KR100312957B1 - 광범위 칩브레이커 붙이 절삭 인써트 - Google Patents

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Abstract

칩브레이커를 2단으로 설계하고 모서리부의 칩브레이커를 효과적인 칩절단에 부합하도록 설계함으로써, 절삭깊이가 보통인 중절삭 영역 뿐만아니라 절삭깊이가 작은 중사상 절삭영역, 절삭깊이가 깊은 황삭절삭 영역에서도 칩절단이 잘이루어지고 절삭저항이 작으며 절인강도가 우수하고 공구수명이 양호한 새로운 개념의 절삭 인써트가 개시되어 있다. 본 발명에 따른 절삭 인써트는, 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 상부면에 제공되는 칩 브레이커(chip breaker)로서 사상 칩 브레이커층,사상 경사면부,황삭 칩 브레이커층,황삭 후방 경사면부를 포함하며, 상기 사상 칩브레이커층은 상기 모서리 측면부 쪽으로 돌출되게 형성된 노우즈(nose) 형상의 중심 사상 칩브레이커, 상기 중심 사상 칩 브레이커를 기준으로 양측으로 대칭되게 형성된 한쌍의 보조 사상 칩 브레이커를 구비하고 있으며 , 상기 황삭 칩 브레이커는 모서리 측면의 중심을 향하여 돌출된 모서리부 황삭 칩브레이커와 주절인 방향으로 리세스 되도록 형성된 변부 황삭 칩 브레이커를 구비하는것을 특징으로하는 절삭인써트

Description

광범위 칩브레이커 붙이 절삭 인써트{Cutting insert with wide range chip breaker}
본 발명은 선삭 가공용 절삭 인써트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 형상을 개선시킨 광범위 칩 브레이커를 절삭 인써트의 절인부에 붙여서 선삭가공시 길게나오는 절삭칩의 절단, 절삭저항의 감소, 절삭열의 감소효과를 극대화한 절삭 인써트에 관한 것이다.
일반적으로, 절삭 공구는 주로 철계, 비철계 금속, 비금속 재료의 절삭에 이용되는 것으로서, 통상적으로 공작 기계에 장착되어 피삭재를 원하는 형상으로 가공하기 위하여 절삭을 수행하는 공구이다. 통상적으로, 이러한 절삭 공구는 절인(cutting edge)을 가지고 있는 절삭 인써트와 이 절삭 인써트를 고정시켜주는몸체로 이루어진다.
한편, 절삭공구를 이용하여 금속을 절삭하는 방법으로는 크게 두가지를 들 수 있는데, 첫째로는 회전하는 금속제의 피가공물에 고정된 절삭공구의 절인부분을 접촉시켜서 절삭을 수행하는 것이다. 둘째로는, 절삭날을 가진 공구, 즉 절삭 인써트를 공구용 홀더를 이용하여 공작기계에 고정시킨후, 이러한 상태하에서 절삭공구를 회전시키면서 미리 고정된 피가공물에 접촉시켜 피가공물을 원하는 모양으로 가공하는 것이다.
선삭가공은 상기 금속 절삭방법중 첫번째 방법에 속하는 것으로, 공작물의 회전과 그 회전축을 포함하는 평면 내에서 절삭공구의 선운동에 의하여 공작물을 원하는 형태로 절삭하는 것을 말하며, 가공물에 대한 절삭공구의 이송운동에 따라 여러 가지 종류의 가공물을 효과적으로 절삭할 수 있기 때문에 널리 사용된다.
선삭가공에 사용되는 절삭공구인 절삭 인써트가 갖추어야할 요건으로는,
첫째, 선삭가공의 특성상 피할 수 없는 연속적으로 배출되는 절삭칩을 효율적으로 절단할 수 있도록 하는 것이다.
둘째, 절삭시 절삭 인써트의 주절삭날부에 미세결손이나 파손이 발생하지 않아야 한다.
셋째, 내마모성이 우수하여 공구수명이 길어야 한다. 이때, 공구수명을 결정하는 요소로는, 피삭재와 절삭 메카니즘에서 발생하는 기계적인 마찰마모, 열발생에 의해서 유발되는 화학적인 마모, 피삭재와 공구의 진동에 의해 발생하는 충격 마모 등으로 분류할 수 있고, 이런 요소는 절삭가공 메카니즘에서 절삭저항과 밀접한 관계가 있다.
이러한 요구조건을 보다 상세하게 설명하면, 선삭가공에 있어서 가장 큰 문제는 연속적으로 배출되는 절삭칩으로서, 길게나오는 절삭칩은 피삭재, 공구 홀더 또는 절삭 인써트 등에 감겨서 절삭작업을 불가능하게 하거나 또는 가공면을 긁어서 면조도를 거칠게할 수 있다. 또한, 길게나오는 절삭칩이 심하게 발생하면 절삭 인써트 및 홀더가 파손될 수 있다. 따라서, 선삭가공시 발생하는 배출칩의 절단은 절삭 인써트에 있어서 가장 중요한 요소이다.
칩을 절단하는 방법은 이미 수십년전부터 여러 가지 많은 연구가 이루어져 왔고, 실제로 실용화되어 사용중에 있다. 가장 흔히 사용되는 방법은 절삭 인써트의 상면부에 랜드면, 경사면, 칩포켓면, 상면 등으로 구성된 칩브레이커를 형상화시켜주는 방법이다. 그러면, 선삭 가공시 배출되는 절삭칩이 칩브레이커의 홈부분을 거쳐서 진행하는 동안에 둥글게 곡율반경을 갖게되는 컬링(curling) 현상이 일어나게 되고, 이때 컬링 반경이 일정값보다 작아지면 컬링된 배출칩은 절단된다. 이때, 절단이 일어나는 곡율반경의 크기는 피삭재의 재질, 절삭속도, 절삭칩의 두께, 절삭시 절삭깊이 등의 여러 가지 요소에 의해서 결정되며, 이중에서도 절삭깊이가 칩절단에 미치는 영향은 매우 커서 절삭깊이별로 가장 적절한 칩브레이커를 전용으로 제작하여 사용하여 왔다.
