KR102344261B1 - 경재질 커팅용 홀쏘 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경질의 피절삭물을 원형으로 절삭하기 위한 홀쏘와 관련되며, 실시예로, 판형 베이스와, 상기 베이스에서 원형 테 형태로 돌출되며, 선단부에 커팅날부가 형성되어 있는 제1 커팅바디를 포함하고, 상기 커팅날부는 일정간격으로 파인 요홈에 의하여 형성되는 복수의 커팅날과, 상기 커팅날의 표면에 지립을 고정하여 형성한 절삭층(22)을 포함하는 홀쏘를 제시한다.

Description

경재질 커팅용 홀쏘{hole saw for hard material}

본 발명은 경질의 피절삭물을 원형으로 절삭하기 위한 홀쏘와 관련된다.

전통적인 공작 기계에서 모재에 상당 직경의 구멍을 형성하는 방법은 드릴링으로 작은 구멍을 형성한 후 보링 가공으로 내경 크기를 가공하는 것이다. 이러한 가공 방법은 길이가 긴 모재의 단부에 깊은 구멍을 형성할 때에 효과적인 것이고, 경질의 판형 모재에 큰 홀을 형성하는 데에는 적합하지 않다.

일반적으로 홀쏘는 목재 가공에서 드릴로 얻을 수 없는 큰 직경의 구멍을 형성하는 데 사용된다. 이러한 목공용 홀쏘는 원통체의 선단부에 톱날이 형성되어 있으며, 원통체의 중심에 피절삭물에 먼저 접촉하는 드릴이 돌출되게 설치된다.

이러한 종래의 기술에 따른 홀쏘는 몇 가지 이유에 의해 매우 단단한 피절삭물의 가공에 적용하기 어렵다. 원형체의 선단부 전체에 톱날이 형성되어 있고, 이 선단부 전체로 절삭 가공이 진행됨에 따라 피절삭물와의 절삭 면적이 커서 기계적 저항이 큰 구조이다. 그에 따라 마찰열 집중, 칩 쌓임 등 절삭 가공 중 여러 문제가 발생된다. 예를 들어, 피절삭물이 탄화규소(SIC, silicon carbide)인 경우, 큰 절삭면적에 따른 기계적 저항은 절삭 가공이 매우 더디게 진행되게 하는 원인이 된다. 또한 피절삭물에서 나온 경질의 칩이 잔여하면서 톱니를 급속히 마모시키므로 공구의 수명 또한 매우 짧아지게 한다.

대한민국 등록특허 제10-0625218호 (2006.09.20) 대한민국 공개특허 제10-2019-0014630호 (2019.02.13)

본 발명은 경질의 피절삭물에 대하여 효과적인 곡면 형성 가공이 이루질 수 있도록 한 홀쏘를 제공하고자 한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 판형 베이스와, 상기 베이스에서 원형 테 형태로 돌출되며, 선단부에 커팅날부가 형성되어 있는 제1 커팅바디를 포함하고, 상기 커팅날부는 일정간격으로 파인 요홈에 의하여 형성되는 복수의 커팅날과, 상기 커팅날의 표면에 지립을 고정하여 형성한 절삭층을 포함하는 홀쏘를 제시한다.

여기서 상기 절삭층이 형성되는 지립 식재 자리는, 상기 절삭층의 두께에 대응하여 얇게 형성될 수 있다.

나아가 상기 커팅날의 양단부 모서리는 곡면으로 형성되어 있고, 상기 곡면에 지립이 고정될 수 있다.

또한 상기 커팅날의 상면에는 제1 유체가 토출되는 제1 공급홀이 형성되어 있고, 상기 요홈의 바닥면에는 제2 유체가 토출되는 제2 공급홀이 형성될 수 있다.

