CN118946432A - 旋转修整器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转修整器，在基底金属上具有超磨粒通过镀覆层结合成1层的超磨粒层，超磨粒具有：具有第1平均粒径的第1超磨粒、和具有比第1平均粒径小的第2平均粒径的第2超磨粒，在第1超磨粒和第2超磨粒当中暴露在超磨粒层表面的多个超磨粒形成有作用面，在超磨粒的集中度最高的区域中，相对于平缓地连接多个作用面的假想面的面积，多个作用面的合计面积比率为30％以上60％以下。

Description

旋转修整器及其制造方法

技术领域

本公开涉及旋转修整器。本申请要求基于2022年3月28日提出的日本专利申请即日本特愿2022-052113号的优先权。该日本专利申请中所记载的全部记载内容通过参照援引在本说明书中。

背景技术

国际公开第2017/145491号(专利文献1)中记载了在延长旋转修整器(rotarydresser)的寿命的同时减小锋利度和寿命的偏差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2017/145491号

发明内容

本公开的旋转修整器在基底金属上具有超磨粒通过金属结合材料结合成1层的超磨粒层，超磨粒具有：具有第1平均粒径的第1超磨粒、和具有比第1平均粒径小的第2平均粒径的第2超磨粒，在第1超磨粒和第2超磨粒当中暴露在超磨粒层表面的多个超磨粒形成有作用面，在超磨粒的集中度最高的区域中，相对于平缓地连接作用面的假想面的面积，多个作用面的合计面积比率为30％以上60％以下。

附图说明

[图1]图1是根据本公开的实施方式的金刚石旋转修整器100的照片。

[图2]图2是设置在实施方式的金刚石旋转修整器100的超磨粒层101的沟槽102的照片。

[图3]图3是为了说明作用面积的测定方法而示出的包含沟槽102的超磨粒层101的照片。

[图4]图4是为了说明作用面积的测定方法而示出的以包含沟槽102的方式裁切(trimming)前的超磨粒层101的照片。

[图5]图5是为了说明作用面积的测定方法而示出的、示出裁切后的沟槽102的表面的照片。

[图6]图6是示出从经平面处理的沟槽102的照片得到的、距测定开始点的各作用面205的高度(横轴)和频率(纵轴)的曲线图。

[图7]图7是示出沿着从金刚石旋转修整器100的中心朝向外周的方向的超磨粒层101的剖面结构的图。

[图8]图8是示出构成测定了面积比的沟槽102的超磨粒204的粒径和频率的曲线图。

[图9]图9是用于说明用于形成作用面205的超磨粒204的磨削方法的图。

具体实施方式

[本公开所要解决的课题]

以往的旋转修整器存在寿命短的问题。

旋转修整器是将磨石的研磨面的形状成形(修形(truing)或修整(dressing))的修整器，作为代表性的旋转修整器之一，有用于齿轮加工用磨石的修形或修整的盘状的旋转修整器。该旋转修整器在多个磨粒上形成作用面，相对于平缓地连接这些多个作用面的假想面的面积，将多个磨粒的作用面的合计面积比率设为5～30％，从而可以得到在延长旋转修整器的寿命的同时减小锋利度和寿命的偏差的效果。

上述构成的旋转修整器作为齿轮用的盘状的旋转修整器可以得到上述效果，但是即使将上述特征应用于成形旋转修整器等，也仍然存在寿命短的问题。

为了解决以上问题，可以考虑增加金刚石的作用面积，并且为此增加用于形成金刚石的作用面的加工量、在粗粒之间填塞微粒而使磨粒致密。

为了实现这些，本公开涉及具有以下特征的旋转修整器。

一种旋转修整器，在基底金属上具有超磨粒通过金属结合材料结合成1层的超磨粒层，超磨粒具有：具有第1平均粒径的第1超磨粒、和具有比第1平均粒径小的第2平均粒径的第2超磨粒，在第1超磨粒和第2超磨粒当中暴露在超磨粒层表面的多个超磨粒形成有作用面，在超磨粒的集中度最高的区域中，相对于平缓地连接作用面的假想面的面积，多个作用面的合计面积比率为30～60％。

