KR20190086491A - 드릴 디바이스 및 동일한 것을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

드릴 디바이스 및 동일한 것을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
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Abstract

드릴 팁 (2) 및 후방 부분 (3.1) 을 구비한 드릴 본체 (3) 를 갖는 드릴 디바이스 (1) 로서;
- 상기 드릴 팁 (1) 은 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 을 적어도 포함하고;
- 상기 드릴 본체 (3) 는 마진 (3.3) 을 갖는 제 1 랜드 (3.2) 를 적어도 포함하고;
- 에지 (4) 는 상기 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 과 상기 마진 (3.3) 사이에 존재하고; 및;
- 텍스츄어링된 구역 (6) 은 복수의 리세스들 (6.1) 을 포함하고,
상기 텍스츄어링된 구역 (6) 은 상기 에지 (4) 로부터 200 ㎛ 의 위치로부터; 또는 적어도 상기 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 상의 위치로부터; 또는 이들 사이의 위치로부터 상기 드릴 본체 (3) 의 상기 후방 부분 (3.1) 에서 상기 마진 (3.3) 의 적어도 일부를 따라 연장된다.

Description

드릴 디바이스 및 동일한 것을 제조하기 위한 방법
본 개시는 텍스츄어링된 구역을 구비한 마진을 갖는 드릴 디바이스에 관한 것이다. 본 개시는 또한 텍스츄어링된 구역을 구비한 마진을 갖는 드릴 디바이스를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
금속 작업편들의 기계 가공을 위해, 드릴 팁 인서트들 또는 단편으로 제조된 드릴들과 같은 드릴 디바이스들에서, 드릴 디바이스의 마진은 드릴링 작동 중에 상당한 양의 마모를 받는다는 것이 관찰되었다. 마모 저항성을 증가시키도록, 텍스츄어링된 구역들을 드릴 디바이스들의 마진에 제공하려는 시도가 행해져 왔다. 예를 들면, US9144845B1 에는 드릴 팁으로 원위에 있는 마진의 구역에 구별되는 마이크로-리세스들의 텍스츄어링이 제공된다. 그러나, US9144845B1 의 테스트 결과들은 긍정적이지만 금속 재료들을 기계 가공하기 위한 드릴 디바이스들의 마모 저항성을 개선시킬 필요성은 여전히 존재한다.
따라서, 본 개시의 목적은 종래 기술 분야의 문제점을 해결하거나 또는 적어도 완화하는 드릴 디바이스를 제공하는 것이다. 특히, 본 개시의 목적은 마모 저항성 드릴 디바이스를 제공하는 것이다. 그러나 추가의 본 개시의 목적은 효율적인 마모 저항 패턴을 갖는 텍스츄어링된 구역을 구비한 마진을 갖는 드릴 디바이스를 제공하는 것이다. 본 개시의 추가의 목적은 마모 저항성 드릴 디바이스를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 개시에 따르면, 적어도 하나의 이들 목적들은 드릴 팁 (2) 및 후방 부분 (3.1) 을 구비한 드릴 본체 (3) 를 갖는 드릴 디바이스 (1) 에 의해 달성되고;
- 드릴 팁 (2) 은 적어도 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 을 포함하고;
- 드릴 본체 (3) 는 마진 (3.3) 을 갖는 적어도 제 1 랜드 (3.2) 를 포함하고;
- 에지 (4) 는 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 과 마진 (3.3) 사이에 존재하고;
- 텍스츄어링된 구역 (6) 은 복수의 리세스들 (6.1) 를 포함하고,
- 상기 텍스츄어링된 구역 (6) 은 상기 에지 (4) 로부터 200 ㎛ 의 위치로부터; 또는 적어도 상기 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 상의 위치로부터; 또는 이들 사이의 위치로부터 상기 드릴 본체 (3) 의 상기 후방 부분 (3.1) 에서 상기 마진 (3.3) 의 적어도 일부를 따라 연장되고,
- 리세스들 (6.1) 은 방향 (Y) 에서 연장되고, 방향 (Y) 은 드릴 (1) 의 종방향의 회전 축선 (X) 의 방향으로부터 20°이거나 또는 20°이내이다.
본 개시에 따른 드릴 디바이스를 갖는 실제적인 기계 가공 시험들의 결과들은 놀랍게도 드릴의 팁에 가까운 마진의 구역이 기계 가공 작동들에서 마모에 약하다는 것을 나타내었다. 추가로 드릴 디바이스의 후방 방향으로 그에 가깝고 또는 마진의 팁으로부터 연장되는 텍스츄어링된 구역은 마진의 마모 저항성 및 이로써 드릴 디바이스 공구 수명에 상당히 유리한 효율을 갖는다는 것을 나타내었다. 부가적으로, 텍스츄어링된 구역의 리세스들의 배향은 드릴의 공구 수명에 대해 중요하다는 것을 나타내고 따라서 리세스들은 바람직하게 드릴 (1) 의 종방향의 회전 축선 (X) 을 따라 또는 거의 드릴 (1) 의 종방향의 회전 축선 (X) 을 따라 배향되어야 한다.
본 개시에 따른 드릴 디바이스 추가로 실시형태들 및 대안예들은 첨부된 청구항들 및 상세한 설명에 개시된다.
도 1 내지 도 4 는 본 개시의 제 1 실시형태에 따른 드릴 디바이스의 개략도들이고,
도 5, 도 6 은 본 개시의 제 2 실시형태에 따른 드릴 디바이스의 개략도들이다.
도 7a 는 본 개시의 제 1 대안예에 따른 텍스츄어링된 구역의 개략도이다.
도 7b 는 본 개시의 제 2 대안예에 따른 텍스츄어링된 구역의 개략도이다.
