KR100540630B1

KR100540630B1 - 요철형의 절삭날이 형성된 결합형 절삭구로 구성된 드릴공구

Info

Publication number: KR100540630B1
Application number: KR1020020079404A
Authority: KR
Inventors: 정장수
Original assignee: 정장수
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2006-01-11
Also published as: KR20040051457A

Abstract

본 발명은 절삭날이 형성된 결합 및 분리형 절삭구와 드릴몸체로 구성된 드릴공구에 있어서, 절삭구는 "

"형 요부와 "

"형 돌출부의 반복연속으로 형성되는 요철형 절삭날(

)이 하나의 정점으로부터 상호대응되는 방향으로 각각 하향 경사지게 형성되어 있고 이 절삭날들과 연하여 절삭날 전면에 R형의 곡면홈이 형성된 절삭구와 긴봉 상체로되어 고정면 및 칩배출홈이 형성되어 있고 상기 절삭구와 결합되는 공정수단을 갖는 통상의 드릴몸체로 결합되는 드릴공구로서 천공시 절삭을 세분하므로서 절삭회전부하량과 칩배출부하량을 크게 줄이므로서 보다 적은 동력으로 작업능률을 향상시킬 수 있는 요철형의 절삭날이 형성된 결합형 절삭구로 구성된 드릴공구.

Description

요철형의 절삭날이 형성된 결합형 절삭구로 구성된 드릴공구 {DRILL TOOL WITH ASSEMBLED CUTTING BLADE THAT HAS PROMINENCE AND DEPRESSION SHAPE}

도 1은 본 발명에 의한 드릴공구의 본체와 절삭날이 형성된 절삭구의 분해사시도

도 2는 본 발명에 따른 드릴공구 본체와 절삭구의 결합 상태도

도 3은 요철형의 절삭날이 형성된 절삭구의 정면도 및 평면도, 좌우측면도, 저면도

도 4는 본 드릴공구로 절삭시 피절삭물에 나타나는 절삭괴적

도 5a는 절삭구에 형성된 요부(골 또는 홈)의 일예를 나타낸 평면도

도 5b는 절삭구에 형성된 요부(골 또는 홈)의 또 다른 예로 나타낸 평면도

도 6은 절삭날에 형성되는 R형의 곡면홈 설계도

본 발명은 요철형상의 절삭날이 형성된 결합 및 분리형 절삭구로 구성된 드릴공구에 관한 것이다.

더욱 구체적으로는 드릴공구 본체 상단에 결합 분리될 수 있는 절삭구에 형 성된 절삭날이 요철형으로 수개의 돌출부와 요부(골)가 교호로 형성되므로서 천공되는 피가공물에서 절삭되는 칩을 잘게 나누어 배출시키므로서 드릴 천공시 칩배출로 발생되는 부하량을 최소화할 수 있고 동력감소 효과가 현저하며 피가공물에 형성되는 천공의 길이를 보다 깊게 형성시킬 수 있게 설계되어 있고 보다 작업을 안전하고 신속하게 할 수 있도록 설계된 요철형상의 절삭날이 형성된 결합형 절삭구로 구성된 드릴공구에 관한 것이다.

일반적으로 드릴은 피가공물에 구멍을 내기 위하여 사용되는 회전절삭날을 갖는다. 이와 같은 회전절삭날 즉 홀(HOLE) 천공을 위한 드릴공구는 작업상 필요한 구멍의 직경에 맞도록 다양한 직경으로 제작되어 사용되고 있다. 또한 하나의 회전체에 의해 다양한 직경을 갖는 절삭공구를 교체하여 사용할 수 있도록 구성되어 사용되고 있다.

최근에는 상기 절삭공구의 재질과 관련하여 그 비용이 매우 높기 때문에 절삭공구의 절삭날 부위가 마모 또는 파손되는 경우 절삭공구 전체를 교체하거나 날부위를 재연마하여 사용하기 때문에 까다로운 작업성과 적지 않은 시간이나 비용이 발생하는 문제로 인해 절삭날이 형성된 절삭구만을 교체하여 사용할 수 있는 구조의 절삭공구의 절삭날 형상이나 날의 각도 그리고 재질 등 다양하게 연구개발하므로서 공구의 수명연장, 고속가공을 위한 드릴이 속속 개발되고 있는 실정이다.

