KR20020056090A - 건형 리머 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건형 리머에 관한 것으로, 그 목적은 엔진의 실린더헤드상에 끼워져 설치되는 밸브가이드를 고도로 정밀하게 절삭가공할 수 있도록 함과 동시에 그 내구성을 강화시켜 수명을 크게 연장시키므로써 공구교체 및 재연마작업 빈도수를 크게 단축시켜 설비가동율 및 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 소정의 길이와 직경을 가지며, 내부에는 절삭유를 공급하기 위한 관통공이 형성된 샤프트부(Shaft)와, 상기 샤프트부의 선단부에 일체로 형성되어 피절삭물을 절삭가공하는 가공부로 이루어지는 건형 리머에 있어서, 상기 가공부는 사각형의 단면구조로 이루어지며, 어느 하나의 모서리부에는 다이아몬드재질로 된 단일의 절삭날이 브레이징결합되고, 다른 세 개의 모리부에는 가공작업시 절삭력을 분배하기 위한 가이드패드가 형성된 구조로 이루어진다.

본 발명을 적용하면, 밸브가이드에 비하여 내마모성이 우수한 다이아몬드재질의 절삭날을 이용함에 따라 고도로 정밀한 절삭가공이 가능하며, 공구의 교체빈도 및 장비정지시간이 대폭 줄어듦에 따라 생산가동율 및 생산성이 현저하게 향상된다.

또한, 상기한 바와 같이 공구의 교체빈도 및 장비정지시간이 대폭 단축됨에 따라 기존의 건형 리머를 사용하는 경우에 비하여 소요비용이 크게 절감되어 경제적으로 유리하다는 효과가 있다.

Description

건형 리머{GUN REAMER}

본 발명은 건형 리머(Gun Reamer)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주로 엔진의 실린더헤드상에 끼워져 설치되는 밸브가이드를 고도로 정밀하게 절삭가공할 수 있도록 함과 동시에 그 내구성을 강화시켜 수명을 크게 연장시키므로써 공구교체 및 재연마작업 빈도수를 크게 단축시켜 설비가동율 및 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있도록 한 건형 리머에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 엔진의 실린더헤드에는 실린더의 내부와 연통되는 밸브구멍이 형성되고, 상기 밸브구멍을 통하여 흡기밸브 및 배기밸브가 설치되는데, 이와 같은 흡기밸브 및 배기밸브를 설치하기 위해서는 상기 실린더헤드상에 형성된 밸브구멍에 밸브가이드가 설치되어야만 한다.

이와 같은 실린더헤드상에 형성된 밸브구멍에 끼워져 설치되는 밸브가이드는 엔진구동시 밸브가 밸브가이드의 둘레 가장자리에 빈번하게 접촉됨에 따라 커다란 내구성 및 내마모성이 요구되며, 내구성 및 내마모성을 충족시키기 위하여 압축소결합금으로 제조된다.

이와 같은 엔진의 실린더헤드상의 밸브구멍에 끼워지는 밸브가이드를 가공하기 위하여 건형 리머(Gun Reamer)가 이용된다.

도 1a는 종래의 건형 리머의 단면을 보인 확대 사시도이고, 도 1b는 종래 건형 리머의 확대 정면도이다.

이를 참조하면, 밸브가이드를 절삭가공하는데 적용되는 종래의 건형리머(10)는 소정의 길이와 직경을 가지며, 내부에는 절삭유를 공급하기 위한 관통공(12)이 형성되며, 공작기계의 척(Chuck)에 맞물리는 샤프트부(Shaft :14)와, 상기 샤프트부(14)의 선단에 일체로 형성되며, 6개의 절삭날(刃先 :16)이 왼쪽방향을 따라 헬리컬형태로 형성된 초경합금(Tungsten Carbide)재의 가공부(18)로 이루어진다.

상기 가공부(18)에 형성되는 6개의 절삭날(16)사이에 형성되는 경사면에는 상기 샤프트부(14)의 길이방향 중심선을 따라 형성된 관통공(12)과 연통되는 절삭유분출공(20)이 형성된다.

이와 같이 이루어지는 종래의 건형 리머를 이용하여 밸브가이드를 절삭가공하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

건형 리머(10)를 구성하는 샤프트부(14)의 후단을 공작기계의 척(Chuck)에 결합시킨 상태에서 가공부(18)의 선단을 가공하고자 하는 밸브가이드의 면중심에 일치시킨다.

그런 다음, 공작기계를 작동시키면 공작기계로부터 전달되는 회전력에 의하여 샤프트부(14)와 가공부(18)로 이루어진 건형 리머 전체가 빠른 속도로 회전된다.

