KR101485408B1 - 이젝터 드릴 시스템 - Google Patents

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데이비드 에이. 러츠
제임스 알. 포터
채드 엠. 린치
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얼라이드 머신 앤드 엔지니어링 코포레이션
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Abstract

내경부와 나사부를 구비하는 관모양의 생크용 드릴헤드가 개시되며, 상기 드릴 헤드는 제1 단부를 관통하여 퇴거하는 덕트, 상기 제1 단부에 인접하며, 상기 생크상의 상기 나사부에 대응하고, 상기 덕트를 상기 생크의 내경부와 정렬시키는 나사부,상기 몸체부의 외면으로부터 상기 덕트로 연장되는 보어및 제2 단부에 인접하고, 축 방향으로 연장되며, 서로 평행한 두 개의 상쇄면을 구비하는 축 방향 몸체부; 및 상기 상쇄면 사이에 부착되며, 일 상쇄면에 적어도 부분적으로 접촉하는 제1 정면 및 타 상쇄면에 적어도 부분적으로 접촉하는 제2 정면, 상기 제1 정면, 상기 제2 정면, 또는 양 정면에 인접하는 적어도 하나의 커팅엣지 및 상기 적어도 하나의 커팅엣지에 인접하는 커팅립을 구비하는 인서트를 구비한다.

Description

이젝터 드릴 시스템 {EJECTOR DRILL SYSTEM}
본 발명은 내경부와 나사부를 구비하는 관 모양의 생크용 드릴헤드에 관한 것이다.
홀을 깊게 만들 수 있는 드릴 시스템에는 권총형 드릴(gun drills), 단일 튜브형 드릴 시스템(single tube drilling system) 및 이중 튜브형 드릴 시스템(double tube drilling system)이 있으며, 이들은 공지되어 있다. 홀을 깊게 만들 수 있는 이들 드릴 시스템은 직경 비율의 깊이를 가진 홀을 만들기 위해서 이용될 수 있다.
단일 튜브 시스템, 즉 STS 드릴 시스템은 권총형 드릴을 능가하는 개선된 관통률, 정확한 홀 사이즈의 형성 및 진직도(straightness)를 가지고 직경 비율의 깊이로 홀을 만들 수 있다. 동시에, 그와 같은 시스템은 단일 유효 커팅엣지로 구성되어 자신을 커팅하는 단점이 있다. 이것은 상당한 스트레스를 야기한다. 또한, 상기 시스템은 구성상 마모 패드를 이용하여, 커팅 동작시 상당한 힘으로 홀을 지지한다. 따라서, 상기 마모패드는 홀을 경화시키고 재료를 무르게 할 수 있다. 이를 홀 경화라 하는데, 바람직하지 않은 현상이다. 상기 STS 드릴 시스템은 드릴헤드(drilling head), 보어링 생크(boring shank) 또는 튜브(tub) 및 압력헤 드(pressure head)를 포함한다. 상기 드릴헤드는 나사 식으로 상기 튜브에 형성되며, 상기 튜브의 내측은 상기 드릴헤드를 통하여 적어도 하나의 개구부와 연통한다. 작동시에, 상기 압력헤드를 통하여 상기 튜브의 외측 및 상기 홀 벽 사이에 커팅유체를 강제로 삽입할 수 있다. 상기 커팅유체는 드릴 공정에서 만들어진 칩과 함께 상기 드릴헤드와 상기 튜브의 중심을 통과하여 배출된다.
상기 STS는 커팅유체를 약 1000 PSI (약 689.4 킬로파스칼)이상의 압력으로 제공하는 커팅유체 이송시스템을 필요로 한다. 상기 압력헤드는 상기 튜브와 상기 홀 벽 사이에 커팅유체를 유입시킨다. 공동부의 압력을 유지하기 위하여, 상기 압력헤드는 피천공부를 밀봉하여 수밀씰(water tight seal)을 형성한다. 밀봉과 관련한 일 실시예에 따르면, 피천공부는 상기 압력헤드에 대한 피천공홀 주변에 평평한 지역을 가져 밀봉된다.
이중 튜브형 드릴 시스템, 즉 DTS 드릴 시스템은 이젝터 시스템(ejector system)으로서 공지되어 있고, 상기 단일 튜브형 드릴 시스템과 유사한 원리로 동작한다. 상기 양 시스템은 원통형 몸체부 설계를 활용하여 커팅유체와 칩을 내부적으로 배출시킨다. 상기 DTS 드릴 시스템은 적은 커팅유체의 압력과 부피를 이용할 수 있다.
