KR20050085846A

KR20050085846A - 딥 홀 드릴 ｅｂ90

Info

Publication number: KR20050085846A
Application number: KR1020057011615A
Authority: KR
Inventors: 올드리히 보스만
Original assignee: 귀링 요르크
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-08-29
Also published as: DE10394152D2; AU2003299279A1; EP1572406A1; DE20219753U1; US20050244236A1; US20070065243A1; WO2004056520A1; JP2006510492A

Abstract

본 발명은 세 개의 섹션, 즉 드릴 헤드(1), 생크(2) 및 클램핑 부재(3)로 구성되는 딥 홀 드릴에 관한 것이다. 드릴 헤드(1) 및 생크(2)에는 직선형으로 가공되는 것이 바람직한 적어도 하나의 그루브(5)가 제공된다. 개선된 피드치로 보다 경제적인 방식으로 드릴링을 실행할 수 있도록 하기 위하여, 생크(2)는 경질 금속으로 제조된다. 드릴 헤드(1)는 생크(2)의 경빌 금속과 상이한 경질 금속으로 제조될 수 있다.

Description

딥 홀 드릴 ＥＢ90 {DEEP HOLE DRILL EB90}

본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 딥 홀 드릴에 관한 것이다.

상기 딥 홀 드릴은 드릴 길이 대 직경 비율이 200:1 이하이며 스트로크 길이가 단일 작업하는 개별 경우 및 사전-드릴링 하지 않는 일부 경우에 직경의 100배 이하인 직경 1.0 내지 20mm의 구멍을 드릴링하는데 사용될 수 있다. 현재, 상기 드릴은 예를 들면 엔진 및 선박 건조, 특히 연료 분사 시스템을 제조하는데 사용되고 있다. 본 명세서에서는 종래 기술에 비하여 직경이 매우 작고(1mm 범위 이내) 및 길이가 매우 기다란 구멍을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 딥 홀 드릴의 실시예의 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 딥 홀 드릴의 생크의 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 딥 홀 드릴의 생크의 평면도이다.

이 경우, 드릴링은 매우 적은 공급 재료에도 충분히 실행된다. 드릴 선단부에 실질적으로 커팅 기능을 갖는 적어도 하나의 드릴 칼날이 형성되는 한편, 생크가 클램핑으로부터 선단부까지의 길이에 걸쳐 원하는 토크를 전달해야 한다. 따라서, 일반적인 딥 홀 드릴은 드릴 선단부에 국부적으로 형성된 드릴 헤드 및 드릴의 길이에 걸쳐 연장되며 상이한 소재로 제조된 생크와 함께 결합된다. 이 경우, 적어도 하나의 드릴 칼날이 드릴 헤드 상에 직접 장착되거나, 또는 나사로 고정된 교환가능한 턴오버 커팅 플레이트를 구비한 드릴 헤드가 사용될 수 있다. 따라서, 드릴 헤드 및 생크에는 매우 상이한 조건이 요구된다. 내마모성 및 경도가 드릴 헤드에 특히 중요한 반면, 생크는 인성 및 비틀림 저항이 높아야 한다. 종래, 이러한 요구는 경질 금속으로 구성되는 드릴 헤드를 스틸 생크 상에 납땝하여 충족시키고 있다.

일반적인 딥 홀 드릴용 스틸 생크를 제조하는데는 2가지 방법이 있다.

강도, 비틀림 저항 및 진동 감쇠에 대한 요구가 높을 때, 솔리드 소재로 된 둥근 스틸 로드를 사용하며, 필요한 경우 내부 냉각 채널을 드릴링하고, 예를 들면, 단일날 딥 홀 드릴의 경우, 가공된 그루브가 삽입된다.

보다 적은 부하에 견딜 수 있으면서 값이 비싸지 않은 변형예의 단일날 딥 홀 드릴에 있어서, 드릴 생크는 스틸 튜브를 사용하여 제조되며 상기 튜브 내로 날이 롤링된다.

상기 공지된 딥 홀 드릴을 제조하는 중에, 사용될 수 있는 생크의 선택은 품질 및 가격의 2가지 범주로 제한된다. 딥 홀 드릴의 광범위한 응용, 예를 들면, 드릴링될 소재가 광범위하기 때문에, 공지된 방법으로 제조된 생크 중 어느 것도 수행될 작업 조건에 적합하지 않는 경우가 종종 있다.

