KR20010082729A - 볼엔드밀 - Google Patents

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KR20010082729A
KR20010082729A KR1020010007980A KR20010007980A KR20010082729A KR 20010082729 A KR20010082729 A KR 20010082729A KR 1020010007980 A KR1020010007980 A KR 1020010007980A KR 20010007980 A KR20010007980 A KR 20010007980A KR 20010082729 A KR20010082729 A KR 20010082729A
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cutting
end mill
cutting blade
ball end
roughness
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KR1020010007980A
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구니모리나가토시
가나다야스유키
Original Assignee
오카야마 노리오
스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은, 경화강 등을 절삭가공했을때 절삭면의 표면거칠기를 Rz로 1.6㎛이하로 향상시키는 것이다. 볼엔드밀은 입방정질화붕소를 20~95용적% 함유하는 다결정경질소결체로 이루어진 절삭블레이드를 가진다. 절삭블레이드는 곡률반경 5~30㎛를 가진 리지부를 가진다. 절삭블레이드의 플랭크와 레이크면 또는 네거티브랜드가 상기 곡률반경을 가진 리지부와 스무드하게 연결된다. 절삭블레이드의 리지부의 표면거칠기는 10점평균거칠기로(Rz)로 0.1~1.0㎛이다.

Description

볼엔드밀{BALL END MILL}
본 발명은 등속조인트 등의 볼홈을 가공하는 데에 사용되는 볼엔드밀에 관한 것으로, 상세하게는 입방정질화붕소를 함유한 다결정경질소결체로 이루어진 볼엔드밀의 절삭블레이드의 형상에 관한 것이다.
미세한 입방정질화붕소분말을 각종 결합재를 사용해서 소결합으로써 형성된 재료는 고경도의 철족금속이나 주철의 절삭에 대해서 뛰어난 성능을 표시한다. 특히 높은 경도를 가진 경화강재료의 가공에 있어서도 입방정질화붕소소결체공구를 사용해서 절삭가공했을 경우, 연삭가공과 동등한 다듬질면거칠기와 가공치수정밀도가 얻어진다. 따라서, 경화강의 절삭가공의 일부는 종래의 그라인더를 사용한 연삭가공으로부터 입방정질화붕소소결체공구를 사용한 절삭가공으로 치환되고 있다.
이에 대해서, 정밀절삭가공이 가장 진보한 분야는 단결정다이아몬드를 사용한 비철금속의 절삭가공이다. 주된 이용분야는 메모리디스크의 기판, 폴리곤미러 등의 알루미늄합금의 가공이다. 최근에는, 이 단결정다이아몬드를 보다 싼 값으로 가공하기 쉬운 다결정다이아몬드로 치환하도록 하는 경향이 있다. 다결정다이아몬드공구로는 절삭블레이드의 리지부에 결정체면의 단차 등에 의해 큰 요철이 형성되면 레이크면과 플랭크를 연마해도 요철을 제거할 수 없다. 따라서, 이 요철이 연마된 면에 남아 가공물에 전사되기 때문에 고정밀도의 가공이 가능하지 않았다.
일본국 특개평 6-190610호 공보에 기재되어 있는 다결정다이아몬드절삭공구의 경우는 절삭에지를 모떼기함으로써 이 문제가 해결되어 있다. 즉 다결정다이아몬드를 사용한 절삭인서트의 절삭에지의 플랭크를 연마흔이 없는 연마면으로 형성하고, 그의 절삭 블레이드의 리지에 연마가공에 의해서 미소폭의 모떼기를 실시해서 절삭블레이드의 리지를 팽활하게 하는 기술이 기재되어 있다. 그러나, 다결정다이아몬드공구는, 다이아몬드를 구성하는 탄소와 강이 반응하기 때문에, 경화강이나 주철이 절삭가공에 사용할 수 있다.
S50C 등의 탄소강으로 이루어진 등속조인트의 하우징과 볼홈은 거친 가공 후 HRC50-60의 경도로 열처리된다. 하우징내에 있어서의 대각선상의 복수의 볼홈은 다듬질가공에 의해서 높은 정밀도의 진위치도, 진구도(眞球度)로 형성할 필요가 있다. 또한, 볼엔드밀의 절삭블레이드의 재질 및 형상이 굳게 열처리된 가공물에 대응한다고 해도, 도 5에 표시한 바와 같은, 콜릿홀더에 결합된 사이드록타입 볼엔드밀이 바람직하다.
도 5(a)는 콜릿홀더와의 결합부의 단면도이고, 도 5(b)는 도 5(a)의 X-X선 단면도이다. 도 5(a)에 있어서, 볼엔드밀본체(100)는 콜릿홀더(102)의 클램프구멍에 삽입되어, 세트볼트(104)에 의해 고정된 섕크(101)이다. 그러나, 섕크(101)는 도 5(b)에 표시한 바와 같이 세트볼트(104)에 의해서 클램프홀(103)의 한쪽에밀어넣어져서, 볼엔드밀본체(100)의 축심은 거리 S만큼 편심된다. 편심량 S가 수㎛정도로 작으면 콜릿홀더(102)의 축심으로부터 보면 배가되기 때문에 고정밀도의 볼홈가공에는 적합하지 않다.
