KR101818261B1 - 드릴 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 클리어런스 표면과 함께 2 개의 절삭날을 형성하도록 전방 팁의 클리어런스 표면에서 개방되어 있는 2 개의 칩 플루트를 포함하는 단공 드릴링용 트위스트 드릴에 관한 것이다. 칩 플루트에는, 3 개의 다른 부분 표면 (19, 20, 21) 이 다른 곡률을 갖는 독특한 형상이 부여되어 있다. 더 구체적으로는, 저부 표면 (21) 이 10 ㎜ 미만의 원호 반경을 갖는 반면, 2 개의 다른 표면 (19, 20) 은 무한대에 접근하는 곡률 반경을 갖는다. 오목한 저부 표면 (21) 과 선단의 전단 표면 (19) 사이의 경계선 (22) 이 개별 절삭날에 포함된 주 절삭날과 만나고, 주 절삭날은 2 개의 에지 세그먼트로 나뉘어 있으며, 이들 세그먼트는 함께 주 절삭날에 J자 형상을 부여한다. 칩 플루트의 개방 각도 (α) 가 2 개의 바아 (7) (이들 사이에 플루트는 카운터싱크됨) 의 발산 각도 (β) 보다 더 작게 형성되었다는 점과, 드릴의 코어 (9) 의 직경 (DC) 이 최소로 감소되었다는 점에 의해, 칩 플루트는 매우 깊다. 이러한 특징에 의해, 특히 칩이 생성된 구멍 벽 (HW) 에 대해 충돌하지 않는다는 점에서, 칩의 형성 및 배출이 향상된다. 그리고, 본 드릴은 절삭을 용이하게 하고 최소의 에너지를 요구한다.

Description

드릴{A DRILL}

본 발명은, 전방 단부 및 후방 단부를 포함하는 타입의 드릴에 관한 것으로서, 전방 단부와 후방 단부 사이에는, 주변 엔벨로프 표면과 동심을 이루는 중심 축선이 연장되어 있고, 상기 전방 단부는 둔각의 노우즈 각 (nose angle) 을 갖는 팁으로서 형성되고, 또한 주변 엔벨로프 표면에서 카운터싱크된 (countersunk) 2 개의 칩 플루트를 포함하고, 상기 칩 플루트는 한 쌍이 바아 (bar) 사이에 위치되고, 중심 코어 주위에서 특정 피치 각으로 나선형으로 연장되며, 또한 한 쌍의 평행한 경계 에지 사이에 위치된 슈트형상의 (chute-shaped) 플루트 벽에 의해 개별적으로 한정되며, 제 1 경계 에지는 드릴의 회전방향에서 선단에 있고, 제 2 경계 에지는 드릴의 회전방향에서 말단에 있으며,

a) 팁에 포함된 클리어런스 표면과 개별 칩 플루트 사이에, 중심 축선으로부터 주변까지 연장되는 절삭날이 형성되어 있고, 이 절삭날은 노우즈 각뿐만 아니라 플루트 벽의 단면 형상에 의존하는 형상을 가지며,

b) 상기 플루트 벽은, 한편으로, 제 1 경계 에지에 가장 가까이 위치되고 절삭날에 포함된 주 절삭날로부터 축선방향 후방으로 연장되는 전단 표면을 포함하고, 다른 한편으로, 제 2 경계 에지에 가장 가까이 위치되는 말단 표면을 포함하며, 이 말단 표면은 오목 원호형 저부 표면을 경유하여 전단 표면으로 전환되고, 중앙 절삭날에 인접하게 위치되고 팁에 형성된 웹 첨멸부 (web thinning) 로부터 후방으로 연장되며, 중앙 절삭날은 니이 (knee) 를 경유하여 주 절삭날로 전환되고 주 절삭날보다 더 짧고,

c) 전단 표면이 회전방향에서 기준선 뒤에 위치되는 한, 중심 축선과 제 1 경계 에지 사이의 반경방향 기준선과 전단 표면 사이의 반경방향 각도가 양의 값이고,

d) 개별 칩 플루트는 중심 축선과 제 2 경계 에지 사이의 제 2 기준선과 제 1 기준선 사이의 각도로서 계산되는 개방 각도를 갖고, 이 개방 각도와 개별 바아의 발산 각도가 보각을 형성한다.

상기한 타입의 드릴 (단공 (short hole) 드릴의 범주에 속하고, 칩 플루트의 형상 때문에 트위스트 드릴로서 명명됨) 이 절단 또는 칩 제거 기계가공에 의해 강, 알루미늄, 주철 등의 금속의 작업물에 구멍을 형성하는데 사용된다. 또한, 상기 드릴은 다른 형태의 복합재에 구멍을 형성하기 위해 사용될 수 있다.

치수 정확도 및 표면 평활도에 대한 완성된 구멍의 질에 있어서, 칩의 형성 및 배출이 각각 매우 중요하다. 즉, 칩이 형성된 구멍 벽을 향해 가압되는 경향이 있다면, 구멍 벽의 표면 질은 악화된다. 심한 경우에는, 칩이 서로 얽혀 칩 걸림 (chip jammings) 을 야기할 수 있고, 이는 최악의 경우 공구 파손 및 작업물의 폐기로 이어질 수 있다. 따라서, 유연한 칩 배출이 보장되도록 드릴을 구성하는 일반적인 목적이 존재한다. 다른 목적은, 양호한 구멍 질을 보장할 뿐만 아니라 구멍 형성 작업에 요구되는 에너지 소비와 시간을 줄일 목적으로 절단을 용이하게 하는 드릴을 제공하는 것이다.

본 발명은, 이미 공지된 드릴의 상기한 칩 배출 문제를 제거하는 것과, 단공 타입의 향상된 드릴을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러므로, 본 발명의 주목적은, 가능한 최대 정도로 칩을 형성하고 구멍 벽을 향해 가압되지 않게 하면서 칩 플루트 내에 보유하는 드릴을 제공하는 것이다. 다른 목적은, 절단을 용이하게 하여 에너지 효율적이고 구멍 형성의 작업 시간을 단축시키는 드릴을 제공하는 것이다.

