KR100676241B1

KR100676241B1 - 개선된 커팅인써트 구조를 가지는 드릴

Info

Publication number: KR100676241B1
Application number: KR1020027013660A
Authority: KR
Inventors: 에도바르트손얀; 비만요르겐; 스요외란더아케
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2007-01-30
Also published as: CN1422196A; SE0001347D0; KR20020091197A; CN1213830C; DE60131158T2; SE519575C2; RU2277458C2; PL196746B1; SE523702C2; BR0110000B1; SE0001347L; SE0100646L; ATE376900T1; US7393163B2; JP2009000811A; WO2001076794A1; EP1280625A1; EP1280625B1; US20040042859A1; DE60131158D1

Abstract

본 발명은, 적어도 2개의 절삭날(8,8')을 포함하는 팁-형성 끝단부와, 대응 절삭날로부터 칩을 형성시키고 제거하려는 목적을 가지고 제1팁끝단부(2)로부터 제2끝단부(3)를 향하여 연장되는 적어도 2개의 칩 플루트(7,7')를 포함하는 드릴에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 드릴 팁은 직선의 끊어지지 않는 윤곽을 가지는 축선방향 중심선의 양측 상의 절삭날들로 구성되며, 그 중심부는 바깥둘레부를 넘어 축선방향으로 연장되는 한편, 바깥둘레에서 각 절삭날 상의 노즈반경면에는 서로 상이한 반경(R₁,R₂,R₃)을 가지는 1개 또는 몇개의 원형 세그먼트들을 포함하는 매끈한 곡선의 반경이 제공되며, 여기서 인접한 반경들은 항상 상이한 크기를 갖도록 나타난다.

Description

개선된 커팅인써트 구조를 가지는 드릴{DRILL WITH IMPROVED CUTTING INSERT FORMATION}

기술분야

본 발명은 금속공작물에 구멍을 내기 위하여, 상기 금속공작물의 절삭 기계가공을 위한 적어도 2개의 절삭날을 포함하는 제1팁-형성끝단부, 대향하는 제2끝단부, 및 대응 절삭날로부터 칩을 형성시키고 제거하기 위한 목적을 가지고 팁끝단부로부터 다른끝단부를 향하여 연장되는, 상기 절삭날의 갯수에 대응하는 복수개의 플루트를 포함하는 드릴에 관한 것이다.

배경기술

예를 들어, 트위스트 드릴의 플루트는 2가지 중요한 기능, 즉, 한편으로는 칩을 형성(칩 브레이킹 포함)하고, 다른 한편으로는 이들 형성된 칩을 제거하는 기능을 가진다. 칩의 형성은, 날이 드릴최상부 자체를 날카롭게 하여 형성되거나, 기계적으로 또는 예를 들어, 납땜에 의하여 팁상에 고정되는 별도의 커팅인써트에 의하여 형성되는지와는 무관하게 각 절삭날의 바로 뒷 공간에서 일어난다. 플루트의 이 앞공간에서, 절삭날에 의하여 공작물로부터 떨어져 나가는 초기 띠모양(bandlike) 재료는 뒤틀리고 부서져서, 특정한 형태 및 크기를 갖는 조각난 칩을 형성하게 된다.

상술된 형태의 드릴을 설계할 경우에, 활동(active) 절삭코너(통상적으로 열균열이 발생하는 곳)에서 흔히 열균열이 나타나기 때문에 종종 원하는 높은 절삭속도를 얻기가 어렵다.

본 발명의 제1목적은 금속 드릴가공시 더 높은 절삭속도를 얻을 수 있도록 하는 새로운 형태의 드릴을 얻는 것이다.

본 발명의 제2목적은 드릴가공될 구멍내의 구멍벽의 표면마무리를 손상시키지 않으면서 높은 절삭속도를 얻을 수 있도록, 인써트가 최적화된 구조를 가지는 새로운 형태의 드릴을 얻는 것이다.

본 발명의 제3목적은 드릴가공시 커팅속도가 향상될 수 있는 동시에 드릴가공 툴의 양호한 수명을 유지할 수 있도록 드릴 인써트에 최적화된 구조가 제공되는 드릴을 제공하는 것이다.