그럼에도 해결해야할 문제점으로서 구멍의 직경이 크면 클수록 가공시 발생하는 부하가 커지고 또한 드릴직경(ø)이 커질수록 회전을 감소시켜야 하는 문제가 발생되고 이로 인해 작업시간이 늘어나 작업능률을 저하시켜 생산성이 감소하며 또 한 절삭되는 홀(HOLE)의 지름이 커질수록 한정된 동력으로 단번에 천공을 못하고 1차, 2차, 3차로 나누어 작은 드릴부터 큰 드릴까지 여러 차례에 나누어 가공해야 하므로 많은 시간이 소요되고 또 배출되는 칩은 일정 깊이(드릴직경의 3∼5배) 이상 천공하게 되면 드릴칩이 배출홈 내에서 접히거나 심하면 뭉쳐져서 칩배출이 중단되거나 드릴이 파손되는 경우가 발생하며 마찰에 의한 열발생이 심하여 드릴이 심하게 마모되는가 하면 기계고장을 일으키는 문제를 갖고 있고 경우에 따라서는 작업자가 다칠 수도 있다.

이와 같은 종래 드릴의 문제점을 상당량 해소할 수 있었던 드릴공구가 본 발명자에 의하여 출원번호 10-2001-0018542호로 출원된바 있어 이는 절삭날이 형성되있는 절삭구를 교체할 수 있도록 되어 있고 절삭칩을 세절하므로서 회전절단부하량을 줄이므로서 한정된 동력으로 단계별로 천공하는 작업없이 한꺼번에 천공할 수 있으며 또 절삭칩을 세절하여 배출시키므로서 칩배출시 발생하는 마찰부하량을 줄일 수 있으나 톱니(

)형상의 절삭날로 구성되어 있어 절삭속도는 빠르나 절삭칩이 두껍고 막대형으로 절삭되기 때문에 마찰저항으로 천공깊이가 한정되고 떨림현상이 발생하여 드릴공구의 길이(본체)를 제한받게 되고 천공된 구멍의 치수 안정성이 떨어진다.

본 발명은 요철형상의 절삭날이 형성된 결합형 절삭구와 본체로 구성된 드릴공구 다시 말하면 절삭구에 형성된 절삭날이 요철형상으로 "

"형의 돌출부와 "

"형의 요부(골 또는 홈)가 교호로 형성되게 하므로서 1차적 목적으로 절삭날의 회전절삭에 요하는 부하량을 분산시키므로서 회전부하량을 크게 줄이고 천공을 위한 회전절삭에서 발생하는 칩을 여러 갈래로 엷게 절삭시키므로서 드릴공구 몸체에 형성된 칩배출홈과 천공된 구멍의 벽면 사이에서 발생하는 마찰부하량을 크게 감소시키므로서 구멍을 깊게 뚫을 수 있도록 하고 2차적으로는 떨림현상을 제거하므로서 치수안정성을 확보할 수 있도록 설계된 기능이 우수한 드릴공구를 제공함에 목적이 있다 하겠다.

본 발명은 요철형상의 절삭날이 형성된 결합 분리형 절삭구와 드릴 본체로 구성되는 절삭공구에 관한 것으로 도면에 의하여 구체적으로 설명하면 도1은 본 발명에 의한 드릴공구의 본체(A)와 절삭날이 형성된 절삭구(B)를 분리시킨 상태도로서 위쪽의 절삭구(B)와 아래쪽의 드릴본체(A)가 결합되어 구성되며 절삭구(B)는 절삭구의 정점(B1)으로부터 도3에 나타난 요부(B2a)와 돌출부(B2b)의 반복 연속으로 형성되는 요철형 절삭날(B2), 그리고 요부(B2'a)와 돌출부(B2'b)의 반복 연속으로 형성되는 요철형 절삭날(B2')이 상호 대응되는 방향으로 각각 하향 경사지게 형성되어 있고 각각의 절삭날(B2), (B2')과 연하여 형성된 R형의 곡면 홈(B3) 및 (B3')이 절삭날이 형성된 방향에 따라 함께 형성되어 있으며 절삭구(B)의 양측에는 드릴본체(A)와 결합할 수 있는 나사결합공(B4) 및 (B4')이 천공되어 있고 절삭구(B)의 하면 중심부에는 절삭구안착홈(B5)이 형성되어 있다.

