KR20070106381A

KR20070106381A - 고품질, 고능률 가공용 ｃｂｎ 절삭 공구

Info

Publication number: KR20070106381A
Application number: KR1020067021334A
Authority: KR
Inventors: 사토루 구키노
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2007-11-01
Also published as: KR101245410B1; WO2006098317A1; EP1859882A4; US7520701B2; CA2554824A1; JP4653744B2; CA2554824C; EP1859882B1; CN100562388C; CN101080296A; EP1859882A1; US20080025802A1; JPWO2006098317A1

Abstract

절삭하기 어려운 경화철계 공작물이 고속, 고능률 기계 가공용으로 고이송률에서 절삭되는 경우에도, 내칩핑성을 나타내고, 우수한 표면 거칠기, 및 개선된 피로 수명과 밀봉성을 나타내는 기계 가공면을 제공할 수 있는, CBN기 소결체를 사용하는 CBN 절삭 공구를 제공하는 것이 목적이다.

절삭팁의 CBN기 소결체는 아치형 노즈 (5), 경사면 (6), 플랭크 (7) 및 네가티브 랜드 (9) 를 구비한다. 단부 절삭날로 쓰이는, 네가티브 랜드 (9) 와 플랭크 (7) 사이에서 형성된 절삭날 (10) 의 하나는 경사면에 대하여 20 °이상이고 35°이하의 경사각 (β') 을 이룬다. 게다가, 절삭날 (10) 은, 아치형 노즈의 정점 (P) 에서 가장 낮으며, 각각 정점 (P) 으로부터 두 점 (Q1 및 Q2) 을 향하여 점차적으로 높아지도록 위치된다.

Description

고품질, 고능률 가공용 ＣＢＮ 절삭 공구{CBN CUTTING TOOL FOR HIGH-GRADE, HIGH-EFFICIENCY MACHINING}

본 발명은, CBN(cubic boron nitride ; 질화 붕소 화합물)기 소결체로 형성되고, 고속 및 고능률로 절삭하기 어려운 경화강 공작물을 절삭하는데 사용되는 절삭 날을 구비한 절삭 공구에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 고이송률에서도 칩핑(chipping)에 대한 저항이 높고, 우수한 표면 거칠기, 피로 수명 및 밀봉성이 있는 절삭면을 제공하는 CBN 절삭 공구에 관한 것이다.

CBN기 소결체로 형성된 절삭날을 구비한 CBN 절삭 공구는, 절삭날을 형성하는 CBN기 소결체가 화학적으로 안정적이며 고강도이기 때문에, 연장된 기간 또는 시간 동안 고능률로 절삭을 실행할 수 있고, 또한 연마 공구보다 더욱 적응력이 있고 환경 친화적이다. 따라서, CBN 절삭 공구는 연마하기 어려운 철계 공작물, 특히 경화강으로 만든 공작물의 연마를 절삭으로의 대체가 가능한 공구로 공지되어 있다. 오늘날, 기계 가공 공구의 증가된 강도 및 CBN기 소결체의 재료 개선의 결과로써, CBN 절삭 공구가 거친 기계 가공용, 예컨대 경화 후에 0.3 mm/rev 을 초과하는 이송률 (f) 에서 강의 차량 변속기 부품, 및 불균일한 10 개의 높이에서 3.2 ㎛ 의 표면 거칠기(Rz)가 요구되는 그러한 부품의 마무리용으로 사용된다.

오늘날, 매우 다양한 상품의 생산, 작아진 로트(lot) 생산에서의 다양성, 및 증가된 환경 인식의 경향으로 인해서, 절삭 저항이 증가하는 더욱 고능률 기계 가공, 및 절삭날의 온도가 증가되는 건식 기계 가공에 사용될 수 있는 CBN 절삭 공구가 바람직하다. 그러한 CBN 절삭 공구는 값비싼 CBN기 소결체의 최소 면적으로 충분한 절삭 성능을 나타내는 것이 더욱 바람직하다.

각 CBN기 소결체가 아치형 노즈, 플랭크, 경사면 및 균일한 폭을 가지고 절삭날에 평행하게 연장되는 모따기를 구비하는 종래의 CBN 절삭 공구에서는, 특허 문헌 1 과 2 에 개시된 바와 같이, 모따기 (13) 의 모따기 폭 (CW) 및 모따기 각 (γ) 을 증가(통상적으로, 각각 0.1 내지 0.2 mm 및 15 내지 45°)시킴으로써, 공작물의 회전방향(즉, 주분력(main cutting force) 방향)으로의 절삭 부하에 대한 내구성이 어떠한 크기로 증가하는 것이 가능하다(도 9 참조). 하지만, 공구의 이송 방향 또는 배분력(thrust force) 방향에서, 고이송률이나 큰 절삭 깊이로 고능률 기계 가공시에 생기는 절삭 부하에 대한 내구성을 증가시키기 위한 효과적인 방법이 있다. 사실은, 특히 노즈의 곡률반경을 증가시키는 것은 단지 그러한 내구성을 증가시키는 몇 가지 방법이 있다.

CBN기 소결체의 면적을 최소화하는 것이 가능하여 공구 비용이 낮아지기 때문에, 기판에 납땜된 CBN기 소결체를 구비한 절삭 공구가 널리 사용된다. 그러한 절삭 공구에서, 충분한 납땜 강도를 확보하기 위해서, 노즈의 곡률반경이 약 2.0 mm 로 제한된다. 따라서, 노즈의 곡률반경이 2.0 mm 의 상한으로 증가되는 경우에조차, 고이송률에서 고능률 기계 가공시에 절삭날에 작용하는 큰 응력에 대 한 내구성이 충분하지 않다. 더욱이, 자동차 변속기와 같이 복합한 형태를 가지는 경화강 공작물을 모방 처리 및 리세스(recess) 형성 처리할 때, 노즈가 0.8 mm 이하의 곡률반경을 가지는 인서트를 사용하는 것이 종종 필요하다.

게다가, 기계 가공 능률 및 유연성의 면에서 제한이 있는 연마 대신에, 기계 가공면의 피로 강도 및 밀봉성을 결정하는 마무리 단계 중에 공작물의 고품질 기계 가공면을 형성할 수 있는 절삭 공구를 개발하는 것이 오늘날 절박하게 요구된다.

종래의 그러한 절삭 공구에서는, 절삭날의 기하학적 형태가 기계 가공면상에 전사되어서, 본래부터 소망하는 표면 거칠기를 얻는 것이 어렵다. 또한, 그러한 종래의 절삭 공구에서는, 공작물의 피로 수명을 개선하는 압축 응력을 적극적으로 도입하는 것이 불가능하다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 특허 문헌 3 에서는 각각 아치형 노즈를 구비한 절삭 팁 및 와이퍼 날(도 10 의 12)을 구비한 끝 부분 절삭날을 포함하는 고능률, 고정밀 기계 가공용 CBN 절삭 공구를 제안한다. 그러한 공구는 이하에서 와이퍼 공구라고 한다.

이론적으로, 이송률이 와이퍼 날의 폭 (WW) 이하인 동안, 그러한 와이퍼 공구는 양호한 표면 거칠기를 제공할 수 있다. 하지만, 소정의 이송률에서 고능률의 기계 가공시 또는 큰 절삭의 깊이로 고능률 기계 가공에서, 공구의 이송 방향 또는 배분력의 방향에서 절삭 부하에 대한 내구성은, 아치형 노즈를 구비하는 종래 공구에 의한 내구성보다 높지 않다. 따라서, 절삭날은 칩이 생기기 쉽다.

