KR100997815B1 - 절삭 인서트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭 인서트를 개시한다.

본 발명의 절삭 인서트는 중앙에 스크류홀이 관통 형성된 상부면과 하부면 그리고 이들 상·하부면 주위를 둘러싸는 측면들로 이루어진 다각 형상의 절삭 인서트에 있어서, 상기 측면들 중 하나는 기준면을 형성하고 이와 반대되는 절삭면으로는 각각 부절인부와 주절인부를 갖는 한쌍의 절삭인선이 역대칭 형성되는 구성이다.

본 발명에 따른 절삭 인서트는, 고이송에 적합한 인선을 형성함에 따라 절삭 가공시에 절삭부하가 적을 뿐만 아니라 진동발생이 억제되므로 종래 제품보다 고이송이 가능하여 생산성 향상을 기대할 수 있는 이점이 있다. 또한, 절삭부하가 최소화됨으로써 공구의 수명을 연장시킬 수 있어 공구 교체에 따른 작업중단을 줄일 수 있으며 교체 비용 절감을 꾀할 수 있는 효과가 있다.

절삭, 인서트, 절삭인선, 절삭각

Description

절삭 인서트{CUTTING INSERT}

본 발명은 중삭 및 정삭 가공에 사용되는 인덱서블 타입의 고이송용 절삭 인서트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 절삭 가공시 절삭저항의 감소로 가공품질을 높이도록 하면서 고이송 영역에서의 원활한 절삭수행이 가능하도록 절삭인선을 최적하여 제품의 생산성 향상을 도모할 수 있도록 한 절삭 인서트에 관한 것이다.

일반적으로, 절삭 공구는 주로 철계, 비철계 금속, 비금속 재료의 절삭에 이용되는 것으로, 통상적으로 공작 기계에 장착되어 피삭재를 원하는 형상으로 가공하기 위하여 절삭을 수행하는 공구이다. 통상적으로, 이러한 절삭 공구는 절인(cutting edge)을 가지고 있는 절삭 인서트와 이 절삭 인서트를 고정시켜주는 커터 바디로 이루어진다.

한편, 절삭 공구를 이용하여 금속을 절삭하는 방법으로는 크게 두 가지를 들 수 있는데, 첫째로는 회전하는 금속제의 피가공물에 고정된 절삭 공구의 절인부분을 접촉시켜서 절삭을 수행하는 것으로서 선삭가공이 포함되고, 둘째로는, 절삭날을 가진 공구, 즉 절삭 인서트를 공구용 홀더를 이용하여 공작기계에 고정시킨 후, 이러한 상태 하에서 절삭 공구를 회전시키면서 미리 고정된 피가공물에 접촉시켜 피가공물을 원하는 모양으로 가공하는 것으로서 밀링가공이 이에 포함된다.

또한, 절삭공구는 절삭 인서트를 커터 바디에 고정시켜주는 방법에 따라서 브레이징 타입(Brazing type)과 인덱서블 타입(Indexable type)으로 나눌 수 있는데, 브레이징 타입은 절삭 인서트를 커터바디의 일부분에 브레이징 용접하여 영구히 고정시키는 것이며, 인덱서블 타입은 커터바디에 구비되는 고정수단을 이용하여 절삭 인서트를 커터바디에 장,탈착시키는 것이다.

인덱서블 타입의 절삭공구는 절인이 수명을 다할 때 단시간에 새로운 절인으로 간단하게 교환할 수 있어서 브레이징 타입 절삭공구가 갖는 문제점, 즉 고 숙련자가 장시간 인선을 재 연삭 해야하는 단점을 보완한 새로운 형태의 절삭공구로서 현재 절삭공구 전 부분에 활용되고 있다.

최근 절삭 공구의 시장 동향은 고생산성과 고품질화가 요구됨에 따라 생산성 향상을 위해서는 다양한 가공이 수행되어야 하며, 고품질과 고생산 가공을 위해서는 고이송·고절입에서도 안정적인 절삭 성능을 발휘할 수 있어야 한다.

특히, 금형 가공제품의 경우 시간 생산성이 대단히 중요하며, 이를 위해서는 고이송 가공이 대안이 될 수 있다. 고이송 가공이란 기존의 가공방법에 비해 절삭속도와 주축회전의 큰 증가없이 빠른 이송으로 가공하여 소재제거율(MRR:Material Removal Rate)을 크게 향상시켜 생산비용 및 생산시간을 단축시키는 것을 말한다.

이러한, 고이송 가공유형에는 대표적으로 적용 날수를 증가시켜 시간당 테이블 이송을 증가시키는 방법과 절인 단위 길이당 절삭부하를 감소시켜 날당 이송을 증가시키는 방법이 있다.