상기 설명을 고려해 볼 때, 본 발명의 목적은 특성이 개선된 딥 홀 드릴을 제공하는 것이다.

상기 목적은 특허청구범위 제1항의 특징부에 의하여 해결된다.

본 발명에 따르면, 생크는 경질 금속으로 이루어진다. 따라서, 본 발명에 따른 딥 홀 드릴링 공구에 대한 부하 한계치는 스틸 생크를 구비한 종래의 공구와 비교하여 상당히 증가될 수 있고, 길이/직경 비율이 양호한 피드값으로 높이 달성될 수 있다. 현재는, 매우 경질인 금속 외에, 딥 홀 드릴링 공구의 생크에 요구되는 조건을 충족시키는데 가장 적합한 높은 인성을 가진 금속 또한 사용가능하다. 경질 금속은, 높은 경도 때문에 부서지기 쉬운 소재로 기재될 수 있는 금속 경질 소재, 및 철 그룹(철, 코발트, 아연) 중에서 선택되고 비교적 유연하고 단단하며 경질 소재와 함께 소결되는 바인더 또는 바인더 금속을 포함한다. 경질 금속 중에는 세라믹과 금속의 혼합물 또한 포함된다. 경질 금속에서, 금속 경질 소재의 높은 경도, 즉 내마모성은 바인더 금속의 인성과 결합된다. 드릴 생크의 원하는 특성은 혼합비에 따라 정확하게 조정될 수 있다.

경질 금속은 본래부터 스틸에 비하여 내충격성이 더 높다. 그러나, 일정한 토크 및 진동 부하가 소재의 입구 및 출구가 아닌 딥 홀 드릴의 커다란 단면에 걸쳐 발생하기 때문에, 특히 초기 드릴링이 파일럿 구멍 및/또는 가이드 슬리브를 가진 작은 피드로 항상 일어나기 때문에, 경질 금속으로 제조된 드릴 생크의 충격 g수성은 발생되는 충격에 견디기에 충분하다. 따라서, 본 발명은 단지 스틸만이 생크용으로 적합하다는 기술적인 편견을 극복한다. 시험 결과에 따르면, 경질 금속 샤프트의 높은 강성 및 양호한 진동 감쇠가 제조 정확도를 높이는 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 경질 금속으로 이루어진 드릴 생크에서는, 광범위한 용도 내의 특정의 원하는 용도에 맞는 드릴 생크용으로 특히 적합한 소재를 또한 선택할 수 있다. 특정 드릴 생크의 특성은, 비용을 실질적으로 변경시키지 않고 특정 응용 분야에 적합하게 맞추어질 수 있다. 따라서, 드릴 생크를 디자인할 때, 금속 가공의 모든 응용 분야 중에서 이의 응용 분야에 특히 적합한 드릴이 특히 비용은 적게 들면서 수명은 길어지도록 2가지 공지된 스틸 생크 변형예의 특성에 더 이상 한정되지 않는다.

생크가 경질 금속으로 제조될 뿐만 아니라 드릴 헤드도 경질 금속으로 제조되는 것이 또한 바람직하다. 이 경우, 드릴 헤드 및 드릴 생크의 상이한 요구 조건 프로파일은 2가지 상이한 경질 금속을 선택하면 된다. 양호한 내마모성이 확보되는 매우 단단한 유형의 금속이 드릴 헤드용으로 적합하다. 그러나, 본 발명의 범위 이내에서, 예를 들면, HSS 또는 HSSE, HSSEBM, 세라믹, 도성 합금 또는 다른 소결 금속 소재와 같이 일반적으로 사용되는 임의의 다른 소재가, 적어도 예리한 칼날 영역에 일반적인 코팅이 적절한 경우, 최신 고성능 드릴용의 소재로서 적합할 수 있다. 이를 위하여 경질 소재층이 바람직하고, 상기 층은 얇은 것이 바람직하며 층 두께는 0.5 내지 3㎛ 사이의 범위에 포함되는 것이 바람직하다.