상기 DTS 드릴 시스템은 드릴헤드, 외부튜브, 내부튜브 및 회전식 또는 비 회전식 기계 연결부를 구비할 수 있다. 상기 드릴헤드는 나사 식으로 상기 외부튜브에 설치되고, 상기 외부튜브는 상기 내부튜브와 함께 상기 드릴헤드를 통하여 적어도 하나의 개구부와 연통한다. 상기 내부 및 외부 튜브는 기계식 공구 연결부에 의해서 유지된다. 커팅유체는 상기 기계식 공구 연결부를 통하여 상기 내부 및 외부튜브 사이에서 전달된다. 상기 커팅유체 중 일부는 상기 내부튜브 벽의 벤츄리 슬롯(venturi slot)을 통하여 내부튜브의 내부로 이송된다. 커팅유체의 나머지는 커팅엣지로 이송하여 상기 공구를 냉각하며 윤할유로서 기능 한다. 상기 벤츄리 슬롯을 통하여 이송되는 커팅유체는 상기 내부튜브에 저 압력지역을 만든다. 여기에서, 상기 내부튜브는 커팅유체와 칩을 커팅엣지로부터 상기 드릴헤드를 통하여 그것의 내부로 배출시킨다. 이러한 유사 진공상태 (vacuum-like phenomena)는 커팅유체의 압력과 부피를 50% 이상으로 줄인다. 임의의 DTS 시스템은 직경 0.75인치(약 19밀리미터) 이상의 홀에 이용될 수 있다.
상기 STS 및 DTS 드릴 시스템용 드릴헤드는 칩 배출 흡입구를 구비한 나사식 공구몸체부, 적어도 하나의 커팅엣지 및 적어도 하나의 마모패드를 구비할 수 있다. 종래기술에 따른 커팅엣지는 경화강 커팅엣지 또는 다수의 인서트로 구비되어 있다. 종래기술에 따른 드릴헤드는 그것의 커팅엣지가 교체되거나 재연마되기 어려워, 마모된 후 폐기된다.
따라서, 이러한 종래기술의 단점을 극복할 STS 및 DTS 드릴 시스템이 요구된다.
본 발명에 따른 실시예에 따르면, 내부 직경부와 나사부를 갖고, 제 1 단부를 통하여 퇴거하는 덕트를 구비한 축 방향 몸체부를 구비하는 관 모양의 생크용 드릴헤드가 개시된다. 제1 단부에 인접하며, 상기 생크상의 나사부와 대응하는 나사부는 상기 덕트를 생크의 내경부와 정렬시킨다. 보어는 상기 몸체부의 외면으로부터 상기 덕트방향으로 구비되며, 축 방향으로 연장되며 대략 평행한 두 상쇄면은 제2 단부에 인접하여 위치한다. 인서트는 상기 두 상쇄 면에 부착되며, 상기 인서트는 하나의 상쇄 면에 적어도 부분적으로 접하는 제1 면 및 나머지 상쇄 면에 적어도 부분적으로 접하는 제2 면을 구비하며, 상기 제1 면, 상기 제2 면, 또는 양면에 인접하여 위치하는 적어도 하나의 커팅엣지를 구비하며, 적어도 하나의 커팅엣지에 인접하는 커팅립(cutting lip)을 구비한다.
도 1은 본 발명에 따른 드릴헤드를 도시한 파쇄 사시도이다.
도 2는 도 1의 드릴헤드를 도시한 측면입면도이다.
도 3은 도 1의 드릴헤드를 도시한 사시도이다.
도 4는 카비드 클래딩(carbide cladding)을 포함하는 도 1의 드릴헤드를 도시한 사시도이다.
도 5는 카비드 마모패드를 포함하는 도 1의 드릴헤드를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 드릴헤드를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드릴헤드를 도시한 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 드릴 시스템이 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 드릴 시스템의 예가 도시되어 있고, 상기 드릴 시스템은 드릴헤드(10)을 구비하며, 상기 드릴헤드(10)는 이젝터 홀더 몸체부(12) 및 적어도 하나의 커팅 인서트(14)를 구비할 수 있다. 상기 커팅 인서트(14)는 예를 들어 스페이드 인서트(spade insert)일 수 있지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 임의의 바람직한 커팅 인서트(14)가 상기 이젝터 홀더 몸체부(12) 내에세 이용될 수 있다. 작동시, 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)와 상기 커팅 인서트(14)는 피천공홀의 중심선을 관통하는 회전축에 대하여 회전한다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 상기 커팅 인서트(14)는 대략 평평한 다각형 모양을 갖는 스페이드 인서트일 수 있으며, 제1 정면(15), 제2 정면(16), 제1 측면(17) 및 제2 측면(18)을 갖는다. 상기 커팅 인서트(14)는 제1 내지 2 정면(15,16)을 관통하는 적어도 하나 이상의 장착 개구부(19)를 구비할 수 있다. 상기 커팅 인서트(14)는 셀프-센터링 포이트(self-centering point)(20), 커팅엣지(cutting edge)(22), 커팅립(cutting lip)(24), 웹 커팅엣지(web cutting edge)(23) 및 커팅웹(26)을 더 포함하며, 선택적으로 적어도 하나의 칩파쇄부(chip breaker)(28)를 더 포함한다.
