［研究報告］

鋳ぐるみ材の研削加工＊
齋藤高川裕之 ＊ ＊ 、堀田貫仁 ＊ ＊ ＊ 、勝負澤昌宏 ＊ ＊ 、池浩之 ＊ ＊ ＊善行 ＊ ＊ ＊ ＊ 、飯村崇＊＊＊＊＊

岩手県工業技術センターでは、サーメット粒子を鋳ぐるんだ高温耐摩耗性に優れる新しい複合材料(以下「鋳ぐるみ材」と記す)を開発した。この材料を金型等の機械要素部品に適用することを目的とし、従来、明らかにされていなかった鋳ぐるみ材の高精度加工方法について検討した。この結果、以下のことが分かった。
(1)表面粗さは Ry0.5μm 以下を達成することができた。
(2)鋳ぐるみ材をプロファイル研削砥石にて研削すると砥石の摩耗は激しい。
(3)砥石表面をレーザー光を用いて測定すると、その輝度値の変化により研削砥石の摩耗状況をある程度把握できる。
キーワード：複合材料、鋳ぐるみ材、研削砥石、レーザー光

Grinding of Insert Material
SAITO Hiroyuki，HOTTA Masahiro，IKE Hiroyuki
TAKAGAWA Takahito，SHOUBUZAWA Yoshiyuki and IIMURA Takashi
Generally, precision machining has used grinding. In this paper, we describedgrinding and evaluation of wear on grinding wheel using laser beam for insert
material made in Iwate Industrial Research Institute. From the result, we found that
Ry value of insert material was less than 0.5µm and the value of reflected laser beam
cloud been evaluated wear of grinding wheel .
key words : composite material, insert material, grinding wheel, laser beam
１緒

言

一方、鋳ぐるみ材を金型部品・射出成形用部品等の近年、環境問題が盛んに議論され始め、工業製品の精密機械に適用できれば利用範囲はさらに拡大されるリサイクルが推進あるいは義務化されている。しかし、と考えられる。しかし、これらの部品への適用には、切削加工の工具刃先に使用されるスローアウエーチッ

表面粗さが Ry0.5μm 以下であることが要求される。表プは耐摩耗性・耐熱性に優れた超硬合金やサーメット

面粗さの向上は、組織が均一な材料の場合、切削加工が使用されているにもかかわらず、寿命とともに廃棄後に研削加工を施し、研削砥石や研削条件を変化させされ、リサイクルはほとんどなされていない。

ることで設計値に到達させる。しかし、鋳ぐるみ材料

このため、工業技術センターでは、スローアウエーのように組織が不均一な場合については、研削砥石やチップのリサイクルを目的に、鋳鉄中に、廃棄された研削条件と表面粗さの関係は詳細には調べられていなスローアウエーチップを粉砕・混合して合金化した鋳い。そこで、鋳ぐるみ材の高精度加工が大きな課題とぐるみ材を開発した。この鋳ぐるみ材は、安価で高温なっている。

耐摩耗性・耐熱性・耐酸化性が必要なクラッシャー用

また、研削作業では、砥石交換時期を作業者が判断破砕歯や高温用破砕歯、焼結鋼破砕歯への適用には非しており、作業者の技量に大きく左右される。砥石作

常に有効である。

業の自動化には、砥石交換時期を定量化することは非＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

素材再利用による新材料製造技術開発事業
電子機械技術部
材料技術部
材料技術部(現 いわて産業振興センター)
企画情報部(現 電子機械技術部)

81

岩手県工業技術センター研究報告第１１号（２００４）

常に重要であり、このためレーザー等の非接触による方法が有効である 1) と考えられている。
そこで、本研究では、(1)鋳ぐるみ材の高精度研削加工、(2)鋳ぐるみ材を用いた実加工品の製作と評価、(3)研削砥石のレーザー計測について調べた。
２

実験方法

２−１

鋳ぐるみ材の高精度研削加工

実験には、CNC 超精密研削盤((株)岡本工作機械製作所

UPG‑63NC)を使用した。研削剤はソリュブル液を用い、その供給量は、研削中、被削材表面に十分に供給される量とした。鋳ぐるみ材はサーメット粒子を鋳鉄で「鋳ぐるみ」したものなので、表面は部分的に超硬合金と同様な硬度を有していると考えられるため、研削条件は、一般的にダイヤモンド砥石 (♯1000)を用いて超硬合金を研削する場合に最適とされている条件とした。その研削条件は総切込み量 0.01mm、1 回あたりの切込み量 0.01μm、周速 900rpm、テーブル送り(トラバ ー ス ) 、 左 右 送 り 速 度 25m/min 、 前 後 送 り 速 度1.5m/min である。