와이퍼 공구의 경우에, 기계 가공면의 특성에 있어서, 절삭날의 형태의 전사 에 의해 형성된 이송 마크 (M ; 도 3a 참조) 가 반복적으로 가압되고 평평해지는 버니싱 작용 때문에, 열 응력에 의해서 생긴 인장 응력이 완화되고, 공작물의 회전 방향에서 잔류 응력이 아치형 노즈를 가진 종래 공구에 비하여 억제되기 쉽다.

하지만, 공구 이송 방향에서의 잔류 응력에 있어서, 그 레벨은 종종 와이퍼 공구를 사용하는 절삭과 아치형 노즈를 가진 공구를 사용하는 절삭은 실질적으로 다르지 않다. 따라서, 와이퍼 공구를 부적당한 환경, 및 완벽한 밀봉성이 요구되는 부품에서 사용되는 가공 슬라이딩 부품을 가공하는데 사용하는 것이 불가능하다.

특허문헌 1 : 일본 실용신안 공개공보 제 64-34103A 호

특허문헌 2 : 일본 특허 공개공보 제 1996-318411A 호

특허문헌 3 : 일본 특허 공개공보 제 2003-175408A 호

본 발명의 목적은, 절삭하기 어려운 경질의 철계 공작물이 고속, 고능률 기계 가공용으로 고이송률에서 기계 가공되는 경우에도, 내칩핑성을 나타내고, 또한 우수한 표면 거칠기, 및 개선된 피로 수명 및 밀봉성을 나타내는 기계 가공면이 제공될 수 있는, CBN기 소결체를 사용하는 CBN 절삭 공구를 제공하고, 그러한 절삭 공구를 사용하여 공작물 가공 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따라, CBN기 소결체에 의해 형성된 절삭부를 포함하는 고품질, 고능률 절삭용 CBN 절삭 공구는, 상기 CBN기 소결체 각각은 단부 플랭크, 측부 플랭크, 아치형 노즈, 경사면 및 상기 경사면과 상기 아치형 노즈 사이에 형성된 네가티브 랜드를 포함하고, 상기 네가티브 랜드와 상기 경사면은 그 사이에, 상기 단부 플랭크, 경사면 및 네가티브 랜드가 서로 교차하는 점 (Q1) 으로부터, 상기 측부 플랭크, 경사면 및 네가티브 랜드가 서로 교차하는 점 (Q2) 까지 연장하는 능선을 형성하고, 상기 단부 플랭크 및 상기 네가티브 랜드는 그 사이에 제 1 절삭날을 형성하고, 상기 측부 플랭크 및 상기 네가티브 랜드는 그 사이에 제 2 절삭날을 형성하고, 상기 제 1 절삭날 및 제 2 절삭날은 각각 상기 아치형 노즈의 정점 (P) 으로부터 점 (Q1 및 Q2) 으로 연장 기 제 1 절삭날 및 제 2 절삭날은 각각 상기 정점 (P) 에서 상기 경사면에 대하여 가장 낮으며 점 (Q1 및 Q2) 을 향해서 높아지고, 상기 정점 (P) 과 점 (Q1) 을 연결하는 직선은 상기 경사면에 대하여 20 °이상이고 35°이하의 경사각 (β') 을 이루는 것을 특징으로 하는 고품질, 고능률 절삭용 CBN 절삭 공구이다.

절삭날을 형성하는 CBN기 소결체는 CBN 을 45 내지 99.9 vol% 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 CBN 절삭 공구의 바람직한 실시형태, 및 그것을 사용하는 바람직한 방법은 이하에 상세한 방법으로 설명되어 있다.

본 발명의 다른 양태로부터, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 CBN 절삭 공구를 사용하여 회전축을 가지는 공작물을 기계 가공하는 방법은, CBN 절삭 공구는 0.1 mm/rev 이상이고 0.5 mm/rev 이하의 이송률에서 공작물을 절삭하며, CBN 절삭 공구는, 절삭날 경사각 및 측부 경사각이 모두 음수, 단부 여유각, 측부 여유각 및 단부 절삭날 각이 모두 양수, 단부 절삭날로 사용되는 상기 제 1 절삭날의 하방 경사각 (β) 이 상기 경사면에 대하여 20 내지 35°이고, 상기 정점 (P) 이 공작물의 회전축을 포함하고 상기 경사면에 평행한 평면으로부터 0.5 mm 이상이고 1.5 mm 이하로 하방에서 이격되도록 위치하는 CBN 절삭 공구를 사용하는 것을 특징으로 하는 공작물을 기계 가공하는 방법이다.

본 발명에 따라서, 특이한 네가티브 랜드가 CBN기 소결체로 형성된 아치형 노즈와 경사면 사이에 형성되어 있다. 네가티브 랜드는, 각각 절삭날의 하방 길이가 아치형 노즈의 정점에서 가장 크고, 절삭날이 점차적으로 점 (Q1 및 Q2) 을 향해서 높아지도록, 그 양쪽 측부에서 절삭날을 형성한다. 따라서, 사용중, 공작물의 회전방향과 공구 이송 방향 중 하나에서, 버니싱 작용을 할 수 있는 둔각의 절삭날을 형성하는 것이 가능하다.

공지된 모따기는 절삭날에 평행하고 일정한 폭을 가진다. 반대로, 본 발명에 따른 공구의 네가티브 랜드는 단부 및 측부 플랭크의 양 측에서 아치형 노즈의 정점을 향해서 낮아진다. 따라서, 공작물의 회전 방향 및 공구 이송 방향에서, 높이가 3 차원적으로 변하는 둔각의 절삭날이 형성되어 있다. 이는 큰 응력을 견디는데 충분한 공구의 강도를 보장해준다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 주분력의 방향에서 볼 때, 본 발명의 방법으로 한정된 바와 같이 정해진 위치를 갖는 절삭 공구를 사용함으로써, 단부 절삭날로서 절삭날 (10) 이 아치형 노즈를 갖춘 종래 공구의 절삭날의 위치로부터 내부로 이동된다. 따라서, 공구가 도 2 의 화살표 (A) 로 도시된 방향으로 이송되면, 가상의 곡선으로 둘러싸인 절삭날 (10) 의 부분이 와이퍼날 (10a) 로 작용한다.

도 3a 는 아치형 노즈를 가진 종래 공구의 절삭날 및 본 발명에 따른 공구의 절삭날이 어떻게 이송되는지를 나타낸다. 도 3b 는 기계 가공면에서 이송 마크 (M ; 불균일한 10 개의 점 높이 (Rz)) 의 확대된 도면이다. 도 3a 및 도 3b 의 1 점 쇄선은 아치형 노즈를 갖는 종래 공구의 절삭날의 궤적을 나타낸다. 도 3a 및 도 3b 의 실선은 본 발명의 공구의 궤적을 나타낸다. 이러한 실선과 구별되는 바와 같이, 와이퍼 날이 없는 아치형 노즈를 갖는 종래 공구에 비하여 기계 가공면의 표면 거칠기가 개선되는 와이퍼 날이 사용중에 형성된다.

도 1a 는 본 발명에 따른 절삭 공구의 사시도이다.

도 1b 는 도 1a 의 공구의 평면도이다.

도 1c 는 도 1b 의 C-C 선에 따른 측면도이다.

도 1d 는 도 1b 의 D-D 선에 따른 측면도이다.

도 1e 는 도 1a 의 공구의 절삭팁의 확대된 사시도이다.

도 2 는 네가티브 랜드를 가지는 절삭날 및 네가티브 랜드가 없는 절삭날을 주분력의 방향에서 나타낸 도면이다.

도 3a 는 종래 공구와 본 발명에 따른 공구의 절삭날이 이송될 때의 궤적을 나타낸 도면이다.

도 3b 는 종래 공구와 본 발명에 따른 공구에 의해서 형성된 이송 마크를 나타내는 도면이다.