상기 커팅 인서트(14)는 커팅엣지(22)를 포함할 수 있다. 상기 커팅엣지(22)는 상기 커팅 인서트(14)가 회전함에 따라서 선행엣지에 위치될 수 있다. 상기 커팅 인서트(14)는 상기 셀프-센터링 포인트(20)를 관통하는 회전축에 대하여 대략 대칭적인 형태를 갖는다. 본 실시예에 따라서, 상기 커팅 인서트(14)는 상기 커팅 인서트(14)의 양 측면에 구비된 커팅엣지(22)를 가질 수 있다. 상기 커팅엣지(22)는 상기 셀프-센터링 포이트(20)에 인접한 웹 커팅엣지(23)로부터 상기 제1 정면(15)에 인접한 제1 측면(17)을 향하여 연장되거나, 상기 셀프-센터링 포이트(20)로부터 상기 제2 정면(16)에 인접한 상기 제2 측면(18)을 향하여 연장되거나, 또는 두 경우 모두 일 수 있다. 바람직한 홀 직경을 만들기 위하여 다수의 커팅엣지가 제공될 수 있다.
적어도 하나의 커팅립(24)은 적어도 하나의 커팅엣지(22)에 인접하여 위치할 수 있다. 상기 커팅립(24)은 컬(curl) 형태로 형성된 금속 칩을 만들어 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)로 배출할 수 있는 기하학적인 형태를 가질 수 있다. 상기 칩의 사이즈와 형태는 상기 커팅립(24)의 위치와 사이즈와 구성을 변경함으로써 조절될 수 있다.
적어도 하나의 커팅웹(26)은 상기 셀프-센터링 포이트(20)에 인접하여 위치될 수 있으며, 상기 커팅웹(26)은 적어도 하나의 웹 커팅엣지(23)을 구비할 수 있다. 상기 커팅웹(26)은 상기 커팅 인서트(14)의 단부에 위치한 재료가 깍여 처리가능한 칩의 형태가 되도록 한다. 종래 기술에 따른 드릴 시스템은 드릴포인트의 중심에서의 각 속도의 저하로 인하여, 재료를 압출하기는커녕 피천공홀의 중심에서 재료를 기계적으로 (칩 형태로) 커팅하지 못한다. 상기 커팅웹(26)은 상기 드릴 포인트에서 칩 형태를 가능하게 하며 상기 커팅웹(26)의 전단능력에 기인하여 칩의 분출을 감소시킨다. 또한, 상기 커팅웹(26)은 상기 드릴 커팅 인서트(14)가 중심에서 홀을 시작하여 진직도를 보유하도록 한다.
적어도 하나의 칩 파쇄부(28)는 상기 커팅 인서트(14)상에 선택적으로 구비되어 상기 칩의 폭을 조절할 수 있다. 상기 칩의 폭을 조절함으로써 칩이 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)의 중심을 통하여 배출될 수 있다. 임의의 애플리케이션에서, 상기 칩 파쇄부(28)는 커팅 주철(cutting cast iron) 또는 커팅 카본섬유(cutting carbon fibers)이 사용되는 경우 요구되지 않을 수 있다.
상기 이젝터 홀더 몸체부(12)는 일반적으로 관 형태를 가질 수 있으며, 제1 단부 또는 생크단부(36) 및 제2 단부 또는 인서트 단부(34)를 구비할 수 있다. 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)의 적어도 일부를 관통하는 배출채널 또는 덕트(38)는 상기 생크단부(36)을 퇴거시켜 칩 및 커팅유체가 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)를 통하여 상기 생크 또는 튜브 안으로 유입되도록 한다. 상기 생크단부(36)는 보어링 생크 또는 튜브(도시되지 않음)에 부착되도록 구성될 수 있다. 상기 튜브는 내경부와 상기 드릴헤드를 부착할 나사부를 구비한다. 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)는 상기 제1 단부 또는 생크단부(36)에 인접하여 위치되며, 상기 생크 상의 나사부에 대응하고, 상기 덕트(38)를 상기 생크 또는 튜브와 정렬시키는 나사부(40)을 구비한다. 상기 덕트(38)는 상기 튜브가 정렬되는 경우 상기 튜브의 내경부와 같은 직경을 가질 필요는 없다.
상기 나사부(40)은 다중리드 락킹 나사부(multiple lead locking thread)일 수 있다. 또한, 상기 나사부(40)은 단일 리드 나사부일 수 있다.
튜브 베어링면(tube bearing surface)(42)은 상기 튜브와 상기 이젝터 홀더몸체부(12)의 교차점 주변에 인접한 이젝터 홀더 몸체부(12)상에 구비될 수 있다. 상기 튜브 베어링면(42)은 상기 튜브의 내경부 및 상기 튜브의 내부면 주변에 끼워질 수 있다. 상기 튜브 베어링면(42)은 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)를 상기 튜브와 정렬시키기 위해서 이용될 수 있다. 상기 튜브 베어링면(42)은 상기 튜브의 내부면을 밀착하여 결합시키기 위한 정밀한 기준이 된다. 빽빽한 끼워맞춤공차(close tolerance fit)는 이젝터 드릴 시스템과 관련한 최대허용 런아웃(T.I.R)를 줄일 수 있고 홀의 진직도(hole straightness)를 개선한다.
