KR19990086967A - 칩 브레이커의 형상을 개선시킨 절삭 인써트 - Google Patents

Abstract

칩 브레이커의 형상을 완전한 자유 곡면으로 처리하여 알루미늄, 동, 스테인레스등과 같은 철계 금속 또는 비철계 금속의 절삭 가공시에 형성되는 절삭칩이 가장 자연스런 방향과 모양으로 배출되도록 유도함으로서, 용착현상 및 절삭저항을 최소화하고, 가공면 조도, 가공 정밀도, 공구의 수명을 향상시킬 수 있고 최고의 가공능율을 발휘할 수 있는 절삭 인써트가 개시되어 있다. 본 발명에 따른 절삭 인써트는 상부면 상에 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 특유한 칩 브레이커를 구비한다. 절삭 인써트의 하부면은 평면으로 이루어지고, 절삭 인써트를 공구용 홀더에 고정시킬 때 공구용 홀더 상에 견고하게 고정되어 절삭 인써트를 지지한다. 이와는 달리, 절삭 인써트의 하부면은 상부면과 마찬가지 방식으로 제공된 칩 브레이커를 구비할 수도 있다. 상부면의 모서리에는 적어도 하나의 모서리 절인부가 형성된다. 절삭 인써트는 모서리 절인부에 대하여 소정의 경사각을 이루는 주 절인부를 포함한다. 주 절인부는 모서리 절인부를 기준으로 좌우로 연장된 경사진 주절인 랜드면을 포함한다. 절삭 인써트의 중앙에는 원형 개구부가 수직하게 관통하여 형성되고, 원형 개구부 내에는 보스가 설치된다.

Description

칩 브레이커의 형상을 개선시킨 절삭 인써트

본 발명은 절삭 인써트(cutting insert)에 관한 것이며, 특히 칩 브레이커(chip breaker)의 형상을 완전한 자유 곡면으로 처리하여 절삭 가공시에 형성되는 절삭칩이 가장 자연스런 방향과 모양으로 배출되도록 유도함으로서 용착현상 및 절삭저항을 최소화하여 가공면 조도, 공구 수명 및 칩 처리 능력이 향상된 절삭 인써트에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 공업등과 같은 기계 산업이 고도로 발달하고 그 결과로서 제조 공정이 자동화 및 고속화됨에 따라서, 기계 산업 분야에서 널리 사용되는 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 성능과 수명을 증진시키는 것이 필수적으로 요구되고 있다.

절삭 공구는 주로 철계, 비철계 금속의 절삭에 이용되는 것으로서, 통상적으로 공작 기계에 고정시켜서 사용된다. 절삭 공구를 이용하여 금속을 절삭하는 방법으로는 크게 두가지를 들 수 있는데, 첫째로는 회전하는 금속제의 피가공물에 절삭 공구의 날끝부분을 접촉시켜서 절삭을 하는 것이다. 둘째로는, 절삭날을 가진 공구, 즉 절삭 인써트를 공구용 홀더를 이용하여 공작 기계에 고정시킨후, 이러한 상태하에서 절삭 공구를 회전시키면서 미리 고정된 피가공물에 접촉시켜 피가공물을 원하는 모양으로 가공하는 것이다.

절삭공구를 이용한 절삭가공에서 피가공물과 직접적으로 접촉하는 부분에 부착되어 사용되는 절삭 인써트는 금속의 절삭가공에 있어서 가장 중요한 요소이다. 또한, 절삭 인써트의 재질 및 형상은 절삭 공구의 수명 및 가공물의 품질을 결정짓는 매우 중요한 인자이다.

그런데, 절삭 인써트를 이용한 금속의 절삭가공에서는, 피가공물의 불필요한 부분을 절삭제거시킬 때 칩의 형태로 발생되는 금속 찌꺼기들을 절삭영역으로부터 안전하고 효과적으로 배출시키는 것이 매우 중요하다. 따라서, 연속적으로 이루어지는 절삭가공 공정을 중단시키거나 작업자의 신체에 위해를 가함이 없이 작업 영역으로부터 칩형태의 금속 찌꺼기들을 안전하고 확실하게 배출시킬 수 있는 절삭 인써트를 개발하려는 노력들이 이루어져 왔다.

그 노력의 일환으로 피가공물의 효율적인 절삭을 위해서 절삭 인써트의 형상을 변화시키는 방법이 제안되어 왔다. 일반적으로 절삭 인써트는 경사면과 여유면을 갖는다. 이때, 경사면은 절삭된 칩이 배출되는 방향의 면이며, 특히 경사면의 각도와 형상은 절삭 인써트의 수명, 가공면 거칠기, 내구성, 칩 브레이킹(chip breaking), 칩 배출 및 절삭저항등에서 결정적인 역할을 한다. 이러한 경사면과 여유면의 특수한 형상을 소위 “칩 브레이커(chip breaker)” 라고 부르며, 지금까지 절삭공구 제조업체에서 다양한 형상의 칩 브레이커를 개발한바 있다. 칩 브레이커의 형상적인 측면에서 개발 기준이 되는 것은 주로 피삭재 재질의 종류, 피삭재 형상의 종류, 피가공물 절삭 부위의 양이나 가공 정밀도 등이며, 절삭 공구의 재질도 해당된다.

