KR20080099863A - 카바이드 절단 공구 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 지지 스핀들 (2) 및 본질적으로 반경방향 절단날을 갖는 독립적인 수 개의 블레이드 (3) 를 구비한 회전형 절단 공구 (1) 에 관한 것으로, 상기 블레이드는 나선형으로 그라인딩되어 상기 스핀들의 외면에 일정한 간격으로 세팅되며, 각 블레이드 (3) 는 그 기부와 동일한 형상의 슬롯 (5) 에 삽입되는 직사각형 기부 (4) 를 가지며, 독립적인 각각의 블레이드 (3) 는 상기 스핀들 (2) 에 기계적으로 고정되며, 상기 회전형 절단 공구는 상기 블레이드 (3) 의 고정을 강화하기 위하여 상기 스핀들 (2) 의 각 기부 (8', 9') 에 고정되는 2 개의 커버 (8, 9) 를 포함하는 것을 특징한다.

회전형 절단 공구, 블레이드

Description

카바이드 절단 공구 및 그 제조 방법{CARBIDE CUTTING TOOL AND METHOD OF MAKING SUCH A TOOL}

본 발명은 내마모성이 향상된 나이프 또는 블레이드를 구비한 절단 공구에 관한 것으로, 특히 코팅이 있거나 없는 선재 형태의 합성 또는 광물 재료 (플라스틱, 유리 섬유 등) 를 원료로서 이용하기 전에 입자 형태로 절단하는 절단 공구에 관한 것이다.

본 발명은 축선 주위에 일정한 간격으로, 또는 그렇지 않게 세팅된 여러 개의 독립적인 절단날을 갖는 회전형 절단 공구에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 이러한 공구의 제조 방법에 관한 것이다.

플라스틱 소재의 제조 또는 재활용 분야에서, 예컨대 "민싱 (mincing)" 원리에 따라 작동하는 압출기 또는 스풀을 포함하는 제립기가 공지되어 있다. 압출기의 경우, 플라스틱 소재가 가열되고 그 용융체가 천공형 디스크를 통해 밀려나오게 된다.

다음으로, 빠져나오는 선재 (thread) 는 회전형 블레이드에 의해 입자 형태로 절단된다. 하중의 분배를 개선하고 진동을 피하기 위하여, 일반적으로 이 블레이드의 절단날은 나선형이며, 선재는 동시가 아니라 연속적으로 절단된다.

종래 기술 중에는 블레이드가 나선형 그라인딩되는 이러한 형태의 다양한 나이프가 있다. 이들 나이프는 중실형 블록을 기계가공한 것으로, 부재는 60 이상에서 로크웰 경도 C 를 갖는 소결강 또는 고속도 고합금강으로 제조된 단일블록이다 (예컨대, GB-A-2 364 007, FR-A-2 301 327, GB-A-923 087, JP-A-2000/107925). 이들은 탄화 텅스텐, 고속도강 또는 세라믹 등의 내마모성이 우수한 재료로 제작되어 코팅될 수 있는 플레이트 형태일 수도 있다. 이 경우, 절단 플레이트는 납땜 (brazing), 압착 또는 클램핑, 비금속성 접착 등에 의해 절단 공구의 본체에 고정된다. (예컨대, US-A-5 586 843, GB-A-1 334 676, GB-A-2 116 094).

상업적으로는 처리강 또는 특수합금으로 제작된 단일블록 또는 카바이드로 제작된 납땜 플레이트로서 직경 50 ~ 200 mm, 길이 50 ~ 600 mm 인 이러한 종류의 절단 공구 및 카운터 블레이드가 유통되고 있다.

생산에 이용되는 상기 제립기의 경우, 마모된 단일블록 절단 공구를 하루에도 몇 번씩 교체할 필요가 있기 때문에, 생산 공구의 정지 시간이 증가되어 (하루에 몇 시간씩의 중단) 생산성에 영향을 미치게 된다. 카바이드, 특히 단일블록 형태의 공구를 사용함으로 인하여, 절단 공구의 작업 수명은 5 ~ 10 배 증가할 수 있다. 그러나, 소결 방식으로 제작된 단일블록 공구는 값이 비싸며, 단일 블레이드의 악화는 공구 전체의 교체를 야기한다.

