超高速セラミック砥石における立方晶窒化ホウ素の応用

一、超高速研削技術の特徴

近年、機械部品の加工精度、表面品質、加工効率に対する現代の産業技術や高性能技術製品の要求に完全に応えるため、いくつかの先進的な研削加工技術が現れ、その中に超高速砥石線速や超硬砥粒砥石を主な技術的特徴とする超高速研削技術の発展が最も目立ちます。一般の砥石のVSは通常50m / s以下で、VSが50m / s以上の場合は高速研削、VSが150m / s以上の場合は超高速研削となります。

超高速研削技術は「現代研削技術の最高峰」と言われています。国際生産工学会（CIRP）は、超高速研削技術を21世紀に向けた中心研究方向の一つとして定め、高速研削と超高速研削には、一般的な研削と比較して、次の優れた利点があります：①研削効率を大幅に向上させ、研削盤の使用量を減らし、コストを削減する；②低い研削力、低い研削温度、優れた加工面の精度と完全性；③砥石の耐久性を高め、研削加工を自動化するのに役立つ；④難削材（ニッケル基耐熱合金、高温合金、アルミニウム及びアルミニウム合金等）の研削が可能である。

二、CBNの超高速研削における応用優位性

立方晶窒化ホウ素とダイヤモンド砥石は超硬砥石と呼ばれ、効率的で高速な研削を保証します。立方晶窒化ホウ素（CBN）砥粒は、ダイヤモンド砥粒と比較して、高温でより高い熱安定性、耐熱性、熱伝導性及び鉄族元素の化学的不活性を持っているが、ビトリファイドボンドは良好な化学的安定性があり、耐油、耐熱、耐酸アルカリ腐食、多くの種類の研削液に適しています。これによって製造されたビトリファイドボンドCBN砥石は、多孔性を備え、切りくずの空間を増やして砥石の放熱性能を改善し、これにより、ビトリファイドボンドCBN砥石は、高い使用温度でも安定して硬度が高く、鋭い切削、小さな研削力、高い生産効率、長い使用寿命、容易な成形と研ぎなどの利点があるだけでなく、CBNの比研削エネルギーが低いため、大きな金属の切り除きに工作物の保護が可能となり、工作物のやけどを避けることができ、研削品質の確保に基づいて送り速度を高め、生産効率が大幅に向上することができます。したがって、ビトリファイドボンドCBN砥石は、効率的で省エネ、高精度の超高速研削を実現できる研磨工具の最初の選択肢となっています。

三、CBNに対する超高速セラミック砥石の要件

1、CBN品質に対する要件

ビトリファイドボンドに使用されるCBN砥粒として、研磨工具は、焼結プロセス中にアルカリ酸化物（Na2O、K2O、Li20）などの接着剤のさまざまな成分によってある程度侵食され、その結果、結晶が完全で、角がはっきりしているCBNメッシュサイズが侵食されて細くなり、有効な切削能力を失い、CBNの強度が損なわれるため、選択されたCBNメッシュサイズは完全な結晶形、欠陥なし、良い耐熱性と高強度の特徴が求めいられます。 

2、CBN粒度に対する要件

CBN砥粒の粒度は、砥粒の幾何学的寸法を反映しており、砥石の主要な特性指標の一つです。砥粒の粒度の選択には主に被加工工作物の表面粗さと加工効率の要件を考慮すべきです。超高速精密加工の場合、より細かい砥粒、または多結晶または微結晶砥粒を選択する必要があります。ただし、粒度が細かすぎると、各砥粒の研削力が小さすぎて、砥粒が工作物に切り込みにくくなり、研削効率に影響を及ぼします。したがって、加工要求を満足させる前提で、粗さの粒度を選ぶのが一般的です。場合によっては、砥石の耐久性を高めるために、混合砥粒（靭性、脆性相補、粒度が異なるCBN）も使用することもあります。表1は、通常速度での粒度と研削方式の対応表です。超高速研削には一定の参考作用がありますが、超高速研削の特殊性のため、この表の対応関係をまだ修正する必要があります。

表1 研削方法における粒度の選定

注：李伯民、趙波著の『現代研削技術』に由来する

3、CBN濃度に対する要件

濃度はCBN砥石の重要な特性の1つであり、超高速研削効率と加工コストに大きな影響を与えます。CBN砥石の濃度を低く選択することはできません。それでないと研削効率は高くありません。高濃度は高い研削比をもたらすことができますが、濃度が高すぎると、は多くの砥粒が早期に脱落し無駄になります。CBN砥石の濃度の選択は、主にそのボンドの種類と砥粒の粒度に基づきます。 現在、超高速かつ高能率の研削はいずれも高濃度を採用しており、ビトリファイドボンドCBN砥石の濃度は、一般に125％以上が選択されており、たとえば、一部の輸入されたビトリファイドボンドCBN砥石の濃度は通常175％～ 200％です。

超高速研削プロセスのキーツールとして、超高速ビトリファイドボンドCBN砥石は、超高速研削技術の研究と応用において非常に重要な役割を果たします。同時に、超高速ビトリファイドボンドCBN砥石の製造技術も高度に統合されたプロセスシステムであり、砥石基体の設計と製造技術、CBN砥粒の選択と処理技術、ビトリファイドボンドの準備技術、研磨工具の配合とサイズ設計、研磨工具の成形と焼成技術、砥石の後続加工と試験技術などを含みます。したがって、超高速ビトリファイドボンドCBN砥石の特性の合理的な選択は、超高速研削効率、研削速度、および研削品質などに直接かつ本質的な影響を及ぼします。