그런데, 종래에는 주로 연삭형의 칩 브레이커를 사용하거나 또는 칩 브레이커면이 흑피인 상태로 사용하고 칩 브레이커의 형상이 일정한 평면과 일정한 각도를 가지고 이루어져 있기 때문에, 절삭가공에서 일어나는 일반적인 역학의 자연스런 가공 메카니즘과 잘맞지 않는, 즉 부자연스런 가공현상으로 인하여 절삭시 여러 가지 문제점을 내포해 왔다. 즉, 절삭 가공시에 절삭 저항이 증가하거나, 피가공물이 용용됨에 따라서 공구의 날끝 부분에 공구가 용착되는 결점이 있었다. 또한, 칩 브레이킹의 불량, 절삭공구의 과대한 마모, 인선부 칩핑, 파손 등의 문제점이 있었다.

도 11A는 종래 기술에 따른 절삭 인써트의 평면도이고, 도 11B는 도 11A의 선 ⅩI-ⅩI을 따라 도시한 단면도이다.

도 11A 및 11B를 참조하면, 종래 기술에 따른 절삭 인써트(10)는 대체적으로 평행한 상부면(11)과 바닥면(13)을 갖는 본체(12)를 포함한다. 또한, 본체(12)는 상부면(11)과 바닥면(13)에 대해서 평행한 측면(14)을 구비한다. 본체(12)의 중앙에는 공구용 홀더(도시되지 않음)가 끼워지는 원형 개구부(18)가 수직하게 관통하여 형성된다.

절삭 인써트(10)는 4개의 절삭 모서리부(15)를 구비한다. 각각의 절삭 모서리부(15)로부터는 2개의 절삭날(16) 및 그에 인접한 칩홈(chip groove)(17)이 연장된다. 절삭날(16)은 절삭 모서리부(15)로부터 절삭날(16)의 중간 부분까지 소정의 각도로 경사지게 연장되며, 직선 경사부(16a)와 수평 중앙부(16b)를 구비한다. 절삭날(16)의 직선 경사부(16a)에서는, 절삭 모서리부(15)로부터 절삭날(16)의 중간부분을 향하여 그 폭이 증가한다.

칩홈(17)은 절삭 모서리부(15) 영역과 직선 경사부(16a)의 인접 영역을 가로질러서 연속적으로 연장되며, 경사진 측면부(17a,17b)를 구비한다. 경사진 측면부(17a,17b)는 절삭날(16)의 수평 중앙부(16b)에서 그 폭이 일정하다. 경사진 측면부(17a,17b)는 절삭 인써트(10)의 상부면(11)에 대하여 130°이상의 각도로 경사진다. 상부면(11)은 편평한 수평 영역(11a) 및 수평 영역(11a)에 대하여 소정의 각도로 경사지고 평탄한 삼각형 영역(11b)을 포함한다. 상부면(11)의 수평 영역(11a)은 칩홈(17)의 경사진 측면부(17a,17b)와 경계를 접하며, 절삭날(16)에 비해서 고도가 낮다.

그런데, 이러한 종래의 절삭 인써트(10)에서는, 절삭칩이 배출되는 칩 브레이커의 경사진 측면부(17a,17b)가 평면으로 구성되고 또한 면과 면이 만나는 부분이 일정한 각으로 구성되어 있기 때문에, 절삭가공을 수행하는 동안에 발생 배출되는 절삭칩이 경사면의 각진부분과 평면을 지나는 동안에 강제적인 굽힘력을 받게된다. 이로 인해서, 절삭가공에 직접 기여하는 절삭날(16) 부분에 불규칙적이고 과도한 힘이 인가되어 결국에는 절삭칩의 용착 현상발생, 칩 배출의 불량, 표면 조도의 불량, 칩핑 발생등이 초래된다. 또한, 궁국적으로는 공구의 수명이 저하되는 결과를 초래하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 칩 브레이커의 형상을 완전한 자유 곡면으로 처리하여 알루미늄, 동, 스테인레스등과 같은 철계 금속 또는 비철계 금속의 절삭 가공시에 형성되는 절삭칩이 가장 자연스런 방향과 모양으로 배출되도록 유도함으로서, 용착현상 및 절삭저항을 최소화하고, 가공면 조도, 가공 정밀도, 공구의 수명을 향상시킬 수 있고 최고의 가공능율을 발휘할 수 있는 절삭 인써트를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 절삭 인써트의 평면도,

