KR101243630B1

KR101243630B1 - 회전 절삭 공구 및 회전 절삭 공구 제조 방법

Info

Publication number: KR101243630B1
Application number: KR1020087014951A
Authority: KR
Inventors: 히토시 야마구치
Original assignee: 사카이 세이코 가부시키가이샤
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2013-03-14
Also published as: DE112007000170T5; KR20080078847A; DE112007000170B4; TW200800450A; JP3927589B1; WO2007083778A1; US20100150677A1; JP2007190626A; US8215881B2; TWI383851B

Abstract

절삭칩의 물림(biting)을 잘 발생시키지 않고, 게다가 저비용으로 제조 가능한 회전 절삭 공구를 제공한다.

플랭크면(6)의 모재 표면에 금속 탄화물, 금속 질화물 또는 금속 탄질화물 또는 이들의 고용체로 이루어지는 경질 피막(8)이 형성되고, 상기 플랭크면(6)에 연속되는 레이크면(7)에 모재 표면을 산화시킨 산화 피막(9)이 형성되며, 그 산화 피막(9) 상에 상기 경질 피막(8)이 형성된 구성을 회전 절삭 공구에 채용한다.

절삭칩, 회전 절삭 공구, 경질 피막, 산화 피막, 새틴 마감 처리 공정, 숏 블라스트, 탭, 고용체, 고속도 공구강

Description

회전 절삭 공구 및 회전 절삭 공구 제조 방법{ROTARY CUTTING TOOL AND PROCESS FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 회전 절삭 공구 및 회전 절삭 공구 제조 방법에 관한 것이다.

워크에 뚫린 하부 구멍의 내면을 탭으로 절삭하여 암나사를 형성하는 경우, 워크와 탭 사이에 절삭칩이 물려들어가 탭의 파손이나 암나사의 정밀도 불량을 발생시킬 수가 있다. 특히, 질화 티타늄 등의 경질 피막을 모재 표면에 형성하여 내구성을 높인 탭은 절삭칩이 분단되지 않고 길게 연속되기 쉬워 절삭칩의 물림을 발생시키기가 쉽다.

이 물림을 방지하기 위하여, 예컨대 하기 특허 문헌 1에 개시한 탭이 제안된 바 있다. 이 탭은 모재 표면에 형성한 경질 피막을 레이크면(rake face)으로부터 제거하여 모재를 노출시키고, 그 모재 표면에 절삭칩이 접촉하도록 하고 있다. 따라서 절삭칩이 길게 연속되기 어려워 물림을 잘 발생시키지 않는다.

이 탭의 제조는 모재에 레이크면(rake face)과 플랭크면(flank face)을 형성한 후, 모재 표면에 경질 피막을 형성하고, 그 후에 레이크면으로부터 경질 피막을 제거하여 행하는데, 이 경질 피막의 제거는 연삭 가공 등에 의해 개개의 탭의 레이크면째로 행할 필요가 있다. 따라서 이 탭은 제조 비용이 비쌌다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2004-174698호 공보

(발명이 해결하고자 하는 과제)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 절삭칩의 물림을 잘 발생시키지 않고, 게다가 저비용으로 제조 가능한 회전 절삭 공구를 제공하는 것이다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기한 과제를 해결하기 위하여, 플랭크면의 모재 표면에 금속 탄화물, 금속 질화물 또는 금속 탄질화물 또는 이들의 고용체로 이루어지는 경질 피막이 형성되고, 상기 플랭크면에 연속되는 레이크면에 모재 표면을 산화시킨 산화 피막이 형성되며, 그 산화 피막 상에 상기 경질 피막이 형성된 구성을 채용하였다.

이 회전 절삭 공구는 상기 레이크면의 모재 표면을 새틴(satin) 마감처리된 표면으로 하면 바람직하다. 회전 절삭 공구로는 예컨대 탭을 들 수 있다.

