KR20180065117A - High-strength cutting tool coated with carbon fiber - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고속의 절삭속도로 합금강, 공구강을 밀링가공하고 경화강을 밀링가공하는데 유용한 초경합금 커팅툴에 관한 것이다. 상기 커팅툴은 기존 합금강 혹은 W-합금강, 혹은 WC-Co 초경합금에 탄소섬유를 표면 코팅하여 고강도 및 고내부식성을 가지는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a cemented carbide cutting tool useful for milling alloy steels and tool steels at high cutting speeds and milling hardened steels. The cutting tool is characterized in that carbon fiber is coated on a surface of a conventional alloy steel, W-alloy steel or WC-Co cemented carbide to have high strength and high corrosion resistance.
피복 초경합금 툴을 이용한 강, 스테인리스강 및 주철의 기계가공시, 커팅에지는 화학적 마모, 연삭마모 및 응착마모와 같은 상이한 마모 매커니즘에 따라 마모된다. 고속절삭시에는, 절삭영역에서 발생되는 열의 양이 상당하고, 커팅에지에 소성변형이 일어날 수 있으며, 그 때문에 여타 매커니즘에 의하여 마모의 진행이 촉진될 수 있다. 합금강을 밀링가공할 때에는, 흔히 응착마모가 두드러지고, 보호 막의 박리 또는 균열의 결과로 빈번하게 에지치핑이 생긴다.During machining of steel, stainless steel and cast iron using coated cemented carbide tools, the cutting edges wear due to different wear mechanisms such as chemical wear, grinding wear and adhesive wear. During high speed cutting, the amount of heat generated in the cutting area is significant and plastic deformation may occur at the cutting edge, which may promote the progress of wear due to other mechanisms. When the alloy steel is milled, adhesion wear is often remarkable, and edge chipping frequently occurs as a result of peeling or cracking of the protective film.
특정한 마모유형에 대한 절삭성능이 단일 조취에 의하여 개선될 수는 있지만, 매우 흔하게 여타의 마모특성에 부정적인 영향을 가져 올 것이다. 따라서, 바람직한 툴 복합 재료는 수많은 특성들을 최적화하도록 신중히 설계되어야 한다. 합금강 및 공구강의 밀링가공, 종종 경화된 상태에서의 밀링가공의 경우, 한가지 중요한 것은 커팅에지의 소성변형 저항과 에지치핑저항간의 균형이다. 소성변형에 대한 저항, 및 내연삭마모성을 또한 증가시키는 간단한 방법은 바인더상 함량(binder phase content)을 낮추는 것이다. 하지만, 이것은 커팅 인써트의 인성(toughness)을 감소시킬 것이고,진동이나 주조나 단조 표피의 존재가 이러한 특성을 요구하는 적용에 있어서 공수수명을 실질적으로 낮출 수 있다. 변형저항을 증가시키기 위한 대안적인 방법은 TiC, TaC 및/또는 NbC와 같은 큐빅 카바이드를 첨가하는 것이다. 하지만. 이 첨가는 에지치핑성향에 부정적인 영향, 소위 콤 크랙(comb crack) 형성을 가져온다. 적용되는 내마모 표면코팅의 구성은 툴의 특성에 있어서 중요한 인자이다. 대체로, 화학적 기상성장(CVD)법에 의하여 보다 두껍고 보다 강한 내마모코팅이 적용된다. 또한, 이들 코팅은 소성변형의 저항을 개선시키지만, 에지인성을 큰 폭으로 손상시킬 수있다. 대체로 보다 얇은 물리적 기상성장(PVD)에 의하여 생성된 코팅은 열 및 소성변형에 대하여 양호하게 보호되지는 않으나 매우 양호한 에지의 무결성을 주어, 에지치핑에 대하여 양호하게 보호됨을 보여준다. 그러나, PVD, CVD등의 방법 이외의 내부식성 증가와 함께 강도를 향상시킬 수 있는 코팅법을 통한 고강도 커팅 툴은 아직 개발이 요원한 실정이며, 저 가격화를 이루기에도 아직까지는 접근방식의 문제가 있는 현실이다.The cutting performance for a particular type of wear can be improved by a single insert, but very often will have a negative impact on other wear characteristics. Thus, the preferred tool composite should be carefully designed to optimize numerous properties. For milling of alloy and tool steels, often milling in the cured state, one important consideration is the balance between the plastic deformation resistance of the cutting edge and the edge chipping resistance. A simple way to increase resistance to plastic deformation, and also to increase resistance to abrasive wear, is to lower the binder phase content. However, this will reduce the toughness of the cutting insert, and the presence of vibration, casting or forging epidermis can substantially reduce the aerodynamic lifetime in applications requiring such properties. An alternative way to increase strain resistance is to add cubic carbides such as TiC, TaC and / or NbC. But. This addition has a negative effect on the edge chipping behavior, so-called comb crack formation. The composition of the wear resistant surface coatings applied is an important factor in the tool's properties. In general, a thicker, stronger antiwear coating is applied by chemical vapor deposition (CVD). In addition, these coatings improve the resistance of the plastic deformation, but can greatly damage the edge toughness. Coatings produced by thinner physical vapor deposition (PVD) on the whole are not well protected against thermal and plastic deformation, but show very good edge integrity and are well protected against edge chipping. However, a high-strength cutting tool through a coating method capable of improving strength together with an increase in corrosion resistance other than PVD, CVD and the like has not been developed yet. It is a reality.