도 2A는 도 1의 선 A-A를 따라 도시한 단면도,

도 2B는 도 2A에 도시된 “A1”부분의 확대도,

도 3은 도 1의 선 B-B를 따라 도시한 단면도,

도 4A는 도 2의 선 C-C를 따라 도시한 단면도,

도 4B는 도 4A에 도시된 “C1”부분의 확대도,

도 5A는 도 2의 선 D-D를 따라 도시한 단면도,

도 5B는 도 5A에 도시된 “D1”부분의 확대도,

도 6A는 도 2의 선 E-E를 따라 도시한 단면도,

도 6B는 도 6A에 도시된 “E1”부분의 확대도,

도 7은 도 1에 도시된 절삭 인써트를 “Y”방향에서본 도면,

도 8은 도 1에 도시된 절삭 인써트를 “Z”방향에서본 도면,

도 9는 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 따른 양면 대칭형 칩브레이커를 적용한 절삭 인써트의 종단면도,

도 10은 도 9에 도시된 절삭 인써트를 사용할 때 적용되는 홀더 심의 종단면도,

도 11A는 종래 기술에 따른 절삭 인써트의 평면도, 그리고

도 11B는 도 11A의 선 ⅩI-ⅩI을 따라 도시한 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10,100,100A : 절삭 인써트 11,110,110A,210 : 상부면

13,111,111A,211 : 바닥면 15 : 절삭 모서리부

16 : 절삭날 17 : 칩홈

101,101b,101d,101z : 모서리 절인부

102,102a,102d : 모서리 절인 랜드면

103,103a,103y,103z,105,105a,105b,105d,105y,105z : 주 절인부

104,106b,106c : 주절인 랜드면 107 : 제 1 측면부

108 : 제 2 측면부 109,109A,209 : 개구부

110,110A : 상부면 111,111A : 바닥면

112,112a,112b,112d,112e : 마루 114,114a,114c : 골

122,122a : 모서리 칩홈

124,124b,124c,124d,124c : 중앙 칩홈

140,140A,240 : 보스 150 : 대각선

152 : 접선 200 : 홀더 심

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,

전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 칩 브레이커를 가지며, 자유 곡면을 이루는 적어도 하나의 마루와 골을 구비하는 상부면;

상기 상부면상에 제공된 칩 브레이커에 대응하도록 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 칩 브레이커를 가지며, 자유 곡면을 이루는 적어도 하나의 마루와 골을 구비하는 하부면;

상기 상부면과 상기 하부면의 모서리에 제공된 적어도 하나의 모서리 절인부로서, 상기 모서리 절인부는 상기 절삭 인써트의 제 1 측면부로부터 이어지며, 모서리 절인 랜드면의 곡면, 모서리 칩홈의 곡면, 및 상기 마루와 상기 골을 연결하는 적어도 하나의 곡면으로 구성되고, 상기 모서리 절인부의 곡면의 중심은 상기 모서리 절인부의 중심에서 타측 모서리 절인부의 중심을 연결하는 대각선의 단면 영역에 존재하고, 상기 모서리 절인부의 곡면은 1∼50의 곡률 반경을 갖는, 모서리 절인부;

상기 모서리 절인부를 기준으로 좌우로 연장된 경사진 주절인 랜드면을 포함하며, 상기 모서리 절인부에 대하여 20∼180의 경사각을 이루는 주 절인부로서, 상기 주절인 랜드면은 상기 절삭 인써트의 제 2 측면부로부터 이어지는 부드러운 자유 곡면으로 이루어지고, 상기 주 절인부에 대하여 직각인 선에 대해서 -20∼+10도의 각도를 이루는 주 절인부;

절삭 인써트의 중앙에 수직하게 관통하여 형성된 개구부; 및

상기 절삭 인써트를 공구용 홀더에 고정시키는 경우에 상기 공구용 홀더의 스크루나 레버가 용이하게 삽입될 수 있도록 상기 개구부 내에 설치된 보스를 포함하는 절삭 인써트를 제공한다.

또한, 본 발명은,

전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 칩 브레이커를 가지며, 자유 곡면을 이루는 적어도 하나의 마루와 골을 구비하는 상부면;

상기 상부면상에 제공된 칩 브레이커에 대응하도록 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 칩 브레이커를 가지며, 자유 곡면을 이루는 적어도 하나의 마루와 골을 구비하는 하부면;

상기 상부면과 상기 하부면의 모서리에 제공된 적어도 하나의 모서리 절인부로서, 상기 모서리 절인부는 상기 절삭 인써트의 제 1 측면부로부터 이어지며, 모서리 절인 랜드면의 곡면, 모서리 칩홈의 곡면, 및 상기 마루와 상기 골을 연결하는 적어도 하나의 곡면으로 구성되고, 상기 모서리 절인부의 곡면의 중심은 상기 모서리 절인부의 중심에서 타측 모서리 절인부의 중심을 연결하는 대각선의 단면 영역에 존재하고, 상기 모서리 절인부의 곡면은 1∼50의 곡률 반경을 갖는, 모서리 절인부;

상기 모서리 절인부를 기준으로 좌우로 연장된 경사진 주절인 랜드면을 포함하며, 상기 모서리 절인부에 대하여 20∼180의 경사각을 이루는 주 절인부로서, 상기 주절인 랜드면은 상기 절삭 인써트의 제 2 측면부로부터 이어지는 부드러운 자유 곡면으로 이루어지고, 상기 주 절인부에 대하여 직각인 선에 대해서 -20∼+10도의 각도를 이루는 주 절인부;

절삭 인써트의 중앙에 수직하게 관통하여 형성된 개구부; 및

상기 절삭 인써트를 공구용 홀더에 고정시키는 경우에 상기 공구용 홀더의 스크루나 레버가 용이하게 삽입될 수 있도록 상기 개구부 내에 설치된 보스를 포함하는 절삭 인써트를 제공한다.

