精密切断 用薄刃 ダ イヤモ ン ド砥石 の機 械的性 質 *
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(2) 1236. 精 密 工 学 会 誌 56 /7 / 1990. Table. 1. Specification. of. test. か な り大 き いこ とが わか る.(2)M用 の砥 粒入 り砥. pieces. 石 とB用 の砥粒 入 り砥石 を比較 す る と,後 者の方 が 少 し強 度が 高 くな ってい る.(3)ボ ン ド材 と砥石 を比較 す ると,前 者 に比 べ て後者 では強度 の低下 が 見 られ,特 に,Mボ ン ドで顕著 であ る.こ のこ とは,ボ ン ド。 単一材 の強 度 に比べ て,砥 粒/ボ ン ド材 の付 着強度 が低 い こと を意 味 して いる.ま た, ボ ン ド材 の材 種 によ ってボ ン ド材強 度 と砥 石強度 の 比 に差 が あ ることが わか る.こ れは,砥 石の破 断 の メカ ニズム に違 いがあ る ことを示唆 してい る. とな る),(2)十 分 な じん性 を持 ち割 れ に くい こ と,の 2つ の条 件 を備 えて いる必要 が あ る.一 般 に,ダ イヤ. SEM観. モ ン ド砥 石 には,メ タル ポ ン ド砥 石,レ ジ ンポ ン ド砥. 図3に,破. 石,レ ジン ・メ タルボ ン ド砥 石,ビ. 砥 石 破 断 の メ カ ニ ズ ム を 考 察 す るた め に,破 断 面 の 察 を 行 っ た.図2に,そ. 断 面のSEM写. の 結 果 を 示 す.ま た,. 真 か ら砥 粒数 を数 えた結果. トリフ ァイ ドボ ン. ド砥 石,電 着砥 石,の5種 類 の砥 石 が ある.こ の うち, ビ トリフ ァイ ドボ ン ド砥 石 は割 れや す いため薄 刃砥 石 と して は使用 され ず,ま た,電 着 砥 石 は板 厚精 度 を高 くで きない ため精密 切断 用砥 石 と して は採用 され て い な い. 表1に,実. 験 で使 用 した試 料 の材 種 を示す.ボ ン ド. 材 と しては,精 密切 断用 薄刃 ダ イヤモ ン ド砥 石で 一般 に使用 されて い るメ タル ボ ン ド(M),レ ジ ン ・メ タ ル ボ ン ド(MB),レ. ジ ンボ ン ド 〈B),の3種,. 砥. 粒 と して は,M用,B用 の2種 を取 り上 げ た.試 料 と しては,砥 石6種 とボ ン ド単一 材3種 の計9種 で 実験 を行 った. 溝 ・切 断加 工 を考 えた場合,加 工 現象 との 関連 が想 定 され る砥石 の特 性項 目を見 る と,a)砥 粒 の破砕性, b)砥 粒/ボ ン ド材 の付 着性,c)砥 石 の結 合度,d)ボ ン ド材 の耐 摩耗 性,e)砥 粒 のbacking性,f)砥. Fig.. 1. Tensile bonding. strength materials. of. blades. and. 石 の変 形能,. 等 が挙 げ られ る.実 験 で は,こ れ らの項 目に関 し て,引 張 破断 強度 の測 定(b,cに 対応),ボ ン ド材 の耐 摩耗 試験(dに. 対応),動. (e,fに 対 応),の3つ れ を評価 した.. 的粘 弾性測 定. の測 定 を行 って それぞ. 3. 引 張破断 強度 の測 定 とボ ン ド材 の. (a) Metal. bonding material. (b). Metal. blade. (H grain). 耐摩 耗試 験 砥 石 の結合 度,砥 粒 とボ ン ド材 との付 着強 度 を 評価 す る ために,砥 石 お よびボ ン ド材 の引張 試験 (ひ ずみ速度0.08mm/s)を. 行 っ た.そ の結果 を図. 1に 示 す. 図1か ら,以 下 の こと が指摘 で き る. (1)砥石の 引張破 断強 度(砥 石 結 合度 に対応)を 比較 す ると,M砥. 石の 値 がMB,B砥. (c). mesinoia. Fig.. 石 に比 べ て 70. oonding. 2. Fracture. material. (d). surfaces. Resnoid. by. blade. tensile. (M. grain). test.
