ステンレス鋼の研削および仕上げのロードマップ

適切な不動態化を確保するために、技術者はステンレス鋼の圧延部分の縦方向の溶接シームを電気化学的に洗浄します。 画像提供：Walter Surface Technologies

製造業者が重要なステンレス鋼の製造に関する契約を結んだと想像してください。 板金と管状セクションは、切断、曲げ、溶接を経て、仕上げステーションに到着します。 この部品は、チューブに垂直に溶接されたプレートで構成されています。 溶接は問題ないようですが、顧客が求めている完璧な完璧なものではありません。 そのため、グラインダーは通常よりも少し多くの溶接金属を除去するのに時間がかかります。 すると、悲しいことに、表面にかなりの青みが現れます。これは、過剰な熱入力の明らかな兆候です。 この場合、その部品が顧客の要件を満たしていないことを意味します。

通常、研削と仕上げは手作業で行われ、器用さと繊細さが要求されます。 ワークにすでに投入されているすべての価値を考慮すると、仕上げのミスは非常に大きな損害をもたらす可能性があります。 ステンレス鋼のような高価で熱に弱い素材を追加すると、再加工やスクラップのコストがさらに高くなります。 汚染や不動態化の失敗などの複雑な問題が加わると、かつては利益を上げていたステンレス鋼の仕事が、資金を失い、さらには評判を落とす不幸になる可能性があります。

製造業者はこうした事態をどのようにして防ぐことができるでしょうか? まず、研削と仕上げについての知識を深め、それぞれがどのような役割を果たし、それぞれがステンレス鋼のワークピースにどのような影響を与えるかを学ぶことができます。

それらは同義ではありません。 実際、それぞれは根本的に異なる目標を持っています。 研削ではバリや余分な溶接金属などの材料を除去し、仕上げでは金属の表面を仕上げます。 大きな砥石で研削すると多くの金属がすぐに除去され、その際に非常に深い傷の「仕上げ」が残ることを考えると、混乱は理解できます。 しかし、研削においては、傷は単なる後遺症にすぎません。 特にステンレス鋼のような熱に弱い金属を扱う場合は、材料を迅速に除去することが目標です。

仕上げは段階的に行われ、オペレーターは大きなグリットから始めて、より細かいグリットのサンディングディスク、不織布研磨材、そして場合によってはフェルトクロスや研磨ペーストを使用して鏡面仕上げを達成します。 目標は、特定の最終仕上げ (スクラッチ パターン) を達成することです。 そして、各ステップ（細かい砥石）によって、前のステップで生じた深い傷が除去され、小さな傷に置き換えられます。

研削と仕上げは異なる目的を持っているため、多くの場合相互に補完せず、間違った消耗品戦略を使用すると、実際には相互に悪影響を与える可能性があります。 余分な溶接金属を除去するために、オペレーターは砥石車を使用して非常に深い傷を残し、その後、部品を仕上げ職人に渡し、仕上げ職人はそれらの深い傷を除去するために多くの時間を費やす必要があります。 研削から仕上げまでのこのシーケンスは、顧客の仕上げ要件を満たす最も効果的な方法である可能性があります。 ただし、繰り返しになりますが、これらは補完的なプロセスではありません。

製造性を念頭に置いて設計されたワーク表面は、研削と仕上げの両方を必要としないことがよくあります。 研削のみが行われる部品は、研削が溶接やその他の材料を除去する最も早い方法であり、研削砥石によって残された深い傷が顧客の要件に十分に適合するためです。 仕上げのみが必要な部品は、過度の材料除去を必要としない方法で製造されます。 代表的な例は、見栄えの良いガス タングステン アーク溶接を備えたステンレス部品です。この部品は、ブレンドして母材の仕上げパターンに合わせるだけで済みます。

低除去率の砥石車を備えたグラインダーは、ステンレス鋼を扱う際に大きな課題に直面する可能性があります。 繰り返しになりますが、過度の熱により青くなったり、材料の特性が変化したりする可能性があります。 目標は、プロセス全体を通じてステンレス鋼をできるだけ低温に保つことです。

