KR101472998B1

KR101472998B1 - 드릴 및 드릴 절삭 인서트

Info

Publication number: KR101472998B1
Application number: KR1020070008887A
Authority: KR
Inventors: 미샤엘 리멜; 토르비에른 비크브롬
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2014-12-16
Also published as: KR20070078807A; JP5179759B2; CN100571943C; US20070201962A1; EP1813368A3; EP1813368A2; CN101011754A; SE529979C2; US7677845B2; EP1813368B1; SE0600217L; JP2007203454A

Abstract

본 발명은 드릴 및 드릴용 절삭 인서트에 관한 것이다. 절삭 인서트는 그 사이에 관통 구멍 (17) 이 연장되는 상면 (31a) 및 하면 (32) 을 포함하며, 관통 구멍 (17) 은 중심축 (C17) 에 대하여 기본적으로 회전 대칭형이며, 상면 (31a) 으로부터 하방으로 수렴하는 입구면 (34a) 과 어깨면 (36a) 을 포함하는 일련의 표면에 의해 경계가 설정된다. 본 발명의 특징은 절삭 인서트의 상면 (31a) 에 인접한, 트럼펫형의 볼록한 단면을 갖는 입구면 (34a) 에 있다. 입구면의 이러한 디자인으로 인해, 통과하는 칩이 절삭 인서트의 후방부를 따라서 절삭 인서트에 균열을 형성하지 않으면서 부드럽게 활주이동할 수 있다.

드릴, 인서트, 절삭 인서트, 드릴 절삭 인서트

Description

드릴 및 드릴 절삭 인서트{A DRILL AND A DRILL CUTTING INSERT}

도 1 은 당해 드릴의 일반을 나타내는 분해 사시도이다 (종래 기술).

도 2 는 교체가능한 절삭 인서트, 더 정확하게는 중심 인서트를 체결 스크류에 의해 고정가능하도록 포함하는 포켓을 구비한 드릴의 전방 팁의 확대 분해도이다 (종래 기술).

도 3 은 도 1 및 도 2 의 드릴에 사용되는 이미 공지된 절삭 인서트를 위에서 본 더욱 확대된 평면도이다 (종래 기술).

도 4 는 도 3 의 절삭 인서트의 단면도이다 (종래 기술).

도 5 는 절삭 인서트 내의 관통 구멍에 위치한 체결 스크류를 나타내는 도 4 에 대응하는 단면도이다 (종래 기술).

도 6 은 본 발명에 따른 새로운 절삭 인서트를 나타내는 사시도이다.

도 7 은 새로운 절삭 인서트의 특징을 나타내는 여러 기하학적 데이터가 도시된 도 6 의 절삭 인서트를 통한 단면도이다.

도 8 은 절삭 인서트의 관통 구멍에 장착된 체결 스크류가 도시된 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 드릴 몸체 2: 절삭 인서트

6: 전방 팁 7: 포켓

8: 칩 플루트 12: 바닥

13: 구멍 16: 스크류

17: 관통 구멍 18: 헤드

21: 수나사 31a: 상면

32: 하면 34a: 입구면 (mouth surface)

36a: 어깨면 C17: 중심축

본 발명의 기술적 분야

일 양태로, 본 발명은 드릴 몸체는 물론 교체가능한 절삭 인서트를 포함하는 형태의 칩 제거 기계가공용 드릴에 관한 것으로, 그 절삭 인서트는 드릴 몸체의 전방 팁 내에 형성된 포켓에 장착되고, 그 포켓으로부터 칩 플루트가 드릴 몸체를 따라서 후방으로 연장되며, 그 절삭 인서트는 수나사를 구비한 섕크 및 헤드를 포함하는 스크류 수단에 의해 포켓에 고정되며, 그 절삭 인서트는 상면과 하면 사이에서 연장된 관통 구멍을 포함하며, 그 구멍은 기본적으로 중심축에 대하여 회전 대칭인 형태로, 상면으로부터 하방으로 수렴하는 입구면과 어깨면을 포함하는 일련의 표면에 의해 경계가 설정되며, 그 스크류의 헤드는 스크류의 수나사가 포켓의 바닥으로 개방되는 (mouth) 구멍에 포함된 암나사에 체결될 때 그 어깨면에 접하여 압 착을 유지한다.

다른 양태로, 본 발명은 또한 그러한 드릴 절삭 인서트에 관한 것이다.

본 발명의 배경

무엇보다도 금속 작업물의 기계가공용 드릴과 관련된 문제점이 본 발명의 토대를 이루고 있다. 구체적으로, WO 03/099494 및 WO 03/099495에 개시된 형태 및 CoroDrill 880® 이라는 상표로 상업적으로 입수가능한 형태의 드릴에서 문제점이 야기되었다. 본 발명의 배경 기술에 대한 총체적인 이해를 제공하기 위하여, 상기 특허 문헌은 물론 첨부 도면과 하기 설명을 참조용으로 제공한다.

공지의 드릴

본 발명의 토대를 이루는 문제점을 설명하기 위하여, 서두에는 도 1 ~ 도 5 에 만을 언급하기로 한다.

