KR101604530B1 - 리머 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리머에 관한 것으로, 절삭날이 형성된 바디가 초경합금으로 이루어지고, 바디의 절삭날은 보링하는 파일럿부와, 1차 리밍하는 제1리밍부 및 2차 리밍하는 제2리밍부로 구분되어 형성된다. 절삭성능이 향상되어 1개의 리머를 이용한 1회의 작업만으로 핀홀의 가공을 완료할 수 있어 리머 사용량과 작업시간이 감소하는 효과가 있다.

Description

리머{reamer}

본 발명은 리머에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전기를 구동하는 터빈의 로터와 버킷을 핀 연결하기 위한 핀홀을 가공하는데 사용되는 리머에 관한 것이다.

일반적으로, 가스터빈이나 증기터빈과 같은 터보머신(Turbo machine, 이하 가스터빈과 증기터빈을 비롯하여 터빈을 구비한 기관 내지 장치를 터보머신이라 한다)은 유체의 열에너지를 기계적 에너지인 회전력으로 변환하는 동력발생장치로, 유체에 의해 축회전하는 회전체 및 그 회전체를 지지하고 감싸는 고정체를 포함하고 있다.

증기터빈은 고압(HP) 터빈, 중압(IP) 터빈, 저압(LP) 터빈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 로터를 회전시키고, 직렬구조의 경우 고압, 중압, 저압 터빈이 하나의 로터를 공유한다.

증기터빈에서 각 터빈들은 케이싱(Casing)의 내부에 회전축(Rotor)을 중심으로 고정익(Diaphragm), 회전익(Bucket)을 구비하고 있다. 증기가 고압(HP) 터빈, 중압(IP) 터빈, 저압(LP) 터빈의 고정익과 회전익을 통과하면서 로터를 회전시켜 발전기를 구동시키게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 터보머신 중 하나인 가스터빈은 크게 발전기를 구동시키는 로터(110), 연소가스를 생성하기 위한 연소기(130), 연소기(130)로부터 토출되는 연소가스에 의해 구동하여 로터(110)를 회전시키는 터빈(140), 및 연소기(130)로 고압의 공기를 공급하는 압축기(150)를 포함하고 있다.

상기 압축기(150)를 회전시켜 외부 공기를 흡입ㆍ압축하여 연소기(130)로 보내고, 연소기(130)에서 압축 공기에 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온ㆍ고압의 연소 가스를 생성한 후 터빈(140)으로 보내지며, 연소기(130)로부터 토출된 고온ㆍ고압의 연소가스가 터빈(140)의 회전익을 구동시켜 로터(110)를 회전시키게 된다.

로터(110)는 베어링 장치에 의해 고정체(120)의 내부에 축회전 가능하게 지지된다. 로터(110)를 지지하는 베어링 장치는 로터(110)의 반경방향으로 작용하는 하중을 지지하는 레이디얼 베어링(radial bearing), 로터(110)의 축방향 하중을 지지하는 트러스트 베어링(thrust bearing)을 포함한다.

한편, 로터에 회전익 즉, 버킷을 장착하는 구조는 다음과 같다. 도 2에 도시된 바와 같이, 버킷(113)의 하단에 다수의 핑거(114)가 돌출 형성되어 있고, 핑거(114)는 로터(110)의 외주부에 동수로 형성된 슬롯(111)에 삽입되며, 이 부분 즉, 슬롯(111)을 형성하기 위한 로터(110)의 돌출부(112)와 버킷(113)의 핑거(114)가 다수 겹으로 겹쳐진 부분을 관통하여 다수의 핀홀(115)이 형성되고, 핀홀(115)에 핀(116)이 끼워져 로터(110)에 버킷(113)이 장착된다.

상기와 같은 로터와 버킷의 결합 구조가 공개특허 10-2004-0009502(2004.01.31 공개)에 개시되어 있다.

상기 핀홀(115)은 로터(110)의 돌출부(112)에 형성된 구멍과 버킷(113)의 핑거(114)에 형성된 구멍이 상호 일치하고, 핀(116) 직경으로 확장되며, 내부가 깔끔하게 다듬질되도록 로터(110)에 버킷(113)을 가조립한 후, 리머를 이용하여 가공한다.