트위스트 드릴의 구성에 대한 일반적인 설명

도 1 및 도 2 에 나타낸 트위스트 드릴은 전방 단부 (1) 및 후방 단부 (2) 를 포함하고, 양단부 사이에는 중심 축선 (C) 이 연장되어 있고, 이 중심 축선과 회전대칭 엔벨로프 표면 (3) 이 동심을 이루고 있다. 전방 단부 (1) 는 전방을 향해 뾰족해지는 팁의 형상을 갖는다. 후방 단부 (2) 에 인접한 드릴의 후방부 (4) 는 구동 기계에 부착되기 위한 것이며, 토크를 기계로부터 드릴에 전달하기 위한 수단 (이 경우, 그루브 (5)) 을 포함한다. 드릴의 전방부를 따른 엔벨로프 표면 (3) 에서, 2 개의 칩 플루트 (6) 는 카운터싱크되고, 칩 플루트는 한 쌍의 바아 (7) 사이에 위치되고 중심 코어 (9) (도 8 참조) 주위에 나선형으로 연장되어 있다.

전방 단부 또는 팁 (1) 에는, 클리어런스 표면 (10) 이 포함되어 있고, 이 클리어런스 표면에서는, 2 개의 칩 플루트 (6) 가 클리어런스 표면과 함께 한 쌍의 절삭날 (11) 을 형성하도록 개방되어 있다.

여기서, 본 발명 및 이미 공지된 드릴에 비한 본 발명의 기술적 이점이 룸 (room) 에서 때때로 여러 치수에서, 아치형/곡선형의 드릴을 따른 모든 제한 표면 및 경계선에 비추어 개선된 입체 기하학을 포함한다는 것에 주목해야 한다. 특히, 도 7 및 도 8 을 주목해야 하는데, 도 7 은 드릴을 축선방향 전방에서 (도 2 에서 아래쪽으로) 바라본 단부를 보여주는 도면이고, 도 8 은 중심 축선 (C) 에 수직하게 위치된 단면도 (도 2 의 Ⅷ-Ⅷ) 이다. 도 8 에 따른 칩 플루트 (6) 의 단면 형상은 도 8 에 보여진 것처럼 개별 절삭날 (11) 의 형상에 매우 중요하다. 그러나, 마지막에 언급한 것은 다른 인자, 즉 드릴의 노우즈 각 및 칩 플루트의 피치 각에 의해서도 영향을 받는다.

각 개별 절삭날 (11) (도 3 ~ 도 6 참조) 은, 비교적 짧은 중앙 절삭날 (12), 및 이른바 니이 (14) 를 경유하여 중앙 절삭날로 전환되며 니이로부터 드릴의 주변까지 반경방향 외향으로 연장되는 더 긴 주 절삭날 (13) 을 포함한다. 팁 (1) 에는, 중앙 절삭날 (12) 을 형성하는데 요구되는 이른바 웹 첨멸부 (15) 가 또한 포함된다. 예에서, 중앙 절삭날 (12) 은 직선형이다.

개념의 명료성을 제공하기 위해, "칩 플루트" 라는 명명은 도 8 에서 도면부호 16 으로 나타낸 플루트 벽에 의해 한정되는 빈 공간에 관한 것임을 언급한다. 이 플루트 벽 (16) 은 2 개의 평행한 나선형 경계 에지 (17, 18) 사이에 연장되고, 제 1 경계 에지 (17) 는 그의 바아에서 회전방향 선단에 있고, 제 2 경계 에지 (18) 는 그의 바아에서 회전방향 말단에 있다.

도 8 에서, α 는 칩 플루트 (6) 의 개방 각도를 나타내고, β 는 바아 (7) 의 확산 각도를 나타낸다. 이들 각도 (α, β) 는 2 개의 직경방향 기준선 (RL1, RL2) 사이에서 결정되며, 이들 직경방향 기준선은 방사상으로, 즉 중심 축선 (C) 에 수직한 하나의 동일 평면에 위치되어 있고, 이들 중 제 1 직경방향 기준선은 제 1 경계 에지들 (17) 사이에서 직경방향으로 연장되고, 제 2 직경방향 기준선은 제 2 경계 에지들 (18) 사이에 직경방향으로 연장되며, 이들은 중심 축선 (C) 에서 서로 교차한다.

도 2 에서, φ 는 개별 칩 플루트의 피치 각을 나타낸다. 드릴의 노우즈 각은 도 5 에서 도면부호 ε 로 표시되어 있다.

종래 기술

도 15 에는, 개방 사용에 의해 이미 공지되어 있는 (Kennametal Inc. 에 의해 상표명 KENNA UNIVERSAL 드릴 B966 시리즈로 판매되고 있음) 드릴의 단면 형상이 도시되어 있다. 이 경우, 플루트 벽 (16K) 은 2 개의 부분 표면, 즉 제 1 선단 경계 에지 (17) 에 인접한 오목한 부분 표면 (19K) 및 제 2 말단 경계 에지 (18) 에 인접한 볼록한 부분 표면 (20K) 을 포함함으로써 물결형 또는 파도형 단면 형상을 구비하고 있다. 이후에서, 상기 부분 표면 (19K, 20K) 을 각각 전단 표면 및 말단 표면이라 칭한다. 전단 표면 (19) 과 말단 표면 (20) 사이에, 오목 형상을 갖는 제 3 저부형성 부분 표면 (21K) 이 존재하고, 접점 (tangential points) 을 경유하여 전단 표면과 말단 표면으로 전환된다. 저부 표면 (21K) 을 따라 가장 깊이 위치되는 지점이 코어 (9K) 에 접하고, 이는 바아 (7) 를 서로로부터 한정한다. 드릴에 충분한 강도를 제공하기 위해, 상기 코어 (9) 에 비교적 큰 직경 (DC) 을 제공할 필요가 있다. 더 구체적으로, 본 드릴에서, DC 는 드릴 직경 (D) 의 25 % 에 달한다.

