JP2006224217A - 切削工具及びアルミニウム鋳塊の表面切削方法並びに表面切削されたアルミニウム鋳塊の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム鋳塊の表面をスライス加工する場合に、カッターの抜け側の材料端にバリが発生するのを抑制することができる切削工具等を提供する。
【解決手段】平面内で回転するカッター１１により、カッターの回転軸に垂直なアルミニウム鋳塊２の表面を切削する切削工具１において、前記カッター１１の半径方向のすくい角θ１が０〜６度に設定されている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、アルミニウム鋳塊（アルミニウムスラブ）の表面切削に用いられる切削工具、及びこの工具を用いるアルミニウム鋳塊の表面切削方法、並びに表面切削されたアルミニウム鋳塊の製造方法に関する。

一般に、圧延に供されるアルミニウム鋳塊は、鋳造後にその表面を切削することが行われている。

このようなアルミニウム鋳塊の表面切削は、カッターを備えた切削工具を平面内で回転させるとともに、アルミニウム鋳塊を切削工具に対して相対的に前進移動させながら、カッターの回転軸に垂直なアルミニウム鋳塊の表面を連続的に切削するフライス加工により行われる。

このようなフライス加工においては、一般に、切り屑の排出や仕上げ面を優先し、カッターの半径方向のすくい角は負（マイナス）に設定されるのが一般的である。

なお、特許文献１には、カッターのすくい角を５〜３０度に設定することが、特許文献２にはすくい角を−２５〜−６０度に設定することがそれぞれ記載されている。
特開平１−２８１８０３号公報 特開平１１−３４７８０７号公報

しかし、上記のアルミニウム鋳塊のフライス加工において、カッターの半径方向のすくい角を負（マイナス）に設定すると、周速１５００ｍ／分以下の比較的遅い領域において表面切削を行った場合、カッターの抜け側の材料端にほぼ切り込み深さと同等長さのカエリないしバリ（以下単にバリという）が発生するという問題があった。

バリが生じたままアルミニウム鋳塊を圧延工程に供すると、剥離したバリが圧延中に飛び込むことによる皮キズ不良や筋不良につながるため、従来では、切削後に前記バリを機械的に除去する工程を実施しているが、切除バリの再付着による同様の不良が発生する恐れがあるため、さらに洗浄工程を行っており、工程が複雑化していた。

なお、前述した特許文献１及び特許文献２に記載されたカッターのすくい角は、軸方向のすくい角であり、半径方向のすくい角については考慮されていなかった。このため、特許文献１または特許文献２に記載されたカッターを用いて、アルミニウム鋳塊の表面切削を行ったとしても、バリの発生を抑制することはできない。

この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、アルミニウム鋳塊の表面をフライス加工する場合に、カッターの抜け側の材料端にバリが発生するのを抑制することができる切削工具、及びアルミニウム鋳塊の表面切削方法並びに表面切削されたアルミニウム鋳塊の製造方法の提供を課題とする。

上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）平面内で回転するカッターにより、カッターの回転軸に垂直なアルミニウム鋳塊の表面を切削する切削工具において、前記カッターの半径方向のすくい角が０〜６度に設定されていることを特徴とする切削工具。
（２）カッターの軸方向のすくい角が２０度以上に設定されている前項１に記載の切削工具。
（３）純アルミニウムないしＪＩＳ１０００系アルミニウムからなるアルミニウム鋳塊の表面切削に用いられる前項１または２に記載の切削工具。
（４）前項１または２に記載された切削工具を用いて、アルミニウム鋳塊の表面を切削することを特徴とするアルミニウム鋳塊の表面切削方法。
（５）カッターの周速が８００〜１５００ｍ／分に設定されている前項４に記載のアルミニウム鋳塊の表面切削方法。
（６）切削油は平均粒径４０〜１４０μｍで供給する前項４または５に記載のアルミニウム鋳塊の表面切削方法。
（７）アルミニウム鋳塊が純アルミニウムないしＪＩＳ１０００系アルミニウムからなる前項４〜６のいずれかに記載のアルミニウム鋳塊の表面切削方法。
（８）前項１または２に記載された切削工具を用いて、アルミニウム鋳塊の表面を切削することを特徴とする、表面切削されたアルミニウム鋳塊の製造方法。
（９）カッターの周速が８００〜１５００ｍ／分に設定されている前項８に記載の表面切削されたアルミニウム鋳塊の製造方法。
（１０）切削油は平均粒径４０〜１４０μｍで供給する前項８または９に記載の表面切削されたアルミニウム鋳塊の製造方法。
（１１）アルミニウム鋳塊が純アルミニウムないしＪＩＳ１０００系アルミニウムからなる前項８〜１０のいずれかに記載の表面切削されたアルミニウム鋳塊の製造方法。

