KR101904584B1

KR101904584B1 - 절삭 인서트

Info

Publication number: KR101904584B1
Application number: KR1020147027408A
Authority: KR
Inventors: 요우세이 덴사카
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2018-10-04
Also published as: WO2013146211A1; CN104203463A; KR20140142266A; JP6213460B2; US20150043982A1; CN104203463B; EP2832477B1; EP2832477A1; EP2832477A4; US9630257B2; JPWO2013146211A1

Abstract

여유면(3)과 교차하여 절삭날(4)을 이루는 랜드(9)와, 브레이커홈(10)을 경사면에 형성하고, 브레이커홈(10)은 브레이커(11)를 포함하며 랜드(9)의 코너 R부의 절삭날에 형성된 부분의 폭(T)을, 0.05 ㎜<T<0.15 ㎜로 설정하고, 브레이커홈(10)의 랜드측의 사면(斜面)에, 코너 R부의 절삭날의 전역을 따르는 산부(12)를, 브레이커홈(10)의 깊이 방향으로 늘어선 상태로 해서 복수 형성하며, 각 산부를 형성하는 경사면 중 적어도 하나의 경사면의 경사각(θ)을, θ>20°로 하였다.

Description

절삭 인서트{CUTTING INSERT}

본 발명은, 티탄, 티탄 합금, Ni 합금 등의 난삭재의 거친 가공에 있어서, 절삭 부스러기(칩)의 처리와 수명에 관해서 우수한 성능을 발휘하는 절삭 인서트에 관한 것이다.

최근, 티탄 등의 난삭재로 형성되는 구조재 등이 다용되는 경향이 있으며, 상기와 같은 난삭재를 절삭 가공하는 일이 많아지고 있다. 이러한 종류의 난삭재의 가공에는, 스테인리스강용의 칩 브레이커를 구비하는 절삭 인서트가 전용으로 이용되고 있다.

스테인리스강의 절삭 가공에는, 예컨대, 하기 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 절삭 인서트나 하기 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같은 절삭 인서트가 채용된다.

특허문헌 1의 절삭 인서트는, 절삭날을 따른 경사면(rake face)에 폭이 0.15 ㎜∼0.25 ㎜ 정도인 날끝 강화용의 플랫한 랜드를 형성하고 있다. 또한, 그 랜드에 이어서 브레이커홈을 형성하고, 브레이커홈과 절삭 인서트의 중앙 랜드부 사이에 브레이커 돌기를 배치하고 있다.

또한, 특허문헌 2의 절삭 인서트는, 여유면에 대하여 예각으로 교차시킨 경사면에 브레이커홈을 형성하고, 그 브레이커홈과 절삭 인서트의 중앙 랜드부 사이에 브레이커 돌기를 배치하고 있다.

한편, 후자의 타입의 절삭 인서트에 있어서, 스테인리스강의 가공에 이용하는 것에 대해서는, 경사각이 20° 미만이고, 설치폭이 크더라도 0.5 ㎜ 정도인 경사면을 절삭날을 따라 형성하고, 그 경사면의 종단(절삭날로부터 멀어지는 측을 종단이라고 생각함)에 경사각이 20°를 넘는 브레이커홈을 형성하는 것도 행해지고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성 제6-190612호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2002-103107호 공보

티탄 등의 난삭재의 가공에서는, 날끝 근방에 크레이터 마모가 크게 진전되기 때문에, 날끝의 강화 효과가 얻어지는 플랫한 랜드를 절삭날을 따라 형성한 특허문헌 1과 같은 구조가 수명의 면에서 유리하다. 그러나, 폭이 큰 플랫 랜드를 형성한 절삭 인서트에서는, 절삭 칩의 분단이 잘 이루어지지 않기 때문에 절삭 칩이 길게 연장되어 버려, 그것이 작업에 지장을 초래한다.

