KR20140141466A - 절삭 인서트의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메인 프레싱 방향에 대해 평행하지 않은 방향으로 연장된 관통홀(9)을 갖는 절삭 인서트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 코어 로드(15) 주변의 분말을 절삭 인서트 생형체로 압축시키도록 제 1 프레싱 축선(A)을 따라 서로를 향하여 다이 캐비티(12) 안에서 제 1 및 제 2 펀치(13,14)들을 이동시키는 단계를 포함하며, 상기 압축 단계의 적어도 일부분 동안에, 코어 로드(15)는 그 길이방향 축선(B)을 중심으로 방향을 교대로 하여 미리 설정된 각도로 회전된다.

Description

절삭 인서트의 제조 방법 및 장치{A METHOD AND ARRANGEMENT FOR MANUFACTURING A CUTTING INSERT}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 절삭 인서트 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 청구범위 제11항의 전제부에 따른 절삭 인서트의 제조 장치에 관한 것이다.
절삭 인서트는 밀링, 드릴링 또는 선삭 또는 유사한 칩 형성 방법에 의해 금속을 가공하는 금속 절삭 공구이다. 절삭 인서트는, 금속 분말, 예를 들어 초경합금 분말과 같은 텅스텐 탄화물 및 코발트를 포함하는 혼합물, 또는 세라믹 분말, 예를 들어 알루미늄 산화물, 질화 규소 및 탄화 규소를 포함하는 혼합물로부터 분말 야금 방법에 의해 제조된다. 절삭 인서트는 또한 서멧(cermet), 예를 들어 탄화 티탄, 니켈, 또는 예를 들어, cBN 재료와 같은 다른 물질을 포함하는 혼합물로부터 제조될 수 있다. 그러한 분말은 다이 캐비티에서 대향 제 1 및 제 2 펀치에 의해 절삭 인서트 생형체로 압축된다. 그러한 압축 후, 절삭 인서트 생형체는 다이 캐비트로부터 제거되고 강한 절삭 인서트로 소결된다.
전형적으로, 절삭 인서트에는 관통홀이 제공되는데, 이 관통홀에 의하면, 절삭 인서트가 스크류 또는 핀에 의해 공구 홀더에 부착될 수 있다.
"접선(tangential) 인서트" 또는 "크로스-홀(cross-hole) 인서트"로 불리는 특정 유형의 절삭 인서트 제조에서, 관통홀은 메인 프레싱 방향에 평행하지 않은 방향으로 다이 캐비티 속에 삽입되는 코어 로드에 의해 형성된다.
접선 인서트의 제조에 관련한 문제는, 메인 프레싱 방향과 관련하여 코어 로드의 평행하지 않은 배치로 관통홀 주변에서 절삭 인서트 생형체의 밀도 분포의 변화를 초래한다는 것이다. 절삭 인서트 생형체가 소결 동안에 수축하면, 불균일 밀도 분포로 관통홀의 변형이 초래된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 과거에 다양한 시도가 있어 왔다.
WO2009/085002는 관통홀을 형성하기 위하여 별도의 암수 부분으로 분할되는 코어 로드를 사용하는 방법을 개시한다. 압축 단계 동안, 암수 코어 로드 부분들은 관통홀 주변의 분말의 밀도를 증가시키기 위해 서로 가압된다. 어느 정도 성공적으로 입증되었지만, WO2009/085002의 방법은 관통홀의 치수 정밀도의 추가의 개선 여지를 남긴다. WO2009/085002의 방법은 또한 복잡하게 디자인된 코어 로드 및 다중 축방향 프레싱 장치의 사용을 포함한다.
US6986866 B2에는, 소결시의 관통홀의 변형을 보상하기 위해 관통 홀을 형성하는데 비원형 단면의 코어 로드가 사용된다. 그러나, 관통홀의 변형과 코어 로드의 형상을 예측하고 일치시키기 어렵기 때문에, US698688 B2의 방법은, 소결된 절삭 인서트의 높은 치수 정밀도의 관통홀을 제공하지 못한다.
