KR100947206B1

KR100947206B1 - 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트

Info

Publication number: KR100947206B1
Application number: KR1020047021156A
Authority: KR
Inventors: 에데르클린트크리스테르
Original assignee: 쎄코 툴스 에이비
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2010-03-11
Also published as: ATE448894T1; CN100525967C; DE60330165D1; SE0201975L; US6799925B2; EP1549450A1; EP1549450B1; SE526110C2; WO2004000493A1; CN1662370A; US20040101374A1; SE0201975D0; KR20050013629A

Abstract

본 발명은 상면, 지지면, 및 이들을 연결하는 에지면 (14, 15, 17) 을 포함하는, 직접 가압된 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트 (10) 에 관한 것이다. 상기 상면은 칩면 ( chip surface ) 을 포함한다. 제 1 절삭날을 포함하는 2개의 에지면이 교차하는 영역에 절삭 코너가 형성되어 있다. 제 1 에지면은 제 1 여유각 ( α) 을 갖는 제 1 여유면 (30A; 70A) 을 포함한다. 제 1 에지면은 제 1 여유각 ( α) 보다 큰 제 2 여유각 ( β) 을 갖는 제 2 여유면을 포함한다. 제 1 및 제 2 여유면의 각각은 하나의 동일한 제 1 절삭날에 연결되어 있다. 절삭 인서트는 음의 기본 형상을 가지며, 에지면 (14, 15; 54, 55, 56) 중 적어도 일부 에지면의 대부분은 절삭 인서트의 가압 방향 (F) 에 평행하다.

Description

칩 제거 기계가공용 절삭 인서트{CUTTING INSERT FOR CHIP REMOVING MACHINING}

본 발명은 본원의 청구범위 독립항의 전제부에 따른 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트에 관한 것이다.

초경합금에서 가장 흔한 경질 재료는 탄화텅스텐 (WC) 이다. 다수의 경질 금속 그레이드는 WC 와 바인더 금속만을 포함한다. 다른 그레이드에는, 탄화티타늄 (TiC), 탄화탄탈 (TaC) 및 탄화니오븀 (NbC) 과 같은 금속 탄화물이 또한 포함된다. 가장 흔한 바인더 금속으로는 코발트 (Co) 와 니켈 (Ni) 이 있다. 초경합금은 0.5 내지 10 ㎛ 의 입경을 갖는 탄화물 입자 및 바인더 금속 ( 일반적으로 코발트 ) 에 의해 형성된 분말 혼합물이다. 바인더 금속은 5 내지 40 부피%이고, 탄화물은 95 내지 60 부피%이다. 초경합금 제품의 제조는 초경합금 분말의 제조 공정, 가압 공정, 소결 ( sintering ) 공정, 다듬질 공정, 및 선택적인 코팅 공정으로 나뉠 수 있다. 가압 공정시, 초경합금 분말은 고상으로 가압되어 성형된다. 그러나, 연이은 소결 공정시까지 올바른 치수를 갖지 않는다. 초경합금 분말의 가압된 몸통부는 거의 분필과 같은 정도의 작은 강도를 갖는다. 경도, 내마모성 등의 바람직한 특성을 얻기 위해서, 재료는 소결되어야 한다. 소결 공정 동안, 초경합금 몸통부의 길이, 폭 및 높이의 치수는 감소된다. 경질 금속 그레이드에 따라 축소율이 상이하다. 오늘날, 가장 표준이 되는 인서트는 복잡한 형태로 직접 가압되고, 클램핑 가능성이 우수하며 또한 칩 브레이킹 또는 칩 형성이 우수하다.