如果合计面积比率小于30％，则作用面过少，寿命降低。当合计面积比率超过60％时，作用面过多，锋利度劣化。

为了使合计面积比率为30％以上60％以下，只要使用平均粒径小的超磨粒就容易实现。为了提高旋转修整器的锋利度和寿命，例如需要使用平均粒径为0.3～0.8mm左右大小的超磨粒。在使用大的超磨粒的情况下，相对于假想面的面积的多个作用面的合计面积比率容易变小。为了增大合计面积比率，用于在超磨粒上形成作用面而进行的磨削量变多。通过组合小直径的第2超磨粒，即使用于形成作用面的磨削量减少，也能够将相对于假想面的面积的多个作用面的合计面积比率增大为30～60％。由此，作为旋转修整器的寿命也提高。

通过采用这种构成的旋转修整器，能够实现耐磨性提高、锋利度/寿命均稳定的旋转修整器。

由于加工时金刚石起作用，因此当增加金刚石时寿命提高。

磨削砂轮的集中度(磨粒数)对锋利度等性能有很大影响，但是在旋转修整器的情况下，则是作用的金刚石部的作用面积对性能有很大影响，特别是大多使用平均粒径为300～800μm左右的磨粒，因此对性能的影响显著。在本公开中，由于超磨粒的作用面积比率高，因此作为修整器的锋利度良好，寿命也提高。

优选的是，第2平均粒径为第1平均粒径的30％以上80％以下。如果将第2超磨粒的平均粒径设为第1超磨粒的平均粒径的30～80％，则第2超磨粒容易进入第1超磨粒之间，磨粒密度变得更高，容易提高磨粒的作用面积比率。

当使用人工合成金刚石作为超磨粒时，由于金刚石的晶面是明确显现的形状，因此以晶面接近与基底金属的接合面平行的状态接合。结果，超磨粒以稳定的形式紧密接合，即使用于在超磨粒上形成作用面的磨削量减少，也能够提高作用面积比率。结果，容易形成作用面，并且由于超磨粒层的厚度变厚，因此寿命也提高。

优选的是，第1超磨粒和第2超磨粒当中的最大粒径与最小粒径之比(第1超磨粒的最大粒径D1/第2超磨粒的最小粒径D3)为1.3～4。

优选的是，第1平均粒径为300μm以上800μm以下。为了用旋转修整器修整磨石，磨石的磨粒的粒径为100μm至200μm左右，当旋转修整器的磨粒直径不大于磨石的磨粒的粒径时，旋转修整器的修整性能降低，因此设为300μm以上。另外，作为旋转修整器的超磨粒层的成形形状，R为400μm左右，为了能够与该形状相对应，第1磨粒的平均粒径优选为800μm以下。

优选的是，超磨粒为人工合成金刚石。

优选的是，当观察超磨粒层的剖面时，在一定的范围内，各第1超磨粒与基底金属的距离的平均值小于各第2超磨粒与基底金属的距离的平均值。

优选的是，本公开的旋转修整器通过包括以下工序的工序来制作。

作为工序(1)，是制作在模具的内表面形成有预定形状的反转模具，利用镀覆法使超磨粒附着在该模具的内表面的工序。

作为工序(2)，是进一步进行堆焊镀覆，通过镀覆金属埋入超磨粒并完全固定的工序。

作为工序(3)，是在反转模具的中心设置芯骨，并将超磨粒与芯骨接合的工序。

作为工序(4)，是除去外侧的反转模具的工序。

如上所述，通过反转法(或反转镀覆法)进行制作。

如上所述，如果利用反转法制作本公开的旋转修整器，则在旋转修整器的磨粒层的表面侧存在第1超磨粒和第2超磨粒这两者，容易提高形成于多个超磨粒的作用面的合计面积比率，寿命也提高。另外，在利用本公开的旋转修整器进行修整的情况下，平均粒径小的第2超磨粒也能够有效地作用于修整，因此即使减少超磨粒整体的个数，也可以提高形成于多个超磨粒的作用面的合计面积比率。

在利用该方法制作的旋转修整器中，从第1超磨粒和第2超磨粒的最下端至基底金属的距离因各个超磨粒而随机地产生偏差而不一致。该芯骨可以是基底金属，也可以不是基底金属。在芯骨不是基底金属的情况下，还具备将芯骨与基底金属接合的构成。

对作用面的测定方法进行说明。图1是根据本公开的实施方式的金刚石旋转修整器100的照片。如图1所示，金刚石旋转修整器100具有基底金属103和设置在基底金属103的表面的超磨粒层。

基底金属103例如由不锈钢构成。基底金属103为圆柱形，在基底金属103的外周面设置超磨粒层101。在超磨粒层101中固定有作为超磨粒的金刚石。需要说明的是，也可以使用CBN(立方氮化硼)来代替金刚石。此外，金刚石和立方氮化硼也可以混合存在。

