スクラッチフリー研削面を創成するクーラントシステムに関する研究

冷却作用被削材－工具，工具－切くずで発生する摩擦熱や金属のせん断熱を吸収

潤滑作用被削材－工具，工具－切くず間に浸透し境界面の摩擦を減少

反凝着作用構成刃先の生成や被削材－工具，工具－切くず間の溶着を防止

Background

～研削液の役割～

ダーティー液

クーラントシステム

クリーン液

研削盤

循環

切屑・脱落砥粒錆等のスラッジが研削液に混⼊

スラッジを分離

Background

沈殿タンク内１．浮遊型超微細スラッジ質量の⼩さく、表⾯張⼒により⽔⾯に漂う

２．液中スラッジ短時間では流れが穏やかになるまで浮きもせず沈みもしない

３．沈殿スラッジ質量の⼤きいスラッジがタンクの底に沈殿する

４. 磁性スラッジマグネチックセパレーターで回収できる

～スラッジの分類～

Background

沈殿槽 浮遊槽

クーラントタンク

研削盤

マグネチックセパレーター

磁性体スラッジを回収

沈殿物と浮遊物に分離

～現状の除去機構～

クリーン液ダーティー液

フィルター

Background

・クーラントシステムを設置していればスラッジの回収はされているのでは・・・

・定期的に清掃すれば問題ないのでは・・・・フィルターを取り付ければ良いのは・・・

液中スラッジの完全な除去ができていない

～現状のクーラントシステムの問題点～

システム改善への意識が薄い

Background

Background

・⼯作物に傷・精度の低下

スクラッチ発⽣の原因

加⼯液に液中スラッジを含んだまま研削盤に流れてしまうと・・・

⾼価なフィルターの，⽬詰りによる早期交換

加⼯コストの増加

～本研究の目的～

Purpose

クーラントシステムのスラッジ除去特性をスラッジの混⼊量，形状，組成および

スクラッチ創成能の観点から評価

研磨試験を⾏い，研削液に残留するスラッジが仕上げ⾯性状および研磨中の

抵抗変化に及ぼす影響を調査

液中スラッジをフィルターレスで効率的に除去する⽅法の検討

研削液のサンプリング

クーラントシステム【Ａ】 クーラントシステム【Ｂ】

実際に稼働中で，構造の異なる2種類のクーラントシステムA，Bの各槽から研削液を採取

・供給槽の⽔深が深い⇒沈殿物が研削盤へ⾏くのを防⽌

・ポンプアップが3回⇒沈殿物や浮遊物が供給槽へ流れるのを防⽌

沈殿槽 浮遊槽マグネチックセパレーター 供給槽

・浮遊槽が4槽ある・⽔深が浅い⇒液中スラッジを沈殿or沈降しやすくしている

・浮遊槽5-6間仕切り板⇒⾼さ⽅向の中央に⽳があり沈殿物及び浮遊物を取り除く

沈殿槽 浮遊槽マグネチックセパレーター 供給槽

Method

１ ３２ １ ３２

スラッジの特性評価

Method

① 液中スラッジの沈降or浮上速度→吸光度の変化を分光光度計で測定

② 形状，⼤きさおよび組成の測定→デジタルマイクロスコープおよびSEMで観察

吸光度小＝固体濃度小

吸光度大＝固体濃度大

スクラッチ創成能の評価

Method

被削材 C3604

砥石 下研磨 #2000

砥石の材質 SiC

各研削液に混⼊しているスラッジを⽤いて⾃作のスクラッチ試験機にて研磨試験を⾏い，擦過⾯に⽣じる傷を表⾯粗さ計で測定．

研磨方向

研磨方向荷重

C3604板スラッジ

ろ紙

Result

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0 40 80 120

Settling Tank of System A

Supply Tank of System B

Supply Tank of System A

Settling Tank of System B

Abs

orba

nce[

-]

Time[min]

液中スラッジの沈降or浮上速度

システムＡの吸光度変化が⼤きい

スラッジの沈降度が⾼い

スラッジの形状，大きさおよび組成

Result

システム【Ａ】

システム【Ｂ】

沈殿槽内 供給槽内

残留するスラッジが⼤きい

残留するスラッジが⼩さい

スラッジの形状，大きさおよび組成

Result

⽷状スラッジ → 成分︓Fe 粒径︓100μｍ程度

粒状スラッジ → 成分︓Al・Si 粒径︓1〜10μｍ程度

スクラッチ創成能

Result

マグセパ通過液 システム【Ａ】 供給液 システム【Ａ】

マグセパ通過液 システム【Ｂ】 供給液 システム【Ｂ】

Result

～クーラントシステムの除去特性～

クーラントシステム【Ａ】 クーラントシステム【Ｂ】

粒径 大きい（10～100μｍ程度） 小さい（1～10μｍ程度）

組成 Ｆｅ，Ｓｉ，Ａｌ Ａｌ

沈降性 大きい 小さい

スクラッチ創成能

高い 低い

沈殿槽や浮遊槽を複数設置すると供給液中に残留するスラッジの成分を予測しやすい

研磨試験

Method

SUS304円筒を⽤いて研磨試験を⾏う．・研磨抵抗→研削盤主軸モータによる有効電⼒を測定・仕上げ⾯性状→デジタルマイクロスコープおよび表⾯粗さ計で測定．

被削材 SUS304 φ25

砥石下研磨 #320

仕上げ研磨 #1000砥石の材質 SiC

周速 2.1[m/s]負荷 10[N]

研磨時間 120[s]クーラント 採取した研削液

Result

仕上げ面性状

システム【Ａ】

システム【Ｂ】

システム【Ｂ】ろ過

マグセパ通過液 沈殿槽通過液 供給液マグセパ通過液 供給液

研磨抵抗

Result

研磨抵抗

Result

研削液がスクラッチを創成させる程度を簡単な研磨試験から“⾒える化”できる可能性

Method

流路模型を製作して研削液を流し、液中スラッジをフィルターレスで除去する⽅法を検討する→流路模型Ａ，Ｂ，Ｃの３パターンを検討

液中スラッジの除去機構

製作した模型 流路Ａ

多数の仕切り板を⽤いた流路を構成し、加⼯液とスラッジの流動特性の差を利⽤してスラッジを捕捉流路Ａ

実機のクーラントシステムから採取した液中スラッジを⽤いて研削液を調製し，各流路模型の性能評価を⾏う．→外観観察および吸光度測定

除去性能の評価

Method

使用研削液 N-COOL 887N-RS2

液中スラッジ 実機のクーラントシステムから採取

給水ポンプ 供給速度 0.5 [L/min]

実験時間 60～120分

液中スラッジ11.5g 50倍に希釈した研削液5L

液中スラッジの沈降or浮上速度

Result

外観変化とスラッジ沈降速度

Result

10分後

60分後

流路Ｃ 流路Ｄ₂

ろ紙による濾過に匹敵する除去性能が⾒られた

Conclusion

～結言～

沈殿槽や浮遊槽を複数設置すると供給液中に残留するスラッジの成分を予測しやすい

研削液がスクラッチを創成させる程度を簡単な研磨試験から“⾒える化”できる可能性

液中スラッジをフィルターレスで除去が可能