선삭가공용 절삭 인써트에 있어서 이와같은 여러 가지의 중요한 특징들은 이미 수십년전부터 잘알려진 사실들로, 이런 요구조건을 만족시키는 칩브레이커 붙이 절삭 인써트 제품이 설계 제작되어 판매되고 있다.
종래의 칩브레이커 붙이 절삭 인써트에서 가장 보편적인 설계방법은 절삭깊이에 따라서 알맞은 칩브레이커를 개발하는 것이다. 칩브레이커 붙이 절삭 인써트를 절입깊이별로 구분해 보면, 0.5 ∼1.5mm의 절입깊이 범위에 알맞은 사상용 칩브레이커, 1.5 ∼ 4.0mm의 중간 절입깊이 범위에 알맞은 중삭용 칩브레이커, 그리고 3.0 ∼ 8.0mm의 절입깊이 범위에 알맞은 황삭용 칩브레이커로 분류할 수 있으며, 대부분의 제품은 이런 분류 범위에 포함된다.
따라서, 동일한 피삭재에서 절삭깊이가 변화하든가 가공특성상 정밀도의 문제로 절삭깊이를 다양하게 변화해야하는 경우에 있어서, 각각의 절삭깊이에 맞는 칩브레이커 붙이 절삭 인써트를 선택하여 사용해야하는 문제가 있었다. 즉, 종래의 칩브레이커 설계기술은 위에서 논의한 바와 같이 절삭깊이가 변화하면 대응이 불가능하여 절입깊이의 영역에 알맞은 칩브레이커를 사용하는 수밖에 없다.
예를 들면, 1977년 11월 8일자로 하인쯔 에이치. 세이델(Heinz H. Seidel)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,056,872 호에는 절입깊이가 중간인 중삭용 칩브레이커가 개시된바 있다. 그런데, 이 칩브레이커는 중삭영역에서 사용하면 우수한 성능을 발휘하지만, 사상영역에서 사용하면 칩브레이킹이 되지 않고 연속적인 절삭칩의 배출로 사용이 불가능하며, 황삭영역에서 사용할 때는 절삭저항이 과도하게 걸려서 절삭인써트가 파손되거나 심한 열발생으로 인하여 공구수명이 급격히 저하하여 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 이 절삭 인써트는 중삭영역에서만 사용이 가능하다.
최근에는, 급격한 산업화로 생산성의 향상이 어느때보다 많이 요구되고, 공작기계의 고속화, 무인화에 따라서 절삭공구의 단순화 및 고기능화 요구가 증가하고 있는 상황이다. 피삭재의 종류가 점점 더 다양해지고 가공기계가 급격히 발달됨으로 인하여, 보다 새롭고 보다 뛰어난 성능을 발휘하며 모든 절입영역에서도 적용이 가능한 칩브레이커 붙이 절삭 인써트의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점 및 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 칩 브레이커를 2단으로 설계하고 모서리부의 칩 브레이커를 효과적인 칩절단에 부합하도록 설계함으로써, 절삭깊이가 보통인 중절삭 영역 뿐만아니라 절삭깊이가 작은 중사상 절삭영역, 절삭깊이가 깊은 황삭절삭 영역에서도 칩절단이 잘이루어지고 절삭저항이 작으며 절인강도가 우수하고 공구수명이 양호한 새로운 개념의 칩 브레이커 붙이 절삭 인써트를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 절삭 인써트의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 절삭 인써트의 평면도,
도 3은 도 2의 'G' 부분을 확대하여 나타낸 도면,
도 4는 도 2의 선 A-A를 따라 도시한 단면도,
도 5는 도 2의 선 B-B를 따라 도시한 단면도,
도 6은 도 2의 선 C-C를 따라 도시한 단면도,
도 7은 도 2의 선 D-D를 따라 도시한 단면도, 그리고
도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 절삭 인써트의 사용상태도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 절삭 인써트 12 : 상부면
13a,13b : 모서리 측면 15 : 상면
20 : 주절인 랜드면 21a,21b : 모서리 절인 랜드면
30 : 주절인 31,32 : 모서리 절인
40 : 주절인 경사면 41a,41b : 모서리 절인 경사면
50 : 변부 칩포켓 면 51a,51b : 모서리부 칩 포켓면
100 : 칩 브레이커 110 : 사상 경사면
111,112,113 : 모서리부 사상 경사면 114 : 변부 사상 경사면
120 : 사상 칩 브레이커층 121, 122 : 중심 사상 칩브레이커
122a,122b,124a,124b : 보조 사상 칩브레이커
126 : 변부 사상 칩 브레이커 130 : 황삭 경사면
131,132 : 모서리부 황삭 경사면 133,134 : 변부 황삭 경사면
140 : 황삭 칩 브레이커층
141,142 : 모서리부 황삭 칩 브레이커
143,144 : 변부 황삭 칩 브레이커
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 칩 브레이커(chip breaker)를 갖는 상부면, 하부면, 측면부,절인부, 그리고 중앙을 수직하게 관통하여 형성된 원형개구부를 구비하는 선삭가공용 절삭 인써트로서 ,
상기 측면부는 평면으로 구성된 다수의 변부 측면과 상기 다수의 측면 사이에서 부드럽게 만곡된 다수의 모서리 측면으로 구성되고, 상기 절인부는 상기 측면부 상측에 각각 형성되어 선삭가공시 피삭재와 1차적으로 접촉하는 모서리 절인, 주절인으로 구성되며, 상기 상부면은 상기 칩 브레이커 이외에, 주절인 랜드면과 모서리 절인 랜드면으로 구성된 랜드면부 및 주절인 경사면과 모서리 절인 경사면으로 구성된 경사면부 그리고 상기 경사면부에서 상기 원형개구부를 향하는 모서리부 칩포켓면 과 변부칩포켓면으로 구성된 칩포켓면부를 구비하며, 상기 상부면과 각각의 상기 측면부 사이에는 상기 절인부, 상기 랜드면부, 상기 경사면부,상기 칩포켓면부가 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭 인써트를 제공한다.
