KR20120034162A - 립과 제2 절삭 에지 사이에 음의 축방향 경사 전이부를 가진 트위스트 드릴 - Google Patents

립과 제2 절삭 에지 사이에 음의 축방향 경사 전이부를 가진 트위스트 드릴 Download PDF

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Abstract

작업대상물 내부에 홀을 형성하는 드릴(105)은, 종축(115)을 따라 연장된 몸체(110), 몸체(110)를 따라 연장된 하나 이상의 홈(120), 및 몸체(110)의 단부(112)로부터 연장된 드릴 포인트(125)를 포함한다. 드릴 포인트(125)는 주변부(127)를 구비하고, 치즐 에지(135), 주변부(127)로부터 내향으로 연장된 제1 절삭 에지(145), 치즐 에지(135)로부터 외향으로 연장된 제2 절삭 에지(150), 제1 절삭 에지(145)와 제2 절삭 에지(150)를 연결하는 제3 절삭 에지(155)로 이루어지며, 여기서 제3 절삭 에지(155)는 음의 축방향 경사각(Z)을 가진다. 이러한 드릴 포인트(125)의 형성 방법도 개시된다.

Description

립과 제2 절삭 에지 사이에 음의 축방향 경사 전이부를 가진 트위스트 드릴{TWIST DRILL WITH NEGATIVE AXIAL RAKE TRANSITION BETWEEN THE LIP AND THE SECONDARY CUTTING EDGE}
본 발명은 트위스트 드릴에 관한 것으로, 특히 트위스트 드릴의 드릴 포인트의 제1 절삭 에지(립)와 제2 절삭 에지 사이의 전이(transition)에 관한 것이다.
트위스트 드릴은 통상 연삭 휠을 이용한 연삭 공정을 통해 제조되고, 상기 연삭 휠은 블랭크의 주위에서 소정의 패턴으로 이동하여, 이러한 드릴 상에 보이는 비교적 복잡한 기하형상을 만든다. 특히, 드릴 포인트의 주 표면(major surface)들은 홈(flute) 및 상기 홈에 인접한 연관된 개쉬(gash)의 형성을 통해 만들어진다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 일반적인 드릴(5)은, 종축(15)을 따라 연장된 몸체(10), 및 상기 몸체(10)의 단부(12)로부터 연장된 드릴 포인트(20)를 포함한다. 제1 연삭 공정으로 형성되는 하나 이상의 홈(25)이 몸체(10)를 따라 연장되어 드릴 포인트(20)에서 끝난다. 홈(25)과 드릴 포인트(20)의 교차에 의해, 제1 절삭 에지 또는 립(30)이 형성된다. 드릴 포인트(20)는 종축(15)으로부터 치즐 에지 외측 단부(40)로 외향으로 연장된 치즐 에지(35)에 의해 추가로 정의된다. 제2 절삭 에지(45)가 치즐 에지 외측 단부(40)로부터 연장된다. 이러한 제2 절삭 에지(45)는 개쉬(50)를 형성하는 제2 연삭 공정을 통해 형성되고, 상기 제2 연삭 공정은 제2 절삭 에지(45)를 형성할 뿐만 아니라, 제2 절삭 에지(45)에 양의 축방향 경사각을 부여한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 드릴(5)은 한 쌍의 홈(25), 한 쌍의 제1 절삭 에지(30) 및 한 쌍의 제2 절삭 에지(45)를 구비한다. 명료함을 위해, 단지 드릴의 일 측부만이 기술될 것이다. 그러므로, 제1 세트의 요소들이 다른 세트의 요소들과 쌍으로 대칭된다는 이해 하에, 단지 한 세트의 요소들만이 기술될 것이다.
