KR101909463B1 - 체결력과 열전도성이 향상된 절삭 인서트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭 인서트를 공구의 본체에 구비된 홀더에 체결하였을 때, 체결력과 열전도도를 향상시켜 절삭 인서트의 수명을 향상시킬 수 있는 절삭 인서트에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절삭 인서트는, 상면과, 하면과, 상기 상면과 하면을 연결하는 측면과, 상기 상면과 측면에 의해 형성되는 절인부를 포함하고, 상기 절삭 인서트의 최외곽 표면에는, 공구 본체의 홀더와 체결되는 체결면의 일부 또는 전부를 커버하도록 삽입되거나 코팅되어 형성되는 체결보조층을 구비하며, 상기 체결보조층은 상기 절삭 인서트를 구성하는 모재 또는 상기 절삭 인서트의 모재 표면에 형성되는 경질피막에 비해, 경도가 낮고, 연성이 좋으며, 열전도도가 높은 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

체결력과 열전도성이 향상된 절삭 인서트 {CUTTING INSERT HAVING GOOD FASTENING FORCE AND GOOD HEAT CONDUCTIVITY}

본 발명은 절삭 인서트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절삭 인서트를 공구의 본체에 구비된 홀더에 체결하였을 때, 체결력과 열전도성이 향상되어 절삭 인서트의 수명을 향상시킬 수 있는 절삭 인서트에 관한 것이다.

절삭 인서트를 공구 본체의 홀더에 체결할 때, 절삭 인서트의 체결면 전체가 공구 본체의 홀더에 접하지 않고 부분적으로는 수 내지 수십 마이크로미터 수준의 미세한 두께의 유격이 상당 부분 형성된 상태로 유지된다.

홀더 또는 커터와 절삭 인서트의 체결면에 형성되는 유격의 거리가 클수록, 또한 유격이 형성된 체결면의 면적이 넓어질수록, 절삭 인서트는 홀더에 안정적으로 고정되지 못하게 되어, 절삭가공 시에 절삭 인서트의 떨림과 가공부하가 증가되고, 결과적으로 절삭 인서트의 수명단축의 원인이 된다.

또한, 절삭가공 시에 절삭 인서트에는 매우 높은 마찰열에 의해 고온상태가 되는데, 유격이 형성된 면적이 넓어질수록 절삭 인서트에서 발생하는 열의 전도성을 떨어뜨려 절삭 인서트에 가해지는 열적 부하도 증가하며, 이는 예측된 것보다 빠른 시간에 절삭 인서트의 수명이 종료하는 원인이 되기도 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 절삭 인서트를 정밀하게 치수 가공함으로써 체결면에 유격이 발생하는 것을 최소화하고 있으나, 대량 생산되는 절삭 인서트의 경우 유격 발생을 억제하는데 한계가 있다.

또한, 유격을 방지하기 위한 수단으로, 하기 특허문헌에는 본체 및 경계면을 통해 본체에 분리가능하게 연결되는 절삭 인서트에 있어서, 본체와 절삭 인서트에 형성되는 상기 경계면의 기하학적인 형상의 제어를 통해 정확한 위치와 안정된 체결력을 제공하도록 하는 것이 제시되었다.

그런데 이와 같은 수단은 특정한 형상으로 가공되어야 하므로, 별도의 가공작업이 필요하거나 홀더의 변형이 요구되므로 다양한 절삭 인서트에 적용하기 어려운 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제2009-0005008호

본 발명은, 공구 본체에 구비된 홀더에 체결하였을 때, 체결력 향상과 함께, 절삭 인서트에서 발생하는 마찰열이 신속하게 홀더 쪽으로 전달될 수 있도록 함으로써, 수명을 연장시킬 수 있는 절삭 인서트를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명은, 상면과, 하면과, 상기 상면과 하면을 연결하는 측면과, 상기 상면과 측면에 의해 형성되는 절인부를 포함하는 절삭 인서트로, 상기 절삭 인서트의 최외곽 표면에는, 공구 본체의 홀더와 체결되는 체결면의 일부 또는 전부를 커버하도록 삽입되거나 코팅되어 형성되는 체결보조층을 구비하고, 상기 체결보조층은 상기 절삭 인서트를 구성하는 모재 또는 상기 절삭 인서트의 모재 표면에 형성되는 경질피막에 비해, 경도가 낮고, 연성이 좋으며, 열전도도가 높은 물질로 이루어진 절삭 인서트를 제공한다.

