KR20200001688U - 절삭 엔드 밀 - Google Patents

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KR20200001688U
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피트 임찰라
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헬시온 테크놀로지 퍼블릭 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 고안의 목적은 다이아몬드 절삭 표면을 갖는 나선형 플루티드 엔드 밀을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 고안의 목적은 플루트 당 직경, 플루트의 수, 각도 및 다결정 다이아몬드 세그먼트의 수 사이의 적절한 관계에 기초하여 효과적인 절삭 길이를 제공할 수 있는, 압축된 다결정질 다이아몬드로 채워진 플루태 내에 나선형 홈을 갖는 나선형 플루티드 엔드 밀을 제공하는 것이다.

Description

절삭 엔드 밀{A CUTTING END MILL}
본 고안은 회전식 절삭 공구에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 절삭 엔드 밀에 관한 것이다.
플루티드 엔드 밀(Fluted end mills)은 일반적으로 사용되는 밀링 공구이며 일반적으로 극한 환경에서 심한 가공 작업을 수행해야한다. 종래 기술에서, 하나의 재료의 절삭 표면은 몸체 및 샤프트에 형성된다. 탄소강의 팁, 카바이드 샤프트 또는 다이아몬드 인서트를 포함하여 여러 가지 가능한 조합이 존재한다. 이러한 조합에서, 다이아몬드 팁 또는 인서트는 먼저 샤프트에 브레이징 또는 솔더링되는 카바이드 기판에 부착되어야 한다. 다결정 초정밀 연마 재료인 다이아몬드 입자는 전형적으로 콤팩트 또는 PCD(다결정 다이아몬드, polycrystalline diamond) 디스크로 형성된다. PCD 및 PCBN은 높은 내마모성, 높은 인성 및 높은 경도로 인해 금속 가공 및 목공 산업 모두에서 사용되었지만, 이러한 초연마성 재료(superabrasive materials)는 주로 사용성(availability)과, 비용적인 요인으로 인해 다른 절삭 공구 산업 산업에서, 특히 밀링 및 드릴링 응용 분야에서 효과적이지 않았다.
주요 단점은 효과적인 절삭 성능을 위해 PCD 또는 PCBN의 절삭 면이 홈 또는 나선형으로 형성되는 공구 제품들의 고유한 설계 또는 형상과 관련이 있다. 일반적으로, 헬리컬 형태는 초 경질의 물리적 특성과 조합된 설계의 복잡성으로 인해 고압 고온(HPHT, High Pressure High Temperature) 소결 공정 하에서 PCD또는 PCBN으로부터 쉽게 제조되지 않는다. 더욱이, 연삭과 같은 마무리 작업에 의해 플루트(flute) 또는 헬리컬 형상을 초연마성 재료로 만들기위한 종래의 성형 공정은 어렵고 비용이 많이 드는 공정이다. 이는 최종 제품 디자인의 순수한 형태를 갖는 초연마성 부품의 경우에도 적용된다.
따라서, 지난 몇 년 동안 약간의 진전이 있었지만, 절삭 공구 산업 분야의 시장은 공구 경쟁력이 있고 신뢰할 수 있는 나선형 또는 플루티드 PCD 드릴 팁 및 신뢰할 수 있는 플루티드 PCD 엔드 밀에 대한 요구가 있어왔다.
본 고안의 목적은 다이아몬드 절삭 표면을 갖는 나선형 플루티드 엔드 밀을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 고안의 목적은 플루트 당 직경, 플루트의 수, 각도 및 다결정 다이아몬드 세그먼트의 수 사이의 적절한 관계에 기초하여 효과적인 절삭 길이를 제공할 수 있는, 압축된 다결정질 다이아몬드로 채워진 플루태 내에 나선형 홈을 갖는 나선형 플루티드 엔드 밀을 제공하는 것이다.
