KR100340380B1 - 내외경 선삭 가공용 절삭 인써트 - Google Patents

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Abstract

모서리부의 칩 브레이크를 효과적인 칩 절단에 부합하도록 설계하여 절삭 깊이가 미소인 초사상영역 뿐만 아니라 절삭 깊이가 작은 사상영역에서도 칩 절단이 잘 이루어지고 내경가공 뿐만 아니라 외경가공에서도 사용 가능한 인써트로서, 절삭저항이 작고 절인강도가 우수하며, 공구수명이 양호한 새로운 개념의 절삭 인써트가 개시 되어있다. 본 발명에 따른 절삭 인써트는 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 상부면에 제공되는 칩 브레이커로서 주 칩 브레이커부, 절인 경사면부, 보조 칩 브레이커부, 사상 보조 후방 경사면부를 포함하며, 상기 주 칩 브레이커부는 모서리와 절인 경사면에 브레이커 끝부를 형성하며, 상기 주 칩 브레이커부는 사상 칩 브레이커로서의 역할도 함께 행하며, 상기 보조 칩 브레이커부는 상기 주 칩 브레이커부와 상면부의 중간 영역에 위치하며, 상기 주 칩브레이커부와 상기 상면부의 높이보다 낮게 위치한 칩 브레이커로 형성되어 있다.

Description

내외경 선삭 가공용 절삭 인써트{Cutting insert for internal and external processing}
본 발명은 내·외경 선삭 가공용 절삭 인써트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미소영역 선삭가공시 길게 나오는 절삭칩의 절단, 절삭저항의 감소, 절삭열의 감소효과를 극대화시킨 절삭 인써트에 관한 것이다.
일반적으로, 절삭공구는 주로 철계, 비철계 금속, 비금속 재료의 절삭에 이용되는 것으로서, 공작 기계에 장착되어 피삭재를 원하는 형상으로 가공하기 위하여 절삭을 수행하는 공구이다. 통상적으로, 이러한 절삭공구는 절인을 가지고 있는 절삭 인써트와 이 절삭 인써트를 고정시켜주는 몸체로 이루어진다.
한편, 절삭공구를 이용하여 금속을 절삭하는 방법으로는 크게 두 가지를 들 수 있는데, 첫째로는 회전하는 금속제의 피가공물에 고정된 절삭공구의 절인 부분을 접촉시켜서 절삭을 수행하는 것이다. 둘째로는, 절삭 날을 가진 공구, 즉 절삭 인써트를 공구용 홀더를 이용하여 공작기계에 고정시킨 후, 이러한 상태하에서 절삭공구를 회전시키면서 미리 고정된 피가공물에 접촉시켜 피가공물을 원하는 형상으로 가공하는 것이다.
선삭 가공은 상기 금속 절삭방법 중 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.
선삭 가공에 사용되는 절삭 공구인 절삭 인써트가 갖추어야 할 요건으로는,
첫째, 선삭 가공의 특성상 피할 수 없는 연속적으로 배출되는 절삭 칩을 효율적으로 절단할 수 있도록 하는 것이다.
둘째, 절삭시 절삭 인써트의 주절삭 날부에 미세결손이나 파손이 발생하지 않아야 한다.
셋째, 내마모성이 우수하여 공구수명이 길어야 한다. 이때, 공구수명을 결정하는 요소로는 피삭재와 절삭 메커니즘에서 발생하는 기계적인 마찰마모, 열 발생에 의해서 유발되는 화학적인 마모, 피삭재와 공구의 진동에 의해 발생하는 충격마모 등으로 분류할 수 있고, 이런 요소는 절삭가공 메커니즘에서 절삭저항과 밀접한 관계가 있다.