한편 드릴 몸체(A)는 도1 및 도2에서와 같이 일반적인 드릴공구와 마찬가지로 긴 봉상으로 드릴의 회전체(미도시)에 결합되기 위해 형성된 고정면(A1)을 갖는 후단부와 전기한 절삭구(B)와 결합되는 전단부로 구성되며 이 전단부에는 절삭날(B2) 및 (B2')에 의해 피가공물로부터 절삭된 칩이 배출되는 배출홈(A2), (A2')이 전단부 원주면에 트위스트형으로 형성되어 있고 또 전단부에는 절삭날(B2), (B2')이 결합 공정되는 위치 전방부에 절삭유 투입공(A3), (A3')과 나사결합공(A4), (A4')가 형성되어 있으며 절삭구(B)를 고정하기 위한 절삭구결합홈(A5)과 절삭구(B)의 안착홈(B5)에 맞도록 형성된 돌출부(A6)가 형성되어 있다.

이상의 절삭구(B)와 드릴본체(A)를 나사(C1) 및 (C1')로 결착 고정시키면 도2와 같은 구성으로된 드릴공구가 된다.

여기에서 본 발명의 드릴공구에 대한 특징을 살펴보면 절삭구(B)에 형성된 "

"형의 돌출부(B2b)와 "

"형의 요부(골)(B2a)가 교호로 형성되는 요철형의 절삭날(

)(B2)이라 할 수 있고, 절삭구(B)에 형성된 요철형의 절삭날(B2)과 절삭날(B2')은 도3에서와 같이 정점(B1)을 기점으로 하는 절삭날의 전체적인 연결선은 대칭으로 나타나나 절삭날(B2)과 절삭날(B2')에 형성되어 있는 단편적인 돌출부와 요부(골)의 형성위치는 엄밀하게 대칭이라 할 수 없고 도4에서와 같이 피절삭물에 나타나는 "

"형의 돌출부(C2) 및 "

"형의 골(C3)로 형성된 절삭괘적이 서로 엇갈리고 있는 것처럼 단편적인 절삭날인 돌출부와 요부(골)가 각각 엇갈리고 있음을 알 수 있다.

그리고 회전전단력과 칩배출부하량을 줄이기 위하여 어차피 칩을 가늘게 절삭하기 위해서는 절삭날의 일부분인 돌출부와 요부(홈)로 여러 갈래로 분리해야 당 연하고 절삭폭을 넓혀 절삭량을 크게 하기 위해서는 부분적인 절삭날인 돌출부의 폭이 요부(골)의 폭보다 넓어야 하며, 또한 거의 반지름의 길이와 같은 일측의 절삭날 전체길이로 한정되는 절삭날의 길이범위 내에서 절삭칩의 세절에 의한 부하량 감소효과를 얻어야 하고 지나친 절삭박편의 발생으로 야기되는 부작용 등을 종합적으로 감안하여 요부(골)의 폭에 비해 부분 절삭날인 돌출부의 폭이 넓어야만 하고 배출부하량을 이상적으로 줄이기 위해서는 절삭공구의 직경에 따라 약간의 차이가 있지만 칩 세절수가 4∼8 범위 내에서 원활한 절삭가공이 이루어진다.

그리고 절삭날에 형성되는 요부(골 또는 홈)는 도3에서와 같이 거의 절삭구의 정점(회전중심)을 중심으로 하는 원의 접선방향으로 직선으로 형성되지만 요부(골 또는 홈)의 길이가 길어질수록 회전마찰저항 즉 회전부하량을 증가시킨다. 이와 같은 마찰저항을 줄이기 위해서는 도5a에서와 같이 여러 개의 요부(골)의 방향을 정점(B1)을 기점으로 하는 여러 개의 원주방향으로 형성시키면 마찰저항을 크게 줄일 수 있다.

그러나 이와 같이 요부(골)를 원주방향으로 형성함은 절삭구의 재질이 고강도의 탄소강이거나 텅스텐카바이드강으로 되어 있어 곡선가공은 가공성이 용이하지 않는 문제점이 있다.

회전마찰저항을 줄일 수 있는 또 다른 형태의 요부는 도3과 같은 요부(골)의 형태에서 직선으로 형성된 요부 뒤쪽으로 갈수록 좌측벽을 넓게 형성하되 직선으로 형성하여 도5b와 같은 요부를 형성하면 요부에서 발생하는 회전저항을 크게 줄일 수 있고 도3과 같은 직선으로 형성된 요부도 요부(홈)의 길이가 짧아지면 회전저항 을 크게 줄일 수 있으나 절삭날의 두께가 엷어지면 회전충격 및 회전저항에 견디기 힘들고 파손되기 쉬우므로 절삭날의 평균두께가 적어도 정점(B1)에서 테두리까지의 반지름길이의 반을 유지해야 파손을 방지할 수 있다.

