KR101188290B1 - 주조 재료 절삭용 드릴링 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경질 재료용 드릴에 관한 것으로서, 상기 드릴은 절삭홈에 의하여 분할된 웨브, 및 적어도 2개의 주된 절삭날(1)을 포함하고, 상기 2개의 주된 절삭날 각각에는 절삭 모서리(2) 및 치즐날(5)까지의 천이부가 제공된다. 상기 주된 절삭날(1)의 적어도 일부 섹션(101a)은 절삭날(2)에서부터 시작하여 축방향(A)으로 연속적으로 볼록하다.

드릴, 절삭홈, 웨브, 주된 절삭날, 절삭 모서리, 치즐날, 천이부

Description

주조 재료 절삭용 드릴링 공구 {DRILLING TOOL FOR CUTTING CAST MATERIALS}

본 발명은, 예를 들어 회주철(grey iron), 특히 GGV 또는 ADI와 같은 주조 재료 절삭용 드릴링 공구에 관한 것이다.

주조 재료로서는 강도가 높은 동시에 인성이 높은 재료 쪽으로 개발이 이루어지고 있다. 엔진 제작에 있어서, 종래 사용되던 구상흑연(spheroidal graphite: GGG)은 버미큘라흑연(vermicular graphite: GGV)으로 점차 대체되고 있다. 예를 들어 오스템퍼링 처리된 구상흑연주철(austempered ductile iron: ADI)과 같은 새로운 재료는 높은 강도 및 인성값을 갖고 있다.

따라서, 주조 재료 절삭용 공구의 재료를 선택할 때는 각각의 재료에 맞는, 대응하는 공구 파라미터, 경도 및 인성 간의 비율에 주의를 기울여야 한다.

또한, 경질(예를 들면, 페라이트, 퍼얼라이트 또는 마르텐사이트) 및 연질 카본 함유물을 갖는, 입자가 크고 불균일한 주조물 구조로 인해, 주철 가공물의 절삭에 사용되는 공구는 높은 내마모성을 필요로 한다. 또한, 불균일한 구조는 높은 휨 모멘트 하중을 받게 되어 항상 진동없이 처리될 수는 없다.

한편으로는 경도 및 내마모성이 높아야 하고, 다른 한편으로는 인성 및 영구 진동 하중에 견디는 능력이 높아야 하는 정반대의 요건을 절충하기 위하여, ISO 513 분류에 따른 클래스 K30-K40의 솔리드 경질 금속(hard metal)으로 제조된, 중간 정도의 경도 및 인성값을 얻을 수 있는 종래의 드릴링 공구가 GGG 및 GGV의 절삭에 사용된다. 그러나, 이 경우, 공구의 수명 및 얻을 수 있는 절삭 성능, 즉 가변 절삭 속도 및 이송은 제한된다.

계속적인 연구 개발을 통해, 높은 경도를 가진 외에, 휨 강도도 높지만 이에 대응하여 재료 비용도 고가인, WC 결정의 입경이 0.8mm 미만인, 이른바 미립자 또는 초미립자 경질 금속을 사용할 수 있게 되었다.

공구용으로 적합한 재료를 선택하는 외에, 이들 공구는 마찰 영향을 감소시키고 절삭 파편 처리를 향상시키기 위하여 내부가 냉각된다.

이 경우, 절삭 모서리(cutting corner)가, 이른바 캐스팅 챔퍼(casting chamfer) 또는 "더블-앵글-포인트" 형상(챔퍼 90°에서, 예각, 예를 들면, 118°)을 가진 형태로 상기 절삭 모서리에 소정의 챔퍼링이 이루어지도록 가장 높은 기계적 하중 뿐만 아니라 열적 부하를 받는 주된 절삭날(principal cutting edge)의 포인트인 것으로 인식되었다.

예를 들면, 강철과 같은 재료를 가공할 시, 이른바 "레이콘 포인트(Racon Point)" 형상(반경-원추형, 즉, 반경이 주된 절삭날의 전체 길이에 걸쳐 연장됨) 또는 빅포드 포인트(Bickford Point) 형상(반경은 단지 외측 주된 절삭날 섹션에 걸쳐 연장되는 반면 직선형의 주된 절삭날 프로파일을 갖는 중앙 섹션은 양호한 센터링 팁을 형성함)과 같이, 드릴을 관통하는 길이방향 섹션의 반경에 걸쳐 감소되는 주된 절삭날 프로파일을 갖는 드릴 팁 형상의 HSS 드릴이 또한 공지되어 있다.

예를 들면, US 3,443,459호에는 드릴의 축과 평행하게 놓이는 가상평면에 주된 절삭날 프로파일을 갖는 드릴이 기재되어 있으며, 여기서 주된 절삭날은 반경을 가진 드릴 팁으로부터 보조 절삭날(auxiliary cutting edge)까지 감소되어 예리한 절삭 모서리가 완전하게 방지되도록 드릴 외주에 대하여 접선 방향이다.

한편, US 1,309,706호에는 주된 절삭날 프로파일을 갖는 드릴이 기재되어 있으며, 여기서 주된 절삭날은 드릴 축과 외측 섹션의 절삭 모서리에 걸쳐있는 가상평면의 반경을 따라 중앙 섹션에서 직선형으로 연장된다. 이 경우, 보조 절삭날과 주된 절삭날 사이의 천이부는 접하지 않고 소정의 각도를 이룬다. 그러나, 나머지 절삭 모서리는 상면에 직선형 프로파일의 주된 절삭날을 갖는 종래의 드릴보다 적어도 훨씬 더 무디다.