일반적으로, 절삭 인써트에서 중요한 요소는 주절인부, 모서리 절인부, 부절인부의 형상이며, 특히 알루미늄, 동, 스테인레스강등의 연질이거나 질긴 성질을 갖는 재질의 가공에 있어서는 절인부의 끝이나 랜드면, 칩홈등의 형상이 중요하다. 또한, 알루미늄과 같은 연질 재료의 가공시에는 고속 절삭이 이루어지고 칩이 경사면, 칩홈 및 절삭 인써트의 상부면을 따라서 배출되므로, 칩의 유동방향에서 아래부분에 위치하는 상부면의 형상이 또한 중요한 역할을 한다. 그러므로, 본 발명은 이러한 절삭 메카니즘에서 중요한 변수로 작용하는 칩 브레이커의 형상을 개선한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 절삭 인써트는 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 모재 표면상에 경질 피복층을 증착하여 형성한다. 예를 들면, 절삭 인써트는, 탄화 텅스텐(WC)계열의 초경합금, 탄화티탄(TiC)계열의 각종 서멧(cermet) 합금, 세라믹 또는 고속도강 등의 강철과 같은 분말 원료를 소결하여 소결체를 형성하고 초음파 세척 공정을 거친 후, 내마모성 및 내충격성을 부여하기 위해서 소결체 표면에 IV-A족 금속인 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 탄산화물 또는 알루미늄 산화물로 이루어지는 하나 또는 그 이상의 층을 PVD 또는 CVD에 의해서 모재의 표면 상에 형성시킨 것이다. 이와는 달리, IV-A족 금속에 알루미늄(Al)을 첨가한 것의 탄화물, 질화물, 탄질화물을 절삭 공구 또는 내마모성 공구의 표면 상에 피복하여 고온 경도와 내산화성을 향상시킨 절삭 인써트를 제조한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 절삭 인써트의 평면도이고, 도 2A는 도 1의 선 A-A를 따라 도시한 단면도이며, 도 2B는 도 2A에 도시된 “A1”부분의 확대도이다.

도 1 내지 2B를 참조하면, 절삭 인써트(100)는 철계 또는 비철계 금속의 절삭 가공시에 상부면(110)만을 사용한다. 이를 위해서, 상부면(110)에만 칩 브레이커(chip breaker)를 제공하며, 바닥면(111)은 평면으로 구성하여 절삭 인써트(100)를 공구용 홀더에 고정시킬 때 견고하게 고정되어 절삭 인써트(100)를 지지하는 역할을 한다. 상부면(110)에 제공되는 칩 브레이커는 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제작된다. 따라서, 칩 브레이커 부분에 대한 후가공이 불필요해진다.

브이(V)-타입의 절삭 인써트(100)는 상부면(110)의 모서리에 제공된 적어도 하나의 모서리 절인부(101)을 구비하며, 모서리 절인부(101)를 기준으로 좌우로 연장된 경사진 주절인 랜드면(104,106)으로 구성되는 주 절인부(103,105)를 구비한다. 자연스러운 곡면을 이루면서 서로 만나는 주 절인부(103,105)는 절삭 인써트(100)의 크기에 따라서 다소 차이는 있으나 3∼20의 곡률 반경을 갖는다. 주 절인부(103,105)는 모서리 절인부(101)에 대하여 35도의 모서리각(γ)을 이룬다. 이와는 달리, 절삭 인써트가 알(R)-타입인 경우에 주 절인부는 모서리 절인부에 대하여 180도의 모서리각(γ)을 이루며, 씨(C)-타입인 경우에는 80도, 티(T)-타입인 경우에는 60도, 디(D)-타입인 경우에는 55도, 에스(S)-타입인 경우에는 90도의 모서리각(γ)을 이룬다.

주절인 랜드면(104,106)은 제 2 측면부(108)(도 3 참조)로부터 이어진다. 주절인 랜드면(104,106)은 철계 또는 비철계 금속의 절삭 가공시에 발생하는 칩이 일차적으로 접촉하는 면으로서, 절삭 저항을 감소시켜서 내마모성 및 가공면 조도를 향상시킬 수 있도록 부드러운 자유 곡면으로 이루어진다.