플루트 벽 (16) 의 물결형 또는 파도형 형상의 결과로, 칩 채널 (플루트 벽과 구멍 벽 (점선의 원호형 선 (HW) 으로 나타냄) 사이에 한정됨) 은, 2 개의 경계 에지 (17, 18) 사이에서 계산되는 칩 채널의 길이가 저부 표면 (21K) 과 원호형 선 (HW) 사이의 반경방향 최대 거리로서 계산되는 폭 또는 깊이보다 훨씬 더 길다는 점에서, 일반적으로 기다란, 약간 배와 같은 (pear-like) 단면 형상을 갖는다. 따라서, 칩 채널은 꽤 좁고, 실제로 절삭날에 의해 제거되는 칩이 전단 표면 (19K) 에 의해 접선 방향으로 운반되기보다는 구멍 벽 (HW) 에 대해 가압되는 경향을 갖게 된다.

본 발명에 따른 드릴 및 이미 공지된 드릴에 비한 본 드릴의 장점을 상세하게 설명하기에 앞서, 첨부 도면의 참조에 의해 금속 기계가공을 위한 트위스트 드릴의 일반적인 구성이 명확해질 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 트위스트 드릴의 사시도이다.
도 2 는 상기 드릴의 측면도이다.
도 3 은 드릴 팁 근처의 드릴의 전방 부분의 확대 조감도이다.
도 4 는 드릴이 도 3 에 대해 90°회전되어 있는 유사한 조감도이다.
도 5 는 드릴의 전방 부분을 보여주는 부분 단면도이다.
도 6 은 도 5 에 대해 90°회전된 드릴을 보여주는 측면도이다.
도 7 은 드릴을 축선방향 전방에서 바라본 도 2 의 Ⅶ-Ⅶ 의 단부를 보여주는 확대도이다.
도 8 은, 본 발명에 따른 드릴의 특징을 이루는 특정 기하학적 데이터와 함께, 도 2 의 Ⅷ-Ⅷ 의 확대 단면도이다.
도 9 는 드릴에 포함된 절삭날의 본질을 보여주는 도 7 의 일부의 확대도이다.
도 10 은 드릴의 추가적인 사시도이다.
도 11 은 도 7 의 구획 ⅩⅠ-ⅩⅠ 의 단면도이다.
도 12 는 도 7 의 구획 ⅩⅡ-ⅩⅡ 의 단면도이다.
도 13 은 도 7 의 구획 ⅩⅢ-ⅩⅢ 의 단면도이다.
도 14 는 도 7 의 구획 ⅩⅣ-ⅩⅣ 의 단면도이다.
도 15 는 도 8 에 대응하는 단면도로서, 이미 공지된 드릴의 단면 형상을 보여준다.
도 16 은 도 7 에 대응하는 도면으로서, 공지된 드릴을 전방에서 바라본 단부를 보여준다.
도 17 은 공지된 드릴의 팁을 보여주는 부분 사시도이다.
도 18 은, 각 드릴의 단면 형상 사이의 차이를 보여주기 위해, 도 8 과 도 15 을 서로 중첩시킨 도면이다.
도 19 는 드릴의 제조 순간을 보여주는 사시도이다.

이제, 도 3 내지 도 14 를 참조하는데, 이들 도면은 본 발명에 따른 드릴의 디자인을 상세히 보여주고, 본 드릴과 도 15 내지 도 17 에 따른 공지의 드릴 사이의 차이를 설명한다. 주로, 본 발명에 따른 드릴은 칩 플루트 (6) 의 디자인에서 공지된 드릴과 상이하다. 따라서, 도 8 에 도시된 바와 같이, 본 경우에, 개별 플루트 벽 (16) 은 경계 에지 (17, 18) 근처에 위치된 2 개의 부분 표면, 즉 전단 표면 (19) 과 말단 표면 (20) (이들 표면은 부분 표면 (19, 20) 과 다른 곡률을 갖는 공통의 오목 원호형 저부 표면 (21) 으로 전환됨) 으로 형성된다. 유사하게, 개별 칩 플루트의 개방 각도 α 는, 이 경우에, 바아 (7) 의 발산 각도 β 보다 더 작다. 더 구체적으로, 도시된 바람직한 예에서, α 는 84°이고, α 의 보각인 β 는 96°이다.

전단 표면 (19) 은 제 1 경계선 (22) 을 경유하여 오목한 저부 표면 (21) 으로 전환되고 (도 4 및 도 5 참조), 말단 표면 (20) 은 제 2 경계선 (23) 을 경유하여 저부 표면 (21) 으로 전환된다 (도 3 및 도 6 참조).

이 경우, 클리어런스 표면 (10) 에는, 3 개의 다른 부분 표면, 즉 제 1 클리어런스 표면 (10a), 제 2 클리어런스 표면 (10b) 및 제 3 클리어런스 표면 (10c) 이 포함되어 있다. 이들 부분 표면 (본 예에서는 편평함) 은 절삭날 (11) 로부터 연속적으로 증가하는 클리어런스 각도로 연삭 또는 다른 방식으로 형성된다. 따라서, 제 1 클리어런스 표면 (10a) 의 클리어런스 각도는 제 2 클리어런스 표면 (10b) 의 클리어런스 각도보다 더 작고, 제 2 클리어런스 표면의 클리어런스 각도는 제 3 클리어런스 표면 (10c) 의 클리어런스 각도보다 더 작다. 다시 말해, 절삭날 (11) 뒤에 위치되는 클리어런스 표면 (10) 의 부분은 절삭날 (11) 로부터 회전방향 후방 경계선 (24) 까지 전체가 떨어져 있고, 회전방향 후방 경계선을 따라 제 3 클리어런스 표면 (10c) 이 칩 플루트로 전환된다. 여기서, 드릴이 회전방향 (R) 으로 회전될 수 있음에 주목해야 한다.

