KR100340397B1 - 칩제거용내부공동을갖는드릴본체 - Google Patents

Abstract

배출 드릴링을 주용도로 하는 드릴은 용접시 발생하는 불완전한 둥글기를 방지하고, 칩이 쉽게 박힐 수 있는 용접 접합부 간극을 방지하기 위하여 단일편으로 제조된다. 더구나, 드릴에는 가능한 한도까지 칩 재밍을 방지하기 위하여 선삭에 의해 가공된 칩 공간(13)이 마련된다. 삽입체는 양호하게는 삽입체의 장착을 용이하게 하도록 접선 방향으로 배치된다. 원칙적으로, 삽입체는 반원형으로 형성되며, 이는 삽입체의 가압과 삽입체 포켓의 제조를 모두 간단하게 한다.

Description

칩 제거용 내부 공동을 갖는 드릴 본체{Drilling Tool with Internal Cavities for Chip Removal}

본 발명은 청구항 1에 따른 금속 재료의 칩 파단식 기계 가공(chip-breaking machining)용 드릴링 공구에 관한 것으로, 이러한 공구는 주로 소위 배출 드릴링을 위한 것이다. 그러나, 소위 BTA 드릴링을 위해 유리하게 사용될 수도 있다.

드릴을 위해 초경합금으로 된 절삭 삽입체를 사용하는 것이 공지되어 있는데, 상기 삽입체는 기계적 체결 구조에 의해 체결되고, 상기 삽입체에는 칩 파단을 위하여 칩면(chip surface)에 하나 이상의 만입부(recess)가 마련된다. 이러한 드릴이 예컨대 미국 특허 제4,215,157호로부터 공지되어 있다. 그러나, 최적의 바람직한 칩 형성을 성취할 수 없음이 판명되었다. 따라서, 요구되는 길이가 짧은 콤마형(comma-formed) 칩을 성취하는 것이 불가능함과 동시에, 요구되는 방식으로 드릴을 운전할 때 유효 소비를 절감하는 것이 불가능한 것으로 판명되었다. 더욱이, 때때로 칩 도관(chip canal)이 생성된 칩에 대해 너무 좁다는 것이 판명되었는데, 이는 칩 단절 및 재밍(jamming)을 초래하였다.

더욱이, 유럽 공개 제491 670호에는, 2개 이상의 절삭 삽입체가 장착된 드릴 본체를 포함하는 드릴링 공구가 설명되어 있다. 삽입체는 평행 사다리꼴로 형성되어 축방향으로 장착되는데, 즉 절삭 삽입체의 지지면이 축방향으로 연장되며, 삽입체는 납땜에 의해 적당히 고정된다. 그러나, 일정 시간의 마모 후에, 이러한 드릴 본체도 때때로 2개의 칩 도관 및 중앙 구멍이 만나는 구역에서 칩 재밍을 야기하였다. 더구나, 드릴 본체는 용접에 의해 접합된 2개의 부분, 즉 드릴 헤드 또는 드릴 크라운(crown)과, 부분적으로 나사가 형성된 원통 부분으로 구성된다. 드릴 크라운이 주조되었다는 사실과 조합되어 이러한 용접 접합은 완제품의 둥글기(roundness)가 종종 불완전하게 되도록 하였다. 이러한 것은 완전한 둥글기와 중심축 둘레의 회전 대칭을 성취하기 위하여 일부의 소비자가 마무리 연마를 요구한다는 것을 의미하며, 이는 드릴의 생산 비용을 불필요하게 증가시킨다. 이러한 용접 접합의 다른 결점은, 실제에 있어서 용접 접합부가 완전하게 접합되지 않고 내부측에 소정 간극을 남겨 두기 때문에, 칩이 용접 접합부에 때때로 박히는 것으로 드러나 있다. 이러한 것은 단 하나의 칩이 박혀서 움직이지 않게 되어 다음의 칩들이 쌓이도록 하며, 칩 재밍을 야기하고 최악의 경우에는 공구 파손을 초래한다.