립 또는 제1 절삭 에지(30)는 홈(25)을 형성하기 위해 사용된 제1 연삭 공정을 통해 형성되고, 제2 절삭 에지(45)는 동시에 개쉬(50)를 형성하는 제2 연삭 공정에 의해 형성된다. 그러나, 이러한 공정들은 제1 절삭 에지(30)와 제2 절삭 에지(45)의 교차부에 불연속부(55)를 형성한다. 이러한 불연속부(55)가 형성됨에 따라, 드릴이 방향(R)으로 회전하는 경우, 불연속부(55)가 작업대상물과 접촉하고 재료가 불연속부(55) 주위에 축적되어, 바람직하지 않은 구성인선(構成刃先; built-up edge)을 초래한다. 이러한 구성인선은 절삭 공정을 방해할 뿐만 아니라, 아울러 시간의 경과에 따라 드릴 포인트의 표면을 열적 열화시키는 열집중 소스로 작용한다.
통상적으로, 제1 절삭 에지(30)가 0° 내지 10°의 축방향 경사각(Y)을 가질 수 있는 한편, 제2 절삭 에지(45)는 홈의 비틀림각에 따라 좌우되는 양의 축방향 경사각을 가질 것이다. 직선형 홈에 대해, 비틀림각은 0°일 것이다. 이러한 두 절삭 에지의 관계에 따라 불연속부(55)는 더 과장될 수 있고, 따라서 제1 절삭 에지(30)가 높은 양의 축방향 경사각을 가지고 제2 절삭 에지(45)가 중립 경사각 또는 양의 경사각을 가지는 경우, 이러한 두 절삭 에지의 교차에 의해, 구성인선을 형성하기 쉬운 훨씬 더 돌출된 불연속부(55)가 만들어질 수 있다.
바람직한 드릴의 특징에 역효과를 주는 불연속부 없이, 제1 절삭 에지의 양의 경사각과 제2 절삭 에지의 경사각에 의해 제공된 이점들을 계속 제공하기 위한 설계가 필요하다.
작업대상물 내부에 홀을 형성하는 드릴은, 종축을 따라 연장된 몸체, 몸체를 따라 연장된 하나 이상의 홈, 및 몸체의 단부로부터 연장된 드릴 포인트를 포함한다. 드릴 포인트는 종축의 주위에 단부 세그먼트들 및 주변부를 구비한다. 각각의 단부 세그먼트는, 종축으로부터 치즐 에지 외측 단부로 외향으로 연장된 치즐 에지, 주변부로부터 내향으로 연장된 제1 절삭 에지, 치즐 에지 외측 단부로부터 외향으로 연장되고 양의 축방향 경사각 또는 중립 축방향 경사각을 가지는 제2 절삭 에지, 및 제1 절삭 에지와 제2 절삭 에지를 연결하고 음의 축방향 경사각을 가지는 제3 절삭 에지를 포함한다.
이러한 드릴의 제조 방법은, 1) 하나의 연삭 공정에서, 제2 절삭 에지의 경사각을 형성하는 개쉬를 연삭하는 단계, 및 2) 별개의 연삭 공정에서, 제2 절삭 에지의 일부를 연삭하여, 음의 축방향 경사각을 가진 제3 절삭 에지를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하여, 바람직한 드릴의 특징에 역효과를 주는 불연속부 없이, 제1 절삭 에지의 양의 경사각과 제2 절삭 에지의 경사각에 의해 제공된 이점들을 계속 제공하기 위한 설계가 제공된다.
도 1은 종래 기술에 따른 드릴 포인트를 구비한 트위스트 드릴의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 트위스트 드릴의 단부 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 트위스트 드릴의 단부도이다.
도 4는 본 발명에 따른 트위스트 드릴의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 드릴의 드릴 포인트의 확대도이다.
도 6은 도 4에 도시된 드릴의 단부도이다.
도 7은 도 6의 라인(7-7)에 따른 단면도이다.
도 8은 도 6의 라인(8-8)에 따른 단면도이다.
도 9는 도 6의 라인(9-9)에 따른 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 드릴의 사시도를 도시하는 한편, 도 6은 동일한 드릴의 단부도를 도시한다.
