(57)【要約】ダイヤモンド含有レジンボンド研削ホイールによる超硬合金加工物の溝研削は、上記ダイヤモンドを銀被覆ダイヤモンドを含むものに限定し、ストレートオイルのみからなる潤滑剤の存在下で研削を行い、約３０ｍ／ｓ未満好ましくは約２０ｍ／ｓの研削ホイール速度で研削を行うことで改良される。好ましいダイヤモンドは、約２５〜７５重量％の銀で被覆されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド含有レジンボンド研削ホイールを用いて超硬合金加工物の溝研削を行う方法において、
（ａ）上記ダイヤモンドを銀被覆ダイヤモンドを含むものに限定し、
（ｂ）ストレートオイルから実質的になる潤滑剤の存在下で上記研削を行い、
（ｃ）約３０ｍ／ｓ未満の研削ホイール速度で上記研削を行う
ことを含んでなる改良。
【請求項２】
前記ダイヤモンドが約２５〜約７５重量％の銀コーティングを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ダイヤモンドが約５０重量％の銀コーティングを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ストレートオイルが鉱油からなる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記研削ホイール速度が約２０ｍ／ｓである、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記レジンボンド研削ホイールが、フェノール−ホルムアルデヒド反応生成物、メラミン又は尿素ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリアミド或いはポリイミドの１以上から形成される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記レジンボンド研削ホイールがフェノール−ホルムアルデヒド反応生成物又はポリイミドの１以上を含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記超硬合金加工物が、コバルト、ニッケル、鉄又はこれらの合金の１以上からなる結合剤の存在下で加圧成形され焼結された第IVＢ族、第ＶＢ族及び第VIＢ族金属の１以上を含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記超硬合金加工物がＷＣを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ＷＣ加工物がＣｏを用いて焼結されている、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
ダイヤモンド含有レジンボンド研削ホイールを用いて超硬合金加工物の溝研削を行う方法において、
（ａ）上記ダイヤモンドを約２５〜７５重量％の銀で被覆されたダイヤモンドを含むものに限定し、
（ｂ）ストレートオイルから実質的になる潤滑剤の存在下で上記研削を行い、
（ｃ）約３０ｍ／ｓ未満の研削ホイール速度で上記研削を行う
ことを含んでなる改良。
【請求項１２】
前記研削ホイール速度が約２０ｍ／ｓである、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記レジンボンド研削ホイールが、フェノール−ホルムアルデヒド反応生成物、メラミン又は尿素ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリアミド或いはポリイミドの１以上から形成される、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記レジンボンド研削ホイールがフェノール−ホルムアルデヒド反応生成物又はポリイミドの１以上を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記超硬合金加工物が、コバルト、ニッケル、鉄又はこれらの合金の１以上からなる結合剤の存在下で加圧成形され焼結された第IVＢ族、第ＶＢ族及び第VIＢ族金属の１以上を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記超硬合金加工物がＷＣを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
ＷＣ加工物がＣｏを用いて焼結されている、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銀被覆研磨材、銀被覆研磨材を含む工具、及び該工具の用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
