KR100558798B1

KR100558798B1 - 니켈 합금의 초연삭재 점가공

Info

Publication number: KR100558798B1
Application number: KR1020040017110A
Authority: KR
Inventors: 슈왈츠브라이언제이.; 그래디다니엘에프.; 라이트다니엘제이.
Original assignee: 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2004-03-13
Publication date: 2006-03-14
Also published as: RU2004109201A; RU2266187C1; EP1462218B1; US7144307B2; JP2004291230A; MXPA04002769A; US20040198197A1; SG136799A1; EP1462218A1; KR20040084641A; ATE525170T1

Abstract

니켈기 재료의 초연삭재 점가공 공정은 초연삭 재료로 코팅된 그라인딩 면을 갖는 공구를 제공하는 단계와, 가공되는 니켈기 재료의 표면과 상기 그라인딩 면 사이에 점 접촉을 이루도록 상기 가공되는 니켈기 재료의 표면에 대하여 상기 공구를 배향하는 단계와, 상기 공구를 회전시켜 상기 점 접촉부에서 재료를 제거하여 소정의 부분을 형성하는 단계를 포함한다. 공구는 확장부와, 팁부와 확장부로부터 팁부로 연장되는 제1 샤프트부를 포함하며, 제1 샤프트부와 팁부는 연마 재료로 코팅되고, 제1 샤프트부는 동일한 직경을 갖는다.

초연삭재, 니켈기 재료, 점가공, 엔진 케이스, 밀링

Description

니켈 합금의 초연삭재 점가공{POINT SUPERABRASIVE MACHINING OF NICKEL ALLOYS}

도1은 본 발명에 따른 초연삭재 점가공 공구를 도시한 도면.

도2는 니켈기 재료로 형성된 작업편에 사용되는 본 발명의 공구를 도시한 도면.

도3은 니켈기 재료로 형성된 작업편에 사용되는 본 발명의 공구를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 공구

12 : 확장부

14 : 팁부

16 : 제1 샤프트부

18 : 제1 면

20 : 제2 샤프트부

22 : 제2 면

24 : 평탄부

28 : 그라인딩 면

본 발명은 니켈 합금의 초연삭재 점가공 방법 및 그 방법에 사용되는 공구에 관한 것이다.

니켈 재료로 된 복잡한 형상을 기계 가공하는 것은 전형적으로 점 밀링(point milling) 가공을 사용하여 수행된다. 이러한 기술은 재료를 제거하는 데 회전식 다인 커터(multi-cutter)를 사용한다. 전기 화학 가공 및 플랭크(flank) 밀링과 같은 보다 제한적인 다른 방법으로는 가공 시간을 단축시킬 수는 있지만 설계할 수 있는 형상에 제한이 있다. 이러한 제한으로 인해, 종종 점 밀링이 사용된다. 점 밀링은 설계자가 부품 설계에 있어 최대한으로 유연성 있게 설계할 수 있게 한다. 그러나, 점 밀링은 니켈 합금과 같은 고경도 재료의 가공에서는 비교적 느린 공정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 니켈기 재료의 초연삭재 점가공 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이러한 방법에 사용되는 공구를 제공하는 것이다.

상기 목적들은 본 발명의 방법 및 공구에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따라, 니켈기 합금과 같은 니켈기 재료의 초연삭재 점가공 방법은 넓게는 초연삭재로 코팅된 그라인딩 면을 갖는 공구를 제공하는 단계와, 가공되는 표면과 공구의 그라인딩 면 사이에 점 접촉을 이루도록, 가공되는 니켈기 재료의 표면으로 공구를 배향하는 단계와, 공구의 회전에 의해 접촉점에서 재료를 제거하여 소정의 부분을 형성하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따라, 초연삭재 점가공에 사용되는 공구는 넓게는 확장부와, 팁부와, 확장부로부터 팁부로 연장되는 제1 샤프트부를 포함하며, 제1 샤프트부 및 팁부는 초연삭재로 코팅되고, 제1 샤프트부는 일정한 직경을 갖는다.

