KR20190069475A

KR20190069475A - 절삭 공구

Info

Publication number: KR20190069475A
Application number: KR1020197013520A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 히가시; 유스케 마쯔다; 사토루 구키노; 다카시 간다; 가츠미 오카무라
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤; 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2019-06-19
Also published as: JPWO2018092187A1; JP6629990B2; WO2018092187A1; EP3542934A1; CN109996632B; US10293411B2; CN109996632A; US20180369924A1; EP3542934A4; KR102188627B1

Abstract

본 개시의 일 양태에 따른 절삭 공구는, 부착부와, 코어부와 표면부를 갖는 절삭부와, 접합부를 구비한다. 부착부는 경질 성분과 경질 재료를 포함한다. 경질 성분은, TiC, TiCN, W, WC, Al₂O₃, 그리고 CBN 및 다이아몬드 중 적어도 하나와 W 및 WC 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지는 군에서 적어도 하나 선택된다. 경질 재료는 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 영율이 350 GPa 이하이다. 코어부는 초경합금 재료를 포함한다. 표면부는 PCD 또는 CBN을 포함한다. 절삭부는 챔퍼부를 갖는다. 표면부는 홈과 여유면과 절삭날을 포함한다. 절삭날은 부착부 측을 향하여 연장되어 있다. 여유면은 챔퍼 여유면과 외주 여유면에 의해 구성된다. 챔퍼 여유면의 중심축에 대한 경사는 외주 여유면의 중심축에 대한 경사보다도 크다.

Description

절삭 공구

본 개시는 절삭 공구에 관한 것이다.

드릴이나 엔드밀 등의 회전 절삭 공구는, 그 사용에 따라 절삭날이 소모되기 때문에, 절삭 성능이 저하하거나 소정의 사용 기간이 경과한 후 등에, 적어도 절삭날을 포함하는 절삭 헤드가 새로운 절삭 헤드로 교환된다. 이 때, 절삭 헤드가 초경섕크에 착탈 불가능하게 부착되어 있으면, 초경섕크는 내용수명(耐用壽命)에 이르지 않았기 때문에 교환할 필요가 없는 경우라도, 절삭날의 교환 타이밍에 맞춰 초경섕크도 함께 교환해야만 한다. 이러한 초경섕크의 교환은, 초경섕크가 비교적 고가이기 때문에 비용면에서 바람직하지 못하다.

그래서, 절삭날이 소모되었을 때에 절삭 헤드만을 교환할 수 있도록 절삭 헤드를 초경섕크에 착탈 가능하게 부착하는 것을 생각할 수 있다. 특허문헌 1에는, 절삭날로 가공되는 초경질 구조의 구조물을 공구 담체에 부착하는 것이 기재되어 있다. 구체적으로는, 상기 구조물과 공구 담체를 납땜하거나, 상기 구조물에 나사 홈 등의 부착 수단을 마련하거나 함으로써, 공구 담체에의 부착을 가능하게 하고 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공표 2015-520661호 공보

본 개시의 일 양태에 따른 절삭 공구는, 섕크와, 상기 섕크에 부착되는 부착부와, 코어부와 상기 코어부를 중심축 둘레로 피복하는 표면부를 갖는 절삭부와, 상기 부착부와 상기 절삭부를 접합시키는 접합부를 구비한다. 상기 부착부는 경질 성분과 경질 재료를 포함한다. 상기 경질 성분은 TiC(탄화티탄), TiCN(탄질화티탄), W(텅스텐), WC(탄화텅스텐), Al₂O₃(알루미나), 그리고 CBN(입방 질화붕소) 및 다이아몬드 중 적어도 하나와 W 및 WC 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지는 군에서 적어도 하나 선택된다. 상기 경질 재료는, 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함함과 더불어 영율이 350 GPa 이하이다. 상기 코어부는 초경합금 재료를 포함한다. 상기 표면부는 PCD(다결정 다이아몬드) 또는 CBN을 포함한다. 상기 절삭부는 상기 부착부와는 반대쪽의 끝에 위치하는 챔퍼(chamfer)부를 갖는다. 상기 표면부는 홈 및 여유면 그리고 상기 홈과 상기 여유면의 능선에 의해 구성되는 절삭날을 포함한다. 상기 절삭날은 상기 끝으로부터 상기 부착부 측을 향하여 연장되어 있다. 상기 여유면은, 상기 챔퍼부에 위치하는 챔퍼 여유면과, 상기 챔퍼부 이외에 위치하는 외주 여유면에 의해 구성된다. 상기 챔퍼 여유면의 상기 중심축에 대한 경사는 상기 외주 여유면의 상기 중심축에 대한 경사보다도 크다.

또한, 본 개시의 다른 양태에 따른 절삭 공구용 소재의 제조 방법은, 상기 부착 구조 형성부를 형성하기 위한 제1 전구체와, 상기 코어부를 형성하기 위한 제2 전구체와, 상기 표면부를 형성하기 위한 제3 전구체를 이용하여 상기 절삭 공구용 소재의 전구체를 조립하는 조립 공정과, 상기 절삭 공구용 소재의 전구체를 소결하는 소결 공정을 갖는다.

도 1a은 본 실시형태의 일 형태를 도시하는 절삭 공구용 소재의 사시도이다.
도 1b은 도 1a의 A-A 단면도이다.
도 2a는 본 실시형태의 다른 일 형태를 도시하는 절삭 공구용 소재의 단면도이다.
도 2b는 본 실시형태의 다른 일 형태를 도시하는 절삭 공구용 소재의 단면도이다.
도 2c는 본 실시형태의 다른 일 형태를 도시하는 절삭 공구용 소재의 단면도이다.
도 3은 본 실시형태의 또 다른 일 형태를 도시하는 절삭 공구용 소재의 단면도이다.
도 4는 본 실시형태의 또 다른 일 형태를 도시하는 절삭 공구용 소재의 사시도이다.
도 5는 본 실시형태의 절삭 공구용 소재(1)로부터 얻어지는 절삭 공구의 사시도이다.
도 6은 본 개시의 절삭 공구용 소재(1)를 이용한 회전 절삭 공구의 제1 예의 사시도이다.
도 7은 도 6의 영역 VII에 있어서의 확대도이다.
도 8은 본 개시의 절삭 공구용 소재(1)를 이용한 회전 절삭 공구의 제2 예의 사시도이다.
도 9는 본 개시의 절삭 공구용 소재(1)를 이용한 회전 절삭 공구의 제3 예의 사시도이다.
도 10은 본 개시의 회전 절삭 공구의 내부 급유 구조를 도시하는 단면도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

특허문헌 1에 기재된 구조물은, 공구 담체에 부착하기 위한 부착 수단의 형성이나 납땜에 있어서 한층 더 개량의 여지가 있다.

본 개시는 상기 실정에 감안하여 이루어진 것으로, 섕크에의 부착성이 우수한 절삭 공구용 소재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[본 개시의 효과]

상기한 바에 의하면, 섕크에의 부착성이 우수한 절삭 공구용 소재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 설명]

처음에 본 개시의 실시양태를 열거하여 설명한다.

[1] 본 개시의 일 양태에 따른 절삭 공구용 소재는, 섕크에 부착되어 사용되는 절삭 공구를 위한 절삭 공구용 소재로서, 상기 절삭 공구용 소재는, 상기 섕크에의 부착부가 되는 부착 구조 형성부와, 절삭날이 되는 절삭 구조 형성부와, 접합부를 가지고, 상기 절삭 구조 형성부는, 상기 접합부를 통해 상기 부착 구조 형성부에 마련되는 코어부 및 표면부를 가지고, 상기 표면부는, 상기 코어부의 표면의 적어도 일부를 피복하고, 상기 부착 구조 형성부는, 경질 성분과, 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 경질 재료를 포함함과 더불어, 상기 경질 재료는 영율이 350 GPa 이하이고, 상기 코어부는 초경합금 재료를 포함하고, 상기 표면부는 PCD(다결정 다이아몬드) 또는 CBN(입방 질화붕소)를 포함하고, 상기 경질 성분은 W(텅스텐), WC(탄화텅스텐), TiC(탄화티탄), TiCN(탄질화티탄), Al₂O₃(알루미나), 그리고 CBN(입방 질화붕소) 및 다이아몬드 중 적어도 하나와 W 및 WC 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나인 것이다.

[2] 상기 표면부는, 상기 코어부가 외부에 노출되지 않도록 상기 코어부를 피복하고 있는 것이다.

[3] 상기 절삭 공구용 소재는, 상기 접합부의 적어도 일부는 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이다.

[4] 상기 절삭 공구용 소재는, 상기 접합부 중 상기 부착 구조 형성부와 상기 표면부 사이의 접합부는, 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이다.

