KR101727921B1

KR101727921B1 - 엔드밀링 절단기 및 섬유 강화 플라스틱으로 이루어진 부품 절단을 위한 방법

Info

Publication number: KR101727921B1
Application number: KR1020157008452A
Authority: KR
Inventors: 랄프 후프슈미드
Original assignee: 후프슈미드 쩨어슈파눙스시스테메 게엠베하
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2017-04-18
Also published as: DK2906380T3; EP2906380A1; CN104797367B; JP2015530273A; IL237996A; US20150209877A1; HK1208004A1; JP5941226B2; CA2885208C; RU2669964C2; AU2013329880B2; WO2014056581A1; RU2015110814A; US9440296B2; ES2582856T3; EP2906380B1; DE102012019801A1; AU2013329880A1; CA2885208A1; KR20150047622A

Abstract

본 발명은 기계가공 도구, 특히, 탄소섬유 강화 플라스틱이나 유리섬유 강화 플라스틱 혹은 폴리에스터 실로 강화된 플라스틱과 같은 섬유 강화 재료들을 가공하기 위한 면 절단기에 관한 것이다. 이 기계가공 도구는 각각의 이어지는 전가공 랜드와 함께, 전가공 절단 에지(13, 14, 15, 16, 17, 18)를 가진 절단 웨지(wedge)를 형성하는 복수의 주된 홈(1, 2, 3, 4, 5, 6)과, 복수의 주된 홈에 대응하는 복수의 보조홈(7, 8, 9, 10, 11, 12)으로서, 각각이 대응하는 주된 홈에서 이어지고, 각각이 원주상으로 후가공 랜드를 원주 방향으로 앞선 전가공 랜드에서 이격되게 띄어놓는, 그리고 후가공 랜드와 함께 후가공 절단 에지(19, 20, 21, 22, 23, 24)를 가진 절단 웨지를 형성하는 복수의 보조홈을 구비한다. 본 발명은 전가공 절단 에지(13, 14, 15, 16, 17, 18)가 번갈아 도구축 주위로 왼손 방향 비틀림을 가지거나, 도구 축 주위로 비틀리지 않고, 왼손 방향으로 비틀린 전가공 절단 에지(13, 15, 17)을 잇는 후가공 절단 에지(19, 21, 23)는 상기 도구 축을 따라 비틀리지 않고, 비틀리지 않은 전가공 절단 에지(14, 16, 18)을 잇는 다른 후가공 절단 에지(20, 22, 24)는 도구 축 주위로 왼손 방향으로 비틀림을 가지고 뻗는 것을 특징으로 한다.

Description

엔드밀링 절단기 및 섬유 강화 플라스틱으로 이루어진 부품 절단을 위한 방법{end milling cutter and method for cutting component made of fiber reinforced plastics}

본 발명은 청구항 1의 전제부와 관련된 섬유 강화 재료를 기계 가공하기 위한 기계 가공 도구 및 청구항 14의 전제부와 관련된 섬유 강화 플라스틱의 박판을 자르거나 쪼개는 방법에 관한 것이다.

일반 형태의 기계 가공 도구 및 특히 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP), 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP) 혹은 폴리에스터 섬유로 강화된 플라스틱과 같은 섬유 강화 재료들 (섬유 복합물)에 사용하는 엔드밀링 절단기(end milling cutter)는 원주를 따라, 대응하는 복수의 전가공(premachining) 랜드(land)들 사이에 위치하며, 개개의 이어지는(trailing) 전가공 랜드들을 가지는 전가공 절단 에지(cutting edge)를 가진 절단 웨지(cutting wedge)를 형성하는 복수의 홈(flute) 및 이들 복수의 홈에 대응되는 복수의 보조홈(auxiliary flute)을 가지고, 이때, 각각의 보조홈들은 원주상에 원주 방향으로 앞선 전가공 랜드의 후가공 랜드를 이격 배치시키고(spaces), 후가공 절단 에지를 가진 절단 웨지를 후가공(postmachining) 랜드와 함께 형성한다.

이는 독일특허 DE 3742942 C1, 독일실용신안 DE 8609688 U1 혹은 미국특허 USP 4,285,618 B에 언급된 것과 같은 금속가공 피니싱-라핑 절단기(metalworking finishing-roughing-cutter)로부터 잘 알려진 것에 해당하며, 개개의 이 라핑 커팅 에지(edge)는 이어지는(trailing) 피니싱 커팅 에지와 결합되어 있다.

