KR0137201B1 - 절삭공구 - Google Patents

Abstract

표면경도가 높아서 내구성이 뛰어나고, 또한 고정밀도로 값싼 절삭공구를 제공한다.

공구본체(1)에 팁부착홈(2a)이나 센터구멍(9), 보스면(10) 등을 형성한 후, 공구본체(1)의 표면전체에 질화처리를 실시하여 경화층을 형성한다.

경화층의 경도는 공구표면으로 부터 0.1mm의 위치에서 Hv500 이상으로 한다. 보스면(9)이나 센터구멍(10)의 내주면은 질화처리에 의하여 발생하는 연질피막을 제거한 연마면으로 한다.

질화처리에 의한 경화층으로 공구에 필요한 경도가 부여된다.

질화처리시에 변형이 잘 생기지 않으므로, 처리후에 마무리가공을 실시하지 않아도 정밀도를 유지할 수 있다.

Description

절삭공구

제1도는 본 발명의 일실시예에 있어서의 공구축선방향 단면도.

제2도는 제1도의 Ⅱ방향에서의 화살표 시도.

제3도는 제1도의 Ⅲ방향에서의 화살표 시도.

제4도는 제3도의 Ⅳ방향에서의 화살표 시도.

제5도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 공구축선방향 단면도.

제6도는 제5도의 Ⅵ방향에서의 화살표 시도.

제7도는 제5도의 Ⅶ방향에서의 화살표 시도.

제8도는 제7도의 Ⅷ방향에서의 화살표 시도.

제9도는 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서의 공구 측면도.

제10도는 제9도의 X방향에서의 화살표 시도.

제11도는 질화처리의 깊이와 경도와의 관계를 표시하는 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) ……………………………………………공구본체,

(2a)……………………………………………팁부착홈,

(3) ……………………………………………팁.

본 발명은 드로우 어웨이 팁을 착탈이 자유롭도록 장착한 드로우 어웨이식 절삭공구에 관한 것이다.

최근에 절삭공구의 분야에 있어서 공구강 등의 강재로 이루어진 공구본체에, 초경합금 등의 경질재료로 이루어진 드로우 어웨이 팁(이하, 팁으로 약칭함.)을 착탈이 자유롭게 장착한 소위 드로우 어웨이식의 절삭공구가 광범위하게 사용되고 있다. 그리고, 이와 같은 드로우 어웨이식 공구에서는 팁과의 접촉마찰에 의한 공구본체의 주면의 손상 등을 방지하고 공구본체의 내구성을 높이도록, 공구본체에 담금질 처리를 실시하여 그 표면경도를 H_RC 45 정도까지 상승시키는 작업이 시행되고 있다.

그런데, 공구본체에 담금질처리를 실시한 경우에는 공구본체에 필연적으로 담금질변형이 발생한다. 이 때문에 담금질 후에 기계주측의 부착부나 팁부착홈 등의 정밀도가 요구되는 부분에 변형방지를 위한 연마가공이나 엔드밀에 의한 절삭가공을 실시할 필요가 발생되어, 가공공수(加工工數)의 증가에 의한 코스트의 상승을 피할 수 없게 되었다.

더욱이, 담금질변형의 크기에 따라서는 가공시간이 현저하게 장시간화하여 가공코스트를 더욱 더 증가시키는 일도 있었다. 또, 팁부착홈을 엔드밀로 절삭가공하는 경우에는, 경도가 H_RC 45 이상의 고경도로 되어 있으므로 절삭날의 마모가 심하고, 이 때문에 가공개시 직후에 형성되는 팁부착홈과 가공의 종반에 형성되는 팁부착홈의 정밀도가 크게 변화하여 팁의 진체 정밀도가 현저하게 열화(劣化)하는 것도 있었다.

