KR20100121058A - Tool holder using carbon nano tube composition material and fabricating method its - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 나노 기술을 접목하여 전체무게를 줄여 가공부하를 줄이고, 고유진동수 및 감쇠비를 높여 기계가공시 채터링을 방지하고, 티타늄 나노 열처리에 의해서 표면경도를 높이고 강성을 증대시켜 최적성능을 갖는 탄소나노튜브를 이용한 공구홀더 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a tool holder using a carbon nanotube composite material and a method for manufacturing the same, and more particularly, by combining nanotechnology to reduce the overall weight to reduce the processing load, to increase the natural frequency and damping ratio to chattering during machining The present invention relates to a tool holder using carbon nanotubes having an optimum performance by increasing surface hardness and increasing rigidity by titanium nano heat treatment, and a method of manufacturing the same.
일반적으로 절삭 기계가공에서 가장 난해한 가공이 보링 또는 리밍과 같은 구멍 가공으로 다양하고 많은 방법이 개발되어왔으며, 특히 공구업체 중 미국의 KENNAMETAL사와 스웨덴의 SANDVIK COROMANT사, 노르웨이의 TEENESE사 등은 동흡진기가 내장된 보링 홀더 및 밀링 가공용 홀더를 개발하였고, 일본의 SUMITOMO사와 MITSUBISHI MATERIAL사의 보링용 헤드 부분에 홈을 주어 주분력과 배분력에 대한 절삭력을 배분해 주도록 단면형상을 설계한 딤플바를 개발하였으며, 독일 Mapal사는 심공 가공용으로 패드붙이 리머와 보링바를 개발하였다. In general, the most difficult process in cutting machining has been developed by a variety of methods, such as boring or reaming hole, and especially among the tool makers KENNAMETAL in the United States, SANDVIK COROMANT in Sweden, TEENESE in Norway, etc. We developed a built-in boring holder and a milling holder, and developed a dimple bar with a cross-sectional shape designed to distribute the cutting force for the main component and the distribution force by giving grooves to the boring heads of SUMITOMO and MITSUBISHI MATERIAL in Japan. Mapal has developed padded reamers and boring bars for deep hole machining.
상기 동흡진기가 내장된 홀더는 전체 무게가 늘어나고 내부에 동흡진기가 들어갈 공간을 추가로 필요하게 되어 가공시 진동 감쇠에 의한 채터링 발생은 없는 반면, 헤드부의 단면이 약하게 설계되어 절삭력에 의한 처짐이 커지게 되고, 절삭두께에 따라 처짐이 큰 폭으로 달라진다. 이러한 메커니즘은 기계가공시 치수 공차의 정밀도를 저하시키는 주요 원인으로 작용하였다. The holder with the built-in copper reducer increases the overall weight and additionally needs a space for entering the copper reducer, so that chattering does not occur due to vibration attenuation during processing, while the cross section of the head is weakly designed and sagging due to cutting force It becomes large, and the deflection varies greatly depending on the cutting thickness. This mechanism acted as a major cause of lowering the precision of dimensional tolerances in machining.
또한, 딤플바는 합금강과 텅스텐 카바이드 몸체를 이용하여 만든 것으로 주로 소형 선삭 가공물에 사용되며, 패드붙이 리머 같은 경우는 가공 되어진 홀을 가이드 패드가 잡아주어 채터링에 의한 절삭 공구 홀더의 외란을 잡아 주는 것이다. In addition, dimple bar is made of alloy steel and tungsten carbide body, and is mainly used for small turning work.In case of reamer with pad, guide pad catches the machined hole to catch disturbance of cutting tool holder by chattering. will be.
그러나, 기계가공시 패드가 가공면에 닿을 정도로 부드럽게 구부려 주지 않으면 미세한 틈새 안에서 진동을 하게 된다. However, if the pad does not bend smoothly so as to touch the processing surface, it will vibrate in a fine gap.