나아가 상기 베이스와 결합하는 생크 및 상기 생크의 중심에 연결되는 플러그가 포함할 수 있다. 이때 상기 생크에는 상기 베이스의 배면과 결합되면서, 상기 제1 공급홀과 연결되는 유로를 형성하는 제1 유동홈, 상기 베이스의 배면과 결합되면서, 상기 제2 공급홀과 연결되는 유로를 형성하며, 상기 제1 유동홈과 독립적인 제2 유동홈, 상기 플러그로부터 제공되는 제1 유체가 상기 제1 유동홈으로 이동하는 제1 내부유로 및 상기 플러그로부터 제공되는 제2 유체가 상기 제2 유동홈으로 이동하는 제2 내부유로가 형성될 수 있다.

나아가 상기 절삭층이 형성되는 지립 식재 자리에는, 상기 커팅날부의 진행 방향에 대하여 오름 경사인 오목홈이 형성될 수 있다.

또한 상기 제1 커팅바디와 직경을 달리하여 상기 베이스에서 원형 테 형상으로 돌출되며, 선단부에 커팅날부가 형성된 제2 커팅바디가 포함될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 실리콘 카바이드와 같은 경재질의 피절삭물을 홀쏘를 통해 절삭 가공할 수 있게 된다. 원활한 칩 배출 및 가공 면적 최소화를 구현하여 빠른 절삭 가공이 가능하다. 또한 경재질을 절삭 가공함에도 불구하고 홀쏘의 기대 수명을 길게 할 수 있다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀쏘의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 A 부분의 확대도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 단면도.
도 4는 도 3의 도시된 B 부분을 개략적으로 나타낸 확대도.
도 5는 도 1의 실시예에 채택된 커팅바디를 개략적으로 나타낸 정면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 홀쏘의 장착 구조를 나타낸 사시도.
도 7은 도 6에 도시한 생크의 부분 단면도.
도 8은 도 6에 도시한 생크의 저면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀쏘의 사시도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 경재질 커팅용 홀쏘의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 도면들과 실시예들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다.

또한 이하의 설명에서 '제1', '제2' 등의 용어는 기술적 의미가 동일성 범위에 있는 구성요소를 편의상 구별하기 위하여 사용된다. 즉, 어떠한 하나의 구성은 임의적으로 '제1구성' 또는 '제2구성'으로 명명될 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니 된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 발명의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 발명을 한정하지 아니한다.

또한 일부의 도면에서는 쉽게 알아 볼 수 있도록 두께, 사이즈 등을 과장하여 표현하거나, 일부 구성을 요소를 생략하거나, 단순하게 도시하고 있다.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 경재질 커팅용 홀쏘와 관련된다.

본 발명의 실시예에 따른 홀쏘(100)는 절삭을 수행하는 한 쌍의 커팅날부(21)가 구비되어, 피절삭물을 도넛 형상으로 잘라내기 위한 것이다. 도시하지 아니하였으나 다른 실시예에서 한 쌍의 커팅날부 중 어느 하나를 생략할 수 있다.

경재질의 피절삭물을 잘라내기 위하여 커팅날부에는 초경질의 지립이 사용된다. 여기서 초경질의 지립은 다이아몬드, CBN 등 공지된 지립 중 하나를 선택할 수 있다.

홀쏘(100)는 생크(30)와 분리 가능하게 결합되는 베이스(10)와, 베이스(10)의 저면에서 하부로 연장되는 제1 커팅바디(20a)와, 제1 커팅바디와 외경을 달리하면서 같은 방향으로 연장되는 제2 커팅바디(20b)를 포함한다.

베이스(10)는 대략 도넛형 판 형상으로, 베이스(10)에는 생크와 결합되기 위한 복수의 체결홀이 형성될 수 있다. 또한 후술하는 바와 같이 내부에는 절삭 가공 중에 유체를 공급하기 위한 내부유로가 형성되어 있다.

제1 커팅바디(20a)와 제2 커팅바디(20b)는, 베이스(10)에서 원형 테 형태로 돌출되어 있으며, 각 선단부에는 커팅날부(21)가 형성되어 있다. 제1 커팅바디와 제2 커팅바디의 커팅날부에 적용되는 기술적 특징은 동일한 것으로, 주로 제1 커팅바디에 대하여 설명한다.