이와 같은 회전동작에 따라 가공부(18)를 구성하는 6개의 절삭날(16)이 밸브가이드의 길이방향 중심선을 따라 정해진 크기의 구멍을 절삭가공하게 된다.

이와 같은 절삭가공과정에서 상기 샤프트부(14)의 중심선을 따라 형성된 관통공(12)을 통하여 절삭유가 공급되고, 공급된 절삭유는 6개의 절삭날(16) 사이의 면에 형성된 절삭유분출공(20)을 통하여 절삭부위로 분출됨에 따라 6개의 절삭날(16)과 밸브가이드면 사이에서 발생되는 마찰열이 방열되며, 가공이 정밀하게 이루어지는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 건형 리머(10)의 경우에 6개의 절삭날이 부등분할된 형태로 가공되기 때문에 작업성이 매우 불량하다는 문제가 있다.

또한, 종래의 건형 리머(10)는 그 재질이 피절삭물인 밸브가이드의 재질과 비슷한 마모강도를 갖는 초경합금으로 이루어지기 때문에 쉽게 마모되어 공구수명이 매우 짧아진다는 문제가 있다.

이와 같은 종래 건형 리머를 매월 25,000대의 엔진이 생산되는 H사의 S라인에 적용하여 수명, 소요량, 가격 및 가공정도, 설비가동율을 측정하고, 그 결과를 다음의 표1에 나타내었다.

공구수명	가공홀수	200holes/재연마
	재연마가능횟수	7회/공구
	총가공홀수	1,600holes/공구
공구소요량	공구수	300개/월
가공정도	동심도	30㎛
설비가동율	교체빈도	150회/월
	장비정지시간	1,500분/월
공구가격	단가	￦40,000/1개
	월소요금액	￦12,000,000

상기 표 1에 나타난 데이터를 분석하면, 종래 건형 리머의 경우에는 공구 1개당 평균 200개의 홀을 가공한 후에 재연마를 위해서 교체해야 하고, 하나의 건형 리머를 재연마하여 사용할 수 있는 횟수는 대략 7회정도이며, 가공의 정밀도는 30㎛인 것으로 측정된다.

한편, 피절삭물에 대하여 동일한 정밀성을 얻기 위해서는 일정 횟수의 절삭가공작업이 종료될 때 마다 공구를 새로운 것으로 교체하고, 사용중 교체된 건형리머는 재연마해야 한다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 종래 건형 리머의 경우 수명이 매우 짧기 때문에 상기한 공구교체작업이 150회/월 정도로 빈번하게 이루어지고, 그에 따른 장비정지시간이 대략 1,500분/월 정도로 소요됨에 따라 필연적으로 설비가동율과 생산성이 현저히 저하된다는 심각한 문제가 있다.

또, 공구의 수명이 상대적으로 매우 짧아 공구교체 및 재연마가 빈번하게 이루어지기 때문에 부수적으로 많은 비용이 소요되어 경제적으로도 매우 불리하다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 주로 자동차 엔진의 실린더헤드상에 끼워져 설치되는 밸브가이드를 고도로 정밀하게 절삭가공할 수 있도록 함과 동시에 그 내구성 및 내마모성을 강화시키고 수명을 크게 연장시키므로써 공구교체 및 재연마 빈도를 크게 줄여 전체적인 설비가동율 및 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있도록 한 새로운 형태의 건형 리머를 제공하는 것이다.

도 1a는 종래 건형 리머의 단면을 보인 확대 사시도,

도 1b는 종래 건형 리머의 확대 정면도,

도 2는 본 발명에 따른 건형 리머를 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 건형 리머의 단면을 보인 확대 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 건형 리머의 확대 정면도,

도 5는 본 발명에 따른 건형 리머에서 절삭날부를 나타내는 확대 측면도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

50 : 건형 리머 60 : 샤프트부

62 : 관통공 70 : 가공부

72 : 절삭날 72a : 팁부(Tip)

74 : 가이드패드 76 : 경사면

78 : 절삭유분출공.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소정의 길이와 직경을 가지며, 내부에는 절삭유를 공급하기 위한 관통공이 형성된 샤프트부(Shaft)와; 상기 샤프트부의 선단부에 일체로 형성되어 피절삭물을 절삭가공하는 가공부로 이루어지는 건형 리머에 있어서, 상기 가공부는 사각형의 단면구조로 이루어지며, 어느 하나의 모서리부 선단부에는 다이아몬드재질로 된 단일의 절삭날이 브레이징결합되고, 다른 세 개의 모리부에는 가공작업시 절삭력을 분배하기 위한 가이드패드가 형성된 구조로 이루어진 특징을 갖는다.

이와 같은 본 발명에서 상기 단일의 절삭날은 직선날형상으로 이루어지며, 그 절삭날의 팁부는 가공부의 선단면을 기준선으로 하여 10°~20°의 기울기로 경사지게 형성된 특징을 갖는다.