오늘날, 공지된 가압 기술은, 1) 여유가 없는 블랭크 ( blank ) 를 제공하는 음의 ( negative ) 다이 ( 도 1 참조 ), 2) 여유 및 에지 ( edge ) 에 폭이 균일하고 편평한 표면을 갖는 블랭크를 제공하고, 연삭에 의한 후처리를 요하는 양의 ( positive ) 다이, 및 3) 여유와 예리한 에지를 갖는 블랭크를 제공하는 양각 전단 공구를 포함한다. 여기서의 "전단"은 가압부분 사이의 공칭 틈 (gap) 이 약 10 ㎛ 임을 의미한다. 공지된 기술의 단점은, 기하학적 형상 (geometry) 에 관한 선택의 자유가 제한되고 각 블랭크 형상이 가압 공구내에서 결정된다는 것이다.

이와 관련하여 SE 502541호 (대응특허 EP 0555192호), SE 508665호 (US 6341924호), SE 9802718-8호 (EP 0985476호) 및 SE 9903302-9호 (US 6447219호) 를 참조한다.

본 발명의 목적은 직접 가압된 절삭 인서트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 편평한 표면을 갖는 절삭 인서트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 가압 공구의 칩 브레이커 (chip breaker) 와 절삭 몸통부의 구조에 관한 선택의 자유가 크고 직접 가압될 수 있는 절삭 인서트를 제공하는 것이다.

상기 목적은 첨부된 청구범위( 첨부도면 참조 )에 규정된 것과 같은 절삭 인서트에 의해 달성된다.

도 1 은 종래의 가압 공구 및 종래의 블랭크의 확대도.

도 2 는 종래의 절삭 인서트의 사시도.

도 3a 는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 사시도.

도 3b 는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 평면도.

도 3c 는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 측면도.

도 3f 는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 저면도.

도 3e 및 3d 는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 반대편의 단부를 나타내는 도면.

도 3g 는 도 3a 의 상세도.

도 3h 는 도 3b 의 선 Ⅲ-Ⅲ 을 따라 자른 단면도.

도 4a 는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 다른 실시형태의 사시도.

도 4b 는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 평면도.

도 4c 및 도 4d 는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 측면도.

도 4e 는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 저면도.

도 4f 는 도 4a 의 상세 확대도.

도 4g 는 도 4b 의 선 Ⅳ-Ⅳ 을 따라 자른 단면도.

도 1 은 종래의 가압 공구 (1) 와 종래의 음의 블랭크 (2) 를 보여준다. 가압 공구 (1) 는 상부 펀치 (3), 다이 (4), 하부 펀치 (5) 와 경우에 따라서는 플런지 (6) 를 포함한다. 다이 (4) 의 캐비티 (7) 는 분말로 채워지고, 그 분말은 상부 펀치 (3) 와 하부 펀치 (5) 사이에서 압축되어 분필과 같은 경도를 갖는 블랭크 (2) 가 형성된다. 따라서, 다이는 블랭크 (2) 의 에지 구조를 형성하고, 상부 펀치는 상면의 구조를 형성하고, 하부 펀치는 아랫면의 구조를 형성한다. 플런지 (6) 는 블랭크에 중심 구멍을 제공하기 위한 것이다. 가압 공구 (1) 는, 여유가 없는 블렝크를 제공할 수 있는 음의 다이 (4) 를 갖고, 블랭크의 에지면이 가압시 상부 펀치 (3) 의 상대적인 운동 방향 (F) 에 평행하게 된다.

상기 다이 (4) 를 양의 다이로 교체한다면, 블랭크는 여유를 갖고, 에지면은 도 2 에 도시된 것처럼, 상부 펀치의 운동 방향 (F) 에 적어도 부분적으로 수렴된다. 절삭 인서트는 칩 형성 특성에 관해서는 US-A-4 778 311호에 개시되어 있고, 또한 지지면에 관해서는 US-A-6 244 790호에 개시되어 있다. 공지된 절삭 인서트는 각 단부영역에 그라운드 절삭날을 구비하고 있다.

