KR102477395B1 - 극저온용 절삭 툴킷 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 극저온용 절삭 툴킷은, 내부에 중공부가 형성되고, 외측면에 극저온냉매가 주입되는 주입홀이 형성되는 하우징, 상기 중공부에 삽입되고 단부에는 가공툴이 결합되며, 내부에 축방향을 따라 형성되어 상기 중공부와 연통되는 공급유로를 통해 상기 극저온냉매를 상기 가공툴 측으로 공급하는 툴홀더 및 상기 중공부에 배치되어 상기 툴홀더 외측면에 결합되는 베어링을 포함하고, 상기 툴홀더는, 상기 공급유로 내측면에 돌출 형성되어 상기 극저온냉매의 흐름을 안정화하는 패턴부를 포함할 수 있다.

Description

극저온용 절삭 툴킷 {CRYOGENIC CUTTING TOOLKIT}
본 발명은 극저온용 절삭 툴킷에 관한 것이다.
일반적으로 공작물을 가공하는 과정에서 열이 발생되며, 이는 가공물의 변형 및 손상시키거나 공구들의 마모 및 변형을 야기하므로 이를 방지하기위해 냉매로써 절삭유를 공급하였다.
최근에는 자동차 및 항공 우주 등 첨단산업의 경량화, 친환경화 및 고효율화에 따라 이를 실현할 수 있는 티타늄, 인코넬 및 CGI 등의 난삭재료의 가공이 증가하고 있는 추세이다.
그러나, 이러한 난삭재료는 기존 금속보다 낮은 열전도도 및 고강도 등의 특성에 의해 고온의 절삭열 및 공구의 열변형이 발생하였다. 이에 따라, 난삭재료 가공 시 냉각 효과의 향상을 위해 종래의 절삭유 대신 -196℃의 액체질소(LN2) 등의 극저온 유체를 냉매로 사용하고 있다.
그러나, 극저온 유체의 저온에 의해 툴킷에 배치된 베어링의 윤활제 및 오일 등이 과냉각되어 공구의 회전이 이루어지지 않아 생산성이 저하되고, 극저온 유체가 외부로 유출되어 주변 구성들에 영향을 주는 문제점이 있었다.
또한, 극저온 유체가 툴킷을 통해 공구로 공급될 경우 유로의 꺾임에 따라 흐름이 불안정해지면서 극저온 유체의 압력이 일정하지 않아 냉각효과가 저하되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 극저온냉매의 흐름을 안정화하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 극저온용 절삭 툴킷을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 극저온용 절삭 툴킷은, 내부에 중공부가 형성되고, 외측면에 극저온냉매가 주입되는 주입홀이 형성되는 하우징, 상기 중공부에 삽입되고 단부에는 가공툴이 결합되며, 내부에 축방향을 따라 형성되어 상기 중공부와 연통되는 공급유로를 통해 상기 극저온냉매를 상기 가공툴 측으로 공급하는 툴홀더 및 상기 중공부에 배치되어 상기 툴홀더 외측면에 결합되는 베어링을 포함하고, 상기 툴홀더는, 상기 공급유로 내측면에 돌출 형성되어 상기 극저온냉매의 흐름을 안정화하는 패턴부를 포함할 수 있다.
상기 패턴부는, 상기 공급유로의 길이방향을 따라 연장되고, 복수개가 상기 공급유로 둘레를 따라 배치될 수 있다.
상기 패턴부는, 양단부에 상기 공급유로 내측면을 향해 경사지는 경사면이 형성될 수 있다.
상기 툴홀더는, 외측면의 둘레방향을 따라 형성되는 가이드홈 및 상기 가이드홈에서 상기 공급유로 측으로 연장되어, 상기 중공부의 상기 극저온냉매를 상기 공급유로로 전달하는 전달유로를 포함할 수 있다.
상기 중공부에서 상기 베어링 일측에 배치되어, 상기 가공툴 외측면에 결합되는 실링부를 더 포함할 수 있다.
