KR20070118198A - 공구 - Google Patents

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KR20070118198A
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Abstract

본 발명은 분말 형태의 수정된 T15 고속강(HSS)과 같은 분말 금속으로 제조되고 체결구의 헤드와 같은 작업편에 멀티-소엽성 리세스부를 천공하기 위한 멀티-소엽성 단부 프로파일(12)을 갖는 공구(10)에 관한 것이다. 공구(10)는 균질이며 1 내지 4 미크론 범위 내와 같이 상대적으로 작은 카바이드만을 포함한다. 또한 이러한 공구의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 분말 금속 바아가 절삭되고 이후 절삭 편이 가공되어 멀티-소엽성 공구를 제공하는 것을 요구한다. 최종 부품은 금속 사출 성형 부품에서 95 내지 98% 밀도인 것과는 대조적으로 이론적으로 100% 밀도이다. 사용에 있어서, 최종 부품은 그것이 제조되는 방법에 의해 증가된 컬럼 강도 및 증가된 충격 저항을 갖는다.
공구, 분말 금속, 카바이드, 고속강, 펀치 핀

Description

공구 {A TOOL}
본 발명은 예를 들어, 체결구의 헤드에 멀티-소엽성(multi-lobular) 리세스부를 천공하기 위한 멀티-소엽성 공구 세공에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 분말 금속으로 형성된 멀티-소엽성 공구 세공 및 공구 세공 블랭크에 관한 것이다. 본 발명은 분말 금속 멀티-소엽성 공구 형성 방법에 관한 것이다.
멀티-소엽성 공구는 종종 "펀치 핀"이라고 불리는데, 예를 들어, 체결구의 헤드에 멀티-소엽성 리세스부를 천공하는데 사용된다. 도1은 멀티-소엽성 펀치 핀(10)을 예시한다. 사용에 있어서, 즉 멀티-소엽성 프로파일을 갖는 펀치 핀(10)의 헤드(12)가 체결구의 헤드와 같은 작업편에 천공되어 멀티-소엽성 리세스부를 형성한다.
통상적으로, 펀치 핀은 M42 공구강과 같은 표준 강으로 형성된다. 공구강은 본래가 비균질이며, 크고 종종 편석된 카바이드를 대체로 포함한다. 도2는 M42 공구강으로 형성된 펀치 핀의 이미지를 제공하는데, 상기 이미지는 횡단면도를 따라 (즉, 도1의 라인 2를 따라) 400 배율의 현미경으로 찍은 것이다. 도3은 유사하지만, 종방향의 단면도를 따라 (즉, 도1의 라인 3을 따라) 찍은 이미지이다. 도시된 바와 같이, 카바이드(이미지에서 더 밝은 영역)는 그 중 대부분이 상대적으로 크며, 양쪽 단면도를 따라 발견될 수 있다. 크기에 관해서는, 종래의 공구강으로 형성된 펀치 핀에서 10 내지 50 미크론 정도이거나 더 큰 카바이드가 종종 존재한다.
카바이드 편석의 존재는 경질의 깨지기 쉬운 약한 면을 생성하기 쉬우며, 재료는 이러한 면에서 파괴되거나 쪼개지기 쉽다. 일반적으로 말해서, 카바이드는 약한 지점을 제공하므로 펀치 핀이 큰 카바이드 및 카바이드 편석을 포함하는 것은 바람직하지 않다. 이것은 상당히 큰 카바이드가 멀티-소엽성 펀치 핀의 돌출부를 따라 존재하게 된다면 특히 해당된다. 이러한 경우에, 도4에서 도시되는 바와 같이, 카바이드는 돌출부가 사용 중에 조기에 쪼개지는 것을 유발할 수 있다. 도4는 M42 공구강으로 형성되는 펀치 핀의 이미지를 제공하는데, 상기 이미지는 펀치 핀이 작업편에 멀티-소엽성 리세스부를 천공하도록 다수의 사이클로 사용된 후 35 배율로 주사형 전자 현미경(SEM)으로 찍은 것이다. 이것은 큰 카바이드가 펀치 핀의 돌출부에 존재할 때 가능한 문제를 제공할 뿐만 아니라, 이러한 문제는 펀치 핀이 클수록 더욱 심각해진다.
