KR100785867B1 - 진동감쇠 드릴가공용 툴 - Google Patents

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베르크홀트마리-루이제
칼슨레이프
투칼라토미
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산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
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Abstract

본 발명은, 드릴몸체(11) 및 상기 드릴몸체의 전방끝단부에 배치되어 상기 드릴의 주변부를 형성하는 적어도 하나의 커팅인써트(12)를 포함하는 금속재료의 천공용 드릴가공용 툴에 관한 것으로, 상기 드릴몸체는 축선방향으로 연장되는 복수의 칩 채널(14,15) 및 상기 칩 채널들 사이에 위치하는 바아(16,17)를 갖는다. 새로운 툴은 상기 툴 몸체(11)에는 커팅인써트 배후의 축선방향의 소정 거리에서 적어도 하나의 칩 채널내에 위치하는 감쇠요소(18; 23)가 제공되고, 상기 감쇠요소는 상기 칩 채널의 부분을 전체 또는 부분적으로 채우며, 상이한 강성으로 만들어진 2개의 재료부(18a,18b; 23a,23b)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

진동감쇠 드릴가공용 툴{VIBRATION DAMPENED DRILLING TOOL}
본 발명은 금속재료를 가공하는 드릴가공용 툴에 관한 것으로, 보다 정확하게는, 구멍의 주변부를 형성하는 적어도 하나의 커팅인써트를 구비한 드릴몸체를 포함하는 유형의 드릴에 관한 것이며, 상기 드릴에는 드릴의 길이방향으로 연장되어 있는 1이상의 후퇴부가 형성되어 있고, 상기 후퇴부는 내외측 인써트와 각각 결합되어 칩 제거용 홈으로서의 역할을 한다.
금속재료의 천공시에는, 가공시의 진동에 의하여 야기되는 높은 레벨의 소음과 기계음이 발생하는 문제가 있다. 이제까지 사용되던 드릴에는 소음 및 진동을 적절히 감쇠시킬 수 있는 감쇠장치(damping devices)가 내장/부착되어 있지 않았다. 주안점은 귀에 거슬릴 정도의 진동음을 상당부분 제거할 수 있도록 하는 것이다. 가능하다면, 기계음만이 아니라 통상적으로 74 내지 76dB에 이르는 칩에 의한 불가피한 소음을 없애야 한다. 하지만, 감쇠없이 130dB의 레벨까지 측정되었던 경우는 흔하지 않다. 적절한 기계음은 귀를 보다 편안하게 한다.
이미 스웨덴특허 8902081-2에 의하면, 예를 들어, 부분적으로 진동 감쇠재료로 되어 있으며, 상기 재료가 길이방향으로 형성된 드릴 칩 채널의 후퇴부에 적용되는, 드릴가공용 툴을 형성하는 방법이 공지되어 있다. 하지만, 상기 특허 8902081-2에 따라 적용된 경질금속 경계부는 적절하게 소음을 감소시키는 것으로 판명되지는 않았다.
이러한 상황에서, 본 발명의 목적은 상술된 문제에 대한 해법을 제시함으로써, 실질적으로 보다 나은 소음 및 진동 감쇠효과를 제공하고 일련의 드릴가공뿐 아니라 탭가공시에도 유용한 드릴용 장치를 형성하도록 하는 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 드릴에는 각각의 커팅인써트에 연결되는 칩 배출용 후퇴부가 제공되며, 이들 각 후퇴부에는 상이한 강성을 갖는 적어도 2개로 구성된 감쇠요소가 커팅인써트 배후에서 축선방향으로 소정의 거리에 적용되어, 그들이 전체 또는 부분적으로 상기 칩 채널의 축선방향부분을 채우는 방식으로 되어 있다. 이러한 방식으로 상기 드릴은 특히 소음 및 진동이 감쇠될 뿐 아니라 강성도 향상된다. 그 결과, 새로운 툴은 공작물의 적절한 금속가공에 의하여 야기되는 소음수준을 실질적으로 저감시킨다. 이 때, 상기 툴은 절삭력의 진동으로 인하여 발생하는 진동에 대해 덜 민감해진다.
이하, 본 발명을 도면에 예시되어 있는 본 발명의 2가지 실시예와 연계하여 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 툴의 일 실시예의 사시도,
도 2는 대안실시예의 사시도,
도 3은 도 2에 따른 드릴의 Ⅲ-Ⅲ 라인을 따른 칼라부의 단면도,
도 4 내지 도 11은 본 발명의 범위안에 있는 드릴의 대안실시예의 단면도이다.
