研削（研磨切削）

研削は、研削砥石を切削工具として使用する研磨加工プロセスの一種です。

研削にはさまざまな機械が使用され、ポータブル型と固定型に分類されます。

• アングルグラインダー、ダイグラインダー、カットオフソーなどのポータブル電動工具
• ベンチグラインダーやカットオフソーなどの据置型電動工具
• 固定式水力または手動式 砥石

フライス加工は、製造および工具製作の広範囲かつ多様な分野です。フライス加工では、非常に細かい仕上げと非常に正確な寸法を実現できますが、大量生産の状況では、大量の金属を非常に迅速に荒削りすることもできます。フライス加工は通常、「通常の」加工 (つまり、工具ビットやフライスカッターなどの切削工具で大きなチップを切削する) よりも非常に硬い材料の加工に適しており、ここ数十年までは、硬化鋼などの材料を加工する唯一の実用的な方法でした。フライス加工は通常、「通常の」加工と比較して、シャフトの直径を0.5 インチ(12.7  μm)小さくするなど、非常に浅い切削に適しています。

研削は切削のサブセットです。研削は真の金属切削プロセスです。研磨剤の各粒子は、微細な単一ポイントの切削刃として機能し (ただし、大きな負のすくい角を持ちます)、従来「カット」チップ (旋削、フライス加工、穴あけ、タッピングなど) と呼ばれるものに類似した小さなチップを切断します^[要出典]。ただし、機械加工分野で働く人々の間では、切削という用語はマクロ的な切削操作を指すと理解されることが多く、研削は「別の」プロセスとして精神的に分類されることがよくあります。これが、現場での実践ではこれらの用語が通常別々に使用される理由です。

ラッピングとサンディングは研削のサブセットです。

研削操作の選択は、サイズ、形状、特徴、および希望する生産率によって決まります。

クリープフィード研削(CFG) は、1950 年代後半にドイツのエドモンド ラングとゲルハルト ラングによって発明された研削プロセスです。通常の研削は主に表面仕上げに使用されますが、CFG は材料除去率が高い場合に使用され、製造プロセスの選択肢としてフライス加工や旋削加工と競合します。CFG の研削深さは最大 6 mm (0.236 インチ) で、ワークピースの速度は低速です。より柔らかいグレードの樹脂結合材を使用した表面は、ワークピースの温度を低く抑え、最大 1.6 μm Rmax までの表面仕上げを改善するために使用されます。

CFG では、 1/ ³ (16 cm ^{3 ) の材料を除去するのに 117}秒かかります 。精密研削では、同じ作業に 200 秒以上かかります。CFG の欠点は、ホイールが常に劣化し、高いスピンドル出力 (51 hp または 38 kW) が必要であり、加工できる部品の長さが制限されることです。^[1]

砥石の切れ味の問題に対処するため、 1970 年代に連続ドレス クリープ フィード研削(CDCF) が開発されました。CDCF プロセスでは、加工中に砥石が常にドレスされ、指定された切れ味の状態が維持されます。材料の 1/3 (16 cm 3 ) を除去するのにわずか 17 秒しかかからず^、生産^性が大幅に向上します。必要なスピンドル出力は 38 hp (28 kW) で、スピンドル速度は低速から従来型です。部品の長さの制限はなくなりました。

高効率深研削（HEDG）は別のタイプの研削です。このプロセスでは、メッキされた超砥粒ホイールを使用します。これらのホイールはドレッシングを必要とせず、他のホイールよりも長持ちします。これにより、設備投資コストが削減されます。HEDGは長い部品にも使用でき、83秒間に1/3（16 cm 3 ）の速度で材料を除去します^。HEDGに^は高いスピンドルパワーと高いスピンドル速度が必要です。^[1]

ピール研削は、1985年にドイツのノルトラーハにあるErwin Junker Maschinenfabrik社によってQuickpointという名称で特許を取得しており、円筒形のワークピースとほぼ平行に配置された薄い超砥粒研削ディスクを使用し、旋盤の旋削工具のように動作します。^[1]