[5] 상기 절삭 공구용 소재는, 상기 코어부는 그 내부에 중공부(中空部)를 가지고, 상기 부착 구조 형성부는 상기 중공부에 배치되는 내측 코어부를 갖는 것이다.

[6] 상기 절삭 공구용 소재는, 상기 경질 재료는 영율이 300 GPa 미만인 것이다.

[7] 상기 절삭 공구용 소재는, 상기 경질 재료는 신장도가 5% 이하인 것이다.

[8] 상기 절삭 공구용 소재는, 섕크에 부착되어 사용되는 절삭 공구를 위한 절삭 공구용 소재로서, 상기 절삭 공구용 소재는, 상기 섕크에의 부착부가 되는 부착 구조 형성부와, 절삭날이 되는 절삭 구조 형성부와, 접합부를 가지고, 상기 절삭 구조 형성부는, 상기 접합부를 통해 상기 부착 구조 형성부에 마련되는 코어부 및 표면부를 가지고, 상기 표면부는 상기 코어부의 표면의 적어도 일부를 피복하고, 상기 부착 구조 형성부는 W(텅스텐), 철 및 니켈을 포함하는 경질 재료를 포함함과 더불어, 상기 경질 재료는 영율이 300 GPa 미만, 신장도가 5% 미만이고, 상기 코어부는 초경합금 재료를 포함하고, 상기 표면부는 CBN(입방 질화붕소)를 포함하고, 상기 접합부 중 상기 부착 구조 형성부와 상기 표면부 사이의 접합부는, 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 재료인 것이다.

[9] 본 개시의 다른 양태에 따른 절삭 공구용 소재의 제조 방법은, 상기 부착 구조 형성부를 형성하기 위한 제1 전구체와, 상기 코어부를 형성하기 위한 제2 전구체와, 상기 표면부를 형성하기 위한 제3 전구체를 이용하여 상기 절삭 공구용 소재의 전구체를 조립하는 조립 공정과, 상기 절삭 공구용 소재의 전구체를 소결하는 소결 공정을 갖는다.

[10] 상기 절삭 공구용 소재의 제조 방법은, 상기 조립 공정에 있어서, 제1 전구체 상에, 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 재료를 통해, 제2 전구체및 제3 전구체를 배치하는 것이다.

[11] 본 개시의 일 양태에 따른 절삭 공구는, 섕크에 부착되는 부착부와, 코어부와 상기 코어부를 중심축 둘레로 피복하는 표면부를 갖는 절삭부와, 상기 부착부와 상기 절삭부를 접합시키는 접합부를 구비한다. 상기 부착부는 경질 성분과 경질 재료를 포함한다. 상기 경질 성분은 TiC(탄화티탄), TiCN(탄질화티탄), W(텅스텐), WC(탄화텅스텐), Al₂O₃(알루미나), 그리고 CBN(입방 질화붕소) 및 다이아몬드 중 적어도 하나와 W 및 WC 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지는 군에서 적어도 하나 선택된다. 상기 경질 재료는 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함함과 더불어 영율이 350 GPa 이하이다. 상기 코어부는 초경합금 재료를 포함한다. 상기 표면부는 PCD(다결정 다이아몬드) 또는 CBN을 포함한다. 상기 절삭부는 상기 부착부와는 반대쪽의 끝에 위치하는 챔퍼부를 갖는다. 상기 표면부는 홈 및 여유면 그리고 상기 홈과 상기 여유면의 능선에 의해 구성되는 절삭날을 포함한다. 상기 절삭날은 상기 끝으로부터 상기 부착부 측으로 향해서 연장되어 있다. 상기 여유면은, 상기 챔퍼부에 위치하는 챔퍼 여유면과, 상기 챔퍼부 이외에 위치하는 외주 여유면에 의해 구성된다. 상기 챔퍼 여유면의 상기 중심축에 대한 경사는 상기 외주 여유면의 상기 중심축에 대한 경사보다도 크다.

[12] 상기 절삭 공구에 있어서, 상기 절삭날은, 상기 끝 쪽에서 봤을 때 상기 중심축을 중심으로 하여 반시계 방향으로 회전하면서 상기 끝으로부터 상기 부착부 측을 향하여 연장된다.

[13] 본 개시의 일 양태에 따른 절삭 공구는, 섕크에 부착되는 부착부와, 코어부와 상기 코어부를 중심축 둘레로 피복하는 표면부를 갖는 절삭부와, 상기 부착부와 상기 절삭부를 접합시키는 접합부를 구비한다. 상기 부착부는 경질 성분과 경질 재료를 포함한다. 상기 경질 성분은 W(텅스텐), TiC(탄화티탄), TiCN(탄질화티탄), WC(탄화텅스텐), Al₂O₃(알루미나), 그리고 CBN(입방 질화붕소) 및 다이아몬드 중 적어도 하나와 W 및 WC 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지는 군에서 적어도 하나 선택된다. 상기 경질 재료는 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함함과 더불어 영율이 350 GPa 이하이다. 상기 코어부는 초경합금 재료를 포함한다. 상기 표면부는 PCD(다결정 다이아몬드) 또는 CBN을 포함한다. 상기 표면부는 절삭날을 갖는다. 상기 절삭날은, 상기 중심축에 대하여 비틀어지면서 상기 부착부를 향하여 상기 부착부와는 반대쪽의 끝으로부터 연장되어 있다.

[14] 상기 절삭 공구에 있어서, 상기 절삭날은, 원주 방향을 따라 교대로 배치되는 복수의 제1 절삭날과 복수의 제2 절삭날을 포함하고, 상기 제1 절삭날은, 상기 제2 절삭날과는 반대 방향으로 상기 중심축에 대하여 비틀어지면서 연장된다.

[15] 상기 절삭 공구에 있어서, 상기 절삭부는 내부에 제1 유로를 갖는다. 상기 코어부는 오목부를 포함한다. 상기 부착부는 볼록부를 갖는다. 상기 부착부는 내부에 제2 유로를 갖는다. 상기 오목부와 상기 볼록부에 의해 상기 절삭부의 내부에 위치하는 공간이 만들어진다. 상기 제1 유로는 상기 공간과 상기 절삭부의 외주면을 접속한다. 상기 제2 유로는 상기 공간과 외부를 접속한다.

[본 개시의 실시형태의 상세]

본 실시형태에 따른 절삭 공구용 소재 및 그 제조 방법의 구체예를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1a은 본 실시형태의 일 형태를 도시하는 절삭 공구용 소재의 사시도이다. 도 1b은 도 1a의 A-A 단면도이다. 도 2a∼도 2c는 본 실시형태의 다른 일 형태를 도시하는 절삭 공구용 소재의 단면도이다. 도 3은 본 실시형태의 또 다른 일 형태를 도시하는 절삭 공구용 소재의 단면도이다. 도 4는 본 실시형태의 또 다른 일 형태를 도시하는 절삭 공구용 소재의 사시도이다. 도 5는 본 실시형태의 절삭 공구용 소재(1)로부터 얻어지는 절삭 공구의 사시도이다.

〔절삭 공구용 소재의 구조〕

본 실시형태의 절삭 공구용 소재(1)는, 섕크(5)에 부착되어 사용되는 절삭 공구를 위한 소재이며, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 것과 같이, 섕크(5)에의 부착부(2)가 되는 부착 구조 형성부(20)와, 절삭날이 되는 절삭 구조 형성부(30)와, 접합부(40)를 갖는다. 그리고, 도 5에 도시하는 것과 같이, 부착 구조 형성부(20)로부터 부착부(2)를 얻고, 절삭 구조 형성부(30)로부터 절삭부(3)를 얻음으로써, 절삭 공구용 소재(1)로부터, 절삭부(3) 및 부착부(2)를 가지고 부착부(2)에 의해 섕크(5)에 부착되어 사용되는 절삭 공구(절삭 헤드)(10)를 얻는다.

(부착 구조 형성부)

부착 구조 형성부(20)는, 상기 절삭 공구용 소재(1)를 가공하여 얻어지는 절삭 공구(10)에 있어서 섕크(5)에 부착하기 위한 부착부(2)가 된다(도 5). 섕크(5)에의 절삭 공구(10)의 부착이 나사 체결, 핀 고정, 그 밖의 계합, 압입 등의 기계적 체결로 행해지는 경우는, 부착 구조 형성부(20)에는, 절삭 가공 또는 연삭 가공이 실시되어 나사 홈이나 핀 구멍 등의 소정의 형상으로 가공된 부착부(2)가 형성된다. 또한, 섕크(5)에의 절삭 공구(10)의 부착이 납땜으로 행해지는 경우에는, 부착 구조 형성부(20)를 그대로 부착부(2)로 하여도 좋고, 필요에 따라서 소정의 형상으로 가공하여 부착부(2)로 하여도 좋다.