또한, 랜드가 없는 특허문헌 2와 같은 구조는, 샤프니스가 좋고, 절삭 칩의 처리 성능도 랜드가 있는 것보다 뛰어나다. 그러나, 날끝부의 두께가 적기 때문에, 크레이터 마모가 진전되면 날끝이 결손되기 쉬워져, 단수명으로 되는 문제가 있다.

본 발명은, 절삭 인서트의 형상을 고안하여, 난삭재 가공의 경우에도 크레이터 마모가 억제되어 수명이 연장되며, 동시에 양호한 절삭 칩 처리성도 발휘되도록 하는 것을 과제로 하고 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 있어서는, 코너 R부에 절삭날을 갖는 절삭 인서트를 이하와 같이 구성하였다. 즉, 여유면과 교차하여 상기 절삭날을 이루는 랜드와, 그 랜드에 이어지는 브레이커홈을 경사면에 형성하고,

그 브레이커홈의 중앙 랜드부측에 브레이커를 가지며,

코너 R부의 절삭날에 형성된 상기 랜드의 폭(T)을, 0.05 ㎜<T<0.15 ㎜로 설정하고,

상기 브레이커홈의, 상기 절삭날로부터 멀어지는 방향을 향해 내림 경사가 되는 랜드측의 사면(斜面)에, 코너 R부의 절삭날의 전역을 따르는 산부를, 브레이커홈의 깊이 방향(홈 바닥을 향하는 방향)으로 늘어선 상태로 해서 복수 형성하며,

각 산부를 형성하는 경사면 중 적어도 하나의 경사면의 경사각(θ)을, θ>20°의 조건을 만족시키는 것으로 하였다.

이 절삭 인서트의 바람직한 형태를 이하에 열거한다.

(1) 브레이커홈의 사면에 형성하는 상기 산부의 각각을, 경사각이 상이한 2개의 경사면(A, B)을 교차시켜 형성하고, 랜드측의 경사면(A)의 경사각(θA)과, 브레이커측의 경사면(B)의 경사각(θB)에 대해서, θA<θB의 조건을 만족시키며, 상기 경사면(A)의 폭(WA)과 경사면(B)의 폭(WB)에 대해서, WA<WB의 조건을 만족시키는 것.

(2) 상기 경사면(A, B)의 경사각(θA, θB)이, θA≥20°, 또한, θB≥30°인 것.

(3) 상기 랜드의 폭(T)이, 0.07 ㎜≤T<0.15 ㎜인 것.

본 발명의 절삭 인서트는, 절삭날을 따라 랜드를 형성했기 때문에, 날끝부의 두께가 증가하여 날끝이 강화된다. 단, 랜드에 의한 날끝의 강화만으로는, 크레이터 마모의 진전을 효과적으로 저지할 수 없다.

샤프니스가 손상되지 않고, 절삭 칩도 분단되는 것으로 하기 위해서, 랜드의 폭(T)을 0.15 ㎜보다 작게 하고 있으며, 그 때문에, 랜드에 의한 날끝의 강화 효과가 한정적인 것이 된다.

본 발명에 따르면, 그 랜드에 의한 날끝의 강화가 부족한 곳이, 브레이커홈의 랜드측의 사면에 형성한 산부에 의해 보충된다. 즉, 복수의 산부를 형성함으로써, 산부가 없는 구조에 비해서 날끝 근방의 두께가 증가하여 날끝 강도가 높아진다. 또한, 복수의 산부를 브레이커홈의 깊이 방향으로 나란히 배치함으로써, 경사면(브레이커홈의 홈면)에 대한 절삭 칩의 접촉이 국부 접촉이 되거나, 접촉압에 강약이 생기는 것도 유효하게 작용한다. 이들 상승 효과에 의해 크레이터 마모가 억제된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 양호한 절삭 칩 처리성의 확보와 크레이터 마모의 억제에 의한 수명 향상의 양립이 실현된다.

도 1은 본 발명의 절삭 인서트의 일례를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 절삭 인서트의 예각 코너의 코너 R부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 X-X선을 따른 위치의 확대 단면도이다.