중앙 절삭날 (12) 을 형성하기 위해, 드릴 팁 (1) 에서, 위쪽이 넓은 오목 표면 형태의 상기한 웹 첨멸부 (15) 를 연삭하는 것이 필요하고, 웹 첨멸부는 경계선 (25) 을 경유하여 회전방향 말단 칩 플루트 (6) 뿐만 아니라 다른 클리어런스 부분 표면 (10a, 10b, 10c) 으로 전환된다 (도 4 참조). 웹 첨멸부 (15) 의 깊이는 절삭날 (11) 로부터 후방 경계선 (25) 을 향하는 방향으로 연속적으로 증가한다. 웹 첨멸부 (15) 를 형성하는데 사용되는 연삭 디스크의 적절한 형상을 선택함으로써, 원호형 웹 첨멸부 표면 근처에 쐐기형 평면 (26) 이 제공될 수 있고, 이 평면 (26) 은 회전방향 말단의 제 1 클리어런스 표면 (10a) 과 함께 중앙 절삭날 (12) 을 형성한다. 다시 말해, 웨지 표면 (26) 은 칩 표면으로서 역할하고, 이 표면에 대해 칩의 반경방향 내측 부분이 제거된다.

각각의 선단 경계 에지 (17) 를 따라, 드릴을 안내할 목적의 가이드 패드 (27) 가 존재하므로, 드릴은 형성된 구멍에 중심맞춤되어 유지된다. 또한, 가이드 패드 (27) 는 생성된 구멍 벽 (HW) 의 표면의 레벨링에 어느 정도 기여한다. 드릴 직경 (D) (도 8 참조) 은 가이드 패드의 외측들 사이의 직경방향 거리로써 정의된다.

본 발명의 핵심은, 플루트 벽 (16) 의 2 개의 외측 부분 표면 (19, 20) 이 경계선 (22, 23) 을 경유하여 한정되는 내측 저부 표면 (21) 과 다른 곡률을 갖는다는 것이다. 내측 저부 표면은 (도 8 에 따른 구획에서 비교적 작은 반경 (r₃) 을 갖는 원호선에 의해 정의됨으로써) 두드러지게 오목한 반면, 다른 부분 표면 (19, 20) 은 덜 굽은 다른 곡률을 갖는다. 칩 플루트 벽의 형상은 그 전체가 2 개의 다른 협력 방향, 즉 드릴의 길이방향에서의 축선방향 및 중심 축선 (C) 에 수직한 임의의 면에서의 단면방향에서 결정된다. 축선방향 형상은 칩 플루트의 일반적인 나사 또는 나선 형상에 의해 정의되고, 단면방향 형상은 도 8 의 중심 축선 (C) 에 수직한 면에 나타낸 3 개의 선 또는 모선에 의해 정의된다. 이들 중에서, 저부 표면의 두드러지게 오목한 형상을 정의하는 모선은 비교적 작은 반경 (r₃) 을 갖고, 다른 2 개의 모선의 반경 (r₁, r₂) 은 수배 더 크다. 수배 더 크다는 것은 반경 r₁ 및 r₂ 가 각각 반경 r₃ 보다 적어도 3 배 더 커야함을 의미한다. 만약 r₁ 및 r₂ 가 실시예의 경우에서처럼 무한대로 접근하면, 상기 모선은 거의 직선형이 될 것이고, 이는 클리어런스 표면 (10) 의 후방 경계선 (24) 뿐만 아니라 에지 세그먼트 (13a) 가 본질적으로 직선형이 됨을 의미한다. 경계선 (22) 이 주 절삭날 (13) 과 만나는 곳에서 (도 7 및 도 9 참조), 주 절삭날은 2 개의 개별 에지 세그먼트, 즉 전단 표면 (19) 에 연결되는 본질적으로 직선형의 에지 세그먼트 (13a) (도 9) 및 저부 표면 (21) 에 인접한 곡선형 에지 세그먼트 (13b) 로 나누어진다. 이들 에지 세그먼트 (13a, 13b) 는 함께 주 절삭날 (13) 에 약간 J자 형상을 부여하고, 이는 단부를 보여주는 도면 (도 7) 에서 볼 수 있다.

여기서, 이른바 강화 베벨 (reinforcement bevel) (28) 이 반경방향 외측 코너에 연삭으로 형성되고, 이 강화 베벨에서, 전단 표면 (19), 제 1 클리어런스 표면 (10a) 및 가이드 패드 (27) 의 외측이 서로 만난다는 것에 주목해야 한다. 아주 작은 삼각형 표면의 형태인 이 강화 베벨은, 코너에서 경사각을 줄이는데 기여하고, 에지 세그먼트 (13a) 의 최외측 부분이 회전방향에서 뒤쪽 방향으로 약간 벗어나게 된다 (도 9 참조). 그러나, 드릴의 축선방향에서 보았을 때, 강화 베벨 (28) 의 바로 뒤에서, 전단 표면 (19) 은 본질적으로 직선형의 모선에 의해 주변까지 정의된다 (도 8 참조). 강화 베벨 (28) 을 따른 경사각 (도시 안 됨) 은 에지 세그먼트 (13a) 의 나머지를 따른 것보다 더 작다. 더 구체적으로는, 본 예에서, 경사각은 일정하고 17°에 달한다.