개시되는 절삭 엔드 밀은, 절삭 단부와, 베이스 단부와, 상기 절삭 단부 및 베이스 단부 사이에 원통형 측벽 및 종 방향 중심축을 구비하는 바디; 상기 절삭 단부를 가로 지르는 홈; 상기 절삭 단부에서 베이스 단부를 향해 연장되고, 상기 바디를 관통하는 상기 측벽 상의 적어도 하나 이상의 플루트; 상기 측벽을 따라 나선형으로 연장하는 각각의 상기 플루트의 에지에 인접한 홈; 및 상기 홈에 부착되는 다결정 재료를 포함하고, 상기 다결정 재료는 플루트 당 상이한 각도 및 길이를 갖는 2 개 내지 30 개의 복수개의 세그먼트로 형성되고, 나선 각도는 5° 내지 60° 범위에 있어서 128 mm의 최대 절삭 길이를 제공하는 것을 특징으로 한다.
일 양태에서, 상기 플루트 상에 장착된 복수개의 다결정 다이아몬드 세그먼트들은 2차원 어레이 구성으로 배열되고, 각 세그먼트는 상기 플루트를 따라 연속적인 방식으로 배치되어 수평 어레이를 형성하고, 하나의 플루트 각각의 세그먼트는 인접한 플루트들의 대응하는 세그먼트에 실질적으로 정렬되어 수직 어레이를 형성할 수 있다. 이러한 실시 예는 플루트의 뒤틀린 나선형 구조로 인해 단일의 평평한(2 차원의) PCD 세그먼트의 조각이 카바이드 생크(carbide shank)에 브레이징(braze)될 수 없는 종래의 연구로부터 발견되는 제한을 피할 수 있다. 이러한 실시 예에서, 하나의 플루트를 따라 복수개의 세그먼트가 존재한다. 그러나, 연구 결과로부터, 절삭 에지(cutting edge)를 형성하기 위해서, 다른 세그먼트에 인접하게 배치될 세그먼트 에지(들)는, 하나의 플루트의 세그먼트 에지가 수직 어레이에서 다른 인접한 플루트의 세그먼트 에지와 정확하게 정렬되지 않는 방식으로 배열되어야 한다. 하나의 플루트의 각 세그먼트는 0.3 mm 내지 1.0 mm의 범위의 정렬 변위를 가지며 인접한 플루트들의 다른 대응하는 세그먼트와 실질적으로 정렬되어야 한다. 이러한 실시 예에서, 정렬 변위는 바람직하게 0.5 mm 내지 1.0 mm의 범위에 있다.
또한, 전술한 바와 같은 가능한 실시 예에 있어서, 세그먼트의 폭은 1.5 mm 내지 5 mm의 범위로 구성되어야 하고, 길이는 3.2 mm 내지 18 mm의 범위로 구성되어야 한다. 그러나, 세그먼트의 바람직한 폭은 2 mm 내지 3 mm의 범위에 있다. 다른 측면에서, 본 고안에 따른 절삭 엔드 밀은 최대 12° 반경의 양의 레이크 각도를 가지며, 바람직한/최적의 각도 범위는 5° 내지 7°이다.
본 고안의 제품은 현재 제한된 양으로 상용화된 기존 PCD 관련 도구와 비교할 때 경제적이고 기술적으로 실행 가능한 제품이다. 실험에서 발견된 절삭 길이, 플루트 수, 각도, 및 플루트 당 다결정 다이아몬드 세그먼트의 수 사이의 관계로 인해 비용 제어로 본 고안에 따른 제품을 제조하는 능력이 가능하다.
본 고안의 목적 및 고유한 특징 및 다른 양태는 본 실용신안에 포함된 예시와 도면을 통해보다 상세하게 설명될 것이며, 최상의 모드가 또한 설명될 것이다.
도 1은 바람직한 실시 예의 측면도를 도시한다.
도 2는 바람직한 실시 예의 정면도를 도시한다.
도 3은 가능한 길이와 관련 파라미터의 표를 도시한다.