이러한 요구조건을 보다 상세하게 설명하면, 선삭 가공에 있어서 가장 큰 문제는 연속적으로 배출되는 절삭 칩으로서, 길게 나오는 절삭 칩은 피삭재, 공구 홀더 또는 절삭 인써트 등에 감겨서 절삭작업을 불가능하게 하거나 또는 가공면을 긁어서 면조도를 거칠게 할 수 있다. 또한, 길게 나오는 절삭 칩이 심하게 발생하면 절삭 인써트 및 홀더가 파손될 수 있다. 따라서, 선삭 가공시 발생하는 배출 칩의 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, 칩 포켓면, 상면 등으로 구성된 칩 브레이크를 형상화시켜주는 방법이다. 그러면, 선삭가공시 배출되는 절삭 칩이 칩 브레이커의 홈 부분을 거쳐서 진행하는 동안에 둥글게 곡률반경을 갖게 되는 컬링현상이 일어나게 되고, 이때 컬링반경이 일정 값보다 작아지면 컬링된 배출 칩은 절단된다. 이때, 절단이 일어나는 곡률반경의 크기는 피삭재의 재질, 절삭속도, 절삭칩의 두께, 절삭시 절삭깊이 등의 여러 가지 요소에 의해서 결정되며, 이중에서도 절삭깊이가 칩 절단에 미치는 영향은 매우 커서 절삭깊이별로 가장 적절한 칩 브레이커를 전용으로 제작하여 사용하여 왔다.
선삭가공용 절삭 인써트에 있어서 이와 같은 여러 가지의 중요한 특징들은 이미 수십년전부터 잘 알려진 사실들로, 이런 요구조건을 만족시키는 칩 브레이커 붙이 절삭 인써트 제품이 설계 제작되어 판매되고 있다.
종래의 칩 브레이커 붙이 절삭 인써트에서 가장 보편적인 설계방법은 절삭깊이에 따라서 알맞은 칩 브레이커를 개발하는 것이다. 칩 브레이커 붙이 절삭 인써트를 절입 깊이별로 구분해 보면 0.5∼1.5mm의 절입 깊이 범위에 알맞은 사상용 칩 브레이커, 1.5∼4.0mm의 중간 절입 깊이 범위에 알맞은 중삭용 칩 브레이커, 그리고 3.0∼8.0mm의 절입 깊이 범위에 알맞은 황삭용 칩 브레이커로 분류할 수 있으며, 대부분의 제품은 이런 분류 범위에 포함된다.
최근에는 고속, 고 정밀 가공의 보편화로 인한 초사상영역인 0.05∼1.0mm에서의 칩 브레이커의 역할도 중요한 자리 매김을 하고 있다.
이는 외경 선삭 가공뿐만 아니라 내경 선삭 가공에서도 중요한 부분을 차지하고 있으며, 특히 내경 선삭 가공에서의 칩 배출은 외경 선삭 가공에서의 칩 배출보다 중요성을 더하고 있다.
그런데, 종래에는 단순형상의 칩 브레이커를 사용하여, 절삭가공에서 일어나는 일반적인 역학의 자연스런 가공 메커니즘과 잘 맞지 않는, 즉 부 자연스런 가공현상으로 인하여 절삭시 여러 가지 문제점을 내포해 왔다.
고속, 고이송 내.외경 절삭 가공시에 절삭저항이 증가하거나, 칩 브레이킹의 불량으로 인한 피삭재의 가공 면조도를 거칠게 하거나, 절삭공구의 과대한 마모, 인선부 칩핑 파손 등의 문제점이 있었다. 즉 내경 선삭 가공에서 절삭칩 형상이 길게 배출됨에 따라 피삭재의 손상이 생기게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점 및 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 주 칩브레이커부와 보조 칩브레이커부를 내·외경 선삭가공에서 효과적인 칩 절단에 부합하도록 설계함으로서 초사상 영역뿐만 아니라 사상영역에서도 안정된 칩절단이 이루어지고 절삭저항이 작으며 절인강도가 우수하고 공구수명이 양호한 새로운 개념의 내·외경 선삭가공용 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 4의 "J" 부분을 확대하여 나타낸 단면도,
도 6는 도 3의 선 C-C를 따라 도시한 단면도,
도 7은 도 2의 선 B-B를 따라 도시한 단면도, 그리고
도 8은 도 2의 선 D-D를 따라 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 절삭 인써트 12: 보스
13: 원형 개구부 14: 측면
16a,16b: 모서리 측면
20: 상부면 22,24: 모서리 절인
23: 측면 절인 30: 하부면
40 : 측면 절인 경사면부 40a,40b: 측면 절인 경사면
50 : 칩 포켓부 50a,50b: 칩 포켓면
60: 모서리 절인 경사면 100: 주 칩 브레이커부
111: 초사상 칩 브레이커 113: 사상 칩 브레이커