본 발명의 목적은 다결정경질소결체를 사용해서 경화강 등을 절삭가공 할때 절삭면의 표면거칠기를 Rz로 1.6㎛이하로 향상시키는 데 있다. 즉 입방정질화붕소를 함유하는 다결정경질소결체절삭공구의 절삭에지의 형상이나 표면거칠기를 개량함으로써 뛰어난 다듬질면거칠기와 높은 치수정밀도를 실현하려고 하는 것이다. 또한, Rz는 JIS B0601 "표면거칠기-정의 및 표시"로 규정되어 있는 10점평균거칠기를 표시한다.
또한, 이러한 치수정밀도를 달성하기 위해서는 볼엔드밀본체와 콜릿홀더의 결합수단을 개량할 필요가 있다. 그리고, 결합에 수축끼워맞춤접합이 사용되면 섕크부에는 강성이 높고 열팽창계수가 작은 재질을 선택할 필요가 있다.
도 1(a)는 본 발명의 볼엔드밀의 정면도;
도 1(b)는 본 발명의 측면도;
도 2는 본 발명에 관한, 네거티브랜드를 가진 절삭블레이드의 확대도;
도 3은 본 발명에 관한, 네거티브랜드가 없는 절삭블레이드의 확대도;
도 4는 가공물의 형상 및 치수를 표시하는 도면;
도 5(a) 및 5(b)는 콜릿홀더를 가진 종래의 사이드록타입 볼엔드밀의 단면도;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 볼엔드밀 본체 2: 절삭블레이드
2a: 다결정경질소결체 2b: 베이스금속
3: 칩포켓 4: 섕크부
5: 센터구멍 11: 네거티브랜드
13: 레이크면 14: 리지
15: 수평선 16: 수직선
200: 가공물 201: 볼홈
θ1: 레이크각 θ2: 여윽각
θ3: 쐐기각
볼엔드밀의 절삭블레이드로 입방정질화붕소를 20~95용적% 함유하는 다결정경질소결체가 사용된다. 절삭에지리지는 곡률반경 5~30㎛로 호닝가공된다. 절삭블레이드의 플랭크와 레이크면 또는 네거티브랜드는 이러한 곡률반경을 가진 리지와 스무드하게 연결된다. 절삭블레이드의 리지는 10점평균거칠기(RZ)로 0.1~1.0㎛의 표면거칠기를 가진다.
바람직하게는, 절삭블레이드의 플랭크와 레이크면 또는 네거티브랜드의 표면거칠기는 10점평균거칠기(Rz)로 0.1~0.5㎛이며, 플랭크와 레이크면 사이 또는 플랭크와 네거티브랜드 사이의 쐐기각은 65°~125°인 것이 바람직하다.
다결정경질소결체는 입방정질화붕소를 20~95용적% 함유하고, 그의 평균입자직경이 0.01~5㎛인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 절삭블레이드의 표면에 주기율표 4a, 5a, 6a족 원소 및 Al, Si,B의 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소 또는 이 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속의 질화물, 탄화물, 산화물 및 이들의 고용체 중에서 선택되는 적어도 1종의 화합물로 이루어진 피복층을 물리적 증착방법 또는 화학적 증착방법에 의해서 형성한다.
또한, 볼엔드밀 본체에 초경합금 또는 소결초중량합금이 사용된다. 섕크부는 콜릿홀더에 수축끼워맞춤되는 형상으로서, 절삭블레이드의 심이탈을 극소화하는 동시에 섕크부와 콜릿홀더의 열팽창계수의 차를 이용해서 강고하게 접합된다.
본 발명의 다른 특징 및 목적은 첨부도면을 참조한 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다.
(바람직한 실시예의 상세한 설명)
볼엔드밀의 타입에 관해서는, 절삭공구로서의 정밀도가 중요하다면 절삭블레이드와 본체가 일체인 솔리드타입이 바람직하다. 볼엔드밀본체의 절삭블레이드고정부 및 섕크부의 기능분담이나, 절삭블레이드의 마모라는 점에서의 경제적 측면이 중요하다면 절삭블레이드는 독립적인 인덱서블 타입의 판형상인서트위에 형성해도 된다.
도 1은 다결정경질소결체로 형성된 절삭블레이드를 가진 솔리드타입의 볼엔드밀을 표시한다. 도 1(a)는 그 정면도이고, 도 1(b)는 그 측면도이다.
도 1(a)에 있어서, 볼엔드밀본체(1)는 초경합금 또는 텅스텐의 90~97중량%, 잔부 Co, Ni, Fe 및 Cu를 함유하는 원료분말을 소결함으로써 형성된 소결초중량합금으로 형성되어 있다. 소결초중량합금은 종탄성계수 280~370G㎩ 및 고강성, 및 강철보다 작은 열팽창계수를 가지기 때문에 볼엔드밀이 콜릿홀더(도시생략) 내에 수축끼워맞춤될 경우 충분한 간섭이 보장된다. 절삭블레이드(2)는 다결정경질소결체(2a)와 초경합금의 베이스금속(2b)이 일체화된 2층구조를 가진다. 절삭블레이드(2)는 볼엔드밀본체(1)에 납땜되어있다. 볼엔드밀본체(1)에는 칩포켓(3)이 형성되어 있다.