또한, Mapal사 제품 같은 경우 표준리머 대응품으로 내 놓은 NC 리머 같은 공구는 헤드와 생크 사이인 스템 부분의 직경이 헤드의 50~60% 정도로 작게 설계되어 있다. 또한, 절삭력에 대해 버티려는 강성을 작게 하여 완전히 패드가 구멍의 가공면 위를 미끄러지고 강성을 작게 하므로 가공중 발생될 수 있는 공진영역 이하에서 가공이 이루어지도록 하였다. 그러나 구멍의 깊이가 깊을 수록에 가공 구멍의 진직도가 기초 구멍을 따라 변하게 된다. In addition, in the case of Mapal, tools such as NC reamers, which are available as standard reamers, are designed so that the diameter of the stem between the head and shank is as small as 50-60% of the head. In addition, since the stiffness to hold against the cutting force is reduced so that the pad completely slides on the machining surface of the hole and the stiffness is small, the machining is performed below the resonance region that may be generated during the machining. However, as the depth of the hole increases, the straightness of the processing hole changes along the base hole.
특히, 가공 거리가 먼 자동차 엔진 헤드의 캠 샤프트 저널 가공처럼 가공하고자 하는 구멍의 진직도를 정밀하게 요구하는 가공의 경우엔 NC 리머로는 가공이 불가능하고 패드가 길게 붙은 제품을 사용하게 되고, 공구 직경을 키워 강성을 높이고 변형을 가이드 패드로 지지하는 방식을 채용해야만 한다. In particular, in the case of machining that requires the straightness of the hole to be precisely processed, such as camshaft journal processing of a car engine head of a long distance, NC reamers are used, and products with long pads are used. The diameter must be increased to increase rigidity and to support deformation with guide pads.
그러나, 이러한 제품은 상당한 고가 제품이며 긴 제품일수록 시효 변형이 문제가 되어 휘어짐에 따라 표면조도가 나빠지며, 공구수명이 짧아진다. However, these products are quite expensive, and the longer the product, the worse the surface roughness as the aging deformation becomes a problem and the shorter the tool life.
또한, 대한민국특허등록 0683943호에 따르면 내부 피치계 고강성 탄소섬유 에폭시 복합재료를 이용한 공구홀더가 개시되어 있다. 이러한 공구홀더는 전체 무게는 줄이고 강성을 높여 높은 영역대의 고유진동수를 갖게 하고, 고감쇠로 진동을 억제할 수 있는 것이다. In addition, according to Korean Patent Registration No. 0683943, a tool holder using an internal pitch-based high rigid carbon fiber epoxy composite material is disclosed. Such a tool holder can reduce the overall weight and increase rigidity to give a natural frequency in a high range, and can suppress vibration with high attenuation.
