KR20170010866A

KR20170010866A - 절삭 공구의 제조 방법 및 절삭 공구

Info

Publication number: KR20170010866A
Application number: KR1020167036946A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 니이; 겐지 야마모토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2017-02-01
Also published as: CN106457501A; EP3165329A1; EP3165329A4; US20170165797A1; WO2016002402A1; JP2016013586A; JP6253533B2

Abstract

본 발명의 절삭 공구의 제조 방법은, 절삭 공구의 기초가 되는 모재에 대해 레이크면을 형성하는 「레이크면 형성 스텝」과, 절삭 공구의 기초가 되는 모재에 대해 플랭크면을 형성하는 「플랭크면 형성 스텝」과, 형성된 플랭크면과 레이크면이 교차한 부위에, 챔퍼를 형성하는 「챔퍼 형성 스텝」과, 챔퍼와 플랭크면 사이에, R면을 형성하는 「R면 형성 스텝」을 갖고, R면 형성 스텝에서 형성되는 R면의 반경의 값인 R값을 산출하는 「R값 산출 스텝」을 구비한다.

Description

절삭 공구의 제조 방법 및 절삭 공구 {CUTTING TOOL PRODUCTION METHOD AND CUTTING TOOL}

본 발명은, 절삭 공구를 제조하는 방법, 및 이 방법으로 제조된 절삭 공구에 관한 것이다.

종래부터, 피가공재(예를 들어, 강재 등)를 절삭 가공하는 데 있어서는, 절삭 공구를 사용하고 있다. 구체적으로는, 절삭 바이트 등을 사용하여, 선반에 의해 절삭 가공을 하거나, 드릴, 엔드밀 등을 사용하여, 보링 가공, 드릴링 가공이나 밀링 가공 등을 행하고 있다.

이러한 절삭 가공에 있어서는, 절삭 공구의 마모 상황에 따라, 제조되는 제품의 품질이 낮아질 우려가 있다. 예를 들어, 피가공재와의 마찰에 의해, 절삭 공구의 선단부(날끝)가 결손되어 버려, 가공면의 치수 정밀도가 저하되어 버릴 우려가 있다. 또한, 절삭 공구의 선단부가 결손된 것을 모르고, 피가공재를 절삭 가공해 가면, 절삭 공구의 선단부에 과잉으로 부하를 부여하게 되어, 절삭 공구 전체에 과대한 부하가 가해져 손상되어 버릴 우려가 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 절삭 공구의 선단부를 둥그스름하게 하는 연마 가공(R면 형성)을 행하여, 피가공재와의 마찰을 저감시키는 절삭 공구를 제조하는 기술이 개발되어 있다. 선단부에 R면이 형성된 절삭 공구를 제조하는 기술이, 예를 들어 특허문헌 1∼특허문헌 3에 개시되어 있다.

특허문헌 1에는, 1개 또는 복수의 치를 구비하고, 각 치가 레이크면이 형성된 선단과 2개의 측면과 주 절삭날과 2개의 측날을 갖고, 각 날이 날의 반경을 갖고 있는, 금속 절삭용 공구이며, 주 절삭날이 연마 처리에 의해 만들어진 큰 반경을 갖고, 측날이 상기 연마 처리에 계속되는 주 절삭날에 가장 가까운 측면의 적어도 일부의 평활한 연삭에 의해 만들어진 작은 반경을 갖고 있는 금속 절삭용 공구가 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 각각 소결 경질 재료로 이루어지는 절삭날 팁의 브레이징에 의한 외주측 절삭날과 중간 절삭날 및 중심측 절삭날을 구비한 드릴 헤드의 제조 방법에 있어서, 상기 외주측 절삭날용 절삭날 팁으로서 외연측에 절삭 여유를 마련한 것을 사용하고, 이 절삭날 팁을 헤드 본체부의 절삭날 부착 시트에 브레이징한 후, 당해 절삭날 팁의 외연측을 1단째의 연마 가공에 의해 직선상으로 연마 제거하여 외주측 절삭날의 외주연의 위치를 설정하고, 이어서 2단째의 연마 가공에 의해 외주측 절삭날의 외측 단부측을 R 형상으로 연마 제거하여 R을 이루는 날끝 외측 단부를 형성하는 드릴 헤드의 제조 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, 회전식 절삭 공구의 절삭날을 형성하는 방법이며, 상기 회전식 절삭 공구가 본체와, 적어도 1개의 홈을 갖고, 상기 홈이 상기 회전식 절삭 공구의 절삭 단부에 인접하는 절삭날을 획정하고, 상기 본체의 전체 길이의 적어도 일부를 따라 상기 본체에 형성되고, 상기 방법은, 레이저 빔을 조사하여 상기 회전식 절삭 공구의 상기 절삭 단부로부터 재료를 제거하여, 상기 절삭날과, 상기 절삭날에 인접하는 소정의 3차원 곡면을 형성하는 것을 포함하는 방법이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2000-334609호 공보 일본 특허 공개 제2011-245619호 공보 일본 특허 공표 제2013-508168호 공보

