KR101846232B1 - 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀 - Google Patents

섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀 Download PDF

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Abstract

본 발명은 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀에 관한 것으로서, 절삭날(50)이 형성되어 있는 절삭부(20)를 갖고, 이 절삭부(20)에는 절삭되는 칩을 배출하기 위한 주 플루트(30) 및 부 플루트(40)가 형성되어 있는 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀에 있어서, 상기 주 플루트(30) 및 상기 부 플루트(40)는 서로 다른 방향으로 형성되어 있고, 상기 절삭날(50)의 방향이 원주 방향으로 인접한 절삭날의 방향과 역방향으로 상이하고, 또한 축방향으로 인접한 절삭날의 방향과 역방향으로 상이하게 형성되어, 가공시 생길 수 있는 절삭 진동을 경감시키고 버(burr) 발생을 억제하여 양호한 가공면을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀{ENDMILL FOR MACHINING OF FIBER REINFORCED PLASTIC}
본 발명은 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀에 관한 것으로서, 특히 섬유강화 플라스틱 가공시 생길 수 있는 진동을 경감하고 버(burr) 발생을 억제하여 양호한 가공면을 얻을 수 있는 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀에 관한 것이다.
섬유강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastic; FRP) 소재는 우수한 물성으로 레져, 자동차, 항공기 구조재로 사용되고 있다. 이러한 우수한 물성과는 달리 섬유강화 플라스틱(FRP) 소재 가공에 있어서는 섬유강화 플라스틱 소재에 함유되는 섬유에 의하여 난삭성을 가지게 된다.
그래서, 섬유강화 플라스틱 소재는 일반 강재에 비해 큰 점성과 용착성으로 인해 절삭저항 및 진동이 크고, 가공시 섬유가 끊어지지 않고 버(burr)가 발생하거나 적층된 경우 층간 박리 등의 문제가 있다. 따라서, 섬유강화 플라스틱 소재를 절삭 가공할 때 진동을 경감시키거나 양호한 가공면을 얻을 수 있는 절삭 공구가 필요하다.
엔드밀(endmill)은 외주면과 말단면에 절삭날이 있어 좁은 평면을 다듬거나 홈을 파는 데 사용되는 절삭공구의 하나로서 주로 피삭재에 홈절삭을 하거나 측면절삭을 할 때 사용되고 있다. 도 5에 도시된 종래의 엔드밀(10)은 일반적으로 레디어스 엔드밀이라 불리는 것으로, 몸체부(11)와 절삭부(15)로 구성되어 있다.
몸체부(11)는 엔드밀을 밀링공구에 장착하기 위한 것으로, 속이 찬 원통형으로 되어 있다. 절삭부(15)는 피삭재에 홈이나 측면을 가공(절삭)하기 위한 것으로, 외주절삭날(15a)과 모서리절삭날(15b)로 구성되어 있다.
외주절삭날(15a)은 절삭부(15)의 외주면에 형성되어 있고, 모서리절삭날(15b)은 외주절삭날(15b)과 이어지게 절삭부(15) 말단의 모서리에 형성되어 있다. 또한 절삭부(15)에는 외주절삭날(15a) 및 모서리절삭날(15b)과 이어지게 몸체부(11)쪽으로 절삭되는 칩을 배출하기 위한 플루트(flute; 17) 또는 칩포켓(chip pocket; 17)이 형성되어 있다.
섬유강화 플라스틱 소재를 절삭 가공하기 위한 공구로 주 절삭날에 대해 교차하여 니크 홈이 복수로 형성된 것을 특징으로 하는 라우터 엔드밀이 제시되었다. 그러나, 이와 같은 구조의 종래 엔드밀은 절삭날이 한 방향으로만 형성되어 있기 때문에, 가공시 피삭재를 들어올리거나 반대로 누르는 작용이 증대해 피삭재 한쪽 면에서 섬유가 매끄럽게 끊어지지 않은 채 남게 되어 버(burr)가 발생하거나 섬유 층간 박리의 문제점이 있었다.
도 6을 참조하면, 한국공개특허공보 제10-2013-0038299호(2013. 4. 17. 공개)에는 탄소 섬유강화 물질의 시트를 에지 트리밍(edge trimming)하기 위한 엔드밀로서, 플루트(140)의 양방향 구조로 커팅 작용을 수행함에 따라 플레이트 또는 시트의 상측면과 하측면 모두를 압축시키는 효과를 가짐으로써 플레이트 또는 시트의 층간 박리를 감소시킬 수 있는 엔드밀이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 엔드밀은 절삭날이 한 방향으로만 형성되어 있기 때문에 가공시 주기적인 절삭 진동이 발생되는 문제점이 있고, 절삭에 참여하는 절삭날의 가공구간과 플레이트 또는 시트의 두께에 따른 제약이 있는 문제점이 있었다.
한국공개특허공보 제10-2013-0038299호(2013. 4. 17. 공개)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 섬유강화 플라스틱 가공시 생길 수 있는 절삭 진동을 경감시키고 버(burr) 발생을 억제하여 양호한 가공면을 얻을 수 있는 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀은 절삭날이 형성되어 있는 절삭부를 갖고, 이 절삭부에는 절삭되는 칩을 배출하기 위한 주 플루트 및 부 플루트가 형성되어 있으며, 상기 주 플루트 및 상기 부 플루트는 서로 다른 방향으로 형성되어 있고, 상기 절삭날의 방향이 원주 방향으로 인접한 절삭날의 방향과 역방향으로 상이하고, 또한 축방향으로 인접한 절삭날의 방향과 역방향으로 상이하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀은 상기 부 플루트 수가 상기 주 플루트 수보다 많아 상기 주 플루트와 상기 부 플루트는 위상이 상이하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀의 상기 절삭부는 축선 방향에 수직한 임의의 평면상에 서로 다른 방향의 절삭날이 적어도 2개가 절삭가공에 참여하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀의 상기 주 플루트 및 상기 부 플루트의 비틀림각은 20˚ 내지 30˚으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀의 상기 주 플루트 및 상기 부 플루트의 비틀림각은 상이하게 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀은 섬유강화 플라스틱 가공시 생길 수 있는 절삭 진동을 경감시키고 버(burr) 발생을 억제하여 양호한 가공면을 얻을 수 있게 하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀을 개략적으로 나타내는 도이고,
