研削加工は広く使用されている金属の切削方法で、主に従来の工具では切削が困難な硬質材料や、高い面品位と寸法精度が要求される材料の加工に使用されます。 多数の新素材の出現と部品の精度、品質要求に伴い、研削加工の用途は他の従来の加工方法よりも増加しています。 研削プロセスでは、砥粒のサイズ、形状、分布が加工において重要な役割を果たします。 ただし、延性金属の加工では、砥石急激にブロックされ不動態化され、砥石の寿命の短縮につながります。 砥石詰まりによる不動態化や製造への悪影響を回避するには、砥石詰まりのメカニズムと原因を解析する必要があります。
1. 砥粒の生成
研削加工は、被削材を一定量切り出すことでより高い面品位と精度を得る工程であり、一般的に使用される工具は砥石です。 研削砥石は、研磨材と結合剤を圧縮、乾燥、焼結して結合したばらばらの物体であり、その単一の砥粒は小さな切れ刃であり、大きな負の正面角度と切れ刃の鈍い半径を備えています。 高速運動の研磨材が滑った後、ワークピースに食い込みます。切断層材料はせん断面に沿って明らかに滑り、短くて薄い切りくずを形成します。これらの切りくずは研削ゾーンで非常に高温に加熱され、その後酸化され、溶融して粒子球に固化したもので、球の表面にいくつかのフォーク状の枝があり、研削チップの主な形状です。 耐酸性ステンレス鋼 Cr20Ni24Si4Ti を研削すると、リボン、こぶ状の研削片、灰を伴う球状の研削片が多数発生し、これらの研削片の多くの部分が研削砥石の気孔に充填され、付着します。砥粒の周囲に付着して砥石の目詰まりを起こし、研削精度の低下やワークの焼け、砥石の寿命を縮めます。
2. 砥石詰まりの種類とメカニズムの解析
2.1 砥石の目詰まりの種類
砥石目詰まりの種類には埋め込み型、接着型、混合型があります。 埋込型目詰まりとは、砥石の加工面の隙間に砥粒が挿入された状態の目詰まりです。 接着目詰まりとは、砥粒と結合剤上で砥粒チップが融着して目詰まりした状態をいいます。 封止の種類としては、埋め込み型封止と接着型封止の両方が混在します。
2.2 埋込型プラグのメカニズム解析
外部要因: 研削加工には非常に重要な特徴があり、一般的な Fy/Fz は 2 ～ 10 より大きく、被削材の材質が硬ければ硬いほど、可塑性は小さくなり、比率は大きくなり、強い正圧下での研削面積は大きくなり、研削は切りくずは砥石の表面の隙間に機械的に押し込まれます。 砥粒は砥粒の前面に沿って滑り出し、砥粒の前の局所領域に数層の砥粒が蓄積します。 砥石の高速回転により砥粒の後方に気流の渦領域が形成され、渦領域の空気圧が大幅に低下します。 負圧の作用により、砥粒の一部が砥粒の裏側に付着し、砥粒の裏側のナイフ表面に接着障害が形成されます。付着物のほとんどは灰と粒子です。
静電場の影響: 研削砥石とワークピースで構成される小さな電場が研削ゾーンのいくつかの小さな領域に形成されます。 電場の作用により、一部の研削チップは極性を示します。 対向原理により、砥石の逆極性の研削くずは砥石の作動面に吸着されます。 砥石とワークとの間の大きな機械的圧力により、砥石表面に吸着した研削粉を砥石表面の隙間に安定して埋め込むことができる。
2.3 接着剤詰まりのメカニズム解析
ボンドの溶解：研削プロセスでは、入力電力のほとんどが研削熱に変換されるため、研削点温度は1200kにも達し、研削チップは空気中で急速に酸化され、低融点の金属酸化物が形成されます。 研削ゾーンでの高温加熱により、砥石の表面が溶けるか、わずかに溶けて砥石の表面が覆われます。 砥石車の表面のこの部分が再び研削されると、研削力の作用により押しつぶされたり、強化されたりします。 砥石との親和性・密着性が高まり、一部はワーク表面の溝面にはみ出して付着します。 ランダムな複数回の研削により、粒子の周囲に多くの研削くずが付着し、研削力が増大し、温度が上昇し、粒子が破壊または脱落するまで閉塞が強化される悪循環が発生します。