도 4 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 공구의 사시도이다.

도 5 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 공구의 사시도이다.

도 6 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 다른 공구의 사시도이다.

도 7 은 사용중 본 발명에 따른 공구가 어떻게 위치되는지를 나타내는 도면이다.

도 8a 는 사용중 본 발명에 따른 공구의 개략적인 평면도이다.

도 8b 는 사용중 본 발명에 따른 공구의 개략적인 단부도이다.

도 9a 는 아치형 노즈를 갖고 각 절삭팁에서 모따기된 종래 공구의 개략적인 사시도이다.

도 9b 는 도 9a 의 공구의 절삭팁 중 하나의 확대 단면도이다.

도 10 은 종래 와이퍼(wiper) 공구의 개략적인 사시도이다.

[부호 설명]

1 : 절삭 공구 2 : 초경합금의 기판

2a : 상면 2b : 하면

2c : 측면 2d : 클램프 홀(clamp hole)

3 : 시트 4 : 절삭팁

4a : CBN기 소결체 4b : 후방 금속층(back metal layer)

5 : 아치형 노즈(arcuate nose) 6 : 경사면(rake face)

7 : 단부 플랭크(end flank) 8 : 측부 플랭크(side flank)

9 : 네가티브 랜드(negative land)

9a, 9b : 서로 반대로 경사진 표면 10 : 절삭날

11 : 네가티브 랜드와 경사면 사이의 능선 12 : 종래 와이퍼날

13 : 모따기 20 : 공작물

이하, 도 1 ~ 7 을 참고하여 본 발명의 CBN 절삭 공구의 실시형태가 설명된다.

도 1 에 도시된 CBN 절삭 공구 (1) 는, 초경합금으로 만들어지고, 각각 2 개의 대각선 반대의 아치형 모서리에 2 개의 시트 (3) 로 형성된 기판 (2) 을 포함하는 다이아몬드 형상의 네가티브 인서트이다. 각 시트 (3) 에서, CBN기 소결체를 포함하는 절삭팁 (4) 이 남땜에 의해서 장착되어 있다. 4 개의 절삭 팁 (4) 은 교대로 절삭하는데 사용될 수 있다. 각 절삭팁 (4) 은 아치형 노즈 (5), 경사면 (6), 단부 플랭크 (7), 측부 플랭크 (8) 및 네가티브 랜드 (9) 를 구비한다. 각 절삭팁 (4) 이 중심선에 대하여 대칭이기 때문에, 단부 플랭크 (7) 및 측부 플랭크 (8) 는 인서트의 사용방법에 따라 각각 측부 플랭크와 단부 플랭크로 사용될 수 있다.

기판 (2) 은 평행한 상하면 (2a, 2b) 및 상하면 (2a, 2b) 과 직각을 이루는 4 개의 측부 (2c) 를 구비하고, 상하면 (2a, 2b) 사이의 중심부를 관통하여 중심으로 연장하는 클램프 홀 (2d) 이 형성되어 있다. 상하면 (2a, 2b) 은 동일한 구조이다. 따라서, 공구 (1) 는 상하면 (2a, 2b) 이 각각 하부 및 상부면으로 거꾸로 사용될 수 있다. 도시된 각 절삭팁 (4) 은 CBN기 소결체 (4a), 및 초경합금으로 만든 후방 금속측 (4b) 을 포함한다. 하지만 본 발명에 따른 절삭팁은 각각 CBN기 소결체만으로 구성되어 있다. 4 개의 절삭팁 (4) 의 어떠한 하나의 모서리는 절삭용으로 사용될 수 있다. 절삭팁 (4) 을 형성하는 CBN기 소결체는 절삭팁이 경화강을 고능률로 절삭할 수 있도록 45 내지 99.9 vol% 의 CBN을 함유하고 있다.

각 절삭팁 (4) 의 네가티브 랜드 (9) 는, 경사면 (6) 및 단부 및 측부 플랭크 (7, 8) 와 둔각으로 교차하고, 단부 절삭날(인서트의 한 면으로부터 보이는 정점 (P) 와 점 (Q1) 사이에서 연장되는 직선 (P-Q1))로서 능선 (10) 이 경사면 (16)에 대해서 20°이상, 35°이하가 되는 각 (β') 을 형성하도록 배치되어 있다. 네가티브 랜드 (9) 와 단부 플랭크 (7) 에 의해 형성되는 단부 절삭날인 능선 (10) 은 정점 (P) 에서 가장 낮고, 경사면 (6), 네가티브 랜드 (9), 단부 플랭크 (7) 가 서로 교차하는 점 (Q1) 을 향해서 점차적으로 높아진다. 유사하게, 네가티브 랜드 (9) 와 측부 플랭크 (8) 에 의해 형성되는 측부 절삭날로서 능선 (10) 은 정점 (P) 에서 가장 낮고, 경사면 (6), 네가티브 랜드 (9) 및 측부 플랭크 (8) 가 서로 교차하는 점 (Q2) 을 향해서 점차적으로 높아진다. 네가티브 랜드 (9) 와 경사면 (6) 에 의해 형성된 능선 (11) 은 점 (Q1) 와 (Q2) 사이를 연장한다.

소망하는 경제적인 공구를 제공하기 위해서, 절삭팁은 가능한 한 작아져야 한다. 이러한 목적 때문에, 각 절삭팁은 하기의 치수가 바람직하다.

아치형 노즈 (5) 의 곡률 반경 : 0.4 mm 이상이고 1.6 mm 이하

아치형 노즈 (5) 의 정점각 (α) : 55 내지 90°

경사 각 (β') : 20 내지 35°

아치형 노즈 (5) 의 정점각 (α) 의 이등분선을 따른 네가티브 랜드 (9) 의 폭 (W) : 0.5 mm 이상이고 2.0 mm 이하

ISO 규격에서, 교대로 사용가능한 절삭팁을 가진 인서트는, 노즈 정점각에 따라 4 가지 형태, 즉 D, T, C 및 S (노즈의 정점 각은 각각 55°,60°,80°및 90°)로 분류되어 있다. 본 발명이 이런 형태 중 하나로 분류되어 있는 인서트에 적용된다면, 그 절삭팁은, 아치형 노즈 (5) 가 0.8 mm 이상이고 1.2 mm 이하의 곡률반경을 가지고, 경사각 (β') 이 25°이상이고 32°이하이고, 네가티브 랜드 (9) 의 폭 (W ; 정점 각 (α) 의 이등분선을 따르는 최대 폭) 이 0.5 mm 이상이고 1.5 mm 이하인 것이 바람직하다.

절삭팁 (4) 은 CBN기 소결체만으로 구성될 수 있고, 또는 CBN기 소결체 및 예컨대 CBN기 소결체에 결합된 초경합금의 후방 금속층을 포함할 수도 있다. 절삭팁 (4) 은 다른 납땜에 의해서 초경합금의 기판 (2) 에 고정될 수 있다. 예를 들면, 절삭팁 (4) 이 기판 (2) 에 의해 안정적으로 고정될 수 있다면, 절삭팁은 절삭팁과 기판을 같이 소결, 압입(press-fitting), 수축 피팅 또는 팽창 피팅에 의해서, 또는 자체 파지 클램프(self-gripping clamp)에 의해서 기판 (2) 에 고정된다.

