KR100702079B1 - 분말 금속 컴팩트 제조 방법 - Google Patents

분말 금속 컴팩트 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 절삭 공구에서 사용되는 절삭 헤드를 위한 분말 금속 컴팩트를 제조하기 위한 방법을 제공한다. 분말 금속 컴팩트는 펀치 및 다이 조립체에서 제조되고, 냉각제 채널과 리세스 사이에서 연이어 통하는 구멍을 가진다.
금속 절삭 공구, 절삭 헤드, 분말 금속 컴팩트, 펀치, 다이 조립체

Description

분말 금속 컴팩트 제조 방법{METHOD FOR MAKING A POWDERED METAL COMPACT}
본 발명은 내부 냉각 채널을 구비한 절삭 공구, 특히 카바이드 분말을 성형 프레스 및 소결함으로써 제조되는 절삭 공구 또는 절삭 공구용 탈착식 절삭 헤드에 관한 것이다.
다수의 금속 가공 칩 형성 작동에서, 가공 에지에 냉각제를 직접 전달하는 것이 바람직하다. 냉각제의 목적은 가공 에지를 냉각시키는 것뿐만 아니라, 칩의 제거를 지원한다. 냉각제 채널을 제조하기 위한 가장 간단하고 용이한 것은 축방향으로 배향하는 것이다. 이는 중심 보어 또는 공구 내에서 평행하게 축방향으로 배향된 두 개의 보어를 단순히 드릴 가공함으로써 제공될 수 있다. 드릴 가공에서, 비틀린 채널 또는 나선형 채널도 사용된다. 회전축으로부터 상이한 반경 방향 거리로 이격된 교체식 절삭 삽입부에 의한 드릴 가공에서, 출구 구멍을 절삭 삽입부를 향하도록 배향하는 것이 바람직하다. 미국 특허 제5,676,499호에는 직선 홀이 원통형 블랭크에서 상이한 반경 방향 거리로 드릴 가공되는 공정이 개시된다. 블랭크의 중간부를 가열하고 비틀어 나선 형상 채널을 제조한다. 마지막 공정에서, 출구 채널은 드릴의 중심선에 대해 소정 각으로 드릴 가공하여, 절삭 삽입부 부근에서 중심선으로부터 상이한 반경 방향 거리로 이격된 출구 구멍을 발생시킨다.
복합형 냉각제 채널을 얻기 위한 다른 방법은 분말 바디에 구리 또는 왁스와 같은 코어를 사용하여 소결하는 것이다. 상기 코어는 모든 형상일 수 있다. 소결 작동 중에, 코어는 코어 형상에 상응하는 공동을 남기는 침투에 의해 분말 바디의 기공으로 소실된다.
종래의 모든 방법은 다중 공정을 포함하고, 이는 시간 소비적이며 비싸다.
따라서 본 발명의 목적은 상술된 단점을 극복하면서 카바이드 분말의 성형 프레스 및 소결에 의한 냉각제 채널을 구비한 절삭 공구를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 본 발명의 방법에 따라 제조된 절삭 공구를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면 보어, 하나 이상의 리세스 및 상기의 보어와 하나 이상의 리세스 사이에서 연이어 통하는 하나 이상의 구멍을 갖는 분말 금속 컴팩트를 펀치 및 다이 조립체에서 제조하기 위한 방법이 제공되고, 상기 분말 금속 컴팩트는 상기 방법은 이하의 방법을 포함한다.
(ⅰ) 하나 이상의 제1 돌출 부재를 구비한 전방 단부를 갖는 상부 펀치를 제공하는 단계와,
(ⅱ) 하나 이상의 제2 돌출 부재를 구비한 전방 단부를 갖는 하부 펀치를 제공하는 단계와,
(ⅲ) 상부 펀치의 전방 단부가 하부 펀치의 전방 단부와 마주보고 그 사이에 금속 분말이 있도록 다이 내에 상부 펀치 및 하부 펀치를 위치 설정하는 단계와,
(ⅳ) 하나 이상의 제1 돌출 부재가 하나 이상의 제2 돌출 부재와 하나 이상의 접촉 구역에서 접합할 때까지, 상부 펀치 및 하부 펀치를 서로를 향해 가압함으로써 금속 분말을 치밀화하는 단계와,
(ⅴ) 상부 펀치를 제거하고 다이로부터 금속 분말 컴팩트를 배출하는 단계를 포함하고,
상기 보어는 상부 펀치와 하부 펀치 사이에서 하나 이상의 제2 돌출 부재에 의해 한정된 공간의 용적에 의해 형성되고, 하나 이상의 구멍은 하나 이상의 접촉 구역을 형성한다.