리머(reamer)는 드릴이나 다른 절삭 공구로 미리 뚫어 놓은 구멍을 정확한 치수로 넓히거나 깨끗하게 다듬는데 사용되는 공구이다.

도 3에는 종래기술에 따른 리머가 도시되어 있다. 리머는 구동장치의 척에 물리기 위한 생크(shank ; 1)와, 생크(1)와 일체로 형성되고 절삭날(3)이 형성된 바디(2)로 이루어져 있으며, 절삭날(3)은 리머의 축방향을 따라 직선형으로 형성되어 있다.

따라서, 리머를 회전시키면서 핀홀(26)에 삽입 및 전진시키면, 절삭날(3)에 의해 로터(110) 돌출부(112)의 구멍과 버킷(113) 핑거(114)의 구멍 내주면이 절삭 가공되면서 상기 핀홀(115)이 형성된다. 핀홀(115) 가공은 고속도강 재질의 리머 2개를 사용하여 2차에 걸쳐 수행되는데, 1차는 로터(110) 돌출부(112)의 구멍과 버킷(113) 핑거(114)의 구멍을 형성한 드릴과 같은 직경의 리머를 이용하여 예비작업을 수행하고, 2차는 핀홀(115)에 삽입되는 핀(116)과 같은 직경의 리머를 이용하여 본작업을 수행한다.

상기와 같은 로터와 버킷의 핀홀 리밍(reaming) 작업에 있어서 종래에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

상기 버킷(113)이 티타늄을 소재로 한 고경도의 재질이고, 핀홀(115)의 수(로터 1대 당 600개소)가 매우 많으며, 하나의 핀홀(115) 당 2차에 걸친 작업을 실시해야만 하므로 작업시간이 매우 오래 걸리는 문제점이 있었다.

리밍 작업 후에 절삭날(3)의 마모가 심하게 발생하고, 이에 재사용을 위해 재연마를 실시함으로써 결과적으로 마모량과 연마량이 과도하여 리머의 수명이 감소되는 문제점이 있었다.

리머의 수명이 감소되므로 리머 사용량(사용 개수)이 증가하여 리머 구입 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 리밍 작업후 핀홀(115)의 조도 품질도 만족스럽지 못하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 1개의 리머를 사용하여 1회의 작업만으로 핀홀 가공을 완료할 수 있게 되어 가공 시간이 단축되고, 리머의 마모량 및 연마량이 감소하여 리머의 수명이 연장되며, 이에 리머의 사용량이 감소하여 리머 제작 또는 구입 비용이 감소되고, 핀홀의 조도가 향상될 수 있도록 된 리머를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리머는, 전진 안내 및 보링을 수행하는 파일럿부, 1차 리밍을 실시하는 제1리밍부, 2차 리밍을 실시하는 제2리밍부가 선단에서 후단으로 순차 형성된 바디와, 상기 바디의 후단에 연결된 생크를 포함하고, 상기 파일럿부와 제1리밍부와 제2리밍부의 외주면에는 다수의 절삭날이 형성된다.

상기 바디는 초경합금으로 이루어지고, 생크는 탄소강으로 이루어지며, 바디와 생크는 실버브레이징에 의해 상호 접합된다.

상기 바디의 후단에 쐐기형 걸림돌기가 형성되고, 생크의 전단에 동일한 형상의 걸림홈이 형성되며, 걸림홈에 걸림돌기가 삽입되어 접합된다.

상기 파일럿부와 제1리밍부의 사이 및, 제1리밍부와 제2리밍부의 사이에 각각 홈이 형성된다.

상기 파일럿부와 제1리밍부 및 제2리밍부는 직경의 크기가 파일럿부 < 제1리밍부 < 제2리밍부의 관계를 가진다.

상기 파일럿부는 제1리밍부와 제2리밍부에 비해 반수의 절삭날을 가진다.

상기 절삭날들은 왼나사 방향으로 비틀려 형성된다.

상기 절삭날들의 비틀림각은 6°이상 ~ 8°이하의 범위로 형성된다.

상기 절삭날들의 경사각(a)은 6°이상 ~ 8°이하의 범위로 형성된다.

상기 절삭날들의 여유각(b)은 8°이상 ~ 10°이하의 범위로 형성된다.

상기 절삭날들의 챔퍼각(C1,C2,C3)은 43°이상 ~ 47°이하의 범위로 형성된다.

