KR100196730B1 - 브레지드 트위스트 드릴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신품사용후 재연삭이 용이하고 칩이 잘 찢어져 배출성 및 칩 처리성이 용이하며, 고정도의 구멍가공이 가능한 브레지드형 트위스트 드릴을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 드릴 본체의 인선경과 웨브크기의 비인 웨브비(T/D)가 0.25∼0.35이고 구폭비(A/B)가 0.7∼1.1이며, 양 주절삭날의 최외측 선단부를 연결하는 직선에 수직하면서 드릴 외측선단부와 후플루트 내벽의 최대 거리인 플루트 폭이 0.35D∼0.50D의 범위로 형성되고 내부 절삭유 공급을 위한 쿨런트 오일홈이 있는 브레지드 트위스트 드릴이 제공된다.

Description

브레지드 트위스트 드릴

본 발명은 초경합금이나 서메트와 같은 고경도 재료로 만든 브레지드형(납땜형) 트위스트 드릴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 고속도강 트위스트 드릴에 의해 강과 같은 강성이 큰 피삭재를 가공할 때 발생하는 구밍정밀도의 저하와 낮은 생산성의 문제를 해결하고 중, 대경 사이즈의 드릴을 저렴한 가격으로 생산할 수 있는 초경합금 브레이징(납땜)하는 타입의 트위스트 드릴을 제공하기 위한 것이다.

일반적으로 고속도강 드릴은 초경합금에 비해 인성은 양호하나 고속가공에서는 고온경도가 떨어지기 때문에 저속가공으로만 사용할 수 있고, 따라서 구멍가공 능률이 현저히 떨어지고 내마모성도 떨어져 공구수명이 짧다.

또한 드릴의 형상적인 측면에서 볼때에도 구밍작업시 자리잡기가 어렵고 긴칩(Chip)을 발생시켜 구밍가공 정밀도가 저하되며, 긴칩의 발생에 따라 칩처리성이 나빠 자동화라인에 적용하기가 곤란하다.

도 1은 종래 고속도강 트위스트 드릴의 일예를 보인 선단부 평면도로서, 선단부는 칩배출 및 절삭유제 공급을 위해 드릴 본체(1)의 외경면에 형성한 나선형 홈 형상의 플루트(2)와, 중심부에 있는 내접원 크기의 웨브(T)로 이루어져 있다.

상기와 같은 고속도강 트위스트 드릴에서 드릴의 강성을 나타내기 위해 구폭비(A/B)와, 드릴 인선경에 대한 웨브의 비(T/D)의 크기가 주로 사용되는데, 일반적인 고속도강 트위스트 드릴의 구폭비(A/B)는 1.0∼1.6이고, 웨브의 비(T/D)는 0.15∼0.25의 범위를 갖는다.

그러나 이와 같은 형상의 고속도강 트위스트 드릴은 넓은 플루트 형상으로 긴 나선형 칩이 발생하게 되므로 칩의 제어 및 배출이 어렵고 구밍작업시 초기 자리잡기가 어려워 구밍의 정위치 가공이 어려운 문제가 있다.

상기와 같은 고속도강 트위스트 드릴의 결점을 보완하기 위해 고속도강 드릴의 형상과 같은 형태의 초경합금 드릴이 제작되었으나, 상기 초경합금 드릴은 주철이나 알루미늄 합금 등을 고속으로 가공하는 것이 가능한 반면, 초경합금의 취성으로 인해 강의 절삭시에는 인선부의 치핑(Chipping)이 발생하고 인선부의 파혼우려가 많아 적용이 불가능하였다.

한편 상기와 같은 초경합금의 취성을 보완하여 강가공에 적합한 초경합금 드릴이 근래에 개발되었다.

도 2는 근래에 개발된 초경합금에 의한 강용 드릴의 축방향 선단부 평면도이며, 구폭비(A/B)가 0.4∼0.8이고, 웨브비(T/D)가 0.25∼0.35로서 강력한 절삭이 가능하다.

그러나, 도 2와 같은 초경합금제 강용 드릴은 플루트(2)의 단면적이 작아져서 칩 배출과 동시에 이루어져야 하는 외부 절삭유의 공급이 어려워지며, 가공구밍의 깊이가 깊으면 깊을수록 절삭유의 공급이 더욱 어려워져 절삭저항이 급격히 증가하는 문제가 있다.