이제, 도 11 내지 도 14 를 참조하는데, 이들 도면은 개별 주 절삭날 (13) 의 축선방향 경사각 (γ) 이 어떻게 양의 값이고 주변으로부터 드릴의 중심을 향해 연속적으로 감소하는지를 보여준다. 본 예에서, γ 는 구획 ⅩⅠ-ⅩⅠ (도 7 참조) 에서 23.3°, 구획 ⅩⅡ-ⅩⅡ 에서 19.1°, 그리고 구획 ⅩⅢ-ⅩⅢ 에서 14.6°에 달한다. 그러나, 중앙 절삭날 (12) 의 경사각이 약 0°이고, 즉 칩 표면 (26) 이 기계가공되는 표면과 대략 90°의 각도를 이룬다. 더욱이, 도 8 에서 전단 표면 (19) 과 기준선 (RL1) 사이의 각도 (δ) 의 형태로 도시되어 있는 것과 같이 절삭날의 반경방향 각도는, 전단 표면이 회전방향에서 기준선 뒤에 위치되어 있는 한, 양의 값이다. δ 는 달라질 수 있지만, δ 는 5 ~ 17°, 적절하게는 7 ~ 15°의 범위 내에 있어야 한다. 본 예에서, δ 는 11°이다.

충분한 반경방향 격사각 (δ) 을 반경방향 외측으로 연속적으로 증가하는 축선방향 경사각 (γ) (칩 플루트의 나사 형상의 자연적인 결과임) 과 조합함으로써, 절삭날은 절삭날에 의해 쓸리는 구멍 저부 표면의 더 넓은 부분을 따라 절삭을 용이하게 하는 동시에, 응력이 가장 크고 절삭날이 가장 큰 강도를 필요로 하는 곳인 드릴의 중심을 향해 절삭날의 강도가 증가하는 것이 보장된다. 이와 관련하여, 주 절삭날 (13) 에 의해 쓸리는 구멍 저부 표면의 부분이 중앙 절삭날 (12) 에 의해 쓸리는 중앙 부분보다 수배 더 크다는 것에 주목해야 한다. 본 예에서, 앞에 언급한 것이 뒤에 언급한 것보다 약 25 배 더 크다.

절삭을 매우 용이하게 하는 절삭날 (11) 에 의해, 코어 (9) 의 직경 (DC) 은 드릴의 강도를 위태롭게 하지 않으면서 절대 최소치로 감소될 수 있다. 도시된 프로토타입 실시형태에서, 드릴 직경 (D) 은 16.5 ㎜ 에 달하고, 경계 에지들 (17, 18) 사이의 칩 플루트의 폭은 12 ㎜ 에 달한다. 이 경우, 코어 (9) 에 3.05 ㎜ 라는 제한된 직경을 부여하는 것이 가능하였다. 다시 말해, DC 는 D 의 20 % 미만이다. 실제로, DC 는 D 의 22 % 이하일 수 있다. 한편, DC 는 D 의 17 % 미만이어서는 안 된다. DC 가 D 의 18 ~ 20 % 인 것이 가장 적합하다. 그러한 작은 직경 (DC) 을 갖는 코어에 의해, 칩 플루트 (6) 의 깊이는 앞에서 현실적이라고 생각되지 않은 정도까지 최대로 될 수 있다.

완전성을 위해, 엔벨로프 표면 (3) 을 따른 드릴의 직경이 15.3 ㎜ 에 달하고 (즉, 가이드 패드 (27) 가 0.6 ㎜ 의 두께를 갖고), 드릴의 길이가 143 ㎜ 에 달한다는 것을 언급한다. 그러면, 칩 플루트의 길이는 92 ㎜ 이다.

드릴의 제조는 통상적으로 봉형 작업물, 예컨대 예컨대 초경합금이나 강으로 이루어진 봉형 작업물을 연삭함으로써 행해진다. 만약 드릴이 플러싱 유체 채널을 구비해야 한다면, 작업물에 축선방향 구멍이 드릴링되고, 그 뒤에 작업물이 회전되어서, 플러싱 유체 채널이 완성된 드릴의 나선형 바아를 뒤따르게 된다. 제 1 연삭 작업 (도 19 참조) 에서, 작업물 및 회전가능한 연삭 디스크는 서로에 대해 이동하게 된다. 더 구체적으로, 작업물은 연삭 디스크에 대해 기울여지고, 연삭 디스크가 회전됨과 동시에 축선방향 앞쪽을 향해 이송된다. 그러한 방식으로, 연삭 디스크의 양측을 따라 본질적으로 직선형 모선이 칩 플루트의 전단 및 말단 표면 (19, 20) 을 각각 생성함과 동시에 연삭 디스크의 주변부가 오목한 저부 표면을 생성할 것이다. 다수의 종결 (concluding) 작업에서, 클리어런스 표면 (10) 의 상이한 부분 표면들이 연삭되고, 그 중 제 1 클리어런스 표면 (10a) 이 플루트 벽 (16) 의 전단 표면 (19) 및 저부 표면 (21) 과 함께 절삭날의 주된 날 (13) 을 형성한다. 그리고, 웹 첨멸부 (15) 의 연삭에 의해 중앙 절삭날 (12) 이 연삭된다. 2 개의 제 1 클리어런스 표면 (10a) 의 중앙 부분이 서로 만나는 곳에서, 중앙 끌날 (central chisel edge, 29) (도 9 참조) 이 형성되고, 이는 드릴 팁 (1) 중 작업물에 먼저 들어가는 부분이다.

도시된 실시형태에서, 칩 플루트 ((6) 의 피치는 그 전체 연장부를 따라 균일하다. 그렇지만, 본 발명의 범위 내에서, 칩 플루트는, 공지된 방식 자체로, 드릴의 후방 단부를 향해 증가하는, 더 정확하게는 칩 배출을 추가적으로 용이하게 할 목적의 피치를 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 본 예의 제 1 클리어런스 부분 표면 (10a) 이 편평하게 도시되어 있음에 주목해야 하는데, 이는 클리어런스 각도가 중앙으로부터 주변까지 절삭날의 전체 길이를 따라 일정하다는 것을 의미한다. 그렇지만, 절삭날의 상이한 부분에 변하는 클리어런스 각도, 더 정확하게는 주변으로부터 중앙을 향하는 방향으로 증가하는 클리어런스 각도를 제공하기 위해, 제 1 클리어런스 표면을 약간 아치형 또는 불룩한 (cambered) 형상으로 형성하는 것도 또한 가능하다. 그러한 방식으로, 중앙 절삭날 (12) 로부터도 양호한 클리어런스가 획득된다.