부착 구조 형성부(20)는, 나사 체결, 핀 고정, 그 밖의 계합, 압입 등의 기계적 체결을 위한 구조를 형성하는 절삭 가공이나 연삭가공을 실시할 수 있도록, 또한 섕크(5)에의 납땜이 이루어질 수 있도록 형상 및 크기가 선택된다.

본 실시형태의 부착 구조 형성부(20)는, 도 1a에 도시하는 것과 같이, 절삭 구조 형성부(30)와의 접합면이, 절삭 구조 형성부(30)의 부착 구조 형성부(20)와의 접합면과 같은 형상의 원 형상인 원기둥 형상을 갖는다.

또한, 도 1a에서는 원 형상의 접합면을 갖는 원기둥 형상의 부착 구조 형성부(20)를 도시했지만, 원기둥 형상에 한하지 않고, 타원기둥 형상, 삼각기둥 형상이나 사각기둥 형상 등의 다각기둥 형상, 원추 형상이나 다각추 형상 등의 임의의 형상이라도 좋다. 도 1b에서는, 부착 구조 형성부(20)의 종단면(절삭 구조 형성부(30)와의 접합면에 대하여 연직 방향의 단면이며, 도 1a의 A-A 단면에 상당)의 형상이 사각형인 것을 도시했지만, 이것에 한하지 않고, 사다리꼴, 삼각형 등의 임의의 형상이라도 좋다. 또한, 부착 구조 형성부(20)의 접합면에 관해서도, 도 1b에 도시하는 것과 같이 절삭 구조 형성부(30)의 접합면과 동일한 형상·사이즈라도 좋고, 예컨대 도 4에 도시하는 것과 같이 절삭 구조 형성부(30)의 접합면과 다른 형상·사이즈라도 좋다.

부착 구조 형성부(20)의 높이(절삭 구조 형성부(30)와의 접합면에 대하여 연직 방향의 길이)는, 기계적 체결을 위한 구조를 형성하는 절삭 가공이나 연삭 가공을 실시할 수 있는 높이, 납땜을 행할 수 있는 높이를 가지고, 부착 구조 형성부(20)를 가공하여 얻어지는 부착부(2)에 있어서 상기 감진(減振) 효과가 발휘되는 높이를 갖고 있으면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 도 1a에 도시하는 형상의 부착 구조 형성부(20)에서는, 접합면의 직경을 5 mm∼30 mm, 높이를 1 mm∼20 mm로 하여도 좋다.

부착 구조 형성부(20)는, 경질 성분과 철족 원소에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 경질 재료로 형성되어 있다. 경질 성분은, W(텅스텐), WC(탄화텅스텐), TiC(탄화티탄), TiCN(탄질화티탄), Al₂O₃(알루미나), 그리고 CBN(입방 질화붕소) 및 다이아몬드 중 적어도 하나와 W 및 WC 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나이다. 철족 원소란 코발트, 철, 니켈의 어느 하나이다. 철족 원소는, 경질 성분을 소결체로 하기 위한 소결 조제로서 작용한다.

경질 재료는 상기 경질 성분 중 W(텅스텐)을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 철족 원소 중 철 및 니켈 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

경질 재료는, 상기 경질 성분 및 상기 철족 원소 이외의 성분으로서, 구리 등의 다른 성분을 포함하고 있어도 좋다.

경질 재료에 포함되는 경질 성분의 함유량은, 경질 재료의 총 질량에 대하여 50 질량% 이상인 것이 바람직하고, 80 질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 90 질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 경질 재료에 포함되는 철, 니켈, 코발트의 총 함유량은, 경질 재료의 총 질량에 대하여 50 질량% 이하인 것이 바람직하고, 20 질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 10 질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다.

부착 구조 형성부(20)의 경질 성분으로서, W(텅스텐), WC(탄화텅스텐), TiC(탄화티탄), TiCN(탄질화티탄), Al₂O₃(알루미나), 그리고 CBN(입방 질화붕소) 및 다이아몬드 중 적어도 하나와 W 및 WC 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 경질 성분을 이용한 경우에는, 초경합금 재료를 포함하는 코어부(31)나 PCD(다결정 다이아몬드) 또는 CBN(입방 질화붕소)를 포함하는 표면부(32)와 비교하여, 부착 구조 형성부(20)의 경도를 작게 할 수 있기 때문에, 부착 구조 형성부(20)에 우수한 쾌삭성(快削性)을 부여할 수 있다. 이에 따라, 나사 체결, 핀 고정, 그 밖의 계합을 위해서 부착 구조 형성부(20)에 실시되는 절삭 가공 또는 연삭 가공을 행하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 상기 경질 성분으로서 금속 재료인 W(텅스텐)을 이용한 경우, 부착 구조 형성부(20)를 부착부(2)로 가공하여 섕크(5)와 납땜할 때에, 부착부(2)의 납땜 습윤성(wettability)을 향상시킬 수 있다.

본 발명자들은, 부착 구조 형성부(20)가 특정 물성을 갖는 경질 재료를 포함함으로써, 부착 구조 형성부(20)로 형성되는 부착부(2)가, 절삭 공구(10)가 섕크(5)에 부착되어 사용될 때의 채터 마크(chatter mark)나 파손을 억제하는 감진 효과를 가져와, 절삭 공구(10)의 내용수명을 향상시킬 수 있다는 것을 새롭게 알아냈다.

그 이유는 다음과 같이 추측된다. 부착 구조 형성부(20)가 특정 물성을 갖는 경질 재료를 포함함으로써, 초경합금 재료를 포함하는 코어부(31)나 PCD 또는 CBN을 포함하는 표면부(32)와 비교하여, 부착 구조 형성부(20)의 강성을 작게 할 수 있다. 이에 따라, 본 실시형태의 절삭 공구용 소재를 이용하여 절삭 공구(10)를 얻었을 때에, 부착 구조 형성부(20)로 형성되는 섕크(5)에의 부착부(2)도 탄성 변형되기 쉽게 된다. 따라서, 절삭 공구(10)를 회전 절삭 공구로서 사용할 때에 상기 부착부(2)에 걸리는 부하를 저감할 수 있기 때문에, 절삭 공구(10)의 파손을 억제할 수 있다.

또한, 절삭 공구(10)의 부착부(2)는, 회전 절삭 공구로서 사용할 때의 진동의 영향을 받기 쉽지만, 상기한 것과 같이 부착부(2)가 변형되기 쉬운 재료로 형성되어 있으면 진동을 흡수하기 쉽게 되기 때문에, 채터 마크를 억제한 감진성(방진성)이 우수한 회전 절삭 공구를 제공할 수 있다.

이러한 부착 구조 형성부(20)를 형성하기 위해서는, 경질 재료로서, 온도 25℃에 있어서의 영율이 500 GPa 미만인 것을 이용하는 것이 바람직하고, 400 GPa 미만인 것이 보다 바람직하고, 350 GPa 이하인 것이 더욱 바람직하고, 300 GPa 미만인 것이 가장 바람직하다. 상기 영율은 인장 시험에 따라서 측정된 값이다.

또한, 후술하는 것과 같이, 부착 구조 형성부(20)와 절삭 구조 형성부(30)를 이루는 코어부(31) 및 표면부(32)는 소결에 의해서 일체화된다. 본 발명자들은, 경질 재료를 포함하는 부착 구조 형성부(20), 초경합금 재료를 포함하는 코어부(31), PCD 또는 CBN을 포함하는 표면부(32)를 이용한 경우, 상기 소결에 의한 일체화 시에, 부착 구조 형성부(20)와 코어부(31) 및 표면부(32) 사이의 소결 시의 접합성이 저하하는 경우가 있다는 것을 알아냈다.

그 원인은 다음과 같이 추측된다. 즉, 소결 시의 온도 변화에 따라 부착 구조 형성부(20), 코어부(31), 표면부(32)에는 각각 변형(열팽창)이 생긴다. 부착 구조 형성부(20), 코어부(31), 표면부(32)의 변형 정도는, 각 부를 이루는 재료의 차이에 기인하여 상이하고, 부착 구조 형성부(20)를 이루는 경질 재료는, 코어부(31)를 이루는 초경합금 재료나 표면부(32)를 이루는 PCD 또는 CBN을 포함하는 재료와 비교하여 변형되기 쉽다. 이러한 소결에 있어서의 변형의 차이는, 부착 구조 형성부(20)와 코어부(31) 및 표면부(32) 사이의 소결 시의 접합성 저하를 야기하기 쉽게 된다.

