金型・部品加工業専門コンサルティング

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研修レポート:高度ポリテクセンター「金型の鏡面磨き技法」

FAQ

研修レポート:高度ポリテクセンター「金型の鏡面磨き技法」

講習で磨いたワーク

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私の23年間の現役生活の中で、金型磨きは相当作業しましたが、体系的に正しいやり方というものを、公的に学習したことがなかったので、今回、3日間に渡り、千葉県の高度ポリテクセンターにて、「金型の鏡面磨き技法」という講習を受講してきました。

修了証書「金型の鏡面磨き技法」

 

 

3日間の中で、いろいろと学ぶことはありましたが、座学はほとんどなく、基本的に実技が90%を占めており、実践の中で手を動かし、体で覚えることを重視した内容でしたので、今回私の記憶をまとめておく意味でも、研修での磨き工程の流れと、各工程ごとのポイントなどをまとめてみたいと思います。

 

全体の流れ

今回受講した、3日間の鏡面磨き工程は、次のとおりです。

 

  • 砥石研磨

①#600

②#800

③#1000

講習で使用したスティック砥石

講習で使用したスティック砥石

 

  • ダイヤモンドペースト研磨

④#600

⑤#800

⑥#1000

⑦#2000

⑧#3000

⑨#5000

⑩#8000

 

 

今回ポリテクセンターで受講できる、一つのメリットでもあるのですが、上記の各番定の最後に、高精度な海外メーカー製の表面粗さ測定機で、表面性状を計測してもらえます。

これにより、定量的に、各番定を終えるときの面粗さを、数値で知ることができます。

 

具体的な流れ

ワークサイズは60×60×15ミリで、素材はウッデホルム社STARVAX材で、硬度はHRC31~35です。磨きのスタートの状態は、φ6ラジアスエンドミルで、複数の軌跡を一方向仕上げで走ってあるフライス目です。その表面粗さは、Ra0.2a相当でした。

 

1. 砥石:#600
まずは、フライス目を除去する平滑加工からスタートです。

 

・使用する道具
 砥石:株式会社Misumi スティック砥石 EXSCシリーズ
 研磨油:株式会社Misumi 仕上加工用研削オイル (BCUT)

 

まずは、スポイドを使って研磨油をワークに2、3滴つけ、下図のように、砥石をわずかな力で回しながら、ワークに馴染ませます。

 

ワークに研磨油をなじませる様子

 

次は、いよいよ磨き作業の開始になります。

今回のサイズのワークの場合でしたら、下図のように、Y方向を3つのエリアに分けて、ストロークが長くならないように磨きます。これにより、ワークの中で、磨く力のバラツキが起こらないようにします。

 

ワークを3つのエリアに分けて磨く様子

 

磨きについては、削れていることを手に感じながら、とにかく今表面に残っているフライス目に対し、「直角」に磨きます。簡単なようですが、私が見たところ、今回の参加受講生は12名いましたが、多くの方が、それができておらず、指摘を受けていました。

 

なぜ、意識して直角にストロークしないといけないか、ですが、次の#800は、今磨いている#600の磨き傷に対し直角に磨きますが、このように、各番定が変わるたびに、直角に方向を変えながら磨いていくと、今磨いている前の番定の磨き傷が残っていることを見つけやすくなります。

 

基本的に、番定の#番号が大きくなるほど、砥石の目がきめ細かくなり、削れる深さは浅くなっていきます。したがって、前の番定でつけてしまった深いキズを、後の番定で除去することは大変なことであり、不効率な作業になります。

 

さて、3つのエリアに区切り、磨きを行なっていくわけですが、途中で、油をきらせると、オレンジピールと呼ばれる焼けの原因になるので、気をつけなければいけません。

焦らず、油分が無くなってきたと感じたら、再度、スポイドで2,3滴、塗布し、再び砥石で回しながら、なじませます。

 

このように磨いていると、徐々に手の感触として、削れていないことを実感できると思います。実際に粉も出てこなくなります。そうなったら、次の番定に移る頃合いです。時間として、15~20分を2セットほど行います。

 