超高速研削（UHSG）は、40,000 fpm（200 m/s）以上の速度で実行でき、材料の1/3（16 cm 3 ）を除去するのに41秒かかります^が、^まだ研究開発（R＆D）段階にあります。また、高いスピンドルパワーと高いスピンドル速度も必要です。^[1]

円筒研削（センター型研削とも呼ばれる）は、工作物の円筒面と肩を研削するために使用される。工作物はセンターに取り付けられ、旋盤ドッグまたはセンタードライバーと呼ばれる装置によって回転する。研磨ホイールと工作物は別々のモーターによって異なる速度で回転する。テーブルを調整してテーパーを作ることができる。ホイールヘッドは旋回させることができる。円筒研削には、外径（OD）研削、内径（ID）研削、プランジ研削、クリープフィード研削、センターレス研削の5つのタイプがある。^[2]

円筒研削盤には、研削（研磨）ホイール、ワークピースを保持する 2 つのセンター、チャック、研削ドッグ、またはワークを駆動するその他の機構があります。ほとんどの円筒研削盤には、テーパーピースを形成できるようにスイベルが含まれています。ホイールとワークピースは、半径方向と縦方向の両方で互いに平行に移動します。研磨ホイールはさまざまな形状にすることができます。標準的なディスク形状のホイールは、テーパーまたはストレートなワークピースの形状を作成するために使用できますが、成形ホイールはより複雑な形状を作成するために使用され、通常のディスク形状のホイールを使用するよりも振動が少なくなります。^[3]

円筒研削の許容誤差は、直径が ±0.0005 インチ (13 μm)、真円度が ±0.0001 インチ (2.5 μm) 以内に抑えられています。精密作業では、直径が ±0.00005 インチ (1.3 μm)、真円度が ±0.00001 インチ (0.25 μm) という高い許容誤差に達することがあります。表面仕上げは2 マイクロインチ (51 nm) から 125 マイクロインチ (3.2 μm) の範囲で、一般的な仕上げは 8 から 32 マイクロインチ (0.20 から 0.81 μm) の範囲です。

表面研削では、回転する研磨ホイールを使用して材料を削り、平らな表面を作ります。表面研削で通常達成される許容範囲は、平らな材料を研削する場合は±2 × 10 ⁻⁴インチ (5.1 μm)、平行面の場合は±3 × 10 ^{−4インチ (7.6 μm) です。 [4]}

表面研削盤は、研磨ホイール、チャックと呼ばれるワーク保持装置（電磁式または真空式）、および往復テーブルで構成されています。

研削は、鋳鉄やさまざまな種類の鋼でよく使用されます。これらの材料は、研削機で一般的に使用される磁気チャックで保持でき、切断ホイールに溶け込んで目詰まりを起こして切断を妨げることがないため、研削に適しています。あまり一般的に研削されない材料は、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮、プラスチックです。これらはすべて、鋼や鋳鉄よりも切断ホイールに詰まりやすい傾向がありますが、特別な技術で研削できます。

センターレス研削: ワークピースは、センターやチャックではなく、ブレードで支えられます。2 つのホイールが使用されます。大きいホイールはワークピースの表面を研削するために使用され、小さいホイールはワークピースの軸方向の動きを調整するために使用されます。センターレス研削の種類には、スルーフィード研削、インフィード/プランジ研削、内部センターレス研削があります。

電気化学研削: 導電性流体内の正に帯電したワークピースを、負に帯電した研削ホイールで削ります。ワークピースの破片は導電性流体に溶解されます。

電解インプロセスドレッシング（ELID）研削：この超精密研削技術では、研削精度を維持するために、研削砥石が電気化学的にインプロセスでドレッシングされます。ELIDセルは、金属結合研削砥石、陰極電極、パルスDC電源、および電解液で構成されています。砥石はカーボンブラシを介してDC電源の正極に接続され、電極は電源の負極に接続されます。通常、研削用の電解液と冷却液の両方としてアルカリ液が使用されます。ノズルを使用して、砥石と電極の間の隙間に電解液を注入します。通常、隙間は約0.1 mm～0.3 mmに維持されます。研削操作中、砥石の片側は研削操作に参加し、砥石のもう一方の側は電気化学反応によってドレッシングされます。ドレッシングによって金属結合材が溶解し、その結果、新しい鋭い砥粒が連続的に突き出ます。^[5]