도 1(b)에 있어서, 절삭블레이드(2)는 볼엔드밀본체(1)에 납땜되어있다. 콜릿홀더(도시생략)에는 수축끼워맞춤에 의해 섕크부(4)가 접합되어 있다. 이러한 형상을 가진 섕크부(4)에 의해 종래기술에서 사이드록타입에 관해서 설명한 문제가 일어나지 않는다. 도 1(a)에 표시한 센터구멍(5)을 사용해서 고정밀도의 절삭에지의 연마가 가능하다.
다음에, 도 1(a)의 절삭블레이드부분(A)이 확대된 도 2 및 3을 참조해서 절삭블레이드에 관한 기술용어를 설명한다. 도 2는 네거티브랜드(11)를 가진 절삭블레이드의 확대단면도이다. (12)는 플랭크이고, (13)은 레이크면이며, (14)는 절단에지의 리지이다. 절단에지의 리지(14)는 도 2의 네거티브랜드(11)와, 또는 레이크면(13)과 곡률반경R을 가진 도 3의 플랭크(12)와 스무드하게 연결된다. 스무드하게 연결된다는 것은 각도없이 연속적으로 연결된다는 것과 동의어이다. 절단시의 기준선인 수평선(15)과 네거티브랜드(11) 사이의 각θ1은 레이크각이며, 수직선(16)과 플랭크(12) 사이의 각θ2는 여유각이다. 네거티브랜드(11)와 플랭크(12) 사이의 각θ3는 절단에지의 쐐기각이다. 도 2에 있어서, 레이크각θ1은 부이며, 한편, 도 3에 있어서, 레이크각θ1은 정이어서 네거티브랜드는 없다.
절삭에지의 리지(14)는 도 3의 플랭크(12)와 레이크면(13) 또는 도 2의 플랭크(12)와 네거티브랜드(11)가 만나거나 교차하는 부분에 형성되어 있다. 절삭에지의 리지(14)의 곡률반경R과 표면거칠기는 특히 중요하다. 즉, 절삭에지의 리지(14)가 곡률반경5~30㎛를 가진 곡선에 의해 형성되고, 이 곡선이 플랭크(12), 레이크면(13), 및 네거티브랜드(11)와 스무드하게 연결된다는 것은 중요하다. 또한, 절삭에지의 리지(14)의 표면거칠기를 10점평균거칠기(Rz)로 0.1~1㎛의 범위내로 제한함으로써 뛰어난 다듬질면거칠기와 고정밀가공을 달성하는 것이 가능하다.
종래, 입방정질화붕소를 함유하는 다결정경질소결체로 이루어진 절삭블레이드(2)는 약#600의 입자직경을 가진 다이아몬드입자를 포함하는 다이아몬드그라인더를 사용해서 플랭크(12)와 레이크면(13) 또는 플랭크(12)와 네거티브랜드(11)를 연마함으로써 형성된 절삭에지를 가졌다. 그러나, 이 방법에 의해 형성된 절삭에지를 가진 절삭블레이드(2)에 의해서 절삭에지의 리지(14)는 자주 심한 치핑이 행해졌다.
경화강 등의 고경도재료가 입방정질화붕소소결체로 이루어진 절삭블레이드를 사용해서 절삭되는 경우 절삭에지의 리지(14)의 형상이 가공물의 표면상에 전사되기 쉽다. 따라서, 고경도재료를 뛰어난 다음질면거칠기로 마무리하기 위해서 절삭에지의 리지(14)를 입방정질화붕소결체의 치핑이 없는 스무드하고 미세한 표면거칠기로 형성하는 것이 필요하다. 절삭력이 높으면 가공물의 표면에, 소위 채터링이 발생하기 쉽다. 따라서, 본 발명의 문제점을 해결하기 위해서, 첫째로 절단에지의 리지(14)의 표면거칠기를 스무드하게 하고, 두번째로 절삭력을 감소시키는 것이 중요하다.
표면거칠기가 작은 절단에지의 리지(14)를 가진 절삭블레이드(2)는 약#3000~#4000의 입자직경을 가진, 미세한 다이아몬드입자를 가진 다이아몬드그라인더에 의해 형성될 수 있지만, 많은 시간과 노력이 필요하다. 그러나, 절삭에지의 리지(14)를 플랭크(12) 및 레이크면(13)과, 또는 네거티브랜드(11)와 스무드하게 연결하는 것이 어려웠다.