나아가, 제립기용 절단 공구의 경우, 나선형 절단날을 갖춘 나이프는 실린더 지지체의 전체 길이를 따라 축방향으로 세팅된다. 상기 본체에 대한 개별 블레 이드의 위치조정 및 고정 작업은 최종 그라인딩을 위하여 준수되어야 할 공차가 제공되는 매우 정교한 작업이며, 나선형 블레이드의 경우 더욱 그러하다.

특허문헌 US-A-2 212 012 에는 개별 블레이드를 구비한 회전형 나이프가 개시되어 있으며, 상기 블레이드는 상기 나이프의 외면에 기계가공된 슬롯에 삽입된다. 이 블레이드 및 그 블레이드에 대응하는 슬롯에는 직선형 기부가 있다. 이 블레이드의 단면은 본질적으로 직사각형이며, 그라인딩은 나선형이다.

특허문헌 FR-A-1 278 615 에는 실린더의 모선에 대하여 구부러진 직선형 절단 슬롯을 구비한 원통형 부재로 제작된 커터가 개시되어 있으며, 이 커터에는 봉 (rod) 형태의 블레이드가 세팅된다. 이 절단날은 절단기 본체의 둘레에 일정한 간격으로 세팅된다.

특허문헌 DE 10 2004 017 714 A1 에는 공구의 축선에 대하여 비스듬한 각도로 세팅된 직선형 슬롯을 구비한 절단 공구가 개시되어 있다. 블레이드는 나사에 의해 봉쇄되는 길이방향 잠금 부재에 의해 공구에 부착된다.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 극복하는 해결책을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 작업수명이 상당히 향상된 제립기용 절단 공구를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 종래 기술에 비하여 제작 및 수리 비용이 저렴한 절단 공구를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 상기 절단 공구의 간단하고 경제적인 제작 및 그라인딩 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태는 원통형 지지 스핀들 및 본질적으로 반경방향 절단날을 갖는 개별적인 수 개의 블레이드를 구비한 회전형 절단 공구에 관한 것으로, 상기 블레이드는 나선형으로 그라인딩되어 상기 스핀들의 외면에 일정한 간격으로 세팅되며, 각 블레이드는 직선형 기부를 가지며, 이 기부는 그와 동일한 형상의 슬롯에 삽입되고, 개별적인 각각의 블레이드는 상기 스핀들에 기계적으로 고정되는 블레이드로서, 상기 블레이드의 고정을 강화하기 위하여 상기 스핀들의 각 기부에 고정되는 2 개의 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기부는 본질적으로 직사각형 또는 평행사변형 형태이며, 슬롯은 이에 대응하여 각각 직사각형 또는 평행사변형이다.

스핀들에 대한 블레이드의 기계적 고정은 나사체결, 조임, 납땜, 수축, 압착 (crimping) 또는 접착 (sticking) 에 의하는 것이 바람직하다.

콘헤드형 나사에 의해 블레이드가 스핀들에 나사체결되어 부착되는 것이 더욱 바람직하다.

스핀들에는 나사의 배치를 위하여 균일한 간격으로 형성된 횡단 슬롯이 제공된 블레이드 지지체가 구비되는 것이 더욱 바람직하다.

블레이드 지지 슬롯에는 블레이드를 따라서 일정한 간격으로 나사가 세팅되어, 대응하는 직선형 슬롯에서 나사 머리에 의해 블레이드가 잠금되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 블레이드는 일정하고 규칙적인 절단 윤곽을 가지고 그 전체 길이의 어느 곳에서도 어떠한 치형 (teeth) 도 없이 스핀들의 전체 길이를 따라 연장된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 스핀들에 기계가공된 슬롯은 스핀들의 축선에 대하여 0° ~ 15°, 바람직하게는 5°~ 15°의 각도로 세팅된다.

블레이드는 탄화 텅스텐계 초경합금, 고속도강 또는 고강도강, 다이아몬드, 세라믹 또는 써멧으로 제작되는 것이 바람직하며, 질화티타늄 또는 질화티타늄알루미늄, 탄질화티타늄 또는 질화크롬의 단일층 또는 다중층으로 코팅될 수 있다.

스핀들은 스테인리스강으로 제작되는 것이 더욱 바람직하다.

특히 바람직한 실시예에 따르면, 각 블레이드는 나선형 그라인딩과 평행한 적어도 2 개의 절단날을 갖는다.

블레이드는 고정시에 해당 커버에 형성된 역 테이퍼 (inverse taper) 안으로 끼워지는 적어도 하나의 콘헤드형 단부를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 2 개의 커버 중 적어도 하나는 반경방향으로 분할되어 있으며, 임의의 2 개의 분할부 사이에 최대 2 개의 절단날이 있도록 임의의 2 개의 분할부 사이에 나사 구멍을 갖는다.