도 2는 도 1의 A 부분 확대도이고,
도 3은 도 2의 A-A' B-B' 단면도이고,
도 4는 도 1의 엔드밀의 절삭부를 원주방향으로 가상으로 펼친 전개도이고,
도 5 및 도 6은 종래 엔드밀을 나타내는 도이다.
이하, 본 발명에 따른 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀의 실시예를 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀(10)은 도 1을 참조하면, 절삭날(50)이 형성되어 있는 절삭부(20)를 가지며, 이 절삭부(20)에는 절삭되는 칩을 배출하기 위한 주 플루트(30) 및 부 플루트(40)가 형성되어 있다.
본 발명에 따른 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀(10)은 절삭날의 방향이 원주 방향으로 인접한 절삭날의 방향과 역방향으로 상이하고, 또한 축방향으로 인접한 절삭날의 방향과 역방향으로 상이하게 형성되어 있어서 섬유강화 플라스틱 소재를 절삭 가공할 때 진동경감 및 고품위 가공이 가능하다. 이에 대하여, 도 1의 절삭부(20) 중에서 A 부분을 확대한 도 2와 도 3을 참조하여 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀(10)은 절삭날(50a)은 원주방향으로 인접한 절삭날(50c, 50e)의 방향과 역방향으로 상이하게 형성되어 있다. 도 2에서 원주방향을 나타내는 A-A'선의 단면을 나타내는 도 3을 참조하면, 절삭날(50a)의 원주방향으로 인접한 절삭날(50c)와 절삭날(50e)은 경사면(52)과 여유면(51)에 의해 형성되는 절삭날 방향이 절삭날(50a)의 절삭날 방향과 대략 90도 이상의 둔각으로 차이가 나게 상이하다.
또한, 절삭날(50a)은 축방향으로 인접한 절삭날(50b, 50d)의 방향과도 역방향으로 상이하게 형성되어 있다. 도 2에서 축방향을 나타내는 B-B'선의 단면을 나타내는 도 3을 참조하면, 절삭날(50a)의 경사면(52)과 여유면(51)에 의해서 형성되는 절삭날의 방향이 축방향으로 인접한 절삭날(50b)와 절삭날(50d)의 절삭날 방향과 대략 90도 이상의 둔각으로 차이가 나게 상이하다.
모든 절삭날의 방향이 한 방향인 경우에는 회전 가공시 한쪽 방향으로 작용하는 절삭력에 의한 주기적인 진동 현상이 발생할 수 있는데, 본 발명에 따른 엔드밀은 원주방향 및 축방향으로 인접한 절삭날의 방향을 상이하게 구성함으로써 절삭력이 불규칙하게 분산되어 진동 현상을 경감시킬 수 있다. 진동이 경감되면 섬유강화 플라스틱 판재 가공시 판재 상하면에서 버(burr) 발생이 감소되어 양호한 가공면을 얻을 수 있다.
도 4는 도 1의 엔드밀의 절삭부를 원주방향으로 가상으로 펼친 전개도이다.
도 4를 참조하면, 주 플루트가 1, 2, 3, …, m-1, m 으로 표시되고, 부 플루트가 1, 2, 3, …, n-1, n으로 표시되어 있는데, 부 플루트 수가 주 플루트 수보다 많은 경우, 즉 n > m 인 경우, 주 플루트와 부 플루트는 위상이 상이하게 형성될 수 있다. 또한, 직사각형으로 펼쳐진 절삭부는 축선 방향에 수직한 임의의 평면상에 서로 다른 방향의 절삭날이 적어도 2개가 절삭가공에 참여하게 형성할 수 있다.
도 4에서 축선 방향에 수직한 임의 평면은 직사각형 절삭부에서 내부에 2개의 가로 선으로 표시된다. 이 중 아래 쪽에 있는 가로 선으로 표시된 축선 방향에 수직한 평면에는 ○로 표시한 인접한 2개의 절삭날이 서로 방향이 다르기 때문에 엔드밀 1회전시 절삭가공에 참여하는 서로 다른 방향의 절삭날이 최소한 2개가 존재한다. 윗쪽에 있는 가로 선으로 표시된 평면의 경우, ○로 표시한 절삭날은 바로 인접한 절삭날 이외에도 일정 간격 이격된 위치의 절삭날도 방향이 다른 것이 존재하기 때문에, 엔드밀 1회전시 서로 다른 방향의 절삭날이 2개 이상 절삭가공에 참여한다.
도 4에서 피삭재(60)가 우측에 도시되어 있는데, 이 피삭재(60)는 강화섬유와 매트릭스 수지의 복합재로 구성된 적층형태의 섬유강화 플라스틱 판재이다. 섬유강화 플라스틱 판재 가공시 단일방향으로의 절삭날이 복수로 형성된 종래 라우터 엔드밀의 경우 축선 단일 방향으로 분력이 일방향으로 작용하여 판재의 상, 하면 모서리의 버(Burr) 발생 및 섬유의 뜯김이 발생하기 쉽고 양호한 절삭면을 얻는 것이 어렵게 된다. 그러나, 본 발명의 경우 축선에 수직한 임의의 평면에 있어서 엔드밀 1회전시 절삭가공에 참여하는 서로 다른 방향의 절삭날이 적어도 2개로 구성되어 있어 판재 상하면에서도 버(Burr) 발생이 없는 양호한 가공면을 얻을 수 있다
한편, 주 플루트 및 부 플루트의 비틀림각을 20˚ 내지 30˚로 구성함으로써, 원활한 절삭이 가능하게 하고 다방향의 강화섬유로 구성된 섬유강화 플라스틱 소재 가공시 섬유가 끊어지지 않거나 버(burr)가 생기거나 뜯김이 생기는 현상을 억제할 수 있다. 여기서, 비틀림각을 20˚미만으로 한 경우, 절삭날의 절삭 저항이 커지게 되어 절삭날이 파손될 우려가 있고, 섬유재의 뜯김 현상이 심화될 수 있다. 비틀림각이 30˚보다 크면 버(burr) 발생을 억제하는 효과가 둔화되고 층간 분리현상이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 주 플루트의 제1비틀림각(α1)과 부 플루트의 제2비틀림각(α2)은 20° 내지 30°로 형성되는 것이 바람직하다.
섬유강화 플라스틱 소재는 강화섬유와 매트릭스 수지의 복합재로 구성되어 있는데, 이로 인하여 이 소재의 영역별 강도와 가공성에 차이가 발생하게 되어 가공시 진동이 유발된다. 이러한 경우, 주 플루트와 부 플루트의 비틀림각을 상이하게 구성함으로써 섬유강화 플라스틱 복합재의 불균질한 소재 특성을 보완하고, 절삭저항 최대 변동 폭을 적절히 조정하여 진동을 경감시켜 양호한 가공면을 얻을 수 있다.
10: 엔드밀 20: 절삭부
30: 주 플루트 40: 부 플루트
50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e: 절삭날
51: 여유면 52: 경사면
60: 피삭제
α1: 제1비틀림각 α2: 제2비틀림각