タングステンカーバイド系超硬合金は、機械加工が非常に困難な材料である。ドリルやエンドミルのような丸形工具の研削は、完成品について厳しい許容差が要求されることが多いので、さらに一段と困難である。溝研削では、溝の所要形状を加工物に移すために特殊な輪郭の研削ホイールが使用される。研削作業中に研削ホイールが摩耗するのに伴い、加工物に切削される溝のサイズは変化する。このような研削ホイールの摩耗が過度になると、ドレッシングで研削ホイールを成形し直すことが必要である。ドレッシングは、作業中断時間を必要とし、本来ならば有用な材料を研削ホイールから取り除く必要があるので反生産的である。高い研削比（除去された研削ホイールの体積当たりの除去された加工物の体積として定義される）を有する研削ホイールほど、長時間その形状を保持し、研削ホイールの形状がドレッシングを必要とする程度に悪化するまでに除去し得る材料の量が増加する。ドレッシングから次のドレッシングまでの間で研削し得る溝の数に関して達成し得る改良は、工具製造業者にとっては生産性に直接反映される。このような生産性は、作業中断時間の短縮（労働力の節約）及び研削ホイール当たりの完成品の増加（材料の節約）を通じて実現される。
【０００３】
超研磨材研削ホイールによる丸形工具の研削は、主として、標準的な技術及び完成品上で所望の輪郭を維持するための研削ホイールの頻繁なドレッシングに頼っていた。米国特許第４１８６５２９号及び同第４１１５９５号のように、若干の作業方法が特許になっており、これらの特許は末端切削工具を研削するためのプログラム制御方法を記載している。この発明では、寸法許容差の喪失を補償するための研削ホイール摩耗補償プログラムが使用されている。
【０００４】
米国特許第４４０３００１号には、ダイヤモンドに銀コーティングを施す方法が記載されている。米国特許第４５２１２２２号には、ダイヤモンド粒子への銀コーティングの無電解めっき及び銀とニッケルの複合コーティングが記載されている。超硬合金加工物の乾式研削及び湿式研削のための、二重被覆ダイヤモンドグリットを含むレジンボンド研削素子。これらの米国特許には、本明細書中で述べる通り、丸形工具の研削に際して銀被覆研磨材をストレートオイル冷却材及び低い研削ホイール速度と共に使用することで達成される格段の効果について記載されていない。
【特許文献１】
米国特許第４１８６５２９号
【特許文献２】
米国特許第４１１５９５号
【特許文献３】
米国特許第４４０３００１号
【特許文献４】
米国特許第４５２１２２２号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
銀被覆ダイヤモンド含有レジンボンド研削ホイールは、特定の超硬合金研削用途で優れた性能を示した。意外にも、銀コーティングの完全な恩恵は特定の研削条件下でのみ実現されることが見出された。すなわち、ダイヤモンド含有レジンボンド研削ホイールによる超硬合金加工物の溝研削は、上記ダイヤモンドを銀被覆ダイヤモンドを含むものに限定し、ストレートオイルのみからなる潤滑剤の存在下で研削を行い、約３０ｍ／ｓ未満好ましくは約２０ｍ／ｓの研削ホイール速度で研削を行うことで改良される。好ましいダイヤモンドは、約２５〜７５重量％の銀で被覆されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図面の簡単な説明
本発明の特質及び利点をさらに十分に理解するためには、添付の図面に関連してなされる以下の詳細な説明を参照すべきである。図面中、
図１は、実施例１の表３に報告されているような、ＷＣのクリープ研削における半径方向研削ホイール摩耗を研削体積に対して示すグラフであり、
図２は、実施例１の表３に報告されているような、ＷＣのクリープ研削における比動力を研削体積に対して示すグラフであり、
図３は、実施例１の表３に報告されているような、ＷＣのクリープ研削における表面仕上を研削体積に対して示すグラフであり、
図４は、実施例１の表３に報告されているような、ＷＣのクリープ研削における２０ｍ／ｓ及び３０ｍ／ｓの研削ホイール速度での総合研削比を示すグラフであり、
図５は、銀被覆ダイヤモンド研削ホイールに関する研削比を研削ホイール速度に対して示すグラフであり、
図６は、実施例２の表７に報告されているような、ＷＣのクリープ研削における研削比を研削体積に対して示すグラフである。
【０００７】
以下に図面をさらに詳しく説明する。
【０００８】
優れた性能は、レジンボンド（例えば、フェノール樹脂又はポリイミド結合）研削ホイール中の（通例２５〜７５重量％の銀を含む）銀被覆ダイヤモンドを低い研削ホイール速度（約２０ｍ／ｓ）及びストレートオイル冷却材と共に用いて超硬合金（例えば、焼結ＷＣ）を研削することで達成できる。研削ホイール寿命の延長は、丸形工具上への溝研削のような、加工物に対する寸法制御が極めて重要な研削作業で特に有益である。
【０００９】
本発明では任意の銀被覆ダイヤモンドグリットが有用であると考えられるが、好ましい銀被覆ダイヤモンドはＲＶＧ−Ａｇ５０ダイヤモンド（ＧＥ  Ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓ社、米国オハイオ州ウォーシングトン）である。この銀被覆ダイヤモンドは、５０重量％の銀で被覆した脆い不規則形状の結晶であるダイヤモンド基材結晶を有するものとして記述されている。また、この製品は結晶を機械的に結合状態に保持するコーティングスパイクを有するものとして記述されている。
