KR20040086960A - 개선된 칩플루트를 가진 인덱서블 드릴 - Google Patents

Abstract

절삭가공에서 사용되는 드릴본체에 있어서, 드릴링 시 토오크와 트러스트에 대항할 수 있으면서도 드릴본체에서의 플루트 형상을 넓게 하여 가공 시 배출되는 칩의 배출속도를 증가시켜 절삭저항을 줄일 수 있는 인덱서블 드릴이 개시된다.

본 발명에 의하면 자루부와, 칩 배출용 플루트가 형성되는 샹크부로 구성되는 인덱서블 드릴에 있어서, 샹크부의 중앙 하부에서의 플루트 단면적보다 중앙부에서의 플루트 단면적과 선단부에서의 플루트 단면적이 더 큰 드릴을 제공함으로서 본 발명의 목적을 달설 할 수 있다.

Description

개선된 칩플루트를 가진 인덱서블 드릴{ INDEXABLE DRILL WITH AN IMPROVED CHIP FLUTE }

본 발명은 구멍을 뚫는데 사용되는 인덱서블 드릴에 관한 것이다.

절삭가공은 주로 피삭재가 회전하는 선반절삭가공, 공구가 회전하는 밀링절삭가공으로 분류된다. 드릴절삭은 두 가지의 절삭이 모두 가능한 절삭으로 어떤경우의 절삭이든 연속적인 절삭칩이 배출된다는 점에서는 선삭절삭의 절삭원리에 가깝고, 드릴이 회전하여 파삭재를 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 내인인서트 중심부의 과도한 이송충격에 의한 파손문제, 좌 · 우인의 절삭 토오크 불균일에 의한 가공경 축소 혹은 확대의 문제, 깊은 구멍에서 칩막힘에 의한 홀더의 파손등 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 여러 가지 제품들이 개발되어 왔고 또한 이에 사용되는 인서트에 대하여도 많은 제품들이 개발 또는 출시되고 있다.

그런데, 드릴 가공에서 통상적인 샹크부와 자루부로 이루어지는 드릴 몸체가 가져야할 가장 중요한 요소중의 하나는 드릴 가공중 필연적으로 발생하는 토오크(Torque)와 트러스트(Thrust)에 대항하여 굽휨이 발생하지 않도록 하는 재질 및 형상에 있다.

상기와 같은 토오크와 트러스트를 발생시키는 중요한 변수는 절삭저항에 있으며 이 절삭 저항이 적을수록 토오크와 트러스트는 적어지게 된다. 따라서 토오크와 트러스트가 적어지게 되면 드릴의 사용수명은 길어지게 된다.

이러한 절삭저항에는 칩절삭 순간에 발생하는 절삭저항과 절삭된 칩의 배출과정에서 드릴 본체의 샹크부에 형성된 플루트(Flute)에 칩이 막힘에 의한 저항발생의 두 가지로 대별할 수 있는데, 칩의 플루트에 막힘에 의한 절삭저항을 해결하기 위하여는 칩의 막힘이 단위시간당 절삭되어 배출하는 칩의 속도보다 플루트를 통과하여 외부로 배출되는 칩의 배출속도가 느리기 때문에 발생하는 문제이므로 칩의 외부 배출 속도를 증가시키면 이러한 문제는 해결될 것이다.

상기와 같이 드릴 본체의 샹크부에 형성된 플루트를 통해 절삭칩을 외부로 배출하는 속도를 증가시키기 위해서는 상기 플루트를 넓게 형성시키는 것이 가장 중요한 요소가 될 수 있으나 샹크부에 칩 플루트를 넓게 형성하면 드릴 본체의 샹크부가 좁게 되어 드릴 본체가 드릴링에서 발생하는 토오크와 트러스트를 견딜 수 있는 강성이 약해지고 따라서 고속,고이송 절삭이 불가능해지고, 특히 구멍정밀도가 나빠지고 떨림이 발생하여 정상적인 드릴링 작업이 곤란하게 된다.