본 발명에 따른 절삭 인서트는 공구 본체의 홀더와 체결되는 체결면의 적어도 일부에 절삭 인서트 및 홀더에 비해 경도가 낮고 체결시 소성변형이 가능한 물질로 이루어진 코팅층 내지 삽입층을 구비하고 있어, 체결과정에서 소성변형된 물질이 절삭 인서트와 홀더 간의 체결면적을 넓히고 유격을 줄여 체결력을 향상시키며, 이를 통해 절삭가공 시 가공 부하를 줄일 수 있다.

또한, 상기 코팅층 내지 삽입층은 절삭 인서트에 비해 열전도성이 우수한 물질로 이루어지기 때문에, 체결면적의 확대와 더불어, 열전도도가 향상되어, 절삭가공 시 발생하는 마찰열이 신속하게 절삭 인서트에서 공구 본체로 전달될 수 있도록 하여, 열 부하를 줄일 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 절삭 인서트는 가공 부하 및 열 부하의 감소를 통해, 절삭 인서트의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 절삭 인서트의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 절삭 인서트의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 방향의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 절삭 인서트의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 절삭 인서트를 장착한 드릴을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 절삭 인서트와, 비교예에 따른 절삭 인서트를 홀더에 체결한 후, 체결면적 및 강도를 정성적으로 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 절삭 인서트와, 비교예에 따른 절삭 인서트의 절삭 가공 평가 결과를 나타낸 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명에 따른 절삭 인서트는, 상면과, 하면과, 상기 상면과 하면을 연결하는 측면과, 상기 상면과 측면에 의해 형성되는 절인부를 포함하는 것으로, 상기 절삭 인서트의 최외곽 표면에는, 공구 본체의 홀더와 체결되는 체결면의 일부 또는 전부를 커버하도록 삽입되거나 코팅되어 형성되는 체결보조층을 구비하고, 상기 체결보조층은 상기 절삭 인서트를 구성하는 모재 또는 상기 절삭 인서트의 모재 표면에 형성되는 경질피막에 비해, 경도가 낮고, 연성이 좋으며, 열전도도가 높은 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 절삭 인서트를 구성하는 모재는, 초경합금, 서멧(cermet), 공구강 등 다양한 물질의 모재가 사용될 수 있으며, 절삭 인서트로 사용될 수 있는 물질이라면 특별한 제한은 없다.

본 발명에 있어서 공구 본체의 홀더란 인서트를 체결하여 사용하는 다양한 형태의 인덱서블 공구에 있어서 절삭 인서트의 체결면이 구비되어 절삭 인서트가 체결되는 부분을 포괄하여 의미하는 용어이며, 특정한 공구에 한정되는 개념이 아니다.

또한, 상기 경질피막은 금속을 포함하는 산화물, 탄화물, 탄질화물, 탄산질화물 등의 화합물로 이루어진 단층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 체결보조층은 상기 절삭 인서트를 상기 홀더에 체결할 때, 체결력에 의해 소성변형이 일어날 수 있다.

또한, 상기 체결보조층은 상기한 특성을 구비한다면 특별히 제한이 없으며, 고체, 반고체의 형태로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄, 구리, 또는 이들의 합금과 같이 경도가 낮고 연성과 전성이 우수하여 소성변형성이 양호하고 열전도도가 우수한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 삽입되는 구조를 갖는 체결보조층은 절삭 인서트의 일측에 삽입되어 사용된 후, 탈착된 후 타측에 삽입되어 재사용될 수 있다.

또한, 상기 체결보조층은, 유기물을 포함하는 조성물의 도포에 의해 형성될 수 있다.

[실시예]

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 절삭 인서트의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 절삭 인서트의 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A 방향의 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절삭 인서트는, 소정 형상으로 이루어진 절삭 인서트와, 이 절삭 인서트에 삽입 가능한 형상으로 이루어진 체결보조층을 포함하여 이루어진다.

상기 절삭 인서트는 한국야금(주)의 형번 SPMT07T208의 형상으로 초경합금을 모재로 하여 제조된 것으로, 그 표면에는 PVD 코팅법으로 증착된 TiAlN 박막으로 이루어진 경질피막층이 형성되어 있다.

상기 체결보조층은 두께 1 ~ 500㎛ 정도이며 열전도성과 소성변형성이 우수하고, 절삭 인서트의 모재 또는 절삭 인서트의 표면에 형성되는 금속 화합물로 이루어진 경질피막에 비해, 경도가 낮은 예를 들어 알루미늄 박(foil)과 같은 금속 박으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 두께 약 60㎛의 알루미늄 박을 사용하여 체결보조층을 제조하였다.

