KR100675940B1 - 칩 제거 가공용 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공구에 관한 것이다. 상기 공구는 비교적 내마모성인 경질 재료의 원주변(13)에 연결된 비교적 터프한 경질 재료의 중심부(12)를 가진다. 공구(10)의 칩 플루트(18)는 전부 비교적 내마모성인 경질 재료로 구성된다.

Description

칩 제거 가공용 공구{TOOL FOR CHIP REMOVING MACHINING}

도 1a-1c는 각각 본 발명에 따른 드릴의 개략적인 측면사시도, 정면사시도, 및 배면사시도,

도 1d는 도 1a에서 D-D선에 따른 단면도,

도 1e는 도 1a에서 E-E선에 따른 단면도,

도 2a는 본 발명에 따른 가늘고 긴 그린 보디의 제조용 장치의 정면도,

도 2b는 도 2a에서 ⅡB-ⅡB 선에 따른 장치의 단면도,

도 2c는 본 발명에 따른 장치의 끝단면도(end view),

도 2d는 도 2a에서 ⅡD-ⅡD 선에 따른 장치의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 장치 및 공급부를 나타낸 도이다.

본 발명은 독립항의 전제부에 따른 비교적 내마모성인 원주변(periphery)에 연결된 비교적 터프한 코어(core)를 포함하여 이루어지는 칩 제거 가공용 공구에 관한 것이다.

두 단계로 재료 파우더(powder)의 주변 튜브 및 코어를 프레스하는 기술은 예를 들어, WO 98/28455 에 이미 공지되어 있다. 재료 파우더는 코발트(Co)와 탄화 볼프람(WC)으로 구성되며, 이들은 펀치와 다이 사이에서 압축된 후, 바인더 금속(binder metal)이 녹아 탄화물(carbide)과 결합하여 칩 제거 가공용 공구 재료를 형성하도록 소결된다. 공지 기술은 특히 가늘고 긴 세엽형 보디(slender body)의 제조에 많은 결점을 가지고 있다. 파우더는 먼지를 방출하고, 형성된 그린 보디(green body; 프레스되었으나 소결되지 않은 재료)는 어느 정도의 취급도 견디지 못한다. 더욱이, 칩 플루트(chip flute)는 연마되어야 하고, 이 방법은 시간을 필요로 한다. 상기 문제점들은 미합중국 특허 제 5,947,660호에 개시된 바와 같이, 캐리어내에 혼합된 경질 금속의 사출성형을 통해 일부 해결하였다. 사출성형 방법은, 기하학적인 면에서 고도의 자유도를 가지나, 가늘고 긴 세엽형 보디의 제조에서 및 주물의 투자비용 면에서 문제점을 야기한다.

미합중국 특허 제 4,779,440호에서, 청구항 제 1항의 전제부에 따른 나선형 드릴용 블랭크(blank)를 형성하기 위한 공구가 이미 공지되었다. 경질 금속 파우더를 압출성형 온도로 가열하고, 블랭크를 회전시키면서, 맨드릴(mandrel) 및 노즐로 형성된 공간을 통해 에너지를 고도로 소비하면서 가열된 파우더를 프레스함으로써, 블랭크 주변을 따라 일정한 피치의 칩 플루트를 가진 압출성형된 드릴 블랭크를 얻는다. 블랭크는 압출성형(extrusion)에 의해 노즐 내부에 제공된 나선형 리지(ridge)를 지난 방향으로 가이드되어, 블랭크를 따라 칩 플루트를 형성한다. 공지 기술의 결점은, 제조된 공구를 오랫동안 사용할 수 없다는 것이다.

본 발명의 목적은 공지 기술의 결점이 제거된 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 최적의 사용 기간을 갖는 공구를 제공하는 것이다.

상기 목적 및 다른 목적은 참고 도면과 함께 첨부된 청구항에서 정의한 바와 같은 공구를 통하여 달성된다.