そうしたら、次の番定に移るための測定・検査を行ないますが、その前に、磨いた表面全体を再度、力を抜いて磨きなおし、表面を慣らす磨きをしました。

具体的には、押さえるほどの力をかけず、全体を磨きなおします。このとき講師の先生は、直線のストロークではなく、ランダムな軌跡で磨いてよいと言っておりましたが、私はその勇気はなく、引き続き、直線の往復動作で磨きましたが、特に問題はなかったようです。時間にして、10~15分ほど磨きます。

 

磨き終われば、表面性状の測定・検査のために、水洗いをします。ただし、水洗いだけでは、微細な溝の間に入ったスケール(削った粉)は完全には出てきません。そこで、コンタクトレンズなどの洗浄で用いる超音波洗浄機を使って、ワークを3分間、洗浄します。

 

こうして洗浄したワークを、①ルーペによる確認と、②表面粗さ測定機により、表面性状を確認します。

 

まず、ルーペによる確認では、今磨いた番定によって深い傷が出来ていないか、また、前の番定(ここではフライス目)の傷が残っていないかを確認します。ルーペは、10倍のものを支給して、貸してくれました。

 

特に、磨きにくい真ん中以外が要注意です。これは、この後のダイヤモンドペーストも同様ですが、真ん中が磨きやすく、また自分の手を良く見ているとわかるのですが、真ん中は軌跡として何回も通過するので、真ん中は磨く割合が多くなります。

磨きやすい場所と磨きにくい場所

その結果、真ん中ばかりが磨かれて、その周りは磨き不足になりやすくなります。これを防ぐには、意図的に真ん中以外のストロークを増やしてやるとちょうどいいです。

私は、周辺2:真ん中1、の意識で磨きました。

 

ルーペによる確認で問題なければ、講師の先生に診てもらいます。そこで、先生は、エタノールをカット綿に含ませ、ワーク表面を拭き取ります。そうすると、水洗いのうえ、超音波洗浄機で洗ったワーク表面であっても、まだそのカット綿は黒く汚れます。

 

このように、磨き傷の間に入ったスケールは、細かいため、傷の奥の奥にまで入っています。ですので、正確に今の番定の磨き後の表面性状を確認する場合には、エタノールで洗浄するのがよさそうです。

なお、まだ後の工程ですが、ダイヤモンドペーストによる磨きの後は、磨いて出る粉が、さらに細かくなるため、超音波洗浄機による洗いでは、ほとんど洗浄効果がなくなるので、水洗いのあとは、このエタノールを含んだカット綿で拭くだけの洗浄になります。

 

さて、講師の先生による確認の後は、センターの測定機を使って表面粗さの測定になります。そこでは、受講生全員の測定結果による平均値、また毎年受講される受講生さんの前年までの平均値と比較してくれます。

この番定の平均粗さは、算術平均粗さでは、およそ0.42aでした。

 

もし、平均の表面粗さ値に達していなかったり、深い傷が残っているようなら、再度、#600のスティック砥石を使って、これまでと同様の手順で磨きます。このときの注意点としては、深い傷があるからといって、同じ箇所ばかりを念入りに磨いていると、せっかく前加工のフライス加工で表面の平面度を確保しているのに、それが崩れてしまいます。

したがって、特定のところばかりを磨かずに、深い傷の箇所が消えるまで、全体を均一に磨きます。

 

私の場合は問題ないとのことでしたので、次の番定に移ることになりました。

なお、作業場では、新聞紙が複数枚重ねてひいてあり、番定を上げるごとに、一枚ずつめくって使えるようになっていました。その意義は、番定を上げるときに、今の粗い番定の磨き傷が、次の細かな番定の砥石に付着し、深い磨き傷をつけてはいけないためです。徹底的に周辺の作業環境をきれいにします。これは、自分の手も同じことで、必ず水洗いをして、今の番定の粉を、後に残さないようにします。

 

このように、今回の講習では、とにかく作業環境をきれいにすることを言われました。

 

② 砥石:#800

 

・使用する道具
 砥石:株式会社Misumi スティック砥石 EXSCシリーズ
 研磨油:株式会社Misumi 仕上加工用研削オイル (BCUT)

 

