KR100942771B1 - 서멧 리머 - Google Patents

Abstract

본 발명은 WC계로 성형되면서 자루와 4~6 개의 절삭 날이 형성되어 금속물에 홀을 가공하기 위한 리머에 관한 것으로서, 구체적으로는 상기 각 절삭 날의 하부 절삭 면에 상에 서멧이 형성됨에 따라, 홀 가공시 발생하는 구성인선이나 급격한 마모 현상에 대하여 내구성이 더욱 향상된 서멧 리머를 제공하게 된다.

Description

서멧 리머{CERMET REAMER}

본 발명은 금속에 홀을 가공하기 위한 서멧 리머에 관한 것으로서, 구체적으로는 홀 가공시 발생하는 구성인선이나 급격한 마모 현상에 대하여 내구성이 향상되도록 한 서멧 리머에 관한 것이다.

일반적으로 리머(reamer)란 금속에 홀을 형성하기 위한 공구로서, 드릴의 문제점을 보완하여 홀의 크기가 일정하고 직선으로 정확하게 가공할 수 있도록 하는 것이다.

상기 리머는 도 1에 도시된 바와 같이 WC계(Cemented Tungsten Carbide)로 성형되면서 밀링의 액시얼 보어(axail bore)에 결합하도록 형성된 자루와 직선 형태 또는 헤릭스(RH 5도에서 20도) 형태로 4~6 개의 절삭 날이 형성된다.

상기 밀링에 장착된 리머는 400 ~ 3000 r.p.m.으로 회전하면서 절삭 날의 하단이나 측면을 이용하여 금속에 홀을 뚫거나 홀의 내면을 가공하기 때문에 상당한 마찰력이 작용한다. 따라서 상기 리머를 사용하여 홀을 가공할 때에는 절삭 날에 구성인선 현상이나 급격한 마모 현상이 발생하면서 사용 수명이 단축되는 단점이 있다.

상기 구성인선이란 보통 연한 재료의 절삭 영역에서 국부적인 고온, 고압에 의해 절삭 날 부근에서 공작물의 미소한 입자가 압착 또는 융착되는 현상으로서, 이와 같이 상기 절삭 날에 미소한 입자가 달라붙거나 떨어지는 현상이 반복되면 공구의 수명을 감소시킬 뿐만 아니라, 금속의 가공에 악영향을 미치게 된다.

본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 금속에 홀을 가공시 리머의 절삭 날에 발생하는 구성인선이나 급격한 마모 현상에 대하여 내구성이 더욱 향상되도록 한 서멧 리머를 제공하려는 것이다.

본 발명은 WC계(Cemented Tungsten Carbide)로 성형되면서 자루와 4~6 개의 절삭 날이 형성되어 금속물에 홀을 가공하기 위한 리머에 있어서,

상기 각 절삭 날의 하부 절삭 면 상에 서멧이 형성된다.

상기 서멧은 세라믹 경질 상(相)과 금속 결합 상으로 이루어지는 TiC 또는 Ti(C,N)에 Ni 또는 Co 중 1종 또는 2종을 혼합하여 로커웰 경도가 90~95로 형성된 것이다.

상기 리머의 절삭날을 포함한 서멧은 상기 리머의 중심으로부터 수직으로 세워진 절삭 면을 기준으로 하여 절삭 방향으로 +2° ~ -7° 경사를 이루는 복부각; 상기 리머 하단의 평평한 절삭 면을 기준으로 하여 절삭 반대 방향으로 +4° ~ +19° 상향 경사를 이루는 여유각; 및 상기 리머 하단의 평평한 절삭 면을 기준으로 하여 중심으로부터 외측 방향으로 +31° ~ +65° 상향 경사를 이루는 챔버각;이 형성된다.

상기 챔버각은 하단으로부터 0.4 ~ 2.0mm의 높이에 형성된다.

상기 챔버각은 +40° ~ +60°내에 형성하고, 그로부터 +70° ~ +87°의 보조 챔버각;이 더 형성된다.

상기 보조 챔버각은 상기 챔버각 상의 시작점으로부터 0.1 ~ 1.0mm의 높이에 형성된다.

상기 서멧의 표면은 호닝 처리되는데, 상기 서멧의 호닝은 절삭 면으로부터 0.03 ~ 0.2mm 에 형성된다.

본 발명의 서멧 리머에 의하면 홀 가공시 실질적인 가공이 WC계가 아닌 서멧을 통해 이루어지도록 함으로써, 구성인선이 발생하는 것을 방지하여 가공 성능이 향상되고, 내산화성이 뛰어나 공구의 수명이 향상되며, 고온에서 경도가 높아 고속절삭이 용이한 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 구체적으로 살펴본다.

