研磨切断ホイールの製造にシリコンカーバイドはどのように使用されるのでしょうか?

炭化ケイ素(SiC)は、研削砥石や切断ディスクの製造において非常に重要かつ一般的に使用される研磨材です。その独特な物理的・化学的特性により、特定の用途においては不可欠な存在となっています。この記事では、炭化ケイ素が使用される理由と製造プロセスという2つの主要な側面に焦点を当てます
。1. 研磨材として炭化ケイ素を選ぶ理由とは?
炭化ケイ素は、モース硬度9.5の高硬度を有する人工素材で、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素(CBN)に次ぐ硬度を誇ります。炭化ケイ素は、研磨工具に最適ないくつかの重要な特性を備えています。

高い硬度と鋭さ: シリコンカーバイド粒子は非常に硬く鋭いため、効率的な材料除去が可能になります。

脆性:コランダム(酸化アルミニウム)研磨材と比較して、炭化ケイ素はより脆い性質を持っています。これは研削加工において有利であり、鈍くなった粒子が砕け、新たな鋭い刃先や角が現れ、「自己研磨」効果によって持続的な切削力を維持します。

優れた熱伝導性: 研削プロセス中に発生する熱を放散するのに役立ちます。

化学的安定性: これらの材料とは反応しないため、硬度が高く引張強度が低い材料の加工に特に適しています。

主な応募カテゴリー:

黒色炭化ケイ素(SiC):純度が低く、約98.5%以上。優れた熱伝導性と靭性を有し、主に引張強度の低い材料の加工に使用されます。

ガラス、セラミック、石などの非金属材料

鋳鉄、非鉄金属(銅、アルミニウム、真鍮など)

ゴムと革

耐火材料

グリーンシリコンカーバイド(SiC):純度が高く(99%以上)、硬く脆い。主に以下のような硬くて脆い材料の加工に使用されます。

超硬(タングステン鋼)工具

光学ガラス、翡翠、瑪瑙

チタン合金

シリコンやゲルマニウムなどの半導体材料

1. 原材料の準備と混合

これは最も重要なステップであり、研削ホイールの性能(硬度、粒度、構造など)を決定します。

砥粒:加工対象材料に応じて、適切なシリコンカーバイドの種類(黒または緑)と粒度(例:46、60、120など)を選択してください。粒度が大きいほど粒子が細かくなり、表面仕上げは滑らかになりますが、研削効率は低下します。

ボンド:研磨粒子を接着する「接着剤」のような役割を果たします。一般的な種類は以下のとおりです。

レジノイドボンド:最も一般的に使用されるもので、通常はフェノール樹脂で作られています。この樹脂で作られた研削砥石は、優れた弾力性、強度、高速耐性を備えており、切断、研削、粗研削に最適です。ほとんどの切削ディスクは樹脂ボンドを使用しています。

ビトリファイドボンド:粘土や長石などのセラミック材料から作られます。この砥石は剛性、耐熱性、形状保持性に優れていますが、比較的脆いという欠点があります。主に精密研削に使用され、ディスクの切削にもあまり使用されません。

ゴムや金属の結合など、その他の結合は特殊な用途に使用されます。

充填剤: 氷晶石や黄鉄鉱などの機能性材料は、研削工程中に潤滑、冷却、または研削性能を向上させるために添加されます。

正確に配合されたシリコンカーバイド研磨材、バインダー粉末、充填剤をミキサーに入れて、長時間均一に混合します。

2. 成形
混合された材料を特定のサイズと形状の金型に入れます。

大型プレス機で冷間圧縮が行われ、数十トンから数千トンに及ぶ巨大な圧力が加えられ、緩い混合物が圧縮されて、密度が高く、最初は強度の高い研削ホイールブランクが作られます。

金型の中央にコアロッドを配置し、砥石の取り付け穴を直接形成します。

3. 硬化
 研削ホイールに最終的な強度を与える工程です。方法は接着剤の種類によって異なります。

レジンボンド砥石の場合:プレス加工された砥石ブランクを大型オーブン(硬化炉)に入れ、厳密に管理された温度(例:180℃~200℃)と時間(数十時間)で加熱します。樹脂が溶融して架橋反応を起こし、最終的に固化して砥粒を強固に結合させます。

ビトリファイドボンド砥石の場合:ブランクを高温窯に入れ、1000℃を超える温度で焼結します。ビトリファイドボンドが砥粒をガラス化し、強固に結合します。

4. 加工と検査
加工:硬化後、研削ホイールブランクは旋削と静的バランス調整が行われ、正確なボア径、外径の同心度、スムーズで振動のない動作が確保されます。

検査:これは安全にとって非常に重要なステップです。すべての研削砥石は、以下の厳格な試験を受けます。

回転テスト: 最大動作速度を超える速度 (例: 1.5 倍) で回転させて構造の完全性をテストし、使用中の亀裂を防止します。

外観、硬さ、バランスなどを検査します。

最後に、合格した切断ホイールにラベルを貼り、出荷用に梱包します。

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