이하, 본 발명의 절삭 인서트의 실시형태를 첨부 도면인 도 1∼도 3에 기초하여 설명한다. 예시하는 절삭 인서트(1)는, 능형(菱形)의 날끝 교환식 팁이다. 이 절삭 인서트(1)는, 상면이나 하면으로 구성되는 경사면(2)과, 측면으로 구성되는 여유면(3)과, 경사면과 여유면의 교차부의 능선으로 형성되는 절삭날(4)을 갖는다.

또한, 경사면(2)에 형성된 중앙 랜드부(5)와, 그 중앙 랜드부의 중앙(상하면의 중앙)에 관통 형성한 부착 구멍(6)과, 예각 코너측의 코너 R부(7) 및 둔각 코너측의 코너 R부(8)를 가지며, 또한, 경사면(2)에, 여유면(3)과의 경계에 절삭날(4)을 이루는 플랫한 랜드(9)와, 그 랜드에 이어지는 브레이커홈(10)을 갖는다. 브레이커홈(10)의 중앙 랜드부(5)측에는, 브레이커(11)가 형성되어 있다.

예시하는 절삭 인서트(1)는, 상면이나 하면의 둘레 가장자리의 전역에 절삭날(4)을 설치하고 있고, 랜드(9)와 브레이커홈(10)도, 절삭날의 전역을 따라 형성되어 있다.

또한, 브레이커(11)는, 코너 R부(7, 8)의 위치에서는, 절삭날(4)을 따라 복수 개 배열한 구형(球形)의 브레이커 돌기(11a)와, 그 브레이커 돌기(11a)의 배후로부터 중앙 랜드부(5)를 향해 비스듬히 상승하며, 브레이커 돌기(11a)보다 높게 형성된 브레이커벽(11b)을 조합한 것으로 한다. 인접하는 코너부 사이의 직선 절삭날의 중앙부에서는, 브레이커벽(11b)을 절삭날측으로 돌출시켜 그 브레이커벽(11b)만으로 구성하고 있다. 브레이커 돌기(11a)가 없어도 절삭 칩은 처리되지만, 브레이커 돌기(11a)를 형성함으로써 절삭 칩 처리 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 부착 구멍(6)은 필수적인 것은 아니다. 또한, 예시하는 절삭 인서트(1)는, 랜드(9)와, 브레이커홈(10)을 둔각 코너측의 코너 R부(8)에도 형성하고 있으나, 이 둔각 코너측의 코너 R부의 랜드, 브레이커홈은 생략하는 경우가 있다.

도시하는 절삭 인서트의 랜드(9)는, 여유면(3)에 대하여 직각을 이루는 면(경사각 0°의 면)으로 하고 있으나, 약간의 경사각(예컨대, 3° 이하)을 갖는 랜드여도 좋다. 코너 R부의 절삭날에 형성된 랜드(9)의 폭(T)은, 0.05 ㎜보다 크고, 0.15 ㎜보다 작게 설정되어 있다. 랜드의 폭(T)을 0.05 ㎜ 이상 확보함으로써, 날끝부의 강도 향상에 관해서 기대할 수 있는 효과가 얻어진다. 코너 R부 이외의 절삭날에 형성된 랜드의 폭(T)은 0.15 ㎜ 이상으로 해도 좋다.

또한, 코너 R부의 절삭날에 형성된 랜드의 폭(T)을 0.15 ㎜보다 작게 함으로써, 랜드의 폭이 과대한 것에 기인하는 절삭 칩 분단의 기능 저하와 샤프니스의 저하를 회피할 수 있다.

랜드(9)의 폭(T)은, 보다 바람직하게는, 0.07 ㎜≤T<0.15 ㎜로 하는 것이 좋다. 이렇게 하면 절삭 칩의 분단 기능의 저하와 샤프니스의 저하가 보다 작게 억제된다. 특히 절입 깊이가 큰 경우에는, 랜드의 폭(T)을 크게(0.10 ㎜≤T<0.15 ㎜) 설정하는 것이 보다 바람직하다.