상기 베어링은, PTFE 소재가 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 극저온용 절삭 툴킷은, 극저온냉매의 흐름을 안정화하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 극저온용 절삭 툴킷은, 자가 윤활이 가능한 소재를 적용하여 극저온 냉매의 저온에 의한 냉각을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 극저온용 절삭 툴킷은, 극저온냉매의 외부 유출을 방지하여 내구성 및 안정성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온용 절삭 툴킷의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온용 절삭 툴킷의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A'단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 극저온용 절삭 툴킷의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 극저온용 절삭 툴킷의 확대도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온용 절삭 툴킷의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온용 절삭 툴킷의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A'단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 극저온용 절삭 툴킷의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스토퍼(600)에서 하우징(100) 측을 상방으로 규정하고, 하우징(100)에서 스토퍼(600) 측을 하방으로 규정하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온용 절삭 툴킷(10)은 하우징(100), 툴홀더(200), 결합부(300), 베어링(400) 및 스토퍼(600)를 포함할 수 있다.
하우징(100)은 원통형으로 형성되며 내부에는 축방향으로 중공부(110)가 형성될 수 있다. 중공부(110)는 하우징(100)의 상면 및 하면을 관통하여 형성될 수 있다.
하우징(100)의 외측면에는 중공부(110)까지 연장 형성되며, 극저온냉매가 주입되는 주입홀(120)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 주입홀(120)에는 극저온냉매를 공급하는 호스(미도시)가 연결될 수 있으며, 이에 따라 주입홀(120)을 통해 중공부(110) 측으로 극저온 냉매가 공급될 수 있다.
또한, 하우징(100)의 하면에는 제1 결합홀(130)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 결합홀(130)은 하우징(100)의 하면 테두리를 따라 복수개가 이격 배치될 수 있다. 이러한 제1 결합홀(130)에는 볼트나 리벳 등의 체결부재를 통해 후술할 스토퍼(600)가 결합될 수 있다.
툴홀더(200)는 제1 몸체(210) 및 제2 몸체를 포함할 수 있다.
제1 몸체(210)는 소정의 원통 형상으로 하부에는 제2 몸체(220)가 형성될 수 있다. 제1 몸체(210)는 중공부(110)에 삽입되며 중공부(110) 상단에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 몸체(210)는 중공부(110) 상단에 고정되며, 하우징(100) 상면보다 소정 길이 돌출될 수 있다. 이러한 제1 몸체(210)의 상단부에는 후술할 결합부(300)가 결합될 수 있다.
제2 몸체(220)는 소정의 원통 형상으로 제1 몸체(210)의 하면 중심부에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 몸체(220)의 직경은 제1 몸체(210)의 직경 및 중공부(110)의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
제2 몸체(220)는 중공부(110)에 삽입되며, 이에 따라 제1 몸체(210)가 중공부(110) 상단에 고정되어 툴홀더(200)가 하우징(100)에 결합이 완료된 경우, 제2 몸체(220)의 하단이 하우징(100) 외부로 소정 길이 돌출될 수 있다. 이러한 제2 몸체(220)의 하단부에는 가공툴(미도시)이 결합될 수 있다. 예를 들어, 가공툴은 대상물의 절삭을 수행하는 절삭용 가공툴일 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4를 참고하면, 제2 몸체(220)는 가이드홈(221), 전달유로(222) 및 공급유로(223)가 형성될 수 있다.
가이드홈(221)은 제2 몸체(220)의 외측면 둘레방향을 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 가이드홈(221)은 주입홀(120)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 가이드홈(221)을 따라 극저온냉매가 채워질 수 있다.
전달유로(222)는 제2 몸체(220)의 외측면에서 내측방향으로 연장 형성될 수 있다. 예를 들어, 전달유로(222)는 가이드홈(221)에 형성되며, 제2 몸체(220)의 중심축을 향해 연장 형성될 수 있다. 이러한 전달유로(222)에는 주입홀(120) 및 중공부(110)를 통해 이동된 극저온냉매가 유입될 수 있다. 한편, 가이드홈(221)에는 극저온냉매가 채워져있으므로 제2 몸체(220)가 회전 시에도 전달유로(222) 측으로 극저온냉매가 용이하게 유입될 수 있다.