바람직한 실시 예를 더 잘 이해하고 그것이 어떻게 수행될 수 있는지를 나타내기 위해, 이제 첨부된 도면을 단지 예시로써 참조하여 더 상세히 설명될 것이다. 도면에 도시된 부분들은 참조 번호로 표현될 것이다. 그러나, 본 설명은 어떠한 제한도 의미하지 않으며, 본 고안의 범위는 본 명세서에 첨부된 청구 범위에 따른다.
개시되는 절삭 엔드 밀은, 절삭 단부와, 베이스 단부와, 상기 절삭 단부 및 베이스 단부 사이에 원통형 측벽 및 종 방향 중심축을 구비하는 바디; 상기 절삭 단부를 가로 지르는 홈; 상기 절삭 단부에서 베이스 단부를 향해 연장되고, 상기 바디를 관통하는 상기 측벽 상의 적어도 하나 이상의 플루트; 상기 측벽을 따라 나선형으로 연장하는 각각의 상기 플루트의 에지에 인접한 홈; 및 상기 홈에 부착되는 다결정 재료를 포함하고, 상기 다결정 재료는 플루트 당 상이한 각도 및 길이를 갖는 2 개 내지 30 개의 복수개의 세그먼트로 형성되고, 나선 각도는 5° 내지 60° 범위에 있어서 128 mm의 최대 절삭 길이를 제공하는 것을 특징으로 한다.
일 양태에서, 상기 플루트 상에 장착된 복수개의 다결정 다이아몬드 세그먼트들은 2차원 어레이 구성으로 배열되고, 각 세그먼트는 상기 플루트를 따라 연속적인 방식으로 배치되어 수평 어레이를 형성하고, 하나의 플루트 각각의 세그먼트는 인접한 플루트들의 대응하는 세그먼트에 실질적으로 정렬되어 수직 어레이를 형성할 수 있다. 이러한 실시 예는 플루트의 뒤틀린 나선형 구조로 인해 단일의 평평한(2 차원의) PCD 세그먼트의 조각이 카바이드 생크(carbide shank)에 브레이징(braze)될 수 없는 종래의 연구로부터 발견되는 제한을 피할 수 있다. 이러한 실시 예에서, 하나의 플루트를 따라 복수개의 세그먼트가 존재한다. 그러나, 연구 결과로부터, 절삭 에지(cutting edge)를 형성하기 위해서, 다른 세그먼트에 인접하게 배치될 세그먼트 에지(들)는, 하나의 플루트의 세그먼트 에지가 수직 어레이에서 다른 인접한 플루트의 세그먼트 에지와 정확하게 정렬되지 않는 방식으로 배열되어야 한다. 하나의 플루트의 각 세그먼트는 0.3 mm 내지 1.0 mm의 범위의 정렬 변위를 가지며 인접한 플루트들의 다른 대응하는 세그먼트와 실질적으로 정렬되어야 한다. 이러한 실시 예에서, 정렬 변위는 바람직하게 0.5 mm 내지 1.0 mm의 범위에 있다.
또한, 전술한 바와 같은 가능한 실시 예에 있어서, 세그먼트의 폭은 1.5 mm 내지 5 mm의 범위로 구성되어야 하고, 길이는 3.2 mm 내지 18 mm의 범위로 구성되어야 한다. 그러나, 세그먼트의 바람직한 폭은 2 mm 내지 3 mm의 범위에 있다. 세그먼트 길이의 경우, 절삭 직경, 절삭 길이 및 나선 각도에 따라 다른 바람직한 길이를 주로 사용할 수 있다. 특정 실시 예에서, 절삭 직경이 8 mm 내지 10 mm의 범위에 있을 때 길이는 3.2 mm 내지 10.8 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 40 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있을 수 있다. 절삭 직경이 10 mm 내지 16 mm의 범위에 있을 때 길이는 4 mm 내지 10.8 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 64 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있을 수 있다. 절삭 직경이 16 mm 내지 18 mm의 범위에 있을 때 길이는 4.8 mm 내지 10.8 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 72 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있을 수 있다. 절삭 직경이 18 mm 내지 22 mm의 범위에 있을 때 길이는 6.4 mm 내지 12 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 88 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있을 수 있다. 절삭 직경이 22 mm 내지 25 mm의 범위에 있을 때 길이는 6.4 mm 내지 14.4 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 100 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있을 수 있다. 절삭 직경이 25 mm 내지 32 mm의 범위에 있을 때 길이는 7.2 mm 내지 18 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 128 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있을 수 있다. 실험 결과는 도 3에 나와있는 표에 따라 통합된다.