그러나, 이러한 종래의 공구홀더는 탄소섬유 에폭시 복합재료를 내부부품으로 그 외부를 감싸는 금속덮개인 외부부품은 일반적인 합금강 소재로 이루어짐으로서 외부로 노출한 탄소섬유 에폭시 복합재료에 비해 낮은 강성을 지니고 있다. 이에 따라, 외부를 보호하기 위한 금속덮개의 강성이 모자라고, 구조에서도 외부 보호덮개인 금속덮개의 강성은 무시되고 있다. 또한, Si 함량이 높은 알루미늄 합금 가공용 공구는 칩이 발생되는 부분에서 칩에 의한 공구홀더의 침식이 발생한다. 합금강이 가지는 경도로는 이러한 침식을 방지할 수 없다는 문제점이 있었다. However, such a conventional tool holder has a lower rigidity than the carbon fiber epoxy composite material exposed to the outside because the outer part, which is a metal cover surrounding the outside with the carbon fiber epoxy composite material as the inner part, is made of a general alloy steel material. Accordingly, the rigidity of the metal cover for protecting the outside is insufficient, and the rigidity of the metal cover as the outer protective cover is also ignored in the structure. In addition, in the tool for processing aluminum alloy having a high Si content, erosion of the tool holder due to the chip occurs at the portion where the chip is generated. The hardness of the alloy steel has a problem that such erosion can not be prevented.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 나노 기술을 접목하여 전체무게를 줄여 가공부하를 줄이고, 고유진동수 및 감쇠비를 높여 기계가공시 채터링을 방지하고, 열처리에 의해서 표면경도를 높이고 강성을 증대시켜 최적성능을 갖는 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. Therefore, the present invention is to solve the above problems, the purpose is to reduce the overall weight by combining nanotechnology to reduce the processing load, to increase the natural frequency and damping ratio to prevent chattering during machining, by heat treatment It is intended to provide a tool holder using a carbon nanotube composite material having an optimum performance by increasing the surface hardness and increasing rigidity, and a method of manufacturing the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서, 본 발명은 가공대상물에 형성된 구멍의 내주면을 가공하기 위한 적어도 하나의 절삭공구가 교체가능하게 구비되는 공구헤드부 ; 상기 공구헤드부에 일단부가 조립되는 일정길이의 코어축 ; 상기 코어축이 삽입배치되는 중앙공을 관통형성하여 상기 공구헤드부의 일단부에 밀착조립되고, 탄소섬유에폭시와 탄소나노튜브가 혼합된 복합소재로 이루어지는 복합재료부; 및 상기 복합재료부의 외부면 전체 또는 외부면 일부를 덮도록 상기 복합재료부에 삽입되는 중공원통형 금속덮개를 포함하는 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더를 제공한다. As a specific means for achieving the above object, the present invention is a tool head which is provided with a replaceable at least one cutting tool for processing the inner peripheral surface of the hole formed in the object; A core shaft of a predetermined length having one end assembled to the tool head; A composite material portion formed of a composite material in which the core shaft penetrates and is formed in close contact with one end of the tool head, and the carbon fiber epoxy and carbon nanotubes are mixed with each other; And it provides a tool holder using a carbon nanotube composite material including a hollow cylindrical metal cover inserted into the composite material portion to cover the entire outer surface or a portion of the outer surface of the composite material portion.
바람직하게, 상기 복합재료부는 탄소섬유에폭시에 4 내지 6wt% 탄소나노튜브가 혼합된 혼합물을 소재로 하여 중공원통형 성형물로 이루어진다. Preferably, the composite material portion is made of a hollow cylinder-shaped molding using a mixture of 4 to 6 wt% carbon nanotubes mixed in carbon fiber epoxy.
바람직하게, 상기 공구헤드부, 코어축 및 금속덮개 중 어느 하나는 티타늄 나노 열처리된다. Preferably, any one of the tool head portion, the core shaft and the metal cover is heat-treated titanium nano.
바람직하게, 상기 공구헤드부는 다결정소결다이아몬드, 초경합금 또는 서메트(ceremt)소재 중 하나로 이루어져 기계가공되는 구멍의 내주면에 접하는 가이드 패드를 적어도 하나 이상 구비한다.Preferably, the tool head portion comprises at least one guide pad made of one of polycrystalline sintered diamond, cemented carbide, or cermet material to contact the inner circumferential surface of the hole to be machined.
바람직하게, 상기 코어축의 타단부와 나사결합되어 상기 복합재료부의 일단부에 밀착고정되도록 상기 금속덮개의 일단부에 삽입배치되는 엔드부를 추가 포함한다. Preferably, it further comprises an end portion which is screwed with the other end of the core shaft is inserted into one end of the metal cover to be fixed in close contact with one end of the composite material.
