研削砥石用砥粒の選び方：天然vs人工砥粒のソリューション

研削砥石用の砥粒は2種類あります：1. 天然砥粒 2. 人工砥粒。一般的にほとんどの目的では、人工（製造）砥粒の特定の利点により天然砥粒は使用されません。

天然砥粒：

これらは自然の制御されない力によって生成されます。

一般的に見られ使用される天然砥粒：

(a) 砂岩または固体石英
(b) エメリー（50〜60%結晶質Al₂O₃ + 酸化鉄）
(c) コランダム（75〜90%結晶質Al₂O₃ + 酸化鉄）
(d) ダイヤモンド
(e) ガーネット。

砥粒の効率：

砥粒の効率は以下に依存します：

(i) 純度
(ii) 組成の均一性
(iii) 硬度——一般的ルール：砥粒の硬度はワーク材料より高いべき
(iv) 靭性——砥石がタフでないと砥粒が容易に破砕し、砥石摩耗が過大になる
(v) 破砕の鋭利さ——鋭利なエッジを持つ砥粒でより良い切削作用が得られる。天然砥粒は丸みを帯びたエッジを持つため、切削効率が悪い。

砥粒の進歩：

ワーク材料タイプが軟らかいものから難削材（硬い材料）へと大きくシフトしています。硬い材料は研削プロセスでのみさらなる加工や仕上げが可能。これらの新しいより硬い材料は、研削砥石に明確な課題を突きつけています。

これには、砥石仕様と製造技術の両面で、研削砥石の大幅な改良が必要です。

これらの改良の一部は：

i. より長期間鋭利さを保つタフな砥粒
ii. 連続的に自己鋭利化して新しい鋭利な切れ刃を露出させる脆性砥粒
iii. 高速でも低振動レベルを生む砥石
iv. 砥石のより厳しい幾何学公差。

砥粒メーカーは上記要件を満たすさまざまなソリューションを開発しました。一部は新しい砥粒（86Aシリーズ製品など）、改良された結合システム、より厳しい製造公差の組み合わせを使用し、精密研削用途向けに大幅に優れた製品を生み出しています。

86A砥粒は精密研削用途向けの画期的な砥粒です。基本的に2つの砥粒ファミリーがあります：酸化アルミニウム（AlO）と炭化ケイ素（SiC）。

酸化アルミニウム砥粒は鉄系研削用途に、炭化ケイ素は非鉄系研削用途に使用されます。AlO砥粒ファミリー内には、化学組成と結晶構造に基づくさまざまなタイプがあります。

単結晶AlO（32Aと表記）と白色酸化アルミニウム（38A）は、AlO砥粒の最も一般的な2タイプです。32Aは重精密研削用途向けの高速切削砥粒。38Aは精密研削用途向けの脆性タイプ砥粒。

これら両砥粒の特性を組み合わせて、画期的な新しい従来型砥粒である86Aが生まれました。この粒子は長期間エッジを保持する能力があり、より冷たい切削とワーク表面への冶金的ダメージの低減を実現。また、長寿命の切れ刃はドレッシング間隔を延ばし、研削コストを削減します。

86A砥粒は高い材料除去率特性により、高生産性用途に最適です。難削材にも効果的であることが証明されています。86A砥粒は高速度鋼、鋳造合金とカッター、ニッケル合金、高クロム鋼の研削に最適。86A砥粒の硬度は2150〜2250ヌープ、38A砥粒は約1900〜2100ヌープ。

86A砥粒と38A砥粒の比較性能を図20.4(a)(b)に示します。86Aホイールの研削比（除去材料体積/砥石摩耗体積の比）は、さまざまな材料除去率の範囲で38A砥粒より高いことがわかります。

比粒子靭性は86A砥粒の方が38Aより高い。また、比研削エネルギーは86Aホイールの方が低い（両ホイールが同じ消費電力で、86Aホイールの方が実質的に多くの材料を除去するため）。最終的には、研削能率（研削比と比研削比の比）で86Aホイールが38Aホイールより優れています。

86A砥粒が顕著な優位性を示した用途には、工具研削、平面研削、歯車研削、内面研削、ベアリングレース研削、その他成形研削用途があります。

人工または製造砥粒：

これらの粒子の品質と組成は容易に制御でき、その効率は天然砥粒よりはるかに優れています。

最も一般的に使用される製造砥粒：

(a) 炭化ケイ素（SiC）：

さまざまな色で入手可能。青緑色の特殊品種はチップ工具研削に非常に適しています。商標名は「カボランダム」「クリスタロン」「エレクトロン」など。

(b) 酸化アルミニウム（Al₂O₃）：

溶融酸化アルミニウムの商標名は「アロキサイト」「アルンダム」「ボロロン」。特殊形態は白色Al₂O₃で、純粋な場合は輝く白色結晶に見えます。研削発熱が少ない工具鋼に最適。

(c) 炭化ホウ素。

(d) 窒化ホウ素（CBN）：

CBN研削砥石は焼入れ鋼と難削鋼の研削に使用。長寿命と高研削比。研削時の温度がはるかに低く、より良好な仕上げと表面品質。

人工砥粒の製造：

(a) 炭化ケイ素：

製造では以下の原料を十分に混合し、電気炉で約2320℃、約36時間加熱。その後固形塊を粉砕、水洗、アルカリ処理。再度水洗し、最終的に微粒子に粉砕。これらをさまざまなメッシュ番号の篩でふるい分け。精密研削用には（180〜200メッシュ）粒子を採用。

各原料の配合：

(i) ケイ砂——25パーツ
(ii) 石油コークス（非破壊蒸留による極めて純粋な形）——34パーツ
(iii) 食塩——2パーツ
(iv) おがくず（木材粉）——12パーツ
これらのうちケイ砂がケイ素を、石油コークスが炭素を供給し、おがくずが高温で燃えて多孔質構造を与えます。通常緑黒色。

(b) 酸化アルミニウム（Al₂O₃）：

鉱物ボーキサイト（水酸化Al₂O₃ + Si₂O₃ + 酸化チタン）を粉砕コークスと鉄スクラップと混合して溶融。電気炉で溶融し、完了後粉砕、水洗、アルカリ処理、再度水洗、最終的に粉砕・グレーディング。赤褐色で、タフで鋭利、容易に破砕する傾向があり工具鋼研削に使用。

SiCとAl₂O₃の比較：(i) Al₂O₃はSiCよりタフだが硬度は低い。Al₂O₃はしたがって高張力強度材料（2700kgf/cm²）の研削に非常に適する。Al₂O₃を低張力強度材料に使用すると、ワークから砥石への抵抗が小さく、砥粒が砥石から脱落せず鈍り続け、研削が不良になる。したがって高速鋼、タフな青銅、銅などすべてのタフな材料はAl₂O₃で研削すべきで、他ではありません。

(ii) SiCはより硬くより脆い。高張力強度材料に使用すると、ワークからホイールへの抵抗が大きく、砥粒が急速な破砕により速やかに脱落し、より速い自己鋭利化を生む。主に低張力強度材料（鋳鉄、超硬チップ、タングステン工具、大理石、硬質ゴム、プラスチック、革などすべての非金属材料）に使用。SiC粒子の引っかき硬度はより高い。特殊形態のSiCは超硬チップ工具の研削と再研磨に使用。