또한, 드릴 본체 전체가 초경합금으로 만들어져 소경 사이즈인 경우에는 초경합금량과 가공시간이 작아 원가에 큰 영향을 미치지 않게 되지만 중, 대경 사이즈에서는 초경합금량이 많아지고 가공시간이 길어져 원가상승의 주원인이 되는 결점도 있다.

도 3과 도 4는 초경합금에 의한 강용 드릴의 다른 예를 나타낸 선단부 평면도로서, 구폭비(A/B)가 0.8∼1.2이고, 웨브비(T/D)가 0.25∼0.40으로 형성되어 강력한 절삭작업이 가능함은 물론 칩 배출과 동시에 이루어져야 하는 외부 절삭유 공급이 드릴 본체(1)에 형성된 절삭유 전용 통로 공간(18)을 통해 원활히 이루어져 깊은 구밍 가공과 고정도의 구밍 가공이 가능하다.

그러나 도 3과 같은 초경합금 드릴 역시 중, 대경 사이즈의 드릴인 경우 초경합금량이 많아지고 가공시간이 길어져 제조 원가가 상승하는 문제를 해결할 수 없다.

또 상기와 같은 제조 원가의 상승을 억제하기 위해 드릴 본체에 인서트(Insert)를 삽입하여 사용하는 스로우웨이 타입의 드릴도 알려져 있지만, 이러한 타입의 드릴은 드릴 중심에 대해 스로우 웨이 팁을 정확히 대칭으로 부착하기가 어려워 절삭시 절삭력의 언밸런스로 진동이 유발되고 구밍 정밀도가 떨어지며, 드릴 외경부의 팁에서는 외경과 동일한 라운드 마진부가 없기 때문에 구밍작업시 양 절삭날의 불균일한 절삭력의 완충과 버니싱 역할을 할 수 없어 구밍 정밀도와 구밍의 표면조도가 더욱 떨어지는 결점이 있다.

한편, 최근에 와서는 초경합금제 드릴의 장점을 유지하면서도 제조 원가가 크게 높아지지 않도록 하기 위해 드릴의 선단 일부분에 초경합금 팁을 붙인 형상의 트위스트 드릴이 개발되고 있다.

도 5와 도 6은 상기와 같은 초경합금 팁을 붙인 형상으로된 브레지드형 트위스트 드릴의 상부 사시도와 측면도로서, 공구강으로된 드릴 본체(1)에 팁이 삽입될 수 있는 공간을 형성하고 이 공간에 초경합금이나 서메트와 같은 고경도 재료의 팁(3)을 경납과 함께 끼워 넣고 브레이징한 형상으로 되어 있다.

도 7은 브레지드형 트위스트 드릴의 일예를 나타낸 선단부 평면도로서, 서로 다른 곡면으로 이루어진 인선부(14)(15)와 원추형의 1차 여유면(4)을 형성한 형상으로 되어 있다.

그러나 상기와 같은 브레지드형 트위스트 드릴은 고객이 신품을 사용한 후 재연삭을 할 때 전용 어태치먼트(Attachment)를 사용하여야 하는 불편함이 있다.

일반적으로 인서트를 삽입하여 사용하는 스로우웨이 공구는 공구수명이 다할 때 인서트만 교체하여 사용할 수 있으므로 공구비가 낮은 반면 스로우웨이 공구가 아닌 일반 절삭공구는 공구수명이 다되어 새공구로 교체하는 경우 공구비가 많이 들기 때문에 공구의 손상부위를 제거하고 새로운 절삭날을 만드는 작업, 즉 재연삭 작업을 하게 되는데 상기 도 7과 같은 드릴은 원추형의 1차 여유면(4)에 의해 워크헤드(Workhead)의 범용 어태치먼트로 연삭작업을 하는 것이 불가능하였던 것이다.

또한 도 7과 같은 드릴은 인선부의 치핑방지를 위한 네가랜드를 작업할 때 곡면으로 이루어진 인선부에 의해 숙달된 작업자가 아니면 균일한 네가랜드가 되지 않아 재연삭 후에도 구밍정밀도의 편차가 심하게 나타난다.