그러나, 상기한 특허문헌 1∼특허문헌 3에 나타내는 기술을 이용해도, 이하에 서술하는 바와 같은 난점이 존재한다. 즉, 특허문헌 1, 2의 기술에는, 선단부(날끝)에, 규정된 R면을 형성한 절삭 공구 및 그 제조 방법이 개시되어 있지만, R면을 형성하는 데 있어서는, 절삭 가공 시의 절삭 조건이나 피가공재의 재질 등이 고려되어 있지 않다. 그로 인해, 절삭 조건이나 피가공재의 재질이 상이하면 절삭 가공을 양호하게 행할 수 없을 우려가 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 레이저 빔을 사용하여, 절삭 공구의 날끝 형상을 형성하는 방법이 개시되어 있지만, 레이저 빔이 절삭 단부의 성형면에 수직인 방향의 성분을 갖는 각도 θ로 회전식 절삭 공구의 절삭 단부를 향해 조사되어 있다. 그로 인해, 레이저 빔이 조사되기 어려운 면의 가공이 곤란하다. 또한, 특허문헌 3은 고가인 레이저 빔을 사용하고 있으므로, 절삭 공구의 제조 비용이 증가할 우려가 있다. 게다가, 특허문헌 3에 있어서도, R면을 형성하는 데 있어서는, 절삭 가공 시의 절삭 조건이나 피가공재의 재질 등이 고려되어 있지 않아, 절삭 조건이나 피가공재의 재질이 상이하면 절삭 가공을 양호하게 행할 수 없을 우려가 있다.

이상으로부터, 드릴 등 절삭 공구의 날끝(챔퍼)에 R면을 형성할 때에는, 절삭 조건이나 피가공재의 재질 등을 감안하여, 각각의 절삭 공구에 최적의 R값(R면의 반경의 값)을 산출할 필요가 있다. 즉, 최적의 R값을 구하는 것은, 장수명의 절삭 공구를 제조할 때의 중요한 공정 중 하나이다. 그러나, 특허문헌 1∼특허문헌 3의 기술은, 이 요망에 부응하는 것으로는 되어 있지 않다.

따라서, 본 발명은, 상기 문제점에 비추어, 간편하고 또한 용이하게 R면의 R값을 구하고, 그 R값에 기초하여 챔퍼와 플랭크면 사이에 최적의 R면을 형성할 수 있는 절삭 공구의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 있어서는 이하의 기술적 수단을 강구하였다.

본 발명의 절삭 공구의 제조 방법은, 절삭 공구의 기초가 되는 모재에 대해 레이크면을 형성하는 「레이크면 형성 스텝」과, 상기 절삭 공구의 기초가 되는 상기 모재에 대해 플랭크면을 형성하는 「플랭크면 형성 스텝」과, 상기 레이크면과 상기 플랭크면 사이에, R면을 형성하는 「R면 형성 스텝」을 갖고, 상기 R면 형성 스텝에서 형성되는 상기 R면의 반경의 값인 R값을 산출하는 「R값 산출 스텝」을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 절삭 공구의 제조 방법은, 절삭 공구의 기초가 되는 모재에 대해 레이크면을 형성하는 「레이크면 형성 스텝」과, 상기 절삭 공구의 기초가 되는 상기 모재에 대해 플랭크면을 형성하는 「플랭크면 형성 스텝」과, 형성된 상기 플랭크면과 상기 레이크면이 교차한 부위에, 챔퍼를 형성하는 「챔퍼 형성 스텝」과, 상기 챔퍼와 상기 플랭크면 사이에, R면을 형성하는 「R면 형성 스텝」을 갖고, 상기 R면 형성 스텝에서 형성되는 상기 R면의 반경의 값인 R값을 산출하는 「R값 산출 스텝」을 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 R값 산출 스텝에 있어서는, 절삭 예비 시험을 행하여 상기 R값을 산출하는 것으로 하고, 상기 절삭 예비 시험에 사용하는 절삭 공구는, 상기 R면이 형성되어 있지 않은 것을 사용하는 것이 좋다.

바람직하게는, 상기 R면 형성 스텝에서는, 분사형 랩 장치를 사용하여 상기 R면을 형성하는 것이 좋다.

바람직하게는, 상기 R면 형성 스텝 후에, 상기 절삭 공구에 대해 표면 처리를 행하는 「성막 처리 스텝」을 구비하고 있는 것이 좋다.

본 발명의 절삭 공구는, 상기한 절삭 공구의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 절삭 공구의 제조 방법에 의하면, 간편하고 또한 용이하게 절삭 조건에 적합한 R면의 R값을 구하고, 그 R값에 기초하여 챔퍼와 플랭크면 사이에 최적의 R면을 형성할 수 있다.

도 1a는 드릴을 모식적으로 도시하는 정면도이다.
도 1b는 도 1a의 A부 확대도이다.
도 1c는 도 1b의 B부 확대도이다.
도 2a는 본 발명의 절삭 공구의 제조 방법으로 제조된 드릴의 챔퍼의 확대도이며, R면 형성 전의 도 1b의 B부 확대도이다.
도 2b는 본 발명의 절삭 공구의 제조 방법으로 제조된 드릴의 챔퍼의 확대도이며, R면 형성 후의 도 1b의 B부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 절삭 공구의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 절삭 공구의 절삭 길이와 마모 폭의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 관한 절삭 공구의 제조 방법을, 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 이하에 설명하는 실시 형태는, 본 발명을 구체화한 일례이며, 그 구체예에 의해 본 발명의 구성을 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는, 본 실시 형태에 개시된 내용에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 실시 형태에서는, 절삭 공구(1) 중, 회전 절삭 공구인 드릴을 예로 들어 설명하지만, 드릴은 하나의 예이며, 피가공재에 대해 연마 또는 연삭하는 절삭 공구(1)(절삭 바이트나 밀링 커터 등)이면, 특별히 한정하지 않는다.

또한, 이하의 설명에서는, 동일한 부품에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 그것들의 명칭 및 기능도 동일하다. 따라서, 그것들에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다.