본 발명에 의한 다결정소결체로 이루어진 절삭블레이드는 약#600~#3000의 다이아몬드입자직경을 가진 다이아몬드그라인더를 사용해서 플랭크(12) 및 레이크면(13) 또는 네거티브랜드(11)를 연마함으로써 형성된 절삭에지를 가진다. 또한, 이와같이 형성된 절삭에지 근방의 부분을 약#1500~#3000의 입자직경을 가진 다이아몬드숫돌입자가 도포된 회전 브러시로 호닝하는 것이 효과적이라는 것을 발견했다. 절삭에지의 리지(14)를 플랭크(12) 및 레이크면(13)과, 또는 네거티브랜드(11)와 스무드하게 연결함으로써 칩을 스무드하게 배출할 수 있다. 또한, 절삭에지의 리지(14)의 표면거칠기를 감소시킴으로써 다듬질면의 표면거칠기를 향상시키는 것이 가능하다.
다음에, 절삭력을 낮추기 위해서, 절단에지의 리지(14)의 곡률반경R을 감소시키는 것을 검토했다. 검토 중, 곡률반경이 너무 작으면 목표표면거칠기를 얻는 것이 산업적으로 불가능하다는 것을 알아냈다. 이것은 곡률반경이 너무 작아서 치핑된 부분의 오목부를 스무드하게 하는 것이 불가능하기 때문이다.
시험절삭의 결과, 곡률반경R이 5~30㎛의 범위 내에 있으면 절삭력이 감소하는 것을 알아냈다. 이것이 30㎛를 초과하면 레이크각θ1은 부의 방향으로 증가하기 때문에 절삭력은 증가해서 가공시에 절삭의 선예도가 떨어지도록 되어있다. 특히, 고정밀도를 가진 고경도재료를 가공함에 있어서, 추력은 높고 그 변동량은 크다. 따라서, 높은 치수정밀도를 얻기가 어렵다.
종래, 연삭에 의해 얻어진 고경도재료의 다듬질면의 통상의 표면거칠기는 10점평균거칠기(Rz)로 약1.6㎛였다. 절삭에 의해 이러한 표면거칠기를 달성하기 위해서 절삭에지의 리지(14)의 표면거칠기는, 바람직하게는 10점평균거칠기(Rz)로 1.0㎛이하이어야 한다는 것을 알아냈다. 또한, 절삭에지의 리지(14)의 표면거칠기가 0.1㎛미만으로 마무리되더라도 그 효과는 포화해서 경제적 관점에서 쓸모 없다는 것을 확인했다. 따라서, 절단에지의 리지(14)의 표면거칠기는 10점평균거칠기(Rz)로 0.1㎛의 범위 내에 있어야 한다.
절삭에지는 가공이 진행됨에 따라서 마모되기 때문에 절삭에지의 리지(14)도 후퇴한다. 새로이 형성된 리지(14)는 마모된 플랭크(12)와 레이크면(13) 또는 네거티브랜드에 의해 형성된다. 따라서 가공시에 양호한 표면거칠기를 유지하고 크레이터 마모 및 플랭크의 마모를 방지하기 위해서 플랭크(12)와 레이크면(13) 또는 네거티브랜드(11)가 가능한 한 평활한 것이 필요하다. 따라서, 플랭크(12)와 레이크면(13) 또는 네거티브랜드(11)는 10점평균 거칠기(Rz)로 0.1 내지 0.5㎛의 표면거칠기를 가지는 것이 바람직하다.
한편, 고경도재료를 가공하기 위해서 절삭블레이드의 재료도 고경도가 요구된다. 다결정소결본체의 입방정질화붕소의 함유량은 20내지 95 용적%인 것이 바람직하다. 또한, 경도만을 고려하면 단결정입방정질화붕소도 고경도재료의 가공에 적합하다고 생각된다. 그러나, 단결정의 경우에 벽개로 인한 치핑이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 따라서, 벽개하기 어려운 다결정질화붕소소결체를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 플랭크(12)와 레이크면(13) 사이 또는 플랭크(12)와 네거티브랜드(11)사이의 쐐기각 θ3이 65°미만이라면, 고경도재료의 절삭의 초기단계에서 작은 쐐기 각θ3로 인해 치핑이 발생하기 쉽다. 한편, 쐐기각 θ3가 125°를 초과하면 소망하는 다듬질면거칠기를 얻을 수 있더라도 필요한 치수정밀도를 얻는 것은 불가능하다. 따라서, 플랭크(12)와 레이크면(13) 사이 또는 플랭크(12)와 네거티브랜드(11)사이의 쐐기각θ3는 65 내지 125°가 바람직하다.
또한, 절단에지의 리지(14)의 표면거칠기를 10점평균거칠기(Rz)로 0.1 내지 1.0㎛로 제한하기 위해서 함유된 입방정질화붕소는 0.01 내지 5㎛의 평균입자직경을 가지는 것이 바람직하다. 0.01㎛미만이라면 소결본체내에 미세입자의 응집이 발생하기 쉬우며, 또한 절삭에지의 치핑이 발생하기 쉽다. 따라서, 입방정질화붕소의 평균입자직경은 너무 작거나 너무 커서는 안되며, 바람직하게는 0.01 내지 5㎛이다.