브레이커홈(10)은, 랜드(9)의 내단(內端)으로부터 일단 움푹 패이고 종단이 휘어져 올라가 있다. 절삭날(4)로부터 멀어지는 방향을 향해 내림 경사로 된 랜드측(시단측)의 사면(10a)에, 도 3에 도시한 바와 같은 산부(12)가, 브레이커홈(10)의 깊이 방향으로 늘어선 상태로 해서 복수 형성되어 있다.

그 산부(12)는, 적어도 절삭에 관여하는 코너 R부에, 랜드(9)를 따라 절삭날(4)과 평행한 방향으로 연장되며 상기 코너 R부의 절삭날의 전역에 대응하도록(절삭에 관여하는 절삭날의 전역에 걸쳐 존재하도록) 형성된다.

도시하는 산부(12)는, 경사각이 상이한 2개의 경사면(A, B)을 교차시켜 형성하고 있다. 그 산부(12)는, 산의 꼭대기부의 뾰족한 능선을 제거한 면을 경사면(A, B) 사이에 배치한 것과 같은 형상이어도 좋으나, 적어도 하나의 경사면은, 경사각(θ)을 20°보다 크게 한다.

도 3에 도시한 산부(12)는, 경사면(B)의 경사각(θB)을 경사면(A)의 경사각(θA)보다 크게 하고, 또한, 경사면(A)의 폭(WA)을 경사면(B)의 폭(WB)보다 작게 하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 경사각이 큰 경사면(B)이 실질적인 경사면으로서 기능한다.

또한, θA<θB, WA<WB의 두 조건을 만족시키는 산부(12)를 브레이커홈(10)의 깊이 방향으로 복수 나란히 형성하여 날끝 근방의 두께를 증가시키고 있다. 브레이커홈(10)의 랜드측의 홈면을 산부가 없는 상태로 경사면(B)과 동일한 각도로 경사지게 함으로써, 도 3에 선(L)으로 나타내는 위치에 랜드측의 홈면이 배치된다. 이와 비교했을 때에 선(L)보다 상측에 있는 부분이, 인서트 재료의 증가량이 된다. 이 인서트 재료의 증가에 의해, 샤프니스를 손상시키지 않고 크레이터 마모에 대한 내성이 높아진다.

경사면(A, B)의 경사각(θA, θB)은, θA≥20°, 또한, θB≥30°로 설정하면 바람직하다. 이렇게 함으로써, 샤프니스를 유지하면서 강도 향상에 대해서 보다 좋은 효과를 기대할 수 있다. 또한 상한값은 특별히 규정되지 않으나, 어느 정도의 강도를 확보하기 위해서, θ≤60°로 하는 것이 바람직하다.

실시예

ISO 모델 번호 CNMG120412(한 변의 길이 12.7 ㎜, 날끝 코너의 코너각 80°, 지르코늄 함유 초경 합금 모재)의 능형 네거티브 코팅 절삭 인서트를 시작(試作)하였다. 그 시작품에는, 도 1과 같이, 코너 R부(7, 8)의 위치에서, 절삭날(4)을 따라 복수 개 배열한 구형의 브레이커 돌기(11a)와, 그 브레이커 돌기(11a)의 배후로부터 중앙 랜드부(5)를 향해 비스듬히 상승하며, 브레이커 돌기(11a)보다 높게 형성된 브레이커벽(11b)을 형성하였다. 또한, 브레이커홈의 랜드측 사면에 도 3에 도시한 바와 같이 산부를 홈 깊이 방향으로 배열하여 3개 형성하고 있다.

도 3의 각부의 치수는, 이하와 같다.

