KR20200066813A - 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴에 관한 것이고, 구체적으로 소재가 가진 고강도 특성 또는 물리적 특성으로 인하여 가공이 어려운 소재(a difficult-to-cut material)의 가공이 가능하도록 하는 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴에 관한 것이다. 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴은 원형 단면을 가지면서 선형으로 연장되는 자루(11); 자루(11)에 비하여 작은 지름을 가지면서 연장되는 가공 부위(13); 및 가공 부위(13)의 끝 부분에 결합되면서 가공 부위(13)의 연장 방향에 대하여 수직으로 연장되는 팁 유닛(14)을 포함한다.

Description

세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴{A Processing Too1 for a Difficult-to-Cut Material Used in Processing a Helix of Ceramics}

본 발명은 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴에 관한 것이고, 구체적으로 소재가 가진 고강도 특성 또는 물리적 특성으로 인하여 가공이 어려운 소재(a difficult-to-cut material)의 가공이 가능하도록 하는 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴에 관한 것이다.

티타늄 합금, 니켈 합금, 탄소섬유 복합체, 세라믹 계 또는 탄화규소(SiC)와 같은 소재는 소재 자체가 가지는 고강도 특성 및 층 구조와 같은 물리적 특성으로 인하여 일반적인 가공 툴을 사용하여 밀링, 터닝, 드릴링 또는 탭 가공과 같은 기계적 가공이 어렵다. 이와 같은 특성을 가진 난삭재(a Difficult-to-Cut Material)의 가공 방법으로 수용성 오일을 냉각재로 사용하는 습식 냉각 가공, 액체 이산화탄소 또는 액체 질소를 분사하는 극저온 냉각 가공 또는 열을 가하여 가공물의 인장 강도를 감소시키는 하이브리드 가공과 같은 방법이 적용될 수 있다. 그러나 이와 같은 가공 방법의 적용과 함께 가공 툴이 난삭재의 가공에 적합한 구조를 가질 필요가 있다. 특허공개번호 제10-2013-0034589호는 왕복 이동에 의하여 홈 가공이 가능하면서 마모에 의한 날의 폭 변화가 작고, 수명을 늘일 수 있는 기판의 홈 가공 툴에 대하여 개시한다. 특허공개번호 제10-2016-0002339호는 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등의 취성 재료 기판을 다이아몬드 포인트에 의해 스크라이브하기 위한 멀티포인트 다이아몬드 툴에 대하여 개시한다. 선행기술은 다이아몬드 팁으로 이루어진 가공 툴에 대하여 개시하고 있지만 다양한 형태의 기계적 가공이 가능하도록 하는 가공 툴 구조에 대하여 개시하지 않는다. 예를 들어 고강도 소재의 탭 가공 또는 이와 유사한 형태의 가공이 어렵다는 단점을 가진다.

본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

선행기술 1: 특허공개번호 제10-2013-0034589호(미쓰보시 다아야몬도 고교 가부시키가이샤, 2013년04월05일 공개) 기판의 홈 가공 툴 선행기술 2: 특허공개번호 제10-2016-0002339호(마쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤, 2016년01월07일 공개) 멀티포인트 다이아몬드 툴

본 발명의 목적은 결정 형상의 팁 구조에 의하여 난삭재의 다양한 형태의 기계적 가공이 가능한 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴을 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴은 원형 단면을 가지면서 선형으로 연장되는 자루; 자루에 비하여 작은 지름을 가지면서 연장되는 가공 부위; 및 가공 부위의 끝 부분에 결합되면서 가공 부위의 연장 방향에 대하여 수직으로 연장되는 팁 유닛을 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 팁 유닛은 가공 부위의 연장 방향에 위치하는 팁 몸체 및 팁 몸체의 양쪽 부분에 돌출된 접촉 팁으로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 팁 유닛은 다이아몬드 전착 층을 가진다.