도 3a 내지 3h 에는, 본 발명에 따른 절삭 인서트 (10) 가 도시되어 있다. 절삭 인서트는 단면형 ( single-sided ) 이고 슬롯선삭 또는 홈선삭을 위한 것이다. 상기 절삭 인서트는, 아암이 절삭 인서트 시팅 ( seating ) 의 상면을 포함하는 유형의 홀더에 고정되기 위한 것이다. 상기 아암은 스크루에 의해 또는 일체형 스프링력에 의해 움직일 수 있다. 절삭 인서트의 상면 (11) 은 일반적으로 절삭 인서트쪽 안쪽으로 수렴하는 플랭크 ( flank ) (11A, 11B) 를 갖는 V자 형이다. 플랭크의 내각은 120°내지 160°의 둔각을 이룬다. 아암은 절삭 인서트 시팅의 아랫면에 대하여 절삭 인서트의 지지면 (12) 을 클램프하기 위한 것이다. 지지면은 서로 분리되어 있는 다수의 동일한 홈 (13) 을 구비하고, 그 단면은 실질적으로 곡선형 통로를 제공한다. 각각의 홈 (13) 은 전체 지지면 (12) 의 선을 따라 길게 신장되어 있고, 예컨대, 상기 선은 실질적으로 홈의 바닥과 부합한다. 상기 선은 상부 펀치의 운동 방향 (F) 에 대해 실질적으로 수직이다.

절삭 인서트 (10) 는 상면을 지지면과 연결하는 에지면 (14, 15, 16, 17) 을 포함한다. 에지면 (16, 17) 과 상면 (11) 사이의 교차선은 절삭날 (18, 19) 을 형성한다. 절삭날은 지지면보다 다소 넓고, 절삭날 사이의 길이는 여유를 위해 지지면의 길이보다 길다. 절삭날 (18, 19) 의 길이는 상면과 지지면 사이의 절삭 인서트의 높이보다 짧다.

이 경우, 절삭 인서트 (10) 의 칩 형성 단부 영역은 동일하므로, 이하에서는 단 하나의 단부 영역을 설명한다. 절삭날 (18) 의 단부는 절삭 코너 (20) 에서 둥근 부분 또는 노즈 ( nose ) 에지 (20A, 20B) 에 의해 부절삭날 (21A, 21B) 에 연결된다. 각각의 노즈 에지는 하나 이상의 반경에 의해 규정될 수 있다. 절삭날 (18, 21A, 21B) 은 절삭 인서트의 상면 (11) 에 배열된 경사면 ( rake face ) (22) 에 연결된다. 경사면 (22) 은 절삭날에 만입부 ( indentation ) 를 형성하기 위해 절삭날에 연결된 중심 오목부 (23) 를 포함한다. 각각의 둥근 부분을 위한 영역은 오목부 (23) 보다 돌출되어 있는 일 부분 또는 아암 (24A, 24B) 을 포함한다. 아암 (24A, 24B) 은 절삭 인서트의 제 2 면 영역쪽 방향에서 선 (100) 또는 점 (101) 으로부터 실질적으로 위쪽으로 돌출되어 있다. 아암 (24A, 24B) 은 절삭날 (18) 의 레벨 위 오목부 뒤에서 수렴되고, 칩 브레이커를 구성한다.

각 절삭날 아래에는, 여유면이 존재하고, 도 3c 및 도 3g 에서 볼 수 있는 것처럼, 도면부호 "25A, 25B" 는 부절삭날의 여유면을 가리킨다. 여유면 (25A) 의 일 면은 노즈 에지 (20A) 의 여유면 (26A, 26B) 에 연결되고, 다른 면은 오목한 부분 (27A, 27B) 에 연결된다. 오목한 부분은 볼록한 부분 (29) 을 통해 부가적인 여유면 (28A, 28B) 에 연결된다. 상기 표면과 부분의 각각은 상부 펀치의 운동 방향 (F) 에 대해 예각을 이룬다.