상기 칩브레이커는 사상 칩브레이커층,상기 사상 칩브레이커층의 후방 경사면부 및 황삭 칩브레이커층,상기 황삭 칩브레이커층의 후방 경사면부를 포함한다.
상기 사상 칩브레이커층 후방경사면부는 상기 상면 기준으로 상기 칩 포켓면에 인접 인접하도록 20도에서 60도 사이의 각도로 경사지게 형성된다.
상기 사상 브레이커층은 상기 후방 경사면부 위에 인접하게 형성되며, 상기 모서리 칩 포켓면 상에서 상기 모서리부 중심쪽으로 돌출되게 형성된 노우즈(nose) 형상의 중심 사상 칩 브레이커, 상기 중심 사상 칩 브레이커를 기준으로 양측으로 대칭되게 형성된 한쌍의 보조 사상 칩 브레이커 및 상기 보조 사상 칩 브레이커로부터 주절인부와 같은 방향으로 연장되어 형성된 변부 사상 칩 브레이커를 구비한다.
상기 황삭 칩 브레이커층은 상기 황삭 칩 브레이커층 후방 경사면부 위에 인접하게 형성되며, 상기 모서리 칩 포켓면 상에서 상기 모서리부 중심 쪽으로 돌출되게 형성된 노우즈 형상의 모서리부 황삭 칩 브레이커, 상기 모서리부 황삭 칩 브레이커들 사이에서 굴곡지게 연장되어 형성되는 변부 황삭 칩브레이커를 구비한다.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 절삭 인써트는, 칩 브레이커의높이와 칩브레이커의 형상을 달리하는 2단의 칩브레이커층를 조합하여 설계 및 제작된다. 따라서, 모든 절삭영역에서 칩절단이 잘 이루어지고, 절삭시의 절삭저항이 작으며, 우수한 절인강도를 나타낸다.
본 발명에서는 절삭깊이가 다양하게 변화해도 칩절단이 매우 효과적으로 이루어질 수 있고 절삭저항 및 절삭열의 발생이 크게 감소될 수 있는 새로운 설계개념을 도입하여 절삭 인써트를 설계 및 제작하였다.
이를 위해서, 기본적으로는 중삭용의 칩브레이커 설계개념을 도입하고, 사상영역 및 황삭영역에서도 우수한 칩절단 능력을 발휘하도록 칩브레이커를 설계한다. 기존의 중삭용 칩브레이커를 사상용으로 사용할때는 칩절단이 잘되지않는 문제가 있고 황삭용으로 사용할 때는 절삭 인써트의 결손이나 파손이 발생할 수 있는데, 본 발명에서는 이러한 문제를 극복하기 위하여 칩브레이커를 사상 칩브레이커와 황삭 칩브레이커의 2단으로 구성하고 사상가공영역에서 칩절단이 잘되도록 하기 위하여 배출칩의 방향을 예측하여 사상 칩브레이커의 위치와 폭 및 모양을 설정하고 중삭이나 황삭영역에서 절삭저항을 줄이기 위하여 높이를 합리적으로 설계하였다.
또한, 황삭영역에서의 절삭저항 증가, 결손, 과도한 칩브레이킹 등의 문제를 극복하기 위하여 황삭 칩브레이커의 폭을 합리적으로 설정하고 사상 칩브레이커와 황삭브레이커의 칩브레이커 위치,형상,폭,높이를 최적화하여 절입깊이 깊어질 때 발생하는 저항증가 및 과도한 컬링등의 문제를 극복하였다.
이하, 첨부된 도면들을 참조로하여 본 발명에 따른 절삭인써트를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 절삭 인써트의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 선삭가공용 절삭 인써트(10)는 주로 초경합금 재료를 분말야금법에 의한 공정, 즉 형압, 소결, 연삭 등의 공정을 거쳐서 제작된다. 절삭 인써트(10)는 상부면(12), 하부면(14) 및 다수의 측면(16)을 구비한다. 편평한 측면(16)들은 측면(16)들 사이에서 부드럽게 만곡된 모서리 측면(13a,13b)에 의해서 서로 연결된다.
바람직하게는, 상기 모서리 측면(13a)의 내접각의 크기에 따라서 상기 모서리 측면(13b)의 내접각(1)의 크기는 여러가지의 내접각(2)을 을 가지고 있으며 상기 내접각(1)이 80도 일 때 상기 내접각(2)는 100도 각도를 이루도록 형성된다. 그 결과, 절삭 인써트(10)는 전체적으로 마름모꼴을 이루게 된다.
이와는 달리, 상기 내접각(1)이 90도 각도를 이루도록 형성되면, 상기 내접각(2)는 90도 각도를 이루도록 형성되고, 그 결과 절삭 인써트(10)는 전체적으로 정사각형을 이루게 된다. 만일, 상기 내접각(1)이 55도 각도를 이루도록 형성되면, 상기 내접각(1)은 125도 각도를 이루도록 형성되고, 그 결과 절삭 인써트(10)는 전체적으로 다이아몬드형을 이루게 된다. 이와는 달리, 절삭 인써트(10)의 모서리각을 60도로하여 선삭가공용 절삭 인써트(10)를 정삼각형 모양으로 만들수도 있다.
