Study 。n the Wheeーs 。f Heavy Grinding Y。shimichi Y。K。。, Tam

45
重研削用砥石の研究
横尾 嘉道＊・田戸
保＊・工藤
要＊＊
Study on the Wheels of Heavy Grinding
Yoshimichi YoKoo， Tamotsu TADo
and Kaname KuDo.
Abstract
The experimental results of heavy grinding are reported in this paper for SNCM 26 and SCM 21 steels
with WA， MA， FA and MAIFA wheels. The test results are are summarized as follows.
(1) The best of the used wheels is MA46K 8 VFo 4.
(2) ln some jnfeed-rates， grinding ratios are affected largely by the length of grinding time.
(3) The variation of wheel wears， grinding forces and surface finishes as a function of the grinding
time can be classified in 3 groups.
1. ま え が き
時代の進展にともない高度の生産性が要求され，研削
の分野でも加工の能率化という点から重研削が益々重視
されるようになった. しかしながら重研削は精密研削と
異なり，砥石の損耗が一様でなく，最適砥石の選定とと
もに，その損耗状態の究明が急がれている.
前報1)ではSCM 21ならびにSNCM 26鋼の重研削用
砥石としてWA系の46K，46L，60K，ならびに60しに
ついて実験を行った. 今回はこれに引続き，砥粒の種類
を広くしてWA砥石以外にMA， FA(ノルトン表示57
A)ならびMA/FA(ノルトン表示23A)の砥石を用い
同様に切込み速度(Vf)をVf＝0. 5，1. 0，1. 5，2. 0，
2. 5mm/minの5段階に変えて2分間研削を全砥石につ
いて行った. つぎにこれらの砥石のうちで研削性能のす
ぐれた砥石4種類を選んでVf＝・1. 5mm/minとして10
分(連続)研削を行った. 最:後に10分(連続)研削にお
ける諸測定値の途中経過を知るためにMA 46K 8 VFO
4砥石を用いてVf＝1. 0，1. 25， L 5，1. 75，2. Omm/
minの5種類に対して1分きぎみの断続研削を10分間
行った. いずれの実験においても工作物はマンドレル
に固定して研削を行い，ス7￡・・一ク・アウトは行わなかっ
た.
て高切込みの円筒プランジ研削を行い，研削砥石の性能
砥石損耗量の測定は砥石面の損耗形態を型板(ベーク
を比較するとともに，砥石損耗の状態を調べたので報告
ライト板)に写し取る転写法によって行い，損耗量の少
い時には前実験2)と同様に仕上面検査機で型板を記録
する.
し，損耗量の多い時には投影器により型板を20倍に拡大
2. 実 験 方 法
実験に使用した装置ならびに供試材料は表1に示す通
りであるが，研削盤の砥石軸回転速度および砥石切込み
速度はいずれも無段変速できるように改造したものであ
してその面積より算出した.
研削量は研削前後の工作物直径をマイクロ・メータで
測定し，それらの値より算出した.
研削抵抗は，心押台センタにストレイン・ゲージを張
り，その出力を動ひずみ計を通じて記録計に導;き，記録
る.
実験の方法は表2に示す通りであるが，まず前回1)と
した曲線より平均の抵抗値を算出した.
工作物表面あらさの測定は，東京精密製のサーフコム
＊ 宇部工業高等専門学校機械工学教室
2B型によりカット・オブ0. 8mmで円周上8ケ所で平均
＊＊宇部工業高等専門学校学生課実習係
あらさ(Ra)を測定し，その平均値を算出した.