상기 절삭날들의 기단부는 둥글게 라운딩 형성된다.

상기 파일럿부와 제1리밍부 및 제2리밍부의 절삭날들은 동일 나선 상에 형성될 수 있다.

상기 파일럿부와 제1리밍부 및 제2리밍부의 절삭날들은 원주 방향으로 서로 어긋나게 형성될 수 있다.

상기 파일럿부와 제1리밍부 및 제2리밍부는 후방으로 갈수록 지름이 감소하는 백테이퍼를 갖도록 형성된다.

상기 파일럿부와 제1리밍부 및 제2리밍부의 길이는 파일럿부 < 제1리밍부 < 제2리밍부의 관계를 갖는다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 리머의 바디가 초경합금으로 이루어짐으로써 내구성과 절삭 성능이 향상되어 리머의 마모량이 감소되고, 보다 빠른 시간에 핀홀 가공이 가능하며, 가공 완료된 핀홀 내주면의 조도가 향상된다.

리머 마모량이 감소하여, 재 사용을 위한 연마량이 감소함으로써 리머를 보다 오랜 시간 사용할 수 있게 된다.

리머의 개당 수명이 연장됨으로써 전체 핀홀 가공을 위해 사용되는 리머의 총 개수가 감소하여 리머 제작 또는 구입 비용이 감소된다.

리머의 바디가 파일럿부, 1차리밍부, 2차리밍부로 이루어짐으로써 2개의 리머를 이용하여 2차에 걸친 작업을 실시할 필요 없이, 하나의 리머로 1회의 작업만 실시하여 핀홀 가공을 완료할 수 있게 됨으로써 작업 시간이 크게 감소된다.

리밍 절삭과 직접 상관이 없는 생크는 초경합금에 비해 상대적으로 저가인 탄소강으로 제작함으로써 본 발명을 실시함에 있어 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 터보머신의 개략 단면도.
도 2는 터빈의 부분 단면 사시도로서, 로터와 버킷의 결합구조를 도시한 도면.
도 3은 종래 일반적인 리머의 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 리머의 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 리머의 생크와 바디의 연결부 분해 사시도.
도 6은 도 4의 I-I선 단면도로서, 본 발명에 따른 리머의 제2리밍부의 단면 형상을 나타낸 도면.
도 7은 도 4의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도로서, 본 발명에 따른 리머의 파일럿부의 단면 형상을 나타낸 도면.
도 8은 도 4의 g1, g2부 확대도로서, 파일럿부와 제1리밍부 및 제1리밍부와 제2리밍부 사이에 형성된 홈의 확대도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 리머의 정면도로서, 본 발명에 따른 리머는 리머에 회전을 가하는 구동장치의 척에 물리는 생크(10)와, 생크(10)의 일단에 장착되는 바디(20)를 포함한다.

생크(10)는 탄소강으로 이루어지고, 후단에는 구동장치의 척에 고정되기 용이하도록 걸림부(16)가 형성된다.

바디(20)는 생크(10)와 동일한 원통형 막대 형상으로서, 초경합금으로 이루어지고, 외주면에 전방에서 후방으로 갈수록 외경이 단차지게 증가하는 파일럿부(21)와, 제1리밍부(22)와, 제2리밍부(23)가 형성된다.

초경합금은 경도가 매우 높은 탄화 텅스텐, 탄화 티탄 등의 화합물의 분말과 코발트 등의 금속 분말을 결합제로 사용하여 고압으로 압축하고 금속이 용해되지 않을 정도의 고온으로 가열하여 소결, 성형시킨 초고경도의 합금을 말한다.

생크(10)와 바디(20)는 실버브레이징(Silver brazing)에 의해 상호 접합된다.(도번 B는 실버브레이징 접합부를 나타낸다.) 이를 위해 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 생크(10)의 전단부에 쐐기형의 결합홈(15)이 형성되고, 바디(20)의 후단부에 동일한 형상의 결합돌기(25)가 형성된다.

실버브레이징은 은납을 접착제로 사용하는 경납땜(Hard soldering)으로서 접착부를 용융점 이하의 온도로 가열하고 이에 은납을 용해시켜 접착부에 공급함으로써 은납이 냉각됨에 따라 양측 접착부가 은납을 매개로 상호 부착되는 납땜법이다.