특히, 도 4 내지 도 6은 작업대상물 내부에 홀을 형성하는 드릴(105)을 도시한다. 드릴(105)은 종축(115)을 따라 연장된 몸체(110)를 포함한다. 하나 이상의 홈(120)이 몸체(110)를 따라 연장된다. 그러나, 본 발명은 4개 이하의 홈을 가진 드릴에 적용 가능하다. 종전과 같이, 명료함을 위해, 단지 하나의 홈과 연관된 절삭 에지들만이 설명되며, 이는 반대편 홈과 연관된 절삭 에지들이 대칭된다는 이해 하에 제공된다. 특히, 단부 세그먼트(130; 도 6)가 제1 절삭 에지(145), 제2 절삭 에지(150) 및 제3 절삭 에지(155)의 우측에서 라인(129) 상의 영역에 의해 정의된다. 이에 알 수 있는 바와 같이, 다른 단부 세그먼트(130a)가 절삭 에지들의 좌측에서 라인(129) 상에 존재하지만, 단부 세그먼트(130)에 대한 설명으로 충분하다는 이해 하에 기술되지 않는다.
드릴 포인트(125)는 몸체(110)의 단부(112)로부터 연장된다. 드릴 포인트(125)는 종축(115)의 주위에 단부 세그먼트들(130, 130a) 및 주변부(127; 도 6)를 구비한다. 각각의 단부 세그먼트(130, 130a)는 종축(115)으로부터 치즐 에지 외측 단부(140)로 외향으로 연장된 치즐 에지(135)로 이루어진다. 제1 절삭 에지(145)가 주변부(127)로부터 내향으로 연장된다. 제2 절삭 에지(150)가 치즐 에지 외측 단부(140)로부터 외향으로 연장된다. 도 6의 라인(7-7)을 따른 횡단면도인 도 7을 참조하면, 제2 절삭 에지(150)는 양의 축방향 경사각 또는 중립 축방향 경사각(X)을 가지고, 상기 각도는 0° 내지 10°의 값을 가질 수 있다.
또한, 도 8은 제1 절삭 에지(145)에 수직인 단면도를 도시한다. 여기서, 제1 절삭 에지(145)는 홈의 비틀림각에 따라 좌우되는 양의 축방향 경사각(Y)을 가진다. 직선형 홈에 대해, 비틀림각은 0°일 것이다. 제1 절삭 에지(145)의 축방향 경사각(Y)은 드릴(105)의 몸체(110)를 따라 형성되는 홈(120)에 의해 주로 결정된다는 점을 이해해야 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 대한 특히 흥미로운 부분은 제1 절삭 에지(145)와 제2 절삭 에지(150) 사이의 전이 영역이다. 종래 기술에 언급된 바와 같이, 이러한 두 절삭 에지들 사이의 전이에 의해, 가공 작업 중에 구성인선을 형성하는 날카로운 코너 또는 불연속부가 흔히 형성되었다. 본 발명에 따르면, 단부 세그먼트(130)는 제1 절삭 에지(145)와 제2 절삭 에지(150)를 포함할 뿐만 아니라, 제1 절삭 에지(145)와 제2 절삭 에지(150)를 연결하는 제3 절삭 에지(155)를 구비한 전이 세그먼트(160)를 더 포함한다. 그러나, 양의 축방향 경사각을 가지는 제1 절삭 에지(145) 및 양의 축방향 경사각 또는 중립 축방향 경사각을 가질 수 있는 제2 절삭 에지(150)와는 달리, 도 9에 도시된 바와 같은 제3 절삭 에지(155)는 음의 축방향 경사각(Z)을 가지며, 상기 각도는 -5° 내지 -15°, 바람직하게 대략 -10°일 수 있다.
제1 절삭 에지(145)가 홈(120)의 형성과 함께 형성되고 제2 절삭 에지(150)가 개쉬(152)의 형성과 함께 형성되는 반면, -5° 내지 -15° 범위의 음의 축방향 경사각(Z)을 형성하는 제3 절삭 에지(155)는 별개의 연삭 공정을 필요로 하고, 이러한 연삭 공정은 제3 절삭 에지(155)를 구비한 전이 세그먼트(160)를 형성한다.