상기 나사부(40), 상기 튜브 베어링면(42) 또는 그것의 조합은 대체로 상기 튜브 및 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)의 결합체를 밀봉하도록 설계되었다. 기타 밀봉장치나 밀봉방법이 이용될 수 있다. 가령, 적어도 하나의 오링(O-ring), 가스킷(gasket), 밀봉테이프, 코깅부재, 접착제, 또는 기타 밀봉 부재가 있을 수 있지만, 본 발명은 여기에 국한되지 않는다.
보어링 생크 또는 튜브는 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)의 나사부(40)에 대응하는 내부면 상에 위치한 나사부를 구비할 수 있다. 상기 내부 나사부는 작동시 상기 드릴 시스템이 회전함에 따라서 상기 나사부(40)를 튜브 내부로 더 팽팽하게 가져오는 락킹 나사부일 수 있다.
또한, 상기 이젝터 홀더몸체부(12)는 부착수단에 의하여 상기 보어링 생크 또는 튜브에 부착할 수 있으며, 상기 부착수단에는 적어도 하나 이상의 키홈, 클램프, 플랜지, 또는 기타 패스너를 포함하지만, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
상기 인서트 단부(34)는 상기 커팅인서트(14)를 부착시키도록 구성될 수 있다. 상기 인서트 단부(34)는 축 방향으로 연장되며 대략 평행한 두 상쇄면(30,32) 으로 구성될 수 있다. 상기 두 상쇄면(30,32)은 제2 단부에 인접하여 배치된다. 상기 상쇄면(30,32)은 상기 인서트(14)의 두께와 같은 거리만큼 상쇄될 수 있다. 상기 두 상쇄면(30,32)은 길이방향으로 상쇄되어 상기 인서트(14)를 상기 몸체부(12)에 고정하는 틈새(clearance)를 제공한다. 상기 커팅인서트(14)는 적어도 하나 이상의 스크루(43)를 상기 커팅인서트(14)의 장착 개구부(19)에 관통시켜 상기 상쇄면(30)과 적어도 부분적으로 접촉하는 제1 정면(15)과 타 상쇄면(32)과 적어도 부분적으로 접촉하는 제2 정면(16)을 상기 인서트 단부(34)에 부착시킨다.
상기 이젝터 홀더 몸체부(12)는 베어링 영역(44)을 구비할 수 있다. 상기 베어링 영역(44)은 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)의 적어도 하나 이상의 외면을 포함할 수 있다. 상기 베어링 영역(44)는 크롬층을 구비하여 작동시 보호될 수 있다. 상기 베어링 영역(44)의 외경은 드릴 직경 보다 약간 작을 수 있다. 상기 크롬층은 저 회전속도와 온도에서 상기 베어링 영역(44)를 보호할 수 있다.
도 4 와 5에서 도시된 바와 같이, 상기 베어링 영역(44)은 상기 몸체 외면의 적어도 일부에 클래딩(cladding)(46)을 구비할 수 있다. 상기 클래딩(46)은 상기 몸체의 외경부의 면상에서 카비드 물질로 이루어진 박막으로 이루어져 있다. 상기 클래딩(46)의 외경은 드릴 직경보다 약간 적을 수 있다. 상기 클래딩(46)은 베어링 영역(44)을 상대적으로 높은 회전속도 및 온도로부터 보호할 수 있다. 도 5에서 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따라서, 다수의 카비드 마모패드(46')가 구비된다. 상기 마모패드(46')는 임의의 위치에서 납땜 되거나 적절하게 고정될 수 있다. 상기 클래딩(46)이나 상기 마모패드(46')는 애플리케이션에 따라서 적절하게 증가할 수 있다. 상기 클래딩(46)이나 상기 마모패드(46')는 티타늄 카비드(tianium carbide) 및 텅스텐 카비드(tungsten carbide)와 같은 카비드 물질, 알루미늄 브론즈(aluminum bronze), 고속도강(high speed steel), 하드 크로밍(hard chroming) 또는 기타 마모물질로 이루어질 수 있다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 채널(48)은 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)의 외면을 따라서 형성되어 유체를 상기 인서트로 안내할 수 있다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 채널(48)은 커팅유체가 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)의 페리미터를 따라서 상기 커팅 인서트(14)로 흐를 수 있도록 해준다. 상기 채널(48)은 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)를 관통하는 축에 대략 평행하다. 또한, 상기 채널(48)은 각을 이루는 방위(angled orientation), 나선형 방위(spiral orientation), 아치형 방위(arcuate orientation), 또는 상기 커팅유체를 상기 인서트로 향하게 할 수 있는 기타 방위를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 드릴시스템을 관통하는 상기 커팅유체는 냉매로서 작용하여 커팅영역의 피 전단물질을 냉각하여 칩이 관리가능한 형태가 되도록 한다. 상기 커팅유체는 상기 칩들을 상기 커팅영역으로부터 분출하여 상기 피 천공홀로 배출시킨다. 냉매채널은 상기 홀더바디(12)를 따라서 축 방향으로 구비되어 냉매가 상기 냉매튜브로부터 상기 홀더바디(12)의 페리미터(perimeter)를 따라서 흐르도록 한다. 냉매유체는 커팅영역에서 피 전단 물질을 냉각하며, 형성된 칩을 가공중심을 벗어나 냉매튜브를 통하여 배출크로스홀 및 채널로 향하도록 냉매 흐름을 제공한다.