따라서, 본 발명의 주목적은 드릴 본체, 특히 칩 재밍에 대한 어떠한 위험성도 실제적으로 제거하는 배출 드릴링용 드릴 본체를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 칩이 재밍될 수도 있는 내부 상에서 어떠한 불균일성도 제거하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 실제적으로 완전한 둥글기를 갖는 드릴 본체를 제공하기 위한 것이다.

청구항 1의 특징부에 한정된 특징을 갖는 드릴 본체를 형성함으로써 상기 및 다른 목적을 성취할 수 있었다.

제한하기 위한 것이 아닌 예시적인 목적을 위하여, 본 발명의 양호한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 도면은 다음과 같다.

도1은 장착된 상태의 본 발명에 따른 드릴링 공구를 위에서 비스듬하게 바라본 사시도로 도시한다.

도2는 본 발명에 따른 드릴 절삭 삽입체를 위에서 비스듬하게 바라본 사시도로 도시한다.

도3은 장착되지 않은 상태의 도1의 드릴링 공구를 측면도로 도시한다.

도4는 위에서 똑바로 바라본 드릴링 공구를 도시한다.

도5는 도4와 동일한 도면을 도시하지만, 도6 내지 도8의 상이한 방향에서의 도면과 단면이 한정되어 있다.

도6은 공구의 상부 부분의 도5에 따른 단면 Ⅵ-Ⅵ을 도시한다.

도7은 공구의 상부 부분의 도5에 따른 Ⅶ 방향의 도면을 도시한다.

도8은 공구의 상부 부분의 도5에 따른 Ⅷ 방향의 도면을 도시한다.

도9는 공구의 상부 부분의 도5에 따른 단면 Ⅸ-Ⅸ를 도시한다.

도1에서, 배출식 드릴링 공구가 참조 부호 1로 나타나 있다. 유리하게는, 소위 BTA-드릴링에 대해서도 사용될 수 있다. 공구는 드릴링 크라운 또는 헤드(2), 중간부(3) 및 축(4)을 포함한다. 축(4)에는 외부 나사(5)가 마련되며, 외부 나사(5)는 (도시되지 않은) 체결 외부 튜브 상에서 축을 나사 결합시킴으로써 공지의 방식대로 고정되게 하려는 것이다. 상기 외부 튜브와 동심으로 된 (도시되지 않은) 내부 튜브는 냉각 매체 구멍(6)을 지나 드릴의 내부 원통형 공동 내로 공지의방식대로 삽입됨으로써, 형성된 칩이 상기 내부 튜브를 통해 냉각 매체를 따르도록 한다.

이전에 공지된 기술(예컨대, 유럽 공개 제491 670호)에 따르면, 드릴 헤드(2) 자체는 주조되지만 축(4)은 선삭되며, 이후에 이들 2개의 부분은 용접에 의해 접합된다. 용접은 열팽창으로 인한 변형과, 후속의 냉각 동안의 불균일한 수축을 항상 야기한다. 이러한 불편함은 공작물의 얇은 부분에 대해서 더욱 두드러진다. 더욱이, 헤드는 정밀 주조에도 불구하고 다소 둥글지 않게 될 수 있다. 이러한 불편함은 본 발명에 의해 완전히 극북될 수 있는데, 드릴 본체 전부를 선삭에 의해 단일편으로 생산함으로써, 모든 용접을 제거하여 내부에서의 용접 접합부 간극을 남기는 어떠한 위험성도 방지한다는 이점을 가져온다.