본 발명자들은, 상기 경질 재료의 신장도를 조정함으로써, 소결 시의 접합성 저하를 억제할 수 있다는 것을 알아냈다. 구체적으로는, 상기 경질 재료의 신장도는 5% 이하인 것이 바람직하고, 1% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.5% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 경질 재료의 신장도가 5% 이하이면, 상기 경질 재료로 형성된 부착 구조 형성부(20)의 소성 변형능을 작게 할 수 있다. 그 결과, 소결 시의 온도 변화에 따른 부착 구조 형성부(20)의 변형이 작아짐으로써, 소결 시의 부착 구조 형성부(20)와 절삭 구조 형성부(30)의 코어부(31) 및 표면부(32)와의 변형차를 작게 할 수 있다. 이에 따라, 부착 구조 형성부(20)와 절삭 구조 형성부(30)와의 변형차에 기인하여 생기는 부착 구조 형성부(20)와 표면부(32)의 접합성 저하를 억제할 수 있다. 상기한 신장도는 인장 시험에 따라서 측정된 값이다.

이와 같이, 본 실시형태의 부착 구조 형성부(20)는, 경질 성분과 철족 원소를 포함하고, 특정 물성을 갖는 경질 재료를 이용함으로써, 섕크(5)에의 부착을 위한 기계적 체결을 위한 절삭 가공 또는 연삭 가공이나, 섕크(5)에의 부착을 위한 납땜을 행하기 쉬운 것으로 할 수 있다. 또한, 절삭 공구(10)가 섕크(5)에 부착되어 사용될 때의 채터 마크나 파손을 억제하는 감진 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 경질 재료의 신장도를 조정함으로써, 소결 시의 절삭 구조 형성부(30)의 코어부(31) 및 표면부(32)와의 접합성이 우수한 것으로 할 수도 있다.

경질 재료의 영율 및 신장도는, 경질 재료 중의 경질 성분 및 철족 원소의 종류 및 함유량에 의해서 조정할 수 있다.

(절삭 구조 형성부)

절삭 구조 형성부(30)는, 절삭 공구용 소재(1)를 가공하여 얻어지는 절삭 공구(10)에 있어서, 절삭날을 갖는 절삭부(3)를 형성하도록 가공된다(도 5). 본 실시형태의 절삭 구조 형성부(30)는, 도 1a에 도시하는 것과 같이 원기둥 형상을 갖는다. 절삭 구조 형성부(30)를 이루는 원기둥의 바닥면의 크기 및 원기둥의 높이는, 절삭 가공 또는 연삭 가공에 의해서 절삭날을 갖는 절삭부(3)를 형성할 수 있으면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 도 1a에 도시하는 형상의 절삭 구조 형성부(30)에서는, 바닥면의 직경을 5 mm∼30 mm, 높이를 5 mm∼30 mm로 하여도 좋다.

또, 도 1a에서는 원기둥 형상의 절삭 구조 형성부(30)를 도시했지만, 원기둥 형상에 한하지 않고, 타원기둥 형상, 삼각기둥 형상이나 사각기둥 형상 등의 다각기둥 형상, 원추 형상이나 다각추 형상 등의 임의의 형상이라도 좋다. 도 1b에서는, 절삭 구조 형성부(30)의 종단면(부착 구조 형성부(20)와의 접합면에 대하여 연직 방향의 단면이며, 도 1a의 A-A 단면에 상당)의 형상이 사각형인 것을 도시했지만, 이것에 한하지 않고, 사다리꼴, 삼각형 등의 임의의 형상이라도 좋다. 또한, 절삭 구조 형성부(30)의 부착 구조 형성부(20)와의 접합면에 관해서도, 부착 구조 형성부(20)의 접합면과 동일한 형상·사이즈라도 좋고, 다른 형상·사이즈라도 좋다.

본 실시형태의 절삭 구조 형성부(30)는, 접합부(40)를 통해 부착 구조 형성부(20)에 마련되는 코어부(31) 및 표면부(32)를 갖는다. 표면부(32)는 코어부의 표면의 일부를 피복하고 있다. 구체적으로는 도 1b에 도시하는 것과 같이, 코어부(31)의 표면 중 접합부(40)와 접하는 표면 이외의 표면의 적어도 일부를 덮도록 마련된다. 그리고, 표면부(32)가 코어부(31)를 피복하는 부분에 있어서, 후술하는 소결에 의해서 코어부(31)와 표면부(32)는 접합된 상태로 되어 있다. 코어부(31) 및 표면부(32)의 크기는, 원하는 절삭날을 절삭 가공 또는 연삭 가공할 수 있게 선택하면 되며, 형성하는 절삭날의 크기나 형상, 부착 구조 형성부(20)와의 접합에 필요하게 되는 크기를 고려하여, 코어부(31) 및 표면부(32)의 바닥면의 직경이나 높이를 선택하면 된다. 예컨대 도 1b에 도시하는 형상의 절삭 구조 형성부(30)에서는, 코어부(31)의 바닥면의 직경을 3 mm∼27 mm, 코어부(31)의 높이를 5 mm∼30 mm로 하여도 좋다. 또한, 표면부(32)의 바닥면의 외경을 5 mm∼30 mm, 표면부(32)의 높이를 5 mm∼30 mm로 하여도 좋다.

(코어부)

본 실시형태의 코어부(31)는, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 것과 같이, 절삭 구조 형성부(30)의 중심부에 마련되며, 중실(中實)의 원기둥 형상이다. 또, 도 1a 및 도 1b에서는 중실의 원기둥형의 코어부(31)를 도시했지만, 원기둥 형상에 한하지 않고, 타원기둥 형상, 삼각기둥 형상이나 사각기둥 형상 등의 다각기둥 형상, 원추 형상, 다각추 형상 등의 임의의 형상이라도 좋고, 중실 형상이라도 좋으며 중공 형상이라도 좋다.

코어부(31)에 형성되는 중공부는, 코어부(31)의 부착 구조 형성부(20)와 접합하는 측의 면으로부터 코어부(31)의 부착 구조 형성부(20)와 접합하는 측과는 반대쪽의 면에 관통하는 형상이라도 좋고, 이들 중 어느 하나의 면만에 관통하는 형상이라도 좋으며, 어느 면에도 관통하지 않는 형상이라도 좋다.

코어부(31)가 중공 형상인 경우에는, 도 2a에 도시하는 것과 같이, 코어부(31)의 중공부에 부착 구조 형성부(20)를 이루는 경질 재료, 코어부(31)나 부착 구조 형성부(20)를 이루는 재료과는 다른 강철 등의 임의의 재료로 형성된 내측 코어부(33)가 마련되어 있어도 좋다. 내측 코어부(33)를 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 내측 코어부(33)는, 도 2a에 도시하는 것과 같이, 코어부(31)의 중공부의 형상과 같은 형상인 것을 상기 중공부에, 비틀어넣기, 수축 끼워맞춤, 납땜으로 고정하여도 좋다. 혹은 도 2b에 도시하는 것과 같이, 내측 코어부(33)와 부착 구조 형성부(20)가 나사나 핀 등의 고정구에 의해 고정되도록, 내측 코어부(33)의 부착 구조 형성부(20) 측의 선단에 나사 홈을 형성하거나, 핀 형상으로 하도록 하여도 좋다. 이 경우, 내측 코어부(33)의 다른 쪽의 선단은 나사나 핀의 헤드부 형상으로 형성한다.

또한, 코어부(31)의 중공부에 부착 구조 형성부(20)를 이루는 경질 재료와 같은 재료의 내측 코어부(33)가 배치되는 경우에는, 도 2c에 도시하는 것과 같이, 코어부(31)의 중공부에 마련되는 내측 코어부(33)와 부착 구조 형성부(20)를 일체적으로 형성하고, 내측 코어부(33)를 코어부(31)의 중공부에 배치하도록 부착 구조 형성부(20)와 절삭 구조 형성부(30)를 조립하여도 좋다. 이와 같이, 부착 구조 형성부(20)를 이루는 경질 재료와 같은 재료로 부착 구조 형성부(20)에 일체적으로 내측 코어부(33)가 형성되면, 얻어지는 절삭 공구(10)의 감진성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.

도 1b 및 도 2a∼도 2c에서는, 코어부(31) 및 내측 코어부(33)의 종단면(부착 구조 형성부(20)와의 접합면에 대하여 연직 방향의 단면이며, 도 1a의 A-A 단면에 상당)의 형상이 모두 사각형인 것을 도시했지만, 양자는 동일한 형상이라도, 다른 형상이라도 좋으며, 또한 그 형상도 사다리꼴, 삼각형 등의 임의의 형상이라도 좋다.