충분한 내구성을 위해서, 절삭팁 (4) 의 CBN기 소결체는 0.8 mm 이상이고 1.5 mm 이하의 두께 (t) 를 가져야 한다. 각 절삭팁 (4) 이 초경합금의 기판 (2) 에 납땜되어 있다면, 납땜 면적은 더 높은 결합 강도 및 더 작은 크기 및 저 비용을 위해서 2.5 ㎟ 이상이고 5 ㎟ 이하가 바람직하다. 절삭팁은 도 4 에 도 시된 바와 같이 노즈 정점 각의 이등분선에 대해서 비대칭일 수 있다. 하지만, 절삭팁이 외주 절삭뿐만 아니라 단면 절삭에 사용될 수 있기 때문에, 도 1 에 도시된 바와 같이 노즈의 정점 각의 이등분선에 대해서 대칭인 절삭팁이 바람직하다.

도 5 및 도 6 은 본 발명을 구체화하는 대칭 절삭팁의 다른 형태를 도시한다. 도 5 의 절삭팁은 노즈의 정점 각 (α) 의 이등분선을 따라 서로 교차하고, 서로 반대 방향으로 경사진 양 면 (9a, 9b) 을 포함하는 네가티브 랜드 (19) 를 가진다. 면 (9a, 9b) 은 노즈의 정점 각 (α) 의 이등분선 (CL) 에 대하여 대칭이고, 둘 다 아치형 노즈 (5) 의 정점 (P) 에서 가장 낮다. 도 6 의 절삭팁은 도 5 의 절삭팁의 변형이고, 인서트의 정상에서 볼 때, 아치형 노즈의 노즈 정점각 (α) 의 이등분선 (CL) 에 대하여 대칭인 네가티브 랜드 (29) 로서 곡면을 포함한다.

교대로 사용가능한 절삭팁을 가지는 절삭 공구 중에는, 초경합금 기판 (2) 이 3.18 mm, 4.76 mm 또는 6.35 mm 의 두께 (t1) (ISO 규격하에서, 각각 03, 04, 05)를 가지고, 클램프 홀 (2d) 은 기판 (2) 에 형성되어 있고(클램프 홀이 필수적인 요소는 아님), 기판 (2) 은 내접원이 6.35 mm, 9.525 mm 또는 12.7 mm 의 직경으로 되어 있고, CBN기 소결체를 포함하는 절삭팁이 80°의 노즈 정점각 (α) 을 가진 것이다. 본 발명의 개념은 그러한 절삭 공구에도 적용할 수 있다.

아치형 노즈에 근접한 부분의 경사면에 제공되는 네가티브 랜드는 평평한 것에 한정되지 않지만, 도 5 에 도시된 네가티브 랜드 (19) 와 같이 서로에 대하여 경사지고 서로 교차하는 다수의 면을 포함할 수 있고, 도 6 에 도시된 네가티브 랜 드 (29) 와 같이 곡면의 네가티브 랜드일 수 있으며, 또는 도 4 에 도시된 네가티브 랜드 (39) 와 같이 노즈 정점각 (α) 의 이등분선 (CL) 에 대하여 비대칭인 면일 수 있다. 더욱이, 본 발명의 개념은 플랭크 (7) 가 경사면 (6) 과 90°이상의 각으로 교차하는 인서트 또는 정사각형 인서트에도 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 CBN 절삭 공구는, 절삭날의 경사각 (λ) 및 측부 경사각 (γn) 이 모두 음수(도 7 참조), 단부 여유각 (αof), 측부 여유각 (αos), 단부 절삭날 각 (κf), 및 측부 절삭날 각 (κs) 이 모두 양수, 도 8b 에 도시된 각 (β) 는 20 내지 35°, 도 8b 에 도시된 길이 (h) 가 0.5 mm 이상이고 1.5 mm 이하가 되도록 배치된 절삭팁을 가공하는데 사용된다.

각 (β) 은 경사면 (6) 에 대한 단부 절삭날(아치형 노즈의 정점 (P) 으로부터 점 (Q1) 으로 연장되는 절삭날의 부분, 즉 절삭 공구의 한 면에서 보이는 직선 (P - Q1))로 사용되는 능선 (10) 의 하방 경사각이다. 각 (β) 이 20° 미만이면, 와이퍼 날이 효과적으로 형성될 수 없다. 35°초과하면, 절삭 저항이 증가하고, 따라서 내칩핑성 개선하기 어렵다.

길이 (h) 는, 인서트의 경사면 (16) 에 평행하고 공작물 (20) 의 회전축 (O) 을 포함하는 평면으로부터 아치형 노즈 (5) 의 정점 (P) 까지의 하방 길이이다. 0.5 mm 이상이고 1.5 mm 이하의 길이 (h) 로 정함으로써, 절삭날의 내칩핑성 및 공작물의 표면 거칠기가 개선된다. 통상적으로, 절삭이 상기 언급된 평면의 하방에 위치하는 정점 (P) 에서는 이루어지지 않는다.

이러한 형태의 절삭 중 공구의 이송률 (f) 은 0.1 mm/rev 이상이고 0.5 mm/rev 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 이송률 (f) 은 0.15 mm/rev 이상이고 0.5 mm/rev 이하로 설정되고, 도 8b 에 도시된 하방 길이 (h) 는 0.7 mm 이상이고 12. mm 이하로 설정된다. 상기의 범위내의 파라미터로 설정함으로써, 본 발명의 이점이 최대로 달성된다.

상세한 예가 이하에서 설명된다.

실시예 1

다른 모양을 가지는 CBN기 소결체를 포함하는 절삭부를 가지는 CBN 절삭 공구 시료번호 (1 내지 39) 가 제공되고, 그 절삭 능력이 평가된다.

CBN기 소결체는 초경합금으로 만들어진 볼 분쇄기에서 TiN 및 Al 을 포함하는 바인더 분말과 CBN 분말을 함께 혼합하고, 5 GPa 및 1500 ℃ 의 초고압 장치를 사용하여 혼합물을 소결함으로써 형성된다. 소결체는 3 ㎛ 의 평균 입경을 가지는 CBN 입자를 60 vol% 함유하고, 나머지는 주성분이 TiN, Al 의 질화물, 붕소화물 또는 산화물 등의 Al 화합물 및 미량의 W 및 Co 화합물로 구성되는 Ti 화합물을 포함한다.

실시예 1 의 절삭 공구는, CBN기 소결체를 포함하고 1.8 mm 의 두께, 80°의 노즈 정점각 (α), 4 mm 의 바닥부 길이를 가지는 절삭팁을 포함하며, ISO 규격에서 CNMA120404, CNMA120408, CNMA120412, CNMA120416 및 CNMA120420 으로 분류된 인서트형 공구에 기초한다. 이러한 절삭팁의 일부는 직접적으로 강 생크(steel shank)에 결합되어 있고, 나머지는 초경합금의 기판에 결합 되어있다. 절삭팁은 절삭날에서 본 발명을 특징짓는 다른 종류의 종래의 모따기 및 네가티브랜드이 다.

상기 공구의 일부는 CBN기 소결체 및 초경합금의 후방 금속층을 포함하며, 강 생크 또는 초경합금의 기판에 결합된 절삭팁을 포함한다. 각 절삭팁상에 경사면 및 아치형 노즈를 연마에 의해서 형성한 후에, 챔버 및 네가티브 랜드가 연마에 의해 형성된다. 챔버 및 네가티브 랜드를 형성하기 전에, 일부 공구의 CBN기 소결체는 1.5 mm 의 두께를 가지고, 각 공구의 노즈는 0.8 mm, 1.2 mm, 1.6 mm 및 2.0 mm 의 곡률반경 (R) 을 가지며(각 유형 번호의 마지막 2 자리가 노즈의 곡률반경을 나타냄), 각 공구의 절삭팁의 바닥부의 납땜면적은 3.15 ㎟, 2.90 ㎟, 2.55 ㎟ 및 2.10 ㎟ 이다.