먼저, 상기 적용날수를 증가시켜 시간당 이송을 증가시키는 방법은, 다수의 인서트를 체결해야 하기 때문에 공구 몸체에 절삭 인서트 시트(인구자리)와 스크류 자리를 제작해야 하므로 공구의 가공경이 커지게 되어 결과적으로 실제 절삭 가공에서 요구하는 소경의 제품의 제작이 곤란하게 된다. 종래의 고이송용 공구의 특징은 공구 몸체에 삼각 또는 사각의 형태를 지닌 다수의 인서트를 삽입하여 제작하는 형태로 구성되어 있다.

그러나, 다수의 인서트를 삽입하는 구조는 공구 몸체에 인서트 시트와 스크류 자리를 따로 만들어야 하며 클램핑 구조가 취약하여 고이송 및 고경제품의 제작에는 적용하기가 어려운 단점이 있었다.

따라서, 절삭 공구의 시장 상황에 맞추어 경제성 향상과 가공품위 향상 그리고 고이송 가공을 통한 생산성 향상을 기대할 수 있는 절삭 인서트의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 주로 금형의 중삭 및 정삭 가공에 사용되는 인서트 타입의 고이송용 인서트(High Feed Insert) 및 샹크(Shank)에 있어서, 고이송에 적합하게 특수 인선을 형성하여 절삭가공시에 절삭부하가 적으면서 진동 발생이 억제되도록 하여 생산성 향상을 가능하게 하는 절삭 인서트를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 인서트는, 중앙에 스크류홀이 관통 형성된 상부면과 하부면 그리고 이들 상·하부면 주위를 둘러싸는 측면들로 이루어진 다각 형상의 절삭 인서트에 있어서, 상기 측면들 중 하나는 기준면을 형성하고 이와 반대되는 절삭면으로는 각각 부절인부와 주절인부를 갖는 한쌍의 절삭인선이 역대칭 형성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 바람직한 특징으로서, 상기 주절인부 형상이 1개 이상의 직선과 2개 이상의 곡선의 조합으로 이루어지는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 주절인부는 곡선,직선,곡선의 조합으로 이루어지는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 주절인부는 곡선,직선, 곡선,직선,곡선의 조합으로 이루어지는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 한쌍의 절삭인선의 경계선에는 칩배출을 유도하는 제1리세스홈이 형성되고, 상기 기준면과 이웃하는 측면에는 상기 기준면측으로 단차진 제2리세스홈이 형성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 제2리세스홈이 형성된 측면은 기준면과 직각 이웃하는 면에 대해 1°~10°의 경사각을 갖는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 절삭면은 0°~3°의 경사도를 갖는 부절인부 그리고 0°~15°의 경사도를 갖는 주절인부를 포함하여 구성되는 것에 있다.

본 발명이 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 상·하부면에 쿨런트 홈이 형성되는 것에 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 절삭 인서트는, 고이송에 적합한 인선을 형성함에 따라 절삭 가공시에 절삭부하가 적을 뿐만 아니라 진동발생이 억제되므로 종래 제품보다 고이송이 가능하여 생산성 향상을 기대할 수 있는 이점이 있다.

또한, 절삭부하가 최소화됨으로써 공구의 수명을 연장시킬 수 있어 공구 교체에 따른 작업중단을 줄일 수 있으며 교체 비용 절감을 꾀할 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 절삭 인서트를 나타낸 사시도로서, 도 1은 본 발명의 절삭 인서트가 적용되는 절삭공구를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 절삭 인서트를 나타낸 사시도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이, 본 발명의 절삭공구(1)는 평면가공, 경사가공, 모방가공, 홈가공 등의 다용도 밀링 가공이 가능한 것으로서, 크게 절삭 인서트(3)와 공구 몸체(5) 그리고 체결스크류(7)로 구성된다.

여기서, 상기 절삭 인서트(3)는 주로 초경합금 재료를 분말야금법에 의한 공정, 즉 형압·소결·연삭 등의 공정을 이용하여 제작되며, 철계 또는 비철계 금속의 절삭 가공시에 절삭날을 사용한다. 이러한 절삭 인서트(3)는 소정의 두께를 갖는 장방형의 형상을 갖는 것으로 상부면(10a)과 하부면(10b)을 관통하는 스크류홀(3sh)이 형성된다.

그리고 상기 공구 몸체(5)는 상기 절삭 인서트(3)가 삽입될 수 있도록 시트부(5a)가 형성되고, 이 시트부(5a)는 상·하로 체결스크류(7)가 삽입 안착되는 관통구멍(5ah)이 형성된다.