또, 담금질할 때의 급냉에 기인하여 공구본체의 내부에 큰 잔류응력이 발생하는 일도 많고, 이러한 응력이 후에 풀리므로 해서 정밀도가 틀어지는 일도 있다. 본 발명은 이와 같은 배경하에 이루어진 것으로 공구본체의 표면경도가 높아서 내구성이 뛰어나며, 또한, 정밀도 양호하게 값싼 절삭공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 위하여 본 발명의 절삭공구는 기계주측에의 부착부를 보유하는 공구본체에 복수의 팁부착홈이 형성되고, 이들 팁부착홈에 드로우 어웨이 팁이 착탈이 자유롭도록 장착되어 이루어지는 절삭공구에 있어서, 상기한 공구본체의 표층부에 질화처리에 의한 경화층을 형성한 것이다. 그리고, 경화층의 경도로서는 공구본체의 표면에서 0.1mm의 위치에서 Hv500 이상 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 또, 공구본체의 상기한 부착부의 표면은, 질화처리로 생성되는 연질피막이 제거된 연마면으로 하는 것이 바람직하고, 역으로 팁부착홈은 질화처리후에 가공이 실시되지 않는 무가공면으로 하는 것이 바람직하다. 더욱이, 질화처리할 때의 크랙 발생을 방지하는 데는 상기한 팁부착시트의 코너부분에는 베벨링가공 또는 라운드면 가공을 실시하면 좋다.

상기한 구성의 절삭공구에 의하면, 질화처리에 의하여 표면에 필요한 경도가 부여된다. 또, 질화처리의 가열온도는 강재의 담금질 온도보다 훨씬 낮은 온도로도 족하므로 변형의 발생 우려도 없다. 따라서, 질화처리후에 변형을 방지하는 가공을 실시할 필요가 없게 된다. 또, 질화처리시에 큰 잔류응력도 발생하지 않므르로, 후에 응력이 풀력 정밀도가 틀어지는 일도 없다.

아래에 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 실시한다.

제1도 내지 제4도는 본 실시예에 이러한 드로우 어웨이식 정면 밀링커터를 표시하는 것이고, 이들 도면에 있어서 부호1은 공구본체이다. 이 공구본체(1)는 그 외주부에 공구지름방향 중심축으로 함몰하는 팁포켓(2)과, 그 팁포켓(2_의 외주방향 후단측에 연속하는 팁부착홈(2a)이 외주방향에 등간격을 두고 복수형성되어 이루어진 것이며, 팁부착홈(2 a)이 단부에 설치된 팁부착시트(3)에는 4각형 평판형상인 시이트부재(4)가 얹혀져 고정나사(5)로 고정되어 있다.

그리고, 이 시이트부재(4)의 상면에는 초경합금을 대략 정4각형 평판형상으로 성형하여 이루어지는 팁(6)이 얹혀지고, 그 팁(6)은 상기한 팁부착홈(2a)에 삽입되어 클램프나사(7)로 죄어 넣게 되는 쐐기부재(8)에 의하여 공구 외주방향으로 눌리어 공구본체(1)에 강고하게 고정되어 있다. 또, 공구본체(1)의 중심에는 센터구멍(9)이 형성되고, 그 센터구멍(9)의 공구후단측 개구부 주위에는 공구축선과 직교하는 보스면(10)이 형성되어 있다. 이들 센터구멍(9) 및 보스면(10)은 이 공구본체(1)를 기계주측에 장착할 때의 부착부를 이루는 것이다.

공구본체(1)는, SCM440, SNCM439 등의 강재를 소재로 하여 전체가 대략 원형상으로 형성되고, 이것에 절삭가공을 실시하여 상술한 팁부착홈(2a)이나 센터구멍(9), 보스면(10)을 형성한 것이다. 그리고, 공구본체(1)의 표면에는 전체면에 걸쳐서 질화처리가 실시되고, 이것에 의하여 공구본체(1)의 표층에는 내부보다도 경도가 높은 경화층(도시생략)이 형성되어 있다. 이 경화층의 경도는 공구본체(1)의 사용조건이나 내부경도 등에 따라서 적당히 결정되지만, 가능하면 공구본체(1)의 표면에서 0.1mm 깊이의 위치에서 비커즈 경도(Vicker′s hardness) Hv500이상 확보되어 있는 것이 바람직하다. Hv500미만이면 공구본체(1)의 내부경도와의 차이가 지나치게 작아서 공구수명의 개선효과를 충분히 발휘못할 우려가 생기기 때문이다.

또, 공구본체(1)의 질화처리 방법으로서는 공지(公知)의 질화법이 사용되고, 예컨대, 공구본체(1)를 암모니아가스(NH₃) 기타의 질소를 함유하는 가스속에서 가열함으로써 질소원자를 공구표면에 침투시켜 질화층을 형성하는 가스질화가 적합하게 사용된다.