주된 절삭날에 대한 이러한 예들은 특히, 외측 영역, 즉 부하가 높은 영역에 예리한 절삭 모서리가 형성되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 주된 절삭날의 길이를 길게하거나 또는 주된 절삭날의 단위 길이당 수행할 절삭 작업을 감소시킨다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 목적은, 예를 들어 회주철, 특히 GGV 또는 ADI와 같은 주철 재료를 절삭하는데 최적이며, 사용 수명이 길고 절삭 성능이 우수할 뿐만 아니라 저비용으로 제조될 수 있는 드릴을 제공하는 것이다.

상기 목적은 특허청구범위 제1항의 특징에 의하여 달성된다.

본 발명에 따르면, 절삭 모서리로부터 축방향으로 시작하는 반경에 걸쳐 연속적으로 볼록하게 만곡된 주된 절삭날의 공지된 특징은 먼저 경질 재료로 제조된 드릴이다. 경질 재료, 즉 취성을 가진 재료는 본 발명에 따른 주된 절삭날과 동일한 방식으로 제조될 수 없다는 종래의 편견을 극복함으로써, 형상으로 인한 장점, 즉 예리한 절삭 모서리가 형성되지 않고, 주된 절삭날의 길이가 길어지고, 특히 외측 영역에서 주된 절삭날의 단위 길이당 부하가 감소되는 등의 장점을 이용할 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래에는 특히 경질 재료를 선택하여 절삭 모서리의 마모를 방지하려는 방향으로 시도하였으나, 비교적 낮은 절삭 성능 및 절삭값으로는 조기에 파손되는 경우가 자주 일어날 수 있다. 주조 챔퍼 형상(casting chamfer geometry)을 사용하여 적당하게 단단한 경질 재료를 선택하더라도 공구의 긴 수명 및 높은 절삭값에 있어서 만족할만한 결과를 얻지 못하였다.

그러나, 본 발명에 있어서 경질 재료를 주조 재료의 가공에 수반되는 절삭 모서리에서의 빠른 마모를 감소시킬 수 있는 레이콘 포인트 형상을 갖는 드릴 재료로서 결합시킴으로써, 절삭값을 비경제적인 범위 내로 감소시킬 필요없이 공구의 수명이 연장될 수 있다. 형상으로 인한 장점 때문에, 일반적이지 않은 경질 재료(따라서 인성이 특히 낮음)가 경질 재료용 드릴의 재료로서 사용될 수 있다.

따라서, 공구의 수명이 길고 절삭 성능이 양호한 외에 재료 비용이 비교적 적게 드는 회주철, 특히 GGV 또는 ADI와 같이 단단한 연마재를 절삭하는 적합한 공구를 제공할 수 있다.

이 경우, 이른바 서멧(cermet), 절삭 세라믹 등, 특히 경질 금속, 예를 들면, WC-TiC-Co계열이 드릴 재료 또는 경질 재료로서 적합하다.

그러나, 주된 절삭날의 프로파일에 있어서, 주된 절삭날이 반경에 걸쳐 드릴 축과 평행한 하나의 면으로 연장되도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들면, 포물선 또는 쌍곡선과 같이 연속적으로 볼록한 만곡부가 되도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 범위 내에서, 주된 절삭날은 드릴 축과 평행한 편평한 면으로 연장될 수 있을 뿐만 아니라, 만곡부가 축방향으로 연속적으로 볼록한 경우 만곡면, 예를 들면, 평행한 드릴 축과 상기 평행한 드릴 축과 직각을 이루는 S자 형상 또는 낫(sickle) 형상의 선에 의하여 연결된 면으로 연장될 수 있다.

이 경우, 본 발명에 따른 드릴은 절삭 모서리를 갖고, 즉, 주된 절삭날은 드릴 외주와 완전하게 접하지 않는다. 따라서, 절삭 모서리로부터 드릴 팁 또는 치즐날(chiesel edge)까지가 보어 길이로서 사용될 수 없는 팁 영역은, 재료 비용이 감소되도록 하기 위하여 완전하게 접선으로 연장되는 주된 절삭날에 비하여 더 짧아진다. 한편, 가이드 챔퍼 또는 무딘 절삭 모서리에 이렇게 형성된 날에도 불구하고, 만곡부로부터 자유롭게 연장되는 주된 절삭날과 비교하여 과도한 열 응력을 방지하고 기계적인 응력을 감소시키기에 충분하도록 열이 제거된다.

실험 결과, 절삭 모서리로부터의 치즐날의 축거리는 드릴 공칭 직경(D)의 약 1/2배, 특히 0.45배가 적합한 것으로 판명되었다.

특허청구범위 제3항에 따른 다른 실시예에 있어서, 주된 절삭날은 치즐날까지 소정의 예각, 예를 들면, 118°내지 130°로 직선형으로 연장되는 중앙 섹션을 추가로 갖는다. 연속적으로 볼록하게 만곡된 섹션은 중앙 섹션에 접한다. 이로써 만곡부의 긍정적인 효과를 감소시키지 않고 드릴 팁을 짧게 하는데 도움이 된다. 또한, 중심이 잘 맞추어진 팁이 형성된다.