또한, 바람직한 실시 예에 있어서, 본실용신안의 청구항 중 어느 한 항에 따른 절삭 엔드 밀의 최대 플루트의 개수는 12 개이다. 이들 실시 예에 따른 다결정 재료는 그루브에 솔더링되거나 브레이징된 PCD 또는 PCBN일 수 있다.
실시 예 중 하나에 따른 완제품이 도 1에 도시되어 있고, 바람직한 실시 예는 둥근 샤프트 형상의 바디를 갖는다. 그러나, 직사각형 또는 다른 다각형의 형상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 형상이 공구의 바디를 형성하는데 사용될 수 있다. 공구의 바디는 의도된 공구 홀더의 크기 또는 사용자의 선호에 따라 다양한 폭을 가질 수 있다. 또한, 공구의 단부는 사용자의 선호에 따라 몇몇 공구 홀더에 맞도록 성형되거나 형성될 수 있다. 도 1은 둥글고 평평한 단부를 도시한다. 그러나, 다른 단부 형상은 정사각형, 타원형, 스핀들 또는 다른 각도 형상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 일 실시 예에서, 바디는 텅스텐 카바이드로 만들어진다. 다른 실시 예에서, 바디는 금속으로 만들어진다.
본 고안에 따른 엔드 밀과 현재 시판되는 것의 구별점은 방사상의 레이크 각도(rake angle)이다. 일반 PCD 엔드 밀용 PCD 부품들은 가공되지 않으므로 편평(2차원)하다. 본 고안의 PCD 부품들은 3차원 지오메트리를 생성하여 원하는 방사상의 레이크 각도 및 나선형 각도를 제공하도록 가공된다. 도 2는 4개의 플루트들로 이루어진 가능한 실시 예 중 하나에 따른 공구의 팁을 도시한다. 바람직한 실시 예에서 최적의/적절한 범위가 5° 내지 7°인 본 실시 예에서는 최대 12°의 양의 레이크 각이 사용된다. 이러한 범위는 응용 분야, 절삭 대상 재료, 표면 마무리 요구 사항, 직경 및 절삭 길이 및 기타 관련 가공 매개 변수들에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 실시 예에 따른 제품은 전단 효과로부터 적은 힘으로 재료를 절삭할 수 있게 되어 열 발생을 감소시킬 수 있다.
따라서 본 개시에 따라 본 고안으로부터 몇 가지 장점을 이해할 수 있다. 여기에는 카바이드 엔드 밀과 비교할 때, 세그먼트 간 간격이 작고 공구 수명이 연장된다. 본 고안은 또한 레이크 면(rake face)에 후크(hook) 또는 스쿠프(scoop)를 가질 수 있으며, 이는 표면 마무리와 관련하여 더 나은 결과를 초래한다. 따라서 절삭력이 낮아진다. 연구에서 발견한 관련 파라미터들의 특성에 따라 유효 절삭 영역을 유지하거나 향상시킬 수 있으며 제조 공정 및 유용성 측면에서 유연성이 향상되는 동시에 구성 요소의 비용을 제어할 수 있다.
통상의 기술자는 본 고안이 상기에 도시된 것에 의해 제한되지 않음을 이해할 것이다. 오히려 본 고안의 범위는 설명된 특징의 조합 및 하위 조합뿐만 아니라 전술 한 설명을 읽을 때 통상의 기술자에게 발생하고 종래 기술이 아닌 변형 및 수정을 포함한다.