도 9 에 나타낸 에지 세그먼트 (13b) 의 원호 형상은, 앞에서 지적한 바와 같이, 노우즈 각 (ε) 뿐만 아니라 구획 Ⅷ- Ⅷ 에서의 칩 플루트 저부 표면 (21) 의 원호 형상에 의존한다. 더 정확하게는, 에지 세그먼트 (13b) 의 형상이 저부 표면 (21) 의 곡선 형상을 더 가까이 따르면, 노우즈 각 (ε) 이 더 커지고, 그 역도 성립한다. 본 예에서, 노우즈 각 (ε) 은 152°에 달하지만, 노우즈 각은 이 값으로부터 위쪽으로 그리고 아래쪽으로 달라질 수 있다. 그러나, ε 는 적어도 120°(가장 예리한) 및 최대 175°(가장 둔한) 에 달해야 한다. ε 가 130 ~ 170°인 것이 적절하다.

앞에서 지적한 바와 같이, 칩 플루트의 개방 각도 (α) (도 8 참조) 는 본 예에서 84°에 달하고, 바아 (7) 의 발산 각도 (β) 는 96°에 달한다. 실제로, 상기 각도들은 α 가 88°를 초과하지 않는다면 달라질 수 있다. 한편, α 는 적어도 80°에 달해야 한다. α 는 82 ~ 86°인 것이 적절하다. 드릴의 총 강도에 있어 중요한 인자는 바아의 발산 각도 (β) 이다. 이 발산 각도가 크기 때문에, 더 정확하게는 칩 플루트의 개방 각도보다 더 크기 때문에, 비교적 많은 양의 재료가 바아의 주변에 집중될 것이다. 그러한 방식으로, 최소 코어 직경 (DC) 에도 불구하고 드릴에 양호한 강도가 부여된다.

종래 기술에 대한 추가 설명

본 발명에 따른 드릴과 유사점을 갖는 단공 드릴링용 트위스트 드릴이 EP 2076344 B1 으로부터 이미 공지되어 있다. 이 경우, 칩이 드릴 내부에 가능한 한 깊이 둘러싸인 채 유지되게 하기 위해서가 아니라, 절삭날이 칩을 2 개의 평행한 부분 칩으로 분할하도록 절삭날을 형성할 수 있기 위해서, 개별 칩 플루트의 개방 각도가 그 자체로 바아의 분산 각도보다 더 작다. 그렇게 함에 있어서, 드릴 코어의 직경은 드릴 직경의 25 % 보다 훨씬 더 크고, 예에서는 드릴 직경의 약 33 % 에 달한다. 이는, 칩이 구멍 벽에 대해 반경방향으로 가압되도록 흐르는 경향이 전술한 KENNAMETAL 드릴에서보다 훨씬 더 크다는 것을 의미한다.

본 발명의 기능 및 이점

이제, 도 18 을 참조하는데, 본 발명에 따른 드릴의 단면 형상 (실선) 및 KENNAMETAL 로부터의 공지 드릴 (점선) 이 서로 중첩되어 도시되어 있다 (도 7 및 도 15 비교). 드릴 사이의 첫 번째 차이점은 각 드릴에서의 칩 플루트의 전단 및 저부 표면 (19, 21) 근처의 초승달형 영역 (F1) 이다. 이 영역에서, 본 발명에 따른 드릴의 칩 플루트는 공지 드릴의 칩 플루트보다 드릴 보디 내로 훨씬 더 깊이 절삭한다. 이는 공지 드릴의 경우보다 더 작은 직경 (DC) 을 갖는 본 발명의 드릴의 코어 (9) 의 결과이다. 두 번째 차이점은, 경계 에지들 (17, 18) 사이의 본 발명의 따른 칩 플루트의 접선방향 연장부가 공지 드릴에서의 대응 거리보다 얼마나 훨씬 더 작은지를 보여주는 쐐기형 영역 (F2) 이다. 일반적으로, 본 발명에 따른 칩 플루트는 공지 플루트보다 접선방향으로 더 압축되었을 뿐만 아니라 반경방향으로 더 깊다고 할 수 있다. 그리고, 공지 드릴의 주 절삭날 (13K) (도 16 참조), 즉 니이 (14K) 로부터 주변까지 연장된 전체 절삭날 (11K) 의 외측 부분은, 더 정확하게는 (비록 꽤 얕지만) 가장 깊이 위치된 저부 표면 (21K) 과 동일한 오목 곡률을 갖는 칩 플루트의 전단 표면 (19K) 의 결과로, 약간 C자 형상이다. 따라서, 이들 표면 (19K, 21K) 은 서로 경계없이 전환되다. 이와 대조적으로, 본 발명의 드릴의 주 절삭날 (13) (도 9 참조) 은, 상이한 곡률을 가지며 경계선 (22) 을 경유하여 서로 한정되는 전단 및 저부 표면 (19, 21) 의 결과로, J자 형상이다. 더 정확하게는, 외측 에지 세그먼트 (13a) 는 본질적으로 직선형일 것이고 (만약 r₁ 이 무한대에 가깝게 선택된다면), 내측 에지 세그먼트 (13b) 는, 반경 r₃ 로 두드러지게 오목한 저부 표면 (21) 의 결과로, 아치형이 된다. 주 절삭날 (13K) 의 약간 C자 형상의 결과로, 제거되고 비꼬인 후 자체에 대해 조각들로 부서지는 칩은 본 발명에 따른 드릴의 주 절삭날 (13) 에 의해 제거되는 칩보다 더 큰 정도로 반경방향 외측을 향하게 되고, 주 절삭날의 J자 형상 덕분에 칩 플루트 내에서 더 내측을 향하는 경로로 이동할 것이다. 또한, 칩이 완전히 해제되어 칩 채널, 즉 플루트 벽과 구멍 벽 (HW) 사이의 공간을 경유하여 배출되기 시작하는 때에, 이러한 이동 경향은 유지될 것이다. 완전히 오목한 전단 표면 (19K) 가 구멍 벽에 대해 칩을 꽤 강하게 가압하는 반면, 경계선 (22) 과 주변 사이에 연장된 (직선형) 전단 표면 (19) 은 칩 유동을 칩 채널 내에서 더 내측으로 향하게 할 것이다. 다시 말해, 마지막에 언급한 경우의 칩은 구멍 벽에 충돌하지 않을 것이다.