결과적으로, 본 발명의 목적은 향상된 치수 정밀도를 가진 관통홀을 갖는 절삭 인서트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 치수 정밀도의 관통홀을 갖는 절삭 인서트의 간단하고 비용 효율적인 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 치수 정밀도의 관통홀을 갖는 절삭 인서트를 제조하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 상기한 적어도 하나의 목적은, 프레스 공구를 사용하여 관통홀을 갖는 절삭 인서트를 제조하는 방법으로서, 프레스 공구는,
제 1 프레싱 축선을 따라 다이를 관통하여 연장된 다이 캐비티를 갖는 다이,
상기 제 1 프레싱축을 따라 서로 멀어지고 근접되는 방향으로 이동가능한 제 1 펀치 및 제 2 펀치, 및
상기 제 1 프레싱 축선에 평행하지 않은 방향으로 다이 캐비티 속으로 삽입되도록 배치된 코어 로드를 포함하고,
상기 방법은,
상기 제 1 및 제 2 펀치를 다이 충전 위치로 이동시키는 단계;
상기 코어 로드를 상기 다이 캐비티 안으로 삽입시키는 단계;
상기 다이 캐비티에 분말을 충전시키는 단계;
상기 코어 로드 주위의 분말을 절삭 인서트 생형체(green body)로 압축(compact)하도록 상기 제 1 및 제 2 펀치를 상기 다이 캐비티 안에서 상기 제 1 프레싱 축선을 따라 서로를 향하여 이동시키는 단계;
상기 절삭 인서트 생형체를 상기 다이로부터 제거하는 것을 허용하도록 상기 코어 로드와 제 1 및 제 2 펀치를 방출 위치로 이동시키는 단계; 및
상기 절삭 인서트 생형체를 소결하는 단계
를 포함하며,
압축 단계의 적어도 일부분 동안에, 상기 코어 로드는 그 길이방향 축선을 중심으로 방향을 교대로 하여 미리 설정된 각도로 회전되는 것을 특징으로 하는, 절삭 인서트의 제조 방법에 의해 달성된다.
압축 단계 동안에, 길이방향 축선을 중심으로 방향이 교대로 되게 코어 로드를 회전시키는 것에 의해, 코어 로드에 근접한 분말의 전단 및 재분포로 인하여 절삭 인서트 생형체는 관통홀 주변에서 분말의 매우 균일한 밀도 분포를 갖는다. 낮은 밀도 변화의 결과로, 소결하는 동안에 절삭 인서트 생형체가 수축될 때, 관통홀의 변형 변화가 최소화된다.
본 발명의 방법의 또 다른 장점은, 본 발명의 방법에 의해 제조된 절삭 인서트는 종래 기술의 방법에 의해 제조된 절삭 인서트와 비교하여 매우 낮은 다공성을 갖는다는 것이다. 그 결과 절삭 인서트가 보다 강해지고 긴 작동 수명을 갖는다.
본 발명은 또한 관통홀을 갖는 절삭 인서트를 제조하는 장치로서,
상기 장치는 프레스 공구를 포함하고,
상기 프레스 공구는,
제 1 프레싱 축선을 따라 다이를 관통하여 연장된 다이 캐비티를 갖는 다이,
상기 제 1 프레싱 축선을 따라 서로를 향하여 그리고 서로 멀어지도록 이동가능한 제 1 펀치 및 제 2 펀치, 및
상기 제 1 프레싱 축선에 평행하지 않은 방향으로 상기 다이 캐비티 안으로 삽입되도록 배치된 코어 로드
를 포함하고,
상기 장치는, 추가로,
상기 코어 로드를 그 길이방향 축선을 중심으로 방향을 교대로 하여 미리 설정된 각도로 회전시키도록 배치된 구동 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명의 다른 변형예와 다른 실시예들은 청구범위의 종속항들 및 아래의 상세한 설명에 개시되어 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 절삭 인서트를 제조하는 장치를 나타내는 개략도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 변형예에 따른 코어 로드를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 제조 방법의 단계들을 보여주는 개략도.
도 4는 본 발명의 방법에 따른 절삭 인서트의 제조시 분말의 분포를 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 방법에 의해 제조된 절삭 인서트를 보여주는 개략도.
본 명세서에서, "방향이 교대로 된다"는 것은 코어 로드가 그 길이방향의 축을 중심으로 시계 방향과 반시계 방향 또는 반시계 방향/시계 방향으로 교대로 회전되는 것을 의미한다.
또한 "압축단계"는, 대향된 펀치들이 분말과 접촉하는 절삭 인서트의 제조 동안의 기간을 의미하며, 상기 펀치들은 다이 캐비티 속에서 서로를 향하여 이동하여 다이 캐비티 속의 분말의 밀도가 증가된다. "압축단계"는, 대향된 펀치들이 분말과 비압축 상태로 접촉될 때 개시된다. "압축단계"는, 대향된 펀치들이 다이 캐비티 속에서 서로를 향해 절삭 인서트 생형체의 최종적으로 요구되는 치수에 의해 결정되는 위치까지 이동될 때 종결된다.