상기 이젝터 홀더 몸체부(12)는 적어도 하나 이상의 홈(gullet)(52)으로 부 터 배출 채널 또는 덕트(38)를 관통하는 적어도 하나의 크로스 홀 또는 보어(50)를 더 구비한다. 상기 홈(52)은 상기 커팅인서트(14)로부터 상기 보어(50)까지 칩 및 커팅유체에 대한 통로를 제공한다. 릴리프 영역(54)은 상기 보어(50)에 인접하게 제공되어 칩 및 커팅유체를 보어 내부로 안내하며 상기 홈(52)에서 수집되는 칩을 줄여준다.
일 실시예에서, 상기 배출 크로스 홀(50)은 상기 홀더몸체부(12)의 중심축과 대략 수직인 양 홈(52)을 관통한다. 또한, 상기 보어(50)은 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)의 축으로부터 기울어져 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)를 관통할 수 있다. 상기 보어(50)은 상기 칩 및 상기 커팅유체가 상기 커팅영역으로 부터 분출되어 상기 덕트(38)로 유입되도록 할 수 있다.
상기 덕트(38)는 상기 생크단부(36)와 상기 보어(50) 사이에 위치한 이젝터 홀더몸체부(12)를 통하여 연장한다. 상기 커팅영역으로 부터 배출된 상기 칩은 상기 보어(50)을 통하여 상기 홈(52)를 따라서 상기 덕트(38)로 유입된다. 상기 피 천공홀로부터의 칩과 커팅유체는 상기 덕트(38)를 통하여 분출되어 보어생크 또는 튜브로 유입된다. 그 다음, 상기 커팅유체와 칩은 상기 튜브를 통하여 가공중심을 벗어난다.
작동시, 상기 커팅엣지 (22)가 수명을 다하는 경우, 상기 커팅 인서트(14)는 스크류(43)와 상기 인서트를 제거함으로써 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)로부터 제거될 수 있다. 새로운 커팅 인서트(14)가 장착되어 드릴공정이 계속될 수 있다.
상기 드릴헤드(10)는 튜브 시스템 또는 이중 튜브 시스템과 함께 이용될 수 있다. 상기 드릴헤드(10)는 드릴시스템을 능가하는 이점이 있는데, 첫째, 재료, 코팅 및 기하학적인 형상이 상기 드릴헤드(10)를 참작하여 선택되기 때문에 종래의 드릴이 작동할 수 없는 애플리케이션에 대하여 제 기능을 발휘할 수 있다. 상기 커팅인서트(14)의 재료는 다양한 종류의 애플리케이션에 따라서 변경될 수 있다. 또한, 다양한 코팅방법이 상기 커팅인서트(14)와 관련하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 다이아몬드 필름 코팅방법이 상기 커팅면과 상기 인서트(14)의 틈새 면상에서 이용될 수 있어서 경사면마멸(flank wear growth)을 최소화할 수 있다. 이러한 종류의 필름의 예로서 당업계에서 공지되어 있는 CVD 폴리크리스털린 다이몬드 필름이 있다. 특히 이 다이아몬드 필름은 예를 들어 비 금속 연마물질을 절삭할 때 유용하다. 또한, 티타늄 알루미늄 질화막과 같은 기타 코팅물질이 이용될 수 있다. 상기 커팅인서트(14)는 상기 드릴헤드(10)에 대한 특정 애플리케이션을 고려하여 바람직한 방법으로 코팅될 수 있다. 상기 커팅인서트(14)를 사용함으로써, 커팅의 기하학적인 형상이 다양한 애플리케이션에 따라서 형성될 수 있으며, 상기 기하학적인 형상을 다양하게 수정할 수 있어서, 여러 가지 종류의 애플리케이션 또는 재료들에 대한 커팅성능을 향상할 수 있다. 예를 들어, 양의 레이크 앵글(rake angle)을 갖는 커팅립 형상, 양의 레이크 앵글을 갖는 커팅웹, 셀프센터링 포인트를 구비하며 그리고/또는 상기 커팅엣지와 관련하여 원하는 칩 파쇄구조를 제공하는 인서트(14)등 다양한 커팅 기하학적인 형상들이 제공될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 양의 커팅립의 기하학적인 형상은 칩을 단단히 말리게 하여(curled) 상기 드릴헤드를 통하여 쉽게 배출되도록 하며, 이때 상기 칩의 사이 즈는 상기 커팅립의 위치, 크기, 구조에 따라서 달라진다. 상기 커팅립의 구조는 상기 칩이 적절히 형성되도록 다양하게 수정될 수 있다. 상기 양의 커팅웹의 기하학적인 형상을 이용할 경우, 상기 커팅인서트(14)에 위치한 상기 재료는 전단 되어 더욱 원활하게 관리될 수 있는 칩으로 형성되는데, 이러한 관리가능한 칩의 형태는 천공포인트의 중심에서 차별적으로 낮은 속도로 피 천공홀의 중심에서 재료를 배출시키는 동작을 최소화할 수 있다. 