본 발명에서는, 생크(10)의 결합홈(15)에 바디(20)의 결합돌기(25)를 삽입하여 양측 표면을 근접시킨 뒤, 그 사이의 틈으로 용융 은납을 주입하고 냉각시킴으로써 생크(10)와 바디(20)의 일체화를 이룰 수 있다.

생크(10)의 결합홈(15)과 바디(20)의 결합돌기(25)는 리머의 회전방향으로 상호 걸려지는 구조로서 생크(10)와 바디(20) 결합부의 비틀림 강성을 향상시킴으로써 생크(10)측에 가해진 회전력으로 바디(20)가 일체로 회전할 때 생크(10)와 바디(20)의 분리를 방지하는 역할을 한다.

파일럿부(21)는 바디(20)의 선단에 위치하고, 그로부터 후단쪽으로 제1리밍부(22)와 제2리밍부(23)가 순차적으로 위치한다.

파일럿부(21)와 제1리밍부(22)의 사이, 제1리밍부(22)와 제2리밍부(23)의 사이는 각각 홈(g1,g2)이 형성되어 파일럿부(21)와 제1리밍부(22), 제1리밍부(22)와 제2리밍부(23)를 서로 분리한다.

파일럿부(21)와 제1리밍부(22) 및 제2리밍부(23)의 외주면에는 각각 절삭날(21a,22a,23a)이 형성된다.

상기 절삭날(21a,22a,23a)들은 각각의 해당 부분 외주면에서 원주 방향을 따라 등 간격으로 다수 개 형성되며, 그 단면 형상은 동일하다.

제1리밍부(22)와 제2리밍부(23)에는 같은 수의 절삭날(22a,23a)이 형성되는데, 6개 또는 8개의 절삭날(22a,23a)이 형성될 수 있다.

제1리밍부(22)에 6개의 절삭날(22a)이 형성되면 제2리밍부(23)에도 6개의 절삭날(23a)이 형성되고, 제1리밍부(22)에 8개의 절삭날(22a)이 형성되면 제2리밍부(23)에도 8개의 절삭날(23a)이 형성된다.

제1리밍부(22)의 단면을 도시한 도 6에는 6개의 절삭날(22a)이 형성된 경우가 도시되어 있다.(제1리밍부(22)와 제2리밍부(23)의 단면 형상은 동일하므로 제1리밍부(22)의 단면 형상만을 도 6에 도시하였다.)

상기 절삭날(21a,22a,23a)들은 작업시 리머를 후방에서 바라볼 때 왼쪽으로 비틀린 형상으로 형성된다. 즉, 절삭날(21a,22a,23a)들은 왼나사 방향으로 비틀린 형상으로 형성된다. 절삭날(21a,22a,23a)의 비틀림각(Helix angle)은 6°이상 ~ 8° 이하의 범위의 값을 갖는다. 비틀림각이 6°미만이면 회전저항이 과도하게 증가하고, 8°를 초과하면 절삭칩 배출성능이 저하된다. 따라서, 절삭성능이 향상됨으로써 핀홀 내주면의 조도가 향상된다.

제1리밍부(22)와 제2리밍부(23)에 동수의 절삭날(22a,23a)이 형성되는데 반해, 파일럿부(21)의 외주면에는 제1리밍부(22)와 제2리밍부(23)에 형성되는 절삭날(22a,23a) 수의 반에 해당되는 수의 절삭날(21a)이 형성된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 파일럿부(21)의 외주면에는 제1리밍부(22) 및 제2리밍부(23)와 비교할 때 절삭날(21a)이 형성되어야 할 부분에 절삭날(21a)이 형성되지 않은 부분(가상선으로 표시된 부분)이 절삭날(21a) 사이 부분마다 존재하며, 이와 같이 파일럿부(21)에는 제1리밍부(22)와 제2리밍부(23)의 반수에 해당되는 절삭날(21a)이 형성된다.

상기 절삭날(21a,22a,23a)들의 경사각(a)은 6°이상 ~ 8°이하의 범위로 형성된다. 경사각(a)이 6°미만이면 날끝각이 과도하게 커서 재료의 표면을 잘 깎아내지 못하므로 절삭성능이 저하되고, 8°를 초과하면 날끝각이 과도하게 작아져서 재료에 박히는 경향이 증가하여 역시 절삭성능이 감소할 뿐만 아니라, 파손되는 경향이 증가한다.