도 1 에 도시된 드릴은 기본 몸체 또는 드릴 몸체 (1) 는 물론 2개의 절삭 인서트 [2,3 (전자는 중심 인서트이며, 후자는 주변 인서트임)] 를 포함한다. 드릴 몸체 (1) 는 섕크 형태의 전방부 (4) 는 물론 드릴의 회전 상태를 유지시킬 수 있는 기계에 장착되는 후방부 (5) 를 포함한다. 절삭 인서트 (2,3) 는 드릴 몸체의 팁 (6) 또는 전방 단부에 배치된다. 적절한 드릴 몸체 (1) 는 중공형으로, 예컨대 강으로 제조될 수 있는 반면, 절삭 인서트 (2,3) 는 초경합금, 세라믹 등의 보다 경질의, 내마모성 소재로 제조될 수 있다 (하지만, 반드시 이럴 필요는 없음).

각 절삭 인서트는 포켓 (7) 에 장착되며, 도 1 에서는 중심 인서트 (2) 용 포켓만 볼 수 있다. 각 포켓 (7) 으로부터 후방으로 칩 플루트 (8) 가 연장되며, 이 경우 칩 플루트 (8) 는 나선형이며 오목한 아치형 경계면 (9) 에 의해 경계가 설정된다. 2개의 칩 플루트 (8) 는 원통형 엔벨롭면 (10) 인 2개의 바 (bar) 사이에 놓여있다. 또한, 칩 플루트는 예컨대 스트레이트형과 같은 다른 형태일 수도 있다. 드릴 몸체 내부적으로, 채널 (11) 이 뻗어있으며, 이 채널 (11) 은 절삭 인서트 근처에서 개방되어 절삭 인서트와 칩을 냉각하기 위하여 액체를 드릴의 팁으로 운반하는 것은 물론 절삭 인서트로부터의 칩의 제거를 보조하는 목적을 가진다.

이하, 중심 포켓 (7) 의 특징 (nature) 을 확대 도시한 도 2 를 설명한다. 포켓은 바닥 (12) 을 포함하며, 이 경우 바닥 (12) 은 암나사 (보이지 않음) 가 형성되는 구멍 (13) 이 개방되는 평면이다. 바닥면 (12) 으로부터 이격되어 2개의 측 지지면 [14, 15 (전자의 목적은 절삭날에 반대로 작용하는 실질적으로 축방향으로 향하는 힘을 전달하는 것이며, 반면에 측 지지면 (15) 의 목적은 실질적으로 반경방향을 향하는 힘을 전달하는 것임)] 이 형성된다. 실제로, 상기 힘은 장착시에 절삭 인서트에 가해지는 편향력 (bias force) 과 절삭력의 조합이다.

포켓 (7) 으로의 절삭 인서트 (2) 의 고정은 체결 스크류 (16) 에 의해 영향을 받는데, 스크류 (16) 는 절삭 인서트를 관통하는 중심 구멍 (17) 을 통해서 삽입될 수 있다. 스크류 (16) 는 헤드 (18) 를 포함하며, 이 경우 헤드 (18) 는 테이퍼진 넥 (19) 을 가지며, 테이퍼진 넥 (19) 은 수나사 (21, 단순화를 위하여 중립면으로만 도시함) 를 가지는 원통형 섕크 (20) 로 변형된다. 이 경우, 헤 드의 엔벨롭면 (22) 은 원통형으로 고리면 (23) 으로 변형되며, 고리면 (23) 은 홈이 파여져 내부 키 그립 (24) 을 둘러싸게 된다. 스크류의 모든 외측 부분면은 회전 대칭이며 스크류의 중심축 (C16) 과 동심이다.

이러한 맥락에서, 구멍 (17) 의 중심축은 C17 로 표시하며, 구멍 (13) 의 중심축은 C13 으로 표시함을 지적해야할 것이다.

당해 절삭 인서트는 4개의 동일한 절삭날 (25) 을 포함하며 (도 3 참조), 이로써 4 방향으로 절삭 인서트의 인덱싱이 가능해진다. 각 절삭날 (25) 에는 2개의 부분날 (26, 27) 이 형성되어 있으며, 각 부분날 (26, 27) 은 경사진 중간날 (28) 로 변형된다. 일반적으로, 부분날 (26) 은 부분날 (27) 보다 절삭 인서트의 중심 (C17) 으로부터 더 멀리 위치한다. 도 2 에서 보듯이, 2개의 이격된, 적절한 평면형 여유면 (29, 30) 이 2개의 부분날 (26, 27) 을 연결한다. 도 2 에 도시된 절삭 인서트가 포켓 (7) 에 고정될 때, 여유면 (30) 은 축방향 지지면 (14) 을 압박하게 되고, 동시에 여유면 (29) 은 반경방향 지지면 (15) 을 압박하게 된다.

이하, 도 3 과 도 4 를 동시에 설명한다. 관통 구멍 (17) 은 이 경우 평면 (31) 으로 도시된 것과 동일한 상면과 역시 평면인 하면 (32) 사이에서 연장된다. 하면 (32) 은 그라운드 (ground) 일 수 있다. 구멍의 바로 근처에 위치한 표면 (31) 과 주변 절삭날 (25) 사이에서 표면 (33) 이 연장되는데, 이 표면 (33) 의 목적은 방출되는 칩의 형성 또는 브레이킹 및 방출되는 칩의 안내에 있다.