절삭 인써트(100)의 상부면(110)은 비연삭 상태로 남겨지거나, 또는 호닝(honing), 버핑(buffing) 처리되거나 경면 처리된다. 상부면(110)은 모서리 절인부(101) 및 주 절인부(103,105) 보다 낮게 형성된다. 상부면(110)은 주절인 랜드면(104,106)과 마찬가지로 절삭 저항을 감소시키기 위하여 자유 곡면으로 이루어진다. 이를 위해서, 상부면(110)에는 적어도 하나의 요철 마루(112)와 골(114)이 형성되고, 이에 의해 적어도 하나의 모서리 칩홈(122)과 다수의 중앙 칩홈(124)이 제공된다. 이때, 요철 마루(112)와 골(114)은 0.1∼10, 바람직하게는 0.4∼6.5의 곡률 반경을 가지며, 주절인 랜드면(104,106)과, 마루(112) 또는 골(114)이 이루는 곡면의 곡률 반경은 1∼50, 바람직하게는 1∼15이다. 움푹한 칩홈(122,124)은 주절인 랜드면(104,106)으로부터 상부면(110)으로 연장하여 형성된다. 칩홈(122,124)은 철계 또는 비철계 금속의 절삭 가공시에 발생되는 칩의 처리능력을 향상시킬 수 있도록 자유 곡면의 형상을 갖는다.

절삭 인써트(100)의 중앙에는 원형개구부(109)가 수직하게 관통하여 형성되고, 원형 개구부(109) 내에는 절삭 인써트(100)를 공구용 홀더에 고정시키기 위한 보스(140)가 설치된다. 보스(140)는 절삭 인써트(100)의 상부면(110)보다 높거나 낮게 배치된다. 절삭 인써트(100)를 공구용 홀더에 고정시키는 경우에는, 스크루나 레버(도시되지 않음)등이 용이하게 삽입된다. 이와는 달리, 절삭 인써트의 중앙에 개구부를 형성하지 않고 특수한 형상의 클램프를 이용하여 절삭 인써트를 공구용 홀더에 고정시킬 수도 있다.

모서리 절인부(101)는 피가공물과의 간섭을 방지하기 위해서 수직선을 기준으로 0∼35°각도로 기울어진 제 1 측면부(107)로부터 이어지는 곡면으로 이루어진다. 즉, 모서리 절인부(101)는 모서리 칩홈(122)의 곡면과 모서리 절인 랜드면(102)의 곡면으로 구성된다. 모서리 절인부(101)의 곡면의 중심은 일측 모서리 절인부(101)의 중심에서 타측 모서리 절인부(101)의 중심을 연결하는 선(이하, 대각선 "150" 이라 칭함)의 단면 영역(A-A)에 존재한다. 모서리 절인부(101)의 곡면은 모서리 절인 랜드면(102a), 모서리 칩홈(122a), 마루(112a) 및 골(114a)을 연결하는 적어도 하나의 곡면으로 이루어진다. 이때, 마루(112a)와 골(114a)은 대각선(150)을 기준으로 대칭되게 반대쪽 주절인 랜드면으로 연장된다. 마루(112a)와 골(114a)은 0.1∼10, 바람직하게는 0.4∼6.5의 곡률 반경을 가지며, 모서리 절인부(101)의 곡면은 1∼50의 곡률 반경을 갖는다.

한편, 대각선(150)은 연속적인 다수의 마루(112)와 골(114)로 이루어지며, 바닥면(111)에 대하여 평행하다. 마루(112a)들을 연결하는 접선(152)(도 2B 참조)은 철계 또는 비철계 금속의 절삭 가공시에 발생되는 칩의 회전 반경을 결정하고 칩홈(122,124)의 곡률 반경 및 칩의 배출 방향을 결정하는 중요한 변수이다. 그러므로, 모서리 절인부(101)의 각도에 따라서 다소 차이가 있으나, 마루(112A)들을 연결하는 접선(152)은 대각선(150)에 대하여 소정의 각(α), 바람직하게는 -10∼+10°를 이룬다.

도 3은 도 1의 선 B-B를 따라 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 주절인 랜드면(106b)은 제 2 측면부(108)로부터 연장되며, 부드러운 곡면으로 이루어진다. 이때, 제 2 측면부(108)는 절삭 인써트(100)를 이용한 철계 또는 비철계 금속의 절삭시에 피가공물과의 간섭을 방지하기 이해서 수직선을 기준으로 0∼35°각도로 기울어진다. 골의 형태를 이루는 중앙 칩홈(124b)은 주절인 랜드면(106b)으로부터 상부면(110)으로 연장하여 형성된다. 연속적으로 만나는 마루(112b)와 중앙 칩홈(124b)으로 이루어진 상부면(110b)은 모서리 절인부(101b) 및 주 절인부(105b) 보다 낮게 형성된다.

