KR20040039373A - 드릴용 커팅포인트 - Google Patents

Abstract

외주(18)를 가지는 본체(12)를 포함하는 드릴(10)용 커팅포인트(11)에 있어서, 상기 커팅포인트(11)는 리딩커팅립(28a), 트레일링커팅립(28b) 및 상기 리딩커팅립과 상기 트레일링커팅립 사이에 연장되어 있고 두 개의 대칭의 드릴포인트의 절반들(34,36)을 한정하는 중앙의 치즐에지(14)를 포함하며, 드릴포인트 절반(34,36) 각각은 제1 릴리프면(30), 제2 릴리프면(32) 및 제3 릴리프면(38)을 포함한다. 상기 제3릴리프면(38)은 상기 제2릴리프면(32)보다 큰 각도로 경사져 있으며 상기 제2릴리프면(32)은 상기 제1릴리프면(30)보다 큰 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 드릴용 커팅포인트.

Description

드릴용 커팅포인트{Cutting point for a drill}

종래의 트위스트드릴(twist drill)은 실린더 형상의 드릴 본체를 구비하며, 상기 드릴 본체에는 플루트(flute)들 사이의 플루트랜드(fluted land)들을 한정하며 상기 드릴의 커팅포인트에서부터 다른 끝의 섕크(shank)까지 연장된 한 쌍의 나선 플루트(helical flute)들이 형성되어 있으며 상기 다른 끝의 섕크에 의해서 상기 드릴은, 예를 들면 손공구(hand tool) 또는 드릴머신의, 척(chuck)에 안전하게 고정될 수 있다. 상기 드릴의 상기 커팅포인트는 전체적으로 원뿔형이며 중앙부에 치즐에지(chisel edge)를 가지고 있으며 상기 치즐에지로부터 한 쌍의 직경방향으로 대향(對向)하는 커팅에지들(cutting edges)은 상기 플루트랜드들의 앞 면들(leading faces)과 상기 플루트랜드들의 끝 면들(end faces)을 형성하는 드릴포인트의 측면들(flanks)에 의해서 한정된다. 플루트랜드 각각의 외주(periphery)는 그 리딩에지(leading edge)에서 랜드(land), 실린더형 랜드(cylindrical land), 웨어 마진(wear margin), 또는 서포트 마진(support margin)으로 다양하게 명명된방사방향 돌출부를 가진다. 이런 두 개의 서포트마진들은 상기 서포트마진들의 플루트랜드들의 길이방향을 따라 연장되어 있고 드릴이 구멍을 형성할 때 상기 드릴을 반경방향으로 가이드하도록 의도되어 있다.

상기 치즐에지 또는 상기 커팅에지 부근에서 트위스트드릴의 나선 그라인딩(helical grinding)이 보다 큰 여유각(clearance angle)을 발생시킨다는 사실은 일반적으로 알려져 있다. 이것은 손쉬운 센터스팟드릴(centered spot drilling)작업에 적합하나 고속의 이송속도에는 적합하지 않는데, 이는 고속의 이송속도(high feed rate)가 상기 치즐에지를 약하게 만들기 때문이다. 따라서 나선형의 연마된 면들(helically ground faces)을 구비하는 트위스트드릴들의 절삭조건(cutting condition)을 향상시키기 위해서, 예를 들면 R.Stock AG가 저술한 Stock-Taschenbuch [R.Stock AG에 의해 편찬된 핸드북(handbook)],베를린, 1979년의 3판의 40페이지에 개시되어 있는 것과 같이 측면경사각(side rake angle)을 드릴되어지는 물질에 적합하게 조절함으로써 또는 치즐에지를 뽀족하게 만듦으로써 치즐에지에 수정이 종종 이루어진다.

본 발명은 드릴용 커팅포인트에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 향상된 추력(thrust)과 드릴 성능을 제공하기 위한 개조된 S형태의 드릴용 커팅포인트에 관한 것이다.