주된 절삭날로부터 보조 절삭날까지 접하지 않는 천이부는 다른 장점을 갖는다. 이것은 천이부가 아닌, 명확하게 정해진 측정점이 절삭 모서리에 형성되기 때문이다. 공구의 클램핑과 주된 절삭날의 외부 부착물 사이의 거리, 즉 최대 사용가능한 보링 깊이가 용이하게 측정될 수 있다. 이 경우, 절삭 모서리에서의 주된 절삭날에 대한 접선과 드릴 축 사이의 각도, 10°내지 40°, 특히 15° 내지 25° 사이의 각도가, 한편으로는 절삭 모서리의 측정점이 여전히 상기 각도에서 명확하게 판독될 수 있고 다른 한편으로는 절삭 모서리가 열 부하 및 기계적 하중을 낮게 유지하기에 충분할 정도로 무디기 때문에, 특히 바람직한 것으로 판명되었다.

절삭점에서 명확하게 판독될 수 있는 측정점은 특허청구범위 제18항의 바람직한 실시예에 따른 스텝 드릴(step drill)에 있어서는, 제1 절삭 단계의 사용가능한 드릴 구멍 깊이(제1 절삭 단계 이전의 드릴 구멍 깊이)가 이와 같은 방식으로 측정될 수 있기 때문에 특히 중요하다. 제2 절삭 단계는, 본 발명에 따른 주된 절삭날의 형상의 장점을 제2 절삭 단계에서 사용하기 위하여 주된 절삭날이 연속적으로 볼록하게 만곡되는 프로파일을 갖는 것이 바람직하다.

치즐날을 짧게 하여 센터링 특성이 개선되고 치즐날의 압착이 감소되도록, 웨브 씨닝부(web thinning)가 제공되는 것이 또한 바람직하다. 치즐날을 뾰족하게 함으로써, 비교적 큰 드릴 코어 직경을 또한 사용할 수 있으므로, 공구의 휨 강도 및 비틀림 저항이 향상된다. 또한, 커다란 드릴 코어로 인하여 경질이며 그에 따라 취성이 있는 재료를 사용하는 경우에도 드릴의 인성에 대한 요구 조건이 충족된다. 공칭 직경 대 드릴 코어의 비율이 3.0 내지 3.5일 때 특히 양호한 결과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 대략 3.2인 공칭 직경 대 드릴 코어의 비율이 공칭 직경이 12mm인 드릴에 바람직한 것으로 판명되었다.

경질 재료용 드릴의 형상과 관련된 본 발명의 전술한 여러 가지 바람직한 실시예에 있어서, 긴 공구 수명, 높은 파괴 강도, 높은 절삭 성능 및 낮은 재료 비용과 같이 부분적으로 서로 모순되는 목표 중 한 가지 이상과 관련하여 전체적으로 상당한 정도의 효과가 달성되도록 바람직한 재료가 사용된다.

예를 들면, 경질이고 불가피하게 취성이 있는 재료를 사용하여 동일하거나 또는 오히려 더 양호한 절삭 성능을 갖는 수명이 긴 공구를 제공하는, 특히 내마모성이 우수한 경질 금속 드릴이 제조될 수 있다. 팁 형상에서 달성된 장점, 특히 종래 드릴에서 사용된 재료와 비교하여 인성이 더 낮은 재료를 사용했음에도 불구하고 절삭 모서리 상의 부하가 더 낮기 때문에, 동일하게 높은 절삭 성능이 동일한 공구 수명 동안 파손되지 않고 달성될 수 있다. 보다 높은 경도, 즉 내마모성이 증가됨으로써 공구의 수명을 단축시키지 않고 보다 높은 공급 또는 절삭 속도가 달성될 수 있다는 추가적인 효과가 얻어진다. 한편, 동일한 성능을 가지면서 추가적으로 공구 수명이 상당히 길어질 수 있다.

GGV 또는 ADI와 같은 연마재를 가공하는데 최적인 상기 드릴이 특허청구범위 제5항의 발명이고, 상기 드릴은 후술하는 목적을 위하여 일반적으로 사용되는 IS0-513 클래스 K30 내지 K40인 경질 금속 대신에 ISO-513 클래스 K15 내지 K30인 경질 금속으로 제조된다.

그러나, 드릴의 비용을 저감하기 위하여 입자가 더 굵은 재료, 즉 보다 저가의 재료를 또한 사용할 수 있다. 상기 드릴은 특허청구범위 제6항의 발명으로서, 일반적인 초미립자 대신에 미립자 경질 금속으로 제조된다.

얻어질 수 있는 장점을 확인하기 위하여, GGV450으로 제조된 피삭체에 대하여 공칭 직경이 10mm이고 팁 형상은 상이하면서 동일한 형상을 각각 갖는 다음 3 종류의 드릴을 사용하여 절삭 시험을 수행하였다:

A) 경도가 1600 HV 내지 1700 HV이고, 휨강도가 3600 N/㎟인 솔리드 경질 금속으로 제조되며, 표준 팁 형상을 갖는 드릴;

B) 경도가 1600 HV 내지 1700 HV이고, 휨강도가 3600 N/㎟인 솔리드 경질 금속으로 제조되며, 본 발명에 따른 팁 형상을 갖는 드릴;

C) 경도가 1800 HV 이상이고, 휨강도가 2500 N/㎟ 이하인 솔리드 경질 금속으로 제조되며, 본 발명에 따른 팁 형상을 갖는 드릴.

