KR20200000594A - 엔드밀 - Google Patents

Abstract

엔드밀이 개시된다. 본 발명에 따른 엔드밀은, 축선을 회전축으로 하여 회전되는 엔드밀 본체와, 엔드밀 본체의 선단부에 한 쌍의 바닥날을 구비하는 엔드밀에 있어서, 선단부 중심에서부터 외주측으로 마련되는 한 쌍의 개쉬; 엔드밀 본체의 기 설정된 위치로부터 바닥날까지 연장되는 외주날; 바닥날과 상기 외주날의 첨단부에 마련되는 미세 곡면(R); 및 바닥날의 정점부에서 한 쌍의 바닥날을 연결하는 치즐;을 포함하며, 외주날의 랜드와 상기 바닥날의 랜드는 단차 없이 접하도록 마련되며, 치즐과 상기 바닥날은 둔각으로 교차한다.

Description

엔드밀{END MILL}

본 발명은 엔드밀에 관한 것으로, 보다 상세하게는 치아 보철 절삭 가공 시 진동 및 소음 경감을 통해 고품위 가공이 가능한, 엔드밀에 관한 것이다.

최근 고령화와 심미적인 요구의 증대로 임플란트 산업은 지속적으로 증가하고 있으며, 종전에는 수작업으로 진행되었던 임플란트 작업이 CAD/CAM과 전용 밀링머신의 개발로 자동화되어 이에 따른 공구의 수요도 지속적으로 증가하고 있다.

치과 보철 분야에서 결손된 치아를 수복하는데 가장 많이 사용되고 있는 재료는 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd)을 주성분으로 하는 치과용 귀금속 합금과, Co-Cr, Ni-Cr 등을 주성분으로 하는 치과용 비귀금속 합금으로 손상되거나 결손된 치아의 기능 회복을 목적으로 하며, 환자에게 심미적인 효과와 자연치의 기능적인 효능을 부여한다.

치과용 비귀금속용 합금 중 Ti 합금과 Co-Cr 합금은 생물·화학적, 물리적 안정성이 우수한 재료로서, 대표적인 치아보철 재료이다.

이러한 Ti 합금과 Co-Cr 합금은 생체구조로서는 적합다는 장점이 있지만, 그것의 가공에 있어서는 피삭물의 높은 경도와 강도, 가공경화 현상, 절삭열 집중 등으로 가공이 어렵다는 단점이 있다.

또한, Ti 합금과 Co-Cr 합금은 이종 재질로서 가공 특성이 각각 다르므로 하나의 공구로 가공하기 어렵다는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0820948호(2008.04.11.)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 외주날의 랜드와 볼록 반구상의 바닥날의 랜드가 단차 없이 접하게 되며, 각 날의 에지는 그 첨단부가 볼록 R 곡면을 갖고, 소정의 여유각이 적용되는 치즐을 형성하여 Ti 합금과 Co-Cr 합금을 절삭 가공할 때 진동·소음 경감을 통해 고품위 가공이 가능한, 엔드밀을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 엔드밀은, 축선을 회전축으로 하여 회전되는 엔드밀 본체와, 상기 엔드밀 본체의 선단부에 한 쌍의 바닥날을 구비하는 엔드밀에 있어서, 상기 선단부 중심에서부터 외주측으로 마련되는 한 쌍의 개쉬; 상기 엔드밀 본체의 기 설정된 위치로부터 상기 바닥날까지 연장되는 외주날; 상기 바닥날과 상기 외주날의 첨단부에 마련되는 미세 곡면(R); 및 상기 바닥날의 정점부에서 한 쌍의 바닥날을 연결하는 치즐;을 포함하며, 상기 외주날의 랜드와 상기 바닥날의 랜드는 단차 없이 접하도록 마련되며, 상기 치즐과 상기 바닥날은 둔각으로 교차한다.

상기 바닥날의 미리 설정된 지점에서 상기 축선과 평행하게 연장되는 가상의 선(L1)이 상기 개쉬의 회전 방향(T)을 향하는 면과 이루는 경사각이 4도 내지 6도로 마련된다.