이 밖에도 청화염(KCN, NaCN)과 시안산염(KCNO, NaCNO)과의 혼합용액속에 공구본체(1)를 침지한 상태에서 가열하는 염욕질화처리나, 이온질화 등 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. 또한, 질화처리시의 공구본체(1)의 가열온도는 가스질화의 경우에 500 내지 550℃, 염욕질화의 경우에는 600℃미만으로 보통의 담금질 처리를 실시하는 경우의 가열온도 850℃ 이상과 비교할 때 훨씬 저온이다. 또, 질화처리 시간으로서는 가스질화의 경우 20 내지 100시간, 염욕질화의 경우 2 내지 3시간 정도이다. 또, 형성하는 경화층의 깊이로서는 0.1mm 이상 0.4mm 이하의 범위가 바람직하다. 0.1mm 이하에서는 경화층이 얇아서 쉽게 경도를 상시할 우려가 크며, 한편, 0.4mm 이상 형성한 경우에는 표면측의 경도가 지나치게 높아 크랙이 발생할 우려가 크기 때문이다. 덧붙이면, 가스질화에 의하여 상기한 경화층 두께를 달성하는 데는 처리시간을 20 내지 40시간으로 하면 좋다.

또, 상기한 팁부착홈(2a)이나 센터구멍(9), 보스면(10)은 질화처리전에 절삭가공 혹은 연삭가공되어서 소정 정밀도로 형성된다.

단, 질화처리시에 공구본체(1)의 탄소분이 질화물과 결합하므로써 공구본체(1)의 표층부에 연질피막이 형성되는 일이 있으므로, 이러한 경우에는, 보스면(10)에서 센터구멍(9)에 걸친 공구부착부분(제1도중에서 1점쇄선 T로 표시하는 부분)이 질화처리 후 연마가공되어 연질피막이 제거된 연마면으로 되는 일이 있다. 또한, 이 연질피막의 두께는 최대라는 0.01mm정도이고, 피막제거를 위해서 연마가공을 취한 값으로는 0.05mm정도면 충분하다. 더욱이, 제2도 내지 제4도에 의하여 상세하게 표시하듯이, 팁부착홈(2a)의 각 벽면이 교차하는 코너부분에는 라운드 가공이 실시되어서 미소곡면(11), (12)이 형성되어 있다. 이들 미소곡면(11), (12)은 질화처리시의 크랙발생을 방지하여 경화층을 보호하기 위한 것이다. 또한, 이들 미소곡면(11), (12)을 형성하는 대신 팁부착홈내의 코너부분에 베벨링가공을 실시해서 각 벽면과 경사기게 교차하는 미소 경사면을 형성해도 좋다.

그리하여, 이상의 구성으로 이루어지는 정면 밀링커터에 있어서는, 공구본체(1)에 질화처리가 실시되므로써 공구표면에 필요한 경도가 부여된다. 더욱이, 질화 처리온도는 담금질 처리온도보다도 훨씬 저온이므로, 센터구멍(9)이나 보스면(10), 혹은 팁부착면(2a) 등의 정밀도가 요구되는 부분에 담금질 처리시와 같은 큰 변형이 발생하는 일도 없다. 이 때문에, 질화 처리후에 마무리가공을 실시할 필요가 없게 되어, 공구본체(1)의 가공공수 및 가공시간이 크게 삭감되고, 이것에 의하여 제조코스트가 대폭적으로 절감된다.

또한, 질화처리에 따르는 연질피막제거 때문에 보스면(10) 등을 질화처리 후 가공 할 필요가 발생되었다 해도, 그 두께는 담금질할 때의 변형제거와 비교하여 훨씬 작으므로 공구의 제조코스트를 압박하지 않는다.

덧붙여서 말하면, 본 실시예에 있어서 취한 값은 0.05mm로 종래의 담금질후의 가공두께가 0.2mm 이상인 것에 비하여 가공시간이 훨씬 짧다. 더욱이, 질화 처리온도가 낮으므로 공구본체(1)의 내부에 큰 잔류응력이 발생하지도 않고, 그 후의 응력의 풀림에 의해 정밀도가 틀어질 우려가 없다. 더욱이, 질화 처리후에 팁부착홈(2a)을 가공하지 않으므로, 전체 정밀도가 열화(劣化)하는 일도 없다.

또한, 본 실시예에서는 특히 팁을 그 상하면이 공구원주방향을 향하도록 장착하는 일반적인 정면 밀링커터를 예로 들어서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정하는 것은 아니다.