직선형 부분 또는 편평한 표면 (30A, 30B) 이 절삭 코너 영역에서 오목한 부분 (27A), 여유면 (28A) 및 볼록한 부분 (29) 에 인접하여 ( 이 경우 위쪽에 ) 배열되어 있다. 편평한 표면 (30A, 30B) 은 실질적으로 부절삭날 (21A, 21B) 에 인접한 선으로부터, 실질적으로 S자형 곡선을 따라 또는 실질적으로 뒤집힌 S자형 곡선을 따라 절삭 인서트의 두께 방향으로 점차적으로 넓어진다. 이는, 오목한 부분 (27A, 27B) 의 상부 제한선이 부절삭날의 연장선 (L) 과 부분적으로만 만나는 것을 의미한다. 연장선 (L) 은 여유를 형성하기 위해 인접한 에지면 (14) 에 대해 절삭 인서트의 길이방향에서 바깥쪽으로 분기되어 있다. 직접 가압하기 전에 단지 상부 펀치를 교체함으로써 하나의 동일한 다이에서 아암 (24A, 24B) 의 클라임 ( climb ) 은 변하고, 이러한 방식으로 연삭이 필요없는 직접 가압된 절삭 인서트를 얻는다.

도 4a 내지 4g 에는, 본 발명에 따른 직접 가압된 절삭 인서트 (50) 의 다른 실시형태가 도시되어 있다. 절삭 인서트 (50) 는 단면형이고 삼각형의 기본 형상을 갖고 있다. 또한, 절삭 인서트는 삼각형 ( trigon-shaped ), 직사각형, 마름모형, 육각형 또는 팔각형과 같은 다른 다각형 형상을 가질 수 있다. 절삭 인서트는 세밀한 길이 선삭을 위한 것이다. 절삭 인서트의 상면 (51) 은 실질적으로 편평한 표면 (51A) 을 포함하고, 이 편평한 표면은 절삭 인서트의 지지면 (52) 과 평행하다. 상기 면들 (51A, 52) 은 실질적으로 상부 펀치의 운동 방향 (F) 에 수직이다. 절삭 인서트 (50) 는 상면 (51) 을 지지면 (52) 에 연결하는 에지면 (54, 55, 56) 을 포함한다. 절삭 인서트는 절삭 코너 또는 코너 부분 (57A, 57B, 57C) 을 포함하고, 이 코너 부분은 상면 (51) 보다 밑에 있다. 이 경우 절삭 인서트 (50) 의 절삭 코너는 동일하므로, 이하에서는 하나의 절삭 코너만 설명한다. 경사면 (53) 과 여유면 (65A, 65B, 66) 사이의 각 코너 부분 (57A) 에서의 교차선은 절삭날 (60, 61A, 61B) 을 각각 형성한다. 절삭날 (60) 은 노즈 에지 형태의 둥근 부분으로 구성된다. 노즈 에지는 하나 이상의 반경에 의해 규정될 수 있다. 노즈 에지의 단부는 짧은 직선형 절삭날 (61A, 61B) 에 연결된다. 절삭날 (60, 61A, 61B) 의 전체 길이는 상면과 지지면 사이의 절삭 인서트의 높이보다 짧은 것이 바람직하다.

경사면 (53) 은 실질적으로 편평하지만, 하나 이상의 오목부 또는 돌출부를 포함할 수도 있다. 절삭날 (61A, 61B) 의 안쪽 단부 영역은 경사면 (53) 보다 융기된 일 부분 (64) 을 포함한다. 상기 부분 (64) 은 실질적으로 일부가 원뿔형으로 형성되어 있고, 어떤 경우에는 칩 브레이커를 구성한다. 상기 부분 (64) 은 실질적으로 선 (100) 또는 점 (101) 로부터 절삭 인서트의 중심면쪽 방향 위쪽으로 융기되어 있다. 상기 부분 (64) 은, 절삭 인서트 두께의 10 내지 50 % 이고 경사면보다 큰 높이를 갖는다.