한편, 상부면(12)와 하부면(14) 상에는 칩 브레이커(100)가 제공된다(도 1에서는 상부면(12) 상에 제공된 칩 브레이커(100) 만이 도시됨). 칩 브레이커(100)는 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제작된다.
이와는 달리, 하부면(14)은 절삭 인써트(10)를 공구용 홀더(도시되지 않음) 상에 견고하게 고정시키도록 평면으로 이루어질수도 있다. 이에 의해, 하부면(14)은 절삭 인써트(10)를 공구용 홀더 상에 고정시킬 때, 공구용 홀더에 형성된 절삭 인써트 사이트의 바닥면에 밀착된다. 절삭 인써트(10)의 중앙에는 공구용 홀더(도시되지 않음)가 끼워지는 원형 개구부(11)가 수직하게 관통하여 형성된다.
도 2는 본 발명에 따른 절삭 인써트의 평면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 절삭 인써트(10)의 상부면(12)은 칩 브레이커(100) 이외에, 상면(15), 주절인 랜드면(20)과 모서리 절인 랜드면(21a,21b), 주절인 경사면(40)과 모서리 절인 경사면(41a,41b), 그리고 칩 포켓면(50,51a,51b)을 구비한다.
상면(15)과 각각의 측면(16) 사이에는 절삭 인써트(10)를 이용한 선삭가공 시에 피삭재와 1차적으로 접촉하는 주절인(30), 주절인 랜드면(20), 주절인 경사면(40), 변부 칩 포켓면(50),변부 사상 경사면(114),변부 사상 칩브레이커(126),변부 황삭 경사면(133,134) 및 변부 황삭 칩브레이커(143,144)가 순차적으로 형성된다.
상기 상면(15)과 상기 모서리 측면(13a,13b) 사이에는 절삭인써트(10)을 이용한 선삭가공시에 피삭재와 1차적으로 접촉하는 모서리 절인(31,32),모서리 절인 랜드면(21a,21b),모서리 절인 경사면(41a,41b),모서리부 칩 포켓면(51a,51b),모서리부 사상 경사면(111,112,113),중심 사상 칩브레이커(121,123),보조 사상 칩브레이커(122a,122b,124a,124b),모서리부 황삭 경사면(131,132) 및 모서리부 황삭 칩브레이커(141,142)가 순차적으로 형성된다.
이때, 상기 각각의 칩 포켓면(50,51a,51b)은 측면부(16,13a,13b)상측에 각각 형성된 절인(30,31,32)에 의해서 절삭시 배출되는 배출칩의 컬링(curling)을 생성시키기 위한 1차 장벽의 기능을 수행한다. 칩 포켓면(50,51a,51b)과 측면(16,13a,13b)사이에는 절인 랜드면(20,21a,21b), 절인 경사면(40,41a,41b)이 순차적으로 형성된다.
상기 절인 랜드면(20,21a,21b)은 상기 절삭 인서트(10)의 측면(16,13a,13b)으로부터 이어지는 면으로 이루어지며, 절삭시 절인(30,31,32)의 파손을 방지하고 절삭된 칩의 배출을 안내하는 기능을 수행한다. 주절인 랜드면(20)은 모서리 측면(13a)와 모서리측면(13b) 사이에서 연장된 면으로, 모서리 측면(13a)과 모서리 측면(13b) 근처의 제 1 랜드면 세그멘트(20a)와 제 3 랜드면 세그멘트(20c), 그리고 이들 사이에서 일체로 연장되는 제 2 랜드면 세그멘트(20b)를 구비한다.
상기 절인 경사면(40,41a,41b)은 절인 랜드면(20,21a,21b)으로부터 칩 포켓면(50,51a,51b)으로 이어지는 부드러운면으로 이루어지며 상기 절인 랜드면(20,21a,21b)의 세그먼트(20a,20b,20c)의 각각에서 칩 브레이커(100) 쪽으로 경사지게 연장된 면으로, 제 1 경사면 세그멘트(40a)와 제 3 경사면 세그멘트(40c), 그리고 이들 사이에서 일체로 연장되는 제 2 경사면 세그멘트(40b)를 구비한다. 절인 경사면(40,41a,41b)은 절삭 인써트(10)를 이용한 선삭가공시 배출되는 배출칩의 흐름에서 절삭저항을 감소시키고 절삭성을 향상시켜서 칩 컬링(chip curling)을 유도하는 칩브레이커 전방 경사각의 기능을 수행한다.
상기 사상 칩브레이커층(120)은 본발명에서 가장 중요한 특징으로 중사상절삭영역에서 중황삭 절삭영역까지 양호한 칩브레이커의 기능을 발휘하도록 합리적으로 설계된 사상 칩브레이커층(120)과 황삭 칩브레이커층(140)이 상기 칩 포켓면(50,51a,51b)과 상기 상면(15)사이에 형성된다.
한편, 절삭 인써트(10)의 상부면(12)에 제공된 칩브레이커(100)는 주로 사상경사면(110),사상 칩브레이커층(120),황삭 경사면(130) 및 황삭 칩브레이커층(140)을 포함한다.
상기 사상 경사면(110)은 절삭 인써트(10)를 이용한 선삭가공시 변화하는 칩 배출방향에 맞게 절입량이 깊어지고 이송량이 증가할 때 효율적으로 칩의 회전 반경을 적절히 조절하기 위한 것으로 칩 포켓면(50,51a,51b)에 인접하고 상기 상면(15)으로 향하는 경사면으로서 약 20도 에서 60도 각도로 경사지게 형성되며 모서리부 포켓면(51a,51b)상에서 주름형상으로 연장된 모서리부 후방 경사면(111,112) 그리고 이들 사이에서 굴곡지게 연장되어 상면(15)과 경계를 이루는 변부 사상경사면부(113,114)를 구비한다.