이와 관련하여, 특히 도 16 을 참조하는데, 더 정확하게는 니이 (14K) 와 드릴의 중심 사이의 반경방향 거리가 본 발명에 따른 드릴에서의 대응 거리보다 훨씬 더 크기 때문에, 주 절삭날 (13K) 이 중앙 절삭날 (12K) 에 비해 비교적 짧은 것을 볼 수 있다. 따라서, 먼저 언급한 경우에, 니이 (14K) 와 중심 축선 (C) 사이의 반경방향 거리는 D/2 의 약 40 % 에 달하는 반면, 마지막에 언급한 경우에, 대응하는 반경방향 거리는 D/2 의 단 23 % 에 달한다. 이는 공지 드릴의 비교적 무딘 절삭용 중앙 절삭날 (12K) 이 구멍 저부 표면의 비교적 많은 부분을 쓸게 됨을 의미한다. 이미 지적한 바와 같이, 본 발명의 따른 드릴의 중앙 표면은 전체 구멍 저부 표면의 단지 약 1/25 이 반면, 공지 드릴의 대응 분율은 약 4/25 에 달한다. 다시 말해, 공지 드릴은 본 발명에 따른 드릴보다 훨씬 더 많은 에너지를 요구한다.

도 17 에서, 클리어런스 표면 (10K) 은 단일 단차부 (step) 로 연삭되는 반면, 본 발명에 따른 드릴의 대응 클리어런스 표면 (10) 은 패싯형 (facet-like) 부분 표면 (10a, 10b, 10c) 을 형성하면서 여러 단차부로 연삭되는 것을 볼 수 있다. 그러한 패싯 연삭은 드릴 팁의 강도를 현저히 증가시킨다.

본 발명에 따른 드릴에서, 중앙 절삭날은 절삭날 (11) 의 총 길이의 약 20 % 에 달하는 길이를 갖고, 이는 주 절삭날 (13) 이 총 길이의 80 % 에 달하는 길이를 가짐을 의미한다. 주 절삭날에 포함된 2 개의 에지 세그먼트 (13a, 13b) 의 원호 길이는 달라질 수 있다. 소형 드릴의 경우, 각 에지 세그먼트의 원호 길이는 대략 동일한 크기 (50/50) 일 수 있다. 그러나, 더 큰 드릴, 예컨대 10 ㎜ 보다 큰 드릴 직경을 갖는 드릴의 경우, 직선형 에지 세그먼트 (13a) 는 예컨대 60/40 또는 심지어 70/30 의 비로 곡선형 에지 세그먼트 (13b) 보다 더 길 수 있다.

도시된 프로토타입 실시형태에서, 플루트 저부 표면 (21) 의 반경 (r₃) 은 6 ㎜ 에 달한다. 그러나, 이 반경은 커지거나 작아질 수 있다. 그러나, r₃ 는 최대 10 ㎜ 그리고 적어도 4 ㎜ 에 달해야 한다. 더욱이, 적어도 r₃ 은 외측 에지 세그먼트 (13a) 에 직선형 형상을 제공하기 위해 무한대에 접근해야 한다. 그렇지만, 본 발명의 범위 내에서, 전단 표면 (19) 에 예컨대 40 ㎜ 이상의 큰 반경 (r₁) 을 부여함으로써, 상기 에지 세그먼트에 약간 곡선형 또는 불룩한 형상을 부여하는 것도 가능하다. 특히 도 9 를 참조하여 보면, 중앙 절삭날 (12) 및 주 절삭날의 외측 에지 세그먼트 (13a) 가 본질적으로 서로 평행하게 연장된다 (평행으로부터의 가능한 편차는 3°이하이어야 한다) 는 것에 주목해야 한다.

본 발명의 가능한 변경

도면에서, 본 발명은 솔리드 (solid) 드릴, 즉 바람직하게는 초경합금이나 강으로 이루어진 단일 조각으로 형성된 드릴의 형태로 예시되었다. 그러나, 이른바 루스 탑 (loose top) 실시형태, 즉 기본 보디의 전방 시트에 설치될 수 있는 대체가능한 전방 부분 또는 루스 탑에 절삭날이 형성되는 실시형태로 드릴을 제조함으로써, 드릴 팁의 묘사된 기하학적 구조를 실현하는 것도 또한 가능하다.