次の#800のスティック砥石に移ります。ここでの注意点は、必ず、前の番定の#600の砥石を隔離し、間違えて使わないようにすることです。

それと、前の番定で使った研磨油を塗布するスポイドですが、ワークに先端を触れないようにすることでした。もし、触れてしまうと、磨き粉が付着する可能性があるので、別のスポイドを使うようにします。

 

さて、磨き作業ですが、基本的には、#600と同じです。3つのエリアに分けて磨き、ストロークが長くなりすぎないようにします。研磨油を含ませ、磨きに入ります。

 

#600のときと同様に、ここでは、#600の磨き方向に対し、きっちり直角方向で磨きます。そのため、目印として、ワークの側面には、ポンチ痕をつけておりました。

ポンチ傷を付けてあるワークの様子

 

この番定も同様に、削れていることを手から感じることができ、粉も出てきます。

粉が出てこなくなり、削れている感触がなくなってきたら、そろそろ次の番定に変える頃です。時間にして、15~20分のストロークを2回行いました(途中に一息入れます)。

 

磨き終わったら、#600のときと同様に、極度に力を抜いた磨きを、10~15分行い、表面をきれいに慣らします。ただし、実際に表面がどうなっているかは、磨いている最中にはわかりません。

 

そこで、#600のときと同様に、表面を洗浄して、計測・検査を行います。

 

まず、①水洗いをして、②超音波洗浄機にかけ、③エアーブローで水気を飛ばし、④使い捨てのペーパータオルで拭き、⑤エタノールを含んだカット綿で表面を拭き取り、汚れがカット綿に付着しなくなるまで何度も拭き取ります。汚れたカット綿を使うと、磨いた表面に傷が走ってしまうため、勿体無いと思わずに、使ったカット綿は遠慮なく交換しながら、汚れが付かなくなるまで何度も拭き取ります。

 

表面の確認は、#600のときと同じく、①ルーペを使って、深い傷がないか、前の番定の傷が残っていないか(見つけやすくするため直角に磨く)を確認し、②表面粗さ測定機を使って、平均値との比較をします。

今回の受講生および過去の受講生のおおよその平均値は、Ra値で0.31aでした。

私は、問題ないとのことでしたので、次の番定に移ることにしました。

 

ここでも、作業環境を整えることは言うまでもありません。

 

なお、初日の講習は、この#800の途中で終了したので、錆びないための処置を行い、作業を終了しました。

具体的な処置としては、充分に水洗いをし、超音波洗浄機による洗浄、エタノールによる拭き取りを行なった後、防錆剤(KURE3-36)をワーク表面に塗布し、サランラップを表面に貼り付けました。

その時の注意点として、サランラップとワークの間に気泡を作らないことでした。気泡があると、そこで、ワーク表面が空気に触れ、錆びが出るためです。

 

③ 砥石:#1000

 

さて、#1000ですが、使用する道具や手順は、ここまでの#600、#800と変わりません。

 

・使用する道具
 砥石:株式会社Misumi スティック砥石 EXSCシリーズ
 研磨油:株式会社Misumi 仕上加工用研削オイル (BCUT)

 

同じ手順で磨き作業を行いますが、段々と磨く砥石の目が細かくなり、除去できる量もわずかになってきます。したがって、ここまで来るまでに、深い傷を見落としていると、ここからの砥石やダイヤモンドペーストで除去することは難しくなります。

ですので、もしこの時点で、深い傷が見つかるようなら、勇気を出して、#600のスティック砥石に戻るよう促されます。

 

深い傷が無いようでしたら、ここまでと同じ手順で、①磨き、②洗浄、③計測、を行い、問題なければ、次はいよいよ、スティック砥石ではなく、ダイヤモンドペーストを使って磨いていきます。

 

④ ダイヤモンドペースト:#600

 

ここから、砥石ではなく、ダイヤモンドペーストを使った磨きになり、より光沢のある表面性状にしていきます。

 

・使用する道具

 ダイヤモンドペースト:株式会社Misumi製

 荒磨き用木材:チーク材

 仕上げ磨き用木材:バルサ材

 研磨油:ジョンソン株式会社 ベビーオイル

 

ダイヤモンドペーストは、各自、注射器ではなく、1センチくらいをサランラップのうえに出して配られました。それを、人差し指に巻き、直接ワークに塗るのではなく、チーク材の表面に塗布します。