在超磨粒层101上形成有沿着圆周方向延伸的沟槽102。该沟槽102沿着被加工物的形状形成。这样的金刚石旋转修整器100对所谓的成形磨石进行修整。

图2是设置在实施方式的金刚石旋转修整器100的超磨粒层101的沟槽102的照片。如图2所示，在沟槽102中，超磨粒204的作用面205露出。作用面205是与对象材料(磨石)接触并进行修整的面。超磨粒204由镀层203保持。图2中的两位数字是用于识别各超磨粒204的编号。在沟槽102中，超磨粒204的集中度最高。关于集中度最高的区域，在超磨粒层101中，在以周向的长度为10mm以上且包含50个以上的磨粒数的方式沿着轴向(与周向正交的方向)分割的区域中测定作用面时，选择集中度最高的部位。通过以下方法测定这样的超磨粒204中的作用面205的面积率。

测定仪：KEYENCE制造的VR5000。测定原理为“光切法”。分析步骤为：(1)三维测定。(2)以下述A、B中的任一者或两者将形状平面化。A：波动去除(截止处理)。将某波长以上的波动平面化。B：2次曲线修正。将通过2次曲线对形状整体进行拟合而得的圆弧形平面化。(3)设定阈值，计算作用面积。

图3是为了说明作用面积的测定方法而示出的包含沟槽102的超磨粒层101的照片。如图3所示，将焦点设置在沟槽102的最深处，对包含沟槽102的超磨粒层进行拍摄。X方向是横切沟槽102的方向。Y方向是沿着沟槽102的延伸方向的圆周方向。图3中示出了沿着X方向和Y方向的超磨粒层101的高度。

图4是为了说明作用面积的测定方法而示出的以包含沟槽102的方式裁切前的超磨粒层101的照片。选择3处集中度最高的部位(目视下磨粒的集中度高的部分)，作为测定部位。以包含该部分的方式进行裁切。测定范围的大小设为Y方向的长度为10mm以上且磨粒落入50个～200个左右的范围。

图5是为了说明作用面积的测定方法而示出的、示出裁切后的沟槽102的表面的照片。如图5所示，以仅拍摄沟槽102的方式设定裁切区域105来执行裁切。然后，对裁切区域105的图像进行平面修正。平面修正包括波动修正和二次曲线修正。由此，能够将作为曲面的沟槽102的照片置换为平面的照片。

图6是示出从经平面处理的沟槽102的照片得到的、距测定开始点的各作用面205的高度(横轴)和频率(纵轴)的曲线图。各超磨粒204的作用面205(金刚石顶部(diamondtop))距测定开始点的高度存在偏差。将频率最大的高度设为基准高度。在图6中，1.320mm为基准高度。将比该高度低0.02mm的高度作为阈值。

进行去除不需要部分的设定。在微小区域的去除设定中，将噪声去除的下限值设为[0.01mm²]，从合计的面积中去除比该面积更小的区域。

使用阈值和噪声去除的下限值，计算作用面205的总面积和作用面205相对于裁切区域的面积的面积比(55.2％)。

图7是示出沿着从金刚石旋转修整器100的中心朝向外周的方向的超磨粒层101的剖面结构的图。在超磨粒层101中，在基底金属103上层叠有低熔点合金202。在低熔点合金202上层叠有镀层203。超磨粒204由镀层固定。

即，在图6的工序中计算：在超磨粒204的集中度最高的区域中，相对于平缓地连接作用面205的假想面206的面积，多个作用面205的合计面积比率。

超磨粒204的作用面205通过对超磨粒204进行磨削或研磨而形成。通过改变对超磨粒204进行磨削或研磨的时间，可以调整作用面205的面积。

图8是示出构成测定了面积比的沟槽102的超磨粒204的粒径和频率的曲线图。为了测定超磨粒204的粒径，从沟槽102中除去超磨粒204。具体而言，通过利用适合于保持超磨粒204的金属结合材料的化学药品的腐蚀加工或电解研磨，从而除去超磨粒204。例如，在保持超磨粒204的金属为镍的情况下，将作用面205浸入镍用蚀刻液中。

通过Malvern制图像式粒度分布装置Morphologi测定超磨粒204的粒径。测定结果为存在至少2个峰P1、P2。在存在于峰P1、P2之间的谷中绘制边界线401，将比边界线401大的直径侧作为第1超磨粒，将比边界线401小的直径侧作为第2超磨粒。