상기 절삭날(21a,22a,23a)들의 여유각(b)은 8°이상 ~ 10°이하의 범위로 형성된다. 여유각(b)이 8° 미만이면 핀홀의 내주면과 절삭날 사이의 공간이 지나치게 협소하여 회전 저항이 증가하여 작업성 및 가공속도가 감소되며, 10°를 초과하면 회전 저항 측면에서는 문제가 발생하지 않지만 날끝각을 과도하게 감소시켜 전술한 바와 동일한 문제를 발생시킨다.

상기 절삭날(21a,22a,23a)들의 기단부(파일럿부, 제1리밍부, 제2리밍부의 외주면에 접한 부분)는 둥글게 라운딩 형성된다(도 6 및 도 7의 A 참조). 이로써 절삭날(21a,22a,23a) 기단부의 응력 집중이 방지되고 주변부로의 하중 분산이 용이하게 이루어진다.

파일럿부(21)와, 제1리밍부(22) 및 제2리밍부(23) 선단의 챔퍼각(C1,C2,C3)은 모두 동일하게 형성된다. 챔퍼각(C1,C2,C3)은 43°이상 ~ 47°이하의 범위로 형성된다. 상기 챔퍼각(C1,C2,C3)이 43° 미만이면 리머의 직진성이 향상되나 핀홀 내주면 다듬질 성능이 떨어지고, 47°를 초과하면 다듬질 성능은 향상되나 리머의 직진성이 저하되어 작업성이 저하된다.

한편, 파일럿부(21), 제1리밍부(22), 제2리밍부(23) 각각에 형성된 절삭날(21a,22a,23a)들은 도 4에 도시된 바와 같이 동일 나선상에 형성될 수도 있고, 상호 어긋나게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1리밍부(22)의 절삭날(22a)에 비해 제2리밍부(23)의 절삭날(23a)이 원주 방향으로 다른 위상에 형성되는 것이다. 즉, 앞쪽 가공부분의 절삭날과 절삭날 사이의 홈과 뒤쪽 가공부분의 절삭날이 소정 부분 겹쳐지는 상태로 형성될 수 있다.

절삭날(21a,22a,23a)들이 형성된 상태에서 각 가공부의 지름은 파일럿부(21)<제1리밍부(22)<제2리밍부(23)의 관계를 가진다. 즉, 가공부들은 앞쪽에 위치한 것에 비해 뒤쪽에 위치한 것의 지름이 더 크다.

파일럿부(21)를 제외한 제1리밍부(22)와 제2리밍부(23) 각각의 부분 내에서는 선단 부분에서 후단 부분으로 갈수록 지름이 미세하게 감소한다. 즉, 제1리밍부(22)와 제2리밍부(23)는 0.01 ~ 0.03(mm)/100(mm) 비율의 백테이퍼(back taper)를 갖는다. 이와 같이 제1리밍부(22)와 제2리밍부(23)가 미세한 백테이퍼를 갖도록 형성됨으로써 핀홀 가공후 리머를 핀홀에서 용이하게 빼낼 수 있다.

도 8은 각 가공부분 사이에 형성된 홈(g1,g2)을 확대 도시한 것이다.

상기 홈(g1,g2)는 앞쪽 가공부와 뒤쪽 가공부를 확실하게 구분하여, 뒤쪽 가공부를 앞쪽 가공부에 비해 증가된 지름을 갖도록 성형할 수 있게 하며, 홈(g1,g2)의 뒤쪽 면은 뒤쪽 가공부의 선단 챔퍼를 형성한다. 각 가공부의 선단 챔퍼각(C2,C3)은 위에 설명한 바와 같으며, 홈(g1,g2)의 앞쪽 면은 앞쪽 가공부의 절삭날 후단 경사각(d)을 형성하고, 경사각(d) 크기는 약 20°로 형성된다.

파일럿부(21)의 선단면 즉, 리머의 선단면은 리머 축방향에 대해 수직한 평면으로 형성된다. 즉, 리머의 선단각은 180°이다.