成形研削は円筒研削の特殊なタイプであり、研削砥石は最終製品と全く同じ形状をしています。研削砥石はワークピースを横切ることはありません。^[6]

内面研削は、ワークピースの内径を研削するために使用されます。水平方向に回転できる内面研削盤を使用して、テーパー穴を研削できます。

事前研磨: 新しい工具が製造され、熱処理されると、溶接または表面硬化処理を開始する前に事前研磨が行われます。通常、適切な仕上がりサイズを確保するために、外径 (OD) を仕上げ研磨 OD よりわずかに高く研磨します。

研削ホイールは、さまざまな研削および研磨加工作業に使用される消耗品ホイールです。一般的には、粗い研磨粒子のマトリックスを圧縮して結合し、固体の円形に形成します。ホイールの用途に応じて、さまざまなプロファイルと断面が用意されています。研削ホイールは、粒子が表面に結合された固体のスチールまたはアルミニウムのディスクから作られることもあります。

研削工程では、ホイールとワークピースを冷却および潤滑し、研削工程で生成されたチップを除去するために、流体の使用が必要になることがよくあります。最も一般的な研削流体は、水溶性化学流体、水溶性オイル、合成油、および石油ベースのオイルです。ホイールの急速な回転によって流体がワークピースから吹き飛ばされないように、流体を切削領域に直接塗布することが不可欠です。

ワークピースは、フェースプレートによって駆動される旋盤ドッグに手動で固定され、2 つのセンターの間にワークピースを保持して回転させます。ワークピースと研削ホイールは反対方向に回転し、ワークピースが研削ホイールを通過するときにワークピースの小さな破片が除去されます。場合によっては、エッジを研削できるように特別なドライブ センターが使用されることがあります。ワークピースの保持方法は、セットアップ時間を変えるため、生産時間に影響します。

一般的なワークピースの材質には、アルミニウム、真鍮、プラスチック、鋳鉄、軟鋼、ステンレス鋼などがあります。アルミニウム、真鍮、プラスチックは、円筒研削において、機械加工性が劣る～中程度です。鋳鉄と軟鋼は、円筒研削に非常に適しています。ステンレス鋼は、靭性と加工硬化性のため、研削が非常に困難ですが、適切なグレードの研削ホイールを使用すれば加工できます。

ワークピースの最終的な形状は研削ホイールの鏡像となり、円筒形ホイールは円筒形ピースを、成形ホイールは成形ピースを作成します。ワークピースの一般的なサイズは、直径 0.75 ～ 20 インチ (18 mm ～ 1 m)、長さ 0.80 ～ 75 インチ (2 cm ～ 4 m) ですが、直径 0.25 ～ 60 インチ (6 mm ～ 1.5 m)、長さ 0.30 ～ 100 インチ (8 mm ～ 2.5 m) のピースを研削することもできます。結果として得られる形状は、直線の円筒形、直線の円錐形、または比較的低トルクのエンジンのクランクシャフトになることもあります。

化学的性質の変化には、表面応力が高くなるため腐食に対する感受性が増すことが含まれます。

仕上げ中に部品にかかる応力により、機械的特性が変化します。研削温度が高いと、部品に 薄いマルテンサイト層が形成され、微小亀裂によって材料の強度が低下する可能性があります。

物理的特性の変化には、強磁性材料 の磁気特性の損失が含まれる可能性があります。

• アディサン、M.; グプタ、AB (2002)、製造技術、ニューエイジインターナショナルパブリッシャー、ISBN 978-81-224-0817-1。