(3) 佐 藤 ・黒 部 ・広 崎:精. 1237. 密 切 断用 薄 刃 ダ イヤ モ ソ ド砥 石 の 機 械 的 性 質. Fig. 4. Schematic. diagram. of. wear. test. す る耐 摩耗 性 を,両 測定 結果 か ら評価 した.実 験 は, ス ピン ドル 回転 数 を500s‑1と し,研 削液(水 道 水)を か けて行 った.1条. 件 で2回 の 実験 を し,そ の平均 値. をデ ー タと してプ ロ ッ トした. 図5に,法. 線 方 向抵抗 の測 定 結果 の 一例 を示す. A. 点 でボ ン ド材 と フェ ライ トの接触 が始 ま り,B点 Fig. 3. Number. を示 す.図2か. of. grains. on. fracture. で設. 定 切 込み 位置 まで ス ピン ドル が 降 りて い る.ボ ン ド材 が摩 耗 す るに したが い,抵 抗 値 は減 少 し,C領 域 で一. surface. ら,砥 石の破 断 面 には砥粒 と砥粒 の抜. 定値 に な る.図5で,抵 抗値 に 逆方 向の 成分 が現 れ て い るの は,ス ピン ドル/テ ーブ ル問 の相対 振動 によ る. け落ち た跡 が多数 見 られ,特 にM砥 石で その傾 向が強 い ことがわか る.ま た,図3か ら,M,MB,Bボ ン. も ので あ る.こ れ は,使 用 した加工機 の 剛性 が幾分 低. ドの順 に砥粒数 が少 な くな って い るこ とがわか る. Mボ ン ドで は,ボ ン ド材 強度 と砥 石強度 の差 が大 き. い こ とが原因 してい る.ま た,抵 抗値 が0に 収 束 しな. く,ボ ン ド材強度 に比 べ て砥 粒/ボ ン ド材 の付着 強度 がか な り小 さい.そ の ため,砥 粒/ボ ン ド材 の 界面 で. ん で流体圧 力 が生 じるため では な いか と推 察 され る. ボ ン ド材の 耐摩 耗性 を,次 式 の よ うに比摩 耗量K を. 破断 する傾向 が強 くな り,破 断 面の砥 粒数 が多 くな っ. 定 義 して評価 す る.. い のは,ボ ン ド材 とフ ェラ イ トの間 に研 削液 が入 り込. た もの と推察 され る.一 方,Bボ ン ドで は,ボ ン ド材 と砥石 の強度差 が小 さ く,ボ ン ド材強 度 と砥 粒/ボ ン. (1) 図6に,比. 摩 耗量 を各 ボ ン ド材 につ いて整 理 した結. ド材 の付着強度 が あま り違 わな い.そ の ため,砥 粒/ ポ ン ド材 の界面 で破断 す る割 合 が相対 的 に小 さ くな り,. 果 を示 す.図6か. 破断 面の砥粒数 が少 な くな ったもの と推量 され る.. ボ ン ドの 順 に大 き く,そ れ ぞれ 大略1け た ずつ増 加 し. 次 に,ボ ン ド材の耐 摩耗性 を調べ る ため,ボ ン ド単 一材 を用 いて摩 耗試験 を行 った .. て い る様 子が わか る.. フェラ イ トの溝加工 を念頭 に お き,実 際 の加工 に近 い条件 で摩耗特 性 を評 価 す るた めに,ボ ン ド単一 材 を. 流 量 の多 い場 合 と少な い場合 で,顕 著な 差 が見 られな. ら,比 摩耗 量 の値 は,M,. MB,. 実 験で は,研 削液 流量 の影 響 に つい ても調 べ たが,. 砥石 形状 に作 製 し,そ れ を加工 機(東 京精 密製 マ イク ロフォー ミングマ シンA‑WD‑2500B/C)に セ ッ トして, フェラ イ ト(Mn‑Zg多 結晶,HIP材.以 降 の実験 で も同 一組成 の フェラ イ トを使用)に 対 する耐摩 耗性 を調べ た.評 価方法 の概略 図 を図4に 示 す.ま ず,ス ピン ド ルのZ軸 を調整 して,ポ ン ド材 のZ位 置 を フェラ イ ト と接 触す る位 置 よ りも少 し上方 に初 期合 わせ す る. そ して,そ の位 置か ら所 定の切 込 み量(10μm)だ. B. けス. ピン ドル を下 降 させて実験 を行 う.そ の 際,摩 耗時 の 法線 方向抵抗 を圧電型 研削 動力 計で ピ ックア ップ し, また,摩 耗試 験前後 のポ ン ド材 の半 径減耗 量 を電気 マ. Fig. 5. イクロ メー タで測定 して,ボ ン ド材 の フェラ イ トに対 71. Typical data by grinding. of normal force force transducer.