そのためには、用途と予算に応じて可能な限り除去速度が速い砥石車を選択することが役立ちます。 ジルコニア砥石を使用した砥石は酸化アルミニウムよりも速く研削できますが、ほとんどの場合、セラミック砥石が最適です。

非常に丈夫で鋭いセラミック粒子は、独特の方法で摩耗します。 滑らかに磨耗するのではなく、徐々に壊れながらも鋭い切れ味を維持します。 これは、他の研削砥石ができる時間のほんの数分の一で、非常に迅速に材料を除去できることを意味します。 通常、セラミック研削砥石には追加コストを支払う価値があります。 大きな切りくずを素早く除去し、熱や歪みの発生が少ないため、ステンレス用途に最適です。

溶接準備ステーションの作業員がステンレス鋼パイプを研磨します。

製造業者がどの砥石を選択する場合でも、汚染の可能性を念頭に置く必要があります。 ほとんどの製造業者は、炭素鋼とステンレス鋼の両方に同じ砥石を使用できないことを知っています。 多くは、カーボンとステンレス鋼の研削作業を物理的に分離しています。 ステンレス製ワークピースに着弾した炭素鋼からの小さな火花でも、汚染の問題を引き起こす可能性があります。 製薬業界や原子力部門などの多くの業界では、汚染物質が含まれていないと評価された消耗品が必要です。 これは、ステンレス鋼に使用される砥石車には、鉄、硫黄、塩素がほとんど含まれていない (0.1% 未満) 必要があることを意味します。

砥石自体は研ぎません。 彼らには電動工具が必要です。 砥石や電動工具の利点を宣伝する人は誰でもいますが、実際には電動工具とその砥石はシステムとして機能します。 セラミックホイールは、一定のパワーとトルクでアングルグラインダーで使用できるように設計されています。 一部の空気圧グラインダーには必要な仕様が備わっていますが、セラミックホイールの研削のほとんどは電動工具で行われます。

パワーとトルクが不十分なグラインダーは、最先端の研磨材を使用した場合でも大きな問題を引き起こす可能性があります。 パワーとトルクが不足すると、圧力がかかると工具の速度が大幅に低下し、ホイール上のセラミック粒子が本来の役割を果たすことができなくなります。つまり、大きな金属片を素早く除去し、その際にホイール内に誘導される熱が少なくなります。材料。

これにより、悪循環が悪化する可能性があります。研削オペレーターは、材料が除去されていないことに気づき、本能的により強く押し込み、その結果、過剰な熱と青みが発生します。 最終的にはホイールを曇らせるほど強く押し込み、ホイールを交換する必要があることに気づく前にさらに強く押し込み、より多くの熱を発生させます。 この方法で薄いチューブやシートを加工すると、最終的には材料を突き破ってしまいます。

もちろん、オペレーターが適切な訓練を受けていなければ、特にワークピースに加える圧力に関しては、最高のツールを使用していても発生する可能性があります。 ベストプラクティスは、グラインダーの公称定格アンペア数にできる限り近づけることです。 オペレーターが 10 アンペアのグラインダーを使用している場合は、グラインダーが約 10 アンペアの電流を流す程度の強さで押す必要があります。

製造業者が高価なステンレス鋼を大量に加工する場合、電流計を使用すると研削作業の標準化に役立ちます。 もちろん、実際には電流計を定期的に使用する作業はほとんどないため、次善の策は注意深く聞くことです。 オペレータが RPM が急速に低下するのを聞いて感じた場合は、おそらく力を入れすぎていると考えられます。

タッチが軽すぎる (つまり、圧力が小さすぎる) と聞くのは難しい場合があるため、この場合は火花の流れに注意を払うと役立ちます。 ステンレス鋼を研削すると、炭素鋼よりも暗い火花が発生しますが、それでも一貫した方法で作業領域から離れて目に見え、飛び出すはずです。 オペレータが突然火花の発生を目にすることが少なくなった場合、それはおそらく、十分な圧力を加えていないか、砥石車が光沢を帯びているかのいずれかである可能性があります。