第1超磨粒的最大粒径为D1，第1超磨粒的最小粒径为D2，第2超磨粒的最大粒径为D2，第2超磨粒的最小粒径为D3。

第1超磨粒和第2超磨粒的平均粒径可以通过Malvern制图像式粒度分布装置Morphologi测定。

在超磨粒204的突出少的情况下，图6所示的负荷曲线的山变宽。由此，难以决定最大频率的高度。在这种情况下，通过蚀刻处理将保持超磨粒204的镀层203溶解，使超磨粒204突出，从而可以进行测定。

在该实施方式中，测定了沟槽102中的超磨粒204的面积比，但是在金刚石旋转修整器100中，有不存在沟槽102而在图2的X方向上高度恒定的旋转修整器，此外，有在X方向上朝向外周显示凸形状的旋转修整器。在这些情况下，也通过上述方法测定集中度最高的部分的面积比。

图9是用于说明用于形成作用面205的超磨粒204的磨削方法的图。如图9所示，构成超磨粒的粗粒的第1超磨粒1204和微粒的第2超磨粒2204固定在基底金属103上。通过将第1超磨粒1204的顶面作为基准面280，由此处削入削入量H，从而形成作用面205。通过增大削入量H，能够增大作用面205的比例。

当观察超磨粒层101的剖面时，在一定的范围内，各第1超磨粒1204与基底金属103的距离的平均值小于各第2超磨粒2204与基底金属103的距离的平均值。

(实施例1)

为了确认由作用面积比率的不同所引起的性能差异，制作表1所示规格的旋转修整器，进行了磨石的修整试验。粗粒和微粒的平均粒径的单位为μm，在其他表中也相同。磨石直径为300mm，磨石圆周速度为19.1m/s，磨石转速为1216rpm，旋转修整器直径为70mm，旋转修整器圆周速度为8.8m/s，旋转修整器转速为2400rpm，圆周速度比为0.46，切入速度为0.3um/rev，修整时间(dress out)为3sec，磨石为使用了CBN磨粒的陶瓷结合剂砂轮。

[表1]

寿命指数※以5μm磨损作为寿命进行比较

在表1中，寿命指数和修整时阻力指数表示将试样编号3的寿命和修整时阻力设为1时的各试样编号的寿命和修整时阻力的比例。“超磨粒层表面的削入量”的单位为μm，是相当于图9的H的量。在作用面积比率小于30％的试样中，与作用面积比率为30％以上的试样相比，结果寿命大幅缩短。

另外，在作用面积比率超过60％的情况下，制造这样的作用面积比率的试样非常费事，结果成品率也变差。即，虽然费事制作了超磨粒层表面的削入量大、作用面积比率为65％的试样并进行了试验，但是由于修整时的阻力高，结果产生了颤振。

此外，为了与以往的旋转修整器进行比较，制作了1种磨粒的平均粒径为650μm的试样。如试样编号10至16所示，制作作用面积比率不同的试样，与试样编号1至9相比，寿命、修整时的阻力没有较大的差异，但是制作旋转修整器，调整作用面积比率非常费事，难以量产。

(实施例2)

接下来，对由第1磨粒与第2磨粒的粒径比的不同、以及磨粒直径的最大与最小之比的不同产生的差异进行了试验。

设定这些粒径比的优选范围是因为与旋转修整器的性能上的问题相比，主要是制造高品质的旋转修整器方面的问题。

在该试验中，使第1磨粒的平均粒径为650μm，通过改变第2磨粒的平均粒径，确认了由粒径比的不同、以及磨粒直径的最大与最小之比的不同所引起的差异。此外，使用所得的旋转修整器对寿命和修整阻力进行了评价。

表2和表3示出了在该实施例2中制造的试样编号21至50。

[表2]

[表3]

在该试验中，制作旋转修整器，为了在磨粒上形成作用面，利用磨石对超磨粒层的表面进行削入。“超磨粒层表面的削入量”的单位为μm，是相当于图9的H的量。阶段性地增加该削入量，观察此时的作用面积比率的变化行为。此外，在各阶段也测定第1超磨粒的作用面积比率和第2超磨粒的作用面积比率，也确认了第2磨粒在多大程度上处在对修整起作用的状态。图9示出对超磨粒层的表面进行削入时的工序。

