機械加工と研削の違い

鋳造によって表面仕上げが良好な複雑な形状の製品を製造することは、必ずしも実現可能で経済的であるとは限りません。鋳造された製品に対してさまざまな二次操作を実行して、最終的に目的のオブジェクトを作成できます。このような操作には、接合（溶接など）、材料の除去または機械加工、熱処理または特性の変更、着色およびコーティングなどが含まれます。材料除去プロセスは、基本的にワークピースの表面から材料を除去して、意図した寸法と公差を提供します。さまざまな材料をさまざまな方法で処理し、それらの表面をさまざまなレベルで仕上げる必要性に応えるために、このようなプロセスが多数存在します。それらの中で、従来の機械加工プロセスは古く、同時に信頼性があります。ただし、さまざまな研磨切削プロセスやいわゆる非従来型機械加工（NTM）プロセスでも、同様の機能を提供できます。

定義上、機械加工または金属切削 は、希望の形状、サイズ、仕上げを得るために、事前に形成されたブランクから層ごとの材料をチップの形で徐々に除去する二次製造プロセスの1つです。この需要を満たすために、旋削、ねじ切り、テーパー、面取り、回転、タッピング、ネッキング、フィレット、フェーシング、溝入れ、パーティング、ローレット加工、穴あけ、フライス盤、成形、計画、スロット加工、ボーリング、ホブ切り、ブローチ加工などのさまざまな機械加工プロセスがあります。このようなプロセスは、より高い材料除去率（MRR）を提供できるため、被削材のバルク除去に適しており、生産的で経済的です。せん断による材料の除去には、硬くて鋭い切削工具またはカッターが強制的に使用されます。この切削工具は、中断のない効率的な加工のために、定義された仕様と互換性のある材料も備えている必要があります。これらの従来のプロセスのほとんどは、多種多様な材料を加工できます。ただし、特定の被削材では許容できる被削性が得られないため、そのような場合は他の材料除去プロセス（研磨切削やNTMなど）をお勧めします。

グラインド 、研磨切削プロセスの一種であり、従来の機械加工のさまざまな制限を満たすことができます。ここでは、いわゆる切削工具の代わりに砥石を使用しています。ホイールは基本的に、適切な媒体で結合された、アルミナ、シリカ、ダイヤモンドなどの小さなサイズのより硬い研磨粒子でできています。このような研磨剤は任意の形状をしているため、明確な形状がありません。ホイール自体には特定の構成がありますが。材料はチップの形で除去されますが、ここではチップはマイクロサイズです。このプロセスは、材料のバルク除去には適していません。代わりに、ミクロンレベル（0.5 – 2.0µm）で表面を仕上げるのに適しています。また、硬くて丈夫な材料を効率的に粉砕することもできます。従来の機械加工と研削のさまざまな違いを以下の表形式で示します。

表：機械加工と研削の違い

バルク除去と仕上げプロセス： 材料除去率（MRR）は、切断プロセス中に作業面から除去される作業材料の体積率として定義されます。ほとんどの従来の機械加工プロセス（ローレットのようないくつかを除く）は、基本的な形状とサイズを与えるために大量の材料を除去するために使用されます。それはより高いMRRを提供し、したがってより生産的です。また、操作および対応するプロセスパラメータに基づいて、1〜50µmのレベルで製品表面を半仕上げすることもできます。一方、研削は主に表面を仕上げるために使用され、はるかに優れたレベルです。 0.5〜2µm程度の表面粗さは、研削で簡単に実現できます。そのため、高い寸法精度と厳密な許容誤差を提供できます。

切削工具–その材料と形状： 従来のすべての機械加工プロセスでは、特定の形状と材料を持つ切削工具（カッターとも呼ばれます）を強制的に使用します。このカッターには、作業面から材料を効率的に切り落とすための1つまたは複数の鋭い刃先が含まれています。このカッターの材質も加工性能を決定する重要な要素です。最も重要なことは、カッター材料の硬度が被削材の硬度よりも大幅に高くなければならないことです。高速度鋼（HSS）、超硬、セラミックから始めて、今日では立方晶硝酸ホウ素（cBN）とダイヤモンドカッターがすぐに利用できます。研削ではカッターの代わりにホイールを使用し、ホイールの研磨剤が実際に材料を除去します。カッターとは異なり、このような研磨剤には定義された形状がありません（さまざまな角度、エッジ半径、ノーズ半径、刃先の長さなどは任意に異なります）。ただし、研磨材はアルミナ、シリカ、ダイヤモンドのように固定されている場合があります。