경재질인 피절삭물을 홀쏘로 원활히 절삭하기 위하여 가공 면적을 가급적 줄일 필요가 있다. 종래의 목공용 홀쏘에 비하여 커팅바디의 두께를 매우 얇게 형성함으로써, 피절삭물을 연삭하는 면적을 크게 줄일 수 있다.

제1 커팅바디(20a)의 선단부(도 1 내지 도 5에서는 하단부)에 구비된 커팅날부(21)는 절삭이 이루어지는 부분으로, 커팅바디(20a, 20b) 선단부의 원형 둘레를 따라 일정 간격으로 요홈(211)이 형성되어 있어, 대략 사각 형상인 커팅날(213)로 형성된다.

커팅날(213)의 말단부에는 지립(221)을 고정시킨 절삭층(22)이 형성되어 있다.

여기서 지립의 고정은 이미 알려진 바에 따라 레진 바인더, 메탈 바인더, 비트리파인드, 전착 등이 사용될 수 있다. 특히 다이아몬드 지립을 사용하는 경우, 전착 방식으로 지립을 커팅날에 고정시킬 수 있다.

도 4를 참고하면, 절삭층(22)의 두께를 감안하여, 완성후 커팅날의 폭 두께가 커팅바디의 폭보다 그리 크게 늘지 아니하도록, 절삭층(22)이 형성되는 지립 식재 자리(214)의 두께를 미리 얇게 가공해 둘 수 있다.

이때 지립 식재 자리(214)의 두께를 얇게 가공하는 절삭 가공의 깊이는, 고정할 지립(221)의 평균 지름과 같거나 다소 작을 수 있다. 그에 따라 지립 식재 자리(214)에 지립(221)을 고정하였을 때에, 지립을 포함한 커팅날(213)의 폭은 칼날바디(20a, 20b) 중간 부분의 폭과 동일하거나 다소 크게 된다.

한편 도 5를 참고하면, 지립 식재 자리(214)의 전면과 배면에는 경사진 복수의 오목홈(215)을 형성할 수 있다.

이때 오목홈(215)의 경사진 방향은, 홀쏘로 절삭 가공 시에 피절삭물에 커팅날(213)이 진입하는 방향(도 5 (a)의 화살표 방향)에 대하여 오름 경사진 방향이다.

또한 오목홈(215)의 깊이는 대략 고정할 지립의 평균 지름으로 할 수 있다. 또한 오목홈(215)의 이격 간격은 지립 지름의 2배 내지 5배 수준으로 할 수 있다.

이러한 오목홈(215)은 지립 식재 자리(214)를 얇게 연마 가공한 후 널링 가공을 통해 형성할 수 있다.

몇몇의 지립은 오목홈 안으로 들어가 다소 매립된 형태로 고정되는데, 오목홈 안에 박힌 형태가 되므로, 오목홈 사이의 평탄면에 고정되는 지립에 비하여 매우 견고하게 고정된다.

또한 오목홈에 들어간 지립은 외부로 덜 돌출되어 있어서, 밖으로 크게 돌출된 지립이 탈락 또는 마모된 이후, 피절삭물와 접촉되어 절삭 가공에 기여하게 된다. 오목홈에 들어간 지립이 끝까지 제 위치에서 버티면서 절삭 가공에 참여하게 됨으로써, 홀쏘의 공구 수명이 크게 늘어나는 효과가 있다.

한편 오목홈(215)의 경사 방향은 절삭 가공 중 생성된 칩 등이 절삭 가공 부위 밖으로 신속하게 이동시키는 방향이다. 그에 따라 가공 부위에 칩이 잔여함에 따른 여러 문제점을 해소시킨다.