본 발명에 따른 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴은 다양한 종류의 난삭재의 기계적 가공이 가능하도록 하고, 예를 들어 탄화규소 소재에 탭 형성이 가능하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴은 자루 또는 생크(shank)가 초경 소재로 만들어지는 것에 의하여 가공 과정에서 자루의 손상으로 인한 가공 오류가 방지되도록 한다. 본 발명에 따른 가공 툴은 세라믹 계 화학 증착 소재(CVD SiC)와 같은 고강도 소재에 소형의 치수로 나사 구멍을 형성하기 위하여 유용하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 가공 툴 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 가공 툴의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 가공 툴의 보관 형태를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴의 실시 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴은 원형 단면을 가지면서 선형으로 연장되는 자루(11); 자루(11)에 비하여 작은 지름을 가지면서 연장되는 가공 부위(13); 및 가공 부위(13)의 끝 부분에 결합되면서 가공 부위(13)의 연장 방향에 대하여 수직으로 연장되는 팁 유닛(14)을 포함한다.

자루(11)는 예를 들어 머시닝 센터, 탭드릴 머신 또는 이와 유사한 공작 기계에 가공 툴(10)이 고정되어 작업이 가능한 상태가 되도록 하는 기능을 가진다. 자루(11)는 원형 단면을 가지거나 실린더 형상이 될 수 있고, 선형으로 연장되는 구조를 가질 수 있다. 자루(11)는 일정한 반지름을 가지면서 연장될 수 있고, 가공 작업의 종류에 따른 적절한 길이를 가질 수 있다. 자루(11)의 한쪽 끝 부분에 연결 부위(12)가 형성될 수 있고, 연결 부위(12)의 한쪽 끝에 가공 부위(13)가 형성될 수 있다. 가공 부위(13)는 자루(11)에 비하여 상대적으로 작은 지름을 가진 실린더 형상 또는 원형 단면을 가진 선형 부재 구조가 될 수 있다. 자루(11)와 가공 부위(13)는 연결 부위(12)에 의하여 일체 구조가 될 수 있고, 서로 다른 지름을 가진 실린더 형상을 연결하므로 경사진 형상이 될 수 있다. 연결 부위(12)는 다양한 곡면 형상이 될 수 있고, 바람직하게 안쪽으로 오목한 곡면 형상이 될 수 있다. 이와 같은 오목한 곡면 구조에 의하여 가공 과정에서 간섭이 회피되면서 안정적인 가공 작업이 가능하도록 한다. 그리고 가공 부위(13)의 끝 부분에 팁 유닛(14)이 형성될 수 있다.

팁 유닛(14)은 소재에 접촉되어 가공을 하는 부위에 해당하고, 가공 작업의 종류에 따른 형상을 가질 수 있다. 팁 유닛(14)은 가공 부위(13)의 끝 부분에 결합될 수 있고, 팁 유닛(14)은 가공 부위(13)의 연장 방향에 대하여 수직이 되는 방향으로 연장되는 구조가 될 수 있다. 팁 유닛(14)은 원형의 가공 부위(13)의 끝 부분이 중심 부분에 비하여 작은 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어 중심 부분을 기준으로 바깥쪽으로 갈수록 두께가 얇아지는 형상이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 팁 유닛(14)의 구조는 자루(11) 또는 가공 부위(13)의 구조에 따라 적절한 구조로 만들어질 수 있다.

