KR200334853Y1 - 공구수명 향상을 위한 솔리드형 초경 엔드밀 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 강재, 비철재료, 비금속 재료 등의 절삭가공이나 홈가공 등에 이용되는 솔리드형 초경 엔드밀에 관한 것이다.

종래의 솔리드형 초경 엔드밀의 제조에는 Co함량이 5∼25(wt%)이며, TaC, NbC 및 TiC 중의 1종 이상의 탄화물 함량이 0.2∼2(wt%)이고, 나머지가 WC와 불가피 불순물로 된 배합 조성을 가지는 WC기 초경합금이 이용되고 있다. 또는 TaC, NbC 및 TiC를 함유하지 않고, Co함량이 5∼25(wt%), 나머지가 WC와 불가피 불순물로 된 배합 조성을 가지는 WC-Co 초경합금도 이용되고 있다.

종래의 초경합금을 사용한 솔리드형 초경 엔드밀은 절삭시에 있어서, 내마모성은 문제가 적으나, 절삭날의 정상적인 마모에 의한 수명에 도달되기 이전에 절삭날에서 칩핑 및 파손이 쉽게 발생하여 조기에 사용이 불가능하게 되는 경우가 많았다.

본 고안의 솔리드형 초경 엔드밀은, Co 분말이 5∼25(wt%), VC 분말이 0.2∼1.2(wt%), Cr₃C₂분말이 0.1∼1.0(wt%), 나머지가 WC 분말로 된 배합 조성을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 의해, 본 고안의 솔리드형 초경 엔드밀은, 절삭시에 절삭날에서의 칩핑 및 파손이 방지되며, 더구나 우수한 내마모성을 가짐에 의해 공구 수명이 현저히 길어지므로, 절삭가공 비용의 상당한 절감효과가 있다.

Description

공구수명 향상을 위한 솔리드형 초경 엔드밀{Tungsten carbide end mill of solid type for increasing tool life}

본 고안은, 강재 등의 홈가공 등에 이용되는 솔리드형 초경 엔드밀에 관한 것이다.

종래로부터, 강재, 티탄 등의 비철재료, 플라스틱 재료 등의 홈가공 등에는, 도 1에 보이는 바와 같은, 솔리드형 초경 엔드밀이 널리 이용되고 있다. 솔리드형초경 엔드밀은, 고속도강의 드릴 및 스로우어웨이 드릴에 비하여 강성이 높으므로, 가공 능률 및 가공 정밀도가 양호하다. 그림 1에서 보이는 바와 같은 일반적인 솔리드형 초경 엔드밀은, 공구본체(1)와 외주 절삭날(2)이 형성된 절삭날부로 이루어지고, 이러한 외주 절삭날은 소정의 비틀림각(θ)을 가지며, 상기한 외주 절삭날(2)은 여유면과 경사면 및 이러한 양면이 교차하는 형상으로 구성된다. 이러한 솔리드형 초경 엔드밀은 공작기계에 장착되어 고속회전 함에 의해 피삭재를 가공하는 것으로, 절삭가공이나 홈가공을 효율 좋게 행할 수 있다. 그러나, 솔리드형 초경 엔드밀에 의한 절삭은 단속 절삭이며, 공작기계 주축으로부터의 돌출길이가 길기때문에, 절삭시의 채털링 진동이 발생되기 쉬워서 선삭공구에 비해 공구의 절삭날에 칩핑 및 파손이 발생하기 쉽다.

일반적으로, 종래의 솔리드형 초경 엔드밀의 제조에는 Co함량이 5∼25(wt%)이며, TaC, NbC 및 TiC 중의 1종 이상의 탄화물 함량이 0.2∼2(wt%)이고, 나머지가 WC와 불가피 불순물로 된 조성을 가지는 WC기 초경합금이 이용되고 있다. 또는 TaC, NbC 및 TiC를 함유하지 않고, Co함량이 5∼25(wt%), 나머지가 WC와 불가피 불순물로 된 조성을 가지는 WC-Co 초경합금도 이용되고 있다.

그러나, 상기한 종래의 초경합금을 사용한 종래의 솔리드형 초경 엔드밀은 절삭시에 내마모성은 문제가 적으나, 절삭날에 칩핑 및 파손이 쉽게 발생하여 절삭날의 정상적인 마모에 의한 공구 수명에 도달되기 이전에 조기에 사용이 불가능하게 되는 경우가 많았다.

절삭날의 칩핑 및 파손을 방지하기 위하여 공구 형상을 변화시키거나, 최적의 절삭 조건을 선정하거나, 또는 초경합금의 조성을 변화시키는 방안이 시도되어 왔으나 이러한 문제가 그다지 해결되지는 못하였다. 또한, 초경 합급의 경도를 증가시켜 내마모성을 향상시키면 인성이 감소하여 절삭날에서 칩핑 및 파손이 발생하기 쉬우며, 인성을 증가시켜 절삭날에서 칩핑 및 파손을 억제시키면, 초경합금의 경도가 저하되어 내마모성의 감소에 의해 공구수명이 짧아지는 문제가 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 초경합금의 제조시에 WC, Co분말과 함께, VC 분말과 Cr₃C₂분말을 첨가하여, 절삭시에 절삭날에서의 칩핑 및 파손을 방지하기 위한 솔리드형 초경 엔드밀을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 솔리드형 초경 엔드밀의 정면도

도 2는 본 고안 솔리드형 초경 엔드밀의 원료분말 배합을 나타내는 상태도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 공구본체 2 : 외주 절삭날

