KR102574009B1 - 레이저 절삭 칩 브레이커를 갖는 다결정 다이아몬드 드릴 비트 - Google Patents
레이저 절삭 칩 브레이커를 갖는 다결정 다이아몬드 드릴 비트 Download PDFInfo
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Abstract
드릴용 드릴 비트는 플루트 에지를 포함하는 경사면을 갖는 적어도 하나의 플루트; 적어도 하나의 절삭날로서, 상기 절삭날은 상기 절삭날의 길이의 적어도 일부를 따라서 연장되는 프로파일을 갖고, 상기 경사면은 상기 절삭날로부터 연장되는, 상기 적어도 하나의 절삭날; 및 상기 경사면에 형성된 칩 브레이커로서, 상기 칩 브레이커는 상기 절삭날에 인접하게 위치된 연속적인 그루브이고, 상기 그루브는 시작 단부 및 출구 단부를 갖고, 상기 시작 단부는 상기 그루브의 상기 출구 단부의 깊이 보다 작은 깊이를 갖는, 상기 칩 브레이커를 포함하며, 상기 시작 단부에서의 상기 그루브의 형상은 상기 출구 단부에서의 상기 그루브의 형상과 상이하다.
Description
본 발명은 레이저 절삭 칩 브레이커를 갖는 다결정 다이아몬드 (PCD) 드릴 비트 및 상기 다결정 다이아몬드 드릴 비트의 형성 방법에 관한 것이다.
비철 재료들의 기계 가공 적용들에서, 드릴들은 일반적으로 상기 비철 재료들이 기계 가공될 때 비철 재료들을 전단 변형시키도록 축선 방향 절삭력과 함께 양의 경사 클리어런스를 갖는다. 상기 재료는 절삭 조건들, 공작물, 공구 재료들, 절삭 공구의 기하학적 구조 등에 따라 다양한 형상들 및 사이즈들의 칩들의 형태로 제거된다. 상기 칩들은 일반적으로 드릴 상의 나선형 플루트들을 통하여 드릴 구멍으로부터 외부로 유동한다. 취성 재료가 기계 가공될 때, 생성된 칩들은 불연속적이어서 칩의 취급 및 처리시에 어려움이 발생되지 않는다. 연성의 비철 재료들을 기계 가공할 때, 연속적인 칩들이 형성되고 이는 기계 가공 작업에 약간의 어려움들을 발생시킬 수 있고 생산성에 영향을 줄 수 있다.
칩 브레이커는 절삭력을 줄이기 위하여 연속적인 칩을 작은 조각들로 파괴하는데 사용된다. 절삭력의 제거는 기계 가공된 부품에 따른 공구 수명을 증가시켜 상기 부품이 추가의 공구 압력으로 인하여 손상되는 것을 방지한다. 게다가, 칩 브레이커는 때때로 연속적인 타입의 칩들이 상기 드릴 비트 주변에서 엉킬 수 없도록 하는데 필요하다.
본 발명은 절삭날로부터 칩들의 제거를 향상시켜 드릴 포인트의 수명을 증가시키는, 칩 브레이커를 갖는 드릴 및 상기 드릴의 제조 방법에 관한 것이다.
일 실시 형태에서, 드릴용 드릴 비트는 플루트 에지를 포함하는 경사면을 갖는 적어도 하나의 플루트; 적어도 하나의 절삭날로서, 상기 절삭날은 상기 절삭날의 길이의 적어도 일부를 따라서 연장되는 프로파일을 갖고, 상기 경사면은 상기 절삭날로부터 연장되는, 상기 적어도 하나의 절삭날; 및 상기 경사면에 형성된 칩 브레이커로서, 상기 칩 브레이커는 상기 절삭날에 인접하게 위치된 그루브이고, 상기 그루브는 시작 단부 및 출구 단부를 갖고, 상기 시작 단부는 상기 그루브의 상기 출구 단부의 깊이 보다 작은 깊이를 갖는, 상기 칩 브레이커를 포함하며, 상기 시작 단부에서의 상기 그루브의 형상은 상기 출구 단부에서의 상기 그루브의 형상과 상이하다.
