KR20160133419A - 절삭 인서트 - Google Patents

Abstract

절삭 인서트로서, 경사면과 여유면과 상기 경사면과 상기 여유면이 교차하는 능선에 형성되는 절삭날과, 상기 절삭날을 따라서 상기 경사면에 마련되는 랜드와, 상기 랜드의 내측의 상기 경사면에 마련되는 브레이커홈과, 상기 브레이커홈의 홈면과 상기 랜드 사이에 형성되는 곡면을 포함하고, 상기 곡면의 곡률 반경이 0.5 mm 이상인 것인, 절삭 인서트.

Description

절삭 인서트{CUTTING INSERT}

본 발명은, 날끝 강도의 확보와 크레이터 마모의 억제를 양립시킨 절삭 인서트에 관한 것이다.

절삭 인서트는, 날끝 강도가 요구되는 것에 관해서는, 절삭날을 따라서 경사면에 랜드를 마련하여 날끝을 강화하는 것이 행해지고 있다(하기 특허문헌 1 참조).

날끝 강도 확보의 요구가 강하면, 랜드부의 경사각을 작게 하는 것, 경사각이 부(負)인 네거티브 랜드로 하는 것, 또는 랜드의 폭을 넓히는 것이 이루어지고 있다.

한편, 크레이터 마모의 억제가 요구되는 것에 관해서는, 랜드부의 경사각을 크게 하거나, 랜드의 폭을 좁히거나, 랜드를 없애거나 하는 방법이 채택되고 있다.

예컨대 하기 특허문헌 2는, 원호의 날끝을 갖는 코너부에 랜드를 수반하지 않는 절삭날을 배치하고, 이것은 크레이터 마모의 억제 효과를 기대할 수 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평9-57507호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2002-66812호 공보

날끝 강도 확보의 요구에 부응하여 랜드부의 경사각을 작게 하거나, 랜드의 폭을 넓히거나 한 절삭 인서트는, 크레이터 마모가 발생하기 쉽다.

또한, 크레이터 마모 억제의 요구에 부응하여 랜드부의 경사각을 크게 하거나, 랜드의 폭을 좁히거나, 랜드를 없애거나 한 절삭 인서트는, 날끝 강도가 저하되기 쉽다.

이와 같이, 날끝 강도의 확보와 크레이터 마모의 억제는, 한쪽을 중시하면 다른쪽이 희생되는 관계에 있어, 그 2개의 요구를 양립시키는 것이 어렵다.

본 발명은, 날끝 강도의 확보와 크레이터 마모의 억제를 양립시키고, 그것에 의해 절삭 인서트의 내구성을 향상시키는 것을 과제로 하고 있다.

상기 과제의 해결책으로서, 본 발명의 절삭 인서트는, 경사면과 여유면과 상기 경사면과 상기 여유면이 교차하는 능선에 형성되는 절삭날과, 상기 절삭날을 따라서 상기 경사면에 마련되는 랜드와, 상기 랜드의 내측의 상기 경사면에 마련되는 브레이커홈과, 상기 브레이커홈의 홈면과 상기 랜드 사이에 형성되는 곡면을 포함하고, 상기 곡면의 곡률 반경이 0.5 mm 이상인 절삭 인서트로 했다.

상기 절삭 인서트에 의하면, 날끝 강도를 확보하고, 동시에 크레이터 마모를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 절삭 인서트의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 절삭 인서트의 예각 코너부를 확대한 평면도이다.
도 3은 도 2의 D-D선을 따르는 단면도이다.
도 4는 도 2의 E-E선을 따르는 단면도이다.
도 5는 절삭 부스러기가 랜드와 브레이커홈의 홈면 사이의 곡면 위를 미끄러져 흐르는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6은 랜드와 브레이커홈의 홈면 사이에 곡면이 설치되지 않은 경우의 절삭 부스러기의 유출 상황을 나타내는 모식도이다.
도 7은 평가 시험에서의 경사면의 크레이터 마모의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 평가 시험에서의 크레이터 마모 폭의 측정 방법을 해설한 도면이다.

이하, 본 발명의 절삭 인서트의 실시형태를 첨부 도면의 도 1 내지 도 4에 기초하여 설명한다.

도 1은, 선삭 가공에 이용하는 마름모꼴의 절삭 인서트에 대하여 본 발명을 적용한 예를 나타낸 것이다.

예시한 절삭 인서트(1)는, 경사면(2)인 상면에 대하여 여유면(3)인 측면을 직각으로 교차시킨 네거티브형이며, 경사면(2)과 여유면(3)이 교차한 위치의 능선이 절삭날(4)로서 이용된다.