도 4A는 도 2의 선 C-C를 따라 도시한 단면도이고, 도 4B는 도 4A에 도시된 “C1”부분의 확대도이다. 도 4A 및 4B를 참조하면, 주 절인부(105)의 경사진 랜드면(106c)에서 시작되는 마루(112)와 골(114)은 주 절인부(105)에 대하여 직각인 선(C-C)에 대해서 소정의 각도(θ)(도 1 참조), 즉 +10∼-20도, 바람직하게는 -15∼-5도를 이루어 대각선(150) 방향으로 진행하고 대각선(150)을 기준으로 좌우 대칭을 이룬다. 주절인 랜드면(106c)은 부드러운 곡면으로 이루어지며 칩홈(124c)과 만난다. 이때, 주절인 랜드면(106C)과 상부면(110)이 이루는 곡면의 곡률 반경은 1∼50이다.

도 5A는 도 2의 선 D-D를 따라 도시한 단면도이고, 도 5B는 도 5A에 도시된 “D1”부분의 확대도이다. 도 5A 및 5B를 참조하면, 상부면(110)은 마루(112d)와 골(124d)로 이루어지며, 마루(112d)와 골, 즉 중앙 칩홈(124d)으로 이루어지는 요철면은 0.1∼10, 바람직하게는 0.4∼6.5의 곡률 반경을 가진다.

도 6A는 도 2의 선 E-E를 따라 도시한 단면도이고, 도 6B는 도 6A에 도시된 “E1”부분의 확대도이다. 도 6A 및 6B를 참조하면, 상부면(110)은 마루(112e)와 골, 즉 중앙 칩홈(124e)으로 이루어지며, 이 마루(112e)와 중앙 칩홈(124e)으로 구성된 요철면은 대각선(150)을 향하여 진행된다. 이때, 마루(112e)와 중앙 칩홈(124e)은 0.1∼10, 바람직하게는 0.4∼6.5의 곡률 반경을 갖는다. 상부면 마루(112e)를 연결하는 선은 대각선(150)에 대하여 -10도에서 +10도의 각을 갖는다.

도 7은 도 1에 도시된 절삭 인써트를 “Y”방향에서본 도면이다. 도 7을 참조하면, 절삭 인써트(100)를 정면(Y 방향)에서 보는 경우에 주절인은 둥글게 구성된다. 즉, 주절인은 곡선으로 이루어진 적어도 하나의 주 절인부(103y)가 서로 만나서 형성되거나, 또는 곡선의 주 절인부(103y)가 직선으로 이루어진 주 절인부(105y)와 부드럽게 만나서 이루어진다. 바람직하게는, 주 절인부(103y)는 타원 또는 원의 일부이며, 1∼50, 바람직하게는 3 ∼20의 곡률 반경을 갖는다.

도 8은 도 1에 도시된 절삭 인써트를 “Z”방향에서본 도면이다. 절삭 인써트(100)를 일측면(Z 방향)에서 보는 경우에 주절인은 곡선으로 이루어진 적어도 하나의 주 절인부(103z)가 직선으로 이루어진 주 절인부(105z)와 부드럽게 만나서 이루어진다.

도 9는 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 따른 양면 대칭형 칩브레이커를 적용한 절삭 인써트의 종단면도이다.

본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 따른 절삭 인써트(100A)는 경제성을 고려하여 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 절삭 인써트(100)를 개선시킨 것이다. 즉, 절삭 인써트(100A)는 양면 모두를 이용하여 철계 또는 비철계 금속을 절삭할 수 있도록 절삭 인써트(100A)의 상부면(110A)과 바닥면(111A) 상에 동일한 칩 브레이커를 적용시킨 것을 제외하고는, 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 절삭 인써트(100)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시 예와 동일한 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 제 1 실시 예와 마찬가지 방식으로, 절삭 인써트(100A)는 절삭 인써트(100A)의 상부면(110A)과 바닥면(111A) 상에서, 모서리 절인부, 모서리 절인부를 기준으로 좌우로 연장된 경사진 주절인 랜드면으로 구성되는 주 절인부를 구비한다. 이때, 절삭 인써트(100A)의 상부면(110A)과 바닥면(111A)은 각각의 모서리 절인부 및 주 절인부 보다 낮게 형성된다.

또한, 절삭 인써트(100A)의 상부면(110A)과 바닥면(111A)에는 적어도 하나의 요철 마루와 골이 형성되고, 이에 의해 적어도 하나의 모서리 칩홈과 다수의 중앙칩홈이 제공된다. 게다가, 절삭 인써트(100A)의 중앙에는 공구용 홀더(도시되지 않음)가 끼워지는 원형 개구부(109A)가 수직하게 관통하여 형성되고, 원형 개구부(109A) 내에는 절삭 인써트(100A)를 공구용 홀더에 고정시키기 위한 상하 대칭형 보스(140A)가 설치된다.

도 10은 도 9에 도시된 절삭 인써트를 사용할 때 적용되는 홀더 심의 종단면도이다. 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 홀더 심(200)은 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 따른 절삭 인써트(100A)를 사용하는 경우에 절삭 인써트(100A)의 고정을 견고히 하여 공구용 홀더(도시되지 않음)에 단단히 지지하기 위한 것이다.