상기 바닥날의 랜드와 상기 바닥날의 미리 설정된 지점에서 상기 축선과 수직하게 연장되는 가상의 선(L2)과 이루는 여유각이 17도 내지 19도로 마련된다.

상기 정점부에서 상기 바닥날 사이의 이격거리(D2)는 0mm 내지 0.07mm이며, 상기 정점부에서 상기 개쉬와 상기 바닥날의 랜드가 교차하는 각 능선 사이는 상기 이격거리(D2)와 상기 이격거리(D2)에 수직한 수직거리(D1) 만큼 이격되며, 상기 수직거리(D1)는 0mm 내지 0.06mm이다.

상기 미세 곡면(R)의 곡률반경은 5㎛ 내지 6㎛로 마련된다.

본 발명에 따르면 Ti 합금과 Co-Cr 합금 모두 동일한 경사각과 여유각으로 절삭할 수 있으며, 정점부까지 여유각을 적용시켜 형성시킨 치즐부 형상과 절삭날 첨단부에 적용시킨 미세 곡면을 통해 여유면 내마모성과 날 끝부 내치핑성을 향상시키게 되며, 이종 재질로서 가공 특성이 각각 상이한 Ti 합금과 Co-Cr 합금 두 가지 피삭재에 하나의 공구로 가공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엔드밀을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 엔드밀을 나타내는 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 엔드밀의 선단부를 나타내는 발췌 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 엔드밀의 선단부를 나타내는 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 엔드밀의 선단부의 정점부를 나타내는 확대 평면도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 엔드밀의 선단부의 일부를 나타내는 개략도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 6b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엔드밀에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 엔드밀을 나타내는 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 엔드밀을 나타내는 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 엔드밀의 선단부를 나타내는 발췌 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 엔드밀의 선단부를 나타내는 정면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 엔드밀의 선단부의 정점부를 나타내는 확대 평면도이다.

엔드밀 본체(1)는 초경합금 등의 경질재료로 형성되며, 원기둥 형상으로서 축선(O) 둘레로 회전한다. 엔드밀 본체(1)는 공작 기계의 주축에 파지되어 축선(O) 주위로 회전 방향(T)에 의해 회전되면서 바닥날(7)과 외주날(5)에 의해 절삭을 수행하는 것이다.

배출홈(2)은 절삭가공 시의 절삭칩의 생성, 수용 및 배출을 위한 것으로, 나선형으로 마련된다.

배출홈(2)은 엔드밀 하단부(E)에서부터 선단부(F)까지 엔드밀 본체(1)의 축선(O)을 따라서 두 개의 나선형의 배출홈(2)이 마련된다.

개쉬(3)는 엔드밀의 회전 방향(T)의 후방측을 향하는 벽면을 더욱 절결하도록 하는 것으로, 선단부(F)의 중심에서부터 외주측으로 한 쌍의 개쉬(3)가 마련된다.

한 쌍의 개쉬(3)도 두 개의 나선형의 배출홈(2)과 마찬가지로 엔드밀 하단부(E)에서부터 선단부(F)까지 엔드밀 본체(1)의 축선(O)을 따라서 형성된다.

외주날(5)은 엔드밀 본체(1)의 외주면상에 형성되는 절삭날로서 배출홈(2)과 소정의 폭으로 마련되는 랜드(4)가 교차하는 능선 부분에 한 쌍으로 마련된다.

바닥날(7)은 엔드밀 본체(1)의 선단부(F)에 마련되는 것으로, 그 회전궤적이 반구상으로 형성되는 절삭날이다.

바닥날(7)은 축선(O)상의 미리 설정된 위치에 중심(C)을 갖는 볼록 반구상으로 형성된다.

바닥날(7)은 엔드밀 본체(1)의 개쉬(3)와 선단부(F)의 랜드(6)가 교차하여 마련된다. 바닥날(7)은 외주날(5)로부터 축선(O)으로 향하여 연장되며, 한 쌍으로 마련될 수 있다.