절삭날(4)은, 미리 정해진 노우즈 반경(R)이 부여된 코너 절삭날(4a)과, 인접하는 코너 절삭날(4a)의 사이에 배치되는 직선 절삭날(4b)로 이루어진다.

이 절삭 인서트(1)의 경사면(2)에는, 절삭날(4)을 따르는 랜드(5)와, 랜드(5)의 위치로부터 하강하는 브레이커홈(6)과, 브레이커 돌기(7)와, 중앙 랜드부(8)가 마련된다.

이러한 절삭 인서트(1)는, 편면 사용형인 것에 관해서는, 하면(도시하지 않음)이 플랫면으로 형성된다. 또한, 양면 사용형인 것에 관해서는, 하면에도 상면측과 동일한 브레이커홈, 브레이커 돌기, 중앙 랜드부(8)가 각각 마련되어 상면측과 하면측이 동일한 형상으로 마무리된다.

또한, 필요에 따라서 중앙 랜드부(8)의 중심부에, 상면으로부터 하면으로 빠지는 부착용 관통 구멍(도시하지 않음)도 형성된다.

도 1의 절삭 인서트(1)의 예각측의 코너부(9)를 확대하여 도 2에 나타낸다. 그 코너부(9)의 코너각의 이등분선(도 2의 D-D선)을 따르는 단면을 도 3에 나타낸다.

또한, 직선 절삭날(4b)과 직교하는 도 2의 E-E선을 따르는 단면을 도 4에 나타낸다. 도 2의 E-E선은, 코너의 끝으로부터 거리(C) 만큼 떨어진 위치에 있다. 거리(C)는, 코너부(9)의 노우즈 반경(R)보다 크다.

도 3, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 예시한 절삭 인서트(1)의 랜드(5)는, 정(正)의 경사각(θ₁, θ₂)을 갖는 포지티브 랜드로 되어 있지만, 경사각이 0° 또는 부(負)인 네거티브 랜드이어도 상관없다. 경사각은, 중앙 랜드부(8)의 상면과 평행한 선을 기준으로 한 각도이다.

랜드(5)의 경사각(θ₁, θ₂)은, 랜드(5)의 설치 효과(날끝의 강도 향상)를 고려하면 -10°∼ +15° 정도가 적당하다. 경사각(θ₁)과 경사각(θ₂)은, 동일해도 좋고 상이해도 좋다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 브레이커홈(6)의 홈면(6a)으로 구성되는 코너부(9)의 경사면(2)은 θ₄의 경사각을 갖는다. 경사각(θ₄)은, 절삭 부스러기의 원활한 유출과 날끝 강도의 밸런스를 고려하면 20°∼ 70° 정도가 적당하다.

랜드(5)와 그 랜드(5)의 내측단으로부터 하강하는 경사면(2), 즉, 상기 경사각(θ₄)을 갖는 홈면(6a) 사이에는, 일단이 랜드(5)에 원활하게 연결되는 볼록형의 곡면(10)을 개재하고 있다. 곡면(10)의 타단은, 도면과 같이 브레이커홈(6)의 홈면(6a)에 원활하게 연결해도 좋고, 홈면(6a)에 대하여 각도차나 단차를 부여하여 연결해도 좋다.

그 곡면(10)은, 도 3에서의 곡률 반경이 0.5 mm 이상으로 설정된다. 그와 같은 곡률 반경이 어느 정도 큰 곡면을 랜드(5)와 브레이커홈(6)의 홈면(6a) 사이에 개재함으로써, 날끝 강도를 확보하면서 크레이터 마모를 감소시킬 수 있다.

곡률 반경이 0.5 mm 이상인 곡면(10)을 설치하더라도, 곡면(10)이 없는 것과 비교한 경우의 랜드(5)의 두께 감소량은 그다지 커지지는 않는다. 그 때문에, 날끝의 강도가 유지된다.

또한, 곡면(10)을 설치한 것에 의해 랜드(5)의 실질적인 폭이 좁아지고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 절삭 부스러기(A)가 곡면(10)으로 유도되어 곡면(10)과의 접촉 영역을 넓히면서(곡면(10) 위를 미끄러지면서) 흐른다. 이에 따라, 경사면(2)에 대한 절삭 부스러기(A)의 접촉압이 분산되어 크레이터 마모가 억제된다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 홈면(6a)이 랜드(5)에 각도를 갖고 이어져 있으면, 랜드(5)의 표면에 부딪친 절삭 부스러기(A)는 홈면(6a)으로부터 들뜬 상태로 유출되려고 한다. 그 때문에, 랜드(5)의 표면에 대한 절삭 부스러기(A)의 접촉점에 면압이 집중되어 크레이터 마모가 조장된다.