''
横尾 嘉道・田戸
保・工藤
要
脚1. 実験装置および供試材料
GLOSS 450H型
近藤製作所製
ω
(砥石駆動用電動機2. 2
円筒研削盤
研削しう る最大長さ
470mm
研削しう る最大直径
120
KW)
分
mm
種
別
@
(2)
作
物
Cr
【M・
Nj
1
SNCM 261
工
Sil M・1
C
1
1ビッカー
(％)
成
0. 14
1。. 16
SCM 21
0. 26
10. 23
0. 93『
1. 51
075
1. 05
0. 48
2. 96
一
一
(共に熱処理したもの)
外径×厚さ×内径
一
一
一
115×10×24
MA 46 K 8 VG 1
MA 46 K 8 VF O 4，
MA/君A46 K
研削砥石
120×10×24
WA60KMV
，
WA 46. KMV
(3)
SNCM 26
SCM 21
mm)
寸法(単位
MA/FA 46K8VG 1
8VFO4，
FA46K 8 VG 1
FA 46 K 8 VF O 4，
表2. 実
(1)
験
(2)
ﾚ直し条件
(a)ドレツサ
押脚 1カラット
ib)砥石軸回転数
P800r.
ic)目直し速度
R60mm/min(0. 2mm/rev)
@件
ｪ蓮琶
@条
10
ｪ薪蓮
10
m。
(a)砥石周速度
1900m/min
ib)工作物周速度
S7. 5m/min
@ (速度比)
ic)研削油剤
@(4)
?VローケンGC 10倍稀釈液
id)油剤供給量
Q0〃min，
2分
@工
共通
@加
p.
Q5μmで2往復
id)切込み
・・
法
円筒プランジ研削(湿式)
､削方式
i3)
方
望
寸法 (外径×彦さ×内径)鮒5緯7又127'
(e)二二
SCM21
if)研削砥石
ig)切込み速度 「
S砥石(8種)
ﾖ研削時間 1
A続2分間(スパークアウトなし)
(e')鋼材
SCM 21， NCM 26
O. 5，1. 0，1. 5，2. 0，2. 5，mm/min
vA45KMV， MA46K 8 VF O 4
if')研削砥石
lA/FA46K 8 VF O 4， FA46K 8 VF O 4
ig')切込み速度
P. 5mm/min
ih')研削時間
A続10分間(スパークアウトなし)
一
一
一 一
一
i
(e'')鋼材
@SCM 21
ifク)研削砥石
@MA46K8VF O4
igク)切込み速度
@1. 0，1. 25，1. 5，1. 75，2。Omm/min
ih'')研削時間
@1分きざみの10分間(スパークアウトなし)
Reg. Rep.
of Ube Tech.
Coll. ， No. 24.
March， ！｛78
ス硬度
306
215
47
重研削用砥石の研究
3. 実験結果ならびに孝察
が他の砥石より速く始つたためと考えられる.
つぎに同様にして得られた切込み速度と工作物表面あ
3-1. 2分間研削の場合
らさ(Ra)との関係は図3，4に示す通りである. 表
SCM 21鋼を2分間連続研削して得られた研削量(又
面あらさは前回1)に報告したように切込み速度の増加に
は削除率)と研削比との関係は図1，2に示す通りであ
つれて増加するが，その増加の割合は始めゆるやかで中
る。切込み速度(Vf)がはやくなれば一定時間内の研
頃は急で終りはまたゆるやかになり，緩一急一緩の形を
削量は増加するので各砥石について左よりVf＝0. 5，
している. これは砥粒の損耗状態と大いに関係がある. す
1. 0，1. 5，2. 0，2. 5mm/minの時の測定値が示して
ある. 図2中のMA/FA 46 K 8 VF O 4の○印が一つ少
なわち切込み速度の小さい時は砥石の損耗は主として摩
いが，これはVf＝2. 5 mm/minで研削抵抗が大きくな
滅摩耗に支配されるため工作物表面あらさはゆるやかに
り，砥石騒動用電動機が停止したため実験できなかった.
上昇し，Vf＝1. 5mm/min付近から急上昇するのは砥粒
全般的にみて，各砥石とも切込み速度の変化が砥石損
の脱落や破砕が激しくなり，摩耗形態が質的に変化する
耗量に大きな影響を与えている. また詳しく調べると，
からである. その後は砥粒の脱落や破砕が量的に増加す
MA 46， MA/FA 46， FA 46のうちFO4系の3種と
るのみであるからその増加割合は緩かであると考える.
