KR101072702B1 - 앤드밀 제조 장치 및 방법 - Google Patents

앤드밀 제조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블랭크 엔드밀의 연삭량이 적은 엔드밀 제조 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 엔드밀 제조장치는 상부 및 하부 펀치와, 다이와, 엔드밀 재료의 분말을 공급하는 수단과, 상기 다이의 상부 표면의 분말을 제거하는 수단을 포함한다. 상기 상부 및 하부 펀치는 상하로 상대적 이동이 가능하고 각각 길이 방향의 성형공동을 구비한다. 상기 다이는 상기 상부 및 하부 펀치의 폭에 근사한 크기로 형성되고 상기 상부 및 하부 펀치의 상하 이동을 허용하는 관통슬릿을 구비한다. 상기 다이의 상부 표면 높이는, 상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내에서 엔드밀의 자루부를 성형하는 부분의 높이와 엔드밀의 절삭부를 성형하는 부분의 높이의 비례가 성형후 엔드밀의 자루부 높이와 절삭부 높이의 비례와 일치하도록 형성된다. 상기 엔드밀 재료 분말 공급수단은 상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내로 엔드밀 재료의 분말을 공급한다.

Description

엔드밀 제조 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING ENDMILL}
본 발명은 엔드밀 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔드밀을 압축성형에 의해 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
초경합금 등의 성형성이 낮고 경도가 높은 소재로 엔드밀을 제조하기 위하여 엔드밀 재료 분말을 봉 형상으로 압출(extrusion) 성형하고, 이를 소결하여 블랭크 엔드밀을 형성한 후, 이를 소정 형상으로 연삭하여 엔드밀 제품을 얻는 기술이 알려져 있다.
그러나, 이는 단순한 봉 형상의 블랭크 엔드밀을 연삭하여 절삭부를 생성하기 때문에 연삭량이 많고, 이로 인해 연삭 공정에 많은 시간이 소요되고 재료가 불필요하게 낭비되는 등의 문제점이 있다.
기술적 과제
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 블랭크 엔드밀의 연삭량이 적은 엔드밀 제조 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
기술적 해결방법
상기 목적을 달성하기 위해, 본원 발명의 엔드밀의 제조장치는 상부 및 하부 펀치와, 다이와, 엔드밀 재료의 분말을 공급하는 수단과, 상기 다이의 상부 표면의 분말을 제거하는 수단을 포함한다. 상기 상부 및 하부 펀치는 상하로 상대적 이동이 가능하고 각각 길이 방향의 성형공동을 구비한다. 상기 다이는 상기 상부 및 하부 펀치의 폭에 근사한 크기로 형성되고 상기 상부 및 하부 펀치의 상하 이동을 허용하는 관통슬릿을 구비한다. 상기 다이의 상부 표면 높이는, 상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내에서 엔드밀의 자루부를 성형하는 부분의 높이와 엔드밀의 절삭부를 성형하는 부분의 높이의 비례가 성형후 엔드밀의 자루부 높이와 절삭부 높이의 비례와 일치하도록 형성된다. 상기 엔드밀 재료 분말 공급수단은 상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내로 엔드밀 재료의 분말을 공급한다.
상기 분말 제거수단은 상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내에 과충전된 분말을 다이의 상부 표면 높이에 맞추어 쓸어내리는 수단을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 상부 및 하부 펀치의 길이 방향 성형공동 중 일부에 수직인 상부 및 하부 펀치 단면은 반원 형상의 공동을 갖는다. 상기 공동의 측단부는 상기 공동의 곡률반경(R)과 다른 크기의 곡률반경(r)을 가지며, 상기 곡률반경(r)의 중심은 상기 공동의 외측 및 상단 아래에 위치하도록 구성된다.
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성할 수 있는 엔드밀 제조방법을 제공한다.
상기 엔드밀 제조방법은 상기 설명된 상부 및 하부 펀치와, 다이를 포함하는 성형장치를 제공한다. 이에 더하여, 상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내로 엔드밀 재료의 분말을 공급하고, 상기 다이 상부 표면의 분말을 제거하며, 상기 상부 및 하부 펀치의 상대 이동에 의해 상기 공간 내에 충전된 분말을 압축 성형하는 단계를 포함한다.