절삭 인서트 내의 구멍 (17) 은 여러 부분면 (34, 35, 36 및 37) 에 의해 경 계가 설정되며, 이들 각각은 회전 대칭형이며 중심축 (C17) 에 대하여 동심이다. 축방향으로, 이 다양한 부분면들은 원형 경계선 (38, 39, 40, 41 및 42) 에 의해 경계가 설정되며, 이들 경계선 (38, 39, 40, 41 및 42) 의 방향은 중심축 (C17) 에 대하여 수직이다. 이하 입구면이라 칭하는 표면 (34) 은 원추형으로, 사실상 회전 대칭형을 형성하는 커브 또는 모선 (generatrix) 은 직선 (43) 이며, 이 직선 (43) 은 중심축 (C17) 과 예각 (α) 을 형성한다. 예를 들어, 그 각도 (α) 는 4°이다. 이 경우 어깨면의 역할을 하는 표면 (36) 으로의 전이면을 형성하는 표면 (35) 은 이 경우 오목한 아크형 선 (44) 에 의해 형성된 오목형이다. 반면에, 어깨면 (36) 은 볼록한 아크형 선 (45) 에 의해 형성된 볼록한 아치형이다. 이 예에서, 어깨면 (36) 아래 위치한 표면 (37) 은 직선 (46) 에 의해 형성된 원통형으로, 직선 (46) 은 중심축 (C17) 과 평행이다. 또한, 상면 (31) 의 내부 경계선을 형성하는 입구면 (34) 의 상부 경계선 (38) 의 직경은 D1 으로 표시한다. 하부 경계선 (39) 의 직경 (D2) 는 D1 보다 작다. 전이면 (35) 의 하부 경계선 (40) 의 직경 (D3) 은 더욱 작으며, 그 하부 경계선은 어깨면 (36) 의 상부 경계선을 형성한다. 절삭 인서트의 하면이 개방되는 원통면 (37) 의 직경 (D4) 이 가장 작다.

축방향 연장거리 [= 경계선 (38,39) 사이의 축방향 거리] 는 L1 으로 표시하였다. 유사한 방식으로, 표면 (35, 36) 의 축방향 연장거리는 각각 L2 와 L3 로 표시한다. 나아가, 표면 (35) 의 오목형상을 형성하는 아크형 선 (44) 의 곡률 반경은 R1 으로 표시하고, 동시에 표면 (36) 의 볼록형상을 형성하는 아크형 선 (45) 의 곡률 반경은 R2 로 표시한다.

도 3 에, 절삭 인서트의 내접원 (IC) 이 도시되어 있으며, 그 직경은 D5 로 표시한다. 실제로, 절삭 인서트의 치수를 개별적으로 정하거나 분류하는데 소위 IC 측정이라는 방법으로 이러한 내접원이 사용된다. 도 1 ~ 도 5 에 도시된 실시예에서, 드릴 (1) 은 14.0 ~ 16.4 mm 직경의 구멍을 드릴링할 수 있는 더 큰 세트에 포함된 최소형 드릴이다. 이 범위에서 중심 인서트 (2) 의 IC-측정치는 4.9 mm 이다. 새로운 도면인 도 4 를 참조하여, 당해 절삭 인서트의 형상은 하기 절대 측정에 의해 결정된다.

a) 두께 [T, 표면 (31, 32) 사이의 거리)] = 2.50 mm.

b) 구멍 (17) 의 최대 직경 [입구면 (34) 의 상부 경계선 (38)] = 3.08 mm.

c) 입구면 (34) 의 최소 직경 [D2, 경계선 (39)] = 3.03 mm.

d) 전이면 (35) 의 최소 직경 [D3, 경계선 (40)] = 2.78 mm.

e) 원통면 (37) 의 직경 [D4, 경계선 (41, 42)] = 2.20 mm.

f) 입구면 (34) 의 축방향 연장 (L1) = 0.42 mm.

g) 전이면 (35) 의 연장 (L2) = 0.29 mm.

h) 볼록한 어깨면 (36) 의 연장 길이 (L3) = 0.78 mm. 따라서, 경계선 (38, 41) 사이의 축방향 길이 (L4) = 1.49 mm.

i) 전이면 (35) 의 곡률 반경 (R1) = 0.5 mm.

j) 어깨면 (36) 의 곡률 반경 (R2) = 1.2 mm.

도 4 에서, RP 는 평면 (31, 32) 과 평행하고 그 사이의 중간에 위치한 기준면을 칭한다. 그 도면에서 보듯이, 어깨면 (36) 의 하부 경계선 (41) 은 (이러한 맥락에서) 기준면 (RP) 보다 약간 아래, 더욱 정확히는 0.24 mm 아래 위치한다.

실제로, 칩 제거 또는 절삭 기계가공용 공구의 제조는 상충되는 요구 사이의 미묘한 의구심을 야기한다. 이는 본 발명의 드릴 및 절삭 인서트에서도 적용된다. 즉, 한 편으로는 절삭 인서트의 속박을 위하여 헤비 듀티 스크류의 사용을 원하지만, 다른 한 편으로는 대형 스크류가 절삭 인서트의 소재 두께를 상당히 감소시키는 구멍을 요구하기 때문에 절삭 인서트가 마운팅 및 드릴링 동안 그에 작용하는 응력을 감당하기에 너무 약해지게 되는 것이다. 더욱이, 절삭 인서트에 가능한 한 많은 소재를 보유하려는 소망과는 반대로 절삭 인서트의 상면 (31) 에 대하여 카운터싱크된 (countersink) 칩면 (33) 의 특정 폭이 필요하게 된다. 소재의 강도를 이유로 상면이 절삭날 전반에 걸쳐 연장될 것을 원하는 경우일 지라도, 칩면 (33) 은 칩의 형성 및 유도 목적을 충족이 가능하도록 도면에 도시된 형태의 최소 폭을 가져야만 한다.