자루(11), 연결 부위(12) 및 가공 부위(13)는 일체로 만들어질 수 있고, 예를 들어 초경합금 소재로 만들어지면서 팁 유닛(14)은 다이아몬드 소재로 만들어질 수 있다. 초경합금은 예를 들어 나노 분말로 만들어진 WC-Co(텅스텐-코발트)계 초경합금이 될 수 있지만 이에 제한되지 않고, 가공 소재에 따라 스테인리스 스틸(SUS 계열) 또는 HSS(High Speed Steel) 소재 또는 텅스텐카바이드로 만들어질 수 있다. 팁 유닛(14)은 다이아몬드 전착 가공 형태, 단결정 다이아몬드, 천연 단결정 다이아몬드, 다결정 다이아몬드 또는 다결정 다이아몬드 복합체와 같은 것이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 다양한 구조를 가지는 다이아몬드 소재로 팁 유닛(14)이 만들어질 수 있고, 팁 유닛(14)의 구조는 자루(11) 또는 가공 부위(13)의 구조에 따라 적절하게 설정될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 가공 툴 구조의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 자루(11)는 일정한 크기의 자루 지름(D1)을 가지면서 연장될 수 있고, 가공 부위(13)는 일정한 크기의 가공 지름(D2)을 가지면서 연장될 수 있다. 자루 지름(D1)은 예를 들어 가공 지름(D2)의 3 내지 8배, 바람직하게 4.5 내지 5.5배가 될 수 있다. 또한 자루 길이(L1)는 가공 길이(L3)의 7 내지 9배가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 연결 부위(12)로부터 팁 유닛(14)의 끝에 이르는 조절 길이(L2)에 대한 가공 부위(13)와 팁 유닛(14)의 길이에 해당하는 가공 길이(L3)는 소재의 가공 정밀도에 영향을 미치는 주요 인자가 되다. 예를 들어 조절 길이(L2)는 가공 길이(L3)의 1.15 내지 3배가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 연결 부위(12)는 원뿔 형상이 될 수 있고, 원뿔 형상의 정점으로부터 자루(11)로 연장되는 두 개의 직선이 형성하는 최대 각은 80 내지 100도가 될 수 있다. 또한 팁 유닛(14)은 가공 부위(13)에 결합되는 부위는 평면 형상이 되면서 끝 부분으로 갈수록 두께가 작아지는 원판, 또는 다각 판 형상이 될 수 있고, 가공 부위(13)의 연장 방향에 대하여 대칭이 되면서 이와 동시에 연장 방향의 수직이 되는 방향에 대칭이 될 수 있다. 이와 같이 수직 방향으로 대칭이 되는 경우 양쪽 가장자리 부분의 연장선이 이루는 가장자리 연장 각도(R2)는 50 내지 65도가 될 수 있다. 이와 같은 구조를 가지는 가공 툴은 전체가 일체로 만들어지거나, 팁 유닛(14)이 일체로 만들어지거나, 전체가 일체로 만들어지면서 팁 유닛(14)의 표면이 다이아몬드 소재로 코팅이 될 수 있다. 예를 들어 일체로 만들어지거나, 독립적으로 만들어진 팁 유닛(14)의 표면에 다이아몬드 코팅 층(15)이 형성될 수 있다. 다이아몬드 코팅 층(15)은 예를 들어 전착 공정(electric deposition)에 의하여 형성될 수 있다. 다이아몬드 코팅 층(15)의 형성을 위하여 1 내지 500 ㎛의 평균 직경을 가지는 인조 또는 천연 다이아몬드 분말이 준비될 수 있고, 5 내지 100 ㎛의 평균 직경을 가지는 고정 층 분말이 준비될 수 있다. 고정 층 분말은 예를 들어 니켈, 티타늄, 알루미늄 합금 또는 초경합금과 같은 것이 될 수 있고, 다이아몬드 분말을 고정시키는 기능을 할 수 있다. 이와 같이 다이아몬드 분말 및 고정 층 분말이 준비되면 전착 공정에 의하여 팁 유닛(14)의 표면이 예를 들어 10 내지 500 ㎛의 두께를 가지도록 코팅이 되어 다이아몬드 코팅 층(15)을 형성할 수 있다. 다이아몬드 코팅 층(15)이 형성되는 경우 팁 유닛(14)은 가공 부위와 동일 또는 유사한 소재가 될 수 있다.

연결 부위(12), 가공 부위(13) 또는 팁 유닛(14)이 이와 같은 구조로 만들어지는 것에 의하여 탭 가공에 유용하게 적용될 수 있고, 바람직하게 SiC(탄화규소) 또는 CVD 탄화 규소 소재의 탭 가공에 유용하게 적용될 수 있다. 그리고 팁 유닛(14)은 탭 또는 가공 형상에 따라 외날 구조 또는 멀티 구조로 만들어질 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 가공 툴의 다른 실시 예를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 팁 유닛(14)은 가공 부위(13)의 연장 방향에 위치하는 팁 몸체(141) 및 팁 몸체(141)의 양쪽 부분에 돌출된 접촉 팁(142a, 142b)으로 이루어질 수 있다. 도 3의 (가)는 다섯 개의 절삭 커터가 그리고 도 3의 (나)는 여섯 개의 절삭 커터가 형성된 멀티 팁 유닛(14a, 14b)의 실시 예를 각각 도시한 것이다. 이와 같은 멀티 팁 유닛(14a, 14b)은 한 번 또는 두 번의 가공으로 탭이 형성되도록 하는 것에 의하여 가공 효율이 향상되도록 한다. 하나의 멀티 팁 유닛(14a, 14b)을 형성하는 각각의 커터는 동일 또는 유사한 구조를 가질 수 있다. 위에서 설명이 된 것처럼, 각각의 커터는 가공 부위(13)의 연장 방향의 수직 방향에 대하여 대칭이 되도록 형성되면서 팁 몸체(141) 및 팁 몸체(141)로부터 두께가 작아지면서 연장되는 접촉 팁(142a, 142b)으로 이루어질 수 있다. 팁 몸체(141)는 가공 부위(13)의 결합되는 부분을 형성하면서 수직 방향으로 동일한 두께로 연장될 수 있다. 이후 가공 부위(13)의 직경을 벗어나는 부위로부터 점차로 두께가 감소될 수 있다. 대칭 구조로 두께가 감소되는 부분의 연장선이 형성하는 각도는 위에서 설명된 것처럼, 50 내지 65도가 될 수 있다. 또한 각각의 커터가 전체적으로 원형이 되는 경우 커터 전체 직경은 팁 몸체(141) 직경의 1.2 내지 2.5배가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