도 3은 도 1에 나타낸 절삭 인서트를 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 1에 나타낸 절삭 인서트를 나타낸 정면도이며, 도 5는 도 1에 나타낸 절삭 인서트를 나타낸 측면도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이, 절삭 인서트(3)는 중앙에 스크류홀(3sh)이 관통 형성된 소정의 두께를 갖는 사각판 형상을 갖는 부재로서, 상기 스크류홀(3sh) 이 형성된 상부면(10a)과 하부면(10b) 그리고 이들 상부면(10a)과 하부면(10b)의 주위를 둘러싸는 측면들로 이루어지며, 이들 측면들 중 어느 하나의 일측면은 공구 몸체(5)에 체결되는 기준면(10c)을 형성하고, 상기 기준면(10c)에 반대되는 측면으로는 절삭면(10d)이 형성된다.

여기서, 상기 절삭면(10d)으로는 수직선(DL2)을 기준으로 양측에 각각 부절인부(11)와 주절인부(13)를 형성하는 절삭인선(10)이 구비되며, 이들 한쌍의 절삭인선(10)은 상기 수직선(DL2)을 중심으로 역대칭 형상이 되게 형성 즉, 상기 한쌍의 절삭인선(10)은 상기 상부면(10a)과 하부면(10b)을 잇는 수직선(DL2)을 기준으로 180°회전시 상호 정확하게 일치되도록 대칭되게 형성된다.

한편, 상기 절삭인선(10)은 부절인부(11)와 주절인부(13)로 구성되는데, 본 발명에서 상기 주절인부(13)는 고이송이 가능하도록 절삭날각을 최대 절입량을 고려하여 최소화하였으며, 곡선과 직선의 조합으로 연결하여 직선의 절삭인선보다 접촉면을 최대화하여 절입량에 따른 절삭합력을 분산시키고 이송부하가 작게 되도록 설계하였다.

즉, 본 발명에서 상기 절삭인선(10)은 강성 증대를 위해 상기 절삭 인서트(3)의 두께 중심 즉, 수평선(DL1)을 중심으로 대각선(Θ)으로 형성된다.

또한, 절삭 인서트(3)의 상·하측과 측면측으로 절삭칩이 끼는 것을 방지하면서 절삭칩이 원활하게 배출될 수 있도록 한쌍의 절삭인선(10)의 경계선 즉, 수직선(DL2)에 제1리세스홈(15)이 형성되고, 상기 기준면(10c)과 이웃하는 측면에는 상기 기준면(10c)측으로 요입되게 단차진 제2리세스홈(17)이 형성된다. 이러한 제1리세스홈(15)과 제2리세스홈(17)은 절삭 인서트(3)의 크기나 형태에 따라 적절하게 변형 실시될 수 있을 것이다.

도 6은 절삭 인서트의 가공형태에 따른 칩변화를 설명하기 위한 도면으로서, 절삭 인서트(3) 가공형태에 따른 동일 조건하에서의 칩변화를 살펴보면, 밀링 공구에서 칩두께(hm)는 절삭날각(Cutting edge angle)과 큰 관련이 있으며, 동일 절입, 동일 이송에서 절삭날각이 작으면 작을수록 절삭칩의 두께가 얇아지고 절삭부하가 작아지게 된다.

한편, 절삭칩 두께를 구하는 방정식은 hm=fz x sin(절삭날각)을 이용하여 계산될 수 있으며, 여기서 hm은 평균 칩두께이며, (절삭날각=Cutting edge Angle)은 도 6에 도시된 각이다. 즉, 도 6의 (a)와 (b)에서 보여주는 것과 같이 절삭날각이 90˚인 코너래디우스타입과 절삭날각이 작게(절삭날각 20˚) 형성된 고이송형의 경우 칩두께를 비교하면 절삭날각이 90˚인 코너-R형의 경우 hm=fz이나, 절삭날각이 20˚인 고이송형의 경우 hm=0.34*fz가 된다. 칩두께가 작다는 의미는 하중(load)이 작은 것을 의미하며 즉 부하가 작아지므로 고이송 가공이 가능함을 의미한다.

또한, 칩두께 변화인 도 6의 (b)와 (c)에서, (c)의 경우는 직선형상이 아닌 곡선형상에서의 칩두께를 나타낸다. 칩두께는 (c)에서 보여지는 것과 같이 절입량이 증가함에 따라 칩의 두께가 비례적으로 두꺼워지는 것을 알 수가 있다. 다시 말해서 저절입 일수록 절삭저항이 더 작아지는 것을 의미한다. 통상적으로 금형의 중정삭가공은 절입량이 작은 조건에서 가공을 진행하므로 기존의 제품보다 고이송 가공이 가능하다.

