JP2017024124A - アルミホイールの切削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の加工方法を大きく変更することなく、ふち欠けが低減される、アルミホイールの切削加工方法を提供する。
【解決手段】 塗膜が形成されたディスク面の一部を切削工具により除去して光輝面を形成するアルミホイールの切削加工方法である。切削工具を、ディスク面に対して負のすくい角にし、ディスク面に対して移動させつつ切削し、切削工具を、ディスク面に対して負のすくい角のままさらに移動させ、ディスク面の角部を塗膜ごと削り抜く。
【選択図】図３

Description

本発明は、光輝アルミホイールを製造するためのアルミホイールの切削加工方法に関するものである。

意匠性を高めた自動車用アルミホイール（アルミニウム合金製のホイール）に、光輝アルミホイールがある。図６に示すアルミホイール１０は、光輝アルミホイールであり、ディスク面にスポーク部１１を有し、スポーク部１１の基材の金属光沢が現れるよう、スポーク部１１の前面が加工されている。この金属光沢面は、光輝面と呼ばれる。光輝面に隣接する側面１７には、有色の塗膜１５が形成され、塗膜１５が光輝面の光沢を際立たせることにより、アルミホイールの意匠性を高めている。

図６のスポーク部１１の光輝面は、例えば、以下のように形成する。まず、図７（ａ）に示すように、アルミニウム基材１９の頂部１３および側面１７の全面に、塗膜１５を形成する。この塗膜１５には、例えば、粉体層、カラー層およびクリアコート層等の複数層からなる、粉体塗装が用いられる。

次に、図７（ｂ）に示すように、頂部１３を、切削工具により図の上方からＱ−Ｑ線まで切削加工する。この切削加工により、頂部１３にアルミニウム基材１９の切削面１４が形成され、この切削面１４が光輝面となる。そして、切削面１４に隣接する側面１７には、塗膜１５が残される。

従来の頂部１３の切削加工について詳しく説明する。まず、図８（ａ）に示すように、切削工具２１を、頂部１３の上面に対し、塗膜１５の厚み以上の切込み量にして切込む。そして、切削工具２１を、頂部１３の上面に沿って移動させ（図中矢印Ｔ）、頂部１３の一部および塗膜１５を切削除去する。

この切削加工により、切削工具２１の進行方向に、切りくず２５が形成される。この切りくず２５には、切削工具２１から進行方向の力（図中Ｕ）が作用する。そして、図８（ｂ）に示すように、切削工具２１を、切削面１４と側面１７の境界部１８近くまで移動させると、力Ｕは、塗膜１５に対して引張力として作用する。

そして、図８（ｃ）に示すように、切削工具２１をさらに移動させ、切削面１４と側面１７の境界部１８を削り抜き、アルミニウム基材１９（切削面１４）から切りくず２５を破断する。これにより、アルミニウム基材１９の上面には、光輝面となる切削面１４が形成され、切削面１４に隣接する側面１７には、塗膜１５が残される。

ここで、上記方法において、切削面１４に隣接する塗膜１５の部分に、欠け（ふち欠け）が発生することがある。これは、図８（ｃ）に示すように、切削工具２１からの力Ｕが、側面１７上の塗膜１５に対して引張力として作用し、塗膜１５がこの引張力を受けながら破断することに起因している。この引張力により、塗膜１５の破断位置は不安定となり、破断位置が、ばらつきやすくなる。そして、塗膜１５が、切削面１４と側面１７の境界部１８から大きく離れた位置で破断し、ふち欠けとなることがある。

このようなふち欠けについて、種々の対策が提案されている。例えば、特殊な塗膜を形成することにより、切削性を向上させる方法が提案されている（例えば特許文献１）。また、切削加工をレーザ加工に替えて加工する方法も提案されている（例えば特許文献２）。

特開２００８−８０２８６号公報 特開２００９−２９３３３号公報

しかし、特許文献１や特許文献２の方法では、従来と異なる方法や特殊な塗膜を使用するために、新たな加工設備が必要である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、アルミホイールの光輝面を形成する、従来の切削加工の手法を大きく変更することなく、ふち欠けの発生を抑制できる、アルミホイールの切削加工方法の提供を目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明は、塗膜が形成されたディスク面の一部を切削工具により除去して光輝面を形成するアルミホイールの切削加工方法であって、前記切削工具を、前記ディスク面に対して負のすくい角にし、前記ディスク面に対して移動させつつ切削し、前記切削工具を前記ディスク面に対して負のすくい角のままさらに移動させ、前記ディスク面の角部を前記塗膜ごと削り抜くことを特徴とするアルミホイールの切削加工方法である。