도1은 본 발명에 따른 엔드밀 제조에 사용되는 성형장치의 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 엔드밀 제조에 사용되는 성형장치의 분해 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 엔드밀 제조에 사용되는 성형장치에 따라 압축성형된 엔드밀의 사시도이다.
도4는 도1에 도시된 하부 펀치의 사시도이다.
도5는 도4에 도시된 하부 펀치를 V-V 선을 따라 취한 단면을 도시하는 단면도이다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
본 발명을 보다 용이하게 이해할 수 있고, 또한 어떤 형태로 구현할 수 있는지 명확히 알 수 있도록 이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부도면에 의거하여 예시적으로 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 엔드밀 제조에 사용되는 성형장치(1)를 도시한다. 엔드밀 성형장치(1)는 상부 펀치(3)와, 하부 펀치(5)와, 다이(7)를 포함한다. 상부 펀치(3)와 하부 펀치(5)는 폭이 좁은 대체로 직육면체 형상을 가지며 상하로 상대적 이동이 가능하다. 상부 펀치(3)의 하부와 하부 펀치(5)의 상부에는 각각 길이 방향의 성형공동이 형성되어 있다. 한편, 다이(7)는 길다란 관통슬릿(9)을 갖는다. 관통슬릿(9)은 상부 펀치(3)와 하부 펀치(5)의 폭보다 약간 커서 상부 펀치(3)와 하부 펀치(5)의 상하 이동을 허용한다. 상부 펀치(3)와 하부 펀치(5)가 압축성형을 위해 상대 이동하여 서로 근접하였을 때 그 사이에 생기는 공간은 엔드밀 제품의 형상에 근사하다.
도1에 도시된 바와 같이, 관통슬릿(9)의 일단부 부근의 다이(7)의 상부 표면에는 관통슬릿(9)의 타단부 부근의 다이(7)의 상부 표면보다 높이가 낮은 하향 계단부(15)가 형성된다. 보다 구체적으로, 다이(7)의 상부 표면은, 관통슬릿(9) 벽과 하부 펀치(5)에 의해 형성되는 공간 내에서 엔드밀의 자루부를 성형하는 부분의 높이와 엔드밀의 절삭부를 성형하는 부분의 높이의 비례가 성형후 엔드밀의 자루부 높이와 절삭부 높이의 비례에 대응되는 관계가 되도록 형성된다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축성형후의 엔드밀(10)을 도시한다. 도3에 도시된 바와 같이, 엔드밀(10)은 대체로 봉 형상인 자루부(13)와 자루부(13)보다 두께가 얇은 절삭부(11)를 갖는다. 또한, 절삭부(11)는 제1 경사부(11a)와, 편평부(11b)와, 제2 경사부(11c)를 구비한다. 압축성형후의 엔드밀(10)은 전체적으로 엔드밀 제품에 근사한 형상을 갖는다.
도1에 도시된 다이(7)의 상부 표면은 이러한 엔드밀(10)을 성형하기에 적합하도록 형성된 것이다. 도3에 도시된 바와 같이 엔드밀(10)의 절삭부(11)에는 제1 경사부(11a)와, 편평부(11b)와, 제2 경사부(11c)를 구비하는 계단부가 형성된다. 이에 따라 관통슬릿(9) 벽과 하부 펀치(5)에 의해 형성되는 공간 내에서 엔드밀의 자루부(13)를 성형하는 부분의 높이와 엔드밀의 절삭부(11)를 성형하는 부분의 높이의 비례가 성형후 엔드밀의 자루부(13) 높이와 절삭부(11) 높이의 비례에 대응되도록 다이(7)의 상부 표면에 하향 계단부(15)가 형성된 것이다. 즉, 다이(7)의 상부 표면의 하향 계단부(15)는 엔드밀의 절삭부(11)에 대응한다.