ダイヤモンドペーストを塗布した各番定のチーク材の様子

 

次に、ワークの表面に、ジョンソン社のベビーオイルを2,3滴、ワークの上に垂らし、ペーストを塗布したチーク材を使って、研磨油をゆるーくかき回すようにし、ワーク表面になじませます。

 

特に、この工程くらいワーク表面が磨かれてくると、チーク材とワークとの間で、ブロックゲージで行なうようなリンギングの効果が出てしまうため、ベビーオイルのような研磨用の油でなくても良いので、潤滑用の油が必要とのことでした。

 

ワーク表面に、研磨油が行き渡ったら、またスティック砥石のときのように、3つのエリアに分け、前の番定の磨き方向とは直角方向に磨きます。時間にして、15~20分くらいでしょうか。この間、研磨油が切れると、焼けを起こすリスクがあるので、チーク材の動きが悪くなったら、再び研磨油を2,3滴垂らします。

 

ただし、研磨油は塗布しすぎると、チーク材表面のペーストが薄くなってしまうため、要注意です。講習では、ペーストは最初に1回、支給される分だけで磨くため、あまり多量に研磨油を何度も塗布しすぎると、チーク材表面のペーストが薄くなってしまうとのことでした。

 

しかし、ペーストはチーク材の表面にあるポーラス状の穴に入り込むため、すぐに無くなってしまうこともないそうです。私は、焼けが怖かったので、わりと多く塗布した方だと思いますが、特に問題はありませんでした。

 

そもそも、チーク材を使う理由は、木材であるため、適度なクッション性が得られ、またダイヤモンドペーストが木材表面に入り込むことで、木材が砥石における結合材(※)の役目を果たします。

※ 砥石の3要素・・・砥粒、気泡、結合材

 

磨いている最中は、削れて出てくる粉と研磨油により、表面性状は見えないので、ある程度の目安の時間まで磨くこと、そして削り粉が出ているかで判断します。これは感覚的なことなので、判断は難しいかと思いましたが、意外とわかります。

 

ダイヤモンドペースト#600を使った磨きは、次のような時間配分で磨きました。

  1. 15~20分磨く(チーク材を使用)
  2. 再度、15~20分磨く(チーク材を使用)
  3. 仕上げの磨き(バルサ材を使用)

 

上記のように、チーク材による磨きを、15~20分2セットほど行なったら、もう磨いている手に引っかかりが無くなってくることを感じます。これが、チーク材を使った磨きの終わりのサインかと思います。

 

次は、バルサ材の磨きによる光沢だしに入ります。先ほどまで使っていたチーク材はいったん置いておき、バルサ材に持ち替えます。

各番定のバルサ材の様子

 

このさい、特に新たにペーストは補充しませんでした。ワークの表面についたペーストは、バルサ材の表面に充分入り込むとのことでした。

 

このバルサ材を使用する目的は、チーク材と比較し、さらに表面のクッション性は高いため、これで磨くことで、表面を削り取る効果よりも、高いクッション性により表面の磨き効果を高めるとのことでした。

 

バルサ材による磨きは、ランダムの軌跡を描きます。具体的には、下図のように、グルグルと小さな円を描くように磨きます。このときの押す力は、かなり弱い力で磨きます。こうした磨きを、15分続けます。

ワークをランダムに磨く様子

これが終わったら、水洗いをします。この後、砥石磨きのときは、超音波洗浄機で洗浄していましたが、ダイヤモンドペーストによる磨きの後は、磨き粉が細かすぎて、超音波洗浄機を使っても、ほとんどスケールは出てきません。

したがって、水洗いの後は、エアーブローした後、ペーパタオルで軽く押し拭き、エタノールを塗布したカット綿で拭き取ります。このとき、カット綿に汚れがつかない程度まで、何度もカット綿を交換しながら拭きとります。

 

ダイヤモンドペーストの磨き後のチェックは、①ルーペ、②顕微鏡、③表面粗さ測定機の順で検査しました。

ルーペによる確認は、前工程の磨き傷が残っていないかで、顕微鏡の検査も同様です。

表面粗さ測定機は、砥石のときと同様に、平均との比較で、磨き足りているかを確認しました。

 

