KR20150041571A

KR20150041571A - 양면 구각형 절삭 인서트

Info

Publication number: KR20150041571A
Application number: KR20140117079A
Authority: KR
Inventors: 루이스 레이 모리슨; 라비산카르 이예르
Original assignee: 케나메탈 아이엔씨.
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2015-04-16
Also published as: JP2015074085A; US9211589B2; DE102014110379A1; SE1451197A1; CN104511605A; US20150098768A1

Abstract

양면 구각형 절삭 인서트는 상부 표면, 상부 표면과 동일한 하부 표면, 서로 동일한 9개의 측부 표면, 전체 18개의 절삭날을 위해 9개의 측부 표면의 각각과 상부 표면 및 하부 표면 사이의 교차부에 형성된 절삭날, 및 9개의 측부 표면의 각각과 상부 표면 및 하부 표면 사이에 각각이 연장된 서로 동일한 9개의 코너 반경부를 포함한다. 각각의 절삭날은 종방향 중심축에 대해 비대칭 프로파일을 갖는다. 절삭날의 비대칭 프로파일은, 특히 미세한 마무리 절삭 작업 동안, 가변 절삭력을 제공하는 기술적 이점을 갖는다.

Description

양면 구각형 절삭 인서트{Double-sided, nonagon cutting insert}

본 발명은 인덱서블(indexable) 절삭 인서트 분야에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 인덱서블 양면 구각형 절삭 인서트(double-sided, nonagon cutting insert)에 관한 것이다.

최신의 고성능 절삭 공구는 우수한 인서트 재료에 의해 지지되는 높은 절삭 속도 및 공급으로 인하여 교체가능한 그리고 전형적으로는 인덱서블한 인서트를 사용한다. 인서트를 위한 통상 재료에는 탄화텅스텐, 다결정성 다이아몬드 및 입방정형 질화붕소가 포함된다.

인덱서블 인서트는 제1 절삭날이 무뎌진 경우 인서트가 회전하거나 뒤집힐 수 있도록 대칭인 다각형 형상을 사용하여, 동일한 기하학적 위치에 정확히 위치되는 새로운 절삭날을 제공한다. 기하학적 반복성은 공구 연마, 설정 변경, 또는 CNC 프로그램으로의 새로운 값의 입력에 대한 필요성 없이 주기적인 절삭날의 갱신을 가능하게 함으로써 제조 시 시간을 절약한다.

인덱서블 인서트의 통상의 형상은 인서트의 각각의 측부 상에 4개, 3개 및 2개의 절삭날을 각각 구비하는 정사각형, 삼각형 및 마름모형(다이아몬드형)을 포함한다. 예를 들어, 양면 또는 가역 정사각형 인서트는 뒤집음으로써 8개의 절삭날을 제공할 수 있다.

절삭날의 개수는 절삭 인서트의 에지당 비용과 직접 관련된다. 이용가능한 절삭날이 많을수록, 절삭 인서트는 더 가치가 있다. 따라서, 다수의 절삭날을 갖는 절삭 인서트를 제공하는 것이 바람직하다.

절삭 인서트의 비용을 절감하는 문제는 양면 인덱서블 구각형 절삭 인서트를 제공함으로써 해결된다. 가변 절삭력을 제공하는 문제도 또한 비대칭 프로파일(profile)을 갖는 절삭날을 제공함으로써 해결된다.

본 발명의 일 태양에서, 양면 구각형 절삭 인서트는, 상부 표면; 상부 표면과 동일한 하부 표면; 서로 동일한 9개의 측부 표면; 전체 18개의 절삭날을 위해 9개의 측부 표면의 각각과 상부 표면 및 하부 표면 사이의 교차부에 형성된 절삭날; 및 9개의 측부 표면의 각각과 상부 표면 및 하부 표면 사이에 각각이 연장된 서로 동일한 9개의 코너 반경부를 포함하고, 각각의 절삭날은 절삭 인서트의 종방향 중심축에 대해 비대칭 프로파일을 갖는다. 절삭날의 비대칭 프로파일은 미세한 마무리 절삭 작업 동안 가변 절삭력을 제공하는 기술적 이점을 갖는다.

