超砥粒はなぜ超強力になるのでしょうか?

ノートンの超砥粒 CBN ホイールは、HRC 50 以上の難しい鋼部品を研削し、コーティングを摩耗させます。

超砥粒研削砥石のコストは高く、従来の砥粒と比較すると非常に高価であり、投資収益率や部品あたりのコストなどの数値が計算されるまでは正当化するのが難しいように思えるかもしれません。 自動車や航空宇宙施設を通過するような大規模なバッチで超砥粒砥石に切り替えると、研削サイクル時間が 20% 短縮され、部品あたりの総コストが 30% 以上削減されることは珍しくありません。 これらは、企業の効率的な運営を強化し、世界市場での競争力を向上させる種類の変更です。

Norton|Saint-Gobain Abrasives 社のコーポレート アプリケーション エンジニアである David Goetz 氏が、従来型ホイールと超砥粒ホイールの違いとそれらが生産に与える影響について、Canadian Metalworking 社の質問に答えました。

CM：従来のホイールと超砥粒ホイールの主な違いは何ですか?

デビッド・ゲッツ:従来の砥粒は通常、砥石が必要に応じて機能するように他の砥粒と融合またはブレンドされた天然粒子です。 超砥粒は、天然または合成ダイヤモンド、または合成粒子である立方晶窒化ホウ素 (CBN) を使用します。

ダイヤモンドは、ヌープ硬度が約 7,000 の最も硬い物質として知られています。 CBN はヌープ値 4,700 で 2 番目に硬いです。 従来の粒子は 2,100 ～ 2,500 の範囲にあります。 ホイールとアプリケーションに応じて、8,500 ～ 16,000 SFPM で実行できます。 従来の研磨剤は、特別な速度または安全性評価がない限り、通常、最大で毎分 6,500 表面フィート (SFPM) 程度になります。

超砥粒は、高速での走行能力に加えて、通常、研削効率を測定する G 比がはるかに高くなります [効率 = 材料の研削量 / 砥石の磨耗量]。 従来の研磨材は通常 1 ～ 20 の範囲で研削され、セラミックは 10 ～ 200 の範囲で研削され、超砥粒は 500 ～ 10,000 以上の範囲で研削されます。 通常、G 比が高くなると、研削サイクルが短くなり、時間あたりの作業量が増え、ホイールの寿命が長くなります。

超砥粒の熱安定性は従来の同等品よりも高く、特に要求の厳しい用途においては寿命も長くなります。

CM：超砥粒の特性は生産にどのような影響を及ぼしますか?

ゲッツ:超砥粒の G 比と Q' [ストック除去] 速度が高いため、超砥粒を使用する工場では通常、サイクル時間が短縮され、ホイール寿命が長くなります。 多くの超砥粒は用途に応じて 12 か月以上持続しますが、従来の研磨剤では 1 か月しか持続しません。

超砥粒ホイールは砥粒の耐久性が高いため、ドレッシングの必要が少なくなります。砥粒の切れ味が長く持続するため、ドレッシングの間により多くの部品を入手できます。つまり、ホイールあたりの部品数が増え、ホイール交換の回数が減り、稼働時間が長くなります。 たとえば、あるメーカーでは、従来の研磨剤を使用したドレス 1 枚につき約 30 ～ 40 個の部品を使用していました。 CBN 研磨剤を使用した同様の作業により、ドレスあたり 1,200 個の部品が得られました。 このため、大容量環境に最適です。

コンプレッサーのクランクシャフトを製造するための研削データが 1 年間にわたって収集され、従来のホイールを使用した場合と超砥粒ホイールを使用した場合のコストを比較するために使用されました。 コスト概要グラフを参照してください。

多くの場合、一部の用途では機械加工作業を置き換え始めているほど、十分なストック除去が可能です。

CM：超砥粒を選択する際に何を考慮する必要がありますか?

ゲッツ:超砥粒製品の選択はプロセス主導で行われます。 選択は、指定された仕上げや部品の形状などのいくつかの要因によって異なります。 必要な仕上げと研削される材料によって粒度が決まります。 粒度を小さくすると、より細かい仕上がりになります。 ダイヤモンドは通常、非金属および非鉄材料に使用されます。 CBN は通常、金属の研削に使用されます。 ダイヤモンドとCBNの両方を使用できるクロスオーバー材料もいくつかあります。

部品の形状によって、グレード、濃度、結合タイプが決まります。 一部の用途に推奨されるボンドは次のとおりです。

クーラントの種類も考慮する必要があります。 液体は研削ゾーンから切りくずと熱を取り除き、研削プロセスによって引き起こされる化学反応から保護します。 CBN を使用する場合は、油ベースの液体が最適です。 低い蒸発温度は水ベースの流体の潤滑性を制限し、高温の蒸気は CBN 結晶の酸化を促進します。

メーカーが適切な砥石車を決定するために当社が使用する 7 つの要素は次のとおりです。

また、機械が超砥粒プロセスをサポートするのに十分な剛性を持っていることを確認する必要もあります。

CM：市場の需要を満たすために超砥粒はどのように変化しているのでしょうか?

ゲッツ:私たちは、メーカーが求める生産性を提供するために、より多くの部品をより迅速に生産するための新しい粒子と結合材を開発するという課題に日々さらされています。 たとえば、航空宇宙産業などの業界では、材料の耐摩耗性を高めるコーティングを施し、材料を研削しにくくしています。 自動車業界は、研削による残留応力を軽減する方法を模索しています。

ほとんどの製造プロセスは、材料のブロックから始まり、次に機械加工を行い、おそらく半仕上げ機械プロセスを実行し、次に研削、研磨を行います。 当社では超砥粒を使用して、そのブロックの材料を「機械加工から研削まで」と呼ぶプロセスにかける作業を多く行っています。このプロセスでは、1、2、または 3 つの機械加工ステップを省略し、ブランクから最終形状を研削および研磨します。

あるメーカーは、超砥粒砥石への切り替えにより、コンプレッサーのクランクシャフトを製造する際に部品あたりのコストを 30.19% 節約しました。

当社の最近の製品である Norton Paradigm® は、金属結合剤のようなもので、以前の最高の超砥粒と比べて 30% 多くの材料を除去し、G 比の 2.5 倍の性能を発揮します。 より低い電力で研削するため、砥石を押し、より高い送り速度を使用し、サイクル時間を短縮する機会が得られます。 その結果、時間当たりのジョブ数が増加し、全体の生産コストが削減されます。 この製品は、一般的なホイールよりも形状を保持し、長持ちします。

耐摩耗性材料の使用が拡大し続けており、それらを仕上げる必要があるため、より耐久性のある研磨剤が求められています。 たとえば、多くの分野で耐摩耗性を提供するために適用されるセラミックコーティングの仕上げでは、超砥粒がこれらの材料を経済的に研削するための最良の選択肢となります。

低応力研削または応力のない研削に対する新たな要求もあり、研削材メーカーは、切れ味がより長く持続する、より鋭く、より自由に切断できる研削材の開発を迫られています。これは、必要な研削エネルギーとプロセスのストレスの両方を軽減するのに役立ちます。 これらの新しい粒子には、ホイールの寿命と性能をさらに向上させるために、より優れた形状保持と粒子保持を提供する新しい結合技術が必要です。

Norton|Saint-Gobain Abrasives Inc.、www.nortonabrasives.com

超砥粒 CBN 砥石車は耐摩耗性に優れ、高生産環境で優れた寿命を実現します。