도 5 에, 구멍 (13) 에는 체결되지 않은 채로 절삭 인서트 (2) 의 중심 구멍 (17) 에 적용된 스크류 (16) 가 도시되어 있다. 스크류 헤드의 [엔벨롭면 (22) 을 따르는] 외측 직경 (D6) 은 2.55 mm 이다. 따라서, 헤드의 엔벨롭면 (22) 과 입구면 (34) 의 하부 경계선 (39) 사이에 형성된 고리형 갭 (S) 은 0.24 mm 의 폭을 얻게 된다. 측정치 (K) 는 상면 (31) 으로부터 스크류의 테이퍼진 넥 (19) 이 어깨면 (36) 과 접촉하는 지점까지의 길이를 지칭한다. 적어도 스크류 가 압인가공된 것이 아닌 이상, 이러한 접촉은 둘레방향 선접촉을 형성한다. 이 경우, K 는 0.91 mm 이다. 더욱이, 접촉선은 엔벨롭면 (22) 이 넥 (19) 으로 전환되는 비교적 예리한 모서리 (47) 근처의 바로 아래에 위치한다는 점을 주의하여야 한다. 또한, 도 5 에는 수나사 (21) 의 직경 (D7) 이 원통면 (37) 의 직경 (D4) 보다 얼마나 작은지가 도시되어 있다. 따라서, 구체적인 실시예에서, D7 은 2.0 mm 이며, 이는 스크류의 나사가 총 0.2 mm 의 유극 (각 측이 0.1 mm) 을 갖는 구멍의 최소 부분을 통과할 수 있음을 의미한다.

전술한 추정에 의하면, 가는 고리형 평면 (48) 으로 도시된 스크류의 상면은 표면 (31) 보다 0.27 mm [측정치 (H)] 아래에 위치한다. 환언하면, 이 경우 높이차 (H) 는 절삭 인서트의 두께 (T, 2.5 mm) 의 10%가 넘는다.

중심 인서트 (2) 는 물론 주변 인서트 (3) 를 고정하는데 하나의 동일한 형태의 스크류가 사용됨을 주의하여야 한다. 실제로, 심지어 절삭날 및 여유면이 다른 적절한 절삭 인서트 (2,3) 의 경우에도 2개의 서로 다른 형태의 스크류를 계속 체크하는 것은 매우 어려운 것이 사실이다.

나아가, 한 측면에서 드릴링용 공구는, 즉 칩 브레이킹과 분리된 칩의 배출과 관련하여 터닝 또는 밀링용 공구 등의 다른 절삭 공구와 상당히 다르다는 점을 주의하여야 한다. 예를 들면, 터닝과 밀링의 경우에는 각각 분리된 칩이 상당히 자유롭게 절삭 인서트를 벗어날 수 있지만, 드릴링의 경우에는 그 칩이 강제로 브레이킹되어 절삭 인서트로부터 후방으로 연장된 칩 플루트 내에서 배출되어야 한다. 이로써 특히 최적의 방식으로 칩을 형성 또는 브레이킹하여 유도하는 절삭 인서트의 능력을 까다롭게 요구하게 된다. 미소점 (infinitesimal point) 은 작동중인 절삭날을 따라서 드릴의 중심축에 대하여 다른 주변 속도로 이동하기 때문에, 결과적으로 중심 인서트로부터의 칩의 배출은 특히 까다롭다. 따라서, 드릴의 중심 부근에서, 절삭날의 속도는 대략 0 (zero) 이며, 이때 그 속도는 중심으로부터 최외곽까지 절삭날의 단부를 향해 연속적으로 증가한다. 칩은 소형으로 실질적으로 삼각형꼴의 쉼표형일 수 있을 뿐만아니라, 다량으로 생성될 수 있다. 칩은 또한 긴 나선형일 수 있다. 그러나, 드릴 몸체의 칩 플루트가 비교적 협소하기 때문에, 칩은 항상 작동중인 절삭날의 전면부로부터 후방을 향해 절삭 인서트의 상면을 따라서 통과할 것이다. 만일 헤드가 튀어나와 있다면 재빨리 마모될 것이기 때문에, 이것이 스크류의 헤드가 절삭 인서트의 상면 아래에 카운터싱크되는 이유중 하나가 된다.

공지의 드릴의 문제점

일반적으로, WO 03/099494 및 WO 03/099495 에서 공지된 드릴은 금속 작업물의 드릴링 분야에서 주된 기술적, 경제적 성과를 달성했다. 따라서, 다른 드릴과 비교할 때 드릴의 이송 속도를 50 ~ 100% 향상하는 것이 가능하다. 더욱이, 이 드릴은 무엇보다도 중심 인서트의 독특한 디자인으로 인해 탁월한 침투 성능을 가지는데, 그 디자인의 특징은 작동하는 절삭날이 2개의 부분날을 가지며 그 중 하나가 다른 하나의 앞에 축방향으로 위치한다는 점이다.