금속가공으로부터 알려진 이러한 배열의 목적, 말하자면, 하나의 동작으로 마감 가공, 즉, 구멍 후가공(post reaming) 혹은 마감 가공 단계뿐 아니라 라프 가공(rough machining) 즉 라핑 가공 단계를 함께 수행할 수 있다는 것, 그리고, 그에 따라 적은 공정 시간 내에 우수한 표면 품질에 도달할 수 있다는 것 외에도, 섬유 강화 재료의 밀링 및 드릴링에서 추가적 문제들이 극복되어야 한다. 왜냐하면, 그러한 재료로 만들어지는 작업물이 일반적인 기계 가공 도구로 가공될 때, 개별 섬유들의 찢겨나감 혹은 실의 짜깁기는 매우 일반적이기 때문이다. 개별 섬유는 따라서 가공 영역의 주변부로부터 떨어져나가고, 다른 것들은 가공 영역의 주변부로 도구가 지나는 동안 압박되어, 가공 포인트의 주변부를 넘어서 튀어나온 단부에서만 그들은 절단된다. 마감작업에 의해서 튀어나온 섬유 단부의 절단은 이루어져야 하며, 동시에 주된 절단 작업을 하는 전가공 절단 에지(edges)의 디자인은 상대적으로 무디고 개별 섬유들을 떼어내지 않도록 허용되어야 한다.

가령, 독일실용신안 DE 202 09 768 U는 샌드위치 재료의 가공을 위한 스텝 드릴(step drill)을 나타내며, 여기서 스텝에서의 주된 절단 에지(edge)는 상호 오프셋으로 하나의 주된 절단 에지는 전절단을 이루고 나머지 하나는 천공 후가공을 이룬다. 독일 실용신안 DE 202 11589 U1은 샌드위치 재료 가공을 위한 다른 드릴을 나타내며, 여기서 두 개의 전가공 랜드는 천공 도구(broaching tool)와 같이 다소간 무디게 디자인되고, 원주 방향으로 이어지는 후가공 랜드는 천공 후가공(reaming) 도구처럼 날카로운 절단 에지를 가진다. 유사한 드릴들이 실용신안 DE 202 11592U 및 DE 203 04580 U1 에서 보여지며, 여기서는 넓은 원형이고 개별적으로 힐(heel)을 연마하는 연마 챔퍼들(chamfers)이 홀 천공 강화에 사용되고, 곡면처리된 절단 모서리는 실마리가 뜯겨나가는 것을 방지하기 위해 사용된다.

유럽특허출원 EP 2554309 A1은 한편으로 직선형 절단 에지를 가지고 다른 한편으로는 오른손 방향으로 비틀린 절단 에지를 가지며, 탄소섬유 강화 플라스틱과 같은 재료의 가공에 사용되는 도구를 나타낸다. 일본 특허 JP 2010-234462 A에 도시된 도구에서, 왼손 방향으로 비틀린 칼날들은 비틀리지 않은 칼날로 대체된다.

섬유 강화 플라스틱(FRP) 가공용 엔드밀링 절달기(커터)가 독일 특허 DE 11 2009 000 013 B4에 개시되며, 여기서는 앞선 전가공 랜드에 의해 이루어진 주된 절단 작업에서 기능을 분리하여, 오직 후가공만 뒤에 이어지는(trailing) 후가공 랜드에 의해 이루어지도록 한다는 아이디어도 이루어지고 있다. 여기서, 앞선 전가공 랜드는 왼손 방향 비틀림을, 이어지는 후가공 랜드는 오른손 방향 비틀림을 가지며, 이는 버(burr)를 방지하게 된다.

여기서 시작하여, 섬유강화 재료들의 가공을 위한 기계가공 도구에서 앞선 라핑 랜드(leading roughing lands) 및 이어지는 마감 랜드(trailing finishing lands)에서의 기능의 분리 아이디어를 고려할 때, 본 발명은 이런 목적에 근거를 두고, 그러한 재료를 가공하기 위한 엔드밀링 절단기를 더욱 개발하기 위한 것으로, 더 나은 표면 품질이 얻어질 수 있도록 하기 위한 것이다.특히, 섬유 강화 재료로 만들어진 부품에 스카프 조인트(scarf joint)를 만들기 위한 엔드밀링 절단기 및 그러한 도구의 도움으로 그러한 재료로 만들어진 손상된 부품의 수리를 위한 방법이 이루어질 것이다.

이런 목적은 청구항 1의 특징을 가진 기계가공 도구와 관련하여 성취될 수 있고, 청구항 14의 특징을 가진 분리 방법과 관련하여 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 기계가공 도구(machining tool)는 한편으로 전가공 절단 에지가 번갈아 도구축 주위로 왼손 방향으로 비틀리거나, 비틀리지 않거나 혹은 적어도 거의 비틀리지 않은 채로 뻗는다는 점을 특징으로 한다. 다른 한편으로, 이는 왼손 방향으로 비틀린 전가공 절단 에지를 잇는 후가공 절단 에지가 도구 축 주위로 비틀리지 않거나 적어도 거의 비틀리지 않은 채로 뻗는다는 점과, 상기 비틀리지 않거나 혹은 적어도 거의(실질적으로) 비틀리지 않은 전가공 절단 에지를 잇는 후가공 절단 에지가 도구 축 주위로 왼손 방향 비틀림을 가지고 뻗는다는 것을 특징으로 한다.