또한, 사상 경사면부(110,111,112,113,114)위에 인접하게 형성되는 사상 칩 브레이커층(120)은 상기 후방 경사면부의 기하학적인 형상에 부합하도록 형성된다. 다시 말해서, 사상 칩 브레이커층(120)은 모서리 칩 포켓면(51a)상에서 모서리 사상 경사면(111,112)의 형상에 따라서 모서리 측면(13a,13b)중심쪽 으로 돌출되게 형성된 노우즈(nose) 형상의 중심 사상 칩브레이커(121), 상기 중심 사상 칩 브레이커(121)를 기준으로 양측으로 대칭되게 형성된 한쌍의 보조 사상칩브레이커(122a,122b)를 구비한다. 상기 중심 사상 칩브레이커(121)와 보조 사상 칩브레이커(122a,122b)는 절입량이 1.5mm이하인 사상절삭 절삭조건에서 칩 컬링을 양호하게 하는 역할을 하는 반면 절입량이 3mm이상인 중황삭 절삭조건에서는 배출칩과의 마찰저항을 최소화 하고,과도한 칩 컬링에 의한 결손등의 문제를 방지하도록 상면(15)보다 낮고 주절인부와 비슷한 높이가 되돌록 설계하여 중사상영역 및 중황삭 영역까지 우수한 칩 컬링과 우수한 공구 수명을 발휘하도록 되어 있다. 사상 칩브레이커의 높이는 절인부의 높이를 기준으로 0.1mm 정도로 설정하는 것이 좋고 바람직하게는 0 ∼ 0.05mm 정도 낮게 하는 것이 좋다.
황삭 경사면(130)는 사상 경사면(110)와 마찬가지로, 절삭 인써트(10)를 이용한 선삭가공시 변화하는 칩 배출방향에 맞게 절입량이 깊어지고 이송량이 증가할 때 효율적으로 칩의 회전반경을 적절히 조절하기 위한 것이다.
상기 황삭 경사면(130,131,132,133,134)은 칩의 회전반경을 적절히 조절하기 위한 것으로 사상 칩 브레이커층(120)에 인접하고 상기 상면(15)으로 향하는 경사면으로서 약 10도 에서 50도 각도로 경사지게 형성되며 모서리 측면(13a,13b)의 중심을 향하여 돌출되게 형성된 모서리부 경사면(131,132), 그리고 이들 사이에서 굴곡지게 연장되어 변부 사상 칩브레이커(126)와 경계를 이루는 변부 황삭 경사면(133,134)를 구비한다.
황삭 칩브레이커층 경사면(130) 위에 인접하게 형성되는 황삭 칩 브레이커층(140)은 황삭 경사면(130)의 기하학적인 형상에 부합하도록 형성된다. 다시 말해서, 황삭 칩 브레이커층(140)은 상기 중심 사상칩브레이커(121,123)에 대응하도록 모서리 측면(13a,13b)쪽으로 돌출되게 형성된 노우즈 형상의 모서리 황삭칩브레이커(141,142), 이들 사이에서 굴곡지게 연장되어 변부 황삭 경사면 (133,134)과 경계를 이루는 변부 황삭 칩브레이커(143,144)를 구비한다.
도 3은 도 2의 'G' 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 모서리 절인(31)은 절삭 인써트(10)를 이용한 선삭가공시에 결손 및 파손되는 것을 방지하기 위하여 0.2∼2.4mm의 곡률반경(Rn)을 갖도록 형성된다.
모서리 절인(31) 근처에서 모서리 칩 포켓면(51a) 상에 돌출하여 형성된 중심 사상 칩브레이커(121)는 절입량이 작을 때 칩 컬링에 기여하며, 약 0.05 ∼ 0.2mm의 곡률반경(Ra)과 약 0.1∼0.4mm의 폭(W1)을 갖는다.
중심 사상 칩브레이커(121)의 양측에서 서로 대칭을 이루도록 돌출하여 형성된 한쌍의 보조 사상 칩브레이커(122a,122b)는 절입량이 노우즈 반경, 즉 모서리 절인(31)의 곡률반경(Rn) 크기 정도일 때 배출칩의 컬링에 직접적으로 기여하고, 절입량이 2mm 이상인 중삭가공, 황삭가공시에는 칩과의 마찰면에 오목요철을 형성시켜서 칩의 컬링이 잘 일어나도록 유도한다.
이를 위해서, 보조 사상 칩브레이커(122a,122b)는 중심 사상 칩브레이커(121)와 마찬가지로 약 0.05∼0.2mm의 곡률반경(Ra`)과 약 0.1∼0.4mm의 폭(W2)을 각각 갖는다. 이와는 달리, 보조 사상 칩 브레이커(122a,122b)는 중심 사상 칩브레이커(121)의 곡률반경(Ra) 및 폭(W1)과는 다른 곡률반경과 폭을 갖도록 형성할 수도 있다.
이때, 보조 사상 칩브레이커(121a,121b)는 모서리 절인(31,32)들 사이에서 연장된 주 절인(30)에 대하여 기울어진각(θ1), 바람직하게는 60∼120도 각도의 각을 이루도록 형성된다. 또한, 보조 사상 칩브레이커(121a,121b)는 선단부가 주절인(30)으로부터 0.3∼1.0mm의 거리(d)만큼 떨어지도록 위치한다.
