JP2510464C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】 本発明は自動車産業、電気産業、造船重機産業など、多くの分野で不可欠な鉄
鋼材料、非鉄材料の除去加工方法に関し、特に比較的軟質の此の種材料の高能率
で高品質な新しい加工法を提供しようとするものである。 【０００２】 【従来の技術】 従来、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合
金、チタン、チタン合金等の非鉄材料や、鉄鋼材料でも軟鋼、軟鋳鋼、ステンレ
ス鋼等ＨＲＣ３５程度以下の軟質材料の除去加工は、バイト、エンドミル、カッ
ター等の切削工具を用いる切削加工によって行われていた。稀れには、要求され
る高い加工精度を満たすため、研削加工の行われることもあったが、この場合で
も用いられる砥石は炭化珪素系乃至はアルミナ系のものによる通常研削であり、
また切屑スペース容量の大きくとれる電着ＣＢＮ砥石による高能率研削が提案さ
れてはいるが、ダイヤモンドやＣＢＮをメタル、ビトリファイド又はレジンでボ
ンドした一般の所謂超砥粒ホイールによる研削加工は採用されていなかった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】 そして、従来これらのＨＲＣ３５以下の軟質金属の除去加工において常に問題
となるのが切り屑処理である。すなわち、一般的に金属材料の切り屑は塑性流動
に基づく流れ型となるが、軟質金属の場合、発生する切り屑自体が軟らかいため 切り屑が分断、微細化されにくく連続した流れ型切り屑となり易い。 従来の切削工具にはこれら連続した切り屑を分断、微細化する処置が施されて
いる。その最も代表的なものがチップブレーカーと呼ばれる刃先処理である。と
ころが最近の被加工部品は除去加工の前段階である鍛造や鋳造技術が進み、除去
加工での加工代が激減した。すなわち、従来は半径で２〜５ｍｍが普通であった
加工代が、１ｍｍ以下のものも多くなってきた。このような加工代の小さい被加
工材の切り屑はチップブレーカーをもってしても分断、微細化することが困難と
なっている。また、幅が狭く深い溝の切削加工なども取り代に関係なく切り屑処
理が難しい加工であった。 これら軟質金属の切削加工における最大の問題点は、上述した切り屑処理がう
まくいかず、切り屑除去や工具切れ刃の折損のため加工ラインが停止することで
ある。すなわち、切り屑の工具や被加工材への巻き付きによる加工の停止、加工
面の品位の劣化や工具切れ刃のチッピングによるびびり、表面粗さ不良、寸法精
度不良などが発生し加工ラインの停止に至る。これら問題点のため切削加工を含
む加工ラインでは自動化、無人化、高精度化が困難であった。 【０００４】 一方、研削加工は切れ刃が極めて多数であるため切り屑も小さく、切り屑によ
る工具損傷により加工ラインの停止が発生する危険性は極めて低い。従って、加
工の自動化、無人化には最適な除去加工方法である。しかし、現在軟質金属の研
削加工で用いられているアルミナ系砥粒や炭化ケイ素系砥粒を用いた在来砥石に
よる加工では、砥石の加工能力が低いために切削加工並みの能率では加工できず
、加工能率における問題があった。例えば、軟鋼の単純な丸棒の最大加工能力を
比較する。 加工能率は材料除去率Ｚ（ｍｍ³／min）で表すことができる。すなわち、材料
除去率Ｚ＝切り込み深さａ（ｍｍ）×被加工材速度Ｖw（ｍｍ／min）×被加工材
１回転当たりの送り量ｆ（ｍｍ／rcv）である。超硬合金のバイトを用いた切削
加工における加工条件は、ａ＝２、Ｖw＝100000、ｆ＝0.5でＺ＝100000となる。
アルミナ砥石による研削加工では、ａ＝0.02、Ｖw＝15000、ｆ＝10で、Ｚ＝3000
、すなわち研削加工は切削加工の約１／30の能率でしかなく、在来砥石を用いた 研削加工では切削加工の代替は困難であった。 研削加工能率を向上させるために、砥石として研削能力が格段に優れるダイヤ
モンドホイールやＣＢＮホイール等の超砥粒ホイールを用いる方法も考えられる
。しかし、従来の研削技術では、一般に使用されるメタルボンド、ビトリファイ
ドボンド又はレジンボンドの超砥粒ホイールにより軟質金属を研削加工すると、
加工能率を高めようとすると目づまりが生じ要求される加工精度や加工品位が得
られなかったり、低い加工能率でもホイール摩耗が大きいため経済的な加工がで
きないなど、軟質金属の研削加工への超砥粒ホイールを適用することは不可能で
あった。 【０００５】 【課題を解決するための手段】 軟質金属を自動加工ラインで高能率、高精度に加工するためには、加工能率が
切削加工に匹敵する研削加工法を開発する必要がある。 硬度がＨＲＣ３５以下の軟質金属の加工においてこれら目的を達成するために