또한 이 회전 절삭 공구의 제조 방법으로서, 회전 절삭 공구의 모재에 레이크면을 형성하는 부재 레이크면 형성 공정과, 그 레이크면 형성 공정 이후에 상기 레이크면을 포함하는 모재 표면을 산화시키는 산화 피막 형성 공정과, 그 산화 피막 형성 공정 이후에 상기 모재의 외주를 깎아 플랭크면을 형성하는 플랭크면 형성 공정과, 그 플랭크면 형성 공정 이후에 상기 플랭크면을 포함하는 모재 표면을 금속 탄화물, 금속 질화물 또는 금속 탄질화물 또는 이들의 고용체로 피복하는 경질 피막 형성 공정을 갖는 제조 방법을 제공한다.

이 제조 방법은 상기 산화 피막 형성 공정 전에 상기 레이크면의 모재 표면을 조면화하는 새틴 마감 처리 공정을 구비하면 바람직하다. 모재 표면의 조면화는 예컨대 숏 블라스트에 의해 행할 수 있다.

(발명의 효과)

본 발명의 회전 절삭 공구는 레이크면의 경질 피막이 산화 피막 상에 형성되어 있으므로, 경질 피막이 절삭칩과의 접촉에 의해 산화 피막으로부터 박리되어 산화 피막이 노출되기 쉽다. 따라서 노출된 산화 피막에 절삭칩이 접촉하여 절삭칩이 길게 연속되기 어려워져 워크와 공구 사이에 절삭칩이 잘 물려들어가지 않는다. 또한 레이크면으로부터 경질 피막을 제거하는 가공이 불필요하므로 제조 비용이 작다.

또한 상기 레이크면의 모재 표면을 새틴 마감처리된 표면으로 한 것은, 모재 표면의 산화 피막으로부터 경질 피막이 보다 박리되기 쉽고, 산화 피막이 노출되기 쉽다. 따라서 길게 연속된 절삭칩이 생기는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있고, 절삭칩의 물림을 방지하는 효과가 높다.

도 1은 본 발명의 회전 절삭 공구의 실시 형태를 도시한 전체도,

도 2는 도 1의 공구의 제조 과정을 도시한 모델도로서, 공구의 모재에 레이크면을 형성한 상태를 도시한 부분 확대 사시도,

도 3은 도 2의 모재에 새틴 마감 처리를 실시한 상태를 도시한 부분 확대 사 시도,

도 4는 도 3의 모재의 표면에 산화 피막을 형성한 상태를 도시한 부분 확대 사시도,

도 5는 도 4의 모재의 외주에 플랭크면을 형성한 상태를 도시한 부분 확대 사시도,

도 6은 도 5의 모재의 표면에 경질 피막을 형성한 상태를 도시한 부분 확대 사시도,

도 7의 (a)는 너트를 100개 가공한 후의 실시품 1의 레이크면을 촬영한 사진이고, (b)는 너트를 100개 가공한 후의 실시품 2의 레이크면을 촬영한 사진이며, (c)는 너트를 100개 가공한 후의 비교품의 레이크면을 촬영한 사진이다.

<부호의 설명>

6…플랭크면,

7…레이크면,

8…경질 피막,

9…산화 피막,

10…모재,

도 1에 본 발명의 실시 형태의 회전 절삭 공구를 도시하였다. 이 공구는 회 전에 의해 워크의 하부 구멍의 내면을 절삭하여 암나사를 형성하는 탭이며, 워크에 먹혀들어가 절삭하는 리딩부(1)와 리딩부(1)에 연속되는 완전산부(2)를 갖는다. 리딩부(1)와 완전산부(2)로 구성되는 나사부(3)의 외주에는 나사산(4)과 그 나사산(4)을 가로지르는 홈(5)이 형성되어 있다. 또한 리딩부(1)에는 도 6에 도시한 바와 같이 나사산(4)의 꼭대기에 플랭크면(6)이 형성되고, 플랭크면(6)에 연속되는 레이크면(7)이 홈(5)의 내면에 형성되어 있다.

