TEL
078-335-7573

テクノロジーニュース

濾過技術について―FILTRATION NEWS

2020.04.08  基礎工作機械応用

ご挨拶

皆様初めまして、私たちKENFILTは「FILTRATION NEWS」を通して、冶金業界の生産プロセスで使用される液体の濾過に関する有益な情報をご紹介します。今回は記念すべき第1号です。

当社の設備とセントラル濾過プラントの用途、および各生産プロセスに適した濾過によって得られる利点についてお知らせします。

当社のニュースにより、プラントエンジニアリングの生産および保守部門は、製造ラインの設計、生産コスト、または製造する製品の品質レベルを最適化するための一連のデータシートと専門知識がお役に立てれば幸いです。

CBN砥石による研削プロセスの濾過

過去20年間に研削盤の製造が経験した膨大な技術開発により、CBN研削ホイールの使用の最適化が可能になりました。高出力を得るために、一連の基本的な条件を満たす必要があります:

機械の建設

高出力砥石スピンドルを取り付けるには、ベースとスライドが非常に厳密であることが必要です。

砥石スピンドル

砥石軸は、CBN砥石で得られる高出力を達成するために、高い切削速度で動作し、必要な力に耐えるように特別に製造する必要があります。

切削速度

機械と研削ホイールスピンドルの特別な製造により、120〜150m/秒の高い切削速度を持つ研削盤が構築されています。現在、この研究は200m/秒を達成することを目指しています。これは、新しい砥石の製造方法の開発、使用するバインダ種類の最適化、および研磨材CBN粒子の分布と寸法によって可能になりました。

冷却液

CBN砥石で可能な限り高い出力を得るには、クーラント液に特別な注意を払う必要があります。クーラント液はニートオイルであることが望ましく、これにはいくつかの理由があります。水溶性クーラントは、研削砥石と被削材との接触点にて高温で蒸気を生成し、この水蒸気はCBNを分解してしまいます。CBN表面での酸化ホウ素(B2O3)の形成は、更なる酸化とその後の損傷を防ぐ保護コートを提供することを考慮する必要があります。

このB2O3は水に可溶であり、酸化が継続し、特に刃先でCBN粒子が損傷するため、砥石の劣化を加速し、その結果寿命を短縮します。切削油は、高温蒸気と酸化に関連するCBNの分解を回避し、さらに、研削砥石の作業時の摩擦によって発生する熱を減少させます。

クーラントの種類に応じた砥石の寿命

化学的研究にて、一連の研削試験は同じ作業条件下、異なるクーラントを使用した実験が実行されました。焼き入れ鋼の部品を研削することによる比較テストは、水溶性クーラントが使用される場合、CBN研削ホイールの寿命が短いことを示しています。 ただし、クーラントとしてニートオイルを使用すると、CBNホイールが長寿命化します。 グラフでは4倍高い労働寿命の増加を示していますが、場合によっては最大9倍まで達します。

水性流体中の硝酸ホウ素の化学反応

クーラント液の比較表

さまざまな冷却液と、出力およびツーリングコストに影響するパラメータを基礎として、次の表を作成しました。

*Machining Data Handbook (Metcut Research Associates Inc., Cincinnati, Ohio) では,水溶性切削油剤を:
 
 Emulsifiable oils
 Chemical fluid (Synthetic)
 Semi chemical fluid (Semisynthetic)
 
に分類しています。この分類では,mineral oil (鉱物油)を含まない油剤をシンセティックと呼び,少量(約5~30%)の鉱物油を含む油剤をセミシンセティック,30%以上の鉱物油を含む油剤をエマルションとしています。
 
日本における水溶性切削油剤の分類ではシンセティックと表示することはありませんが,敢えて日本の分類とシンセティックを結びつけるとすれば,
 
 シンセティックエマルション
 シンセティックソリューブル
 シンセティックソリューション
 
となり,シンセティックエマルションとは鉱物油の代わりに合成のベースオイルを適用した油剤ということになります。

IMPORTANT

上記の表では、これらのすべてのパラメータを考慮すると、ニート切削油の冷却能力は低くなりますが、研削砥石の高度な潤滑とクーラントノズルの高い供給圧力により、大幅な改善が見られます。ニートオイルの初期購入コストが高いことには、補償以上の意味があります。オイルが正しく濾過されていれば無期限に使用でき、クーラント液の交換は完全に排除されるためです。過去20年間、研削盤の切削油を変更していないお客様がいます。オイルを追加するだけで、クーラント装置のレベルが維持されています。

クーラント液の圧力

多くの経験を経て、CBNホイールの出力を大幅に改善して、クーラントを高圧(12〜20 bar)で切削点に送ることが証明されています。 また、ホイールの切削孔を高圧(20〜50 bar)のオイルで洗浄して、効率を上げる必要があります。 さらに、高圧でのクーラントオイルの供給により、グラフに示すように、ホイールの速度を上げ、結果として材料の加工能力を高めることができます。

正しい濾過が必要なのはなぜか?