、上記ボンドで形成された超砥粒ホイール、特にＣＢＮホイールを用いて80ｍ／
ｓ以上のホイール周速度で使用する技術を開発した。 ＣＢＮホイールは砥粒に高い硬度と強度および熱安定性を持ったＣＢＮ砥粒を
用いているために高速加工で良好な研削性能を有すると共に高強度なホイール構
造を持ち80ｍ／ｓをはるかに超える高周速度域でも安全に使用できる特性を持っ
ている。 80ｍ／ｓ以上のホイール周速度のＣＢＮホイールで研削加工することにより、
切削加工に匹敵する加工能率で、高精度な研削加工をすることができる。また、
高性能なＣＢＮ砥粒を高速で切れ刃として使用するため、ホイール摩耗も極めて
小さく、十分長いホイール寿命が得られる。 【０００６】 図１は、粒度＃60／80、集中度100で、直径250ｍｍ幅５ｍｍのメタルボンドＣ
ＢＮホイールで、炭素軟鋼（Ｓ２５Ｃ，ＨＲＣ２２）を種々のホイール周速度で
研削試験を行った結果を示すものである。 加工能力は比材料除去率Ｚ'（工具単位当りの材料除去率）＝切込み深さａ（
ｍ ｍ）×被加工材速度Ｖw（ｍｍ／ｓ）で表わされ、ホイール周速度と目づまりな
く良好に加工できる加工能力の関係は、図よりホイール周速度が80ｍ／ｓ以上で
驚異的に大となることが明かである。尚上記研削試験における研削方式は円筒プ
ランジ研削、使用研削液はエマルジョン10％溶液である。 【０００７】 図２は、ＣＢＮホイールの周速度とホイールの寿命を示す研削比の関係を比較
試験した結果を示すもので、図よりホイール周速度が80ｍ／ｓ以上で高い研削比
が得られることがわかる。尚この試験の条件は下記である。ＣＢＮホイール（直
径150ｍｍ、幅1.5ｍｍ、粒度＃80/100、ボンド電着）被加工材（ＳＵＪ２，ＨＲ
Ｃ２８）研削方式（平面溝研削）研削液（エマルジョン15％溶液）比材料除去率
Ｚ'は下記である。 ホイール周速度20〜60ｍ／ｓ：５ｍｍ³／ｍｍ^・ｓ ホイール周速度80ｍ／ｓ以上：100ｍｍ³／ｍｍ^・ｓ 【０００８】 【作用】 前述したように、従来の研削技術では使用できなかったＣＢＮホイールが高速
化することにより使用できるようになった理由は次の通りである。 軟質金属を従来の研削技術でＣＢＮホイールを用い加工して、目づまりが発生
して所期の加工結果が得られなかったりホイール摩耗が極めて大きくなったりす
るのは、この加工で発生する研削加工としては比較的長い流れ型切れ屑を排出で
きなかったり、この切り屑によりボンド材料が硝り取られたりするためである。
ところで、一般的にホイール周速度を高くすると研削熱の発生量も多くなること
が知られている。特に本発明のように極めて高周速度の領域では発熱量も極めて
多くなっている。発生した研削熱は切り屑、被加工材、研削液、ホイールに分配
されるが、切り屑への流入割合が最も大きいとされている。ＣＢＮホイールを用
いた80ｍ／ｓ以上の高速研削では研削熱の増加分の内、切り屑への流入割合が極
めて大きくなると考えられる。それは高速研削で加工した被加工材の加工後の表
面品位は極めて良好で、何等の熱損傷も受けていなかったことからも推察できる
。すなわち、高速で発生する軟質の長い切り屑が、流入した熱により高温となる 。それが研削液で急激に冷されることにより極めて脆弱となり切り屑が細かく分
断されやすくなる。このため切り屑は排出され易くなり、目づまりもボンド材料
の摩耗も発生しなくなる、すなわち、良好な加工性と長いホイール寿命が得られ
るものと考えられる。 【０００９】 【実施例】 （実施例１） 図３に示す形状寸法の取り代が直径で0.3ｍｍのＨＲＣ２８の
ベアリング鋼鍛造材を、ビトリファイドＣＢＮホイールＡにより下記条件で１パ
スで研削加工した。 この時の加工サイクルタイム（ローディングツーローディング）は24ｓで切削
加工に比べ遜色がなく、得られた加工精度は表面粗さ 1.6μｍＲz、真円度、円
筒度とも１μｍで秀れたものであった。 【００１０】 実施例１の研削条件及び研削結果 ホイール：砥粒 ＣＢＮ 粒度 ＃80／100 集中度 200 ボンド ビトリファイドボンド 被加工材：ＳＵＪ２，ＨＲＣ２８，取り代φ0.3ｍｍ 加工条件：ホイール周速度 140ｍ／ｓ 被加工材回転数 3000rpm 切り込み深さ φ0.3ｍｍ 研削液 エマルジョン、10％溶液 加工結果：サイクルタイム 24ｓ 表面粗さ 1.6μｍＲz 真円度 １μｍ 円筒度 １μｍ 【００１１】 また本実施例における加工能率を示す材料除去率Ｚ、および加工能力を示す比 材料除去率Ｚ'は表１に示す通りで、従来の加工法に充分に対抗し得る。 【００１２】 【表１】 【００１３】 （実施例２） 図４に示す形状、寸法の取り代が直径で0.5ｍｍでＨＲＣ２３
の炭素鋼（Ｓ４８Ｃ）をメタルボンドＣＢＮホイールＢにより下記条件で研削加