すくい角と逃げ角： 切削工具のすくい角は、基準面からのすくい面の傾きを示します。これは、せん断変形、切りくずの流れの方向、切りくずの厚さ、切削抵抗、せん断ひずみ、消費電力などに影響を与える重要な要素の1つです。従来の機械加工で使用されるカッターは、正、負、またはゼロのすくい角を持ち、その値は通常変化します。 + 15°から–15°の間。砥石の研磨剤は急激なすくい角を持ち、+ 60°から–60°まで変化する可能性があり、この制限を超えることもあります。このような高いすくい角は、切削の不均衡を引き起こし、切削電力消費（高い正）または工具の故障（高い負）のいずれかを増加させるため、通常は望ましくありません。すくい角とは異なり、カッターの逃げ角は負またはゼロにすることはできません。正の値にする必要があります。仕上げ面の品質と公差は、この角度によって異なります。カッターの場合、クリアランス角度は通常+3°から+15°の間にあります。研磨剤の場合は任意です（ゼロまたは+ 90°まで）。

最先端のせん断と参加： カッターは、1つまたは複数の刃先で構成されている場合があり、したがって、シングルポイントカッターまたはマルチポイントカッターのいずれかになります。数に関係なく、各刃先は材料除去アクションに等しく関与します。さらに、機械加工では、カッターによって十分な圧縮力が加えられたときに、材料の薄層を剪断することによって材料が除去されます。砥石では、わずかな露出した研磨剤（1％未満の場合もあります）のみが材料除去アクションに関与します。残りの研磨剤は、作業面に接触しないか（10µm未満でも、インフィードが非常に低いことに注意してください）、せん断の代わりに引っかき傷、耕起、または摩擦を引き起こします。ただし、材料はせん断によってのみ除去されます。他の人は、垂直抗力を望ましくないほど増加させます。

比エネルギー消費量： 材料の単位体積を除去するために必要な切断エネルギーは、比エネルギーと呼ばれ、J / mm ³ で測定されます。 。数学的にパワーをMRRで割ると、比エネルギーが得られます。従来の機械加工は高い材料除去率（MRR）を提供するため、比エネルギーは比較的低くなります。一方、研削では、MRRが低く、せん断ではなく、引っかき傷、耕起、または摩擦によってエネルギーの大部分が無駄になります。したがって、比エネルギーは急激に増加します。それでも5〜20倍高くなる可能性があります。

発熱による表面損傷： 従来の加工では、切削熱の大部分は、切りくずとすくい面の間で激しい摩擦が発生する二次変形ゾーンで発生します。一次せん断帯もある程度寄与しています。ただし、発生した熱の大部分（70〜80％）は、連続的に流れるチップによって運び去られ、カッターまたはワークピースの内部に入るのはごく一部にすぎません。したがって、特に適切な切削液が塗布されている場合、ワークピースとカッターの熱による損傷は通常重要ではありません。研削では、主に引っかき傷、耕起、摩擦により発熱します。研磨剤は断熱性があり、マイクロチップが非常に少量であるため、このような熱はワークピース内に蓄積されます。極端な熱の蓄積は、表面の燃焼、機械的特性の変化、熱膨張による寸法の不正確さなど、仕上げ面にさまざまな熱損傷をもたらす可能性があります。

硬くて丈夫な材料の加工： このような材料は、高い工具摩耗、断片化された切りくずなどの従来の機械加工プロセスで処理される場合、多くの課題を抱えており、最終的には機械加工性が低下します。被削材の靭性や硬度に関係なく、研削を有利に行うことができます。

この記事では、従来の機械加工と研削の科学的な比較について説明します。著者はまた、トピックをよりよく理解するために、以下の参考資料を読むことをお勧めします。

• A。B.Chattopadhyayによる機械加工および機械工具（1 ^st エディション、Wiley）。
• Manufacturing Engineering and Technology：SI Edition by S. Kalpakjian and S. R. Schmid（7 ^th エディション、ピアソンエドアジア）。
• difference.minaprem.comによる機械加工と研削の違い