다른 실시 형태에서, 드릴 비트에서 칩 브레이커를 레이저 절삭하는 방법은 드릴 비트를 제공하는 단계로서, 상기 드릴 비트는 적어도 하나의 플루트 및 적어도 하나의 절삭날을 갖고, 상기 플루트는 플루트 에지를 포함하는 경사면을 갖고, 상기 절삭날은 상기 절삭날의 길이의 적어도 일부를 따라서 연장되는 프로파일을 갖고, 상기 경사면은 상기 절삭날로부터 연장되는, 상기 드릴 비트를 제공하는 단계; 얕은 깊이를 갖는 그루브의 시작 단부에 대응하는 제 1 위치에 레이저를 위치시키는 단계; 상기 시작 단부로부터 상기 플루트 에지 내로 개방된 출구 단부까지 상기 절삭날을 따라서 상기 레이저를 이동시키는 단계; 상기 시작 단부로부터 상기 출구 단부까지 상기 그루브의 깊이를 증가시키는 단계; 및 상기 시작 단부에서의 상기 그루브의 형상과 상이한 형상을 상기 그루브의 상기 출구 단부에 형성하는 단계를 포함한다.
실시 형태들의 이하의 상세한 설명 뿐만 아니라 전술한 개요는 첨부된 도면들과 함께 읽을 때 더 잘 이해될 것이다. 도시된 실시 형태들은 도시된 정확한 배열들 및 수단들로 제한되지 않는다는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 드릴 비트의 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 드릴 비트의 확대도이다.
도 3 은 본 발명의 칩 브레이커의 확대도이다.
도 4 는 칩 브레이커의 그루브의 확대도이다.
도 2 는 도 1 의 드릴 비트의 확대도이다.
도 3 은 본 발명의 칩 브레이커의 확대도이다.
도 4 는 칩 브레이커의 그루브의 확대도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 (PCD) 트위스트 드릴 (10) 은 섕크 (12), 드릴 몸체 (14) 및 드릴 팁 (16) 을 포함한다. 드릴 (10) 은 PCD, 예를 들면, 다결정 입방정 질화 붕소 (PCBN), 입방정 질화 붕소 (CBN), 초경합금, 세라믹 및 다른 금속 재료 이외에도 다양한 상이한 재료들로 제조될 수 있다는 것으로 이해되어야 한다. 복수의 나선형 플루트들 (18) 은 드릴 팁 (16) 으로부터 드릴 몸체 (14) 까지 연장된다. 각각의 플루트는 기계 가공되는 재료에 따라 비틀림각 (helix angle), 예를 들면, 약 0 내지 약 48°의 각도를 갖는다. 칩 제거를 돕기 위하여, 드릴 팁 (16) 은 냉각제 채널 또는 구멍을 포함할 수 있다.
드릴 팁 (16) 은 드릴 몸체 (14) 에 부착되거나 드릴 몸체 (14) 와 일체로 형성될 수 있다. 드릴 팁 (16) 은 비철 재료 및 철 재료, 예를 들면, 고온, 고압 (HPHT) 프레스에서 형성되거나 다양한 다른 재료들, 예를 들면, 입방정 질화 붕소 (CBN), 초경합금, 세라믹 또는 다른 금속 재료들로부터 선택되는 다결정 다이아몬드 (PCD) 일 수 있다.
도 2 를 참조하면, 드릴 팁 (16) 은 적어도 2 개의 대향하는 절삭날들 (20, 22) 을 포함한다. 절삭날들 (20, 22) 은 소정의 포인트 각도 (24) (도 1) 를 갖는 포인트를 형성한다. 본 발명은 임의의 특정 포인트 각도로 제한되지 않는다는 것으로 이해되어야 한다. 절삭날들은 각각 절삭날의 전체 길이 또는 적어도 그 일부를 따라서 연장되는 오목한 프로파일 (26) 을 가질 수 있다.