상기 체결보조층은 도 2에 도시된 바와 같이, 일측에서 절삭 인서트의 대략 절반 정도가 삽입될 수 있도록 하여, 약 절반 정도의 절삭 인서트의 상면, 하면 및 측면을 모두 감싸도록 되어 있으며, 절삭 인서트에 삽입하였을 때 금속 박이 파손되지 않을 정도의 여유를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 체결보조층은 절삭 인서트의 일측의 인선의 사용이 완료되면, 절삭 인서트로부터 분리하여 다른 측에 삽입하여 재사용할 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 별도의 삽입체를 사용하여 체결보조층을 절삭 인서트에 구비하였으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 공구 홀더의 체결면과 접하는 부분(도면상 회색으로 표시된 부분)에, 예를 들어 알루미늄과 같은 물질로 수 내지 수십 마이크로미터 수준의 코팅층을 형성할 수도 있으며, 이때 코팅층의 형성은 일반적인 박막 형성공정이나, 인쇄공정 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다.

또한, 체결보조층을 삽입/탈착 가능한 형태가 아닌 코팅의 방법으로 형성할 경우, 유기물을 포함하는 페이스트와 같은 유동성과 접착성을 갖는 물질을 절삭 인서트의 체결면의 전부 또는 일부에 소정 두께로 도포하는 형태로 형성할 수도 있다.

체결 상태 평가

본 발명의 실시예에 따라 체결보조층을 구비한 절삭 인서트와, 체결보조층을 구비하지 않은 절삭 인서트(비교예)의 체결 상태를 평가하였다.

체결 상태는 도 5에 도시된 드릴에 체결하기 전에, 절삭 인서트를 사용하는 드릴의 체결면에 체결면과 절삭 인서트의 사이에 압력이 가해지면 압력 상태를 색상으로 구분할 수 있는 종이를 삽입한 후에, 절삭 인서트를 체결하고 탈착하여 체결면의 상태를 평가하는 방법으로 평가하였다.

도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 절삭 인서트가 인서트의 상면, 하면, 측면(특히, 측면과 상면)에 있어서 고르게 체결이 이루어지고, 비교예에 비해 체결면적이 증가하고 있으며, 색상(짙을수록 압력이 강함)에서 확인되는 바와 같이, 강한 체결력이 작용하는 면적이 증가하였음을 알 수 있다.

즉, 정성적인 측면에서 본 발명의 실시예에 따른 절삭 인서트는 비교예에 비해 더 나은 체결력을 갖는 것으로 평가된다.

절삭 성능 평가

본 발명의 실시예에 따라 체결보조층을 구비한 절삭 인서트와, 체결보조층을 구비하지 않은 절삭 인서트(비교예)를 드릴에 체결한 후 구멍 가공을 수행하고, 가공 소음이 소정치를 초과하는 경우 가공을 종료하며 가공 종료시까지 구멍가공이 가능한 횟수를 측정하는 방법을 통해 절삭 인서트의 사용 수명을 평가하였으며, 구멍가공의 가공 조건은 다음과 같다.

- 피가공재: 고망간강

- 절삭속도(vc): 110m/min,

- 피딩(fn): 0.08mm/rev,

- 구멍 깊이: 20mm(관통)

도 7은 상기 조건으로 가공 결과를 나타낸 것이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 구멍 가공 횟수가 60회에서 비교예의 경우 인선부의 변형이 나타나기 시작하나 실시예의 경우 인선부의 변형이 나타나지 않았다.

또한, 비교예의 경우 구멍 가공 횟수 96회 이후에는 인선부의 변형에 의한 가공 소음이 기준치를 초과하여 가공을 종료하였으나, 실시예의 경우, 132회까지 구멍 가공이 가능하였다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 체결보조층을 통해, 동일한 모재와 경질피막을 구비한 절삭 인서트의 구멍 가공수명이 30% 이상 연장되었으며, 이는 체결보조층에 의한 체결력 향상 및 열적 부하 감소에 기인한 것으로 추정된다.

Claims (4)

1. 상면과, 하면과, 상기 상면과 하면을 연결하는 측면과, 상기 상면과 측면에 의해 형성되는 절인부를 포함하는 절삭 인서트로,
   상기 절삭 인서트의 최외곽 표면에는, 공구 본체의 홀더와 체결되는 체결면의 일부 또는 전부를 커버하도록 삽입되거나 코팅되어 형성되는 체결보조층을 구비하고,
   상기 체결보조층은 상기 절삭 인서트를 구성하는 모재 또는 상기 절삭 인서트의 모재 표면에 형성되는 경질피막에 비해, 경도가 낮고, 연성과 전성이 좋으며, 열전도도가 높은 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 절삭 인서트가 상기 홀더에 체결될 때, 상기 체결보조층은 소성변형이 일어나는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 체결보조층은, 알루미늄, 구리, 또는 이들의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.
4. 제1항에 있어서,
   상기 체결보조층은, 유기물을 포함하는 조성물의 도포에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트.

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