·발명품 1…

코너 R부의 절삭날에 형성된 랜드의 폭(T): 0.09 ㎜(일정)

절삭날(4)로부터 최상단의 경사면(A)의 종단까지의 홈 폭 방향 치수(W1): 0.12 ㎜

각 산부(12)의 경사면(B)의 홈 폭 방향 치수 WB1: 0.1 ㎜, WB2: 0.1 ㎜

위로부터 세어 2단째와 3단째의 산부(12)의 경사면(A)의 홈 폭 방향 치수 WA1: 0.05 ㎜, WA2: 0.05 ㎜

또한,

경사면(A)의 경사각(θA): 20°,

경사면(B)의 경사각(θB): 30°

로 하였다.

·발명품 2…

코너 R부의 절삭날에 형성된 랜드 폭(T): 0.07 ㎜(일정)

그 외의 사양은 발명품 1과 동일하다. 한편, 코너 R부의 절삭날에 형성된 랜드의 폭(T)은, 코너 R의 이등분선 상에서 측정을 행하였다.

또한, 하기 비교품 1∼7도 준비하였다. 이들 비교품은, 하기의 개소를 제외한 부분의 사양을 발명품 1과 동일하게 하였다.

·비교품 1…

코너 R부의 절삭날에 형성된 랜드 폭(T): 0.2 ㎜(일정)

브레이커홈의 홈면에 산부: 있음

브레이커홈의 홈면의 경사각: 16°

·비교품 2…

랜드 폭: 0.16 ㎜(일정)

브레이커홈의 홈면에 산부: 없음

브레이커홈의 홈면의 경사각: 18°

·비교품 3…

랜드 폭: 0.15 ㎜(일정)

브레이커홈의 홈면에 산부: 없음

브레이커홈의 홈면의 경사각: 20°

·비교품 4…

랜드: 없음

브레이커홈의 홈면에 산부: 없음

브레이커홈의 홈면의 경사각: 18°

·비교품 5…

랜드: 없음

브레이커홈의 홈면에 산부: 없음

브레이커홈의 홈면의 경사각: 14°

·비교품 6…

랜드: 없음

브레이커홈의 홈면에 산부: 없음

브레이커홈의 홈면의 경사각: 30°

·비교품 7…

랜드 폭: 0.05 ㎜(일정)

브레이커홈의 홈면에 산부: 있음

산부의 경사면(A)의 경사각(θA): 30°

경사면(B)의 경사각(θB): 35°

다음으로, 본 발명품과 비교품을 이용하여, Ti-6Al-4V의 조성의 티탄 합금을 이하의 조건으로 절삭하였다.

절삭 조건 절삭 속도 V: 65 m/min

이송 f: 0.2 ㎜/rev

절입 ap: 2.5 ㎜

절삭 형태: 습식

이 시험의 결과, 비교품 1∼3은, 공구 수명에 관해서는 다른 비교품보다 우수하였으나, 3개 모두 절삭 칩의 처리성이 나쁘며, 절삭 칩이 분단되지 않고 길게 연장되었다.

또한, 비교품 4, 5는, 절삭 칩 처리성은 비교품 1∼3보다 좋았으나, 공구 수명이 비교품 1∼3에 비해서 뒤떨어졌다.

비교품 6, 7도, 절삭 칩 처리성은 비교품 4, 5보다 양호하였으나, 비교품 4, 5와 마찬가지로, 공구 수명이 비교품 1∼3에 비해서 뒤떨어졌다.

이에 비해서, 발명품 1, 2는, 양자 모두 절삭 칩 처리성과 공구 수명이 모두 전 비교품보다 뛰어났다. 한편, 절삭 칩 처리성은, 비교품 중에서 가장 좋았던 비교품 4를 기준으로 하여 양부를 판단하였다. 또한, 공구 수명은 비교품 중에서 가장 좋았던 비교품 1∼3을 기준으로 하여 양부를 판단하였다. 이 조사 결과를 정리하여 표 1에 나타낸다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서 이용한 발명품 1과, 발명품 1의 코너 R부의 랜드의 폭(T)을 0.12 ㎜로 하고, 그 이외의 랜드의 폭을 0.15 ㎜로 한 발명품 3과 비교품 1을 이용하여, 절입 ap: 5.0 ㎜·이송 f: 0.25 ㎜/rev로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 가공 시험을 행하였다.