도 1a는 드릴을 모식적으로 도시하는 정면도, 도 1b는 도 1a의 A부 확대도, 도 1c는 도 1b의 B부 확대도이다. 또한, 도 2a는 본 발명의 절삭 공구의 제조 방법으로 제조된 드릴의 챔퍼의 확대도이며, R면 형성 전의 도 1b의 B부 확대도, 도 2b는 R면 형성 후의 도 1b의 B부 확대도이다. 또한, 도 3은, 본 발명의 절삭 공구(1)의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 4는, 절삭 공구(1)의 절삭 길이와 마모 폭의 관계(절삭 예비 실험의 결과)를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 절삭 공구(1)의 제조 방법은, 피가공재에, 보링 가공, 드릴링 가공, 밀링 가공 등의 절삭 가공을 행하는 절삭 공구(1)의 날끝에 대해 적절한 R면(3)을 형성하는 방법, 즉, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 최적의 R값을 산출하는 방법이다.

도 1a에 도시하는 바와 같이, 절삭 가공용 드릴(1)은, 피가공재에 대해 절삭 가공을 행하는 날끝(절삭날부)이 선단에 형성되고, 절삭 가공을 행한 후의 절삭 칩을 외부로 배출하는 나선 형상의 홈부(6)가 선단∼중도부에 걸친 외주면에 형성되어 있다. 또한, 나선 형상의 홈부(6)의 양단부에, 마진부(7)가 형성되고, 드릴(1)의 중도부로부터 기단부에 걸쳐, 공구 홀더에 장착 가능한 섕크부(8)가 형성되어 있다.

또한, 드릴(1)의 날끝(절삭날부)에는, 「레이크면(5)」(선단의 홈부(6))과 「플랭크면(4)」이 형성되고, 레이크면(5)과 플랭크면(4) 사이에 「챔퍼(2)」가 형성되어 있다(도 1b, 도 1c 참조).

본 발명은, 도 1a에 도시하는 바와 같은 절삭 공구(1)의 제조 방법에 관한 것이며, 그 제조 방법은, 드릴(1)(절삭 공구)의 기초가 되는 모재에 대해 레이크면(5)을 형성하는 「레이크면 형성 스텝」과, 드릴(1)의 기초가 되는 모재에 대해 플랭크면(4)을 형성하는 「플랭크면 형성 스텝」과, 형성된 플랭크면(4)과 레이크면(5)이 교차한 부위에, 챔퍼(2)를 형성하는 「챔퍼 형성 스텝」과, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에, R면(3)을 형성하는 「R면 형성 스텝」을 갖고, R면 형성 스텝에서 형성되는 R면(3)의 반경의 값인 R값을 산출하는 「R값 산출 스텝」을 구비한다.

게다가, R면 형성 스텝 후에, 드릴(1)에 대해 표면 처리를 행하는 「성막 처리 스텝」을 구비하고 있다.

또한, 「R값 산출 스텝」에 있어서는, 절삭 예비 시험을 행하여 R값을 산출하는 것으로 하고, 절삭 예비 시험에 사용하는 드릴(절삭 공구)은, 미리 준비해 둔, R면이 형성되어 있지 않은 드릴을 사용한다.

이하, 본 발명의 절삭 공구(1)의 제조 방법을, 도 3의 흐름도를 참조하면서 상세하게 설명한다.

또한, 이후의 본 실시 형태의 설명에 있어서, R면 형성 전의 드릴을 베이스 드릴(1a)이라고 칭하고, R면 형성 후의 드릴을 가공 드릴(1b)(본원 발명의 드릴)이라고 칭하고, 절삭 예비 시험에 사용하는 드릴을 절삭 예비 시험용 드릴(1c)(단순히, 시험용 드릴(1c))이라고 칭하는 것으로 한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 레이크면 형성 스텝(S1)에 있어서, 가공 드릴(1b)의 기초가 되는 원기둥 형상의 모재의 축 방향(길이 방향)의 외주면에, 소정의 비틀림각(예를 들어, 30°등), 깊이 및 길이 등을 갖는 나선 형상의 홈부(6)를 형성한다. 이와 같이, 모재의 선단에 형성된 홈부(6)의 면이, 레이크면(5)으로 된다.

다음으로, 플랭크면 형성 스텝(S2)에 있어서, 홈부(6)가 형성된 모재의 선단을, 소정의 각도(예를 들어, 선단각이 118°, 130°등)를 가진 끝이 가느다란 테이퍼 형상으로 가공한다. 이와 같이, 모재의 선단에 형성된 테이퍼 형상의 경사면이, 플랭크면(4)으로 된다.

그리고, 챔퍼 형성 스텝(S3)에 있어서, 모재의 선단에 형성된 플랭크면(4)과 레이크면(5) 사이에, 소정의 면적을 갖는 평면, 즉, 챔퍼(2)를 형성한다. 또한, 이 챔퍼(2)는, 광학 현미경 등으로 확인할 수 있을 정도의 매우 근소한 평면이다.

도 1a에 도시하는 바와 같이, 여기까지의 3 스텝에서, 베이스 드릴(1a)의 개요가 되는 형상(챔퍼(2), 플랭크면(4), 레이크면(5(홈부(6)), 마진부(7) 등)이 모재에 형성된다(도 1b, 도 1c 및 도 2a 참조).

즉, 챔퍼(2)에 대해 연마 가공하기 전, R면 형성 전의 베이스 드릴(1a)이 제조되게 된다.

계속해서, 챔퍼(2)의 단부에 대해 연마 가공하는, 즉, 본 발명의 특징인 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성하는 「R면 형성 스텝」, 및 그 R면 형성 스텝에 필요한 목표 R값을 산출하는 「R값 산출 스텝」에 대해 설명한다.

챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성하는 데 있어서는, 먼저 R면(3)에 최적의 목표 R값(R면(3)의 반경)을 「R값 산출 스텝」에서 산출한다.

R값 산출 스텝(S4)에 있어서는, 별도로 준비한 시험용 드릴(1c)(R면 형성 전의 절삭 공구(1))을 사용하여 절삭 예비 시험을 행한다. 절삭 예비 시험으로서, 예를 들어 미연마, 미코팅, 또한 미절삭의 베이스 드릴(1a)을 절삭 예비 시험용으로 1개 준비하고, 소정의 절삭 조건으로 피가공재를 절삭한다. 또한, 절삭 예비 시험 시의 피가공재 및 절삭 조건은, 이후에 제조하는 가공 드릴(1b)이 적용 가능한 것과 동일한 조건으로 하는 것이 바람직하다.

이 절삭 예비 시험에 있어서는, 일정한 절삭 길이마다 시험용 드릴(1c)의 마모 폭(마모량)을 계측함과 함께, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 형성되는 R값을 측정한다. 이 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 형성되는 R값을 측정하는 데 있어서는, 예를 들어 3차원 형상 측정기를 사용하는 것이 좋다.

도 4는, 절삭 예비 시험의 결과, 즉, 소정의 절삭 길이마다 마모 폭을 측정한 값(●표)을 통합한 것을 나타낸 도면이며, 예비 시험에 있어서의 절삭 공구(1)의 절삭 길이와 마모 폭의 관계를 나타낸 것이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 절삭 예비 시험을 개시하고 나서, 절삭 길이가 소정의 길이에 도달할 때까지의 동안(원점∼측정값 A점의 사이), 마모 폭은 절삭 길이가 길어짐에 따라서 증가한다. 그 후, 절삭 길이는 증가해 가지만, 마모 폭은 일정한 범위 내를 추이한다(측정값 A점∼B점의 사이). 그리고, 절삭 길이가 더욱 증가해 가면, 마모 폭도 다시 증가하여, 절삭 공구(1)가 손상될 가능성이 발생한다(측정값 B점∼C점의 사이).

본 실시 형태에 있어서는, 원점∼측정값 A점의 사이, 즉, 절삭 예비 시험의 개시로부터, 절삭 길이가 증가함과 함께, 마모 폭도 증가하는 동안을 「초기 마모」라고 칭하는 것으로 한다. 또한, 측정값에 있어서의 A점∼B점의 사이, 즉, 절삭 길이의 증가에도 불구하고, 마모 폭이 일정한 범위 내에서 추이하는 동안을 「정상 마모」라고 칭하는 것으로 한다.

여기서, 「정상 마모」의 판단 방법에 대해 설명한다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 소정의 절삭 길이마다 마모 폭을 측정한다(원점∼예를 들어 A＋5점). 이들 측정값으로부터, 절삭 길이는 증가하고 있지만, 마모 폭이 증가하지 않고 일정한 범위 내를 추이하는 측정값, 예를 들어 도 4에 나타내는 측정값 (A＋1)점 이후의 수 점(A점∼A＋5점)을 추출한다. 추출한 A점∼A＋5점의 데이터에서는, 마모 폭이 증가하지 않으므로, 적어도 (A＋1)점 이후는, 「정상 마모」로 이행하였다고 판단할 수 있다.

그리고, 「정상 마모」의 개시점을 구한다. 「정상 마모」로 이행하였다고 판단한 측정점 (A＋1)점의 직전의 점, 즉, A점을 「정상 마모」의 개시점으로 한다.

이상으로부터, 측정점 A점∼B점의 사이의 마모 폭을 「정상 마모」의 범위라고 판단하고, 측정값 A점보다 전의 마모 폭을 「초기 마모」라고 판단한다(원점∼A점의 사이).

상기한 시험용 드릴(1c)을 사용하여 절삭 예비 시험을 행한 마모 폭의 결과(R값 산출 스텝)에 의해, 정상 마모 시에 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 형성되는 R면(3)의 반경(R값)을 산출한다.

예를 들어, 정상 마모의 범위 내(A점∼B점 사이)의 측정값으로부터, 정상 마모의 개시점이며, 가장 절삭 길이의 값이 작은 개소의 마모 폭인 측정값 A점을 추출한다. 그 추출한 A점에 있어서의 시험용 드릴(1c)에 형성되는 R면(3)의 반경을 산출하고, 그 반경을 가공 드릴(1b)에 형성하는 R면(3)의 목표 R값으로 한다.

또한, 정상 마모로 이행한 직후의 측정값(A점)을 이용하여 R값을 구하는 것이 바람직하지만, 마모 폭이 거의 일정한 정상 마모의 범위 내(예를 들어, A점∼A＋5점)이면, 어느 측정값을 이용하여 R값을 구해도 된다. 또한, R값을 이미 알고 있는 경우는, 상기한 S4의 처리를 생략할 수 있다.

도 2b의 B부 확대 단면도에 도시하는 바와 같이, R면 형성 스텝(S5)에 있어서는, R값 산출 스텝에서 산출된 목표 R값을 기초로, 시험용 드릴(1c)과는 별도로 제조되는, 미연마, 미코팅 베이스 드릴(1a)(상기한 레이크면 형성 스텝∼챔퍼 형성 스텝에서 제조된 것)의 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에, 당해 목표 R값이 적용된 R면(3)을 형성한다.