본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따르면, 상기 슬롯의 단면은 사다리꼴이며, 사다리꼴의 장변은 단변보다 스핀들의 축선에 더 가깝다.

스핀들은 블레이드와 같은 길이의 봉 (rod) 형태의 가동성 잠금 부재를 갖는 것이 바람직하며, 이 잠금 부재는 블레이드를 따라 축방향으로 세팅되어 정위치에서 슬롯을 형성하게 되며, 상기 잠금 부재는 스핀들에 고정용 나사를 삽입하기 위한 시트 (seat) 를 포함한다.

각 잠금 부재는 인접하는 2 개의 블레이드를 고정하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 양태는 전술한 바와 같은 회전형 절단 공구의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 적어도 이하의 연속 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

- 직선형 기부를 갖는 블레이드의 블랭크를 기계가공하는 단계;

- 직선형 기부를 갖는 상기 블레이드의 블랭크를 스핀들에 기계가공된 해당 슬롯에 위치시키는 단계;

- 상기 블레이드의 블랭크를, 바람직하게는 콘헤드형 나사와 커버에 의하여 상기 스핀들에 기계적으로 고정하는 단계; 및

- 상기 절단 공구의 소정의 일반적 공차를 충족하는 나선형 그라인딩을 갖춘 완성된 블레이드를 얻기 위하여 상기 블레이드의 블랭크를 기계가공하는 단계.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절단 공구의 분해사시도이며,

도 2a 및 도 2b 는 각각 도 1 에 도시된 절단 공구의 지지 스핀들의 입면도 및 단면도이며,

도 3a 및 도 3b 는 각각 상기 스핀들의 기부를 나타내며,

도 4a 및 도 4b 는 각각 도 3a 에 도시된 기부에 대응하는 커버의 단면도 및 평면도이며,

도 5a 및 도 5b 는 각각 도 3b 에 도시된 기부에 대응하는 커버의 단면도 및 측면도이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 절단 공구 (1) 는 보통의 강 또는 스테인리스강으로 제작되어 블레이드를 지지하는 원통형 스핀들 (2) 을 포함한다. 반면에, 블레이드 (3) 는, 예컨대 탄화 텅스텐 (WC), 세라믹, 고속도강 등의 내마모성이 우수한 소재로 제작되며, 질화티타늄 (TiN), 탄질화티타늄 (TiCN), 질화티타늄알루미늄 (TiAlN), 질화크롬 (CrN) 등으로 코팅될 수 있다.

미완성 (rough) 블레이드 또는 블레이드 블랭크 (미도시) 는 거칠게 그라인딩되어, 예컨대 콘헤드형 나사 (6) 에 의한 잠금 등의 기계적 수단에 의해 원통형 스핀들 (2) 의 측면에서 슬롯 (5) 내에 고정되는 직선 기부를 갖는 본질적으로 직육면체 (rectangular paralleliped) 또는 바 (bar) 의 형태이다. 블레이드 (3) 는 실린더 (2) 의 축선에 대하여 약 10 도의 각을 가지고 상호 평행하게 배향된다. 이 각도는 나선형으로 마무리된 그라인딩 블레이드가 축방향으로 배치된 블레이드에 비하여 더욱 큰 나선각을 가지게 할 것이다.

스핀들 (2) 에는 평평한 바닥을 갖는 여러 개의 직선형 슬롯 (5) 이 제공되는데, 이 슬롯에 블레이드 (3) 의 블랭크가 고정되며, 상기 블레이드는 그에 상응하는 형상, 즉 직사각형 또는 평행사변형인 기부 (4) 를 갖는다 (도 1, 도 2A 및 도 2B). 일단 블레이드가 스핀들에 고정되면, 요구되는 공차에 따라 블레이드의 최종 그라인딩을 쉽게 할 수 있다.

그러므로, 스핀들 (2) 에서 슬롯 사이에는 여러 개의 블레이드 지지체 (3') 가 있는데, 이 블레이드 지지체에는 균등하게 이격되어 상기 콘헤드형 나사 (6) 의 삽입을 허용하는 여러 개의, 예컨대 3 개의 횡단 슬롯 (7) 이 있다.

본 발명은 나사에 의한 블레이드의 블랭크의 고정에만 제한되지 않으며, 본 발명의 범위 내에서 압착, 조임, 열간 수축, 클램핑, 납땜, 접착 등의 임의의 기계적 수단이 고려될 수도 있다.

