KR101175568B1 - 초경합금 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Co : 10 ~ 12 중량%, TaC : < 3 중량%, NbC : 1 ~ 5.5 중량%, TiC : 3 ~ 5 중량% 및 WC : 잔부의 조성을 갖는 초경합금체에 관한 것이다. 상기 초경합금체는 고 내마모성, 고 에지보존성 (edge retention) 및 고 에지인성이 요구되는 금속 절삭 작업에 특히 유용하다.

Description

초경합금 공구{CEMENTED CARBIDE TOOL}

도 1 은 비틀림 드릴을 도시한 도면,

도 2 는 본 발명에 따른 초경합금으로 된 마이크로구조의 약 1200X 확대도,

도 3 은 본 발명 (▲) 및 종래 기술 (■) 에 따른 비틀림 드릴의 성능 시험시 개량된 마모를 도시한 도면, 및

도 4 는 본 발명에 (■) 및 종래 기술 (◆) 에 따른 비틀림 드릴의 성능 시험시 개량된 마모를 도시한 도면.

본 발명은, 특히 주철 등의 드릴링과 같이 고내마모성을 요구하는 금속 절삭 작업에 유용한 초경합금 비틀림 드릴 (twist drill) 에 관한 것이다.

금속 드릴링은 일반적으로 2 가지 유형, 즉 심공 드릴링과 단공 (short hole) 드릴링으로 분류된다. 단공 드릴링은, 일반적으로 드릴 직경의 최고 3 ~ 5 배까지의 깊이로 드릴링하는 것을 의미한다.

심공 드릴링에서는, 양호한 칩 형성, 윤활, 냉각 및 칩 이송에 대한 많은 요건을 충족해야 한다. 이는, 드릴스트링 (drillstring) 에 부착된 특별히 구 성된 드릴 헤드를 갖춘 특별히 개량된 드릴 시스템을 통하여 달성된다. 드릴 헤드는, 중실 초경합금일 수 있지만, 일반적으로 절삭날을 함께 형성하도록 배치된 초경 합금으로 된 다수의 절삭 인서트가 장착된 공구강일 수 있다.

단공 드릴링에서는, 요구조건이 많지 않아서, 초경합금이나 공구강 또는 초경합금 인서트가 장착된 공구강으로 형성된 비틀림 드릴을 사용할 수 있다.

초경합금으로 된 비틀림 드릴은 원통형 소재로부터 제조되고, 이 소재는 소망하는 형상 및 크기로 기계가공되어 특히 절삭날 및 플루트 (flutes) 를 형성한다. 다른 방법으로, 칩 플루트는 압출 작업시 적어도 예비성형된다. 그 결과, 예리한 연삭 에지가 형성된다.

비교적 최근의 드릴은, 일반적으로 초경합금으로 제조되고 공구강의 드릴 생크에 착탈가능하게 연결되는 교체가능한 드릴 팁을 갖추고 있다.

비틀림 드릴이 파괴되는 일반적인 이유는 주절삭날과 선단 사이의 연결부의 과도한 마모때문이다. 다른 이유로서는, 절삭 속도를 증가시키면, 절삭날의 주변부가 고온이 되어 소성 변형을 일으키기 때문이다.

EP-A-951576 에서는 보다 큰 내마모성 커버로 둘러싸인 강한 코어로 이루어진 초경합금 드릴에 대해서 개시하였다. 이러한 유형의 드릴은 인성을 필요로 하는 드릴링 작업에 가장 적합하다.

본 발명의 목적은 사용시 양호한 내마모성을 필요로 하는 공구의 수명을 증가시킨 비틀림 드릴을 제공하는 것이다.

다음의 조성으로 된 초경합금으로 제조된 비틀림 드릴은 양호한 내마모성을 필요로 하는 드릴 작업시 소성 변형 및/또는 열균열 없이 우수한 결과를 나타냄을 알았다.

Co : 10 ~ 12, 바람직하게는 10.5 ~ 11.5 중량%

TaC : < 3, 바람직하게는 1 ~ 3, 가장 바람직하게는 1.8 ~ 2.3 중량%

NbC : 1 ~ 5.5, 바람직하게는 2.5 ~ 5.5, 가장 바람직하게는 3.5 ~ 5 중량%

TiC : 3 ~ 5, 바람직하게는 3.8 ~ 4.3 중량

WC : 잔부, 바람직하게는 76 ~ 81 중량%, 가장 바람직하게는 77 ~ 79 중량%

TaC + TiC + NbC : 바람직하게는 8 ~ 13, 가장 바람직하게는 9 ~ 12 중량%

V 및/또는 Cr : 바람직하게는 < 1 중량%

특히 금속 톱질 팁 (metal sawing tips) 을 위한 다른 실시형태는 다음과 같다.