바닥날(7)의 랜드(6)와 외주날(5)의 랜드(4)는 모두 굴곡 없는 평면으로 마련되며, 바닥날(7)의 랜드(6)로부터 외주날(5)의 랜드(4)로 전환되는 전환지점(P)에서 바닥날(7)의 랜드(6)가 외주날(5)의 랜드(4)와 단차 없이 접하도록 마련된다.

미세 곡면(R)은 바닥날(7)과 외주날(5)의 첨단부에 형성되는 것으로, 미세 곡면(R)의 곡률반경은 5㎛ 내지 6㎛로 마련된다.

도 4 및 도 5를 참조할 때, 본 발명에 따른 엔드밀의 정점부(M)에는 한 쌍의 바닥날(7)을 연결하는 치즐(8)이 마련된다.

치즐(8)은 바닥날(7)을 연결하되, 축선(O)을 통과하도록 마련된다.

치즐(8)은 각 바닥날(7)과 둔각, 즉 90도 이상의 각도로 연결되며, 치즐(8)은 일측(도 5에서 왼쪽) 바닥날(7)의 단부와 타측(도 5에서 오른쪽) 바닥날(7)의 단부 사이에서 각 바닥날(7)을 연결한다.

치즐(8)의 날 끝은 둔각으로 형성될 수 있으며, 바닥날(7)의 날 끝은 예각으로 형성될 수 있다.

정점부(M)에서 바닥날(7) 사이의 이격거리(D2)는 치즐(8)의 길이로서, 0mm 내지 0.07mm로 마련된다.

또한, 정점부(M)에서 개쉬(3)와 바닥날(7)의 랜드(6)가 교차하는 각 능선(W) 사이는 상기 이격거리(D2)와 이격거리(D2)에 수직한 수직거리(D1) 만큼 이격되며, 수직거리(D1)는 치즐의 폭으로서 0mm 내지 0.06mm로 마련된다.

치즐(8)의 사이즈는 엔드밀의 성능에 영향을 미치게 되는데, 치즐(8)의 길이가 특정 길이 이상 길어지면 엔드밀의 최정점부의 강성은 감소하게 되지만 가공물의 면조도는 향상된다.

따라서 본 발명의 엔드밀에서 치핑이 발생하지 않는 범위를 찾기 위해서 치즐 길이와 폭에 대하여 실험을 수행하였는바, 치즐(8)의 폭이 0.08mm 이상일 경우와 치즐의 길이가 0.07mm 이상인 경우에 정점부(M)에서 치핑이 발생함을 발견하였다.

이에 본 발명에 따르면, 엔드밀의 치즐(8)을 최적의 폭과 길이로 마련함으로써 엔드밀의 정점부에서 치핑이 발생하지 않아 수명이 획기적으로 증대된다.

한편, Ti 합금의 절삭 시 주요 이슈는 탄성 복원되는 현상과 절삭열이 절삭날 첨단부에 국부 집중되는 것이고, Co-Cr 합금의 절삭 시 주요 이슈는 점성으로 인한 용착 현상과 가공경화현상이 발생하는 것이다. 이러한 현상은 공구의 여유면 마모 및 인선부 치핑을 심화시키는 주 원인이 된다.

본 발명의 경우, 엔드밀의 정점부(M)이 주 절삭부에 해당하며, Ti 합금 가공에서 탄성복원과 Co-Cr 합금의 용착 현상에 의한 여유면 마모를 감소시키기 위해, 엔드밀의 바닥날이 정점부까지 여유각을 유지한 채로 치즐을 형성하여 정점부에서 여유면 마모 현상을 완화시키게 된다.

또한, 본 발명의 경우, Ti 합금가공에서의 절삭날 첨단부에 절삭열이 집중되는 현상과 Co-Cr 합금의 가공경화현상에 의해 절삭날부에 치핑 현상 발생을 감소시키기 위해 절삭날부 첨단부에 약 5~6㎛ 정도의 곡률반경을 가진 미세 곡면을 형성하여 내치핑성을 향상시키게 된다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 엔드밀의 선단부의 일부를 나타내는 개략도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조할 때, 본 발명에 따른 엔드밀은, 바닥날(7)의 미리 설정된 지점에서 축선(O)과 평행하게 연장되는 가상의 선(L1)이 개쉬(3)의 회전 방향(T)을 향하는 면(9)과 이루는 경사각이 4도 내지 6도로 마련된다.