본 발명의 서멧 리머(100)는 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이 WC계(Cemented Tungsten Carbide)로 성형되면서 자루(110)와 4~6 개의 절삭 날(120)이 형성된 리머에 대하여 상기 각 절삭 날(120)의 하부 절삭 면에 상에 서멧(130)이 형성된다. 상기 리머(100)의 절삭 날(120)은 도 1과 같이 직선 형태로 형성되거나, 도 2와 같이 헤릭스(RH 5도에서 20도) 형태로 형성된다.

즉, 상기 각 절삭 날(120)의 절삭 면 상에 일정 크기의 서멧(130)을 융착 또는 진공용접, 고주파, 저주파, 산소용접과 같은 기계적 수단을 이용하여 고착함으로써, 금속에 홀을 가공시 실질적인 가공이 WC계가 아닌 서멧(130)을 통해 이루어 지도록 한 것이다.

상기 서멧(130: cermet)은 분말 야금법으로 만들어진 금속과 세라믹스로 이루어지는 내열재료로 수소 속이나 진공 또는 기타 적당한 분위기에서 소결한 것이다. 따라서 상기 서멧(130)은 세라믹스의 특성인 경도·내열성·내산화성·내약품성·내마모성과 금속의 강인성·가소성·기계적 강도 등을 함께 가진다.

이에, 본 발명의 서멧(130)은 세라믹 경질 상(相)과 금속 결합 상으로 이루어지는 TiC 또는 Ti(C,N)에 Ni 또는 Co 중 1종 또는 2종을 혼합하여 로커웰 경도가 90~95로 형성된 것이다. 상기 서멧(130)은 절삭 날(120)의 크기나 길이에 따라 5~20mm의 길이로 형성함으로써, 홀 가공시 충분한 가공 면을 확보하도록 한다.

상기 리머(100)의 절삭 날(120)을 포함하여 상기 서멧(130)은 일정한 범위 내에서 복부각, 여유각 및 챔버각을 형성함으로써, 서멧(130)에 대한 마모, 치핑, 파손을 방지하고, 가공하는 홀에 대한 표면 거칠기를 개선하게 된다.

상기 절삭 날(120)을 포함한 서멧(130)의 복부각은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 리머(100)의 중심으로부터 수직으로 세워진 절삭 면을 기준으로 하여 절삭 방향으로 +2° ~ -7° 경사를 이루도록 형성된다.

이 경우 아래의 표 1과 같이 서멧(130) 복부각이 +2° ~ -7°인 경우 홀 가공수와 마모가 양호한 반면에, 복부각이 +3° 이상인 경우 마모가 0°일 때 보다 1.8배가 높아지면서 홀 가공수가 줄어들 뿐만 아니라, 떨림 현상이 발생하는 등 여러 문제점을 초래하게 되고, 복부각이 -8° 이상인 경우 치핑(chipping)이나 파손이 발생하여 홀 가공수도 현저하게 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 이때, 상기 서 멧(130)의 형태도 복부각에 따라 사진 1 내지 사진 3에 나타난 바와 같이 파손 정도가 각각 다르게 나타난다.

[사진 1]

정상가공 마모상태 (복부각: +2° ~ -7°)

[사진 2]

치핑 발생 (복부각: -8°)

[사진 3]

파손 발생 (복부각: -9°)

상기 절삭 날(120)을 포함한 서멧(130)의 여유각은 도 6에 도시된 바와 같이 리머(100) 하단의 평평한 절삭 면을 기준으로 하여 절삭 반대 방향으로 +4° ~ +19° 상향 경사를 이루도록 형성된다.

이 경우 아래의 표 2와 같은 조건에서 그래프 1 내지 그래프 3와 같은 거칠기 데이터를 확인할 수 있다.

그래프 1은 +4° ~ +19°의 여유각에서 표면 거칠기를 측정한 데이터로서, 양호한 표면 거칠기를 보여주고 있다. 그래프 2는 +20°의 여유각에서 표면 거칠기를 측정한 데이터로서, 미세 떨림 발생으로 인하여 표면 거칠기가 거친 것을 보여주고 있다. 그래프 3은 +3°의 여유각에서 표면 거칠기를 측정한 데이터로서, 떨림 발생이 더욱 심화되면서 표면 거칠기가 더욱 거칠어진 것을 보여주고 있다.

[그래프 1]

여유각: +4° ~ +19°

[그래프 2]

여유각: +20°

[그래프 3]

여유각: +3°

상기 절삭 날(120)을 포함한 서멧(130)의 챔버각은 도 7에 도시된 바와 같이 상기 리머(100) 하단의 평평한 절삭 면을 기준으로 하여 중심으로부터 외측 방향으로 +31° ~ +65° 상향 경사를 이루도록 형성된다.

이 경우 아래의 표 3과 같이 서멧(130) 챔버각이 +31° ~ +65°인 경우 홀 가공수와 마모가 양호한 반면에, 챔버각이 +66° 이상인 경우 홀 가공수가 줄어들 뿐만 아니라, 사진 4에 나타난 바와 같이 비 정상 마모로 스크래치가 발생하고, 챔버각이 +30°이하인 경우 깔쭉한 부분(burr)가 많이 발생하는 것을 확인할 수 있다.