미국 특허 제 6,537,487호는 금속 사출 성형(MIM) 공정을 사용하는 분말 금속 제품 성형 방법을 개시한다. 이러한 공정은 상대적으로 복잡하며 바인더를 사용한다. 바인더는 소결 동안 또는 소결 전에 제거되어야 한다. 이러한 공정으로 완료된 부품은 대체로 95 내지 98 퍼센트 밀도이며, 감소된 컬럼(column) 강도와 제한된 충격 저항을 갖는다.
본 발명의 실시예의 목적은 분말 금속으로 형성된 멀티-소엽성 공구 및 공구 블랭크를 제공하여, 이에 따라 매우 균질이며 매우 작은 성질의 카바이드만을 포함하는 공구를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예의 다른 목적은 멀티-소엽성 분말 금속 공구를 제조하는 상대적으로 단순한 방법을 제공하는 것이며, 이러한 방법은 소결 전 또는 소결 동안에 어떠한 바인더 제거 단계도 요구하지 않는다.
요약하면 그리고 상기의 목적들 중 적어도 하나에 따르면, 본 발명의 실시예는 분말 형태의 (몰리브덴이 첨가된다는 점에서) 수정된 T15 고속강(HSS)과 같은 분말 금속으로 제조되며, 체결구의 헤드와 같은 작업편에 멀티-소엽성 리세스부를 천공하기 위한 멀티-소엽성 단부 프로파일을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예는 분말 금속으로 제조되는 공구를 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 공구는 멀티-소엽성 단부 프로파일을 갖는다. 상기 방법은 (몰리브덴이 첨가된다는 점에서 수정된) 수정된 T15 고속강(HSS)과 같은 분말 금속으로 형성된 로드(rod)를 소정 길이로 절삭하는 단계와, 적어도 하나의 단부에 모따기를 적용하는 단계와, 외부 직경을 소정의 크기로 연삭하는 단계와, 외부 직경을 소정 크기로 연삭하는 단계와, 오일을 제공하고 펀치 프레스 내에 고정되는 압출 다이에서 절단부의 일 단부에 멀티-소엽성 형상을 압출하는 단계와, 열 처리 로에 서 부품의 스트레스를 완화시키는 단계와, (필요하다면) 부품 위로 상표를 압인 가공하는 단계와, 외부 직경을 소정의 크기로 연삭하는 단계와, 소정 길이로 페이싱(facing) 가공하는 단계와, 노우즈(nose) 각을 쉐이빙 가공하는 단계와, 소정의 경도로 열처리하는 단계와, 소정의 마무리 및 길이를 달성하도록 노우즈 각을 연삭하는 단계와, 외부 직경 단을 소정의 크기 및 길이로 연삭하는 단계 및 노우즈 각을 소정의 마무리로 연마하는 단계를 포함한다.
본 발명의 구성에 의하면, 매우 균질이며 매우 작은 성질의 카바이드만을 포함하는 멀티-소엽성 공구를 제공할 수 있다.
본 발명은 여러 형태의 실시예가 가능할 수 있으며, 본 발명의 실시예들이 도면에서 도시되며, 본 명세서에서 상세히 기술되는데, 본 명세서의 기재는 본 발명의 원리의 예시이며, 본 명세서에서 예시되고 기재된 것에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
위에서 검토한 바와 같이, 도2 내지 도4는 M42 공구강으로 형성된 펀치 핀에 관한 것이다. 도5 내지 도7은 유사한 도면을 제공하지만, 멀티-소엽성 공구, 특히 본 발명의 실시예에 따른 (몰리브덴이 첨가된다는 점에서 수정된) 분말 형태의 수정된 T15 고속강(HSS)으로 형성된 펀치 핀에 관한 것이다. 분말 금속으로 형성된 결과로서, 펀치 핀은 공구강으로 형성된 펀치 핀 내에 대체로 포함되는 카바이드와 비교하여, 훨씬 더 균질이며 상대적은 작은 카바이드(도5 및 도6에 도시되는 이미 지의 밝은 영역)만을 포함한다. 더 균질이며 상대적으로 작은 카바이드만을 포함하는 결과로서, 펀치 핀은 강하며 쪼개지거나 다르게는 사용 중에 (예를 들어, 체결구의 헤드 내에 리세스부를 천공하도록 사용되는 동안) 고장이 잘 나지 않게 된다.