그 문제의 해결책으로서, 상기 곡면(10)이 유효하다. 그 곡면(10)을 설치함으로써, 랜드(5)의 경사각을 작게 하더라도(그와 같이 하여 날끝 강도를 높이더라도) 크레이터 마모가 발생하기 어려워진다.

절삭 인서트(1)를 분말 야금법으로 제조하는 경우, 성형용 금형에 부여되는 응력 집중 회피용의 곡면 형상(그 곡률 반경은 0.2 mm 정도)이 랜드(5)와 홈면(6a)의 교점부에 전사되지만, 곡률 반경이 지나치게 작아 절삭 부스러기(A)의 접촉압 분산의 효과가 발휘되지 않는다.

또, 도 3에 나타낸 코너 절삭날(4a)로부터 코너 절삭날(4a)을 따라서 형성된 랜드(5)와 곡면(10)의 연결점까지의 거리(l)는, 0.05 mm∼1/3 L(L은, 절삭날(4)로부터 랜드(5)를 연장한 가상면과 홈면(6a)을 연장한 가상면의 교점까지의 거리. 본 발명에서는 이것을 랜드 폭(L)으로 한다.) 정도가 적당했다. 그 거리(l)가 0.05 mm 미만이면, 날끝 강도의 확보가 어렵다.

또한, 그 거리(l)가 1/3 L보다 커지면, 절삭 부스러기(A)가 곡면(10)에 도달하지 않고 랜드(5)의 표면에 부딪칠 가능성이 높아져, 곡면(10)의 설치 효과가 약해진다.

예시한 절삭 인서트(1)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 직선 절삭날(4b)의 부분에서는, 랜드 폭(L)을 0.15 mm ∼ 0.8 mm 정도로 설정하고, 경사각(θ₃)을 갖는 브레이커홈(6)의 홈면(6a)을 랜드(5)에 대하여 곡면(11)을 통해 이어지게 하고 있다. 직선 절삭날(4b)은 절삭 인서트의 코너의 끝으로부터 노우즈 반경(R)보다 크게 떨어진 부분에 형성된다.

직선 절삭날(4b)의 부분에서의 곡면(11)은, 엣지를 제거할 목적으로 부여한 면이며, 그 곡률 반경은 매우 작다.

예컨대, 도 4에 있어서 곡면(11)의 곡률 반경은 0.2 mm 이하이다.

이 위치에서의 홈면(6a)의 경사각 θ₃도, 코너부(9)에서의 홈면(6a)의 경사각(θ₄)과 동일하게 20°∼ 70° 정도가 적당하다. 코너부(9)에서의 홈면(6a)의 경사각(θ₄)과, 직선 절삭날부에서의 홈면(6a)의 경사각(θ₃)은, 동일해도 좋고 상이해도 좋다.

직선 절삭날(4b)을 따르는 영역은, 크레이터 마모는 거의 고려되지 않기 때문에, 예시한 절삭 인서트(1)와 같이, 코너 절삭날(4a)을 따르는 영역보다 강도를 중시한 설계로 하는 것이 좋다. 이 도 3의 단면 구조와 도 4의 단면 구조를 조합하면, 전체 강도도 우수한 절삭 인서트(1)를 실현할 수 있다.

브레이커 돌기(7)는, 중앙 랜드부(8)와 그 주위를 둘러싸는 브레이커벽(7a)으로 이루어진다. 그리고, 브레이커 돌기(7)는, 절삭 부스러기에 유출 저항을 부여하여 왜곡시키는 브레이커벽(7a)을 브레이커홈(6)의 홈바닥으로부터 중앙 랜드부(8)를 향해 비스듬히 상승시킨 돌기이며, 코너 절삭날(4a)의 이등분선을 따른 방향과 직선 절삭날(4b)의 긴 중앙부에서는 절삭날에 근접하는 방향으로 밀어낸 형상이다. 그 형상은 임의로 설정할 수 있고, 도시한 형상에 한정되는 것이 아니다.

또한, 예시한 절삭 인서트(1)는, 둔각측의 코너부에 관해서도, 코너각의 이등분선을 따르는 위치의 단면 형상을 예각측의 코너부(9)와 동일하게 설정했다.

둔각 코너의 사용 빈도가 낮은 절삭 인서트는, 둔각 코너의 경사면(2)의 크레이터 마모가 현저하게 진행되는 것은 고려되지 않기 때문에, 둔각 코너에서의 랜드(5)와 브레이커홈(6)의 홈면(6a)을 연결하는 곡면은 없어도 상관없다.

본 발명의 절삭 인서트(1)에 관한 성능 평가 시험의 결과를 이하에 기재한다. 평가 시험은, 랜드(5)와 브레이커홈(6)의 홈면(6a) 사이에 개재하는 곡면(10)의 곡률 반경과 경사면(2)에 생기는 크레이터 마모의 폭의 관계에 관해 조사했다.