또한, 내마모성 및 내용착성을 향상시키기 위해서 절삭블레이드의 표면상에 물리적 증착 또는 화학적 증착에 의해 피복층을 형성하는 것이 바람직하다. 피복층은 주기율표 4a, 5a, 및 6a족 원소 및 Al,Si,B의 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소 또는 이 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속의 질화물, 탄화물, 산화물 및 이들의 고용체 중에서 선택되는 적어도 1종의 화합물로 이루어진다.
또한, 다결정소결체를 접합하고 있는 베이스금속에는 초경합금, 강재료 등이 사용되지만, 고경도재료를 고정밀도로 가공하기 위하여 베이스금속도 고강도를 가질 것이 요구된다. 따라서, 베이스금속의 재료로서는 초경합금, 소결초중량합금 등을 선택하는 것이 적절하다.
(실시예)
본 발명에 의한 볼엔드밀의 실시예를 이하에 설명한다.
(실시예1)
입방정질화붕소를 함유하는 다결정경질소결체의 절삭블레이드의 리지의 곡률반경과 표면거칠기가 가공물의 다듬질면거칠기와 가공정도에 미치는 영향을 조사하기 위해서 입방정질화붕소를 함유하는 표1의 다결정경질소결체의 볼엔드밀을 준비했다.
표1에 있어서의 볼엔드밀은 절삭블레이드가 도1에 표시한 바와 같이 볼엔드 밀본체와 일체로 되어 있는 솔리드타입이다. 이 절삭블레이드(2)는 0.5 내지 1㎛의 평균입자직경을 가진 입방정질화붕소를 50용적% 함유하는 다결정 경질소결체(2a)를 가지고 있다. 이 절삭블레이드(2)는 베이스 금속(2b)에 접합되어서 도1에 표시한 바와 같이 코너부에 납땜되어 있다. 절삭에지를 형성하기 위한 연삭은 #1000다이아몬드그라인더를 사용해서 행해졌다. 그 후, 회전브러시의 표면에 5 내지 8㎛의 입자직경(#2000상당)의 다이아몬드유리숫돌입자를 도포하고, 이들을 절삭블레이드(2)의 레이크면에 가압함으로써 리지에 호닝 가공을 행했다. 이때, 가공시간을 변경함으로써 절삭에지리지의 곡률반경을 여러 가지로 변화시켜서 시료의 제작을 행했다. 시료의 절삭에지의 쐐기각은 모두 83%로 했다.
절삭에지리지의 곡률반경은 윤곽측정기구를 사용해서 측정했다. 윤곽측정기구의 측정원리는 표면거칠기측정기구와 동일한다. 이것은 측정증배율과 횡 배율을 동등하게 해서 얻어진 곡선의 곡률을 측정한다. 또한 각 시료의 절삭에지의 리지의 표면거칠기의 측정에 있어서, 나이프에지형상 프로브를 절삭에지리지에 직각으로 가압했으나, 측정거리를 충분히 취하는 것이 불가능했다. 따라서, 커트오프치를 0.08㎜로, 측정길이를 1.0㎜로 해서 하기의 조건에서 측정을 행했다.
거칠기측정기구의 프로브의 형상 : 나이프 에지 형상 프로브
측정길이 : 1㎜
프로브 공급속도 : 0.03㎜/sec
커트오프치 : 0.08㎜
측정종배율 : 20000배
측정횡배율 : 100배
절삭에지리지의 곡률반경이 작은 시료 1A는 레이크면 또는 플랭크의 가공시에 절삭에지리지에 발생한 치핑을 호닝에 의해 충분히 제거하는 것이 불가능하다. 따라서, 표면거칠기가 현저하게 크게 되어 있다. 이들 5개의 시료에 대해서 하기와 같은 조건에서 절삭시험을 실시했다.
도 4는 가공물(200)의 형상 및 치수를 표시하며, 이 가공물은 침탄강(SCM)으로 이루어지고, 경도 HRC60으로 침탄처리되어 있다. 경사면에는 반경 10㎜의 볼흠(201)이 5홈 형성되어 있다. 표2는 볼엔드밀본체(1)를 직선적으로 이동시켜, α로부터 β까지를 1패스로 해서 1홈당 왕복 4패스시킨 후의 다듬질면거칠기를 표시한다. 절삭조건의 상세를 하기에 표시한다.
절삭속도 : 250 m/min
절삭깊이 d : 0.2㎜
공급속도 : 0.2 ㎜/rev
절삭 홈수 : 5
볼엔드밀의 블레이드의 수 : 2
가공물의 목표다듬질면거칠기 : Rz=1.2㎛이하,
절삭에지리지의 곡률반경이 작은 시료 1A는, 리지의 표면거칠기가 크기 때문에, 전사되는 다듬질면거칠기가 커서, 소망하는 다듬질면거칠기를 얻을 수 없었다. 한편, 리지의 곡률반경이 큰 시료 1E는, 리지의 표면거칠기는 작지만, 절삭력이 크기 때문에 부하변동도 크고 부분적으로 채터링이 발생했기 때문에 결과적으로 목표다듬질면거칠기를 얻을 수 없었다.