한편, 중심 사상 칩브레이커(121)와 보조 사상 칩브레이커(122a,122b) 사이에서 오목한 형상으로 연장된 전방 연결곡선(126)은 0.2∼0.6mm의 곡률반경(Rb)을 갖는다. 그리고, 모서리 절인(31) 근처에서, 보조 사상 칩브레이커(121a,121b)와 변부 사상 칩브레이커(126)사이에서 오목한 형상으로 연장된 후방 연결곡선(127)은 0.3mm∼0.8mm의 곡률반경(Rc)을 갖는다. 이때, 후방 연결곡선(127)과 변부 사상 칩브레이커(126) 사이에서 직선으로 연장된 후방 직선연결부(128) 사이의 각도(θ2)는 모서리측면(13a)가 이루는 각도에 대응하는 각도, 즉 35∼90도의 각도를 이룬다.
모서리 절인(31) 근처에서 사상 칩 브레이커층(120)상에 형성된 황삭 칩브레이커층 후방 경사면(131)와 그 위에 형성된 모서리부 황삭 칩브레이커(141)는 각각 0.2∼0.6mm의 곡률반경(Rd)과 0.4∼1.2mm의 폭(W3)을 갖는다. 그리고, 모서리부 황삭 칩브레이커(141)와 변부 황삭 칩브레이커(144)사이에서 연장된 연결곡선(146)은 0.2∼0.8mm의 곡률반경(Re)을 가지며, 이 연결곡선(146)과 변부 황삭 칩브레이커(144)를 연결시키는 직선연결부(148) 사이의 각도(θ3)는 모서리 측면(13a)가 이루는 각도에 대응하는 각도, 즉 35∼90도의 각도를 이룬다. 그리고, 모서리부 황삭 칩브레이커(141) 근처에서 변부 황삭 칩브레이커(144) 사이의 각도(θ4)는 10∼40도 각도를 이룬다.
도 4는 도 2의 선 A-A를 따라 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 모서리 절인 랜드면(51a), 모서리절인 경사면(41a), 모서리부 칩 포켓면(51a), 사상 경사면(111), 중심 사상 칩브레이커(121), 모서리부 황삭 경사면(131) 및 모서리 황삭 칩브레이커(141)의 단면이 순서대로 나타나 있다. 이때, 중심 사상 칩브레이커(121)는 절입량이 큰 선삭가공 조건에서 모서리 황삭 칩 브레이커(141)가 칩 컬링에 주도적으로 기여할 때 중심 사상 칩브레이커(121)에 의한 저항증가의 문제를 해결하기 위해서 모서리부 황삭 칩 브레이커(141) 보다 낮게 형성된다.
이와같은 단면구조를 갖는 절삭 인써트(10)의 모서리 측면(13a)를 이용하여 선삭절삭을 수행하면, 피가공물과 1차적으로 접촉하며 0.2∼2.4mm의 곡률반경(Rn)을 갖는 모서리 절인(31)에 의해서 절단된 절삭칩은 모서리 절인 랜드면(21a)과 모서리절인 경사면(41a)을 경유하여 모서리 칩 포켓면(51a)에 부딪치면서 진행경로를 변경하여 모서리 경사면(111)를 거쳐서 모서리부 황삭 경사면(131)에서 최종적으로 컬링이 이루어진다.
이때, 배출칩의 컬링반경이 작을수록 칩이 잘 절단되고, 컬링반경을 지배하는 요소는 모서리 절인 랜드면(21a)의 폭(ℓa3), 모서리절인 랜드면(51a)의 경사각(γ1), 모서리절인 경사면(41a)의 곡률반경(Rf), 모서리 사상 경사면(111)과 사상 중심 칩브레이커(121)가 이루는 각도(α1), 모서리 황삭 경사면(131)과 중심 사상 칩 브레이커(141)가 이루는 각도(β1), 모서리 절인(31)으로부터 모서리부 황삭 칩브레이커(141) 선단부까지의 거리(ℓa1), 모서리 절인(31)으로부터 중심 사상 칩브레이커(121) 선단부까지의 거리(ℓa2), 모서리 절인(31)과 사상 칩브레이커(121)간의 높이차(ta1), 모서리 절인(31)과 모서리 칩 포켓면(51a)간의 높이차(ta2), 중심 사상 칩브레이커(121)와 모서리부 황삭 칩브레이커(141)간의 높이차(ta3)이다.
도 5는 도 2의 선 B-B를 따라 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 제 1 랜드면 세그멘트(20a), 제 1 경사면 세그멘트(40a), 칩 포켓면(50), 변부 사상 경사면(114), 변부 사상 칩브레이커(126), 변부 황삭 경사면(134) 및 변부 황삭 칩 브레이커(144)의 단면이 순서대로 나타나 있다.
피가공물과 1차적으로 접촉하는 모서리 절인(31)과 주절인(30)에 의해서 선삭절삭을 수행하는 경우, 칩 포켓면(50), 후방경사면(114), 그리고 후방경사면의 각도(α2)는 이송량이 작아서 배출칩의 두께가 작고 속도가 빠를때 칩 컬링에 기여하고, 변부 황삭 경사면(134), 변부 황삭 칩 브레이커(144), 상기 경사면(134)의 각도(β2), 그리고 사상 칩 브레이커(126)와 황삭 칩브레이커(144)간의 높이차(tb3)는 이송량이 빨라서 배출칩의 두께가 증가할 때 칩컬링에 기여한다. 상기 요소들은 모두 절입량이 노우즈 반경 보다 2배이상 큰 깊이에서 칩의 컬링에 효율적으로 작용한다.
도 6은 도 2의 선 C-C를 따라 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 도 4에서 각각의 부분들이 작용하는것과 마찬가지의 특징을 가지고 절삭에 기여한다는 것을 부연설명을 하지 않아도 쉽게 이해할수 있다.