따라서, 알려진 방법과 같이, 라프 가공, 즉, 라핑과 정밀 가공, 즉, 마감(finishing)으로의 분리가 이루어지고, 이때, 서로 다른 가공 기능들이 서로 다르게 디자인된 절단 에지, 말하자면 전가공 절단 에지, 각각이 전가공 랜드에 있는 라핑 절단 에지 및 이어지는 후가공 절단 에지, 각각이 후가공 랜드 위에 있는 마감 절단 에지에 의해 수행된다. 또한, 알려진 바와 같이, 각각의 전가공 절단 에지는 후가공 절단 에지들 가운데 하나에 의해 이어진다. (후가공 절단 에지가 후방에 위치한다) 또한 알려진 것으로서, 섬유 강화 재료의 매트릭스에 작용하는 부하가 앞선 전가공 절단 에지의 임팩트(impact) 및 이어지는 후가공 절단 에지의 임팩트로 분포되는(나뉘어 작용하는) 결과를 가져오고, 이때, 상대적으로 부하의 더 많은 부분이 전가공에서 앞선 전가공 절단 에지에 의해 재료(피가공 재료)에 적용되고, 부하의 더 적은 부분이 후가공에서 이어지는 후가공 절단 에지에 의해 적용된다.

왼손 방향 비틀림을 가지고 절단하는 것이 절단 품질에 긍정적일 수 있다는 것이 보여진다. 왜냐하면 이는 통상의 시계방향 혹은 오른손 방향 회전 절단 도구에 있어서 기계가공될 가공대상물 재료 외부의 섬유나 실마리의 뜯김을 유발하는 어떤 장력 부하도 재료에 인가되지 않고 압력 부하만 인가된다는 것을 의미하기 때문이다. 그러나, 왼손 방향으로 비틀린 절단 에지만을 가지고 절단할 때, 절단 재료는 그 가공대상물의 기계가공된 표면으로 힘을 받고, 거기서 녹아붙는 경향이 있고, 그에 따라 표면 품질에 영향을 주게 되는 것도 보여진다.

본 발명에 따르면, 도구 축 주위로 왼손 방향 비틀림을 가지며 뻗는 전가공 절단 에지가 왼손 방향 비틀림이 아니고 비틀림이 없는 후가공 절단 에지에 의해 이어지도록 의도되며, 이때, 후가공 절단 에지는 앞선 왼손 방향으로 비틀린 전가공 절단 에지에 의해 막 절단된 재료를 기계가공 대상 표면에 대해 힘을 가하지 않고 기계가공된 대상 표면으로부터 마찰(연마)하게 된다. 더욱이, 비틀림 방향을 바꿈으로써, 두 개의 연속되는 절단 에지의 임팩트(영향)가 이루어지는 동안, 섬유 강화 재료의 매트릭스에서 발생하는 스트레스는 서로 다른 방향들로부터 발생하여, 적어도 축 방향으로 작용하는 부하 요소에서는 가공 대상물 표면에 어떤 보상이 발생하게 된다.

CFRP와 같은 섬유 강화 재료는 상대적으로 불균일하며, 이는 어떤 부하 방향으로 절단 에지의 충격이 이루어지는 동안, 그러나 서로 다른 부하 방향을 가지고 충격되지 않는다면, 분리(갈라짐)를 회피할 수 있도록 한다. 만약 이제 비틀리지 않고 중립적인 후가공 절단 에지가 왼손 방향으로 비틀린 전가공 절단 에지를 뒤따르게 되고, 이로써 축방향으로 밀게 된다면, 재료, 즉, 실마리들은 압력 없이 영향을 주거나 결속되어 있는 후가공 절단 에지에 의해 파지되고 잘라지고, 이는 잠재적으로 압력을 가진 전가공 절단 에지의 영향을 회피하게 한다.

압축적인 부하와 인장적 부하는 가능한한 교차되어야 한다. 그러나, 기하학적(형태적) 이유로, 후가공 절단 에지의 비틀림은 주된 홈 및 개개의 이어지는 보조홈의 교차 없이, 그리고, 전가공 절단 에지와 후가공 절단 에지의 교차 없이는 전가공 절단 에지의 비틀림에 대해 반대방향으로는 불가능하게 된다. 따라서, 왼손 방향으로 비틀린 전가공 절단 에지를 잇는 후가공 절단 에지의 비틀림이 없는 혹은 왼손 방향으로 비틀리지 않은 경로가 제공된다. 완전히 비틀림 없는 후가공 절단 에지 대신에 거의 비틀림이 없는 후가공 절단 에지도 역시 제공될 수 있으며, 이는 작거나, 바로 앞서는 전가공 절단 에지의 왼손 방향 비틀림에 대하여 더 작은 왼손 방향 비틀림을 가지는 후가공 절단 에지를 의미하고, 이때, 작거나 절대값에서 더 작은 오른손 방향 비틀림도 생각할 수 있다.

만약 오직 하나의 앞선 전가공 절단 에지 및 이어지는 후가공 절단 에지를 고려하면, 섬유 강화된 대상 가공물의 수지(resin) 매트릭스에 작용하는 어떤 압력과 장력의 균형이 이미 이와 함께 성취될 수 있다. 그러나, 전가공 절단 에지에서 주된 절단 가공이 이루어지고 후가공 절단 에지가 지나는 동안 오직 부하의 작은 부분만 재료에 작용하는 것이 일반적이다. 따라서, 모든 전가공 절단 에지가 왼손 방향 비틀림을 가지고 뻗는다면, 밀어냄 선호(pushing preferred)의 절단 방향이 형성될 수 있고, 이는 전가공 절단 에지가 작업대상물의 작은 구멍 틈으로 절단 재료를 힘주거나 그 위로 녹여붙여, 전가공 절달 에지가 결속되지 않으려 할 수 있고 그로 인해 힘의 균형이 누락되도록 할 수도 있기 때문이다.