이들 및 이외의 목적은 첨부되는 청구항에 요약되어 있는 특성으로 특징지워지는 드릴에 의하여 달성된다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명에 따른 드릴의 사시도,

도 2는 도 1에 나타낸 바와 같은 드릴의 길이방향 개략도,

도 3은 도 2에 나타낸 바와 같은 드릴 팁의 확대사시도,

도 4는 도 3에 나타낸 바와 같은 드릴 인써트의 노즈부의 확대측면도,

도 5는 본 발명의 대안실시예의 분해도,

도 6은 도5의 실시예의 단면도,

도 7은 대안실시예를 나타내고 있는 사시도,

도 8은 도 7에 따르는 드릴을 나타내고 있는 약간 확대된 측면도,

도 9는 대안실시예에 따른 드릴가공 인써트의 노즈부의 확대측면도,

도 10은 본 발명의 대안실시예에 따른 드릴가공 인써트의 단면도이다.

실시예

도면들에서 도면부호 1은 일반적으로 제1팁끝단부(2), 즉, 팁 및 대향하는 제2끝단부(3)가 있는 적합한 공구강(tool steel)으로 된 중실 섕크(solid shank)를 나타내고 있다. 도시된 실시예의 섕크는 상기 제2후방끝단부에서 홀더내에 삽입하기에 적합한 보다 두꺼운 부분(4)을 갖는다. 코어로부터 2개의 랜드(6,6')가 돌출하며, 이는 2개의 플루트(7,7')의 경계를 이룬다. 예시된 실시예에서의 드릴은 트위스트 드릴이며, 그 위에서 랜드(6,6') 뿐만 아니라 플루트(7,7')가 섕크의 길이방향 축선 주위에서 나선형으로 연장되어 있다. 실제로, 공지된 방식에서 이들 플루트는 20°내지 30°범위안에서 적절히 균일한 피치각을 가진다. 대안실시예로서, 이들 플루트(7,7')는 직선일 수 있다. 제1팁끝단부(2)에는, 2개의 절삭날(8,8')이 제공되며, 이것은 이 경우에 적합한 방식, 예를 들어, 납땜에 의하여 상기 팁에 고정된 특수 커팅인써트(9,9')상에 형성된다. 하지만, 이들 절삭날(8,8')은 섕크 자체, 또는 섕크와 분리될 수 있는 일 부분상에 적절히 형성된 표면을 그라인딩하여 동등하게 잘 형성될 수 있다. 또한, 섕크(1)에는 절삭날(8,8') 부근의 2개의 개구부(10,10')에 이르는 1개 이상의 축선방향 덕트(도 3 참조)가 제공될 수 있다. 공지된 방식으로, 냉각 매체가 이들 덕트를 통하여 드릴 팁으로 공급될 수 있다. 본 발명의 상세한 설명 및 후속 청구항에서 사용되는 "중실 섕크"란 용어는 본 발명에 따른 드릴을 파이프 형태(pipe-formed)의 섕크를 포함하는 드릴과 구별하기 위한 목적을 가지지만, 그 이외의 중실체(solid body)내에 1개 또는 몇개의 냉각매체용 덕트를 가지는 섕크를 배제하지는 않는다.

본 발명에 따르면, 인써트 날면의 끝단부는 바람직하게는 인써트의 나머지부분으로부터 연장되는 코너부에 제공되는 곡선의 노즈부(11)의 형태로 되어 있다. 이러한 각 코너부(11)의 노즈 반경면은 하나의 반경을 가지는 하나의 단일 원 세그먼트로 구성되거나, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 몇개의 상이한 반경(R₁,R₂,R₃)을 가지는 날 부분을 구성하는 교차선에서 인써트의 최상부면과 교차하는 복수의 원형 세그먼트로 구성된다. 복수의 반경이 제공되는 경우에, 인접한 세그먼트들은 항상 상기 날 부분을 따라 상이한 반경부로 나타난다. 반경 R₂는 항상 R₁보다 실질적으로 커서 날 d를 따라 "와이퍼 효과"를 개선하는 표면마무리를 제공한다. 이는 공작물내로 진행되는 축선방향 드릴가공시 뿐만 아니라 반대방향으로의 드릴의 축선방향 이동시 모두에 적용된다. 반경 R₃는 R₁ 및 R₂ 모두 보다 약간 더 작다.