이 탭은 고속도 공구강을 모재로 하고, 도 6에 도시한 바와 같이 적어도 나사산(4)의 모재 표면에 경질 피막(8)이 형성되어 있다. 경질 피막(8)의 종류로는 예컨대 TiC 등의 금속 탄화물, TiN이나 TiAlN 등의 금속 질화물, TiCN 등의 금속 탄질화물 또는 이들의 고용체를 들 수 있다. 한편, 홈(5)의 표면에는 모재 표면을 산화시킨 산화 피막(도면의 굵은선)(9)이 형성되고, 그 산화 피막(9) 상에 경질 피막(8)이 형성되어 있다. 산화 피막(9)의 종류로는 예컨대 FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄를 들 수 있는데, 윤활성이 뛰어난 Fe₃O₄가 바람직하다.

또한 리딩부(1)는 레이크면(7)의 모재 표면이 새틴 마감처리된 표면으로 형성되어 있다.

이 탭의 제조는, 예컨대 도 2～도 6에 도시한 바와 같이 하여 행할 수 있다. 먼저, 모재(10)를 연삭하여 레이크면(7)을 형성한다(도 2 참조). 다음, 레이크면(7)의 모재 표면을 숏 블라스트에 의해 조면화하고, 레이크면의 모재 표면의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.1μm <Ra<5.0μm를 만족시키도록 한다(도 3 참조). 그 후 수증기 처리에 의해 레이크면(7)을 포함하는 모재 표면을 산화시켜 산화 피막(9)을 형성한다(도 4 참조). 그 후 모재(10)의 외주를 연삭하여 나사산(4)을 형성하고, 또한 나사산(4)의 꼭대기를 연삭하여 플랭크면(6)을 형성한다(도 5 참조). 이 때, 모재(10)의 외주로부터 산화 피막(9)이 제거된다. 마지막으로, 금속 탄화물, 금속 질화물 또는 금속 탄질화물 또는 이들 중 2종류 이상의 물질을 플랭크면(6)을 포함하는 모재 표면에 물리 증착하여 경질 피막(8)을 형성한다(도 6 참조).

이 탭은 레이크면(7)의 경질 피막(8)이 산화 피막(9) 상에 형성되어 있으므로, 경질 피막(8)이 절삭칩과의 접촉에 의해 산화 피막(9)으로부터 박리되어 산화 피막(9)이 노출되기 쉽다. 따라서 노출된 산화 피막(9)에 절삭칩이 접촉하여 절삭칩이 길게 연속되기 어려워져 워크와 탭 사이에 절삭칩이 잘 물려들어가지 않는다.

또한 이 탭은 나사산(4)의 모재 표면이 경질 피막(8)으로 형성되어 있으므로 내구성이 뛰어나고 품질이 안정적인 암나사를 형성할 수 있다.

또한 경질 피막(8)의 형성과 산화 피막(9)의 형성은 복수 개의 탭마다 통합하여 행할 수 있고, 게다가 개개의 탭의 레이크면(7)으로부터 경질 피막(8)을 제거하는 가공이 불필요하므로 제조 비용이 작다.

또한 레이크면(7)의 모재 표면이 새틴 마감처리된 표면으로 형성되어 있으므로, 모재 표면의 산화 피막(9)으로부터 경질 피막(8)이 보다 박리되기 쉽고, 산화 피막(9)이 노출되기 쉽다. 따라서 길게 연속된 절삭칩이 발생하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있고, 절삭칩의 물림을 방지하는 효과가 높다.

레이크면(7)은 새틴 마감 처리한 모재 표면의 탭 축 방향의 산술 평균 거칠 기 Ra가 0.1μm <Ra<5.0μm를 만족시키는 거칠기가 되도록 하면 바람직하다. 0.1μm보다 크게 하면 경질 피막(8)이 산화 피막(9)으로부터 박리되기 쉬워지는 효과를 확실하게 높일 수 있고, 5.0μm보다 작게 하면 절삭 토크를 억제할 수 있다. 더욱이, 레이크면(7)은 모재 표면의 탭 축 직각 방향의 산술 평균 거칠기 Ra를 0.1μm<Ra<5.0μm를 만족시키는 거칠기가 되도록 하면 경질 피막(8)이 보다 박리되기 쉬워져 바람직하다.