이를 위해서, 홀더 심(200)의 상부면(210)은 절삭 인써트(100A)의 바닥면(111A)에 대응하는 형상을 갖는다. 홀더 심(200)의 중앙에는 공구용 홀더(도시되지 않음)가 끼워지는 개구부(209)가 수직하게 관통하여 형성되고, 개구부(209) 내에는 보스(240)가 배치된다. 홀더 심(200)의 바닥면(211)은 평면으로 구성하여 홀더 심(200)을 공구용 홀더에 고정시킬 때 견고하게 지지하게 한다.

그러므로, 본 발명에 따른 절삭 인써트(100A)가 홀더에 고정된 홀더 심(200)의 상부면(210) 상에 위치되면, 칩 브레이커가 붙은 절삭 인써트(100A)의 바닥면(110A)이 홀더 심(200)의 상부면(210)과 정확하게 들어맞게 되고, 이러한 상태하에서 스크루를 이용하거나 별도의 클램프 방식을 이용하여 상면부를 눌러서 고정시켜 사용한다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 절삭 인써트(100,100A)는, 소정의 곡률 반경으로 부드럽게 만곡된 모서리 절인부(101)와 주 절인부(103,105), 모서리 절인 랜드면(102)과 주절인 랜드면(104,106), 및 이들과 부드럽게 만나도록 소정의 곡률 반경으로 만곡된 요철 형상의 상부면(110,110A)에 의해서 주어지는 고유한 특성의 칩 브레이커를 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 절삭 인써트(100,100A)를 이용하여 철계 금속 또는 비철계 금속을 절삭 가공하는 경우에는, 절인 랜드면(102,104,106)과 칩홈(122,124) 및 상부면(110,110A)으로 연결되는 요철면 형상에 의해서 절단 칩의 배출 흐름에 대한 마찰 저항이 최소화된다. 또한, 배출되는 칩의 곡률 반경이 최적화됨으로써, 궁극적으로는 절인부(101,103,105)가 받는 절삭저항을 최소화된다. 게다가, 절삭력이 각각의 절인부에 균일하게 분산되어 절인부의 강도가 향상된다.

또한, 본 발명에 따른 절삭 인써트(100,100A)의 칩 브레이커 부분은 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방법으로 제작되므로, 칩 브레이커 부분에 대한 후가공이 필요 없다. 따라서, 로트내에서나 로트간에서 품질의 차이가 없는 균일한 제품을 공급할 수 있다. 또한, 소결체 칩 브레이커 면을 호닝이나 버핑등과 같은 방법으로 경면 처리함으로써, 칩 브레이커면의 윤활성이 증가되어 절삭저항이 최소화되는 효과가 발생한다. 따라서, 절삭 인써트(100,100A)의 내마모성 및 내인성이 종래의 절삭 인써트(10)에 비해서 월등히 향상되고, 절삭가공 초기에 발생하는 구성인선이나 용착등이 현저히 감소하여 가공 피삭재의 표면 조도가 크게 향상된다.

끝으로, 요철면으로 이루어진 주절인 랜드면(104,106)과 칩안내면의 특성으로 인하여, 배출되는 칩의 곡률 반경이 가공 조건에 부합하도록 최적으로 이루어지므로, 종래의 제품에 비해서 매우 유연하게 칩을 처리할 수 있다. 따라서, 공구의 내마모성이나 인성, 가공면 조도 등이 향상된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 칩 브레이커(chip breaker)를 가지며, 자유 곡면을 이루는 적어도 하나의 마루와 골을 구비하는 상부면;

   평면으로 이루어지고, 절삭 인써트를 공구용 홀더에 고정시킬 때 상기 공구용 홀더 상에 견고하게 고정되어 상기 절삭 인써트를 지지하는 하부면;

   상기 상부면의 모서리에 제공된 적어도 하나의 모서리 절인부로서, 상기 모서리 절인부는 상기 절삭 인써트의 제 1 측면부로부터 이어지며, 모서리 절인 랜드면의 곡면, 모서리 칩홈의 곡면, 및 상기 마루와 상기 골을 연결하는 적어도 하나의 곡면으로 구성되고, 상기 모서리 절인부의 곡면의 중심은 상기 모서리 절인부의 중심에서 타측 모서리 절인부의 중심을 연결하는 대각선의 단면 영역에 존재하고, 상기 모서리 절인 랜드면의 곡면은 1∼50의 곡률 반경을 갖는, 모서리 절인부; 및