따라서, 본 발명에 따르면, 왼손 방향으로 비틀린 전가공 절단 에지가 비틀림 없는 전가공 절단 에지와 교번되는 것뿐 아니라, 개개의 전가공 절단 에지의 비틀림 방향이 원주 방향에서 다음번 전가공 절단 에지에 대해 왼손 방향 비틀림에서 비틀리지 않은 방향으로 교번될 수 있으며, 이때, 완전히 비틀리지 않은 전가공 절단 에지 대신 역시 거의 비틀리지 않은, 즉, 작은 혹은 바로 앞선 전가공 절단 에지의 왼손 방향 비틀림에 비해 더 작은 왼손 방향 비틀림을 가진 전가공 절단 에지가 제공될 수도 있고, 이때, 작은 혹은 절대값에서 더 작은 오른손 방향 비틀림도 생각할 수 있다. 이때, 왼손 방향으로 비틀린 후가공 절단 에지가 도구축을 따라 비틀림이 없거나 거의 없는 채로 뻗는 전가공 절단 에지를 따르게 된다.

비틀림이 없는 혹은 거의 비틀림이 없는 전가공 절단 에지 및 후가공 절단 에지의 비틀림 각을 위한 적절한 수치는 -2도 내지 2도 범위에 있으며, 이때, 이들 전가공 절단 에지 및 후가공 절단 에지는 비틀림각 0도를 가지고 완전히 비틀림이 없이 뻗는 것이 바람직하다. 왼손 방향으로 비틀린 절단 에지의 비틀림각으로 적당한 값은 -10도 내지 -6도 범위에 있으며, 보다 바람직한 각도는 -8도이다. 비틀림 각은 절단 에지의 도구 축에 대한 도구 축을 뚫고 지나는 평면으로의 투사각(angle of the projection)이며, 이때, 왼손 방향 비틀림은 음수에 의해 나타내고 오른손 방향 비틀림은 양수로 나타내어질 수 있다. 도구가 시계방향 혹은 오른손 회전방향으로 구동될 때, 오른손 방향으로 비틀린 홈이 도구 끝단(tip)에서 첫번째로 충격(impact) 혹은 결속 지점에 있게 되고, 한편, 왼손 방향으로 비틀린 홈이 마지막번째가 된다.

유리하게는, 모든 후가공 절단 에지에서의 레이크 각(rake angle: 경사각)이 개개의 앞선 전가공 절단 에지에서의 레이크 각보다 더 크도록 하며, 즉, 후가공 절단 에지로 사용되는 마감 절단 에지는 바로 앞선 전가공 절단 에지보다 더 날카롭도록 한다. 또한, 유리하게는, 모든 후가공 절단 에지는 전가공 절단 에지 가운데 어느 것보다 더 날카롭게 한다. 모든 혹은 적어도 일부의 전가공 절단 에지에서의 음수의 레이크 각을 생각할 수 있다. 이는 전가공 절단 에지가 상대적으로 무딘 천공기와 같이 형성될 수 있다는 것이다.

만약 모든 전가공 절단 에지에서 레이크 각이 서로 다르다면 특히 유리할 것이다. 또한, 만약 모든 후가공 절단 에지에서 레이크 각이 서로 다르다면 특히 유리할 것이다. 이는 섬유강화 플라스틱들이 균일하지 않게 분포된 경도를 갖는 상대적으로 비균질적 물질이고, 그것은 그들이 구역적으로 밀접히 연속되면서 한번은 상대적으로 단단하고 한번은 상대적으로 무를 수 있다는 발견에 기초한 것이다. 이러한 비균질성을 서로 다른 레이크 각을 통해 도구에 모사(반영)하는 것이 시도된다. 대응하여 높은 속도를 가지고, 기계가공된 위치를 오른손 방향 레이크 각을 가지고 적어도 한번 지나도록 하는 것에 기대할 수 있는 점(hope)이 있다.

만약 전가공 절단 에지가 각각 원형 연마 챔퍼(circular grinding chamfer) 없이 클리어런스 표면(clearance surface)으로 결합된다면, 그래서 기계가공된 표면이 되도록 분할된 재료를 마찰(rubbing)시키는 것을 대부분 회피할 수 있다면 가장 바람직할 것이다. 이와 유사하게, 만약 거기서 후가공 절단 에지가 원형 연마 챔퍼 없이 클리어런스 표면으로 직접 결합된다면, 이 또한 후가공 랜드에서 선호된다.

레이크 각들이 서로 다르게 선정되는 것이 유리하듯이, 만약 클리어런스 각(clearance angle: 여유각)이 모든 전가공 랜드에서 서로 다른 것도, 공정을 거친 재료의 불균일성에 대응하기 위해 유리하다. 이런 목적으로, 만약 모든 후가공 절단 에지에서의 클리어런스 각이 서로 다르다면 역시 유리할 것이다.