본 발명의 다른 태양에서, 양면 구각형 절삭 인서트는, 상부 표면; 상부 표면과 동일한 하부 표면; 서로 동일한 복수의 측부 표면; 복수의 측부 표면의 각각과 상부 표면 및 하부 표면 사이의 교차부에 형성된 절삭날; 및 복수의 측부 표면의 각각과 상부 표면 및 하부 표면 사이에 각각이 연장된 서로 동일한 복수의 코너 반경부를 포함하고, 각각의 절삭날은 코너 반경부들 중 하나로부터 인접한 코너 반경부까지 연장된 길이(CL)를 갖는다. 절삭날은 점 B에서 시작하여 절삭날의 길이(CL)의 0.10 내지 0.20배인 거리만큼 점 C까지 하향으로 테이퍼(taper)진다. 절삭날은 점 C로부터 절삭날의 길이(CL)의 0.45 내지 0.60배인 거리만큼 절삭 인서트의 최대 드롭(drop)으로 점 D까지 하향으로 테이퍼진다. 절삭날은 점 D로부터 절삭날의 길이(CL)의 0.20 내지 0.45배인 거리만큼 점 E까지 상향으로 테이퍼진다.

본 발명의 다양한 실시예가 예시되어 있지만, 도시된 특정 실시예가 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고서 이루어질 수 있음이 예상된다.
<도 1>
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 절삭 인서트의 사시도이다.
<도 2>
도 2는 도 1의 절삭 인서트의 다른 사시도이다.
<도 3>
도 3은 도 1의 절삭 인서트의 평면도이다.
<도 4>
도 4는 도 1의 절삭 인서트의 측면도이다.
<도 5>
도 5는 절삭날의 비대칭 프로파일을 도시하는 도 1의 절삭 인서트의 확대 측면도이다.
<도 6>
도 6은 도 5에 도시된 절삭날의 비대칭 프로파일의 개략도이다.

이제 도 1 내지 도 4를 참조하면, 절삭 인서트(10)가 본 발명의 실시예에 따라 대체적으로 도시되어 있다. 대체적으로, 절삭 인서트(10)는 전체 18개의 절삭날을 위해 각각의 면 상에 9개의 절삭날을 갖는 양면 구각형 절삭 인서트이다.

기하학적으로, 구각형(또는 구변형)은 9개의 변을 갖는 정다각형이다. 정구각형은 내각이 140^o이다. 변의 길이가 a인 정구각형의 면적은 다음과 같이 주어진다:

(1)

절삭 인서트(10)는 제1 표면(12), 제1 표면(12)에 대향하는 제2 표면(14), 및 제1 표면(12)과 제2 표면(14) 사이에 연장된 복수의 측부 표면(16)을 포함한다. 제1 및 제2 표면(12, 14)은 서로 동일하다. 따라서, 본 명세서에서는 간결함을 위하여 단지 제1 표면(12)만이 설명될 것이고, 제1 표면(12)에 관한 본 명세서에서의 어떠한 설명도 제2 표면(14)에 또한 적용된다는 것은 이해될 것이다.

본 발명의 일 태양은 절삭 인서트(10)가 전체 9개의 측부 표면(16)을 포함한다는 것이다. 각각의 측부 표면(16)은 서로 동일하다. 따라서, 본 명세서에서는 간결함을 위하여 단 하나의 측부 표면(16)만이 설명될 것이고, 측부 표면(16)들 중 하나의 본 명세서에서의 어떠한 설명도 모든 측부 표면(16)에 적용된다는 것은 이해될 것이다.

절삭날(18)은 전체 9개의 절삭날(18)을 위해 제1 표면(12)과 각각의 측부 표면(16) 사이의 교차부에 형성된다. 더욱이, 절삭날(18)은 전체 9개의 추가 절삭날(18)(즉, 절삭 인서트(10)에 대해 전체 18개의 절삭날)을 위해 제2 표면(14)과 각각의 측부 표면(16) 사이의 교차부에 형성된다. 각각의 절삭날(18)은 서로 동일하다. 따라서, 본 명세서에서는 간결함을 위하여 단 하나의 절삭날(18)만이 설명될 것이고, 하나의 절삭날(18)의 본 명세서에서의 어떠한 설명도 모든 절삭날(18)에 적용된다는 것은 이해될 것이다.

코너 반경부(20)는 각각의 측부 표면(16)을 연결하고 제1 표면(12)과 제2 표면(14) 사이에서 연장된다. 각각의 코너 반경부(20)는 서로 동일하다. 따라서, 본 명세서에서는 간결함을 위하여 단 하나의 코너 반경부(20)만이 설명될 것이고, 하나의 코너 반경부(20)의 본 명세서에서의 어떠한 설명도 모든 코너 반경부(20)에 적용된다는 것은 이해될 것이다.