절삭층이 형성된 커팅날부를 포함한 커팅바디(20a 20b)의 두께(t)는 0.4mm 내지 1mm 로 할 수 있다. 이러한 두께 범위는 다이아몬드 지립으로 SiC(실리콘 카바이드)를 피절삭물로 절삭 가공할 때에 절삭 속도를 크게 늘리지 않는 수준에서 절삭 가공을 가능케 한다.

나아가 도 1 내지 도 2 및 도 5를 참고하면, 커팅날(213)의 양단부의 모서리는 곡면(216)으로 라운드 가공되어 있다. 특히 절삭 방향에 따라 커팅날(213)이 피절삭물로 진입하는 방향의 모서리가 곡면(216)으로 형성되어 있다. 이 모서리 곡면(216) 부위에도 지립이 고정되어 있다.

커팅날의 모서리를 곡면(216)으로 형성하고, 이 곡면 부위에 지립이 고정되어 있음에 따라 피절삭물와 접촉하는 지립의 수가 늘어나고, 커팅날의 진입에 따른 충격이 지립들로 고르게 분산된다. 절삭 가공 중에 지립의 탈락률을 저감시키고, 존속하는 지립으로 인한 절삭 가공 성능을 오랜 기간 유지할 수 있게 한다.

다시 도 2 및 도 4 내지 도 5를 참고하면, 커팅날(213)의 상면(도면에서 하단면)에는 제1 유체가 토출되는 제1 공급홀(23a)이 형성되어 있고, 요홈(211)의 바닥면에는 제2 유체가 토출되는 제2 공급홀(23b)이 형성되어 있다.

여기서 제1 유체는 압축공기일 수 있고, 제2 유체는 절삭유가 될 수 있다. 이와 달리 제1, 2 유체는 다양하게 변경될 수 있다.

제1, 2 유체의 적절한 공급으로 절삭 부위의 발열 관리, 칩 배출 등 절산 환경을 유리하게 제어할 수 있다. 특히 미세 칩을 빠르게 배출, 절삭 가공 부위로부터 제거함으로써 잔여 침에 따른 커팅날 마모 등의 문제를 예방할 수 있다.

모든 제1 공급홀(23a)과 제2 공급홀(23b)은 커팅바디(20a, 20b)와 베이스(10)를 관통하여, 베이스(10)의 배면에는 커팅바디(20a, 20b)의 원형 궤적 둘레에 따라 제1 공급홀(23a)과 제2 공급홀(23b)이 번갈아가며 원형으로 배치되어 있다(도 6 참고).

한편 도 6 내지 도 8을 참고하면, 홀쏘의 베이스(10)와 결합되는 생크(30)와, 생크(30)의 중심에는 결합하는 플러그(40)가 도시되어 있다.

도면들에서 제1 유체가 통과하는 유로나 홀은 점선으로 표시하고 있으며, 제2 유체가 통과하는 유로나 홀은 일점쇄선으로 표시하고 있다.

플러그(40)는 슬립링(도시 생략)의 말단 부재와 연결되어 제1 유체와 제2 유체를 공급받아 생크(30)로 전달하는 부재이다.

플러그(40)의 상면에 난 각기 다른 입구로 들어온 제1 유체와 제2 유체는 플러그 내부에서 진행 방향이 전환된 후 플러그바디(41)의 외주면 둘레에 형성된 제1 링형 유로(41a)와 제2 링형 유로(41b)로 각기 토출된다.

생크(30)의 중앙부에는 플러그바디(41)가 결합되는 장착홀(31)이 형성되어 있고, 중앙부의 가장자리에는 베이스(10)가 결합되는 장착부(32a)가 형성되어 있다.

생크(30)의 내부에는 방사상으로 뻗는 가지유로(331a, 331b)가 형성되어 있으며, 가지유로(331a, 331b)는 장착홀(31)의 내면과 연결된다.