또한, 본 발명은 가공대상물에 형성된 구멍의 내주면을 가공하기 위한 적어도 하나의 절삭공구가 교체가능하게 구비되는 공구헤드부와, 상기 공구헤드부에 일단부가 조립되는 코어축과, 상기 코어축이 삽입배치되는 중앙공을 관통형성하여 상기 공구헤드부의 일단부에 밀착조립되는 복합재료부 및 상기 복합재료부의 외부면에 삽입되는 금속덮개를 포함하는 공구홀더를 제조하는 방법에 있어서, 상기 복합재료부는 탄소섬유에폭시에 4 내지 6wt% 탄소나노튜브가 혼합된 혼합물을 소재로 하여 성형되는 중공원통형 성형물로 이루어지고, 상기 공구헤드부, 코어축 및 금속덮개 중 어느 하나는 조립 전에 티타늄 나노 열처리됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더제조방법을 제공한다. In addition, the present invention is a tool head portion that is replaceably provided with at least one cutting tool for processing the inner peripheral surface of the hole formed in the object, the core shaft one end is assembled to the tool head portion, and the core shaft is inserted In the method of manufacturing a tool holder comprising a composite material portion formed in close contact with one end of the tool head portion formed through the central hole is disposed and a metal cover inserted into the outer surface of the composite material portion, the composite material portion is carbon It is made of a hollow cylinder-shaped molding is formed of a mixture of 4 to 6wt% carbon nanotubes in the fiber epoxy, wherein any one of the tool head, the core shaft and the metal cover is heat-treated titanium nano before assembly Provided is a tool holder manufacturing method using a carbon nanotube composite material.
본 발명에 의하면, 공구헤드부와 결합되는 복합재료부를 탄소섬유에폭시에 일정량의 탄소나노튜브가 혼합된 복합소재로 구비하고, 복합재료부의 외부면 전체 또는 외부면 일부를 덮도록 복합재료부에 삽입되는 금속덮개를 티타According to the present invention, the composite material portion to be combined with the tool head portion is provided with a composite material in which carbon nanotubes are mixed with a certain amount of carbon nanotubes, and inserted into the composite material portion so as to cover the entire outer surface or a part of the outer surface of the composite material portion. Titanium Cover
늄 나노열처리함으로써 공구홀더의 전체무게를 줄여 기계가공시 부하를 줄이고, 고유진동수 및 감쇠비를 높여 고속 기계가공시 채터링을 방지하고, 정밀한 치수공차, 표면조도 및 형상공차를 얻을 수 있고, 티타늄 나노 열처리에 의해서 금속제의 표면경도를 높이고 강성 및 탄성계수를 증대시켜 공구홀더의 사용수명을 종래에 비하여 현저히 연장할 수 있고, 유지보수기간도 길어지는 효과가 얻어진다. By reducing the overall weight of the tool holder by reducing the overall weight of the tool holder, it reduces the load during machining, prevents chattering during high-speed machining by increasing the natural frequency and damping ratio, and obtains precise dimensional tolerances, surface roughness and shape tolerances. By the heat treatment, the surface hardness of the metal is increased, the rigidity and the elastic modulus are increased, so that the service life of the tool holder can be significantly extended as compared with the conventional one, and the maintenance period is also long.