【００１０】
ダイヤモンド粒子は、天然品でも合成品でもよい。大抵の場合、研削作業では合成ダイヤモンドが使用される。合成ダイヤモンドは、当技術分野で公知の高圧／高温（ＨＰ／ＨＴ）プロセスで製造できる。
【００１１】
レジンボンド研削ホイールで最も多用される樹脂は、フェノール−ホルムアルデヒド反応生成物である。しかし、例えば、メラミン又は尿素ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリアミド及びポリイミドのような他の樹脂又は有機ポリマーも使用できる。被覆ダイヤモンドの濃度及びかかる研削ホイールの製造は通常通りであり、当技術分野で公知である。
【００１２】
研削ホイールはディスク状でもカップ状でもよく、銀被覆ダイヤモンド粒子を含む研削素子の性能に悪影響を及ぼすことなく、二次的な分布状態の炭化ケイ素又は他の二次研磨材粒子を含み得る。レジンボンド研削ホイールの典型的な製法では、粒状樹脂、Ａｇ被覆ダイヤモンド研磨材粒子及び充填材の混合物を型に入れる。当該樹脂に適した圧力、通常は数千ポンド／平方インチ（数万キロパスカル（ＫＰａ））の圧力を加え、樹脂を塑性変形させるのに十分な温度に金型を加熱する（そして、樹脂が熱硬化性である場合には硬化させる）。
【００１３】
溝研削作業に付される超硬合金基体の組成は従来のものであり、例えば、コバルト、ニッケル又は鉄或いはこれらの合金からなる結合剤の存在下で加圧成形されて焼結される第IVＢ族、第ＶＢ族又は第VIＢ族金属のものが挙げられる。大抵の場合、タングステンカーバイドが工具製造業者に好まれる金属カーバイドである。
【００１４】
超硬合金研削作業で使用される冷却材は、通例、油を基材とするものである。これらの冷却油は水溶性又は水不溶性である。本発明の開発中に行った試験によれば、本明細書中に報告する意外な利益を達成するためには、「ストレートオイル」が明らかに好ましいことが判明した。超硬合金研削業界で使用する場合、「ストレートオイル」という用語は鉱油で代表される水不溶性オイルを意味する。当業界ではその他各種の石油系オイルも使用されており、本明細書中に開示した本発明の研削作業でも有利に使用できる。
【００１５】
意外にも、ストレートオイルを用いて超硬合金加工物の溝研削を行う場合、銀被覆ダイヤモンド研磨材を含むレジンボンド研削ホイールは優れた性能を示すことが見出された。かかる性能は、研削ホイール寿命の延長及びエネルギー入力の低下で測定される。すなわち、本発明の研削ホイールに関する研削比は他の金属で被覆したダイヤモンドを含む研削ホイールに関する研削比より著しく高い。その上、かかる性能の向上は低い研削ホイール速度で実現される。約３０ｍ／ｓ以下で利益の向上が明らかになり始め、ほぼ２０ｍ／ｓではっきりと示される。実施例はかかる研削性能の向上を十分に実証している。
【００１６】
以上、好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者であれば、本発明の技術的範囲から逸脱せずに様々な変更及び均等物による要素の置換を行い得ることが理解されよう。さらに、特定の状況又は材料を本発明の開示内容に適合させるため、本発明の本質的な技術的範囲から逸脱せずに数多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は本発明を実施するための最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を包含するものである。本明細書中では、特記しない限り、すべての単位はメートル法に基づいており、すべての量及び百分率は重量基準である。また、本明細書中に引用されたすべての文献の開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【実施例】
【００１７】
実施例１
丸形工具の研削における銀被覆研磨材の有効性を調べるために２組の研削試験を行った。第一組の試験は、Ｌａｎｄｉｓ  Ｇａｒｄｎｅｒ  ＣＩＴＣＯ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓから供給された３個の研削ホイールを含んでいた。試験の目的は、ＲＶＧ（表３の脚注１参照）ダイヤモンド上の金属コーティングの違いによって引き起こされる研削ホイール性能の変化を確認することであった。加工物材料としては、タングステンカーバイドのグレードＫ４２０をクリープフィード研削モードで使用した。
【００１８】
１Ａ１研削ホイールを用いる四軸Ｈｕｆｆｍａｎ機械上で研削試験を行った。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
