KR20040021197A - 개선된 절삭 인서트 및 이를 사용하는 인덱서블 드릴 - Google Patents

Abstract

모서리각을 90°로 함으로써 모서리 절인부의 강도향상 및 길이가 짧은 절인부를 외인절인으로 사용하고 길이가 긴 절인부를 내인 절인부로 사용함으로서 1개의 인서트에서 4개의 절인을 모두 사용할 수 있는 절삭인서트와 이를 사용하는 인덱서블 드릴이 개시된다. 이와 같은 본 발명은, 상면, 바닥면 및 측면을 구비하는 인써트로서 상면과 측면이 만나는 교차부가 절인부가 되며 바닥면은 상면보다 좁고 측면부는 상면 기준으로 여유각이 형성되며 절인부는 외인주절인, 외인교차절인, 내인주절인, 내인교차절인 및 모서리절인으로 이루어지며 중심부에는 체결용 중심홀이 있는 인써트에 있어서, 외인교차절인(P3, P3′)는 외인주절인에서 α의 각으로 챔퍼링되고, 내인교차절인(C2, C2′)는 내인주절인에서 β의 각으로 챔퍼링되어 내인교차절인과 외인교차절인은 둔각으로 만나며 모서리 반경 R2로 라운드 되고, 외인주절인과 내인주절인은 직각으로 만나고 반경 R1의 모서리 절인을 형성한다. 외인주절인과 외인교차절인은 γ의 절인각을 형성하고 중심홀에서 외부쪽으로 향하게 구성되고, 내인주절인과 내인교차절인은 절인각 δ로 형성되고 중심홀에서 외부쪽으로 향하게 형성된 절삭인써트를 제공한다.

Description

개선된 절삭 인서트 및 이를 사용하는 인덱서블 드릴{An improved cutting insert and an indexable drill with thereof}

본 발명은 구멍을 뚫는데 사용되는 인덱서블 드릴 및 이에 사용되는 절삭 인서트에 관한 것이다.

절삭가공은 주로 피삭재가 회전하는 선반절삭가공, 공구가 회전하는 밀링절삭가공으로 분류된다. 드릴절삭은 두가지의 절삭이 모두 가능한 절삭으로 어떤 경우의 절삭이든 연속적인 절삭칩이 배출된다는 점에서는 선삭절삭의 절삭원리에 가깝고, 드릴이 회전하여 피삭재를 절삭하는 원리는 밀링절삭원리에 가깝다. 선삭절삭가공에서 어려운 점은 길게 나오는 절삭칩의 절단이 중요하며, 밀링절삭에서는 비연속적이고 단속적인 가공에 의한 공구의 결손, 파손 등에 대한 인성강도 유지가 중요하다. 드릴절삭의 경우는 칩의 절단 문제해결, 회전중심을 기준으로 진행하는 단속적인 충격문제, 회전중심에 대한 절삭날부의 회전 토오크의 균일성 문제, 절삭속도가 제로가 되는 내인인써트 중심부의 과도한 이송충격에 의한 파손문제, 좌·우인의 절삭 토오크 불균일에 의한 가공경 축소 혹은 확대의 문제, 깊은 구멍에서 칩막힘에 의한 홀더의 파손등 문제등이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 여러 가지 제품들이 제작되어져 왔고 특히 25mm 이하의 소구경에서 보다 어려운 점이 있었다.

지금까지 이러한 문제점을 해결하기 위하여 삼각형, 직사각형, 다각형의 인써트를 사용하여 왔다. 이러한 예로서 선행기술 DE2730418(KOMET :1977)에서는 삼각형의 인써트를 사용하도록 설계되었으나 25mm 이하의 소경에서는 인써트의 파손이 빈발하여 사용에 어려움이 있어 왔다.