도3 및 도4에서 알 수 있는 바와 같이, 드릴 헤드의 최상부 측에는 드릴 절삭 삽입체(10)를 수납하도록 된 3개의 절삭 삽입체 시트(seat) 또는 포켓(pocket)(7, 8, 9)이 마련된다. 유리하게는, 3개의 절삭 삽입체는 동일하며, 단지 차이점은 중앙 절삭 삽입체가 외주 절삭 삽입체 및 중간 절삭 삽입체와 비교하여 거꾸로 되어 있다는 것이다. 배출 드릴에서의 절삭 삽입체의 개수는 한 개 내지 다섯 개 사이에서 선택될 수 있다. 그러나, 단 하나의 절삭 삽입체에 의한 결점은 드릴이 균형을 이루지 못하기 때문에 지지 패드가 견뎌야만 하는 절삭력이 커지게 된다는 것이다. 절삭 삽입체의 개수는 3개의 조합성, 수명 및 우월성 사이에서의 양호한 절충안이다. 배출 드릴은 통상적으로 일방 드릴(one-way drill)로서 생산되며, 따라서 도2에 따른 초경합금 삽입체가 절삭 포켓 내에 납땜된다. 드릴이일방식이므로, 드릴은 제품 품질 및 폐기 위험이 저해됨이 없이 가능한 한 장시간에 걸쳐 마모되어야 한다. 외주 절삭 삽입체(10A)는 통상적으로는 20 mm 내지 65 mm인 드릴 가공 구멍의 직경을 결정한다. 상기 삽입체의 절삭날은 방사상 내측으로 상방으로 경사져 있다. 절삭 포켓(8) 내의 인접 중앙 절삭 삽입체(10C)는 코어(core)가 남겨질 것이 요구되지 않으므로 드릴의 중심축과 중첩된다. 외주 절삭 삽입체와는 반대로, 중앙 절삭 삽입체의 절삭날은 축방향 하방으로 그리고 방사상 내측으로 경사져 있는데, 그 이유는 그렇지 않다면 뒤따르는 절삭 삽입체에 큰 응력이 가해져 매우 급속하게 파단되게 하기 때문이다. 중앙 절삭날의 경사와 일치하여, 헤드 선단에는 원추형 반입부(25)가 마련되다. 중심축의 반대측에는, 중간 절삭 삽입체(10B)가 삽입체 포켓(9) 내에 있다. 외주 절삭 삽입체(10A)와 마찬가지로, 중간 절삭 삽입체의 절삭날은 축방향 상방으로 그리고 방사상 내측 방향으로 경사져 있다. 회전시, 중간 절삭 삽입체의 절삭날의 회전 경로는 중심축으로부터 외주까지의 연속 절삭 라인을 얻기 위하여 외주 절삭 삽입체의 절삭날 및 중앙 절식 삽입체의 절삭날과 다소 중첩된다. 본 발명에 따르면, 삽입체들은 첨부 도면에 도시된 바와 같이 접선 방향으로 위치되거나, 예컨대 유럽 공개 제491 670호에 기재된 바와 같이 축방향으로 위치될 수 있다. 그러나, 이들 삽입체는 첨부 도면에 따라 배치되는 것이 바람직하다.

2개의 칩 도관, 덕트 또는 세로 홈(flute), 즉 외주 절삭 삽입체 및 중앙 절삭 삽입체를 위한 하나의 큰 공통 칩 도관(11)과, 중간 절삭 삽입체를 위한 다소 작은 하나의 칩 세로 홈(12)은 드릴의 최상부 측에서 종료한다. 본 발명의 양호한실시예에 따라, 이들 칩 도관의 대향 하단부들은 선삭에 의해 가공된 내부 칩 공간(13)으로 종료하며, 내부 칩 공간은 바닥면이 드릴의 최상부 측을 향해 상방으로 향한 절두 원추형 형상을 갖는다. 이러한 칩 공간(13)에 의해, 중앙 절삭 삽입체 및 중간 절삭 삽입체는 칩 공간(13)을 횡방향으로 가로질러 연장되어 드릴의 최상부 측의 직경 방향으로 대향한 2개의 부분에 연결된 브리지형 장치(14) 상에 있게 된다. 드릴(1) 전체는 양호하게는 단일편으로 제조되므로, 이러한 칩 공간(13)은 드릴의 후방 단부 측의 개구 또는 원통형 공동(15)을 통해 도입되는 선삭 공구에 의해 선삭된다. 이러한 칩 공간(13)은 몇 가지 이점을 낳는데, 칩 공간이 증가함에 따라 칩 재밍에 대한 위험성이 최소화되고 구성이 보다 경량으로 된다고 말할 수 있다. 이를 주조하는 것은 불가능하다. 그러나, 드릴 본체 전부가 선삭되는 단일편으로 주조된다는 사실로 인해, 내측으로 증가하는 공동이 형성될 수 있다. 칩 도관 또는 세로 홈(11, 12)은 드릴의 최상부 측으로부터 위에서부터 밀링 가공되었다. 칩 세로 홈의 가용칩 공간을 최적화하기 위하여, 밀링 공구는 드릴의 외주에 인접하여 드릴의 중심축에 대해 경사져 있어서, 외측으로 경사진 경사면이 얻어지도록 하는데, 상기 경사면은 작은 랜드 부분(16)을 통해 드릴의 외측 외피면(envelope surface)의 바로 부근에 인접하거나, 상기 외피면과 함께 파단선(17)을 직접 형성한다.