WA 46の合計4種の砥石が切込み速度の大きいところ
この点で特徴のある砥石はFA46K 8 VG 1で，これの
で研削比が高くなっていることは重研削に向いていると
Vf＝1. Omm/minにおける表面あらさは他砥石のそれに
言える. またFA 46 K 8 VG 1の研削比がVf＝1. Omm
比べて格段に大きいが，この点は砥粒の脱落のため砥石
/minで特に低い値を示しているが，これは砥粒の脱落
損耗が大きく，研削比も格段に小さい値であったことと
MA46K8VFO4
MA46K8VGI
→→
WA46KMV
WA60KMV
200
●一一一一一Φ
、
100
80
60
、
40
職
20
蟹田喧
し
セ
献
8倉0
0
4
も
㌣
2
1
0
2
4
6
8
10
12 14 ×lo3
研削量(mrf)
O 1. 7 3. 3 5. 0 6. 7 8. 3 10. 0 11. 7
削除率(mPt/mm・s)
図1. SCM 21鋼を2分間研削して得られた研削量(または削除率)
と研硝比との関係(その1)
宇部工業高等専門学校研究報告 第24号 昭和53年3月
48
横尾嘉道・田戸
保・工藤
要
MA/FA46K8VFO4am
MAIFA46K8VGI ''一一一一e
へ
FA46K8VFo4 or一''
FA46K8VGI O・一一一一〇
200
ユら覧
100
80
60
40
2e
塔
10
噸
8
6
4
2
1
0
2
4
6
8
10
12
14×1び
研削量(㎞)
，一Nma一一. 一. L一. m，. . a一. . . 一一. . 1一.
O 1. 7 3. 3 5. 0 6. 7 8. 3M.
11. 7
削除率(m棚mm・s)
図2. SCM21鋼を2分間研削して得られた研削量(または削除率)
と研削比との関係(その2)
で研削比の高い4種の砥石を用いてSCM 21および
対応している.
つぎに同様にして得られた代表的砥石4種の切込み速
SNCM 26鋼をVf≧L5mm/minで10分間連続研削し
度と研削抵抗との関係を示すと図5の通りである. 同一
た. この場合の研削比，研削抵抗ならびに表面あらさの
より分ることは切込み速度の増加につれて研削抵抗の両
値を図7，8に，法線抵抗の時間的変化を図9，10に示
成分は始め急上昇するが(Vf＝1. Omm！minまで)，
す.
その後は一般的にゆるやかな上昇をする. しかしVf＝
まず図7，8の研削比について言えば両鋼に共通して
1. 5mm/minを過ぎれば横ばいに推移するか，なだらか
WA 46， FA46， MA/FA 46， MA 46の順に大きくな
に低下する傾向がある. また破砕性の悪いMA/FA砥石
っている. この点から見て本実験に用いた砥石のうちで
とFA砥石は破砕性のよいWA砥石とMA砥石に比
はMA 46 K 8 VF O 4が上記二鋼の重研削用砥石とし
べて研削抵抗の値は大きくなっている.
て最も適していると思われる.
つぎに前記4種の砥石の切込み速度と切削効率との関
つぎに工作物表面あらさについて言えば，SCM 21鋼
係を示すと図6の通りである. いずれの砥石も切込み速
ではMA 46砥石が僅かに低いが他は大差ない状態であ
度の増加とともにほぼ平行に増加しているが，Vfの大
る. 一方SNCM 26鋼では4種の砥石でほとんど差のな
きい範囲では効率のよい方からWA 46， MA 46， FA
い値となっている. これについては砥粒の脱落が経常化
46の順になっている.
してくれば，表面あらさは砥粒の粒度などによって決る
一定値になるのではないかと考える.
3-2. 10分(連続)研削の場合
先に行った2分間の研削実験で切込み速度の大きい処
Res.
Rep.