당해 드릴의 시장 도입은 광범위한 강도 계산에의해 진행되었는데, 그 계산 은 전체 드릴 세트의 모든 절삭 인서트가 마진에 의해 실제 드릴링에 의해 유발된 스트레스에 저항함을 명백하게 지시하였다. 따라서, 그 세트 중의 최소 드릴의 중심 인서트에서 균열이 형성되었을 때의 놀라움은 상당하였다. 구체적으로, 그 균열은 도 3 에 그물로 도시된 영역에서 나타났다. 도면에서 보듯이, 그 영역은 축방향 지지면 (14) 으로부터 내부 방향으로 절삭 인서트의 중심을 향해 확장되었다. 절삭 인서트의 이 부분이 축방향 지지면 (14) 에 대하여 양호한 지지를 받고 있음을 고려할 때, 그 영역의 균열의 출현은 처음에는 설명하기가 곤란하였다.

절삭 인서트에 작용하는 힘의 상호작용을 설명하기 위하여, 칩이 분리되는 작동중인 전방 절삭날 (25) 을 따라서 그 길이를 G 로 도시하였다. 축방향은 물론 반경방향 절삭력이 절삭 인서트에 작용하여, 결과적으로 화살표 (F1) 방향으로 절삭 인서트를 공격한다. 이 결과적인 힘은 평면 (P) 에 대하여 각도 (β) 를 형성한다. 실제로, 그 각도 (β) 는 약 5°정도이다. 이는 그 결과적인 힘이 축방향 지지면 (14) 주변에 위치한 절삭 인서트의 후방부를 향한다는 것을 의미한다 [축방향 지지면 (14) 으로부터 반경방향 지지면 (15) 까지 연장되는 모든 부분이 그 여유면에 대한 지지가 부족함을 주의하여야 함]. 따라서, 그럴듯한 이론에 의해 절삭 인서트의 실제 절삭력이 과소평가되어 있었다. 그러나, 그 이론이 틀렸음이 밝혀졌다.

또 다른 설명은 균열의 출현을 당해 체결 스크류 (16) 가 스프링 편향 (bias) 이라는 사실에서 찾았다. 그 스프링 편향은 전통적으로 지지면 (14, 15) 에 대한 절삭 인서트 구멍 (17) 의 중심 (C17) 에 대하여 편심으로 위치하는 방식으로 배치된 구멍 (13) 의 중심 (C13) 에 의해 제공되었다. 따라서, 스크류가 스크류 구멍 (13) 에 체결될 때, 체결력이 화살표 (F2) 방향으로 절삭 인서트에 제공되며, 그 힘이 절삭날을 2개의 지지면 (14, 15) 에 대하여 압박하게 된다. 그러나, 세심한 관찰을 통해 - 그 결과적인 절삭력 (F1) 과 분리해서 보거나 결합하여 보더라도 - ( 대략적으로 그 결과적인 절삭력과 동일하게 큰 힘일 수 있는) 스프링 편향력 (F2) 에 의해 균열이 형성되는 것이 아님이 밝혀졌다. 따라서, 처음에는 균열의 형성을 설명할 수 없었다.

본 발명의 상세한 설명

입구면 (34) 에서 칩으로부터 생긴 흔적 또는 마크가 발견되면서, 그 해결책에 대한 힌트가 얻어졌다. 이 발견으로부터 이끌어진 결론은 스크류 헤드를 많은 칩이 통과하는 동안 입구면을 두드린다 (beat) 는 것이었다. 비록 드릴링 작업 동안 그 사건의 과정을 시각적으로 관찰할 수는 없지만, 입구면에 대한 고온의 칩의 스스로의 두드림은 절삭 인서트의 후방부에 현저한 물리력을 제공한다고 가정할만한 합리적인 이유가 있다. 나아가, 칩 파편은 분리되는 경향이 있어서 스크류 헤드의 엔벨롭면 (22) 과 구멍 (17) 의 상부 사이의 쐐기형 테이퍼 갭 (S) 안으로 힘을 받게된다 (도 4 및 도 5 참조). 만약 그 칩 파편이 상당한 힘에 의해 상기 갭 안으로 눌리는 힘을 받게되면, 절삭 인서트의 균열을 초래할 수 있는 쐐기 효과가 발생하게 된다.

전술한 바와 같은 고찰을 기초로, 도 6 ~ 도 8 에 도시한 방식으로, 즉 절삭 인서트의 구멍 (17) 의 입구면 (34) 을 트럼펫형으로, 절삭 인서트의 상면 (31) 과 인접한 단면을 볼록형으로 하는 방식으로 그 문제를 해결하였다. 모든 외면, 즉 여유면 (29, 30) 과 칩면 (33) [또한 하면 (32) 도] 의 형상이 동일하기 때문에, 외형적으로는 도 6 에 도시된 본 발명에 따른 절삭 인서트는 공지의 절삭 인서트와 그 디자인이 동일하다. 외부 경계선 (49) 이 공지의 인서트의 대응 경계선과 동일하기 때문에, 상부 평면 (31) 의 형상도 공지의 절삭 인서트의 대응면과 역시 동일하다. 하지만, 공지의 절삭 인서트의 내부 원형 경계선 (38) 이 조금 더 크기 때문에, 도 6 에 도시된 그 표면 (31) 의 면적은 종전의 경우보다 약간 작다. 이러한 외형적 유사성 덕분에, 본 발명에 따른 절삭 인서트는 어떠한 개조 없이도 현존하는 드릴에 제공될 수 있다.

공지의 절삭 인서트의 대응 특징과는 다른 새로운 절삭 인서트의 특징을 구별하기 위하여, 도 6 ~ 도 8 에는 동일한 도면부호에 첨자 "a" 를 부기하였다.