그리고 드릴공구의 직경과 관련하는 돌출부(부분절삭날)의 폭은 드릴공구의 직경(ø)이 30mm인 경우 돌출부 폭이 2mm까지, 50mm인 경우는 3mm가 되어도 칩 배출로 인한 저항이 없으며 칩의 폭이 너무 좁아도 절삭공구와 천공된 구멍사이 또는 칩 배출홈과 천공된 구멍사이에 끼이거나 융착되어 회전을 저지시키거나 심하면 공구가 파손되므로 드릴공구의 직경에 관계없이 돌출부(단편절삭날)의 폭이 1mm이상은 되어야 하고 요부(골 또는 홈)의 폭이 0.5mm이상이어야 하며 홈의 깊이는 1.5mm이상이 되도록 설계하여 하며, 또한 돌출부(단편절삭날)의 폭이 3mm 넘거나 요부(골)의 폭이 2mm를 넘어서게 되면 바람직하지 못하다.

그 밖에 절삭구(13)에 있어서 중요한 것은 절삭날의 전면과 연하여 형성된 R형 원호의 곡면홈(B3) 및 (B3')으로서 원활한 절삭과 발생되는 칩을 유연하게 저항을 배출하고 동력을 줄일 수 있도록 설계함에 있고 좀더 구체적으로는 도 6에서와 같이 원호로 형성된 R형 곡면홈(B3) 및 (B3')의 크기, 위치, 호의 곡면도 등이 수치에 의하여 한정되고 있다.
R형 곡면홈을 형성하는 원호의 연장으로 형성되는 원의 직경이 ø일 때, R=T× 0.3(T는 절삭날의 두께)이고 절삭날 하단에 R형 곡면홈을 형성시키는 위치가 절삭날의 두께 방향으로 전면에 뒷면으로 ø길이의 1/3길이로 형성시킴과 동시에 절삭날 하단에 상측 방향으로 ø길이의 3/4길이로 곡면홈 R을 형성시킨다. 이와 같이 R형 곡면의 크기와 파임의 위치를 한정시킨 것으로 이는 절삭날의 두께, 원호(곡면홈)의 곡면도 및 크기, 홈의 전후상하 파임위치를 상관시켜 수백회에 걸쳐 시험한 결과로서 회전전단력, 칩배출 부하량, 소요동력을 최소화 시킬 수 있는 설계라 할 수 있다.

그리고 절삭구의 측면에 형성되는 각 나사구멍의 구멍센타와 센타간의 거리간격을 L3=L2/L1, 따라서 L1×0.3이 된다. 여기에서 L3는 나사구멍의 중심 간격이 된다. 이와 같은 나사구멍의 간격이 좁거나 너무 넓게 되면 절삭구에 떨림현상이 발생되거나 파손이 발생할 수 있다.

이상의 조건을 구비한 본 발명에 의한 드릴공구는 드릴공구가 회전되기 위해 필요로 하는 동력을 최대 40％까지 줄일 수 있기 때문에 저동력으로 고속작업을 할 수 있다. 이로 인하여 종래 통상의 드릴에 비해 작업능률을 300∼400％까지 향상시킬 수 있고 리머(REAMER)작업을 생략할 수 있다.

이와 같은 구조를 갖는 드릴공구는 피가공물에 대하여 회전을 하여 절삭하게 되며 이때 절삭에 형성된 돌출부(단편절삭날) 등에 의해 피가공물에 형성된 돌출부가 깎이게 되고 나머지 깎여지지 않은 요부부분은 다른 일측에 형성된 절삭날돌출부(단편돌출부)에 의해 깎여지게 되어 칩은 아주 잘게 절삭되는 형태를 발생한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 요철형상의 절삭날을 갖는 드릴공구는 본체에 결합되는 절삭날의 절삭부위 형상이 돌출부와 요부(골)로 형성되어 피가공물의 면을 깎아내어 뚫게 되므로 피가공물에는 받는 부하의 발생을 최소화 할 수 있다.

