチール製の台金は、上記長所の反面重く
て錆び易い短所がある。特にカム研削用の砥石のように
大型のものにおいては、その重量により作業性が悪く、
高速回転に対応する研削設備も剛固なものが必要とな
る。また研削時、砥石の回転及び昇温により、台金半径
が変位し、加工精度を低下させると言う問題がある。

【０００４】特開平7-116963号は、台金としてＡｌ合金
粉末とＳｉ粉末とからなるＡｌ粉末冶金合金を使用する
ことを提案したもので、上記スチール製台金の欠点を解
消する一つの方法を示すものとも理解できる。

【０００５】他方、Ａｌ合金粉末自体としては、特開平
5-17845号により、アトマイズ法によるＰ入りの高Ｓｉ
−Ａｌ系合金粉末が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記提案は夫々、所期
の目的を達したものであるが、本発明者らが先きに出願
した特願平 7-94448号において述べた、高い強度を持
ち、砥石の回転及び昇温による台金半径の変位の抑制
は、上記提案の前者並びに本発明者らの上記出願におい
てもなお充分とは言い難い。

【０００７】また、上記提案の後者の粉末は、予備成形
して熱間押出しまたは熱間鍛造して用いられるもので、
本発明の対象とする型押し焼結による砥石用台金として
用いられるものかどうかも不明である。

【０００８】本発明は研究、試作を重ねこれらの問題を
解決したもので、以下にその内容を述べる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、円板状台金の
外周縁部即ち台金の外周端面及び又は外周側面に超砥粒
層を設けてなる砥石において、円板状台金が次のような
各構成を備えていることを特徴とする。

【００１０】円板状台金はＡｌを主成分とし、これに重
量％でＳｉ：35〜50、Ｐ：0.01〜0.3及び不可避的な不
純物を含有する溶融金属を、アトマイズ法によってＳｉ
の初晶を微細、均一にした過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末
とし、該粉末を型押し焼結して構成される。

【００１１】また円板状台金を形成する合金が、重量％
でＳｉ：35〜50、Ｃｕ：1.5〜3.5、Ｍｇ：0.1〜1.2、Ｍ
ｎ：0.1〜0.8、Ｐ：0.01〜0.3残部Ａｌ及び不可避的な
不純物よりなる合金粉末を、型押し焼結されてなること
を特徴の一つとしている。

【００１２】上記型押し焼結される合金粉末は、過共晶
Ａｌ−Ｓｉ系合金で初晶Ｓｉの結晶粒径が10μm以下で
あることが好ましい。

【００１３】上記型押し焼結される過共晶Ａｌ−Ｓｉ系
合金粉末としては、アトマイズ法によって製造された該
粉末を、粒径 150μm以下に選別したものを用い、かつ
焼結は共晶温度より 125℃以内で低いか、50℃以内で高
いかの温度範囲で施すことが最も好ましい。

【００１４】本発明においては、上記のようにＰが添加
されているため、多量に含有されるＳｉは微細均一な初
晶を形成する。従って熱膨張係数が低減し、強度並びに
寸法精度の高い台金を、特段の設備を要することなく、
通常の焼結法により得ることができる。合金組成を特定
したものにおいては、特にその効果が著しい。

【００１５】また、図２に示すように焼結形成された台
金２の外周に、予め形成されたベース層５を備えたビト
リファイドボンド超砥粒層１をベース層５を介して接着
固定すれば、軽量で、研削性能の高いカム用等の超砥粒
砥石ができる。場合によってはこのベース層５の形成を
省略することもできる。

【００１６】他方図１に示すように、台金２を形成すべ
きＡｌ合金粉末の充填物の外周縁上に直接接して、メタ
ルボンド超砥粒層３を形成すべき、砥粒粉と結合金属粉
末との混合物を配置して同時に１体焼結して、砥石を形
成することもできる。この場合は生産効率がよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下実施例により、その具体的な
実施の形態を説明する。