한편, 상기 절삭 인서트(3)에서 주절인부(13)는 곡선과 직선의 조합으로 이루어진다. 즉, 도 6에서 설명한 바와 같이 주절인부(13)의 절삭인선을 선형(직선)이 아닌 다수의 세그먼트(곡선과 직선의 조합)으로 구성함으로써 절삭날각의 각도를 최소화되게 하여 절삭부하를 감소시켰으며, 선형이 아닌 곡선의 인선을 형성함으로써 기계적인 충격 감소와 코너강도를 높이도록 하였다. 통상적으로 반경이 큰 R형으로 인써를 제작할 시 강성이 커지는 장점이 있으나, 본 제품은 소경의 홀더를 구비해야 하므로 상대적으로 큰 R형으로 인써트를 제작하기가 어렵다. 따라서 직선과 곡선이 조합된 형상으로 구성해야 한다.

또한, 절삭날은 직선이 아닌 만곡선으로 형성되며, 각 직선과 곡선이 연결되는 구간은 탄젠셜(Tangential)하게 연결되어 있다. 주절삭날의 저면부부터 노즈-R의 중심점까지의 각도(직선이 아닌 곡선과 직선의 조합이므로 실측정 불가)는 0˚ ~ 15˚사이이며, 부절삭날각은 0˚ ~ 3˚로 형성되어 있다. 부절삭날각이 커지게 되면 가공면조도가 불량해지므로 부절삭날각은 0˚보다 크며 1˚이내로 제작해야 뛰어난 가공면조도 얻을 수 있다.

또한, 주절삭날각의 직선과 직선을 연결하는 주절인부의 반경R의 크기는 R1 > R2 또는 R1 > R2 > R3 이다. 부절인각은 중, 정삭용 faceing, ramping 가공에서도 가공면조도 확보를 위해 0˚~ 3˚로 제한하였다.

동일 가공조건에서 절삭날각(Cutting edge angle)에 따라 칩두께 및 절삭력이 달라지게 된다. 절삭날각이 90˚일 경우와 경사가 있을 경우 평균칩 두께는 달라지게 된다.

도 8은 절삭 가공시 절삭부위에 쿨런트를 안내할 수 있도록 공구 몸체(5)에는 끝단에서 시트부 (5a)까지 쿨런트 홀(5h)이 관통되어 있고, 상기 절삭 인서트(3)에는 스크류홀(3sh)의 주위로 쿨런트홈(19)이 형성되어 절삭 가공시 내부 급유가 가능하도록 구비된다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 절삭 인서트를 나타낸 사시도,

도 3은 도 1에 나타낸 절삭 인서트를 나타낸 평면도,

도 4는 도 1에 나타낸 절삭 인서트를 나타낸 정면도,

도 5는 도 1에 나타낸 절삭 인서트를 나타낸 측면도,

도 6은 절삭 인서트의 가공형태에 따른 칩변화를 설명하기 위한 도면,

도 7은 본 발명에 따른 절삭 인서트에서 주절인부를 설명하기 위한 요부 확대도,

도 8은 본 발명에 따른 절삭 인서트의 쿨런트 적용구조를 나타낸 사시도.

<도면의주요부분에대한부호의설명>

1 : 절삭공구 3 : 절삭 인서트

5 : 공구 몸체 5a : 시트부

7 : 체결스크류 10 : 절삭인선

10a : 상부면 10b : 하부면

10c : 기준면 10d : 절삭면

11 : 부절인부 13 : 주절인부

Claims (8)

1. 중앙에 스크류홀이 관통 형성된 상부면과 하부면 그리고 이들 상·하부면 주위를 둘러싸는 측면들로 이루어진 다각 형상의 절삭 인서트에 있어서,

   상기 측면들 중 하나는 기준면을 형성하고 이와 반대되는 절삭면으로는 각각 부절인부와 주절인부를 갖는 한쌍의 절삭인선이 상기 상부면과 하부면을 잇는 수직선을 기준으로 180° 회전시 상호 일치되도록 대칭되게 형성되고,

   상기 한 쌍의 절삭인선의 경계선에는 칩배출을 유도하는 제1리세스홈이 형성되고, 상기 기준면과 이웃하는 측면에는 상기 기준측면으로 단차를 이루며 칩배출을 유도하는 제2리세스홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
2. 제 1항에 있어서, 상기 주절인부 형상이 1개 이상의 직선과 2개 이상의 곡선의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 주절인부는 곡선,직선,곡선의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 주절인부는 곡선,직선, 곡선,직선,곡선의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 제2리세스홈이 형성된 측면은 기준면과 직각 이웃하는 면에 대해 1°∼10°의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
7. 제 1항에 있어서, 상기 절삭면은 0°∼3°의 경사도를 갖는 부절인부 그리고 0°∼15°의 경사도를 갖는 주절인부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
8. 제 1항에 있어서, 상·하부면에 쿨런트 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.

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