도 1은 본 발명과 일치하는 상기 트위스트드릴의 단면도(端面圖)이다.

도 2는 도 1의 상기 트위스트드릴의 부분측면도이다.

도 3은 도 2의 상기 트위스트드릴의 확대된 부분투시도이다.

도 4는 도 1의 상기 트위스트드릴의 상기 치즐에지의 확대된 부분도이다.

도 5는 도 1의 상기 트위스트드릴의 상기 치즐에지의 확대된 부분도이다.

도 6은 도 1의 상기 트위스트드릴의 측면도이다.

간단히, 본 발명에 따르면, 드릴용 커팅포인트가 제공된다. 상기 드릴은 적어도 두 개의 직경방향으로 대향하는 플루트들을 가진 본체를 포함한다. 상기 본체는 외주, 웨브 그리고 랜드들을 더 포함하며, 상기 랜드들은 상기 웨브로부터 연장되며 랜드들의 리딩에지들에 마진들을 가진다. 상기 플루트들은 랜드사이에 위치한다.

상기 커팅포인트는 리딩커팅립(leading cutting lip), 트레일링커팅립 (leading cutting lip) 그리고 상기 리딩커팅립과 상기 트레일링커팅립 사이에 연장되어 있고 두 개의 대칭의 드릴포인트의 절반들을 한정하는 중앙의 치즐에지를 포함한다. 드릴포인트절반 각각은 제1릴리프면, 제2릴리프면, 그리고 제3릴리프면을 포함한다. 상기 제1릴리프면은 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 본체의 외주까지는 반경의 바깥 방향으로, 상기 리딩커팅립으로부터 상기 제2릴리프면까지는 아래 방향으로 경사져 있다. 상기 제2릴리프면은 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 본체의 외주까지는 반경의 바깥 방향으로, 상기 제1릴리프면으로부터 상기 플루트의 경사면까지는 아래 방향으로 경사져 있다. 상기 제3릴리프면은 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 플루트의 경사면까지는 반경의 바깥 방향으로, 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 제2릴리프면까지는 아래 방향을 경사져 있다. 상기 제3릴리프면은 상기 제2릴리프면 보다 큰 각도로 경사져 있으며 상기 제2릴리프면은 제1릴리프면 보다 큰 각도로 경사져 있다.

다음의 설명에서, 동일한 참조부호들은 동일 또는 대응하는 부분들을 가리킨다. 또한 다음의 설명에서, "전방으로","후방으로" 그리고 이와 비슷한 단어 등과 같은 용어들은 편의상 사용되는 단어들이며 청구된 발명과 별개로 한정하는 용어들로 해석되지 않는다.

도면들을 참고하면, 본 발명에 따른 트위스트드릴(10)이 도시되어 있다. 비록 본 발명이 편의상 금속 또는 초경합금(cemented carbide)으로 형성된 단단한 드트위스트드릴의 형태로 도시되어 있다 하더라도, 커팅포인트 형상은 또한, 금속 또는 초경합금 그리고 본 기술분야에서 널리 알려진 그 밖의 같은 물질들로 형성된, 제거될 수 있는 날붙이드릴(tipped drill)용 인서트(insert)에 형성될 수 있다. 결과적으로, 트위스트드릴상의 상기 커팅포인트의 예해는 다르게 청구된 경우를 제외하고는 발명을 한정하는 것으로 해석되지 않는다.

상기 트위스트드릴(10)은 커팅포인트(11)와 적어도 두 개의 직경방향으로 대향하는 플루드(14)를 포함하는 몸체(12)를 포함한다. 상기 플루트(14)는 직경방향으로 대향하는 플루트랜드(16)와 접경하면서 30도의 나선각(helix angle)을 가지고 있다. 상기 몸체(12)는 도면들에서 18로 지시되는 외주를 구비한다. 상기 몸체(12)는 바람직하게는 대체로 실린더 형상 또는 테이퍼 형상이다. 상기 몸체(12)의 길이는 상기 웨브(web,20) 또는 중앙 몸체부로부터 랜드(22)들까지를 연장한 부분을 포함한다. 상기 플루트(14)는 상기 랜드들(22)사이에 형성된다. 마진(margin,24)들은 상기 랜드들(16)의 회전리딩에지(rotational leading edge)에 형성된다.