オペレーターは、一定の作業角度を維持する必要もあります。 平面に近い角度 (ワークとほぼ平行) でワークピースに近づくと、広範囲が過熱する危険があります。 角度が高すぎる (垂直に近い) と、ホイールの端が金属に食い込む危険があります。 27 型砥石を使用する場合は、20 ～ 30 度でワークにアプローチする必要があります。 タイプ 29 ホイールを使用している場合、作業角度は約 10 度である必要があります。

タイプ 28 (円錐) 研削砥石は、通常、平坦な表面を研削して、より広い研削パス上の材料を除去するために使用されます。 これらの円錐形ホイールは、約 5 度の低い研削角度でも最適に動作するため、オペレータの疲労を軽減します。

これにより、適切な砥石の種類を選択するという、もう 1 つの重要な要素が導入されます。 タイプ 27 ホイールは金属表面に接触点があります。 タイプ 28 ホイールは円錐形であるため、接触線があります。 Type 29 ホイールには接触面があります。

作業者がサンディングディスクを使用してステンレス鋼のフレームを仕上げます。

最も一般的なタイプ 27 ホイールは、多くの用途で使用できますが、その形状により、深い輪郭や曲線を持つ部品 (たとえば、ステンレス鋼管の溶接アセンブリ) の作業が困難になります。 タイプ 29 ホイールの輪郭のある形状により、曲面と平面の組み合わせを研削する必要があるオペレーターが容易になります。 タイプ 29 ホイールは、接触表面積を増やすことでこれを実現します。これは、オペレーターが各場所の研削に多くの時間を費やす必要がないことを意味します。これは、熱の蓄積を軽減するための優れた戦略です。

実際、これはどの砥石を使用する場合にも当てはまります。 研削中、作業者は決して同じ場所に長時間留まらないでください。 オペレーターが数フィートの長さのフィレットから金属を除去しているとします。 彼は短い上下運動でホイールを操作することはできましたが、ホイールを 1 つの狭い領域に長時間保持しているため、そうするとワークピースが過熱する可能性があります。 入熱を減らすために、オペレータは 1 つの溶接止端の近くで溶接全体を一方向に移動し、次にツールを持ち上げて (ワークが冷えるまでの時間を与えます)、もう一方の溶接止端の近くでワークを同じ方向に移動します。 他のテクニックも同様に機能しますが、それらには共通する特徴が 1 つあります。それは、砥石車を動かし続けることで過熱を回避するということです。

一般的に使用される「コームダウン」テクニックもこれを達成するのに役立ちます。 オペレータが平らな位置で突合せ継手の溶接を研削しているとします。 熱ストレスと過剰な掘削を軽減するために、彼はジョイントに沿ってグラインダーを押すことを避けています。 代わりに、端から始めて、ジョイントに沿ってグラインダーを引きます。 これにより、ホイールが材料に食い込みすぎることも防止されます。

もちろん、どのような技術であっても、作業者の作業が遅すぎると金属が過熱する可能性があります。 速度が遅すぎると、オペレーターがワークピースを過熱する可能性があります。 作業が早すぎると、研削に時間がかかることがあります。 送り速度のスイートスポットを見つけるには通常、経験が必要です。 しかし、オペレータがこの仕事に慣れていない場合は、スクラップを研削して、手元のワークピースの適切な送り速度の「感覚」を学ぶことができます。

仕上げ戦略は、仕上げ部門に到着したときと仕上げ部門から出荷されたときの材料の表面状態を中心に展開します。 開始点 (納品時の表面状態) と終了点 (希望の仕上げ) を設定し、それら 2 点間の最適な経路を見つける計画を作成します。

通常、最良の方法は、非常に攻撃的な研磨剤から始まるわけではありません。 これは直観に反して聞こえるかもしれません。 結局のところ、粗い仕上げを達成するために粗い砥粒から始めて、その後、より細かい砥ぎに移ってみてはどうでしょうか? 細かい砥石から始めるのは非常に非効率的ではないでしょうか?