블레이드 (3) 의 블랭크 및 스핀들 (2) 의 크기는 2 개의 절단날 (미도시) 이 있는 블레이드가 상기 스핀들의 기계가공된 직선형 슬롯 (5) 의 폭을 가로질러 삽입될 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 블레이드 (3) 의 고정은 역 테이퍼를 구비한 2 개의 커버 (8, 9) 를 스핀들 (2) 의 기부 (8', 9') 에 대해 부가적으로 고정함으로써 강화된다.

따라서, 블레이드 (3) 는 그 전체가 고정될 때 해당 커버 (8) 내에 기계가공된 역 테이퍼 내에 끼워맞춤되는 적어도 하나의 콘헤드형 단부 (4') 를 갖는다.

블레이드의 전체 길이를 커버하기 위하여, 2 개의 커버 중 적어도 하나 (도 1 및 도 5B 의 커버 (9)) 는 반경방향으로 분할되어 있으며, 이하 설명하는 바와 같이 임의의 2 개의 분할부 (11) 사이에는 최대 2 개의 블레이드가 위치하도록 나사 구멍 (10) 이 있다. 이러한 구성으로 인하여 원심력의 작용하에서 회전 나 이프의 이탈을 막을 수 있다.

도 6 에 도시된 본 발명에 따른 바람직한 제 2 실시예에 따르면, 슬롯 (5) 의 단면은 사다리꼴이며, 사다리꼴의 장변 (5') 은 단변 (5'') 에 비하여 스핀들 (2) 의 축선에 더 가깝다. 따라서, 스핀들이 움직일 때 원심력에 의하여 이탈하려고 하는 블레이드 (3) 의 고정은 안전하게 더욱 강화된다. 스핀들 (2) 은 블레이드 (3) 와 길이가 동일한 바 (bar) 형태의 가동성 잠금 부재 (3') 를 취하도록 설계되는 것이 바람직하며, 이 잠금 부재는 블레이드 (3) 를 따라 축방향으로 세팅되며 정위치에서 슬롯 (5) 을 형성하게 된다. 스핀들에 어깨부가 형성되어 있고, 블레이드 (3) 는 이 어깨부에 맞닿아 놓인다. 또한, 블레이드의 잠금 부재 (3') 는 스핀들 (2) 에 고정 나사 (6) 를 삽입하기 위한 공간부를 갖는다. 이 고정 나사는 당업자에게 공지된 임의의 종류가 될 수 있다.

블레이드 사이의 앵귤러 피치 (angular pitch) 가 충분히 넓은 적용에 있어서, 도 6 에 도시된 바와 같이 잠금 부재 (3') 는 인접하는 2 개의 블레이드 (3) 를 고정하기 위하여 제공될 수도 있다.

이하 본 발명의 장점을 설명한다.

카바이드를 이용함으로써 블레이드의 작업 수명이 매우 향상되고, 결과적으로 조업 중단시간이 감소한다.

블레이드는 호환성 및 가동성이 있다. 블레이드 지지체에 대한 각 블레이드의 개별적인 고정으로 인하여, 결함이 있는 블레이드가 개별적으로 교환됨으로써 모노블록 장치와 비교할 때 수리비용이 상당히 절감된다. 나아가, 각 공구 에는 블레이드가 2 세트 제공될 수 있다.

모노블록 부품에 비하여 스핀들 및 개별 바의 기계가공 비용이 더 적게든다.

원심력의 영향과 관련해서, 블레이드가 가동성이라는 사실은 적절한 조치를 취하여 고려된다 (강화 커버, 스핀들의 외측을 향하여 좁아지는 사다리꼴형 슬롯).

Claims (17)

1. 원통형 지지 스핀들 (2) 및 본질적으로 반경방향 절단날을 갖는 개별적인 수 개의 블레이드 (3) 를 구비한 회전형 절단 공구 (1) 에 있어서, 상기 블레이드는 나선형으로 그라인딩되어 상기 스핀들의 외면에 일정한 간격으로 세팅되며, 각 블레이드 (3) 는 직선형 기부 (4) 를 가지며, 이 기부는 그와 동일한 형상의 슬롯 (5) 에 삽입되고, 개별적인 각각의 블레이드 (3) 는 상기 스핀들 (2) 에 기계적으로 고정되며,