이와 같은 본 발명에서 상기 절삭날의 형성부위와 그 절삭날의 회전방향쪽으로 인접한 가이드패드 사이에는 105°~115°의 각도를 유지하는 경사면이 형성되며, 상기 경사면의 소정 위치에는 상기 관통공과 연통되는 절삭유분출공이 형성된 구조로 이루어진 특징을 갖는다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 건형 리머의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 건형 리머의 단면을 보인 확대 사시도이다.

이를 참조하면, 본 발명에 따른 건형 리머(50)는 공작기계의 척에 맞물리는 샤프트부(60)와, 상기 샤프트부(60)의 선단에 일체로 형성되며 피절삭물인 밸브가이드를 절삭가공하는 가공부(70)로 이루어진다.

상기 샤프트부(60)는 소정의 길이와 직경을 갖는 원기둥 또는 다각기둥형태로 이루어지며, 후단면으로부터 길이방향 중심선을 따라 내측으로는 절삭가공시 절삭유를 공급하기 위한 일정한 크기의 직경을 갖는 관통공(62)이 형성된다.

샤프트부(60)의 후단에는 공작기계의 척에 맞물려 같이 회전되도록 하기 위한 D-컷(64)부가 형성된다.

한편, 상기한 가공부(70)는 높은 내마모성을 갖는 초경합금을 모재로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 건형 리머의 확대 정면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 건형 리머에서 절삭날부를 나타내는 확대 측면도이다.

이를 참조하면, 가공부(70)의 단면은 사각형으로 이루어지며, 사각형의 일측 모서리부에는 초경합금에 비하여 강화된 내마모성을 갖는 다이아몬드재의 절삭날(72)이 브레이징 결합된다.

이와 같은 본 발명에서 상기 절삭날(72)의 팁부(Tip : 72a)는 가공부의 선단면을 기준선으로 하여 10°~20°의 기울기(θ2)로 경사지게 형성된다.

또한, 상기한 절삭날(72)이 결합된 모서리부를 제외한 나머지 3개의 모서리부에는 각각 중심으로부터 동일한 곡률반경을 갖도록 곡면처리된 가이드패드(74)가 형성된다.

상기 각 가이드패드(74)는 절삭가공시 절삭력을 고르게 분배되도록 하는 역할을 수행한다.

또, 상기 절삭날(72)의 형성부위와, 그 절삭날의 회전방향쪽으로 인접한 가이드패드 사이에는 105°~115°의 각도(θ2)를 유지하는 경사면(76)이 형성되며, 상기 경사면(76)의 소정 위치에는 상기 관통공(62)과 연통되는 절삭유분출공(78)이 형성된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 건형 리머를 이용하여 밸브가이드를 절삭하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

건형 리머(50)를 구성하는 샤프트부(60)의 후단에 형성된 D-컷부(64)를 공작기계의 척(Chuck)에 결합시킨 상태에서 가공부(70)의 선단을 가공하고자 하는 밸브가이드의 면중심에 일치시킨다.

그런 다음 상기 공작기계를 작동시키면 공작기계로부터 전달되는 회전력에 의하여 샤프트부(60)와 가공부(70)로 이루어진 건형 리머(50) 전체가 빠른 속도로 회전된다.

이와 같은 회전동작에 따라 가공부(70)의 선단에 브레이징 결합된 단일의 절삭날(72)이 밸브가이드의 길이방향 중심선을 따라 정해진 크기의 구멍을 절삭가공하게 된다.

이와 같은 절삭가공과정에서 상기 샤프트부(60)의 중심선을 따라 형성된 관통공(62)을 통하여 절삭유가 공급된다.

이와 같이 공급된 절삭유는 절삭날(72)의 회전방향쪽의 경사면(76)상에 형성된 절삭유분출공(78)을 통하여 절삭부위로 분출됨에 따라 절삭날(72)과 밸브가이드면 사이에서 발생되는 마찰열이 방열되며, 가공이 정밀하게 이루어지는 것이다.

이와 같은 본 발명의 건형 리머를 매월 25,000대의 엔진이 생산되는 H사의 S라인에 적용하여, 공구수명과 공구소요량, 가공의 정밀도, 설비가동율 및 공구가격을 체크하고, 그 결과를 다음의 표 2에 나타내었다.