도 8은 브레지드형 트위스트 드릴의 다른 예를 나타낸 선단부 평면도로서, 이러한 형상의 드릴은 도 7에 나타난 드릴에 비해 재연삭 작업은 다소 용이하지만 곡면으로 이루어진 인선부와 원추형 여유면을 갖기 때문에 재연삭의 문제가 여전히 남게 된다.

또한 씨닝(Thinning)면이 2부분(25)(27) 내지 3부분(25)(26)(27)으로 나누어져 있기 때문에 구밍 가공시 구밍 입구부에 발생하는 긴 칩이 너무 길어져 드릴 둘레에 감기거나 자동화된 장비의 칩처리성을 떨어뜨리게 하는 단점이 있다.

구밍가공시 구밍입구부에 긴 칩이 나오는 이유는 다음과 같다.

구밍의 입구부는 칩이 구밍 내벽에 구속되는 양인 0의 상태에서 점차적으로 구속량이 많아지는 구간으로서 대체적으로 칩이 길게 나오다가 구밍이 깊어질수록 구밍 내벽의 구속량이 많아져 칩에는 드릴 축심의 직각방향으로 향하는 반력을 받게 되는 힘과 드릴 축심에 거의 평행한 방향으로 유출되는 힘이 작용하게 되고, 이에 따라 힘히 서로 상반되는 지점(주절삭날과 웨브절삭날이 만나는 지점)에서 칩이 인장력을 받아 찢어져 분절되는데, 씨닝면이 2부분 또는 3부분인 경우에는 인장력이 작아 구밍입구부에서 발생되는 초기 칩이 잘 찢어지지 않고 길게 나온다.

본 발명의 목적은 신품 사용후 재연삭이 용이하고 칩이 잘 찢어져 배출성 및 칩 처리성이 용이하며, 고정도의 구밍가공이 가능한 브레지드형 트위스트 드릴을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따라 드릴본체의 인선경과 웨브크기의 비인 웨브비(T/D)가 0.25∼0.35이고, 구폭비(A/B)가 0.7∼1.1이며, 양 주절삭날의 최외측 선단부를 연결하는 직선에 수직하면서 드릴 외측 선단부와 후플루트 내벽의 최대 거리인 플루트 폭이 0.35D∼0.50D의 범위로 형성되고 내부 절삭유 공급을 위한 쿨런트 오일홈이 있는 브레지드 트위스트 드릴이 제공된다.

도 1은 종래 고속도강 트위스트 드릴의 선단부 평면도

도 2는 종래 고경도 재료로된 트위스트 드릴의 일예를 나타낸 선단부 평면도

도 3은 종래 고경도 재료로된 트위스트 드릴의 다른예를 나타낸 선단부 평면도

도 4는 도 3에 예시된 트위스트 드릴의 측면도

도 5는 본 발명에 따라 고경도 재료인 팁과 공구강으로 구성된 트위스트 드릴 본체의 상부도

도 6은 본 발명에 따른 브레지드 트위스트 드릴의 측면도

도 7은 종래 고경도 재료로된 브레지드형 트위스트 드릴의 일예를 나타내 선단부 평면도

도 8은 종래 고경도 재료로된 브레지드형 트위스트 드릴의 다른예를 나타낸 선단부 평면도

도 9는 본 발명에 따른 브래지드 트위스트 드릴의 선단부 평면도

도 10은 도 9의 E 방향에서 본 드릴의 선단부 측면도

도 11은 도 9의 F 방향에서 본 드릴의 선단부 측면도

도 12는 도 10의 H 방향에서 본 씨닝면의 상세도

도 13은 주절삭날과 웨브절삭날의 연결부분 확대도

도 14는 도 9의 G 방향에서 본 발명 드릴의 주절삭날의 축방향 절단면도

도 15는 도 9의 G 방향에서 본 종래 드릴의 주절삭날의 축방향 절단면도

도 16은 도 14의 일부 확대도

도 17은 웨브절삭날 부분의 축방향 절단면 확대도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 드릴 본체2 : 플루트

3 : 팁7 : 주절삭날

9 : 웨브 절삭날10: 곡면부

11, 12: 씨닝면15: 코더부

도 9는 본 발명에 따른 브레지드 트위스트 드릴의 선단부 평면도이고, 도 10과 도 11은 측면도이다.