제3 절삭 에지(155)를 살펴보면, 몸체(110)의 주변부(127)가 드릴 외경(165)을 정의하고, 도 6에 도시된 바와 같이, 몸체(110)의 단부(112)로부터 바라볼 때, 제3 절삭 에지(155)는 드릴 외경(165)의 5% 내지 20%의 반경(S)을 가진 반경방향 호(170)를 구비하며, 바람직하게 호(170)의 반경(S)은 외경(165)의 10%이다. 아울러, 측면으로부터 바라볼 때, 도 9에 도시된 바와 같이, 전이 세그먼트(160)는 또한 반경(T)을 가진 축방향 호(175)를 구비할 수 있다. 도 6에 도시된 반경방향 호(170)의 형성에 의해, 종래 기술에서 제공되지 않은 제1 절삭 에지(145)와 제2 절삭 에지(150) 사이의 원활한 전이가 제공된다. 도 6에 도시된 축방향 호(170)는 경사각(Z)을 형성할 수 있고, 상기 경사각은 여전히 음의 값을 갖지만, 축방향 호(175)의 길이를 따라 6° 내지 9°로 변동될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제3 절삭 에지(155)는 축방향 호(175)를 형성하는 연삭 공정을 통해 형성되지만, 편평하고 평탄한 전이 세그먼트(160; 미도시)를 형성하는 것이 또한 가능하다.
전술한 바와 같이, 드릴(105)은 방향(R)으로 회전하고, 이는 전방 회전 방향으로 지칭될 것이다. 각각의 제1 절삭 에지(145; 도 6) 뒤에 간극(180)이 형성되고, 상기 간극은 회전 방향(R)의 반대 방향으로 제1 절삭 에지(145)로부터 멀리 연장됨에 따라 (치즐 에지(135)로부터 멀리) 아래로 각을 이룬다. 이러한 간극(180)의 목적은, 드릴 포인트(125)로 하여금 드릴 몸체(110)의 다른 부분에 의한 간섭 없이 단지 절삭 에지들만을 따라 작업대상물과 맞물리게 하는 것이다. 간극(180)은 적어도 제1 절삭 에지(145) 뒤의 측면(185)으로 이루어지며, 목표 회전 방향(R)으로부터 멀리 아래로 각을 이루어, 제1 간극(190; 도 8)을 제공한다. 또한, 간극(180)은, 제1 절삭 에지(145)로부터 멀리 연장되도록 각을 이루는 간극면(195)을 포함할 수 있고, 이러한 간극면(195)이 제2 간극(200)을 정의한다. 대안적으로, 간극(180)은 하나의 평탄하지 않은 릴리프 표면(relief surface)으로 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 드릴(105)은 두 개의 홈을 가질 수 있고, 또는 대안적으로 4개의 홈을 가질 수 있다. 이러한 상황에서, 각각의 드릴 홈(120)과 연관된 단부 세그먼트(130)가 구비될 것이다.
본 발명은 또한, 종축(115)을 따라 연장된 몸체(110), 및 상기 몸체(110)를 따라 연장된 하나 이상의 홈(120)을 포함하는 드릴(105)의 제조 방법에 관한 것이다. 드릴(105)은 몸체(110)의 단부(112)로부터 연장된 드릴 포인트(125)를 포함하고, 여기서 드릴 포인트(125)는 종축(115)의 주위에 단부 세그먼트들(130) 및 주변부(127)를 구비한다. 각각의 단부 세그먼트(130)는 종축(115)으로부터 치즐 에지 외측 단부(140)로 외향으로 연장된 치즐 에지(135)로 이루어지고, 주변부(127)로부터 내향으로 연장된 제1 절삭 에지(145)를 포함한다. 드릴 포인트(125)는 치즐 에지 외측 단부(140)로부터 외향으로 연장된 제2 절삭 에지(150)를 더 포함하고, 여기서 제2 절삭 에지(150)는 양의 축방향 경사각 또는 중립 축방향 경사각(X)을 가진다. 드릴 포인트(125)는 제1 절삭 에지(145)와 제2 절삭 에지(150)를 연결하는 제3 절삭 에지(155)를 더 포함하고, 여기서 제3 절삭 에지(155)는 음의 축방향 경사각(Z)을 가진다. 이러한 드릴(105)의 제조 방법은, 제1 연삭 공정에서, 제2 절삭 에지(150)의 축방향 경사각(X)을 형성하는 개쉬(152)를 연삭하는 단계, 및 별개의 연삭 공정에서, 제2 절삭 에지(150)의 일부를 연삭하여, 음의 축방향 경사각(Y)을 가진 제3 절삭 에지(155)를 형성하는 단계를 포함한다. 특히, 이러한 별개의 연삭 공정은, 제3 절삭 에지(155) 상에 -5° 내지 -15°, 바람직하게 대략 -10°의 축방향 경사각을 형성하는 단계를 포함한다.