115: 주 칩 브레이커부 상면
117a,117b: 주 칩 브레이커부 후방 경사면
120: 보조 칩 브레이커부 121: 보조 칩 브레이커 상면
122a,122b: 보조 칩 브레이커 전면 경사면
124a,124b: 보조 칩 브레이커 측면 경사면
130: 상면부 132: 상면부 경사면
134: 상면부 상면
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 선삭가공용 절삭 인써트에 있어서,
상기 절삭 인써트는 상부면, 하부면, 다수의 측면, 다수의 모서리 측면, 절인부 그리고 상기 절삭 인써트의 중앙을 수직하게 관통하여 형성된 개구부 및 상기 개구부내에 설치된 보스를 구비하며, 상기 상부면은 측면 절인 경사면부, 칩 포켓부, 주 칩 브레이커부, 보조 칩 브레이커부 및 상면부를 구비하고, 상기 주 칩 브레이커부는, 7∼13도의 경사각을 이루면서 상기 하부면쪽으로 기울어지게 형성된 뾰족한 형상의 초사상 칩 브레이커 및 5∼10도의 경사각을 가진 사상 칩 브레이커로 부드럽게 연장된 형상으로 형성되고, 상기 초사상 칩 브레이커는 상기 모서리 절인높이 이하에서 형성되며, 상기 사상 칩 브레이커는 상기 모서리 절인높이 이상에서 형성되어 모서리 절인 높이에서 상호 연결되고, 상기 보조 칩 브레이커부는 상기 주 칩 브레이커부를 기준으로 양쪽으로 대칭되게 형성되며, 상기 상면부 보다 낮게 형성되고, 상기 모서리 절인과 상기 측면 절인의 높이를 기준으로 +0.05∼-0.05mm 범위의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 인써트를 제공한다.
주 칩 브레이커부를 중심으로 대칭되게 형성되어져 있는 보조 칩 브레이커부는 보조 칩 브레이커 전면 경사면, 보조 칩 브레이커 측면 경사면, 보조 칩 브레이커 상면으로 구성된다. 이때, 보조 칩 브레이커 전면 경사면은 보조 칩 브레이커 상면에서 측면 절인 경사면 방향으로 오목하게 파여진 형상을 하고 있고 20∼40도의 경사 각도를 갖는다.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 절삭 인써트는, 주 칩 브레이커부와 보조 칩 브레이커부로 나뉘어 설계 및 제작되어지며, 내·외경 가공에서 초사상, 사상 절삭영역 모두에서 칩 절단이 잘 이루어지고, 절삭시의 절삭저항이 작으며, 우수한 절인 강도로 뛰어난 절미를 얻을 수 있다.
본 발명에서는 미소 절입시에도 칩 절단이 매우 효과적으로 이루어질 수 있고, 절삭저항 감소 및 뛰어난 절미를 얻을 수 있는 새로운 설계개념을 도입하여 절삭 인써트를 설계 및 제작하였다.
이를 위해서, 기본적으로 초사상 칩 브레이커 설계개념을 도입하고, 초사상영역뿐만 아니라 사상영역에서도 우수한 칩 절단 능력을 발휘하도록 칩 브레이커를 설계하였다.
기존에 사상용 칩 브레이커로 초사상영역에 사용시 칩 절단이 잘 되지 않는 문제가 발생하였는데, 본 발명에서는 이러한 문제를 극복하기 위해서 동일한 칩 브레이커에서 초사상 칩 브레이커와 사상 칩 브레이커로 나누어 구성되어져 있으며, 초사상영역에서 칩 절단이 잘 되도록 하기 위하여 칩 배출방향을 예측하여 초사상 칩 브레이커가 이루는 각, 위치, 모양을 설정하고, 사상영역에서도 뛰어난 칩 절단을 위해 사상 칩 브레이커의 각도, 모양 등을 최적화하였으며, 보조 칩 브레이커 위치와 모양 등을 합리적으로 설계하여, 변화되는 절입에서의 칩 형태의 변화, 저항증가, 거친 면조도 등의 문제점을 극복하였다.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명에 따른 절삭 인써트를 보다 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 내·외경 선삭 가공용 절삭 인써트(10)는 주로 초경 합금재료를 분말야금법에 의한 공정, 즉 형압, 소결, 연삭 등의 공정을 거쳐서 제작된다. 절삭 인써트(10)는 상부면(20), 하부면(30) 및 다수의 편평한 측면(14)을 구비한다. 상부면(20)에서 하부면(30)으로 0도 ~ 15도의 측면 여유각으로 이어지는 측면(14)들은 이들 사이에서 부드럽게 만곡된 모서리 측면(16a,16b)에 의해서 서로 연결된다.