前項（１）に記載の発明によれば、カッターの半径方向のすくい角が０〜６度に設定されているから、カッターがアルミニウム鋳塊の材料端を抜けるときに、大きな剪断力が付与され、カッターにより材料端に押しやられた切り屑がこの剪断力により材料端から引きちぎられるため、バリの発生を抑制することができる。その結果、従来行っていた機械的なバリ除去工程や洗浄工程を省略ないし簡素化できる。

前項（２）に記載の発明によれば、カッターの軸方向のすくい角が２０度以上に設定されているから、すくい面での切り屑の排出抵抗を小さくでき、カッターの半径方向のすくい角を０〜６度に設定したことにより切削抵抗が増加しても総抵抗の増加を抑制でき、前項（１）に記載した効果を安定的に発揮させることができる。

前項（３）に記載の発明によれば、材料強度が低く伸びが大きいためにバリが生じやすい純アルミニウムないしＪＩＳ１０００系アルミニウムからなるアルミニウム鋳塊の表面切削に用いられることにより、本発明の適用意義が大きいものとなる。

前項（４）に記載の発明によれば、バリの発生を抑制しながらアルミニウム鋳塊の表面切削を行うことができる。その結果、従来行っていた機械的なバリ除去工程や洗浄工程を省略ないし簡素化できる。

前項（５）に記載の発明によれば、カッターの周速が８００〜１５００ｍ／分に設定されているから、バリ発生をさらに抑制することができる。

前項（６）に記載の発明によれば、切削油は平均粒径４０〜１４０μｍで供給するから、アルミニウム鋳塊のより好ましい表面状態を実現できる。

前項（７）に記載の発明によれば、材料強度が低く伸びが大きいためにバリが生じやすい純アルミニウムないしＪＩＳ１０００系アルミニウムからなるアルミニウム鋳塊の表面切削に用いることにより、本発明の適用意義が特に大きい。

前項（８）に記載の発明によれば、カッターがアルミニウム鋳塊の材料端を抜けるときに、材料端にバリが発生するのを抑制したアルミニウム鋳塊を製造することができる。

前項（９）に記載の発明によれば、バリ発生をさらに抑制したアルミニウム鋳塊を製造することができる。

前項（１０）に記載の発明によれば、アルミニウム鋳塊のより好ましい表面状態を実現できる。

前項（１１）に記載の発明によれば、純アルミニウムないしＪＩＳ１０００系アルミニウムからなるアルミニウム鋳塊を用いるから、材料強度が低く伸びが大きいためにバリが生じやすい純アルミニウムないしＪＩＳ１０００系アルミニウムからなるアルミニウム鋳塊の表面切削に用いることにより、本発明の適用意義が特に大きい。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る切削工具を用いてアルミニウム鋳塊の表面切削を行っている状態の平面図である。

同図において、１は垂直方向の回転軸を中心として水平面内（図１の紙面内）で矢印ａで示す平面視反時計方向に回転する切削工具、２は図１に矢印ｂで示すように平面視右方に前進移動するアルミニウム鋳塊である。

前記切削工具１は、工具本体１１の外周部に下向きに突出状態に複数のカッター１２が取り付けられており、切削工具１の回転とアルミニウム鋳塊の前進移動とによって、前記カッター１２を介してアルミニウム鋳塊の表面を連続的に切削していくものとなされている。

前記カッター１２は、図２（Ａ）に示すように、半径方向（周方向）のすくい角θ１が０〜６度に設定されている。ここで、カッター１２の半径方向のすくい角θ１を０〜６度にするのは、この範囲に設定することにより、アルミニウム鋳塊２におけるカッター１２の抜け側の材料端２１にバリが発生するのを抑制することができるからである。この理由は、すくい角θ１を０〜６度に設定することにより、カッター１２がアルミニウム鋳塊２の材料端２１を抜けるときに、大きな剪断力を付与することができ、カッターにより材料端２１に押しやられた切り屑がこの剪断力により材料端から引きちぎられるからである。すくい角θ１がマイナス角度であると、剪断力が乏しいため、カッター１２により材料端２１に押しやられた切り屑がバリとして残存してしまう。逆に、すくい角θ１が６度を超えると、切除されたバリが切削工具１の半径方向内方に巻き込まれ易くなり、切り屑詰まりや表面キズが発生する。カッター１２の半径方向の好ましいすくい角θ１は３〜６度である。