必ずしもそうとは限りませんが、これも仕上げの性質と関係があります。 仕上げ職人は、粒度を小さくするごとに、深い傷を浅くて細かい傷に置き換えます。 たとえば 40 グリットのサンディングやフラップ ディスクから始めると、金属に深い傷を付けることになります。 これらの傷が表面を希望の仕上げに近づければ、それは素晴らしいことです。 それが、40 グリットの仕上げ用消耗品が存在する理由です。 しかし、顧客がたとえば No.4 仕上げ (方向性のあるブラシ仕上げ) を要求した場合、40 グリットの研磨剤によって生じた深い傷を除去するには長い時間がかかります。 仕上げ職人は、さまざまな粒度の研磨を段階的に行うか、細かい粒度の研磨剤を使用して長い時間をかけて大きな傷を取り除き、小さな傷に置き換えることになります。 これらすべては非効率であるだけでなく、ワークピースに過度の熱をもたらします。

もちろん、粗い表面に細かい粒の研磨剤を使用すると作業が遅くなる可能性があり、不十分な技術と組み合わせると過剰な熱が発生します。 ここで、ツーインワン、つまりインターリーブ型のフラップ ディスクが役に立ちます。 これらのディスクは、表面調整材と組み合わせた研磨布で構成されています。 これらにより、仕上げ担当者は研磨剤で材料を効果的に除去しながら、より滑らかな仕上げを残すことができます。

最終仕上げに向けた次のステップでは、不織布素材の使用が必要になる場合があります。これは、仕上げに特有のもう 1 つの特性を示しています。このプロセスは、可変速電動工具を使用すると最適に機能します。 10,000 RPM で動作する直角グラインダーは、一部の研磨媒体では機能する可能性がありますが、特定の不織布材料を完全に溶かしてしまいます。 このため、仕上げ担当者は、不織布消耗品の仕上げステップを開始する前に、速度を 3,000 ～ 6,000 RPM に下げます。 もちろん、正確な速度はアプリケーションと消耗品によって異なります。 たとえば、不織布ドラムは通常 3,000 ～ 4,000 RPM で使用されますが、表面調整ディスクは 4,000 ～ 6,000 RPM で使用されます。

適切なツール（可変速グラインダー、さまざまな仕上げメディア）を使用し、最適なステップ数を決定することで基本的にマップが得られ、受け取ったままの材料と完成した材料の間の最適な経路が明らかになります。 正確なパスはアプリケーションによって異なりますが、経験豊富なフィニッシャーは同様の仕上げテクニックを使用してそのパスをたどります。

ステンレス表面を不織布ドラムで仕上げます。 効果的な仕上げと最適な消耗品寿命を実現するために、異なる仕上げメディアを異なる RPM で実行します。

まず、彼らは時間がかかります。 薄いステンレス鋼のワークピースが熱くなっているのを確認すると、ある領域での仕上げを中止し、別の領域で開始します。 あるいは、2 つの異なるワークピースを同時に処理する場合もあります。 一方のワークピースを少し作業してから、もう一方のワークピースを冷却する時間を与えます。

鏡面仕上げまで研磨する場合、フィニッシャーは仕上げドラムまたはディスクを使用してクロスサンディングを行い、前のステップと垂直な方向にサンディングを行う場合があります。 クロスサンディングでは、以前のスクラッチ パターンをブレンドする必要がある領域が強調表示されますが、それでも表面を No.8 の鏡面仕上げにすることはできません。 望ましい光沢のある仕上げを作成するには、すべての傷を取り除いた後、フェルトクロスと研磨ホイールが必要です。

適切な仕上げを達成するために、製造業者は仕上げ業者に適切なツール（実際のツールとメディアの両方）、および特定の仕上げがどのようなものであるべきかについての標準を確立するサンプルなどのコミュニケーション ツールを提供する必要があります。 これらのサンプルは、仕上げ部門の近く、トレーニング文書、販売資料に掲示されており、全員が同じ認識を持つのに役立ちます。