도 1은 본 발명의 방법을 수행하기 위해 사용된 장치(100)를 보여준다. 상기 장치는 다이(11)를 관통하여 연장된 다이 캐비티(12) 둘레의 원주 벽(17)을 형성하는 다이(11)를 포함하는 프레스공구(20)를 포함한다. 상기 다이 캐비티는 양단이 개방되게 관통되어 있다. 상기 프레스공구(20)는 추가로 제 1펀치(13) 및 제 2펀치(14)를 포함한다. 상기 펀치(13, 14)들은 서로 대향 배치되고, 상기 다이 캐비티(12)의 중심 및 제 1 및 제 2 펀치(13, 14)의 중심을 통해 연장된 제 1 프레싱 축선을 따라 서로를 향해 그리고 서로로부터 멀어지게 이동가능하다. 상기 펀치(13, 14)들은 분말을 절삭 인서트 생형체로 압축하도록 다이 캐비티(12) 내에서 서로를 향해 이동될 수 있도록 배치된다. 상측의 제 1펀치(13)는 또한 다이 캐비티에서 분말의 충전을 허용하거나 다이 캐비티로부터 생형체를 제거할 수 다이 캐비티(12)로부터 멀어지게 이동될 수 있도록 배치된다. 하측의 제 2 펀치(14)는 또한 다이 캐비티에서 절삭 인서트 생형체를 배출하도록 다이 캐비티(12) 속으로 밀어 넣어질 수 있게 배치된다. 제 1펀치 및/또는 제 2펀치는 또한 제 1 프레싱 축선(A)을 따라 독립적으로 이동될 수 있는 두 개 이상의 동심원적으로 배열된 펀치들로 구성하는 것도 가능하다(도 1에 도시되지 않음). 또한, 프레스공구는 제 1 프레싱 축선(A)에 평행하지 않은 방향으로 연장된 제 2 프레싱 축선을 따라 이동될 수 있는 제3 및 제 4 펀치들을 포함할 수도 있다(도 1에 도시되지 않음).
상기 프레스공구(20)는 압축하는 동안에 절삭 인서트 생형체에 관통홀을 형성하기 위한 코어 로드(15)를 더 포함한다.
상기 코어 로드(15)는 다이(11)의 원주방향의 벽(17)을 통해 연장된 개구(16)를 통하여 다이 캐비티(12) 속에 삽입되도록 배치된다. 상기 원주방향의 벽(17)의 개구(16)는, 코어 로드(15)가 제 1 프레싱 축선(A)과 평행하지 않은 방향으로 다이 캐비티에 삽입되도록 위치된다. 그러므로 상기 개구(16)는, 코어 로드(15)가 개구(16) 속에 삽입될 때, 코어 로드(15)의 중심(및 개구(16)의 중심)을 통해 연장된 길이방향의 축(B)이 다이 캐비티(12)의 중심을 통해 연장된 제 1 프레싱 축선(A)과 교차하도록 원주방향의 벽(17)에 위치된다. 도 1에서, 개구(16)는, 코어 로드(15)의 중심을 통한 길이방향의 축(B)이 제 1 프레싱 축선(A)에 직각이 되게 배치된다. 그러나, 코어 로드(15)의 길이방향의 축(B)이 제 1 프레싱 축선(A)과 임의의 다른 각도로 교차하도록 배치될 수도 있다.
상기 코어 로드(15)는 원형의 단면, 즉 둥근 단면을 갖거나, 비원형의 단면, 즉 난형 또는 타원형의 단면을 가질 수 있다.
둥근 단면의 코어 로드는, 본 발명의 방법과 관련하여 저비용으로 제조될 수 있고 수용가능한 치수 정확도의 관통홀을 형성할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 매우 높은 치수 정확도의 관통홀이 요구되는 경우에는, 절삭 인서트 생형체에 비원형의 관통홀을 제공할 필요가 있으며, 그러므로 비원형 단면의 코어 로드도 본 발명의 방법에서 사용될 수 있다. 소결 동안에, 비원형의 관통홀은 절삭 인서트 생형체의 수축에 의해 초래되는 변형적인 변화에 의해 원형의 관통홀로 변형된다.
본 발명 장치의 변형예에 따르면, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 코어 로드(15)는 제 1 코어 로드 섹션 (15A)과 제 2 코어 로드 섹션(15B)을 포함하며, 상기 코어 로드 섹션들은 반대방향에서 다이 캐비티(12) 속에 삽입되어서 코어 로드 섹션(15a, 15b)의 전측부(18a, 18b)들이 다이 캐비티(12)에서 서로 접촉하여 연속적인 코어 로드를 형성한다. 상기 코어 로드 섹션(15a, 15b)들은 다이(11)의 원주방향의 벽(17)에 형성된 대응 홀(16a,16b)을 통하여 삽입된다. 이것은 절삭 인서트의 비원형의 관통홀을 형성할 수 있게 한다. 도 2a와 2b에 있어서, 상기 코어 로드 섹션(15a, 15b)들은 절삭 인서트 생형체에 비원형의 관통홀을 형성하도록 채용된다.
도 2a 및 도 2b에서, 전측부(18a)는 수형 형상을 가지며, 전측부(18b)는 암형 형상을 가짐으로써 전측부(18a)가 전측부(18b) 속에 삽입되어 연속적인 코어 로드를 형성하도록 된다. 그러나, 상기 코어 로드 섹션들의 전측부들은 다른 형상을 가질 수도 있음이 명백하다. 예를 들어, 두 전측부(18a, 18b)들은 수형 형상을 갖고 다이 캐비티에서 서로 접촉하도록 되어 연속적인 코어 로드를 형성할 수도 있다(도면에 도시되지 않음).