研削に先立ち、研削ホイールの表面をブレーキ制御形直し装置で前処理した。炭化ケイ素研削ホイール（３７Ｃ６０−ＭＶＫ）を荒形直しモード及び仕上形直しモードで用いて各研削ホイールの形直しを行った。荒形直しでは１３μｍ／パス（０．０００５インチ／パス）の送込み量を使用し、仕上形直しでは２．５μｍ／パス（０．０００１インチ／パス）の送込み量を使用した。形直し作業の完了後、軟質の酸化アルミニウムスティック（９Ａ２４０Ｇ９Ｖ８２）中に０．２ｍ／ｍｉｎ（８ｉｐｍ）の速度で突っ込むことで研削ホイールのドレッシングを行った。全部で６．６ｃｍ3（０．４ｉｎ3）のドレッシングスティックを消費してダイヤモンドを露出させた。
【００２１】
各研削ホイールに関し、表２に示す条件下で５回の個別試験を行った。Ｃａｓｔｒｏｌ  Ｉｌｏｇｒｉｎｄ６００ストレートオイルを冷却材として使用した。加工物材料は、表２に記載するようなタングステンカーバイドのグレードＫ４２０であった。各研削試験中に、研削動力の測定値を求め、パーソルコンピューターに記憶させた。Ｈｏｍｍｅｌ−Ｔ４０００プロフィルメーターを用い、タングステンカーバイド試験片中に生じた研削ホイールプロフィルから半径方向研削ホイール摩耗及び表面仕上の測定値を求めた。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
総合的なクリープフィード研削試験結果を、研削比（Ｇ）、研削動力（Ｐ）及び加工物表面仕上（Ｒa）に関して表３に示す。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
図１、２及び３は、試験の進行中における種々の研削ホイールの性能を半径方向研削ホイール摩耗、研削動力及び加工物表面仕上に関して示すグラフである。図４は、２０ｍ／ｓ及び３０ｍ／ｓで試験を行った場合の各ダイヤモンドタイプの総合研削比を示している。図５は、２０ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓ及び４０ｍ／ｓでのＲＶＧ−Ａｇ５０研削ホイールの試験結果を示している。切込み（１．２５ｍｍ［０．０５０”］）及び横送り速度（０．０７６ｍ／ｍｉｎ［３．０ｉｐｍ］）はすべての試験を通じて一定に保った。これにより、Ｑ’＝１．５６ｍｍ3／ｍｍ／ｓ（０．１５ｉｎ3／ｉｎ／ｍｉｎ）の比材料除去速度が得られた。
【００２６】
３０ｍ／ｓでの初期試験では、銅被覆結晶及び銀被覆結晶がほぼ等しい結果を生じ、その結果はニッケル被覆結晶の研削ホイール寿命の約２倍であることがわかった。２０ｍ／ｓの研削ホイール速度では、ＲＶＧ−Ａｇ５０を含む研削ホイールが７７３．１という断然優れた研削比を達成し、次いでＲＶＧ−Ｄ研削ホイールが４８６．５を示し、ＲＶＧ−Ｗｐｌｕｓ研削ホイールが３７７．１を示した。これらの試験は、適正な研削ホイール速度と研磨材タイプとを組み合わせれば、研削ホイール寿命が６倍を超えて向上し得ることを示している。
【００２７】
図３では、３種の研削ホイールを用いて得られた加工物表面仕上Ｒaを比較している。３種の研削ホイールを用いて得られた粗さ値は、Ｒa＝０．１１μｍからＲa＝０．３６μｍまでの範囲内にあった。通常、高い研削ホイール速度は良好な表面仕上を生み出す。これらの試験中では、低い研削ホイール速度ほどダイヤモンド結晶がレジンボンド剤中に長く保持されて良好な仕上を生み出したので、正反対の結果が認められた。
【００２８】
これらのデータに基づく結論は以下の通りである。
・銀被覆研磨材を低い研削ホイール速度及びストレートオイル冷却材と組み合わせて使用するこ  とで、傑出した研削性能を達成できる。
・研削ホイール速度のわずかな変化が研削比に劇的な影響を及ぼす。ＲＶＧ−Ａｇ５０を含む砥  石車の場合、研削ホイール速度を２５ｍ／ｓから２０ｍ／ｓに変化させると、研削比は２６７  ．９から７７３．１に増大した。
・２０ｍ／ｓでの試験は、Ｒa＝０．１７〜０．２５μｍの範囲内の表面仕上を生み出し  たのに対し、３０ｍ／ｓでの試験は、Ｒa＝０．２７〜０．３６μｍの範囲内の表面仕  上を生み出した。
・ＲＶＧ−Ａｇ５０を用いて４０ｍ／ｓで行った試験は、過大な研削ホイール摩耗を生じると共  に、非常に高い所要動力を示した。
【００２９】
実施例２
６０重量％のスパイクトニッケルコーティング（ＲＶＧ−ＷＳ６０）、標準的な５６重量％ニッケルコーティング（ＲＶＧ−Ｗ）、５０重量％銅コーティング（ＲＶＧ−Ｄ）及び５０重量％銀コーティング（ＲＶＧ−Ａｇ５０）を用いて追加の試験を行った。クリープフィード溝研削作業で、タングステンカーバイド（グレードＫ２０Ｆ）を加工物材料として使用した。研削試験は、ＷＡＬＴＥＲ  Ｈｅｌｉｔｒｏｎｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｒｏｄｃｔｉｏｎ研削盤上で行った。研削ホイールデータ、加工物仕様、研削条件及び機械仕様を以下に詳述する。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