-최고의 모드-
전술한 바와 같이 바람직한 실시 예의 세부 사항에 개시된 사항

Claims (14)

  1. 절삭 단부와, 베이스 단부와, 상기 절삭 단부 및 베이스 단부 사이에 원통형 측벽 및 종 방향 중심축을 구비하는 바디;
    상기 절삭 단부를 가로 지르는 홈;
    상기 절삭 단부에서 베이스 단부를 향해 연장되고, 상기 바디를 관통하는 상기 측벽 상의 적어도 하나 이상의 플루트;
    상기 측벽을 따라 나선형으로 연장하는 각각의 상기 플루트의 에지에 인접한 홈; 및
    상기 홈에 부착되는 다결정 재료를 포함하고,
    상기 다결정 재료는 플루트 당 상이한 각도 및 길이를 갖는 2 개 내지 30 개의 복수개의 세그먼트로 형성되고, 나선 각도는 5° 내지 60° 범위에 있어서 128 mm의 최대 절삭 길이를 제공하는 것을 특징으로 하는 절삭 엔드 밀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플루트 상에 장착된 복수개의 다결정 다이아몬드 세그먼트들은 2차원 어레이 구성으로 배열되고, 각 세그먼트는 상기 플루트를 따라 연속적인 방식으로 배치되어 수평 어레이를 형성하고, 하나의 플루트 각각의 세그먼트는 0.3 mm 내지 1.0 mm 범위의 정렬 변위를 가지며 인접하는 플루트들의 대응하는 세그먼트에 실질적으로 정렬되어 수직 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 절삭 엔드 밀.

  3. 제 2 항에 있어서,
    정렬 변위는 바람직하게 0.5 mm 내지 1.0 mm의 범위에 있는 절삭 엔드 밀.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,
    세그먼트의 폭은 1.5 mm 내지 5 mm의 범위에 있고,
    길이는 3.2 mm 내지 18 mm의 범위에 있는 절삭 엔드 밀.
  5. 제 4 항에 있어서,
    세그먼트의 폭은 2 mm 내지 3 mm의 범위에 있는 절삭 엔드 밀.
  6. 제 4 항에 있어서,
    절삭 직경이 8 mm 내지 10 mm의 범위에 있을 때 상기 길이는 3.2 mm 내지 10.8 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 40 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있는 절삭 엔드 밀.
  7. 제 4 항에 있어서,
    절삭 직경이 10 mm 내지 16 mm의 범위에 있을 때 상기 길이는 4 mm 내지 10.8 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 64 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있는 절삭 엔드 밀.
  8. 제 4 항에 있어서,
    절삭 직경이 16 mm 내지 18 mm의 범위에 있을 때 상기 길이는 4.8 mm 내지 10.8 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 72 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있는 절삭 엔드 밀.
  9. 제 4 항에 있어서,
    절삭 직경이 18 mm 내지 22 mm의 범위에 있을 때 상기 길이는 6.4 mm 내지 12 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 88 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있는 절삭 엔드 밀.
  10. 제 4 항에 있어서,
    절삭 직경이 22 mm 내지 25 mm의 범위에 있을 때 상기 길이는 6.4 mm 내지 14.4 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 100 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있는 절삭 엔드 밀.
  11. 제 4 항에 있어서,
    절삭 직경이 25 mm 내지 32 mm의 범위에 있을 때 상기 길이는 7.2 mm 내지 18 mm의 범위에 있고, 절삭 길이는 0 mm 내지 128 mm의 범위에 있고, 나선 각도는 5° 내지 60°의 범위에 있는 절삭 엔드 밀.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최대 12°, 바람직하게는 5° 내지 7° 사이의 레이크 각도를 갖는 절삭 엔드 밀.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플루트의 최대 개수는 12 개인 절삭 엔드 밀.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다결정 재료는, 상기 홈에 브레이징 또는 솔더링되는 PCD 또는 PCBN인 절삭 엔드 밀.
KR2020190004567U 2019-01-18 2019-11-14 절삭 엔드 밀 KR20200001688U (ko)

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