경질 소재층은, 예를 들면, 다이아몬드, 바람직하기로는 단결정 다이아몬드로 구성된다. 또한, 티타늄 질화물 또는 티타늄 알루미늄 질화물 층이, 이들 층이 충분하게 얇게 퇴적되기 때문에, 사용될 수 있다. 또한, 질화물-경화층, 입방 보론 질화물, 코런덤, 시알론 또는 다른 비금속 소재가 코팅 소재로서 적합하다. HSS 또는 경질 금속으로 이루어진 교환가능한 턴오버 커팅 플레이트가 장착된 드릴 헤드를 또한 사용할 수 있고, 상기 커팅 플레이트는 보다 단단한 소재, 예를 들면, 세라믹 또는 도성 합금으로 구성되거나 또는 이러한 유형의 경질 소재 코팅을 가질 수 있다.

또한, 그루브 영역에 적어도 존재하는 연질 소재층이 또한 사용될 수 있다. 상기 연질 소재 코팅은 MoS₂로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, ISO 513에 따른 클라스 K20 및/또는 K40 소재가 샤프트용으로 제공된다. 다른 유형의 경질 금속에 비해 경도가 높은 ISO 413에 따른 클라스 K20 및/또는 K40 소재는 다른 유형의 경질 금속에 비해 매우 단단하므로, 경질 금속을 드릴링하는 동안 발생된 높은 토크가 파괴되지 않고 전달될 수 있다. 수명이 길어지는 외에, 드릴 생크의 기다란 길이 및 높은 피드치가 달성될 수 있다.

ISO 513에 따른 클라스 K10 소재는 드릴 헤드용으로 바람직하다. 그 이유는 상기 소재가 다른 유형의 경질 금속에 비하여 매우 높은 내마모성을 가지므로, 특히 쇼트-치핑(short-chipping) 및 매우 단단한 소재를 드릴링할 때, 드릴 헤드 상에 가해지는 특히 높은 부하에 적합하기 때문이다. K10 소재의 드릴 헤드 및 K20 또는 K40 소재의 드릴을 결합시키는 것이 특히 바람직하다.

생크는 납땜 또는 접착제 접합에 의하여 드릴 헤드에 결합되는 것이 바람직하다. 다른 소재-클로징 방법이나 나사 결합 또한 사용될 수 있다. 원하는 목적을 최적으로 충족시키기 위하여, 특허청구범위 제6항에 따른 딥 드릴 공구는 드릴 헤드의 칼날 및 드릴링된 구멍으로부터 가공된 그루브를 통해 압착된 절삭 부스러기를 커팅 도중에 냉각제를 사용하여 냉각시킬 수 있는 키드니 형상(kidney-shaped)의 내부 냉각 채널을 갖는 것이 바람직하다.

이와 같이, 경질 금속의 소재 특성에 의하여 특히 작업 조건에 따라 변형가능한 딥 홀 드릴이 제조될 수 있다.

경질 금속은 본래 스틸보다 가격이 더 고가이지만, 딥 홀 드릴을 제조하는 본 발명에 따른 방법에 사용된 경질 금속 생크의 압출 및 소결은 특히 기다란 생크에서는 전혀 비싸지 않다는 점을 알았다. 그 이유는 최종 치수로 재연삭될 수 있는 외형을 갖는, 즉 생크의 가공된 그루브에 실질적으로 대응하는 크림프(crimp)를 갖는 블랭크를 압출하는데 사용될 수 있기 때문이다.

본 발명은 직선형 가공 그루브를 갖는 단일날 딥 홀 드릴에 특히 적합하다. 그러나, 본 발명은 단일날 딥 홀 드릴에만 한정되는 것은 아니다. 특히, 공구를 압출하는 동안 거의 상이한 임의의 외형이 형성될 수 있기 때문에, 나선형으로 가공된 그루브 또는 복수개의 날, 특히 이중날 공구는 물론 단일-튜브 또는 이중-튜브 공구 또한 가능하다.