한편, 상기 파일럿부(21)와 제1리밍부(22) 및 제2리밍부(23)는 작업 저항이 많이 걸릴수록 짧은 길이로 형성된다. 작업 저항은 보링을 수행하는 파일럿부(21)에 가장 크게 걸리고, 1차 리밍(거친 다듬질)을 수행하는 제1리밍부(22)에 중간 정도의 작업 저항이 걸리고, 2차 리밍(고운 다듬질)을 수행하는 제2리밍부(23)에 가장 작은 크기의 작업 저항이 걸린다. 따라서, 파일럿부(21)와 제1리밍부(22) 및 제2리밍부(23)의 길이는 파일럿부(21) < 제1리밍부(22) < 제2리밍부(23)의 관계를 갖는다.

이제, 본 발명에 따른 리머의 작용 및 효과를 설명한다.

본 발명에 따른 리머는, 바디(20)가 초경합금으로 이루어져 티타늄 합금으로 이루어진 버킷을 보다 효과적으로 절삭 가공할 수 있다. 따라서, 핀홀의 가공시간이 감소되고, 가공 표면의 조도가 향상되며, 리머 절삭날의 손상이 방지된다.

바디(20)가 초경합금으로 이루어진 것에 반해, 생크(10)는 탄소강으로 이루어지는데, 리머 전체가 고가의 초경합금으로 이루어지지 않고, 절삭과 직접 관련 없는 생크(10)가 상대적으로 저가인 탄소강으로 제조됨으로써 리머 제조 비용을 절감할 수 있다.

생크(10)와 바디(20)를 결합함에 있어, 바디(20)가 초경합금이므로 일반적인 용접이 불가하여 모재의 용융 없이도 충분한 정도의 접착 강성을 확보할 수 있는 실버브레이징에 의해 생크(10)와 바디(20)를 접합하였다.

그에 더하여 생크(10)과 바디(20)의 접합부에 각각 쐐기형의 결합홈(15)과 결합돌기(25)를 형성하여, 이들이 상호 끼워 맞춰진 상태로 접함이 이루어짐으로써 리머의 회전시 결합홈(15)과 결합돌기(25)가 회전 방향으로 상호 걸려져서 접합부(B)의 분리가 방지되는 보다 견고한 구조를 이루도록 되어 있다.

바디(20)에는 직경이 단차지게 증가하는 파일럿부(21), 제1리밍부(22), 제2리밍부(23)가 전방에서 후방으로 순차적으로 형성되어 있다.

파일럿부(21)는 리머의 선단에 위치하고 제일 작은 직경으로 형성되어 있어, 핀홀의 내부로 리머의 진행을 안내하면서 핀홀의 내측에 존재하는 단차 즉, 로터 돌출부의 구멍과 버킷 핑거의 구멍이 상호 정확히 일치하지 않거나 직경 차이가 있을 때 발생하는 단차를 1차로 제거하는 역할을 수행한다. 파일럿부(21)에 의한 작업은 보링(Boring) 작업으로서 핀을 삽입하기 위한 핀홀의 필요 직경은 기본적으로 이 단계에서 확보된다.

제1리밍부(22)는 파일럿부(21)보다 증가된 직경을 가지고 있으며, 핀홀을 통과하면서 표면에 존재하는 거친 버(burr)를 제거하는 1차 리밍(Rough reaming) 작업을 수행한다. 제1리밍부(22)의 가공을 통해 핀홀의 필요 직경이 완벽하게 확보된다.

제2리밍부(23)는 제1리밍부(22)보다 증가된 직경을 가지고 있으며, 핀홀을 통과하면서 제1리밍부(22)가 거칠게 다듬질해 놓은 면을 2차로 정밀하게 다듬질하여 표면 조도를 높이는 2차 리밍(Finish reaming) 작업을 수행한다.

이상과 같은 모든 과정은 본 발명에 따른 리머를 핀홀에 삽입하여 회전시키면서 1회 전진하는 것으로 완료된다. 따라서, 본 발명에 따른 리머를 이용하면 핀홀 가공에 1개의 리머만을 사용하여 1회 작업만으로 핀홀 가공을 마무리할 수 있으므로 리머 사용량이 감소하고, 작업시간이 감소한다. 이에 생산 비용 절감의 효과가 크게 발생한다.