본 발명에서는 드릴의 강성을 높이기 위해 구폭비(A/B)를 0.7∼1.1로 하였고, 웨브비(T/D)를 0.25∼0.35로 보유하였으며, 내부 절삭유의 급유가 가능하도록 쿨런트 오일홈(6)을 설치하였다.

상기에서 구폭비(A/B)와 웨브비(T/D)를 한정한 이유는 초경합금 드릴의 파손을 최대한 억제하고 원활한 칩의 배출을 위한 것이다.

즉, 초경합금은 고속도강 보다 내마모성은 우수하나 취성에는 약하기 때문에 고속도강으로된 드릴과 같이 구폭비(A/B)를 0.7 이하로 하거나 웨브비(T/D)를 0.25 이하로 하는 경우 구밍가공시 절삭 모멘트에 의해 드릴이 파손될 우려가 많고, 반대로 구폭비(A/B)가 1.1이상이거나 웨브비(T/D)가 0.35 이상이 되면 초경합금량이 많아져 비경제적이고 칩의 원활한 배출을 저해하게 된다.

적정한 반경을 갖는 전플루트(14)와 이보다 반경이 작은 후플루트(8) 및 양 주절삭날(7)의 최외측 선단부를 연결하는 직선에 수직하며 플루트 내벽의 최대 거리인 플루트폭(W)으로 이루어진 플루트는 0.35D에서 0.50D로서, 칩커얼(Chip Curl)이 최적으로 이루어질 수 있는 형상으로 하였다.

칩 커얼은 절삭 가공시 발생하는 칩이 원호모양으로 말리는 현상을 말하며, 구밍가공용 공구에서는 칩 배출이 드릴 본체를 통해 이루어지기 때문에 깊은 구밍가공으로 갈수록 배출이 용이한 칩커얼의 형상이 요구된다.

그리고 칩의 찢어짐을 용이하게 하기 위하여 양 주절삭날(7) 최외측 선단부를 연결하는 직선과 웨브절삭날(9)로 이루어진 씨닝각(θ₁)을 35°∼ 55°범위로 하여 칩에 강한 인장력이 작용되도록 하였고, 주절삭날이 갖는 반경 경사각(θr)을 음의 각으로 -8°∼ -12°로하여 절삭시 발생하는 모멘트를 작게 하였다.

씨닝각(θ₁)이 상기 각도보다 크거나 작으면 칩을 찢는 능력이 떨어지고 긴 칩이 발생되어 칩 처리성 및 배출성이 저하되며, 씨닝각이 상기 범위일 때 최적의 칩 찢어짐이 발생하였다.

또한, 도 10과 같이 씨닝각(θ₂)을 30°∼ 50°의 범위로 하고, 도 12에서와 같이 씨닝면(11, 12)에 의해 이루어진 각(θ₄)을 90°∼ 120°범위로 하여 칩 배출이 용이하면서도 강성이 떨어지지 않게 하였다.

그리고, 도 12와 같이 코너부(15)를 R 0.2∼R 0.7의 범위로 라운드처리함에 의해 양 웨브날의 코너부간의 응력집중을 방지하여 구밍 가공중 절삭부하에 의한 웨브날의 파손을 막아주었다.

초경합금은 취성에 약하여 두면이 만나는 모서리부에 라운드가 없으면 구밍 절삭시 코너부가 갈라져 드릴파손의 원인이 되며, 특히 브레지드 트위스트 드릴에서는 브레이징시 열에 의한 초경과 강의 열팽창의 차이로 열응력이 잔존되어 코너부가 갈라지기 쉬우므로 상기와 같이 코너부(15)에 R 0.2∼R 0.7의 라운드를 주어 응력을 최소화하였다.

도 11은 도 9의 F방향에서본 드릴의 선단부 측면도로서 씨닝각(θ₄)을 음의각 -2° ∼ 양의각 +2°로하여 웨브날의 절삭저항을 최소화시켰으며, 도 13과 같이 주절삭날(7)과 웨브 절삭날(9)이 만나는 지점을 드릴 인선경의 5%∼10% 정도가 되는 곡면부(10)로 처리하였다.

도 14는 도 9의 G방향에서본 주절삭날(7)의 축방향 절단면도로서, 초경합금팁(3)은 1차 여유면(3)과 2차 여유면(4)으로 구성되어 도 15와 같은 기존의 원추형 여유면에 비해 재연삭시 범용 어태치먼트를 이용할 수 있어 재연삭이 용이해진다.