R면(3)을 형성하는 방법으로서는, 분사형 랩 장치에 의한 연마, 브러시 처리에 의한 연마, 기계 가공에 의한 연마 등을 들 수 있지만, 특히 분사형 랩 장치에 의한 연마가 바람직하다. 분사형 랩 장치로서, 예를 들어 AEROLAP(등록 상표: (주) 야마시타 웍스 제조 경면 마무리 기계)이나, SMAP(도요 겐마 고교(주) 제조 경면 쇼트 머신) 등을 들 수 있다. 이들 분사형 랩 장치를 사용함으로써, 플랭크면(4) 및 레이크면(5)에 있어서의 마찰 저감 효과도 기대할 수 있다. 또한, 이들 분사형 랩 장치를 사용할 때에는, 분사되는 연마 매체가 챔퍼(2)(절삭날의 부분)에 닿도록 분사 위치를 조정하는 것이 바람직하다.

그리고, 분사형 랩 장치에 의해 연마된 R면(3)의 형상을 측정한다. 상세하게는, 연마된 R면(3)의 형상, 즉, 가공 드릴(1b)의 R값이, R값 산출 스텝에서 얻어진 목표 R값과 대략 동일한지 여부를, 3차원 형상 측정기를 사용하여 측정한다.

또한, 연마된 가공 드릴(1b)의 R값의 허용 범위는, 목표 R값의 ±20％의 범위 내로 한다. 더욱 바람직하게는, 목표 R값의 ±15％의 범위 내인 것이 좋다.

가공 드릴(1b)의 R값의 허용 범위를 상기로 하는 이유로서는, 목표 R값보다 20％를 초과하는 값의 경우, 절삭 가공이 어려워지고, 채터링이나 진동이 발생하여 마무리면 불량이 발생하기 쉬워지기 때문이다. 한편, 목표 R값보다 20％ 하회하는 값의 경우, 챔퍼(2)(날끝)에 응력 집중이 발생해 버리기 때문이다.

그리고, 성막 처리 스텝(S6)에 있어서는, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)이 형성된 가공 드릴(1b)에 대해, 경질 피막의 표면 처리를 행한다. 예를 들어, AIP 장치(아크 이온 플레이팅 장치)를 사용하여 표면 처리를 행한다.

이상 서술한 순서를 거침으로써, 간편하고 또한 용이하게 목표 R값을 구할 수 있고, 그 목표 R값에 기초하여 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 최적의 R면(3)을 형성할 수 있다. 그로 인해, 채터링이나 진동을 방지할 수 있는 장수명화된 가공 드릴(1b)(절삭 공구)을 제조할 수 있다. 또한, 목표 R값의 R면(3)이 형성되어 있으므로, 코팅에의 응력 집중이 저감되어, 절삭 수명을 더욱 높일 수 있다.

[실험예]

다음으로, 이상 서술한 본 발명의 절삭 공구(1)의 제조 방법의 실험예에 대해 설명한다.

도 5는, 본 발명의 실험 결과를 나타낸 도면이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 절삭 공구(1)의 제조 방법을 이용하여 제조한 가공 드릴(1b)을 12개 준비하고(실시예 1∼실시예 12), 그 비교예로서의 드릴을 8개 준비하였다(비교예 13∼비교예 20).

본 실험예는, 먼저 시험용 드릴(1c)을 사용하여, 절삭 예비 시험(R값 산출 스텝)을 행하고, 그 후, 베이스 드릴(1a)의 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성하여 가공 드릴(1b)로 하고(R면 형성 스텝), 그 R면(3)이 형성된 가공 드릴(1b)의 내마모성을 확인하기 위한 절삭 가공 시험(본 시험)을 행하였다.

먼저, 시험용 드릴(1c)(미가공 절삭 공구), 피가공재, 절삭 조건의 개요를 이하에 나타낸다. 또한, 본 실험예의 시험용 드릴(1c)은, 상기한 레이크면 형성 스텝∼챔퍼 형성 스텝에서 제조된 베이스 드릴(1a)과 동등한 형상을 갖는 것으로 한다.

[절삭 조건(절삭 예비 실험)]

·피가공재: S50C(기계 구조용 탄소강 강재 JIS G 4051:2005), SCM440(기계 구조용 합금강 강재 JIS G 4053)(2종류의 강재)

·판 두께: 60㎜

·베이스 드릴: 스미또모 덴꼬 하드메탈(주) 제조, 멀티 드릴(등록 상표), 모델 번호: MDS085SG, 직경φ 8.50㎜, 재질 Al, 논코팅

·절삭 속도: 35m/min, 75m/min(2종류의 속도)

·날 이송량: 0.24㎜/REV

·구멍 깊이: 23㎜(드릴(1)의 선단으로부터)

이상의 절삭 조건으로부터, 시험용 드릴(1c)을 사용한 절삭 가공 실험, 즉, 절삭 예비 시험(R값 산출 스텝)을 행하였다.

본 실험예의 절삭 예비 시험은, 먼저 100구멍(100회 천공)마다, 시험용 드릴(1c)의 마모 폭을 광학 현미경으로 측정하고, 또한 챔퍼(2)(날끝)에 형성되는 R면(3)의 R값을 3차원 형상 측정기로 측정한다.

그리고, 측정한 마모 폭이 변동되지 않게 된, 즉, 마모 폭이 일정해졌다고 여겨질 때의 측정값(예를 들어, 도 4의 (A＋1)의 점)과, 그 직전의 측정값(도 4의 A점)으로부터, 마모 폭이 일정해졌다고 여겨지기 직전의 측정값(도 4의 A점)을, 시험용 드릴(1c)의 정상 마모의 개시점으로 하고, 그 개시점의 R값을 가공 드릴(1b)의 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 형성되는 R면(3)의 목표 R값으로 한다.