도 8 은 본 개시에 따른 드릴 디바이스의 마진의 리세스들의 개략도이다.
도 9a, 도 9b 는 본 개시에 따른 드릴 디바이스의 마진의 개략도들이다.
도 10a - 도 10c 는 본 개시에 따른 드릴 디바이스들의 SEM-사진들이다.
도 11a - 도 11c 는 본 개시에 따른 드릴 디바이스들의 리세스들의 SEM-사진들.
도 13a - 도 13c 는 기계 가공 테스트들 후에 본 개시에 따른 제 1 세트의 드릴 디바이스들의 SEM-사진들이다.
도 14a, 도 14b 는 기계 가공 테스트들 후에 본 개시에 따른 제 2 세트의 드릴 디바이스들의 SEM-사진들이다.
도 15a - 도 15c 는 기계 가공 테스트들 전에 그리고 후에 비교 드릴 디바이스의 SEM-사진들이다.
본 개시에 따른 드릴 디바이스는 지금부터 이후에 보다 완전히 설명될 것이다. 그러나 본 개시에 따른 드릴 디바이스는 상이한 형태들로 구현될 수 있고 본원에 개시된 실시형태들에 제한되도록 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시형태들은 본 개시가 본 기술 분야의 당업자에게 본 개시의 범위를 전반적으로, 완전히 그리고 전체적으로 전달하도록 예로써 제공된다. 동일한 도면 부호는 설명 전체를 통해 동일한 요소를 칭한다.
도 1 은 본 개시의 제 1 실시형태에 따른 드릴 디바이스 (1) 를 개략적으로 도시한다. 이러한 경우에 드릴 디바이스는 초경합금의 하나의 단일 편으로 제조된 드릴이다. 드릴 디바이스 (1) 는 드릴 팁 (2) 및 후방 부분 (3.1) 을 갖고 드릴 팁 (2) 으로부터 연장되는 드릴 본체 (3) 를 포함한다. 홀딩 디바이스 (도시 생략) 에 드릴을 부착하기 위한 드릴 섕크는 드릴 본체 (3) 의 후방 부분 (3.1) 으로부터 연장된다. 드릴 본체 (3) 는 제 1 랜드 (3.2) 및 제 2 랜드 (3.5) 및 제 1 및 제 2 랜드 (3.2, 3.5) 사이로 연장되는 제 1 플루트 (3.4) 및 제 2 플루트 (3.7) 를 포함한다. 제 1 및 제 2 랜드들 (3.2, 3.5) 및 제 1 및 제 2 플루트들 (3.4, 3.7) 은 후방 부분 (3.1) 으로부터 드릴 팁 (2) 을 향하는 방향으로 드릴 본체 (3) 을 따라 나선형으로 연장된다. 제 1 랜드 (3.2) 는 제 1 마진 (3.3) 을 갖고 제 2 랜드 (3.5) 는 제 2 마진을 갖는다.
도 2 는 도 1 에 도시된 드릴 디바이스 (1) 의 드릴 팁 (2) 의 정면도를 도시한다. 드릴 팁 (2) 은 제 1 커팅 립 (2.3) 및 제 2 커팅 립 (2.4) 을 갖는다. 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 은 제 1 커팅 립 (2.3) 으로부터 연장되고 제 2 클리어런스 표면 (2.2) 은 제 2 커팅 립 (2.4) 으로부터 연장된다.
도 3 은 제 1 및 제 2 마진 (3.3, 3.6) 을 도시하는 도 1 의 드릴 디바이스 (1) 의 횡단면도이다. 마진들 (3.3, 3.6) 은 랜드들 (3.2, 3.5) 을 넘어 연장되는 드릴 본체 (3) 의 원통형 부분들이다. 마진들 (3.3, 3.6) 은 드릴링 중에 보어 구멍에서 드릴 디바이스를 지지한다.
도 4 는 드릴 팁 (2) 의 사시도를 도시한다. 따라서, 마진 (3.3) 은 리딩 에지 (3.8) 및 트레일 에지 (3.9) 를 갖는다. 에지 (4) 는 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 으로부터 마진 (3.3) 의 상부 단부를 분리한다. 제 2 마진 (3.6) 은 도 4 에서 볼 수 없지만 제 2 마진 (3.6) 은 동일한 리딩 및 트레일 에지들 (3.8, 3.9) 및 동일한 에지 (4) 를 포함한다는 것이 이해될 것이다.
본 개시에 따른 드릴 디바이스는 제 3 및 제 4 랜드와 같은 추가의 랜드들을 포함할 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 각각의 부가적인 랜드는 상기 설명된 바와 같은 마진을 포함할 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다.
상기 설명된 드릴 디바이스 (1) 는 드릴 주위로 나선형으로 연장되는 칩 플루트들 (3.4, 3.7) 가 제공된 트위스팅된, 또는 나선형, 드릴일 수 있다. 드릴 디바이스 (1) 에는 대안적으로 드릴의 종방향 (X) 을 연장하는 일직선 칩 플루트들이 제공될 수 있다. 드릴 디바이스 (1) 에는 드릴 팁 (2) 이 제공될 수 있다.
드릴 디바이스는 강 또는 경질 금속, 예를 들면 초경합금, 예를 들면 WC/Co 로부터 제조될 수 있다. 드릴은 금속, 카바이드 파우더 및 바인더의 혼합물의 프레싱 또는 압출에 이은 소결을 포함하는 종래의 방법들에 의해 제조될 수 있다. 드릴은 예를 들면 PVD 로 도포되는 TiN, TiAlN 및/또는 TiAl/TiAlCr 와 같은 마모 저항성 코팅을 추가로 포함할 수 있다. 코팅은 다층형 코팅 또는 단일 층일 수 있다. 코팅은 대안적으로 또는 뿐만 아니라 예를 들면 TiN, TiCN, TiAlN 및/또는 Al2O3 의 층들을 포함하는 CVD 코팅을 포함할 수 있다. 상기 코팅의 두께는 바람직하게 1-5 ㎛ 이다.