つぎに研削撞抗では，2分間研削実験と同じように，
of Ube Tech. CoH. ， No. 24. March， 1978
重研削用砥石の研究
MA46K8VFO4 am
wA60KMv or一一一〇
FA46K8VGI
7
7
ノ○
5
4
，
4
ク
，
1ρ
ん
3
3
2
ｰ〆7
ノ，
僧0
(§戦)Oα粕Φ櫓阿襯皐拳H
ハ0
(§戦)歪駒Φ槍阿榔邸拳H
6
く、
8
↓↓↓
を
WA46KMV or一一
MAIFA46K8VFO4
MAIFA46K8VGI
FA46K8VFO4
豪/
MA46K8VGI (D・・一一一一e
49
2
cr.
1
1
o
O. 5 1. 0 1. 5 2. 0
2. 5
o
O. 5 1. 0 1. s '一
切込み速度(mm/min)
Q:. b
2. 5
切込み速度(mm/min)
図3. SCM21鋼を2分間研削して得られた切込み速度
と工作物表面あらさとの関係(その1)
25
と工作物表面あらさとの関係(その2)
一 O MA46K8VFO4
OMA46 K8VFO4●
OMA/FA46K8VFO4
1. 0
e MAIFA46K8VFO4
0 FA46K8VFO4
e WA46KMV
0 8
(量・鐙＼
g.
u 15
一
「
1 1
F-
潤vノ、
)一
刄ﾏノ停
茶m
0 6
孕'
1
多』
1
O. 4
《獅'
- 10
し
＄囎
鰻:與
/
@0FA46K8VFO4
@●WA46KMV
多
20
図4. SCM21鋼を2分間研削して得られた切込み速度
。''
5
2. 5
切込み速度(mm/min)
●
﹂
O. 5 1. 0 1. 5 2. 0
画
︻
1
一
Il I●
O. 2
O. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5
切込み速度(mm/min)
図6. SCM21鋼を2分間研削して得られた切込み速度
図5. SCM21鋼を2分間研削して得られた切込み速度
と切削効率との関係
と研削抵抗との関係
宇部工業高等専門学校研究報告 第24号 昭和58年3月
團
横尾 嘉道・EEI戸
50
りる
5
o
一
3，2
WA46KMV
一一富llξ:崎:肇＝
o
圏
一
胃3︾;憲︸蓋擢;:'
5
一
一一:‘︷5︸●︷塁●・●●
5
.
三三毒
4
(ミ)・α窓趨饗 嘗
ﾋ
一門裂疑
＝﹂9﹂205
［］剛團 へ2)お鞭建庵
［ll］
o
要
切込み速度1. 5m呼min
0
1
保・コニ藤
MA46K8VFO4 MAIFA46K8VFO4 FA46K8VFO4
一
團
鼠
図7. 4種の砥石を用いてSCM21鋼を10分間連続研削した場合の研削比，削研抵抗および工作物表面あらさ
c﹂
D
切込み速度1. 5mm/min
ρ﹂
.
5
り6
0
障
15
一
一
一
一
一
ヨ.
20
4
璽
qU
v
一
鞭10
10
，
5
5
廓
o
o
一
一
一
ウ一
霧糞●
︸:三i:∫％●
i奮●●置
環聚
蓑
-
o
至i鎚ゑ⋮:
(ミ)避約Φ槍国螂蕪拳H
15
MA46K8VFO4 MAIFA46K8VFO4 FA46K8VFO4
WA46KMV
図8. 4種の砥石を用いてSNCM26鋼を10分商導続研削した場合の研削比・研削抵抗および工作物表面あらさ
破砕性の悪いMA！FA46とFA46砥石は他の二者より法
のよい砥石は図9の・MA砥石に代表されるごとく全時
線抵抗が大きく，抵抗比Fn 1Ftも大きいのが目立って
間を通じて割合になだらかな曲線となっているのに対し
いる. '
て，破砕性の悪い砥石では図10のMA/FAやFA砥石
つぎに歯9，10の法線抵抗の時間的変化から研削抵抗
に代表されるように凹凸の激しい特有の鋸歯状の起伏を
初期の形態は一様でなく，平行形・増加形および減少形
示している. これは砥粒脱落の周期性が研削抵抗の大小
の3つの形に分けることが出来る. 全般的に研削初期の
として現れたものと考えられる.