본 발명에서는 상술된 여러 가지 마모 유형에 개선된 특성을 가지는 고속의 절삭속도로 합금강, 공구강을 밀링가공하고 경화강을 밀링가공하는데 유용한 탄소섬유가 코팅된 커팅툴을 제공하는 것이다.The present invention provides a cutting tool coated with carbon fiber, which is useful for milling alloy steels and tool steels at high cutting speeds with improved properties for the various types of wear described above and for milling hardened steels.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고강도 커팅툴은 초경합금 혹은 합금강, 혹은 공구강의 베이스를 가지고 있는 기지에 탄소섬유 복합재료를 적층하고 압착하여 외부를 고강도 탄소섬유로 코팅하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a high-strength cutting tool comprising: a carbon fiber composite material having a base of a cemented carbide, an alloy steel, or a tool steel; .
본 발명에 따른 고강도 커팅툴은 금속재질의 외부에 고강도의 탄소섬유가 코팅되어 기존의 초경 공구보다 9배 이상 높은 비 강성 특성을 가지기 때문에 기본 고유 진동수가 3배 이상이며 또한 탄소복합재료의 특성에 따라 매우 높은 감쇠 특성 때문에 우수한 절삭 안정성을 확보할 수 있다.Since the high strength cutting tool according to the present invention has a non-rigidity characteristic that is 9 times or more higher than that of a conventional carbide tool by coating a high strength carbon fiber on the outside of a metal material, the fundamental frequency is 3 times or more, Therefore, excellent cutting stability can be secured due to a very high damping characteristic.
도1 발명재의 내부 코팅층 사진Fig. 1 Photograph of inner coating layer of the invention material
본 발명에 따르면 커팅툴은 비교적 적은 양의 큐빅 카바이드, 중간 내지 고도의 W-합금 바인더 상 및 미세 내지 중간의 WC 결정립크기를 갖는 초경합금 혹은 합금강 기지를 포함한다. 이 기지에 탄소섬유가 코팅된 외부층을 포함하는 코팅이 제공된다. 본 발명에 따르면 열경화성 수지에 강성(Young's modulus)이 600GPa인 초고강성 탄소섬유가 함침된 프리프레그(prepreg)시트가 복수층으로 적층된 후, 외측에 압착되면서 경화되어 부착되는 코팅방법을 통해 커팅 툴을 코팅한다. 상기 탄소섬유는 별도의 접착제를 사용하지 않고 부착될 수 있으며, 진공 압착되어 경화되면서 자체 수지가 접착제 작용을 하여 외부에 코팅된다. 이 때 사용되는 탄소섬유는 피치 혹은 코크스에서 나오는 탄소섬유를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 수지에 보강섬유가 함침된 프리프레그 상태도 적층되어 동시 경화된 것을 사용할 수 있다.According to the present invention, the cutting tool comprises a cemented carbide or alloy steel base having a relatively small amount of cubic carbide, medium to high W-alloy binder phase and fine to medium WC grain size. The base is provided with a coating comprising an outer layer coated with carbon fibers. According to the present invention, prepreg sheets impregnated with ultrahigh stiffness carbon fibers having a Young's modulus of 600 GPa are laminated on a thermosetting resin in a plurality of layers, Lt; / RTI > The carbon fiber can be attached without using any adhesive, and the resin is cured while being vacuum-pressed, and the resin itself acts as an adhesive to be coated on the outside. The carbon fiber used herein may be pitch or carbon fiber derived from coke, and more preferably, a prepreg state in which a reinforcing fiber is impregnated into a resin may be laminated and simultaneously cured.
상기 외부 코팅은 탄소섬유로 코팅되어 강도가 기존 SCM435 합금강 대비 표면 경도가 9배 이상이며, 코팅 두께는 바람직하게는 1-50um, 보다 바람직하게는 15-30um의 두께를 갖는 탄소섬유 프리프레그를 통해 코팅하는 것이 바람직하다. 코팅은 접착제를 사용하지 않으며, 바람직하게는 탄소섬유 프리프레그를 이용하여 압착하는 코팅방법을 통해 퇴적될 수 있다. 또한 본 발명은 절삭 속도 및 인서트 형상에 따라 고속 절삭으로 합금강, 공구강을 건식 밀링 가공하고 0.03~0.18mm의 평균 칩 두께값을 갖는 50~350m/min의 절삭속도로 경화강을 밀링 가공하는, 상기에 따른 커팅 툴 코팅방법 및 커팅툴의 사용에 관한 것이다.The outer coating is coated with carbon fiber and has a surface hardness of at least 9 times higher than that of conventional SCM435 alloy steel and a coating thickness of preferably from 1 to 50 um and more preferably from 15 to 30 um through a carbon fiber prepreg Coating is preferable. The coating does not use an adhesive, and can be deposited through a coating method which is preferably compressed using a carbon fiber prepreg. The present invention also relates to a method for milling a hardened steel at a cutting speed of 50 to 350 m / min with an average chip thickness value of 0.03 to 0.18 mm by dry-milling alloy steel and tool steel with high-speed cutting according to cutting speed and insert shape, To a cutting tool coating method and a cutting tool according to the present invention.
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KR1020160165521A KR20180065117A (en) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | High-strength cutting tool coated with carbon fiber |
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US6250855B1 (en) | 1999-03-26 | 2001-06-26 | Sandvik Ab | Coated milling insert |
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2016
- 2016-12-07 KR KR1020160165521A patent/KR20180065117A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (3)
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