플러그바디(41)의 제1, 2 링형 유로의 높이에 맞춰 제1 가지유로(331a)와, 제2 가지유로(331b)가 형성되어, 각기 제1 유체와 제2 유체가 주입된다. 도 8을 참고하면, 유로 내부에 각 유체의 균등한 압력 형성을 위하여 각기 4개의 제1 가지유로(331a)와 제2 가지유로(331b)가 방사상으로 분산 형성되어 있다.

한편 장착부(32a)에는 베이스의 배면과 면접하는 접촉면(32)이 형성되어 있다.

이 접촉면(32)에는 베이스의 배면과 접촉하면서, 베이스의 배면에 형성된 제1 공급홀들(23a)과 연결되는 제1 유동홈(34a)이 형성되어 있다.

제1 유동홈(34a)은 생크의 접촉면(32)으로부터 특정 패턴에 따라 오목하게 파인 홈으로 형성됨으로써, 베이스(10)와 생크(30)가 면접촉하면서 유로를 형성하게 된다. 또한 제1 유동홈(34a)의 내측면과 제1 가지유로(331a)를 연결하는 수직 방향의 연결홀(332a)이 형성되어 있다. 제1 가지유로(331a)와 연결홀(332a)은 생크(30)의 내부에서 제1 유체가 지나가는 제1 내부유로(33a)를 형성하고, 이 제1 내부 유로를 통해 플러그에서 생크로 주입된 제1 유체가 제1 공급홀(23a)로 이동, 배출된다.

베이스(10)의 배면에 제1 공급홀(23a)과 제2 공급홀(23b)이 원형 궤적에 따라 순차적으로 형성되어 있어서, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 유동홈(34a)은 각 제2 공급홀을 피하면서 제1 공급홀들만을 연결하는 호형 반복 패턴으로 형성된다.

한편 제2 유동홈(34b)은 제1 공급홀을 피하면서 모든 제2 공급홈을 연결하는 패턴으로 형성된다. 제2 유동홈과 제2 가지유로를 연결하는 또 다른 연결홀과, 제2 가지유로(331b)가 제2 내부유로(33b)가 된다. 이러한 제2 내부유로를 통하여 플러그로부터 제공된 제2 유체도 제2 공급홀까지 이동하여, 배출된다.

제1 유동홈(34a)과 제2 유동홈(34b)은 서로 독립적으로 형성되어 있고, 플러그와 생크에 형성된 내부 유로도 서로 독립되어 제1, 2 유체가 섞이지 아니하고 각기 제1,2 공급홀로 배출된다.

다시 도 8을 참고하면, 하나의 커팅바디에 제1,2 유동홈이 구비되며, 제1, 2 커팅바디의 사이즈에 맞춰 제1,2 유동홈이 한 쌍으로 구비된다. 각 제1 유동홈은 제1 가지유로와 연결홀로 연결되어 같은 제1 가지유로와 연결되며, 각 제2 유동홈도 제2 가지유로에 함께 연결된다.

실리콘카바이드 재질의 판형 피절삭물을 도넛 형태로 제조함에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 홀쏘를 통해 한 번의 절삭 가공으로 달성할 수 있다. 커팅날의 얇은 두께는 절삭 가공에 따른 마찰 부위를 줄여 기계적 저항과 열 발생을 줄이는데 기여한다. 특히 절삭층의 두께를 고려하여 지립 식재 자리를 함몰되게 형성함으로써, 커팅날의 두께가 늘어나지 않도록 구성하고 있다.

커팅날의 양단부 모서리를 곡면으로 가공하고, 이 곡면에도 지립을 고정시킴으로써 피절삭물을 파고 진입할 때에 커팅날의 모서리 부분의 마모가 더디게 진행된다. 또한 지립 식재 자리의 양면에 다수의 오목홈을 형성함으로써, 일부 지립이 오목홈에 들어가 고정되어 지립의 고정력이 커지며 외부로 드러난 지립부터 순차적으로 탈락되어 오랜 기간 절삭력을 유지할 수 있다.

