砥石には3つの主要な要素と5つの特徴があります。
3つの主要な要素: 砥粒、結合剤、気孔。
5つの特徴: 砥粒の材料、粒度サイズ、組織密度、結合剤の特性、結合度の硬さ。
この記事では、砥石の結合度に焦点を当て、結合度の特性、影響要因、選択原則について掘り下げ、研削加工の理論的説明と実践的アドバイスを提供します。
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結合度とは？
砥石の結合度とは、砥石が砥粒を保持する能力、または結合強度を表すために使用され、通常は砥石の硬度とも呼ばれます。その役割は、研削加工中に砥石がどの程度、外力（圧縮力、剪断力、衝撃力など）によって砥粒が引き裂かれたり脱落したりするのに抵抗できるかを決定することです。
結合度は、研削条件に合わせて、軟らかすぎるか硬すぎるかを判断する必要があります。以下に、結合度が軟らかすぎる場合、または硬すぎる場合の影響を示します。
- 適切な結合度: 砥粒は摩耗すると崩壊または脱落し、新しい砥粒が現れて、砥石の切削性能を維持します。この特性を自生作用と呼びます。
- 結合度が軟らかすぎる: 砥粒がまだその役割を果たす前に脱落しやすく、砥石の寿命が短くなり、材料の無駄が増えます。
- 結合度が硬すぎる: 砥粒が摩耗しても脱落しにくく、砥石表面が滑らかになり、切削性能が低下し、過熱により工作物表面が焼損する可能性さえあります。
砥石の結合度をどのように選択するかは、一つの学問であり、研削条件に応じて選択する必要があります。軟らかすぎても硬すぎても加工品質に影響を与えるため、この記事の後半で選択方法をより詳細に分析します。
結合度の使用範囲
結合度は通常、A（最も軟らかい）からZ（最も硬い）まで、アルファベット順に段階的に増加する英文字で表示されます。例えば：
- A–H：非常に軟らかい砥石
- I–P：中程度の硬さの砥石
- Q–Z：非常に硬い砥石
結合度の選び方
結合度の選択は、研削理論に基づいており、以下に異なる研削条件に応じて軟らかい砥石または硬い砥石を選択する方法を示します。
1. 工作物の物理的性質
- 軟らかい工作物：硬い砥石を選びます。軟らかい工作物を研磨する場合、砥粒にかかる力は小さく、摩耗しにくいです。軟らかい砥石を使用すると、砥粒が早期に脱落し、資源の無駄遣いとなり、経済性が低下します。
- 硬い工作物：軟らかい砥石を選びます。硬い工作物は砥粒に大きな力を及ぼし、砥粒は摩耗しやすいです。切削性能を維持するためには、摩耗した砥粒を速やかに脱落させ、新しい砥粒を露出させる必要があります。
2. 砥石の周速度
- 周速度が速い場合：砥石は硬い作用を示すため、軟らかい砥石を選ぶ必要があります。
- 周速度が遅い場合：砥石は軟らかい作用を示すため、硬い砥石を選ぶ必要があります。
- 特殊な状況：砥石の直径が小さく、設定された周速度に達しない場合（小径内径研磨など）、通常通り軟らかい砥石を使用すると、周速度不足により砥粒の切込み深さが増大し、砥石の摩耗が速くなる可能性があります。この場合は、硬い砥石を選ぶ必要がありますが、加工面品質が低下する可能性があります。
3. 工作物の速度
- 工作物速度が大きい場合：砥粒の切込み深さが増大し、研削屑が厚くなり、研削抵抗が増大するため、硬い砥石を選ぶ必要があります。
- 工作物速度が小さい場合：砥粒にかかる力が小さいため、軟らかい砥石を選ぶ必要があります。
砥石と工作物の速度を変更すると、軟らかい状態または硬い状態が現れる可能性があります。砥石を購入してから工作物速度を決定する場合、正しい速度が得られないことがあり、生産量が減少し、品質が低下する可能性があります。したがって、最初に砥石と工作物の速度を決定してから、適切な結合度の砥石を選択することをお勧めします。
4. 工作物と砥石の接触面積の大きさ
- 接触面積が大きい場合：各砥粒にかかる力が減少するため、軟らかい砥石を選ぶ必要があります。例えば、平面の大型工作物の研磨など。
- 接触面積が小さい場合：砥粒にかかる力が集中するため、硬い砥石を選ぶ必要があります。例えば、鋼球研磨や椀形砥石の部分接触加工など。
5. 手作業研磨と機械研磨
- 手作業研磨：操作が不安定なため、砥石の寿命を延ばすために硬い砥石を使用する必要があります。
- 機械研磨：機械の安定性が高いため、加工効率と表面品質を向上させるために軟らかい砥石を使用できます。
6. 機械の状態
- 振動が小さい機械：機械の安定性が高く、砥粒が早期に脱落しにくいため、軟らかい砥石が適しています。
- 振動が大きい機械：砥粒の脱落と砥石の摩耗を減らすために、硬い砥石が適しています。
上記は単一条件での選択であり、実際の状況では複合条件が現れる可能性があります。したがって、実際の加工ニーズに合わせて適切な結合度の砥石を選択する必要があります。そうすることで、理想的な加工効率と品質を達成できます。
結論は
砥石の結合度の選択は、研削加工において見過ごすことのできない重要な要素であり、研削理論に基づき、工作物の物理的性質、砥石と工作物の運動速度、接触面積の大きさ、加工方法、機械設備の安定性など、多くの要因を考慮する必要があります。軟らかい工作物には硬い砥石を選び、硬い工作物には軟らかい砥石を選ぶのが適切です。高速回転時には軟らかい結合度を、低速回転時には硬い結合度を選ぶべきです。接触面積が大きい工作物には軟らかい砥石を使用し、接触面積が小さい工作物には硬い砥石が適しています。手作業での研磨や振動が大きい設備には硬い砥石を使用し、安定した機械研磨には軟らかい砥石が適しています。結合度を適切に選択することで、研削効率と加工品質が向上するだけでなく、砥石の寿命を延ばし、コストを削減することができます。効率的で経済的な加工を実現するための保証となります。
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