Claims (9)

1. 전방 단부 (1) 및 후방 단부 (2) 를 포함하는 드릴로서,
   상기 전방 단부와 상기 후방 단부 사이에는, 주변 엔벨로프 표면 (3) 과 동심을 이루는 중심 축선 (C) 이 연장되어 있고, 상기 전방 단부 (1) 는 둔각의 노우즈 각 (ε) 을 갖는 팁으로서 형성되고,
   또한 상기 주변 엔벨로프 표면 (3) 에서 카운터싱크된 (countersunk) 2 개의 칩 플루트 (6) 를 포함하고,
   상기 칩 플루트 (6) 는 한 쌍이 바아 (7) 사이에 위치되고, 중심 코어 (9) 주위에서 특정 피치 각 (φ) 으로 나선형으로 연장되며, 또한 한 쌍의 평행한 경계 에지 (17, 18) 사이에 위치된 슈트형상의 플루트 벽 (16) 에 의해 개별적으로 한정되며, 제 1 경계 에지 (17) 는 상기 드릴의 회전방향 (R) 에서 선단에 있고, 제 2 경계 에지 (18) 는 상기 드릴의 회전방향에서 말단에 있으며,
   a) 상기 팁 (1) 에 포함된 클리어런스 표면 (10) 과 개별 상기 칩 플루트 (6) 사이에, 중심 축선 (C) 으로부터 주변까지 연장되는 절삭날 (11) 이 형성되어 있고, 상기 절삭날은 상기 노우즈 각 (ε) 뿐만 아니라 상기 플루트 벽 (16) 의 단면 형상에 의존하는 형상을 가지며,
   b) 상기 플루트 벽 (16) 은, 한편으로, 상기 제 1 경계 에지 (17) 에 가장 가까이 위치되고 상기 절삭날에 포함된 주 절삭날 (13) 로부터 축선방향 후방으로 연장되는 전단 표면 (19) 을 포함하고, 다른 한편으로, 상기 제 2 경계 에지 (18) 에 가장 가까이 위치되는 말단 표면 (20) 을 포함하며, 상기 말단 표면은 오목 원호형 저부 표면 (21) 을 경유하여 상기 전단 표면으로 전환되고, 중앙 절삭날 (12) 에 인접하게 위치되고 상기 팁 (1) 에 형성된 웹 첨멸부 (15) 로부터 후방으로 연장되며, 상기 중앙 절삭날은 니이 (14) 를 경유하여 상기 주 절삭날로 전환되고 상기 주 절삭날보다 더 짧고,
   c) 상기 전단 표면이 회전방향에서 제 1 기준선 (RL1) 뒤에 위치되는 한, 상기 중심 축선 (C) 과 상기 제 1 경계 에지 (17) 사이의 제 1 기준선 (RL1) 과 상기 전단 표면 (19) 사이의 반경방향 각도 (δ) 가 양의 값이고,
   d) 개별 상기 칩 플루트 (6) 는 상기 중심 축선 (C) 과 상기 제 2 경계 에지 (18) 사이의 제 2 기준선 (RL2) 과 제 1 기준선 (RL1) 사이의 각도로서 계산되는 개방 각도 (α) 를 갖고, 상기 개방 각도와 개별 상기 바아 (7) 의 발산 각도 (β) 가 보각을 형성하며,
   e) 코어 (9) 는 드릴 직경 (D) 의 최대 22 % 에 달하는 직경 (DC) 을 갖고,
   f) 상기 바아의 발산 각도 (β) 는 상기 칩 플루트 (6) 의 개방 각도 (α) 보다 더 크고,
   g) 개별 상기 플루트 벽 (16) 의 상기 전단 표면 (19) 및 상기 말단 표면 (20) 은 상기 저부 표면 (21) 으로부터 가상의 제 1 경계선 (22) 및 제 2 경계선 (23) 을 경유하여 한정되고, 상기 중심 축선에 수직한 면에서 보았을 때, 상기 저부 표면 (21) 의 곡률 반경 (r₃) 보다 적어도 3 배 더 큰 곡률 반경 (r₁, r₂) 을 가지며,
   h) 상기 제 1 경계 에지 (17) 에 가장 가까이 위치된 제 1 경계선 (22) 이, 상기 주 절삭날 (13) 이 외측 에지 세그먼트 (13a) 와 내측 에지 세그먼트 (13b) 로 나뉘는 지점에서 상기 주 절삭날 (13) 과 만나고, 상기 중앙 절삭날 (12) 에 가장 가까이 위치된 내측 에지 세그먼트 (13b) 가 가장 작은 곡률 반경을 갖고 상기 주 절삭날 (13) 에 J자 형상을 부여하는 것을 특징으로 하는 드릴.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 칩 플루트 (6) 의 개방 각도 (α) 는 최대 88°에 달하는 것을 특징으로 하는 드릴.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 경계 에지 (17) 와 상기 제 1 경계선 (22) 사이의 전단 표면 (19) 의 폭이 상기 제 2 경계선 (23) 과 상기 제 2 경계 에지 (18) 사이의 말단 표면 (20) 의 대응하는 폭보다 더 작은 것을 특징으로 하는 드릴.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 주 절삭날 (13) 의 외측 에지 세그먼트 (13a) 는 무한대에 접근하는 상기 전단 표면 (19) 의 곡률 반경 (r₁) 에 의해 대략 직선형인 것을 특징으로 하는 드릴.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 말단 표면 (20) 의 곡률 반경 (r₂) 이 무한대에 접근하고, 클리어런스 표면 (10) 과 상기 말단 표면 (20) 사이의 회전방향 후방 경계선 (24) 이 직선형인 것을 특징으로 하는 드릴.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 저부 표면 (21) 의 곡률 반경 (r₃) 이 10 ㎜ 보다 더 작은 것을 특징으로 하는 드릴.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주 절삭날의 내측 에지 세그먼트 (13b) 가 주 절삭날을 따른 제 1 경계선 (22) 의 만나는 점과 상기 니이 (14) 사이의 길이를 갖는데, 이 길이가 외측 에지 세그먼트 (13a) 의 길이보다 더 크지 않은 것을 특징으로 하는 드릴.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 경계 에지들 (17) 사이에 직경을 따라 연장될 뿐만 아니라 상기 중심 축선 (C) 과 교차하는 제 1 기준선 (RL1) 과 상기 주 절삭날 (13) 의 반경방향 외측 에지 세그먼트 (13a) 사이의 양의 값의 반경방향 각도 (δ) 는 적어도 5°에 달하는 것을 특징으로 하는 드릴.
9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 중앙 절삭날 (12) 및 상기 주 절삭날의 외측 에지 세그먼트 (13a) 는 서로 대략 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 드릴.

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