研削工具の概要

研磨材とは、研削、研削、研磨に使用される工具です。 研磨工具の多くは研磨剤と結合剤からなる人工研磨工具ですが、天然の鉱物岩を直接加工した天然研磨工具もあります。 研磨工具は、機械製造やその他の金属加工産業で広く使用されていることに加えて、穀物加工、製紙産業、セラミック、ガラス、石材、プラスチック、ゴム、木材などの非金属材料の加工でも使用されています。
概要
研削工具の構造は、タイト、ミディアム、ルーズに大別されます。 各カテゴリはさらに番号などに細分化され、組織番号によって区別されます。 研磨工具の構造番号が大きいほど、研磨工具中の研磨材の体積割合が小さくなり、砥粒間の隙間が広くなり、構造が緩くなることを意味します。 逆に組織数が少ないほど組織は緊密になります。 緩い構造の研削工具は、使用中に不動態化されにくく、研削プロセス中の発熱が少なく、ワークピースの熱変形や焼けを軽減できます。 緻密な構造を有する研磨工具の砥粒は脱落しにくいため、研磨工具の幾何学的形状を維持するのに有利です。 研磨工具の構造は、製造時に研磨工具の配合に従ってのみ制御され、通常は測定されません。 超砥粒結合研磨材は、主にダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素などを結合剤で結合させた研磨材です。 ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素は価格が高く、耐摩耗性に優れているため、これらを使用して製造された結合研磨工具は、通常の研磨結合研磨工具とは異なります。 超硬研磨層に加えて、遷移層とマトリックスもあります。 超砥粒層は切削の役割を果たす部分で、超砥粒と結合剤で構成されています。 基板は研削の補助的な役割を果たし、金属、ベークライト、またはセラミックで構成されます。 遷移層は、マトリックスと超砥粒層を接続するために使用されます。 結合剤で構成されており、省略できる場合もあります。 一般的に使用されるバインダーには、樹脂、金属、電気めっきされた金属、およびセラミックが含まれます。 結合研磨工具の製造工程には、流通、混合、成形、熱処理、加工、検査などがあり、結合剤によっても製造工程が異なります。 セラミックボンド研磨工具は主にプレス法が使用されます。 研磨剤と結合剤を配合の重量比に従って秤量した後、ミキサーに入れて均一に混合した後、金型に入れてプレス機で研磨工具ブランクを成形します。 ブランクを乾燥させた後、焼成のために窯に入れます。 焼成温度は一般的に1300度程度です。 低融点焼結バインダーを使用する場合、焼成温度は1000度未満となります。 指定された寸法や形状に合わせて正確に加工し、最終的に製品検査を行います。 レジンボンド研磨材は、一般に室温でプレス機で成形されますが、加熱条件下で加熱と加圧を行うホットプレス法を採用するものもあります。 成形後、焼入れ炉で焼入れを行います。 フェノール樹脂をバインダーとして使用する場合、硬化温度は180～200度です。 ラバーボンド研磨材は主に、一対のローラーマシンを使用して混合され、薄いシートに丸められ、パンチナイフで打ち抜かれて成形されます。 ルース素材を使用し、金型に入れてプレスで成形するものもあります。 成形後、加硫槽内で165～180度の温度で加硫されます。 メタルボンド研削工具の製造プロセスには粉末冶金と電気メッキの 2 つがあり、主に超硬砥粒ボンド研削工具に使用されます。 粉末冶金法では、青銅などを結合剤として使用します。 混合後、ホットプレスまたは室温でプレスして成形し、焼結する。 電気めっき法では、電気めっき金属としてニッケルまたはニッケルコバルト合金を使用し、電気めっきプロセスに従って研磨材を基材に結合させて研磨工具を製造します。 特殊な種類の研磨剤には、焼結コランダム研磨剤や繊維研磨剤などがあります。 焼結コランダム研削工具は、酸化アルミニウム粉末と適量の酸化クロムを混合・成型し、約1800度で焼結して作られます。 コンパクトな構造で強度が高い研磨工具で、主に時計や計器類などの部品の加工に使用されます。 繊維研磨材は、研磨材を含む、または研磨材に付着した繊維フィラメント (ナイロン フィラメントなど) でできています。 弾力性に優れ、主に金属材料やその製品の研磨に使用されます。
使用法
研磨工具の使用中に、砥粒自体の部分的な破片や結合部の破壊により砥粒が鈍化すると、砥粒が部分的または完全に研磨工具から脱落し、新たな切り込みが継続します。研磨工具の研磨作業面に現れます。 刃先、つまり新しい鋭利な砥粒が常に露出しているため、研磨工具は一定期間内で切削性能を維持できます。 この研磨工具の自己研磨性は、通常の切削工具に比べて優れた特徴です。