본 발명의 발명자들은 경사각을 다음 세 가지 범위로 하여 가공 테스트를 실시하였다.

가공 테스트에 적용된 경사각의 첫번째 범위는 -1도 내지 1도이며, 샘플들 중 가장 예리하지 않은 형상을 구현하므로 구조적인 측면에서는 가장 인성이 우수할 수 있으나, 절미가 부족하여 피삭물인 치아보철소재인 Titanium 합금과 Co-Cr 합금의 질기고 열전달이 잘 안되는 물성에 의한 탄성복원, 용착, 가공경화 등의 가공 특성이 더 두드러질 수 있다고 예상되었으며,

실제 Ti 합금과 Co-Cr 합금에 대한 가공 테스트를 경사각의 첫번째 범위에서 실시한 결과, Ti 합금 가공에서 약 31시간 가공 후 인선부에 치핑이 발생하였고, Co-Cr 합금가공에서는 약 8시간 30분 가공 후 공구 마모 및 치핑이 과대 발생하여 공구수명 종료하였다.

가공 테스트에 적용된 경사각의 두번째 범위는 4도 내지 6도로 샘플들 중 절미와 강성을 모두 적절히 고려한 형상을 구현하여 Titanium 합금과 Co-Cr 합금 가공시 피삭물을 예리하게 절삭하여 절삭 부하를 감소시키면서 동시에 가공 시 인선부에 집중되는 절삭열에 의해 치핑이 발생하는 것을 억제하여 용착성의 열이 집중하는 피삭물의 가공 특성에서는 성능적으로 가장 적합할 것이라고 예상되었으며,

실제 Ti 합금과 Co-Cr 합금에 대한 가공 테스트를 경사각의 두번째 범위에서 실시한 결과, Ti 합금가공 시 경사각 4도 내지 6도 범위로 제작된 샘플은 35시간 30분 가공하였으며 가공 후 공구 상태는 미세 치핑은 있었지만 추가 가공이 가능할 정도로 인선 상태 유지되었고, Co-Cr 합금 가공 시 경사각 4도 내지 6도 범위로 제작된 샘플은 18시간 가공하였으며, 역시 추가 가공이 가능할 정도로 인선 상태가 유지됨을 확인하였다.

가공 테스트에 적용된 경사각의 세번째 범위는 7도 내지 9도로 샘플들 중 가장 예리한 형상을 구현하므로 가장 절미가 우수할 수 있으나, 그만큼 날 끝의 강성은 가장 취약하여 가공시 인선부에 집중되는 절삭열에 의한 치핑이 빠르게 발생할 수 있을 것이라고 예상되었으며,

실제 Ti 합금과 Co-Cr 합금에 대한 가공 테스트를 경사각의 세번째 범위에서 실시한 결과, Ti 합금가공에서 13시간 20분 가공 후 인선부 치핑으로 수명 종료하였으며, Co-Cr 합금가공에서는 17시간 가공 후에도 인선 마모는 있었으나 치핑은 없는 상태를 유지하였으나 2차 테스트에서 12시간 가공 후 치핑이 발생하여 공구의 성능의 재현성이 떨어지는 것으로 확인되었다.

이 결과에서 Ti 합금가공을 위한 공구 특성은 예리하게 공구 절미만 향상시킨 것보다는 뭉뚝한 형상이 더 적합하다는 것을 알 수 있었지만 그 성능이 최대치가 되는 임계값은 경사각 4도 내지 6도 임을 확인할 수 있었다.

또한, Co-Cr 합금가공에서는 경사각이 날카로워 절미가 우수한 공구가 성능이 우수할 수 있으나 공구의 안정적 성능과 재현성을 고려하여, 그 성능이 최대치가 되는 임계값은 경사각 4도 내지 6도임을 확인할 수 있었다.

