KR100838176B1 - 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구 및 그 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인덱서블 인서트 절삭공구에서 인서트(14)가 삽입되는 포켓부(13)의 맞은편 표면을 카바이드 코팅하여 피절삭체로부터 이탈된 부산물(chip)로 인해 절삭공구가 훼손되는 것을 방지한 카바이드 코팅된 인덱서블 인서트 절삭공구 및 그 코팅방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명에서는 포켓부(13)의 맞은편 일측 표면에는 전자식 카바이드 금속주입장치(20)의 카바이드 봉(22)에 의해 소정 두께 및 폭으로 코팅되는 코팅부(12)를 형성하여 절삭공구(10)의 내충격성 및 내마모성을 향상시킴으로써 피절삭체 부산물(chip)의 충격으로 인한 절삭공구의 훼손을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 포켓부(13)의 내부면에 니켈도금부(16)를 형성하여 포켓부(13)에 삽입되는 인서트(14)가 견고하고 정밀하게 결합되어 절삭작업의 안정성이 향상되는 다른 효과가 있다.

인덱서블 인서트, 절삭공구, 카바이드, 탄화물, 코팅, 표면처리, 마모

Description

코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구 및 그 코팅방법{Indexable-insert cutting tool within coated area and coating method there of}

도 1은 본 발명에 의한 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구의 일 실시례를 개략적으로 나타낸 사시도,

도 2는 도 1의 절삭공구를 코팅하기 위한 금속주입장치를 개략적으로 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명에 의한 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구가 코팅되는 과정을 단계적으로 나타낸 공정을 개략적으로 나타내는 모식도,

도 4는 도 3의 "A"표시된 부분을 확대한 것으로, 포켓부에 침착되는 카바이드 코팅의 부산물을 연삭 후 그 표면에 니켈도금을 하는 과정을 단계적으로 나타낸 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 절삭공구 11 : 코팅예정부

12 : 코팅부 13 : 포켓부

14 : 인서트 15 : 침전분진

16 : 니켈도금부 20 : 금속주입장치

21 : 회전홀더 22 : 카바이드 봉

S1 : 샌딩처리단계 S2 : 코팅장치 연결단계

S3 : 카바이드 코팅단계 S4 : 분진제거단계

S5 : 니켈도금단계

본 발명은 드릴, 앤드밀 등과 같은 밀링용 절삭공구에 관한 것으로, 특히 인덱서블 인서트 절삭공구에서 인서트가 삽입되는 포켓부의 맞은편 표면을 카바이드 코팅하여 피절삭체로부터 이탈된 부산물(chip)로 인해 절삭공구가 훼손되는 것을 방지한 카바이드 코팅된 인덱서블 인서트 절삭공구 및 그 코팅방법에 관한 것이다.

일반적으로 절삭공구는 크게 나사가공, 홈가공, 보링 등에 사용되는 터닝용 절삭공구와 밀링커터, 드릴, 리머, 엔드밀 등에 사용되는 밀링용 절삭공구로 구분되며, 상기 터닝용 절삭공구는 날이 주로 외날로 공구는 가만히 있고 가공하고자 하는 공작물이 회전하는 반면에, 밀링용 절삭공구는 날이 주로 다날로 공구가 회전하고 가공하고자 하는 공작물은 고정되어 있다.

상기 절삭공구는 고온에 취약한 탄소강을 대체하여 텅스텐, 크롬, 바나듐을 함유하는 고속도강이 활용되면서 600℃의 고온에서도 사용할 수 있게 되었으며, 이로 인해 종래의 탄소강에 비해 절삭속도가 6∼7배로 향상되어 오늘날 사용되고 있 다.

더욱이 최근에는 주축 회전수 40,000rpm(revolute per minute)을 갖는 인덱서블 인서트 밀링 커터(indexable-insert milling cutter)가 소개되면서 자동차, 비행기 기체, 펌프 및 밸브 등을 위한 활용도가 대폭 향상되고 있다.