상기 웹의 기하학적인 형상은 천공포인트에서의 상당히 많은 수의 기계적인 칩 형성을 고려하여 구성될 수 있으며, 웹 커팅엣지의 전단능력 및 커팅 드릴 센터의 더욱 자유로운 조절에 의하여 상기 배출을 줄일 수 있다. 이것은 중심에서 시작하는 홀을 천공할 때 유익하며, 전체적으로 진직도(straightness)를 개선할 수 있다. 셀프-센터링 포인트의 기하학적인 형상은 상기 커팅인서트(14)에서의 틈새 특징의 조합에 의하여 제공될 수 있으며, 이는 센터링 능력을 개선한다. 상기 센터링 능력을 개선함으로써, 천공안정성을 개선할 수 있으며, 전체적인 홀 진직도를 개선할 수 있다. 칩 파쇄부를 추가하여 칩의 폭을 조절할 수 있는데 이는 상술한 바와 같이 상기 이젝터 홀더몸체부의 중심을 통하여 배출될 수 있는 형태를 갖는 칩을 만드는데 도움을 준다.
또한, 상기 개시된 드릴헤드(10)는 홀당 비용(cost per hole)이 줄어드는 것에 이점이 있다. 이것은 몇 가지 다양한 방법에 의해서 구현될 수 있다. 종래 기술에 따른 납땜된 드릴헤드는 하나의 설계 예일 수 있다. 상기 드릴헤드가 마모되거나 파손되면, 전체 드릴헤드를 교체해야만 한다. 이것은 비용적으로, 특히 홀 직경을 증가시킨다. 본 발명에 따라 개시된 드릴헤드에서는, 작업자가 마모되거나 파손 된 커팅인서트(14)만을 교체할 수 있다. 따라서, 마모시, 상기 드릴헤드(10)로 부터 빠르고 효율적으로 상기 커팅엣지가 교체될 수 있다. 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)의 비용은 다중 커팅 인서트(14)를 통해서 청산될 수 있으며, 이는 전체적인 공구 비용을 줄일 수 있다.
홀당 비용은 증가한 관입률(penetration rate)을 고려하여 계산될 수 있다. 본 발명에서 개시된 드릴헤드(10)는 두 유효 커팅엣지를 포함할 수 있다. 이러한 설계는 단일 커팅엣지를 갖는 종래기술과 비교하여 상당한 이점을 갖는다. 본 발명에 따른 두 유효 커팅엣지를 구비한 드릴헤드(10)는 단일 커팅엣지를 구비한 종래기술에 비하여 두 배의 주입률(feed rate)를 갖는다. 이러한 증가한 관입률은 절단시간을 단축시켜 가공시간이 자유롭게 설정되도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 구조에서는 다양한 이점을 제공하며 종래 시스템과 관련된 문제들이 극복될 수 있다. 예를 들어, 상기 구조를 통하여, 상당한 힘이 홀에 부가되지 않는 한, 홀에 인접한 재료들은 경화되지않는다. 상기 시스템은 종래의 STS시스템처럼 자체적으로 절단동작을 하지않고, 두 유효 커팅엣지를 구비하기 때문에 마모패드가 과도한 힘을 가지고 홀을 지탱할 필요가 없다. 커팅 기하학적인 형상은 내각에 대비하여 상기 시스템에 부가된 방사하중을 최소화시키며, 열의 발생을 최소화시켜 피가공 물질이 무르게 되는 것을 막을 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 이젝터 홀더 몸체부(12)는 이전 실시예에서와 마찬가지로, 통상 관 모양을 가지며, 제1 단부 또는 생크단부(136) 및 제2 단부 또는 인서트(214)를 구비한 인서트 단부를 구비한다. 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)는 다시 배출채널 또는 덕트를 구비하는데, 상기 배출채널 또는 덕트는 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)를 관통하며 상기 생크단부를 후퇴시켜 칩 및 커팅유체가 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)를 통하여 상기 생크 또는 튜브 안으로 유입되도록 한다. 상기 생크단부(136)는 보어링 생크 또는 튜브(도시되지 않음)에 부착되도록 구성될 수 있다. 상기 튜브는 상기 드릴헤드를 부착할 내경부와 내부 나사부(140)를 구비한다. 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)는 상기 제1 단부 또는 생크단부(136)에 인접하여 위치되며, 상기 생크 상의 나사부에 대응하고 상기 덕트(38)를 상기 생크 또는 튜브의 내경부와 정렬시키는 내부 나사부(40)을 구비한다. 상기 덕트(38)는 상기 튜브가 정렬되는 경우 상기 튜브의 내경부와 같은 직경을 가질 필요는 없다. 상기 나사부(140)은 다중리드 락킹 나사부(multiple lead locking thread)일 수 있다. 또한, 상기 나사부(40)은 단일 리드 나사부일 수 있다.