도5는 펀치 핀의 이미지를 제공하는데, 상기 이미지는 횡단면도를 따라 (즉, 도1의 라인 2를 따라) 400 배율로 현미경으로 찍었다. 도6은 도5와 유사하지만, 상기 이미지는 종단면도를 따라 (즉, 도1의 라인 3을 따라) 찍었다. 도5 및 도6에서 도시되는 바와 같이, 카바이드(이미지 내의 밝은 영역)는 도2 및 도3에서 도시되는 바와 같이, 공구강 펀치 핀 내에 존재하는 것들과 비교하여 상대적으로 작다. 구체적으로, 공구강으로 제조되는 펀티 핀 내에 존재하는 카바이드는 40 미크론 또는 그 이상일 수 있지만, 펀치 핀이 분말 형태의 수정된 T15 고속강(HSS)과 같은 분말 금속으로 형성되면, 카바이드는 1 내지 4 미크론 정도로 작아질 수 있다.
도7은 펀치 핀의 이미지를 제공하며, 상기 이미지는 펀치 핀이 작업편에 멀티-소엽성 리세스부를 천공하도록 여러 회 사용된 후, 50배 배율로 주사형 전자 현미경(SEM)으로 찍었다. 도7을 도4와 비교하면, 공구강 펀치 핀(도4)은 돌출부에서 치핑을 보이는데 반해, 분말 금속 펀치 핀(도7)은 치핑(chipping)없이 허용 가능한 마모만을 보인다.
큰 카바이드가 약한 지점을 제공하고, 펀치 핀과 같은 멀티-소엽성 공구의 돌출부는 충격 동안 상당한 스트레스를 받기 때문에, 큰 카바이드가 멀티-소엽성 공구의 돌출부에 존재하지 않도록 제공하거나 보장하는 것이 중요하다. 대체로, 펀치 핀과 같은 멀티-소엽성 공구는 비균질의 공구강으로 형성된다. 멀티-소엽성 공구가 분말 형태의 수정된 T15 고속강(HSS)과 같이 분말 금속으로 대신 제조되면, 부품의 결정 구조는 훨씬 더 균질이다. 이와 같이, 큰 카바이드가 돌출부 중 하나에서 또는 그 영역에서 존재하게 될 가능성이 더 적거나 없다. 결과로서, 펀치 핀은 더 강하고 개선된 컬럼 강도 및 충격 저항을 가지며, 더 긴 사용 수명을 갖게 된다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 도5 내지 도7에서 도시된 펀치 핀과 같은 분말 금속 멀티-소엽성 공구를 제조하는 방법을 예시한다. 도시되는 바와 같이, 상기 방법은 (몰리브덴이 첨가되는 점에서 수정된) 수정된 T15 고속강(HSS)과 같이, 분말 금속으로 형성된 바아 스톡으로부터의 로드를 소정의 길이로 절삭하는 단계와, 양 단부에 모따기를 제공하는 단계와, 외부 직경을 소정 크기로 연삭하는 단계와, 오일을 제공하고 펀치 프레스 내에 고정되는 압출 다이에서 절단부의 일 단부에 멀티-소엽성 형상을 압출하는 단계와, 열 처리 로에서 부품의 스트레스를 완화시키는 단계와, (필요하다면) 부품 위로 상표를 압인 가공하는 단계와, 외부 직경을 소정의 길이로 연삭하는 단계와, 소정 길이로 페이싱(facing) 가공하는 단계와, 노우즈(nose) 각을 쉐이빙 가공하는 단계와, 소정의 경도로 열처리하는 단계와, 소정의 마무리 및 길이를 달성하도록 노우즈 각을 연삭하는 단계와, 외부 직경 단을 소정의 크기 및 길이로 연삭하는 단계 및 노우즈 각을 소정의 마무리로 연마하는 단계를 포함한다. 상기 공정은 상대적으로 단순하며, 바인더가 소결 동안 또는 소결 전에 제거되어야 하는 금속 사출 성형 공정에 대립되는 것으로서, 바인더 제거 단계를 요구하지 않는다. 마무리된 부품은 이러한 사출 금속 성형 공정으로 통상적으로 단지 95 내지 98 퍼센트 밀도이다. 대조적으로, 상술한 방법으로 제조되는 마무리된 부품은 98 퍼센트 밀도 이상이고 이론적으로 100 퍼센트 밀도이며, 개선된 컬럼 강도, 충격 저항 및 공구 수명을 갖는다. 분말 스틸 바를 제공하기 위해, 상술된 제조 단계를 수행하기 전에, 이하의 공정이 사용될 수 있다:
1. 적합한 조성의 용융 금속이 불활성 대기에서 원자화된다.