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더를 도시한 조립도이며, 도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더를 도시한 분해사시도이다. 1 is an assembly view showing a tool holder using a carbon nanotube composite material according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a tool holder using a carbon nanotube composite material according to a first embodiment of the present invention It is an exploded perspective view shown.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 공구홀더(100)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 공구헤드부(110), 코어축(120), 복합재료부(130), 금속덮개(140) 및 엔드부(150)를 포함한다. As shown in FIGS. 1 and 2, the
상기 공구헤드부(110)는 주조품, 성형품과 같은 가공대상물에 기형성된 구멍의 내주면을 보오링 가공하거나 리밍가공할 수 있도록 적어도 하나의 절삭공구(112)가 교체가능하게 구비된다. The
이에 따라, 상기 공구헤드부(110)에는 인서트 타입으로 배치되는 절삭공구인 절삭날을 확고히 고정할 수 있도록 클램프(113)를 구비한다Accordingly, the
그리고, 상기 절삭공구(112)와 인접하는 공구헤드부(110)에는 구멍 절삭가공시 발생하는 외란을 방지할 수 있도록 다결정소결다이아몬드, 초경합금 또는 서메트(ceremt)소재 중 하나로 이루어져 기계가공되는 구멍의 내주면에 접하는 가이드 패드(114)를 적어도 하나 이상 구비한다.In addition, the
또한, 상기 절삭공구(112)와 가이드 패드(114)에 인접하는 공구헤드부(110)에는 절삭가공시 상기 절삭공구(112)와 가이드패드(114)측으로 상기 코어축(120)의 내부공(121)을 통해 공급되는 절삭유를 일정세기로 분사하는 절삭유 배출공(116)을 구비한다. In addition, the
이에 따라, 절삭가공시 공급되는 절삭유에 의해서 상기 절삭공구(112)와 가공부위간의 마찰저항을 최소화하면서 윤활 및 냉각작용을 수행하고, 상기 가이드패드(114)와 이에 접하는 구멍의 내주면간의 윤활을 도와 마찰저항을 감소시킬 수 있으며, 이러한 가이드패드의 다른 하나는 절삭날의 치수를 세팅하는 것에도 있을 수 있다. Accordingly, lubrication and cooling are performed while the frictional resistance between the
상기 코어축(120)은 상기 공구헤드부(110)에 일단부가 조립되고, 일정크기의 내부공(121)을 갖는 일정길이의 중공파이프 금속소재로 이루어지며, 이러한 코어축(120)의 양단부에 형성된 수나사부(122,124) 중 일단은 상기 공구헤드부(110)의 일단부면에 형성된 암나사부(미도시)에 나사결합되어 상기 코어축(120)과 공구헤드부(110)는 일체화된다. One end of the
상기 복합재료부(130)는 상기 코어축(120)이 삽입배치되는 중앙공(132)을 몸체 중앙에 관통형성한 중공원통체이며, 이러한 복합재료부(130)는 상기 코어 축(120)의 일단 수나사부(122)가 조립되는 공구헤드부(110)의 일단부면에 함몰형성된 결합부(116)내 일단부가 삽입되어 밀착조립된다. The
이러한 복합재료부(130)는 탄소섬유에폭시에 탄소나노튜브 4.0 내지 6.0wt%가 혼합된 혼합물을 중공원통형으로 성형한 성형물로 이루어지는 것이 바람직하다. The
이에 따라, 상기 탄소나노튜브는 탄소섬유에폭시에 비하여 상대적으로 높은 탄성계수와 높은 인장강도를 가짐으로써 에폭시의 낮은 강성과 강도를 보완해주게 된다. Accordingly, the carbon nanotubes have a relatively high modulus of elasticity and high tensile strength compared to carbon fiber epoxy to compensate for the low stiffness and strength of epoxy.