도 7은 도 2의 선 D-D 를 따라 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제 2 랜드면 세그멘트(20b), 제 2 경사면 세그멘트(40b), 상면(15), 변부 사상 경사면(114), 변부 사상 칩 브레이커 (126), 변부 황삭 경사면(134) 및 변부 황삭 칩브레이커(144)의 단면이 순서대로 나타나 있다.
절삭 인써트(10)가 주절인(30)의 중간에 해당하는 부위에서 이와같은 단면 구조를 갖는 이유는, 하부면(14)(도 1 참조)을 공구용 홀더(도시되지 않음)에 형성된 절삭 인써트 사이트의 바닥면에 밀착시킬 때 안정성을 확보하기 위한 것이다. 또한, 주절인(30)을 전체적으로 사용하는 경우에 칩브레이킹이 잘되도록 칩 브레이커의 폭을 설계한 것이다.
하기에서는 전술한 바와 같은 광범위 칩브레이커가 제공된 절삭 인써트(10)의 사용방법 및 칩절단 효과에 대하여 설명한다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 절삭 인써트의 사용상태도이다.
먼저, 도 8a는 절입량이 노우즈 반경, 즉 선삭절삭에 관여하는 모서리 절인(31)의 곡률반경(Rn)(도 3 참조)보다 작을 때의 칩 흐름방향 및 칩 배출각도(1)와 칩 컬링(curling) 상태를 나타낸 도면으로서, 절삭깊이(d)가 노우즈 반경(Rn)보다 작을 경우 배출칩의 배출방향과 배출칩이 사상 칩브레이커층(120)의 중심 사상칩브레이커(121)에서 컬링되는 모양을 보여준다. 이때의 절삭깊이(d)는 0.5∼1.5mm로서 사상가공, 중사상 절입가공 영역에 해당되며, 칩 배출방향에 위치하는 중심 사상 칩브레이커(121)의 역할로 인하여 양호한 칩 브레이킹이 이루어진다. 보조 사상 칩 브레이커(122b)는 배출칩의 방향에서 칩의 흐름방향을 제어하는 역할을 한다.
도 8b는 절입량이 노우즈 반경 정도일 때 칩 흐름방향과 컬링 상태를 나타낸 도면으로서, 절삭깊이(d)가 노우즈 반경(Rn)과 비슷할 때 이루어지는 칩 배출방향 및 칩 배출각도(2)를 보여준다. 이때의 절삭깊이(d)는 0.8∼2.0mm로서 중사상 가공영역에 해당하며, 중심 사상 칩브레이커(121)와 보조 사상 칩브레이커(122b)의 조합에 의한 균형으로 배출칩의 컬링을 양호하게 하여 칩브레이킹이 잘 일어나도록 하고 있다. 다시 말해서, 보조 사상 칩브레이커(122b)는 배출되는 칩의 흐름방향에 위치하여 중심 사상 칩브레이커(121)와의 조합으로 칩의 컬링을 유도하고 칩절단이 잘이루어지게 한다.
도 8c는 절입량이 3mm 정도일 때 칩 흐름방향과 컬링 상태를 나타낸 도면으로서, 절입깊이(d)가 노우즈 반경(Rn) 보다 3∼6배 정도의 절입깊이가 되는 중삭영역의 절삭조건에서 칩 배출방향 및 칩 배출각도(3)와 칩브레이킹이 발생하는 형상을 보여준다. 이때, 칩은 보조 사상 칩브레이커(122b)의 상부를 타고 배출되어 황삭 칩 브레이커층(140)에 의해서 컬링되는 모습을 보여준다. 이때 상기 사상 칩브레이커(121,122b)는 칩 컬링에 크게 기여하지 않고 배출칩에 방해가 되지 않으므로 사상 칩 브레이커에 의한 절삭저항 증가의 문제는 없다 .
도 8d는 절입량이 5mm 정도일 때 칩 흐름방향과 컬링 상태를 나타낸 도면으로서, 절삭깊이(d)가 노우즈 반경(Rn) 보다 6∼12배 정도되는 절입깊이 영역에서 칩 배출방향 및 칩 배출각도(4)와 칩컬링 현상을 보여준다. 절입량이 깊어지면 절삭칩의 폭이 넓어지고 강도가 증가하여 상대적으로 칩 컬링이 힘들어지고절삭저항은 증가하므로 변부 사상 칩브레이커(124) 및 변부 황삭 칩브레이커(143)를 주절인(30)으로부터 넓게 리세스(recess)를 주어서 칩컬링이 잘일어남을 알수 있다. 이때 상기 중심 사상 칩브레이커(121),보조 사상 칩브레이커(122b)는 칩컬링에 기여하지 않아서 황삭 절삭가공시 절삭저항 증가의 문제도 발생하지 않고 따라서 공구수명이 저하하도 문제는 발생하지 않는다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 절삭 인써트(10)는, 높이와 형상을 달리하는 2단의 칩브레이커를 조합하여 설계 및 제작됨으로써, 일반강, 합금강은 물론, 질긴성질을 가진 저탄소강, 저탄소 합금강 등의 선삭가공에서 절입깊이가 작은 중사상 가공영역, 절입깊이가 보통인 중삭 가공영역 및 절입깊이가 깊은 중황삭 가공영역에서 양호한 칩브레이킹, 양호한 공구수명을 유지하여 절입깊이의 변화가 심한 다양한 절삭 가공조건 모두에서 우수한 절삭성능을 발휘한다. 또한, 기존의 절삭 인써트에서 문제가 되었던 저절입에서의 칩처리불가, 고절입에서의 절삭저항 증가, 과도한 칩브레이킹으로 인한 심한 열발생, 인선칩핑, 결손 등의 문제를 근본적으로 해결하였다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 선삭가공용 절삭인써트(10)로써,