바람직한 실시예에 따르면 금속 분말은 초경합금 및 바인더를 포함한다.
통상적으로는, 초경합금은 텅스텐 카바이드이고, 바인더는 코발트이다.
필요한 경우, 상기 방법은 금속 분말 컴팩트를 소결하는 추가 단계를 포함한다.
소정 응용에 따르면, 제2 돌출 부재는 로드 형상의 원통형이다.
또 필요한 경우, 상기 방법은 소결된 금속 분말 컴팩트를 연삭(grinding)하는 다른 추가 단계를 포함한다.
유리하게는, 다른 추가 연삭 단계는 금속 분말 컴팩트의 절삭부 상의 절삭 에지를 제조한다.
필요한 경우, 다른 추가 연삭 단계는 금속 분말 컴팩트의 장착부 상에 외부 나사산을 제조한다.
또한, 본 발명에 따라 상술된 방법에 따라 제조된 금속 분말 컴팩트를 포함하는 금속 절삭 공구용 절삭 헤드가 제공된다.
본 발명은 더 나은 이해를 위해 첨부된 도면을 참조하여 예시적으로만 설명될 것이다.
도1은 본 발명에 따라 금속 분말 컴팩트로부터 제조된 금속 절삭 공구용 절삭 헤드의 개략도이다.
도2는 본 발명에 따라 펀치 및 다이 조립체에서 제조된 금속 분말 컴팩트의 개략도이다.
도3은 본 발명에 따른 하부 펀치의 개략적인 단면도이다.
도4는 본 발명에 따른 상부 펀치의 개략도이다.
도5는 본 발명에 따른 펀치 및 다이 조립체의 측단면도이다.
금속 절삭 공구용 절삭 헤드(10)를 도시하는 도1을 참조한다. 통상적으로 절삭 공구는 절삭 헤드(10)가 고정되는 공구 섕크(도시 생략)를 포함한다. 절삭 헤드는 전방 단부(12), 후방 단부(14) 및 그 사이를 통과하는 종축(A)을 포함한다. 절삭 헤드(10)는 장착부(18)와 일체 형성된 절삭부(16)를 포함한다. 장착부(18)에는 외부 나사산(20)이 제공된다. 보어 표면(24)을 갖는 축방향 배향 보어(22)는 인접한 전방 단부(12)로부터 후방 단부(14)로 연장되고, 후방 단부(14)에서 보어 구멍(26)으로 개방된다. 절삭부(16)는 6개의 절삭 에지(28)를 포함한다. 각 절삭 에지(28)는 레이크 표면(30)과 릴리프 표면(32)의 교차점에 형성된다. 칩 통로(34)가 각 레이크 표면에 인접한다. 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)가 인접하여 각 칩 통로(34)가 칩 통로(34) 및 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)로 개방된 웨지형 절삭 헤드 리세스(36)와 합체된다. 각 절삭 헤드 리세스(36)의 반경 방향 최고 내부에는 구멍(38)이 있다. 구멍(38)이 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)와 인접하지만, 축방향으로 후방으로 변위된다. 각 구멍(38)은 절삭 헤드 리세스(36)와 보어(22) 사이에서 연이어 통하고 보어 표면(24)과 형상 일치한다. 보어(22)는 냉각제 채널을 형성하고 이로써 보어 구멍(26)으로부터 보어(22)로 진입하는 냉각제 유체는 보어(22)를 축방향으로 횡단하고, 구멍(38)을 통해 보어(22)를 빠져나간다. 따라서, 구멍(38)은 절삭 에지(28)의 부근에 냉각제 유체를 분배하기 위해 보어(22)의 출구 구멍을 형성한다.