(4) 精 密 工 学 会 誌 56 / 7 / 1990. 1238. Fig. 8. Fig.. 6. Relative. wear. rate. of. bonding. Schematic 6)を. materials. 用 い,ボ. 図4と か っ た,こ. れ は,ポ. ン ド材 と フ ェ ラ イ トと の 接 触 時 間. vibrating. reed. method. ン ド材 に よ る違 い を 調 べ た.溝 加 工 は,. 同 一 の 機 械 及 び 研 削 液 を 使 用 して 行 っ た.溝. 加. ーダ と短 いため. 熱 に よ る 昇 温 の 効 果 が ほ とん ど現 れ な か っ た た. 分 子 フ ィル ム を 押 し当 て て そ の レプ リカ を と り,そ れ. め と 思 わ れ る. 次 に,実. をSEM観. 際 に フ ェ ラ イ トに 溝 加 工(砥. s,加 工 物 速 度0.6mm/s,加 5mm)を 施 し,こ. 工 長 さ1500mm,切. ン ド材,集. か ら,M砥. 込 み 深 さ 0.7. こ で は粒 径40‑60μmの. 中 度 は 表1と. 同 一.寸. 察 して 行 っ た.そ. の 観 察 結 果 を 図7に. 示 す.. 引 張 破 断 強 度 の 測 定 と ボ ン ド材 の 耐 摩 耗 試 験 の 結 果. 石 周 速 84.8m /. の と きの 砥 石 外 周 面 の 様 子 を 観 察 した 。. 観 察 を容 易 に す る た め,こ 石(ボ. of. 工 に 際 して,砥 石 にGC320ボ ー ドで 実 機 上 の ツ ル ー イ ン グ を施 した.砥 石 外 周 面 の 観 察 は,砥 石 面 に 高. (摩 耗 が 進 行 し て い る時 間)が0.1sオ に,発. diagram. 石 とB砥. 石 を 比 較 す る と,前. 合 度 が 大 き く砥 粒 の 保 持 力 が 強 い.一. 砥. 石 の 結 合 度 が 小 さ く,ま 摩 耗 性 が 小 さ い.こ. 法 φ54 × t0.. た,ボ. 者 は砥 石の結. 方,後. 者 では砥. ン ド材 自 身 の 強 度 や 耐. の こ と と 図7の. 砥石 面の様 子 は定. 性 的 に 対 応 し て お り,M砥. 石で は加 工 に. 伴 う砥 粒 の 脱 落 が 少 な く 目 つ ぶ れ 的 な 砥 石 面 性 状 に な っ て い る.ま. た 逆 に,B. 砥. 石 で は加工 後 もツ ルー イング直 後 と砥石 面 の 様 子 に 大 き な 変 化 は み ら れ ず,目. こ. ほ れ や ボ ン ド材 の 摩 耗 が 激 し か っ た こ と (a) Mblade. (after. truing. ). (b) M1blade. (after. grinding. ). が 伺 え る.. 4,. 動的 粘弾 性 の測定. ボ ン ド材 の 砥 粒backing性,砥 能 を 評 価 す る た め に,振 行 い,ボ (c) Bblade. (after. truing ). (d) Bblade. (after. grinding. ). 石 の変形. 動 リー ド試 験 を. ン ド材 と 砥 石 の 動 的 粘 弾 性 を測. 定 した. 図8に,評. 価 装 置 の 概 略 図 を 示 す. 試. 料(1)の先 端 に 重 り(2)を取 り付 け,ス. ピー. カ(3)を通 し て 試 料 に 振 動 を 与 え る.試 料. Fig. 7. SEM micrographs of outer blade surfaces (replica method ) 72. の 共 振 特 性 を(4)の非 接 触 変 位 計 で ピ ッ ク ア ッ プ し,ア. ン プ を 通 して オ シ ロ ス コ ー.