化学結合: 異なる元素間の化学親和性も、接着剤の目詰まりの重要な原因です。 研磨粒子と研削材は高温で接触しており、温度要因によってその活性と親和性が高まります。 一定の条件が揃うと化学反応が起こり、砥石の表面に砥粒や切粉が結晶を形成し、切れ味が失われます。
3. 砥石自体の詰まりへの影響
3.1 研磨剤の種類
砥石の詰まりの度合いが異なると、詰まりの程度を軽減し、研削効果を向上させることができ、ワークの材質が異なるため、異なる種類の砥粒を選択する必要があります。 選択した砥粒が被削材の研削性能に適応できない場合、鋭利な目詰まりが発生しやすく、正常に加工ができなくなります。 鉄炭素合金をコランダム砥粒で研削すると、炭素は空気中の酸素と薄い酸化膜を生成し、ワークと研削材の間の化学親和性を効果的に防ぐことができますが、チタン合金を研削すると詰まりが大きくなります。もっと深刻な。 一部の工場では、研削盤の砥石を長期間交換せず、すべてを研削することができ、節約できて便利に見えますが、実際には効率と精度が失われます。
3.2 砥粒粒径
砥石の目詰まりには砥粒の粒径が影響し、一般に粗粒よりも細粒の方が目詰まりしやすくなります。 微粒子砥石の細孔容積と断面積が小さいため、微粒子砥石の刃数が多くなり、切りくずも多くなり、研削温度が上昇するため、微粒子砥石の加工が容易になります。短い切削時間の範囲でブロックします。 粗粒砥石は細粒砥石に比べて切削回数が増えると、切り込み深さが大きくなり、砥粒の刃先の摩耗が大きくなり、研削温度が上昇すると、細孔内のチップの溶着が増加します。 一定の回数を繰り返すと、粗砥石の目詰まり量が細目砥石の目詰まり量を超えます。 半微研削と微研削、小切込み、低温、遮光、細かい砂砥石を選択してください。 粗研削は切断面が大きく、高温、研削片の隙間に詰まり、溶融物が発生する場合は、粗砥石を選択してください。
3.3 砥石の硬度
砥石の硬度とは砥粒の脱落しにくさを指し、結合剤の強度によって担保されています。 結合剤の強度が高いほど、砥石の硬度は大きくなり、砥粒は鈍くなり、砥粒が脱落する前のワークピースの摩擦と押し出しが激しくなり、砥粒が充填されやすくなります。砥石車のギャップが大きくなり、摩擦熱によりさらに多くの摩擦熱が発生し、接着剤の詰まりにヒューズが供給されます。 したがって、砥石の硬さが目詰まり量に大きく影響し、砥石が硬いほど目詰まり量が多くなります。 通常、砥石の硬度はG〜Hですが、一部の難削材ではD〜｛{0}｝の硬度も使用されます。
3.4 砥石の構造
砥石の構造は砥粒、結合剤、空気穴の比例関係を反映しています。 砥石の組織が密であればあるほど、より多くの砥粒が加工され、切れ刃間の距離が小さくなり、砥石が詰まりやすくなります。 45 パーセントの研磨剤を含むホイールは、49.2 パーセントの研磨粒子を含むホイールに比べて、目詰まりの平均量が半分未満です。 53% の砥粒を含む研削砥石は、49.2% の砥粒を含む砥石に比べて 2 倍の目詰まりを起こしながらワークピースを研削します。 難しい材料を研削する場合は、組織番号7〜9の砥石を選択する必要があり、気孔率の大きい砥石の方が効果が高くなります。
4. 研削条件の影響
4.1砥石のライン速度
砥石車のライン速度の増加により、砥粒の最大切り込み深さが減少し、切りくずの断面積が減少し、切削時間と研削熱が増加します。 この２つの要因はいずれも目詰まり量を増加させますが、砥石線速度がある程度まで（例えば５０ｍ／ｓ程度まで）になると、砥石の目詰まり量は大幅に減少します。 生産現場でステンレス鋼や超合金を研削する場合、50m/s の砥石車の速度は 30m/s の砥石車の速度より 30 ～ 100% 遅くなります。 したがって、難しい材料を研削する場合は、20m/s未満または50m/sを超える速度が使用され、それらの間の研削速度は砥石の詰まりにとって非常に不利です。 さまざまな被削材の材質に対して、目詰まり量が少ない一定の限界砥石速度値が存在します。
4.2 ワーク速度