또한, 바닥날(7)의 랜드(6)와 바닥날(7)의 미리 설정된 지점에서 축선(O)과 수직하게 연장되는 가상의 선(L2)과 이루는 여유각(11)이 17도 내지 19도로 마련된다.

Ti 합금은 절삭시 탄성 복원 현상이 발생하고, Co-Cr 합금은 점성이 있으며 가공경화현상이 발생한다. Ti 합금의 경우 여유면 마모를 촉진 시키는 현상이 있고, Co-Cr 합금은 날카로운 절미로 칩배출성을 향상시켜야 한다.

이를 위해서 여유각을 증가시키되 적절한 인성을 확보할 수 있는 범위확인 할 필요가 있었다. 이를 확인하기 위해, 여유각 13도 내지 15도인 샘플과 여유각 17도 내지 19인 샘플 두 가지로 테스트를 실시하였다.

그 결과, 여유각 17도 내지 19도인 샘플이 13도 내지 15인 샘플과 대비해서 Ti 합금의 경우 여유면 마모도가 줄어들었으며, Co-Cr 합금의 경우에도 공구 절미도가 향상하여 가공 시간이 8시간 반에서 17시간으로 약 2배 공구 수명 증가함을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따르면 Ti 합금과 Co-Cr 합금 모두 동일한 경사각과 여유각으로 절삭할 수 있으며, 정점부까지 여유각을 적용시켜 형성시킨 치즐부 형상과 절삭날 첨단부에 적용시킨 미세 곡면을 통해 여유면 내마모성과 날 끝부 내치핑성을 향상시키게 되며, 이종 재질로서 가공 특성이 각각 상이한 Ti 합금과 Co-Cr 합금 두 가지 피삭재에 하나의 공구로 가공할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 엔드밀 본체
2: 배출홈
3: 개쉬
4: 랜드
5: 외주날
6: 랜드
7: 바닥날
8: 치즐

Claims (5)

1. 축선을 회전축으로 하여 회전되는 엔드밀 본체와, 상기 엔드밀 본체의 선단부에 한 쌍의 바닥날을 구비하는 엔드밀에 있어서,
   상기 선단부 중심에서부터 외주측으로 마련되는 한 쌍의 개쉬;
   상기 엔드밀 본체의 기 설정된 위치로부터 상기 바닥날까지 연장되는 외주날;
   상기 바닥날과 상기 외주날의 첨단부에 마련되는 미세 곡면(R); 및
   상기 바닥날의 정점부에서 한 쌍의 바닥날을 연결하는 치즐;을 포함하며,
   상기 외주날의 랜드와 상기 바닥날의 랜드는 단차 없이 접하도록 마련되며,
   상기 치즐과 상기 바닥날은 둔각으로 교차하는 엔드밀.
2. 제1항에 있어서,
   상기 바닥날의 미리 설정된 지점에서 상기 축선과 평행하게 연장되는 가상의 선(L1)이 상기 개쉬의 회전 방향(T)을 향하는 면과 이루는 경사각이 4도 내지 6도로 마련되는 엔드밀.
3. 제1항에 있어서,
   상기 바닥날의 랜드와 상기 바닥날의 미리 설정된 지점에서 상기 축선과 수직하게 연장되는 가상의 선(L2)과 이루는 여유각이 17도 내지 19도로 마련되는 엔드밀.
4. 제1항에 있어서,
   상기 정점부에서 상기 바닥날 사이의 이격거리(D2)는 0mm 내지 0.07mm이며, 상기 정점부에서 상기 개쉬와 상기 바닥날의 랜드가 교차하는 각 능선 사이는 상기 이격거리(D2)와 상기 이격거리(D2)에 수직한 수직거리(D1) 만큼 이격되며, 상기 수직거리(D1)는 0mm 내지 0.06mm인 엔드밀.
5. 제1항에 있어서,
   상기 미세 곡면(R)의 곡률반경은 5㎛ 내지 6㎛로 마련되는 엔드밀.

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