도 5 는 본 개시의 제 2 실시형태에 따른 드릴 디바이스 (1) 를 도시한다. 이러한 경우에 드릴 디바이스 (1) 는 드릴 팁 홀더 (10) 에 해제 가능하게 부착될 수 있는 교환 가능한 드릴 팁 인서트이다. 제 2 실시형태의 드릴 디바이스 (1) 는 도 6 에 상세하게 도시되고 제 1 실시형태의 드릴 디바이스와 동일한 특징들을 포함한다. 따라서, 디바이스는 드릴 팁 (2), 후방 부분 (3.1) 을 갖는 본체 (3), 적어도 제 1 클리어런스 표면, 적어도 제 1 마진 (3.3) 을 갖는 적어도 제 1 랜드 (3.2) 및 클리어런스 표면 (2.1) 과 마진 (3.3) 사이에 에지 (4) 를 포함한다. 클리어런스 표면은 코너 챔퍼를 포함할 수 있다. 제 2 실시형태에 따른 드릴 디바이스 (1) 는 드릴 디바이스 홀더 (10) 에 드릴 디바이스 (1) 를 부착하게 되고 본체 (3) 의 후방 부분 (3.1) 으로부터 연장되는 부착 핀 (20) 을 추가로 포함한다.
본 개시에 따르면, 드릴 디바이스에는 드릴 디바이스의 표면에 형성된 리세스들을 포함하는 텍스츄어링된 구역이 제공된다. 텍스츄어링된 구역은 이로써에지로부터 200㎛ 와 클리어런스 표면 사이의 위치로부터 또는 클리어런스 표면으로부터 또는 클리어런스 표면과 마진 사이의 에지로부터 200㎛ 의 위치로부터 드릴 본체의 후방 부분의 방향으로 마진을 따라 연장된다. 다음의 설명은 본 개시에 따른 드릴 디바이스의 양쪽 제 1 및 제 2 실시형태들에 적용된다.
도 7a 는 드릴 디바이스 (1) 의 제 1 대안예의 제 1 마진 (3.3) 의 상부 부분의 개략도를 도시한다. 또한 마진 (3.3) 과 클리어런스 표면 (도시 생략) 사이의 에지 (4) 가 도시된다. 드릴 디바이스 (1) 의 회전 축선은 화살표 (X) 에 의해 나타내어진다. 텍스츄어링된 구역 (6) 은 드릴 본체 (도시 생략) 의 후방 부분의 방향으로 에지 (4) 로부터 마진 (3.3) 을 따라 연장되는 세장형의, 연속적인 그루브들의 형태의 복수의 리세스들 (6.1) 을 포함한다. 리세스들 (6.1) 의 연장 방향은 화살표 (Y) 로 나타내어진다. 방향 (X) 및 방향 (Y) 사이의 각도는 α 이다. 텍스츄어링된 구역 (6) 은 마진 (3.3) 의 리딩 에지 (3.8) 와 평행하게 결정된 사전 결정된 길이를 갖는다. 설명된 실시형태에서, 텍스츄어링된 구역 (6) 의 길이 (L) 는 그루브들 (6.1) 의 길이에 상응한다. 텍스츄어링된 구역 (6) 은 마진 (3.3) 과 클리어런스 표면 (도시 생략) 사이의 에지 (4) 에 평행하게 결정된 사전 결정된 폭 (W) 을 추가로 갖는다. 설명된 실시형태에서, 그루브들 (6.1) 은 서로와 평행하고 마진 (3.3) 의 리딩 에지 (3.8) 와 평행하게 배열된다. 그루브들 (6.1) 은 서로로부터 등간격으로 추가로 배열되고 따라서 텍스츄어링된 구역 (6) 의 폭 (W) 에 걸쳐 균일하게 분포된다.
텍스츄어링된 구역 (6) 의 사전 결정된 길이 (L) 및 사전 결정된 폭 (W) 은 드릴 (1), 드릴링 적용예 및 작업편 재료의 전체 구성의 관점에서 선택될 수 있다. 바람직하게, 사전 결정된 길이 (L) 는 텍스츄어링된 구역이 드릴링 작동에서 보어의 표면과 접촉하는 마진의 부분에 걸쳐 연장되도록 선택된다. 실제적인 시험들은 사전 결정된 길이 (L) 가 드릴 디바이스의 직경의 10-100% 또는 10-50% 또는 10-30% 또는 10-20% 일 때에 양호한 마모 저항성이 달성된다는 것을 도시한다.
텍스츄어링된 구역 (6) 의 사전 결정된 폭 (W) 은 텍스츄어링된 구역 (6) 이 마진의 리딩 에지 (3.8) 및/또는 트레일 에지 (3.9) 로부터 거리 (d) 에 위치되도록 선택될 수 있다. 거리 (d) 는 드릴 디바이스의 치수들 및 작업편의 재료에 종속되어 선택될 수 있다. 예를 들면, 사전 결정된 거리 (d) 는 1-25 ㎛ 또는 1-10 ㎛ 또는 1-5 ㎛ 이다. 대안적으로, 텍스츄어링된 구역 (6) 의 사전 결정된 폭 (W) 은 텍스츄어링된 구역 (6) 이 마진의 리딩 에지 (3.8) 및/또는 트레일 에지 (3.9) 로부터 연장되도록 선택될 수 있다.