이때 1차 여유각은 5°∼ 10°의 범위를 가지고 2차 여유각 15°∼ 25°의 범위를 가지며, 1차 여유면의 폭(M)은 양 주절삭날 폭의 절반 정도에서 제작공차인 0.1㎜를 초과하지 않는다.

상기 1차 여유각과 2차 여유각은 주절삭날(7)의 강성을 좌,우하는 것으로, 너무 작으면 이송에 의한 피삭재와 드릴 여유면이 간섭을 일으켜 구밍 가공을 불가능하게 하고 너무 크면 주절삭날의 강성이 떨어져 드릴파손의 원인이 된다.

도 16과 도 17에는 주절삭날(7)과 웨브 절삭날(9)을 보호하기 위해 호닝을 실시한 음의 경사각을 갖는 모서리부인 네가랜드의 드릴 축방향으로의 단면형상이 나타나 있다.

초경합금이나 서메트와 같은 고경도 재료는 강가공시 인선부의 치핑이 잘 일어난다.

따라서, 네가랜드의 폭(N)의 크기는 피삭재에 따라 다소 차이가 있지만 0.05mm∼0.25mm의 균일한 폭을 가지도록 하고 축방향과 이루는 경사각(α)은 20°∼ 30°로 하여 인선부의 치핑을 최대한 억제하였다.

도 6은 본 발명에 따른 브레지드 트위스트 드릴의 측면도로서, 드릴의 인선경 사이즈가 클수록 절삭시에 받는 모멘트 및 추력이 높기 때문에 드릴을 장착할 수 있는 홀더와 드릴 생크부의 직경을 인선경보다 크게 하여 충분히 동력이 전달될 수 있도록 하였으며, 드릴 선단각(9)은 135°∼ 145°로하여 구밍가공시 칩의 두께를 두껍게 만들어 쉽게 부러지도록 하였다.

그리고 드릴의 고온 특성과 내마모성을 향상시키기 위해 물리적 증착법으로 TiN, TiCN 및 (TiAl)N으로 이루어진 코팅층을 드릴에 형성하였다.

본 발명은 드릴 본체의 선단부에 일자형 초경합금팁을 경남과 함께 삽입하여 브레이징 함에 의해 중, 대경 사이즈의 드릴을 저렴한 가격으로 생산할 수 있고 내부급유와 정밀한 구밍의 가공이 가능하면서 플루트의 재연삭이 용이한 브레지드 트위스트 드릴을 제공할 수 있다.

Claims (4)

1. 공구강으로된 드릴 본체(1)에 칩의 배출을 위한 플루트(2)를 형성하고 선단부에는 고경도 재료인 일자형 팁(3)을 경납과 함께 삽입하여 브레이징한 브레지드 트위스트 드릴에 있어서,

   상기 드릴 본체의 드릴 인선경(D)과 웨브크기(T)의 비인 웨브비(T/D)가 0.25∼0.35이고 구폭비(A/B)가 0.7∼1.1이며, 양 주절삭날(7)의 최외측 선단부를 연결하는 직선에 수직하면서 드릴 외측 선단부와 후플루트 내벽의 최대 거리인 플루트폭(W)이 0.35 D ∼ 0.50 D의 범위로 형성되고 내부 절삭유 공급을 위한 쿨런트 오일홈(6)이 설치된 것을 특징으로 하는 브레지드 트위스트 드릴.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 양 주절삭날(7) 최외측 선단부를 연결하는 직선과 웨브 절삭날(9)로 이루어진 씨닝각(θ₁)을 35°∼ 55°로 형성한 브레지드 트위스트 드릴.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 주절삭날과 웨브 절삭날이 만나는 지점을 드릴 인선경의 5∼10% 정도가 되는 곡면부(10)로 형성한 브레지드 트위스트 드릴.
4. 제 1 항에 있어서,

   드릴 축심과 씨닝이 이루는 씨닝각(θ₂)을 30°∼ 50°로하고 씨닝면(12)의 드릴 축방향 경사각(θ₃)을 음의각 -2°∼ 양의각 +2°범위로 한 브레지드 트위스트 드릴.

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