現在の生産プロセスでは、濾過は常に考慮に入れなければならない決定要因ですが、CBNホイールを使用する場合ははるかに重要です。

AI2O3と比較した従来のCBNホイールの長寿命化

オイルが汚れていると、懸濁液中の粒子がホイールの切れ味を失い、セラミックと樹脂のバインダでCBNホイールをより頻繁にドレスする必要が生じます。その結果、このタイプのホイールの本質的な利点が失われてしまいます。

金属結合剤を使用したCBNホイールの長寿命化と高出力化

このタイプのホイールでは、ホイールをドレスする可能性がないため、このバインダを使用すると、オイルの高い清浄度が依然として必要になります。オイルの懸濁液中の粒子のために一部が鈍化すると、その切削能力は大幅に低下し、結果として機械出力が低下します。さらに、ワークの焼き付きが発生し、ホイール交換が必要になります。

高圧ポンプの長寿命と高出力

CBN研削砥石を使用する場合、高圧ポンプ(ギア、ブレード、またはネジ式)を使用する必要があります。 懸濁液中の研磨粒子が数ヶ月でポンプの内部を破壊するため、非常に厳密な濾過が必要になり、高価な修理やポンプの交換さえ必要になります。

研磨されたワークの表面品質は液体が完全に濾過されない場合に深刻な影響を受ける可能性があります。これは、CBNホイールの最大出力の条件下で操作する場合、溝に傷がついたり、焼き付いたりする可能性があるためです。

適切な濾過システム

上記の結果から、以下の適切な濾過が必要であることが証明されました。

・ CBNホイールの寿命を延ばすために、きれいなオイルを使用する 。

・ 機械とCBNホイールの最大出力を得るために液体を完全に清潔に保つ濾過システムを利用する 。

☆ KENFILTプレコートフィルターは1.3µmの公称濾過品質および濾過液中の粒子含有量(1Lあたり2〜10mg)を保証します 。

不適切な濾過システム

ペーパーバンドまたは遠心分離機による濾過システムもKENFILT製品の取り扱いに含まれていますが、確実に避ける必要があります。

このタイプのフィルターの公称値で懸濁液中に残る微粒子は5-15µmです。これらはオイルの交換が必要になるまで、少しずつオイルに蓄積します小さな粒子が大量にホイールの切削目を詰まらせ、さらには高圧ポンプの損傷に繋がります。

CBNと連携するためのKENFILTセントラル濾過プラントおよび装置

KENFILTは、CBNホイール加工の出力を達成することができる、一連の特別な装置を開発しました。 KENFILTは各お客様の特定のニーズに合わせて、変更が必要な濾過装置の研究と設計のために冶金産業に捧げています。

パーライト鋳鉄の機械加工に使用されるエマルジョン用セントラル濾過システム

KENFILTは、フランスの自動車ブレーキ工場に、セントラル濾過プラントタイプFIDE 4 DA 32を設置しました。

・ 加工ラインからの切粉とクーラント液を収集するための45mの速度のライン。

・ ワークショップ内のピットに設置された、自動切屑抽出機能を備えた32mの容量の沈殿タンク。 -空気圧バキュームおよびフィルターエレメントとして不織布バンドを使用して、フィルター流量3.500 l / minのフィルターFIDE 4

・ 清潔な液体分配配管と「ポンプ」システム

・ 表面脱油装置

セントラル濾過システムは完全に自動化されており、優れた濾過レベルと脱油システムのおかげで、機械加工の品質が向上、工具寿命が長くなり、上述で証明された長持ちするエマルジョンが得られます。スペインの同じ会社に設置された工場では、3年以上の作業を経てもエマルジョンは交換されていません。

研削事業向けのセントラル濾過システムTADE 4 DA 7

この小さなセントラル濾過プラントは、フランスの企業HAUTE SAVOIEの下請け会社に設置されました。

このセントラルプラントは、ペーパーバンドシステムとハイドロリックバキュームにより、1,000L/minのエマルジョンの流れを濾過した後、20台のセンターレス研削盤に配布されます。総容量は7m “で、フロアレベルにあります。汚れた液体の戻りは、機械の横にある小さな移送タンクと頭上のパイプネットワークによるものです。

このシステムは工場レイアウトの変更を容易にし、製造現場のどこにでも設置できるため、製造業者のニーズに応じて機械を配置できます。

欧州コミュニティ(E.C.)の研究プロジェクトへの参加

KENFILTは、非金属材料の高生産研削作業で使用される液体の濾過用に特別に設計されたプレコートフィルターをKASIERSLAUTERN大学に提供しました。大学とKENFILTに加えて、冷却剤の製造業者、およびスウェーデンの民間研究機関がこの研究プロジェクトに参加しました。このプロジェクトの目的は、高出力研削作業で使用される要素の最適化です。

現在の状況は次のとおりです:

・ 調査対象の非金属製品における日本に対するE.C.の競争における不利な点
・ 高い工具コストによる低収益性の加工
・ 頻繁に交換する必要があるクーラントによる環境負担の発生率
・ 不良部品の割合が高い

作業対象は次のとおりです:

・ 高速研削(最大180m/s)
・ 大型超音波センサーによる研削
・ 非金属材料の高出力研削用クーラントとしての油の分析
・ クーラント濾過の最適化により、部品の品質を向上させ、砥石の寿命の向上
・ 元素の品質を検証するための物理化学的チェック
このプロジェクトは、今後4年間にわたって実施される予定です。