新石器時代にはすでに、人類は石ナイフ、石斧、骨道具、角道具、歯道具などの道具を加工するために天然砥石を使い始めました。 19 世紀に、天然研磨剤と粘土を組み合わせて焼成されたセラミックスが米国で登場しました。 砥石車; 1900年頃には人工研磨材が登場し、人工研磨材を使用した様々な研磨工具が次々と生産され、研削盤や研削盤が急速に発展する条件が整いました。 それ以来、研磨剤中の天然研磨剤の割合は徐々に減少してきました。
研磨剤はその原料の違いにより、天然研磨剤と人工研磨剤の2種類に分けられます。 機械産業で一般的に使用される唯一の天然研磨工具はオイルストーンです。 人造研磨材は、その基本的な形状や構造上の特徴により、砥石、砥石、砥石、砂タイルなどに分類され、結合研磨材と塗布研磨材の5つに分類されます。 さらに、研磨剤も慣例的に研磨工具として分類されます。
分類
使用する研磨材の違いにより、結合研磨材は普通砥粒結合研磨材と超砥粒結合研磨材に分けられます。 前者はコランダムや炭化ケイ素などの普通砥粒を使用し、後者はダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素などの超砥粒を使用します。 さらに、焼結コランダム研削工具などの特殊な種類もあります。
普通研磨材結合研磨材は、通常の研磨材を結合剤により一定の形状と強度を持たせて固めた研磨材です。 一般に砥粒、結合剤、気孔から構成され、この3つの部分を結合砥粒の3要素と呼ぶこともあります。
砥粒は、研削工具において切削の役割を果たします。 バインダーは、遊離研磨材を研磨工具に固める材料です。 無機系と有機系の2種類があります。 無機結合剤には、セラミック、アマランサス、ケイ酸ナトリウムなどが含まれます。 有機バインダーには、樹脂、ゴム、セラックなどが含まれます。最も一般的に使用されるのは、セラミック、樹脂、ゴムの接着です。
この細孔は、研削中に摩耗粉を収容して排出する役割を果たし、クーラントを収容して研削熱を放散するのに役立ちます。 特定の特殊な加工要件を満たすために、細孔に硫黄やパラフィンなどの特定の充填剤を含浸させて、研削工具の性能を向上させることもできます。 このフィラーは、研削工具の第 4 の要素とも呼ばれます。
一般的な砥粒結合砥粒の特徴を表す項目としては、形状、大きさ、粒子径、硬度、構造、結合剤などがあります。 研磨工具の硬度とは、外力の作用下で研磨粒子が研磨工具の表面から落ちる容易さを指します。 研磨粒子を保持する結合の強さを反映します。
砥粒サイズ
粒径とは研磨粒子の大きさを指し、その大きさは粒度番号で表されます。
国家規格では、研磨材と微粉末の 2 つの粒子サイズが規定されています。
粒子サイズは研磨粒子のサイズを指します。 粒度は砥粒と微粉末の2つに分類されます。 粒子径が40μmを超える大きな砥粒を砥粒と呼びます。 ふるい分け法により分類された粒度番号は、砥粒が通過するふるい上の1インチあたりの穴の数で表されます。 たとえば、60# の砥粒は、1 インチあたり 60 個の穴を持つスクリーンを通過するのにちょうど十分なサイズであることを意味します。 粒子径が40μm未満の研磨剤を微粉末と呼びます。 顕微鏡測定法を使用して分類し、Wとその後の数字を使用して粒子サイズ番号を表し、Wの後の値は微粉末の実際のサイズを表します。 例えば、W20は微粉末の実際のサイズが20μmであることを示します。 各種粒径の研磨材粒径を表1に示します。
表1 砥粒粒度番号と粒度
結合剤の役割は、砥粒を結合して一定の強度と形状の砥石車にすることです。 砥石の強度、耐衝撃性、耐熱性、耐食性は主にボンドの性能によって決まります。
一般的に使用される結合剤には、セラミック結合剤(V)、樹脂結合剤(B)、ゴム結合剤(R)、金属結合剤(M)などがあります。
セラミックボンド：最も広く使用されており、外周研削、内周研削、平面研削、センタレス研削、成形研削砥石などに適しています。
レジンボンド：ウェーハ砥石や高速砥石の切断・溝入れに適しています。
ラバーボンド: センタレス研削ガイドホイールおよび研磨ホイールに適しています。
メタルボンド：ダイヤモンド砥石などに適しています。
研削工具の硬度
研磨工具の硬度は主に、添加される結合剤の量と研磨工具の密度に依存します。 砥粒が脱落しやすい場合は、研磨工具の硬度が低いことを意味します。 それ以外の場合は、硬度が高いことを意味します。 硬さは一般的に極軟、軟、中軟、中、中硬、硬、超硬の7段階に分かれています。 これらのレベルは、さらにいくつかの小さなレベルに細分化できます。 研磨工具の硬度を測定するために最も一般的に使用される方法には、ハンドコーン法、メカニカルコーン法、ロックウェル硬度計法、サンドブラスト硬度計法などがあります。
研磨工具の硬さは動弾性率と対応関係にあり、音声法を用いて研磨工具の動弾性率を測定し、研磨工具の硬さを表現することが容易となる。 研削加工においては、被削材の硬度が高い場合には硬度の低い研磨工具を使用するのが一般的ですが、研磨工具は硬度の低いものを使用します。 それ以外の場合は、高硬度の研磨工具が使用されます。