코어부(31)는 초경합금 재료로 형성된다. 초경합금 재료는 예컨대 탄화텅스텐 및 코발트를 포함하는 재료이다. 코어부(31)에 초경합금 재료를 이용함으로써, PCD 또는 CBN로 형성된 표면부(32)보다도 코어부(31)의 경도를 작게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 코어부(31)를 갖는 절삭 구조 형성부(30)는, 전체를 PCD 또는 CBN만으로 형성한 경우와 비교하여 경도를 작게 할 수 있기 때문에, 절삭날을 형성하기 위한 절삭 가공 및 연삭 가공을 행하기 쉽게 되어, 절삭날의 가공성이 우수한 절삭 구조 형성부(30)를 제공할 수 있다.

코어부(31)로서 초경합금 재료를 이용함으로써, 후술하는 것과 같이 코어부(31)의 성형체와 표면부(32)의 성형체를 조립하여 소결했을 때에, 코어부(31)와 PCD 또는 CBN을 포함하는 표면부(32)의 양호한 접합 상태를 얻을 수 있다.

코어부(31)를 이루는 초경합금 재료에 포함되는 탄화텅스텐과 코발트의 함유 비율은 특별히 한정되지 않지만, 탄화텅스텐과 코발트의 총 질량에 대하여, 탄화텅스텐의 함유량이 75 질량% 이상인 것이 바람직하고, 85 질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 탄화텅스텐과 코발트의 총 질량에 대하여, 탄화텅스텐의 함유량이 98 질량% 이하인 것이 바람직하고, 95 질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 탄화텅스텐과 코발트의 총 질량에 대하여, 탄화텅스텐의 함유량을 75 질량% 이상으로 함으로써 코어부의 강도를 확보할 수 있다. 또한, 탄화텅스텐과 코발트의 총 질량에 대하여, 탄화텅스텐의 함유량을 98 질량% 이하로 함으로써, 표면부(32)와 양호하게 접합할 수 있다.

또한, 초경합금 재료에는, 탄화텅스텐 및 코발트 이외의 그 밖의 성분이 포함되어 있어도 좋다. 그 밖의 성분으로서는 예컨대 TiC, TaC, Ni 등 중 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다. 그 밖의 성분은, 초경합금 재료의 총 질량에 대하여 10 질량% 이하인 것이 바람직하고, 5 질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.

(표면부)

본 실시형태의 표면부(32)는, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 것과 같이, 중심에 상기 코어부(31)를 수용하는 중공부를 갖는 원기둥 형상을 갖고 있다. 그리고 표면부(32)는, 도 1b에 도시하는 것과 같이, 부착 구조 형성부(20)에 접합하고, 원기둥 형상의 코어부(31)의 측면의 외주에 동심원형으로 마련되어, 코어부(31)와 함께 전체적으로 원기둥 형상의 절삭 구조 형성부(30)를 형성하고 있다. 표면부(32)는 코어부(31)를 피복하는 부분에 있어서 후술하는 소결에 의해 코어부(31)에 접합하고 있다.

표면부(32)는, 부착 구조 형성부에 접합하는 접합면을 가지며, 코어부(31)의 표면의 적어도 일부를 피복하도록 마련된다. 구체적으로는 표면부(32)는, 도 1b 및 도 2a∼도 2c에 도시하는 것과 같이, 코어부(31)의 표면 중 측면 부분에만 형성하여도 좋고, 도 3에 도시하는 것과 같이, 코어부(31)의 표면이 외부에 노출되지 않도록 코어부(31)의 측면 및 정상면에 형성되어도 좋다. 이에 따라, 절삭부(3)의 선단부에도 표면부(32)에 형성된 절삭날을 갖는 절삭 공구(10)를 제조할 수 있다.

또한, 표면부(32)의 형상이나 크기는, 코어부(31)에 접합되고, 절삭 구조 형성부(30)를 절삭 가공 또는 연삭 가공하여 절삭날을 형성할 수 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 표면부(32)는, 코어부(31)와는 다른 외형을 이루도록 형성하고, 절삭 구조 형성부(30)의 외형을 타원기둥 형상, 삼각기둥 형상이나 사각기둥 형상 등의 다각기둥 형상, 원추 형상, 다각추 형상 등의 임의의 형상으로 형성하도록 하여도 좋다. 절삭날을 형성하기 위해서 실시되는 절삭 가공 또는 연삭 가공은, 표면부(32)만에 실시되는 것이라도, 표면부(32)와 코어부(31) 양쪽에 실시되는 것이라도 좋다.

표면부(32)는, PCD(다결정 다이아몬드) 또는 CBN(입방 질화붕소)를 포함하는 재료에 의해서 형성된다. 표면부(32)를 PCD 또는 CBN을 포함하는 재료에 의해서 형성함으로써, 내마모성이나 내파손성이 우수한 회전 절삭 공구를 형성할 수 있다. 표면부(32)는 CBN을 포함하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

(접합부)

접합부(40)는 부착 구조 형성부(20)와 절삭 구조 형성부(30)의 접합면에 형성된다. 접합부(40)는, 적어도 부착 구조 형성부(20)의 접합면과 절삭 구조 형성부(30)의 코어부(31)를 접합시키는 제1 접합부와, 부착 구조 형성부(20)의 접합면과 절삭 구조 형성부(30)의 표면부(32)를 접합시키는 제2 접합부를 갖는다. 접합부(40)의 두께는, 필요한 접합 강도를 얻을 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 5 ㎛∼200 ㎛로 하면 된다.

접합부(40)를 마련함으로써, 부착 구조 형성부(20)와 절삭 구조 형성부(30)를 강고하게 접합할 수 있다. 이에 따라, 본 실시형태의 절삭 공구용 소재를 절삭 공구(10)로 가공하여 사용했을 때에, 절삭 구조 형성부(30)로 형성되는 절삭부(3)와 부착 구조 형성부(20)로 형성되는 부착부(2)가 분리되는 것을 방지할 수 있음과 더불어, 절삭부(3)나 부착부(2)에 크랙이 생기는 것을 방지하여, 절삭 공구(10)로서 사용할 때의 강도를 확보할 수 있다. 절삭 공구(10)로서 적합하게 사용할 수 있도록 하기 위해서는, 접합부(40)의 전단 시험에서 측정된 강도가, 25 kgf/㎟ 이상인 것이 바람직하고, 30 kgf/㎟ 이상인 것이 바람직하다.

접합부(40)는, 부착 구조 형성부(20)와 절삭 구조 형성부(30)를 접합하기 위해서, 코발트, 철, 니켈로 이루어지는 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 재료로 형성되는 것이라도 좋다. 접합부 중 부착 구조 형성부(20)와 표면부(32)를 접합시키는 제2 접합부가 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 재료로 이루어지는 접합부임으로써, 부착 구조 형성부(20)와 절삭 구조 형성부(30)의 표면부(32)의 접합성을 개선할 수 있다.

접합부(40)는, 부착 구조 형성부(20)와 절삭 구조 형성부(30)를 소결함으로써 형성되는 것이라도 좋다. 구체적으로는, 부착 구조 형성부(20)와 절삭 구조 형성부(30)의 코어부(31)는, 부착 구조 형성부(20)에 포함되는 철족 원소 및 코어부(31)에 포함되는 미량의 코발트 성분에 의해서 소결 시에 접합부(40)를 형성할 수 있다. 또한, 절삭 구조 형성부(30)의 표면부(32)로서 PCD를 이용한 경우에도, 소결 시에 부착 구조 형성부(20)와 표면부(32)의 사이에 접합부(40)를 형성할 수 있다. 단, 표면부(32)로서 코발트 성분의 함유량이 적은 CBN을 이용한 경우에 접합성 저하가 문제가 되기 쉽기 때문에, 표면부(32)가 CBN을 포함하는 경우에는, 상기 철족 원소를 포함하는 접합부(40)를 두는 것이 바람직하다. 이에 따라, CBN을 포함하는 표면부(32)와 부착 구조 형성부(20)를 접합 강도 30 kgf/㎟ 이상으로 접합할 수 있다.

접합부(40)는, 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 재료의 접합부 및 소결에 의해서 형성되는 접합부 양자를 포함하는 것이라도 좋고, 어느 하나만을 포함하는 것이라도 좋다. 예컨대, 부착 구조 형성부(20)와 코어부(31)를 접합시키는 제1 접합부를 소결에 의해서 형성하고, 부착 구조 형성부(20)와 표면부(32)를 접합시키는 제2 접합부를 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 재료로 형성하여도 좋다.

