KR200436345Y1 - 진동 및 소음의 감쇄와 내구성을 향상시킨 개량형 절삭공구인서트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 대형 선반 가공에 사용되는 교체식 절삭공구인 인서트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 칩핑(Chipping) 현상을 방지하고, 인서트에 발생되는 소음 및 진동을 감쇄시켜 전체적인 장비의 성능과 내구성을 높일 수 있는 개량형 절삭공구 인서트에 관한 것으로 절삭공구 본체 홀더(6)와 고정부재(9)에 의해 결합하기 위하여, 인서트의 일 측면으로부터 인접하는 레버 홀의 중심점까지의 거리와 레버 홀 간의 간격 및 다시 다른 레버 홀의 중심점으로부터 인접하는 타 측면까지의 거리가 1:2:1의 비율의 간격을 가지면서 형성된 2개의 레버 홀(4)과, 피삭재물(8)을 절삭하는 절삭면(3)을 포함하는 칩 브레이커가 단측면에 비해 길이가 26.3% 연장되어 장 측면을 횡단하는 길이의 칩 브레이커(5)로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

헤비 듀티 인서트(Heavy duty Insert), 인서트 팁(Insert Tip), 레버 홀(Lever-Hole), 칩 브레이커(Chip-Breaker), 피드(Feed) 한계값, 칩핑(Chipping), 소음 및 진동 감소, 내구성 및 생산성 향상.

Description

진동 및 소음의 감쇄와 내구성을 향상시킨 개량형 절삭공구 인서트{Advanced heavy duty Insert which improve the durability and decrease of vibration, noise}

도 1 은 본 고안에 의한 인서트의 구조를 도시한 사시도.

도 2 는 본 고안에 의한 인서트의 A - A 단면부를 도시한 요부 단면도.

도 3 은 본 고안에 의한 인서트의 B - B 단면부를 도시한 요부 단면도.

도 4 는 본 고안에 의한 인서트가 장착된 실시 예를 보인 사용상태 사시도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1. 인서트 3. 절삭면 4. 레버 홀

5. 칩 브레이커 6. 홀더 7. 칩

8. 피삭재물 9. 고정부재

본 고안은 절삭공구에 삽입되는 인서트에 관한 것으로, 피삭재 1회전당 절삭 깊이 피드율(mm/rev)이 기존 인서트에 비해 뛰어나며, 레버 홀 간격과 칩 브레이커의 폭을 개선하여 인서트의 떨림현상이나 칩핑 현상의 발생을 억제하며, 절삭장비 의 내구성을 향상시킨 개량형 인서트에 관한 것이다.

본 고안에서 사용되는 피드율(Feed rate) 또는 피드값의 의미는 피삭재물에서 깎인 표면(Chip)의 두께이며, 인서트는 이와 같은 피삭재물을 자르거나 깎기 위한 칼날이 마련되는 교체형 절삭공구라고 할 수 있다.

절삭은 피삭재물의 깍이는 깊이인 칩을 두껍게 깍기 위하여 인서트의 절삭면을 포함하는 전범위에 걸쳐 많은 부하가 걸리게 되며, 피삭재가 합금강인 경우 처럼 경도가 높다면 두껍게 깎을수록 진동과 충격, 소음 및 열과 함께 칩 처리 등의 문제가 고려되어야 하는 것이다.

일반적으로 절삭공구라고 하는 것은 절삭가공을 하는 범용 또는 전용 공작기계에서 금속을 자르거나 깎는 데 사용되는 공구로서, 그 대표적인 예로는 선반, 밀링 등의 공작기계에 널리 사용되는 절삭 바이트가 있다.

이와 같은 인서트는 절삭공구의 형태나 구조 및 피삭재물의 가공형태 규모 등을 고려하여 다양한 형태의 구조를 가지며, 상기 인서트를 고정하기 위한 홀더의 구조 또한 다양한 실시 구조가 제공되고 있는 실정이다.

그러나, 이와 같은 인서트는 일반적으로 절삭공구에 마련된 홀더에 고정하여 사용하기 위하여 별도의 레버 홀을 가지며 상기 레버 홀을 관통하는 고정볼트나 스크루에 의해 홀더에 장착되는 구조를 가지는 것이다.

또한, 이와 같은 레버 홀은 단수 또는 복수 개가 마련될 수 있으나, 각 레버 홀 간의 간격이나 인서트 내에서의 레버 홀의 배치는 인서트 전체에 균등한 충격이 가해진다는 가정으로 정립된 위치로 이론상으로는 문제가 없는 것처럼 보이는 것이 다.