이런 효과를 위해, 적어도 두 개의 비틀림이 없거나 혹은 거의 비틀림이 없는 전가공 절단 에지에 대해 선호적으로 서로 다른 비틀림 각을 선택하는 것뿐만 아니라 적어도 두 개의 왼손 방향으로 비틀린 전가공 절단 에지에 대해 선호적으로 서로 다른 비틀림 혹은 헬릭스 각을 선택하는 것도 가능할 수 있다. 후가공 절단 에지에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

왜냐하면 개개의 경우들에서 및 특히 큰 구경을 가진 경우의 4개의 전가공 절단 에지 및 6개의 전가공 절단 에지를 가진, 즉, 두 개나 혹은 세 개의 왼손 방향으로 비틀린 그리고 두 개나 혹은 세 개의 비틀리지 않은 혹은 거의 비틀리지 않은 전가공 절단 에지를 가진 엔드밀링 절단기로서의 기계가공 도구의 예들은 테스트에서 특히 기대되는 것으로 나타났기 때문이다. 더욱이, 원주상의 전가공 절단 에지의 등거리 분포는, 단순한 도구의 기하형태 측면에서 이미 일반적인 것이고, 이 발명에 따른 도구를 더욱 개발하기 위해 역시 유리한 것으로 판명되었다.

주된 기계가공 혹은 절단 가공은 전가공 랜드에서 이루어지기 때문에, 그리고, 재료 제거는 주된 홈에서 이루어지기 때문에, 각각의 앞선 전가공 절단 에지에서의 절단 모서리로부터 개개의 이어지는 후가공 절단 에지에서의 절단 모서리까지의 위상 각이 각각의 이어지는 후가공 절단 에지에서의 절단 모서리로부터 개개의 이어지는 전가공 절단 에지에서의 절단 모서리까지의 위상 각보다 더 작을 때, 이는 역시 가치가 있다고 판명되었다.

이런 회전 변위가 다음 이어지는 전가공 절단 에지에 대한 회전 변위보다 적은 한도내에서, 개개의 앞선 전가공 절단 에지에 대한 각각 서로 다른 회전 이격을 가진 후가공 절단 에지를 제공하는 것도 재료적 불균일성에 대한 보상의 의미 내에서 충분히 생각할 수 있다. 그러나, 만약 후가공 절단 에지가 원주에 걸쳐 등거리로 분포된다면 단순한 도구 기하형태의 효과에 따르는 것이다.

4개의 전가공 절단 에지 및 후가공 절단 에지를 가진 도구에서, 실험적으로 대략 20 내지 35도의 값이 모든 후가공 절단 에지에서, 개개의 이어지는 후가공 절단 에지에 있는 절단 모서리에 대한 앞선 전가공 절단 에지의 절단 모서리의 위상 각으로서, 적합한 것으로 판명되었으며, 6개의 전가공 절단 에지를 갖는 도구에서는 15도 내지 25도의 값이 된다.

더욱이, 만약 절단 모서리가 적어도 약간은 전가공 절단 에지에서 곡면이라면 유리한 것으로 판명되며, 바람직하게는 곡률반경 0.1 내지 0.5mm가 바람직하고, 따라서 날카로은 절단 모서리 혹은 두 절단 에지를 가진 챔퍼(모따기)는 회피된다. 왜냐하면, 그들은 가공될 재료 속으로 파고들고 기계가공된 표면으로부터 실마리나 섬유를 떼어놓기(delamination) 때문이다.

만약 전가공 및 후가공 절단 에지의 절단 길이가 도구 지름의 2배를 넘지 않는 값이라면, 이것 역시 교차된 절단 에지를 회피하면서 단순한 도구 기하형태라는 측면에서 유리하다.

전가공 절단 에지의 레이크 각의 증가로서, 가장 작은 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지로부터 가장 큰 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지까지 3도 내지 5도의 단차(steps)가 완만한(smooth: 평탄한) 표면의 관점에서 최상의 결과를 가져오는 것이 보여진다. 기대되는 4 개의 전가공 및 후가공 절단 에지를 가진 실험적 도구에서 레이크 각은 4 개의 전가공 절단 에지에서 5도, 8도, 11도, 14도 였다. 가장 작은 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지가 다시 가장 큰 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지를 따를 때까지 이런 증가는 바람직하게는 원주를 따라 점증하는 것으로 여겨진다.

가장 작은 클리어런스 각을 가진 전가공 랜드로부터 가장 큰 열림 각(open angle)을 가진 전가공 랜드에 이르기까지 이런 클리어런스 각의 증가로서, 3 내지 5도의 단차가 완만한 표면의 관점에서 최상의 결과를 가져오는 것도 역시 보여진다. 4개의 전가공 및 후가공 절단 에지를 가지는 기대되는 실험적 도구에서 클리어런스 각은 4 개의 전가공 랜드에서 12도, 17도, 22도, 27도 였다.