또한 절삭 가공 진행에 따라 발생하는 칩을 압축공기와 윤활유를 통해 빠르게 이탈시킴으로써 칩에 의한 지립층의 손상을 저감시킨다. 그에 따라 절삭 가공이 원활하게 진행되며, 홀쏘의 수명도 크게 개선된다.

100 : 홀쏘
10 : 베이스 20a : 제1 커팅바디 20b : 제2 커팅바디
21 : 커팅날부 211 : 요홈 213 : 커팅날 214 : 지립 식재 자리
215 : 오목홈 216 : 곡면
22 : 절삭층 221 : 지립
23a : 제1 공급홀 23b : 제2 공급홀
30 : 생크
31 : 장착홀 32a : 장착부 32 : 접촉면
33a : 제1 내부유로 331a : 제1 가지유로 332a : 연결홀
33b : 제2 내부유로 331b : 제2 가지유로
34a : 제1 유동홈 34b : 제2 유동홈
40 : 플러그
41 : 플러그바디 41a : 제1 링형 유로 42b : 제2 링형 유로

Claims (8)

1. 판형의 베이스(10)와,
   상기 베이스(10)에서 원형 테 형태로 돌출되며, 선단부에 커팅날부(21)가 형성되어 있는 제1 커팅바디(20a)를 포함하고,
   상기 커팅날부(21)는
   일정 간격으로 파인 요홈(211)에 의하여 형성되는 복수의 커팅날(213)과,
   상기 커팅날(213)의 표면에 지립(221)을 고정하여 형성한 절삭층(22)을 포함하고,
   상기 제1 커팅바디(20a)의 두께(t)는 0.4mm 내지 1mm 이며,
   
   상기 커팅날(213)의 상면에는 압축공기가 토출되는 제1 공급홀(23a)이 형성되어 있고,
   상기 요홈(211)의 바닥면에는 윤활유가 토출되는 제2 공급홀(23b)이 형성되어 있으며,
   
   상기 베이스(10)와 결합하는 생크(30) 및
   상기 생크(30)에 결합되는 플러그(40)가 포함되고,
   
   상기 생크(30)에는
   상기 베이스(10)의 배면과 결합되면서, 상기 배면에 드러나는 상기 제1 공급홀(23a)과 연결되는 유로를 형성하는 제1 유동홈(34a),
   상기 베이스(10)의 배면과 결합되면서, 상기 배면에 드러나는 상기 제2 공급홀(23b)과 연결되는 유로를 형성하며, 상기 제1 유동홈(34a)과는 독립적인 제2 유동홈(34b),
   상기 플러그(40)로부터 제공되는 제1 유체가 상기 제1 유동홈(34a)으로 이동하는 제1 내부유로(33a) 및
   상기 플러그(40)로부터 제공되는 제2 유체가 상기 제2 유동홈(34b)으로 이동하는 제2 내부유로(33b)가 형성되어 있고,
   
   상기 제1 유동홈(34a)은 상기 제2 공급홀(23b)을 피하면서 원형 궤적에 따라 복수로 배치된 상기 제1 공급홀(23a)만 연결하도록 호형 반복 패턴으로 형성되고,
   상기 제2 유동홈(34b)는 상기 제1 유동홈(34a)와 독립적으로 형성되며, 원형 궤적에 따라 복수로 배치된 상기 제2 공급홀(23b)만 연결하는 호형 반복 패턴으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
   경재질 커팅용 홀쏘.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에서,
   상기 절삭층(22)이 형성되는 지립 식재 자리(214)에는,
   상기 커팅날부(21)의 진행 방향에 대하여 오름 경사인 오목홈(215)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
   경재질 커팅용 홀쏘.
   
8. 제1항 또는 제7항에서,
   상기 제1 커팅바디(20a)와 직경을 달리하여 상기 베이스(10)에서 원형 테 형상으로 돌출되며, 선단부에 커팅날부(21)가 형성된 제2 커팅바디(20b)가 포함되는
   경재질 커팅용 홀쏘.
   

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