리세스들 (6.1) 의 배향은 방향 (Y) 에서 연장될 수 있고, 방향 (Y) 은 드릴 (1) 의 종방향의 회전 축선 (X) 의 방향으로부터 20°이거나 또는 드릴 (1) 의 종방향의 회전 축선 (X) 의 방향으로부터 20°이내이고, 즉 X 와 Y 사이의 각도 (α) 는 20°이하이다. 대안적으로 리세스들 (6.1) 은 α 가 10°이하 또는 5°이하로 되도록 방향 (Y) 에서 연장될 수 있다. 방향 (Y) 은 드릴 (1) 의 종방향의 회전 축선 (X) 의 방향으로부터 10° 또는 5°이내일 수 있다. 리세스들 (6.1) 은 드릴 (1) 의 종방향의 회전 축선 (X) 과 평행하게 연장될 수 있고, 즉 α 는 0 이다. 드릴의 리딩 에지는 드릴의 종방향의 회전 축선 (X) 에 대해 각도 (β) (소위 헬릭스 각도 (β)) 로 드릴의 외부 주변부 주위에 나선형으로 위치될 수 있다. 리딩 에지와 정렬된 리세스들은 따라서 β 가 20°이하라면 본 발명의 범위 내에 있다. 본 발명의 배향에 따라 정렬된 리세스들의 기술적 효과는 따라서 드릴의 마진의 마모가 감소한다는 것이다. 마모는 드릴링 중에 그리고 구멍에서의 드릴의 회전 중에 마진의 표면과 드릴링된 구멍의 내부 벽 사이에 드릴링 중에 발생된다. 개선된 공구 수명은 슬라이딩 인터페이스에서 개선된 윤활로 인한 것일 수 있다. 드릴의 종방향의 회전 축선 (X) 과 평행한 리세스들의 배향은 드릴링된 구멍의 벽의 슬라이딩 방향과 직교하게 배향되는 마진에서의 리세스들에 상응한다.
본 발명의 하나의 실시형태에서 리세스들은 방향 (Y) 에서 연장되고, 각도 (α), 즉 Y 와 드릴의 종방향의 회전 축선 (X) 사이의 각도는 드릴의 리딩 에지의 방향, 바람직하게 드릴 (1) 의 드릴 팁 (2) 에서 리딩 에지의 방향과 방향 (X) 사이의 임의의 각도이다.
본 발명의 하나의 실시형태에서 드릴은 헬릭스 각도 (β) 를 갖는 나선형 또는 트위스팅되고, 리세스들의 연장 방향 (Y) 은 각도 (α) 가 각도 (β) 미만의 각도로 되도록 리딩 에지의 방향과 상이하다.
도 7b 는 드릴 디바이스 (1) 의 제 2 대안예에 따른 제 1 마진 (3.3) 의 상부 부분의 개략도를 도시한다. 또한 마진 (3.3) 과 클리어런스 표면 (도시 생략) 사이의 에지 (4) 가 도시된다. 드릴 디바이스 (1) 의 회전 축선은 화살표 (X) 로 나타내어진다. 세장형의, 연속적인 그루브들의 형태의 복수의 리세스들 (6.1) 을 포함하는 텍스츄어링된 구역 (6) 은 본체 (도시 생략) 의 후방 부분의 방향으로 에지 (4) 로부터 마진 (3.3) 을 따라 연장된다. 리세스들 (6.1) 의 연장 방향은 화살표 (Y) 에 의해 나타내어진다. 또한 이러한 대안예에서, 텍스츄어링된 구역 (6) 은 마진 (3.3) 의 리딩 에지 (3.8) 에 평행하게 결정된 사전 결정된 길이 (L) 및 마진 (3.3) 과 클리어런스 표면 (도시 생략) 사이의 에지 (4) 에 평행하게 결정된 사전 결정된 W 를 갖는다. 제 1 대안예와 동일하게, 텍스츄어링된 구역 (6) 은 마진 (3.3) 의 리딩 에지 (3.8) 및/또는 트레일 에지 (3.9) 로부터 사전 결정된 거리 (d) (도시 생략) 에 배열된다. 그러나, 텍스츄어링된 구역 (6) 은 마진의 트레일 에지 (3.9) 로부터 리딩 에지 (3.8) 로 연장될 수 있다. 그루브들 (6.1) 은 본 실시형태에서 드릴 (1) 의 회전 축선 (X) 과 평행하게 배향된다. 따라서 설명된 실시형태에서, 그루브들 (6.1) 의 일부는 에지 (4) 로부터 회전 축선 (X) 과 평행하게 연장될 수 있고 그루브들 (6.1) 의 일부는 마진의 리딩 에지 (3.8) 및 트레일 에지 (3.9) 로부터 또는 리딩 에지 (3.8) 및/또는 트레일 에지 (3.9) 로부터 사전 결정된 거리 (d) 로부터 회전 축선 (X) 과 평행하게 연장될 수 있다. 실제적인 시험들은 그루브들의 이러한 배향이 마진에 대해 마모 저항성에서의 높은 증가를 제공한다는 것을 도시한다.
대안예 (도시 생략) 에 따르면, 텍스츄어링된 구역은 에지 (4) 로부터 200 ㎛ 의 위치로부터 마진을 따라 연장된다. 즉, 텍스츄어링된 구역은 드릴 디바이스의 후방 부분과 에지 (4) 사이에 놓이는 위치에서 시작한다. 대안예에 따르면, 텍스츄어링된 구역은 에지 (4) 및 에지 (4) 로부터 200 ㎛ 사이의 위치에서 시작한다. 예를 들면 텍스츄어링된 구역은 에지로부터 0 -100 ㎛ 의 위치에서 시작하고 드릴 디바이스의 후방 부분을 향하는 방향으로 마진을 따라 연장된다.