절삭 인써트(10)는 내·외경 절삭 가공 시에 상부면(20)만을 사용한다. 따라서, 상부면(20)에만 칩 브레이커가 제공되고 하부면(30)은 평면으로 구성된다. 상부면(20)에 제공되는 칩 브레이커는 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제작된다. 하부면(30)은 절삭 인써트(10)를 공구용 홀더(도시되지 않음)에 고정시킬 때 견고하게 고정되어 절삭 인써트(10)를 지지하는 역할을 한다.
이와는 달리, 상부면(20)과 하부면(30) 상에 칩브레이커를 제공하는 것도 가능하다. 이때는 절삭 인써트(10)의 중앙에 원형 개구부(13)만이 관통하여 형성된다.
절삭 인써트(10)의 중앙에는 원형 개구부(13)가 수직하게 관통하여 형성되고, 원형 개구부(13)내에는 절삭 인써트(10)를 공구용 홀더에 고정시키기 위한 보스(12)가 설치된다. 보스(12)는 절삭 인써트(10)의 상부면(20)과 동일한 높이에 놓여지며, 절삭 인써트(10)를 공구용 홀더에 고정시키려는 경우 보스(12)에는 스크루나 레버 등이 용이하게 삽입된다.
도 2는 본 발명에 따른 절삭 인써트의 평면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 절삭 인써트(10)의 상부면(20)은 주 칩 브레이커부(100), 보조 칩 브레이커부(120), 상면부(130), 측면 절인 경사면부(40), 칩 포켓부(50) 및 모서리 절인 경사면(60)을 구비한다.
상면부(130)와 각각의 측면(14)사이에는 절삭 인써트(10)를 이용한 선삭 가공시에 피삭재와 1차적으로 접촉하는 날카로운 측면 절인(23), 전방 측면 절인 경사면(40a,40b), 칩 포켓면(50a,50b), 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a,117b), 보조 칩 브레이커부(120), 보조 칩 브레이커 전면 경사면(122a,122b), 보조 칩 브레이커 측면 경사면(124a,124b)이 형성된다.
상면부(130)와 모서리 측면(16a)사이에는 절삭 인써트를 이용한 선삭 가공시에 피삭재와 1차적으로 접촉하는 모서리 절인(22), 모서리 절인 경사면(60), 초사상 칩 브레이커(111), 사상 칩 브레이커(113), 주 칩 브레이커부 상면(115)이 순차적으로 형성된다.
이때, 모서리 절인(24)은 모서리 절인(22)의 내접 각(η1)의 크기에 따라서 결정되는 다양한 크기의 내접 각(η2)을 갖는다. 예를 들어, 상기 내접각(η1)이 80도일 때 상기 내접 각(η2)은 100도의 각도를 이루도록 형성된다. 그 결과 절삭 인써트(10)는 전체적으로 마름모꼴을 이루게 된다. 이와는 달리, 상기 내접 각(η1)이 90도 각도를 이루도록 형성되면 상기 내접 각(η2)은 90도 각도를 이루도록 형성되고, 그 결과 절삭 인써트(10)는 전체적으로 정사각형을 이루게 되며 각각의 모서리부는 동일한 형상의 칩브레이커를 구비하게 된다.
만일, 내접 각(η1)이 55도 각도를 이루도록 형성되면, 상기 내접 각(η2)은 125도 각도를 이루도록 형성되고, 그 결과 절삭 인써트(10)는 전체적으로 다이아몬드형을 이루게 된다. 또한, 내접 각(η1)이 35도 각도를 이루도록 형성되면, 상기 내접 각(η2)은 145도 각도를 이루도록 형성되고, 그 결과 절삭 인써트(10)는 전체적으로 상기 다이아몬드형과 다른 다이아몬드형을 이루게 된다. 이와는 달리, 절삭 인써트(10)의 모서리각을 60도로 형성되게 하면, 선삭 가공용 절삭 인써트(10)는 정삼각형을 이루며 각각의 모서리부는 동일형상의 칩브레이커를 구비하게 된다.