각 웨지형 절삭 헤드 리세스(36)는 내부벽(40), 2개의 측벽(44) 및 후방벽(44)을 포함한다. 내부벽(40)은 구멍(38)으로부터 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)로 연장되고, 구멍(38)과 동일 높이에 있다. 후방벽(44)은 두 개의 측벽(42)들 사이에서 연장되고 구멍(38)으로부터 외향 반경 방향으로 연장된다. 측벽(42)은 후방벽(44)으로부터 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)로 축방향으로 연장되고, 구멍(38) 및 내부벽(40)으로부터 내향 반경 방향으로 연장된다. 6개의 웨지형 절삭 헤드 리세스(36)는 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)를 6개의 동일한 웨지형 절삭 헤드 돌출부(46)를 갖는 대칭 구조로 분할하고, 웨지형 절삭부 리세스(36)는 한 쌍의 인접한 절삭 헤드 돌출부(46) 사이에 있다. 각 절삭 헤드 돌출부(46)는 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)와 일치하는 전방 표면(48)을 가진다. 각 절삭 헤드 리세스에 대해 구멍(38)은 보어 표면(24)과 형상 일치하고, 내부벽(40)은 구멍(38)으로부터 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)로 연장되고, 구멍(38)과 동일 높이에 있고, 원형 구역(50)이 절삭 헤드(10)의 전방 단부의 중심에 형성된다. 원형 구역(50)은 보어(22)의 직경과 동일한 직경을 가진다.
본 발명에 따르면 절삭 헤드(10)는 금속 분말을 형성 압착 및 소결함으로써 분말 금속 컴팩트(52)로부터 일체된 본체로 제조된다. 초경합금 및 바인더를 성형 프레스 및 소결함으로써 얻어진 분말 금속 컴팩트(52)를 도시하는 도2를 참조한다. 통상적으로 초경합금은 텅스텐 카바이드이고, 바인더는 코발트이다. 절삭 헤드(10)는 칩 통로(34), 절삭 에지(28), 절삭부(16) 상에 합체된 형상부 및 장착부(18) 상의 나사산(20)을 제조하기 위해 분말 금속 컴팩트(52)를 적절하게 연삭함으로써 분말 금속 컴팩트(52)로 부터 얻어진다.
분말 금속 컴팩트(52)는 그 전방 단부(56)에서 절삭 헤드 리세스(36)의 크기와 비교하여 증대된 리세스(54)에 의해 제조된다. 각 증대된 리세스(54)는 절삭 헤드 리세스(36)의 것들과 동일한 내부벽(40) 및 구멍(38)과, 절삭 헤드 리세스(36)의 측벽(42) 및 후방벽(44)과 유사한 증대된 측벽(58) 및 증대된 후방벽(60)을 포함하며, 유일한 차이점은 증대된 측벽(58) 및 증대된 후방벽(60)이 절삭 헤드 리세스(36)의 측벽(42) 및 후방벽(44) 보다 반경 방향으로 더 연장된다는 것이다. 각 구멍(38)은 소정의 증대된 리세스(54)와 보어(22) 사이에서 연이어 통한다. 칩 통로(34)의 연삭으로 인해, 증대된 리세스(54)의 반경 방향 외부 구역이 제거될 것이고, 이로써, 절삭 헤드 리세스(36)가 얻어지는 것이 도1 및 도2를 비교함으로써 명백해질 것이다.