TaC : < 2, 바람직하게는 0 중량%,

NbC : 4 ~ 6, 바람직하게는 5 < NbC + TaC < 7, 및

NbC + TaC : 5 ~ 7 중량%

대표적인 다수의 SEM 현미경사진의 선형 분석 (linear analysis) 을 사용하여 결정된 WC 의 평균 입경은 0.4 ~ 1.5, 바람직하게는 0.8 ~ 1.5, 가장 바람직하게는 약 1 ㎛ 이다.

초경합금의 경도는 1450 ~ 1650 HV, 바람직하게는 1450 ~ 1550 HV 이다.

드릴에는 PVD - TiN, PVD - TiAlN 또는 CVD 코팅과 같은 종래에 알려진 내마 모성 코팅이 제공된다.

본 발명에 따른 드릴은, 분말 형성 경질 성분 및 바인더 금속을 분말 야금법 밀링을 실시하고, 상기 밀링된 혼합물을 원통형 소재로 가압 또는 압출하여, 이 소재를 소결하여 최종적으로 원하는 형상 및 크기로 연삭한 후, 이 드릴에 종래 기술에 알려진 내마모성 코팅이 제공함으로써 만들어진다.

또한, 본 발명은 상기의 초경합금을 금속기계가공용 회전 공구, 예컨대 중실 초경합금 비틀림 드릴, 교체가능한 팁을 갖춘 비틀림 드릴, 엔드 밀 (end mill), 호브 (hob), 원형 나이프, 특히 150 m/min 보다 큰 원주 속도에서 금속 나사/로드 성형을 위한 중공의 원형 커터에 사용하는 것에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기의 초경합금을 금속기계가공용 회전 공구, 예컨대 호브, 원형 나이프, 금속 나사/로드 성형을 위한 중공의 원형 커터, 특히 750 m/min 보다 큰 원주 속도에서 금속 절삭/톱질용 금속 톱의 톱 팁, 또는 특히 금속성형 공구, 예컨대 캐닝 공구용 마모부로서 사용하는 것에 관한 것이다.

실시예 1

WC, Co, TiC, TaC, 및 NbC 로 된 분말을 습식 혼합시켜, 78.2 중량% WC, 11.2 중량% Co, 4.0 중량% TiC, 2.1 중량% TaC, 4.5 중량% NbC 의 조성을 가지며 WC 의 평균 입경이 약 1 ㎛ 인 초경합금을 얻어서 샘플을 준비했다. 상기 혼합물을 분무 건조시킨 후 정수압으로 가압 및 소결시켜, 원통형 소재를 얻고 이 소재를 연삭하여 8 mm 직경의 드릴을 얻었다. 마이크로구조는 도 2 에 도시되어 있 다. 드릴을 연삭한 후 PVD 기법을 사용하여 4 ㎛ TiAlN 층으로 피복한다.

실시예 2

실시예 1 의 드릴은 주철 SS0125 내에 구멍을 드릴링하기 위한 드릴 작업에서 시험된다. 비교 드릴로서, 주철의 드릴링시 일반적으로 사용되는 Sandvik 상용등급 GC 1220 의 대응 드릴을 사용하였다.

다음의 데이타를 사용하였다.

절삭 속도 : 100 m/min

이송 속도 : 0.25 mm/rev

외부 냉각제로 25 mm 깊이의 구멍이 드릴된다.

그 결과는 본 발명의 드릴 ( ▲) 및 비교드릴 ( ■) 에 대해 뚫린 구멍의 개수의 함수로서 마모 (VBPmax) 를 나타내는 도 3 에 도시되어 있다.

실시예 3

175 m/min 의 증가된 절삭속도와 내부 냉각으로 실시예 2 를 반복하였다.

그 결과를 본 발명의 드릴 ( ■) 및 비교드릴 ( ◆ ) 에 대해 뚫린 구멍의 수의 함수로서 마모 (wear) VBPmax 를 나타내는 도 4 에 나타낸다.

실시예 2 및 3 은, 본 발명의 드릴이 일반적인 절삭속도 및 증가된 절삭속도에서 내마모성이 35% 내지 50% 향상되었음을 보여준다.

실시예 4

WC, Co, TiC, CrC 및 NbC 로 된 분말을 습식 혼합시켜

78.8 중량% WC, 11.2 중량% Co, 4.0 중량% TiC, 5.5 중량% NbC, 0.5 중량% CrC 의 조성을 가지며 WC 평균 입경이 약 1 ㎛ 인 초경합금을 얻어서 샘플을 준비했다. 혼합물을 분무 건조한 후 단축가압하고 소결하여 톱 (saw) 팁 소재를 얻었다.