상기 금속덮개(140)는 상기 복합재료부(130)의 외부면 전체를 덮을 수 있도록 상기 복합재료부(130)의 전체길이와 대략 같게 구비되어 상기 복합재료부(130)에 삽입되는 중공원통형 금속부재로 이루어진다. The
여기서, 상기 금속덮개(140)가 상기 복합재료부(130)의 외부면 전체를 덮을 정도의 길이로 구비되는 경우, 상기 금속덮개(140)는 상기 공구헤드부(110)와 인접하는 일정길이의 소경부(141)와, 상기 소경부(142)의 외경보다 큰 외경크기를 갖추어 공구척에 물림고정되는 대경부(142)로 이루어진다.Here, when the
이러한 금속덮개(140)는 상기 복합재료부(130)와 결합되기 전에 티타늄 나노 열처리됨으로써 고탄성, 고장력 합금강으로 이루어지는 금속덮개는 표면강도 및 강성이 증가되고, 뒤틀림이나 치수변화가 없고 탄성계수가 증가하며 내열, 부식성이 우수해지며, 우수한 표면경도를 얻을 수 있다. The
또한, 상기 금속덮개(140)와 더불어 금속소재로 이루어지는 공구헤드 부(110), 코어축(120)도 표면강도 및 강성을 증가시킬 수 있도록 홀더 조립 전에 티타늄 나노 열처리되는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the
상기 엔드부(150)는 상기 코어축(120)의 타단부에 형성된 수나사부(124)와 나사결합되는 암나사부(154)를 몸체 중앙에 구비하여 상기 코어축(120)의 타단부와 나사결합되면서 상기 복합재료부(130)의 일단부에 밀착고정되는 것이다. The
이러한 엔드부(150)는 상기 복합재료부(130)의 단부면에 밀착되면서 상기 복합재료부와 더불어 금속덮개(140)의 내부에 삽입배치되는 것이 바람직하다. The
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더를 도시한 조립도이며, 도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더를 도시한 분해사시도로서, 이러한 공구홀더(100a)는 제1실시예의 공구홀더와 마찬가지로 공구헤드부(110), 코어축(120), 복합재료부(130)및 금속덮개(140a)를 포함한다. 3 is an assembly view showing a tool holder using a carbon nanotube composite material according to a second embodiment of the present invention, Figure 4 is a tool holder using a carbon nanotube composite material according to a second embodiment of the present invention As shown in the exploded perspective view, the
상기 금속덮개(140a)는 상기 복합재료부(130)의 몸체 외부면 일부를 덮고 나머지 몸체 외부면을 외부노출시킬 수 있도록 상기 복합재료부(130)의 길이보다 상대적으로 짧은 길이로 구비되어 상기 복합재료부(130)에 삽입배치된다. The metal cover (140a) is provided with a relatively short length than the length of the
하기 표 1은 탄소나노튜브의 함량 변화에 따른 복합재료부의 강도, 탄성 및 밀도변화를 도시한 것이다. Table 1 shows the strength, elasticity and density change of the composite portion according to the change in the content of carbon nanotubes.
여기서, 상기 탄소섬유에폭시는 피치계열 고강성 탄소나노섬유 에폭시복합재 료를 사용하였다. Here, the carbon fiber epoxy used a pitch-based high-stiffness carbon nanofiber epoxy composite material.
Composite material department
(MPa)burglar
(MPa)
(GPa)Shout
(GPa)
(Kg/m3)density
(Kg / m 3 )
표 1에 나타낸 바와 같이, 탄소나노튜브의 함량이 4.0wt% 이하 그리고 6.0wt%이상에서는 복합재료부의 강도 및 탄성과 같은 기계적 특성이 저하되고 밀도가 높아짐을 알 수 있기 때문에 상기 복합재료부를 이루는 탄소나노튜브의 함량은 4.0 내지 6.0wt%가 가장 적절하고, 5.0wt% 내외가 가장 우수함을 알 수 있었다. As shown in Table 1, since the carbon nanotube content is 4.0wt% or less and 6.0wt% or more, it can be seen that mechanical properties such as strength and elasticity of the composite portion are degraded and density is increased, thereby forming the carbon of the composite portion. The content of the nanotubes was 4.0 to 6.0wt% was the most appropriate, 5.0wt% was found to be the best.
그리고, 복합재료부의 밀도는 탄소나노튜브의 함량이 높아질수록 낮아짐을 알 수 있었다.The density of the composite material was found to decrease as the content of carbon nanotubes increased.
하기 표 2는 탄소섬유 에폭시 복합재료로 이루어진 종래와, 에폭시에 탄소나노튜브가 포함된 본 발명의 기계적 특성을 나타낸 것이다. Table 2 shows the mechanical properties of the prior art made of a carbon fiber epoxy composite material, including carbon nanotubes in the epoxy.
