超仕上げ
超仕上げ（マイクロ仕上げ[ 1 ] 、ショートストロークホーニングとも呼ばれる）は、表面仕上げとワークピースの形状を改善する金属加工プロセスです。これは、前工程で残った金属の断片化または汚れの薄い非晶質表面層のみを研磨砥石または研磨テープで除去することによって達成されます。この層の厚さは通常約1μmです。
プロセス
金属片を最初の仕上げまで研磨した後、より細かい粒子の研磨砥石で超仕上げする。ワークピースを移動させながら、砥石を揺動または回転させる。このとき、結合した研磨材の粒子が、速度、方向、圧力の異なる事実上ランダムな経路をたどる。このマルチモーションが超仕上げの重要な特徴であり、構成刃先で生じるような汚れた仕上がりを防ぐ。このように、超仕上げはラッピングに似ているが、遊離研磨材や埋め込み研磨材ではなく、結合研磨砥石を使用する。[ 2 ]研磨材の形状はワークピース表面の形状によって決まり、円筒形の表面に砥石（長方形）を使用し、平面や球面にはカップやホイールを使用する。[ 3 ]潤滑剤は、冶金特性を変える可能性のある熱発生を最小限に抑え、切りくずを取り除くために使用される。一般的な潤滑剤は灯油である。[ 4 ] [ 5 ]
研磨材はワークピースの表面を3つの段階で切削します。第1段階は、研磨材がワークピースの表面に初めて接触した段階で、研磨材の鈍い粒子が破砕されて剥がれ落ち、新しい鋭い切削面が残ります。第2段階では、研磨材が「自己ドレッシング」を行い、同時に材料の大部分が除去されます。最後に、研磨材は加工するにつれて鈍くなり、表面形状が改善されます。[ 3 ]
超仕上げは、研磨材とワークピースの相対速度が加熱を回避できる程度に低く抑えられ、圧力も軽いという点で研削とは異なります。また、粘度制御された潤滑剤を使用することで、所定の切削圧力で自動的に切削を停止するオイルウェッジが形成されるという点で、ロングストロークホーニングとも異なります。 [ 2 ] : 359 超仕上げは、砥石内の各研磨材粒子の速度、方向、圧力を急速に変化させるという点で独特です。この「マルチモーション」は、構成刃先によるスミアメタルの非晶質層の再形成を防ぐため、可能な限り最高の仕上げを実現するために不可欠です。[ 2 ] : 404
超仕上げでは0.01μmの表面仕上げが可能です。[ 3 ] [ 5 ]
種類
超仕上げには、スルーフィード、プランジ、ホイールの 3 つのタイプがあります。
- スルーフィード
- このタイプの超仕上げは円筒形のワークピースに用いられます。ワークピースは2つの駆動ローラーの間で回転し、ローラーは機械自体も動かします。ワークピースの超仕上げには、4個から8個の砥石が使用され、砥石は徐々に細かくなります。砥石はワークピースに対して90°の角度で接触し、軸方向に振動します。このプロセスで製造される部品の例としては、テーパーロール、ピストンピン、ショックアブソーバーロッド、シャフト、ニードルなどが挙げられます。[ 3 ]
- プランジ
- このタイプは、不規則な形状の表面を仕上げるために使用されます。ワークピースを回転させながら、研磨剤を目的の表面に押し付けます。[ 3 ]
- ホイール
- 研磨カップまたはホイールは、平面および球面の超仕上げに使用されます。ホイールとワークピースは反対方向に回転し、クロスハッチング模様を形成します。両者が平行であれば平面仕上げとなりますが、ホイールがわずかに傾いている場合は、凸面または凹面が形成されます。[ 3 ]
研磨剤
超仕上げに使用される一般的な研磨剤には、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素(CBN)、ダイヤモンドなどがあります。
酸化アルミニウムは「粗削り」工程に使用されます。酸化アルミニウムよりも硬い炭化ケイ素は「仕上げ」工程に使用されます。CBNとダイヤモンドはそれほど一般的ではありませんが、セラミックやM50工具鋼などの特殊な材料と併用されます。グラファイトは、潤滑性を高め、仕上げの外観を向上させるために、他の研磨剤と混合されることがあります。[ 3 ]
超仕上げに使用する研磨粒子は非常に細かくなければならず、通常は5～8μmである。[ 5 ]
アプリケーション