공구는, 도 8 에 도시된 바와 같이 동일한 조건하에서, 절삭날 경사각 (λ), 측부 경사각 (γn), 단부 여유각, 측부 여유각, 단부 절삭날 각, 및 측부 절삭날 각이 각각 - 5°, - 5°, 5°, 5°, 5°, - 5°로 사용된다. 단부 절삭날로 사용되는 능선의 하방 길이 (h), 네가티브 랜드의 폭 (W), 이 절삭날의 하방 경사각 (β) 이 표 2 에 나타난 값으로 설정된다. 이러한 공구를 사용하여, 하기의 공작물이 하기의 조건하에서 절삭된다.

공작물 : JIS 타입 : SCR415H 외주 기계 가공 (DIN 타입 : 15Cr3 와 동일), 경도 HRc 58 내지 60

절삭 속도 : V = 150 m/min

절삭 깊이 : d = 0.2 mm

이송률 : f = 0.3 mm/rev

기계 가공 형상 : 냉매 없이 둥근 막대의 외주의 계속적인 기계 가공

평가시험의 결과가 표 1 에 도시되어 있다.

※ 1

공구 (1 내지 10) 는 (종래의 아치형 노즈를 갖는 공구의)모서리에 납땜된 CBN기 소결체를 포함하는 절삭팁을 포함하는 인서트이다. 각 절삭팁은 0.4 내지 2.0 mm 의 곡률 반경을 가지는 아치형 노즈를 구비하고, 0.15 내지 0.4 mm 의 일정한 폭 (CW) 및 25°내지 45° 의 챔버각 (γ) 을 가지고 절삭날을 따라서, 절삭날에 평행한 챔버를 구비한다.

공구 (11, 12) 는 기판에 납땜된 CBN기 소결체를 각각 포함하는 절삭팁을 포함하는 인서트(종래의 와이퍼 공구)이다. 각 절삭팁은 0.8 mm 의 곡률 반경 (R) 을 가지는 아치형 노즈, 및 공구 (1 내지 10) 의 챔버와 동일한 챔버를 구비하고, 또한 0.5 mm 의 폭 (WW) 을 가지는 와이퍼날을 더 포함한다.

공구 (1 내지 38) 는, 핀-락(pin-rock) 타입의 클램프 수단에 의한 25 mm 정사각 막대형 강 홀더에 고정된 CBN기 소결체를 포함하는 교대로 사용가능한 절삭팁을 포함하는 공구이다. 공구 (39) 는 25 mm 정사각 막대형 강 생크에 직접적으로 납땜된 CBN기 소결체를 포함하는 절삭팁을 포함하는 공구이다. 공구의 일부는 선반 터렛으로부터 팁까지 튀어나온 부분의 길이가 40 mm 가 되도록 선반에 장착되어 있다.

CBN기 소결체는 72 wt% 의 Ag, 25 wt% 의 Cu, 3 wt% 의 Ti 로 조성되는 활성화된 납재(brazing filler)를 사용하여 기판에 납땜 되어있다.

※ 2

절삭면의 표면 거칠기(이하, 단순히 "표면 거칠기"라고 함) 및 절삭면상의 잔류 응력(이하, 단순히 "잔류 응력"이라고 함)이 절삭을 개시로부터 5 분 후에 칩핑이 생기지 않는 공구 시료가 측정된다.

나타난 표면 거칠기 (Rz) 는, JIS B0601 하에서 거칠기 (Rz) 의 10 개 점의 높이를 나타내고, 컷오프 0.8 ㎛ 및 기준길이 4 mm 로 공작물의 축 방향에서 측정된 불균일한 점 높이이다.

잔류 응력은, 초소형 X-선 응력 측정장치 및 화학적 처리를 사용하는 에칭에 의해서 표면으로부터 20 ㎛ 의 깊이에서 측정된 잔류 응력값이다. 표 1 에서 "-" 표시는 압축 응력을 나타낸다.

실시예 1 에서 시험의 결과가 표 1 에 나타나 있다.

- 총 평 -

네가티브 랜드를 구비한 모든 공구 (13 내지 30) 중에서, 0.5 mm 이상이고 1.5 mm 이하로 설정된 하방 길이 (h) 로 사용되는, 본 발명에 따른 CBN 절삭 공구(번호 13 내지 17, 19 내지 21, 24 내지 28, 32 내지 35 및 37 내지 39)는, 공구 파손에 대한 수명, 표면 거칠기 및 잔류 응력이 우수하게 나타난다. 그 중에서, 0.7 내지 1.2 mm 로 설정된 하방 길이 (h) 가 사용되는 공구는 특히 우수한 표면 거칠기를 얻는다.

공구 (30, 31) 는 3 차원적으로 이동된 능선에 의해 형성된 와이퍼 날과 공작물의 절삭면 사이의 큰 틈으로 인해서 불량한 표면 거칠기를 얻는다.

공구 (13 내지 17, 19 내지 21, 24 내지 28, 32 내지 35 및 37 내지 39) 에 관한 표 1 의 데이터로부터, 단부 절삭날로서 능선의 하방 경사각 (β) 이 20°이상이고 35°이하이고, 특히 하방 경사각 (β) 이 25° 내지 35°인 본 발명에 따른 CBN 공구는 우수한 표면 거칠기를 얻는다. 하방 경사각 (β) 이 45°인 공구 (18, 29) 는, 큰 절삭 저항 및 불안정한 절삭으로 인한 절삭날의 칩핑 때문에 수명이 짧다.

네가티브 랜드가 0.5 mm 이상이고 2.0 mm 이하의 폭 (W) 을 가지는 본 발명에 따른 공구, 특히 네가티브 랜드가 0.5 내지 1.5 mm 의 폭 (W) 을 가지는 공구 (14 내지 17, 19, 20, 24 내지 28, 32 내지 34, 37 내지 39) 는 종래 공구 (1 내지 12) 와 비교하여 수명, 표면 거칠기 및 잔류 응력에서 우수한 결과를 나타낸다. 네가티브 랜드가 3.0 mm 의 폭 (W) 을 가지는 공구 (22) 에서, 경사면으로부터 아치형 노즈의 정점 (P) 까지의 하방 길이가 크기 때문에, 각각 CBN기 소결체를 포함하는 절삭팁은 감소된 두께를 가지고, 따라서 감소된 길이를 가지고, 절삭팁의 미숙한 칩핑을 가져온다. 네가티브 랜드가 0.45 mm 의 폭 (W) 을 가지는 공구 (23) 에서, 경사면으로부터 노즈의 정점 (P) 까지의 하방 길이가 불충분하기 때문에, 절삭이 점 (Q1) 을 초과하는 부분에서도 이루어져서, 표면 거칠기가 좋지 않고, 공구 사용의 비교적 이른 단계에서 절삭날의 칩핑이 발생한다.

CBN기 소결체가 두꺼워지면, 강도는 더 커진다. 하지만, 1.5 mm 보다 더 두꺼우면, 값비싼 재료인 CBN 의 양이 과도하게 증가하게 된다. 또한, 공구를 만들 때, 그러한 두꺼운 CBN기 소결체를 연마하기가 어렵다. 따라서, 제조비를 고려하여, 그 두께는 1.5 mm 이하가 바람직하다.

본 발명에 따른 CBN 절삭 공구에는, 종래 공구 (1 내지 12) 와 비교하면 큰 잔류 압축 응력이 생긴다. 특히, 공작물의 절삭면의 축 방향(공구의 이송 방향)의 잔류 압축 응력이 현저하다. 이는, 종래의 챔버 형태와 와이퍼 형태와 다른 본 발명에 따른 공구의 절삭팁이 공구의 이송 방향으로 강한 버니싱(burnishing) 작용을 하도록 형성되어 있기 때문이다.