특허청구범위에 따른 실시예의 개별적인 특징은, 논리적인 경우, 임의로 결합될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 드릴 헤드(1), 생크(2) 및 클램핑 부재(3)를 포함하는, 본 발명에 따른 세 부분으로 구성된 딥 홀 드릴의 도면이다. 생크(2) 및 드릴 헤드(1)는 조인트 심(joint seam)(10)에 함께 납땜된다. 생크(2)는 클램핑 부재(3)의 리세스 내로 안내되어 상기 리세스에서 클램핑 부재(3)에 남땜된다. 클램핑 부재는 클램핑 슬리브 형태로 제공된다. 또한, 공구 전체 길이를 따라 연장되는 내부 냉각 채널의 출구가 드릴 선단부에 형성되어 있음을 알 수 있다. 이 경우, 딥 홀 드릴은 직선 그루브 형으로 가공된 그루브(5)를 갖는 단일날 드릴로서 구현된다. 드릴 헤드(1)는 K10/ISO 513 경질 금속을 소결하여 제조하는 반면, 생크(2)는 K20/ISO 513 경질 금속으로 이루어진다.

높은 경도 및 내마모성을 갖는 드릴 헤드(1)로 커팅하는 동안 발생된 힘이 단단한 소재로 된 생크(2)에 의하여 클램핑(3)으로 전달된다. 생크 고유의 양호한 안정성 및 비틀림 저항 때문에 낮은 마모치가 달성될 수 있다. 커팅하는 동안에 발생된 절삭 부스러기는, 내부 냉각 채널(4) 내에 고압으로 공급된 냉각제에 의하여 직선형으로 가공된 그루브(5)를 통해 드릴링된 구멍으로부터 밀려 나간다. 냉각 채널이 키드니 형상이기 때문에, 다량의 냉각제가 통과하여 양호한 내부 냉각이 달성되며 소재는 최소한으로 연약해진다.

도 2는 최종 공정에서 가공된 그루브로부터 소량의 소재가 제거된, 최종 생크(2)의 외형에 대응하는 소결된 블랭크(20)의 단면도이다. 도 3은 소결된 블랭크(20)의 평면도이다. 블랭크는 크림프(50) 및 내부 냉각 채널(4)이 형성된 상태로 압출된다. 크림프(50)의 가공면(6) 및 비가공면(6) 상에만 마무리 처리, 즉 마무리 연삭이 실행된다. 쇄선(8)은 생크 섹션의 말단을 나타내며, 상기 말단에서 생크가 클램핑 부재(3)에 납땜된다.

물론, 도시된 실시예는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변형될 수 있다.

따라서, 예를 들면, 단일날 딥 홀 드릴의 드릴 헤드 상에 직접 형성되지 않고 나사 고정된 교환가능한 플레이트 또는 턴오버 플레이트를 가진 칼날을 제공할 수 있다. 하나 이상의 내부 냉각 채널, 예를 들면, 2개의 원형-단면 냉각 채널을 가진 딥 홀 드릴의 실시예도 또한 가능하다. 또한, 삼각형 또는 타원형 형상도 냉각 채널의 외형으로서 고려될 수 있다. 또한, 경질 금속 샤프트를 가진 나선형 드릴 형상, 예를 들면, 2개의 나선형 크림프 즉 가공된 그루브, 및 예를 들면, 타원형 단면을 갖는 나선형 냉각 채널을 가진 이중 칼날 디자인도 가능하다.

Claims

드릴 헤드(1),

생크(2), 및

클램핑 부재(3)

를 포함하고,

상기 드릴 헤드(1) 및 상기 생크(2)에는, 직선형이 바람직한 적어도 하나의 가공된 그루브(5)가 제공되며,

상기 생크(2)는 경질 금속으로 제조되는

딥 홀 드릴.
제1항에 있어서,

상기 드릴 헤드(1)는, 상기 생크(2)의 경질 금속과 상이한 경질 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는 딥 홀 드릴.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 생크(2)는 ISO 513에 따른 클라스 K20 또는 K40의 경질 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는 딥 홀 드릴.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 드릴 헤드(1)는 ISO 513에 따른 클라스 K10의 경질 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는 딥 홀 드릴.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 드릴 헤드(1)는, 상기 생크(2)에 납땜되거나 또는 접착제로 접합되는 것을 특징으로 하는 딥 홀 드릴.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 딥 홀 드릴에는, 키드니 형상(kidney-shaped)이 바람직한 적어도 하나의 내부 냉각 채널(4)이 형성되는 것을 특징으로 하는 딥 홀 드릴.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 생크(2)는, 상기 가공된 그루브(5)에 실질적으로 대응하는 적어도 하나의 크림프(50)를 갖는, 소결 블랭크(20)로부터 얻은 소결 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 딥 홀 드릴.