研磨：重要なテクニックを解説

1.研磨方法

現在、一般的に用いられている研磨方法は以下の通りである：

1.1 機械研磨

機械研磨は、切断と材料表面の塑性変形に頼って、研磨後の突起を除去し、滑らかな表面を得る。一般的にはオイルストーン、ウールホイール、サンドペーパーなどを使用し、主に手作業で行われる。

回転体表面のような特殊な部品は、ターンテーブルやその他の補助工具を使用することができます。高い表面品質が要求される場合は、超精密研削・研磨法を採用することができる。

超精密研削と研磨には、特別に作られた研削工具が使用される。砥粒を含んだ研削・研磨液の中で、ワークの表面に強く押し付けて高速回転運動させる。この技術により、以下のような加工が可能になる。 表面粗さ のRa0.008μmで、研磨法の中で最も高い。光学レンズの金型に多く採用されている。

1.2 化学研磨

化学研磨は、材料が化学媒体中で表面の微細な突起を優先的に溶解し、平滑な表面を得ることができる。この方法の主な利点は、複雑な装置を必要とせず、複雑な形状の被研磨物を研磨することができ、同時に多くの被研磨物を研磨することができるため、効率が高いことである。

化学研磨の核心は研磨液の調製にある。化学研磨で得られる表面粗さは一般に数10μmである。

1.3 電解研磨

の基本原則である。 電解研磨 は化学研磨と同じで、材料表面の微小な突起を選択的に溶解して表面を平滑にします。化学研磨に比べ、陰極反応の影響を排除でき、より良い結果が得られます。

電気化学 研磨加工 は2つのステップに分かれている：

(1) マクロ・レベリング：溶解生成物が電解液中に拡散し、材料表面の幾何学的粗さが減少し、Ra＞1μmとなる。

(2) マイクロレベリング：アノード分極により、Ra＜1μmで表面輝度が向上する。

1.4 超音波研磨

超音波琢磨では、被加工物は砥粒懸濁液に入れられ、超音波場に置かれる。超音波の振動作用により、研磨剤がワークの表面を研削し、研磨します。

超音波加工 はマクロ力が小さいため、ワークピースの変形を引き起こすことはない。しかし、工具の作成と取り付けは難しい。超音波加工は、化学的または電気化学的手法と組み合わせることができる。

溶液腐食と電気分解を基本に、超音波振動を加えて溶液を攪拌することで、ワーク表面の溶解生成物を剥離させ、表面付近の均一な腐食または電解液を維持することができる。また、液中での超音波のキャビテーション効果により、腐食プロセスを抑制することができ、表面の光沢化に寄与します。

1.5 液体研磨

流体琢磨は、液体の高速流と運ばれる砥粒を利用して工作物の表面を琢磨する。一般的な方法には、アブレイシブ・ジェット加工、液体ジェット加工、流体動力研磨などがある。

流体動力研削は、油圧によって駆動され、砥粒を含んだ液体媒体が工作物表面を素早く往復流する。媒体は主に、低圧下での流動性に優れた特殊化合物（ポリマー状物質）を使用し、砥粒と混合する。砥粒には炭化ケイ素粉末を使用することができる。

1.6 磁気研磨

磁気砥粒研磨は、磁気砥粒を利用し、磁界の作用で研磨ブラシを形成し、被加工物を研磨する。この方法は、加工効率が高く、品質が良く、加工条件の制御が容易で、作業条件が良い。

適切な研磨剤を使用すれば、表面粗さはRa0.1μmに達する。

2.機械研磨の基本的方法

プラスチック金型加工において、求められる研磨は他の産業で求められる表面研磨とは大きく異なる。厳密に言えば、金型研磨は鏡面加工と呼ぶべきものである。

これは、研磨そのものに高い基準が要求されるだけでなく、表面の平坦度、滑らかさ、幾何学的精度にも高い基準が要求される。表面研磨では、一般的に明るい表面だけが要求されます。

鏡面加工の規格は4段階に分かれている：AO=Ra0.008μm、A1=Ra0.016μm、A3=Ra0.032μm、A4=Ra0.063μmである。なぜなら、電解研磨や流体研磨のような方法では、部品の幾何学的精度を正確に制御することが難しく、化学研磨、超音波研磨、磁気砥粒研磨のような方法では、表面品質が要求を満たすことができないからである、 機械研磨 は主に精密金型の鏡面加工に使用される。

2.1 機械研磨の基本手順

高品質の研磨効果を得るためには、高品質の研磨工具と、オイルストーン、サンドペーパー、ダイヤモンド研磨ペーストなどの補助用品を揃えることが極めて重要である。

研磨手順の選択は、機械加工、スパーク加工、研削などの前加工後の表面状態に依存する。

機械研磨の一般的な手順は以下の通り：

(1) 粗研磨

フライス加工、スパーク加工、研削加工などを施した後の表面は、回転数35000～40000rpmの回転式平面研磨機や超音波研磨機を用いて研磨することができる。

一般的な方法としては、直径Φ3mmの砥石を使用し、WA#400で白い火花層を除去する。続いて、ストリップ状のオイルストーンと灯油を潤滑剤またはクーラントとして使用し、手作業でオイルストーンを研磨します。

一般的な使用順序は、#180~#240~#320~#400~#600~#800~#1000です。多くの金型メーカーは、時間を節約するために、#400から開始することを選択します。

(2) 準精研磨

準精研磨は主にサンドペーパーと灯油を使用する。サンドペーパーの砥粒の順番は#400〜#600〜#800〜#1000〜#1200〜#1500。

実際、#1500サンドペーパーは硬化型鋼（52HRC以上）にのみ適しており、プリハードン鋼部品に表面焼けを起こす可能性があるため、プリハードン鋼には適していません。