멀티 팁 유닛(14a, 14b)의 표면에 단일 팁 유닛에 대하여 설명한 것과 동일 또는 유사한 방법으로 다이아몬드 코팅 층(15)이 형성될 수 있다. 다이아몬드 코팅 층(15)은 멀티 팁 유닛(14a, 14b)의 둘레 면을 따라 형성될 수 있고, 멀티 팁 유닛(14a, 14b)은 가공 부위(13)와 일체로 형성되거나, 독립적으로 형성될 수 있다.

멀티 팁 유닛(14a, 14b)은 다양한 수의 커터를 포함하면서 다양한 구조로 만들어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

도 4는 본 발명에 따른 가공 툴의 보관 형태를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 다수 개의 가공 툴(10a 내지 10n)은 툴 케이스(31)에 보관될 수 있고, 서로 다른 가공 툴(10a 내지 10n)은 서로 다른 수의 커터를 가질 수 있다. 툴 케이스(31)에 덮개(32)가 형성될 수 있고, 다수 개의 가공 툴(10a 내지 10n)은 툴 케이스(31)의 내부에 형성된 고정 홀에 고정되어 보관될 수 있다. 이와 같이 툴 케이스(31)에 보관된 가공 툴(10a 내지 10n)은 가공 소재의 종류에 따라 가공을 위한 툴로 선택이 될 수 있고, 예를 들어 드릴 머신, 탭 머신 또는 이와 유사한 가공 기계에 장착되어 가공 공정을 위하여 사용될 수 있다. 각각의 가공 툴(10a 내지 10n)은 고강도 세라믹 소재에 유용하게 적용될 수 있고, 바람직하게 고강도 SiC에 적용될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴은 다양한 종류의 난삭재의 기계적 가공이 가능하도록 하고, 예를 들어 탄화규소 소재에 탭 형성이 가능하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴은 자루 또는 생크(shank)가 초경 소재로 만들어지는 것에 의하여 가공 과정에서 자루의 손상으로 인한 가공 오류가 방지되도록 한다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10, 10a 내지 10n: 가공 툴 11: 자루
12: 연결 부위 13: 가공 부위
14: 팁 유닛 14a, 14b: 멀티 팁 유닛
15: 다이아몬드 코팅 층 31: 툴 케이스
32: 덮개 141: 팁 몸체
142a, 142b: 접촉 팁 D1: 자루 지름
D2: 가공 지름 L1: 자루 길이
L2: 조절 길이 L3: 가공 길이
R2: 연장 각도

Claims (3)

1. 원형 단면을 가지면서 선형으로 연장되는 자루(11);
   자루(11)에 비하여 작은 지름을 가지면서 연장되는 가공 부위(13); 및
   가공 부위(13)의 끝 부분에 결합되면서 가공 부위(13)의 연장 방향에 대하여 수직으로 연장되는 팁 유닛(14)을 포함하는 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴.
2. 청구항 1에 있어서, 팁 유닛(14)은 가공 부위(13)의 연장 방향에 위치하는 팁 몸체(141) 및 팁 몸체(141)의 양쪽 부분에 돌출된 접촉 팁(142a, 142b)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴.
3. 청구항 1에 있어서, 팁 유닛(14)은 다이아몬드 전착 층을 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹계 난삭재 나사선 가공용 툴.

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