표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 복합재료가 갖는 영율 및 강도는 종래에 비하여 증가되고, 감쇠비도 증가됨은 알 수 있으며, 본 발명의 복합재료부가 갖는 밀도는 종래에 비하여 6% 정도 낮아짐을 알 수 있다.As shown in Table 2, it can be seen that the Young's modulus and strength of the composite material of the present invention is increased and the damping ratio is increased, and the density of the composite material of the present invention is about 6% lower than the conventional. Can be.
이에 따라, 이러한 기계적 특성을 갖는 복합재료부를 갖는 공구홀더는 종래에 비하여 감쇠 비가 크고 고유 진동수가 증가하기 때문에 고속에서도 채터링 현상없이 가공물의 구멍을 기계 가공하는 작업을 더욱 정밀하게 수행할 수 있는 것이다. Accordingly, the tool holder having a composite material having such mechanical properties is capable of more precisely performing the machining of the hole of the workpiece without chattering at high speed since the damping ratio is large and the natural frequency is increased as compared with the conventional art. .
또한, 본 발명의 복합재료부가 갖는 밀도는 종래에 비하여 낮기 때문에 공구홀더의 전체무게를 낮추어 공구홀더를 장착하는 공작기계의 부담이 줄어들고 공작기계의 부피를 작게 할 수 있다. In addition, since the density of the composite part of the present invention is lower than in the related art, the overall weight of the tool holder can be lowered, thereby reducing the burden on the machine tool for mounting the tool holder and reducing the volume of the machine tool.
그리고, 상기 공구헤드부(110), 코어축(120) 및 금속덮개(140) 중 어느 하나는 조립 전에 티타늄을 촉매로 표면 열처리하여 준비하게 되는데, 이러한 티타늄 나노 열처리는 처리시간이 10 분 내지 6시간으로 처리시간이 짧고, 처리온도도 430 내지 600도로 비교적 낮기 때문에 소재의 변형이나 치수변화가 발생하지 않는 장점이 있다. In addition, any one of the
또한, 티타늄 나노 열처리시 티타늄이 소재표면 밑으로 확산되기 때문에 우수한 내마모성을 비롯하여 티타늄이 가지고 있는 인성, 내열성 및 내식성의 향상이 두드러짐으로 인해 경도가 향상되고,사용수명도 연장되는 것이다. In addition, since titanium diffuses under the material surface during titanium nano heat treatment, the hardness is improved and the service life is extended due to the outstanding improvement in wear resistance, toughness, heat resistance and corrosion resistance of titanium.
즉, 티타늄 나노 열처리 후 소재의 표면경도는 소재에 다를 수 있지만 통상 공구강의 경우 HV1200 내지 1500(로크웰 경도 72 내지 75HRc)의 높은 경도를 갖게 되며, 그 깊이 또한 75 내지 125 미크론 정도의 깊은 확산층을 형성하게 된다. That is, the surface hardness of the material after heat treatment of titanium nano may vary depending on the material, but in the case of tool steel, it has a high hardness of HV1200 to 1500 (Rockwell hardness 72 to 75HRc), and its depth also forms a deep diffusion layer of about 75 to 125 microns. Done.
한편, 외팔보 형태의 라인 보링바 공구홀더는 기계가공시 도입부가 부쉬를 타고 안내되는 운동을 하는데, 이때 높은 표면 경도를 요하고 정렬 불량일 땐 부쉬에 충돌하여 보링바 공구홀더가 휘어지는 일이 빈번하게 발생하며, 통상적으로 사용되는 공구 홀더의 재료는 질화강 내지는 침탄강을 사용하는데 심부엔 낮은 경도와 일반적인 강이 갖는 혹은 낮은 탄성계수를 갖게 된다. On the other hand, cantilever-type line boring bar tool holders are guided through the bushing during machining. In this case, high surface hardness is required, and when the misalignment occurs, the boring bar tool holder is frequently bent due to collision with the bush. In general, a tool holder material used is nitrided or carburized steel, which has a low hardness and a low modulus of elasticity in the core and a general steel.