로터 한 대의 모든 핀홀 가공 작업을 마무리하는데 사용된 리머의 개수를 비교해보면, 종래에는 1152개가 사용되었으나 본 발명에 따른 리머를 이용할 경우 120개가 사용되어 리머의 소모량이 크게 절감됨을 알 수 있다.

또한, 종래의 리머는 한 구멍에 2종류의 리머를 사용함에도 불구하고 리머 1개당 핀홀 가공을 3~5회 정도 밖에 수행할 수 없었으나, 본 발명에 따른 리머는 15회 이상을 수행할 수 있었으며, 이는 리머 소모량 감소의 요인이 된다.

또한, 핀홀 1개소당 소요되는 작업시간이 감소하므로 로터 전체의 핀홀 가공에 소요되는 시간이 크게 감소된다. 종래에는 로터 1대당 253시간(h) 소요되던 것이 본 발명에 따른 리머를 이용하면서 그 절반 이하인 120시간(h)이 소요되어 작업시간을 크게 줄일 수 있었다.

상기와 같이 공구 소모량과 작업시간이 감소되고, 작업시간 감소에 따른 인건비까지 감안하면 본 발명에 따른 리머는 작업성 및 생산성 향상에 매우 큰 효과를 가짐을 알 수 있다.

한편, 핀홀 가공시 종래에는 절삭 칩이 작업자쪽으로 배출되는 불편함이 있었으나, 본 발명에 따른 리머는 절삭날(21a,22a,23a)들이 왼나사 방향으로 비틀림 형성되어 있어서 절삭 칩이 핀홀의 반대쪽 개구(작업자로부터 먼 부분)로 배출됨으로써 핀홀 가공 작업을 보다 용이하게 수행할 수 있게 된다.

상기와 같은 절삭 칩의 전방(리머가 전진하는 방향 즉, 핀홀의 반대쪽 개구 방향) 배출은 파일럿부(21)와 제1리밍부(22) 및 제2리밍부(23)의 절삭날(21a,22a,23a)들이 동일 나선상에 형성되지 않고 원주 방향으로 어긋난 위치에 형성된 것에 의해 효과가 배가된다. 즉, 전방 가공부의 칩 배출홈(절삭날과 절삭날 사이의 홈)의 후단이 후방 가공부의 절삭날에 의해 막혀 있게 되므로 절삭 칩의 후방 이동이 억제되어 보다 원활하게 전방으로 배출될 수 있게 되는 것이다.

파일럿부(21)는 제1리밍부(22)와 제2리밍부(23)에 비해 반수의 절삭날(21a)을 가지므로 파일럿부(21)의 회전에 의해 발생하는 회전저항을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 리머의 전진을 용이하게 할 수 있다. 또한, 파일럿부(21)에 의한 보링 가공시 발생하는 다량의 절삭 칩이 원활히 배출되도록 충분한 배출공간을 확보하는데도 도움이 된다.

절삭날(21a,22a,23a)들의 비틀림각은 6°이상 ~ 8°이하의 범위를 가짐으로써 작업시 과도한 회전저항의 증가를 방지하고, 절삭칩 배출 성능 저하를 방지할 수 있게 된다.

절삭날(21a,22a,23a)들의 경사각(a)은 6°이상 ~ 8°이하의 범위로 형성됨으로써 적절한 날끝각 범위를 가질 수 있으므로 절삭이 원활하게 이루어져 절삭성능이 향상된다.

절삭날(21a,22a,23a)들의 여유각(b)은 8°이상 ~ 10°이하의 범위로 형성됨으로써 회전저항과 날끝각의 과도한 증가를 방지할 수 있게 되어 절삭성, 작업성 및 가공속도의 증가가 이루어진다.

절삭날(21a,22a,23a)들의 상기 각도 조건은 모두 절삭 성능을 향상시키는 한 요인으로 작용하며, 이는 작업성 뿐만 아니라 핀홀의 내주면 조도를 향상시키는데 도움을 준다.

절삭날(21a,22a,23a)들의 기단부가 둥글게 라운딩 형성되어 절삭날(21a,22a,23a)들의 기단부 모서리의 응력 집중이 방지되고 하중 분산이 원활하게 이루어짐으로써 작업 중 누적된 피로 및 충격에 의해 절삭날이 파손되는 현상이 감소된다.