(5) 佐 藤 ・黒 部 ・広 崎:精. Fig. 9. Typical. data. of. resonance. 密 切 断 用 薄 刃 ダ イ ヤ モ ン ド砥 石 の 機 械 的 性 質. curve Fig.. Fig. 10. Dynamic materials. elasticity of and blades. よび損失. な わ ち,tanδ が 大 き い 程,内. contact. pressure. 損 失 係 数tanδ は 次 式 の よ う に. (5) こ こ で,L:試. 料 の 長 さ,b:試. 実 験 で は,式(4),(5)を か ら,動 的 弾 性 係 数Eと. して い る)で. 料 の 幅,h:試. 料 の 厚 さ,. m:重 りの 重 量,門:試 料 の 重 量.. 図9に 共 振 特 性 の 測 定 例 を 示 す.横 軸 を周 波 数, 縦. amax=0.707と. between density. materials. (4). 虚 数 単 位 で あ る.. っ て い る.図9の. Relation and grain. bonding. 部発 熱 し. (3). 大 振 幅 を1と. of. 般 に,温 度. (2). 軸 を振 幅 の 相 対 比(最. 12. tangent. な る.. Tと 周 波 数 ω の 関 数 と な り,次 式 で 表 され る7).. ここ で,jは. Loss. と,動 的 弾 性 係 数E'と. 係 数tanδ(試 料 に入 力 さ れ る エ ネル ギ ー に 対 す る内 部. や す い 材 料 で あ る こ と を意 味 す る)は,一. 11. Fig.. bonding. ブ に て 読 み 取 る.試 料 の 動 的 粘 弾 性 係 数Eお. 損 失 を 示 す.す. 1239. 用 い て,試. 料 の共 振特 性. 損 失 係 数tanδ を 求 め た. 測. 定 に 際 し,評 価 装 置 を 恒 温 ボ ッ ク ス に 入 れ,温. 目盛. 定 を 行 い,重. よ う に,共 振 周 波 数 を ω0と し, a1 /. 周 波 数 ご設 定 した.実. な る よ う に 周 波 数 間 隔 △ ω1を 定 義 す る. 図10,11か 73. 度の 設. りの 重 量 と 長 さ を 調 整 す る こ と で,共. ら,ボ. 験 結 果 を 図10,11に. 振. 示 す.. ン ド材 と砥 石 の 動 的 粘 弾 性 に つ い.
(6) 1240. 精 密 工 学 会 誌 56 / 7 /1990. て,次 の ことがわ か る 。 (1)ボン ド材 につ いて比 較 す る と,B,MB,Mの. (1). 順. に弾 性係 数が 高 く,剛 い材料 とな って い る.ボ ン ド単 一 材 と砥 石 を比 較 す ると ,後 者 の方 が砥粒 の入 った こ. 数 が 小 さ くな り,Mに. た,砥. 比べて. 石 の強 度 はボ ン. 顕 著 で あ る. (2). 昇 温 に したが い若干弾 性係. ボ ン ド材 の 耐 摩 耗 性 に つ い て はB, Mの順. つ いては 変化 が見 られ な い. (3). 損 失係 数 の値 はM,MB,Bの. か な り大 き い.ま. ド単 一 材 の 強 度 に 比 べ て 低 く,特 にM砥 石 で. と に よ り剛 くな って いる.(2)温度 特 性 につ いては, 実 験 の 範囲 内 で,MB,Bは. 砥 石 の 結 合 度 に つ い て はMB,Bに Mが. (3). 順 で大 き くな り,ま た,. 高周 波数領 域 に行 くほ ど小 さ くな る.. に,そ. れ ぞ れ1け. MB,. た ず つ 高 くな る.. 砥 石表面 の様子 を観察 す ると,M砥 石 では目 つぶ れ的 にな るの に対 し,B砥 石 では凹凸の大 き い複 雑 な面性状 とな る.. 次 に,砥 石 の動 的粘弾 性が溝 加 工 に与 え る影 響 を考. (4). 動的 弾性 係数 はB,MB,Mの. 察 す るため に,砥 石表層 の作 用砥 粒密 度 につ いて調 べ. (5). 