상기 드릴(10)의 리딩엔드(leading end)에 있는 상기 커팅포인트(11)는 싱글앵글(single angle)디자인으로 되어 있다. 도면들에서 도시되는 바와 같이, 상기 커팅포인트(11)는 약 140도인 선단각 Θ1 을 가진다. 상기 커팅포인트(11)는 상기 웨브(20)의 끝단에 있는 치즐에지(26)를 포함한다. 커팅립들(cutting lips,28) 또는 에지들은 상기 치즐에지(24)로부터 상기 외주(18)까지 연장되며 드릴(10)의 외부 에지들에 있는 마진들(24)과 만난다. 상기 플루트랜드(16)의 외부 에지에, 상기 커팅립들(28)은 음의 반경방향의 경사(negative radial rake)를 가진다.

도1에 보여지는 바와 같이, 상기 치즐에지(26)는 S형태의 에지이다. 상기 치즐에지(26)는 상기 커팅포인트(11)의 중심부를 가로질러 상기 드릴(10)의 상기 외주(18)에 가까운 상기 리딩커팅립(leading cutting lip,28a)으로부터 트레일링커팅립(trailing cutting lip,28b)까지 연장되어 있어, 2개의 대칭드릴포인트절반들(34,36)을 한정한다. 드릴포인트절반(34,36) 각각은 제1릴리프면(a primary relief surface,30), 제2릴리프면(a secondary relief surface,32), 그리고 제3릴리프면(a third relief surface.38)를 구비한다. 상기 제1릴리프면(30)은 중앙의 치즐에지(26)로부터 반경의 바깥 방향으로, 상기 리딩커팅립(28)으로부터 상대적으로 더 가파르게 경사진 제2릴리프면(32)까지는 아래 방향으로 경사져 있다.

도1 내지 5를 참고하면, 상기 제1릴리프면(30)은 상기 마진(24)에 있는 외부 에지로부터 어느 정도까지 상기 치즐에지(26)방향으로 연장된 상기 립의 길이를 따라 상기 리딩커팅립(28a)과 만난다. 상기 제1릴리프면(30)은 상기 리딩커팅립(28a)으로부터는 뒤쪽으로, 상기 제2릴리프면(32)방향으로는 전체적으로 연장된다. 상기 제1릴리프면(30)은 전체적으로 볼록하게 굴곡된 파이 형태이다.

상기 제2릴리프면(32)은 상기 치즐에지(26)와, 상기 치즐에지로부터 어느 정도까지 상기 제1릴리프면(30)이 끝나는 외부 에지방향으로 연장된 상기 커팅립의 길이를 따라 상기 커팅립과 만나며, 상기 제2릴리프면(32)은 또한 상기 플루트(14)의 경사면과 만난다. 상기 제2릴리프면(32)은 상기 치즐에지(26)로부터는 아래방향으로, 그리고 상기 제1 릴리프면(30)으로부터는 후방으로, 그리고 상기 외주(18)를 향하여 반경의 바깥 방향으로 연장된다. 상기 제2릴리프면(32)은 상기 트위스트드릴(10)의 중심축(C)에 수직인 직선에 대하여 약 20도 내지 60도 각도로 경사져 있다. 바람직한 구현예에서는, 상기 제2릴리프면(32)은 약 30도 각도로 경사져 있다. 상기 제2릴리프면(32)은 또한 전체적으로 볼록하게 굴곡된 파이 형태이다.