〔절삭 공구용 소재의 제조 방법〕

본 실시형태의 절삭 공구용 소재는, 부착 구조 형성부(20)가 되는 제1 전구체, 코어부(31)가 되는 제2 전구체, 표면부(32)가 되는 제3 전구체를 형성하고, 이들 제1∼제3 전구체를 조립하는 조립 공정과, 조립 공정에 의해서 조립된 절삭 공구용 소재의 전구체를 소결하는 소결 공정을 거쳐 제조된다. 부착 구조 형성부(20), 코어부(31) 및 표면부(32)의 각 전구체는, 종래 공지된 방법에 따라서 제조할 수 있으며, 예컨대 원료 분말을 금형에 투입하여 프레스 성형한 성형체나, 각 재료의 블랭크재 등으로부터 절삭 가공이나 연삭 가공에 의해서 소정의 형상으로 된 블랭크 가공체를 이용할 수 있다. 또, 전구체는 소결에 의해 수축하기 때문에, 성형체를 형성하기 위한 금형및 블랭크 가공체는, 전구체의 수축 정도를 고려한 크기인 것을 준비하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 얻어진 표면부(32)의 전구체의 중공부에 코어부(31)의 전구체를 압입에 의해 끼워 넣어, 절삭 구조 형성부(30)가 되는 전구체를 형성한다. 이어서, 절삭 구조 형성부(30)가 되는 전구체를, 코어부(31)의 전구체 및 표면부(32)의 전구체가 부착 구조 형성부(20)의 전구체에 접하도록 배치한 상태로 조립하여, 절삭 공구용 소재의 전구체를 얻고, 이 전구체를 소결한다. 이 소결 공정에 의해, 코어부(31)와 표면부(32)가 접합한 상태가 되어, 코어부(31)와 부착 구조 형성부(20) 사이에 코발트를 포함하는 접합부(40)가 형성된다. 또한, 표면부(32)를 PCD로 형성한 경우는, 표면부(32)와 부착 구조 형성부(20)의 사이에 코발트를 포함하는 접합부(40)가 형성된다.

한편, 상기 전구체의 조립 시에, 부착 구조 형성부(20)의 전구체 상에, 니켈, 철, 코발트로 이루어지는 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 재료를 통해, 코어부(31)의 전구체 및 표면부(32)의 전구체를 배치하여 소결을 행한 경우에, 상기 철족 원소를 포함하는 접합부(40)가 형성된다. 철족 원소를 포함하는 재료는, 각 전구체 사이에 분말형으로 배치하여도 포일형으로 배치하여도 좋다.

소결 공정의 조건은, 종래 공지된 조건으로 행하면 되지만, 본 실시형태에서는, 부착 구조 형성부(20), 코어부(31), 표면부(32)에 각각 다른 재료를 이용하고 있기 때문에, 소결 시의 변형 정도가 다르다. 이 변형의 차이에 기인하여, 부착 구조 형성부(20), 코어부(31), 표면부(32)를 이루는 각 성형체가 상호 접하는 부분에서 균열이 생길 가능성이 있다. 그 때문에, 소결 공정은, 압력 4.5 GPa∼7.5 GPa, 온도 1200∼1700℃의 조건 하에서 소결을 행한 후, 온도를 유지한 채로 압력을 3 GPa∼4 GPa까지 내려 코어부(31)의 압축을 풀고, 압력을 상압으로 온도를 상온으로 한다. 이에 따라, 각 성형체가 상호 접하는 부분에서 균열이 생기지 않고서 각 성형체가 상호 접하는 부분에서 양호한 접합성을 얻을 수 있다.

〔용도〕

본 개시의 절삭 공구용 소재는, 도 5에 도시하는 것과 같이, 드릴이나 엔드밀 등의 회전 절삭 공구의 절삭 공구(10)로서 적합하게 이용할 수 있다.

실시예

이하의 실시예 및 비교예에서는 다음과 같이 측정 및 평가를 했다.

[영율 및 신장도]

시험편으로서, 길이 30 mm, 폭 5 mm의 단책(短冊) 형상을 준비하고, 이 시험편에 관해서, 오토그라프(시마즈세이사쿠쇼사 제조)를 이용하여, 인장 속도 0.1 mm/min으로 인장 시험을 행하고, 변형 게이지(Strain gauge)법에 의해 영율 및 신장도를 측정했다.

[진동 평가]

실시예 및 비교예에서 얻은 회전 절삭 공구에 관해서, 진동계(KEYENCE사 제조)를 이용하여, 절삭 속도 V를 600 m/min, 이송량 fz을 0.1 mm, 절입량 Ae를 0.2 mm, Ap을 2.5 mm로 하여, 다이스강의 절삭을 행하여, 진동을 평가했다.

A: 진동계로 측정한 값이 작고(1.5 m/s² 미만), 회전 절삭 공구 사용 시의 감진성이 매우 우수했다.

B: 진동계로 측정한 값이 중간 정도이며(1.5 m/s² 이상 3.0 m/s² 미만), 회전 절삭 공구 사용 시의 감진성이 우수했다.

C: 진동계로 측정한 값이 크고(3.0 m/s² 이상), 회전 절삭 공구 사용 시의 감진성이 충분하지 않았다.

[파손 평가]

실시예 및 비교예에서 얻은 회전 절삭 공구를 이용하여, 절삭 속도 V를 600 m/min, 이송량 fz을 0.3 mm, 절입량 Ae을 0.2 mm, Ap을 2.5 mm으로 하여, 다이스강의 절삭을 행하여, 절삭 공구(절삭 헤드)의 파손 유무를 평가했다.

〔실시예 1〕

우선, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 원기둥 형상의 부착 구조 형성부(20), 원기둥 형상의 코어부(31), 중공 원기둥 형상의 표면부(32)를 각각 소결에 의해서 형성하기 위해서, 하기의 분말 재료를 이용하여 금형으로 프레스 성형하여, 부착 구조 형성부용 성형체, 코어부용 성형체, 표면부용 성형체를 얻었다.

·부착 구조 성형부용 성형체

재료: 텅스텐을 90 질량%, 철, 니켈, 구리를 포함하는 금속 결합재를 10 질량% 포함하는 경질 재료(영율: 280 GPa, 신장도 0.4%)

·코어부용 성형체

재료: 탄화텅스텐을 94 질량%, 코발트를 6 질량% 포함하는 초경합금 재료의 분말

프레스 성형 시의 압력: 100 MPa∼200 MPa

·표면부용 성형체

분말 재료: CBN과 불가피 불순물을 포함하는 재료의 분말

프레스 성형 시의 압력: 100 MPa∼200 MPa

이어서, 상기한 것과 같이 하여 얻어진 표면부용 성형체의 중공부에, 코어부용 성형체를 압입에 의해 끼워 넣어, 절삭 구조 형성부용 성형체를 얻었다. 이어서, 부착 구조 형성부용 성형체의 접합면에, 접합부(40)를 형성하기 위해서 니켈 100 질량%의 박판을 배치하고, 이 박판 상에, 코어부용 성형체 및 표면부용 성형체를 배치하여, 상기한 각 성형체를 조립했다.

상기한 것과 같이 하여 조립된 성형체를, 온도 1400℃, 압력 5 Pa의 조건 하에서 소결하여, 절삭 공구용 소재(1)를 얻었다. 얻어진 절삭 공구용 소재(1)의 크기는 직경이 8 mm, 높이가 20 mm이며, 부착 구조 형성부(20)의 높이가 12 mm, 코어부(31)의 직경이 5 mm, 표면부(32)의 원주 방향의 두께가 1.5 mm, 코어부(31) 및 표면부(32)의 높이가 5 mm였다.

얻어진 절삭 공구용 소재(1)의 절삭 구조 형성부(30)에, 4장 날(꼬임 각도는 45°)의 절삭날을 형성하고, 부착 구조 형성부(20)에 나사 홈을 형성하고, 직경 7.5 mm, 길이 75 mm의 초경섕크(5)의 나사와 체결하여, 회전 절삭 공구를 얻었다. 얻어진 회전 절삭 공구에 관해서, 회전 절삭 동작 시의 진동 및 파손을 평가했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

〔비교예 1〕

부착 구조 성형부용 성형체의 재료로서, 실시예 1에서 코어부 성형체용의 재료로서 이용한 초경합금 재료(영율: 620 GPa, 신장도 0.5%)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 식으로 절삭 공구용 소재 및 회전 절삭 공구를 얻었다.

얻어진 회전 절삭 공구에 관해서, 회전 절삭 동작 시의 진동 및 파손을 평가했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 1과 비교예 1의 비교로부터, 부착 구조 형성부를 경질 재료로 형성함으로써, 회전 절삭 동작 시의 감진성이 우수하여, 파손을 억제할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

〔실시예 2∼3〕

부착 구조 성형부용 성형체의 재료로서 하기의 재료를 이용한 것 이외에는 실시예 1와 같은 식으로 절삭 공구용 소재 및 회전 절삭 공구를 얻었다.