또한 절삭날에서 받게 되는 부하가 적게 되므로 보다 적은 동력으로 보다 큰 구멍(HOLE)을 더 빠른 시간내에 작업을 할 수 있고, 발생되는 칩이 잘게 부서진 형태로 배출되게 되므로 구멍내에서 뭉쳐지지 않게 되어, 가공되는 구멍의 표면에 상처를 덜어주어 구멍(HOLE)표면 조도를 향상시키며, 회전력을 저해시키지 않고, 또한 배출된 칩이 드릴몸체에 감기거나 엉키지 않으므로 또 한번 회전력을 저해시키지 않고 회전력에 의하여 비산되지 않으므로 재해를 사전에 방지할 수 있다. 또한 대응되는 두날이 중앙에서 대각으로 만나있어서 절삭작업시에 흔들림이 최소화하였으며, 모든 절삭날 가공을 키엔드홈(KEY ＆ HOME)에 의하여 가공 제작되어 있어, 몸체와 조립되었을시 흔들림이 없고 가공 후 치수안정성이 정확한 회전부하량과 칩배출부하량을 크게 줄인 기능이 우수한 요철형의 절삭날이 형성된 결합(분리)형 절삭구로 구성된 드릴공구라 할 수 있다.

Claims

절삭날이 형성된 결합 및 분리될 수 있는 절삭구와 드릴몸체로 구성된 드릴공구에 있어서,

절삭구(B)는 절삭구의 정점(B1)으로부터 "
"형상의 요부(골 또는 홈)(B2a)와 "
"형상의 돌출부(B2b)의 반복연속으로 형성되는 요철형 절삭날(
)(B2), 그리고 요부(B2'a)와 돌출부(B2'b)의 반복연속으로 형성되는 절삭날(B2')이 상호 대응되는 방향으로 각각 하향 경사지게 형성되어 있고 각각의 절삭날(B2), (B2')과 연하여 형성된 R형의 곡면홈(B3) 및 (B3')이 절삭날이 형성된 방향에 따라 함께 형성되어 있으며 절삭구(B)의 양측에는 드릴몸체(A)와 결합할 수 있는 나사결합공(B4) 및 (B4')이 천공되어 있고 절삭(B)의 하면 중심부에는 절삭구 안착홈(B5)이 형성되어 있으며 이와 결합되는 드릴몸체(A)는 긴 봉상으로 드릴의 회전체에 결합되기 위해 형성된 고정면(A1)을 갖는 후단부와 전기한 절삭구(B)와 결합되는 전단부로 구성되며 이 전단부에는 절삭날(B2) 및 (B2')에 의해 피가공물로부터 절삭된 칩이 배출되는 배출홈(A2), (A2')이 전단부 원주면에 트위스트형으로 형성되어 있고, 또 전단부에는 절삭날(B2), (B2')이 결합 고정되는 위치 전방부에 절삭유투입공(A3), (A3')과 나사결합공(A4), (A4')이 형성되어 있으며 절삭구(B)를 고정하기 위한 절삭구 결합홈(A5)과 절삭구(B)의 안착홈(5)에 맞도록 형성된 돌출부(A6)가 형성되어 있어 절삭구(B)와 드릴몸체(A)를 나사(C1) 및 (C1')로 결착 고정시키도록된 요철형 절삭날이 형성된 결합형 절삭구로 구성된 드릴공구.
청구항 1에 있어서,

요철형의 절삭날에 형성된 돌출부의 폭이 요부의 폭보다 커야하며 돌출부의 폭의 범위는 1mm∼3mm이고 요부의 폭은 0.5mm∼2mm범위임을 특징으로 하는 요철형 절삭날이 형성된 결합형 절삭구로 구성된 드릴공구.
청구항 1에 있어서,

R형의 곡면홈 형성에 있어서 R형 곡면홈을 형성하는 원호의 연장으로 형성되는 원의 직격 ø 일 때, R=T× 0.3(T는 절삭날의 두께)이고, 절삭날 하단에 R형 곡면홈을 형성시키는 위치가 절삭날의 두께 방향으로 전면에서 뒷면으로 ø길이의 1/3길이로 형성시킴과 동시에 절삭날 하단에 상측방향으로 ø길이의 3/4길이로 곡면홈 R을 형성시킴을 특징으로 하는 요철형 절삭날이 형성된 결합형 절삭공구.
청구항 1에 있어서,

"
"형상의 요부(홈 또는 골)는 접선방향에서 직선으로 형성된 요부 뒤쪽으로 갈수록 요부의 좌측벽을 넓게 형성하되, 직선으로 형성하여 회전저항을 줄일 수 있도록 함을 특징으로 하는 요철형 절삭날이 형성된 결합형 절삭공구.