KR20050009218A - 심공 드릴용 지지 패드 - Google Patents

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안나놀리라이모
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Abstract

심공 드릴 헤드용 지지패드는, 바닥 지지면, 1 이상의 측면, 및 상부면을 가진 기본체를 포함한다. 상부면은 마모면으로서의 역할을 하도록 배열되고 티타늄을 함유하지 않은 내마모성 코팅으로 형성되는 반면, 지지 패드의 나머지 면은 티타늄 함유 내마모성 코팅으로 형성된다.

Description

심공 드릴용 지지 패드{SUPPORT PAD FOR LONG HOLE DRILL}
본 발명은, 특히 STS (Single Tube System) 시스템과 Ejector시스템에바탕을 둔 드릴링 공구용으로 개선된 특성을 가진 금속 기계가공을 위한 심공(long hole) 드릴용 지지 패드에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 지지 패드를 갖춘 공구 헤드 뿐만 아니라 이 지지 패드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
금속 드릴링은 일반적으로 2 가지 유형, 즉 심공 드릴링과 단공 (short hole) 드릴링으로 분류된다. 단공 드릴링은, 일반적으로 드릴 직경의 최고 3 ~ 5 배까지의 깊이로 드릴링하는 것을 의미한다.
단공 드릴링에서는, 요구조건이 많지 않아서, 솔리드 초경합금이나 솔리드 공구강 또는 초경합금 인서트가 장착된 공구강으로 형성된 단순한 나선형 드릴을 사용할 수 있다.
하지만, 심공 드릴링에서는, 양호한 칩 형성, 윤활, 냉각 및 칩 이송에 대한 많은 요건을 충족해야 한다. 이는, 드릴 로드에 체결된 특별히 구성된 드릴링 헤드를 갖춘 특별히 개량된 드릴 시스템을 통하여 달성되고, 전술한 요건을 충족시킨다. 드릴 헤드는, 솔리드 초경합금일 수 있지만, 일반적으로 필요한 절삭날을 함께 형성하도록 배치된 초경 합금으로 된 다수의 절삭 인서트가 장착된 공구강일 수 있다. 헤드의 중앙에는 내마모성의 정도가 약한 인서트가 일반적으로 사용되고, 주변부에는 보다 내마모성이 큰 인서트가 사용된다. 절삭 인서트는 납땜되거나 기계적으로 고정된다. 일반적으로, 절삭 인서트는 작은 직경의 드릴에서 납땜되고 더 큰 직경의 드릴에서는 기계적으로 고정된다. 추가로, 헤드에는 지지 패드가 제공된다.
절삭 인서트와 지지 패드는, 용도에 따라서, 다양한 함량의 WC 와 Co 및입방 탄화물 (TiC, TaC, NbC) 을 함유하는 초경합금으로 제조된다. 절삭 인서트 뿐만 아니라 지지 패드는 1 이상의 내마모성 층으로 추가로 피복된다. 일반적으로, 지지 패드는 TiN 의 노란색의 층으로 피복된다. 전술한 바와 같은 기하학적 형상으로 된 지지 패드와 인서트를 가진 심공 드릴 헤드는 미국특허 제 6,682,275 호에 개시되어 있다.
본 발명의 제 1 목적은, 특히 티타늄계 가공물을 드릴링할 때, 가용 수명과 강도가 실질적으로 증가하게 되는, 지지 패드와 이 지지 패드와 결합된 심공 드릴 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은, 내열재, 티타늄계 재료, 및 주철을 기계가공할 시 뿐만 아니라 니켈계 합금을 기계가공에도 적합한 개선된 특성을 가진 심공 드릴 헤드와 개선된 지지 패드를 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 지지 패드를 구비한 종래의 심공 드릴의 정면도,
도 2 는 도 1 에 따른 심공 드릴의 하부에서 비스듬히 본 사시도,
도 3 은 본 발명에 따른 지지 패드의 사시도,
도 4 는 종래의 지지 패드의 단면도, 및
도 5 는 본 발명에 다른 지지 패드의 도 4 와 유사한 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 도면부호의 설명*
1 : 드릴 3 : 연결부
7 : 절삭 인서트 9, 10 : 지지 패드
11, 12 : 챔퍼 13, 14 : 냉각 채널
20 : 기본체 28 : 언더 코팅
30 : 코팅 (티타늄을 함유하지 않은 코팅)
32 : 코팅 (티타늄 함유 코팅) 34 : 상부 마모면
본 발명의 목적은 심공 드릴 헤드용 지지 패드에 의해 실현된다. 지지 패드는, 바닥 지지면, 상부 마모면, 및 지지면과 마모면 사이에 배치된 주변면을 포함한다. 지지면과 주변면은 티타늄 함유 내마모성 코팅으로 형성된다. 마모면은 티타늄을 함유하지 않은 내마모성 코팅으로 형성된다.
