KR20050070992A - 절삭공구의 인선강화용 평엔드밀 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평 엔드밀공구에 관한 것이다. 본 발명의 평 엔드밀공구는, 엔드밀날(flute)의 경사각을 -14°~ -16°로 형성하고, 밑날의 게싱 원주각을 -9.5° ~ -10.5°로 형성한다. 그리고 게싱면이 절삭날부에 닿게 하여 절삭날부에 20°×3mm 정도의 모따기 형상을 성형하여 예리한 모서리 부분을 없게 하여 공구강성을 높이고 있고, 절삭날부의 코너부의 칩핑현상을 방지하여 공구수명을 향상시킬 수 있도록 구성하고 있다.

Description

절삭공구의 인선강화용 평엔드밀 공구{Flat End-Mill Tool having Negative rake angle and Negative Gash Radial Angle for enhanced Edge of Cutting Tool}

본 발명은 평엔드밀 절삭공구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고강성구조를 가지는 공구형상의 설계변경을 통해서 난삭재에 해당하는 단단한 경도를 가지는 소재와 일반가공의 수배에 해당하는 고속회전과 고속이송을 가지는 고속가공에서 공구수명을 상당히 향상시킬 수 있도록 구성되는 평엔드밀공구에 관한 것이다.

일반적으로 기계가공 중 밀링이라고 하는 공작 가공기에 사용되는 절삭공구를 밀이라 하는데, 끝단부에도 인선이 있는 것을 엔드밀(End Mill)이라고 칭하는 것이다. 이러한 엔드밀은, 정면 밀링공구에 생크(자루)부를 부가하여 세장형으로 만든 공구로서 둥근 환봉상의 고속도강이나 초경합금 같은 경질공구 재료상에 고정밀의 날(Flute) 및 여유면(Flank)을 연삭하여 인선(Cutting Edge)를 만들고 이를 회전시킴과 동시에 기계의 테이블(Table)을 이송시켜 알루미늄 및 고경도재의 강 등의 단단한 피삭재를 사용 용도에 맞도록 외주인으로 가공물의 측면을 절삭하거나 밑날로 가공물의 수직 어느 방향으로도 자유자재로 사용이 가능하며 1개의 공구로 정면절삭, 측면절삭, 홈절삭, 단절삭, 곡면절삭이 가능하다. 그리고 엔드밀은, 구멍가공이나 카운터 보어 가공이 가능하기 때문에 공구 중에서는 만능이라 할 수 있다. 따라서 엔드밀은 기계가공 중 없어서는 안 될 공구이고 대단히 높은 비중을 차지하고 있다. 이러한 엔드밀에는 크게 평면가공을 위한 평 엔드밀(flat end mill)과 자유곡면을 위한 볼 엔드밀공구로 구분하는데, 이중에서 종래의 평 엔드밀은 거의 동일 형상을 가지고 있다.

일반적인 평 엔드밀을 도시한 도 1을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 엔드밀공구의 형상을 결정하는 주요인자로서는 도면부호 1로 표시한 경사각, 도면부호 2로 표시한 여유각, 도면부호 3으로 표시한 비틀림각, 도면부호 4로 표시한 칩포켓, 도면부호 5로 표시한 절삭날, 도면부호 6으로 표시한 게싱 원주각, 도면부호 7로 표시한 모따기각, 도면부호 8로 표시한 날지름, 그리고 도면부호 9로 표시한 공구길이 등을 들 수 있다.

이러한 주요 인자 중에서, 경사각(1)과 게싱 원주각(6)(Gash Radial Angle)은 바이트의 경우와 같이 칩의 유출이나 접촉한 면의 경사를 표시하는 것으로 일반적으로 각각 양(+)의 5° 경사각과 0°의 게싱원주각을 거의 표준적으로 채용하고 있다.

이와 같은 종래의 평 엔드밀에서의 경사각 및 게싱원주각의 구조에 의하면, 절삭날이 예리하게 되어 전단각(Shear Angle)의 증가에 따라 절삭저항은 감소하지만 강성(힘/변형)의 저하로 인하여 절삭날이 미소하게 깨어지는 칩핑(Chipping)이 발생하게 된다. 그리고 이러한 절삭날부의 날카로움으로 인해 고경도 피삭재 및 고능률의 고속 가공에 있어서 절삭날부의 파손으로 가공면의 조도불량과 공구수명이 단축되는 문제점이 있었다.

따라서 절삭가공 메카니즘상에서 볼 때, 단단한 소재를 가공시에는 큰 절삭저항을 감수하더라도, 공구의 강성을 크게 하는 구조로 형상 설계함이 타당하다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 표준 평엔드밀의 공구형상으로는 고경도 피삭재 및 고속가공에 적용할 수 없다는 절삭가공학적 이론에 근거하여, 고강성 구조를 가지는 평 엔드밀을 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다.