私の場合は、中心付近の表面粗さは、平均並みに出ていましたが、4隅付近はそこまで達していない部分があったので、前述したような手順で追加磨きをしました。

 

⑤ダイヤモンドペースト:#800

 

・使用する道具

 ダイヤモンドペースト:株式会社Misumi製

 荒磨き用木材:チーク材

 仕上げ磨き用木材:バルサ材

 研磨油:ジョンソン株式会社 ベビーオイル

 

手順は、ダイヤモンドペースト#600とほとんど変わりません。ただ、注意することとして、①とにかく作業環境をきれいにして、前番定の研磨粉が次の工程に入り込み、不要な傷を付けないようにすること、また、②同じく前番定で使ったチーク材、バルサ材を次の番定で間違えて使わないよう、しっかり隔離しておくこと、③ベビーオイルの塗布に使っているスポイドの先端部を、ワークに触れないようすることなどでした。

 

2日目の講習は、ここで終了しました。

 

⑥ダイヤモンドペースト:#1000

 

3日目のスタートは、#800の磨き表面の確認から始まり、問題なかったので、#1000の磨きに入りました。

このあたりから、表面の管理がとてもシビアになってくるのを感じました。磨いた表面は、水洗いなどで、いつでもスッと傷が入ってしまいそうでした。

 

この#1000の手順も、ここまでの#600、#800と同じです。

 

なお、この#1000の磨き後の検査後に見つかった大きな傷については、#1000といった細かな砥粒の磨きで消しこむのは、非常に大変なため、#600まで戻って磨きなおすことを促されます。

 

私の場合は、問題なかったので、次の番定に進みました。

 

⑦ダイヤモンドペースト:#2000

⑧ダイヤモンドペースト:#3000

⑨ダイヤモンドペースト:#5000

 

ほとんど手順は、変わりません。とにかく表面に不要な傷をつけないよう、管理に気を使いました。

 

⑩ダイヤモンドペースト:#8000

 

いよいよ、私の今回の参加の目的の一つである、#8000の磨きです。やはり手順は変わりません。講師の先生もとにかく、作業環境をきれいにしなさいと一層強く言われておりました。

 

前の砥石磨きのときも同じでしたが、この時点でも気をつけたのは、次のことです。

  1. とにかく均等な力で磨き、磨き粉が出ていて、ひっかかりがあることを意識する。
  2. どうしても磨きやすい中心付近のストローク回数が多くなるので、四隅付近2:中心付近1、の割合を意識する。

 

これらを意識しながら、チーク材:15~20分を2セット磨き、バルサ材:15分1セット磨きを行い、①ルーペ、②顕微鏡、③表面粗さ測定機による確認を行なったところ、問題なかったので、鏡面磨き講習は完了しました。

磨き完了後の写真

 

今回受講した12名のうち、#8000の磨きまで行けた人は、私を含め、4名でした。磨き作業は時間がかかるため、やはり手戻りと無駄な作業が多くなると、時間内には終わりません。

 

講師の先生の著書にもありますが(講習の際、配布されます)、スティック砥石なら100回、ペーパーなら50回の磨きで、効果がどんどん下がっていきます。

SL砥石と磨き回数と表面粗さの比較

著者: 大寄赳彦 出版社:日刊工業新聞社 発売日: 2011年3月「現場で役立つ 射出成形金型磨き加工の勘どころ」より

 

したがって、その状態で、一生懸命磨いていても、効率は悪く、作業時間をロスしていきます。

また、そのように切れなくなった砥石で長時間磨かなければいけないのは、そもそも大きく残る傷をつけてしまい、それを延々除去しなくてはいけないときです。

 

やはり、均等な力と、真っ直ぐ直線的なストロークで地道に磨き、不要な遠回りをしない作業が、結局は効率がよいということになります。

 

近年、こうした作業が軽視されていると感じます。やりたいという若手技術者も少なくなりました。

しかし、こうした磨き作業は、技術・技能とは何かを改めて教えてくれる作業の一つと言えます。

 

もしよろしければ、参考にしてみてください。

 

金型・部品加工業専門コンサルティング

技術コンサルタントshoei

代表コンサルタント:村上 英樹

 

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