상기 프레스공구(20)는 Osterwalder AG사에서 상업적으로 이용가능한 CA-SP 160 Electric와 같은 상업적으로 이용할 수 있는 프레스로 배치될 수 있다.
본 발명에 따라, 장치(100)는 또한 도 1에서 볼 수 있듯이, 길이방향의 축(B)을 중심으로 방향이 교대로 되게 코어 로드(15)를 회전시키는 구동수단(30)을 더 포함한다. 상기 구동수단은 예를 들어 코어 로드(15)에 연결된 전기 모터 또는 유압식 또는 공압식 액추에이터로 될 수 있다. 기어장치와 컨트롤러(미도시)가 코어 로드(15)와 구동수단(30) 사이에 배치되어 코어 로드의 운동을 제어하도록 될 수 있다. 구동수단(30)은 작동시 코어 로드를 미리 설정된 각도로 제 1 방향으로, 예를 들어 길이방향의 축을 중심으로 시계방향으로 회전시키며 그런 다음 미리 설정된 각도로 반대방향, 예를 들어 반시계방향으로 회전시킨다. 상기 구동수단(30)은 방향을 교대로 하여 코어 로드(15)를 반복적으로 회전시키도록 설치된다. 코어 로드가 미리 설정된 각도로 회전하는 것을 보장하도록 회전 각도를 측정하는 로터리 인코더와 같은 센서를 사용할 수 있다.
장치(100)는 또한 프레스공구(20)에서 제조되는 절삭 인서트 생형체를 소결하도록 소결로(60)를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 방법을 도 3a 내지 3f를 참고하여 설명한다.
본 발명의 방법은 전술한 프레스공구(20)와 구동수단(30)을 포함하는 장치(100)로 수행된다.
도 3a에 도시된 제 1 단계에서, 코어 로드(15)와 제 1 및 제 2 펀치(13,14)들은 다이 충전 위치로 이동되어 다이 캐비티(12)에 미리 설정된 량의 분말을 충전할 수 있게 한다. 상기 제 1 펀치(13)는 다이 캐비티(12)에서 멀어지는 방향으로 이동되고, 제 2 펀치(14)는 코어 로드(15)용의 개구(16) 밑의 위치로 다이 캐비티(12) 속에서 이동된다.
도 3b의 제 2 단계에서, 상기 코어 로드(15)는 개구(16)를 통해 다이 캐비티(12) 속으로 삽입된다. 도 3a-f에서, 코어 로드(15)는 하나의, 단일의 연속된 코어 로드이다. 그러나, 도 2a와 2b를 참고하여 위에서 설명한 바와 같이, 코어 로드는 다이 캐비티 속으로 대향 방향에서 삽입되는 두개의 섹션들로 구성될 수도 있다.
도 3b의 제 3 단계에서, 다이 캐비티(12)에는 요구되는 양의 분말을, 예를 들어 소위 "충전 슈(shoe)"(미도시)에 의해 충전한다. 상기 분말은 절삭 인서트 제조에 적당한 조성을 갖는다. 예를 들어, 분말은 탄화 텅스텐과 같은 경질 입자들과 코발트와 같은 바인더 입자들을 혼합하여 조성된다. 분말 양과 종류는 제조할 절삭 인서트의 종류에 따른다.
다이 캐비티(12)의 충전후에, 하측의 제 2 펀치(14)는 코어 로드(15) 주변에 분말을 균일하게 분포시키도록 다이 캐비티(12) 속으로 선택적으로 이동될 수 있다(도 3c 참조). 이를 위하여 다이 캐비티가 충전되는 동안에 상기 제 2 펀치(14)의 이동이 수행될 수도 있다.
제 4 단계의 압축 단계에서, 제 1 및 제 2 펀치들은 메인 프레싱 축선(A)을 따라 다이 캐비티 속에서 서로를 향하여 이동되어서 분말을 절삭 인서트 생형체로 압축한다. 상기 압축 단계는 두개의 대향된 펀치들이 다이 캐비티 속에서 분말과 비-압축 접촉된 상태에서 시작하여 해당 절삭 인서트 생형체의 최종 치수로 결정되는 위치까지 다이 캐비티 속에서 서로를 향해 이동된 때에 종결된다.
도 3d는 압축 단계의 개시 시점의 제 1 및 제 2 펀치(13,14)들의 위치, 즉 상측의 제 1 펀치(13)와 하측의 제 2 펀치(14)는 다이 캐비티(12)에서 분말(40)과 비-압축 접촉된 상태의 위치를 보여준다. 압축 단계전에, 상측의 제 1 펀치(13)는 다이 캐비티 위의 위치로 부터 (도 3c 참조) 도 3d에 도시된 위치로 이동되는 것이 자명하다. 이러한 이동과 압축 단계는 한번의 연속된 행정으로서 수행될 수 있다.