前記切削工具の先端のノーズ半径は、０．４〜０．８ｍｍであることが望ましい。

前記切削工具の先端のノーズ半径は、０．４ｍｍであり、前記切削工具のすくい角度は、−５°〜−３０°であってもよい。

前記切削工具の先端のノーズ半径は、０．８ｍｍであり、前記切削工具のすくい角度は、−２０°〜−３０°であってもよい。

本発明によれば、塗膜を形成した頂部と側面の境界部を、負のすくい角に設定した切削工具により削り抜く。これにより、側面上の塗膜を曲げモーメントにより破断でき、塗膜の破断位置を安定にして、ふち欠けの発生を抑制できる。従来のふち欠け対策と比較すると、本発明の方法は、光輝面を形成する切削装置について切削工具を設定するだけでよく、従来の切削加工の手法を大きく変更することなく、ふち欠けの発生を抑制できる。

特に、切削工具のノーズ半径を、０．４〜０．８ｍｍの範囲に設定することにより、塗膜を安定した位置にて破断し、ふち欠けの発生をより抑制すできる。そして、ノーズ半径を０．４ｍｍに設定したときは、切削工具のすくい角度は、−５°〜−３０°に設定することが望ましい。また、ノーズ半径を０．８ｍｍに設定したときは、切削工具のすくい角度は、−２０°〜−３０°に設定することが望ましい。このような設定により、ふち欠けの発生をより抑制でき、優れた面状態の光輝面を形成できる。

なお、本発明で言うノーズ半径は切削工具の公称値である。実際のノーズ半径は、加工公差により±０．１ｍｍの範囲を含む。

本発明によれば、アルミホイールの光輝面を形成する、従来の切削加工の方法を大きく変更することなく、切削工具の設定により、ふち欠けの発生を抑制できる。

切削工具１の切削部３近傍を示す斜視図。 （ａ）は、切削部３の正面図、（ｂ）は、切削部３の断面図であって（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、切削工具１によって、アルミニウム基材１９及び塗膜１５を切削する工程を示す概念図。 すくい角とふち欠け発生数の関係を示す図で、（ａ）はノーズ半径１．２ｍｍの工具を用いた結果を示す図、（ｂ）はノーズ半径０．８ｍｍの工具を用いた結果を示す図、（ｃ）はノーズ半径０．４ｍｍの工具を用いた結果を示す図。 切削工具の切削方向の正面から見た切削形状を示す図で、（ａ）はノーズ半径０．４ｍｍの例を示す概念図、（ｂ）はノーズ半径１．２ｍｍの例を示す概念図。 アルミホイール１０を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、図７のＰ−Ｐ線断面図における、アルミニウム基材１９の切削工程を示す概念図。 （ａ）〜（ｃ）は、切削工具２１によって、アルミニウム基材１９及び塗膜１５を切削する工程を示す概念図。

以下、本発明の実施形態の切削加工方法について説明する。本実施形態により作製するアルミホイールは、図７に示すアルミホイール１０と同様のものである。図７〜図８に示した構成と同様の構成については、重複する説明を省略し、以下、適宜同一の符号を付して説明する。

図１に示すように、本実施形態の切削加工方法では、切削部３を有する切削工具１を用いる。この切削工具１は、図２（ａ）に示すように、切削部３の先端部（ノーズ）を、半径ｒの曲面に形成したものである。以下の説明では、切削工具１の正面視における、切削部３先端部の曲率半径ｒを、「ノーズ半径」と称する。

また、図２（ｂ）に示すように、切削工具１は、被削材（アルミホイール基材）５の被削面の垂線Ｋと、切削工具１のすくい面４とのなす角度がγになるように配する。この角度γはすくい角度γと呼ばれる。