도 8 은 도 7a 또는 도 7b 의 폭 (W) 에 직교하게 도시된 그루브들 (6.1) 의 개략적인 횡단면도를 도시한다. 따라서, 마진 (3.3) 에 형성된 그루브들 (6.1) 은 마진 재료의 리지들 (6.2) 에 의해 분리된다. 그루브들 (6.1) 은 깊이 (Z) 및 상단 폭 (TW) 및 바닥 폭 (BW) 을 갖는다. 그루브들 (6.1) 은 상단 폭 (TW) 이 바닥 폭 (BW) 보다 크게 되도록 마진에서 형성된다. 리지들 (6.2) 는 두개의 인접한 그루브들 (6.1) 을 분할하는 상단 표면 (6.3) 을 갖는다. 도 8 에서, 그루브들 (6.1) 및 리지들 (6.3) 은 상호 역의 원뿔대들로서 도시된다. 그러나, 현실적으로 그루브들 및 리지들의 형상은 보다 복잡하고 반경들을 포함한다. 그루브들 (6.1) 은 그루브들 (6.1) 및 리지들 (6.2) 이 주기성 (P) 으로 반복되도록 드릴 디바이스의 표면에 형성된다. 주기성 (P) 은 인접한 그루브 (6.1) 를 가로질러 하나의 리지 (6.2) 의 상단 표면 (6.3) 의 단부로부터 다음의 리지 (6.2) 의 단부 표면 (6.3) 의 상응하는 단부에서 결정된다. 그루브들 및 주기성과 그루브들의 상단 폭 사이의 관계는 TW ≤ P 로 되어야 한다. 주기성 (P), 그루브들의 상단 폭 (TW) 및 그루브들 (6.1) 의 깊이 (Z) 는 텍스츄어링된 구역 (6) 에 의해 제공된 마모 저항성에 대해 중요하다. 바람직하게, 주기성 (P) 은 P = 10 - 300 ㎛, 보다 바람직하게 P = 20 - 70 ㎛ 또는 20 - 30 ㎛ 의 간격으로 선택된다. 바람직하게, 상단 폭 (TW) 은 간격 TW = 10 - 300 ㎛, 보다 바람직하게 TW = 20 - 50 ㎛ 으로 선택된다. 바람직하게, 깊이 (Z) 는 간격 Z = 1 - 50 ㎛, 보다 바람직하게 Z = 2 - 7 ㎛ 또는 2 - 5 ㎛ 으로 선택된다. 하나의 예에 따르면 P = 50 ㎛, W = 30 ㎛, Z = 4 ㎛ 이다. 하나의 예에 따르면 P = 25 ㎛, TW = 25 ㎛, Z = 6 ㎛ 이다. 하나의 예에 따르면 P = 25 ㎛, TW = 25 ㎛, Z = 3 ㎛ 이다.
도 9a 는 드릴 디바이스 (1) 의 마진 (3.3) 과 클리어런스 표면 (2.1) 사이의 에지 (4) 의 측면도를 도시한다. 현미경 사시도에서 보여지는 바와 같이, 에지 (4) 는 마진 (3.3) 및 클리어런스 표면 (2.1) 을 결합하는 반경 (R) 을 갖는다. 도 9b 는 도 7a 의 정면도 투사를 개략적으로 도시한다. 반경 (R) 은 두개의 점선들 사이의 구역으로서 나타내어진다. 따라서, 텍스츄어링된 구역 (6) 의 그루브들 (6.1) 은 반경 (R) 과 마진 (6.3) 사이의 경계부로부터 또는 반경 (R) 으로부터 또는 반경 (R) 과 클리어런스 표면 (2.1) 사이의 경계부로부터 연장될 수 있다. 또한 도 9b 에는 텍스츄어링된 구역이 드릴 본체의 후방 부분의 방향으로 마진 (3.3) 을 따라 그리고 에지 (4) 에 걸쳐 클리어런스 표면 (2.1) 으로부터 연장되는 본 개시의 제 3 대안예가 도시된다. 이는 개략적으로 최우측 그루브 (6.1) 에 의해 나타내어진다.
바람직하게, 텍스츄어링된 구역은 에지 (4) 로 마진을 따라 연장된다. 실제적인 시험들은 이러한 구성이 마진에 대해 마모 저항성의 높은 증가를 제공한다는 것을 도시한다.
텍스츄어링된 구역은 레이저 빔에 의해 적용될 수 있다. 바람직하게 레이저 빔은 에지 (4) 의 방향으로 마진을 따라 연장된다. 그 이점은 레이저 빔이 에지 (4) 의 곡률에 도달할 때에 마진의 표면과의 포커스를 벗어나게 (loose) 하여 그루브들의 형성이 중단된다는 것이다. 이는 에지 (4) 로 마진을 따라 연장되는 그루브들의 텍스츄어링된 구역을 형성하는 용이하고 효과적인 방법을 허용한다.
특정한 실시형태들이 상세하게 개시되지만 이는 단지 예시를 위해 행해진 것이고 제한하도록 의도된 것은 아니다. 특히 다양한 대체들, 변형들 및 변경들이 첨부된 청구항의 범위 내에서 행해질 수 있다는 것이 고려될 수 있다.
예를 들면, 텍스츄어링된 구역은 여기서 위에서 세장형의 그루브들의 두개의 대안예를 참조하여 설명된다. 그러나, 텍스츄어링된 구역의 리세스들은 상이한 구성 및 배향을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 텍스츄어링된 구역은 마진을 가로지르는 방향으로 그리고 마진을 따르는 방향으로 양쪽으로 사전 결정된 주기성을 갖고서 분포되는 복수의 구별되는 리세스들을 포함할 수 있다. 또한 연속적인 그루브들의 다른 구성을 예상하는 것이 가능하다. 예를 들면 그루브들은 사인 커브의 형태로 연장된다.