도 1a-1c에 도시된 공구의 실시형태를 소위 나선형 드릴이라고 한다. 드릴(10)은, 하나 이상의 절삭날(19)을 포함하는 제 1 팁 형성 말단을 갖는 실질적으로 단단한(solid) 섕크(shank; 11)와, 절삭날 갯수와 동등한 갯수의 다수의 칩 플루트(18)를 포함하여 이루어진다. 상기 드릴은 비교적 내마모성인 경질 재료의 원주변(peripheral portion; 13)에 연결된 비교적 터프한 경질 재료의 중심부를 포함하여 이루어진다. 드릴(10)은 압출성형된 경질 금속과 같은 단단한 경질 재료로 제조되고, 나선형 칩 플루트(18)를 포함하며, 칩 플루트는 보디 전체를 따라 또는 그 일부를 따라 연장될 수 있다. 섕크(11)는 도시되지 않은 회전가능한 스핀들(spindle)에 고정된다. 드릴은 두 개의 상부 클리어런스 표면(15)을 갖는다. 드릴은 경질 물질[예를 들어, 탄화 볼프람(WC)]과 바인더[예를 들어, 코발트(Co)]의 밸런스에서 차이가 나는 두 가지 서로다른 재료로부터 압출성형된다. 모든 외부 표면 및 관련된 에지는 동일한 물질 즉, 코발트를 비교적 적게 함유하는 압출성형된 내마모성 경질 금속으로 제조된다. 공구(10)의 칩 플루트(18) 전부는 드릴에 강도 및 내마모성을 제공하는 내마모성 경질 재료로 구성된다. 도 1d 및 도 1e으로부터 명백한 바와 같이, 단면의 주요부는 말단을 제외하고 내마모성 부분(13)으로 완전히 둘러싸인 터프한 부분(12)이다. 이로써 드릴은 딱딱하고 경질의 "셀(shell)"을 가진다. 또한, 플러시 채널(flush channel; 14)은 더욱 터프한 부분에만 연장되는 것이 바람직하다. 칩 플루트(18)와 클리어런스 표면(15)의 교차선은 바람직하게는 챔퍼(chamfer; 도시하지 않음)를 보강하여 주요 절삭날(19)을 형성한다.

가늘고 긴 그린 보디를 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치(20)는 도 2a 내지 2d에 도시된다. 상기 장치(20)는 예를 들면 볼트를 통해 압출성형용 기계(도시되지 않음)에 체결되도록 구성된 직사각형 스틸 하우징(21)을 포함하여 이루어진다. 하우징(21)은 기계에 체결되는 두 개의 볼트(22)를 가지며, 상기 기계에 밀봉하도록 되어 있는 후방 표면(23)을 갖는다. 하우징은 둘 이상의 컴파운드(compound)가 프레스될 중앙 관통(through-going) 오목부(recess; 24)를 갖는다. 오목부(24)는 원형 노즐(28) 안에서 직경이 감소된 제한부(27)로 변형된다. 노즐(28)은 경질 금속과 같은 내마모성 재료로 만들어진다. 그후, 계속하여 오목부(24)는 노즐(28)에 이웃하여 제공되고 노즐과 연결된 원형 다이(29) 안의 실린더형 내부 중앙에 위치된 홀(30)이 된다. 하우징에 대한 다이(29)의 위치는, 컴파운드의 주요 공급 방향(F)에 대하여 측면으로 연장되어 있는 홀(32) 및 하우징 안의 정지나사(31) 사이의 상호작용에 의하여 결정된다. 바형상의 코어(33)는 다이 안으로 함몰된다. 코어는 직사각형이며, 가늘고 긴 핀(35)을 수용하는 두 개의 홀(34)를 포함한다. 플러시 채널이 블랭크에 형성되야 하는 경우에, 핀(35)은 코어로부터 공급 방향(F)으로 돌출하도록 되어 있다. 그후, 계속하여, 오목부(24)는 리드(lid; 36) 안에 동축 홀(37)이 된다. 리드(36)는 두 개의 나사(38) 및 나사(22)에 의하여 하우징에 부착된다. 리드(36)에는 리드(36)의 긴 두 측면 사이에 연장되어 있는 T자 요홈부(39)가 제공된다. 요홈부(39)는 두 개의 조(jaws; 40, 41)를 수용하기 위한 것이며, 요홈부의 기본적 형태는, 도 2b에 도시된 바와 같이,실질적으로 T자 형상이다. 조(40, 41)에는 각각 다른 조를 향하여 면하는 공간(42)이 있다. 조가 서로에 맞닿아 있는 경우에 상기 공간이, 칩 플루트를 갖는 나선형 드릴의 단면을 형성하도록, 공간(12)에는 나선형 리지(43)가 마련된다. 조는 동력 수단(도시되지 않음)에 의하여 서로 프레스되고, 블랭크가 예를 들어 드릴 생크에서 부분적으로 실린더형태가 되어야 하는 경우와 같이, 조가 분리되야 하는 경우에도 동일한 수단이 사용된다. 고온 압출성형된 블랭크를 지지하도록 지지 테이블이 조와 연결되어 위치되는 것이 바람직하다.