상기 설명으로부터, 선삭에 의해 가공된 칩 공간(13)과의 일체형 드릴링 공구의 복합 효과, 즉 전혀 방해받지 않는 최대 칩 유동을 성취하도록 이들이 협동한다는 것은 명백하다. 예컨대, 칩 공간(13)이 용접된 드릴에 형성된다면, 용접 접합부는 상기 공간의 원추형 외피면 상에 위치될 것이며, 이 경우에 용접 접합부 간극에는 조만간에 칩이 박혀 움직이지 않게 될 것이다. 한편, 공동(15)이 어떠한 칩 공간도 없이 균일하게 계속된다면, 가용 칩 유동 공간이 감소됨으로써 칩 재밍에 대한 위험성이 증가할 것이다.

드릴의 회전-대칭 외부면은 선삭에 의해 적당히 만들어지며 나머지 외부면 부분은 밀링 가공에 의해 형성된다. 도3 및 도4에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 삽입체 포켓 또는 시트(7, 8, 9)는 가장 간단한 방법, 즉 하나의 동일한 엔드밀(end mill)을 가지고 삽입체 시트당 단일의 짧은 직선 엔드밀 작업에 의해 만들어진다. 이에 의해, 삽입체 포켓의 후방 지지면은 엔드밀의 절삭 직경에 대응하는 둥근 반원형 형상을 얻는다. 내부 공동(15)이 천공되고, 이후에, 전술한 바와 같이 칩 공간(13)이 선삭에 의해 가공된다. 칩 공간(13)에 의해 점유된 부분은 이전에는 공동(15)의 연속 부분을 구성하였다는 것을 지적할 수 있다.

설명한 바와 같이, 도2는 본 발명에 따른 절삭 삽입체(10)를 재현하고 있다. 특히, 절삭 삽입체는 여유면(relief surface, 18) 및 둥근 절삭날 측면(19)으로 구성된다. 칩면(chip surface)은 연장된 칩 브레이커(chip breaker, 20)와, 그 아래의 평탄 칩면 부분(21)으로 구성된다. 후방에서, 절삭 삽입체의 둥근 절삭날 측면 상에는, 삽입체를 삽입체 포켓 내에 위치시키는 경우에 삽입체가 가압될 때 발생할 수 있는 불균일성으로 인한 임의의 간섭을 방지하는 이격 노브(distance knob, 22)가 마련될 수 있다. 더구나, 이격 노브(22)는 2개의 대향 반원형 표면들 사이의 접촉이 최소가 된다는 사실에 의해, 납땜 층의 가변 두께에 의해 야기되는 임의의 위치 설정에서의 어긋남에 대한 위험성을 최소화한다.

절삭 삽입체의 둥근 배면은, 응력 집중을 수반하는 임의의 날카로운 모서리가 없이 바람직한 응력 상태를 허용하므로, 균열 형성에 대한 위험성을 상당히 감소시킨다. 더욱이, 삽입체의 길이는 삽입체의 폭에 비하여 크기 때문에, 절삭력을 흡수하는 더욱 큰 지지부가 얻어진다. 더구나, 삽입체는 가압 자체에 있어서 매우 바람직하며, 어떠한 구성 상의 문제도 야기하지 않는다.