절삭 인서트(10)는 또한 제1 및 제2 표면(12, 14)을 통하여 연장된 접시형 보어(countersunk bore)(22) 및 종방향 중심축(24)을 포함한다. 절삭 인서트는 3개의 모든 축(x-, y- 및 z-축)에 대해 거울 대칭인 것으로 이해되어야 한다. 그 결과, 절삭 인서트(10)는 측부 표면(16)과 제1 및 제2 표면(12, 14)의 각각 사이의 교차부에 있는 모두 18개의 절삭날(18)이 기계가공 작업 시에 별도로 사용될 수 있는 양면 절삭 인서트를 포함한다.

제1 표면(12)(및 또한 제2 표면(14))은 접시형 보어(22)를 둘러싸는 실질적으로 평면인 중심 영역(26)을 포함하는 지형(topography)을 갖는다. 중심 영역(26)은 접시형 보어(22)로부터 연장하여 구각형-형상의 경계(28)에서 종단된다. 제1 표면(12)은 또한 각각의 절삭날(18)로부터 방사상 내향으로 연장된 레이크 면(rake face)(30)을 포함한다. 각각의 레이크 면(30)은 절삭날(18)에서 더 넓은 V-형상의 구성을 갖는다. 각각의 레이크 면(30)은 중심 영역(26)보다 높이가 높다. 그에 따라, 전이 영역(transition region)(32)이 각각의 레이크 면(30)과 중심 영역(26) 사이에 연장되고 레이크 면(30)으로부터 중심 영역(26)을 향하여 하향으로 경사진다.

각각의 절삭날(18)은 하기에 의해 주어진 절삭날 길이(CL)를 갖는다:

(2)

여기서,

IC는 절삭 인서트(10)의 내접원의 직경이고;

#CE는 절삭날(18)의 개수(즉, 9)이고;

CR은 코너 반경부(20)의 크기이다. 예를 들어, 코너 반경이 0.8 mm인 경우, CR은 0.8이다.

따라서, 본 발명의 구각형 절삭 인서트(10)의 경우, #CE은 9이다. 따라서, 절삭 인서트(10)의 각각의 절삭날(18)은 하기에 의해 주어진 절삭날 길이(CL)를 갖는다:

(3)

내접원은 절삭 인서트(10) 내측에 그려질 수 있는 가능한 가장 큰 원이다. 다각형의 경우, 절삭 인서트(10)의 각각의 측부(16)가 원에 접하지 않는 경우 상기 원은 실제로 내접하지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 절삭 인서트(10)와 같은 정다각형의 경우, 내접원은 각각의 측부(16)의 중심점에 접한다. 그에 반해서, 외접원은 절삭 인서트(10)의 각각의 측부(16) 사이의 코너 반경부(20)와 접한다. 이해되는 바와 같이, 내접원의 직경은 절삭 인서트(10)의 크기의 함수이다. 절삭 인서트(10)가 커질수록, 절삭날(18)의 각각과 접하도록 그려질 수 있는 내접원의 직경도 커진다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 상부 표면(12)과 각각의 측부 표면(16) (그리고, 또한 하부 표면(14)과 각각의 측부 표면(16)) 사이의 교차부에 형성된 각각의 절삭날(18)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 프로파일을 갖는다. 대체적으로, 각각의 절삭날(18)은 절삭 인서트(10)의 종방향 중심축(24)을 통과하는 평면에 대해 비대칭 프로파일을 갖는다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 좌측으로부터 우측으로, 점 A로부터 점 B까지의 거리는 코너 반경부(20)의 전체 길이의 절반이다. 점 A로부터 점 B까지, 절삭 인서트(10)는 수평축(또는 X-축)에 실질적으로 평행한 프로파일을 갖는다. 이어서, 절삭날(18)은 점 B에서 시작하여 절삭날(18)의 길이(CL)의 0.10 내지 0.20배인 거리만큼 점 C까지 하향으로 테이퍼진다. 하향된 테이퍼의 양은 절삭날(18)의 최대 드롭의 절반이다. 절삭날의 최대 드롭은 절삭 인서트(10)의 두께(T)의 함수이다. 예를 들어, 절삭 인서트(10)의 최대 드롭은 절삭 인서트(10)의 두께(T)의 0.10 내지 0.30배일 수 있으며, 여기서 절삭 인서트의 두께(T)는 약 5 mm 내지 약 7 mm이다. 절삭날(18)은 점 B에 근접하여 제1 반경(R1)으로 형성되며 점 C에 근접하여 제2 반경(R2)으로 형성될 수 있다. 제1 반경(R1)은 제2 반경(R2)보다 작다.