본 발명에 따른 것으로, 도 1에 예시되어 있는 재료부들(18a,18b)로 구성된 감쇠요소(18)를 구비한 드릴(10)의 실시예는 드릴몸체(11) 및 드릴의 주변에 위치한 외측 커팅인써트(12)와 드릴의 중앙에 보다 근접하게 위치한 내측 커팅인써트(13)를 포함한다. 커팅인써트는 경질의 초경합금으로 만들어지는 것이 바람직하다. 2개의 커팅인써트는 드릴 축선(A)으로부터 상이한 반경방향의 거리에서 그들의 작동영역이 서로 오버랩되는 방식으로 위치한다. 동시에, 상기 커팅인써트는 툴의 주변방향으로 대략 180°변위되어 있다. 커팅인써트(12,13)는, 예를 들어, 스크루 결합에 의한 공지된 방식으로 드릴몸체(11)에 있는 그에 대응하는 절삭포켓에 체결된다. 드릴몸체(11)는 실질적으로 원통형의 기본형상을 가지며, 강으로 만들어진다.
커팅인써트의 배후에 위치한 드릴몸체(11)의 부분에서, 드릴몸체에는 축선방향으로 연장되고, 반경방향 바깥쪽으로 개방된 후퇴부(14,15)가 제공되며, 상기 후퇴부 단면은 오목하게 굽어 있으며 각 커팅인써트(12,13)와 개별적으로 결합된다. 상기 후퇴부(14,15)는 칩 채널로서의 역할을 하도록 되어 있고 원통형 외피면을 갖는 바아(16,17)가 그들 사이에 위치한다. 도 1에 예시되어 있는 실시예에서는, 상기 칩 채널(14,15)이 나선형이다. 대안적으로, 칩 채널(14,15)은 직선형 디자인 또는 그들의 조합으로 이루어질 수도 있다. 커팅인써트(12,13) 배후에서 축선방향으로 소정 거리에 있는 감쇠요소는 하나의 칩 채널에 또는 칩채널의 각각의 하나에 배치되어 있다. 상기 감쇠요소(18)는 실질적으로 상이한 강성을 갖는 적어도 2개의 재료부(18a,18b)로 구성되어 있다. 여기에 예시되어 있는 경우에 있어서, 재료부(18a)는, 이 재료부(18a)의 최상부면이 칩 채널에 적합한 형상으로 되어 그에 인접한 드릴몸체(11)의 외측면과 동일한 형상으로 같은 높이에 위치하도록 되어 있다. 감쇠요소(18)는 칩 채널의 형상과 전체 또는 부분적으로 일치하는 형상을 갖는 반면, 그것의 외피면은 자유로운 디자인을 가질 수 있다. 예를 들어, 재료부(18a)는 반경방향으로 통과하는 스크루 조인트에 의하여 드릴 섕크에 체결될 수도 있다. 소정의 감쇠효과를 제공하기 위하여, 소정의 보어 깊이에서 칩 제거가 방해받지 않도록 재료부(18a)가 축선위치에서 커팅인써트 배후의 소정 거리에 위치해야 한다. 드릴몸체(11)는, 축선방향 뒷부분에서, 후방부(20)로 변화하는 원뿔부(19)의 형상으로 후방단면이 두꺼워지는, 통상적인 방식에 의해 형성된다. 어떤 경우에는, 감쇠요소(18)가 그들이 상기 원뿔형상부의 적어도 일부를 통해서도 연장되도록 축선방향 연장부를 가질 수 있으며, 이는 기존 실시예에서 보어가 보다 깊은 깊이를 가질 수 있도록 하기 위함이다. 상기 후방부(20)의 배후에서 축선방향으로 위치한 원통부(21)는 기계스핀들 또는 홀더부에 고정되도록 되어 있다. 반드시 상기 재료부(18a)의 형상이 후퇴부(15)의 형상과 전체적으로 결합될 필요는 없다. 주안점은 칩 채널의 측면과 바아(16,17)의 외피면에 이르는 천이부까지의 감쇠요소의 반경방향으로 향한 측면 사이에서 만족스런 면접촉이 보장되도록 하는 것이다.