또 다른 선행기술 US4648760(sandvik : 1984)에서는 소경에서 인써트의 파손문제를 해결하기 위해서 직사각형의 인써트를 사용하였으나 절삭날수가 기존 삼각형에서는 3 인 인데 반해 2 인으로 설계되어 공구비가 상승하는 역효과를 가져왔다. 이런점을 개선한 선행기술로는 정사각형을 사용하여 사용 코너수를 4 인으로 하고 소경에서도 강도를 보강했으나 인써트의 모양을 내인과 외인을 서로 다르게 하여 사용상 매우 불편하게 개발되었다. 또 다른 선행기술 P2000-107920A에서는 2개의 삼각형을 조합으로 인써트를 제작하여 4 인을 모두 사용할 수 있게 개발되었으나 인써트의 제작이 매우 어렵고 실제 사용중에 인써트의 주절인부 돌출부가 파손되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 직사각형을 기본으로 하여 소형인써트에서 절인부와 홀더사이의 거리를 확보함에 따른 인선강도를 보강하고 외인과 내인이 교차하는 교차각을 크게 함으로 내인과 외인의 칩폭을 용이하게 조절하고 칩컬(CHIP CURL)을 용이하게 하여칩배출 및 절단능력을 개선, 또한 주절인부의 토오크를 정사각형 인써트와 유사한 축방향으로 유도함으로 가공정밀도를 대폭 개선했으며 삼각형에서 모서리각이 적어서(80~85도)문제되었던 모서리각을 90도로 함으로서 모서리부의 강도향상, 길이가 짧은 절인부를 외인절인으로 사용하고 길이가 긴 절인부를 내인 절인부로 사용하므로 가공직경이 적은 소경(직경20mm이하)경우에도 1 개의 인써트에서 4 개의 절인을 모두 사용할 수 있게 하는 절삭인서트와 이를 사용하는 인덱서블 드릴을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 드릴 본체 사시도이고,

도 2는 본 발명의 인서트 사시도이며,

도 3은 도 2의 인서트 평면도이고,

도 4는 도 3의 A-A선 단면도이며, 그리고

도 5는 본 발명의 인서트 홀더 체결 개념도이다.

도 6-8은 도 1의 드릴샹크의 인써트 자리 평면도 와 측면도이다.

도 9는 도 1의 구멍가공중의 피삭재 가공형태 및 절삭력 분포도이다

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 드릴본체110 : 자루부

120 : 샹크부130 : 플루트

140 : 인써트 안치홈 150 : 오일홀

200 : 인써트201 : 상면

202 : 바닥면203 : 측면

204 : 절인210 : 중심홀

220 : 제 1 모서리 절인부230 : 제 2 모서리 절인부

240 : 외인주절인 250 : 외인교차절인

260 : 내인주절인270 : 내인교차절인

300 : 체결스크루400 : 피삭재

410 : 드릴가공 후 피삭재면

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은;

상면, 바닥면 및 측면을 구비하는 인써트로서 상기 상면과 상기 측면이 만나는 교차부가 절인부가 되며 바닥면은 상면보다 좁고 측면부는 상면 기준으로 여유각이 형성되며 절인부는 외인주절인, 외인교차절인, 내인주절인, 내인교차절인 및 모서리절인으로 이루어지며 중심부에는 체결용 중심홀이 있는 인써트에 있어서, 상기 외인교차절인(P3, P3′)는 외인기본절인(P1,P1′)에서 α의 각으로 챔퍼링되고, 내인교차절인(C3, C3′)는 내인기본절인에서(C1,C1′)에서 β의 각으로 챔터링되어 내인교차절인과 외인교차절인은 둔각으로 만나며 모서리 반경 R2로 라운드 되고, 외인주절인과 내인주절인은 직각으로 만나고 반경 R1의 모서리 절인을 형성하고, 외인주절인과 외인교차절인은 γ의 절인각을 형성하여 중심홀에서 외부쪽으로 향하게 구성되고, 내인주절인과 내인교차절인은 절인각 δ로 형성되어 중심홀에서 외부쪽으로 향하게 형성되는 절삭인써트를 제공한다.

여기서 상기 중심홀 상부직경과 외인절인사이의 폭 PW는 상기 상부직경과 내인주절인 사이의 폭 CW보다 1.0∼1.3배 더 크게함이 바람직하고, 또한 상기 외인 절인각, 내인절인각은 140∼170°이고 R2는 0.2∼1.2로 함이 바람직하며, 또한 절인과 중심홀 사이에 칩브레이커가 형성되어 있게 함이 바람직하다.