드릴가공 팁의 직선날(8,8')은 드릴 중심(12)에서 둔각으로 서로 만나, 그곳에서 그들은 함께 절삭날을 따라 S자형상의 윤곽 및 포지티브 레이크 면들(rake surfaces)을 제공하도록 형성된다. 이들 절삭날(8,8')의 곡률은 드릴 중심선(CL)에서 떨어진 곳 보다 상기 드릴 중심선(CL) 부근에서 더 크다. 상기 레이크면들은 상기 중심선 바로 근방에서 0도의 레이크 각으로 제공된다. 이 S자형상의 윤곽은 상기 중심에서의 상기 0도의 레이크각과 조합되어 쉽게 제거될 수 있는 콤마형상(comma-shaped)의 짧은 칩을 형성하는데 기여할 것이다. 절삭날(8,8')의 구조(formation of the cutting edges) 및 상기 레이크면의 구조(formation of rake surfaces)는 본 명세서에서 참조문헌으로 채용하고 있는 스웨덴 특허 SE-A-7812393에 보다 상세히 기술되어 있다.

도 5는 드릴몸체(13) 및 별도의 드릴 팁(14)을 포함하는 본 발명에 따른 대안적인 드릴을 도시하고 있다. 상기 드릴몸체(13)의 전방면(15)은 평면이며 드릴의 중심선(CL)에 대하여 수직으로 배향된다. 중앙에 제공되는 플러싱채널(16)은 고정끝단부(anchoring end)로부터 전방면(15) 내측에서 축방향으로 배치되는 위치까지 연장된다. 채널(16)은 상기 전방면(15)의 바깥둘레에서 끝나는 직경방향으로 대향하고 있는 2개의 채널(17A, 17B)과 연통되어 있다. 짧은 채널(17A,17B) 각각은 중심선(CL)로부터 15°내지 20°사이의 값을 가지는 예각으로 제공된다. 드릴 팁(14)은 부분적으로 원뿔형인 윗면을 가지는 원통 기본형상을 가진다. 또한, 드릴 팁(14)은 칩 플루트(7,7')의 연장부로서 제공되는 칩 플루트를 포함한다. 그것의 아랫측면에는 드릴몸체(13)의 탄성 탭(19)을 수용하기 위하여 중앙 오목부(18)가 제공된다(도 6 참조). 드릴 팁(14)에는 스크루(20A, 20B)를 수용하기 위하여 배치되는 2개의 보어(19A, 19B)가 제공되며, 상기 스크루(20A, 20B)는 드릴 팁내에 수용되어 그에 대응하여 제공되는 보어(21A, 21B)내에서 드릴몸체(13)에 나사결합될 수 있도록 배치된다.

본 발명의 대안실시예에는 드릴이 직선의 중실 드릴몸체(solid drill body)로 제공되는데, 그 전방부는 드릴 중심에서 만나는 2개의 대칭형 절삭날을 포함하고, 그 바깥둘레에는 본 발명에 따른 노즈 반경면이 제공된다. 이 경우의 드릴몸체는 코어와 그를 둘러싸는 튜브를 포함하는 복합초경합금(composite cemented carbide) 몸체로 이루어지며, 상기 코어는 상대적으로 인성의(relatively tough) 초경합금 등급으로 이루어지고, 상기 튜브는 보다 내마모성이 큰 초경합급 등급으로 이루어진다. 상기 코어부는 5 내지 20, 바람직하게는 10 내지 15 중량 %의 Co를 포함하는 WC-Co 등급으로 이루어지는 반면, 외측 튜브부는 8 내지 20 중량 %의 1종 이상의 카바이드 및/또는 4-6 그룹의 카보나이트라이드, 바람직하게는 Ti, Ta 또는 Nb로 이루어진다. 코어와 튜브간의 Co함량에서의 차이는 2 내지 4 중량%가 되어야 한다. 코어와 튜브간의 Co함량의 변화로서 측정되는 300 내지 500㎛의 천이구역(transition zone)이 있어야 한다.