상기 실시 형태에서는 모재로서 고속도 공구강을 사용함으로써 모재의 인성을 확보하면서 제조 비용의 저감을 도모하고 있으나, 철계이면 다른 모재를 사용할 수도 있다.

상기 실시 형태에서는 모재(10)의 외주를 연삭하여 나사산(4)을 형성한 후, 나사산(4)의 꼭대기를 연삭하여 플랭크면(6)을 형성하였으나, 나사산(4)의 형성과 플랭크면(6)의 형성은 순서를 바꾸어 행할 수도 있다. 즉, 모재(10)의 외주를 연삭하여 플랭크면(6)을 형성한 후, 모재(10)의 외주를 더 연삭하여 나사산(4)을 형성하도록 할 수도 있다.

도면에서는 리딩부(1)의 홈(5)의 모재 표면을 새틴 마감처리된 표면으로 하였으나, 또한 완전산부(2)의 홈(5)의 모재 표면을 새틴 마감처리된 표면으로 할 수도 있다. 요컨대, 레이크면(7)의 위치의 모재 표면이 새틴 마감처리된 표면이면 된다. 또한 상기 실시 형태에서는 숏 블라스트로 모재 표면을 새틴 마감처리된 표면으로 하였으나, 다른 방법으로 새틴 마감처리된 표면으로 할 수도 있고, 예컨대 방전 가공에 의해 새틴 마감처리된 표면으로 할 수도 있다.

산화 피막(9)은 나사부(3) 전 영역의 홈(5)의 표면에 형성하면 절삭칩의 배출성이 높아져 바람직한데, 리딩부(1)의 홈(5)의 표면에만 형성할 수도 있고, 또한 홈(5)의 표면의 레이크면(7)의 위치에만 형성할 수도 있다. 요컨대, 레이크면(7)의 위치에 산화 피막(9)을 형성하면 된다.

경질 피막(8)은 리딩부(1)의 나사산(4)에만 형성할 수도 있으나, 또한 완전산부(2)의 나사산(4)에도 형성하면 탭의 내구성이 보다 높아져 바람직하다. 또한 나사산(4)의 플랭크면(6)의 위치에만 형성할 수도 있으나, 플랭크면(6)의 위치와 플랭크면(11)의 위치에 모두 형성하면 탭의 내구성이 보다 높아져 바람직하다.

상기 실시 형태에서는 회전 절삭 공구로서 탭을 들어 설명하였으나, 본 발명은 다른 회전 절삭 공구에 적용할 수도 있으며, 예컨대 회전에 의해 하부 구멍의 내면을 절삭하여 마감면을 형성하는 리머에 적용할 수도 있다.

본 발명의 실시품 1, 실시품 2, 비교품으로 각각 워크(너트 블랭크)를 절삭하여 너트를 100개 가공하고, 그 후 레이크면의 경질 피막의 박리 상태를 비교하였다.

실시품 1, 실시품 2, 비교품은 모두 미터 나사용 너트 탭(M12×1.75)인데, 레이크면의 구성이 표 1에 나타낸 바와 같이 다르다.

즉, 실시품 1은 레이크면의 모재 표면에 새틴 마감 처리를 실시한 후, 레이크면에 산화 피막을 형성하고, 그 산화 피막 상에 경질 피막을 형성한 것이며, 실시품 2는 레이크면의 모재 표면에 새틴 마감 처리를 실시하지 않고 레이크면에 산화 피막을 형성하고, 그 산화 피막 상에 경질 피막을 형성한 것이다. 한편, 비교품은 레이크면에 산화 피막을 형성하지 않고 레이크면 상에 경질 피막을 형성한 것이다.

실시품 1에 실시한 새틴 마감 처리의 조건을 이하에 나타내었다.