도 3e는 압축 단계 동안의 프레스공구(20)를 보여준다. 상측의 제 1 펀치(13)와 하측의 제 2 펀치(14)는 다이 캐비티(12) 속에서 서로를 향해 이동되어서 코어 핀(15) 둘레의 분말(40)을 압축한다. 압축 단계 동안에, 제 1 펀치와 제 2 펀치에 가해지는 힘(F)이 측정되어 분말의 압축을 제어하도록 이용된다.
상기 압축 단계는, 대향된 펀치들이 해당 절삭 인서트 생형체의 최종 치수로 결정된 위치까지 다이 캐비티 속에서 서로를 향하여 이동하면 종결된다(도면에 도시되지 않음).
압축 단계의 완료후(도 3f 참조)에, 코어 로드(15)와 제 1 및 제 2 펀치(13,14)들은 방출 위치로 이동되어 절삭 인서트 생형체가 다이 캐비티로 부터 제거되는 것을 허용한다. 이로써, 코어 로드(15)는 다이(11)의 벽(17)에 형성된 개구(16)를 통해 다이 캐비티로 부터 후퇴한다. 하측의 제 2 펀치(14)는 다이 캐비티(12) 속으로 더 이동됨으로써 절삭 인서트 생형체(50)를 다이 캐비티(12)밖으로 밀어냄과 동시에 상측의 제 1 펀치(13)는 다이 캐비티(12)밖으로 멀어지게 이동된다.
이어서, 절삭 인서트 생형체는 소결 단계에서 절삭 인서트로 소결된다. 소결은 바인더 입자들의 용융점 위, 그러나 경질 입자들의 용융점 밑의 미리 설정된 온도로 가열된 소결로에 절삭 인서트 생형체를 배치하여 수행된다. 그러한 미리 설정된 온도는 바인더 재료 종류에 따라 통상적으로 1250도 내지 1950도이다. 그 공정 동안에, 절삭 인서트의 체적은 바인더 입자가 녹고 기공이 감소됨으로 인하여 통상적으로 35~55% 만큼 감소된다. 후속적으로, 소결된 절삭 인서트는 그라인딩과 코팅과 같은 후처리를 받는다.
본 발명에 따라, 상기 코어 로드(15)는 압축 단계의 적어도 일부분 동안 그 길이방향 축선을 중심으로 미리 설정된 각도로 교대 방향으로 회전된다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 코어 로드(15)는 그 길이방향 축선(B)을 중심으로 제 1 방향으로 (예를 들어, 시계방향으로) 미리 설정된 각도로 회전된다. 그런 다음, 코어 로드(15)는 그 길이방향의 축(B)을 중심으로 반대방향으로 (즉, 반시계방향으로) 미리 설정된 각도로 회전된다. 도 3e는 코어 로드(15)가 길이방향 축선(B)을 중심으로 교대 방향으로 회전하는 것을 화살표(70)로 개략적으로 보여준다.
상기 코어 로드(15)의 회전은 시계방향 또는 반시계방향중 어느 한 방향에서 시작되는 것이 분명하다. 또한 코어 로드(15)는 회전될 때마다 같거나 다른 각도로 회전될 수 있는 것 또한 명백하다. 예를 들어, 코어 로드(15)는 먼저 시계방향으로 30도로 회전될 수도 있다. 그런 다음, 코어 로드(15)는 반시계방향으로 30도 회전되고, 그리고 다시 시계방향으로 30도 회전하며, 그런 다음 반시계방향으로 30도 회전하는 식으로 회전될 수도 있다. 또는, 두번째 예로서, 상기 코어 로드(15)는 먼저, 시계방향으로 10도 회전될 수도 있다. 그런 다음 코어 로드(15)는 반시계방향으로 20도 회전된 다음에 시계방향으로 15도 회전하고, 다시 반시계방향으로 40도 회전하는 식으로 회전될 수도 있다.
압축 단계 동안의 상기 코어 로드의 회전의 결과로 절삭 인서트 생형체의 관통홀 주변에서 분말의 매우 균일한 밀도 분포가 이루어진다. 이에 대해서는 도 4를 참고하여 아래에서 설명될 것이다.
도 4는 압축 단계 동안의 다이 공구의 일부를 확대된 정면도로 개략적으로 보여준다. 분말(40)은 코어 로드(15)를 중심으로 분포되고 제 1 및 제 2 펀치(13, 14)들 사이에서 압축된다. 다이 캐비티 속에서의 상기 제 1 및 제 2 펀치(13, 14)들의 축방향 정렬과 코어 로드(15)의 위치로 인하여, 분말은 절삭 인서트 생형체의 여러 단면들에서 다른 밀도로 압축될 것이다. 도 4는 절삭 인서트 생형체의 중앙부(i), 주변부(ii) 및 중간부(iii)를 개략적으로 보여준다. 상기한 여러 부분들은 도 4에서 점선으로 개략적으로 표시되어 있지만, 실제 밀도 분포는 절삭 인서트 생형체에서 훨씬 복잡한 것임을 이해해야 한다. 펀치와 코어 로드 사이의 거리가 짧아서 중앙부(i)에서 가장 큰 밀도가 얻어진다. 가장 낮은 밀도는 중간부(iii)에서 얻어지며, 그것은 제 1 및 제 2 펀치들 사이의 거리가 상대적으로 길기 때문이다.