초사상영역에서 내·외경 절삭 가공시, 모서리 절인 경사면(60)이 칩 포켓 기능을 수행하여 절삭시 배출되는 배출 칩의 컬링(Curling)을 생성시키기 위한 1차 기능을 수행하며, 2차로 모서리 절인(22)보다 낮게 형성된 초사상 칩 브레이커(111)에 의해서 완전한 배출 칩의 컬링을 생성시켜 일정한 방향으로 칩 배출 및 효과적인 칩 절단이 이루어질 수 있도록 한다.
사상영역에서 내·외경 절삭 가공시, 칩 포켓면(50a,50b)은 모서리 절인(22)및 측면절인(23)에 의해서 절삭시 배출되는 배출 칩의 컬링을 생성시키기 위한 기능을 1차로 수행하며, 2차로 절입이 0.3∼0.8mm시에는 보조 칩 브레이커 전면 경사면(122a,122b)에 의해서 완전한 배출 칩의 컬링을 생성시켜 주며, 절입이 1.0mm이상일 시에는 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a,117b)에 의해서 완전한 배출 칩의 컬링을 생성시켜 사상영역에서 일정한 방향으로 칩 배출 및 효과적인 칩절단이 이루어질수 있도록 한다.
상기 모서리 절인 경사면(60)과 측면 절인 경사면(40a,40b)은, 절삭 인써트(10)를 이용한 내·외경 선삭 가공시 변화하는 칩 배출 방향에 맞게 절입량이 깊어지고 이송량이 증가할 때 효율적으로 칩의 회전반경을 적절히 조절하기 위한 것이다. 모서리 절인 경사면(60)과 측면 절인 경사면(40a,40b)은 칩 포켓면(50a,50b)에 인접하고 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a, 117b)과 보조 칩 브레이커 측면 경사면(124a,124b)으로 향하는 경사면으로서, 곡률반경이 4.0∼8.0mm로 형성되어져 있다.
도 3은 도 2의 "G"부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 모서리 절인(22)은 절삭 인써트(10)를 이용한 선삭 가공 시에 결손 및 파손되는 것을 방지하기 위하여 0.2∼1.2mm의 곡률반경(Rn)을 갖도록 형성된다. 모서리 절인(22) 근처에서 모서리 절인 경사면(60)상에 형성된 초사상 칩 브레이커(111)는 절입량이 미소일 때, 즉 절입이 0.05∼0.3mm일 경우 칩 컬링에 기여하며, 초사상 주 칩 브레이커(111)의 끝은 뾰족한 형상으로 이루어져 있으며, 전체적으로 삼각뿔 형상을 이루고 있다.
모서리 절인(22)보다 높게 위치한 사상 칩 브레이커(113)는 절입량이 작을 때, 즉 절입이 1.0mm이상일 경우 칩 컬링에 기여하며, 초사상 칩 브레이커(111)와 부드럽게 연결된 형상으로 이루어져 있다. 주 칩 브레이커부(100)에서 주 칩 브레이커부 상면(115)과 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a, 117b)의 경계선(116a,116b)은 3.0 ∼7.0mm의 곡률반경(Ri)을 가지며, 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a,117b)과 모서리 절인 경사면(60), 칩 포켓면(50a, 50b)과 이루는 경계선(119a,119b)은 5.0∼20.0mm의 곡률반경(Rj)을 갖는다.
주 칩 브레이커부(100)를 중심으로 대칭되게 형성되어져 있는 보조 칩 브레이커부(120)는 보조 칩 브레이커 전면 경사면(122a,122b), 보조 칩 브레이커 측면 경사면(124a,124b), 보조 칩 브레이커 상면(121)으로 구성된다. 이때, 보조 칩 브레이커 전면 경사면(122a, 122b)은 보조 칩 브레이커 상면(121)에서 측면 절인 경사면(40a, 40b) 방향으로 오목하게 파여진 형상을 하고 있고 20∼40도의 경사 각도를 갖는다. 또한, 보조 칩 브레이커 측면 경사면(124a,124b)도 보조 칩 브레이커 전면 경사면(122a, 122b)과 같은 방법으로 설계된다.