전체적으로, 음의 축방향 경사각(Z)을 가진 이러한 제3 절삭 에지(155)를 제1 절삭 에지(145) 및 양의 축방향 경사각(X)을 가진 제2 절삭 에지(150) 사이에 제공함으로써, 가공 작업 중에 구성인선의 발생이 최소화되고, 공구의 수명이 연장된다.
본 발명의 특정 실시형태들이 상세히 설명되었지만, 당해 기술분야의 숙련자들은 이러한 상세들에 대한 다양한 수정 및 대안이 본 발명의 전체 개시내용을 고려하여 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 본원에 설명된 현재 바람직한 실시형태들은 단지 설명의 목적으로, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 전체 및 그 임의의 균등물과 모든 균등물을 포괄한다.
105: 드릴 110: 몸체
112: 몸체의 단부 115: 종축
120: 홈 125: 드릴 포인트
127: 주변부 130, 130a: 단부 세그먼트
135: 치즐 에지 140: 치즐 에지 외측 단부
145: 제1 절삭 에지 150: 제2 절삭 에지
155: 제3 절삭 에지

Claims (19)

  1. 작업대상물(workpiece) 내부에 홀(hole)을 형성하는 드릴로서,
    드릴은:
    a) 종축(longitudinal axis)을 따라 연장된 몸체;
    b) 몸체를 따라 연장된 하나 이상의 홈(flute); 및
    c) 몸체의 단부로부터 연장되고, 종축의 주위에 단부 세그먼트(end segment)들 및 주변부(periphery)를 구비하는, 드릴 포인트(drill point);를 포함하며,
    각각의 단부 세그먼트는:
    1) 종축으로부터 치즐 에지 외측 단부(chisel edge outer end)로 외향으로 연장된 치즐 에지(chisel edge);
    2) 주변부로부터 내향으로 연장된 제1 절삭 에지(primary cutting edge);
    3) 치즐 에지 외측 단부로부터 외향으로 연장되고, 양 또는 중립의(positive or neutral) 축방향 경사각(axial rake angle)을 가지는, 제2 절삭 에지(secondary cutting edge); 및
    4) 제1 절삭 에지와 제2 절삭 에지를 연결하고, 음의(negative) 축방향 경사각을 가지는, 제3 절삭 에지(tertiary cutting edge);를 포함하는, 드릴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제3 절삭 에지의 축방향 경사각은 -5° 내지 -15°사이인, 드릴.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제3 절삭 에지의 축방향 경사각은 대략 -10°인, 드릴.
  4. 제 1 항에 있어서,
    몸체의 주변부는 드릴 외경(drill outside diameter)을 정의하고, 몸체의 단부로부터 바라볼 때, 제3 절삭 에지는 드릴 외경의 5% 내지 20% 사이의 반경을 가진 반경방향 호(radial arc)를 갖는, 드릴.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 호의 반경은 바람직하게는 외경의 10%인, 드릴.
  6. 제 1 항에 있어서,
    옆(side)으로부터 바라볼 때, 제3 절삭 에지는 축방향 호(axial arc)를 갖는, 드릴.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 축방향 호를 따른 축방향 경사각은 축방향 호를 따라 대략 6° 내지 9° 사이에서의 변동성(variation)을 갖는, 드릴.