상기 복합 드릴몸체의 제조에 있어서의 문제점 및 그와 연관된 열균열의 문제점을 피하기 위한 목적으로, 튜브의 중공부는 본 명세서에서 채용하고 있는 스웨덴 특허 9604779-0에 기술되어 있는 방법에 따른 2단계의 가압을 포함하는 분말야금법에 의하여 만들어져야 한다.

드릴가공될 구멍에서의 양호한 표면마무리를 얻기 위하여, 몇개의 원형 세그먼트를 포함하는 노즈반경부(11)의 구조를 선택할 경우 둥글게된(radiused) 날의 상이한 반경들은 다음 범위내에서 선택되어야 한다.

R₁ : 0.1 내지 2.0mm, 바람직하게는 0.2 내지 1.6mm

R₂ : 1.6 내지 10.0mm

R₃ : 0.1 내지 1.0mm

단일 반경의 크기를 선택할 경우에는 그 값이 0.1 내지 10mm 범위내에 있어야 한다. 기본 형태를 가지는 드릴 및 본 발명에 따른 노즈반경면을 사용할 경우, 저합금강에서의 구멍 드릴가공시 절삭속도를 2배로 할 수 있다는 것이 발견되었다. 일 예에서 100m/min의 절삭속도가 사용되었던 반면, 본 발명에 따른 노즈반경구조를 갖는 인써트로 바꾼 후에는, 250m/min의 절삭속도를 얻을 수 있었다. 동시에, 드릴의 수명을 유지시킬 수 있다는 것이 발견되었으며, 이는 본 발명에 따른 노즈반경구조를 가지는 드릴인써트에 의하여 얻을 수 있는 우수성을 나타낸다.

도 7 내지 도 8의 드릴샤프트(1)는 중심선(CL)의 양측(mutual sides)에 배치되는 한편, 헬리컬형상 또는 일직선일 수 있는 인써트포켓에 인접하게 위치한 2개의 플러싱채널(7,7')을 가진다. 드릴샤프트(1)는 또한 플러싱유체를 드릴의 절삭끝단부로 전달하기 위한 채널(도시 안됨)을 포함할 수 있다.

인써트 포켓은 중심구멍(9")을 구비하여 드릴샤프트에 나사결합되는 중심스크루에 의하여 클램핑되도록 되어 있는 2개의 인써트(9,9')를 수용하도록 설계되어 있다. 인써트 중 하나는 중앙인써트(9')인 한편, 나머지 인써트는 외측인써트(9)로서 중심선(CL)에 대하여 소정 각도 α로 경사져 있어서 그로부터 구멍의 크기가 정해진다. 외측 및 내부 인써트 사이에는 필요한 강도를 얻기에 충분한 폭을 가지는 허리부(M)가 있다. 드릴의 치수는 직경(D)에 의하여 정해진다. 각각의 인써트 포켓은 접선방향지지면(22a), 축선방향 지지면(22b) 및 반경방향 지지면(22c)을 포함한다.

각각의 인써트는 다각의 기본형상을 가지며, 이 경우에는 4개의 서로 직각으로 배치된 날면들(edge surfeces)에 의해서 연결되는 2개의 대향 평면(23)을 가지는 사각의 기본형상이다. 인써트의 아래면은 윗면(23)보다 더 작아서, 인써트는 포지티브 클리어런스 각을 갖도록 나타난다. 측면들과 윗면 사이의 교차선들은 주 절삭날(24, 25)을 제공하는데, 이 각각의 주 절삭날은 연속적인 직선이고 노즈부(26,27)로의 그 끝단부에서는 매끈한 곡선이다.

도 8에 나타난 바와 같이, 외측 인써트(9)는 중심축선(CL)에 대하여 바깥쪽으로 경사져 있다. 중앙인써트(9')는 반경방향 힘의 더욱 양호한 안내를 촉진하여 소정의 직경이 유지되도록 하기 위하여, 외측인써트(9)보다 축방향으로 약간 앞쪽에 배치될 수 있다. 외측인써트는 중심축선(CL)과 평행한 라인(L)에 대하여 소정의 각도(α)로 경사져 이다. 각(α)의 크기는 0.5°내지 5°이어야 한다.