·부착 구조 성형부용 성형체

(실시예 2의 재료)

텅스텐을 95 질량%, 철, 니켈, 구리를 포함하는 금속 결합재를 5 질량% 포함하는 경질 재료(영율: 300 GPa, 신장도 5%)

(실시예 3의 재료)

텅스텐을 95 질량%, 철, 니켈, 구리를 포함하는 금속 결합재를 5 질량% 포함하는 경질 재료(영율: 350 GPa, 신장도 25%)

실시예 1∼실시예 3의 비교로부터, 부착 구조 성형부의 영율이 작을수록 얻어지는 회전 절삭 공구의 감진성이 우수하여, 파손을 방지할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

이상과 같이 본 개시의 실시형태 및 실시예에 관해서 설명했지만, 상술한 각 실시형태 및 각 실시예의 구성을 적절하게 조합하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

〔본 개시의 절삭 공구용 소재를 이용한 회전 절삭 공구의 상세〕

이하에, 본 개시의 절삭 공구용 소재를 이용한 회전 절삭 공구의 상세한 점에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.

<제1 예>

도 6은 본 개시의 절삭 공구용 소재(1)를 이용한 회전 절삭 공구의 제1 예의 사시도이다. 도 7은 도 6의 영역 VII에 있어서의 확대도이다. 도 6 및 도 7에 도시하는 것과 같이, 제1 예에 따른 회전 절삭 공구는 리머이다. 제1 예에 따른 회전 절삭 공구는 본 개시의 절삭 공구용 소재(1)를 이용하여 형성되어 있다. 그 때문에, 외주면(32a)의 어느 위치에 있어서나 절삭날을 형성할 수 있어, 절삭 공구의 소직경 멀티블레이드화가 가능하게 된다.

제1 예에 따른 회전 절삭 공구는 절삭 공구(10)를 갖고 있다. 절삭 공구(10)는 부착부(2)와 절삭부(3)를 갖고 있다. 도 6에 있어서 도시되어 있지 않지만, 상기한 대로, 부착부(2)와 절삭부(3)는 접합부(40)에 의해 접합되어 있다. 부착부(2)는 섕크(5)에 착탈 가능하게 부착되어 있다. 도 6에 있어서 도시되어 있지 않지만, 상기한 대로, 절삭부(3)는 코어부(31)와 표면부(32)를 갖고 있고, 표면부(32)는 코어부(31)의 외주면을 피복하고 있다. 다른 관점에서 말하면, 표면부(32)는 코어부(31)의 표면을 중심축 둘레로 피복하고 있다. 또한 상기한 대로, 부착부(2) 및 절삭부(3)는 본 개시의 절삭 공구용 소재(1)를 가공함으로써 형성되어 있다.

제1 예에 따른 회전 절삭 공구에 있어서는, 표면부(32)는 외주면(32a)을 갖고 있다. 외주면(32a)은 절삭부(3)의 외주면으로 되어 있다. 외주면(32a)은 절삭날(32b)과 홈(32c)과 여유면(32d)을 갖고 있다. 표면부(32)는 챔퍼부(32e)를 갖고 있다.

절삭날(32b)은 외주면(32a)에 형성되어 있다. 또한, 절삭날(32b)은, 외주면(32a)뿐만 아니라, 다른 부분(예컨대 부착부(2), 코어부(31), 접합부(40))에 형성되어 있어도 좋다. 절삭날(32b)는 여러 개 마련되어 있는 것이 바람직하다. 절삭날(32b)은, 중심축 A에 대하여 좌회전 방향으로 비틀어져 있는 것이 바람직하다. 여기서, 절삭날(32b)이 중심축 A에 대하여 좌회전 방향으로 비틀어져 있다는 것은, 절삭날(32b)을 회전 절삭 공구의 선단(절삭부(3)의 부착부(2) 측과는 반대쪽의 끝) 측에서 봤을 때, 절삭날(32b)이 중심축 A를 중심으로 하여 반시계 방향으로 회전하면서 부착부(2) 측을 향하여 연장되어 있는 것을 말한다.

단, 절삭날(32b)은 비틀어져 있지 않아도 좋다. 즉, 절삭날(32b)은 직선형으로 형성되어 있어도 좋다.

홈(32c)에 있어서, 외주면(32a)은 움푹 들어가 있다. 홈(32c)과 여유면(32d)의 능선에 의해 절삭날(32b)이 구성되어 있다. 즉, 절삭날(32b) 측에 위치하고 있는 홈(32c)이 경사면으로 되어 있다.

챔퍼부(32e)는 피삭재를 물어 주로 절삭을 행하는 부분이다. 챔퍼부(32e)는 표면부(32)의 선단(절삭부(3)의 부착부(2) 측과는 반대쪽의 끝)에 배치되어 있다.

여유면(32d)은 챔퍼 여유면(32da)과 외주 여유면(32db)을 갖고 있다. 챔퍼 여유면(32da)은 챔퍼부(32e)에 위치해 있는 여유면(32d)이다. 외주 여유면(32db)은 챔퍼부(32e) 이외에 위치해 있는 여유면(32d)이다. 이것을 다른 관점에서 말하면, 여유면(32d)은, 챔퍼부(32e)에 있어서 모접기가 이루어져 있고, 이 모접기에 의해 챔퍼 여유면(32da)이 형성되어 있다. 즉, 이 모접기가 행해짐으로써, 외주 여유면(32db)보다도 중심축에 대하여 크게 기운 챔퍼 여유면(32da)이 형성되어 있다.

챔퍼 여유면(32da)의 중심축 A에 대한 경사는, 외주 여유면(32db)의 중심축 A에 대한 경사보다도 크게 되어 있다. 보다 구체적으로는, 챔퍼 여유면(32da)은, 표면부(32)의 선단에 근접함에 따라서 중심축 A와의 거리가 가까워지도록 경사져 있다.

또, 절삭날(32b)은 챔퍼 절삭날(32ba)과 외주 절삭날(32bb)을 갖고 있다. 챔퍼 절삭날(32ba)은 챔퍼부(32e)에 위치하고 있는 절삭날(32b)이다. 외주 절삭날(32bb)은 챔퍼부(32e) 이외에 위치하고 있는 절삭날(32b)이다.

또한, 챔퍼 절삭날(32ba)은 챔퍼 여유면(32da)과 홈(32c)의 능선에 의해 형성되어 있다. 외주 절삭날(32bb)은 외주 여유면(32db)과 홈(32c)의 능선에 의해 형성되어 있다.

<제2 예 및 제3 예>

도 8은 본 개시의 절삭 공구용 소재(1)를 이용한 회전 절삭 공구의 제2 예의 사시도이다. 도 9는 본 개시의 절삭 공구용 소재(1)를 이용한 회전 절삭 공구의 제3 예의 사시도이다. 도 8에 도시하는 것과 같이, 제2 예에 따른 회전 절삭 공구는 T 슬롯 커터이다. 도 9에 도시하는 것과 같이, 제3 예에 따른 회전 절삭 공구도 T 슬롯 커터이다.

제2 예 및 제3 예에 따른 절삭 공구는 절삭 공구(10)를 갖고 있다. 절삭 공구(10)는 부착부(2)와 절삭부(3)를 갖고 있다. 도시되어 있지 않지만, 상기한 대로, 부착부(2)와 절삭부(3)는 접합부(40)에 의해 접합되어 있다. 부착부(2)는 섕크(5)에 착탈 가능하게 부착되어 있다. 도시되어 있지 않지만, 상기한 대로 절삭부(3)는 코어부(31)와 표면부(32)를 갖고 있다. 제2 예 및 제3 예에 있어서는, 본 개시의 절삭 공구용 소재(1)의 표면부(32)는 외주면(32a)을 갖고 있다.

외주면(32a)은 제1 절삭날(32bc)과 제2 절삭날(32bd)과 홈(32c)을 갖고 있다. 제1 절삭날(32bc) 및 제2 절삭날(32bd)은 여러 개 마련되어 있어도 좋다. 제1 절삭날(32bc) 및 제2 절삭날(32bd)은, 외주면(32a) 상에 있어서, 원주 방향을 따라 교대로 배치되어 있다. 홈(32c)은 제1 절삭날(32bc)과 제2 절삭날(32bd) 사이에 배치되어 있다.