분말을 압축하는 동안에, 상기 코어 로드(15)가 그 길이방향의 축을 중심으로 교번적으로 회전될 때, 코어 로드와 그 둘레의 분말 사이의 마찰로 인하여 코어 로드에 근접한 영역(R)에서의 분말은 전단된다. 어떤 이론에 의하지 않더라도, 분말의 전단은 코어 로드 주변 영역에서의 분말의 밀도의 차이를 균등화하는 것으로 여겨진다. 그 배경에 대한 정확한 메카니즘은 전체적으로 알려져 있지 않지만, 적어도 어느 정도는 분말이 절삭 인서트 생형체의 중앙부로 부터 주변부 및 중간부로 재분포됨으로 인한 것으로 여겨진다(도 4 의 화살표 참조).
전체적인 효과는 절삭 인서트 생형체의 관통홀 주변에 매우 균일한 밀도 분포로 된다는 것과, 그 결과 절삭 인서트 생형체가 소결되는 동안에 수축됨에 따른 관통홀의 변형이 최소화된다는 것이다.
보다 긍적적인 효과는 절삭 인서트 생형체의 밀도의 균등화로 인하여 절삭 인서트 생형체내의 기공이 전체적으로 감소된다는 점이다. 이러한 효과는 특히 절삭 인서트 생형체의 중간부(iii)에서 크게 나타난다.
절삭 인서트 생형체의 관통홀 주변의 밀도를 균등화하기 위하여, 코어 로드를 0도 보다 큰 각도로 회전시킬 필요가 있다. 절삭 인서트 생형체의 중간부와 주변부들에서의 분말의 밀도는 회전 각도가 증가됨에 따라 증가되므로 큰 각도가 바람직하다. 그러나, 미리 설정된 각도는 180도를 넘지 않아야 하며, 그 이유는 비대칭적인 밀도 분포를 초래하기 때문이다.
바람직하게는, 미리 설정된 각도는 90도 이하여야 한다. 이로써, 절삭 인서트 생형체의 조밀한 중앙부(i)로부터 덜 조밀한 중간부(iii)로의 분말의 재분포에 의해 관통홀 주변에서 균일한 밀도 분포가 얻어지는 것으로 여겨진다.
또한, 큰 회전 각도는 크랙 형성을 촉진시키므로 회전각은 작아야 하는 것으로 생각된다. 미리 설정된 바람직한 각도는 5-40°이며, 보다 바람직하기로는 10-30°, 더 바람직한 것은 5-20°, 보다 더 바람직하기로는 10-20°이다. 그럼으로써 분말의 양호한 재분포와 최적화된 전단이 코어 로드 주변에서 얻어지는 것으로 생각된다. 이것은 절삭 인서트 생형체에서 크랙이 형성될 위험을 최소화한다.
코어 로드의 회전은 압축 단계가 시작하자마자 또는 제 1 펀치가 다이 캐비트 위의 위치에서 하강하는 중에 또는 이전에 개시될 수도 있다. 코어 로드의 회전은 또한 압축 단계가 시작된 다음에 개시될 수도 있다. 그러나, 압축 단계 동안에, 절삭 인서트 생형체의 전체적인 밀도가 증가하며, 밀도가 높을 때, 코어 로드의 회전은 절삭 인서트 생형체의 크랙을 초래할 수도 있다. 다른 한편으로, 압축 단계의 말기에서의 코어 로드의 회전은 결과적으로 관통홀 주변의 밀도의 균등화에 보다 효과적인 것으로 생각된다. 이것은 압축 단계의 말기에 코어 로드와 분말 사이의 높은 마찰로 인한 보다 높은 전단율 및/또는 증가된 분말 재분포에 기인하는 것으로 생각된다.
이러한 점들을 감안하면, 압축 단계의 시작시에, 예컨대 압축 단계의 최초 75% 또는 50% 또는 35%에서 코어 로드를 30-180°와 같은 큰 각도로 회전시키고, 그리고 압축 단계의 말기로 갈수록, 예컨대 압축 단계의 마지막 10% 또는 15%, 또는 25% 또는 35%에서 5-40°와 같은 작은 각도로 회전시키는 것이 바람직하다.
그러나, 크랙의 위험으로 인하여, 코어 로드는 압축 단계의 제 1 부분 동안에만 회전되고, 최종 부분 동안에는 움직이지 않는 상태로 유지되어야 한다. 예를 들어, 코어 로드는 압축 단계의 최초 90-95% 동안에 (즉, 그의 0-95% 또는 0-90%) 회전되고, 압축 단계의 마지막 5-10% 동안에는 움직이지 않고 유지된다. 바람직하게는, 회전은 압축 단계의 처음 75% 동안에 수행되는 것이며, 보다 바람직한 것은 압축 단계의 처음 50% 동안에 회전되고, 압축 단계의 마지막 25% 동안에, 보다 바람직하게는 압축 단계의 마지막 50% 동안에는 움직이지 않고 유지되는 것이다.