보조 칩 브레이커 상면(121)과 보조 칩 브레이커 전면 경사면(122a,122b)의 경계선(123a, 123b)은 0.5∼2.5mm의 곡률반경(Re)을 가지며, 보조 칩 브레이커 상면(121)과 보조 칩 브레이커 측면 경사면(124a,124b)의 경계선(125a,125b)은 1.5 ∼5.0mm의 곡률반경(Rf)을 갖는다.
상기 곡률반경(Re)과 상기 곡률반경(Rf)이 만나는 지점(W)은 측면 절인(23)에서 0.3∼0.7mm의 거리(D)에 위치하는데, 이는 사상 절삭영역에서 절입이 작은 경우(절입량이 0.3∼0.8mm)에 보조 칩 브레이커 전면 경사면(122a,122b)에 의해 최적의 칩 컬링을 유도한다.
이를 위해서, 보조 칩 브레이커부(120)는 주 칩 브레이커부(100) 및 상면부(130) 보다 낮게 형성되며, 모서리 절인(22,24), 측면 절인(23)의 높이를 기준으로 +0.05∼-0.05mm범위의 높이를 가지도록 설계된다.
도 4는 도 2의 선 A-A를 따라 도시한 단면도이며, 도 5는 도 4의 "J"부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 모서리 절인(22), 모서리 절인 경사면(60), 초사상 칩 브레이커(111), 사상 칩 브레이커(113), 주 칩 브레이커부 상면(115), 보조 칩 브레이커 상면(121), 상면부 경사면(132), 상면부 상면(134)의 단면이 순차적으로 도시되어 나타나 있다. 이때, 직접적으로 칩 컬링에 관여하는 단면은 모서리 절인(22), 모서리 절인 경사면(60), 초사상 칩 브레이커(111) 및 사상 칩 브레이커(113)이다.
이와 같은 단면구조를 갖는 절삭 인써트(10)의 모서리 측면(16a)를 이용하여 내·외경 선삭 절삭을 수행하면, 피가공물과 1차적으로 접촉하며 0.2∼1.2mm의 곡률반경(Rn)을 갖는 모서리 절인(22)에 의해서 절단된 절삭칩은 절입이 0.3mm이내인 경우는 모서리 절인 경사면(60)을 경유하여 초사상 칩 브레이커(111)에서 칩 컬링이 이루어져 절단을 이루고, 절입이 0.3mm이상인 경우는 모서리 절인 경사면(60)을 경유하여 칩 포켓면(50a,50b)에서 1차 컬링이 이루어지고 최종적으로 사상 칩 브레이커(113)에서 컬링이 이루어져 칩이 절단된다.
이를 위해서, 상기 주 칩 브레이커부 상면(115)에서 하부면(30)방향으로 기울어진 경사각을 초사상 칩 브레이커 경사각(β1)과 사상 칩 브레이커 경사각(β2)으로 달리하여 설계하였다.
상기 초사상 칩 브레이커 경사각(β1)은 7∼13도의 각도로 이루어져 있으며, 상기 사상 칩 브레이커 경사각(β2)은 5∼10도의 각도로 형성되어 있으며, 모서리 절인(22)으로부터 상기 초사상 칩브레이커 경사각(β1)과 상기 사상 칩 브레이커 경사각(β2)이 교차하는 지점까지의 거리(ℓ2)은 0.3∼0.8mm이다.
이때, 배출칩의 컬링 반경이 작을수록 칩이 잘 절단되고, 컬링 반경을 지배하는 요소는 모서리 절인 경사면(60)의 곡률반경(Rg), 초사상 칩 브레이커 경사각(β1), 사상 칩 브레이커 경사각(β2), 모서리 절인(22)으로부터 모서리 절인 경사면(60)과 초사상 칩 브레이커 경사각(β1)이 교차하는 지점까지의 거리(ℓ3), 초사상 칩 브레이커 경사각(β1)과 사상 칩 브레이커 경사각(β2)이 교차하는 지점까지의 거리(ℓ2), 주 칩 브레이커부 상면(115)의 선단부까지의 거리(ℓ1), 주 칩 브레이커부 상면(115)과 모서리 절인(22)간의 높이차(t1)이다.
도 6은 도 3의 선 C-C를 따라 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 측면 절인(23), 측면 절인 경사면(40a), 칩 포켓면(50a),주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a), 주 칩 브레이커부 상면(115)의 단면이 순차적으로 나타나 있다.