상기 비례 조건이 충족되는 한, 다이(7)의 상부 표면 중 엔드밀의 절삭부(11)에 대응하는 부분은 하향 계단부(15)로만 제한되지 않고 엔드밀의 절삭부(11) 형상에 따라 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
도1에 도시된 성형장치(1)에는 (도시되지 않은) 분말 공급 수단과, 분말 제거 수단이 더 구비된다. 상기 분말 공급 수단은 관통슬릿(9) 벽과 하부 펀치(5)에 의해 형성되는 공간 내로 엔드밀 재료의 분말을 공급한다. 또한, 상기 분말 제거 수단은 관통슬릿(9) 벽과 하부 펀치(5)에 의해 형성되는 공간 내에 과충전된 분말을 다이(7)의 상부 표면 높이에 맞추어 쓸어내리는 기능을 수행한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 엔드밀 제조방법이 예시적으로 설명된다.
엔드밀을 제조하기 위해, 도1에 도시된 바와 같이, 하부 펀치(5)가 다이(7)의 관통슬릿(9) 내로 진입하여 다이(7)의 상부 표면 높이 아래의 적정한 높이에서 정지한다. 이로써, 다이(7)의 관통슬릿(9)의 벽과 하부 펀치(5)에 의해 둘러싸인 성형용 공간이 형성된다. 이어서, 상기 공간 내로 성형물 재료 분말과, 왁스와 같은 결합제가 혼합된 분말이 공급된다. 상기 혼합 분말은 다이(7)의 상부 표면 높이 이상으로 약간 과충전될 필요가 있다. 이와 같이 과충전된 분말은 (도시되지 않은) 적절한 분말 제거 수단에 의해 다이(7)의 상부 표면 높이에 맞추어 쓸어내려진다. 이에 따라, 다이(7)의 상부 표면의 하향 계단부(15)에서는 혼합 분말이 하향 계단부(15)의 높이에 맞추어 정렬된다.
이어서, 상부 펀치(3)가 하강하면서 압축성형을 개시한다. 바람직하게는, 상부 펀치(3)가 하강하기 이전에, 다이(7)의 상부 표면 높이까지 충전된 분말이 상부 펀치(3)와의 접촉에 의해 외부로 유출되지 않도록 하부 펀치(5)가 미리 약간 하강할 필요가 있다. 상부 펀치(3)와 하부 펀치(5)는 서로의 손상을 방지하기 위해 완전히 접촉하지는 않고 약 1mm 정도의 거리까지 근접하는 것이 바람직하다. 이와 같이 근접한 상태에서 상부 펀치(3)와 하부 펀치(5) 사이에 생기는 공간은 엔드밀 제품의 형상에 근사하다.
도2는 본 발명에 따른 상기 압축성형 공정이 보다 용이하게 이해될 수 있도록 도1의 성형장치(1)와 도3의 압축성형 후의 엔드밀(10)을 함께 도시한 것이다. 도2에서는 이해를 돕기 위해 관통슬릿(9)을 기준으로 다이(7)를 절단하고 상부 펀치(3)와 하부 펀치(5)를 다이(7)로부터 외측으로 이격시켜 도시한다.
압축성형 이후에는, 상부 펀치(3)가 상승하고, 하부 펀치(5) 또한 성형체가 놓여진 상태로 성형체가 다이(7)의 상부 표면 높이 이상으로 노출될 수 있을 정도로 상승한다. 하부 펀치(5) 상의 성형체는 소결 공정을 거치기 위해 임의의 적절한 이동 수단에 의해 소결로 내로 이동된다. 상기 성형체는 소결 공정을 거치면서 단단해지고 블랭크 엔드밀이 된다. 블랭크 엔드밀은 엔드밀 제품에 가까운 형상을 갖기 때문에 소량의 연삭만으로 엔드밀 제품으로 완성된다.
이상 설명된 엔드밀 제조장치 및 방법에 의하면, 블랭크 엔드밀의 연삭량이 대폭 감소될 수 있다. 아울러, 성형체의 소결시 균일한 수축이 보장될 수 있다.
일반적으로 소결시에는 성형체가 고온 환경에 노출되면서 성형체로부터 왁스 등의 성분이 빠져나오게 된다. 이로 인해, 소결후의 성형체는 소결전에 비해 그 크기가 전체적으로 줄어들게 된다. 이 때, 성형체가 수축되는 정도가 균일하지 않으면 성형체의 형상이 국부적으로 또는 전체적으로 변형되는 문제점이 있다. 따라서, 소결 공정을 거치더라도 성형체의 형상이 변형되지 않도록 성형체를 균일하게 수축시킬 수 있는 기술이 요구된다.