니켈기 재료의 점 초입자 연마에 대한 세부사항과 그에 따른 다른 목적 및 이점들은 다음의 상세한 설명 및 동일한 요소를 동일한 도면 부호로 도시한 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 초연삭재 점가공에 관한 것이다. 이러한 기술에서, 초연삭재 지립으로 코팅된 그라인딩 공구는 재료를 연마하기 위해 높은 RPM으로 회전된다.

도1에는, 초연삭재 점가공에 사용되기 위한 공구(10)를 도시한다. 공구(10)는 확장부(12), 팁부(14), 확장부(12)의 제1 면(18)으로부터 팁부(14)로 연장되는 제1 샤프트부(16)를 갖는다. 또한, 공구(10)는 확장부의 제2 면(22)으로부터 연장되는 제2 샤프트부(20)를 갖는다. 제2 샤프트부(20)는 머니싱 센터 기계(도시 생략) 상의 고속 스핀들의 그라인딩 스핀들에 끼워진다.

공구(10), 특히 제1 샤프트부(16), 제2 샤프트부(20), 확장부(12) 및 팁부(14)는 이 기술 분야에 공지된 임의의 적절한 공구 재료, 바람직하게는 강철 재료로 형성될 수 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 확장부(12)는 렌치(wrench)를 사용하여 공구(10)를 조이고 제거할 수 있게 하는 평탄부(24)를 갖는다. 또한, 제1 샤프트부(16)는 블렌드(blend) 또는 필렛 영역(26)에 의해 확장부(12)에 결합된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 샤프트부(16)는 그 길이 방향을 따라 테이퍼 지지 않고 동일한 직경을 갖는다. 임의의 적용예에서의 공구와 가공되는 재료의 표면 사이에 점 접촉을 가질 수 없는 테이퍼식 공구와는 달리, 테이퍼 없는 샤프트부(16)는 공구(10)와 밀링되는 재료의 표면 사이에 매우 양호한 점 접촉을 가능하게 한다.

도1에 도시된 바와 같이, 제1 샤프트부(16)는 그 길이의 대부분, 바람직하게는 길이의 70% 내지 75%에 도포된 지립 재료(28)를 갖는다. 상기 초연삭재 코팅 또는 지립(28)은 전기 도금 또는 유리화 공정과 같은 이 기술 분야의 공지된 적절한 기술을 사용하여 공구에 도포될 수 있다. 바람직하게는, 초연삭재 지립은 입방정 질화 붕소 및 유리화 입방정 질화 붕소의 그룹으로부터 선택된 초연삭재로 형성된다. 공구에 코팅된 초연삭 재료(28)는 절삭 깊이와 요구되는 표면 피니싱 정도에 따라 40/45 내지 325/400 범위의 크기를 갖는 지립을 가질 수 있다.

머시닝 센터는 이 기술 분야에서 공지된 임의의 적절한 컴퓨터 연산식 다축 그라인딩 머신 또는 밀링 머신을 포함할 수 있다.

작업에 있어서, 니켈기 재료의 초입자 점 밀링 공정은 넓게는 공구(10)를 제공하는 단계와, 초연삭재 코팅 또는 그라인딩 면(28) 상의 점(44)과 표면(40) 사이에 점 접촉을 이루도록 니켈기 재료의 작업편(42)의 표면(40)에 대하여 공구를 배향시키는 단계를 포함한다. 이후, 공구(10)는 표면(40)에서 소정의 형상을 형성하도록 공구(10) 상의 점(44)과 표면(40) 사이의 접촉점에서 재료를 제거하기 위해 소정 속도, 바람직하게는 40,000 내지 90,000 범위의 분당 회전 속도(rpm)로 기계에 의해 회전된다. 임의의 적절한 냉각제 및/또는 윤활제가 재료가 제거되는 동안 표면(40)과 공구에 뿌려질 수 있다.