    상기 절삭 인서트(10)는 상부면(12), 하부면(14), 다수의 측면(16), 다수의 모서리 측면(13a,13b), 절인부(31,30), 그리고 중앙을 수직하게 관통하여 형성된 원형 개구부(11)를 구비하며, 상기 상부면(12)은 절인부(30,31), 상면(15),상기 절인부(30,31)와 상기 상면(15)사이에 위치한 랜드부(20), 경사면부(40), 칩 포켓면부(50,51a,51b), 사상 칩 브레이커층(120), 황삭 칩 브레이커층(140)을 구비하는 절삭인써트에 있어서, 상기 사상 칩 브레이커층(120)은 상기 모서리 측면(13a)쪽으로 돌출되게 형성된 노우즈(nose) 형상의 중심 사상 칩브레이커(121), 상기 중심 사상 칩 브레이커(121)를 기준으로 양측으로 대칭되게 형성된 한쌍의 보조 사상 칩 브레이커(122a,122b)를 구비하며, 상기 황삭 칩 브레이커(140)는 상기 모서리 측면(13a)의 중심을 향하여 돌출된 모서리부 황삭 칩 브레이커(141)와 주절인 방향으로 리세스 되도록 형성된 변부 황삭 칩 브레이커(143)를 구비하고, 상기 중심 사상 칩브레이커(121)와 상기 보조 사상 칩브레이커(122a) 사이에서 오목한 형상으로 연장된 전방 연결곡선(125)은 0.2∼0.6㎜의 곡률반경(Rb)을 가지며, 상기 모서리 절인(31) 근처에서, 상기 보조 사상 칩브레이커(122a)와 상기 변부 사상 칩브레이커(126)사이에서 오목한 형상으로 연장된 후방 연결곡선(127)은 0.3㎜∼0.8㎜의 곡률반경(Rc)을 가지며, 이때 상기 후방 연결곡선(127)과 상기 변부 사상 칩 브레이커(126) 사이에서 직선으로 연장된 후방 직선연결부(128) 사이의 각도(θ2)는 상기 모서리 측면(13a)이 이루는 각도에 대응하는 35∼90도 각도를 이루고 있음을 특징으로하는 절삭인써트.
  2. 제 1 항에서, 상기 황삭 칩브레이커층(140)은 상기 절인부보다 높게 형성되며, 상기 사상 칩브레이커층(120)의 높이는 상기 황삭 칩브레이커층(140)보다 낮게 되어 있으며 상기 절인부(30,31)의 높이를 기준으로 + 0.1mm ∼ - 0.1mm 범위의 높이를 가지도록 형성되고, 상기 사상 칩브레이커층(120) 및 상기 황삭 칩브레이커층(140)은 사상 경사면(110), 황삭 경사면(130)을 가지며, 이때 상기 사상 경사면(110)의 경사각(1)은 20 ∼ 60도이고, 상기 황삭 경사면(130)의 경사각(1)은 10 ∼ 50도인 것을 특징으로하는 절삭 인서트.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 모저리 절인(31)은 0.2∼2.4mm의 곡률반경(Rn)을 가지며, 상기 중심 사상 칩브레이커(121)와 상기 보조사상 칩브레이커(122a,122b)는 0.05 ∼ 0.2mm의 곡률반경(Ra)과 0.1∼0.4mm의 폭(W1)을 가지며, 상기 보조 사상 칩브레이커(122a.122b)는 직선 주 절인(30)에 대하여 60∼120도 각도의 기울어진각(θ1)을 이루도록 형성되고, 상기 보조 사상 칩브레이커(121a)의 선단부가 상기 주절인(30)으로부터 0.3∼1.0mm의 거리만큼 떨어지도록 형성되어진 것을 특징으로하는 절삭인써트.
  4. 청구항4는 삭제 되었습니다.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 모서리부 황삭 칩브레이커(141)는 각각 0.2∼0.6mm의 곡률반경(Rd)과 0.4∼1.2mm의 폭(W3)을 가지고 있으며, 상기 모서리부 황삭 칩브레이커(141)와 상기 변부 황삭 칩브레이커(144)사이에서 연장된 연결곡선(146)은 0.2∼0.8mm의 곡률반경(Re)을 가지며, 상기 연결곡선(146)과 상기 변부 황삭 칩브레이커(144)를 연결시키는 직선연결부(148) 사이의 각도(θ3)는 상기 모서리 측면(13a)이 이루는 각도에 대응하는 35∼90도의 각도를 이루며, 상기 모서리부 황삭 칩브레이커(141) 근처에서 상기 변부 황삭 칩브레이커(144) 사이의 각도(θ4)는 10∼40도인 것을 특징으로 하는 절삭인써트.
  6. 청구항6는 삭제 되었습니다.
  7. 제 1 항에 있어서 상기 모서리 절인 랜드면(21a)의 폭(ℓa3)이 0∼0.4mm이며, 상기 모서리절인 랜드면(51a)의 경사각(γ1)이 0 ∼ 15도이고, 상기 모서리 절인 경사면(41a)의 곡률반경(Rf)이 0∼3.0mm이며, 상기 모서리 절인(31)으로부터 상기 모서리부 황삭 칩브레이커(141) 선단부까지의 거리(ℓa1)가 1.5∼5.0이며, 상기 모서리 절인(31)으로부터 상기 중심 사상 칩브레이커(121) 선단부까지의 거리(ℓa2)가 0.5∼2.0mm이며, 상기 모서리 절인(31)과 상기 모서리 칩 포켓면(51a)간의 높이차(ta2)가 0.05∼0.4mm이며, 상기 중심 사상 칩브레이커(121)와 상기 모서리부 황삭 칩브레이커(141)간의 높이차(ta3)가 0.05 ∼ 0.4mm인 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
  8. 청구항8는 삭제 되었습니다.
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