상기 제3릴리프면(38)은 칩 컨트롤(chip control)과 상기 트위스트드릴로 제조 공정에 있는 제품의 표면에 드릴작업을 할 때 상기 커팅포인트(11)로부터 제거된 물질을 평가하는데 도움이 된다. 상기 제3릴리프면(38)은 상기 제2릴리프면(32)과 상기 플루트(14)의 경사면과 만나며 상기 S형태의 치즐에지(26)와 만난다. 상기 제3릴리프면(38)은 상기 S형태의 치즐에지(26)로부터 아래 방향으로 상기 플루트(14)의 경사면까지 연장되며 상기 제2릴리프면(32)보다 큰 각도로 경사져 있다. 상기 제3릴리프면(38)의 경사각은 상기 제2릴리프면(32)보다 더 크며, 상기 제2릴리프면(32)의 경사각은 상기 제1릴리프면(30)보다 더 크다. 도3에 도시된 것과 같이, 상기 제3릴리프면(38)은 중심축(C)에서부터 약 0도 내지 2도인 Θ2 각도로 경사져 있다. 상기 제3 릴리프면(38)은 또한 파이 형태이다. 상기 제3릴리프면(38)은 볼록 또는 오목할 수 있으며, 바람직한 구현예에서는 대체적으로 평면이다.

상기 드릴포인트는 본 기술분야에서 알려진 것처럼 그리고 도1 내지 3 그리고 도 6의 드릴비트(drill bit)에 도시되어있는 것처럼 냉각액 수로 구멍(40)을 포함한다.

본 발명과 일치하는 상기 트위스트드릴은 다양한 금속제거(밀링과 그라인딩)단계 그리고/또는 프레싱(pressing) 단계 그리고/또는 필요하다면 본 기술분야에서 잘 알려진 것처럼 열처리 단계를 이용하여 제작된다. 상기 S형태의 치즐에지의 제작에 관한 보다 상세한 기술을 원한다면, 여기에 참고문헌으로 언급된 미국특허 제 4,826,368호를 참조하면 된다.

다음의 예들은 예해를 위해 제공되는 것이지 발명을 한정하기 위해 제공되는 것이 아니다.

예1

세 가지의 상이한 드릴포인트 형상들에 대해, 구멍을 뚫기 위해 필요한 추력을 비교하는 테스트가 수행되었다. 테스트된 상기 드릴들의 형상들은 제3릴리프면를 구체화한 본 발명과 일치하는 것도 있었으며 상기 제3릴리프면를 구체화하지 않은 상업적으로 이용할 수 있는 드릴들 형상들의 표준과 일치하는 것도 있었다.

Markino A-55 수평파워드릴(horizontal power drill)을 이용하여 4140 스틸(steel)((200SFM(60.0MPM)@0.012IPR)(.304MMR))과 1018 스틸((290SFM(88.3MPM)@0.012IPR)(.304MMR))에 대해 상기 드릴 형상들을 테스트하였다. 홀더(holder)와 툴홀딩장치(toolholding device)는 Kennametal사로부터 상업적으로 이용할 수 있는 HSEM0709R1SSF075와 HSK63ATG100 콜릿척(collet chuck)이었다. 테스트된 인서트들은 KSEM1927MDM이었고 KSEM1927HMP는 Kennametal사로부터 상업적으로 이용할 수 있는 표준 인서트들이다.

표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명과 일치하도록 수정된 상기 인서트는 상술된 양 물질에서 보다 낮은 추력하에서 작동했다.

<표 1>

물질 1018/290 SFM @0.012 IPR
인서트	10 홀당 평균 측정된 추력
KSEM1927MDM	1037.51lbs
KSEM1927HPM	949.04lbs
본발명에 따라 수정된 KSEM1927MDM	815.46lbs(표준보다 22% 더 낮음)

<표 2>

물질 4140/200 SFM @0.012 IPR
인서트	10 홀당 평균 측정된 추력
KSEM1927MDM	948.54lbs
KSEM1927HPM	1065.80lbs
본발명에 따라 수정된 KSEM1927MDM	833.38lbs(표준 보다 13% 더 낮음)

여기에 언급된 문서들, 특허들, 그리고 특허출원서들은 참고문헌으로 포함되어있다.