   상기 회전형 절단 공구는 상기 블레이드 (3) 의 고정을 강화하기 위하여 상기 스핀들 (2) 의 각 기부 (8', 9') 에 고정되는 2 개의 커버 (8, 9) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기부 (4) 는 본질적으로 직사각형 또는 평행사변형 형태이며, 상기 슬롯 (5) 은 각각 직사각형 또는 평행사변형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 스핀들에 대한 상기 블레이드 (3) 의 기계적 고정은 나사체결, 조임, 납땜, 수축, 압착 (crimping) 또는 접착 (sticking) 에 의하는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블레이드는 콘헤드형 나사 (6) 에 의해 상기 스핀들 (2) 에 나사체결되어 부착되는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 스핀들 (2) 에는 상기 나사 (6) 의 배치를 위하여 균일한 간격으로 형성된 횡단 슬롯 (7) 이 제공된 블레이드 지지체 (3') 가 구비되는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 블레이드 지지체 (3') 의 슬롯 (7) 에는 상기 블레이드 (3) 를 따라서 일정한 간격으로 나사 (6) 가 세팅되어, 해당 직선형 슬롯 (5) 에서 나사 머리에 의해 블레이드가 잠금되는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 블레이드 (3) 는 일정하고 규칙적인 절단 윤곽을 가지고 그 블레이드 (3) 의 전체 길이의 어느 곳에서도 어떠한 치형 (teeth) 도 없이 상기 스핀들 (2) 의 전체 길이를 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 스핀들 (2) 에 기계가공된 상기 슬롯 (5) 은 상기 스핀들의 축선에 대하여 0° ~ 15°, 바람직하게는 5°~ 15°의 각도로 세팅되는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블레이드 (3) 는 탄화 텅스텐계 초경합금, 고속도강 또는 고강도강, 다이아몬드, 세라믹 또는 써멧으로 제작되며, 질화티타늄, 질화티타늄알루미늄, 탄질화티타늄 또는 질화크롬의 단일층 또는 다중층으로 코팅될 수 있는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 스핀들 (2) 은 스테인리스강으로 제작되는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 각각의 블레이드 (3) 는 상기 나선형 그라인딩과 평행한 적어도 2 개의 절단날을 갖는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 블레이드 (3) 는 고정시에 해당 커버 (8) 에 형성된 역 테이퍼 (inverted taper) 안으로 끼워지는 적어도 하나의 콘헤드형 단부 (4') 를 갖는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 2 개의 커버 중 적어도 하나 (9) 는 반경방향으로 분할되어 있으며, 임의의 2 개의 분할부 (11) 사이에 최대 2 개의 절단날이 있도록 임의의 2 개의 분할부 (11) 사이에 나사 구멍 (10) 을 갖는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 슬롯 (5) 의 단면은 사다리꼴이며, 사다리꼴의 장변 (5') 이 단변 (5'') 보다 상기 스핀들 (2) 의 축선에 더 가까운 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 스핀들 (2) 은 상기 블레이드 (3) 와 같은 길이의 봉 (rod) 형태의 가동성 잠금 부재 (3') 를 가지며, 이 잠금 부재는 상기 블레이드 (3) 를 따라 축방향으로 세팅되어 정위치에서 슬롯 (5) 을 형성하게 되며, 상기 잠금 부재 (3') 는 상기 스핀들 (2) 에 고정용 나사 (6) 를 삽입하기 위한 시트 (seat) 를 갖는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
16. 제 15 항에 있어서,

    각각의 잠금 부재 (3') 는 인접하는 2 개의 블레이드 (3) 를 고정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 회전형 절단 공구의 제조 방법으로서, 상기 방법은 적어도 이하의 연속 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 절단 공구의 제조 방법.

    - 직선형 기부 (4) 를 갖는 블레이드의 블랭크를 기계가공하는 단계;

    - 상기 직선형 기부 (4) 를 갖는 상기 블레이드의 블랭크를 스핀들 (2) 에 기계가공된 해당 슬롯 (5) 에 위치시키는 단계;

    - 상기 블레이드의 블랭크를, 바람직하게는 콘헤드형 나사 (6) 와 커버 (8, 9) 에 의하여 상기 스핀들 (2) 에 기계적으로 고정하는 단계; 및

    - 상기 절단 공구의 소정의 일반적 공차를 충족하는 나선형 그라인딩을 갖춘 완성된 블레이드 (3) 를 얻기 위하여 상기 블레이드의 블랭크를 기계가공하는 단계.

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