이때, 상기 인덱서블 인서트 밀링 커터는 인서트(insert; 커터의 날)를 교체할 수 있도록 만든 밀링 커터로서, 일정시간 사용후 절삭률이 저하되면 인서트를 세척 또는 교체하여 재사용하게 된다.

그러나, 상기와 같은 인덱서블 인서트 절삭공구들은 인서트가 결합된 절삭부위는 강한 내마모성이 유지되는 반면에, 인서트에 의해 절삭된 피절삭체의 부산물이 인서트의 맞은편을 타격하면서 외부로 배출되므로, 절삭공구가 손상될 우려성이 있다.

또한, 절삭공구의 손상 정도가 미약하더라도, 상기 손상이 발생되면 절삭작업시 피절삭체의 부산물(칩) 배출에 지장을 초래하여 절삭효율이 현저하게 떨어지는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 인덱서블 인서트 절삭공구의 포켓부 맞은편 일측 표면을 카바이드 코팅하여 내충격성 및 내 마모성을 향상시킴으로써 피절삭체 부산물(chip)의 충격으로 인한 절삭공구의 훼손을 방지하는 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구 및 그 코팅방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 포켓부에 삽입되는 인서트의 견고하고 정밀하게 결합될 수 있도록 포켓부의 내부면에 니켈도금부를 형성하는 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구 및 그 코팅방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구 및 그 코팅방법은 절삭공구에 있어서, 상기 절삭공구의 포켓부 맞은편 일측 표면이 금속주입장치에 의해 카바이드 코팅되는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구의 일 실시례를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 절삭공구를 코팅하기 위한 금속주입장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구가 코팅되는 과정을 단계적으로 나타낸 공정을 개략적으로 나타내는 모식도이고, 도 4는 도 3의 "A"표시된 부분을 확대한 것으로, 포켓부에 침착되는 카바이드 코팅의 부산물을 연삭 후 그 표면에 니켈도금을 하는 과정을 단계적으로 나타낸 단면도이다.

본 발명에 의한 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구는 도 1에 도시된 바와 같이, 공작기계에 설치되어 회전하며 공작물을 가공하는 공구 즉 드릴, 앤드밀, 커터를 포함하는 밀링용 절삭공구뿐만이 아니라, 가공하고자 하는 공작물이 회전하고 공구는 고정되어 나사가공, 홈가공, 보링 등을 위한 터닝용 절삭공구에도 적용가능한다.

이때, 상기 절삭공구(10)의 선단 일측에는 내측으로 함몰 형성된 포켓부(13)가 구비되며, 상기 포켓부(13)에는 공작물을 가공하는 복수의 인서트(insert; 14)가 탈착 가능하도록 결합된다.

상기 인서트(14)는 '교체가능한 커터의 날'을 의미하는 것으로서, 카바이드(carbide, 초경) 인서트 또는 다결정 다이아몬드(polycrystalline diamond, PCD) 인서트 등 다양한 종류의 인서트가 제공되므로, 사용자는 가공물의 재질뿐만 아니라 가공방법, 기계의 성능, 공정의 경제성(요구되는 정밀도나 표면 거칠기)에 따라 적합한 인서트를 교체 사용할 수 있게 된다.

한편, 절삭공정시 피절삭체로부터 이탈되는 부산물(chip)은 인서트(14)가 삽입된 포켓부(13)의 맞은편을 타격하면서 외부로 배출되므로, 발명에서는 별도의 표면코팅장치를 통해 그 타격되는 부위를 코팅처리하여 강화하게 된다.

즉, 본 발명의 일 실시례로서 도 2의 전자식 카바이드 금속주입장치(Electronic Carbide Metal Impregnator; 20)를 통해 절삭공구의 포켓부(13)의 맞은편에 소정의 폭 및 크기로 카바이드 코팅된 코팅부(12)를 형성시킨다.

상기 카바이드(carbide)란 탄소와 양성원소의 화합물인 탄화물(炭化物)을 의미하는 것으로서, 일반적으로 양성이 두드러진 원소와의 화합물은 이온성 탄화물, 즉 염과 유사한 탄화물을 만들고, 양성이 약한 원소 중 원자반지름이 작은 것과는 공유결합성 탄화물, 원자반지름이 큰 것과는 침입형 탄화물을 만든다.