이어서, 절삭날(18)은 점 C로부터 절삭날(18)의 길이(CL)의 0.45 내지 0.60배인 거리만큼 점 D까지 하향으로 테이퍼진다. 점 D에서, 절삭날(18)은 절삭 인서트(10)의 두께(T)의 0.10 내지 0.30배인 최대 드롭을 갖는다. 절삭날(18)은 점 D에 근접하여 제3 반경(R3)으로 형성될 수 있다. 제3 반경(R3)은 제1 반경(R1) 및 제2 반경(R2)보다 크다. 이어서, 절삭날(18)은 점 D로부터 절삭날(18)의 길이(CL)의 0.20 내지 0.45배인 거리만큼 점 E까지 상향으로 테이퍼진다. 점 E는 코너 반경부(20)의 전체 길이의 절반에 위치된다. 점 E로부터 점 F까지, 절삭 인서트(10)의 프로파일은, 점 A로부터 점 B까지의 프로파일과 유사하게, 수평축(또는 X-축)에 실질적으로 평행하다. 절삭날(18)은 점 E에 근접하여 제4 반경(R4)으로 형성될 수 있다. 제4 반경(R4)은 제1 반경(R1), 제2 반경(R2), 및 제3 반경(R3)보다 작다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 절삭날(18)의 길이(CL)는 점 B로부터 점 E까지의 거리이다. 절삭 인서트(10)가 3개의 모든 축에 대해 대칭이기 때문에, 하부 표면(14)과 각각의 측부 표면(16) 사이의 교차부에 형성된 절삭날(18)의 프로파일은 전술된 상부 표면(12)과 각각의 측부 표면(16) 사이의 교차부에 형성된 절삭날(18)의 프로파일과 동일하지만, 도 6에 도시된 바와 같이 종방향 중심축(24)에 대해 거울 대칭이라는 것은 이해될 것이다.

절삭날(18)의 비대칭 프로파일은 미세한 마무리 절삭 작업 동안 가변 절삭력을 제공하는 기술적 이점을 갖는다.

본 명세서에서 언급된 특허 및 공개 문헌은 본 명세서에 참고로 포함된다.

지금 설명된 바람직한 실시예들을 갖는 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범주 내에서 달리 구현될 수 있다.