방식: 건식 에어 블라스트

미디어: alundum A(#150)

투사압: 0.4MPa

투사 시간: 30분

레이크면의 거칠기를 측정하였더니, 실시품 1의 레이크면은 모재 표면의 탭 축 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.60이고, 탭 축 직각 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.63이었다. 실시품 2의 레이크면은 모재 표면의 탭 축 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.05이고, 탭 축 직각 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.35이었다. 한편, 비교품의 레이크면은 모재 표면의 탭 축 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.05이고, 탭 축 직각 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.36이었다.

레이크면의 거칠기의 측정 조건은 다음에 나타낸 바와 같다.

촉침 선단 반경: 5μm

촉침 선단의 테이퍼 각도: 90°

측정력: 0.8mN

컷오프값: 0.25mm

실시품 1, 실시품 2, 비교품은 모두 고속도 공구강을 모재로 하고 있다. 또한 경질 피막은 TiN으로 이루어지고, 그 두께는 1μm이다. 산화 피막은 수증기 처리로 형성되는 Fe₃O₄이며, 그 두께는 1μm이다.

워크는 냉간 압조용 탄소 강선(SWCH10R)으로 이루어진다.

상기한 워크를 절삭하여 너트를 100개 가공하고, 그 후 레이크면의 경질 피막의 박리 상태를 비교한 결과를 도 7(a) 내지 도 7(c)에 나타내었다. 실시품 1은 도 7(a)에 도시한 바와 같이 플랭크면(도면에 도시한 나사산의 꼭대기면)과 레이크면(나사산의 꼭대기면의 하측에 연속되는 면)의 교차능으로부터 띠형으로 연장되는 영역에서 레이크면의 경질 피막이 거의 박리되어 산화 피막이 노출되고 있다. 또한 실시품 2는 도 7(b)에 도시한 바와 같이 레이크면(나사산의 꼭대기면의 하측에 연속되는 면)의 경질 피막이 드문드문 박리되어 있다. 한편, 비교품은 도 7(c)에 도시한 바와 같이 레이크면(나사산의 꼭대기면의 하측에 연속되는 면)의 경질 피막이 전혀 박리되지 않았다. 따라서 길게 연속된 절삭칩이 발생하는 것을 방지하는 효과는 비교품보다 실시품 2가 높고, 실시품 2보다 실시품 1이 높은 것을 알 수 있다.

Claims

플랭크면(6)의 모재 표면에 금속 탄화물, 금속 질화물 또는 금속 탄질화물 또는 이들의 고용체로 이루어지는 경질 피막(8)이 형성되고, 상기 플랭크면(6)에 연속되는 레이크면(7)에 모재 표면을 산화시킨 산화 피막(9)이 형성되며, 그 산화 피막(9) 상에 상기 경질 피막(8)이 형성된 것을 특징으로 하는 회전 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 레이크면(7)의 모재 표면을 새틴 마감처리된 표면으로 한 것을 특징으로 하는 회전 절삭 공구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 회전 절삭 공구가 탭인 것을 특징으로 하는 회전 절삭 공구.
회전 절삭 공구의 모재(10)에 레이크면(7)을 형성하는 레이크면 형성 공정과, 상기 레이크면 형성 공정 이후에 상기 레이크면(7)을 포함하는 모재 표면을 산화시키는 산화 피막 형성 공정과, 상기 산화 피막 형성 공정 이후에 상기 모재(10)의 외주를 깎아 플랭크면(6)을 형성하는 플랭크면 형성 공정과, 상기 플랭크면 형성 공정 이후에 상기 플랭크면(6)을 포함하는 모재 표면을 금속 탄화물, 금속 질화물 또는 금속 탄질화물 또는 이들의 고용체로 피복하는 경질 피막 형성 공정을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 회전 절삭 공구 제조 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 산화 피막 형성 공정 이전에 상기 레이크면(7)의 모재 표면을 조면화하는 새틴 마감 처리 공정을 실행하는 것을 특징으로 하는 회전 절삭 공구 제조 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 새틴 마감 처리 공정은 상기 레이크면(7)의 모재 표면을 숏 블라스트에 의해 조면화하는 것을 특징으로 하는 회전 절삭 공구 제조 방법.
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 절삭 공구가 탭인 것을 특징으로 하는 회전 절삭 공구 제조 방법.