피가공물과 1차적으로 접촉하는 모서리 절인(22)과 측면 절인(23)에 의해서 절입 깊이가 1.0mm이상인 상태에서 내·외경 선삭 절삭을 수행하는 경우, 측면 절인 경사면(40a)과 칩 포켓면(50a)을 경유하여 곡률반경(Ru)이 2.0∼5.0mm인 볼록한 형상으로 형성된 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a)에서 최종적으로 컬링이 이루어진다.
이를 위해서, 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a,117b)의 형상을 전체적으로 볼록한 곡면을 이루도록 설계를 하였다. 이로 인해 편평한 형상을 가진 후방 경사면보다 칩 컬링의 유도를 자연스럽게 할 수 있으며, 편평하거나 오목한 형상보다 칩 컬링시 발생하는 과도 브레이킹을 감소시킬 수 있고, 칩 컬링시 발생하는 상면 마모에서도 적은 마모량을 나타낼 수 있다.
도 7은 도 2의 선 B-B를 따라 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a)과 (117b)가 이루는 각(α1)은 100∼120도의 각도로 형성되며, 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a)과 측면 절인 경사면(40a)이 이루는 각(α2)은 140∼150도의 각도로 형성되어진다.
이때, 각(α2)이 150도 이상일 경우에는 선삭가공시 배출되는 칩 길이가 길게 형성되며, 각(α2)이 140도 이하일 경우에는 칩 컬링의 과부하가 발생할 수도 있다. 따라서, 절입량이 1.0mm이상에서 칩 브레이킹이 일어날 수 있는 최적의 각(α2)은 140∼150도이다.
도 8은 도 2의 선 D-D를 따라 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 측면 절인(23), 경사면부(40), 보조 칩 브레이커 측면 경사면(124a), 보조 칩 브레이커 상면(121)의 단면이 순서대로 나타나 있다.
이때, 보조 칩 브레이커 측면 경사면(124a,124b)과 보조 칩 브레이커 상면(121)이 이루는 각(γ1)은 20∼40도의 각도로 이루어져 있으며, 보조 칩 브레이커 전면 경사면(122a, 122b)과 보조 칩 브레이커 상면(121)과 이루는 각도 동일하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 절삭 인써트(10)는 주 칩 브레이커와 보조 칩 브레이커의 높이와 형상을 달리하여 설계 및 제작됨으로써, 일반강, 합금강, 저탄소강, 저탄소 합금강 등의 내·외경 선삭 가공에서 절입 깊이가 미소한 초사상 가공영역, 절입 깊이가 작은 사상 가공영역에서 양호한 칩 브레이킹, 양호한 공구수명을 유지하여 다양한 절삭 가공조건에서 우수한 절삭성능을 발휘한다.
또한, 기존의 내·외경용 절삭 인써트에서 문제가 되었던 고속·고이송 가공에서의 절삭저항 증가, 인선칩핑, 결손, 저속·저이송에서의 칩처리 불가 등의 문제를 근본적으로 해결하였다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 선삭가공용 절삭 인써트(10)로서,
    상부면(20), 하부면(30), 다수의 측면(14), 다수의 모서리 측면(16a,16b), 절인부(22,23) 그리고 상기 절삭 인써트(10)의 중앙을 수직하게 관통하여 형성된 개구부(13) 및 상기 개구부(13)내에 설치된 보스(12)를 구비하며, 상기 상부면(20)은 측면 절인 경사면부(40), 칩 포켓부(50), 주 칩 브레이커부(100), 보조 칩 브레이커부(120) 및 상면부(130)를 구비하는 절삭인써트(10)에 있어서, 상기 모서리 측면(16a)과 상기 보스(12) 사이에는 상기 모서리 절인(22), 모서리 절인 경사면(60), 상기 초사상 칩 브레이커(111), 상기 사상 칩 브레이커(113), 주 칩 브레이커부 상면(115), 보조 칩 브레이커 상면(121), 상면부 경사면(132) 및 상면부 상면(134)이 차례료 형성되고, 상기 주 칩 브레이커부(100)는, 7∼13도의 경사각(β1)을 이루면서 상기 하부면(30)쪽으로 기울어지게 형성된 뾰족한 