각각의 플루트는 각각의 절삭날에 인접하고, 그리고 상기 절삭날로부터 연장되는 경사면 (32) 을 포함한다. 절삭날들 (20, 22) 은 드릴 플루트들 (16) 의 선단 에지 (30) 에 의해서 형성된 각각의 랜드들 (28) 로부터 추가로 규정된다.
절삭날들 (20, 22) 은 적어도 하나의 칩 브레이커 (40) 를 포함하고, 상기 재료가 절삭될 때, 상기 재료는 칩 파괴를 용이하게 하고 막힘을 방지하도록 칩 브레이커의 상기 경사면 위로 들어 올려진다. 절삭날들의 오목한 프로파일 (26) 은 칩 브레이커 (40) 위로의 칩 유동을 최소화한다.
도 3 에 상세하게 도시된 바와 같이, 칩 브레이커 (40) 는 절삭날 (20) 을 따라서 경사면 (32) 에 형성된 그루브일 수 있다. 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 칩 브레이커 (40) 는 레이저 절삭 그루브이다. 상기 드릴 팁에는 다수의 칩 브레이커들이 제공될 수 있지만, 간략화를 위하여 단일 칩 브레이커만이 예시된다는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 그루브 이외에, 칩 브레이커의 다른 형상들/기하학적 구조들/설계들이 고려된다. 예를 들면, 그루브 (42) 는 그 내부에 세장형 칩들의 보다 신속한 파괴를 돕도록 하나 이상의 돌출부들을 포함할 수 있다.
칩 브레이커 (40) 는 절삭날에 인접하여 이격된, 예를 들면, 절삭날의 후방으로 약 0.1 mm 내지 약 2.0 mm 이격되고 플루트 에지 (30) 내로 개방된 연속적인 그루브 (42) 일 수 있다. 이 위치는 칩의 이동 및 형성 모두를 돕는다.
그루브 (42) 는 절삭날의 오목한 프로파일 (26) 에 대응하도록 형상화/만곡될 수 있다. 그루브의 형상 및 비율들은 칩 파괴를 향상시키고 칩 브레이커 위로의 칩들의 유동을 감소시켜 결과적으로 칩 파괴로 인한 절삭력을 감소시키기 위한 것이다.
칩 브레이커 그루브의 치수 값들은 사용되는 드릴 사이즈 및 드릴의 이송 속도에 따라 변할 것이고, 따라서 칩 브레이커 치수들은 임의의 특정 치수로 제한되지 않는다는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들면, 그루브 (42) 는 깊이가 약 0.01 mm 내지 약 2.5 mm 의 범위일 수 있고, 그리고 드릴의 사이즈에 의존하는 길이, 예를 들면, 절삭날의 길이의 적어도 약 65% 의 길이를 가질 수 있다.
연속적인 그루브 (42) 는 한 쌍의 측면들 (38) 에 의해서 형성되고, 그리고 시작 단부 (44) 에서 가장 얕은 깊이를 갖고 플루트 에지 (30) 내로 개방되는 대향하는 출구 단부 (46) 까지 깊이가 증가한다. 반경부 또는 숄더 (48) 는 출구 단부 (46) 에 생성되고, 그리고 상기 그루브가 시작 단부 (44) 에서의 그루브와 상이한 형상을 갖게 한다. 숄더 (48) 는 적용 또는 용도에 따라 드릴의 경사각을 변경시킬 수 있다. 이것은 추가로 칩이 파괴되지 않고 제거될 위험을 최소화하고 절삭날 강도를 보강하는데 도움이 된다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 그루브 (40) 의 출구 단부 (46) 에서의 측면들 (38) 사이에 형성된 각도 (α2) 는 시작 단부 (44) 에서의 측면들 (38) 사이에 형성된 각도 (α1) 로부터 약간 증가된다. 시작 단부 (44) 로부터 출구 단부 (46) 까지의 각도 및 깊이의 이런 증가는 그루브의 칩 파괴 능력을 도울 것이다.