본 발명에 따르면, 날면들의 끝단부들은 코너부에 제공되는 곡선의 노즈부(26,27)의 형태로 되어 있는데 이러한 각 코너부는 도 9의 확대단면으로 나타낸 바와 같이, 여러개의 상이한 반경(R₁,R₂,R₃)을 가지는 날부들을 제공하기 위하여 상부 인써트면과 교차하는 복수의 원형 세그먼트들에 의하여 경계지워진다. 인접한 세그먼트들은 상기 날부들을 따라 상이한 반경부들로 나타난다. 반경 R₂는 항상 R₁ 보다 실질적으로 더 커서, 제2날(28)을 따라 "와이퍼"효과를 개선시키는 표면 마무리처리에 기여한다. 이는 공작물내로 진행하는 축선방향 드릴링에 의한 기계가공 뿐만 아니라 반대방향으로 드릴의 축선방향의 변위시의 둘 모두에 적용된다. 반경 R₃는 R₁ 및 R₂ 둘 모두에 비해 약간 더 작다.

제1곡선날(26)은 주절삭날(24)에 인접한 위치에서 제2절삭날(28)의 반경 R₂와 비교하여 약간 더 작은 반경 R₁을 가져야 한다. 나아가, 곡선노즈날(26)과 제2절삭날(28) 사이에 제공되는, 반경 R1과 비교했을 때 약간 더 작은 반경 R4를 가지는 곡선날이 배치되어야 한다.

도 10은 인써트가 이중-포지티브 기하학적 구조를 가지는 본 발명의 인써트(9)의 일 실시예를 도시하고 있다. 이는 인써트가 동일하게 큰 최상부 및 하부면(23a,23b)을 가지고, 이들 면들 모두가 날면(29a,29b)과 예각(β)으로 교차한다는 것을 의미한다.

따라서, 날면(29a,29b)은 뚜렷한 허리부(31)가 제공되도록 둔각(γ)으로 만나는 안쪽으로-하향하는 날들로 구성된다. 이것은 단일면 인써트에 비하여 2배의 갯수의 날을 사용하면서 인써트가 인덱서블 인써트로 사용될 수 있도록 한다. 인써트의 중앙의 구멍(30)은 최상부면(23a)으로부터 안쪽을 향하여 줄어드는 단면을 가지며, 유사하게 이 구멍은 하부면(23b)으로부터 인써트의 중심을 향하여 안쪽으로 줄어드는 단면을 가진다.

반경 R₁과 R₂와 관련하여 선택되는 치수는 드릴의 직경으로부터 좌우된다. 13 내지 18mm 드릴직경에 대하여 R₁은 0.2 내지 0.4mm이어야 하며, R₂는 1.6 내지 4.0mm이어야 한다. 18 내지 58mm 직경범위내의 드릴에 대하여 R₁은 0.4 내지 1.6mm이어야 하며, R₂는 2.5 내지 10mm이어야 한다. 반경 R₄는 0 내지 1.0mm이어야 한다. 제2날(28)의 길이는 0.1 내지 0.5mm 범위내에 있어야 한다.

Claims

함께 공작물 내에 구멍을 드릴가공하는 적어도 2개의 절삭날(8,8')이 제공되는 제1팁끝단부(2), 이에 대향하는 제2끝단부(3), 및 대응 절삭날로부터 칩을 생성시키고 제거하기 위한 목적을 가지고 상기 제1팁끝단부(2)로부터 그에 대향하는 끝단부(3)쪽 방향으로 연장되는, 상기 절삭날의 개수에 대응하는 갯수의 복수개의 플루트(7,7')를 가지는 본질적으로 중실인 샤프트(1)를 포함하는 드릴에 있어서,

a) 상기 드릴 팁은 상기 축선방향의 중심선(CL)의 양측(mutual sides)상의 절삭날들로 구성되며, 상기 절삭날의 중심부가 바깥둘레부의 앞에서 축선방향으로 연장되고,

b) 상기 바깥둘레에 있는 각 절삭날 상의 노즈반경부는 상기 바깥둘레부에서 서로 상이한 크기의 반경(R₁,R₂,R₃)(여기서,R₂는 R₁ 보다 크고, R₃은 R₁ 및 R₂ 보다 작다)을 가지는 다수의 원형세그먼트에 의하여 경계지워지는 매끈한 곡선으로 된 반경으로 형성되며, 여기서, 인접한 반경들은 항상 상이한 크기를 나타내는,