결과는, 발명품 3은 절삭 칩 처리성 및 공구 수명 모두 좋은 결과가 얻어진 데 비해서, 발명품 1은 발명품 3보다 내구성이 저하되었다. 또한, 비교품 1은 발명품 1과 동등한 공구 수명이 얻어졌으나, 절삭 칩 처리성이 악화되었다.

[실시예 3]

상기 실시예 2에서 이용한 발명품 3과, 랜드를 없음으로 한 비교품 8, 비교품 9를 이용하여, 이하의 조건으로 가공 시험을 행하였다.

피삭재 inconel718

절삭 조건 절삭 속도 V: 45 m/min

이송 f: 0.25 ㎜/rev

절입 ap: 5.0 ㎜

절삭 형태: 습식

결과는, 발명품 3은 절삭 칩 처리성 및 공구 수명 모두 좋은 결과가 얻어진 데 비해서, 비교품 8과 비교품 9는 절삭 칩 배출성 및 공구 수명 모두 저하되었다.

한편, 여기서의 설명은, 능형의 절삭 인서트를 예로 들어 행하였으나, 본 발명은, 정삼각형이나 정사각형과 같은 정다각형 절삭 인서트 등에도 적용할 수 있다.

1: 절삭 인서트 2: 경사면
3: 여유면 4: 절삭날
5: 중앙 랜드부 6: 부착 구멍
7, 8: 코너 R부 9: 랜드
10: 브레이커홈 11: 브레이커
12: 브레이커홈의 사면에 형성되는 산부

Claims

코너 R부에 절삭날(4)을 갖는 절삭 인서트로서, 여유면(3; flank face)과 교차하여 상기 절삭날(4)을 이루는 랜드(9)와, 이 랜드(9)에 이어지는 브레이커홈(10; breaker flute)을 경사면(2; rake face)에 가지며,
상기 브레이커홈(10)의 중앙 랜드부(5)측에 브레이커(11)를 갖고,
코너 R부의 절삭날에 형성된 상기 랜드(9)의 폭(T)이, 0.05 ㎜<T<0.15 ㎜로 설정되며,
상기 브레이커홈(10)의 상기 랜드(9)에서 계속되는 사면(斜面)으로서, 상기 절삭날(4)로부터 멀어지는 방향을 향해 내림 경사로 된 랜드측의 사면에, 코너 R부의 절삭날을 따라 연장되는 산부(12)가, 브레이커홈(10)의 깊이 방향으로 늘어선 상태로 해서 복수 형성되고,
브레이커홈의 사면에 형성한 상기 산부(12)의 각각은, 경사각이 상이한 2개의 경사면(A, B)이 교차하여 이루어지며, 랜드측의 경사면(A)의 경사각(θA)과 상기 중앙 랜드부 측의 경사면(B)의 경사각(θB)이 20°≤θA<30°, 30°≤θB<35°의 조건을 만족시키고, 상기 랜드측의 경사면(A)의 폭(WA)과 경사면(B)의 폭(WB)이, 0.05mm≤WA<WB≤0.1mm의 조건을 만족시키는 것인 절삭 인서트.
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제1항에 있어서, 상기 랜드(9)의 폭(T)이, 0.07 ㎜≤T<0.15 ㎜인 것인 절삭 인서트.
제1항에 있어서, 상기 브레이커(11)는, 절삭날(4)을 따라 복수 개 배열되며, 구형의 브레이커 돌기(11a)와, 이 브레이커 돌기(11a)의 배후로부터 상기 중앙 랜드부(5)를 향해 비스듬히 상승하며 상기 브레이커 돌기(11a)보다 높은 브레이커벽(11b)을 포함하는 것인 절삭 인서트.