Claims

양면 구각형 절삭 인서트(double-sided, nonagon cutting insert)로서,
상부 표면;
상기 상부 표면과 동일한 하부 표면;
서로 동일한 9개의 측부 표면;
전체 18개의 절삭날을 위해 상기 9개의 측부 표면 각각과 상기 상부 표면 및 하부 표면 사이의 교차부에 형성된 절삭날;및
서로 동일한 9개의 코너 반경부로서, 각각의 코너 반경부는 상기 9개의 측부 표면 각각과 상기 상부 표면 및 하부 표면 사이에서 연장되어 있는, 9개의 코너 반경부;를 포함하고,
각각의 절삭날은 상기 절삭 인서트의 종방향 중심축에 대해 비대칭 프로파일(profile)을 갖는, 절삭 인서트.
제1항에 있어서, 각각의 절삭날의 길이(CL)는 등식
에 의해 표현될 수 있고,
여기서,
IC는 상기 절삭 인서트(10)의 내접원의 직경이고,
CR은 상기 코너 반경부(20)의 크기와 동일한, 절삭 인서트.
제1항에 있어서, 각각의 절삭날은 상기 코너 반경부들 중 하나로부터 인접한 코너 반경부까지 연장된 길이(CL)를 갖는, 절삭 인서트.
제3항에 있어서, 상기 절삭날은 점 B에서 시작하여 상기 절삭날의 상기 길이(CL)의 0.10 내지 0.20배인 거리만큼 점 C까지 하향으로 테이퍼진(tapered), 절삭 인서트.
제4항에 있어서, 상기 절삭날은 상기 점 B에 근접하여 제1 반경(R1)으로 형성되며 상기 점 C에 근접하여 제2 반경(R2)으로 형성되고, 상기 제1 반경(R1)은 상기 제2 반경(R2)보다 작은, 절삭 인서트.
제4항에 있어서, 하향된 테이퍼의 양은 상기 절삭날의 최대 드롭(drop)의 절반인, 절삭 인서트.
제6항에 있어서, 상기 절삭날의 상기 최대 드롭은 상기 절삭 인서트의 두께(T)의 0.10 내지 0.30배인, 절삭 인서트.
제4항에 있어서, 상기 절삭날은 상기 점 C로부터 상기 절삭날의 상기 길이(CL)의 0.45 내지 0.60배인 거리만큼 상기 절삭 인서트의 상기 최대 드롭으로 점 D까지 하향으로 테이퍼진, 절삭 인서트.
제8항에 있어서, 상기 절삭날은 상기 점 D에 근접하여 제3 반경(R3)으로 형성되고, 상기 제3 반경(R3)은 상기 제1 반경(R1) 및 상기 제2 반경(R2)보다 큰, 절삭 인서트.
제8항에 있어서, 상기 절삭날은 상기 점 D로부터 상기 절삭날의 상기 길이(CL)의 0.20 내지 0.45배인 거리만큼 점 E까지 상향으로 테이퍼진, 절삭 인서트.
제10항에 있어서, 상기 절삭날은 상기 점 E에 근접하여 제4 반경(R4)으로 형성되고, 상기 제4 반경(R4)은 상기 제1 반경(R1), 상기 제2 반경(R2), 및 상기 제3 반경(R3)보다 작은, 절삭 인서트.
양면 구각형 절삭 인서트로서,
상부 표면;
상기 상부 표면과 동일한 하부 표면;
서로 동일한 복수의 측부 표면;
상기 복수의 측부 표면의 각각과 상기 상부 표면 및 하부 표면 사이의 교차부에 형성된 절삭날; 및
서로 동일한 복수의 코너 반경부로서, 각각의 코너 반경부는 상기 복수의 측부 표면 각각과 상기 상부 표면 및 하부 표면 사이에서 연장되어 있는, 복수의 코너 반경부;를 포함하고,
각각의 절삭날은 상기 코너 반경부들 중 하나로부터 인접한 코너 반경부까지 연장된 길이(CL)를 갖고,
상기 절삭날은 점 B에서 시작하여 상기 절삭날의 상기 길이(CL)의 0.10 내지 0.20배인 거리만큼 점 C까지 하향으로 테이퍼지고,
상기 절삭날은 상기 점 C로부터 상기 절삭날(18)의 상기 길이(CL)의 0.45 내지 0.60배인 거리만큼 상기 절삭 인서트의 최대 드롭으로 점 D까지 하향으로 테이퍼지고,
상기 절삭날은 상기 점 D로부터 상기 절삭날의 상기 길이(CL)의 0.20 내지 0.45배인 거리만큼 점 E까지 상향으로 테이퍼진, 절삭 인서트.
제12항에 있어서, 각각의 절삭날의 상기 길이(CL)는 등식
에 의해 표현될 수 있고,
여기서,
IC는 상기 절삭 인서트의 내접원의 직경이고,
CR은 상기 코너 반경부의 크기와 동일한, 절삭 인서트.
제12항에 있어서, 상기 점 B로부터 상기 점 C까지 하향된 테이퍼의 양은 상기 절삭날의 최대 드롭의 절반인, 절삭 인서트.
제14항에 있어서, 상기 절삭날의 상기 최대 드롭은 상기 절삭 인서트의 두께(T)의 0.10 내지 0.30배인, 절삭 인서트.
제12항에 있어서, 상기 절삭날은 상기 점 B에 근접하여 제1 반경(R1)으로 형성되며 상기 점 C에 근접하여 제2 반경(R2)으로 형성되고, 상기 제1 반경(R1)은 상기 제2 반경(R2)보다 작은, 절삭 인서트.
제16항에 있어서, 상기 절삭날은 상기 점 D에 근접하여 제3 반경(R3)으로 형성되고, 상기 제3 반경(R3)은 상기 제1 반경(R1) 및 상기 제2 반경(R2)보다 큰, 절삭 인서트.
제17항에 있어서, 상기 절삭날은 상기 점 E에 근접하여 제4 반경(R4)으로 형성되고, 상기 제4 반경(R4)은 상기 제1 반경(R1), 상기 제2 반경(R2), 및 상기 제3 반경(R3)보다 작은, 절삭 인서트.