예를 들어, 코어 로드는 압축 단계의 처음 50% 동안에 <90°의 각도로 회전되고, 압축 단계의 50% 내지 85% 까지는 < 45°의 각도로 회전되며, 압축 단계의 85% 내지 95%까지는 < 5 - 10°의 각도로 회전된다. 압축 단계의 마지막 5-15% 동안에는, 코어 로드는 정지된다.
물론, 압축 단계의 말기 동안에, 예를 들어 압축 단계의 50% - 95% 동안에만 코어 로드를 회전시킬 수도 있다. 이것은 결과적으로 절삭 인서트 생형체의 분말의 효과적인 재분포를 가져오는 것으로 생각된다.
또한, 압축 단계의 초기에 180°와 같은 큰 각도로 코어 로드의 회전을 개시하고 압축 단계의 말기에는 회전각도를 0°까지 점차적으로 감소시키는 것도 가능하다.
압축 단계 동안에 코어 로드가 회전하는 횟수가 중요하며, 그것은 코어 로드 주변의 분말의 재분포가 증가되는 회전 빈도에 따라 증가하기 때문인 것으로 생각된다. 그러나, 지나친 빈도의 회전은 절삭 인서트 생형체에 크랙을 초래할 수 있다. 바람직한 것은, 코어 로드가 압축 단계 동안에 20 - 100회 회전되는 것이며, 보다 바람직한 것은 30-70회, 더 바람직한 것은 40-60회 회전되는 것이다.
압축 단계는 짧으며, 통상적으로는 오직 0.3-1 초 동안 지속된다. 코어 로드의 회전을 충분한 횟수로 하기 위하여, 압축 단계 동안의 대향된 펀치들의 속도를 제어할 필요가 있다. 이것은 예를 들어 압축 단계 동안에 펀치들의 속도를 감소시키거나 펀치들의 동작을 한번 이상 정지시킴으로써 달성될 수 있다. 너무 긴 압축 단계로 인해 생산성이 낮아지는 것을 피하기 위해, 회전 빈도는 낮게, 예를 들어 30-70 회전으로 유지되어야 한다.
일 회전은 코어 로드가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 미리 설정된 각도로 회전되는 것을 의미한다.
절삭 인서트에서의 밀도의 분포와 크랙의 위험은 사용된 분말의 종류와 절삭 인서트의 설계에 의존하는 것으로 여겨진다. 그러므로, 상기한 조건들은 각각의 경우에서 결정되어져야 한다.
도 5는 본 발명의 방법에 의해 제조된 접선방향 절삭 인서트(1)의 한 예를 개략적으로 보여준다. 상기 절삭 인서트는 크로스-홀 절삭 인서트, 즉 관통하는 크로스-홀(9)을 갖는 절삭 인서트이다. 상기 절삭 인서트는 상측과 하측의 레이크면(2,3)들을 가지며, 상기 각각의 레이크면은 주변의 절삭 에지(4)를 포함한다. 각각의 레이크면의 중심에는, 칩면(10)이 칩 브레이킹용으로 형성된다. 도 5에서는 오직 상측의 레이크면(2)만이 보여지지만, 상측과 하측의 레이크면들은 동일하다. 제조하는 동안에, 레이크면(2,3)들은 상측과 하측의 펀치들에 의해 형성된다. 절삭 인서트(1)는 상측과 하측의 레이크면(2,3)들 사이에 연장된 대향 정면(5,6)들과 대향 측면(7,8)들을 더 포함한다. 제조하는 동안에, 정면들과 측면들은 다이 캐비티(12)의 벽들로 형성된다. 절삭 인서트를 공구 홀더(미도시)에 클램핑하기 위한 크로스-홀(9)은 레이크면(2,3) 사이에서 대향 정면(5,6)들을 관통하여 축방향으로 연장된다. 그러므로, 크로스-홀(9)은, 절삭 인서트의 제조 동안에 프레싱 방향에 대해 직각으로 되는 것과 같이 평행하지 않게 연장된다.
특정 실시예들을 상세히 설명하였지만, 이것은 오직 예시적인 목적이며, 여기에 한정하려는 의도가 아니다. 특히, 여러 대체, 변형 및 변경이 첨부된 청구범위의 기술적 사상의 범위내에서 가해질 수 있다.
예를 들어, 압축 단계 동안에, 대향된 펀치들에 의해 가해지는 힘(F)을 측정하고 코어 로드(15)의 회전 빈도와 각도를 제어하도록 사용할 수도 있다(도 3e 참조). 가해진 힘(F)은 절삭 인서트 생형체의 전체 밀도에 대응되고 분말과 코어 로드 사이의 마찰력에 일치하며, 따라서 크랙 형성을 피하기 위해 코어 로드의 회전 빈도와 각도를 최적화하도록 사용하기에 적당하다.