도3 내지 도5가 참조된다. 펀치 및 다이 조립체(62)는 다이(68) 내에 위치된 상부 펀치(64) 및 하부 펀치(66)를 포함한다. 하부 펀치(66)는 원통형 쉘(76)과 동심인 원통형 기부(74)로부터 배출되는 중심 원통형 로드(72)를 포함하는 전방 단부(70)를 포함한다. 원통형 쉘(76)은 원통형 기부(74)를 둘러싸고 접합하며 로드(72)의 하부를 중첩한다. 원통형 쉘(76)과 로드(72) 사이의 중첩부(78) 구역은 연삭 이전에 장착부(18)의 형상을 형성한다. 상부 펀치(64)는 상부 펀치 리세스(84)에 의해 분리된 6개의 이격된 웨지형 상부 펀치 돌출부(82)를 포함하는 전방 단부(80)를 가진다. 상부 펀치 돌출부(82) 및 로드(72)는 각각 제1 돌출 부재 및 제2 돌출 부재를 형성한다. 상부 펀치(64)의 전방 단부(80)의 형상은 분말 금속 컴팩트(52)의 전방 단부(56)의 형상의 음각이다. 따라서, 상부 펀치와 하부 펀치 사이에서 금속 분말을 압착하는 경우, 상부 펀치 돌출부(82)는 분말 금속 컴팩트(52)에서 증대된 리세스(54)를 형성할 것이고, 상부 펀치 리세스(84)는 분말 금속 컴팩트(52)에서 웨지형 절삭 헤드 돌출부(46)를 형성할 것이다. 상부 펀치(64) 내의 중심 원형 리세스(86)는 로드(72)와 함께 분말 금속 컴팩트(52)의 전방 단부(12)의 중심에서 원형 구역(50)을 형성할 것이다. 도5에 도시된 바와 같이, 로드(72)는 금속 분말의 압착 중에 상부 펀치 내의 중심 원형 리세스(86)에 위치된다. 로드(72)의 직경은 중심 원형 리세스(86)의 직경 보다 100분의 1 mm 이하, 바람직하게는 약 5000분의 1 mm 이하로 약간 더 작다. 이는 한편으로는 로드(72)가 중심 원형 리세스(86)로 진입할 수 있고, 다른 한편으로는 상부 펀치 돌출부(82)가 로드(72)와 접합하는 것을 보장한다. 도4에서 선(88)은 로드(72)가 중심 원형 리세스(86)내로 관통되는 깊이를 표시하기 위해, 상부 펀치 돌출부(82)의 내부 표면(90) 상에 도시된다. 관통 깊이가 h이고, 중심 원형 리세스(86)의 전체 깊이는 H이면, 구멍(38)의 축방향 높이는 h가 될 것이고, 분말 금속 컴팩트(52)의 전방 단부의 진입부에서 원형 구역(50)의 축방향 높이는 H - h일 것이다. 로드(72)와 소정의 상부 펀치 돌출부(82)의 내부 표면(90) 사이의 접촉 구역(92)은 표시된 선(88)과 상부 펀치(64)의 전방 단부(80) 사이의 구역이다. 접촉 구역(92)은 구멍(38)을 형성 및 생성하고 상부 펀치(64)와 하부 펀치(66) 사이의 로드(72)에 의해 한정된 공간 용적은 보어(22)를 형성 및 생성한다. 접촉 표면 중 하나 또는 둘 모두는 접촉 구역에서 오목할 것이 명백할 것이다. 이러한 경우, 접촉 구역 대신에 구멍을 형성할 동일하게 인접한 접촉 라인이 있을 것이다.
절삭 공구용 절삭 헤드(10)의 제조를 위한 간단한 방법이 설명되었다. 상기 방법은 보어(냉각제 채널, 22)를 생성하는 돌출 로드(72)를 갖는 하부 펀치(66)를 사용하는 것을 포함한다. 통상의 구멍(냉각제 채널을 위한 출구 구멍, 38)은 금속 분말이 치밀화되면 접촉 구역이 로드(72)와 상부 펀치(60) 사이에서 생성되도록 압착 공정을 설계함으로써 형성된다. 접촉 구역은 통상적으로 구멍(38)이다. 즉, 절삭 공구용 절삭 헤드(10)는 보조 수단을 사용하지 않고 금속 분말을 단순히 성형 프레스함으로써 출구 구멍(38)을 구비한 냉각제 채널(22)과 함께 제조될 수 있다.
상부 펀치(64)가 제1 상부 펀치 부재(64') 및 제2 상부 펀치 부재(64")를 포함하는 것을 이해할 것이다. 제2 상부 펀치 부재(64")는 제1 상부 펀치 부재(64')의 중심 구역을 통해 자유롭게 이동될 수 있는 가압 로드(64")와 연결된다. 이는 우연히 상부 펀치 리세스(84) 내에 축적될 컴팩트 분말을 제거하는 편의를 위한 것이다.