【００１８】

【実施例】表１に示す実施例１，２及び比較例１，２の
４種のＡｌ合金粉末と比較例３のＡｌ粉末（６０重量
％）とＳｉ粉末（４０重量％）との混合粉末を夫々表２
に示す焼結条件により焼結して台金を作製した。なお、
上記粉末の粒度は何れも表３に示す通りのものを使用
し、ジュラルミンの生地である実施例２及び比較例２は
共に焼結後、時効硬化処理を施した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】焼結体の形状及び寸法は表４の通りであ
る。表中の仕上がり寸法は、焼結体に切削加工を加えた
ものである。また表に示すようにこの切削加工を加えた
焼結体に、砥粒層を固着したものの試作も行なった。表
５は各焼結体の物性の測定結果である。

【００２３】

【表４】

【００２４】

【表５】

【００２５】表６は従来のスチール（S25C）、従来のＡ
ｌ合金（Ａｌ−10％Ｓｉ合金鋳物）と実施例，比較例と
の物性比較を示すものである。

【００２６】

【表６】

【００２７】表５，６によって了解されるように、本発
明の実施例合金によるものは、従来のＡｌ合金に比らべ
熱膨張係数が著しく低減され、ヤング率は高くなってい
る。また比較例よりも優れている。これは図３Ａ及びＢ
の実施例１及び２の組織写真によっても明らかなよう
に、写真中に白く表らわれているＳｉの初晶は、図４Ａ
及びＢの比較例１及び２の何れよりも微細で、均一だか
らである。特にＳｉ添加後溶融、アトマイズしない図５
の比較例３との差は顕著である。勿論、スチールに比ら
べればその重さは略１／３である。

【００２８】表４の砥石表示のものは図２に示すよう
に、切削加工された焼結台金２の外周縁上に、ベース層
５を介してビトリファイドボンド超砥粒層１を固着した
ものである。１体焼結砥石表示のものは、図１に示すよ
うに台金２を形成すべきＡｌ合金粉末と、その外周縁上
に直接接して配置したメタルボンド超砥粒層３を形成す
べきＣｕ−Ｓｎ40重量％の結合材粉末の混合物とを、同
時に１体焼結した砥石である。

【００２９】実施例１，２の合金を用いて上記図１，２
の構成とした砥石を、夫々回転試験機に装架し、 160ｍ
／ｓ（ 8730rpm）、 120ｍ／ｓ（ 6550rpm）で５分間回
転した後、染色浸透探傷法によりクラックの発生有無を
チェックしたが何れにもクラックの発生はなかった。

【００３０】表７は、研削回転時台金に働く応力並び変
位の状態を示す数式で、この式に基づいて表６の夫々の
台金について算出した最大応力を図６、回転応力による
変位を図７、熱による変位を図８、回転と熱の合算され
た変位を図９に夫々示す。なお表６には破壊回転周速度
と、その１／２と規定されている最高使用速度を記載
し、図６には棒グラフで実施例、比較例の引張強度を、
点線で同例の破壊回転周速度を表わした。図10はそのス
チール台金と、実施例砥石を夫々下記転写条件で、砥石
周速度のみを変化させた場合の変位量を実測した図表で
ある。実施例１と２は殆ど同等であった。図11は実施例
と比較例の強度比較を示すものである。転写条件転写材ＦＣ20（生）直径80mm、長さ 230 砥石周速度Ｖｓ＝30、60、80、100 ｍ／ｓワーク周速度Ｖｗ＝25ｍ／min （Ｎｗ＝100rpm）切込み速度Ｖｆ＝φ0.24mm／min 切り込み量Ａ＝φ0.040mm スパークアウト３sec （ワーク５回転）

【００３１】

【表７】

【００３２】図11によって了解されるように、実施例２
の強度が最も秀れている。これはＡｌにＣｕ、Ｍｇ、Ｍ
ｎを加えたいわゆるジュラルミンに、Ｓｉ、Ｐを添加し
た組成としたからである。従って、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎの
添加量はジュラルミンがそうであるように、前記範囲以
下では強度向上が不充分で、範囲以上では脆くなるなど
の問題がある。またＰの添加量は、前記範囲以下では、
充分微細な過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金が得がたく、範囲以上
では、効果の向上が見られない。そしてＳｉの添加量は
前記範囲以下では、熱膨張低減、ヤング率向上の効果が
不充分で、範囲以上ではＳｉの初晶が多過ぎて機械的強
度が不足する。