형상의 초사상 칩 브레이커(111) 및 5∼10도의 경사각(β2)을 가진 사상 칩 브레이커(113)로 부드럽게 연장된 형상으로 형성되고, 상기 초사상 칩 브레이커(111)는 상기 모서리 절인(22)이하에서 형성되며, 상기 사상 칩 브레이커(113)는 상기 모서리 절인(22)이상에서 형성되고, 상기 보조 칩 브레이커부(120)는 상기 주 칩 브레이커부(100)를 기준으로 양쪽으로 대칭되게 형성되며, 상기 상면부(130)보다 낮게 형성되고, 상기 모서리 절인(22)과 상기 측면 절인(23)의 높이를 기준으로 +0.05∼-0.05mm 범위의 높이를 갖고 있으며, 상기 주 칩 브레이커부(100)에서 후방 경사면(117a,117b)은 2.0∼5.0mm의 곡률반경(Ru)을 가지며, 상기 초사상 칩 브레이커(111)의 경사각(β1)과 상기 사상 칩 브레이커(113)의 경사각(β2)을 가지고 뾰족한 형상으로 형성되고, 상기 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a)와 (117b)가 이루는 각(α1)은 100∼120도의 각도이며, 상기 주 칩 브레이커부 상면(115) 및 상기 볼록한 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a, 117b)과 경계를 이루는 경계선(116a, 116b)은 3.0∼ 7.0mm의 곡률반경(Ri)을 가지며, 상기 주 칩 브레이커부 후방 경사면(117a, 117b)과 모서리 절인 경사면(60), 칩 포켓면(50a, 50b)과 이루는 경계선(119a,119b)은 5.0∼20.0mm의 곡률반경(Rj)을 갖고, 상기 보조 칩 브레이커부(120)의 측면 경사면(124a, 124b)이 이루는 경사각(γ1)은 20∼40도의 각도로 이루어져 있으며, 보조 칩 브레이커 상면(121)과 보조 칩 브레이커 전면 경사면(122a,122b)의 경계선(123a, 123b)은 0.5∼2.5mm의 곡률반경(Re)으로 오목한 형상을 이루며, 상기 보조 칩 브레이커 상면(121)과 상기 보조 칩 브레이커 측면 경사면(124a, 124b)의 경계선(125a, 125b)은 1.5∼5.0mm의 곡률반경(Rf)으로 오목한 형상을 이루고, 상기 보조 칩 브레이커 전면 경사면(122a,122b)과 상기 보조 칩 브레이커 측면 경사면(124a, 124b)이 만나는 지점(W)은 상기 측면 절인(23)에서 0.3∼0.7mm의 거리(D)에 위치하는 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.
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  5. 제 1 항에 있어서, 상기 모서리 절인 경사면(60)의 곡률반경(Rg)은 4.0∼8.0mm이며, 상기 주 칩 브레이커부 상면(115)에서 상기 하부면(30) 방향으로 기울어진 사상 칩 브레이커 경사각(β2)은 5∼10도이며, 상기 모서리 절인(22)의 높이를 기준으로 0∼+0.03mm의 지점에서 상기 사상 칩 브레이커 경사각(β2)과 교차되는 지점에서 상기 하부면(30) 방향으로 기울어진 초사상 칩 브레이커 경사각(β1)은 7∼13도의 각도를 가지며, 상기 모서리 절인(22)으로부터 상기 주 칩 브레이커부 상면(115)의 선단부까지의 거리(ℓ1)는 1.0∼1.8mm이며, 상기 모서리 절인(22)으로부터 상기 초사상 칩 브레이커 경사각(β1)과 상기 사상 칩 브레이커 경사각(β2)이 교차하는 지점까지의 거리(ℓ2)는 0.3∼0.8mm이며, 상기 모서리 절인(22)으로부터 상기 모서리 절인 경사면(60)과 상기 초사상 칩 브레이커 경사각(β1)이 만나는 지점까지의 거리(ℓ3)는 0.1∼0.25mm이고, 상기 모서리 절인(22)과 상기 주 칩 브레이커부 상면(115)간의 높이차(t1)가 0.05∼0.25mm이며, 상기 상면부(130)와 상기 보조 칩 브레이커 상면(121)간의 높이차(t2)가 0.05∼0.25mm인 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.
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