  8. 제 1 항에 있어서,
    옆으로부터 바라볼 때, 제3 절삭 에지는 직선형인, 드릴.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제2 절삭 에지는 0° 내지 10° 사이의 축방향 경사각을 가지는, 드릴.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제1 절삭 에지 뒤에 간극(clearance)을 더 포함하는 드릴.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제1 절삭 에지 뒤에는 측면(flank)이 구비되고, 그 측면은 치즐 에지로부터 멀리 몸체를 향해 연장되도록 각을 이루며, 그 측면이 제1 간극(first clearance)을 정의하는, 드릴.
  12. 제 11 항에 있어서,
    측면 뒤에는 간극면(clearance face)이 구비되고, 그 간극면은 치즐 에지로부터 멀리 몸체를 향해 연장되도록 각을 이루며, 그 간극면이 제2 간극을 정의하는, 드릴.
  13. 제 11 항에 있어서,
    측면은 간극을 제공하는 하나의 표면으로 이루어진, 드릴.
  14. 제 1 항에 있어서,
    드릴의 몸체는 두 개의 홈들을 가진, 드릴.
  15. 제 1 항에 있어서,
    제1 절삭 에지는 홈의 배향(orientation)에 기반한 축방향 경사각을 가지는, 드릴.
  16. 작업대상물 내부에 홀을 형성하는 드릴로서,
    드릴은:
    a) 종축을 따라 연장된 몸체;
    b) 몸체를 따라 연장된 두 개의 홈; 및
    c) 몸체의 단부로부터 연장되고, 종축의 주위에 단부 세그먼트들 및 주변부를 구비하는, 드릴 포인트;를 포함하며,
    각각의 단부 세그먼트는:
    1) 종축으로부터 치즐 에지 외측 단부로 외향으로 연장된 치즐 에지;
    2) 주변부로부터 내향으로 연장된 제1 절삭 에지;
    3) 치즐 에지 외측 단부로부터 외향으로 연장되고, 0° 내지 10°사이의 축방향 경사각을 가지는, 제2 절삭 에지; 및
    4) 제1 절삭 에지와 제2 절삭 에지를 연결하고, -5° 내지 -15° 사이의 축방향 경사각을 가지는, 제3 절삭 에지;를 포함하는, 드릴.
  17. 종축을 따라 연장된 몸체, 몸체를 따라 연장된 하나 이상의 홈, 및 몸체의 단부로부터 연장된 드릴 포인트를 포함하는 드릴로서, 드릴 포인트는 종축의 주위에 단부 세그먼트들 및 주변부를 구비하며, 각각의 단부 세그먼트는, 종축으로부터 치즐 에지 외측 단부로 외향으로 연장된 치즐 에지, 주변부로부터 내향으로 연장된 제1 절삭 에지, 치즐 에지 외측 단부로부터 외향으로 연장되고 양 또는 중립의 축방향 경사각을 가지는 제2 절삭 에지, 및 제1 절삭 에지와 제2 절삭 에지를 연결하고 음의 축방향 경사각을 가지는 제3 절삭 에지를 포함하는, 드릴의 제조 방법으로서,
    a) 하나의 연삭 공정(grinding pass)에서, 제2 절삭 에지의 경사각을 형성하는 개쉬(gash)를 연삭하는 단계; 및
    b) 별개의 연삭 공정에서, 제2 절삭 에지의 일부분을 연삭하여, 음의 축방향 경사각을 가진 제3 절삭 에지를 형성하는 단계;를 포함하는, 드릴 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    제2 절삭 에지를 연삭하여 제3 절삭 에지를 형성하는 단계는, 제3 절삭 에지 상에 -5° 내지 -15° 사이의 축방향 경사각을 형성하는 단계를 포함하는, 드릴 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    제3 절삭 에지의 축방향 경사각이 대략 10°가 되도록 연삭하는, 드릴 제조 방법.
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