抵抗値と終期のそれとを比較すれば，後者が前者よりい
3-3. 10分(断続)研削の場合
くぶん低い値となっている. つぎに気付くのは，破砕性
Res， Rep.
of Ube Tech.
さきに行ったVf＝L5mm/minでSCM 21鋼を2分
Col｝. ， No. 24.
March， 1978
重研削用砥石の研究
51
間と10分間連続研削した両方の結果を比較すれば，その
に示す. 上記3図よりこれらの値の変化形態はつぎの3
研削比の値に大きな開きがある. この原因を追求するた
つのグループに分けられる.
めに，同鋼材をMA46 K 8 VF O 4砥石で1分刻みにし
第1グループ…(Vf＝1. Omm/minの時)
て10分間研削して得られた研削量，砥石損耗量および研
これは精密研削の時に現れる一般的な型である. 砥石
削比の変化を図11に示す. 図から分るように研削量はほ
損耗量は初期摩耗の後ではほぼ一定の割合で微小増加す
ぼ直線的に増加するが，砥石損耗量は特有のS形曲線
る. 工作物表面あらさもほぼ一定の割合でゆるやかに上
を描くので研削比は図のごとき曲線となる. 従って前述
昇する. 研削抵抗はほぼ一定の値を保つ.
の研削比相違の最大原因は砥石損耗量が時間とともに大
第2グループ…(Vf＝1. 25，1. 5，1. 75mm/minの
きく変化することにある.
時)
上述のようにVf＝1. 5mm/minにおいて砥石損耗量
砥石損耗量は始め第1グループと同じく一定の割合で
は研削時間により激しく変化することが分ったので，他
僅かずつ増加しているが，その後急に大きくなり，それ
の切込み速度(Vf)の場合，砥石損耗量はどのような
変化をするかを調べたものが図12である. この時一緒に
がしばらく持続した後は増加の傾向がいくらか鈍化す
測定した工作物表面あらさや研削抵抗の変化を図13，14
それがRa＝3. 3∼3. 7μmになると頭打ちになり，その
る. 一方工作物表面あらさは始め一定の割合で増加し，
も
切込み速度1.
騙m/min
WA46KMV
MA46K8VFO4
MAIFA46K8VFO4
璽
20
Y.
15
塾10
FA46K8 VFO4
填 5
o
，一. 一一e一一h一， ''N一一hr一一h一'1一一''一一ii'o
'紐劇噂■(m而
図9.
4種の砥石を用いてSCM21鋼を10分間連続研削した場合の法線抵抗の変化
宇部工業高等専門学校研究報告 第24号 昭和53年3月
52
横尾、嘉道・田戸
保・工藤
要
切込み猶膿1二g■v. miei
WA46KMV
MA46K8VFO4
MAIFA46K8VFO4
20
釜15
速10
FA46K8VFO4
纏'5
0
o
4
2
6
10
8
研削時間(min)
×
圃0●一
後は横ばいか，やや低下する. 研削抵抗は始めやや増加
﹂0
図10. 4回忌砥石を用いてSNCM26鋼を10分間連続研削した場合の法線抵抗の変化
×101
1
MA46K8VFO4
SCM21鋼
の傾向があるが，ある点で最高値に達した後降下してほ
Vf＝1. 5mm/min＿2，0一一
一三80
4. 0
ぼ一定の値を保づ.
書3・0圏
巨
3
駆
匿1. α。
一■
20
0
2
4
6
8
010
る.