도 7에서 도시된 바와 같이. 또 다른 실시예에 따르면, 이젝터 홀더 몸체부(212)는 통상 관 모양을 가지며, 제1 단부 또는 생크단부 및 제 2 단부 또는 인서트(214)를 구비한 인서트 단부를 구비한다. 배출채널 또는 덕트는 상기 이젝터 홀더 몸체부(212)의 적어도 일부를 관통하여 제공되며 상기 생크단부를 후퇴시켜 칩 및 커팅유체가 상기 이젝터 홀더 몸체부(12)를 통하여 상기 생크 또는 튜브 안으로 유입되도록 한다. 상기 생크단부는 보어링 생크 또는 냉매튜브(도시되지 않음)에 부착되도록 구성될 수 있다. 상기 튜브는 상기 드릴헤드를 부착할 내경부와 나사부를 구비한다. 상기 이젝터 홀더 몸체부(212)는 이전 실시예에서처럼 상기 제 1 단부 또는 생크단부에 인접하여 위치되며, 상기 생크 상의 나사부에 대응하고 상기 덕트를 상기 생크 또는 튜브의 내경부와 정렬시키는 내부 나사부를 구비한다. 상기 나사부(240)은 다중리드 락킹 나사부(multiple lead locking thread)일 수 있다. 또한, 상기 나사부(240)은 단일 리드 나사부일 수 있다. 튜브 베어링면(242)은 상기 튜브 또는 생크 및 상기 이젝터 홀더몸체부(212)의 교차점 주변의 상기 이젝터 홀더 몸체부(212)상에 구비될 수 있다. 상기 튜브 베어링면(242)는 상기 튜브의 내경부내부에 끼워지며 상기 튜브의 내부면 주변에 끼워진다. 상기 튜브 베어링면(242)는 상기 이젝터 홀더몸체부(212)와 상기 냉각제 튜브를 정렬시키기 위하여 이용된다. 상기 튜브 베어링면(242)은 상기 튜브의 내부면을 밀착시키기 위한 기준이된다. 빽빽한 끼움맞춤공차(close tolerance fit)는 이젝터 드릴 시스템과 관련한 최대허용 런아웃(T.I.R)를 줄일 수 있고 홀의 진직도(hole straightness)를 개선시킨다. 보어링 생크 또는 튜브는 상기 이젝터 홀더 몸체부(212)의 나사부(240)에 대응하는 내부면 상에 위치한 나사부를 구비할 수 있다. 상기 내부 나사부는 작동시 상기 드릴 시스템이 회전함에 따라서 상기 나사부(240)를 튜브 내부로 더 팽팽하게 가져오는 락킹 나사부일 수 있다. 또한, 상기 내부 나사부는 상기 이젝터 홀더 몸체부(212)를 상기 냉매 튜브에 단단하게 장착할 수 있다.