공지된 칩 브레이커들은 종래의 절삭 공구들에 미리 형성된다. PCD 공구들의 경우에, 칩 브레이커들은 방전 기계들 (electro discharge machines; EDM) 을 사용하여 제조/침식되어야 한다. 따라서, 칩 브레이커들의 사이즈 및 형상은 제한적이다.
전술한 바와 같이, 칩 브레이커 (40) 의 그루브 (42) 는 보다 원활한 절삭을 촉진하는데 도움을 주고 칩들이 세장형으로 될 가능성들을 제거하기 위하여 다수의 절삭 각도들 및 깊이들을 갖는다. 따라서, 방전 기계 가공을 사용하는 것은 본 발명의 그루브 (42) 의 형상을 위한 실행 가능한 옵션이 아니다.
따라서, 본 발명은 추가로 드릴 포인트에서 칩 브레이커를 레이저 절삭하는 방법에 관한 것이다. 칩 브레이커의 정확한 형태를 달성하기 위하여, 레이저는 시작 단부 (44) 에서 얕은 깊이에서 시작하고 그루브의 바닥 또는 출구 단부 (46) 에서 반경부 또는 숄더 (48) 를 생성하도록 깊이를 증가시키는 칩 브레이커를 위치시키는데 필요할 것이다. 절삭된 출구 단부는 절삭된 시작 단부 보다 더 큰 각도와 다소 상이한 형상을 가질 것이다.
레이저는 그루브의 원하는 형상/기하학적 구조가 형성될 때까지 절삭하는 그루브 (42) 를 가로 지르는 다수 회의 패스들을 수행할 것이지만, 동일한 그루브에 따라 단일 패스가 수행될 수 있다는 것으로 이해되어야 한다. 원하는 그루브를 형성하기 위하여, 레이저는 공지된 방식으로 프로그래밍되고 제어된다. 따라서, 칩 브레이커의 더 작은 프로파일들, 복잡한 형태들 및 설계들이 달성될 수 있다. 또한, PCD 드릴에서 칩 브레이커를 레이저 절삭함으로써, 칩 브레이커의 기하학적 구조를 생성하는데 일반적으로 필요한 다양한 드릴들/장비가 제거된다.
게다가, 본 발명의 칩 브레이커는 복수의 상이한 절삭 공구들 또는 절삭날을 이용하는 임의의 디바이스에 형성될 수 있고, 그리고 트위스트 드릴로 제한되지 않는다는 것으로 이해되어야 한다.
본 실시 형태(들)은 그의 특정 양태들과 관련하여 설명되었지만, 많은 다른 변형들 및 변경들 및 다른 용도들이 이 분야의 당업자에게 명백해질 것이다. 따라서, 본 실시 형태(들)은 본 명세서의 특정 개시에 의해서 뿐만 아니라 첨부된 청구 범위에 의해서 제한되지 않는 것이 바람직하다.