공구(10)는 표면(40)에 에어포일 타입의 만곡부를 제공하여 일체식 블레이드 로터 또는 블리스크(blisk, 블레이드식 디스크) 또는 임펠러의 만곡 요소(도시 생략) 상에 에어포일 부재를 형성하도록 미리 프로그램된 컴퓨터 연산식 머신 센터에 의해 이동될 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 작업편(42)은 기부 구성요소(46)를 가질 수 있고, 공구(10)가 사용될 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 공구(10)는 그 종축(30)이 표면(40)에 대하여 각도(α)를 이루도록 배향될 수 있다.

도3에 도시된 바와 같이, 니켈기 재료의 작업편(42)은 제1 축(50)을 따라 높이(h)를 갖는 표면(40)을 가질 수 있다. 필요시, 공구(10)는 공구의 종축(30)이 축(50)에 대하여 각도(β)를 이루도록 배향될 수 있다.

필요시, 본 발명의 공구(10)는 복잡한 형상의 표면(40)을 갖는 부품 구성요소를 형성하기 위해 공구(10)를 사용하기 전에, 작업편(40)이 일체식 블래이드 로터 또는 블리스크 또는 임펠러와 같은 소정의 형상이 되도록 황삭 가공(rough machining)하는 데 사용될 수 있다. 황삭 가공은 공구(10) 상의 황삭면(29)을 사용하여 수행될 수 있다.

본 발명의 공구(10)는 가공되는 에어포일 부재의 손상을 발생시키지 않는 더 낮은 부하에서 더 높은 속도로 재료를 제거할 수 있게 한다. 또한, 공구(10)는 열을 신속히 발산시켜 미세조직 내의 벤트 그래인(bent grain) 또는 백색층(white layer)의 형성을 방지하는데 조력한다. 또한, 공구(10)는 보다 양호한 표면 피니싱을 제공하고 증가된 공구 수명을 갖는다. 본 발명의 공구(10)를 사용한 초연삭재 점가공 공정은 플랭크 밀링 작업 보다 빨라서 경제적으로 유익하다. 이는 본 발명의 공구의 사용으로 인해 금속 제거율이 더욱 신속해졌기 때문이다. 본 발명의 공구(10)의 다른 이점은 이것이 니켈 합금 기재 판으로부터 엔진 케이스 형상을 형성하는 데 사용될 수 있다는 것이다. 과거에, 종래의 밀링에 요구되는 기계 가공 시간이 길어짐으로써 기계 가공하는데는 매우 많은 비용이 소모되었다.

본 발명에 따라 제공된 니켈 합금의 초연삭재 점가공을 수행하는 공정이 본 명세서에서 설명한 목적 수단 및 이점 등을 충분히 만족시킨다는 것을 명백히 알 수 있다. 본 발명이 특정 실시예의 정황으로 설명하였으나, 다른 실시예, 변경 및 변화가 상기 설명을 숙독한 당업자들은 명백히 알 수 있다. 따라서, 다른 실시예, 변경, 변화를 첨부된 청구범위의 넓은 범위 내에 포함될 수 있다.

본 발명에 따라, 초연삭재 지립을 코팅한 공구를 사용하여 니켈기 재료와 같은 고경도 재료를 초연삭재 점가공할 수 있으며, 공구 수명의 증가와 복잡한 형상의 가공이 가능하다.