이 평가 시험에는, 재질 : 초경합금, 예각 코너의 코너각 : 80°, 직선 절삭날(4b)에 대한 내접원의 직경 : 12.7 mm, 랜드 폭 L : 0.2 mm 와 0.3 mm, 브레이커홈(6)의 홈면(6a)의 경사각(도 3의 θ₄): 25°의 절삭 인서트를 시험 제작하여 행했다.

평가에 이용한 절삭 인서트는, 도 3에 나타낸 곡면(10)의 곡률 반경을 0 mm로 한 것과 0.2 mm부터 0.1 mm씩 1.0 mm까지 증대시킨 것의 총 10종류로 했다.

각 시료 모두, 랜드(5)의 경사각(θ₂)과 브레이커홈(6)의 홈면(6a)의 경사각 θ₄는 이하와 같이 설정했다.

θ₂ : 0°

θ₄ : 25°

이들 시료에 관해 재질 : SUS316의 피삭재를 동일 조건(절삭 속도(v) : 120 m/min, 절삭 깊이(ap) : 25 mm, 이송 속도(f) : 0.3 mm/rev)으로 선삭 가공하여, 경사면에서의 크레이터 마모의 발생 상황을 조사했다. 그 결과를 도 7에 나타낸다.

또, 도 7의 크레이터 마모 폭은, 도 8에 나타낸 직선 절삭날(4b)에 직교하는 방향의 폭(w)을 측정했다.

도 7의 평가 시험의 결과로부터, 코너부(9)의 랜드(5)와 브레이커홈(6)의 홈면(6a) 사이에 곡률 반경이 0.5 mm 이상인 곡면을 설치하는 것의 유효성을 확인할 수 있다.

그 곡면의 설치에 의해 절삭날의 강도 확보와 크레이터 마모의 억제를 양립시켜 절삭 인서트의 내구성을 향상시키는 것이 가능해진다.

이상의 설명은, 마름모꼴의 절삭 인서트를 예를 들어 했지만, 본 발명은 삼각형이나 사각형 등 다른 형상의 절삭 인서트에도 적용할 수 있다.

1 : 절삭 인서트 2 : 경사면
3 : 여유면 4 : 절삭날
4a : 코너 절삭날 4b : 직선 절삭날
5 : 랜드 6 : 브레이커홈
6a : 홈면 7 : 브레이커 돌기
7a : 브레이커벽 8 : 중앙 랜드부
9 : 코너부 10, 11 : 곡면
l : 코너 절삭날로부터 랜드와 곡면의 연결점까지의 거리
L : 랜드 폭
θ₁, θ₂ : 랜드의 경사각
θ₃, θ₄ : 브레이커홈의 홈면의 경사각
A : 절삭 부스러기 w : 크레이터 마모 폭

Claims (6)

1. 절삭 인서트로서,
   경사면과
   여유면과
   상기 경사면과 상기 여유면이 교차하는 능선에 형성되는 절삭날과,
   상기 절삭날을 따라서 상기 경사면에 마련되는 랜드와,
   상기 랜드의 내측의 상기 경사면에 마련되는 브레이커홈과,
   상기 브레이커홈의 홈면과 상기 랜드 사이에 형성되는 곡면을 포함하고,
   상기 곡면의 곡률 반경이 0.5 mm 이상인 것인, 절삭 인서트.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 절삭날은 코너 절삭날과 직선 절삭날을 포함하고,
   상기 코너 절삭날로부터 상기 랜드와 상기 곡면의 연결점까지의 거리(l)가 0.05 mm 이상이고 상기 직선 절삭날을 따라서 형성되는 상기 랜드의 랜드 폭(L)의 1/3 이하로 설정되는 것인, 절삭 인서트.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 직선 절삭날을 따라서 형성되는 상기 랜드의 랜드 폭(L)이 0.15 mm ∼ 0.8 mm로 설정되는 것인, 절삭 인서트.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 코너 절삭날을 따라서 형성되는 상기 브레이커홈의 상기 홈면의 경사각이 20°∼70°로 설정되는 것인, 절삭 인서트.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 코너 절삭날을 따라서 형성되는 상기 브레이커홈의 상기 홈면의 경사각이 20°∼70°로 설정되는 것인, 절삭 인서트.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   브레이커 돌기를 가지며, 상기 브레이커 돌기는 상기 브레이커홈의 홈바닥으로부터 상기 브레이커 돌기의 중앙 랜드부를 향해 상승하는 브레이커벽을 구비하는 것인, 절삭 인서트.

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