반경 방향 절삭력을 흡수하기 위하여, 본 발명에 따른 드릴에는 지지 패드 포켓(24)에서 납땜된 지지 패드(23)가 설비된다. 또한, 이러한 지지 패드 포켓은 삽입체 포켓(7, 8, 9)과 동일한 방식으로 엔드밀을 가지고 단 하나의 직선 밀링 작업에 의해 적당히 밀링 가공된다. 적당하게는, 지지 패드는 부합하는 형상, 즉 둥근 단부를 갖는 길이가 긴 본체를 가질 수 있다. 게다가, 드릴의 원통형 외피면과 대체로 일치시키기 위하여 지지 패드의 외부측에는 원통형 표면 세그먼트의 형상을 갖는 둥근 형태가 적절히 주어진다. 삽입체 및 지지 패드의 장착 모두에 있어서, 둥근 후방 지지면은 장착의 초기 단계에서 안내하는 기능을 발휘하는데, 즉 소정의 측방향으로의 전위(dislocation)를 허용하며, 이는 자동 장착에 있어서 필요한 것이다.

Claims (7)

1. 일단부에서는 내부 원통형 공동(15)이 종료하고 타단부에서는 하나 이상의 초경합금 절삭 삽입체(10)가 마련된 작동 드릴 헤드(2)가 배열된 원통 튜브형 부품으로 구성되며, 절삭 삽입체(10)는 이를 위해 마련된 삽입체 시트 또는 포켓(7, 8, 9)내에 납땜되는, 단일편으로 구성된 배출 드릴링용 드릴 본체에 있어서,

   드릴 헤드(2)는 바닥면이 드릴 헤드의 작업 단부를 향하여 있어 하나 이상의 칩 도관(11, 12)에 연결되는 절두 원추형의 칩 공간(13)을 포함하며, 상기 칩 공간(13)의 타단부는 원통형 공동(15)에 연결되는 것을 특징으로 하는 드릴 본체.
2. 제1항에 있어서, 삽입체 시트 또는 포켓(7, 8, 9)과, 삽입체(10)는 드릴 헤드의 작업 단부에 접선 방향으로 배치되고,

   삽입체 시트의 후방 지지면 및 절삭 삽입체의 대응 후방 지지면은 둥글게 된 것을 특징으로 하는 드릴 본체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 3개의 절삭 삽입체, 즉 외주 절삭 삽입체(10A), 중간 절삭 삽입체(10B) 및 중앙 절삭 삽입체(10C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴 본체.
4. 제3항에 있어서, 2개의 칩 도관(11, 12)은 드릴 본체의 최상부 측에서 종료하며, 하나의 칩 도관(11)은 외주 절삭 삽입체(10A) 및 중앙 절삭 삽입체(10C)로부터 발생된 칩을 멀리 안내하고, 다른 하나의 칩 도관(12)은 중간 절삭 삽입체(10B)로부터 발생된 칩을 멀리 안내하는 것을 특징으로 하는 드릴 본체.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 드릴 본체는 드릴 본체의 외측 외피면 상의 대응 만입부(24) 내에 납땜되는 하나 또는 수 개의 지지 패드(23)를 포함하며, 지지 패드 및 대응 리세스는 2개의 평행한 길이가 긴 측면과, 반원형 단부 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴 본체.
6. 제3항에 있어서, 드릴 본체는 드릴 본체의 외측 외피면 상의 대응 만입부(24)내에 납땜되는 하나 또는 수 개의 지지 패드(23)를 포함하며, 지지 패드 및 대응 리세스는 2개의 평행한 길이가 긴 측면과, 반원형 단부 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴 본체.
7. 제4항에 있어서, 드릴 본체는 드릴 본체의 외측 외피면 상의 대응 만입부(24)내에 납땜되는 하나 또는 수 개의 지지 패드(23)를 포함하며, 지지 패드 및 대응 리세스는 2개의 평행한 길이가 긴 측면과, 반원형 단부 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴 본체.