本実施形態の切削加工方法では、切削工具１のすくい面４を、垂線Ｋから切削工具１の進行方向（図中左側）に傾斜させる。すなわち、すくい面４と被削材５の切削面（切削工具１の進行方向後方における被削材５の表面）との角度を、鈍角（９０°＋γ）にする。このように、すくい面４を切削工具１の進行方向側に傾斜させた状態を、「負のすくい角」と称する。

アルミニウム（アルミニウム合金含む。以下同様）の切削加工では、通常、切削工具を、「正のすくい角」に設定する。これは、アルミニウムが他の金属と比較し軟らかいためであり、「負のすくい角」にすると、アルミニウムが切削工具先端に溶着し、工具が損傷しやすくなるためである。
本実施形態の切削加工では、図２（ｂ）に示すように、切削工具１を「負のすくい角」に設定する。すなわち、通常のアルミニウムの切削加工とは逆のすくい角度に設定する。

次に、本実施形態の切削加工方法について、切削工具１の動きを追いながら説明する。まず、図３（ａ）に示すように、切削工具１を、頂部１３（ディスク面）に対し、塗膜１５の厚み以上の切り込み量にして切込む。そして、切削工具１を、頂部１３の上面（ディスク面）に沿って移動させ、アルミニウム基材１９から、頂部１３の一部と塗膜１５とを切削除去し（図中矢印Ｂ）、切削面１４を形成する。

この切削加工により、切削工具１は、進行方向に切りくず２５を形成する。この切りくず２５には、切削工具１から進行方向の力が作用し、同時に、負のすくい角γにより、すくい面４から曲げモーメント（図中Ｃ）が作用する。そして、図３（ｂ）に示すように、切削工具１を、切削面１４と側面１７の境界部１８近くまで移動させると、曲げモーメントＣが、塗膜１５を折り曲げる力として作用する。

さらに、図３（ｃ）に示すように、切削工具１をディスク面に対して負のすくい角のままさらに移動させ、ディスク面の角部（側面１７と切削面１４との境界部１８）を塗膜１５ごと削り抜く。切りくず２５が、アルミニウム基材１９から破断し、ディスク面の上面の側面１７までの範囲に、光輝面となる切削面１４が形成される。切削面１４に連続する側面１７には、塗膜１５が残される。
側面１７までを削り抜く際、境界部１８近傍の側面１７上の塗膜１５には、大きな曲げモーメントが作用する。これにより、塗膜１５は、境界部１８で折り曲げられるようにして破断され、破断位置が安定して、ふち欠けの発生を抑制できる。

次に、実際にアルミホイールの光輝加工である切削加工を行い、ふち欠けの発生について評価を行った。加工には、それぞれ公称値が０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍの三水準のノーズ半径の切削工具を用い、それぞれのノーズ半径の切削工具を、複数のすくい角にして切削加工を行った。

なお、切削加工では、塗膜が形成されたアルミホイール基材を、回転軸を中心に回転し、切削工具をアルミホイールの径方向に移動させ、ディスク面であるスポーク部の前面を切削加工するようにした。

図４（ａ）〜図４（ｃ）に、加工結果を示す。図の横軸の０°よりも右側には、正のすくい角の結果を示し、０°よりも左側には、負のすくい角（図２（ｂ）に示す切削工具１と同様）の結果を示す。

なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）には、切削工具の送り量を変えた結果を同時に示し、切削工具を径方向に０．３ｍｍ／ｒｅｖの送り量にした結果を、線Ｄ（実線）にて示し、０．１ｍｍ／ｒｅｖの送り量にした結果を、線Ｅ（破線）にて示している。いずれの加工条件においても、切削工具の切込み深さは、０．３ｍｍとした。

ふち欠けの発生数は、加工後の目視により計数した。大きさが２００μｍ以上の欠けをふち欠けとし、ふち欠けの発生数が４０個以下であれば合格とし、ふち欠けの発生数が２０個以下であれば、特に良好な加工結果であると判断した。

図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、いずれのノーズ半径の切削工具においても、すくい角を小さくするほど、ふち欠けの発生数は減少した。特に、切削工具を負のすくい角に設定すると、ふち欠けの発生数を４０以下に抑制できた。これに対し、切削工具を正のすくい角に設定すると、条件等に応じて、ふち欠けの発生数は４０個を超えた。