이에 대해서 본 발명의 범위내인 시료 1B-1D는, 절삭에지리지의 표면거칠기가 작기 때문에 뛰어난 다듬질면거칠기를 얻을 수 있었다. 게다가 이 리지의 곡률반경이 작기 때문에 절삭력의 증가가 억제되어서 채터링의 발생도 없고 고정밀도의 가공이 가능한 것을 알아 냈다.
(실시예2)
입방정질화붕소를 함유하는 다결정경질소결체의 절삭블레이드의 레이크면의 거칠기가, 가공물의 다듬질면거칠기에 미치는 영향을 조사하기 위해서 입방정질화붕소를 함유하는 표3의 다결정경질소결체의 볼엔드밀을 준비했다.
표3에 있어서의 볼엔드밀은 도1에 표시한 바와 같은 솔리드타입이다. 이 절삭블레이드(2)는, 1∼3㎛의 평균입자직경을 가진 입방정질화붕소를 65용적%함유하는 다결정경질소결체(2a)가 베이스금속과 일체가 되어서 도1에 표시한 바와 같이 코너부에 납땜되어 있다. 절삭에지의 형성을 위한 연마는 #1200다이아몬드 숫돌에 의해 실시했다.
그 후, 시료 2A는, #800상당의 다이아몬드숫돌입자로 메워진 와이어브러시를 회전시키면서 절삭에지에 가압함으로써 절삭에지에 호닝가공을 실시했다. 한편, 시료 2B는, 회전하는 브러시의 표면에 8∼16㎛의 입자직경 (#1500상당)의 다이아몬드유리숫돌입자를 도포하고, 이것을 절삭블레이드(2)의 레이크면에 가압함으로써 절삭에지에 호닝가공을 행했다. 또한, 시료 2C는, 2B와 마찬가지의 방법에 의해브러시표면에 5∼8㎛의 입자직경 (#2000상당)의 다이아몬드유리숫돌입자를 도포하고, 이 브러시를 사용해서 절삭에지에 호닝가공을 행했다. 또한, 시료의 쐐기각은 모두 115°로 했다.
그 후, 실시예1과 마찬가지의 방법에 의해 각 시료의 절삭에지의 거칠기를 측정했다. 또한, 레이크면의 표면거칠기는 레이크면에 직각으로 침형상프로브를 가압해서 커트오프치 0.08㎜, 측정길이 1.0㎜에서 하기의 조건에서 측정했다.
조도계의 프로브의 형상 : 침형상 프로브
측정길이 : 1㎜
프로브 공급속도 : 0.03㎜/sec
커트오프치 : 0.08㎜
측정종배율 : 20,000배
측정횡배율 : 100배
비교적 거친 입자직경을 가진 다이아몬드와이어브러시에 의해서 절삭에지에 호닝가공이 행해진 시료 2A는, 레이크면 및 플랭크의 거칠기를 개선하는 효과가 낮고, 또한 리지의 표면거칠기도 컸다. 이들 3개의 시료에 대해서 다음에 표시하는 조건에서 절삭시험을 실시했다.
가공물의 재질, 형상 및 치수는 도4와 마찬가지의 것을 사용했다. 경사면에는 반경 10㎜의 볼홈(201)을 15홈 형성했다. 표5는 볼엔드밀을 화살표 B의 방향으로 직선적으로 이동시키고, α로 부터β까지를 1패스로 해서 1홈당 4패스 왕복시켜서 제1패스와 제60패스 후의 다듬질면 거칠기를 표시한다. 이하에 절삭조건을 표시한다.
절삭속도 : 200 m/min
절삭깊이 : 0.15㎜
공급속도 : 0.2㎜/rev
절삭 홈수 : 15
볼엔드밀의 블레이드의 수 : 2
가공물의 목표다듬질면거칠기 : Rz = 1.2㎛이하
시료 2A는, 리지의 표면 거칠기가 크고 이것이 가공물의 표면 상에 전사되기 때문에 절삭초기의 단계에서 종료에 이르기까지 요구되는 표면거칠기를 얻을 수 없었다. 이에 대해서 리지의 표면 거칠기가 작은 시료 2B, 2C는, 절삭초기의 단계에서 뛰어난 다듬질면거칠기가 얻어졌다. 따라서, 요구되는 표면 거칠기를 확보할 수 있었다.
(실시예3)
입방정질화붕소를 함유하는 다결정경질소결체의 절삭블레이드에 있어서, 입방정질화붕소의 평균입자직경이 절삭에지리지의 거칠기와 가공물의 다듬질면거칠기에 미치는 영향을 조사하기 위해서 입방정질화붕소를 함유하는 표5의 다결정 경질소결체의 볼엔드밀을 준비했다.
표5에 있어서의 볼엔드밀은 도 1에 표시한 바와 같은 솔리드타입이다. 그의 절단블레이드(2)는 평균입자직경 1 내지 3㎛를 가진 입방정질화붕소를 55용적%함유하는 다결정경질소결체(2a)가 베이스금속(2b)과 일체가 되어서 도1에 표시한 바와같이 코너부에 납땜되어 있다. 절단에지의 형성을 위한 연마는 #1.000 다이아몬드숫돌에 의해서 실시했다. 그 후, 실시예1과 마찬가지의 방법으로 절단에지에 호닝가공을 행했다. 절단블레이드의 쐐기각은 108°였다.