종래 공구 (1 내지 12) 의 경우에는, CBN기 소결체를 포함하는 절삭팁뿐만 아니라 초경합금으로 만들어진 기판이 모따기 및 호닝(honing) 처리된다. 반대로, 본 발명에 따른 CBN 절삭 공구의 경우에, 연마 또는 호닝은 네가티브 랜드를 형성하기 위한 절삭팁에서만 필요하다. 따라서, 본 발명에 따른 절삭 공구는 종래 공구에 비해 생산성 및 제조비의 면에서 더욱 유리하다.

실시예 2

표 2 에 나타난 공구 (41 내지 56) 가 준비되었다. 사용된 공구는 ISO 규격 CNMA120412, CNMA120416, CNMA120420 으로 분류된 다이아몬드형 인서트에 근거하고, 대안으로 사용가능한 절삭팁을 지니고, 80°의 정점각 (α) 을 가진다. 각 절삭팁은 4 mm 의 베이스 길이, 1.1 mm 의 두께를 가지는 CBN기 소결체(실시예 1 의 소결체와 동일한 조성), 및 초경합금으로 만들어지고 소결에 의해 소결체에 결합된 후방 금속층을 포함한다. 절삭팁은 그 베이스 금속층을 기판에 납땜함으로써 초경합금의 기판에 결합 되어있다. 다른 종류의 모따기 및 실시예 1 과 유사한 평평한 네가티브 랜드가 절삭팁의 CBN기 소결체에 형성되어 있다. 절삭팁이 50 wt% 의 Cu, 25 wt% 의 Ti, 및 25 wt% 의 Zr 을 포함하는 활성화된 납재를 통해서 초경합금의 기판에 납땜 되어있다.

각 공구의 기판에 절삭팁을 납땜한 후에, 경사면 및 아치형 노즈가 연마에 의해 CBN기 소결체에 형성되어 있다. 그리고, 모따기 및 네가티브 랜드가 절삭날을 형성하도록 형성될 수 있다. 모따기 및 네가티브 랜드를 형성하기 전에, 공구 (56) 의 CBN기 소결체는 0.7 mm 의 두께를 가지고, 다른 공구의 CBN기 소결체는 0.8 mm 의 두께를 가진다. 0.8 mm, 1.2 mm, 1.6 mm, 2.0 mm 의 4 개의 다른 곡률반경을 가지는 노즈를 구비한 공구에 있어서, 절삭팁의 바닥부의 납땜 면적은 각각 3.15 ㎟, 2.90 ㎟, 2.55 ㎟, 2.10 ㎟ 이다.

공구는 동일한 조건하에서 도 7 에 나타난 바와 같이 사용되고, 상기 절삭날 경사각 (λ), 측부 경사각 (λn), 단부 여유각 (αof), 측부 여유각 (αos), 단부 절삭날 각 (κf), 및 측부 절삭날각 (κs) 이 각각 - 5°, - 5°, 5°, 5°, 5°, 및 - 5°로 설정한다. 단부 절삭날로 사용되는 능선의 하방 길이 (h), 네가티브 랜드의 폭 (W), 및 이 절삭날의 하방 경사각 (β) 이 표 2 에 나타난 값으로 설정되었다. 이 공구를 사용하여, 하기의 공작물이 하기의 조건하에서 기계 가공되었다.

공작물 : JIS 타입 : SCR415H 단부 표면가공 (DIN 타입 : 15Cr3 와 동일), 경도 HRc 58 내지 60

절삭 속도 : V = 120 m/min

절삭 깊이 : d = 0.25 mm

이송률 : f = 0.1 내지 0.6 mm/rev

기계 가공 형상 : 냉매 없이, 디스크의 단부 표면의 계속적인 기계 가공

평가시험의 결과가 표 2 에 나타나 있다.

※ 1

공구 (41 내지 47) 는 (종래의 아치형 노즈를 가지는 공구의) 모서리에 납땜된 CBN기 소결체를 각각 포함하는 절삭팁을 포함하는 인서트이다. 공구는 0.8 내지 2.0 mm 의 곡률반경을 가지는 아치형 노즈를 구비하고, 또한 절삭날을 따라서, 절삭날에 평행하고 0.15 mm 의 일정한 폭 (CW) 및 25°의 모따기각 (γ) 을 가지는 모따기를 구비한다.

공구 (48) 는 기판(종래의 와이퍼 공구)에 납땜된 CBN기 소결체를 각각 포함하는 절삭팁을 포함하는 인서트이다. 각 절삭팁은 1.2 mm 의 곡률반경 (R) 을 가지는 아치형 노즈, 및 공구 (41 내지 47) 의 모따기와 동일한 모따기를 구비하고, 0.5 mm 의 와이퍼 폭 (WW) 을 가지는 와이퍼 날을 더 포함한다.

공구 (49 내지 55) 는, 실시예 1 과 같이 핀-락 형 클램프 수단에 의해 25 mm 사각 막대형 강 홀더에 고정된 CBN기 소결체를 포함하는 교대로 사용 가능한 절삭팁을 포함하는 공구이다. 공구 중 일부는 선반 터렛으로부터 그 팁까지 돌출되는 부분의 길이가 40 mm 가 되도록 선반상에 장착되어 있다.

※ 2

절삭면의 표면 거칠기가 2 개의 공작물이 절삭된 후에 절삭날의 칩핑이 없는 공구로 측정되었다. 표면 거칠기는 실시예 1 과 같이 Rz 로 측정되었다.

- 총 평 -

고경도를 가지는 경화강을 절삭할 때, 극도로 큰 반경 방향 힘이 공구의 절삭날에 작용한다. 특히, 그러한 경화강이 실시예 2 와 같이 큰 기계 가공 깊이로 높은 이송률에서 비연속적으로 절삭될 때, 그러한 큰 배분력이 순간적으로 공구의 절삭날에 작용하여, 공구의 경사면이 플레이킹(flaking)되기 쉽다(조개 껍질형 플레이크 발생). 표 2 의 공구 (41 내지 56) 에서 관찰된 칩핑이 모두 그러한 조개 껍질형 플레이크이다.

각 절삭팁 노즈의 곡률반경을 증가시킴으로써 고이송, 고능률 절삭에 사용되는 경우에, 그러한 종래 공구에서의 수명을 연장하는 것이 가능하다. 하지만, 노즈가 너무 큰 곡률반경을 가진다면, 절삭팁의 납땜 면적이 동반하여 감소되고, 절삭팁이 고이송률에서 절삭시 높은 절삭 저항을 받게 되면, 납땜 연결부의 파손 가능성이 증가한다(공구 (45, 46) 의 결과 참조).

모따기각 (γ) 이 40°인 공구 (47) 는, 납땜 연결부의 분리 이전에, 절삭 초기 단계에서 절삭날의 칩핑이 생기고, 따라서 수명이 짧아진다. 이는 아마도, 큰 모따기각 (γ) 으로 인해서 날카로운 절삭이 불가능하여, 절삭 저항이 증가하기 때문이다.

납땜의 분리가 없지만, 와이퍼 날을 가지는 와이퍼 공구, 즉 공구 (48) 는 공구 (41 내지 46) 와 같이 플레이크가 발생한다.

반대로, 절삭이 0.15 mm/rev 내지 0.5 mm/rev 의 고이송률의 넓은 범위로 실행되는 경우에도, 본 발명에 따른 공구, 즉 공구 (50 내지 54 및 56) 는 납땜의 분리가 생기지 않는다. 또한, 플레이크가 거의 발생하지 않는다. 실시예 1 과 같이, 절삭날의 3 차원적 변위에 의해 형성된 와이퍼 날은 양호한 표면 거칠기를 제공한다.

