研削工程で使用する砥石について教えてください

質問

こんにちは、初めて質問させてもらいます。
研削工程で使用している砥石のことで質問なのですが、
砥石の外径が大きいと周速度は速いという理屈を中学生がわかるレベルで教えてください。
頭の中で理屈はわかるのですが、説明となると難しいです。
もうひとつ、周速度が速いと砥石は硬く作用することも同じように教えてください。

回答No.7

GIANTOFGANYMEDE

> 削る量が少なければ砥石の粒が無くなる量も少なくなるということは脱落しないから硬くなったように錯覚すると捉えていいのでしょうか？

錯覚ということではありません。

ディスクグラインダの使用方法（周速度）の違いによって砥石の粒子の無くなり方は違います。
周速度が速くなると砥石が加工物を切り込む深さは浅くなり、遅くなると切り込む深さは深くなります。
周速度が速いと砥石の粒子は摩耗して無くなり、遅いと粒子は脱落して無くなります。
この違いを『作用硬さ』と言い、摩耗して無くなることを硬い、脱落して無くなることを柔らかいと表現します。

これを中学生向けに説明するのは難しいでね。
たとえてみれば、『水切り』のようなことです。
川面に小石を投げる時、速く浅い角度で投げれば小石は水面に弾き飛ばされ何度も跳ねます。もし何回跳ねてもスピードが変わらなければ小石はいつまでも跳ね続けます。そしていつか小石は摩耗して無くなってしまいます。
一方、小石を遅く深い角度で投げれば一発で水に沈んでしまいます。
見かけ上、前者は小石と水面が硬くぶつかり、後者は柔らかくぶつかっています。
水が硬くなったり石が硬くなったりしているわけではありません。
この見かけの現象のことを『作用硬さ』と呼ぶのです。

お礼

ありがとうございます。
作用硬さという表現が逆にわかりにくいのでしょうか？
あえて言わないほうがややこしくないのでしょうか？

回答No.6

kohichiro

NO.2 です。
＞砥石が硬く作用するというのは例えですよね。

砥石の硬さとは普通は言いません。砥粒の硬さはいろいろあります。砥粒を固定する強度（バインダー：砥粒を留めている接着剤、砥石の基本をなす素材）の強さは、とりゅうの剥がれ難さと砥石自体の構造的な強度に関わってきますが、高速で加工する場合のそれらの有利さの意味をいっているのかもしれません。
周速度が速ければ砥粒はそれ自体の硬さを（バインダーの強度如何にかかわらず）最高度に近く発揮できるという意味で先刻は書いたのですが、速度を上げればたしかに砥石の構造的な強さ（剛性）が高まるので、それを硬くなると形容すれ、）厳密には例え（比喩）だともいえません。NO.3さんのいうように単位時間のとりゅうの数が増えるので効率がたかくなることは間違いないですね。でもこれを「硬く作用する」といえるかどうかはちょっと疑問です。

お礼

なかなか難しいです。
自分が納得できないと、説明できないですね。

回答No.5

CC_T

No.3再
>　砥粒が脱落しにくい＝硬く作用する、硬いから脱落しない
ちょっと違いますね。硬く「作用する」だけで、実際に硬くなるわけではない。
同じだけの量を削るにしても相対速度が速い方が１削りあたりに砥粒にかかる負荷が小さいので、柔らかい砥石でも硬い物を削れるってことなんです。回転速度を上げると柔らかい砥石でも擦り減らなくなるとかいうわけではなく、擦り減るまでに削れる量が遅い時よりも増えるって事。人の手のように柔らかい物でも何億回も撫でておれば銅像をすり減らす事が出来るように、基本的には塵も積もれば的な作用なんです。

例えば磨きに使うフェルトディスクでも、グラインダにセットして木に押し付けると木が削れます。もちろんフェルトもどんどん摩耗しますが、無回転の状態ではその程度の押付力でフェルトで木を削るなんて事は時間をかけても無理なこと。つまり速度を上げる事によってフェルトが「硬く作用」するのです。

もう一つ、厳密には例えになっていないのですが、イメージとして水を流す事も考えてみましょう。
例えば地面に水を流す場合、同じ水でも勢いのある方が地面が早く深くえぐれますよね。極端に言って流速を音速程度まで早くすれば、鉄材をも切るウォーターカッターになる。でもそれで水が材質変化して硬くなっているわけでは無いですよね。

お礼

現在、自分の職場で砥石を使用して研削加工しているのですが、
砥石の外径が大きいとき、焼けが発生する不具合があります。
砥石が目つぶれをおこしているから？なのか悩んでます。
ドレスの切り込み量を増やして対応していますが、今後、砥石を変更（柔らかめ）
しようか検討しています。

回答No.4

GIANTOFGANYMEDE

中学生向けの解説：
ディスクグラインダは円盤の形をした砥石を高速回転させ金属などを削るための道具です。
砥石にはいろいろな種類があり、どんなものを削るかで選びます。
砥石は非常に硬い粒を柔らかい接着剤で固めたものです。物を削っていくと砥石の粒も削れて無くなります。表面の粒が無くなるとその周りの接着剤も無くなって中から新しい粒が出てきます。カッターの刃を使っているとそのうちに切れなくなるので、折って新しい刃を出して切れ味を戻すのと一緒です。