作用 砥粒密 度 は,M砥. た.実 験 は,図7の った.. 最後 に,本 研究 に関 して適切 なご助言 を頂 きま した. 溝加 工の後,こ れ に引 き続 いて行. 順 に高 くな る.. 石 に比べ てB砥 石 の方. が高 くな る.. 作用 砥粒 密度 は,加 工 時 に実 測 す る ことが簡 単で は. 富 山職業 訓練 短期大 学校 長今 中治先 生 に深 謝 申 し上げ. な いため,モ デ ル的 に,次 の 方法 で測 定 した.ま ず,. ます.ま た,実 験 に協力 頂 いた金沢 大学大 学院生滝沢. 砥 石 を フェ ライ トに静的 に押 付 け る、次 に,砥 石 の回. 俊太 郎君 に感 謝 します.さ らに,実 験用試 料 を提供 し. 転 を固定 した ま ま,砥 石 を砥 石軸 の方 向 に少 し動か し,. て頂 いた三菱 金属(株)に. 謝意 を表 します.. フ ェラ イ トに引 っか き痕 をつ け る.こ の引 っか き痕 の 数 と砥 石/フ ェラ イ トの接 触面 積 か ら作用 砥粒密 度 を 求 め た.ま た,こ の と きの押付 け力 を圧 電 型研削 動力. 参. 計 で測 定 した. 測定 結果 を図12に 示 す.図12か. ら,M砥. 砥 石表 面 に存在 す る砥 粒数 が多 い.そ れ にもか かわ ら ず,B砥 石 の方 が作用 砥粒 密度 が高 くな った理 由 と し て,ボ ン ド材 の弾 性係 数 が小 さ いため に,フ ェラ イ ト. 2). 小 川 昌平,岡 本 隆:砥 石結 合剤の組 成が研削 性 能 に及 ぼ す影響(第2報)‑結 合剤 の組成 と 砥 石寿命,精 密機械, 47, 9(1981) 1128. 小川 昌平,岡 本 隆:砥 石結 合剤の組 成が研削 性能 に及 ぼす 影響(第3報)一 抵抗力 と砥石寿 命,精 密 機械, 49,9 (1983) 1215. 小川 昌平,岡 本 隆:砥 石結 合剤の組 成が研削 性能 に及 ほす 影 響(第4報)‑砥 石作業 面性状 と砥 石寿命,精 密工学 会 誌, 52, 3(1986) 553. 渡邊 政嘉,張 壁,戸 倉 和,吉 川 昌範:ダ イ. 3). こ とが 挙げ られ る.す な わち,砥 粒 先端 が そ ろいやす 4). 作用 砥粒 密度 が上昇 す る と,砥 粒 切 れ刃1個 当た り の 加工物 除去 量 が低減 す る 。この ことは,砥 粒切 込み. 5). 深 さの 減少 を意 味す るの で,加 工物 が個 々の砥粒 切れ. 6). ヤ モ ン ド砥 石 の結合材 によ るセラ ミック スの研 削面 性状,昭 和63年 度 精密工 学会春季 大会学 術講 演会 講演論 文集 (1988) E09. 渡邊 政嘉,上 薗英之,戸 倉 和,吉 川 昌範: ダ イヤモ ン ド砥石 の結合 材 に よるセ ラ ミックスの 研 削面性 状‑乾 式研 削 と湿式研 削 によ る違い, 1989年度精 密工 学会春 季 大会学 術講演 会講演論. 7). 文集 (1989) K68. 岡 小天:レ オ ロジ ー入 門,工 業 調査会 (1970) 138.. 刃 か ら受 ける損傷(マ イクロ ク ラ ックな ど)が 低 下す るこ とにつ なが る. 5.. 結. 言. 精 密切 断用 薄刃 ダ イヤモ ン ド砥石 に つい て,特 にボ ン ド材 に着 目 して,主 と してそ の機 械的 性質 を調 べ, 以下 の結 論 を得 た.. 74. 献. 小 川 昌平,岡 本 隆:砥 石結 合剤 の組成が研削 性 能 に及 ぼ す影響(第1報)‑結 合剤 の組成 と 研 削砥 石の機 械的性 質,精 密機 械, 45,7(1979) 826.. に 押付 け られ たと きの砥粒 の弾 性 後退 が大 き くな った くな った こ とが考 え られ る.. 文. 1) 石 に比べ B. 砥 石の 方 が作用 砥粒密 度 が高 くな るこ とがわか る. 図 7の 結 果か ら,M砥 石の方 が 目 こぼれ しに くいので,. 考.
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