【００３３】更に上記各図によって明らかなように、実
施例によるものは、従来のスチール台金に比して軽く、
回転時に働く最大応力が小さく、また従来のＡｌ合金に
比らべて熱による変位が少ない。従って、研削回転時の
回転応力並びに研削熱による変位は従来品の何れよりも
少ない。

【００３４】従って、カム研削のように少なくとも60ｍ
／ｓ以上、通常80ｍ／ｓ程度以上の高速で、かつ直径 2
00mm程度以上の比較的大型の砥石で行なわれる研削加工
において、台金の変位に基く加工精度の低下は著しく減
少される。因みに周速80ｍ／ｓにおける実施例砥石の外
径変位は同形状寸法のスチール台金に比し４μm少なか
った。

【００３５】なお実施例においては、合金組成は不可避
的な不純物の含有されたものについて示したが、必要に
よっては他の添加物を加えてもよく、焼結雰囲気もＨ２
のような還元性雰囲気にかえ、Ｎ２などの中性雰囲気や
その混合雰囲気を用いることもできる。

【００３６】

【発明の効果】本発明台金は従来のスチール製台金と同
等の熱膨張係数を有し、比ヤング率も高く、製作上、使
用上充分な実用性を持つ。更に軽くて錆びないので作業
性がよく、特に前記したように加工精度を向上すること
ができる特長を有する。なお、研削液の浸漬試験も行な
ったが、腐蝕などの心配も全くなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の構成を説明する砥石の１部縦断面図で
ある。

【図２】他の実施例を説明する同様の１部縦断面図であ
る。

【図３】Ａは実施例１の、Ｂは実施例２の合金の組織を
示す 500倍の顕微鏡写真である。

【図４】Ａは比較例１の、Ｂは比較例２の合金組織を示
す 500倍の顕微鏡写真である。

【図５】比較例３の合金組織を示す500倍の顕微鏡写真
である。

【図６】回転時に台金に働く最大応力を示す図表であ
る。

【図７】回転時に台金に生ずる回転による変位を示す図
表である。

【図８】温度の上昇により生ずる台金の変位を示す図表
である。

【図９】回転時に、台金に回転と温度上昇により生ずる
変位を示す図表である。

【図10】研削テストにおいて、砥石周速度のみを変化さ
せた場合の実施例砥石とスチール台金砥石の夫々の半径
変位の実測値を示す図表である。

【図11】実施例及び比較例の台金合金の強度を示す図表
である。

【符号の説明】

１ビトリファイド超砥粒層２焼結Ａｌ合金台金３メタルボンド超砥粒層４台金の軸孔５ベース層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板状台金の外周縁部に超砥粒層を設け
てなる砥石において、該円板状台金は、Ａｌを主成分と
し、これに重量％でＳｉ：35〜50、Ｐ：0.01〜0.3 及び
不可避的な不純物を含有する溶融金属を、アトマイズ法
によってＳｉの初晶を微細、均一にした過共晶Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金粉末とし、該合金粉末を型押し焼結してなるこ
とを特徴とする超砥粒砥石。
【請求項２】円板状台金の外周縁部に超砥粒層を設け
てなる砥石において、該円板状台金は、重量％でＳｉ：
35〜50、Ｃｕ：1.5〜3.5、Ｍｇ：0.1〜1.2 、Ｍｎ：0.1
〜0.8、Ｐ：0.01〜0.3 残部Ａｌ及び不可避的な不純物
を含有してなる合金粉末を、型押し焼結してなることを
特徴とする超砥粒砥石。
【請求項３】型押し焼結される合金粉末における初晶
Ｓｉの結晶粒径が10μm以下であることを特徴とする請
求項１又は２記載の超砥粒砥石。
【請求項４】型押し焼結される合金粉末としては、ア
トマイズ法によって製造された、Ｓｉの初晶を微細、均
一にした過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末を、更に粒径 150
μm以下に選別したものが用いられ、かつ型押し、焼結
は共晶温度より 125℃以内で低いか、50℃以内で高い温
度範囲で施されることを特徴とする請求項１、２または
３記載の超砥粒砥石の製造方法。