성형체의 불균일한 수축은 압축성형시 압력이 불균일하게 가해져서 이로 인해 엔드밀 재료 분말의 밀도 또는 왁스 등의 성분의 밀도가 성형체 전체에 걸쳐 불균일해짐에 따라 발생할 수 있다. 즉, 성형체 내에 왁스 등의 성분의 밀도가 균일하지 않으면, 소결시 빠져나가는 왁스 등의 성분의 양이 성형체의 각 부위마다 달라지게 되어 성형체의 불균일한 수축을 유발할 수 있다.
본 발명에 따르면, 성형장치(1)에서 엔드밀 절삭부(11)에 대응하는 다이(7)의 상부 표면에 하향 계단부(15)를 형성하고, 다이(7)의 관통슬릿(9) 벽과 하부 펀치(5)에 의해 형성되는 공간 내로 분말을 충전할 때 분말을 하향 계단부를 포함한 상부 표면 높이까지만 충전한다. 따라서, 상기 공간 내에서 엔드밀의 두께가 얇은 절삭부(11)를 성형하는 부위에는 분말이 상대적으로 적게 충전되고, 이에 따라 압축 성형시 성형체 전체에 걸쳐 거의 균일한 압력이 가해지게 된다. 또한, 이와 같이 균일한 압력이 가해짐에 따라 성형체 내의 엔드밀 재료 분말의 밀도 또는 왁스 등의 성분의 밀도가 균일하게 유지될 수 있고, 이에 따라 소결시 성형체가 균일하 게 수축되어 성형체의 변형이 방지될 수 있다.
도4는 본 발명의 성형장치(1)를 구성하는 하부 펀치(5)를 도시한다. 도5는 하부 펀치(5)를 도4에 도시된 V-V 선으로 절단하여 취한 단면을 도시한다. 도5에 도시된 바와 같이, 하부 펀치(5)는 대략 반원 형상의 공동(52)을 갖는다. 또한, 공동(52)의 양 측단부(54)는 공동(52)의 곡률반경(R)과 다른 크기의 곡률반경(r)을 갖는다. 상기 곡률반경(r)의 중심은 공동(52)의 외측 및 상단 아래에 위치한다.
바람직하게는 공동(52)의 곡률반경(R)이 5 ∼ 10mm일 때 측단부(54)의 곡률반경(r)은 약 0.4 ∼ 0.5mm이다. 또한, 공동(52)의 곡률반경(R)이 5 ∼ 10mm일 때 하부 펀치(5)의 폭은 약 10.3 ∼ 20.3mm인 것이 바람직하다. 본 발명의 상부 펀치는 하부 펀치와 대칭적인 구조를 갖고 있으므로 여기서는 상부 펀치의 형상에 대한 설명은 생략한다.
한편, 압축성형시 상부 펀치(3)와 하부 펀치(5)는 서로간의 접촉으로 인한 손상을 방지하기 위해 서로 1mm 정도 이격된 위치까지만 근접한다. 이로 인해, 압축성형 후의 성형체의 양 측부에는 플레쉬가 생기게 된다. 이러한 플레쉬는 엔드밀에 불필요한 부분이기 때문에 연삭에 의해 제거된다.
이상 설명된 하부 펀치(5) 구조에 의하면, 소량의 연삭이 요구되도록 성형체의 단면 형상을 가능한 한 원형에 가깝게 형성할 수 있는 동시에 상부 및 하부 펀치의 양 측단부(54)의 강성을 보강하여 내구성이 우수한 엔드밀 제조장치를 제공할 수 있다. 즉, 상기 하부 펀치(5) 구조는 연삭될 플레쉬의 크기를 최소한으로 형성시키면서 양 측단부(54)에 어느 정도의 두께를 제공하여 강성을 확보하도록 구성되 어 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 이로부터 다양한 변형 실시가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
본 발명은 엔드밀 제품에 근사한 형상의 블랭크 엔드밀을 제조하여 소량의 연삭가공으로 엔드밀을 제조하는 장치 및 방법을 제공한다.