본 발명에 의하면 드릴샹크부, 자루부, 플루트, 오일홀 및 인써트 안치홈과 스크류자리를 구비하는 인덱스블 드릴에 있어서, 상기 드릴에서의 인써트 안치홈은 외인 절삭인써트를 축방향기준으로 여유각(ε1)으로 설정되고, 상기 내인절삭인써트자리는 내인은 축방향으로 여유각(ε2)을 형성하여 내인교차절인과 외인교차절인은 최적의 교차각(ε3)으로 교차되도록 외인축방향 여유각 ε1과 내인축방향 여유각 ε2를 형성하는 인덱서블 드릴이 제공된다. 여기서 상기 외인축방향 여유각은 2~7°이며, 상기 내인축방향 여유각은 2~10°임이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 절삭인써트(200)가 체결스크루(300)로 체결되어 있는 인덱서블 드릴 본체(100)를 사시도로 나타낸 도면으로서, 상기 드릴본체(100)에는 칩배출 및 절삭유 공급을 위한 플루트(130)가 자루부(110)상의 드릴 샹크부(120) 측면에서 상하로 길게 형성되고 드릴 본체(100)의 상부에는 인써트 안치홈(140)이 있어서 상기 인써트 안치홈(140)내로 인써트(200)가 체결스크루(300)로서 체결되며 또한 드릴본체(100)의 최상부에는 오일공급을 위한 오일홀(150)이 형성되어 있다.

도 2는 본 발명의 인써트(200)의 사시도로서 상기 인써트(200)는 그 중심부에 인써트 체결을 위한 중심홀(210)이 형성되어 있고, 인써트(200)의 절인부는 제1 모서리 절인부(220), 제 2 모서리 절인부(230), 외인 주절인부(240; P2), 외인교차절인부(250; P3), 중심주절인부(260; C2) 및 중심교차절인부(270; C3)로 형성된다.

도 3은 도 2의 평면도이고 도 4는 도 2의 단면도이다. 도 5는 본 발명이 인써트 홀더 체결 개념도이다. 이들 도면과 도 2를 참조하여 본 발명을 기술한다.

먼저 본 발명은 내인과 외인의 교차각을 크게 하여 칩처리 개선이라는 기존 제품의 목적을 달성하면서 주절인 모서리각(θ1)을 정사각형과 동일한 90°로 하므로 기존의 80°, 85°로 제작한 제품대비 인선강도가 우수하며 1개 인써트의 4 개 절인부를 모두 사용할 수 있게 된다.

본 발명의 인써트(200)는 직사각형 또는 정사각형 형상에 서로 대각되는 제 1 모서리각(θ1)은 90°로 그대로 두고 이웃하는 모서리를 2번 모따기 하여 제 2 모서리각(θ2)를 둔각인 100∼140°로 하여 상기 각각의 주절인부(240; P2, 260; C2)를 직선에서 중앙부가 바깥쪽으로 돌출 되도록 형성시킨 절삭 인써트로서 상면(201), 바닥면(202), 측면(203), 절인부(220, 230, 240, 250, 260, 270), 모서리 반경(205) 및 중심홀(210)로 구성되고 상면(201)과 바닥면(202)은 평행하고 상기 바닥면(202)과 상면(201) 사이에 측면(201)이 만나는 교차부가 절인부가 된다. 여기서 바닥면(202)은 상면(201)보다 좁기 때문에 측면부(203)는 상면(201)을 기준하여 여유각이 형성되게 된다.

상기와 같이 형성되는 본 발명의 인써트(200)에서 외인교차절인(P3, P3′)는 외인기본절인(P1, P1′)로부터 외인챔퍼링각 α(10~30°)으로 챔퍼링 되어 형성되며, 내인교차절인(C3, C3′)은 내인기본절인(C1, C1′)에서 내인챔퍼링각 β(10~30°)으로 챔퍼링되고, 내인교차절인(C3, C3′)과 외인교차절인(P3, P3′)는 모서리 반경 R2로 라운딩된다. 외인주절인(P2, P2′)과 내인주절인(C2, C2′)은 반경 R1(0.2∼1.5mm)의 제 1 모서리 절인부(220)를 형성하고, 외인주절인(P2, P2′)과 외인교차절인(P3, P3′)은 외인절인각 γ(140~170°)으로 형성되며, 내인주절인(C2, C2′)과 내인교차절인(C3, C3′)은 내인절인각 δ(140~170°)으로 형성되어 각각 중심홀(210)에서 바깥쪽으로 향하도록 구성된다.