また、切削工具のノーズ半径を小さくすると、ふち欠けの発生をより抑制できた。この効果の推定される理由について、図５を用いて説明する。

図５に示すように、本実施形態の切削加工では、被削材（塗膜１５が形成されたアルミホイール基材）５が１回転する間に、切削工具を被削材５の径方向に送り量Ｇだけ送り（図中矢印Ｆ）、切削面を形成する。なお、図中Ｈは、被削材５に対する切削工具の切込み深さである。

領域Ｌは、被削材５が１回転する度に切削される領域であり、領域Ｌの曲線Ｉ−Ｊの曲率半径は、ノーズ半径を小さくした方が小さくなる。そして、この曲率半径が小さくなると、切削領域の塗膜１５とともに除去される被削材５の厚みが厚くなる。これにより、塗膜１５に大きな曲げモーメントが作用し、塗膜１５の破断位置を安定させることができ、ふち欠けの発生がより抑制できると考えられる。

上記実施例における結果から、本発明は、ノーズ半径が１．２ｍｍ以下の切削工具を用いることが有効であり、特にノーズ半径が０．８ｍｍ以下の切削工具を用いることが望ましい。なお、ノーズ半径が小さくなると、切削工具を移動させる送り量を小さくしなければならず、時間当たりの加工効率が悪くなる。このため、ノーズ半径は０．４ｍｍ以上にすることが望ましい。

なお、図４（ｂ）に示すように、ノーズ半径が０．８ｍｍの切削工具を用いたとき、すくい角を約−１５°以下（さらに望ましくは−２０°以下）とすることで、ふち欠け発生数を２０個以下とすることができた。また、図４（ｃ）に示すように、ノーズ半径が０．４ｍｍの切削工具を用いたとき、すくい角を約−５°以下（さらに望ましくは−１０°以下）とすることで、ふち欠け発生数を２０個以下とすることができた。すなわち、いずれの条件においても、良好な加工結果を得た。

なお、いずれのノーズ半径においても、すくい角を負にしすぎると、切粉の排出や切削面状態に問題が生じることがあった。すなわち、すくい角を−３０°未満にすると、切粉の発生形態が不安定になって加工面を傷つけることがあり、また、加工面がむしれたような面に形成されることがあった。したがって、切削工具のすくい角は−３０°以上とすることが望ましい。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本実施形態では、アルミホイールのスポーク部の加工を例にして説明したが、本発明はこれには限定されない。本発明は、例えばメッシュタイプなどのアルミホイールにも適用可能である。すなわち、切削工具をディスク面に対して負のすくい角にして切込み、移動させて切削面を形成し、削面と切削面に隣接する側面との境界部を削り抜き、側面に塗膜が残るものであれば、アルミホイールの形状は問わずに、本発明を適用可能である。

また、上記実施形態では、図３に示すように、切削工具のすくい面を、切削工具の進行方向に対して垂直にして切削加工する例について説明した。しかし、切りくずを適切な方向に排出するために、切削工具のすくい面を、切削工具の進行方向に対して傾けることも可能である。

１、２１………切削工具
４、２２………すくい面
５、２３………被削材
１０………アルミホイール
１１………スポーク部
１３………頂部
１４………切削面
１５………塗膜
１７………側面
１８………境界部
１９………アルミニウム基材
２５………切りくず

Claims (4)

1. 塗膜が形成されたディスク面の一部を切削工具により除去して光輝面を形成するアルミホイールの切削加工方法であって、
   前記切削工具を、前記ディスク面に対して負のすくい角にし、前記ディスク面に対して移動させつつ切削し、前記切削工具を、ディスク面に対して負のすくい角のままさらに移動させ、前記ディスク面の角部を前記塗膜ごと削り抜くことを特徴とするアルミホイールの切削加工方法。
2. 前記切削工具の先端のノーズ半径は、０．４〜０．８ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のアルミホイールの切削加工方法。
3. 前記切削工具の先端のノーズ半径は、０．４ｍｍであり、前記切削工具のすくい角度は、−５°〜−３０°であることを特徴とする請求項１記載のアルミホイールの切削加工方法。
4. 前記切削工具の先端のノーズ半径は、０．８ｍｍであり、前記切削工具のすくい角度は、−２０°〜−３０°であることを特徴とする請求項１記載のアルミホイールの切削加工方法。

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