따라서 드릴링에서의 절삭저항을 줄이기 위해 임의로 드릴 본체의 플루트 폭을 넓게 할 수 없다는 문제점이 있어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 절삭가공에서 사용되는 드릴본체에 있어서 드릴링시 토오크와 트러스트에 대항할 수 있으면서도 드릴본체에서의 플루트 형상을 넓게 하여 가공시 배출되는 칩의 외부 배출 속도를 증가시켜 절삭 저항을 줄일 수 있다는 인덱서블 드릴을 제공함에 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 인덱서블 드릴의 사시도

도 3 및 도 6은 도 1 및 도 2의 a-a선 절단면을 나타내는 도면

도 4 및 도 7은 도 1 및 도 2의 b-b선 절단면을 나타내는 도면

도 5 및 도 8은 도 1 및 도 2의 c-c선 절단면을 나타내는 도면

도 9-1 내지 도 13-3은 본 발명의 다양한 변형 예를 나타내는 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 드릴본체 110 : 자루부

120 : 샹크부 130 : 플루트

140,150 : 오일홀

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

자루부와 칩배출용 플루트가 형성되는 샹크부로 구성되는 인덱서블 드릴에 있어서, 샹크부의 중앙하부에서의 플루트 단면적보다 중앙부에서의 플루트 단면적과 선단부에서의 플루트 단면적(Fa)이 더 큼을 특징으로 하는 인덱서블 드릴을 제공한다.

또한, 상기 단면적(Fa)은 상기 단면적(Fb)보다 더 크며 상기 단면적(Fa),(Fb) 및 (Fc)에 대응하는 샹크부의 단면적(Sa)(Sb) 및 (Sc)는 Sa와 Sb가 Sc보다 작게 형성된다.

여기서, 상기 단면적 Fa : Fb : Fc = 1.05 ~ 1.3 : 1.02 ~ 1.2 : 1의 비율로 함이 바람직하고, 상기 단면적 Sa : Sb : Sc = 0.7 ~ 0.95 : 0.8 ~ 0.98 : 1의 비율로 함이 바람직하다.

이하에서는 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 드릴본체(100)를 도시한 것으로서 자루부(110)와 샹크부(120)로 구성되며, 샹크부(120)에는 칩배출을 위한 플루트(130)가 형성되고 샹크부(120)의 선단에는 인서트(200)가 장착되는 인서트 안치홈(140)이 형성된다. 이러한 드릴 본체(100)는 사용하는 인서트(200)에 따라서 그 형상이 약간씩 다를 수 있다.

도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 주 내용으로서 도 3은 도 1 또는 도 2의 드릴본체(100) 샹크부(120)의 a-a선 단면도이고, 도 4는 b-b선 단면이며 도 5는 c-c선 단면을 나타낸 것이다.

도면들에서 Fa는 도 1 및 도 2의 a-a선 단면상에서의 플루트의 단면을, Fb는도 1 및 도 2의 b-b선 단면상에서의 플루트의 단면을, Fc는 도 1 및 도 2의 c-c선 단면상에서의 플루트 단면을 나타낸다, Sa는 도 1 및 도 2의 a-a선 단면상에서의 샹크부 단면을, Sb는 도 1 및 도 2의 b-b선 단면상에서의 샹크부 단면을, Sc는 도 1 및 도 2의 c-c선 단면상에서의 샹크부 단면을 나타낸다.

이들 도면들을 참고하여 보면, 본 발명에서는 종래 기술의 문제점들을 개선하기 위하여 드릴직경이 φD인 드릴본체(100)의 샹크부(120)에서 길이 L( c-c단면)에서 플루트(130)폭은 종래의 제품과 동일하게 하여 토오크나 굽휨강도의 저하가 발생하지 않게 하는 대신 샹크부(120) 선단부 지점에서는 플루트(130) 폭을 목부보다 넓게 하여 드릴링 깊이가 도 1 및 도 2의 1D(a-a단면)정도의 경우에는 칩의 배출 속도를 증가시켜 절삭저항을 감소시키고 드릴링 깊이가 1D와 전장 L의 중간지점 일때(b-b단면)도 플루트의 폭이 전장 L(c-c단면)에서보다 넓으므로 고이송가공이 가능하게 하여 생산성을 향상시키는 방안을 고려한다. 즉, 드릴본체(100)의 선단부 플루트(130) 폭을 넓게 하고 점점 감소시켜서 자루부(110)쪽의 목부에서는 종래의 제품과 동일한 폭을 가지게 하는 방법을 고려한다.

상기와 같이 드릴본체(100)의 선단부에서 플루트(130)의 폭을 넓게 하여도 강성에 문제가 안되는 이유는 목부에서 선단부 쪽으로 갈수록 토오크나 트러스터에서 중요한 변수인 길이가 짧아지므로 플루트(130) 폭이 넓고 샹크부(120)의 단면적이 좁아도 하부의 목부가 아닌 선단부나 중간지점(도 4 참조)에서는 굽힘이 발생하지 않기 때문이다.