예컨대, 제5도 내지 제7도에 표시하듯이, 공구본체(20)의 팁부착홈(21)에 팁(22)을 그 측면이 공구 외주방향을 향하도록 장착하는 구성의 종인식 밀링커터라도, 보스면(23)이나 센터구멍(24) 또는 팁부착홈(21)을 소정 정밀도로 가공한 후, 질화처리에 의한 경화층을 형성하므로서 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 이와같은 종인식 밀링커터에 있어서도, 팁부착홈(21)의 벽면의 구석부분에 라운드 가공을 실시하여 미소곡면(25)을 형성하거나, 혹은 코너부분에 베벨링가공을 실시하므로써 크랙의 성장을 저지할 수 있는 것은 물론이다.

또, 상기한 각 실시예에서는 모두 본 발명을 정면 밀링커터에 사용한 예를 설명했지만, 그 밖에도 예컨대, 제9도 및 제10도에 표시하듯이, 대략 원주형상인 공구본체(30)의 선단에, 원호절삭날(31), (32)을 보유하는 팁(33), (34)을 장착한 보올엔드밀에도 당연히 적용할 수 있다. 이 경우에, 기계 주측에 장착되는 생크(Shank) 부분(35)(제9도 중에서 1점쇄선 T로 표시하는 범위)의 표면에 대해서는 밀링커터 경우의 보스면이나 센터구멍 등과 마찬가지로, 질화처리에서 발생한 연질피막이 제거된 연마면으로 하는 것이 바람직하다. 더욱이, 이들의 예 이외에도 본 발명은 여러 가지의 드로우 어웨이식 절삭공구에 적용되는 것이다.

그리고, 상술한 제1도 내지 제4도에 표시하는 정면 밀링커터의 공구본체를 실제로 제조하여 그 경도를 측정한 결과를 제11도에 표시한다. 이때의 질화처리방법으로서는 암모니아가스를 사용한 가스질화법을 사용하고, 공구본체의 재질로는 SCM440을 선택하였다. 또, 질화처리 시간은 20시간, 30시간, 40시간의 3단계로 변화시켰다.

제11도에서 밝힌 바와 같이, 질화처리시간의 장단에 불구하고 공구표면에서 0.05mm의 범위에서 최대경도가 얻어진 후, 공구내부로 전진함에 따라서 경도가 저하되며, 공구표면에서 0.4mm의 위치에서 공구내부와 경도차이가 없어지고 있다. 따라서, 공구표층부에 확실하게 경화층을 확보하는 데는 그 두께를 0.1mm 이상으로 하는 것이 바람직하며, 또 질화처리시간을 연장해도 0.4mm이상의 경화층을 얻는 것은 어렵고, 공연히 표층의 경도만 증대하여 크랙이 생길 우려가 있으므로, 경화층을 0.4mm이하로 설정하는 것이 바람직하다는 사실도 판명되었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 절삭공구에 의하면, 질화처리에 의하여 공구본체에 필요한 경도가 확보되는 한편, 질화처리시에 담금질 처리시와 같은 큰 변형이 발생되지 않으므로 후에 마무리가공을 실시할 필요도 없어져 공구본체의 제조 공수가 대폭삭감된다.

더욱이 질화처리시에 큰 잔류응력이 발생하는 일도 없으므로, 그 후 응력이 풀려 정밀도가 틀어질 우려도 없다. 더욱이, 팁부착홈의 정밀도도 유지되므로 진체정밀도가 손상되는 일도 없다. 따라서, 본 발명에 의하면 내구성이 높아서 고정밀도 또한 값싼 절삭공구를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 기계주축에의 부착부(T)를 보유하는 공구본체(1)에 복수의 팁부착홈(2a)이 형성되고, 이들 팁부착홈(2a)에 드로우 어웨이 팁(6)이 착탈이 자유롭도록 장착되어 이루어지는 절삭공구에 있어서,

   상기한 공구본체(1)의 표층부에 질화처리에 의한 경화층을 형성한 것을 특징으로 하는 절삭공구.
2. 제1항에 있어서,

   상기한 공구본체(1)는 강재(鋼材)로 형성되어 있으며, 상기 경화층의 경도는, 공구본체의 표면으로부터 0.1mm의 위치에서 Hv500이상으로 하여 설정한 것을 특징으로 하는 절삭공구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기한 공구본체(1)의 부착부의 표면은 질화처리로 생성되는 연질피막이 제거된 연마면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
4. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기한 팁부착홈은, 질화처리전에 마무리가공되어서 질화처리후에는 마무리가공이 실시되지 않는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
5. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기한 팁부착홈의 코너부분에는 베빌링가공 또는 라운드면 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭공구.