   상기 모서리 절인부를 기준으로 좌우로 연장된 경사진 주절인 랜드면을 포함하며, 상기 모서리 절인부에 대하여 35∼180의 모서리각을 이루는 주 절인부로서, 상기 주절인 랜드면은 상기 절삭 인써트의 제 2 측면부로부터 이어지며 상기 마루와 상기 골을 연결하는 적어도 하나의 곡면으로 구성되고, 상기 주 절인 랜드면과 상기 마루와 상기 골이 이루는 곡면은 1∼50의 곡률 반경을 갖는 주 절인부를 포함하는 절삭 인써트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 절삭 인써트는, 상기 절삭 인써트의 중앙에 수직하게 관통하여 형성된 개구부, 및 상기 절삭 인써트를 공구용 홀더에 고정시키는 경우에 상기 공구용 홀더의 스크루나 레버가 용이하게 삽입될 수 있도록 상기 개구부 내에 설치된 보스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부면은 상기 모서리 절인부 및 상기 주 절인부 보다 낮게 형성되고, 상기 마루와 상기 골은 적어도 하나의 모서리 칩홈과 다수의 중앙 칩홈을 형성하며, 상기 대각선을 기준으로 대칭되게 반대쪽 주절인 랜드면으로 연장되고, 0.1∼10의 곡률 반경을 가지며, 상기 마루와 상기 골이 상기 주절인 랜드면과 이루는 곡면은 1∼50의 곡률 반경을 가지며, 상기 모서리 칩홈과 상기 중앙 칩홈은 상기 주절인 랜드면으로부터 상기 상부면으로 연장되는 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.
4. 제 1 항 또는 3 항에 있어서, 상기 마루와 상기 골에 의해서 형성되는 요철면은 상기 제 2 측면부로부터 이어지는 부드러운 자유곡면 랜드면에서 시작하고, 상기 주 절인부에 대하여 각각 직각인 선에 대해서 -20∼+10도의 각도를 이루어 상기 대각선을 향하여 진행하고, 상기 대각선을 기준으로 좌우 대칭의 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 측면부와 상기 제 2 측면부는 피가공물과의 간섭을 방지하기 위해서 수직선을 기준으로 0∼35°각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 대각선은 상기 바닥면에 대하여 평행하고, 상기 마루들을 연결하는 접선은 상기 대각선에 대하여 -10∼+10°의 각을 이루는 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 주 절인부는 적어도 하나의 곡선 주 절인부가 적어도 하나의 직선 주 절인부와 부드럽게 만나서 형성되며, 상기 곡선 주 절인부는 1∼50의 곡률 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 상부면은 비연삭 상태로 남겨지거나, 호닝(honing), 버핑(buffing), 또는 경면 처리된 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.
9. 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 칩 브레이커를 가지며, 자유 곡면을 이루는 적어도 하나의 마루와 골을 구비하는 상부면;

   상기 상부면상에 제공된 칩 브레이커에 대응하도록 전용 금형을 이용하여 형압 및 소결의 방식으로 제공된 칩 브레이커를 가지며, 자유 곡면을 이루는 적어도 하나의 마루와 골을 구비하는 하부면;

   상기 상부면과 상기 하부면의 모서리에 제공된 적어도 하나의 모서리 절인부로서, 상기 모서리 절인부는 상기 절삭 인써트의 제 1 측면부로부터 이어지며, 모서리 절인 랜드면의 곡면, 모서리 칩홈의 곡면, 및 상기 마루와 상기 골을 연결하는 적어도 하나의 곡면으로 구성되고, 상기 모서리 절인부의 곡면의 중심은 상기 모서리 절인부의 중심에서 타측 모서리 절인부의 중심을 연결하는 대각선의 단면 영역에 존재하고, 상기 모서리 절인 랜드면의 곡면은 1∼50의 곡률 반경을 갖는, 모서리 절인부; 및

   상기 모서리 절인부를 기준으로 좌우로 연장된 경사진 주절인 랜드면을 포함하며, 상기 모서리 절인부에 대하여 35∼180의 모서리각을 이루는 주 절인부로서, 상기 주절인 랜드면은 상기 절삭 인써트의 제 2 측면부로부터 이어지며 상기 마루와 상기 골을 연결하는 적어도 하나의 곡면으로 구성되고, 상기 주 절인 랜드면과 상기 마루와 상기 골이 이루는 곡면은 1∼50의 곡률 반경을 갖는 주 절인부를 포함하는 절삭 인써트.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 절삭 인써트는, 상기 절삭 인써트의 중앙에 수직하게 관통하여 형성된 개구부, 및 상기 절삭 인써트를 공구용 홀더에 고정시키는 경우에 상기 공구용 홀더의 스크루나 레버가 용이하게 삽입될 수 있도록 상기 개구부 내에 설치된 보스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 상부면과 상기 하부면은 상기 모서리 절인부 및 상기 주 절인부 보다 낮게 형성되고, 상기 마루와 상기 골은 적어도 하나의 모서리 칩홈과 다수의 중앙 칩홈을 형성하며, 상기 대각선을 기준으로 대칭되게 반대쪽 주절인 랜드면으로 연장되고, 0.1∼10의 곡률 반경을 가지며, 상기 마루와 상기 골이 상기 주절인 랜드면과 이루는 곡면은 1∼50의 곡률 반경을 가지며, 상기 모서리 칩홈과 상기 중앙 칩홈은 상기 주절인 랜드면으로부터 상기 상부면과 상기 하부면으로 연장되는 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 상부면과 상기 하부면은 비연삭 상태로 남겨지거나, 호닝, 버핑, 또는 경면 처리된 것을 특징으로 하는 절삭 인써트.