이하, 새로운 디자인의 구멍 (17) 이 상세하게 도시된 도 7 및 도 8 을 설명한다.

이 경우, 입구면 (34a) 의 상부 및 하부 원형 경계선 (38a, 39a) 사이에서 연장된 아크형 선 (43a) 에 의해 입구면 (34a) 의 트럼펫형의 볼록하고 회전 대칭인 형상이 형성된다. 본 발명에 따르면, 상부 경계선 (38a) 의 직경은 하부 경계선 (39a) 의 직경보다 5% 이상 커야만 한다. 도시된 실시예에서, 그 직경 (D1) 은 3.17 mm 이며, 직경 (D2) 은 2.84 mm 로써, 이는 D1 이 D2 보다 약 11.6% 크다. 이러한 바람직한 실시예에서, 아크형 선 (43a) 은 원형이며 그 반경 (R3) 은 0.5 mm 이다. 동시에, 하부 경계선 (39a) 은 상면 (31a) 아래에 거리 (L1) 0.34 mm 를 두고 위치한다. 환언하면, 반경 (R3) 은 그 거리 (L1) 보다 약간 크지만, D4 의 23% (0.5/2.2) 정도로 상당히 작으며, D4 의 50% 를 초과해서는 안 된다. 또한, 원형 아크형 선 (43a) 의 중심 (M) 은 하부 경계선 (39a) 의 높이 근처에 위치하여야 함을 유의하여야 한다. 중심선 (C17) 으로부터의 중심 (M) 의 반경 거리 (lacks reference) 는 1.92 mm 이다.

또한, 하부 경계선 (39a) 의 직경 (D2) 는 내접원 (IC) 의 직경 (D5) 의 최대 60% 가 되어야 한다. 예에서, 직경 (D2) 은 2.84 mm 로, D5 의 약 58% 정도이다.

또한, 어깨면 (36a) 의 볼록한 회전 대칭 형태는 원형 아크형 선 (45a) 에 의해서 형성되며, 그 원형 아크형 선 (45a) 은 어깨면의 상부 및 하부 원형 경계선 (40a, 41a) 사이에서 연장되며, 상부 경계선의 직경 (D3) 은 하부 경계선의 직경 (D4) 보다 클 뿐만 아니라 스크류 헤드의 직경보다도 최대 5% 크고, 예컨대 그 직경 (D3) 은 넥 (19) 과 회전 대칭인 엔벨롭면 (22) 사이의 경계선 (47) 에 의해 결정된다. 이 경우, 원형 아크형 선 (45a) 의 반경 (R2) 은 1.0 mm 이며, 동시에 경계선 (40a, 41a) 사이의 축방향 거리 (L3) 는 0.65 mm 이다. 이는 어깨면 (36a) 의 축방향 길이 (L3) 가 공지의 절삭 인서트의 어깨면 (36) 의 대응 길이보다 짧다는 것을 의미하기 때문에, 무엇인가는 상면 (31a) 과 어깨면의 하부 경계선 (41a) 사이의 총 길이 (L4) 의 감소를 위하여 기여하여야 하며 그 길이는 정확히 1.31 mm 이다. 그 결과, 스크류의 헤드가 절삭 인서트에서 더 높게 위치되어, 스크류의 넥와 어깨면 사이의 접촉선과 상면 (31a) 사이의 길이 (K) 는 0.91 mm 에서 0.82 mm 로 감소하며, 또한 스크류 헤드의 상면 (48) 과 절삭 인서트의 상면 (31) 사이의 거리도 0.27 mm 에서 0.14 mm 로, 예컨대 약 절반으로 감소한다. 환언하면, 스크류의 헤드와 절삭 인서트의 상면 사이의 거리 (N) 는 절삭 인서트의 두께 (T) 의 5.6 % 가 된다. 비록 이 측정치가 변할 수는 있지만, 그 수치가 8% 를 초과해서는 안 된다. 또한, 거리 (L4) 는 절삭 인서트의 두께 (T) 의 55% 를 초과해서도 안 된다.

본 발명에 따른 절삭 인서트는 하방으로 테이퍼진 전이면 (35a) 을 가지며, 이 표면은 원형 아크형 선 (44a) 에 의해 형성된 오목한 아치형이다. 이 경우, 이 원형 아크형 선 (44a) 의 반경 (R1) 은 0.3 mm 이다.

입구면 (34a) 의 최대 직경이 너무 커져서 평면형 상면 (31a) 을 과도하게 침범하지 않도록 하기 위하여, 입구면와 전이면 (35a) 사이에 약간 원추형인 면 (50) 이 형성된다. 이 경우, 그 표면 (50) 의 원추도 (conicity) 를 결정하는 각도 (α) 역시 4°이다.