[사진 4]

챔버각: +66°

상기 리머(100)의 절삭 날(120)을 포함한 서멧(130)의 챔버각은 도 7에 도시된 바와 같이 리머(100) 하단으로부터 0.4 ~ 2.0mm의 높이에 형성되도록 한다.

이때, 상기 챔버각은 도 8에 도시된 바와 같이 +40 ~ +60°내에 형성하는 한편, 그로부터 +70 ~ +87°의 보조 챔버각이 더 형성된다. 상기 보조 챔버각은 상기 챔버각 상의 시작점으로부터 0.1 ~ 1.0mm의 높이에 형성되도록 한다.

한편, 상기 서멧(130)의 표면은 도 9에 도시된 바와 같이 호닝 처리됨으로써, 마모를 줄이고 그에 따른 공구 수명을 향상시킬 수 있다. 상기 호닝이란 표면 정밀도를 높이기 위한 정밀 입자 가공으로서, 상기 서멧의 절삭 면으로부터 0.03 ~ 0.2mm 에 형성된다.

이 경우 아래의 그래프 4와 같이 호닝 처리된 서멧(130)이 형성된 리머는 기존의 WC계 리머에 비하여 마모 성능이 향상되고, 그로 인한 공수의 수명이 향상됨을 알 수 있다. 사진 5와 사진 6은 호닝 처리된 서멧을 이용한 가공 전과 가공 후의 사진으로서, 3000홀 이상을 가공한 상태에서도 마모가 극히 적음을 확인할 수 있다. 또한, 그래프 5에서 보는 바와 같이 가공된 홀의 표면 거칠기가 개선되었음을 확인할 수 있다.

[그래프 4]

[사진 5]

호닝 처리된 서멧의 홀 가공 전 사진.

[사진 6]

호닝 처리된 서멧을 이용하여 3,058개의 홀 가공 후 사진.

[그래프 5]

따라서 이와 같은 구성의 본 발명에 의하면 홀 가공시 실질적인 가공이 WC계가 아닌 서멧을 통해 이루어지도록 함으로써, 구성인선이 발생하는 것을 방지하여 가공 성능이 향상되고, 내산화성이 뛰어나 공구의 수명이 향상되며, 고온에서 경도가 높아 고속절삭이 용이하게 된다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 실시가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명이 적용된 서멧 리머를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명이 적용된 서멧 리머의 다른 형태를 도시한 사시도.

도 3은 본 발명이 적용된 서멧 리머를 도시한 정면도.

도 4는 본 발명이 적용된 서멧 리머를 도시한 저면도.

도 5는 도 3의 "A"부 확대도.

도 6는 도 2의 "B"부 확대도.

도 7은 도 2의 "C"부 확대도.

도 8은 "C"부의 다른 실시 예를 도시한 확대도.

도 9는 "A"부의 다른 실시 예를 도시한 확대도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

100: 리머

110: 자루

120: 절삭 날

130: 서멧

Claims (8)

1. WC계(Cemented Tungsten Carbide)로 성형되면서 자루와 4~6 개의 절삭 날이 형성되어 금속물에 홀을 가공하기 위한 리머에 있어서,

   상기 각 절삭 날의 하부 절삭 면 상에 서멧이 형성되고,

   상기 서멧은 세라믹 경질 상(相)과 금속 결합 상으로 이루어지는 TiC 또는 Ti(C,N)에 Ni 또는 Co 중 1종 또는 2종을 혼합하여 로커웰 경도가 90~95로 형성되며,

   상기 리머의 서멧을 포함한 절삭 날은,

   상기 리머의 중심으로부터 수직으로 세워진 절삭 면을 기준으로 하여 절삭 방향으로 +2° ~ -7° 경사를 이루는 복부각;

   상기 리머 하단의 평평한 절삭 면을 기준으로 하여 절삭 반대 방향으로 +4° ~ +19° 상향 경사를 이루는 여유각; 및

   상기 리머 하단의 평평한 절삭 면을 기준으로 하여 중심으로부터 외측 방향으로 +31° ~ +65° 상향 경사를 이루는 챔버각; 이 형성된 것을 특징으로 하는 서멧 리머.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버각은 하단으로부터 0.4 ~ 2.0mm의 높이에 형성된 것을 특징으로 하는 서멧 리머.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버각은 +40° ~ +60°내에 형성하고, 그로부터 +70 ~ +87°의 보조 챔버각;이 더 형성된 것을 특징으로 하는 서멧 리머.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 보조 챔버각은 상기 챔버각 상의 시작점으로부터 0.1 ~ 1.0mm의 높이에 형성된 것을 특징으로 하는 서멧 리머.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 서멧의 표면은 호닝 처리된 것을 특징으로 하는 서멧 리머.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 서멧의 호닝은 절삭 면으로부터 0.03 ~ 0.2mm에 형성된 것을 특징으로 하는 서멧 리머.
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