電動工具や研磨材などの実際の工具に関しては、仕上げ部門の最も経験豊富な従業員であっても、部品の形状によっては課題が生じる可能性があります。 ここで専門的なツールが役に立ちます。

オペレータがステンレス鋼の薄肉管状アセンブリを完成させる必要があるとします。 フラップディスクやドラムを使用すると、過剰な熱が発生したり、場合によってはチューブ自体に平らな部分ができたりする問題が発生する可能性があります。 ここでは、チューブ用に設計されたベルトサンダーが役に立ちます。 ベルトはチューブの直径の大部分を包み込み、接触点を広げ、効率を高め、入熱を減らします。 そうは言っても、他のものと同様に、フィニッシャーは過度の熱の蓄積を軽減し、ブルーイングを避けるために、ベルト サンダーをさまざまな領域に移動し続ける必要があります。

他の特殊仕上げツールにも同じことが当てはまります。 狭いスペース用に設計されたフィンガー ベルト サンダーを検討してください。 仕上げ業者は、これを使用して、2 枚のシート間の鋭角のすみ肉溶接をフェザリングする場合があります。 フィニッシャーは、フィンガー ベルト サンダーを垂直に動かす (歯を磨くのと少し似ています) のではなく、フィレット溶接の上端部に沿って水平に動かし、次に下端部に沿って動かします。その際、フィンガー サンダーが 1 つの位置に留まらないように注意します。長い間その場所に。

ステンレス鋼の溶接、研削、仕上げには、適切な不動態化を確保するという別の複雑な作業が伴います。 材料表面にこれらすべての影響を与えた後、ステンレス鋼のクロム層が表面全体に自然に形成されるのを妨げる可能性のある汚染物質は残っていますか? 製造業者が最も望んでいないことは、顧客が錆びたり汚染された部品について苦情を言って怒ることです。 ここで、適切な洗浄とトレーサビリティが重要になります。

電気化学的洗浄は汚染物質を除去して適切な不動態化を保証するのに役立ちますが、この洗浄はいつ行うべきでしょうか? それはアプリケーションによって異なります。 製造業者が完全な不動態化を促進するためにステンレス鋼を洗浄する場合、通常は溶接直後に洗浄します。 そうしないと、仕上げメディアがワークピースの表面汚染物質を拾い上げ、他の場所に拡散する可能性があることを意味します。 ただし、一部の重要な用途では、製造業者は追加の洗浄ステップを挿入することを選択する場合があり、場合によっては、ステンレスが工場の床から出る前に適切な不動態化テストを行うこともあります。

たとえば、製造業者が原子力産業にとって重要なステンレス鋼部品を溶接しているとします。 熟練のガスタングステンアーク溶接工が、完璧な外観のダイムの積み重ねの継ぎ目を配置します。 しかし、繰り返しになりますが、これは重要なアプリケーションです。 仕上げ部門の従業員は、電気化学洗浄システムに接続されたブラシを使用して溶接面を洗浄します。 次に、不織布の研磨布と仕上げ布を使用して溶接止端をぼかし、すべてを均一なブラシ仕上げにします。 次に、電気化学洗浄システムを備えた最後のブラシが登場します。 1 ～ 2 日放置した後、手持ちの試験装置を使用して部品が適切に不動態化されているかどうかをテストします。 結果は文書化され、ジョブとともに保存され、部品が工場から出荷される前に完全に不動態化されたことが示されています。

ステンレスの不動態化のための研削、仕上げ、洗浄は通常、ほとんどの製造工場のはるか下流で行われます。 実際、これらは通常、ジョブが出荷される少し前に実行されます。

ステンレス鋼シートは、適切な不動態化を確認するためにテストされます。

適切に仕上げられていない部品は、最も高価なスクラップや再加工を生み出すことになるため、製造業者が研削および仕上げ部門を再検討するのは理にかなっています。 研削と仕上げの改善は、主要なボトルネックを軽減し、品質を向上させ、頭痛の種を解消し、そして最も重要なことに、顧客満足度を向上させるのに役立ちます。

Walter Surface Technologies はコネチカット州ウィンザーに拠点を置いています。