金属加工工場におけるスマートな研削と仕上げ

Aug 20, 2023

図 1. オペレーターが結合研磨材を使用して研削します。

研削および仕上げ部門は依然として、ファブ現場の中で最も手作業が多く誤解されている分野の 1 つです。 製造業者は、材料の歩留まりを最適化するためにネスティングを精査し、完璧なレーザーカットまたはパンチエッジを実現するためにブランキングパラメータを調整し、最適な品質と曲げ角度の再現性を得るために成形を精査する場合があります。 その後、部品は研削および仕上げ部門に流れ、そこで作業員が品質とスループットを妨げる環境で不適切な工具や非効率的な技術を使用して苦労することがよくあります。

すべての金属製造プロセスの中で依然として最も手作業が多いプロセスにおいて、ファブショップはどのようにして状況を好転させ、生産性を向上させることができるのでしょうか? グラインダーが除去する必要がある金属や仕上げ工が達成する必要がある表面など、目標を念頭に置くことから始まります。

すべての研磨剤は材料を除去しますが、研磨剤が使用される方法と理由は、操作で何を達成する必要があるかによって大きく異なります。 金属製造における研磨材の使用は、次の 3 つの領域のいずれかに分類されます。 研削は、溶接部を研削する場合など、重金属の除去に適しています (図 1 を参照)。 ブレンディングは、溶接部を母材とブレンドする場合など、ワークピースのさまざまな領域をブレンドするのに役立ちます (図 2 を参照)。 そして仕上げでは、特定のスクラッチパターンを持つ表面を準備します。

ほとんどの場合、研削では積極的かつ効果的に材料を除去するために結合研磨材が使用されますが、ブレンディングでは同様の砥粒を持ち、その下に表面仕上げを改善するのに役立つ布が付いているコーティングされた研磨材が使用されます。 仕上げ加工を行う人は、目的に応じて、コーティング研磨材から不織布やその他の表面調整材、さらにはカップディスク、バフ研磨ドラム、見た目に美しい鏡面仕上げを実現する研磨ペーストまで、さまざまな媒体を使用します。 。

もう 1 つの基本には、研削および (特に) 仕上げ作業の全体的なスループットを調べることが含まれます。 スループットは、研磨剤が材料を除去する速度だけによって決まるわけではありません。 研磨媒体の交換には時間がかかりますが、これは無視すべきではありません。

仕上げとは、材料の表面に特定のスクラッチ パターンを作成することです。 これらを達成するために、オペレーターはさまざまなステップを経て、徐々に粒度が細かくなっていきます。 これは論理的だと思われます。 結局のところ、オペレーターがより細かい研磨材に進むにつれて、わずかに粗い傷をわずかに細かい傷に置き換えます。

仕上げ担当者が適切な技術を使用したと仮定すると、仕上げプロセス自体、つまり研磨媒体が素材の表面に接触する時間は非常に効率的になる可能性があります。 しかし、ステップ間のメディア交換やクリーニングを含むプロセス全体についてはどうでしょうか? その時間が加算され、追加の手順によって操作全体が複雑になる可能性があります。

経験豊富なフィニッシャーを観察すると、何が可能であるかがわかります。 最初は非常に粗いメディア、1 つの中粒度の製品、次に 1 つの細粒度の製品で開始し、その後 (アプリケーションで必要な場合) 研磨を開始します。 彼らは各研磨製品により多くの時間を費やすかもしれませんが、仕上げメディアの交換やクリーニングにはそれほど多くの時間を費やしません。 それは、各ステップ間の掃除に費やす時間が減ったからではありません。 手順が少ないだけです。

彼らは具体的にどのようにしてこれを達成するのでしょうか? その一部には、仕上げメディアの操作方法を学ぶことが含まれます。 別の部分では、研削部門で学んだことを忘れることが含まれます。

グラインダーは仕上げ部門まで進むかもしれません。 これは自然なキャリアパスですが、この 2 つの間を行き来すると、悪い習慣が身につく可能性があります。 研削で機能するものが仕上げでも機能するとは限りません。 2 つのプロセスは実際には異なるものです。

