研磨（金属）

バニシングとは、他の物体との滑り接触による表面の塑性変形です。表面を滑らかにし、光沢を増します。接触応力が材料の降伏強度を局所的に超えると、あらゆる滑り表面でバニシングが発生する可能性があります。この現象は、故障モードとして意図せずに発生することもあれば、金属加工または製造プロセスの一部として意図的に発生することもあります。これは、冷間加工中の圧縮操作です。

硬くなったボールを柔らかく平らなプレートに押し当てる動作は、研磨のプロセスを表しています。ボールをプレートに直接押し込むと、接触する部分の周囲に両方の物体に応力が生じます。この垂直力が増加すると、ボールとプレートの表面の両方が変形します。

硬化したボールによって生じる変形は、ボールに押し付けられる力の大きさに応じて大きくなります。ボールに加わる力が小さい場合、力が解放されると、ボールとプレートの表面は両方とも元の変形していない形状に戻ります。その場合、プレートの応力は常に材料の降伏強度よりも小さいため、変形は純粋に弾性的です。平らなプレートはボールよりも柔らかいため、プレートの表面は常により大きく変形します。

より大きな力が加えられた場合、塑性変形も起こり、プレートの表面は永久的に変化します。ボールによって押しのけられた隆起した材料のリングに囲まれたボウル型のくぼみが残ります。ボールとプレートの間の応力は、ヘルツの応力理論によってさらに詳細に説明されます。

ボールをプレート上で引きずると、押す場合とは異なる効果があります。その場合、ボールにかかる力は 2 つの成分力に分解できます。1 つはプレートの表面に対して垂直で、ボールを押し込みます。もう 1 つは接線方向で、ボールを引きずります。接線方向の成分が増加すると、ボールはプレートに沿って滑り始めます。同時に、静的な状況と同様に、垂直方向の力によって両方の物体が変形します。垂直方向の力が小さい場合、ボールはプレートに擦れますが、表面が永久に変わることはありません。擦れる動作によって摩擦と熱が生じますが、プレートに跡は残りません。ただし、垂直方向の力が増加すると、最終的にプレートの表面の応力が降伏強度を超えます。これが起こると、ボールは表面を突き抜け、その後ろに谷を作ります。ボールの突き抜ける動作がバニシングです。また、バニシングは、ボールが回転できる場合にも発生します。これは、ボールベアリングの場合のように、別の平らなプレートが上から下へ移動されて下向きの荷重がかかり、同時にボールの回転と移動が引き起こされる場合に、上記のシナリオで発生することになります。

バーニシングは、2 枚の平らなプレートの間など、互いに適合する表面でも発生しますが、顕微鏡レベルで発生します。十分に高い倍率で見ると、最も滑らかな表面でも欠陥があります。表面の一般的な形状を超えて広がる欠陥は、凹凸と呼ばれ、ボールがプレートに沿って引きずられるように、別の表面の材料を耕す可能性があります。これらの凹凸の多数の複合効果により、バーニシングに関連する汚れたテクスチャが生成されます。

機械部品におけるバニシングは、さまざまな理由から、通常は望ましくありません。時には、その効果が予測できないというだけの理由もあります。軽くバニシングするだけでも、部品の表面仕上げは大幅に変わります。最初は仕上げが滑らかになりますが、繰り返しスライド動作を行うと、スライド方向に沿って表面に溝ができます。バニシングに伴う塑性変形により、表面が硬化し、圧縮残留応力が発生します。これらの特性は通常は有利ですが、バニシングが多すぎると、表面下の亀裂が発生し、表面の上層がバルク材料から剥がれる現象である スポーリングが発生します。

バニシングは機械の性能にも影響を及ぼします。バニシングに伴う塑性変形は、摩擦のみの場合よりも大きな熱と摩擦を生み出します。これにより、機械の効率が低下し、速度が制限されます。さらに、塑性変形により部品の形状と幾何学的形状が変わります。これにより、機械の精度と正確性が低下します。摩擦の増加と形状の劣化の組み合わせにより、多くの場合、暴走状態が発生し、部品が故障するまで継続的に悪化します。