실시예 5

실시예 4 로부터 얻은 팁으로 원형 톱 블레이드를 제조하였다. 69 중량% WC, 11 중량% Co, 10 중량% TiC, 8.5 중량% TaC, 1.5 중량% NbC 의 조성 및 약 2.0 ㎛ 의 WC 평균 입경을 갖는 상용등급의 초경합금으로 된 톱 팁을 비교 재료로 사용하였다. 모든 톱 팁 소재를 원형 강 블레이드 (

285 ㎜ x 60 개의 팁 ) 에 납땜하고, 2.5 ㎜ 의 폭으로 연삭하였다. 각 팁의 에지에는 폭 0.2 ㎜ 의 그라운드 챔퍼 (ground chamfer) 가 있다. 팁은 각 경우에 대해 6개의 팁으로 이루어진 군으로 톱에 위치한다.

절삭시험재료는 강 바아 유형 17Cr3,

52 ㎜ 이었다. 비교 초경합금 등급은 보통 강, 저탄소강 및 스테인레스강용의 원형 금속 톱에 일반적으로 사용된다.

건성 톱 절삭 시험에서 다음의 데이타를 사용하였다.

기계 : 노리테이크 (Noritake)

절삭속도 : 800 rpm

이송속도 : 40 ㎜/s

기계가공성 (machinability) 첨가제 : 수프라 (supra) 60S (1 drop/sec. 의 적하속도)

10000 패스 후의 플랭크 마모로서 톱 팁 성능을 측정하였다.

결과:

비교등급의 톱 팁은 10000 회 절삭 후 0.4 ㎜ 의 플랭크 마모를 나타내었다.

본 발명에 따른 톱 팁은 0.15 ㎜ 미만의 플랭크 마모를 나타내었다.

심한 구성인선 (BUE) 및 두터운 스미어링 (smearing) 을 가진 절삭날을 따라 마이크로칩핑이 비교등급의 절삭날에서 관찰되었다.

본 발명에 따른 톱 팁은 마이크로칩핑이 없이 양호한 날을 유지하면서 양호한 마모 패턴을 나타내었다.

실시예 5 는 본 발명의 등급에서 내플랭크마모성이 2배 높은 것을 보여준다.

본 발명은 Co : 10 ~ 12 중량%, TaC : < 3 중량%, NbC : 1 ~ 5.5 중량%, TiC : 3 ~ 5 중량% 및 WC : 잔부의 조성을 갖는 초경합금체에 관한 것으로서, 고 내마모성, 고 에지보존성 및 고 에지인성이 요구되는 금속 절삭 작업에 특히 유용하다.

Claims (14)

1. Co : 10 ~ 12 중량%

   TaC : 3 중량% 미만

   NbC : 1 ~ 5.5 중량%

   TiC : 3 ~ 5 중량%

   WC : 잔부

   의 조성을 갖고,

   WC 의 평균 입경이 0.4 ~ 1.5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 초경합금체.
2. 제 1 항에 있어서, TaC + TiC + NbC 의 함량이 8 ~ 13 중량%인 것을 특징으로 하는 초경합금체.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   TaC : 2 중량% 미만,

   NbC : 4 ~ 6 중량% 및

   NbC + TaC : 5 ~ 7 중량%

   인 것을 특징으로 하는 초경합금체.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 1 중량% 미만의 V, Cr, 또는 V 및 Cr 을 함유하는 것을 특징으로 하는 초경합금체.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, WC 함량이 77 ~ 79 중량%인 것을 특징으로 하는 초경합금체.
6. 삭제
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 경도가 1450 ~ 1650 HV 인 것을 특징으로 하는 초경합금체.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 얇은 내마모성 코팅이 제공된 것을 특징으로 하는 초경합금체.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 초경합금체가 금속기계가공용 회전 공구인 것을 특징으로 하는 초경합금체.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 금속기계가공용 회전 공구는 중실 초경합금 비틀림 드릴, 교체가능한 상부 (top) 를 갖춘 비틀림 드릴 또는 엔드 밀, 호브 (hob), 원형 나이프, 금속 나사/로드 성형을 위한 중공의 원형 커터인 것을 특징으로 하는 초경합금체.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 초경합금체는 금속 절삭/톱질용 금속 톱의 톱 팁인 것을 특징으로 하는 초경합금체.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 초경합금체는 금속성형 공구용 마모부인 것을 특징으로 하는 초경합금체.
13. 삭제
14. 제 9 항에 있어서, 상기 회전 공구는 150 m/min 보다 큰 원주 속도에서 작동되는 것을 특징으로 하는 초경합금체.

Images