Claims

(a) 초연삭재 지립 재료로 코팅된 그라인딩 면을 갖는 공구를 제공하는 단계와,

(b) 가공되는 니켈기 재료의 표면과 상기 그라인딩 면 사이에 점 접촉을 이루도록 상기 가공되는 니켈기 재료의 표면에 대하여 상기 공구를 배향하는 단계와,

(c) 상기 공구를 회전시켜 상기 점 접촉부에서 재료를 제거하여 소정의 부분을 형성하는 단계를 포함하는 니켈기 재료의 초연삭재 점가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 부분 형성 단계(c)는 분당 40,000 내지 90,000 회전 범위의 속도로 상기 공구를 회전시키는 것을 포함하는 니켈기 재료의 초연삭재 점가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 배향 단계(b)는 상기 가공되는 표면에 대해 각도지게 상기 공구를 배향시키는 것을 포함하는 니켈기 재료의 초연삭재 점가공 방법.
제3항에 있어서, 상기 배향 단계(b)는 상기 표면이 제1 축을 따른 높이를 갖고 상기 제1 축에 대하여 각도지게 상기 공구를 배향시키는 것을 포함하는 니켈기 재료의 초연삭재 점가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 공구 제공 단계(a)는

확장부와, 팁부와,

상기 확장부와 팁부 사이에서 연장되며 자체와 상기 팁부 상에 입방정 질화 붕소 및 유리질 입방정 질화 붕소로 구성된 그룹으로부터 선택된 초연삭재 그라인딩 재료를 갖는 일정한 직경의 샤프트부를 갖는 공구를 제공하는 단계를 포함하는 니켈기 재료의 초연삭재 점가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 부분 형성 단계(c)는 일체식 블레이드 로터 또는 임펠러 상에 에어포일 부재를 형성하는 것을 포함하는 니켈기 재료의 초연삭재 점가공 방법.
제6항에 있어서, 상기 부분 형성 단계(c)는 상기 공구를 사용하여 에어포일 부재 또는 임펠러의 표면 중 적어도 하나에 만곡부를 제공하는 것을 더 포함하는 니켈기 재료의 초연삭재 점가공 방법.
제6항에 있어서, 상기 부분 형성 단계(c)는 상기 공구를 사용하여 기부 부재와 에어포일 부재 사이에 블렌드 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 니켈기 재료의 초연삭재 점가공 방법.
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확장부와, 팁부와, 상기 확장부로부터 팁부로 연장되는 제1 샤프트부를 포함하며,

상기 제1 샤프트부 및 팁부는 연삭 재료로 코팅되며,

상기 제1 샤프트부는 일정한 직경을 갖고,

상기 확장부는 렌치를 수용하기 위한 평평한 부분을 갖는 초연삭재 점가공 방법에 사용되는 공구.
확장부와, 팁부와, 상기 확장부로부터 팁부로 연장되는 제1 샤프트부를 포함하며,

상기 제1 샤프트부 및 팁부는 연삭 재료로 코팅되며,

상기 제1 샤프트부는 일정한 직경을 갖고,

상기 확장부의 제1 면으로부터 연장되는 제1 샤프트부와, 상기 확장부의 제2 면으로부터 연장되는 제2 샤프트부를 더 포함하며, 상기 제2 면은 제1 면에 대향되는 초연삭재 점가공 방법에 사용되는 공구.
제12항에 있어서, 상기 제1 샤프트부, 확장부 및 제2 샤프트부는 각각 강철로 형성되는 초연삭재 점가공 방법에 사용되는 공구.
제12항에 있어서, 상기 연삭 재료는 입방정 질화 붕소 및 유리질 입방정 질화 붕소의 그룹으로부터 선택되는 초연삭재 점가공 방법에 사용되는 공구.
(a) 각각 초연삭재 지립 재료로 코팅되고 그라인딩 면을 형성하는 팁부와 일정한 직경의 사프트부를 구비하는 공구를 제공하는 단계와,

(b) 가공되는 니켈기 재료의 표면과 상기 그라인딩 면 사이에 점 접촉을 이루도록 상기 가공되는 니켈기 재료의 표면에 대하여 상기 공구를 배향하는 단계와,

(c) 상기 공구를 회전시켜 상기 점 접촉부에서 재료를 제거하여 소정의 부분을 형성하는 단계를 포함하는 니켈기 재료의 초연삭재 점가공 방법.