제1 절삭날(32bc) 및 제2 절삭날(32bd)은, 중심축에 대하여 비틀어지면서 선단(절삭부(3)의 부착부(2)와는 반대쪽의 끝)에서 부착부(2)를 향하여 연장되어 있다. 제1 절삭날(32bc) 및 제2 절삭날(32bd)은, 도 8에 도시하는 것과 같이, 동일 방향으로 비틀어져 있어도 좋다. 도 9에 도시하는 것과 같이, 제1 절삭날(32bc)은, 제2 절삭날(32bd)과는 반대 방향으로 비틀어지면서 연장되어 있어도 좋다. 예컨대, 제1 절삭날(32bc)은 중심축에 대하여 우회전 방향으로 비틀어져 있고, 제2 절삭날(32bd)은 중심축에 대하여 좌회전 방향으로 비틀어져 있어도 좋다. 즉, 제1 절삭날(32bc) 및 제2 절삭날(32bd)은 지그재그형으로 형성되어 있어도 좋다.

〔본 개시의 회전 절삭 공구에 내부 급유 구조를 형성하는 예〕

이하에, 본 개시의 회전 절삭 공구의 내부 급유 구조를 형성하는 예에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 10은 본 개시의 회전 절삭 공구의 내부 급유 구조를 도시하는 단면도이다. 도 10에 도시하는 것과 같이, 회전 절삭 공구는 부착부(2)와 절삭부(3)와 접합부(40)를 갖고 있다. 절삭부(3)는 코어부(31)와 표면부(32)를 갖고 있다.

코어부(31)는 오목부(31a)를 갖고 있다. 오목부(31a)는 코어부(31)의 부착부(2) 측의 면에 형성되어 있다. 부착부(2)는 볼록부(2a)를 갖고 있다. 볼록부(2a)는 부착부(2)의 절삭부(3) 측의 면에 형성되어 있다. 부착부(2)는, 오목부(31a)에 볼록부(2a)가 끼워져 들어간 상태에서, 접합부(40)에 의해 절삭부(3)에 접합되어 있다.

오목부(31a)의 깊이는 볼록부(2a)의 높이보다도 크다. 그 때문에, 부착부(2)와 코어부(31)의 사이에는 공간(31b)이 형성되어 있다. 즉, 절삭부(3)의 내부에는, 볼록부(2a)와 오목부(31a)에 의해 만들어지는 공간(31b)이 형성되어 있다.

절삭부(3)는 제1 유로(34)를 갖고 있다. 제1 유로(34)의 수는 복수라도 좋다. 제1 유로(34)는 일단에 있어서 공간(31b)과 접속시키고 있다. 제1 유로(34)는 타단에 있어서 절삭부(3)의 외주면과 접속시키고 있다. 제1 유로(34)는 코어부(31)와 표면부(32)를 관통하고 있다.

본 개시의 회전 절삭 공구는 제2 유로(6)를 추가로 갖고 있다. 제2 유로(6)는 부착부(2)의 내부에 형성되어 있다. 제2 유로(6)는 일단에 있어서 공간(31b)과 접속하고 있다. 제2 유로(6)는 타단에 있어서 본 개시의 회전 절삭 공구의 외부와 접속하고 있다.

제2 유로(6)의 타단으로부터 절삭유가 공급되면, 그 절삭유는, 제2 유로(6)를 통해 공간(31b)에 공급되어, 공간(31b) 내에 쌓인다. 공간(31b) 내에 쌓인 절삭유는, 제1 유로(34)의 타단부를 통해, 절삭 구조 형성부(30)의 외주면에 공급된다. 상기한 대로, 절삭 구조 형성부(30)의 외주면에는 절삭날이 형성되기 때문에, 절삭유는 절삭날 근방에 공급된다. 이와 같이, 상기한 절삭 공구용 소재(1)의 내부 구조에 있어서는, 공간(31b)이 오일 저장소, 제1 유로(34)가 절삭날에의 급유구, 제2 유로(6)가 오일 홀로서 기능한다. 이상으로부터, 본 개시의 절삭 공구용 소재(1)가 상기한 내부 구조를 가짐으로써, 웨트 가공용 공구에 본 개시의 절삭 공구용 소재(1)를 적용하는 것이 가능하게 된다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 개시의 범위는 상기한 실시형태 및 실시예가 아니라 청구범위에 의해서 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 절삭 공구용 소재, 2: 부착부, 3: 절삭부, 5: 섕크, 6: 제2 유로, 10: 절삭 공구, 20: 부착 구조 형성부, 30: 절삭 구조 형성부, 31: 코어부, 31a: 오목부, 31b: 공간, 32: 표면부, 32a: 외주면, 32b: 절삭날, 32ba: 챔퍼 절삭날, 32bb: 외주 절삭날, 32bc: 제1 절삭날, 32bd: 제2 절삭날, 32c: 홈, 32d: 여유면, 32da: 챔퍼 여유면, 32db: 외주 여유면, 32e: 챔퍼부, 33: 내측 코어부, 34: 제1 유로, 40: 접합부.

Claims

섕크에 부착되는 부착부와,
코어부와 상기 코어부를 중심축 둘레로 피복하는 표면부를 갖는 절삭부와,
상기 부착부와 상기 절삭부를 접합시키는 접합부
를 구비하고,
상기 부착부는 경질 성분과 경질 재료를 포함하고,
상기 경질 성분은 TiC(탄화티탄), TiCN(탄질화티탄), W(텅스텐), WC(탄화텅스텐), Al₂O₃(알루미나), 그리고 CBN(입방 질화붕소) 및 다이아몬드 중 적어도 하나와 W 및 WC 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지는 군에서 적어도 하나 선택되고,
상기 경질 재료는 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함함과 더불어 영율이 350 GPa 이하이고,
상기 코어부는 초경합금 재료를 포함하고,
상기 표면부는 PCD(다결정 다이아몬드) 또는 CBN을 포함하고,
상기 절삭부는 상기 부착부와는 반대쪽의 끝에 위치하는 챔퍼부를 가지고,
상기 표면부는 홈 및 여유면 그리고 상기 홈과 상기 여유면의 능선에 의해 구성되는 절삭날을 포함하고,
상기 절삭날은 상기 끝으로부터 상기 부착부 측을 향하여 연장되어 있고,
상기 여유면은 상기 챔퍼부에 위치하는 챔퍼 여유면과, 상기 챔퍼부 이외에 위치하는 외주 여유면에 의해 구성되고,
상기 챔퍼 여유면의 상기 중심축에 대한 경사는 상기 외주 여유면의 상기 중심축에 대한 경사보다도 큰 것인 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 절삭날은, 상기 끝 쪽에서 봤을 때 상기 중심축을 중심으로 하여 반시계 방향으로 회전하면서 상기 끝으로부터 상기 부착부 측을 향하여 연장되는 것인 절삭 공구.
섕크에 부착되는 부착부와,
코어부와 상기 코어부를 중심축 둘레로 피복하는 표면부를 갖는 절삭부와,
상기 부착부와 상기 절삭부를 접합시키는 접합부
를 구비하고,
상기 부착부는 경질 성분과 경질 재료를 포함하고,
상기 경질 성분은 W(텅스텐), TiC(탄화티탄), TiCN(탄질화티탄), WC(탄화텅스텐), Al₂O₃(알루미나), 그리고 CBN(입방 질화붕소) 및 다이아몬드 중 적어도 하나와 W 및 WC 중 적어도 하나의 조합으로 이루어지는 군에서 적어도 하나 선택되고,
상기 경질 재료는 철족 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함함과 더불어 영율이 350 GPa 이하이고,
상기 코어부는 초경합금 재료를 포함하고,
상기 표면부는 PCD(다결정 다이아몬드) 또는 CBN을 포함하고,
상기 표면부는 절삭날을 가지고,
상기 절삭날은, 상기 중심축에 대하여 비틀어지면서 상기 부착부를 향하여 상기 부착부와는 반대쪽의 끝으로부터 연장되어 있는 것인 절삭 공구.
제3항에 있어서,
상기 절삭날은, 원주 방향을 따라 교대로 배치되는 복수의 제1 절삭날과 복수의 제2 절삭날을 포함하고,
상기 제1 절삭날은, 상기 제2 절삭날과는 반대 방향으로 상기 중심축에 대하여 비틀어지면서 연장되는 것인 절삭 공구.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절삭부는 내부에 제1 유로를 가지고,
상기 코어부는 오목부를 포함하고,
상기 부착부는 볼록부를 가지고,
상기 부착부는 내부에 제2 유로를 가지고,
상기 오목부와 상기 볼록부에 의해 상기 절삭부의 내부에 위치하는 공간이 만들어지고,
상기 제1 유로는 상기 공간과 상기 절삭부의 외주면을 접속시키고,
상기 제2 유로는 상기 공간과 외부를 접속시키는 것인 절삭 공구.