표5에 있어서, 입방정질화붕소의 평균입자직경이 매우 작은 시료 3A는, 소결체 속에 미립자의 응집에 기인하는 불균일한 조직이 존재하기 때문에, 절삭에지 강도가 낮아서 치핑이 발생하기 쉬웠다. 치핑이 발생하지 않은 시료 3B∼3F에 대해서 아래에 표시하는 조건에서 절삭시험을 실시했다.
가공물의 재질, 형상과 치수는 도 4와 마찬가지의 것을 사용했다. 경사면에는 반경10mm의 볼홈(201)을 10홈 형성했다. 표6은 볼엔드밀본체(1)를 화살표B의 방향으로 직선적으로 이동시키고, α에서 β까지를 1패스로 해서 1홈당 왕복 4패스시킨 후의 다듬질면거칠기를 표시한다. 절삭조건의 상세를 아래에 표시한다.
절삭속도 : 250 m/min
절삭깊이 : 0.2㎜
공급속도 : 0.3㎜/rev
절삭 홈수 : 10
볼엔드밀의 블레이드의 수 : 4
가공물의 목표다듬질면거칠기 : Rz = 1.2㎛이하
입방정질화붕소의 평균입자직경이 큰 시료 3F는, 리지의 거칠기가 크기 때문에 요구되는 가공물의 다듬질면거칠기를 확보할 수 없었다. 이에 대해서, 본 발명의 범위 내에 있는 시료 3B-3E는 절삭에지리지의 거칠기가 작기 때문에 요구되는다듬질면거칠기를 안정적으로 확보할 수 있어, 고정밀도의 가공을 행할 수 있는 것을 알아냈다.
(실시예 4)
입방정질화붕소를 함유하는 다결정경질소결체의 적삭블레이드에 있어서 플랭크와 네거티브랜드 사이의 각인 쐐기각이, 가공물의 가공정밀도와 다듬질면거칠기에 미치는 영향을 조사하기 위해서 입방정질화붕소를 함유하는 표7의 다결정경질소결체의 볼엔드밀을 준비했다.
표7에 있어서의 볼엔드밀은 도1에 표시한 바와 같은 솔리드타입이다. 그의 절단블레이드(2)는 1.2㎛의 평균입자직경을 가진 입방정질화붕소를 70용적%함유하는 다결정경질소결체(2a)가 베이스금속(2b)와 일체가 되어서 도1에 표시한 바와 같이 코너부에 납땜되어 있다. 그리고 다른 플랭크와 네거티브랜드를 조합해서 표7에 표시한 바와 같이 다른 쐐기각을 가진 6개의 시료를 준비했다. #1500 다이아몬드그라인더를 사용해서 절석에지를 형성하기 위한 연마를 행한 후, 실시예1과 마찬가지의 방법에 의해 절삭에지리지의 곡률반경이 28㎛인 시료 4A-4F를 준비했다. 또한, 절삭에지리지의 표면거칠기는 Rz=0.3∼0.8㎛의 범위였다.
가공물의 재질, 형상 및 치수는 도4와 마찬가지의 것을 사용했다. 경사면에는 반경10mm의 볼홈(201)을 5홈 형성했다. 표8은 볼엔드밀본체(1)를 화살표B의 방향으로 직선적으로 이동시키고, α에서 β까지를 1패스로 해서 1홈당 왕복 4패스시킨 후의 다듬질면거칠기를 표시한다. 절삭조건의 상세를 아래에 표시한다.
절삭속도 : 230 m/min
절삭깊이 : 0.2㎜
공급속도 : 0.2㎜/rev
절삭 흠수 : 5
볼엔드밀의 블레이드의 수 : 2
가공물의 목표다듬질면거칠기 : Rz = 1.2㎛이하
표8의 결과로부터 명백한 바와 같이, 플랭크와 네거티브랜드 사이의 쐐기각이 작은 시료 4A는 쐐기각이 작기 때문에 절삭력이 변동하기 쉬워, 실용상 지장이 없는 정도의 채터링이 발생했다.
또한, 쐐기각이 큰 시료 4F는 쐐기각이 크기 때문에 상대적으로 절삭력이 커서, 실용상 지장이 없는 정도의 채터링이 발생했다. 이에 대해서, 시료 4B-4E는, 쐐기각이 본 발명의 범위내이기 때문에 절삭력은 작고 이들의 변동도 작아서, 채터링이 발생하지 않았다. 따라서, 목표다듬질면거칠기를 달성할 수 있었다.
(실시예 5)
절삭블레이드표면에 피복층을 형성했을 경우의 가공물의 다듬질면거칠기에 대한 효과를 확인하기 위해서 표9에 표시한 피복층을 형성한 볼엔드밀을 준비했다.