동일한 공구 수명을 위하여, 드릴 A에 비하여 드릴 B에 50% 높은 이송이 사용될 수 있다는 점을 알았다(드릴 A: 절삭 속도 100 m/min, 이송 0.4 mm/rev, 드릴 B: 절삭 속도 100 m/min, 이송 0.6 mm/rev). 또한, 보다 단단한 재료로 제조된 드릴 C에서는 상기 재료의 파괴 강도가 실질적으로 더 낮음에도 불구하고 공구 수명 및/또는 절삭값이 더 증가될 수 있다.

본 발명에 따른 형상은 직선형 홈 또는 나선형 홈을 가진 드릴로 사용될 수 있다. 실질적으로 원추면 형상 연삭 또는 4면 연삭 방식으로 자유면이 분할된 연삭이 자유-면 연삭으로서 적합하다. 또한, 선택된 드릴 재료의 특성 때문에 다른 형상이 적합하거나 또는 선택된 재료를 더 최적화 할 수 있다.

따라서, 드릴은 +/- 5°범위 내의 절삭각도를 갖는 것이 바람직하다. 절삭 웨지의 안정성은 절삭각도를 작게함으로써 증가될 수 있다. 입자가 굵은 재료를 사용할 때, 개별 입자가 파손, 즉 절삭날이 무디어지는 것이 방지될 수 있다.

특히 나선형 드릴의 경우, 주된 절삭날의 절삭각도는, 주된 절삭날의 원하는 절삭 웨지 안정성 및 내마모성이 얻어지도록 주된 절삭날을 교정하거나 또는 주된 절삭날을 추가로 교정 연삭함으로써 원하는 치수로 교정될 수 있다. 드릴은 주된 절삭날의 교정이 치즐날의 웨브 씨닝과 함께 일회의 작업으로 연마될 수 있도록 형상을 갖는 것이 바람직하다.

제안된 드릴 팁 형상은 이중날 드릴에 특히 적합하다. 그러나, 상기 드릴 팁은 추가의 절삭홈에 의하여 주된 절삭 웨브 및 트레일링 리머 웨브로 구분된 웨브들을 가진 3면 트리머 또는 드릴에 또한 사용될 수 있다.

다른 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴 웨브 내에 드릴을 나선 또는 직선으로 관통하는 냉각 채널의 구조를 갖는 것이 바람직한, 본 발명에 따른 드릴의 내부 냉각부에 관한 것이다. 냉각 채널은, 특히 보다 작은 공칭 직경을 갖는 드릴에서는 타원형 또는 삼각형의 단면 프로파일을 가질 수 있다. 드릴 축 상에서 드릴을 관통하여 연장되어 드릴 팁 영역에서 Y자 형상으로 벌어지는 내부 냉각 채널 또한 가능하다.

개구부는 웨브의 자유면 상에 위치하는 것이 바람직하다. 개구부는, 절삭홈 쪽으로 보다 많은 처리량을 안내하기 위하여 자유면보다 웨브의 후방으로 더 가파르게 내려오는 추가의 언더컷에 의하여 웨브, 즉 절삭홈 쪽으로 벌어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 방식으로 드릴 구조를 갖게 함으로써, 드릴, 특히 주된 절삭날 및 절삭 모서리를 냉각시키고, 절삭 및 부스러기를 제거하는 동안 윤활유로 마찰 저항을 감소시키기 위하여 냉매 에멀전을 사용하는 외에 오일-에어 에어로졸(aerosol)을 사용하는 최소량의 윤활유(MMS)를 사용할 수 있다.

이 경우, 드릴은 솔리드 경질 금속 또는 경질 재료 드릴의 구조를 가질 수 있다. 그러나, 특허청구범위 제20항에 따른 다른 바람직한 실시예에 있어서, 단지 하나의 절삭 인서트만 경질 금속으로 제조되는 반면, 절삭 인서트용 서포트는 덜 단단단하지만 인성이 높은 재료, 예를 들면, 공구강으로 제조되는 드릴 구조를 갖도록 할 수 있다. 따라서, 개별 부품, 절삭 인서트 및 서포트는 각 유형의 부하에 따라 정밀하게 조정될 수 있다.

특허청구범위 제21항의 실시예에 있어서, 절삭 인서트는 경질 재료로 이루어진 서포트(즉, 드릴 섕크)에 솔더링된 드릴 헤드이고, 상기 드릴 헤드 상에는 주된 절삭날, 절삭 모서리 및 보조 절삭날(섹션)이 형성 또는 연마된다. 상기 드릴 헤드가 특허청구범위 제23항의 발명이다. 상기 실시예는, 서포트가 기다란 길이에 걸쳐 연장되고, 이로써 비틀림 하중에 견딜 수 있도록 높은 인성을 반드시 가져야 하는 심공(deep hole) 드릴용으로 특히 적합하다.

한편, 특허청구범위 제22항에 따른 실시예에 있어서, 절삭 인서트는 드릴 상에 원주방향으로 나사 고정된 절삭 플레이트이다. 이러한 절삭 플레이트가 특허청구범위 제24항의 발명이다. 이 경우, 주된 절삭날, 절삭 모서리 및 보조 절삭날(섹션) 모두를 구비한 완전한 드릴이, 서포트의 면 상에 제공된 수용홈 내에 삽입되고 상기 홈에 나사 고정되거나 또는 솔더링되는 절삭 플레이트 구조로 제조될 수 있다.