공급유로(223)는 제2 몸체(220)의 중심부에서 축방향을 따라 형성될 수 있다. 이때, 공급유로(223)의 상단은 전달유로(222)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 공급유로(223)는 전달유로(222)로부터 유입된 극저온냉매를 하단의 가공툴 방향으로 공급할 수 있다. 또한, 공급유로(223)의 내면에는 후술할 패턴부(225)가 형성될 수 있다.
이러한 툴홀더(200)는 결합부(300)를 통해 공작기계의 스핀들과 연결되어 회전할 수 있다. 이에 따라, 제2 몸체(220)에 고정된 가공툴이 회전하면서 대상물의 절삭을 수행할 수 있다.
결합부(300)는 툴홀더(200)의 상단부에 결합될 수 있다. 구체적으로, 결합부(300)는 제1 몸체(210)의 상단에 결합될 수 있다. 결합부(300)는 툴홀더(200)를 공작기계의 스핀들(미도시)에 결합시킴으로써, 스핀들의 회전력을 툴홀더(200)에 전달할 수 있다. 즉, 툴홀더(200)는 결합부(300)를 통해 공작기계의 스핀들에 연결되어 회전할 수 있다.
베어링(400)은 중공부(110)에 배치되고 툴홀더(200)와 결합되어 툴홀더(200)가 회전되도록 할 수 있다. 베어링(400)은 복수개로 형성되며 각각은 중공부(110)의 상하부에 배치될 수 있다. 이때, 각 베어링(400)은 툴홀더(200) 제2 몸체(220)의 외측면에 결합될 수 있다.
베어링(400)은 PTFE(테프론) 소재가 코팅된 볼베어링일 수 있다. 이에 따라, 베어링(400)은 PTFE 코팅에 의해 툴홀더(200)와 마찰 시 자기 윤활이 가능하여, 극저온냉매에 의해 얼지않으면서도 회전이 가능하다.
실링부(500)는 중공부(110)에 배치되고 툴홀더(200)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 실링부(500)는 복수개로 형성되며 각각은 베어링(400)의 일측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 실링부(500)는 하우징(100)과 베어링(400) 사이를 통한 극저온냉매의 외부 유출을 방지하여, 절삭 툴킷(10)의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
다른 예로, 실링부(500)는 하우징(100) 내측면에서 제1 몸체(210)와 마주하는 위치에 형성된 제1 안착홈(112)이나, 후술할 스토퍼(600)의 관통부(610) 내측면에 형성된 제2 안착홈(612)에 추가적으로 배치될 수도 있다.
스토퍼(600)는 링형 단면을 갖는 판 형상으로 하우징(100)의 하면에 결합될 수 있다. 스토퍼(600)는 중심부에 관통부(610)가 형성되며, 이러한 관통부(610)에는 제2 몸체(220)가 관통될 수 있다. 관통부(610)의 내측면에는 제2 안착홈(612)이 형성되어 전술한 실링부(500)가 배치될 수도 있다.
또한, 스토퍼(600)에는 상하면을 관통하는 제2 결합홀(630)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 결합홀(630)은 관통부(610) 주위를 따라 복수개가 이격 배치될 수 있다. 다른 예로, 하우징(100)의 제1 결합홀(130) 및 스토퍼(600)의 제2 결합홀(630)은 대응될 수 있다. 이에 따라, 체결부재를 제2 결합홀(630) 및 제1 결합홀(130)을 통해 삽입함으로써, 스토퍼(600)를 하우징(100)에 결합시킬 수 있다.
이러한 스토퍼(600)는 중공부(110)의 하면을 마감하여 극저온냉매의 유출을 방지하면서도, 하우징 내부에 설치된 구성들이 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 극저온용 절삭 툴킷의 확대도이다.