도 2 내지 도 3에는, 감쇠요소(23)가, 드릴몸체(11)보다 실질적으로 더 큰 외경을 갖는 원통형 칼라(22), 및 상기 칼라의 길이를 따라 전체 또는 부분적으로 후퇴부들(14,15)을 채우는 형상으로 제공되는 2개의 재료부(23a,23b)의 형태로 되어 있는 대안실시예가 도시되어 있다. 상기 재료부(23b)는 칼라(22)내에서 표면의 전체 또는 부분이 실질적으로 칼라의 전체길이를 따라 바아(16,17)의 외피면과의 접촉하게 된다. 중심부(23a,22a) 각각은 예를 들어, 강으로 제작되어, 납땜, 교착(agglutination), 용접 등의 여타의 방법으로 칼라의 내벽에 체결될 수도 있다.
대안적으로, 상기 재료부(18a,23a)는 세라믹재료, 폴리머, 합성재료 또는 초경합금으로 제작될 수 있다. 재료부(18b,23b)를 둘러싸는 재료부(18a,23a)는 엘라스토머(elastomer), 폴리머, 천연고무 또는 아교 및 코킹 합성물 류의 재료일 수 있다. 또한, 이들 재료의 조합도 가능하다.
도 2 내지 도 3에 예시된 실시예에서는, 칼라(22)가 2개의 칼라 이분체(22a,22b)로 구성되어 있으며 스크루 조인트에 의하여 드릴몸체(11) 주위에서 함께 고정된다. 대안적으로, 칼라는 2개 보다 많은 칼라 요소들로 이루어질 수 있다. 도 2에서 알 수 있듯이, 각각의 칼라 이분체에는 원형후퇴부(24)가 제공되고, 바닥을 가진 평면부(25)는 플랜지부를 형성하며 이를 통해 볼트 또는 스크루(도시 안됨)를 수용하기 위한 구멍(26)이 후퇴되어 있고, 상기 볼트 또는 스크루는 상기 구멍을 통해 연장되는 동시에 맞은편의 상보적 형상의 대향 칼라 이분체(22b)의 플랜지부를 통하여 연장된다. 본 실시예는 슬롯(27)이 상기 2개의 칼라 이분체(22a,22b)들 사이에 위치하도록 되어 있다. 도 3에 예시되어 있는 실시예에서는, 재료부(23b)가 오목하게 형성된 2개의 칩 후퇴부(14,15)를 전체적으로 채우는 동시에 바아(16,17)의 외피면을 전체적으로 둘러싸도록 연속적으로 연장되어 있다. 냉각액을 보어의 선단까지 이송하기 위한 드릴몸체(11)의 길이방향 채널은 28 및 29로 나타내었다.
도 4 내지 도 6에는, 감쇠요소의 대안실시예가 도시되어 있다. 도 4는, 통상적으로 금속 또는 세라믹 특성의 재료부(23a)가, 통상적으로 고무의 특성을 갖거나 다른 엘라스토머 재료로 이루어진 재료부(23b)에 의하여 전체적으로 삽입되고 둘러싸여진 실시예이다. 이 재료는 각 칩 후퇴부(14,15)를 전체적으로 채우도록 되어 있다.
도 5에 따른 실시예에는, 다양한 원통형상 단면을 갖는 복수의 재료부(23a)가 고무 또는 엘라스토머의 재료부(23b)내에 삽입되어 있다. 또한, 이 경우에 있어서, 적절히 구성된 감쇠유닛은 각 칩 후퇴부(14,15)를 전체적으로 채우도록 되어 있다.
도 6에 따른 실시예에서는, 감쇠유닛이 샌드위치 형태로 수용되어 있는데, 통상적으로 금속 또는 세라믹 재료부(23a)가 시트형태로 통상적인 고무 또는 엘라스토머 특성을 갖는 재료부(23b)의 시트들 사이에 번갈아 끼워져 있다.
도 7에 예시되어 있는 대안실시예에 따르면, 통상적으로 금속 또는 세라믹 재료부(23a)가 웨지형 단면의 실시예로 제공되고, 그 양 측면은 통상적으로 고무 또는 엘라스토머 특성을 갖는 재료부(23b)에 의하여 둘러싸인다. 이 경우에 있어서, 전체적으로 2개의 감쇠요소가 각각의 칩 후퇴부(14,15)를 채워야 할 필요는 없다.
도 8에 따르면, 보다 경질의 재료부(23a)가 후퇴부(15)의 일부만을 채우는 U자형상체로서 후퇴부(15)내로 끼워맞춰져 있고, 역시 U자형상체 형태의 보다 탄성적인 재료부(23b)가 상기 재료부(23a)와 후퇴부(15)의 저부면 사이에 끼워맞춰져 있다.