그러나, 단지 하나의 주된 절삭날 또는 주된 절삭날 섹션을 각각 형성하고, 대응하는 플레이트 시트(seat), 특히 스텝 공구의 스텝에 나사 고정되는 교환가능한 절삭 플레이트를 또한 사용할 수 있다. 절삭 플레이트를 구비한 대응하는 서포트 카세트가 또한 제공될 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 절삭 형상-경질 재료 컴비네이션은 교체가능한 절삭 플레이트 및 표준 공구 캐리어에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 제조 기술 또한 상당히 용이해질 수 있어서, 절삭 형상은 경질 재료의 드릴 상에 직접 연마할 필요가 없고 용이하게 액세스가능한 경질 재료 절삭 플레이트 상의 적어도 일부 섹션만 연마할 수 있다.

공구 수명 및 절삭 성능을 더욱 증대시키기 위하여 적어도 예리한 절삭날 영역에 드릴을 코팅할 수 있다. 마찰을 감소시키거나 또는 마모를 감소시킬 수 있는 모든 일반적인 코팅이 사용될 수 있다. 특히, 경질 재료층, 예를 들면, 다이아몬드, 바람직하기로는 나노결정 다이아몬드, TiN, TiAlN 또는 TiCN, 또는 다층 코팅이 바람직하다. 윤활층, 예를 들면, 제품명 "MOLYGLIDE"로 알려져 있는 MoS₂가 또한 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나선형 홈을 가진 솔리드 경질 금속 드릴의 개략적인 측면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직선형 홈을 가진 솔리드 경질 금속 드릴의 개략적인 측면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 드릴의 정면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스텝 드릴의 개략도이다.

도 5는 도 3에 도시된 드릴의 정면도로서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 절삭 인서트를 구비한 직선형 홈을 가진 드릴의 도면이다.

먼저, 도 1을 참조한다. 도 1은 애플리케이션 그룹 K20 (ISO 513)의 경질 금속으로 제조된 이중날 구조의 나선형 드릴의 도면이다. 도면부호 1은 드릴의 주된 절삭날을 나타내고, 도면부호 5는 치즐날을 나타내며, 도면부호 2는 절삭 모서리를 나타내고, 도면부호 3은 보조 절삭날을 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 주된 절삭날(1)은 반경방향으로 연속적으로 볼록하게 만곡되고 절삭 모서리(2)가 크게 무디어지도록 작은 접선각으로 보조 절삭날 상으로 완만하게 이어진다. 한편, 절삭 모서리(2)의 천이부는 절삭 모서리를 드릴링 공구의 길이 측정을 위한 측정점으로 사용하도록 충분하게 형성된다. 따라서, 제1 자유면(free face)(9)과 가이드 챔퍼(guide chamfer) 사이에 날이 명확하게 형성된다. 한편, 주된 절삭날(1)로부터 치즐날(5)까지의 천이부는 거의 접한다.

제1 자유면(9)은 원추면 형상 및 역시 원추면 형상의 제2 자유면을 가진 언터컷으로 연삭된다. 동시에, 내부 냉각 채널의 개구부(17)는 2개의 자유면(9, 11)의 리지(ridge)가 위치할 수 있는 지점에 대략 형성된다는 점을 알 수 있다. 그러나, 드릴은 웨브 또는 절삭홈의 후방 쪽으로 가파르게 내려오는 언더컷에 의하여 형성된 면(15)을 개구부 상에 갖는다.

주된 절삭날(1)의 프로파일은, 한편으로는 주된 절삭날 교정면(21)을 교정 연삭하고 다른 한편으로는 치즐날 웨브 씨닝부(19)를 적용하여 결정된다. 주된 절삭날 교정면(21)은, 주된 절삭날이 절삭 모서리(2)에 의하여 연결된 편평면 및 치즐날(5) 플롯점에서 드릴 축과 평행선으로 연장되도록 축방향, 예를 들면, 드릴 축(A)과 평행하다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 애플리케이션 그룹 K20 (ISO 513)의 경질 금속으로 제조된 직선형 홈을 가진 드릴의 도면이다. 동일하거나 또는 유사한 특징부는 도 1에 도시된 드릴에서와 같이 동일한 도면 부호로 표기하였다. 따라서, 도면부호 101은 주된 절삭날을 나타내고, 도면부호 105는 치즐날을 나타내며, 도면부호 102는 절삭 모서리를 나타낸다. 이 경우, 주된 절삭날(101)은 2개의 섹션(101a, 101b)으로 분할된다.

주된 절삭날은, 보조 절삭날에 인접하는 외측 섹션(101a)에서는 절삭 모서리 및 치즐날(105)의 플롯점과 평행한 드릴 축에 의하여 연결된 면에 연속적으로 볼록한 만곡부를 갖는 반면, 중앙 섹션(101b)에서는 절삭 모서리(102) 및 치즐날(105)의 플롯점과 평행한 드릴 축에 의하여 연결된 면에 예각(α)으로 직선으로 연장된 다. 이 경우, 외측 섹션(101a)은 중앙 섹션(101b) 내로 접하고; T₂는 제2 섹션 내로 전이되는 천이부인 동시에 예각(a) 쪽인 외측 섹션(101a)의 접선이다.

외측 섹션(101a)의 외측 말단에서, 주된 절삭날은 만곡된 주된 절삭날 섹션(101a)과 접하는 접선(T1)과 보조 절삭날(103) 사이에 각도(β)(절삭 모서리 및 치즐날(105)의 플롯점과 평행한 드릴 축에 의하여 연결된 면에서 측정됨)로 이루어지고, 이로써 무디지만 명확하게 알아볼 수 있는 절삭 모서리(102)가 형성된다.