그러나 대형 선반가공에 있어 사용되는 교체식 절삭공구인 헤비 듀티 인서트(Heavy Duty Insert)의 경우, 특성상 절삭 가공 시에 가해지는 충격은 인서트 전체가 아닌 인서트 코너 부위에 집중되는 것으로 생산성 향상을 위해 피드값(피드율)이 0.8mm 공정을 위한 인서트에서 그 이상으로 피드값을 높일 경우, 인서트의 코너부위에 집중되는 가공시의 충격을 제압하지 못하여 인서트 자체의 떨림현상이 발생하게 되고 이와 같은 인서트의 떨림현상은 다시금 칩핑(Chipping) 현상으로 이어져 생산성 향상의 저해 요인이 됨은 물론 소음 및 진동으로 인한 전체 장비의 성능과 수명에도 지장을 초래하는 문제가 있는 것이다.

또한, 종래의 대형 선반가공에 있어 사용되는 교체식 절삭공구인 헤비 듀티 인서트(Heavy Duty Insert)의 경우, 인서트의 절삭면을 가지는 칩 브레이커(Chip-Breaker)의 폭은 가로 폭과 세로 폭이 동일하게 제작되어 있는 구조이나, 이와 같은 구조는 피드값을 향상시킬 수 없으며, 만일 피드값을 높이는 경우 피삭재물에서 발생되는 칩이 코일형태로 말려 올라가는 형상을 갖게되어 인서트 표면에 마찰을 일으키게되고 이는 다시금 칩핑 현상과 마찰에 의한 표면 열 발생에 따른 열변형과 공구의 진동 등으로 전체적인 장비의 수명을 단축하고 생산력을 향상시키기 어려운 문제가 있는 것이다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 기존 방식에서는 인서트를 고정시킨 상태에서 피삭재를 회전시켜, 피삭재 1회전당 절삭깊 이가 0.8mm의 피드값을 갖는 인서트가 마련되어 있다고 가정하면, 이와 같은 절삭깊이를 1.2mm로 연장시킬 경우 8cm의 절삭깊이를 가공하는데에 소요되는 피삭재의 회전수가 기존의 100회에서 67회로 현저하게 낮출 수 있고 이는 피삭재를 회전시키기 위한 소비전력과 단위시간당 작업량을 향상시킬 수 있고, 동일 작업시에는 기존 인서트에 비해 진동과 소음을 감소시키고 내구성이 향상될 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 진동 및 소음의 감쇄와 내구성을 향상시킨 개량형 절삭공구 인서트를 첨부된 도면을 참고하여 그 구조와 실시 예를 상세 기술하면 다음과 같다.

이하, 본 고안에 기재된 레버 홀 간격이란, 인서트에 형성된 두 개의 레버 홀의 중심점 간의 거리를 의미한다.

도 1 은 본 고안에 의한 인서트의 구조를 도시한 사시도로서 본 고안에 의한 인서트(1)는 종래의 인서트에 구비되는 레버 홀과는 상이한 배열 또는 배치 구조를 가지는 것으로, 인서트 전체의 무게 중심을 고려하여 레버 홀을 가공하는 방식으로 이루어지는 종래 레버 홀의 배치 간격은 단수 홀인 경우 인서트의 중심에 배치되며, 레버 홀이 두 개인 경우, 상기 양 레버 홀 간의 간격은 인서트 전체에 균등한 충격이 가해지는 경우에 균등하게 작용할 수 있는 위치나, 또는 레버 홀이 타공된 길이 방향으로 3등분할점이 위치하는 곳을 중심점으로 하여 레버 홀이 형성되므로 레버 홀 간의 간격은 각 레버 홀로부터 인접하는 외주면까지의 거리에 비례하도록 구성되는 것이 일반적이었다.

그러나 이와 같은 2개의 레버 홀을 이용하는 인서트의 레버 홀 간의 간격의 문제는 실제 인서트에 의한 피삭재물의 가공시에 인서트 및 이와 연계되어 동작하는 홀더에 직접적으로 영향을 끼치게 되어 부적절한 위치에 레버 홀이 형성되어 홀더와 체결되는 경우, 인서트의 절삭 작업 능률을 저해하고 결합부위에 소음과 진동을 발생시켜 절삭 공구 전체의 내구성에 중대한 영향을 미치게 되는 상호관계를 형성하고 있는 것이다.