工した。加工精度等は下記の通り秀れており、加工能率等は表２の通りで、従来
のものよりむしろ勝っている。 【００１４】 実施例２における研削条件及び結果 ホイール：砥粒 ＣＢＮ 粒度 ＃60／80 集中度 150 ボンド メタルボンド 被加工材：Ｓ４８Ｃ、ＨＲＣ２３、取り代φ0.5ｍｍ 加工条件：ホイール周速度 160ｍ／ｓ 被加工材回転数 1400rpm 切り込み深さ φ0.5ｍｍ 研削液 エマルジョン、10％溶液 加工結果：サイクルタイム 43ｓ 表面粗さ ３μｍＲz 真円度 １μｍ 【００１５】 【表２】 【００１６】 （実施例３） 代表的なチタン合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖをダイヤモンド
ホイールにて加工した場合の研削比を表３に示す。従来のホイール周速度（２０
〜４０ｍ／ｓ）では９〜３１であった研削比がホイール周速度を１００ｍ／ｓと
することにより研削比が２９０と９〜３２倍の研削比が得られ、十分経済的なコ ストで加工できるようになった。即ち、非鉄金属の研削加工においては、ダイヤ
モンドホイールの使用により同様な加工結果を得ることもできる。 【００１７】 実施例３における研削条件 ホイール：砥粒 ダイヤモンド 粒度 ＃140/170 集中度 100 ボンド レジンボンド 被加工材：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、ＨＲＣ３３ 加工方式：平面トラバース研削 加工条件：ホイール周速度 100ｍ／ｓ テーブル速度 12ｍ/min 切り込み深さ 0.01ｍｍ/pass 研削液 エマルジョン、５％溶液 【００１８】 【表３】 【００１９】 本発明に用いる超砥粒ホイールとしては、粒度が＃16／18〜 ＃325／400、集
中度が50〜250、ボンドがメタルボンド、ビトリファイドボンド、又はレジンボ
ンドのものを用いることが望ましい。 この種ボンドで形成した超砥粒ホイールでは従来、粒度はメッシュサイズで＃
30／40〜＃325／400 から、ミクロンサイズ37〜0,5μｍまでの広い範囲で、集中
度は25〜230 の範囲が使用されてきた。本加工方法は高能率加工を伴うものであ
ることは前述した通りで、電着ボンドに比し良好な表面粗さを求めるために用い
られるこの種ボンドにおけるミクロンサイズは必要としない。もしミクロンサイ
ズを用いた場合、切り屑の収容が不可能となり高能率加工ができなくなるばかり
かホイール摩耗が増大し研削比が極端に低くなる。従来表面粗さが粗くなること
や研削抵抗が増大するために用いられなかった＃16／18〜＃20／30の粗粒がこの
技術を用いることにより研削抵抗の低減、砥粒切り込み深さの低減による表面 粗さの改善により可能となる。50未満の集中度は砥粒一個にかかる応力が大きく
なりすぎ大破砕型の砥粒摩耗を引き起こす。その結果、結合材と被加工材との接
触が起こり、研削抵抗の増大、被加工材の研削焼け発生などにより良好に加工で
きない。 【００２０】 【効果】 以上説明したように、本発明によれば超砥粒を用いたホイールにより、80ｍ／
ｓ以上の高周速でＨＲＣ３５以下の軟鋼、軟鋳鋼、ステンレス鋼、非鉄金属材料
などの軟質金属を研削することができる。この研削はこの種材料に対する新しい
除去加工法であり、在来の方法に比らべ高能率、高精度でかつホイールの摩耗も
少なくて、低コストとなる特長を有する。 したがって、自動車産業、電気産業、造船重機産業などの多くの分野における
この種材料部品の加工の自動化無人化を促進し、産業の発達に寄与する。

【図面の簡単な説明】 【図１】 ＣＢＮホイールの周速度と比材料除去率の関係を試験した結果を示す図。 【図２】 ＣＢＮホイールの周速度と研削比の関係を試験した結果を示す図。 【図３】 実施例１における被削材の形状、寸法とＣＢＮホイールの位置を示す模式図。 【図４】 実施例２における被削材の形状、寸法とＣＢＮホイールの位置を示す模式図。 【符号の説明】 黒丸、目づまりなく良好に加工可能であった点を示す。 白丸、目づまりのため加工不能であった点を示す。 Ａ：ビトリファイドボンドＣＢＮホイールを示す。 Ｂ：メタルボンドＣＢＮホイールを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 粒度が＃16／18〜＃325／400 であるダイヤモンド又はＣＢＮ
   の超砥粒が、集中度50〜250 で、メタルボンド、ビトリファイドボンド又はレジ
   ンボンドの何れかでボンドされてなる超砥粒ホイールにより、硬度がＨＲＣ３５
   以下の鉄鋼材料又は非鉄材料を、８０ｍ／ｓ以上のホイール周速度で研削するこ
   とを特徴とする軟質金属の研削加工法。