본 발명에 따른 공구, 즉 공구 (50 내지 54 및 56) 에 칩핑, 즉 플레이크가 거의 발생하지 않는 이유는, 큰 반경 방향 힘이 순간적으로 공구의 절삭날에 작용할 때, 네가티브 랜드가 주분력 방향(경사면의 법선 방향)과 공구 이송 방향에서 절삭날에 칩의 형성에 대한 반작용으로서 큰 압축 응력을 작용하게 하고, 압축 응력이, 순간적인 반경 방향 힘으로 인해서 주분력의 방향으로, 취성의 CBN기 소결체에 작용하는 인장 응력을 상쇄하기 때문이다.

공구 (55) 에는 납땜된 절삭팁의 분리가 생긴다. 또한, 공구 (55 내지 54) 에 비하여 표면 거칠기가 나쁘다. 이는 이송률이 0.6 mm/rev 으로 너무 가혹하기 때문이다.

공구 (49) 는, 절삭의 개시로부터 발생하는 채터링 때문에 종래 공구에 비하여 표면 거칠기가 나쁘다. 이는 아마도, 이송률이 0.08 mm/rev 과 같이 낮으면, 본 발명에 따른 공구의 특정한 형상 때문에, 고유진동이 발생하기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 공구는 더 높은 기계 가공 능률을 위해서 0.1 내지 0.5 mm/rev 의 이송률에서 사용되는 것이 바람직하고, 0.12 내지 0.5 mm/rev 이 더욱 바람직하고, 0.15 내지 0.5 mm/rev 이 더 더욱 바람직하다.

공구 (56) 는 종래 공구 (44) 에 비하여 개선된 내칩핑성 및 표면 거칠기를 나타낸다. 하지만, CBN기 소결체가 0.8 mm 의 두께를 가지기 때문에 고강도인, 공구 (52) 는 공구 (56) 에 비하여 개선된 내칩핑성을 나타낸다.

실시예 3

표 3 에 나타난 공구 (61 내지 71) 가 제공된다. 사용된 공구는, ISO 규격 D (정점각 (α) = 55°), T (정점각 (α) = 60°), C (정점각 (α) = 80°) 및 S (정점각 (α) = 90°) 로 분류된 다이아몬드형 인서트에 근거하고, 교대로 사용가능한 절삭팁을 지지한다. 각 절삭팁은 CBN기 소결체(실시예 1 의 소결체와 동일한 조성), 및 초경합금으로 만들어지고 소결에 의해 소결체에 결합된 후방 금속층을 포함한다. 절삭팁이 베이스 메탈층을 기판에 납땜함으로써 초경합금의 기판에 결합 되어있다. 도 1 , 도 5 및 도 6 에 도시된 다른 종류의 모따기 및 네가티브 랜드는 절삭팁의 CBN기 소결체에 형성되어 있다.

기판 표면을 포함하는 공구 (67) 의 표면상에, 각 절삭팁의 절삭날을 따라서 네가티브 랜드를 형성한 후에, (Ti₀ _.5Al₀ _.5)N 의 경질막이 PVD(아크 이온 도금 ; arc ion plating)에 의해 3 ㎛ 의 두께로 형성되어 있다.

절삭팁을 각 공구의 기판에 납땜한 후, 경사면 및 아치형 노즈가 연마에 의해 CBN기 소결체에 형성되어 있다. 그리고, 모따기 및 네가티브 랜드가 절삭날을 한정하도록 형성되어 있다. 모따기 및 네가티브 랜드를 형성하기 전에, 공구의 일부 CBN기 소결체는 1.2 mm 의 두께를 가진다. 절삭팁의 바닥부의 납땜 면적은 2.90 ㎟ 이다. 절삭팁은 실시예 2 에서 사용된 납재와 동일한 조성의 활성화된 납재를 통해서 초경합금의 각 기판에 납땜 되어있다.

공구는 도 7 에 나타난 바와 같이 사용되고, 절삭날 경사각 (λ), 측부 경사각 (λn), 단부 여유각 (αof), 측부 여유각 (αos), 단부 절삭날 각 (κf) 및 측부 절삭날 각 (κs) 이 D 형 공구에서 각각 -7°, -5°, 7°, 5 °, 32° 및 -3°로, T 형 공구에서 각각 -6°, -6 °, 6°, 6°, 15° 및 -15°로, C 형 공구에서 각각 -5°, -5°, 5°, 5°, 5° 및 -5°로, S 형 공구에서 각각 -5°, -6°, 5°, 6°, 15° 및 15°로 설정된다. 어떤 공구에서도, 노즈는 0.8 mm 의 곡률반경을 가진다. 단부 절삭날로 사용되는 능선의 하방 길이 (h), 네가티브 랜드의 폭 (W), 절삭날의 하방 경사각 (β) 이 표 3 에 나타난 값으로 설정된다. 이러한 공구를 사용하여, 하기의 공작물이 하기의 조건하에서 기계 가공되었다.

공작물 : JIS 타입 : SCR415H 단부 표면 기계 가공 (DIN 타입 : 15Cr3 와 동일), 경도 HRc 48 내지 60 (1 mm 의 절삭의 깊이에서 HRc 48 의 경도를 가진 표면으로부터 내부로 경도변화(감소))

절삭 속도 : V = 100 m/min

절삭 깊이 : d = 1.0 mm

이송률 : f = 0.2 mm/rev

기계 가공 형상 : 반경 방향 외부면과 단부면 사이의 면적비가 1:1 의 복합기계 가공(탄화층 제거)(반경 방향 외부면과 단부면 사이의 경계가 0.8 mm 미만의 곡률반경을 가지는 아치형 표면이 되는 것이 필요하다. 20 배 희석된 에멀전형 냉내가 사용된다.)

평가시험의 결과가 표 3 에 나타나 있다.

※ 1

공구 (61, 63, 65 및 70) 는, 종래의 형상으로 되어 있고 거기에 납땜된 CBN기 소결체를 각각 포함하는 절삭팁을 포함하는 인서트이다. 각 절삭팁은 0.8 mm 의 곡률반경을 가지는 노즈, 및 절삭날을 따라 0.15 mm 의 폭 (CW) 및 25 °의 모따기각 (γ) 을 가지는 모따기를 구비한다(종래 공구와 비교예).

공구 (67) 는 공구 (66) 의 절삭팁과 같은 특성을 가지는 절삭팁을 지지한다. 하지만, 기판 표면을 포함하는 공구 (67) 의 표면상에, (Ti₀ _.5Al₀ _.5)N 의 경질막이 PVD 에 의해 형성되어 있다.

표 3 의 공구는, 핀-락 형 클램프 수단에 의해 25 mm 사각 막대형 강 홀더에 고정된 CBN기 소결체를 포함하는 교대로 사용 가능한 절삭팁을 포함하는 공구이다. 공구의 일부는 선반 터렛으로부터 팁까지 돌출되는 부분의 길이가 40 mm 가 되도록 선반상에 장착되어 있다.

※ 2

칩의 길이는 절삭 개시후 5 분에 수집된 칩의 길이다.

- 총 평 -

실시예 3 에서, 반경 방향 외부면과 단부면 사이의 경계에서 공작물의 특이한 형상 때문에, 아치형 노즈가 0.8 mm 이하의 곡률반경으로 한정된다. 하지만, 절삭이 고이송률에서 고효율 절삭이므로, 종래 공구 (61, 63, 65 및 70) 는 분력의 증가된 이송 성분 때문에 칩핑이 생긴다. 따라서 그 수명이 짧아진다.

반대로, 본 발명에 따른 공구 (62, 64, 66 내지 69 및 71) 의 일부는 내칩핑성이 현저히 개선된다. 이는 아마도, 실시예 2 와 같이 네가티브 랜드에는 주분력 및 공구 이송 방향에서 절삭날에 칩의 형성에 대한 반작용으로서 큰 압축 응력dl 작용하게 되고, 압축 응력이 배분력에 의한 인장 응력을 상쇄하기 때문이다.