전가공 랜드에서의 클리어런스 각 증가 및 레이크 각 증가의 조합적(상승적) 효과가 있는 것으로 여겨진다. 즉, 가장 작은 클리어런스 각은 바람직하게는 가장 작은 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지를 가진 전가공 랜드 위에 주어지고 이런 클리어런스 각은 개별적인 전가공 랜드에서 구역(local) 레이크 각과 함께 증가한다.

가령, 위에서 언급된 기대되는 실험적 도구에서, 12도의 클리어런스 각은 5도의 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지에 제공되고, 17도의 클리어런스 각은 8도의 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지에 제공되고, 22도의 클리어런스 각은 11도의 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지에 제공되고, 27도의 클리어런스 각은 14도의 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지에 제공된다.

또한, 후가공 랜드에서 레이크 각에서의 증가로서, 4개의 전가공 및 후가공 절단 에지를 가진 도구에서 가령 10도, 14도, 18도, 22도로, 3도 내지 5도의 단차가 적합한 것으로 판명되었다. 전가공 랜드에서의 클리어런스 각 증가와 레이크 각 증가의 동시적 조합적 효과와는 다르지만, 만약 후가공 절단 에지에서의 레이크 각 증가가 전가공 절단 에지에서의 레이크 각 증가에 대해 상응하여 움직인다면 이것도 유리한 것이다. 즉, 레이크 각은 바람직하게는 그 후가공 절단 에지에서 가장 크고, 이 후가공 절단 에지는 가장 작은 레이크 각을 가지는 전가공 절단 에지에 이어지고, 가장 큰 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지를 잇는 그들 후가공 절단 에지에서의 레이크 각이 가장 작을 때까지, 개개의 앞선 전가공 절단 에지에서의 레이크 각에 있어서의 증가량을 가지고(증가량 만큼씩) 레이크 각은 감소한다. 따라서, 전가공 절단 에지 및 이어지는 후가공 절단 에지에서 발생하는 개별 절단력으로부터 나오는 전체 절단력은 기계가공 도구의 모든 전가공 및 후가공 절단 에지 쌍을 위해 가능한 한 평평한 레벨(even level)로 유지될 수 있다.

따라서, 클리어런스 각은 바람직하게는, 가장 작은 클리어런스 각을 가진 그 전가공 절단 에지를 잇는 그 후가공 절단 에지에서 가장 크고, 가장 큰 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지를 잇는 그들 후가공 절단 에지에서의 클리어런스 각이 가장 작을 때까지, 개개의 앞선 전가공 절단 에지에서의 레이크 각에 있어서의 증가량을 가지고(증가량 만큼씩) 클리어런스 각은 감소한다. 여기서도 3도 내지 5도의 단차가 후가공 랜드에서 클리어런스 각 혹은 회생 각(relief angle)에서의 증가로서 유리한 것으로 판명되었다.

CFRP와 같은 섬유 강화 플라스틱의 손상된 부분을 수리할 때, 소위 스카프-조인트(scarf joint: 엇베어잇기) 혹은 스카프-마운팅(scarf mounting)이 흔히 사용되며, 특히, 찢긴 홀(holes)이나 그와 같은 것들을 수선하는 데 사용된다. 이런 목적으로, 계단식으로 정리된 단차(terraced arranged steps)는 가령 찢긴 구멍 주위에 매우 정밀한 분해도로 가령, 높이와 폭에 있어서 0.1 내지 0.5mm 분해도(resolution)로 생성된다.

이전에는, 레이저나 워터 제트를 사용하도록 제한되었다. 그러나, 레이저의 사용에 있어서는, 심각한 손상이 수리할 부품의 수지 매트릭스에 매우 쉽게 발생할 수 있었다. 대조적으로, 워터 제트의 사용은 경제적으로 사용되기에 너무 긴 시간이 걸린다.

본 발명에 따른 엔드밀링 절단기에 있어서, 처음에는 스카프 마운팅에 의하여 CFRP 축과 같은 섬유 강화 플라스틱의 손상된 부분(부품)을 수리하는 데 필요한 계단화된 형태의 단차는, 스카프 마운팅의 필요에 따라 그리고 후속되는 접착을 위해 요청되는 표면 평탄도에 따라, 높이 및 폭 0.1 내지 0.5mm 정밀도의 밀링에 의해 만들 수 있다.

따라서, 수선 목적으로 계단 배열된 단차부가 밀링 가공에 의해, 가령 매우 정밀한 해상도로 부품 속에 있는 찢어진 홀 주위로, 가령 높이 및 폭에서 0.1 내지 0.5mm 해상도로, 특히 발명의 기계가공 도구를 가지고 혹은 본 출원에 따라 더욱 개발된 기계가공 도구를 가지고, CFRP와 같은 섬유 강화 플라스틱 부품 위에 만들어지는 방법도 본 발명의 주된 과제이며, 이때, 부품은 후속적으로 패치(patch)와 접착되거나 계단화된 연동 단차부(running stair steps)에 필수적인 삼차원 구조와 부착된다.

다음에는, 본 발명의 실시예가 함께 수반되는 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명된다. 도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드밀링 절단기의 도구 팁(tip)의 끝단에서 본 형태를 나타낸다.