砥石は種類によって使える周速度が決まっています。
周速度というのは１秒間に外周のある一点が何ｍ進むかということです。

たとえば、直径が１ｍのディスクの外周は１周で３.１４ｍ進みます。このディスクを１秒で１０周させたとすると、周速度は３１.４ｍ／ｓｅｃになります。
直径が倍の２ｍになれば、ディスクの外周は６.２８ｍになり、これを１秒で１０周させたとすると、周速度は６２.８ｍ／ｓｅｃになります。

砥石は加工する物と砥石自体の周速度によって削る量が変わります。
周速度が速くなるほど一周あたりの削れる量は減ります。接触している時間が短くなるからです。
削る量が少なければ砥石の粒が無くなる量も少なくなるので、見かけ上、砥石が硬くなったように見えます。

ディスクの外周を陸上トラックに置き換えて考えましょう。
１周２００ｍのトラックと１周４００ｍのトラックをそれぞれ同じタイムで１周しようとすれば、４００ｍトラックを走るランナーＡは２００ｍトラックを走るランナーＢの倍のスピードで走らなければなりません。
これが周速度の違いです。

それぞれのランナーが給水所で紙コップを取るとしましょう。
２００ｍトラックを走るランナーＢはスピードが遅いのでＬサイズの紙コップを掴むことが出来ます。
でも４００ｍトラックを走るランナーＡがＬサイズの紙コップを掴もうとすると、紙コップは潰れてしまい取ることは出来ません。ランナーＡが掴めるのはＳサイズの紙コップです。
速いランナーの手はコップにとって硬くなります。
これが周速度の違いによる作用硬さの違いです。

お礼

ありがとうございます。
削る量が少なければ砥石の粒が無くなる量も少なくなるということは脱落しないから
硬くなったように錯覚すると捉えていいのでしょうか？

回答No.3

CC_T

> 砥石の外径が大きいと周速度は速い
同じ時間で移動する距離が長い程、速いってことです。
例えばあなたが手を振り回したとき、指先とヒジではどちらの方が早く動きますか？
指先の方が同じ時間で倍近い距離を動いているということは、指先の方が速度が速いってことです。
それと同じ。

> 周速度が速いと砥石は硬く作用する
・加工物を進める速さが遅い
・加工溝の深さが浅い
・回転砥石の周速度が速い
ほど、砥粒の１粒あたりの切削量が減るため、砥粒にかかる負担が軽減し、砥粒の脱落が生じにくくなります。

例えば・・・
ベルトコンベアにのった土が、あなたの足元まで運ばれてくるとします。
あなたの足元には10秒間にスコップ１杯の割合で土が溜まりますので、それを脇に移して下さい。

この場合、10秒に１回すくうとスコップは一杯になって重いですが、5秒に１回すくえば土の重さは半分で済みます。2秒に１回なら1/5で済む。同じスコップでも、回転を速くすることで１回あたりのスコップの負担が減り、スコップは長持ちします。

同様に、コンベアが遅くなる、コンベアに載っている土の量が少なくなる、といったことでも１回あたりの土の重さが減り、スコップの柄にかかる負担は低減するのです。

お礼

回答ありがとうございます。
子供にも分かりやす例えで、ありがたいです。
砥粒が脱落しにくい＝硬く作用する、硬いから脱落しないと思えばいいのでしょうか？

回答No.2

kohichiro

＞砥石の外径が大きいと周速度は速いという理屈

取り付けているモーター軸の単位時間当たり(多くは一分あたり何回回転するかで表記されます）の回転数が一定であるという前提ですが、回転時の円盤の周速は回転数と直径の約３倍で求められるということです。つまり外形が大きいほど周速は早くなります。これを感覚的に理解するには、ぐるぐる回っている大きな円盤の中心に立つと、ただ体が回転するだけです(中心で片足立ちするとまったく回らずに停止していることも可能です）が、周囲へずれるほど体全体の移動が速くなって、周辺では立っていられず、外へ振り飛ばされる危険が増します。
これがなぜかと説明するのはたしかにむづかしいですね。逆に、一体になった物体がどれほど高回転しても中心速度は０であるという説明の方が納得がいきやすいかもです。つまり回転物は周縁が最大速さで動き、中心へ行くほど動きは遅くなり０にちかずく、としてはどうでしょうか。
大きな砥石は外周の動きで仕事をするのですが、そのために中心を軸に固定して回転させるのが合理的であるということです。

＞周速度が速いと砥石は硬く作用することも

これは慣性力の関係です。砥石の一つ一つの砥粒が被加工物にぶつかり食い込んで引っ掻き切り裂いていくエネルギーはその相対速度が大きいほど大きい、いい仕事をする(バインダーの強さにもよりますが）ということでしょう。

あまり回転数が速すぎると砥石自体が自壊しますので限度はあります。

お礼

わかりやすい説明ありがとうございます。
砥石が硬く作用するというのは例えですよね。
当たり前のことを説明するのはなかなか難しいですね。

回答No.1

aokii

触ってみるのが一番ですが、半径を測って円周の長さを計算して考える。

お礼

回答ありがとうございます。
そうですね、円周率だと中学生でもわかりますよね。
ありがとうございます。