이때, 높은 탄성계수를 갖는 합금강을 사용하여 외부에 질화처리나 침탄처리를 하는 대신에 공구홀더의 복합재료부를 덮도록 삽입되는 금속덮개부를 티타늄 나노 열처리하게 되면 탄성계수를 더욱 보강해 주어 휘지 않으며, 높은 경도를 갖는 보링바 공구홀더를 제작할 수 있다. At this time, instead of performing nitriding or carburizing treatment on the outside using alloy steel having high modulus of elasticity, when titanium nano-heat treatment is performed on the metal cover part inserted to cover the composite part of the tool holder, the modulus of elasticity is further reinforced to prevent bending. Boring bar tool holders with high hardness can be manufactured.
또한, 외팔보 고정인 일반적인 보링바 공구홀더에서 선단부에 보링용 비트 혹은 마이크로 보링 유닛등과 같은 절삭공구를 설치하게 되는데, 높은 탄성계수를 갖는 합금강을 사용하면 공작기계와 연결되는 연결부위에 대한 경도를 높게 올릴 수 없다. 이에 따라 높은 탄성계수를 갖는 합금강을 사용하지 않고 연결부위에 대한 경도를 높이기 위해서는 침탄강이나 질화 강을 사용해야만 하지만 낮은 탄성계수로 인해 직경대비 길이가 긴 보링바 공구홀더의 경우 채터링이 발생될 확률이 높아진다. In addition, cutting tools such as boring bits or micro boring units are installed at the tip of boring bar tool holders, which are fixed in cantilever beams. When using alloy steel with high modulus of elasticity, the hardness of the connecting part connected to the machine tool is increased. Can't raise Therefore, carburizing or nitride steel should be used to increase the hardness of the joint without using alloy steel with high modulus of elasticity. However, chattering is likely to occur in the case of boring bar tool holders having a long diameter to diameter due to low modulus of elasticity. Is higher.
이러한 경우, 높은 탄성계수를 갖는 합금강을 소재로 하여 금속덮개를 티타늄 나노 열처리하여 복합재료부에 조립하게 되면, 두 조건을 모두 만족시켜 줄 수 있고, 공구홀더의 탄성계수 증가로 인해 채터링이 발생하는 한계를 더욱 높여주어 안정적인 기계가공을 수행할 수 있게 된다. In this case, if the metal cover is made of alloy steel having a high modulus of elasticity and the metal cover is assembled to the composite material part, both conditions can be satisfied, and chattering occurs due to an increase in the modulus of elasticity of the tool holder. It raises the limit of the pressure, which makes it possible to perform stable machining.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.While the invention has been shown and described with respect to particular embodiments, it will be understood that various changes and modifications can be made in the art without departing from the spirit or scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated that those skilled in the art can easily know.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더를 도시한 조립도이다.1 is an assembly view showing a tool holder using a carbon nanotube composite material according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더를 도시한 분해사시도이다. 2 is an exploded perspective view showing a tool holder using a carbon nanotube composite material according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더를 도시한 조립도이다.3 is an assembly view showing a tool holder using a carbon nanotube composite material according to a second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 탄소나노튜브 복합재료를 이용한 공구홀더를 도시한 분해사시도로서,4 is an exploded perspective view showing a tool holder using a carbon nanotube composite material according to a second embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100,100a : 공구홀더 110 : 공구헤드부100,100a: Tool holder 110: Tool head portion
112 : 절삭공구 114 : 가이드 패드112: cutting tool 114: guide pad
120 : 코어축 130 : 복합재료부120: core shaft 130: composite material
140 : 금속덮개 150 : 엔드부140: metal cover 150: end portion
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