研削加工

金属の表面加工と言えば、金属を綺麗に磨き上げる、いわゆる「研磨」と呼ばれる加工法を想像する方が多いかと思われます。しかし、金属の表面仕上げの方法については、他にもさまざまな種類があります。

このページでは、その中でも代表的なものである「研削加工」について、その特徴やメリット・デメリット、手法について紹介していきます。

研削加工とは

研削加工とは、高速で回転している研磨砥石によって、加工物の表面を削り取っていく加工方法です。砥粒一つひとつを刃として機能させることによって、非常に硬い素材でも削って綺麗に仕上げていくことも可能になります。

研削加工のメリット

研削加工のメリットには、「精度の高い表面処理が可能」「表面を非常に滑らかに仕上げられる」「硬い金属でも加工できる」といったものが挙げられます。通常のやすりがけなどでは対応できないような金属でも綺麗に仕上げられるため、そのニーズは非常に高くなっています。

研削加工のデメリット

研削加工にはデメリットもあります。特に大きなデメリットで言うと「加工にかかる時間の長さ」。後に続く工程にも影響を及ぼしかねないため、最後の仕上げとして用いられることが多いようです。また、作業としては危険な部類に入るため、作業に際しては細心の注意を払って進めていく必要があります。

研削加工の種類

研削加工には3種類の手法があります。それぞれ方法や使う機械などが変わってくるため、どのような違いがあり、どのように使い分けるかについては、前もって把握しておくといいでしょう。

平面研削

平面研削は、平面を研削する加工です。一般的には、フライス加工の後に行われることが多い加工。立て軸形と横軸形の2種類があり、地面に対して軸が垂直になっているか、平行になっているかで呼称が変わります。

円筒研削

円筒研削とは、丸形状の工作物の外径を削っていく加工のこと。主に、旋盤加工後に多く用いられます。工作主軸と芯押しセンタで工作物を支え、工作物を回転させながら削っていく形が特徴です。

内面研削

内面研削は、穴の内側を研削していく方法のこと。軸の先端に研削砥石が付いた研削工具を使い、工作物を回転させながら研削していきます。研削工具の大きさを変えることで、ミリ単位の小さなものでも研削していくことができます。

また、砥石が高速回転することから、安全基準を充分に満たした研削工具を使用しなければいけません。

基本的には、工作物と研削工具を回転させる技法になりますが、部品のサイズが大きくて回転させることが難しい場合は、研削工具だけを回転させながら公転運動させる「プラネタリ形」という手法を使うこともあります。

センタレス研削

センタレス研削は、円筒工作物を固定された工作物支持刃と回転する調整車、研削砥石の間で支えて固定し、工作物の外側を研削する技法です。砥石の中心を固定する方法ではないため、砥石の交換の際にフランジを締めなくてもよく、加工物も自動供給装置で送り込めることから、大量の加工物を加工していくときに重宝される方法となっています。

また、工作物を均等に支えられることから、工作物のたわみが少なく、仕上がりが均一になるという特徴もあります。

プロファイル研削

プロファイル研削とは、あらかじめ描かれた形状の投影図に加工物を映すことによって、砥石をプログラム制御や手動で操作し、投影図に合わせて研削する加工方法です。加工するものによって砥石もさまざまなものを使用しますが、基本的には先端形状が小さいものを使うことで、直線や曲線などといった不規則な形状であっても高精度に仕上げていくことができます。加工用の研削工具には、プロファイル専用のダイヤモンドホイールやCBNホイールといったものが用いられます。

電解研削

電解研削は、電解溶液の中で研削を行う方法です。加工したい形状に作った電極にプラスマイナスの電源を流し、電極の形状に沿って加工を行っていきます。砥石などを使って物理的に加工物を研削する方法と違い、加工速度が早いという特徴があります。

研削加工で使用する機械

平面研削盤

平面研削盤は、文字通り平面を加工する場合に用いられます。立て軸形を使った研削では丸太型の砥石の平面が使われ、横軸形では円周面で研削します。テーブルにも回転する円のテーブルと前後に往復運動をする角テーブルの2種類があり、回転テーブルは立て軸形を、角テーブルの場合は横軸形を用いることが多くなっています。それぞれ、研削するものの形で使い分けていきます。

内面研削盤

内面研削盤は、工作物に穴がある場合に使用されるもので、工作物と砥石が回転する「普通型」と、工作物内で砥石のみを回転・公転させる「プラネタリ型」に分けられます。それぞれ特徴が違い、形状によって使い分けられます。

円筒研削盤

円筒研削盤は、丸形状の工作物の外径を削る加工に用いられます。工具の回らない旋盤と違い、工具である砥石も回転させて接触させる点が大きな特徴となっています。

切削との違い

切削は、バイトやフライス工具といった切削工具を使用し、工作物の不要な部分を削り取っていく加工方法です。研削の場合は表面をわずかに削っていく方法になるため、切削でおおまかに削ったものを、研削によって凹凸を除去していくという流れになります。

研磨との違い

研磨加工は、コンパウンドや研磨工具を工作物に押し当てることによって、表面を滑らかに仕上げる方法となっています。研磨加工は一定の負荷で加工をしていくのですが、研削加工では所要の切り込みを与えて、加工の箇所を変えながら加工していくのが特徴となっています。

研削加工時に起こりやすいトラブル

研削加工を行うときには、さまざまなトラブルが起こる可能性があります。代表的なケースを4つ紹介していきます。

目こぼれ

結合剤によって、付いている砥粒が必要以上に落ちてしまう現象のことを指します。目こぼれが起きると、表面の仕上がり面が悪化するだけでなく、砥石の消耗も早くなってしまうという影響があります。

目つぶれ

砥粒の尖っている部分、つまり刃の役割を果たしている部分が削られ、効力が落ちてしまう現象のことです。目つぶれが進むと摩擦面が広がるため、後述する「研削焼け」が起きやすくなってしまいます。

目詰まり

砥石にある気孔の部分に切りくずが詰まってしまい、砥粒が埋没。切れ味が悪くなることを指します。特に、アルミニウムや銅といった比較的柔らかい金属を加工する際に起きやすいトラブルとなります。

研削焼け

工作物と砥石の間で摩擦が起きることで表面温度が上昇し、酸化反応が起きてしまうことを指します。変色や耐摩耗性の劣化など、さまざまなトラブルの原因となるため注意が必要です。

まとめ

研削加工の特徴や種類について紹介いたしました。研削加工は、用途によって使い分けることで大きな効果を発揮する加工方法です。加工するものに合わせて効果的に使い分けていくことで、より高品質な製品に仕上げていくことが可能になります。

さまざまなメリットがある研削加工ですが、加工時にはいくつか気を付けるべきトラブルもあります。予期せぬ不具合が起きて慌てることがないよう、事前にどのような点に注意すべきかも知っておくようにしましょう。

研削加工を上手く活用することで、製品の質や仕上がりをさらに高めることが期待できます。その他の加工法とも併せて、ぜひチェックしてみてください。