본 발명의 장점

구멍의 입구면이 단면이 볼록한 트럼펫형으로 제공된다는 사실에 의하여, 절삭 인서트의 상면과 부분적으로 스크류 헤드를 따라서 미끌어지는 칩은 칩 제거용 모서리로부터 절삭인서트의 후방 단부까지, 나아가 칩 플루트 안으로 후방을 향해 매우 매끈하게 통과할 수 있다. 이 점은 공지의 절삭 인서트의 가파르고 첨예한 모서리의 입구면과 비교되어야 하는데, 이 모서리는 칩을 두드려 작은 부분으로 분리시키는 가파른 장애물이었으며, 칩의 이러한 작은 부분들이 구멍의 내부와 스크류 헤드의 엔벨롭면 사이의 공간에 파고들었던 (wedged) 것이다. 새로운 절삭 인서트에서, 스크류 헤드의 상면이 절삭 인서트의 상면 근처 바로 아래에 위치하는 상황은 또한 칩이 구멍의 입구면을 부드럽게 통과할 수 있다는 사실에 상당히 기여한다. 절삭 인서트의 구멍의 새로운 디자인의 결과로, 또한 갭 (S) 의 폭이 (0.24 mm 에서 0.18 mm 으로) 30% 감소하였다. 이러한 사실은 또한 갭에서의 버스팅 효과 (bursting effect) 의 위험을 최소화하는데 기여한다. 나아가, 스크류 또는 드릴 몸체 어느 것도 개조하지 않으면서 절삭 인서트에서의 균열의 형성과 관련된 문제점을 해결할 수 있다는 점을 강조하고자 한다.

비록 중심 인서트와 테이퍼진 넥 (소위, 원추형 스크류) 을 가진 스크류를 포함하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 예컨대 주변 인서트 등의 다른 종류의 절삭 인서트에도 그리고 예컨대 평탄형 헤드를 구비한 스크류 등의 다른 종류의 체결 스크류를 갖는 드릴에도 동일하게 적용될 수 있다. 최종적으로 설명한 경우에 있어서, 절삭 인서트 구멍의 어깨면은 평면형 고리 면과 유사하게 평면형 고리면에 접하여 압박하도록 제작된다.

또한, 구멍의 입구면은 도시된 바와 같이 부드럽게 라운딩된 부드러운 면과는 다르게 단면이 볼록하게 제공될 수도 있다는 점을 지적하고자 한다. 따라서, 당해 표면은 개별적으로는 원추형이지만 이들이 함께 상기 상부 및 하부 경계 선 사이에서 볼록한 입구면을 형성하는 복수의 간면 (facet surface) 에 의해 형성될 수도 있다.

트럼펫형의 입구면이 부드러운 호면 형태이든 아니면 다수의 깨진 간면 형태이든 관계없이, 임의의 원형 경계선의 직경이 그 표면을 따라서 하부 경계선으로부터 상부 경계선을 향해서 증가하게 된다는 것이 적용된다.

Claims

칩 제거 기계가공용 드릴로서, 상기 드릴은 드릴 몸체 (1) 는 물론 교체가능한 절삭 인서트 (2) 를 포함하며, 상기 절삭 인서트는 상기 드릴 몸체의 전방 팁 (6) 내에 형성된 포켓 (7) 에 장착되고, 상기 포켓으로부터 칩 플루트 (8) 가 상기 드릴 몸체를 따라서 후방으로 연장되며, 상기 절삭 인서트는 수나사 (21) 를 구비한 섕크 및 헤드 (18) 를 포함하는 스크류 (16) 에 의해 상기 포켓에 고정되며, 상기 절삭 인서트는 상면 (31a) 과 하면 (32) 사이에서 연장된 관통 구멍 (17) 을 포함하며, 상기 구멍은 기본적으로 중심축 (C17) 에 대하여 회전 대칭인 형태로, 상기 상면 (31a) 으로부터 하방으로 수렴하는 입구면 (34a) 과 어깨면 (36a) 을 포함하는 일련의 표면에 의해 경계가 설정되며, 상기 스크류 (16) 의 헤드 (18) 는 상기 스크류의 수나사 (21) 가 상기 포켓 (7) 의 바닥 (12) 에서 개방되는 구멍 (13) 에 포함된 암나사에 체결될 때 상기 어깨면 (36a) 에 대한 압박을 유지하는 드릴에 있어서,

상기 절삭 인서트의 상기 구멍 (17) 의 상기 입구면 (34a) 은 상기 절삭 인서트의 상면 (31a) 에 인접하여 트럼펫형의 볼록한 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 드릴.
제 1 항에 있어서,

상기 입구면 (34a) 은 상부 및 하부 경계선 (38a, 39a) 사이에서 연장되며, 상기 상부 경계선 (38a) 은 또한 상면 (31a) 의 내부 경계선을 형성하며, 볼록하고 회전 대칭인 상기 입구면 (34a) 의 단면은 볼록한 곡선 (43a) 에 의해 형성되며, 상기 곡선 (43a) 은 상기 상부 및 하부 경계선 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 드릴.
제 2 항에 있어서,

상기 상부 경계선 (38a) 의 직경 (D1) 은 상기 하부 경계선 (39a) 의 직경 (D2) 보다 5% 이상 큰 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 드릴.
제 2 항에 있어서,

상기 하부 경계선 (39a) 의 직경 (D2) 은 상기 절삭 인서트의 내접원 (IC) 의 직경 (D5) 의 최대 60% 인 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 드릴.
제 2 항에 있어서,

상기 입구면 (34a) 의 아치형을 형성하는 상기 곡선 (43a) 은 원형이며, 그 반경 (R3) 은 상기 구멍 (17) 의 최소 직경 (D4) 의 최대 50% 인 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 드릴.
제 2 항에 있어서,