중심홀(210)의 상부직경과 외인주절인 사이의 폭 PW 및 내인주절인과 상기 상부직경사이의 폭 CW는 배출칩의 절단 및 절삭저항감소를 위한 칩브레이커의 설계에서 공간확보시 중요하며 소경 드릴용 인써트의 설계시 인써트의 내접원이 점점 작아지므로 이 폭이 짧아지면 인써트의 강도가 저하하여 파손의 위험이 있다.

따라서 소형의 인써트에서는 절삭속도가 빠르고 인써트의 강도가 보다 많이 요구되는 외인부에서 폭 PW를 넓게 하는 것이 필요하다. 즉, 소형의 인써트에서는 직사각형 기본형을 가진 상태에서 본 발명의 인써트는 형성된다. 즉, PW가 CW보다 넓게 형성된다.

PW의 크기는 CU 대비 1.0∼1.3 배범위에서 설정하며 바람직하게는 1.02∼1.07 배가 좋다.

드릴의 직경이 큰(직경 30mm 이상)경우에는 인써트의 내접원이 상대적으로 크기 때문에 PW와 CW가 동일한 정사각형을 기본형으로 해도 문제가 되지 않는다.

도 5에는 상기 절삭인써트(200)를 외인주절인을 전면으로 외인에 위치하고내인주절인을 전면으로 내인에 위치한 도면이다. 여기서 외인 절삭인써트는 축방향기준으로 여유각(ε1:2∼8°)을 형성하여 드릴작업시 간섭을 방지하는 여유각이 형성된다. 또한 내인은 중심선을 기준으로 일정폭 L만큼 중심을 넘어서 설계되어 1회전시 중심부에 미가공부위 발생을 최소화 한다. 내인 인써트는 내인 교차절인과 외인교차절인간에 교차각(ε3 : 110~160°)을 효과적으로 조정하기 위하여 축방향으로 여유각(ε2 : 1~10°)을 형성한다. 교차각(ε3)은 내인교차절인과 외인교차절인은 교차점의 위치를 조정하는 역할을 하며 이교차점을 기준으로 내인 칩과 외인칩의 폭이 결정된다. 즉, 교차각(ε3)은 내인 및 외인의 칩폭을 조정하고 칩절단을 용이하게 한다. 종래의 정사각형 형상에서는 이 교차각이 매우 적어서(0∼5°) 교차부에서 칩이 내인용 및 외인용으로 이중으로 나누어져 가공되거나 내인 칩폭 혹은 외인 칩폭이 상대적으로 넓어서 칩절단이 안되는 문제점이 있어 왔다.

상기 인써트의 절인과 중심홀 사이는 절삭저항을 줄여주고 칩의 배출을 용이하게 하기 위한 다양한 칩브레이커를 설계하여 사용할 수도 있다.

도 1의 드릴 본체(100)에서 인써트 안치홈(140)은 바닥지지면 측면지지면, 측면 리세스부로 구성되고 인써트(200)가 조립스크류(300)을 이용하여 인써트 안치홈(140)에 딱 맞게 체결된다. 플루트(130)는 칩배출 공간으로 넓을수록 좋지만 절삭가공시 발생하는 토오크를 견딜 수 있는 강성이 약해지므로 각각의 제품에서 플루트(130)와 샹크부(120)의 단면적을 효과적으로 설계하는 것이 필요하다.

도 6 은 상기 절삭인써트를 상기 드릴본체에 조립하기전 드릴샹크의 인써트 안치홈 에 대한 평면도 이며,

도 7은 도 6의 내인측면도이며 , 도 8은 도6의 외인측면도이다. 드릴샹크의 인서트 안치홈에 드릴인서트가 딱맞게 조립체결된다.