도 5를 참고하면, 패턴부(225)는 공급유로(223)의 내측면에 돌출형성되어 극저온냉매와 마찰될 수 있다. 예를 들어, 패턴부(225)는 공급유로(223)의 길이방향을 따라 연장되는 형태일 수 있다. 다른 예로, 패턴부(225)는 양단부에 공급유로(223)의 내측면 방향으로 경사지는 경사면(225a)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 패턴부(225)의 양단부는 완만하게 형성되어 극저온냉매의 유입 및 유출이 용이할 수 있다.
또한, 패턴부(225)는 공급유로(223)의 내측면을 따라 복수개가 이격 배치될 수 있다. 이러한 패턴부(225)는 전달유로(222)를 거처 공급유로(223)로 유입되는 극저온냉매의 흐름을 안정화할 수 있다.
구체적으로, 극저온냉매는 전달유로(222)에서 공급유로(223)로 유입되는 과정에서 방향이 급격히 바뀌게 되므로, 극저온냉매의 흐름이 불안정해지면서 불균일한 압력으로 공급되는 맥동현상이 발생하였다. 뿐만 아니라, 극저온냉매의 흐름 방향이 급변하게 될 경우 난류가 형성되면서 냉매의 온도가 증가하여 쉽게 기화되므로 가공대상물에 극저온냉매를 액체상태로 전달하는 것이 어려웠다.
이때, 공급유로(223)에 패턴부(225)를 형성시킴으로써, 공급유로(223)로 유입되는 극저온냉매와 마찰을 일으켜 난류를 방지함으로써 흐름을 안정화할 수 있다. 즉, 패턴부(225)는 극저온냉매의 흐름을 안정화하여 액체상태를 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가공툴에 균일한 압력으로 공급할 수 있으므로 냉각 효율 및 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10: 극저온용 절삭 툴킷
100: 하우징 110: 중공부
112: 제1 안착홈 120: 주입홀
130: 제1 결합홀
200: 툴홀더 210: 제1 몸체
220: 제2 몸체 221: 가이드홈
222: 전달유로 223: 공급유로
225: 패턴부 225a: 경사면
300: 결합부 400: 베어링
500: 실링부 600: 스토퍼
610: 관통부 612: 제2 안착홈
630: 제2 결합홀

Claims (6)

  1. 내부에 중공부가 형성되고, 외측면에 극저온냉매가 주입되는 주입홀이 형성되는 하우징;
    상기 중공부에 삽입되고 단부에는 가공툴이 결합되며, 내부에 축방향을 따라 형성되어 상기 중공부와 연통되는 공급유로를 통해 상기 극저온냉매를 상기 가공툴 측으로 공급하는 툴홀더; 및
    상기 중공부에 배치되어 상기 툴홀더 외측면에 결합되는 베어링을 포함하고,
    상기 툴홀더는,
    상기 공급유로 내측면에 돌출 형성되어 상기 공급유로로 유입되는 상기 극저온냉매와 마찰을 일으켜 난류를 방지하여 상기 극저온냉매의 흐름을 안정화하는 패턴부;
    외측면의 둘레방향을 따라 형성되는 가이드홈; 및
    상기 가이드홈에서 상기 공급유로 측으로 연장되어, 상기 중공부의 상기 극저온냉매를 상기 공급유로로 전달하는 전달유로를 포함하며,
    상기 패턴부는,
    상기 공급유로의 길이방향을 따라 연장되고, 복수개가 상기 공급유로의 내측면 둘레를 따라 이격 배치되고,
    양단부에 상기 공급유로의 내측면 방향으로 경사지는 경사면이 형성되는 극저온용 절삭 툴킷.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공부에서 상기 베어링 일측에 배치되어, 상기 가공툴 외측면에 결합되는 실링부를 더 포함하는 극저온용 절삭 툴킷.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링은,
    PTFE 소재가 코팅되는 극저온용 절삭 툴킷.
KR1020200157877A 2020-11-23 2020-11-23 극저온용 절삭 툴킷 KR102477395B1 (ko)

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