一般的な用途としては、ステアリングラック部品、トランスミッション部品、燃料インジェクター部品、カムシャフトローブ、油圧シリンダーロッド、ベアリングレース、ニードルローラー、砥石、ホイールなどがあります。[ 3 ] [ 6 ]
特定の部品を超仕上げすることで耐久性が向上することが証明されています。例えば、歯車の歯に超仕上げを施すと、寿命は最大4倍長くなります。[ 7 ]
歴史
スーパーフィニッシュは、1934年にクライスラー社によって考案されました。デトロイトからカリフォルニアへ鉄道輸送された自動車に搭載されていたホイールベアリングが広範囲に損傷したことをきっかけに考案されたものです。この問題は、新車やトラックの購入者を悩ませるバズ音やカチカチ音として現れましたが、原因は不明でした。そのため、米国西部の自動車販売店は、販売前に工場出荷時に装着されたホイールベアリングを全て新品のベアリングに交換するようになりました。[ 2 ] : 29–40
最終的に、ベアリングレースのブリネル化が騒音の原因であると特定されましたが、この損傷を防ぐ方法はなかなか見つかりませんでした。ブリネル化を防ぐために何千もの設計とプロセスのバリエーションが試されましたが、どれも効果はありませんでした。ブリネル化されたベアリングのバッチは、目の細かいサンドペーパーで手作業でブリネルの跡を除去することで再加工され、これらの再加工されたベアリングは実験的に自動車に搭載され、列車に積まれてデトロイトからカリフォルニアまで輸送されました。工具メーカーが同じ列車に乗り、カリフォルニアに到着したベアリングを検査しました。彼はベアリングに損傷がないことを発見し、これが問題に効果があった最初の方法となりました。[ 2 ] : 39
サンドペーパーを用いて結晶質母材から非晶質の「研削屑」を除去する手仕上げ法は、低速生産向けに機械化されました。柔軟なゴム製ホルダーに装着された小型の砥石を手動のドリルプレスで駆動し、ベアリングカップから研削屑を除去しました。その後、全自動超仕上げ機が開発されました。[ 2 ] : 39
研磨砥石とワークピース間のランダムな動きが、超仕上げ工程において極めて重要であることが判明しました。手作業によるラッピングやサンディングでは、当然のことながら方向、速度、圧力に不規則な変化が生じますが、超仕上げが開発されるまでの機械化された金属仕上げ工程では、「マルチモーション」の重要性が認識されていませんでした。[ 2 ] : 60
調査の結果、マルチモーションは構成刃先によるスミアリングを防ぐため、最高の仕上がりを実現するために重要であることが分かりました。[ 2 ]：198 マルチモーションは、所定の砥粒の刃先を継続的にアンロードすることでスミアリングを回避し、形成された構成刃先が中断され、ワークピースにこびりつくほどの大きさにまで成長することがないようにします。[ 2 ]：387
参照
参考文献
注記
- ^ 「マイクロフィニッシュとは？」Neuteq .
- ^ a b c d e f g h iスワイガート、アーサー (1940). 『スーパーフィニッシュの物語』 ミシガン州アナーバー：アナーバー・プレス. OCLC 568009 .
- ^ a b c d e f g h Darmann Abrasive Products. 「The Art of Superfinishing」（PDF） . 2016年9月9日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2017年2月1日閲覧。
- ^トッド、アレン、オルティング、1994 年、135–136 ページ。
- ^ a b cマーティ1996、187ページ。
- ^ 「マイクロフィニッシュソリューション」Neuteq。
- ^ Krantz, Timothy L. (2000年3月1日).ギアの耐久性はスーパーフィニッシュ加工によって向上することが証明された（技術レポート）. NASA .
参考文献
- マーティ、RL（1996）、製造業における精密工学、ニューエイジインターナショナル、ISBN 978-81-224-0750-1。
- Todd, Robert H.; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994)、『製造プロセスリファレンスガイド』、Industrial Press Inc.、ISBN 0-8311-3049-0。