破壊的なバニシングを防ぐためには、滑りを避ける必要があり、転がり状態では、荷重が剥離閾値を下回る必要があります。機械の互いに滑り合う部分には、ローラー ベアリングを挿入して、コンポーネントが滑りではなく転がり接触するようにすることができます。滑りを避けられない場合は、コンポーネント間に潤滑剤を追加する必要があります。この場合の潤滑剤の目的は、コンポーネントを潤滑剤の膜で分離して接触しないようにすることです。潤滑剤はまた、負荷をより広い領域に分散させるため、局所的な接触力がそれほど高くなりません。すでに潤滑剤がある場合は、その膜の厚さを増やす必要があります。これは通常、潤滑剤の粘度を上げることで実現できます。

バニシングは必ずしも望ましくないわけではありません。制御された方法で行われる場合、望ましい効果が得られます。バニシング プロセスは、製造において、ワークピースのサイズ、形状、表面仕上げ、または表面硬度を改善するために使用されます。これは本質的に、小規模で行われる成形操作です。バニシングの利点には、疲労破壊の防止、腐食および応力腐食の防止、表面のテクスチャリングによる外観上の欠陥の除去、気孔の閉鎖、表面の圧縮残留応力の生成などがあります。

バニシング プロセスにはいくつかの形式がありますが、最も一般的なのはローラー バニシングとボール バニシング (そのサブセットはバニシングとも呼ばれます) です。どちらの場合も、バニシング ツールがワークピースに接触して表面を塑性変形させます。後者の場合 (バニシングでは常に) は、ツールがこすれる場合がありますが、前者の場合は、通常、回転して転がります。ワークピースは常温の場合もあれば、ツールにかかる力と摩耗を減らすために加熱されている場合もあります。ツールは通常、寿命を延ばすために硬化され、特殊な材料でコーティングされます。

ボールバニシング（またはバライジング）は、研削、ホーニング、研磨などの他の穴仕上げ作業の代替手段です。バライジングツールは、穴に押し込まれる1つ以上の特大ボールで構成されています。このツールはブローチに似ていますが、材料を切断するのではなく、押しのけて取り除きます。^[1]

ボールバニシングはバリ取り作業としても使用され、両側からドリルで穴を開けた貫通穴の中央のバリを取り除くのに特に有効です。^[1]

別のタイプのボールバニシングツールは、CNC フライス加工センターでボールノーズフライス加工の後に使われることがあります。硬化ボールは、ボールペンに似たホルダー内のジグザグのツールパスに沿って適用されますが、インクは加圧されたリサイクル潤滑剤です。これにより、「半仕上げ」カットで達成される機械仕上げの生産性と、低速で時間のかかる仕上げカットで得られるものよりも優れた仕上げが組み合わされます。バニシングの送り速度は、仕上げ加工ではなく「高速トラバース」に関連付けられた速度です。

ローラーバニシング、または表面ローリングは、円筒形、円錐形、またはディスク形のワークピースに使用されます。このツールはローラーベアリングに似ていますが、ローラーは通常、エンベロープの直径を正確に調整できるようにわずかにテーパーが付けられています。ローラーは通常、ローラーベアリングのようにケージ内で回転します。ローラーバニシングの一般的な用途には、油圧システムコンポーネント、シャフトフィレット、およびシール面などがあります。^[2] サイズを非常に厳密に制御できます。

機械加工プロセスでも、ある程度はバニシングが発生します。旋削加工では、切削工具が鋭くない場合、大きな負のすくい角が使用されている場合、非常に小さな切込みが使用されている場合、またはワークピースの材料が粘着性である場合に、バニシングが発生します。切削工具は摩耗するにつれて鈍くなり、バニシング効果がより顕著になります。研削加工では、砥粒の方向がランダムで、一部は鋭くないため、常にある程度のバニシングが発生します。これが、研削が旋削よりも効率が低く、多くの熱を生成する理由の 1 つです。穴あけ加工では、材料に穴を開けるときに材料を磨くためのランドを備えたドリルでバニシングが発生します。通常のツイストドリルまたはストレートフルートドリルには、穴を通過するためのガイドとなる 2 つのランドがあります。バニシングドリルには、リーマと同様に 4 つ以上のランドがあります。

バーニッシュ セッティングは、フラッシュ セッティング、ジプシー セッティング、ショット セッティングとも呼ばれ、ストーンセッティングで使用されるセッティング技法です。ドリルで穴を開け、そこに石を挿入します。石のガードル、つまり最大直径の部分が金属の表面のすぐ下にくるようにします。バーニッシュ ツールは、石を固定してフラッシュの外観にし、周囲にバーニッシュ加工を施したエッジを作るために、石の周囲全体に金属を押し付けるために使用されます。このタイプのセッティングには長い歴史がありますが、現代のジュエリーで再び注目を集めています。

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