본 발명의 다른 태양은 심공 드릴 헤드용 지지 패드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 지지 패드는, 바닥 지지면, 상부 마모면, 및 지지면과 마모면 사이에 배치된 주변면을 포함한다. 상기 방법은,
A) 티타늄을 함유하지 않은 내마모성 코팅을 기재의 전체 주변에 형성하는 단계,
B) 티타늄을 함유하지 않은 코팅 주변 전체에 티타늄 함유 내마모성 코팅을 형성하는 단계, 및
C) 티타늄 함유 코팅의 상부를 제거하는 단계를 포함하고,
바닥 지지면과 주변면은 티타늄 함유 코팅으로 형성되고, 상부 마모면은 티타늄을 포함하지 않은 코팅으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양은 전술한 유형의 1 이상의 지지 패드를 지지하는 심공 드릴 헤드를 제공하는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명할 것이다.
본 발명은 도 1 에 도시된 심공 드릴 (1) 에 관한 것이다. 본 발명에 따른 심공 드릴은, 드릴 헤드 본체와, 종래의 외부 나사산이 형성된 일체형 연결부 (3) 를 포함한다. 연결부 (3) 는, 일반적으로 상기 외부 나사산을 통하여, 드릴 튜브 (도시되지 않음) 에 연결되고, 이 드릴 튜브는 적절한 지지 장치에 지지된다. 드릴 헤드 (1) 에는 일반적으로 절삭 인서트 (7) 가 제공되어 있다.
드릴 헤드 본체 (1) 에는 포켓이 추가로 형성되고, 이 포켓내에 각각의 지지 패드 (9, 10) 가 장착되며, 도시된 실시형태에 있어서 각각의 지지 패드는 인덱서블 절삭 인서트의 원리와 유사한 교환가능한 유닛을 포함한다. 즉, 지지 패드를 180°만큼 회전시킴으로써, 어떠한 포켓내에서도 지지 패드를 사용할 수 있다. 지지 패드 (9, 10) 는 연결부 (3) 쪽으로 향하는 그 일단부에 챔퍼 (11,12) 가 형성되어 있다. 이와 관련하여, 챔퍼 (11, 12) 는, 이 챔퍼 (11, 12) 와 챔퍼 (11, 12) 가 접촉하는 드릴 헤드 (1) 의 일부 사이에 높이차가 없이, 드릴 헤드 본체 (1) 와 접촉하도록 형성되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 심공 드릴의 드릴 헤드 본체 (1) 에는, 제 1 외부 냉각 채널 (13) 과 제 2 외부 냉각 채널 (14) 이 형성되어 있다. 이러한 채널은 윤활성 및 냉각성을 둘 다 개선시킨다. 상기 냉각 채널 (13, 14) 은, 드릴의 축방향으로 형성되어 있고, 심공 드릴의 축방향과 평행한 것이 바람직하다. 도시된 실시형태에 있어서, 냉각 채널 (13, 14) 은 드릴 헤드 본체 (1) 내에 오목한 리세스로서 형성되고, 이 냉각 채널은, 단면도에서 볼 때, 어느 정도 곡률을 가진 약간 둥근 바닥부를 구비한다.
일반적으로, 드릴 헤드 본체 (1) 에는 내측 중앙 채널 (16) 이 형성되어 있고, 형성된 대부분의 칩은 이 채널을 통하여 배출된다.