하우징(21)에 연결되는 공급 장치(50)가 도 3에 도시된다. 공급 장치(50)는 둘 이상의 분리 챔버(51, 52)를 포함한다. 중앙 챔버(51)는 공급 방향(F)에 대하여 실질적으로 대칭으로 제공되며, 하우징(21)을 향하여 면하는 중앙 노즐(53)을 포함하여 이루어진다. 하나 이상의 제 2 챔버(52)가 공급 방향(F)에 대하여 실질적으로 수직으로 제공되며, 노즐(28)과 연결되어 제공되어 있는 노즐(54)을 포함하여 이루어진다. 노즐(54)은 노즐(53)과 동축으로 제공되나, 노즐(53)보다 축방향으로 하우징(21)에 더 가깝다. 제 1 챔버(51)는 비교적 높은 코발트 함량을 갖는 제 1 컴파운드(55)를 함유하도록 구성되고, 제 2 챔버(52)는 비교적 낮은 코발트 함량을 갖는 제 2 컴파운드(56)를 함유하도록 구성된다. 공급 방향(F)으로 두 컴파운드를 전방으로 밀어내기 위하여, 챔버는 공급 웜(worm; 57, 58)을 포함하여 이루어진다. 각각의 공급 웜은 모터(59, 60)에 의하여 구동된다. 미립체(granule) 가 깔대기형 개구(61,62)에 공급된다. 챔버는 적어도 일부분에서 가열기(63,64)에 의하여 둘러싸여 진다.

드릴 또는 엔드밀링 커터는 하기와 같이 제조된다. 특정 코발트 함량을 갖는 경질 금속 파우더 및 예를 들어 중합체와 같은 캐리어는 혼합되어 컴파운드가 되어, 펠렛(pellet) 또는 미립체 형태로 된다. 이것은 코발트함량에 차이가 있는 둘 이상의 서로다른 컴파운드가 얻어지도록 행해진다. 바인더는 그린 보디의 매트릭스(matrix)가 된다. 바인더 함량의 차이는 1-10 중량 퍼센트 포인트(percentage points by weight)의 사이 이내이다. "코발트"라는 용어는 본 명세서에서 선택적으로 니켈(Ni)과 같은 다른 금속으로 대체되거나 이를 포함할 수 있는 금속 바인더로서 이해되야 할 것이다. 그리고, 컴파운드는 컴파운드에 적합한 온도, 바람직하기는 동일한 온도로 예비-가열되고, 압출성형용 기계(50)에 삽입된다. 그리고 나서, 컴파운드는 각각의 챔버(51, 52)내에서 고압 및 특정 온도, 약 180℃ 에서 각각의 노즐(53, 54) 쪽으로 프레스되며, 상기 제 2 가소성(plastic) 컴파운드는 상기 제 1 가소성 컴파운드에 대하여 접촉(abut)하여, 실질적으로 실린더형 로드(rod; 65)를 형성한다. 이어서, 고온 컴파운드는 코어(33)에 도달하고, 코어의 주위로 형성되어 있는 두 개의 실질적으로 반원형 개구를 통해 코어를 지나간다. 코어의 폭(도 2a 참조)은 내부 컴파운드의 직경보다 작은 것이 바람직하다. 공급 방향(F)으로의 코어의 뒤쪽에서는 컴파운드들이 실린더형 로드로 다시 융합된다. 만약 핀(35)이 코어 내에 제공된다면, 보디 내에 공간이 형성되고, 이후 플러시 채널을 구성한다. 핀은 컴파운드가 냉각되어 융합이 일어나지 않도록 충분히 긴 것을 선택한다. 플러시 채널의 주위는 압출성형 및 특히 노즐(53)의 직경에 대한 파라미터를 선택함으로써, 제 1 컴파운드 또는 제 2 컴파운드 또는 이들의 조합으로 구성되도록 선택될 수 있다. 그리고 나서, 컴파운드는 조(40, 41)로 형성된 공간(42)에 도달하며, 여기서 컴파운드는 조를 통과 하면서 리지(43)로 인해 나사처럼 비틀려져, 나선형 드릴의 단면을 얻는다. 종래 기술과는 달리, 본 발명에 따라 제조된 드릴의 칩 플루트는 전부 더욱 내마모성인 경질 금속으로 구성된다. 컴파운드가 조로부터 나오면, 주변 온도로 급냉되고, 칩 플루트 부분이 충분히 길어질 때까지 블랭크는 계속하여 압출된다. 이어서, 조(40, 41)를 잡아당겨 컴파운드로부터 떼어놓아, 실린더형 섕크 부분을 형성한다. 섕크 부분의 길이는 압출성형이 얼마나 오랫동안 지속되었는지 또는 새로운 블랭크가 개시되도록 조가 내부로 언제 변위되었는지에 따라 결정된다. 후자의 경우, 둘 이상의 블랭크가 연속된다. 그리고 나서, 단단해진 블랭크는 예를 들면 손으로 절단되거나 부러뜨려질 수 있다.