砥石詰まりの程度に対するワーク速度の影響は、切削条件の他の要因と密接に関係しています。 ワークライン速度が2倍、砥石詰まり量が3倍に。 これは、ワーク速度が高くなると砥粒の切り込みが浅くなり、砥石の特性が硬くなることに相当する切りくず断面積が小さくなるため、砥石詰まりが発生しやすくなるからです。
4.3 研削方法
インサート研削は縦研削に比べて目詰まりが発生しやすいです。 切り込み研削では、砥石とワークとの接触面積が大きく、砥粒刃先を同じ研削痕上で複数回こする必要があり、研削液が研削領域に入りにくく、研削中の熱が高くなります。目詰まりを起こしやすい研削加工です。 工作物材料との長手方向の研削接触は、研削砥石の片側エッジです。 摩耗面がある程度大きくなると、研削力の作用により砥粒が破壊・破砕され、自生研磨が行われます。 ほとんどの砥粒は鋭い状態で機能するため、研削力と研削熱は比較的低くなります。 同時に、研削力と研削熱の影響を受けるゾーンのかなりの部分を長手研削方向に沿ってワークピースに放出できるため、化学的付着の可能性が減少します。
4.4 ラジアルカット
砥石の目詰まりに対するラジアルカットの影響は、ハンプ傾向を示します。 ラジアルカット量が少ない場合（ap<0.01mm), the blockage phenomenon occurs. With the increase of the cut quantity, the average plug quantity also increases. When the cut quantity increases to a certain extent (ap =0.03mm), the plug quantity shows a decreasing trend, and then increases sharply with the continuous increase of the cut quantity (ap =0.04mm). When grinding difficult materials, it is very important to control the last radial cut to improve the surface quality and accuracy of the workpiece.
4.5 研削温度
研削の際、研削熱が上昇し研削温度が上昇する要因は砥石の閉塞を悪化させますが、その閉塞形態は主に結合閉塞であり、当然拡散閉塞も伴います。
4.6 砥石ドレス速度
砥石のドレッシング速度が遅いと砥石の加工面が平坦になり、単位面積当たりの有効砥石の数が増えるため、切りくずの断面積が小さくなり、切削回数が増加します。詰まりが生じやすい。 砥石のドレッシング速度が速いと、砥石の加工面が厚くなり、有効砥粒の数が減少し、砥石の表面に気孔の役割を果たす凹みができ、切りくずが発生します。洗い流されやすく、融着した素材が剥がれやすい。
4.7 研削液
研削液の違いは研削効果に大きな影響を与えます。 現在、一般的に使用されているエマルションは、鉱物油や油性添加剤を多量に含み、希釈後は水中油型の乳状液体になります。 比熱容量や熱伝導率が小さく、激しい摩擦の過程で砥石とワークとの間に凝着摩耗や拡散摩耗が起こりやすく、砥石が詰まり研削力が増大します。 最後に、砥粒が途中で壊れて脱落し、研削比が低下します。 優れた研削液を選択することは、研削性能を向上させる上で重要な役割を果たします。
5。結論
研削加工において砥石の目詰まりはよくある現象であり、どんなに加工条件を適切に選んでも程度の差はあれ、目詰まりを完全に防ぐことはできません。 砥石詰まりには砥石の種類や加工条件が大きく影響しますが、最も重要なのは加工材料の物理的・機械的性質と研削液の有無です。
https://www.xfabrasive.com/vitrified-grinding-wheel/tapered-grinding-wheel.html