结果，平均粒径比偏离30～80％的范围的试样，无论在哪个阶段，第2超磨粒的作用面积均为0％或极少。与此相对，确认了平均粒径比落入30～80％的试样，在第2超磨粒中也形成作用面的比例提高。因此，可知通过加入第2超磨粒，容易进行提高作用面积比率的控制，能够容易地制作高品质的旋转修整器。

另外，从磨粒直径的最大与最小之比的不同来看，最大粒径/最小粒径的值偏离1.3～4的试样，无论在哪个阶段，第2磨粒的作用面积均为0％。最大粒径/最小粒径的值落入1.3～4的磨粒在第2磨粒上也形成作用面。因此，可知通过加入第2超磨粒，容易进行提高作用面积比率的控制，能够容易地制作高品质的旋转修整器。

然后，在与实施例1同样的条件下，使用试样编号21至50进行磨石的修整试验。结果如表4和5所示。

[表4]

试样编号	寿命指数	修整时阻力指数
			21	0.7	0.8
22	1.1	1.1
			23	1.7	1.2
24	1.5	1.4
			25	1.6	1.2
26	0.7	0.8
			27	1.1	1.1
28	1.5	1.2
			29	1.7	1.3
30	2.2	1.4
			31	0.7	0.8
32	1.4	1.1
			33	2.1	1.5
34	2.3	1.6
			35	2.2	1.5

寿命指数※以5μm磨损作为寿命进行比较

[表5]

试样编号	寿命指数	修整时阻力指数
			36	0.7	0.8
37	1.2	1.1
			38	1.8	1.4
39	2.0	1.3
			40	1.8	1.3
41	0.8	0.8
			42	1.2	1.1
43	1.5	1.2
			44	1.7	1.3
45	1.6	1.3
			46	0.8	0.8
47	1.1	1.1
			48	1.5	1.3
49	1.4	1.3
			50	1.6	1.2

寿命指数※以5μm磨损作为寿命进行比较

在表4和5中，寿命指数和修整时阻力指数表示将试样编号3的寿命和修整时阻力设为1时的各试样编号的寿命和修整时阻力的比例。由表4和5可知，出现了与实施例1的表1相同的倾向。

应当理解的是，本次公开的实施方式和实施例在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。本发明的范围由权利要求书而不是上述说明表示，并旨在包含与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。

符号的说明

100金刚石旋转修整器、101超磨粒层、102沟槽、103基底金属、105修整区域、202低熔点合金、203镀层、204超磨粒、205顶面、280基准面、401边界线、1204第1超磨粒、2204第2超磨粒。

Claims (7)

1.一种旋转修整器，其在基底金属上具有超磨粒通过金属结合材料结合成1层的超磨粒层，

所述超磨粒具有：具有第1平均粒径的第1超磨粒、和具有比所述第1平均粒径小的第2平均粒径的第2超磨粒，

在所述第1超磨粒和所述第2超磨粒当中暴露在所述超磨粒层表面的多个所述超磨粒形成有作用面，

在所述超磨粒的集中度最高的区域中，相对于平缓地连接所述作用面的假想面的面积，多个所述作用面的合计面积比率为30％以上60％以下。

2.根据权利要求1所述的旋转修整器，其中，

所述第2平均粒径为所述第1平均粒径的30％以上80％以下。

3.根据权利要求1或2所述的旋转修整器，其中，

所述第1超磨粒和所述第2超磨粒当中的最大粒径与最小粒径之比(所述第1超磨粒的最大粒径D1/所述第2超磨粒的最小粒径D3)为1.3以上4以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转修整器，其中，

所述第1平均粒径为300μm以上800μm以下。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转修整器，其中，

所述超磨粒为人工合成金刚石。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转修整器，其中，

当观察所述超磨粒层的剖面时，在一定的范围内，各所述第1超磨粒与所述基底金属的距离的平均值小于各所述第2超磨粒与所述基底金属的距离的平均值。

7.一种旋转修整器的制造方法，其为制造权利要求1至6中任一项所述的旋转修整器的方法，包括以下工序：

工序(1)：制作在模具的内表面形成有预定形状的反转模具，利用镀覆法使所述第1和所述第2超磨粒附着于该内表面的工序；

工序(2)：进一步进行堆焊镀覆，通过镀覆金属埋入所述第1和所述第2超磨粒并固定的工序；

工序(3)：在所述反转模具的中心设置芯骨，将所述第1和所述第2超磨粒与所述芯骨接合的工序；以及

工序(4)：除去外侧的所述反转模具的工序。