도 9는 본 발명의 드릴이 실제로 절삭가공을 수행시 작용하는 절삭력(Fi,Fe)의 방향에 대한 베터힘을 나타낸 것으로 외인주절인의 절입각이 적으므로 주축방향의 절삭력(Fia,Fea)은 반경방향의 절삭력(Fir,Fer) 보다 월등히 크므로 내인, 외인 각각에서 반경방향 합력이 상대적으로 적어 드릴샹크의 굽힘력이 상대적으로 약하므로 정사각형을 이용한 드릴과 동등한 수준의 가공정밀도를 나타낼 수 있으며 종래의 삼각형을 이용한 드릴보다는 우수한 홀 정밀도를 나타낸다. 여기서 도면부호(400)은 피삭재를 나타내고, (410)은 드릴가공 후의 피삭재 형상을 나타낸다.

본 발명에 의해 제작된 인써트는 종래제품에 비하여 사용날수를 2 혹은 3 인에서 4 인으로 증가 시켜서 정사각형 형과 동일한 효과를 내면서 내인과 외인의 교차각을 크게 하여 종래의 3각형(6변) 인써트의 장점을 유지하여 칩배출, 칩처리 등이 우수하다. 또한 절삭력의 방향을 고려한 형상설계로 가공정밀도를 향상했으며, 내인과 외인의 인써트를 1가지 동일한 형번으로 관리함에 따른 사용상의 편리성도 고려하여 개발되었다.

상기에서는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 설명하였지만 당업자들은 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역 내에서 다양한 변형 및 수정을 할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 상면, 바닥면 및 측면을 구비하는 인써트로서 상기 상면과 상기 측면이 만나는 교차부가 절인부가 되며 바닥면은 상면보다 좁고 측면부는 상면 기준으로 여유각이 형성되며 절인부는 외인주절인, 외인교차절인, 내인주절인, 내인교차절인 및 모서리절인으로 이루어지며 중심부에는 체결용 중심홀이 있는 인써트에 있어서, 상기 외인교차절인(P3, P3′)는 외인기본절인에서 α의 각으로 챔퍼링되고, 내인교차절인(C3, C3′)는 내인기본절인에서 β의 각으로 챔퍼링되어, 상기 내인교차절인과 외인교차절인을 둔각으로 만나며 모서리 반경 R2로 라운드되고, 외인주절인과 내인주절인은 직각으로 만나고 반경 R1의 모서리 절인을 형성하고, 외인주절인과 외인교차절인은 γ의 외인절인각을 형성하고 중심홀에서 외부쪽으로 향하게 구성되고, 내인주절인과 내인교차절인은 내인절인각 δ로 형성되고 중심홀에서 외부쪽으로 향하게 형성됨을 특징으로 하는 절삭인써트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 중심홀의 상면직경보다 외인절삭사이의 폭 PW는 내인주절인 사이의 폭 CW보다 1.0∼1.3배 더 큰 것임을 특징으로 하는 절삭인써트.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 외인절인각, 내인절인각은 각각 140∼170°이고 내인 및 외인의 챔퍼링각(α, β)은 5~30°임을 특징으로 하는 절삭인써트.
4. 제 1 항에 있어서, 절인과 중심홀 사이에 칩브레이커가 형성되어 있음을 특징으로 하는 절삭인써트.
5. 드릴샹크부, 자루부, 플루트, 오일홀 및 인써트 안치홈과 스크류자리를 구비하는 인덱스블 드릴에 있어서, 상기 드릴에서의 인써트 안치홈은 외인 절삭인써트를 축방향기준으로 여유각(ε1)으로 설정되고, 상기 내인절삭인써트를 축방향 기준으로 여유각(ε2)을 설정하여 내인교차절인과 외인교차절인이 최적의 교차각(ε3)으로 교차되도록 외인축방향 여유각ε1과 내인축방향 여유각 ε2를 형성함을 특징으로 하는 인덱서블 드릴.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 외인축방향 여유각(ε1)은 2~6°이며, 상기 내인축방향 여유각(ε2)은 2~10°임을 특징으로 하는 인덱서블 드릴.