Claims (5)

  1. 길다란 형상의 자루부 일단부에 절삭날을 포함하는 절삭부가 연장되어 있는 엔드밀의 제조장치에 있어서,
    상하로 상대적 이동이 가능하고 각각 길이 방향의 성형공동이 형성된 상부 및 하부 펀치와,
    상기 상부 및 하부 펀치의 폭에 근사한 크기로 형성되고 상기 상부 및 하부 펀치의 상하 이동을 허용하는 관통슬릿이 형성된 다이를 포함하고,
    상기 다이의 상부 표면 높이는, 상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내에서 엔드밀의 자루부를 성형하는 부분의 높이와 엔드밀의 절삭부를 성형하는 부분의 높이의 비례가 성형후 엔드밀의 자루부 높이와 절삭부 높이의 비례와 일치하도록 형성되고,
    상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내로 엔드밀 재료의 분말을 공급하는 수단과, 상기 다이 상부 표면의 분말을 제거하는 수단을 더 포함하는 엔드밀 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분말 제거수단은 상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내에 과충전된 분말을 다이의 상부 표면 높이에 맞추어 쓸어내리는 수단을 포함하는 엔드밀 제조장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상부 및 하부 펀치의 길이 방향 성형공동 중 일부에 수직인 상부 및 하부 펀치 단면은 반원 형상의 공동을 갖고, 상기 공동의 측단부는 상기 공동의 곡률반경(R)과 다른 크기의 곡률반경(r)을 가지며, 상기 곡률반경(r)의 중심은 상기 공동의 외측 및 상단 아래에 위치하는 엔드밀 제조장치.
  4. 길다란 형상의 자루부 일단부에 절삭날을 포함하는 절삭부가 연장되어 있는 엔드밀의 제조장치에 있어서,
    상하로 상대적 이동이 가능하고 각각 길이 방향의 성형공동이 형성되며 폭이 좁은 직육면체 형상을 갖는 상부 및 하부 펀치와,
    상기 상부 및 하부 펀치의 폭에 근사한 크기로 형성되고 상기 상부 및 하부 펀치의 상하 이동을 허용하는 관통슬릿이 형성된 다이를 포함하고,
    상기 관통슬릿의 일단부의 다이의 상부 표면 높이는, 상기 관통슬릿의 타단부의 다이의 상부 표면 높이보다 낮고 상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내에서 엔드밀의 자루부를 성형하는 부분의 높이와 엔드밀의 절삭부를 성형하는 부분의 높이의 비례가 성형후 엔드밀의 자루부 높이와 절삭부 높이의 비례와 일치하는 관계가 되도록 낮아지고,
    상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내로 엔드밀 재료의 분말을 공급하는 수단과, 상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내에 과충전된 분말을 다이의 상부 표면 높이에 맞추어 쓸어내리는 분말 제거 수단을 더 포함하는 엔드밀 제조장치.
  5. 길다란 형상의 자루부 일단부에 절삭날을 포함하는 절삭부가 연장되어 있는 엔드밀의 제조방법에 있어서,
    상하로 상대적 이동이 가능하고 각각 길이 방향의 성형공동이 형성된 상부 및 하부 펀치와, 상기 상부 및 하부 펀치의 폭에 근사한 크기로 형성되고 상기 상부 및 하부 펀치의 상하 이동을 허용하는 관통슬릿이 형성된 다이를 포함하고, 상기 다이의 상부 표면 높이는, 상기 통로 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내에서 엔드밀의 자루부를 성형하는 부분의 높이와 엔드밀의 절삭부를 성형하는 부분의 높이의 비례가 성형후 엔드밀의 자루부 높이와 절삭부 높이의 비례와 일치하도록 형성되는 성형장치를 제공하는 단계와,
    상기 관통슬릿 벽과 상기 하부 펀치에 의해 형성되는 공간 내로 엔드밀 재료의 분말을 공급하는 단계와,
    상기 다이 상부 표면의 분말을 제거하는 단계와,
    상기 상부 및 하부 펀치의 상대 이동에 의해 상기 공간 내에 충전된 분말을 압축 성형하는 단계를 포함하는 엔드밀 제조방법.
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