(a)Type A
図1

研削形状

A

研削砥石

CCCD カメラ

砥石は東京ダイヤモンド製(♯1000)を用いた。研削実験後、鋳ぐるみ材表面は接触式表面粗さ計にて測定(b)Type Bした。なお、本実験で用いた鋳ぐるみ材は Ni50vol%、含有サーメット粒子 150μm 以下の条件のものである。
２−２

鋳ぐるみ材を用いた実加工品の製作と評価

実加工品の研削実験には精密研削盤(( 株)ナ ガ セ
SHS‑80)を使用した。研削剤はソリュブル液を用い、その供給量は、研削中、被削材表面に十分に供給されるB レーザー光量とした。砥石はプロファイル研削砥石(SD400MVD(砥E発信器

石寸法、75D*5W*1*0.04R*15°*31.75H))を用い、砥石

D
D AD ボード

バランスは 0.1μm 以内となるようにした。また、反転速度は 500 往復/min であった。本実験で用いた鋳ぐるみ材は小西鋳造 (株)にて製造されたもの(含有サーメE PC

ット粒子 1000μm)である。本実験では図 1(a)および(a)システム構成(b)に示す、異なる 2 つの形状 Type A および Type Bについて研削を行った。
２−３

研削砥石のレーザー計測

実験には、精密平面研削盤((株)長島精工)を使用した。研削剤はソリュブル液を用い、その供給量は、研削中、被削材表面に十分に供給される量とした。 研削
条件は、ドレッシングする場合には，主軸回転数1200rpm、テーブル送り(左右 30m/min 前後 10m/min)、切り込み 0.003mm/path、被削材を研削する場合には、主軸回転数 1200rpm、テーブル送り(左右 30m/min 前後 10m/min)、切り込み 0.005mm/path とした。被削材はサーメットおよび超硬合金を用い、砥石は三菱マテリアル製ダイヤモンド砥石(♯200) を用いた。
図 2(a)に砥石摩耗評価システム構成、(b)に砥石摩(b)実機

耗評価システムの実機上での様子を示す。(a)において

図2

A は研削砥石、B はレーザー光発信器(発信波長 670nm、82

砥石摩耗評価システム

岩手県工業技術センター研究報告第１１号（２００４）

最大出力 1.6mW、ビーム径 1mm、幅 1mm の 30°ラインレーザ)、C は CCD カメラ(測定領域 1/3 インチ0.5(640×480))、D は A/D ボード、E は PC である。この計測システムにより、砥石の輝度値を測定する手順を0.4Ry，µm

次に示す。B のレーザー発信器よりラインレーザー光を発生させる。そのレーザー光は砥石表面に当り、反射光となり、C の CCD カメラに取り込まれる。測定データは A/D ボードを介し E の PC にて処理される。

0.30.20.1

３

実験結果及び考察

３−１0

鋳ぐるみ材の高精度研削加工

鋳ぐるみ表面1

図 3 に鋳ぐるみ表面と鋳鉄部分の表面あらさを示す。
図3

また、図 4 に鋳ぐるみ表面の粗さ曲線を示す。鋳ぐる

鋳鉄部分
2

鋳ぐるみ表面と鋳鉄部分の表面粗さ

み表面では Ry0.33μm 、鋳鉄部分では Ry0.12μm となり、鋳ぐるみ材料は Ry0.5μm 以下の精度で研削加工が可能であることが分かった。しかし、鋳ぐるみ部
Ry 2.14μmには、図４に示すように一部 Ry2.14μm となる部分0.5μmもあることが分かった。これは、サーメットと鋳鉄の0.1mm境界で材料欠陥が生じたためであると考えられる。この材料欠陥は凹形状であるため金型などの機械部品へ

図4

鋳ぐるみ表面の粗さ曲線の使用には問題にならないと考えられる。
３−２

鋳ぐるみ材を用いた実加工品の製作と評価ある。

図 1(a)の形状では、設定加工深さ(0.52mm)に対してここで、除去体積と輝度値の変化について考察する。

加工深さは 0.45mm となった。この時、表面粗さは

砥石表面の不良は目つぶれ、目づまり、目こぼれのRy0.82μｍとなり、総加工時間は 12 時間 36 分であっ3 つのいずれかの状態になると考えられる。そこで、た。図 1(b)の形状では、設定加工深さ(0.52mm)に対し本計測システムでは、て加工深さは 0.49mm となった。この時、表面粗さは①目つぶれ状態：砥粒が摩耗して平坦化され、砥石表Ry0.74μｍとなり加工時間は 13 時間 44 分であった。