본 발명이 어떤 특별한 구현예와 관련되어 특별하게 기술된다면, 이것은 예해를 위한 것이지 발명을 한정하기 위한 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며 첨부된 청구항들의 범위는 선행기술이 허용하는 한 넓게 해석되어야 한다.

도면들을 참고하면, 본 발명에 따른 트위스트드릴(10)이 도시되어 있다. 비록 본 발명이 편의상 금속 또는 초경합금(cemented carbide)으로 형성된 단단한 드트위스트드릴의 형태로 도시되어 있다 하더라도, 커팅포인트 형상은 또한, 금속 또는 초경합금 그리고 본 기술분야에서 널리 알려진 그 밖의 같은 물질들로 형성된, 제거될 수 있는 날붙이드릴(tipped drill)용 인서트(insert)에 형성될 수 있다.

Claims (32)

1. 커팅포인트와, 적어도 두 개의 직경방향으로 대향하는 플루트들을 포함하는 본체를 구비하는 드릴에 있어서,

   상기 본체는 외주, 웨브 및 랜드들을 포함하고, 상기 랜드들은 상기 웨브로부터 연장되며 상기 랜드들의 리딩에지들에 마진들을 가지고, 상기 플루트들은 상기 랜드사이에 위치하고,상기 커팅포인트는 리딩커팅립, 트레일링커팅립 및 상기 리팅커팅립과 상기 트레일링커팅립 사이에 연장되어 있고 두 개의 대칭의 드릴포인트 절반들을 한정하는 중앙의 치즐에지를 포함하며, 드릴포인트 절반 각각은 제1릴리프면, 제2릴리프면 및 제3릴리프면를 포함하며;

   상기 제1릴리프면은 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 본체의 상기 외주까지는 반경의 바깥 방향으로, 상기 리딩커팅립으로부터 상기 제2릴리프면까지는 아래 방향으로 경사져 있고;

   상기 제2릴리프면은 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 본체의 상기 외주까지는 반경의 바깥 방향으로, 상기 제1릴리프면으로부터 상기 플루트의 경사면까지는 아래 방향으로 경사져 있고;

   상기 제3릴리프면은 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 플루트의 상기 경사면까지는 반경의 바깥 방향으로, 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 제2릴리프면까지는 아래 방향을 경사져 있으며;

   상기 제3릴리프면은 상기 제2릴리프면보다 큰 각도로 경사져 있으며 상기제2릴리프면은 상기 제1릴리프면보다 큰 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 드릴.
2. 제 1항에 있어서, 상기 플루트들이 직경방향으로 대향하는 플루트랜드들과 접경하면서 30도의 나선각을 가지는 것을 특징으로 하는 드릴.
3. 제 1항에 있어서, 상기 본체가 전체적으로 실린더 형상인 것을 특징으로 하는 드릴.
4. 제 1항에 있어서, 상기 커팅포인트가 싱글앵글 커팅포인트를 가지는 것을 특징으로 하는 드릴.
5. 제 4항에 있어서, 상기 커팅포인트가 약 140도의 선단각을 가지는 것을 특징으로 하는 드릴.
6. 제 1항에 있어서, 상기 커팅립들의 상기 플루트랜드들의 외부 에지가 음의 반경방향의 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 드릴.
7. 제 1항에 있어서, 상기 치즐에지가 S형태의 에지인 것을 특징으로 하는 드릴.
8. 제 1항에 있어서, 상기 제1릴리프면이 볼록하게 굴곡된 파이 형태인 것을 특징으로 하는 드릴.
9. 제 1항에 있어서, 상기 제2릴리프면이 볼록하게 굴곡된 파이 형태인 것을 특징으로 하는 드릴.
10. 제 1항에 있어서, 상기 제2릴리프면이 상기 드릴의 중심축에 수직인 직선에 대하여 약 20도 내지 60도 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 드릴.
11. 제 10항에 있어서, 상기 제2릴리프면이 약 30도 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 드릴.
12. 제 1항에 있어서, 상기 제3릴리프면이 전체적으로 파이 형태인 것을 특징으로 하는 드릴.
13. 제 1항에 있어서, 상기 제3릴리프면이 상기 중심축으로부터 약 0도 내지 2도 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 드릴.
14. 제 1항에 있어서, 상기 제3릴리프면이 사실상 평면인 것을 특징으로 하는 드릴.
15. 제 1항에 있어서, 상기 제3릴리프면이 오목한 것을 특징으로 하는 드릴.
16. 제 1항에 있어서, 상기 제3릴리프면이 볼록한 것을 특징으로 하는 드릴.
17. 외주를 가지는 본체를 포함하는 드릴용 커팅포인트에 있어서,