도 4 를 참조하면, 바람직한 지지 패드는 기본체 (20) 로 구성된 기재 주변전체를 언더 코팅 (28) 으로 피복하여 제조된다. 기본체 (20) 는, 용도에 따라서, 선택된 함량의 WC 와 Co 및 입방 탄화물 (TiC, TaC, NbC) 을 함유한 초경합금을 포함한다. 언더 코팅 (28) 은 2 ~ 4 ㎛ 두께의 TiC 또는 TiCN 의 티타늄 함유 코팅이다. 기본체 (20) 로 구성된 기재와 언더 코팅 (28) 의 주변 전체에는, Al2O3를 포함하는 티타늄을 함유하지 않은 코팅 (30) 이고 2 ~ 5 ㎛, 가장 바람직하게는 3 ~ 5 ㎛ 의 두께로 형성된다. 그 후, 기본체 (20) 로 구성된 기재와 코팅 (28, 30) 의 주변 전체에는, TiN 로 구성된 티타늄 함유 코팅 (32) 이 0.5 ~ 2 ㎛ 두께로 피복된다. 이 코팅은 종래의 CVD 또는 PVD 증착법으로 증착된다. 도 4 에 도시된 지지 패드는 전술한 바와 같이 제조되고 상업적으로 이용되고 있다.
하지만, 도 4 에 도시된 지지패드는 패드 형성 방법에서 중간 부재 (9a) 가 된다. 즉, 본 발명에 따라서, 티타늄 함유 코팅 (32) 의 상부는, 예를 들어 블라스팅 (blasting) 또는 기계가공으로 제거되고, 이로 인하여 도 5 에 도시된 바와 같이 티타늄을 함유하지 않은 코팅 (30) 의 상부가 노출된다. 따라서, 지지 패드의 상부 마모면 (34) 은, 티타늄을 함유하지 않은 코팅 (24) 에 의해 규정되며, 도면에서 과장되게 도시된 티타늄 함유 코팅 (32) 의 매우 얇은 부분 (32a) 에 의해 둘러싸이게 된다.
상기 패드 구조물은 어떠한 재료에 심공을 뚫기 위한 드릴에 사용될 수 있지만, 특히 티타늄계 가공물을 기계가공할 때 개선된 패드 수명이 나타난다. 즉, 마모면, 즉 가공물과 접촉하는 면으로부터 티타늄 함유 코팅을 제거함으로써, 가공물의 티타늄이 지지 패드의 지지면에 나쁜 영향을 줄 위험없이 티타늄계 가공물내에 심공을 뚫을 수 있다. 즉, 티타늄은 그 특성상 티타늄과 결합하려는 경향을 가지고 있다. 따라서, 지지 패드가 티타늄 함유 코팅을 가진 드릴을 사용하여 심공을 뚫을 때, 가공물의 티타늄과 마모면의 티타늄이 결합하게 된다. 일반적인 마멸 마모 이외에도, 상기 "화학적" 마모는 지지 패드의 수명을 더 단축시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은, 티타늄 함유 코팅의 상부를 제거하는 단계를 추가하는 것을 제외하고는, 도 4 의 중간 패드의 형성과 관련된 종래의 시도 및 시험으로 제조하는 공정을 변경하지 않고서 수명이 연장된 지지 패드를 제공할 수 있다.
또한, 사용자는 본 발명에 따라서 제조된 지지 패드와 드릴상에서 패드의 적절한 배향을 용이하게 확인할 수 있는데, 이는 마모면에서 노출된 Al2O3코팅 (30) 의 색상이 지지 패드의 바닥부 (40) 의 색상과 주변 측면 (42) 의 색상과 상이하기 때문이다.