상기 어깨면 (36a) 은 아크형 선 (45a) 에 의해 형성된 볼록한 회전대칭형이며, 상기 아크형 선 (45a) 은 상부 및 하부 원형 경계선 (40a, 41a) 사이에서 연장되며, 상기 상부 경계선 (40a) 의 직경 (D3) 은 하부 경계선 (41a) 의 직경보다 클 뿐만 아니라 상기 스크류 헤드 (18) 의 직경 (D8) 보다 최대 5% 크며, 상기 스크류 헤드는 테이퍼진 넥 (19) 과 상기 헤드의 원통형 엔벨롭면 (22) 사이의 경계선 (47) 에 의해 결정되며, 상기 스크류의 헤드 (18) 는 상기 구멍의 어깨면 (36a) 에 대하여 압박되는 테이퍼진 넥 (19) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 드릴.
제 6 항에 있어서,

상기 어깨면 (36a) 의 하부 경계선 (41a) 과 상기 절삭 인서트의 상면 (31a) 사이의 축방향 거리 (L4) 는 상기 절삭 인서트의 두께 (T) 의 최대 55% 이며, 상기 스크류 헤드의 상면 (48) 은 상기 절삭 인서트의 상면 (31a) 으로부터 떨어진 거리 (N) 에 위치하며, 상기 거리는 상기 절삭 인서트의 두께 (T) 의 최대 8% 인 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 드릴.
제 6 항에 있어서,

상기 입구면 (34a) 과 상기 어깨면 (36a) 사이에 전이면 (35a) 이 형성되며, 상기 전이면 (35a) 은 상기 어깨면을 향해 수렴하는 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 드릴.
드릴 절삭 인서트로서, 상기 인서트는 상면 (31a) 과 하면 (32) 을 포함하 며, 상기 상면 (31a) 과 하면 (32) 사이에 관통 구멍 (17) 이 연장되며, 상기 관통 구멍 (17) 은 기본적으로 중심축 (C17) 에 대하여 회전 대칭인 형태이며, 상기 상면 (31a) 으로부터 하방으로 수렴하는 입구면 (34a) 과 어깨면 (36a) 을 포함하는 일련의 표면에 의해 경계가 설정되는 드릴 절삭 인서트에 있어서,

상기 입구면 (34a) 은 상기 절삭 인서트의 상면 (31a) 에 인접하여 트럼펫형의 볼록한 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 드릴 절삭 인서트.
제 9 항에 있어서,

상기 입구면 (34a) 은 상부 및 하부 원형 경계선 (38a, 39a) 사이에서 연장되며, 상기 상부 경계선 (38a) 은 또한 상면 (31a) 의 내부 경계선을 형성하며, 볼록하고 회전 대칭인 상기 입구면 (34a) 의 단면은 볼록하게 곡선 (43a) 에 의해 형성되며, 상기 곡선 (43a) 는 상기 상부 및 하부 경계선 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는 드릴 절삭 인서트.
제 10 항에 있어서,

상기 상부 경계선 (38a) 의 직경 (D1) 은 상기 하부 경계선 (39a) 의 직경 (D2) 보다 5% 이상 큰 것을 특징으로 하는 드릴 절삭 인서트.
제 10 항에 있어서,

상기 하부 경계선 (39a) 의 직경 (D2) 은 상기 절삭 인서트의 내접원 (IC) 의 직경 (D5) 의 최대 60% 인 것을 특징으로 하는 드릴 절삭 인서트.
제 10 항에 있어서,

상기 입구면 (34a) 의 아치형을 형성하는 상기 곡선 (43a) 은 원형이며, 그 반경 (R3) 은 상기 구멍 (17) 의 최소 직경 (D4) 의 최대 50% 인 것을 특징으로 하는 드릴 절삭 인서트.
제 9 항에 있어서,

상기 어깨면 (36a) 은 아크형 선 (45a) 에 의해 형성된 볼록한 회전대칭형이며, 상기 아크형 선 (45a) 은 상부 및 하부 원형 경계선 (40a, 41a) 사이에서 연장되며, 상기 상부 경계선 (40a) 의 직경 (D3) 은 하부 경계선 (41a) 의 직경보다 클 뿐만 아니라 상기 스크류 헤드 (18) 의 직경 (D8) 보다 최대 5% 크며, 상기 스크류 헤드는 테이퍼진 넥 (19) 과 상기 헤드의 원통형 엔벨롭면 (22) 사이의 경계선 (47) 에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 드릴 절삭 인서트.
제 10 항에 있어서,

상기 입구면 (34a) 과 상기 어깨면 (36a) 사이에 전이면 (35a) 이 형성되며, 상기 전이면은 상기 어깨면을 향해 수렴하는 것을 특징으로 하는 드릴 절삭 인서트.
제 15 항에 있어서,

원추면 (50) 이 상기 입구면 (34a) 과 상기 전이면 (35a) 사이에 형성되고, 상기 원추면은 상기 입구면으로부터 상기 전이면을 향해 수렴하는 것을 특징으로 하는 드릴 절삭 인서트.
제 9 항에 있어서,

상기 드릴 절삭 인서트는 중심 인서트 (2) 이며, 상기 중심 인서트 (2) 는 4개의 동일한 절삭날 (25) 을 구비함으로써 위치조정이 가능하며, 상기 절삭날 (25) 각각은 2개의 부분날 (26, 27) 로 형성되며, 상기 2개의 부분날은 상기 절삭 인서트의 중심으로부터 다른 반경 거리로 위치하는 것을 특징으로 하는 드릴 절삭 인서트.