이 엔드밀링 절단기는 6개의, 서로 함께 개개의 이어지는, 도구 축에 따라 뻗는 전가공 랜드와 함께 전가공 절단 에지 13,14,15,16,17,18를 가진 절단 웨지를 형성하는 주된 홈 1,2,3,4,5,6을 구비한다. 이런 경우, 6개의 보조홈 7, 8, 9, 10, 11, 12가, 원주 방향으로 주된 홈 1, 2, 3, 4, 5, 6 가운데 두 개 사이에 각각 배열된다. 따라서, 보조홈 각각은 원주를 따라 주된 홈 가운데 하나에 이어진다. 각각의 보조홈 7, 8, 9, 10, 11, 12는 원주 방향으로 앞선 전가공 랜드와 후가공 랜드를 띄어놓고 있다. 이런 후가공 랜드 9, 10, 11, 12와 함께 각각의 보조홈 7, 8, 9, 10, 11,12은 후가공 절단 에지 19, 20, 21, 22, 23, 24를 가진 절단 웨지를 형성한다.

전가공 절단 에지 13, 14, 15, 16, 17, 18은 교번하면서 도구 축 주위에서 왼손 방향으로 비틀리거나 도구 축을 따른 비틀림이 없게 된다. 다시 말하면, 전가공 절단 에지 13, 15, 17은 왼손 방향으로 비틀리고, 전가공 절단 에지 14, 16, 18은 비틀리지 않는다.

이때, 후가공 절단 에지 19, 21, 23은 왼손 방향으로 비틀린 전가공 절단 에지 13, 15, 17 를 직접 이어가며 도구축을 따라 비틀림 없이 뻗고, 이때 후가공 절단 에지 20, 22, 24는 비틀리지 않은 전가공 절단 에지 14, 16, 18을 이어가며 도구 축 주위를 왼손 방향으로 비틀리며 뻗는다.

이런 실시예의 다양한 변화나 수정은 본 발명의 범위로부터 벋어남이 없이 이루어질 수 있다.

1, 2, 3, 4, 5, 6: 주된 홈 7, 8, 9, 10, 11, 12: 보조홈
13, 14, 15, 16, 17, 18: 전가공 절단 에지
19, 20, 21, 22, 23, 24: 후가공 절단 에지