또한, 구체적인 용어들이 본원에서 사용될 수 있지만, 그것들은 단지 일반적이고 설명적인 개념으로 사용되고 제한을 위해서 사용되지 않는다. 마지막으로, 청구항들에서 도면 부호는 단지 예를 명확화하는 바와 같이 제공되고 임의의 방식으로 청구항들의 범위를 제한하는 바와 같이 해석되어서는 안된다.
예들
이후에, 본 개시에 따른 드릴 디바이스가 예들을 참조하여 설명될 것이다.
준비
25°의 헬릭스 각도를 갖는 복수의 870-1400-14-MM (등급 GC2234) 교환 가능한 드릴 팁 인서트들이 아래의 설명에 따라 텍스츄어링된 구역들을 갖도록 준비되었다.
84.74 wt% WC, 1.56 wt% Cr3C2, 0.02 wt% TiC 및 잔부 Co 의 조성을 갖는 드릴 팁 인서트 기재들이 제공되었다. 드릴 팁 인서트 기재들은 드릴 팁 인서트들을 형성하는 PVD 로 도포된 2㎛ 두께의 TiAlN 코팅에 의해 코팅되었다. GC2234 교환 가능한 드릴 팁 인서트들은 company Sandvik Coromant AB 로부터 상업적으로 입수 가능하다. 드릴 팁 인서트들의 마진들에는 드릴 팁 인서트들에 코팅을 도포하기 전에 텍스츄어링된 구역들이 제공되었다. 드릴 팁 인서트들은 세개의 그룹들로 분할되었다. 각각의 그룹은 두개의 세트들로 분할되었고 이는 차후에 두개의 별개의 기계 가공 시험들 (DP1 및 DP2) 을 받았다. 제 1 비교 그룹의 텍스츄어링되지 않은 드릴 팁 인서트들이 또한 준비되었다. 테스팅 전에 드릴 팁 인서트들이 공구 강으로 제조된 드립 팁 홀더에 장착되었다.
제 1 그룹 (15UB08) 의 드릴 팁 인서트들에는 마진의 리딩 에지와 평행하게 연장되는 세장형의 그루브들을 포함하는 텍스츄어링된 구역이 제공되었다.
제 2 그룹 (15UB06) 의 드릴 팁 인서트들에는 또한 마진의 리딩 에지와 평행하게 연장되는 세장형의 그루브들을 포함하는 텍스츄어링된 구역이 제공되었다. 15UB06 의 그루브들은 15UB08 의 그루브들과 동일한 폭 깊이 및 위치를 가졌다. 그러나, 그루브들 (즉 주기성) 사이의 거리는 15UB08 의 반이었다.
제 3 그룹 (15UB07) 의 드릴 팁 인서트들에는 드릴 디바이스의 회전 축선과 평행하게 연장되는 세장형의 그루브들을 포함하는 텍스츄어링된 구역이 제공되었다.
드릴 팁 인서트들에서 텍스츄어링을 제조하는 데 사용되는 레이저는 Coherent 에 의해 제조되는 Talisker Ultra 레이저 (diod pumped YAG) 를 갖는 LMI (Preco) 로부터의 ps 레이저 시스템이었다. 레이저 그루브들에 대한 타켓 값들 및 세개의 그룹들에 대한 레이저 세팅들이 아래에 제공된다.
레이저 그루브들에 대한 타켓 값들은 아래의 표 1 에 도시된다.
Figure pct00001
표 1: 레이저 그루브들에 대한 타켓 값들
각각의 그룹에 대한 레이저 세팅들이 아래 표 2 에 도시된다.
Figure pct00002
표 2: 레이저 세팅들
텍스츄어링된 구역의 위치는 마모가 발생하는 구역들을 커버하도록 선택되었고 그루브들은 마진 표면이 클리어런스 표면을 충족하는 에지를 가로질러 연장되었다. 마진의 후방을 향해 그리고 에지의 주변부에 가까운 정도로 표면을 텍스츄어링하도록 의도되었다. 텍스츄어링된 구역의 사이즈는 마진이 헬릭스 형성 표면을 가질 때에 드릴 팁의 곡률에 의해 결정되었고 포컬 높이는 마진을 따라 텍스츄어링 거리에 대한 제한을 세팅하도록 변할 것이다. 텍스츄어링된 구역의 길이는 총 마진 길이의 거의 20% 인 약 2 mm 이었다. 텍스츄어링된 구역의 폭은 저배율 (LOM) 로 인해 그리고 보다 큰 거리를 부여하는 틸팅된 위치 (SEM) 로 인해 LOM 또는 SEM 이미지들을 사용하여 측정하는 것은 어려웠다. 총 마진 폭 은 0.702 mm 이고 전체 폭 0.7 mm 를 텍스츄어링할려는 타켓에는 완전히 도달하지 못했다.
도 10a 는 고배율에서 15UB06 의 SEM 분석들을 도시한다. 도 10b 는 15UB07 를 도시하고 도 10c 는 15UB08 를 도시한다.
도 11a - 도 11c 는 각각의 샘플 그룹들 15UB06, 15UB07 및 15UB08 의 드릴 팁의 텍스츄어링된 구역의 그루브들의 프로파일을 도시한다.
각각의 샘플 그룹들의 레이저 트렌치들 및 텍스츄어링된 구역 사이즈의 수치 결과들은 아래의 표 3 에 도시된다.