그 후, 블랭크를 별개의 노(furnace)에서 가열하여, 캐리어는 불타 없어지고, 바인더 금속은 녹아 탄화물과 결합한다. 그 다음, 예를 들면 에지 부분, 섕크 부분 및 클리어런스 표면에서 연삭과 같은 가공이 더욱 이루어진다.

따라서, 공구의 원주변은 예컨데, 코발트와 같은 바인더의 보다 낮은 함량으로 인하여 보다 높은 내마모성이 얻어지고, 중심부는 더욱 터프하고 코발트가 더욱 풍부한 경질 금속으로 이루어진다.

본 방법에 따르면, 사용수명이 긴 칩 플루트를 가진 공구 또는 가지지 않은 공구 및 섕크 부분을 가진 공구 또는 가지지 않는 공구를 제조할 수 있고, 간단한 조작으로 비용이 저감된다. 상기 방법은 먼지를 생성하지 않고 행해질 수 있다. 또한, 처킹(chucking)하기 위해 표면(plane)이 연삭되어야 하는 블랭크의 섕크 부분을 마크하는 데 하나 이상의 조가 사용될 수 있다. 이로써, 연삭량을 최소화할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시형태에 결코 한정되는 것이 아니며, 첨부한 청구항의 범위 내에서 자유롭게 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명은 단단한 엔드밀용으로도 사용될 수 있다. 공구는 예를 들어, Al₂O₃, TiN 및/또는 TiCN과 같은 층으로 코팅될 수 있다.

Claims (4)

1. 드릴 또는 엔드밀과 같은 칩 제거 가공용 공구에 있어서,

   하나 이상의 절삭날(19)을 포함하는 제 1 팁 형성 말단을 갖는 실질적으로 단단한 섕크(shank; 11)와; 절삭날의 개수와 동등한 개수의 다수의 칩 플루트(18)를 포함하여 이루어지며, 비교적 내마모성인 경질 재료의 원주변(13)에 연결된 비교적 터프한 경질 재료의 중심부(12)를 가지고,

   상기 공구(10)의 칩 플루트(18)는 전부 비교적 내마모성인 경질 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 칩 제거 가공용 공구.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 공구(10)는 압출성형된 경금속으로 제조되고, 나선형 칩 플루트(18)를 포함하며, 상기 칩 플루트는 이들의 보디 전체를 따라 또는 그 일부를 따라 연장될 수 있는 것을 특징으로 하는 칩 제거 가공용 공구.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 공구(10)의 단면의 주요부는 터프한 중심부(12)에 있고, 상기 터프한 중심부(12)에서의 단면형상은 섕크 부분(11)의 단면형상과는 다른 것을 특징으로 하는 칩 제거 가공용 공구.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 공구(10)가 터프한 중심부(12)만을 통과하여 연장되는 플러시 채널(14)을 구비하는 것을 특징으로 하는 칩 제거 가공용 공구.

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