또한, 가늘고 긴제품에서 길이와 단면적의 굽휨력에 대한 이론식에서 보면굽휨량은 길이의 3제곱에 비례하고 단면적의 제곱에 반비례하므로 목부에서의 길이 대비 선단부나 중간부는 길이가 짧으므로 플루트(130) 폭이 넓어져도 즉, 샹크부(120)의 단면적이 좁아져도 토오크에 견디는 힘은 목부보다 강하게 된다. 즉 단면적 Fa ,Fb가 단면적 Fc보다 작지만 토오크가 작용하는 길이가 Fc에서 길이(전장 L ) 보다 상대적으로 작으므로 a-a 단면이나 b-b단면에서는 굽휨이 발생하지 않는다는 것이다.

이들을 고려하면 Fa : Fb : Fc = 1.05 ~ 1.3 : 1.02 ~ 1.2 : 1, Sa : Sb : Sc = 0.7 ~ 0.95 : 0.8 ~ 0.98 : 1이 바람직하고 여기서 Fa + Sa = Fb + Sb = Fc + Sc = 100%가 됨을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 도 4에서 (L+1D)/2 깊이(도 1 및 도 2의 b-b선 단면 : 중앙부)에서의 플루트(130) 단면적 Fb는 도 5의 L 깊이 (도 1 및 도 2의 c-c선 단면 : 목부)에서의 플루트(130) 단면적 Fc보다 크고 (도 4 : 실선과 점선의 비교), 도 3에서의 1D 깊이(도 1 및 도 2의 a-a선 단면 : 선단부)에서의 플루트 단면적 Fa는 2D 깊이에서의 플루트 단면적 Fb보다 크게되므로 (도 3의 실선과 점선 비교), 반대로 샹크부(120)의 단면적에서는 L 깊이(도 1 및 도 2의 c-c선 단면)인 목부 단면적 Sc가 가장 크고 (L+1D)/2 깊이(도 1 및 도 2의 b-b선 단면)에서의 단면적 Sb는 Sc보다 작고 1D 깊이 (도 1 및 도 2의 a-a선 단면)에서의 단면적 Sa는 Sb보다 작게 된다. 결국 샹크부(120)의 중앙부, 선단부 및 목부의 단면적에서 Sb와 Sa가 Sc보다 최대 30%작지만 토오크와 트러스트가 작용할 때 샹크부(120)의 변형량은 거의 없게 되는데, 이는 Sb에서는 길이가 (L+1D)/2로 줄어들고 Sa에서는 길이가 1D로줄어들기 때문이다. 즉 플루트의 폭을 전장 L에서 인서트가 체결되어 있는 끝부분쪽으로 가면서 점차적으로 넓게하여 강성의 저하가 없이 칩배출을 개선하여 고속,고이송 작업이 가능하다.

따라서 본 발명에 의하면 전장 L이 3D의 깊이로 가공하는 경우 1D의 깊이에서는 플루트의 단면적이 넓으므로 상대적으로 종래의 제품 대비 칩배출이 용이하여 절삭저항이 적어서 고이송이 가능하며 2D의 깊이에서도 종래의 제품 대비 고이송 작업이 가능하다. 다만 3D의 깊이가 될 경우에는 종래의 제품과 동일한 이송이 가능하다. 실제로 드릴링작업의 사용현장에서 절삭조건은 절삭깊이가 대부분 전장 L 의 70%이하 깊이에서 사용하므로 본 발명의 형상을 적용한 제품들은 종래의 제품에 비해서 고이송작업이 가능함을 알수 있다.

또한, 본 발명기술은 오일홀(140)이 드릴 샹크부의 중심부에 있는 경우에만 적용하는 것이 아니라 오일홀(150)이 샹크부를 따라서 두개로 구성되어 있는 경우에도 동일하게 적용할수 있음을 알수 있다(도 6,도7,도8) 도 9-1 내지 도 13-3은 본 발명의 또 다른 실시 예를 보여주기 위한것으로서, 플루트(130)의 다양한 현상에 대하여 모두 본 발명을 적용할 수 있음을 나타낸 것이다.그림에는 없지만 각각의 형상에서 오일홀(150)이 두개인 경우에도 적용이 가능함을 알수 있다.