Figure pct00003
표 3: 레이저 트렌치들 및 텍스츄어링된 구역 사이즈의 결과들
테스팅
드릴 팁들은 구멍 드릴링을 통해 합금되지 않은 강 S235JR+N (Livallco Stal AB) 에서 테스팅되었다. LOM 이미지들이 취해지고 마모는 매 50:번째 -100:번째 구멍에서 테스팅 중에 측정되었다. 세개의 상이한 스톱핑 기준들이 세팅되었다:
1) 플랭크 마모 (FW) > 0.25 mm
2) 칩핑들 (CH) > 0.25 mm
3) 1 차 클리어런스를 향해 전체 상부 에지를 커버하는 마진 마모
테스팅을 위한 커팅 파라미터들은 표 4 에 도시된다.
Figure pct00004
표 4: 테스팅을 위한 커팅 파라미터들
드릴 팁 인서트들의 두개의 세트들이 별개의 기계 가공 시험들 (DP1 및 DP2) 을 받았다. 비교를 위해, 텍스츄어링되지 않은 드릴 팁 인서트들이 또한 각각의 기계 가공 시험에 포함되었다.
텍스츄어링된 변형예들 15UB07 및 15UB08 은 텍스츄어링되지 않은 참조와 비교하여 현저하게 덜 마모되었다. 15UB06 는 DP1 에서 나쁜 소음 및 칩 핑 및 DP2 에서 파손에 의해 기능에서 문제를 발생시켰다. 그것은 15UB07 및 15UB08 와 마모 저항성에서 동일한 개선점을 나타내지 않았다 모든 텍스츄어링된 변형예들은 플랭크 면에 가까운 상부 에지 및 코너에서 취약점을 나타내고, 이는 마진의 나머지보다 더 빠르게 마모된다. 또한, 15UB07 및 15UB08 에서 마진의 리딩 에지에 가장 가까운 구역에서, 기재가 보여질 수 있다. 이는 아마 레이저 트랙들이 이러한 구역을 커버하지 않는다는 사실로 인한 것일 수 있다.
공구 수명은 모든 테스팅된 변형예들에 대해 기록되었다. 표 5 에 테스팅된 변형예의 공구 수명이 제공된다. 다음의 축약들이 표 5 에서 사용된다:
Mw = 플랭크 면을 향해 전체 상부 에지를 커버링하는 마진 마모;
CH(C) = 코너에서 칩핑;
CH(SE) = 마진의 리딩 에지에서 칩핑;
FW = 플랭크 마모.
Figure pct00005
표 5: 공구 수명 테스트에서 성능의 결과
변형예 15UB06 는 DP1 에서 조기의 칩핑 및 DP2 에서 공구 파손을 발생시키는 나쁜 노이즈 및 진동들을 포함하는 기능적인 문제점들을 갖는 나쁜 성능을 나타냈었다. 15UB07 및 15UB08 양쪽은 텍스츄어링되지 않은 참조 (REF 레이저) 와 비교하여 공구 수명에서의 증가를 나타내었다. 공구 수명에서의 증가는 주로 두개의 이유들에 대해 마진 마모 저항성에서 개선에 대해 양호하지 못하다:
1) 플랭크 마모는 이러한 테스트에서 대략 550 구멍들에서 공구 수명에 대해 현저하게 시작된다.
2) 코너 및 2차 에지는 여전히 마진의 나머지와 비교하여 상당히 높은 마모율을 나타낸다.
현미경 검사
드릴 팁들은 또한 SEM (Scanning Electron Microscopy) 에 의해 검사되었다. 도 12a - 도 12c 는 DP1 의 공구 수명의 마지막에서 드릴 팁들 15UB06, 15UB07, 15UB08 의 SEM-사진들을 도시한다. 도 12a (15UB06) 에서 공구 수명은 400 구멍이었고, 도 12b (15UB07) 에서 공구 수명은 500 구멍들이었고 도 12c (15UB07) 에서 공구 수명은 550 구멍들이었다. 도 13a 및 도 13b 는 DP2 의 공구 수명의 마지막에서 드릴 팁들 15UB07 및 15UB08 의 SEM-사진들을 도시한다. 도 13a (15UB07) 에서 공구 수명은 450 구멍들이었고 도 13b (15UB08) 에서 공구 수명은 450 구멍들이었다. 비교로서, 도 14b 는 450 구멍들의 공구 수명을 갖는 DP1 에서 텍스츄어링되지 않은 드릴-팁 (도 14a 를 참조) 의 SEM-사진들을 도시하고 도 14c 는 350 구멍들의 공구 수명을 갖는 DP2 에서 텍스츄어링되지 않은 드릴 팁을 도시한다.
텍스츄어링된 드릴들이 보다 오랫동안 사용됨에도 불구하고 텍스츄어링되지 않은 드릴 팁들과 텍스츄어링된 드릴 팁들 사이의 마진 마모에서 큰 차이가 존재한다는 것은 SEM-사진들로부터 명백하다. 또한 리세스들의 배향이 공구 수명에 큰 영향을 준다는 것이 명백하다. 드릴의 종방향의 회전 축선 (X) 과 평행한 배향 (15UB08) 이 가장 긴 공구 수명을 나타내었다.