또한, 실제 인서트(1)에 의한 피삭재물(8)의 가공시에 발생하는 충격은 인서트 전체에 영향을 미치지 아니하고 인서트의 절삭면(3)과 피삭재물(8)이 마찰되는 부위에서 발생하여 인서트 코너 부위에 해당하는 인서트 팁에 집중하게 되는 것이다.

따라서 기존의 방식을 사용하는 경우에서는 피드 값을 일정치 이상 높이게 되면, 인서트의 마찰 강도가 높아지게 되고 이는 레버 홀에 전달되어 레버 홀에서 견딜 수 있는 한계 값을 초과하게 되면 진동과 소음을 발생시키고 정밀한 절삭작업이 어려워지는 문제가 발생하게 되는 것이다.

그러나 동일한 강도와 재질을 가지는 동일 사이즈의 인서트에 있어서, 실시 예로 인서트의 일면 길이를 50mm로 가정시 인서트의 일 측면에서 인접하는 레버 홀의 중심점까지의 거리를 각 15mm로 하고, 레버 홀 간의 간격을 20mm로 하는 3:4:3의 비율로 이루어지는 기존 인서트에 대하여 인서트의 코너에 집중되는 충격량을 고려하여 본 고안은 이를 1:2::1의 비율로 이루어지는 인서트를 제공하는 것을 그 특징으로 하는 것이다.

이와 같은 레버 홀(4)의 간격을 기존에 비해 확장하는 것은 2개의 레버 홀(4)을 가지는 인서트(1)에 있어서 작업 강도를 최대한 높일 수 있게 충격이 집중되는 인서트 코너 부위에 레버 홀을 최대한 근접시키는 것으로, 레버 홀(4)은 인서트(1)와 홀더(6)를 고정부재(9)로 체결시 체결력이 가장 높은 부위이므로 이를 절삭 충격이 집중되는 경사진 절삭면(3)이나 인서트 팁으로 명명된 인서트 코너 부위에 근접시킴으로써 피삭재물(8)의 절삭에 따른 절삭충격에 대한 진동을 감소시키게 되는 특징이 있는 것이다.

그러나 이와 같은 레버 홀의 간격은 무제한 인서트 코너 부위에 근접시키는 것이 가능한 것이 아니며, 레버 홀 간격이 지나치게 넓어지는 경우 인서트의 형상 균형이 깨져 인서트의 강성자체가 저하되는 문제가 발생하므로 상기 실시 예로 제시된 50mm의 인서트인 경우, 본 고안에 의한 레버 홀 간격은 25mm이하를 가지는 것이 바람직하며 최적의 실시 예로 24.6mm인 것을 특징으로 하는 것이다.

도 2 및 도 3 은 본 고안에 의한 인서트의 장 측면과 단 측면에 형성되는 칩 브레이커(5)에 대한 단면도로써, 장 측에 형성되는 칩 브레이커(5)는 피삭재물(8)에 대한 실질적인 절삭면(3)이며, 종래의 인서트(1)는 장 측면과 단 측면에 칩 브레이커(5)가 동일한 길이로 형성되어 있으나, 본 고안에 의한 인서트는 장 측면에 형성된 칩 브레이커(5)의 길이를 단 측면에 형성된 칩 브레이커(5')의 길이에 비해 26.3% 연장하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이는 기존 칩 브레이커(5)를 가지는 인서트에 의하여 0.8mm/rev의 피드 값에 서 이를 1.2mm/rev의 피드 값으로 높여 작업할 경우, 피삭재물(8)에서 발생되는 칩(7)이 코일 모양으로 말리면서 인서트(1)의 표면에 마찰이 발생하며, 칩핑(Chipping) 현상에 의한 열 변형으로 절삭 공구의 수명 단축과 생산력 향상에 한계를 가지는 문제가 있는 것을 극복하기 위하여 상기와 같이 칩 브레이커(5)의 길이를 26.3% 연장시키는 경우, 칩(7)이 말리지 않게 되며, 레버 홀(4)로부터 실질적인 절삭면(3)으로 작용하는 장 측 칩 브레이커(5)를 단 측 칩 브레이커(5')에 비해 원거리에 위치시킴으로써, 레버 홀(4)에 예기치 않은 마찰이나 발생 칩에 의한 고정부재(9)의 풀림으로부터 위험성을 방지할 수 있도록 형성되는 것이다.

최선의 실시 예로 장측면의 전체 길이가 50±0.13mm이고 단측면의 전체 길이가 25.4±0.13mm로 이루어지는 인서트의 경우, 단 측면을 횡단하여 형성되는 칩 브레이커(5')의 길이는 6.7mm이며, 이때 장 측면을 횡단하여 형성되는 칩 브레이커(5)의 길이는 기존 6.7mm에서 26.3%가 연장된 7.4mm를 가지게 되는 것이다.