【表５】
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【００３２】
【表６】
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【００３３】
研削に先立ち、研削ホイールに炭化ケイ素研削ホイールによる形直しを施し、酸化アルミニウムスティックによるドレッシングを施した。各研削ホイールによって４個のエンドミルを研削した。生産性を向上させるためにサイクル時間の短縮へと向かう当業界の傾向に従い、苛酷な作業条件を選択した。かかる条件は、Ｑ’wmax＝５．９ｍｍ3／ｍｍ／ｓの材料除去速度をもたらした。ストレートオイルを冷却材として使用した。各研削試験中、相対主軸トルクを監視して記録した。研削ホイール表面をダイヤモンド触針でトレースすることによって半径方向研削ホイール摩耗の測定値を求めた。下記のデータを記録した。
【００３４】
【表７】
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【００３５】
研削比を図６にプロットする。ダイヤモンドコーティングのタイプが動力消費量及び研削ホイール摩耗（Ｇ比）で記述される研削挙動に直接の影響を及ぼしていることが評価された。
【００３６】
第一のエンドミルを研削した場合、動力消費量に顕著な差はなかった。第二組のエンドミルを研削した際、ＲＶＧ−Ｗ研磨材を含む研削ホイールは動力消費量の顕著なピーク（１０５％）を示したが、これは研削ホイールの非定常的な研ぎ直しプロセスを表している。同様な効果は、ＲＶＧ−Ｄ研磨材を含む研削ホイール（１２０％）についても認めることができた。
【００３７】
ＲＶＧ−ＷＳ６０及びＲＶＧ−Ａｇ５０を含む研削ホイールは、試験中に消費された動力がわずかな一定の増加を生じるというより安定なプロセスを示した。
【００３８】
試験したすべての研削ホイールのうち、ＲＶＧ−Ａｇ５０を含む研削ホイールは（ＲＶＧ−ＷＳ６０及びＲＶＧ−Ｗより３６％高い）最高のＧ比値を達成した。ＲＶＧ−Ｄを含む研削ホイールは最低の工具寿命を示した。また、ＲＶＧ−ＷＳ６０及びＲＶＧ−Ｗを含む研削ホイールは、試験の終わりにびびり音を発生すると共に、それぞれ第四のエンドミルで加工物の破壊を生じた。
【００３９】
このような効果が生じる理由は、接線研削抵抗に直接関係する動力消費量が同程度でも、プロセスの法線研削抵抗が増大してひびりや加工物の破壊を引き起こすことがあるためであろう。
【００４０】
試験したすべての研削ホイールのうち、ＲＶＧ−Ａｇ５０研磨材を含む研削ホイールは研磨材突出の点から見て最良の自由切削特性を示すと共に、銀コーティングによる研削ホイール形態の摩擦挙動の改善で研削ホイールの目詰まり傾向を最小限に抑えた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施例１の表３に報告されているような、ＷＣのクリープ研削における半径方向研削ホイール摩耗を研削体積に対して示すグラフである。
【図２】実施例１の表３に報告されているような、ＷＣのクリープ研削における比動力を研削体積に対して示すグラフである。
【図３】実施例１の表３に報告されているような、ＷＣのクリープ研削における表面仕上を研削体積に対して示すグラフである。
【図４】実施例１の表３に報告されているような、ＷＣのクリープ研削における２０ｍ／ｓ及び３０ｍ／ｓの研削ホイール速度での総合研削比を示すグラフである。
【図５】銀被覆ダイヤモンド研削ホイールに関する研削比を研削ホイール速度に対して示すグラフである。
【図６】実施例２の表７に報告されているような、ＷＣのクリープ研削における研削比を研削体積に対して示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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2004524980.tif 000017
2004524980.tif 000018
2004524980.tif 000019
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2004524980.tif 000031
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2004524980.tif 000033
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2004524980.tif 000035
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【国際調査報告】
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2004524980.tif 000038