상기 드릴 팁과 상기 노즈반경부를 조합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드릴.
제1항에 있어서,

상기 샤프트는 주요부(13) 및 상기 절삭날(들)(8,8')이 제공되는 분리가능하게 연결될 수 있는 전방부(14)로 구성되는 것을 특징으로 하는 드릴.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 절삭날(8,8')은 납땜에 의하여 상기 중실 드릴샤프트상에 제공되는 초경합금으로 된 특수 인서트 몸체(9,9')상에 제공되는 것을 특징으로 하는 드릴.
제1항 또는 제2항에 있어서,

직선의 중실 드릴의 형상으로 되어 있고, 그것의 전방부는 둔각으로 만나는 대칭으로 배치된 2개의 절삭날을 포함하여 바깥둘레에 있는 이러한 절삭날의 끝단부가 1개 또는 몇개의 원형세그먼트를 가지는 노즈반경면부의 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 드릴.
제1항에 있어서,

상기 드릴 팁에는 끊기지 않는 윤곽을 가진 직선의 절삭날을 가지는 다각형상으로 된 2개의 인써트가 제공되고, 여기서, 상기 바깥둘레의 노즈반경은 상기 인써트의 나머지부분으로부터 반경방향으로 연장되는 부분(11,11')으로서 제공되는 것을 특징으로 하는 드릴.
제1항에 있어서,

상기 반경(R₁,R₂,R₃)은 상기 절삭코너로 연장되는 2개의 날면 사이의 매끈한 천이부를 제공하는 중심반경(R₁)이 표면마무리를 개선시키는 와이퍼반경(R₂)으로서 인접하여 위치된 부분보다 본질적으로 더 작게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 드릴.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 중실인 드릴은 5 내지 20 중량%의 Co를 함유한 인성의(tough) 초경합금으로 된 코어; 및

8 내지 20 중량%의 1 이상의 카바이드, Ti, Ta 또는 Nb의 카보나이트라이드, 또는 1 이상의 카바이드 및 Ti, Ta 또는 Nb의 카보나이트라이드를 함유하는 보다 큰 내마모성을 가지는 초경합금 재료(grade)로 구성되는 곡선 노즈반경부를 포함하는 외측 튜브형상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴.
함께 공작물 내에 구멍을 드릴가공하는 2개의 절삭날(8,8')이 제공되는 제1팁끝단부(2), 이에 대향하는 제2끝단부(3), 및 대응 절삭날로부터 칩을 생성시키고 제거하기 위한 목적을 가지고 상기 제1팁끝단부(2)로부터 그에 대향하는 끝단부(3)쪽 방향으로 연장되는, 상기 절삭날의 개수에 대응하는 갯수의 복수개의 플루트(7,7')를 가지는 본질적으로 중실인 샤프트(1)를 포함하는 드릴에 있어서,

a) 상기 드릴 팁은 상기 중심선(CL)의 양측 상에 대칭으로 배치되는 직선의 절삭날들로 구성되고, 그 중심부는 상기 바깥둘레부의 앞에서 축선방향으로 연장되어 상기 드릴의 중심에서 둔각으로 만나고,

b) 상기 바깥둘레에서 각 절삭날 상의 상기 노즈반경부는 상기 인써트의 나머지부분으로부터 반경방향으로 연장되고 1개 또는 몇개의 원형 세그먼트들에 의하여 경계지워지는 부분(11) 상에 매끈한 곡선의 반경으로서 형성되는,

상기 드릴 팁과 상기 노즈반경부를 조합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드릴.
제8항에 있어서,

직선의 중실 드릴의 형상으로 되어 있고, 그것의 전방부는 둔각으로 만나는 대칭으로 배치된 2개의 절삭날을 포함하여 바깥둘레에 있는 이러한 절삭날의 끝단부가 1개 또는 몇개의 원형세그먼트를 가지는 노즈반경면부의 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 드릴.