또한, 마모 폭의 측정 방법으로서는, 광학 현미경을 사용하여 챔퍼(2)를 촬상하고, 그 화상으로부터 마모 폭을 구하는 방법을 이용하였다.

상세하게는, 본 실험예에 있어서는, 광학 현미경의 배율을 200배로 설정하고, 또한 그 광학 현미경의 대물 렌즈를, 챔퍼(2)(날끝) 근방의 플랭크면(4)과 대략 평행하게 되도록 설치한다. 그 시험용 드릴(1c)에 형성되어 있는 챔퍼(2)(날끝) 근방의 플랭크면(4)(양 날)을 촬상하고, 그 플랭크면(4)의 화상으로부터, 최대 마모 폭을 계측하여 그것들의 평균을 산출하고, 그 평균값을 마모 폭으로 한다. 또한, 마모는 챔퍼가 아닌, 절삭날에 가까운 플랭크면 상에서 발생한다.

또한, R값의 측정 방법으로서는, 3차원 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 시험용 드릴(1c)의 챔퍼(2) 및 그 근방을 촬상하고, 그 화상으로부터 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 형성된 R면(3)의 R값을 측정하는 방법을 이용하였다.

이하에, 본 실험예에 있어서의 R값의 측정 방법의 개요를 나타낸다.

[R값의 측정 방법]

·관찰 장치: alicona사 제조, Infinite Focus(전 초점 3D 표면 형상 측정 장치)

·측정 배율: 20배

·촬상 위치: 시험용 드릴(1c)의 챔퍼(2)와 평행한 위치로부터, 챔퍼(2)·플랭크면(4)·레이크면(5)·마진부(7)의 4개소를 측정한다.

·측정 방법: 챔퍼(2)를 약 40㎛ 포함한 직사각형 범위에서의 평균 프로파일을 표시하고, 챔퍼(2)(날끝)와 플랭크면(4)이 이루는 각도로부터, R값을 측정한다. 마진부(7)측 2개소의 챔퍼(2)의 평균을 구하고, 그 평균값으로부터 가공 드릴(1b)의 목표 R값으로 한다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실험예의 절삭 예비 시험에 있어서의 R값의 측정 결과의 개요를 이하에 나타낸다.

[절삭 예비 시험]

·절삭 예비 시험 1

피가공재: S50C

절삭 속도: 35m/min

정상 마모로 이행하였을 때의 천공 수: 900 구멍

측정한 R값(목표 R값): 18㎛

·절삭 예비 시험 2

피가공재: S50C

절삭 속도: 75m/min

정상 마모로 이행하였을 때의 천공 수: 500 구멍

측정한 R값(목표 R값): 27㎛

·절삭 예비 시험 3

피가공재: SCM440

절삭 속도: 35m/min

정상 마모로 이행하였을 때의 천공 수: 700 구멍

측정한 R값(목표 R값): 24㎛

·절삭 예비 시험 4

피가공재: SCM440

절삭 속도: 75m/min

정상 마모로 이행하였을 때의 천공 수: 300 구멍

측정한 R값(목표 R값): 29㎛

그리고, 목표 R값을 기초로, 베이스 드릴(1a)의 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성하여 가공 드릴(1b)로 가공한다(R면 형성 스텝). 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 목표 R값의 R면(3)을 형성하는 데 있어서는, 분사형 랩 장치로, 30초간 챔퍼(2)의 단부를 연마하고, 그 후 3차원 표면 형상 측정 장치로 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 형성된 R면(3)의 R값을 측정한다. 그리고, 상기한 챔퍼(2)의 연마와 연마 후의 R값의 측정을, R면(3)의 R값이 목표 R값으로 될 때까지 반복한다.

이하에, 본 실험예의 R면 형성 스텝에 이용되는 R면 형성 방법의 개요를 나타낸다.

[R면 형성 방법]

·분사형 랩 장치: (주) 야마시타 웍스 제조, AEROLAP(등록 상표) 모델 번호: YT-100

·사용 매체: 멀티콘(연마 지립을 복합시킨 연마재), 조도: ＃3000

·컨베이어 속도: 100m/min

·R면 형성 조건: 챔퍼(2)가, 매체 분사구에 대해 수직인 방향, 또한 그 매체 분사구로부터 10㎜ 이격된 위치에 배치한다.

이상 서술한 연마 공정, 즉, R면 형성 스텝에 걸린 시간을 합산하여, 이후의 가공 드릴(1b)의 제조에 적용시키도록 한다.

계속해서, 목표 R값으로 된 R값을 갖는 R면(3)이 형성된 가공 드릴(1b)의 표면에 대해, AIP 장치로 코팅을 행하였다(성막 처리 스텝).

이하에, 본 실험예의 성막 처리 스텝에 사용되는 성막 조건의 개요를 나타낸다.

[성막 조건]

·성막 처리 장치: (주) 고베 세이꼬쇼 제조, 아크 이온 플레이팅 장치

(모델 번호) AIP-SS002

·사용 타깃: Ti50Al50, 1매

·성막 시간: 30분

·아크 전류: 150A

·바이어스 전압: -30V

그리고, 표면 처리된 가공 드릴(1b)의 절삭 시험(본 시험)을 행하였다.

가공 드릴(1b)의 내마모성을 확인하기 위한 절삭 시험에 대해, 도 5를 참조하면서 설명한다.

도 5의 실시예 1∼실시예 12는, 본 발명의 절삭 공구(1)의 제조 방법을 이용하여 제조한 가공 드릴(1b)이다.