원추형면 형상의 연삭 자유면(109)은 언더컷면(115)을 추가로 갖고, 이 경우 Y자 형상의 내부 냉각 채널의 마우스 또는 배출구가 자유면(109) 및 언더컷면(115)에 의하여 형성된 리지에 위치한다. 배출구(117)는 절삭면(115)에 의하여 웨브의 후방이나 절삭홈 쪽으로 넓어지므로 냉매의 통과량이 증가되고 냉매가 절삭홈 내로 세게 이동한다.

도 3에서는 도 2에서 명확하게 알 수 있는 주된 절삭날 교정부(121)의 연삭 공정과 결합된 웨브 씨닝부(119)가 특히 명확하게 도시되어 있다. 주된 절삭날 교정부(121)는 평면도에서는 직선형 프로파일을 가진 주된 절삭날(101)을 제공하고, 특히 내마모성이 우수한 절삭날이 형성되도록 주된 절삭날(101) 상의 절삭각도를 무디게한다. 웨브 씨닝부(119)로 인하여 커다란 코어 직경(DK)에도 불구하고 치즐날(105)의 길이는 짧아지므로, 한편으로는 주된 절삭날(101)의 중앙 섹션(101b)과의 협동으로 양호한 센터링 팁이 형성되고 치즐날(105)을 압착함으로 인해 발생되는 과도한 마찰값이 방지되며, 다른 한편으로는 드릴 코어가 크기 때문에 드릴의 안정성이 매우 높아진다. 도시된 실시예에서, 드릴의 공칭 직경 대 드릴 코어의 비율은 약 3.5이다.

전체적으로, 도 1에 도시된 나선형 실시예의 특징부 컴비네이션 및 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 직선형 홈을 가진 실시예의 특징부 컴비네이션에 따라, 예를 들어 회주철, 특히 GGV 또는 ADI와 같은 높은 인성 및 휨강도 요구 조건을 갖는 연마재의 절삭에 최적인 드릴을 제조할 수 있다.

ㅇ 절삭 모서리(2; 102)는 주된 절삭날과 보조 절삭날 간의 천이부의 각도(α)가 작기 때문에 허용가능한 열적 부하 및 기계적인 하중에 단순히 노출된다.

ㅇ 경질 금속 드릴 재료(K20)는 드릴에 높은 경도를 제공한다.

ㅇ 비교적 커다란 코어 직경(DK)은 드릴에 비교적 높은 비틀림 하중 능력을 제공한다.

ㅇ 주된 절삭날(101)의 볼록한 만곡 형상은 특히 외측 섹션에서 주된 절삭날의 단위 길이당 하중을 감소시킨다.

ㅇ 절삭날은 점점 무디어지므로 주된 절삭날 교정으로 인한 부식에 더 내성이 증대된다.

ㅇ 동시에, 웨브 씨닝부(19; 119)는 치늘날을 짧게하므로, 양호한 센터링 효과가 보장되고 치즐날이 임의로 지나치게 압착되는 것이 방지된다.

ㅇ 냉매는 개구부(17; 117)로부터 배출되어 언더컷면(15; 115)을 거쳐 절삭홈 내를 통과하고, 예를 들면, MMS 에어로졸은 연마 마찰을 감소시키며 절삭날 및 절삭 모서리를 냉각시킨다.

또한, 각도(α)가 아무런 문제없이 측정점을 읽기에 충분할 정도로 여전히 크기 때문에, 드릴 길이가 절삭 모서리(2; 102)로부터 정밀하게 측정될 수 있다.

이것은 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 스텝 공구에서 특히 중요하다. 이 경우, 절삭 모서리(202)(드릴링 전 단계)로부터 절삭 모서리(202S)(제2 드릴링 단계(223))까지 측정된 드릴링 전 단계의 길이(L_S)가 중요하다. 스텝 드릴은, 드릴링 전 단계에서는 도 1에 도시된 형상에 거의 대응하고 제2 드릴링 단계(223)에서는 연속적으로 볼록하게 만곡된 주된 절삭날 프로파일이 제공되기 때문에, 도 4에 정밀한 형상이 개략적으로 도시되어 있다.

최종적으로, 도 5는 서포트(300a)에 절삭 인서트(300b)가 끼워져 있는, 본 발명에 따른 드릴 실시예의 도면이다. 절삭 인서트(300b)는 서포트(300a)의 정면 중앙을 관통하는 횡방향 홈에 끼워지고, 쇄선으로 표시된 나사로 서포트(300a)에 나사 고정된다. 이것은 본 출원인의 PCT/EP93/03118을 참조하였다. 인서트(300a)는 애플리케이션 클래스 K20 (ISO 513)의 경질 금속으로 제조되는 반면, 서포트는 고속도강(high-speed steel: HSS)으로 제조된다. 배출구(317)를 구비한 내부 냉각부는 정면에 제2 자유면(311) 및 언더컷면(315)을 형성하는 서포트(300a) 내에 완전하게 수용되고, 치즐날(305), 2개의 주된 절삭날(301) 및 절삭 모서리(302)는 절삭 인서트(300b) 상에 수용되며, 또한 치즐날의 웨브 씨닝부(319)는 치즐날(305)을 짧게한다. 절삭 인서트(300b)가 원하는 주된 절삭날 형상에 따라 제조될 수 있기 때문에 여기서는 주된 절삭날을 추가로 교정 연삭하지 않아도 된다. 이 경우, 주 된 절삭날(301)은 치즐날(305)의 플롯점과 평행한 드릴 축과 절삭 모서리에 의하여 연결된 면에 도 2에 도시된 형상을 갖는다.