面で反射される光の正反射成分が増すため、測定器の二つの形状で最終加工深さは異なるが、いずれの形状受光量が増加する。の研削でも、研削砥石は研削とともに激しく摩耗して②目づまり状態：砥粒周辺に加工中の金属が付着し、おり、設定値まで加工できなかった。研削砥石が激し加工ができなくなる状態であり、金属部分でもレーザく摩耗した理由は、鋳ぐるみ材がサーメットを含む硬ー光が反射されるため、全体の受光量が増加する。

度の大きな部分と、硬度がかなり小さい鋳鉄材料の部③目こぼれ状態：砥石表面のうち、光を反射する成分分で構成されている複合 材料であり、均一な硬度を持である砥粒が減少し、砥石面からの反射光量が減少す

つ材料を研削する場合と比べ、厳しい条件であったかる、と仮定した。

らである。
３−３

今回の実験では砥石はダイヤモンド砥粒(♯200)、被研削砥石のレーザー計測

削材としてサーメットもしくは超硬合金を用いたので図 5 に被削材の除去体積と輝度値の関係を示す。そ砥石表面に発生する不良は目つぶれ状態になると考えれぞれ初期の輝度値を 100%として、除去体積に対するられる。

輝度値の変化を記録した。□、△、○は超硬合金を研その結果、測定器の受光量が増加し輝度値は上昇す削したもので、■はサーメットを研削したものである。

るものと考えられる。

光源の比較のため、ラインレーザー光のみ、さらに光被削材がサーメットの場合、除去体積 1000mm3 まで量を補うことを目的としてラインレーザー光にファイは、目こぼれ状態であったものが、除去体積 1000mm3バースコープの光を付加したものと光量可変スポットを超えると、目つぶれ状態になったと考えられる。

レーザーを用いた。被削材がサーメットの場合、輝度被削材が超硬合金の場合、ラインレーザー光(□)お3値は除去体積 1000mm で最小値をとり、その後、増加よびラインレーザー光 +ファイバースコープ(△)ではしている。被削材が超硬合金の場合、ラインレーザー

輝度値が下降傾向になっている。これは砥石の摩耗状およびラインレーザー +ファイバースコープを用いた態が加工が進行しても常に目こぼれ状態になっていた時、輝度値は常に下降傾向にある。しかし、光量可変ことを意味している。しかし、光量可変スポットレー

スポットレーザーを用いると輝度値は常に上昇傾向にザー光(○)を用いると上昇傾向になっている。光量可83岩手県工業技術センター研究報告

ﾗｲﾝﾚｰｻﾞ (vs WC)

180
170
160
150
140
輝度値(%)

第１１号（２００４）

ﾗｲﾝﾚｰｻﾞ +ﾌｧｲﾊﾞｰｽｺｰﾌﾟ (vs WC)
光量可変ｽﾎﾟｯﾄﾚｰｻﾞ(vs WC)
ﾗｲﾝﾚｰｻﾞ (vs ｻｰﾒｯﾄ)

130120110
1009080
7060
50
400

1000

2000

3000

4000

5000

6000

3

除去体積(mm )
図5

除去体積と輝度値の関係

変スポットレーザー光では砥石表面のある一点の情報

石のレーザー計測について調べた。この結果、以下のが強調されすぎたためこのよう な結果になったと思わことが分かった。

れる。

鋳ぐるみ材の高精度研削加工では、以上の結果から、ラインレーザー光もしくはライン(1)表面あらさ Ry0.5μm 以下を達成することができた。

レーザー光 +ファイバースコープによる光量で砥石表

鋳ぐるみ材を用いた実加工品の製作と評価では、面の情報は得られることが可能であることが分かった。

(1)異なる 2 つの形状でも、表面粗さは Ry0.5μm 以下

しかし、これらの結果だけでは砥石摩耗状態を把握しとはならなかった。

寿命を判断することは難しい。砥石摩耗状態を把握し(2)鋳ぐるみ材を研削すると砥石の摩耗は激しい。

寿命を判断するには、AE センサー、切削動力計および研削砥石のレーザー計測では、主軸の負荷などを計測することにより、研削状態を複(1)輝度値の変化により、砥石の摩耗状況をある程度把合的に把握する必要があると考えられる。
４

結握できる。

言文

耐摩耗性に優れた鋳ぐるみ材を金型などの機械要

1)飯村

素部品として用いるには、実際に研削加工 を施してそ献
崇：一般砥石の摩耗評価法確立、岩手県工業技術センター研究報告の製作精度を検討する必要があると考えられる。そこ
で、本研究では、(1)鋳ぐるみ材の高精度研削加工、(2)鋳ぐるみ材を用いた実加工品の製作と評価、(3)研削砥

84第９号(2002)8