한편, 도 5의 비교예 13, 비교예 14는, 본 발명의 절삭 공구(1)의 제조 방법을 이용하여 제조한 가공 드릴(1b)이기는 하지만, 비교를 위해 의도적으로 R면(3)의 R값(목표 R값과의 차가 큼)을 변화시켜 코팅을 실시한 것이다.

또한, 도 5의 비교예 15, 비교예 16은, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)이 형성되어 있지 않은 드릴, 즉, 베이스 드릴(1a)과 대략 동일 형상이며, 도 5의 비교예 17∼비교예 20은, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에, 임의로 설정한 R값을 기초로 형성한 R면(3)을 갖는 드릴이다.

이하에, 가공 드릴(1b)과 비교 대상 드릴의 절삭 시험에 있어서의 절삭 조건의 개요를 나타낸다.

[절삭 조건(내마모성 확인)]

·피가공재: S50C, SCM440(2종류의 강재)

·판 두께: 60㎜

·드릴(실시예, 비교예의 기초가 됨): 스미또모 덴끼 고교(주) 제조, 멀티 드릴(등록 상표), 모델 번호: MDS085SG, 직경φ 8.50㎜, 재질 Al, 논코팅

·절삭 속도: 35m/min, 75m/min(2종류의 속도)

·날 이송량: 0.24㎜/REV

·구멍 깊이: 23㎜(드릴(1)의 선단으로부터)

·평가 조건: 1500 구멍을 천공한 후의 드릴(1)의 플랭크면(4)에 있어서의 초경의 최대 노출 폭(2개의 R면(3)의 평균)

도 5의 실시예 1에 있어서, 절삭 예비 시험 1로부터 목표 R을 20㎛로 하고, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성하였다. 그리고, 실시예 1의 가공 드릴(1b)의 절삭 속도를 35m/min으로 하여, S50C의 피가공재에 대해 절삭 시험을 행하였다. 1500 구멍 천공 후의 최대 마모 폭이 13㎛로 적어, 양호한 결과가 얻어졌다(○표). 또한, 도 5의 실시예 2, 3의 가공 드릴(1b)도, 실시예 1과 마찬가지의 순서를 거쳐 절삭 시험을 행한 결과, 최대 마모 폭이 15㎛, 14㎛로 적어, 양호한 결과가 얻어졌다(○표).

도 5의 실시예 4에 있어서, 절삭 예비 시험 2로부터 목표 R을 27㎛로 하고, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성하였다. 그리고, 실시예 4의 가공 드릴(1b)의 절삭 속도를 75m/min으로 하여, S50C의 피가공재에 대해 절삭 시험을 행하였다. 1500 구멍 천공 후의 최대 마모 폭이 19㎛로 적어, 양호한 결과가 얻어졌다(○표). 또한, 도 5의 실시예 5, 6의 가공 드릴(1b)도, 실시예 4와 마찬가지의 순서를 거쳐 절삭 시험을 행한 결과, 최대 마모 폭이 19㎛, 20㎛로 적어, 양호한 결과가 얻어졌다(○표).

도 5의 실시예 7에 있어서, 절삭 예비 시험 3으로부터 목표 R을 23㎛로 하고, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성하였다. 그리고, 실시예 7의 가공 드릴(1b)의 절삭 속도를 35m/min으로 하여, SCM440의 피가공재에 대해 절삭 시험을 행하였다. 1500 구멍 천공 후의 최대 마모 폭이 12㎛로 적어, 양호한 결과가 얻어졌다(○표). 또한, 도 5의 실시예 8, 9의 가공 드릴(1b)도, 실시예 7과 마찬가지의 순서를 거쳐 절삭 시험을 행한 결과, 최대 마모 폭이 11㎛, 13㎛로 적어, 양호한 결과가 얻어졌다(○표).

도 5의 실시예 10에 있어서, 절삭 예비 시험 4로부터 목표 R을 32㎛로 하고, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성하였다. 그리고, 실시예 10의 가공 드릴(1b)의 절삭 속도를 75m/min으로 하여, SCM440의 피가공재에 대해 절삭 시험을 행하였다. 1500 구멍 천공 후의 최대 마모 폭이 23㎛로 적어, 양호한 결과가 얻어졌다(○표). 또한, 도 5의 실시예 11, 12의 가공 드릴(1b)도, 실시예 10과 마찬가지의 순서를 거쳐 절삭 시험을 행한 결과, 최대 마모 폭이 22㎛, 23㎛로 적어, 양호한 결과가 얻어졌다(○표).

한편, 도 5의 비교예 13에 있어서, 절삭 예비 시험 4로부터 목표 R을 20㎛로 하고, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성하였다. 그리고, 비교예 13의 드릴의 절삭 속도를 75m/min으로 하여, SCM440의 피가공재에 대해 절삭 시험을 행하였다. 1500 구멍 천공 후의 최대 마모 폭이 31㎛로 커, 절삭 공구로서 사용하는 것이 부적합한 것을 알 수 있었다(×표). 또한, 도 5의 비교예 14도, 실시예 13과 마찬가지의 결과가 얻어져, 절삭 공구로서 사용하는 것이 부적합한 것을 알 수 있었다(×표).

도 5의 비교예 15에 있어서, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성하지 않는 드릴을 사용하여 절삭 시험을 행하였다. 1500 구멍 천공 후의 최대 마모 폭이 31㎛로 커, 절삭 공구로서 사용하는 것이 부적합한 것을 알 수 있었다(×표). 또한, 도 5의 비교예 16도, 실시예 15와 마찬가지의 결과가 얻어져, 절삭 공구로서 사용하는 것이 부적합한 것을 알 수 있었다(×표).