네가티브 랜드가, 노즈 정점 (α) 의 이등분선에 대해서 대칭이고 또한 그 중심부가 노즈 정점을 향해서 돌출되도록 서로 반대 방향으로 경사진 2 개의 표면을 포함하는 공구 (68 및 69) 는, 평평한 네가티브 랜드(공구 (62, 64, 66 및 67))를 가지는 공구에 비하여 더욱 개선된 절삭 능력을 나타낸다.

본 발명에 따라, 실시예 3 과 같이 큰 절삭의 깊이로 고이송률에서 경화강 공작물을 회전할 때 큰 문제가 되는, 두껍고 연속적인 칩이 공작물이나 공구와 엉키는 것을 네가티브 랜드가 방지한다. 구체적으로, 종래 공구 (61, 63, 65 및 70) 가 약 300 mm 의 긴 칩을 만드는 반면, 본 발명에 따른 공구는 매우 짧고(60 mm 미만), 따라서 더욱 쉽게 분리 가능한 칩을 만든다. 따라서, 본 발명에 따른 공구는, 예컨대 자동차 부품의 대량 생산용 설비의 작업율을 개선하고 결함을 감소시킨다.

그 표면이 TiAlN 막으로 코팅된 것을 제외하고 공구 (66) 와 동일한 공구 (67) 는 플랭크의 마모에 있어서 현저한 감소를 나타내고, 따라서 연장된 수명을 나타낸다.

본 발명에 따라, 각 CBN기 소결체는, 경사면과 아치형 노즈 사이에 형성된 네가티브 랜드를 구비하여, 그 위치가 3 차원적으로 변하는 양 측부에서 절삭날을 형성한다. 이는, 공작물이 회전하는 동안 공작물의 회전 방향과 공구 이송 방향으로 버니싱 기능을 가지는 고강도 둔각의 절삭날을 형성하는 것이 가능하다. 게다가, 통상적으로 생각할 수 없는, 단부 절삭날이 하방 경사각을 형성하고, 노즈의 정점이 공작물의 회전축으로부터 하방에 위치하도록 공구를 배치하여, 와이퍼 날이 단부 절삭날에 형성된다. 이는 고이송률에서 고능률 기계 가공 및 고정밀 기계 가공은 통상적으로 서로 모순되기 때문에 종래 절삭 공구로는 불가능한 고정밀 기계 가공을 실행하는 것이 가능하고, 또한 안정적으로 공구의 긴 수명을 얻을 수 있다. 고정밀 기계 가공에 의해서, 공작물의 기계 가공면이 개선된 피로 강도를 나타내고, 또한 공작물의 접합부(fitting portion)는 개선된 밀봉성을 나타낸다.

본 발명에 따른 공구는 특히 경화강 공작물의 고효율 기계 가공용으로 효과적으로 사용될 수 있지만, 또한 절삭하기 어려운 공작물 중의 하나인 소결된 합금의 절삭에 효과적으로 사용될 수 있다.

Claims

CBN기 소결체에 의해 형성된 절삭부를 포함하는 고품질, 고능률 절삭용 CBN 절삭 공구에 있어서,

상기 CBN기 소결체 각각은 단부 플랭크, 측부 플랭크, 아치형 노즈, 경사면 및 상기 경사면과 상기 아치형 노즈 사이에 형성된 네가티브 랜드를 포함하고,

상기 네가티브 랜드와 상기 경사면은 그 사이에, 상기 단부 플랭크, 경사면 및 네가티브 랜드가 서로 교차하는 점 (Q1) 으로부터, 상기 측부 플랭크, 경사면 및 네가티브 랜드가 서로 교차하는 점 (Q2) 까지 연장하는 능선을 형성하고,

상기 단부 플랭크 및 상기 네가티브 랜드는 그 사이에 제 1 절삭날을 형성하고,

상기 측부 플랭크 및 상기 네가티브 랜드는 그 사이에 제 2 절삭날을 형성하고,

상기 제 1 절삭날 및 제 2 절삭날은 각각 상기 아치형 노즈의 정점 (P) 으로부터 점 (Q1 및 Q2) 으로 연장 기 제 1 절삭날 및 제 2 절삭날은 각각 상기 정점 (P) 에서 상기 경사면에 대하여 가장 낮으며 점 (Q1 및 Q2) 을 향해서 높아지고,

상기 정점 (P) 과 점 (Q1) 을 연결하는 직선은 상기 경사면에 대하여 20 °이상이고 35°이하의 경사각 (β') 을 이루는 것을 특징으로 하는 고품질, 고능률 절삭용 CBN 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 아치형 노즈는 0.4 mm 이상이고 1.6 mm 이하의 곡률반경, 및 55 내지 90°의 정점각 (α) 을 가지는 것을 특징으로 하는 고품질, 고능률 절삭용 CBN 절삭 공구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 네가티브 랜드는 0.5 mm 이상이고 2.0 mm 이하의 폭 (W) 을 가지는 것을 특징으로 하는 고품질, 고능률 절삭용 CBN 절삭 공구.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 초경합금으로 만들어지고 다수의 모서리를 구비한 기판을 더 포함하며,

상기 각 CBN기 소결체는 상기 모서리의 하나에 유지되어, 상기 CBN기 소결체는 교대로 절삭에 사용될 수 있고,

상기 CBN기 소결체의 상기 각 노즈가 0.8 mm 이상이고 1.2 mm 이하의 곡률반경을 가지고,

상기 경사각 (β') 은 25°이상이고 32°이하이며,

상기 네가티브 랜드는 0.5 mm 이상이고 1.5 mm 이하의 폭 (W) 을 가지는 것을 특징으로 하는 고품질, 고능률 절삭용 CBN 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 절삭날 및 제 2 절삭날은 상기 아치형 노즈의 정점각 (α) 의 이등분선에 대하여 대칭인 것을 특징 으로 하는 고품질, 고능률 CBN 절삭 공구.
제 5 항에 있어서, 상기 네가티브 랜드는 상기 아치형 노즈의 정점각 (α) 의 이등분선에 대하여 대칭이고, 또한 상기 이등분선에 대하여 서로 반대 방향으로 경사진 2 개의 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 고품질, 고능률 CBN 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 CBN 절삭 공구를 사용하여 회전축을 가지는 공작물을 기계 가공하는 방법에 있어서,

CBN 절삭 공구는 0.1 mm/rev 이상이고 0.5 mm/rev 이하의 이송률에서 공작물을 절삭하며,

CBN 절삭 공구는, 절삭날 경사각 및 측부 경사각이 모두 음수, 단부 여유각, 측부 여유각 및 단부 절삭날 각이 모두 양수, 단부 절삭날로 사용되는 상기 제 1 절삭날의 하방 경사각 (β) 이 상기 경사면에 대하여 20 내지 35°이고, 상기 정점 (P) 이 공작물의 회전축을 포함하고 상기 경사면에 평행한 평면으로부터 0.5 mm 이상이고 1.5 mm 이하로 하방에서 이격되도록 위치하는 CBN 절삭 공구를 사용하는 것을 특징으로 하는 공작물을 기계 가공하는 방법.
제 7 항에 있어서, 공작물의 반경방향 외부면은 0.15 mm/rev 이상이고 0.5 mm/rev 이하의 이송률에서,상기 평면으로부터 0.7 mm 이상이고 1.2 mm 이하로 하방 에서 이격된 상기 정점 (P) 으로 기계 가공되는 것을 특징으로 하는 공작물을 기계 가공하는 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 공작물은 경화강인 것을 특징으로 하는 공작물을 기계 가공하는 방법.