Claims (15)
- 드릴용 드릴 비트로서,
플루트 에지를 포함하는 경사면을 갖는 적어도 하나의 플루트;
적어도 하나의 절삭날로서, 상기 절삭날은 상기 절삭날의 길이의 적어도 일부를 따라서 연장되는 오목한 프로파일을 갖고, 상기 경사면은 상기 절삭날로부터 연장되는, 상기 적어도 하나의 절삭날; 및
상기 경사면에 형성된 칩 브레이커로서, 상기 칩 브레이커는 상기 절삭날에 인접하게 위치된 그루브이고, 상기 그루브는 시작 단부 및 출구 단부를 갖고, 상기 시작 단부는 상기 그루브의 상기 출구 단부의 깊이 보다 작은 깊이를 갖는, 상기 칩 브레이커를 포함하고,
상기 시작 단부에서의 상기 그루브의 형상은 상기 출구 단부에서의 상기 그루브의 형상과 상이하고,
상기 그루브는 사이에서 각도를 형성하는 한 쌍의 측면들을 갖고, 상기 각도는 상기 시작 단부로부터 상기 출구 단부까지 증가하는, 드릴용 드릴 비트. - 제 1 항에 있어서,
상기 드릴 비트는 다결정 다이아몬드, PCBN, CBN, 초경합금, 세라믹 및 금속 재료들의 그룹으로부터 선택되는, 드릴용 드릴 비트. - 제 1 항에 있어서,
상기 그루브는 연속적인 그루브인, 드릴용 드릴 비트. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브의 상기 출구 단부는 상기 플루트 에지 내로 개방되는, 드릴용 드릴 비트. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브는 상기 절삭날의 오목한 상기 프로파일에 대응하도록 형상화되는, 드릴용 드릴 비트. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시작 단부로부터 상기 출구 단부까지의 상기 그루브의 깊이는 0.01 mm 내지 2.5 mm 의 범위이고, 그리고
상기 그루브는 상기 절삭날의 길이의 적어도 65% 의 범위의 길이를 갖는, 드릴용 드릴 비트. - 삭제
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브는 그의 상기 출구 단부에 숄더를 형성하는, 드릴용 드릴 비트. - 드릴 비트에서 칩 브레이커를 레이저 절삭하는 방법으로서,
상기 드릴 비트를 제공하는 단계로서, 상기 드릴 비트는 적어도 하나의 플루트 및 적어도 하나의 절삭날을 갖고, 상기 플루트는 플루트 에지를 포함하는 경사면을 갖고, 상기 절삭날은 상기 절삭날의 길이의 적어도 일부를 따라서 연장되는 오목한 프로파일을 갖고, 상기 경사면은 상기 절삭날로부터 연장되는, 상기 드릴 비트를 제공하는 단계;
얕은 깊이를 갖는 그루브의 시작 단부에 대응하는 제 1 위치에 레이저를 위치시키는 단계;
상기 시작 단부로부터 상기 플루트 에지 내로 개방된 출구 단부까지 상기 절삭날을 따라서 상기 레이저를 이동시키는 단계;
상기 시작 단부로부터 상기 출구 단부까지 상기 그루브의 깊이를 증가시키는 단계; 및
상기 시작 단부에서의 상기 그루브의 형상과 상이한 형상을 상기 그루브의 상기 출구 단부에 형성하는 단계를 포함하고,
상기 그루브는 사이에서 각도를 형성하는 한 쌍의 측면들을 갖도록 레이저 절삭되고, 상기 각도는 상기 시작 단부로부터 상기 출구 단부까지 증가하는, 드릴 비트에서 칩 브레이커를 레이저 절삭하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 드릴 비트는 PCD, PCBN, CBN, 초경합금, 세라믹 및 금속 재료들의 그룹으로부터 선택되는, 드릴 비트에서 칩 브레이커를 레이저 절삭하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 그루브는 상기 경사면에서 레이저 절삭되는, 드릴 비트에서 칩 브레이커를 레이저 절삭하는 방법. - 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브는 상기 절삭날의 오목한 상기 프로파일에 대응하도록 절삭되는, 드릴 비트에서 칩 브레이커를 레이저 절삭하는 방법. - 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시작 단부로부터 상기 출구 단부까지의 상기 그루브의 깊이는 0.01 mm 내지 2.5 mm 의 범위이고, 그리고
상기 그루브는 상기 절삭날의 길이의 적어도 65% 의 길이까지 레이저 절삭되는, 드릴 비트에서 칩 브레이커를 레이저 절삭하는 방법. - 삭제
- 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
숄더는 상기 그루브의 상기 출구 단부에 형성되는, 드릴 비트에서 칩 브레이커를 레이저 절삭하는 방법.
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