예시
니켈계 합금형 INCO 718 으로 제조된 복합물의 기계가공시, 종래의 TBT 보링 기계로 심공을 드릴링하였다. 사용된 하나의 심공 드릴 헤드는 지지 패드의 주변 전체에서 TiN 외부 코팅으로 피복된 종래의 지지 패드를 가진 것이다. 80 RPM 의 속도로 15 M/min 으로 작동되어 20 mm/min 으로 이송되는 상기 드릴로 드릴링을 하였다. 지지 패드가 교체되기 전에, 상기 기계로 하나의 구성품이 만족스럽게 형성될 수 있다. 반대로, 본 발명에 따른 내마모성 코팅을 가진 동일한 유형의 심공 드릴링 헤드를 사용했을 때, 지지 패드를 교체할 필요가 있을 때까지, INCO 718 합금의 복잡한 형상의 2 개의 구성품을 형성할 수 있다.
본 발명에 따라서, 티타늄계 가공물을 드릴링할 때, 가용 수명과 강도가 실질적으로 증가하게 된다.
또한, 내열재, 티타늄계 재료, 및 주조철을 기계가공할 시 뿐만 아니라 니켈계 합금을 기계가공에 적합한 개선된 특성을 가진 심공 드릴 헤드와 개선된 지지 패드를 얻을 수 있다.

Claims (14)

  1. 바닥 지지면, 상부 마모면, 및 지지면과 마모면 사이에 배치된 주변면을 포함하는, 심공 드릴 헤드용 지지 패드에 있어서,
    지지면과 주변면은 티타늄 함유 내마모성 코팅으로 형성되고, 마모면은 티타늄이 함유되지 않은 내마모성 코팅으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지지 패드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지지 패드는 언더 코팅으로 전체적으로 둘러싸인 초경합금 기본체를 더 포함하고, 티타늄이 함유되지 않은 코팅은 상기 언더 코팅을 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는 지지 패드.
  3. 제 2 항에 있어서, 언더 코팅은 티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 패드.
  4. 제 1 항에 있어서, 티타늄 함유 코팅은 티타늄을 함유하지 않은 코팅과 상이한 색상을 가지는 것을 특징으로 하는 지지 패드.
  5. 제 4 항에 있어서, 티타늄을 함유하지 않은 코팅은 Al2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 패드.
  6. 제 5 항에 있어서, 티타늄을 함유하지 않은 코팅의 두께는 2 ~ 5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 지지 패드.
  7. 제 6 항에 있어서, 티타늄 함유 코팅은 TiN 을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 패드.
  8. 제 7 항에 있어서, 티타늄 함유 코팅의 두께는 0.5 ~ 2 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 지지 패드.
  9. 제 4 항에 있어서, 티타늄 함유 코팅은 TiN 을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 패드.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 지지 패드는 180 도의 회전으로 인덱싱될 수 있는 것을 특징으로 하는 지지 패드.
  11. 바닥 지지면, 상부 마모면, 및 지지면과 마모면 사이에 배치된 주변면을 포함하는, 심공 드릴 헤드용 지지 패드를 제조하는 방법으로서,
    A) 티타늄을 함유하지 않은 내마모성 코팅을 기재의 전체 주변에 형성하는 단계,
    B) 티타늄을 함유하지 않은 코팅 주변 전체에 티타늄 함유 내마모성 코팅을 형성하는 단계, 및
    C) 티타늄 함유 코팅의 상부를 제거하는 단계를 포함하고,
    바닥 지지면과 주변면은 티타늄 함유 코팅으로 형성되고, 상부 마모면은 티타늄을 포함하지 않은 코팅으로 형성되는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, A) 단계에서는, 티타늄 함유 코팅으로 완전히 피복된 초경 합금 기본체로 구성된 기재 주변에 티타늄을 함유하지 않은 코팅을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 티타늄을 함유하지 않은 코팅의 색상은 티타늄 함유 코팅의 색상과 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 드릴 헤드 본체,
    상기 드릴 헤드 본체에 장착된 절삭 인서트, 및
    상기 드릴 헤드 본체의 외주부에 장착되고, 바닥 지지면, 상부 마모면, 및 지지면과 마모면 사이에 배치된 주변면으로 된 1 이상의 지지 패드를 포함하는 심공 드릴링용 드릴 헤드에 있어서,
    지지면과 주변면은 티타늄 함유 내마모성 코팅으로 형성되고, 마모면은 티타늄을 함유하지 않은 내마모성 코팅으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지지 패드.
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