도 5의 비교예 17에 있어서, 임의로 설정한 R값(5㎛)을 기초로 R면(3)을 형성한 드릴을 사용하여 절삭 시험을 행하였다. 1500 구멍 천공 후의 최대 마모 폭이 48㎛로 커, 절삭 공구로서 사용하는 것이 부적합한 것을 알 수 있었다(×표). 또한, 도 5의 비교예 18∼20도, 실시예 17과 마찬가지의 결과가 얻어져, 절삭 공구로서 사용하는 것이 부적합한 것을 알 수 있었다(×표).

이상의 결과로부터, 형성되는 R면(3)의 R값을, 목표 R값의 ±20％의 범위 내로 하면 되는 것을 알 수 있었다. 더욱 바람직하게는, R값을 목표 R값의 ±15％의 범위 내로 하면 된다.

이상 서술한 바와 같이, 시험용 드릴(1c)을 사용하여, 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 형성하는 R면(3)의 기초가 되는 목표 R값을 산출하는 절삭 예비 시험을 행하고, 얻어진 목표 R값을 기초로 최적인 R값을 설정함으로써, 절삭 가공에 양호한 R면(3)을 가공 드릴(1b)에 형성할 수 있다. 그리고, 이와 같이 제조된 가공 드릴(1b)은, 최대 마모 폭이 매우 작고, 또한 장수명화되는 것이다.

또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다.

예를 들어, 본 실시 형태에 있어서는, 일정한 평면을 갖는 챔퍼(2)와 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성하는 것으로서 설명하였지만, 챔퍼(2)가 펜 끝과 같이 예리하게 뾰족한 형상, 레이크면(5)과 플랭크면(4)이 직접 접하는 형상이라도 본원 발명은 적용 가능하다. 즉, 레이크면(5)과 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 형성해도 된다.

이 경우, 절삭 공구(1)의 기초가 되는 모재에 대해 레이크면(5)을 형성하는 「레이크면 형성 스텝」과, 절삭 공구(1)의 기초가 되는 모재에 대해 플랭크면(4)을 형성하는 「플랭크면 형성 스텝」에서 형성된 베이스 드릴(1a)에 대해, 「R값 산출 스텝」에서 산출된 R면(3)의 R값을 기초로, 레이크면(5)과 플랭크면(4) 사이에 R면(3)을 「R면 형성 스텝」에서 형성하여 가공 드릴(1b)로 하면 된다.

그런데, 금회 개시된 실시 형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예를 들어 운전 조건이나 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것이 아니라, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다.

본 출원은 2014년 7월 1일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2014-135944호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

1 : 절삭 공구(드릴)
1a : 베이스 드릴(R면 형성 전)
1b : 가공 드릴(R면 형성 후)
1c : 절삭 예비 시험용 드릴
2 : 챔퍼
3 : R면
4 : 플랭크면
5 : 레이크면

Claims

절삭 공구의 기초가 되는 모재에 대해 레이크면을 형성하는 「레이크면 형성 스텝」과,
상기 절삭 공구의 기초가 되는 상기 모재에 대해 플랭크면을 형성하는 「플랭크면 형성 스텝」과,
상기 레이크면과 상기 플랭크면 사이에, R면을 형성하는 「R면 형성 스텝」을 갖고,
상기 R면 형성 스텝에서 형성되는 상기 R면의 반경의 값인 R값을 산출하는 「R값 산출 스텝」을 구비하는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구의 제조 방법.
절삭 공구의 기초가 되는 모재에 대해 레이크면을 형성하는 「레이크면 형성 스텝」과,
상기 절삭 공구의 기초가 되는 상기 모재에 대해 플랭크면을 형성하는 「플랭크면 형성 스텝」과,
형성된 상기 플랭크면과 상기 레이크면이 교차한 부위에, 챔퍼를 형성하는 「챔퍼 형성 스텝」과,
상기 챔퍼와 상기 플랭크면 사이에, R면을 형성하는 「R면 형성 스텝」을 갖고,
상기 R면 형성 스텝에서 형성되는 상기 R면의 반경의 값인 R값을 산출하는 「R값 산출 스텝」을 구비하는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 R값 산출 스텝에 있어서는, 절삭 예비 시험을 행하여 상기 R값을 산출하는 것으로 하고,
상기 절삭 예비 시험에 사용하는 절삭 공구는, 상기 R면이 형성되어 있지 않은 것을 사용하는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 R면 형성 스텝에서는, 분사형 랩 장치를 사용하여 상기 R면을 형성하는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 R면 형성 스텝 후에, 상기 절삭 공구에 대해 표면 처리를 행하는 「성막 처리 스텝」을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 R면 형성 스텝 후에, 상기 절삭 공구에 대해 표면 처리를 행하는 「성막 처리 스텝」을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 R면 형성 스텝 후에, 상기 절삭 공구에 대해 표면 처리를 행하는 「성막 처리 스텝」을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 R면 형성 스텝 후에, 상기 절삭 공구에 대해 표면 처리를 행하는 「성막 처리 스텝」을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 기재된 절삭 공구의 제조 방법에 의해 제조된, 절삭 공구.
제3항에 기재된 절삭 공구의 제조 방법에 의해 제조된, 절삭 공구.
제4항에 기재된 절삭 공구의 제조 방법에 의해 제조된, 절삭 공구.
제5항에 기재된 절삭 공구의 제조 방법에 의해 제조된, 절삭 공구.
제6항에 기재된 절삭 공구의 제조 방법에 의해 제조된, 절삭 공구.
제7항에 기재된 절삭 공구의 제조 방법에 의해 제조된, 절삭 공구.
제8항에 기재된 절삭 공구의 제조 방법에 의해 제조된, 절삭 공구.