Claims

각각의 이어지는 전가공 랜드와 함께, 전가공 절단 에지(13, 14, 15, 16, 17, 18)를 가진 절단 웨지(wedge)를 형성하는 복수의 주된 홈(1, 2, 3, 4, 5, 6)과
상기 복수의 주된 홈에 대응하는 복수의 보조홈(7, 8, 9, 10, 11, 12)으로서, 각각이 대응하는 주된 홈에서 이어지고, 각각이 원주상으로 후가공 랜드를 원주 방향으로 앞선 전가공 랜드에서 이격되게 띄어놓는, 그리고 후가공 랜드와 함께 후가공 절단 에지(19, 20, 21, 22, 23, 24)를 가진 절단 웨지를 형성하는 복수의 보조홈을 구비하며,
섬유 강화 플라스틱을 가공하기 위한 엔드밀링 절단기(커터)로서,
상기 전가공 절단 에지(13, 14, 15, 16, 17, 18)가 번갈아 한편으로는 도구축 주위로 왼손 방향 비틀림을 가지고, 다른 한편으로, 도구 축 주위로 비틀리지 않거나 혹은 적어도 바로 앞선 전가공 절단 에지의 왼손 방향 비틀림보다 적은 절대값의 비틀림을 가지며 뻗고,
상기 왼손 방향으로 비틀린 전가공 절단 에지(13, 15, 17)를 잇는 후가공 절단 에지(19, 21, 23)는 상기 도구 축을 따라 비틀리지 않거나 혹은 적어도 바로 앞선 전가공 절단 에지의 왼손 방향 비틀림보다 작은 절대값의 비틀림을 가지며 뻗고,
비틀리지 않은 전가공 절단 에지를 잇거나 혹은 전가공 절단 에지(14, 16, 18)을 잇는 다른 후가공 절단 에지(20, 22, 24)는 상기 도구 축 주위로 왼손 방향으로 비틀림을 가지고 뻗거나, 적어도 바로 선도하는 전가공 절단 에지(13, 15, 17)의 왼손 방향 비틀림보다 작은 절대값의 비틀림을 가지고 뻗는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 1 항에 있어서,
모든 후가공 절단 에지(19,20,21,22,23,24)에서의 레이크 각(rake angle)은 각각의 앞선 전가공 절단 에지(13,14,15,16,17,18)에서의 레이크 각보다 큰 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 2 항에 있어서,
각각의 앞선 전가공 절단 에지(13,14,15,16,17,18)에서의 절단 모서리로부터 각각의 이어지는 후가공 절단 에지(19,20,21,22,23,24)에서의 절단 모서리까지의 위상 각은 각각의 이어지는 후가공 절단 에지(19,20,21,22,23,24)에서의 절단 모서리로부터 각각의 이어지는 전가공 절단 에지(13,14,15,16,17,18)에서의 절단 모서리까지의 위상 각보다 작아서, 가령, 네 개의 전가공 절단 에지 및 후가공 절단 에지를 가지는 도구의 경우 모든 후가공 절단 에지에서 20도 내지 35도가 되고, 가령, 여섯 개의 전가공 절단 에지 및 후가공 절단 에지를 가지는 도구의 경우 모든 후가공 절단 에지에서 15도 내지 25도가 되는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 3 항에 있어서, 상기 전가공 절단 에지(13,14,15,16,17,18)가 원주상에 걸쳐 등간격으로 분포하고, 상기 후가공 절단 에지(19,20,21,22,23,24)가 원주상에 걸쳐 등간격으로 분포하는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 1 항 내지 제 4 항 가운데 어느 한 항에 있어서,
절단 모서리는 적어도 전가공 절단 에지에서 반경 0.1mm 내지 0.5mm의 곡률을 가지도록 곡면처리(round)된 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 1 항 내지 제 4 항 가운데 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 주된 홈(1,2,3,4,5,6) 및 상기 대응되는 복수의 보조홈(7,8,9,10,11,12)으로서 각각이 원주 방향으로 상기 복수의 주된 홈 가운데 하나를 잇는 보조홈은 4개 혹은 6개인 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 1 항 내지 제 4 항 가운데 어느 한 항에 있어서,
비틀리지 않거나 혹은 거의 비틀리지 않은 전가공 절단 에지 및 후가공 절단 에지(14, 16, 18, 19, 21, 23)는 -2도 내지 2도의 비틀림각으로 뻗는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 1 항 내지 제 4 항 가운데 어느 한 항에 있어서,
왼손 방향으로 비틀린 절단 에지(13, 15, 17, 20, 22, 24)는 비틀림각 -10 내지 -6도의 각으로 뻗는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 1 항 내지 제 4 항 가운데 어느 한 항에 있어서,
상기 전가공 절단 에지(13,14,15,16,17,18) 및 상기 후가공 절단 에지 (19,20,21,22,23,24)의 절단 길이는 도구 직경의 2배를 상한값으로 가지는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 2 항에 있어서,
상기 전가공 절단 에지의 레이크 각은 모든 전가공 절단 에지에서 서로 다르고, 가장 작은 레이크 각을 가진 전가공 절단 에지로부터 가장 큰 레이크 각을 가지는 전가공 절단 에지까지 증가하며, 가장 작은 레이크 각을 가지는 전가공 절단 에지가 다시 나올 때까지 원주를 따라 가장 큰 레이크 각을 가지는 전가공 절단 에지로 단계마다 3도 내지 5도씩 차례로 점증하는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 2 항 또는 10 항에 있어서,
상기 전가공 절단 에지 각각은 원형 연마 챔퍼 없이 클리어런스 표면에 결합(merge)되고,
이때 클리어런스 각은 모든 전가공 랜드에서 가장 작은 클리어런스 각을 가지는 전가공 랜드로부터 출발하여 가장 큰 클리어런스 각을 가진 전가공 랜드에 이르기까지 각각 3 내지 5도 증가하는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 2 항 또는 제 10 항에 있어서,
레이크 각은 모든 전가공 절단 에지에서 가장 작은 레이크 각을 가지는 후가공 랜드로부터 출발하여 가장 큰 레이크 각을 가진 후가공 랜드에 이르기까지 각각 3 내지 5도 증가하여 서로 다른 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 11 항에 있어서,
상기 클리어런스 각은 모든 후가공 절단 에지에서 서로 달라서 가장 작은 레이크 각을 가지는 후가공 절단 에지로부터 출발하여 가장 큰 레이크 각을 가진 후가공 절단 에지에 이르기까지 각각 3 내지 5도 증가하는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 7 항에 있어서,
비틀리지 않거나 혹은 거의 비틀리지 않은 전가공 절단 에지 및 후가공 절단 에지(14, 16, 18, 19, 21, 23)는 비틀리지 않은 각인 0도의 각으로 뻗는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 8 항에 있어서,
왼손 방향으로 비틀린 절단 에지(13, 15, 17, 20, 22, 24)는 비틀림각 -8도의 각으로 뻗는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
제 10 항에 있어서,
4 개의 전가공 절단 에지 및 후가공 절단 에지를 가지는 도구에서 상기 레이크 각은 네 개의 전가공 절단 에지에서 5도, 8도, 11도, 14도가 되는 것을 특징으로 하는 엔드밀링 절단기.
섬유 강화 플라스틱의 손상된 부품을 수리하는 방법으로서,
최종적으로 패치와 부착되는 상기 부품에서 0.1mm 내지 0.5mm 폭과 높이를 가진 단차부(steps)는 상기 패치를 향해 열린 단을 형성하거나 혹은 상기 패치를 향해 벽체를 따라 점차로 증가하는 단을 형성하는 구멍을 형성하는 것으로서 손상된 영역 주위로 가공된 것이고,
상기 단차부는 제 1 항 내지 제 4 항 가운데 어느 한 항의 엔드밀링 절단기로 밀가공된(milled) 것임을 특징으로 하는 방법.