각 절삭날 (61A, 61B) 아래에는, 여유면이 존재하고, 도 4f 에서 가장 명확히 볼 수 있는 것처럼, 도면부호 "65A, 65B" 는 절삭날의 여유면을 가리킨다. 여유면 (65A) 의 일 면은 노즈 에지 (60) 의 여유면 (66) 에 연결되고, 여유면의 다른 면은 오목한 부분 (67A, 67B) 에 연결된다. 오목한 부분은 볼록한 부분 (69) 을 통해 부가적인 여유면 (68A, 68B) 에 연결된다. 상기 표면 및 부분의 각각은 상부 펀치의 운동 방향 (F) 에 대해 예각을 이룬다.

에지면 (54) 과 평행한 편평한 표면 (70A, 70B) 이 오목한 부분 (67A), 여유면 (68A) 및 볼록한 부분 (69) 에 인접하여 ( 이 경우 위쪽에 ) 배열된다. 편평한 표면 (70A) 은 실질적으로 S자형 곡선을 따라 또는 실질적으로 뒤집힌 S자형 곡선을 따라 실질적으로 절삭날 (61A, 61B) 에 인접한 선으로부터 점차적으로 넓어진다. 이는, 오목한 부분 (67A, 67B) 의 상부 제한선이 절삭날 (61A, 61B) 의 연장선 (L) 과 부분적으로만 만나는 것을 의미한다. 상기 선 (L) 은 절삭 인서트의 인접한 에지면 (54) 과 부합한다. 상기 선 (L) 은 상부 펀치의 운동 방향 (F) 에 수직이다. 이로써, 상부 펀치를 단지 교체함으로써 하나의 동일한 다이에서 칩 브레이커 (64) 의 클라임이 변할 수 있고, 이러한 방식으로 연삭할 필요가 없는 직접 가압된 예리한 절삭 인서트를 얻을 수 있다. 음의 절삭 인서트 (50) 는 부분적으로 여유가 부족하지만, 예컨대 절삭 코너에서 더 큰 여유를 갖는 부분을 갖고, 동시에 공지된 음의 절삭 인서트로서 동일한 공구 홀더에 잘 맞는다.

본 발명에 따른 절삭인서트에 있어 적어도 다음 사항이 공통된다. 절삭 인서트 (10; 50) 는 직접 가압되고, 상면 (11; 51), 지지면 (12; 52) 및 이들을 연결하는 에지면 (14-17; 54-56) 을 포함한다. 상면은 경사면 (24A, 24B, 53) 을 포함한다. 제 1 절삭날 (21A; 61A) 을 포함하는 2개의 에지면이 교차하는 영역에 절삭 코너 (9A, 9B; 57A-57C) 가 형성되어 있다. 상기 제 1 에지면은 제 1 여유각 ( α) 을 갖는 제 1 여유면 (30A; 70A) 을 포함한다. 제 1 에지면은 제 1 여유각 ( α) 보다 큰 제 2 여유각 ( β) 을 갖는 제 2 여유면 (25A; 65A) 을 포함한다. 제 1 및 제 2 여유면의 각각은 하나의 동일한 제 1 절삭날 (21A; 61A) 에 연결된다. 제 1 여유면 (30A; 70A) 은 절삭 인서트의 가압방향 (F) 에 평행하고, 이는 상기 각도 ( α) 가 0 °임을 의미한다. 제 1 여유면 (30A; 70A) 은 예리한 제 1 절삭날 (21A; 61A) 상의 한 점까지 연장되어 있다. 제 1 여유면 (30A; 70A) 은 칩 브레이커 (24A; 64) 에 연결되어 있다. 제 1 여유면 (30A; 70A) 의 하부 제한선 (Y) 이 칩 브레이커 (24A; 64) 로부터 소정의 거리 (X) 에 배열되어 있고, 상기 거리 (X) 는 실질적으로 절삭 코너로부터 인접한 절삭 코너쪽 방향으로 증가한다. 제 1 절삭날 (21A; 61A) 은 제 2 절삭날 (20A; 60) 에 연결되어 있고, 제 2 절삭날은 볼록하다. 제 1 절삭날 (21A; 61A) 은 직선형이다. 에지면 (14, 15, 54, 55, 56) 중 적어도 일부 에지면의 대부분은 음의 구조를 갖고, 예컨대, 각 에지 표면은 상면 또는 아랫면과 부합하는 평면에 수직이고, 이들 에지 표면은 절삭 인서트의 가압 방향 (F) 에 평행하다.