표9에 있어서의 볼엔드밀은 도1에 표시한 바와 같은 솔리드타입이다. 그의 절단블레이드(2)는 1∼3㎛의 평균입자직경을 가진 입방정질화붕소를 65용적% 함유하는 다결정경질소결체(2a)가 베이스금속(2b)과 일체가 되어서, 도1에 표시한 바와 같이 코너부에 납땜되어 있다. 시료 5A, 5B 모두 #1200 다이아몬드그라인더를 사용해서 절삭에지를 형성하기 위한 연마를 행해서, 쐐기각이 모두 105°가 되도록했다.
또한, 회전하는 브러시표면에 8∼16㎛의 입자직경(#1500상당)의 다이아몬드유리숫돌입자를 도포해서, 이 브러시를 절삭블레이드(2)의 레이크면으로부터 가압함으로써 절삭에지리지에 곡률반경 15㎛의 호닝가공을 행했다. 그 후, 시료5B에는, 절삭블레이드(2)의 표면에 물리적 증착방법에 의해 두께가 2㎛의 TiAlN의 피복층을 형성했다. 그리고, 실시예2와 마찬가지의 방법에 의해 각 시료의 절삭에지리지의 거칠기를 측정했다.
이들 2개의 시료를 사용해서 아래에 표시하는 조건에서 절삭시험을 실시했다.
절삭속도 : 200 m/min
절삭깊이 d : 0.15㎜
공급속도 : 0.2㎜/rev
절삭 흠수 : 20
볼엔드밀의 블레이드의 수 : 2
가공물의 목표다듬질면거칠기 : Rz = 1.2㎛이하
가공물의 재질, 형상 및 치수는 도4와 마찬가지의 것을 사용했다. 경사면에는 반경10mm의 볼홈(201)을 20홈 형성했다. 표10은, 볼엔드밀본체(1)를 화살표B의 방향으로 직선적으로 이동시키고, α에서 β까지를 1패스로 해서 1홈당 왕복 4패스시켜서, 제 1패스와 제80패스 후의 다듬질면거칠기를 측정했다. 그 결과를 표10에 표시한다.
2개의 시료 모두 요구되는 가공물 목표다듬질면거칠기 : Rz=1.2㎛이하를 얻을 수 있었다. 시료5B는 시료5A와 비교해서 제1패스 후 및 제80패스 후 모두 다듬질면거칠기가 뛰어났다. 이것은 TiA1N피복층의 내용착성의 효과라고 생각된다. 절삭패스수를 증가시킴에 따라서 내마모성의 효과도 나타나서, 공구의 수명연장을 도모할 수 있다.
절삭에지리지의 곡률반경이 5∼30㎛이고, 또한 절삭에지리지의 표면거칠기가 0.1∼1.0㎛인 본 발명의 볼엔드밀은, 콜릿홀더와의 접합형상이나 수단을 변형함으로써 절삭블레이드의 심이탈을 극소화해서 경화강이나 주철 등의 재료를 절삭가공에 의해 고정밀도로 가공할 수 있었다. 즉, 본 발명의 볼엔드밀을 사용함으로써 가공물의 표면거칠기가 1.6㎛이하의 스무드한 다듬질면을 얻을 수 있었다. 그 결과, 종래의 능률이 떨어지는 연삭가공에 의존하고 있었던 공정을 절삭가공으로 치환해서 가공능률을 비약적으로 향상시킬 수 있었다.

Claims (6)

  1. 입방정질화붕소를 20∼95용적%함유하는 다결정경질소결체로 이루어진 절삭블레이드를 구비한 볼엔드밀에 있어서, 상기 절삭블레이드는 5∼30㎛의 곡률반경을 가진 곡선으로 형성된 리지를 가지며, 상기 절삭블레이드의 플랭크와 레이크면 또는 네거티브랜드는 상기 곡률반경을 가진 상기 리지와 스무드하게 연결되며, 상기 리지의 표면거칠기가 10점평균거칠기(Rz)로 0.1∼1.0㎛인 것을 특징으로 하는 볼엔드밀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절삭블레이드의 플랭크와 레이크면 또는 네거티브랜드의 표면거칠기는 10점평균거칠기(Rz)로 0.1∼0.5㎛인 것을 특징으로 하는 볼엔드밀.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절삭블레이드의 플랭크와 레이크면 사이 또는 플랭크와 네거티브랜드 사이의 쐐기각이 65°∼125°인 것을 특징으로 하는 볼엔드밀.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다결정경질소결체가 입방정질화붕소를 20∼95용적%함유하고, 상기 입방정질화붕소의 평균입자직경이 0.01∼5㎛인 것을 특징으로 하는 볼엔드밀.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 피복층이 상기 절삭 블레이드의 표면에 형성되고, 상기 피복층은 주기율표의 4a, 5a 및 6a족 원소 및 Al, Si, B의 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소 또는 이 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속의 질화물, 탄화물, 산화물 및 이들의 고용체 중에서 선택되는 적어도 1종의 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 볼엔드밀.
  6. 제 1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 볼엔드밀본체가 초경합금 또는 소결초중량합금으로 이루어지고, 상기 섕크부가 콜릿홀더에 수축끼워맞춤되는 형상을 가진 것을 특징으로 하는 볼엔드밀.
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