Claims (15)

  1. 드릴 팁 (2) 및 후방 부분 (3.1) 을 구비한 드릴 본체 (3) 를 갖는 드릴 디바이스 (1) 로서;
    - 상기 드릴 팁 (1) 은 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 을 적어도 포함하고;
    - 상기 드릴 본체 (3) 는 마진 (3.3) 을 갖는 제 1 랜드 (3.2) 를 적어도 포함하고;
    - 에지 (4) 는 상기 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 과 상기 마진 (3.3) 사이에 존재하고;
    - 텍스츄어링된 구역 (6) 은 복수의 리세스들 (6.1) 을 포함하고,
    상기 텍스츄어링된 구역 (6) 은 상기 에지 (4) 로부터 200 ㎛ 의 위치로부터; 또는 적어도 상기 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 상의 위치로부터; 또는 이들 사이의 위치로부터 상기 드릴 본체 (3) 의 상기 후방 부분 (3.1) 에서 상기 마진 (3.3) 의 적어도 일부를 따라 연장되고,
    상기 리세스들 (6.1) 은 방향 (Y) 에서 연장되고, 상기 방향 (Y) 은 상기 드릴 (1) 의 종방향의 회전 축선 (X) 의 방향으로부터 20°이거나 또는 20°이내인 것을 특징으로 하는, 드릴 디바이스 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 텍스츄어링된 구역 (6) 은 상기 에지 (4) 로부터 연장되는, 드릴 디바이스 (1).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에지 (4) 는 반경 (R) 을 포함하고,
    상기 텍스츄어링된 구역 (6) 은 상기 에지 (4) 의 상기 반경 (R) 의 적어도 일부로부터 연장되는, 드릴 디바이스 (1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리세스들 (6.1) 은 세장형의 연속적인 그루브들인, 드릴 디바이스 (1).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 리세스들 (6.1) 은 평행하게 배열되는, 드릴 디바이스 (1).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 리세스들 (6.1) 은 방향 (Y) 에서 연장되고, 상기 방향 (Y) 은 상기 드릴 (1) 의 종방향의 회전 축선 (X) 의 방향으로부터 10°이내인, 드릴 디바이스 (1).
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 리세스들 (6.1) 은 상기 드릴 (1) 의 종방향의 회전 축선 (X) 과 평행하게 연장되는, 드릴 디바이스 (1).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리세스들 (6.1) 은 리지 (6.2) 가 인접한 리세스들 (6.1) 사이에 형성되도록 배열되는, 드릴 디바이스 (1).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리세스들 (6.1) 은 사전 결정된 주기성 (P) 을 갖고서 상기 텍스츄어링된 구역 (6) 에 걸쳐 분포되는, 드릴 디바이스 (1).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리세스들 (6.1) 은 사전 결정된 상단 폭 (TW) 및/또는 사전 결정된 깊이 (Z) 를 갖는, 드릴 디바이스 (1).
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 사전 결정된 주기성 (P) 은 10 - 300 ㎛, 보다 바람직하게 20 - 70 ㎛ 의 간격으로 선택되고; 및/또는 상단 폭 (TW) 은 10 - 300 ㎛, 보다 바람직하게 20 - 50 ㎛ 의 간격으로 선택되고; 및/또는 깊이 (Z) 는 1 - 50 ㎛, 보다 바람직하게 2 - 7 ㎛ 의 간격으로 선택되는, 드릴 디바이스 (1).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 텍스츄어링된 구역 (6) 은 상기 마진 (3.3) 의 리딩 에지 (3.8) 에 평행하게 결정된 사전 결정된 길이 (L) 및 상기 에지 (4) 에 평행하게 결정된 사전 결정된 폭 (W) 을 갖는, 드릴 디바이스 (1).
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드릴 디바이스 (1) 는 제 1 랜드 (3.2) 및 제 2 랜드 (3.5) 를 적어도 포함하고, 각각의 랜드 (3.2, 3.5) 는 각각 마진 (3.3, 3.6) 을 포함하고, 각각의 마진 (3.3, 3.6) 은 복수의 리세스들 (6.1) 을 포함하는 텍스츄어링된 구역 (6) 을 포함하는, 드릴 디바이스 (1).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 드릴 디바이스 (1) 를 제조하는 방법으로서:
    - 드릴 팁 (2) 및 후방 부분 (3.1) 을 구비한 드릴 본체 (3) 를 갖는 드릴 디바이스 (1) 를 제공하는 단계로서, 상기 드릴 팁 (1) 은 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 을 적어도 포함하고 상기 드릴 본체 (3) 는 마진 (3.3) 을 갖는 제 1 랜드 (3.2) 를 적어도 포함하고; 에지 (4) 는 상기 제 1 클리어런스 표면 (2.1) 과 상기 마진 (3.3) 사이에 존재하는, 상기 제공하는 단계;
    - 복수의 리세스들 (6.1) 을 포함하는 텍스츄어링된 구역 (6) 을 형성하는 단계를 포함하고,
    - 상기 리세스들 (6.1) 은 방향 (Y) 에서 연장되고, 상기 방향 (Y) 은 상기 드릴 (1) 의 종방향의 회전 축선 (X) 의 방향으로부터 20°이거나 20°이내이고,
    상기 복수의 리세스들 (6.1) 은 레이저 빔에 의해 형성되고, 상기 레이저 빔은, 상기 에지 (4) 로부터 200 ㎛ 의 위치, 또는 상기 클리어런스 표면의 위치, 또는 이들 사이의 위치로, 또는 상기 에지 (4) 로부터 200 ㎛ 의 위치, 또는 상기 클리어런스 표면의 위치, 또는 이들 사이의 위치로부터, 상기 마진 (3.3) 의 적어도 일부를 따라 이동되는 것을 특징으로 하는, 디바이스 (1) 를 제조하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 상기 드릴 본체 (3) 의 상기 후방 부분 (3.1) 으로부터 상기 마진 (3.3) 과 상기 클리어런스 표면 (3.4) 사이의 상기 에지 (4) 를 향하는 방향으로 상기 마진 (3.3) 의 적어도 일부를 따라 이동되는, 드릴 디바이스를 제조하는 방법.
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