2. 결과의 분말 금속은 5 내지 6 피트 길이이고 10 내지 12 인치 직경의 강 파이프인 큰 스틸 "캔" 내에 밀봉된다.
3. 밀봉된 캔은 2100F에서 1000 기압의 압력을 가하는 열간 등방 가압(HIP)에서 위치된다.
4. 열간 등방 가압(HIP) 공정 후, 스틸 캔은 현재 고체이며 100% 밀도의 피.엠. 잉코트(ingot)이다.
5. 이후 피.엠. 잉고트는 종래에 주입되는 잉고트와 같이 처리된다.
본 발명의 실시예가 도시 및 기재되었지만, 당업자는 본 명세서의 범위 및 기술 사상을 벗어나지 않으면서 본 발명의 다양한 변형을 고안할 수 있다고 해석된다.
본 발명의 구조 및 작동의 구성 및 방식은 그 목적 및 장점과 함께 첨부된 도면과 연결하여 이하의 기재를 참조할 때 가장 잘 이해될 수 있다. 동일한 도면부호는 동일한 구성 요소를 가리킨다.
도1은 멀티-소엽성 펀치 핀의 사시도이다.
도2는 M42 공구강으로 형성된 펀치 핀의 이미지이며, 상기 이미지는 횡단면도를 따라 (즉, 도1의 라인 2를 따라) 400배 배율로 현미경으로 찍었다.
도3은 도2와 유사하지만, 상기 이미지는 종단면도를 따라 (즉, 도1의 라인 3을 따라) 찍었다.
도4는 M42 공구강으로 형성된 펀치 핀의 이미지를 제공하며, 상기 이미지는 펀치 핀이 작업편에 멀티-소엽성 리세스부를 천공하도록 여러 회 사용된 후 35배로 주사형 전자 현미경(SEM)으로 찍었다.
도5는 본 발명의 실시예에 따라, 분말 형태의 수정된 T15 고속강(HSS)으로 형성된 펀치 핀의 이미지를 제공하며, 상기 이미지는 횡단면도를 따라 (즉, 도1의 라인 2를 따라) 400배 배율로 현미경으로 찍었다.
도6은 도5와 유사하지만, 상기 이미지는 종단면도를 따라 (즉, 도1의 라인 3을 따라) 찍었다.
도7은 분말 형태의 수정된 T15 고속강(HSS)으로 형성된 펀치 핀의 이미지를 제공하며, 상기 이미지는 펀치 핀이 작업편에 멀티-소엽성 리세스부를 천공하도록 여러 회 사용된 후, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 찍었다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 펀치 핀과 같은 멀티-소엽성 공구를 제조하는 방법의 흐름도를 제공한다.

Claims (6)

  1. 작업편에 멀티-소엽형 리세스부를 천공하기 위한 멀티-소엽형 단부 프로파일(12)과 몸체를 가지며, 상기 몸체는 98 퍼센트 밀도 이상이도록 분말 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는 공구(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 공구(10)는 분말 형태의 고속강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 공구(10).
  3. 제2항에 있어서, 상기 고속강은 T15 고속강을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구(10).
  4. 제2항에 있어서, 상기 고속강은 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구(10).
  5. 제3항에 있어서, 상기 T15 고속강은 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 공구(10).
  6. 제1항에 있어서, 상기 공구(10)는 체결구의 헤드에 멀티-소엽성 리세스부를 천공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공구(10).
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