O
1置
抗の漸増時間が1分余りあるので第2グループにはい
o・o
/7
畠
に見えるが，これは図15に示すように研削初期に研削抵
0. 5
1
Vf＝1. 75mm/minの研削抵抗は第3グループのよう
1. 0
40
u●
低下した後はほぼ横ばいに推移している一図14によれば
置︸ 1 -
に推移する. 研削抵抗は始めが一番高く，その後急激に
880
選2. ・
60
面1・5 ・'＿
潤E
後上昇の度合はやや低下する. 一方工作物表面あらさは
始めから大きな値3. 9μmであり，その後はほぼ横ばい
宕
'
砥石損耗量は研削初期より急昇し，それが相当続いた
孟
第3グループ…(Vi＝2. Omm/minの時)
研削時間(min)
図11. 1分刻みにして10分間研削して得られた研削量，砥石
損耗量および研削比の時間的変化
Res.
Rep.
of Ube Tech.
Coll. ， No. 24.
March， 10r8
e
53
重研削用砥石の研究
1 『
【SCM21鋼
lA46K8VFO4
ぎ
6. 0
●
×10s
SCM21鋼
16
MA46K8VFOa
14
5. 0
・、
12
孟
ハ
宕 4・0
へk
10
醤
8
﹁
1.
@！
v. →
畿一
1. 0
1. 251'
0
璽
置
o
■
1. 0 2. 0 3. 0 4. o 5. 0×10，
ハ︾
(豊)轟難器
5，
2. 0
7り乙
1.
1. 75
6
4
一0
掃一
`
墨3・・
蘭
1. 0
1. 25
2
研削量(mri)
図12. 1分刻みにして10分間研削した場合の研削量と砥
O 2
4
6
8 10
研削時間(mln)
石損耗量との関係
図14. 1分刻みにして10分間研削した場合の研削抵抗
の時間的変化
Vf一一2. Omm/min
4. 0
の込み速度(mm〆min) 研削時間(min)
0
OO
り6
∩V
O
1
(ミ莱)卍杓Φ槍層照邸拳H
0
歩1焦1
露
2 4 6
tO-1
SCM21鋼
MA46K8VFO4
1
1一一2
1. 75
1
8 10
研削時間(min)
図13. 1分刻みにして10分間研削した場合の工作物
表面あらさの時間的変化
2. 0
4. む す び
WA， MA， MA/FAおよびFA砥石を用いてSN
CM 26およびSCM 21鋼の高切込み円筒プンヅ研削を
行った本実験で得られたおもな結果はつぎの通りであ
図15. 切込み速度1. 75および2. Omm/minでの研削初
る.
期における法線抵抗の変化
(1)本実験に使用した砥石の中ではSNCM 26ならび
にSCM 21鋼の研削砥石としてMA46K 8 VF O 4
が最も優れていると思う.
(2)切込み速度の大きさによっては，研削時間の長短
で研削比が大幅に変化することがある. その主な原
因は砥石の損耗割合が時間によって大きく変るから
宇部工業高等専門学校研究報告 第24号 昭和53年3月
横尾嘉道・田戸、 保・工藤. 要.
54'
である.
(株)のζ好意に深く感謝します. 次に，本研究に種々
一
㈲ 比較的長時間一本実験では10分間一研削した
場合，砥石損耗量L工作物表面あらさおよび研削抵
ご協力さいました本校瀬戸雅文助教授ならびに実習係の
皆様に厚くお礼申し上げます.
抗の時間的変化の形態は3つのグループに分けられ
参 考:丈献
る.
なお，本研究は精機学会の重研削専門委員会の共同研
究の一部であり，本会の委員長 熊本大学工学部松尾哲
1)横尾・瀬戸・田戸＝宇部高専研報 18(昭49-3)
夫教授はじめ各委員の方々め御指導の賜であり，ここに
2)横尾・瀬戸・由戸:精密機械36-9(1970)645.
11.
感謝の意を表します. また，本実験に材料の提供その他
で種々のこ便宣を与えていt‘だいた新日本製鉄(株)主
(昭和52年8月31日受理)
作事業部，'日本研磨砥石(株)ならびにユシロ化学工業
Res.
Rep.
of Ube Tech.
Coll. ， No. 24.
March， 1978