특히, 본 발명에서는 상기 금속주입장치(20)의 전자적 스파크 침전과정에 의해 텅스텐 카바이드(Tungsten Carbide)로 제작된 카바이드 봉(22)으로 해당 표면에 코팅하게 된다.

이때, 상기 텅스텐 카바이드는 초경합금의 주 원료로서 내마모성 및 내열성이 매우 좋고 고온에서 경도가 잘 유지되며 열팽창계수가 낮은 특징이 있으므로, 인서트(14)에 의해 절삭되는 피절삭체 부산물의 충격 및 발열으로부터 절삭공구(20)를 효과적으로 보호하게 된다.

상기 금속주입장치(20)는 본 발명에 의한 인덱서블 인서트 절삭공구의 특정부위의 표면에 텅스텐 카바이드(Tungsten Carbide), 티타늄 카바이드(Titanium Carbide), 록하드 전극물질(Rockhard Electrode Material)중 어느 하나를 선택적으 로 코팅하기 위해 사용하는 장치이다.

즉, 상기 금속주입장치(20) 본체로부터 공급된 전원은 건(gun) 타입의 회전홀더(21)에 전달되며, 상기 회전홀더(21)의 선단에 결합되는 카바이드 봉(22)이 고속으로 회전하면서 코팅될 부위의 표면에 전기적 스파이크를 통한 침전과정을 통해 코팅작업을 수행하게 된다.

상기 코팅작업에 의해 코팅부(12)의 두께는 본체에서 공급된 전원에 의해 제어되는데 절삭작업에 지장을 초래하지 않도록 0.002 ∼ 1 (mm) 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 금속주입장치(20)의 스파크 침전과정에는 전자적인 전극물질(텅스텐 카바이드를 포함한다)이 사용되는데, 제품표면의 윗면부터 밑면 전체에 걸쳐 전극물질이 주입되며, 많은 열이 발생하지 않기 때문에 표면처리되는 제품의 성질은 그대로 유지된다.

이때, 상기 금속주입장치(20)는 종래의 용접기를 이루는 공지의 기술에 카바이드 봉(22)을 회전시키는 회전홀더(21)를 조합한 구성이며, 상기 회전홀더(21) 역시 종래의 휴대용 전기드릴 등에서 사용되는 공지의 기술이므로 이하에서 상세한 설명은 생략한다.

이하에서는 본 발명에서 수행되는 코팅공정을 도 3에 도시된 공정도에 의해 상세히 살펴본다.

먼저 기계가공을 통해 완성된 절삭공구(10)에서 코팅될 부위를 선정하고, 해당되는 부위에 압축공기와 모래를 분사하여 표면을 평탄하게 다듬질하여 코팅예정부(11)를 형성하는 샌딩처리단계(S1)가 진행된다.

상기 샌딩처리단계(S1)는 코팅될 부위와 카바이드의 접착력을 높이기 위한 사전 공정이다.

이렇게 코팅예정부(11)가 확보되면 상기 카바이드 금속주입장치(20)를 연결하고 접지부분을 절삭공구(10)와 어스(earth)시켜 전류가 통하도록 준비하는 장치연결단계(S2)를 거친다.

이후, 상기 회전홀더(21)를 사용하여 카바이드 봉(22)을 코팅부위에 회전접촉시키는 카바이드 코팅단계(S3)에서는 코팅예정부(11)의 표면에 전기적 스파이크를 통한 침전공정으로 카바이드 코팅을 수행하여 코팅부(12)를 형성하게 된다.

또한, 카바이드 코팅이 완료되면 에어노즐을 이용하여 코팅부(12) 및 포켓부(13)의 분진 및 기타 불순물을 깨끗이 제거하는 분진제거단계(S4)를 거치게 된다.

