研削砥石：製造、グレード、産業用途

本記事では以下について説明します：1. 研削砥石の製造 2. 研削砥石のプロセス 3. グレード 4. 構造 5. 接触面積。

研削砥石の製造：

(i) 砥粒をまず粉末状に粉砕し、磁気分離機で鉄不純物を除去。
(ii) 水洗いで粉塵や不純物を除去、次に化合物でグリース除去。
(iii) 適切な篩を通して粒度でグレーディング。
(iv) 適切な結合材（砥粒とプロセスに基づく）と混合、適切な形状に成形、乾燥。
(v) 乾燥後、焼成（加熱はプロセスによる）。焼成後、結合材が固化し粒子を保持。
(vi) 切断して最終形状に。
(vii) 最後にひび割れ、漏れ、バランスを検査。

砥石は非常に高速で回転するためひび割れは許容されません。漏れなどは水圧試験等で検査。最終的に静的・動的にバランス調整。一般的に使用前にマンドレルに取り付け静的バランシングを実施。

製造時の密度管理、混合フロー、幾何学精度の厳密な管理により、より均一で一貫した砥石が得られます。これらの目標は、砥石プレスの自動化、フリーフロー混合、成形時のサイズ管理向上、窯のマイクロプロセッサ制御、CNCドレッシング設備によって達成されます。

研削砥石のプロセス：

1. 結合プロセス：

結合材は砥粒を保持し、混合物をホイール形状で所望の形状に保持する材料です。

研削砥石製造で最も一般的に使用される結合材：

(i) ビトリファイド結合（Vで表記）
(ii) シリケート結合（Sで表記）
(iii) シェラック結合（Eで表記——弾性を意味し、シリケート結合との混同を避けるため）
(iv) ゴム結合（Rで表記）
(v) ベークライトまたはレジノイド結合（Bで表記）。

砥粒を最大限活用するには、結合システムが強力で汎用性があり、優れたコーナー保持特性を持つことが重要。理想的な結合システムは均一な粒子放出を促進し、砥石が長期間フリーカッティング状態を維持できるようにすべきです。

極めて負荷耐性が高くフリーカッティングな結合システムで、形状保持能力が向上したものは、ドレッシング頻度を削減します。これにより砥石寿命が大幅に延長され、ドレッシング時間短縮と砥石寿命延長により時間当たり生産部品数が向上します。

2. 成形プロセス：

(i) ビトリファイドプロセス（ビトリファイド結合用）：

最も多くの砥石製造に使用されるプロセス。砥粒製造後、すべてのタイプの粒子をセラミック磁器と混合、金型で成形、乾燥、適切にセット、715℃で12〜14日間焼成。

利点：

(a) このプロセスで製造される砥石は非常に強靭で多孔質。多孔質のため金属除去率が非常に高い。
(b) 酸、アルカリに影響されず化学的に不活性。

欠点：

(a) 高温焼成のため熱歪み（ひび割れ含む）の可能性が高い。したがって歪み度合いによりさまざまなグレードで提供。
(b) 製造難易度のため砥石直径は90cmに制限。
(c) 機械の強制変動と自励振動により、脆いため破損しやすく、厳しい作業条件では使用不可。
(d) 製造に約30日かかる。
(e) 切断用途では2000m/min以上で使用不可（砥石による切り離しは非常に高速で良好な仕上げ）。

(ii) シリケートプロセス（シリケート結合用）：

ケイ酸ナトリウムを砥粒と混合、金型で成形、数時間乾燥、最終的に270℃で約20〜80時間焼成。

利点：

(a) 低温処理のためフリーカッティング作用が可能。
(b) プロセスが迅速、数日で完了。
(c) 90cm以上の大型砥石も製造可能。
(d) このプロセスで製造される砥石は非常に効率的。結合力がビトリファイドほど強くないため砥粒が急速に脱落し、粒子が鈍る機会がない。このため研削摩擦が少なく、発熱が少ない。

発熱が少ないため、カッター、ブレード、ナイフなどの研削に適しており、熱処理後の特性を失わせません。他の砥石は多くの熱を発生するためこの目的にはあまり適しません。

欠点：

砥石の急速な摩耗のため一般的な研削プロセスには使用できず、ビトリファイド結合が最も適しています。

(iii) シェラックプロセス（シェラック結合用）：

砥粒をシェラックでコーティングし混合物を加熱して均一に混ぜ、ロール成形。混合物は非常に粘着性が高く、成形できない。プレスして所望のセットにし、最終的に約300℃で数時間焼成。

利点：

砥石に相当の弾性を与え、厳しい作業条件下での研削に使用可能。

欠点：

大径砥石は製造できません。

用途：

(a) このプロセスで製造される砥石は切断/スリット砥石（>0.80mm厚）として使用。
(b) カムシャフト研削、ボールレース研削など精密仕上げ研削に使用。
(c) 非常に良好な鏡面仕上げが得られます。

(iv) ゴムプロセス（ゴム結合用）：

結合材は純粋なゴムに硫黄を添加（硫化剤として作用）。砥粒をゴムシート間に分散させ、所望の厚さにロール成形、最終的に硫化。硫化により全体が一体化し固体砥石として機能、ゴムが結合材として作用。

利点：

(a) このプロセスで製造される砥石は非常に硬くタフ。
(b) 0.1mm厚の砥石も製造可能で、精密切断作業に最適。3000〜5000m/minの速度で運転可能。
(c) スナッギング砥石としても使用（スケール、ランナー、ライザー、スラグ等の除去）。
(d) センタレス研削用制御砥石として使用。

(v) ベークライトおよびレジノイドプロセス（B結合用）：

砥粒を粉末化し合成樹脂と液体溶剤（樹脂を溶解）で混合。混合物をロールまたはプレス成形し、205〜260℃で数時間焼成。

利点：

この結合は非常に硬く強力。3000〜5000m/minの運転速度達成可能。このプロセスで製造される砥石はスナッギング砥石（砂混入物、スケール等除去の荒研削）として使用。非常に高速な材料除去率を実現。

研削砥石のグレード：

砥石のグレードは砥粒の強度と結合材の保持力を示します。通常砥石の硬度と呼ばれます。砥粒を保持する結合層の厚さがグレードを制御します。

硬い砥石はゆっくり摩耗し、軟らかい砥石は容易に摩耗します。硬い砥石は精密研削と軟らかい材料、また砥石とワークの接触面積が小さい場合に使用。

研削砥石の硬度は、非常に軟らかい（A〜G）、軟らかい（H〜K）、中程度（L〜O）、硬い（P〜S）、非常に硬い（T〜Z）に分類されます。

研削砥石の構造：

砥石の構造とは砥粒間のボイドを指します。与えられた結合材厚さでボイドサイズは粒子間隔で制御され、構造は密または開放的になります。

開放構造砥石（単位体積あたりの粒子が細かい）は大量材料除去に、密構造砥石は精密形状とプロファイル保持に使用。構造は0〜15の数字で表され、小さい数字は密構造、大きい数字は開放構造を示します。

接触面積：

砥石とワークの接触面積が大きい場合（内面研削など）、応力は小さく砥石は硬く振る舞う傾向があり、したがって軟らかい砥石を使用すべきです。この側面は特定操作用の砥石選定で重要になります。

接触面積が大きい場合、チップクリアランスを多くし構造を開放型に。接触面積が小さい場合、多くの微細な切削点が必要で、粒子は微細サイズであるべきです。