또한, 코어 로드에 가해진 토크를 측정하는 것이 가능하며, 측정된 값을 코어 로드의 회전 빈도와 회전 각도를 제어하는데 사용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 프레스 공구(20)를 사용하여 관통홀(9)을 갖는 절삭 인서트(1)를 제조하는 방법으로서,
    상기 프레스 공구는,
    제 1 프레싱 축선(A)을 따라 다이(11)를 관통하여 연장된 다이 캐비티(12)를 갖는 다이(11),
    상기 제 1 프레싱 축선(A)을 따라 서로를 향하여 그리고 서로 멀어지도록 이동가능한 제 1 펀치(13) 및 제 2 펀치(14), 및
    상기 제 1 프레싱 축선(A)에 평행하지 않은 방향으로 상기 다이 캐비티(12) 안으로 삽입되도록 배치되는 코어 로드(15)
    를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 제 1 및 제 2 펀치(13,14)를 다이 충전 위치로 이동시키는 단계;
    상기 코어 로드(15)를 상기 다이 캐비티(12) 안으로 삽입시키는 단계;
    상기 다이 캐비티(12)에 분말을 충전시키는 단계;
    상기 코어 로드(15) 주위의 분말을 절삭 인서트 생형체(green body)로 압축(compact)하도록 상기 제 1 및 제 2 펀치(13,14)를 상기 다이 캐비티(12) 안에서 상기 제 1 프레싱 축선(A)을 따라 서로를 향하여 이동시키는 단계;
    상기 절삭 인서트 생형체를 상기 다이(11)로부터 제거하는 것을 허용하도록 상기 코어 로드(15)와 제 1 및 제 2 펀치(13,14)를 방출 위치로 이동시키는 단계; 및
    상기 절삭 인서트 생형체를 소결하는 단계
    를 포함하며,
    압축 단계의 적어도 일부분 동안에, 상기 코어 로드(15)는 그 길이방향 축선(B)을 중심으로 방향을 교대로 하여 미리 설정된 각도로 회전되는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 코어 로드(15)는 그 길이방향 축선(B)을 중심으로 동일한 미리 설정된 각도로 회전되는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코어 로드(15)는 그 길이방향 축선(B)을 중심으로 상이한 미리 설정된 각도로 회전되는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 설정된 각도는 < 180°, 바람직하게는 < 90°인 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 미리 설정된 각도는 5-40°, 바람직하게는 10-30°, 보다 바람직하게는 5-20 °, 보다 바람직하게는 10-20°인 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 로드(15)는 압축 단계의 50-95% 동안에 회전되는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 로드(15)는 상기 제 1 프레싱 축선(A)에 직각인 방향으로 다이 캐비티(12) 안으로 삽입되도록 배치된 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 로드(15)는 상기 압축 단계 동안에 미리 설정된 횟수로 회전되는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 펀치(13,14)의 속도는 압축단계 동안에 상기 코어 로드의 미리 설정된 회전수에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 단계 동안에 대향 펀치(13,14)에 가해지는 힘(F)을 측정하여 상기 코어 로드의 회전수 및/또는 회전 각도를 제어하도록 사용하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 방법.
  11. 관통홀(9)을 갖는 절삭 인서트(1)를 제조하는 장치(100: arrangement)로서,
    상기 장치는 프레스 공구 (20) 를 포함하고,
    상기 프레스 공구는,
    제 1 프레싱 축선(A)을 따라 다이(11)를 관통하여 연장된 다이 캐비티(12)를 갖는 다이(11),
    상기 제 1 프레싱 축선(A)을 따라 서로를 향하여 그리고 서로 멀어지도록 이동가능한 제 1 펀치(13) 및 제 2 펀치(14), 및
    상기 제 1 프레싱 축선(A)에 평행하지 않은 방향으로 상기 다이 캐비티(12) 안으로 삽입되도록 배치된 코어 로드(15)
    를 포함하고,
    상기 장치는, 추가로,
    상기 코어 로드(15)를 그 길이방향 축선(B)을 중심으로 방향을 교대로 하여 미리 설정된 각도로 회전시키도록 배치된 구동 디바이스(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 코어 로드(15)는 단면이 원형으로 된 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 코어 로드(15)는 단면이 비원형으로 된 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 장치.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 로드(15)는 제 1 코어 로드 섹션(15a)과 제 2 코어 로드 섹션(15b)을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 코어 로드 섹션(15a, 15b)은 각각의 코어 로드 섹션(15a, 15b)의 전측부(18a, 18b)가 상기 다이 캐비티(12)에서 서로 접촉하도록 대향 방향으로부터 상기 다이 캐비티(12) 안으로 삽입되도록 배치된 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 장치.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 절삭 인서트 생형체를 소결하기 위한 소결로(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트의 제조 장치.
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