마지막으로, 외관 및 기능부의 성능향상을 위해 카바이드 코팅에 의해 포켓 부(13)의 표면에 부착된 침전분진(15)을 연삭공정에 의해 제거하며, 그 침전분진(15)이 제거된 포켓부(13)의 내부 표면에 무전해 니켈도금을 통해 니켈도금부(16)를 형성하는 니켈도금단계(S5)를 거쳐 본 발명에 의한 절삭공구의 카바이드 코팅을 완료하게 된다.

이때, 포켓부(13)에 침전분진(15)을 제거하는 연삭공정 및 니켈도금부(16)을 형성하는 도금공정은 도 4에 별도로 도시하였는데, 이는 상기 포켓부(13)에 결합되는 인서트(14)가 고속회전에 의해 피절삭체를 가공하는 부위이므로 그 결합부위의 정밀성 및 결합의 안정성이 매우 중요한 요소이므로 반드시 거쳐야 되는 마감공정이 된다.

상기와 같은 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구 및 그 코팅방법은 포켓부(13)의 맞은편 일측 표면에는 전자식 카바이드 금속주입장치(20)의 카바이드 봉(22)에 의해 소정 두께 및 폭으로 코팅되는 코팅부(12)를 형성하여 절삭공구(10)의 내충격성 및 내마모성을 향상시킴으로써 피 절삭체 부산물(chip)의 충격으로 인한 절삭공구의 훼손을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 포켓부(13)의 내부면에 니켈도금부(16)를 형성하여 포켓부(13)에 삽입되는 인서트(14)가 견고하고 정밀하게 결합되어 절삭작업의 안정성이 향상되는 다른 효과가 있다.

Claims (6)

1. 공작기계에 설치하는 절삭공구에 있어서,

   상기 절삭공구(10)의 선단에 구비된 포켓부(13)에는 피절삭체를 절삭하기 위해 인서트(14)가 착탈가능하도록 삽입 결합되고, 상기 포켓부(13)의 맞은편 일측 표면에는 전자식 카바이드 금속주입장치(20)의 카바이드 봉(22)에 의해 소정 두께로 코팅되는 코팅부(12)가 형성되되,

   상기 코팅부(12)의 두께는 0.001 ∼ 1 (mm) 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 포켓부(13)의 내측면에는 인서트(14)와의 정밀한 결합을 위해 니켈도금부(16)가 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 금속주입장치(20)는 본체로부터 공급된 전원이 건(gun) 타입의 회전홀더(21)에 전달되며, 상기 회전홀더(21)의 선단에 결합되는 카바이드 봉(22)이 고속으로 회전하면서 코팅예정부(11) 표면에 스파이크 침전과정을 통해 코팅작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 카바이드 봉(22)은 텅스텐 카바이드(Tungsten Carbide), 티타늄 카바이드(Titanium Carbide), 록하드 전극물질(Rockhard Electrode Material)중 어느 하나에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구.
5. 포켓부에 인서트가 삽입고정되는 인덱서블 인서트 절삭공구의 제조방법에 있어서,

   코팅되는 카바이드의 접착력을 높이기 위해 압축공기와 모래를 이용하여 표면을 평탄화하여 코팅예정부(11)를 형성하는 샌딩처리단계(S1)와;

   금속주입장치(20)의 접지부분을 절삭공구(10)와 어스(earth)시키는 장치연결단계(S2)와;

   상기 코팅예정부(11)에 회전홀더(21)의 카바이드 봉(22)을 회전접촉하면서 전기적 스파이크를 통한 침전공정으로 표면을 코팅하여 코팅부(12)를 형성하는 카바이드 코팅단계(S3)와;

   에어노즐을 이용하여 코팅부(12) 및 포켓부(13)의 분진 및 기타 불순물을 깨끗이 제거하는 분진제거단계(S4)와;

   외관 및 기능부의 성능향상을 위해 포켓부(13)의 내부 표면에 부착된 침전분진(15)을 연삭공정에 의해 제거하며, 그 침전분진(15)이 제거된 포켓부(13)의 내부면에 무전해 니켈도금공정을 통해 니켈도금부(16)를 형성하는 니켈도금단계(S5);

   가 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 코팅부를 갖는 인덱서블 인서트 절삭공구의 코팅방법.
6. 삭제

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