공구수명	가공홀수	4,000~6,000holes/재연마
	재연마가능횟수	3회/공구
	총가공홀수	24,000holes/공구
공구소요량	공구수	20개/월
가공정밀도	동심도	15㎛
설비가동율	교체빈도	5회/월
	장비정지시간	50분/월
공구가격	단가	￦220,000
	월소요금액	￦4,400,000

상기 표 2에 나타난 데이터를 분석하면, 본 발명에 따른 건형 리머(50)의 경우에는 공구 1개당 평균 4,000~6,000개의 홀을 가공한 후 재연마를 위해서 교체해야 하고, 하나의 건형 리머를 재연마하여 사용할 수 있는 횟수는 대략 3회정도이며, 가공의 정밀도는 15㎛인 것으로 측정된다.

한편, 피절삭물에 대하여 동일한 정밀성을 얻기 위해서는 일정 횟수의 절삭가공작업이 종료될 때 마다 공구를 새로운 것으로 교체하고, 사용중 교체된 건형 리머는 재연마해야 한다.

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 건형 리머의 경우에는 수명이 크게 연장되었기 때문에 상기한 공구교체작업이 5회/월 정도로 이루어지고, 그에 따른 장비정지시간이 대략 50분/월 정도로 소요됨에 따라 설비가동율과 생산성이 현저히 향상되었음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 건형 리머(본 발명재)와 종래의 건형 리머(비교재)를 동일한 조건하에서 매월 25,000대의 엔진이 생산되는 H사의 S라인에 적용하여 양자의 특성을 측정하고, 그 결과를 다음의 표 3에 나타내었다.

구분	비교재	본 발명재	결과비교
공구수명	가공홀수	200홀/재연마	4,000~6,000홀/재연마	20~30배 향상
	재연마가능횟수	7회/공구	3회/공구
	총가공홀수	1,600홀/공구	24,000홀/공구	15배 향상
공구소요량	공구수/월	300개/월	20개/월
가공정밀도	동심도	30㎛	15㎛	2배 정밀
설비가동율	교체빈도	150회/월	5회/월	30배 단축
	장비정지시간	1,500분/월	50분/월	30배 단축
공구가격	단가	￦40,000	￦220,000
	월소요금액	￦12,000,000	￦4,400,000	약 3배 절감

상기한 표 3의 데이터를 분석하면, 본 발명재와 비교재를 재연마하여 홀을 가공하는 경우에 본 발명재는 4,000~6,000홀을 가공할 수 있는데 반하여 비교재는 200홀을 가공할 수 있음에 따라 본 발명재가 비교재에 비하여 대략 20~30배 이상의 홀을 더 가공할 수 있게 된다.

또, 공구당 총가공 홀수를 비교하면, 본 발명재는 공구당 24,000홀을 가공할 수 있음에 반하여, 비교재는 공구당 1,600홀을 가공할 수 있는 것으로 측정됨에 따라 본 발명재는 비교재에 비하여 그 성능이 15배 이상 향상된 것을 알 수 있다.

한편, 공구교체의 빈도수를 비교할 때 본 발명재는 5회/월인데 비하여, 비교재는 150회/월로써 그 교체 빈도가 1/30로 줄어들게 되고, 공구교체에 따른 장비정지시간 또한 1/30으로 줄어들게 된다.

이와 같은 결과에 따르면 본 발명재의 성능 및 수명이 비교재에 비하여 월등하게 우수함을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 밸브가이드에 비하여 내마모성이 우수한 다이아몬드재질의 절삭날을 이용함에 따라 고도로 정밀한 절삭가공이 가능하며, 공구의 교체빈도 및 장비정지시간이 대폭 줄어듦에 따라 생산가동율 및 생산성이 현저하게 향상된다.

또한, 상기한 바와 같이 공구의 교체빈도 및 장비정지시간이 대폭 단축됨에 따라 소요비용이 절감되어 경제적으로 유리하다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 소정의 길이와 직경을 가지며, 내부에는 절삭유를 공급하기 위한 관통공이 형성된 샤프트부와, 상기 샤프트부의 선단부에 일체로 형성되어 피절삭물을 절삭가공하는 가공부로 이루어지는 건형 리머에 있어서,

   상기 가공부는 사각형의 단면구조로 이루어지며, 어느 하나의 모서리부 선단에는 다이아몬드재질로 된 단일의 절삭날이 브레이징결합되고, 다른 세 개의 모서리부에는 가공작업시 절삭력을 분배하기 위한 가이드패드가 형성된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 건형 리머.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 단일의 절삭날(72)은 직선날형상으로 이루어지며, 그 절삭날의 팁부(72a)는 가공부의 선단면을 기준선으로 하여 10°~20°의 기울기(θ2)로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 건형 리머.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 절삭날(72)의 형성부위와 그 절삭날의 회전방향쪽으로 인접한 가이드패드(74) 사이에는 105°~115°의 각도(θ1)를 유지하는 경사면(76)이 형성되며, 상기 경사면(76)의 소정 위치에는 상기 관통공(62)과 연통되는 절삭유분출공(78)이 형성된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 건형 리머.