그리고 본 발명의 다른 목적은 이러한 구조로부터 장시간동안 사용할 수 있는 공구를 산업현장에 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 평엔드밀공구는, 엔드밀날(flute)의 경사각을 -14°~ -16°로 형성하고, 밑날의 게싱 원주각을 -9.5° ~ -10.5°로 형성하며, 게싱면이 절삭날부에 닿게 하여 절삭날부에 20°×3mm 정도의 모따기 형상을 성형하는 것을 기술적 요지로 하고 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 최종적으로 단단한 소재 및 고속가공에 대응할 수 있는 형상을 가지고 있어서, 공구수명이 상당히 향상되고, 평 엔드밀공구를 밀링공정에서의 일반가공 및 고속가공에 사용함으로써 생산비용의 감소에 따른 원가절감을 기대할 수 있다.

다음에는 도면에 도시한 실시예에 기초하면서, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 평 엔드밀의 정면 예시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 평 엔드밀의 측면 예시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 평 엔드밀은, -14°~ -16°의 마이너스 경사각을 가지고 있고, -9.5°~ -10.5°의 마이너스 게싱 원주각(gash radial angle)을 가지고 있다. 그리고 본 발명의 평 엔드밀은, 도 3에 도시된 바와 같이, 날부에 20°× 0.3mm의 모따기를 함으로서, 게싱면이 절삭날부에 닿게 하도록 성형된다. 상기와 같은 모따기는 실질적으로 날카로운 모서리(sharp edge)가 형성되지 않도록 하여, 공구강성(stiffness)를 높이게 되고, 절삭날의 코너부의 깨어짐(chipping)을 방지하여 공구수명을 연장시킬 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명에 의한 평 엔드밀의 최적 형상조건은, 실제 가공된 것을 통하여, 반복되는 실험을 통해서 얻어진 값이다. 그리고 실제 실험에 있어서, 상기와 같은 형상 조건은, 공구형상을 구성하는 인자 중에서 공구날 수는 6날, 여유각은 12°, 비틀림각은 50°도 고정하여 설계하였다.

그리고 상기와 같은 최적 형상에 따른 가공 및 공구수명의 효과를 알아보기 위하여, 코팅하지 않은 무코팅 초경공구(Tungsten Carbide Tool)로 제작하였고, 피삭재는 열처리하여 록크웰(Rockwell)경도의 C스케일로 62정도의 값을 가지는 금형강 STD11을 사용하여 공구수명을 평가하였다.

본 발명의 형상 조건을 가지는 공구를, 도 4에서 도시한 바와 같이 4가지 형상의 공구를 제작하였는데, 경사각과 게싱 원주각의 공구형상은 5°와 0°, -5°와 -5°, -15°와 -10°, -20°와 -15°이다. 그리고 이러한 실험을 위한 제품의 제작 허용공차는 각각 ±1°와 ±0.5°이다.

도 4에서 알 수 있는 결과는, 공구성능을 비교평가하기 위해서 사용한 절삭조건은 절삭속도는 377m/min, 이송속도는 3,600mm/min, 반경방향의 절입깊이는 0.06mm, 축방향의 절입깊이는 10mm로 건식으로 측면 하향절삭을 수행한 후 얻어진 것이다. 종래의 평 엔드밀 공구에 비해서 공구수명이 약 38% 향상됨을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명에 의한 평 엔드밀공 구는 공구의 강성을 증가시키는 구조로 장시간의 공구수명을 가짐을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이다. 그리고 본 발명은 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여, 해석되어야 할 것임은 자명하다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 최종적으로 단단한 소재 및 고속가공에 대응할 수 있는 형상을 가지고 있어서, 공구수명이 상당히 향상되고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 평 엔드밀공구를 밀링공정에서의 일반가공 및 고속가공에 사용함으로써 생산비용의 감소에 따른 원가절감을 얻을 수 있어 산업 발전에 이바지 할 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 일반적인 평엔드밀(Flat End-mill) 공구의 개념도

도 2는 본 발명의 평엔드밀공구의 정면 예시도.

도 3은 본 발명의 평엔드밀공구의 측면 예시도.

도 4는 본 발명의 평엔드밀과 종래 평엔드밀공구의 공구수명과의 관계를 보인 그래프.

Claims (2)

1. 엔드밀날(flute)의 경사각을 -14°~ -16°로 형성하고, 밑날의 게싱 원주각을 -9.5° ~ -10.5°로 형성하며, 게싱면이 절삭날부에 닿게 하여 절삭날부에 20°×3mm 정도의 모따기 형상을 성형하는 것을 특징으로 하는 평 엔드밀 공구.
2. 제1항에 있어서, 공구날 수는 6날, 여유각은 12°, 비틀림각은 50°인 것을 특징으로 하는 평엔드밀 공구.