(3) 精密研磨

精密研磨には主にダイヤモンド砥粒ペーストを使用します。研磨布砥石にダイヤモンド砥粒やダイヤモンド砥粒ペーストを混ぜて研磨する場合は、9μm(#1800)～6μm(#3000)～3μm(#8000)が一般的です。

#1200と#1500のサンドペーパーが残した毛状の研削痕を9μmのダイヤモンド砥粒ペーストと研磨布砥石で除去することができます。その後、粘着フェルトとダイヤモンド砥粒ペーストで、1μm（#14000）～1/2μm（#60000）～1/4μm（#100000）の順に研磨します。

μm以上（1μmを含む）の精度が要求される研磨加工は、金型加工工場内のクリーンな研磨室で行うことができます。より精密な研磨を行うためには、絶対的にクリーンな空間が必要です。ホコリ、煙、フケ、唾液の飛沫は、数時間の作業で得られた高精度の研磨面を台無しにする可能性があります。

2.2 機械研磨の注意点

サンドペーパーで研磨する場合、以下の点に注意する必要がある：

(1) サンドペーパーで研磨する場合は、柔らかい木や竹の棒を使う必要がある。円形や球面を研磨する場合、柔らかい木の棒を使用した方が、円形や球面の曲率に合わせることができます。

一方、平らな面を磨くには、サクラのような硬い木の方が適している。木の棒の両端は、鋼鉄部品の表面の形状に合うように切りそろえる。

(2) 異なる種類のサンドペーパーに交換する場合、研磨方向を45°～90°変える必要があります。これにより、研磨後に前の種類のサンドペーパーが残した縞の影を区別することができます。違う種類のサンドペーパーに変える前に、研磨面を100%ピュアコットンを使ってアルコールなどの洗浄液で注意深く拭かなければなりません。

なぜなら、表面に小さな砂利のかけらでも残っていると、その後の研磨工程全体が台無しになってしまうからです。この洗浄工程は、サンドペーパー研磨からダイヤモンド砥粒ペースト研磨に切り替える際にも同様に重要です。研磨を続ける前に、すべての粒子と灯油を完全に洗浄しなければなりません。

(3) #1200、#1500サンドペーパーで研磨する場合は、ワーク表面に傷や焼けがつかないよう、特に注意が必要です。そのため、軽い荷重をかけ、2段階の研磨方法で表面を研磨する必要があります。研磨に使用するサンドペーパーの種類ごとに、45°～90°ずつ回転させながら、2方向に2回の研磨を行う必要があります。

ダイヤモンド研削・研磨の注意点は以下の通り：

(1)この種の研磨は、特にプリハードン鋼部品を研磨し、微細な研磨ペーストを使用する場合、できるだけ軽い圧力で行わなければならない。#8000研磨ペーストで研磨する場合、一般的には100～200g/cm2の荷重が使われるが、この荷重を正確に維持するのは難しい。これを簡単にするには、木の棒に銅片を加えるなどして細く細い柄を作るか、竹の棒の一部を切り落として柔軟性を持たせる。こうすることで、金型表面にかかる圧力が高くなりすぎないように、研磨圧力をコントロールすることができる。

(2)ダイヤモンドグラインディングを研磨に使用する場合、作業面を清潔にするだけでなく、作業者の手も入念に洗浄する必要がある。

(3)1回の研磨時間は長すぎず、短ければ短いほどよい。研磨時間が長すぎると、「オレンジピール」や「ピッティング」の原因になります。

(4) 高品質の研磨効果を得るためには、熱を発生しやすい研磨方法や工具は避けるべきです。例えば、ホイール研磨は熱を発生しやすく、「オレンジピール」の原因となります。

(5)研磨工程が停止したら、ワーク表面の清浄度を確保し、すべての研磨剤と潤滑剤を注意深く除去することが非常に重要である。その後、金型防錆コーティングを表面に吹き付ける。

3.金型研磨の品質に影響を与える要因

機械研磨は主に手作業で行われるため、現在の研磨技術が研磨品質に影響を与える主な要因である。また、金型の材質、研磨前の表面状態、熱処理工程なども関係してきます。

良い研磨品質を得るためには、高品質の鋼材が前提条件となる。鋼材の表面硬度が不均一であったり、特性が異なったりすると、研磨が困難になることが多い。鋼材に含まれる様々な介在物や気孔は研磨に適しません。

3.1 硬度の違いが研磨工程に与える影響

硬度が高くなると研磨は難しくなりますが、研磨後の粗さは小さくなります。硬度が高くなると、低い粗さを達成するのに必要な研磨時間も相応に長くなります。同時に、硬度が高くなるにつれて、過剰研磨の可能性は減少する。

3.2 ワーク表面状態が研磨プロセスに与える影響

鋼鉄の表面層は熱によって損傷する、 内部応力切断機械加工の破断プロセス中に、または他の要因。不適切な切削パラメータは、研磨効果に影響を与えます。スパーク加工後の表面は、通常の機械加工や熱処理後の表面よりも研磨しにくい。

そのため、スパーク加工終了前に精密スパークドレッシングを行う必要がある。精密スパークドレッシングの選択を誤ると、熱影響層の深さは0.4mmに達することがある。硬化薄層の硬度はベース硬度よりも高いため、除去する必要があります。

したがって、粗研磨工程を追加し、損傷した表面層を徹底的に除去し、平均的な粗い金属表面を作り、研磨工程のための良い土台を提供するのが最善である。

化学研磨は、研磨要求が高くなく、加熱が必要な場合に用いる。現在の技術では、上記の3種類の研磨が使用できる場合、化学研磨は使用しない。