砥石車を車の車輪と考えてください。 どちらの場合も、エッジがほとんどの役割を果たします。 グラインダーは高回転数、高迎え角でワークにアプローチするため、高速・高圧でワークに接触します。 研磨ディスクは車のディスクブレーキと考えてください。 ディスク表面の大部分は、ある程度の働きをします。 これには、より平坦な迎え角が必要です (図 3 を参照)。

仕上げ部門に入ると、ピッチが上がったり下がったりする工具の鳴き声が聞こえたら、何かが間違っている可能性があります。 新人の仕上げオペレーターは、研削で行ったことを引き継いで、大きな圧力をかけて高い迎え角で作業に取り組んでいる可能性があります。 現在、仕上げ部門では、まったく掘削するために作られていない研磨製品を使用して金属を掘っています。 同時に、過剰な圧力により深い傷が形成され、除去するには追加の手順が必要になります。 さらに、オペレーターは電動工具を必要以上に強く押すとすぐに疲れてしまい、作業の安定性が低下します。 より熱心に働くことで、彼らは自分自身により多くの仕事を生み出しています。

研磨仕上げディスク (図 4 および 5 を参照) は、表面に (研削に対して) 優しく適用して、粗い傷を取り除き、細かい傷に置き換えるように作られています。 経験豊富なオペレーターは、最大定格 RPM ではなく、最適な定格 RPM で使用することを目指しています。 仕上げに慣れていない人は、ラベルに記載されている「最大 RPM」の定格を読んで、その設定が製品を仕上げる最速の方法であると考えるかもしれませんが、実際はその逆です。 最大 RPM 定格は、オペレーターが製品を安全に使用できる最速の速度を示します。 最適な RPM は、多くのアプリケーションで最も効果的な RPM を示します。

直径 5 インチまでのメディアを保持できるように設計された 10 アンペアのツール。 11,000 RPM で研削しますが、仕上げステップは 5,000 ～ 7,000 RPM で実行します。 とはいえ、使用する最適な RPM は、完成した製品と電動工具に搭載されている利用可能なアンプによって異なります。

速度はディスクの直径によっても変化します。 ディスクの外周近くの研磨材は中心付近の研磨材よりも速く回転します (つまり、線速度が大きくなります)。その変化はディスクが大きくなるほど顕著になります。 直径 7 インチの刃の近くにある研磨剤。 5,000 RPM で回転するディスクは、4.5 インチのエッジ近くの研磨材よりも速く移動します。 ディスク。 1 分間あたりの回転数は同じです。 7インチの研磨材。 ディスクはより長い回転を移動するだけで十分です。

この違いが、経験豊富な仕上げ職人がコーナーに移動するときに加える圧力をわずかに調整して、ワークピース全体のスクラッチパターンをブレンドするのをよく見かける理由です。 具体的には、コーナーに進入するときにプレッシャーを軽減する可能性があります。 ワークピースの中心では、ディスク全体がスクラッチ パターンを適用するため、研磨速度の差はほとんど相殺されます。 しかしコーナーでは状況が一変する。 ディスクのエッジ近くの砥粒のみがコーナーに到達できるため、仕事をする砥粒の「平均速度」が増加します。 そのため、経験豊富なフィニッシャーはそれを補うために少し軽くなります。

一般に、このような圧力調整は細かく、微妙なものです。 実際、研削、混合、仕上げなど、研磨媒体を使用するあらゆるプロセスでは、一貫性が最も重要です。 通常、常に最適な圧力を維持できる人が最も効果的です。 繰り返しますが、聞くことは重要です。 電動工具の音が絶えず高くなったり低くなったりするのを聞くと、経験の浅いフィニッシャーが一貫した圧力を加えていない可能性が高くなります。

動きの一貫性も重要であり、ブルーイング加工を施したワークピースを製造する多くの研削部門で学んだ教訓です。 ブルーイングは過熱によって発生します。これを避けるために、グラインダーは工具を常に動かし続けます。

ここでは研磨材の選択も重要です。 結合研磨材は継続的に分解されるため、オペレーターがワーク上で一貫して常にホイールを動かすと、熱が逃げます。 一方、コーティングされた研磨材は、ディスク上にメディアの 1 層だけがコーティングされています。 そのため、オペレーターが部品全体から熱を逃がすための正しい動作パターンに従わない場合、発熱が非常に激しくなる可能性があります。