본 발명은 모든 유형의 직접 가압된 칩 제거 절삭 인서트에 적용가능하다. 절삭 인서트는 예컨대, Al₂O₃, TiN 및/또는 TiCN 로 이루어진 층으로 코팅되는 것이 바람직하다.

절삭 인서트의 구조는 본 발명의 일반적인 사상을 벗어나지 않으면서 본 발명의 보호범위 내에서 변화될 수 있다. 절삭 인서트는 뒤이은 연삭없이 제조된 직접 가압된 절삭 인서트이다. 절삭 인서트는, 한 점에서 시작하여 예리한 절삭날을 따라 변하는 폭을 가지며 점차적으로 증가하고 제어된 편평한 표면을 갖는다. 이는 가압 공구의 다이를 새로 설계함으로써 얻어진다. 편평한 표면은 가능한 한 초기 상 마모를 모방하기 위해 폭이 변하거나 또는 에지의 제한된 거리를 따라 존재할 수 있다. 물론, 이는 예리한 날과 편평한 표면의 여러 구역을 갖는 절삭 인서트의 조건을 따라 반복될 수 있다. 편평한 표면의 폭은 0 에 가까운 값에서부터 절삭 인서트의 전체 두께와 동일한 정도까지 변할 수 있다.

Claims

상면 (11, 51), 지지면 (12; 52), 및 이들을 연결하는 에지면 (14-17; 54-56) 을 포함하고, 상기 상면은 경사면 (24A, 24B; 53) 을 포함하고, 제 1 절삭날 (21A; 61A) 을 포함하는 2개의 상기 에지면이 교차하는 영역에 절삭 코너 (9A, 9B; 57A-57C) 가 형성되어 있으며, 제 1 에지면은 제 1 여유각 ( α) 을 갖는 제 1 여유면 (30A; 70A) 을 포함하는, 직접 가압된 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트 (10; 50) 에 있어서,

상기 제 1 에지면은 제 1 여유각보다 큰 제 2 여유각 ( β) 을 갖는 제 2 여유면 (25A; 65A) 을 포함하고, 제 1 및 제 2 여유면 각각은 하나의 동일한 제 1 절삭날 (21A; 61A) 에 연결되어 있으며, 절삭 인서트는 음의 기본 형상을 가지며, 에지면 (14, 15; 54, 55, 56) 중 적어도 일부 에지면의 대부분은 절삭 인서트의 가압 방향 (F) 에 평행한 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 여유면 (30A; 70A) 은 절삭 인서트의 가압 방향 (F) 에 평행한 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 여유면 (30A; 70A) 은 예리한 제 1 절삭날 (21A; 61A) 상의 한 점까지 연장된 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 여유면 (30A; 70A) 은 칩 브레이커 (24A; 64) 에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 4 항에 있어서, 제 1 여유면 (30A; 70A) 의 하부 제한선 (Y) 이 상기 칩 브레이커 (24A; 64) 로부터 소정의 거리 (X) 에 배열되어 있고, 상기 거리 (X) 는 칩 형성 단부 영역으로부터 인접한 칩 형성 단부 영역의 방향으로 실질적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 절삭날 (21A; 61A) 은 제 2 절삭날 (20A; 60) 에 연결되어 있고, 상기 제 2 절삭날은 볼록한 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 절삭날 (21A; 61A) 은 직선형인 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절삭 인서트 (10) 는 홈 선삭 절삭 인서트 또는 슬롯 선삭 절삭 인서트인 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절삭 인서트 (10) 는 삼각형 절삭 인서트인 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 절삭 코너 (20; 57A, 57B, 57C) 가 에지면 (14, 15; 54, 55, 56) 보다 더 큰 여유를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.