본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당연히 여러 가지로 변형될 수 있다.

따라서, 절삭 브레이커 홈(cutting breaker groove)을 주된 절삭날, 즉 절삭홈 및/또는 자유면으로 연삭하여 본 발명에 따른 드릴을 더 최적화시킬 수 있다.

또한, 절삭홈을 적절하게 형성하고 절삭날을 교정 연삭함으로써, 드릴은 평면도로 볼 때 주된 절삭날이 S자 형상 또는 낫 형상 프로파일을 가질 수 있는 한편, 이와 같은 방식으로 주된 절삭날의 길이를 더 확대시키고 보조 절삭날, 예를 들면, 무딘 절삭날에 대하여 절삭 모서리에 플러스 절삭각도가 달성되도록 하기 위하여 연속적으로 볼록하게 만곡된 프로파일이 축방향으로 유지된다.

또한, 주된 절삭날이 연속적으로 볼록하게 만곡된 외부 영역 및 주된 절삭날이 서로에 대하여 직선으로, 임의로 연장되는 중앙 영역의 길이를 변경시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 다음 특징을 개별적으로 그리고 임의로 결합시켜 구현된다:

드릴은 경질 재료로 제조된다;

드릴은 절삭홈 및 적어도 2개의 주된 절삭날(1; 101; 201)에 의하여 분할된 웨브를 갖고, 상기 2개의 주된 절삭날 각각에는 절삭 모서리(2; 102; 302) 및 치즐날(5; 105; 305)까지의 천이부가 제공된다;

주된 절삭날(1; 101; 301)의 적어도 일부 섹션(101a)은 절삭 모서리(2; 102; 302)로부터 시작하여 축방향(A)으로 연속적으로 볼록하다;

절삭 모서리(102)에서의 주된 절삭날(101)의 접선(T₁)은 보조 절삭날(103)을 10°내지 40°각도(β)로 둘러싼다;

주된 절삭날(101)의 연속적으로 볼록하게 만곡된 섹션(101a)은 중앙 섹션(101b) 상에 실질적으로 접하여 경계를 이루고(T₂), 주된 절삭날(101)은 치즐날(105)까지 예각(α)으로 직선형으로 연장된다;

치즐날(5; 105; 305)이 절삭 모서리(2; 102; 302)로부터 이격된 축방향 간격은 대략 0.5 x D, 특히 0.45 x D이고, 여기서 D는 드릴의 공칭 직경이다;

드릴을 구성하는 경질 재료 중 적어도 절삭부 근방 영역(300b)은 경질 금속, 특히 클래스 K15-K30이다;

드릴을 구성하는 경질 재료 중 적어도 절삭부 근방 영역(300b)은 미립자 경질 금속이다;

드릴을 구성하는 경질 재료 중 적어도 절삭부 근방 영역(300b)은 1800 HV 이상의 경도 및 3000 N/㎟ 미만, 특히 2500 N/㎟ 미만의 휨강도를 갖는다;

드릴은 치즐날(5; 105; 305)을 짧게 하는 웨브 씨닝부를 갖는다;

드릴의 공칭 직경 대 드릴 코어 간의 비율은 3.0 내지 3.5, 특히 3.2이다;

경질 재료용 드릴은 직선형 홈을 갖는다;

경질 재료용 드릴은 나선형 홈을 갖는다;

경질 재료용 드릴은 내부 냉각부(17; 117; 317)를 갖고, 내부 냉각 채널은 웨브를 통과하여 절삭부 근방 영역, 바람직하기로는 드릴의 자유면(9, 11; 109; 311) 상의 개구부(17; 117; 317)까지 연장된다;

자유면(9, 11; 109; 311) 상의 개구부(17; 117; 317)에는, 자유면(9, 11; 109; 309, 311)보다 상기 웨브 쪽으로 더 가파르게 내려오는 추가의 언더컷(15; 115; 315)이 제공된다;

경질 재료용 드릴은 +/- 5° 범위 내에 드는 절삭각도를 갖는다;

경질용 드릴은 주된 절삭날의 교정 연삭부(21; 121)를 갖는다;

주된 절삭날의 교정 연삭부(21; 121) 및 웨브 씨닝부(19; 119)는 일회의 작업에서 함께 연삭될 수 있도록 임의의 천이부가 없이 서로 합쳐진다;

경질용 드릴은 실질적으로 원추면 형상의 팁 연삭부를 갖는다;

경질 재료용 드릴은 실질적으로 4면 연삭부에 대응하는 팁 연삭부를 갖는다;

경질 재료용 드릴은 적어도 하나의 절삭 스테이지(223)를 더 갖는다;

주된 절삭날은 제2 절삭 스테이지(223)에 절삭 모서리(202S)를 또한 갖고, 절삭 모서리(203S)로부터 시작하여 적어도 일부 섹션은 축방향(A)으로 연속적으로 볼록하게 만곡된다;

서포트(300a)에 연결된 적어도 하나의 절삭 인서트(300b)가 제공되고, 적어도 하나의 절삭 인서트(300b)는 경질 재료로 제조된다;

절삭 인서트는, 주된 절삭날이 제공된 서포트 상에 솔더링된 드릴 헤드 구조이고, 적어도 드릴 헤드는 경질 재료로 제조된다;

적어도 하나의 절삭 인서트(300b)는 주된 절삭날(301)이 제공된 절삭 플레이 트(300a) 구조이거나, 또는 상기 주된 절삭날의 적어도 외측 섹션을 제공하는 절삭 플레이트가 원주 방향으로 서포트(300a) 상에 나사로 고정된 주된 절삭날마다 제공되는 구조이고, 적어도 커팅 플레이트(300a), 즉 커팅 플레이트들은 경질 재료로 제조된다.