θ : 트위스트각 3 : WC 분말

4 : VC 분말 5 : Cr₃C₂분말

6 : Co 분말

그래서, 본 고안자들은 위에서 언급한 관점에서 상기한 종래의 WC기 초경합금에 있어서, 내마모성은 물론이며 절삭날에서의 칩핑과 파손을 방지하기 위한 성질이 우수한 솔리드형 초경 엔드밀용 WC기 초경합금을 개발하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 도 1에 보이는 솔리드형 초경 엔드밀에 사용되는 종래의 WC기 초경합금에 있어서, 합금 성분으로서 함유하는 TaC, NbC 및 TiC의 대신에, 도 2에서 보이는 바와 같이 탄화바나듐(VC)과 탄화크롬(Cr₃C₂)을 분말 상태로 소량 첨가함에 의해, 절삭날에서의 칩핑과 파손이 현저히 방지되며, 더욱이 이러한 탄화바나듐(VC)과 탄화크롬(Cr₃C₂)의 소량 첨가가 내마모성을 감소시키지 않음을 알게 되었다.

본 고안은, 이러한 연구 결과에 의해 얻어진 것으로, 도 1에 보이는 솔리드형 초경 엔드밀용의 초경합금을 제조하기 위하여, 도 2와 같이 Co 분말(6), VC 분말(4), Cr₃C₂분말(5) 및 WC 분말(3)을 배합함에 있어서, Co 함량이 5∼25(wt%), VC 함량이 0.2∼1.2(wt%), Cr₃C₂함량이 0.1∼1.0(wt%), 나머지가 WC와 불가피 불순물로 된 배합 조성을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.

다음에, 본 고안의 화학 조성을 상기와 같이 한정한 이유를 설명한다. Co 성분은 결합상을 형성하고, 초경합금의 인성을 확보하기 위하여 필수 불가결한 성분이지만, 이 배합량이 5% 미만에서는 소망의 인성을 확보할 수 없으며, 한편 그 배합량이 25%를 넘으면, 내마모성을 저하시키므로, 그 배합량을 5∼25(wt%)로 하였다.

또한 VC 성분은 초경합금의 내마모성을 감소시킴이 없이, 절삭시에 있어서 절삭날에서의 칩핑과 파손을 방지하는 효과를 가지지만, 그 배합량이 0.2(wt%) 미만에서는 소망의 인성이 얻어지지 않아서 절삭날에서의 칩핑과 파손이 방지되지 않으며, 한편, 그 배합량이 1.2(wt%)를 넘으면 내마모성이 감소되므로, 그 배합량을 0.2∼1.2(wt%)로 정하였다.

한편, Cr₃C₂성분은 그 배합량이 0.1(wt%) 미만에서는 분산상의 초경 입자의 성장을 억제하는 효과가 불충분하게 되어 분상상의 평균 입경을 작게 할 수 없으며, 한편, 그 배합량이 1.0(wt%)를 넘으면 인성이 저하되기 때문에 그 배합량을 0.1 ∼1.0(wt%)로 정하였다.

＜실시예＞

도 1에 보이는 솔리드형 초경 엔드밀을 제조하기 위하여, 모든 원료분말 입자의 입경을 1.0∼4.0㎛의 범위로 하였으며, 이러한 범위 내의 평균 입경을 가지는 WC 분말(3), Co 분말(6), VC 분말(4), Cr₃C₂분말(5)을 준비하고, 이것들의 원료 분말을 표 1의 실시예 1∼4와 같은 비율로서 배합하고, 볼밀로써 72시간 습식으로 혼합 파쇄하여 건조한 후에, 1톤/㎠의 압력으로 압분체로 프레스 성형하고, 이 압분체를 진공중에서 1380∼1480℃의 범위 온도로 1시간 유지하여 소결하였다. 또한 종래 공구와의 비교를 위하여 표 1의 종래예 1∼4와 같은 비율로서 배합하고, 표 1의 실시예 1∼4와 같은 조건에서 솔리드형 초경 엔드밀을 제조하였다.

[표 1]

표 2는 제조된 공구의 형상과 실험에 적용된 절삭조건을 보이며, 모든 실시예와 종래예의 공구는 동일 형상의 4날 평엔드밀을 사용하였으며, 같은 절삭조건에서 실험하였다. 선정된 절삭조건 하에서, 공구 소재의 특성을 파악하기 위하여 일정 가공길이마다 공구현미경을 사용하여 여유면 마멸을 측정하였으며, 여유면 마멸이 0.3mm에 달하는 시간을 공구수명으로 하였다.

[표 2]

표 3에는 절삭시에 있어서 칩핑생성까지의 절삭시간과 함께, 공구수명을 나타내었다. 본 고안의 실시예 1∼4의 공구 성능이 종래예 1∼4에 비해 현저히 우수함을 알 수 있다.

[표 3]

이상에서 서술한 바와 같이 본 고안의 솔리드형 초경 엔드밀은, 절삭시에 절삭날에서의 칩핑 및 파손이 방지되며, 더구나 우수한 내마모성을 가짐에 의해 공구수명이 현저히 길어지므로, 절삭가공 비용의 상당한 절감효과가 있다.

Claims (1)

1. Co 분말이 5∼25(wt%), VC 분말이 0.2∼1.2(wt%), Cr₃C₂분말이 0.1∼1.0(wt%), 나머지가 WC 분말로 된 배합 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 솔리드형 초경 엔드밀.