즉, 단면 c-c에서의 모든 플루트 형상을 종래의 것을 나타낸 것이고 단면 b-b 및 단면 a-a에서는 본 발명을 적용한 것으로서 플루트 폭이 넓어지게 형성되어 있으므로 궁극적으로 강성의 변화 없이 도 1 및 도 2의 1D, (L+1D)/2 깊이 가공에서 칩배출을 용이하게 하여 고이송 제작이 가능하게 된다. 이와 같이 본 발명은플루트의 깊이가 긴 드릴 즉, 10D, 7D 또는 5D 등의 제품에도 동일한 원리를 적용하여 인덱서블 드릴을 제작할 수 있다.

또한, 플루트의 형상이 도 1 및 도 2 와 같이 일정한 각도의 헬릭스형상을 가진 경우뿐만 아니라 직선형상으로 형성된 경우에도 공히 적용할수 있음을 알수 있다.

상기의 도 1 및 도 2에서 단면 c-c,단면 b-b,단면 a-a 부의 플루트 단면적이 전장 L(단면 c-c)에서는 종래와 유사하고 드릴 끝부분(인써트 체결부)으로 가면서 점차적으로 플루트의 폭을 넓게하여 드릴링깊이가 얕은 가공조건에서는 플루트폭이 넓은장점으로 칩배출이 용이하게하는 효과있다.드릴가공에서 칩배출은 매우 중요한 변수로서 칩배출을 좋게하기 위해서는 플루트의 폭을 넓게하는 것이 가장 좋은 방안이나 드릴에서 칩플루트 폭을 무조건 넓게 할수 없는 이유는 목부(전장 L 부)에서 드릴링중 휘어지는 문제가 발생하기 때문이다. 본 발명에서는 목부에서는 플루트폭이 종래와 동일하게 하고 점차 넓게하는 기술을 적용하므로 드릴링시 휘어지는 문제가 없이 플루트폭을 넓게하는 효과로 종래의 제품들에 비하여 고속,고이송작업이 가능한 드릴을 제공한다. 본발명의 방안은 오일홀(140)이 샹크의 중심부에 관통되는 형상이나 오일홀(150)이 샹크를 따라서 관통되어 있는(호일홀 2개이상)형상 등 플루트가 있는 제품들에 다양하게 적용할수 있는 효과가 있다.

또한 토오크에 대응하는 강성의 저하가 없으므로 구멍의 정밀도가 우수한 장점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. 자루부(110)와, 칩배출용 플루트(130)가 형성되는 샹크부(120)로 구성되는 인덱서블 드릴에 있어서, 샹크부(120)의 중앙하부에서의 플루트(130) 단면적(Fc)보다 중앙부에서의 플루트(130) 단면적(Fb)과 선단부에서의 플루트(130) 단면적(Fa)이 더 큼을 특징으로 하는 인덱서블 드릴.
2. 제 1항에 있어서, 상기 단면적(Fa)은 상기 단면적(Fb)보다 큼을 특징으로 하는 인덱서블 드릴.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 단면적(Fa),(Fb) 및 (Fc)에 대응하는 샹크부(120)의 단면적(Sa), (Sb) 및 (Sc)는 Sa와 Sb가 Sc보다 작음을 특징으로 하는 인덱서블 드릴.
4. 제 3항에 있어서, 상기 단면적 Fa : Fb : Fa = 1.05 ~ 1.3 : 1.02 ~ 1.2 : 1의 비율임을 특징으로 하는 인덱서블 드릴.
5. 제 3항에 있어서, 상기 단면적 Sa : Sb : Sc = 0.7 ~ 0.95 : 0.8 ~ 0.98 : 1의 비율임을 특징으로 하는 인덱서블 드릴.
6. 제 1항에 있어서, 상기 샹크부 중심부에 오일홀이 1개 관통되어 있는 인덱스블 드릴
7. 제 1항에 있어서, 상기 샹크부 플루트를 따라서 오일홀이 2개 관통되어 있는 인덱스블 드릴
8. 제 1항에 있어서, 상기 샹크부의 플루트 형상이 일정한 각도를 가진 헬릭스형으로 구성되어 있는 인덱스블 드릴
9. 제 1항에 있어서, 상기 샹크부의 플루트 형상이 직선형상으로 구성되어 있는 인덱스블 드릴.