상기 이젝터 홀더 몸체부(212)는 베어링영역(244)를 구비할 수 있다. 상기 베어링 영역(244)은 상기 이젝터 홀더 몸체부(212)의 적어도 하나 이상의 외면을 포함할 수 있다. 상기 베어링 영역(244)은 크롬 또는 기타 마모물질로 형성된 층으로 형성되어 작동시 상기 베어링 영역(244)를 보호한다. 상기 크롬 또는 기타 마모 물질은 상기 홀더 외경부가 드릴(10)을 안내할 때 상기 홀더 외경부를 보호한다. 상기 베어링 영역(244)의 외경은 드릴 직경보다 약간 작을 수 있다. 상기 크롬층은 낮은 회전속도 및 온도에서 상기 베어링 영역(244)를 보호할 수 있다. 고속의 동작시, 카비드 클래드 물질은 상기 베어링면(244)과 관련하여 이용될 수 있다. 또한, 카비드 마모 스트라이프(246)는 상기 이젝터 홀더 몸체부(212)를 보호하기 위하여 이용될 수 있다. 또한, 상기 카비드 마모 스트라이프(246)는 상기 베어링면(244)과 관련하여 제공될 수 있다. 상기 마모 스트라이프(246)는 상기 몸체부의 외면의 적어도 일부 상에 제공되며, 상기 몸체부의 외경면 상에서 카비드 물질로 구성된 가는 스트라이프로 구성될 수 있다. 상기 스트라이프(246)의 외경은 드릴 직경보다 약간 적을 수 있다. 상기 마모 스트라이프(246)는 높은 회전속도와 온도에서 상기 베어링 영역(244)를 보호할 수 있다. 상기 마모 스트라이프(246)는 적절한 위치에 납땜질을 통하여 구비될 수 있거나, 상기 이젝터 홀더 몸체부(212)에 적절하게 고정될 수 있다. 상기 마모 스트라이프(246)는 볼트로 연결되거나 적절하게 상기 홀더 몸체부(212)에 연결될 수 있다. 상기 마모 스트라이프(246)는 카비드 비딩(carbide beading)방법을 통해서 제조될 수 있으며, 기타 다른 방법들이 고려될 수 있다. 상기 마모 스트라이프(246)는 애플리케이션에 따라서 증가되거나 감소될 수 있다. 상기 마모 스트라이프(246)는 티타늄 카비드(titanium carbide) 및 텅스텐 카비드(tungsten carbide)와 같은 카비드 물질, 알루미늄 브론즈(aluminum bronze), 고속도강(high speed steel), 하드 크로밍(hard chroming) 또는 기타 적절한 마모물질로 이루어 질 수 있다. 채널(248)은 상기 이젝터 홀더 몸체부(212)의 외면을 따라서 위치되어 유체가 인서트(214)를 향하여 안내될 수 있도록 한다. 상기 채널(248)은 커팅유체가 상기 이젝터 홀더 몸체부(212)의 페리미터를 따라서 상기 커팅 인서트(14)로 흐를 수 있도록 해준다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (25)

  1. 내경부와 나사부를 구비하는 관 모양의 생크용 드릴헤드에 있어서,
    제1 단부를 관통하여 퇴거하는 덕트,
    상기 제1 단부에 인접하며, 상기 생크상의 상기 나사부에 대응하고, 상기 덕트를 상기 생크의 내경부와 정렬시키는 나사부,
    외면으로부터 상기 덕트로 연장되는 보어를 구비하는 축 방향 몸체부; 및
    상기 축방향 몸체부에 부착되며,
    날끝각을 갖는 커팅 기하학 구조로 형성되는 두 개의 커팅엣지 및
    상기 두 개의 커팅엣지에 인접하는 커팅립(cutting lip)을 구비하는 교체 가능한 인서트를 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 인서트의 두 개의 커팅 엣지는 상기 드릴헤드의 회전축으로부터 연장하는 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 커팅립은 양의 레이크 앵글(positive rake angle) 커팅 기하학 구조(cutting geometry)를 가지는 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 몸체부의 외측 지름상에 클래딩부 또는 코팅부를 가지는 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 몸체부의 상기 외측 표면을 따라 연장되어 유체를 상기 인서트로 안내하는 적어도 하나의 채널을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 채널은 회전축에 평행한 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 보어 주변에 위치된 릴리프부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 보어는 상기 몸체부를 통하여 상기 덕트에 수직하게 연장되는 크로스 보어인 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 나사부는 상기 몸체부 외측 표면상에 위치되는 외부 나사부 또는 상기 덕트에 인접한 내부 나사부인 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 인서트는 제1 정면 및 제2 정면을 포함하며, 상기 두 개의 커팅엣지는 상기 제1 정면 및 제2 정면에 각각 인접하는 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  18. 삭제
  19. 내경부와 나사부를 구비하는 단일 또는 이중관 모양의 생크용 드릴헤드에 있어서,
    제1 단부를 관통하여 퇴거하는 덕트;
    상기 제1 단부에 인접하며, 상기 생크상의 상기 나사부에 대응하고, 상기 덕트를 상기 생크의 내경부와 정렬시키는 나사부;
    상기 몸체부의 외면으로부터 상기 덕트로 연장되는 보어;를 구비하는 축 방향 몸체부; 및
    두 개의 커팅 에지를 가지며 상기 축방향 몸체부에 부착되고, 상기 드릴헤드의 회전축으로부터 연장하는 인서트를 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 몸체부의 외측 표면의 적어도 일부분에 제공된 내마모 재료(wear resistant material)를 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 내마모 재료(wear resistant material)는 카비드 재료(carbide material), 티타늄 카비드(titanium carbide), 텅스텐 카비드(tungsten carbide), 알루미늄 브론즈(aluminum bronze), 고속도강(high speed steel), 하드 크로밍(hard chroming), 또는 내마모 물질의 코팅 또는 이들의 결합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 몸체부의 상기 외측 표면을 따라 연장되어 유체를 상기 인서트로 안내하는 채널을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 인서트는 교체가능한 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  24. 제 19 항에 있어서, 상기 두개의 커팅 에지는 날끝각을 갖는 커팅 기하학적 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 드릴헤드.
  25. 삭제
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