    상기 커팅포인트는 리딩커팅립, 트레일링커팅립 및 상기 리딩커팅립과 상기 트레일링커팅립 사이에 연장되어 있고 두 개의 대칭의 드릴포인트의 절반들을 한정하는 중앙의 치즐에지를 포함하며, 드릴포인트 절반 각각은 제1릴리프면, 제2릴리프면 및 제3릴리프면를 포함하고;

    상기 제1릴리프면은 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 본체의 상기 외주까지는 반경의 바깥 방향으로, 상기 리딩커팅립으로부터 상기 제2릴리프면까지는 아래 방향으로 경사져 있고;

    상기 제2릴리프면은 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 본체의 상기 외주까지는 반경의 바깥 방향으로, 상기 제1릴리프면으로부터 상기 플루트의 경사면까지는 아래 방향으로 경사져 있고;

    상기 제3릴리프면은 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 플루트의 경사면까지는 반경의 바깥 방향으로, 상기 중앙의 치즐에지로부터 상기 제2릴리프면까지는 아래 방향을 경사져 있으며;

    상기 제3릴리프면은 상기 제2릴리프면보다 큰 각도로 경사져 있으며 상기 제2릴리프면은 상기 제1릴리프면보다 큰 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 드릴용 커팅포인트.
18. 제 17항에 있어서, 상기 플루트들이 직경방향으로 대향하는 플루트랜드들과 접경하면서 30도의 나선각을 가지는 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
19. 제 17항에 있어서, 상기 본체가 전체적으로 실린더 형상인 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
20. 제 17항에 있어서, 상기 커팅포인트가 싱글앵글 커팅포인트를 가지는 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
21. 제 20항에 있어서, 상기 커팅포인트가 약 140도의 선단각을 가지는 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
22. 제 17항에 있어서, 상기 커팅립들의 상기 플루트랜드들의 외부 에지가 음의 반경방향의 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
23. 제 17항에 있어서, 상기 치즐에지가 S형태의 에지인 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
24. 제 17항에 있어서, 상기 제1릴리프면은 볼록하게 굴곡된 파이 형태인 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
25. 제 17항에 있어서, 상기 제2릴리프면이 볼록하게 굴곡된 파이 형태인 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
26. 제 17항에 있어서, 상기 제2릴리프면이 상기 드릴의 중심축에 수직인 직선에 대하여 약 20도 내지 60도 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
27. 제 26항에 있어서, 상기 제2릴리프면이 약 30도 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
28. 제 17항에 있어서, 상기 제3릴리프면이 전체적으로 파이 형태인 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
29. 제 17항에 있어서, 상기 제3릴리프면이 상기 중심축으로부터 약 0도 내지 2도 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
30. 제 17항에 있어서, 상기 제3릴리프면이 사실상 평면인 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
31. 제 17항에 있어서, 상기 제3릴리프면이 오목한 것을 특징으로 하는 커팅포인트.
32. 제 17항에 있어서, 상기 제3릴리프면이 볼록한 것을 특징으로 하는 커팅포인트.