Claims (25)

1. 절삭홈에 의해 형성된 웨브 및 적어도 2개의 주된 절삭날(1; 101; 201)을 포함하는 경질 재료용 드릴에 있어서,

   상기 2개의 주된 절삭날 각각은 절삭 모서리(2; 102; 302)와, 상기 절삭 모서리로부터 치즐날(chisel edge)(5; 105; 305)까지의 천이부를 가지며,

   상기 주된 절삭날(1; 101; 301)은 적어도 일부 섹션(101a)에서 상기 절삭 모서리(2; 102; 302)로부터 시작하여 축 방향(A)으로 연속적으로 볼록하고,

   자유면(9, 11; 109; 311)에는 상기 자유면보다 더 가파르게 상기 웨브의 후방으로 내려오는 추가의 언더컷(15; 115; 315)을 제공하여 4면 연삭면 방식으로 포인트 연삭을 형성하는,

   경질 재료용 드릴.
2. 제1항에 있어서,

   상기 절삭 모서리(102)에서의 주된 절삭날(101)의 접선(T₁)은 보조 절삭날(103)과 10°내지 40°각도(β)를 이루는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 주된 절삭날(101)의 연속적으로 볼록하게 만곡된 섹션(101a)은 중앙 섹션(101b)과 이어지고,

   상기 주된 절삭날(101)은 치즐날(105)에 대해 예각(α)으로 직선형으로 연장되는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
4. 제3항에 있어서,

   상기 치즐날(5; 105; 305)이 상기 절삭 모서리(2; 102; 302)로부터 이격된 축방향 간격은 0.5 x D이고, 여기서 D는 드릴의 공칭 직경인 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 드릴을 구성하는 상기 경질 재료 중 적어도 절삭부 근방 영역(300b)은 경질 금속(hard metal)인 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 드릴을 구성하는 상기 경질 재료 중 적어도 절삭부 근방 영역(300b)은 미립자 경질 금속인 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 드릴을 구성하는 상기 경질 재료 중 적어도 절삭부 근방 영역(300b)은 1800 HV 이상의 경도 및 3000 N/㎟ 미만의 휨강도를 갖는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
8. 제3항에 있어서,

   상기 치즐날(5; 105; 305)을 단축시키는 웨브 씨닝부(web thinning)를 갖는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   드릴 코어에 대한 상기 드릴의 공칭 직경의 비율은 3.0 내지 3.5인 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 드릴은 직선형 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 드릴은 나선형 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    내부 냉각부(internal cooling)(17; 117; 317)를 더 포함하며, 내부 냉각 채널은 상기 웨브를 통과하여 절삭부 근방 영역 내의 개구부(17; 117; 317)까지 연장되는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
13. 제12항에 있어서,

    상기 자유면(9, 11; 109; 311) 상의 상기 개구부(17; 117; 317)에는, 상기 자유면(9, 11; 109; 309, 311)보다 상기 웨브 쪽으로 더 가파르게 내려오는 추가의 언더컷(15; 115; 315)이 제공되는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 드릴은 +/- 5° 범위의 절삭각도를 갖는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
15. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 주된 절삭날의 교정 연삭부(correction grinding)(21; 121)를 갖는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
16. 제15항에 있어서,

    상기 주된 절삭날의 상기 교정 연삭부(21; 121) 및 상기 웨브 씨닝부(19; 119)는 일회의 작업에서 함께 연삭될 수 있도록 임의의 천이부가 없이 서로 합쳐지는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
17. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    실질적으로 원추면 형상의 팁 연삭부(tip grinding)를 갖는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
18. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    실질적으로 4면 연삭부에 대응하는 팁 연삭부를 갖는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
19. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    적어도 하나의 제2 절삭 스테이지(223)가 더 제공되는 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
20. 제19항에 있어서,

    상기 주된 절삭날은 상기 제2 절삭 스테이지(223)에 절삭 모서리(202S)를 또한 갖고, 절삭 모서리(203S)로부터 시작하여 적어도 일부 섹션은 축방향(A)으로 연속적으로 볼록하게 만곡된 것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
21. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    서포트(300a)에 연결된 적어도 하나의 절삭 인서트(300b)가 제공되고,

    상기 적어도 하나의 절삭 인서트(300b)는 경질 재료로 제조되는

    것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
22. 제21항에 있어서,

    상기 절삭 인서트는, 상기 주된 절삭날이 제공된 상기 서포트 상에 솔더링된 드릴 헤드 구조로서 구성되고,

    적어도 상기 드릴 헤드는 경질 재료로 제조되는

    것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
23. 제21항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 절삭 인서트(300b)는 상기 주된 절삭날(301)이 제공된 절삭 플레이트(300a) 구성이거나, 또는 상기 주된 절삭날의 적어도 외측 섹션을 제공하는 커팅 플레이트가 원주 방향으로 상기 서포트(300a) 상에 나사로 고정되는 주된 절삭날마다 제공되고,

    적어도 하나의 상기 커팅 플레이트(300a), 또는 커팅 플레이트들은 경질 재료로 제조되는

    것을 특징으로 하는 경질 재료용 드릴.
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