도 4 는 본 고안에 의한 인서트가 장착된 실시 예를 보인 사용상태 사시도로서 피삭재물(8)이 회전하면서 홀더(6)에 장착된 인서트(1)에 의해 절삭이 이루어지면서 팁(7)이 발생하는 것을 도시한 것이다

본 고안은 절삭작업을 수행하는 데에 있어 피삭재물(8)이 회전하는 경우 외에 피삭재물(8)은 고정되고 홀더(6)가 구비된 절삭공구 자체가 회전하면서 절삭작업이 수행되는 형태로 마련되는 장비에서도 자유로이 응용가능한 특징이 있는 것이다.

본 고안은 인서트의 일 측면으로부터 인접하는 레버 홀의 중심점까지의 거리와 레버 홀 간의 간격 및 다시 다른 레버 홀의 중심점으로부터 인접하는 타 측면까지의 거리 비율을 3:4:3에서 1:2:1의 비율로 구성함으로써, 기존 대비 공구 수명이 30%이상 향상되도록 하는 효과를 제공하는 것이다.

이는 절삭 충격이 집중되는 인서트 코너 부위에 인서트와 홀더의 체결력을 강화시켜 기존 인서트에 비해 동일 규격과 재질에서 허용 피드 값을 향상시키게 됨으로써 작업 효율이 극대화되어 인건비 절감과 작업시간의 단축 및 소모품 교환 주기를 연장하는 효과를 제공하는 것이다.

또한 본 고안은 실질적인 절삭면(3)으로 피삭재물(8)을 절삭하는 장 측면 칩 브레이커(5)의 길이를 단 측면 칩 브레이커(5')의 길이보다 26.3% 연장함으로써 피드 한계 값이 0.8mm/rev인 인서트를 한계 값이 1.2mm/rev까지 확장시킬 수 있어 생산성이 50%이상 향상되는 효과가 있는 것이다.

이는 작업 깊이가 8cm인 피삭재물(8)의 절삭작업시에 본 고안에 의한 인서트는 피드 값을 1.2mm/rev로 하는 절삭가공이 용이하여 기존 100회의 피삭재물(8) 회전에 의해 달성되는 공정을 67회의 회전만으로 가능케 할 수 있으며, 동일한 피드 값으로 작업시에 절삭공구에 부하를 감소시켜 소모품의 수명을 연장시키게 되는 효과를 배가하게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 고안은 기재된 구체적인 예에 대하여서만 상세히 기술하였지만 본 고안의 기술사상범위 내에서 다양한 변형 및 수정 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 실용신안등록청구범위에 속 함은 당연한 것이라 할 것이다.

Claims (3)

1. 대형 선반 가공에 있어 사용되는 인서트에 있어서;

   절삭공구 본체 홀더(6)와 고정부재(9)에 의해 결합하기 위하여, 인서트의 일 측면으로부터 인접하는 레버 홀의 중심점까지의 거리와 레버 홀 간의 간격 및 다시 다른 레버 홀의 중심점으로부터 인접하는 타 측면까지의 거리가 1:2:1의 비율의 간격을 가지면서 형성된 2개의 레버 홀(4)과;

   피삭재물(8)을 절삭하는 절삭면(3)을 포함하는 칩 브레이커가 단측면에 비해 길이가 26.3% 연장되어 장 측면을 횡단하는 길이의 칩 브레이커(5)로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동 및 소음의 감쇄와 내구성을 향상시킨 개량형 절삭공구 인서트.
2. 청구항 1에 있어서;

   장측 50±0.13mm와 단측 25.4±0.13mm의 길이를 가지는 인서트에 적용시,

   상기 레버 홀(4)은 절삭공구 본체 홀더(6)와 고정부재(9)에 의해 결합하기 위하여 24.6mm의 간격을 가지면서 형성된 2개의 레버 홀(4)을 구비한 것을 특징으로 하는 진동 및 소음의 감쇄와 내구성을 향상시킨 개량형 절삭공구 인서트.
3. 청구항 1에 있어서;

   장측 50±0.13mm와 단측 25.4±0.13mm의 길이를 가지는 인서트에 적용시,

   상기 칩 브레이커(5)는 장 측면을 횡단하는 경사진 절삭면(3)을 포함하는 7.4mm 길이의 칩 브레이커(5)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동 및 소음의 감쇄와 내구성을 향상시킨 개량형 절삭공구 인서트.

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