Claims (5)

  1. 절삭날(50; 50a, 50b, 50c, 50d, 50e)이 형성되어 있는 절삭부(20)를 갖고, 이 절삭부(20)에는 절삭되는 칩을 배출하기 위한 주 플루트(30) 및 부 플루트(40)가 형성되어 있는 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀에 있어서,
    상기 주 플루트(30) 및 상기 부 플루트(40)는 서로 다른 방향으로 형성되어 있고,
    상기 절삭날(50a)의 원주방향으로 인접한 절삭날(50c, 50e)은 경사면(52)과 여유면(51)에 의해 형성되는 절삭날 방향이 상기 절삭날(50a)의 절삭날 방향과 둔각으로 차이가 나게 상이하게 형성되고,
    상기 절삭날(50a)의 경사면(52)과 여유면(51)에 의해서 형성되는 절삭날의 방향이 축방향으로 인접한 절삭날(50b, 50d)의 절삭날 방향과 둔각으로 차이가 나게 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부 플루트(40) 수가 상기 주 플루트(30) 수보다 많아 상기 주 플루트(30)와 상기 부 플루트(40)는 위상이 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절삭부(20)는 축선 방향에 수직한 임의의 평면상에 서로 다른 방향의 절삭날이 적어도 2개가 절삭가공에 참여하게 형성된 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주 플루트(30) 및 상기 부 플루트(40)의 비틀림각은 20˚ 내지 30˚인 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주 플루트(30) 및 상기 부 플루트(40)의 비틀림각은 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 섬유강화 플라스틱 가공용 엔드밀.
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