도 9에 예시한 대안실시예에 따르면, 통상적으로 금속 또는 세라믹 재료부(23a)는, 구성되는 감쇠유닛의 형상이 삼각형이 되도록 고무 또는 엘라스토머 특성의 재료부(23b)에 의하여 전체적으로 둘러싸인다. 이 실시예에 있어서는, 적절히 소음을 감소시키기 위하여 2개의 감쇠재료가 각 칩 후퇴부를 전체를 채워야 할 필요는 없다.
추가적인 대안실시예에 따르면, 감쇠요소는 칼라(22)와 함께 보다 탄성적인 재료부(18b,23b)로 이루어진다. 이러한 실시예는 도 10에 보다 자세히 예시되어 있다. 도면에서 알 수 있듯이, 재료부(18b,23b)가 두 바아(16,17)의 외피면을 따라서만 연장되도록 하여도 충분하다. 이 경우에는, 슬롯(27)이 앞서 도 3에 나타낸 것과는 달리 자리할 수도 있다. 칼라(22)의 적절한 재료로서, 재료부(18a,23a)와 관련하여 앞서 설명한 동일 종류의 재료가 선택될 수도 있다.
도 11에 도시된 대안실시예에 따르면, 칼라(22)는 그들 사이에 축선방향 슬롯(27)을 갖는 2개의 칼라 이분체(22a,22b)로 구성되어 있으나, 이 경우에는 그들 사이에 링형상 갭(30)이 형성되도록 칼라의 내경이 드릴몸체(11)의 외경보다 크기 때문에, 칼라와 드릴몸체(11)간에는 직접적인 면접촉이 일어나지 않는다. 본 실시예에 따르면, 금속, 세라믹 또는 폴리머재료로 이루어진 재료부(23a)를 칼라의 내면에서 체결하여, 그들이 후퇴부(14,15)를 전체적으로 채울 수 있도록 형성된다. 대안적으로, 상기 재료부(23a)가 후퇴부(14,15)의 일부만을 채우도록 형성될 수도 있다. 예시된 실시예의 도면에서, 재료부(23a)의 내부 외피면은 후퇴부(14)의 형상에 적합하게 볼록한 형상으로 제공된 반면, 외측 외피면은 칼라 이분체(22)의 내경에 적합하도록 상당히 더 큰 굽힘반경을 갖도록 볼록한 형상으로 제공되었다. 동시에, 보다 연질이며 더욱 탄성적인 재료부(23b)가 단면이 U자형인 심으로서 형성되어, 재료부(23a)와 후퇴부의 저부(14) 사이에 끼워맞춰진다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 그에 대응하는 보다 경질의 인써트와 보다 연질의 감쇠요소는 드릴몸체의 직경방향으로 대향하고 있는 후퇴부(15)에 적용된다.

Claims (13)

  1. 금속재료의 천공용 드릴가공용 툴로서, 드릴몸체(11) 및 상기 드릴몸체(11)의 전방끝단부에 배치되는 적어도 하나의 커팅인써트(12)를 포함하고, 상기 드릴몸체는 축선방향으로 연장되는 복수개의 칩 채널(14,15) 및 그들 사이에 위치한 바아(16,17)를 갖는 상기 드릴가공용 툴에 있어서,
    상기 드릴몸체(11)에는 상기 드릴몸체의 커팅인써트 배후에서 축선방향의 소정 거리에 위치한 재료부(18a; 23a)와 상기 재료부(18a; 23a)의 반경방향 내측으로 소정 갭내에 위치하는 재료부(18b; 23b)로 이루어진 감쇠요소(18; 23)가 제공되고, 상기 2개의 재료부(18a, 18b; 23a, 23b)들은 상이한 강성으로 만들어진 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감쇠요소(18; 23)는 상기 칩 채널(14,15)내에 부분적으로 수용되는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 칩 채널의 단면형태는 오목하게 굽어 있고, 상기 감쇠요소(18)는 비대칭 원통형 로드(rod)로 구성되어 있고, 상기 감쇠요소(18)의 내측 외피면은 상기 칩 채널의 굽힘반경에 대응하는 원통형상을 갖는 반면, 상기 감쇠요소(18)의 외측 외피면(envelope surface)은 실질적으로 상기 바아(16,17)의 외측 외피면에 의하여 형성되는 굽힘반경에 대응하는 보다 큰 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 감쇠요소(18)는, 뒷쪽의 원통면(21)으로부터 전방 드릴부를 분리시키는 반경방향으로 형성된 칼라부(19,20)와 직접 결합되도록 위치하며, 상기 원통면(21)은 부속기계내에서 회전 구동하도록 부속 기계 스핀들에 체결되어야 