最新のコーティング研磨材、特にサンディングディスクは、金属製造において最も誤用されるツールの一部となっています。 皮肉なことに、その一部は、現代の研磨媒体がどれだけうまく機能するかに関係しています。

図 2. オペレーターはブレンドにコーティングされた研磨材を使用します。

セラミック粒子や精密な形状の粒子は、使用開始から 5 分間の金属除去率が非常に高くなる傾向があります。 その後、その効率はいくらか低下します。劇的ではありませんが、多くのオペレータがディスクを交換するのに時間がかかるほどです。 実際のところ、ディスクの耐用年数は 1 時間以上ある可能性が高く、その後、除去率が大幅に低下し、ディスクの交換が必要になります。

メディアの交換は頻繁に行われるため、研磨コストが高くなります。 超高い除去率を維持するには、追加の消耗品コストをすべて支払う価値があるという議論もできますが、その議論には工具交換時間の影響が組み込まれていません。 これは再び仕上げサイクル全体の検討に戻ります。 工具の交換を少なくして、わずかに遅く仕上げることがレースに勝ちます。

適切なツールが与えられなければ、誰もレースに勝つことはできません。 これには、適切な研磨媒体と適切な電動工具の提供が含まれます。 誰かが、可変速制御のない電動工具を使用しながら、ワークピースに特定のスクラッチ パターンを付けようとしているとします。 あるいは、適切なテクニックにもかかわらず、さまざまなグリット サイズに継続的に変更する必要があることに気づきましたが、より汎用性の高いフラップ ディスク (フラップに強力なグリットがあり、その下に柔らかい裏地が付いている) の方がニーズに適している可能性があります。

環境要因も影響します。 メディアは、過度に乾燥した環境または湿気の多い環境に保管しないでください。 特にステンレスと炭素鋼の両方を処理する場合は、作業に汚染物質があってはならない。 理想的には、ステンレスとカーボンは、同じセル内の異なるテーブルやラックだけでなく、工場のまったく異なるエリアで、別々に処理され、（特に）保管されるべきです。

あるステンレス鋼製造業者は最近、錆の問題のトラブルシューティングに時間を費やしました。 ステンレスが完全に不動態化されることを確認するために作業は 24 ～ 48 時間待機しましたが、納品された製品の一部には依然として錆が発生しました。 研削および仕上げ部門は清潔でよく整理されており、ろ過された空気が完備されていました。 仕上げ部門が犯人ではありませんでした。 それは仕掛品の保管方法に関係していました。 仕上げ中のステンレスは、打ち抜いた後、炭素鋼のラックに保管されていました。

あと、ライトも忘れずに。 オペレーターは自分が何をしているのかを確認する必要があります。 ファブショップは、部品が出荷ドックの近くに置かれ、外から光が差し込むまで、部品が誰もが期待する仕上がりになっていないことに気づかないことがよくあります。 なぜ誰も気づかなかったのでしょうか？ 仕上げ部門の照明が悪いのが原因です。

光の種類や明るさのレベルが要因になることもありますが、通常、重要な考慮事項は光がどこから来るか、つまり光の方向です。 理想的には、光は複数の方向から照射され、オペレーターが最終的なスクラッチ パターンをあらゆる角度から検査できるようにする必要があります。

研削と仕上げのスループットは、細部に注意を払うことによって決まります。 このように、操作はケーキを焼くのと少し似ています。 材料を一つでも間違えると、美味しくなくなります。

この目的を達成するために、多くの作業では、レシピを開発することで研削と仕上げの実践を文書化しています。 必要な仕上げステップ（多すぎず、少なすぎず）、各ステップにかかる時間、テクニック（フラットアプローチ角度、動作パターン、圧力、RPM）、各ステップ間に必要な洗浄（洗浄液の洗浄）について詳しく説明します。マイクロファイバークロスと一緒に使用してください）、研磨媒体、および電動工具の設定。

次に、これらのレシピを、優れたキッチン (適切なツールを備えた清潔で明るい店内) と、常に学び続ける少数のシェフ (適切なテクニックと仕上げ手順に関するトレーニングと文書化) と組み合わせます。 これらすべての成分を正しい方法で混合すると、品質と全体的なスループットが確実に向上します。