また図２（Ｂ）に示すように、カッター１２の軸方向のすくい角θ２は、限定はされないが、少なくとも２０度を確保するのがよい。この理由は次の通りである。

すなわち、前記半径方向のすくい角θ１を０〜６度に設定したことにより、切削抵抗が増し、切り屑には大きな圧縮力が加わる。このため、切り屑は母材よりも硬化し、これがアルミニウム鋳塊２の表面に接触すると表面キズとなる。そこで、軸方向のすくい角θ２を２０度以上に設定することにより、すくい面での切り屑の排出抵抗を小さくして、アルミニウム鋳塊２の表面キズを抑制したものである。かつまた、軸方向のすくい角θ２を２０度以上とすることで、半径方向のすくい角θ１を０〜６度に設定したことによる切削抵抗が増大する中での圧縮面の油膜保護にもつながる。

一方、軸方向のすくい角が大きくなりすぎると、逃げ角θ３を確保するとなるとカッター１２の刃厚が薄くなり、切削時にビビリを生じる恐れがある。このため、カッター１２の軸方向のすくい角θ２を３４度以下に設定するのが良い。最も好ましい軸方向のすくい角θ２は２５〜３３度である。逃げ角θ３は、前述したようにカッター１２の刃厚が薄くなりすぎないように、５〜１５度好ましくは７〜１２度程度に設定し、この状態で前記軸方向のすくい角を２０度以上好ましくは２０〜３４度に設定するのがよい。

切削に際して、カッター１２（切削工具１）の周速は８００〜１５００ｍ／分に設定するのがよい。周速が８００ｍ／分未満では、周速が遅すぎて充分な剪断力を付与することができず、半径方向のすくい角θ１を０〜＋６度に設定したとしても、アルミニウム鋳塊２の材料端２１にバリが発生してしまう。また、１５００ｍ／分を超える速度では、刃先寿命が短くなり、実用的でないという不都合がある。カッター１２のより好ましい周速は９８０〜１５００ｍ／分である。

上記のような周速における切削加工は湿潤滑切削領域にある。フライス加工は断続切削であり、加工点への給油は困難であり、加工前注油となるうえ、回転刃であるため過剰量の保持はできない。そこで、効率的な刃先油膜保持を確保するために、切削油は平均粒径４０〜１４０μｍで供給使用するのがよい。切削油の平均粒径が４０μｍ未満では、大きなディスクの回転による風圧で霧状の切削油が切削部分から押しのけられて切削油としての役割を果たさない恐れがあり、１４０μｍを越える平均粒径では、付着した油が回転により飛ばされるとか、平均粒径が大きいために密度が上がらない、といった恐れがある。

なお、切削油の平均粒径は、供給ノズルの仕様により設定できる。

切削に供されるアルミニウム鋳塊２の組成は特に限定されることはなく、各種のアルミニウム材またはアルミニウム合金材を用いることができるが、純度９９．９質量％以上の純アルミニウムないしはＪＩＳ１０００系アルミニウム材に、本発明にかかる切削工具を適用するのが、本発明の効果を有効に発揮しうる点で望ましい。この理由は、前記純アルミニウムあるいはＪＩＳ１０００系アルミニウム材は、材料強度が低く伸びが大きいため、アルミニウム鋳塊２の材料端２１にバリを生じやすいからである。

［実施例１〜７、比較例１〜３］
アルミニウムの純度９９．９質量％、幅１０００ｍｍのアルミニウム鋳塊を用意した。

一方、半径方向のすくい角θ１の異なる複数のカッターを用意した。各カッターの半径方向のすくい角θ１は、表１に示すように設定した。

そして、各カッターを工具本体に取り付けた切削工具を用い、この切削工具の回転中心を前記アルミニウム鋳塊の幅方向の中央にセットした状態で、切削工具をモータにより水平面内で回転させる一方、アルミニウム鋳塊を前進移動させて、アルミニウム鋳塊の表面切削を行った。

なお、切削工具の直径は１５００ｍｍとした。また、各カッターの軸方向のすくい角θ２は３３度、逃げ角θ３は１０度とし、切削工具の周速は１５００ｍ／分に設定し、切込量は３ｍｍとした。また、切削油としては、出光興産株式会社製の商品名ＵＰ−２Ｔを用い、平均粒径４０μｍで供給した。

そして、各切削工具により切削されたアルミニウム鋳塊について、被削面の切削指示量に対する除去量の転写比率を示すＳＮ比を調査するとともに、切削後のアルミニウム鋳塊の表面を目視観察し、バリ及び表面キズの発生の有無を調べた。その結果を表１及び図３のグラフに示す。