하는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 감쇠요소(23)는 상기 드릴의 직경보다 실질적으로 더 큰 직경을 갖는 칼라(22)로 형성된 감쇠요소의 내측에 체결되는, 부분적으로 원통형인 인써트의 형태로 제공되고, 상기 칼라의 중심부는 상기 바아들 중 하나와 일치하는 구멍직경을 갖도록 형성되며, 상기 감쇠요소(23)의 재료부(23b)를 개재하여 상기 칼라(22)의 전체길이를 따라 상기 바아(16,17)의 전체 외피면과 마찰식으로 맞물리는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 칼라(22)는 칼라부들 사이에 축선방향으로 향하는 슬롯(27)들을 갖는 적어도 2개의 칼라부로 구성되는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 감쇠요소(18; 23)는 부분적으로 원통형, 삼각형 또는 다른 단면형상을 가지는 금속, 폴리머, 세라믹재료, 복합재료 또는 초경합금으로 이루어지는 재료부(18a; 23a)를 포함하며, 상기 재료부(18a; 23a)의 형상에 전체적으로 또는 부분적으로 적합하도록 되어 있는, 고무, 폴리머 또는 엘라스토머 특성으로 된 재료부(18b; 23b)에 의하여 적어도 부분적으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상대적으로 보다 연질인 재료부(23b)는 상기 드릴몸체의 2개의 오목한 형상의 칩 후퇴부(14,15)들을 전체적으로 채우고, 또한 후퇴부들 사이의 바아(16,17)의 외피면을 전체적으로 둘러싸도록 연속적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 감쇠요소(23)는 상기 칩 후퇴부(14,15)들을 전체적으로 채우는 고무, 폴리머, 또는 엘라스토머 재료로 된 부분을 포함하고, 상대적으로 보다 경질의 감쇠재료의 원통형상의 재료부(23a)는 상대적으로 보다 연질의 재료부(23b)에 전체적으로 포함되는 원통형 단면을 갖는 경계부의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  10. 제9항에 있어서,
    다양한 크기의 상호 이격된 복수의 원통형의 재료부(23a)가 상기 상대적으로 보다 연질인 재료부(23b)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 감쇠요소(23)는 샌드위치 형태로 되어 있어, 적어도 하나의 금속, 세라믹 또는 폴리머 재료가 고무, 폴리머 또는 엘라스토머 특성의 상대적으로 보다 연질인 재료로 만들어진 시트(sheet)형상의 분절(segment)들 사이에서 시트로서 번갈아 삽입되는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 더욱 경질인 재료부(23a)는 단면이 U자형인 분절로서 상기 드릴의 후퇴부(14,15)들 중 하나에 끼워맞춰져 상기 후퇴부를 부분적으로 채우고, 상기 보다 탄성적인 재료부(23b)는 마찬가지로 단면이 U자형상인 분절로서 끼워맞춰져, 상기 재료부(23a)와 상기 후퇴부(15)의 벽면 사이의 중간층을 형성하는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
  13. 제1항에 있어서,
    감쇠유닛은, 상기 드릴몸체상에 배치되어 상기 드릴몸체를 축선방향으로 부분적으로 둘러싸는 2이상의 칼라 이분체(22a,22b)로 구성되는 칼라를 포함하고, 상기 이분체의 내경은 상기 드릴몸체(11)의 외경보다 크기 때문에 상기 이분체들 사이에는 링형 갭(30)이 형성되고, 금속, 세라믹 또는 폴리머 재료로 이루어진 상기 재료부(23a)는 상기 칼라 이분체들의 내부에 체결되고 상기 후퇴부(14,15)를 전체 또는 부분적으로 채우는 방식으로 형성되며, 상기 재료부(23a)보다 상대적으로 연질이고 보다 탄성적인 감쇠재료가 상기 재료부(23a)와 상기 후퇴부(14,15)의 오목하게 굽은 면 사이에서 단면이 U자형상인 심(shim)의 재료부(23b)로서 적용되는 것을 특징으로 하는 드릴가공용 툴.
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