파일럿부(21)와 제1리밍부(22) 및 제2리밍부(23)의 선단 챔퍼각(C1,C2,C3)이 43°이상 ~ 47°이하의 범위로 형성됨으로써 적절한 리머 직진성과 다듬질 성능을 확보할 수 있게 된다.

파일럿부(21)와 제1리밍부(22) 및 제2리밍부(23)는 미세한 백테이퍼를 갖도록 형성됨으로써 핀홀 가공 완료후 핀홀로부터 리머를 제거하기가 용이하여 작업 위치 변경을 보다 용이하게 실시할 수 있게 되고, 작업시간도 감소된다.

파일럿부(21)의 선단각이 180° 즉, 평면으로 형성됨으로써 리머의 선단 강성이 향상되고, 절삭칩의 원활한 배출을 도울 수 있게 된다.

한편, 파일럿부(21)와 제1리밍부(22) 및 제2리밍부(23)의 길이가 파일럿부(21) < 제1리밍부(22) < 제2리밍부(23)의 관계를 갖도록 형성됨으로써 불필요한 작업 저항의 증가를 방지할 수 있게 됨으로써 작업성이 향상되고, 바디부의 길이 즉, 리머의 길이가 적절한 길이로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 생크 15 : 결합홈
16 : 걸림부 20 : 바디
21 : 파일럿부 22 : 제1리밍부
23 : 제2리밍부 21a,22a,23a : 절삭날
25 : 결합돌기 B : 실버브레이징 접합부
g1, g2 : 홈

Claims (16)

1. 전진 안내 및 보링을 수행하는 파일럿부, 1차 리밍을 실시하는 제1리밍부, 2차 리밍을 실시하는 제2리밍부가 선단에서 후단으로 순차 형성된 바디와;
   상기 바디의 후단에 연결된 생크;를 포함하고,
   상기 파일럿부와 제1리밍부와 제2리밍부의 외주면에는 다수의 절삭날이 형성된 것을 특징으로 하며,
   상기 바디의 후단에 쐐기형 결합돌기가 형성되고, 상기 생크의 전단에 동일한 형상의 결합홈이 형성되며, 상기 결합홈에 상기 결합돌기가 삽입되어 접합된 것을 특징으로 하는 리머.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 바디는 초경합금으로 이루어지고, 생크는 탄소강으로 이루어지며, 바디와 생크는 실버브레이징에 의해 상호 접합된 것을 특징으로 하는 리머.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 파일럿부와 제1리밍부의 사이 및, 제1리밍부와 제2리밍부의 사이에 각각 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 리머.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 파일럿부와 제1리밍부 및 제2리밍부는 직경의 크기가 파일럿부 < 제1리밍부 < 제2리밍부의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 리머.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 파일럿부는 제1리밍부와 제2리밍부에 비해 반수의 절삭날을 가지는 것을 특징으로 하는 리머.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 절삭날들은 왼나사 방향으로 비틀려 형성된 것을 특징으로 하는 리머.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 절삭날들의 비틀림각은 6°이상 ~ 8°이하의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 리머.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 절삭날들의 경사각(a)은 6°이상 ~ 8°이하의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 리머.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 절삭날들의 여유각(b)은 8°이상 ~ 10°이하의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 리머.
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 절삭날들의 챔퍼각(C1,C2,C3)은 43°이상 ~ 47°이하의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 리머.
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 파일럿부, 상기 제1리밍부, 상기 제2리밍부의 외주면에 접하는 상기 절삭날들의 기단부는 둥글게 라운딩 형성된 것을 특징으로 하는 리머.
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 파일럿부와 제1리밍부 및 제2리밍부의 절삭날들은 동일 나선 상에 형성된 것을 특징으로 하는 리머.
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 파일럿부와 제1리밍부 및 제2리밍부의 절삭날들은 원주 방향으로 서로 어긋나게 형성된 것을 특징으로 하는 리머.
15. 청구항 1에 있어서,
    상기 파일럿부와 제1리밍부 및 제2리밍부는 후방으로 갈수록 지름이 감소하는 백테이퍼를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 리머.
16. 청구항 1에 있어서,
    상기 파일럿부와 제1리밍부 및 제2리밍부의 길이는 파일럿부 < 제1리밍부 < 제2리밍부의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 리머.
    
    

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