上記表１及び図３の結果から、半径方向のすくい角θ１が０〜６度である実施例１〜実施例７によれば、ＳＮ比が高く、かつカッターの抜け側の材料端のバリの発生や表面キズはほとんど認められないものであった。特に、半径方向のすくい角θ１を３〜６度とすることによって、さらに良好な結果を得ることができる。

これに対して、半径方向のすくい角θ１が−５度である比較例１は、材料端に著しいバリが発生し、またθ１が−１度である比較例２は、比較例１ほどではないが多くのバリが発生していた。また、半径方向のすくい角θ１が７度である比較例３は、アルミニウム鋳塊の表面に切り屑の巻き込みによるキズが発生していた。
［実施例８〜実施例１０］
各カッターの軸方向のすくい角θ２を表２に示すように設定し、半径方向のすくい角θ１を４度、逃げ角θ３を１０度に設定した以外は、前記実施例１〜７、比較例１〜３と同じ条件で、アルミニウム鋳塊の表面切削を行った。

そのときのＳＮ比を表２及び図４のグラフに示す。

表２及び図４の結果から、軸方向のすくい角θ２を２０度以上に設定することにより、好ましい結果が得られることがわかる。
［実施例１１〜実施例１３］
各カッターの半径方向のすくい角θ１を４度、軸方向のすくい角θ２を３０度、逃げ角θ３を１０度に設定し、周速を表３のように代えた以外は前記実施例１〜７、比較例１〜３と同じ条件で、アルミニウム鋳塊の表面切削を行った。

そのときのＳＮ比を表３及び図５のグラフに示す。

表３及び図５の結果から、周速を８００〜１５００ｍ／分に設定することにより、好ましい結果が得られることがわかる。
［実施例１４〜実施例１６］
各カッターの半径方向のすくい角θ１を４度、軸方向のすくい角θ２を３０度、逃げ角θ３を１０度に設定し、切削油の平均粒径を表４のように代えた以外は前記実施例１〜７、比較例１〜３と同じ条件で、アルミニウム鋳塊の表面切削を行った。

そのときのＳＮ比を表４及び図６のグラフに示す。

表４及び図６の結果から、切削油を平均粒径４０〜１４０μｍで供給することにより、好ましい結果が得られることがわかる。

この発明の一実施形態に係る切削工具を用いてアルミニウム鋳塊の表面切削を行っている状態の平面図である。 （Ａ）はカッターの半径方向のすくい角を示す図、（Ｂ）は軸方向のすくい角及び逃げ角を示す図である。 実施例の結果を示すグラフである。 実施例の結果を示すグラフである。 実施例の結果を示すグラフである。 実施例の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 切削工具
２ アルミニウム鋳塊
１１ 工具本体
１２ カッター
２１ 材料端
θ１ 半径方向のすくい角
θ２ 軸方向のすくい角
θ３ 逃げ角

Claims (11)

1. 平面内で回転するカッターにより、カッターの回転軸に垂直なアルミニウム鋳塊の表面を切削する切削工具において、
   前記カッターの半径方向のすくい角が０〜６度に設定されていることを特徴とする切削工具。
2. カッターの軸方向のすくい角が２０度以上に設定されている請求項１に記載の切削工具。
3. 純アルミニウムないしＪＩＳ１０００系アルミニウムからなるアルミニウム鋳塊の表面切削に用いられる請求項１または２に記載の切削工具。
4. 請求項１または２に記載された切削工具を用いて、アルミニウム鋳塊の表面を切削することを特徴とするアルミニウム鋳塊の表面切削方法。
5. カッターの周速が８００〜１５００ｍ／分に設定されている請求項４に記載のアルミニウム鋳塊の表面切削方法。
6. 切削油は平均粒径４０〜１４０μｍで供給する請求項４または５に記載のアルミニウム鋳塊の表面切削方法。
7. アルミニウム鋳塊が純アルミニウムないしＪＩＳ１０００系アルミニウムからなる請求項４〜６のいずれかに記載のアルミニウム鋳塊の表面切削方法。
8. 請求項１または２に記載された切削工具を用いて、アルミニウム鋳塊の表面を切削することを特徴とする、表面切削されたアルミニウム鋳塊の製造方法。
9. カッターの周速が８００〜１５００ｍ／分に設定されている請求項８に記載の表面切削されたアルミニウム鋳塊の製造方法。
10. 切削油は平均粒径４０〜１４０μｍで供給する請求項８または９に記載の表面切削されたアルミニウム鋳塊の製造方法。
11. アルミニウム鋳塊が純アルミニウムないしＪＩＳ１０００系アルミニウムからなる請求項８〜１０のいずれかに記載の表面切削されたアルミニウム鋳塊の製造方法。
    

Images