본 발명이 소정의 특성으로 설명되었지만, 다양한 교체 및 개조가 이하에 청구된 본 발명의 정신 또는 범주를 벗어나지 않고 제공될 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (9)

  1. 보어(22), 하나 이상의 리세스(54), 및 상기 보어(22)와 하나 이상의 리세스(54) 사이에서 연이어 통하는 하나 이상의 구멍(38)을 갖는 금속 절삭 공구용 절삭 헤드(10)를 위한 분말 금속 컴팩트(52)를 펀치 및 다이 조립체(62)에서 제조하기 위한 방법이며,
    상기 금속 절삭 공구용 절삭 헤드(10)는 구멍(38)과 동일 높이에 있는 내부벽(40), 2개의 측벽(42) 및 후방벽(44)을 포함하는 하나 이상의 웨지형 절삭 헤드 리세스(36)를 가지며, 상기 내부벽(40)은 구멍(38)으로부터 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)로 연장되고, 상기 후방벽(44)은 2개의 측벽(42)들 사이에서 연장되고 구멍(38)로부터 반경 방향으로 외향 연장되고, 상기 측벽(42)은 후방벽(44)으로부터 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)로 축방향으로 연장되고 구멍(38) 및 내부벽(40)으로부터 반경 방향으로 외향 연장되며,
    상기 방법은,
    (ⅰ) 하나 이상의 제1 돌출 부재(82)를 구비한 전방 단부(80)를 갖는 상부 펀치(64)를 제공하는 단계와,
    (ⅱ) 하나 이상의 제2 돌출 부재(72)를 구비한 전방 단부(70)를 갖는 하부 펀치(66)를 제공하는 단계와,
    (ⅲ) 상부 펀치(64)의 전방 단부(80)가 하부 펀치(66)의 전방 단부(70)와 면하고 그 사이에 금속 분말이 있도록 다이(68) 내에 상부 펀치(64) 및 하부 펀치(66)를 위치 설정하는 단계와,
    (ⅳ) 하나 이상의 제1 돌출 부재(82)가 하나 이상의 제2 돌출 부재(72)와 하나 이상의 접촉 구역(92)에서 접합할 때까지, 상부 펀치(64)와 하부 펀치(66)를 서로를 향해 가압함으로써 금속 분말을 치밀화하는 단계와,
    (ⅴ) 상부 펀치(64)를 제거하고 다이(68)로부터 금속 분말 컴팩트를 배출하는 단계를 포함하고,
    상기 보어(22)는 상부 펀치(64)와 하부 펀치(66) 사이에서 하나 이상의 제2 돌출 부재(72)에 의해 한정된 공간의 용적에 의해 형성되고, 하나 이상의 구멍(38)은 하나 이상의 접촉 구역(92)에 형성되는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 금속 분말은 초경합금 및 바인더를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 초경합금은 텅스텐 카바이드이고, 바인더는 코발트인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제2 돌출 부재(72)는 로드 형상의 원통형인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 금속 분말 컴팩트를 소결하는 추가 단계를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 소결된 금속 분말 컴팩트를 연삭하는 다른 추가 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 연삭 추가 단계는 금속 분말 컴팩트의 절삭부(16) 상의 절삭 에지(28)를 제조하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 연삭 추가 단계는 금속 분말 컴팩트의 장착부(18) 상의 외부 나사산(20)을 제조하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 금속 분말 컴팩트를 포함하는 금속 절삭 공구용 절삭 헤드에 있어서,
    구멍(38)과 동일 높이에 있는 내부벽(40), 2개의 측벽(42) 및 후방벽(44)을 포함하는 하나 이상의 웨지형 절삭 헤드 리세스(36)를 가지며, 상기 내부벽(40)은 구멍(38)으로부터 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)로 연장되고, 상기 후방벽(44)은 2개의 측벽(42)들 사이에서 연장되고 구멍(38)으로부터 반경 방향으로 외향 연장되고, 상기 측벽(42)은 후방벽(44)으로부터 절삭 헤드(10)의 전방 단부(12)로 축방향으로 연장되고 구멍(38) 및 내부벽(40)으로부터 반경 방향으로 외향 연장되는 것을 특징으로 하는 금속 절삭 공구용 절삭 헤드.
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