KR20200095498A - 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드릴링 공구 기술영역에 적용되는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구 및 그 제조 방법을 제공한다. 절삭공구는 절삭공구 본체를 포함하며, 절삭공구 본체는 외주 상에 칩 그루브와 나선면이 설치된다. 나선면의 원주 길이는 절삭공구 본체 원주 길이의 0% 이상 80% 미만이며, 나선면 상에는 경질 코팅층이 증착되고, 절삭공구 본체 축 방향을 따라 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L3, L2 위치의 경질 코팅층의 두께는 각각 H1, H2이며, L2는 L3보다 크고, H2/H1의 비율은 1 이상 1.5 미만이다. 경질 코팅층 위치에 있는 절삭공구 본체의 외경은 D1이고, 나선면 이외의 위치에 있는 절삭공구 본체의 외경은 D2이며, D2는 D1보다 작다. 절삭공구 본체에는 초경 코팅층이 더 있으며, 초경 코팅층은 절삭공구 본체 표면 및 경질 코팅층의 표면에 증착된다. 본 발명에 의해 제공되는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구 및 그 제조 방법에서, 그 절삭공구는 가공 효과가 우수하고, 사용 수명이 길다.

Description

경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구 및 그 제조 방법

본 발명은 드릴링 공구 기술영역에 관한 것이며, 특히 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 드릴링 공구 기술영역에 관한 것이며, 특히 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

인쇄 회로 기판 산업의 발전을 따라, 절삭공구의 사용량은 뚜렷하게 증가하고 있기 때문에, 가공 비용을 줄이고 절삭공구의 수명을 늘리는 새로운 코팅 재료가 필요하다. 또한 인쇄 회로 기판 업계에 고주파 고속 기판, 세라믹 충전 기판, 가요성 기판 및 패키지 기판 등과 같은 새로운 재료가 많이 나타남에 따라, 가공 난이도도 크게 증가했다. 수명 연장 및 신재료의 등장으로 인해 절삭공구의 마모, 집진 등에 대한 요구사항은 더 높아지지만, 종래의 코팅층이 없는 절삭공구는 절삭공구 구조 매개변수와 매트릭스 소재를 통해 어느 정도 개선될 수 있지만, 개선의 한계로 인해 이 일련의 문제가 잘 해결될 수는 없다.

절삭공구의 수명 및 그 인쇄 회로 기판의 가공 품질을 향상시키기 위해, 국내외 많은 기업들은 절삭공구에 대해 화학 기상 증착(CVD) 및 물리 기상 증착(PVD) 등과 같은 표면 개질 처리를 진행하고 있으며, 또한 해당 기술은 이미 강철 등 금속 가공에 널리 활용되고 있지만, 인쇄 회로 기판에 활용되는 코팅 절삭공구는 거의 없기 때문에, 수요량이 매우 크다. 비록 국내는 수년 간 해외 코팅층 장비와 기술을 도입하고 이용함으로써, 코팅 기술, 코팅 장비 및 코팅 공정 등 방면에서 어느 정도 발전을 이루었지만, 이러한 방법을 직접 인쇄 회로 기판의 절삭공구에 적용할 때는 (1) 코팅 자체의 두께, 경도 및 표면 품질 개선, (2) 코팅층과 매트릭스 결합력의 개선, (3) 코팅 기술과 절삭공구를 더욱 긴밀하게 결합시켜야 하는 설계 등의 방면에 많은 문제가 존재한다.

본 발명의 목적은 적어도 상기 기술적 문제의 하나를 해결하여, 그 절삭공구의 가공 효과가 우수하고, 사용 수명이 긴 경질의 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 기술방안은 다음과 같다. 경질의 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구는 절삭공구 본체를 포함하며, 상기 절삭공구 본체의 전단은 첨단이고, 상기 절삭공구 본체는 외주 상에 적어도 하나의 절삭공구 본체 첨단에서 절삭공구 말단을 향해 나선형으로 확장되는 칩 그루브가 있으며, 상기 절삭공구 본체는 외주 상에 적어도 하나의 절삭공구 본체 첨단에서 절삭공구 말단을 향해 나선형으로 확장되는 나선면이 더 있다. 상기 절삭공구 본체의 축 방향을 따라 상기 칩 그루브의 길이는 L1이고, 상기 절삭공구 본체의 축방향을 따라 상기 나선면의 길이는 L4이며, L4는 L1보다 작다.

상기 절삭공구 본체 중 상기 나선면 위치의 외경은 상기 나선면 이외의 위치에 있는 절삭공구 본체의 외경보다 크며, 절삭공구 본체 외주 방향 길이를 따라 상기 나선면의 총 길이는 절삭공구 본체 원주 길이의 0% 이상 80% 미만이고, 상기 나선면에는 경질 코팅층이 증착되며, 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L3 위치의 상기 경질 코팅층의 두께는 H1이고, 상기 나선면이 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L2 위치의 상기 경질 코팅층의 두께는 H2이며, L2는 L3보다 크고, H2/H1의 비율은 1 이상 1.5 미만이다.

상기 경질 코팅층 위치에 있는 상기 절삭공구 본체의 외경은 D1이고, 나선면 이외의 위치에 있는 상기 절삭공구 본체의 외경은 D2이며, D2는 D1보다 작고, D1과 D2사이의 차이는 0.001mm보다 크고 0.1mm보다 작다.

상기 절삭공구 본체에는 초경 코팅층이 더 있으며, 상기 초경 코팅층은 상기 절삭공구 본체 표면 및 상기 경질 코팅층의 표면에 증착된다.

선택적으로, 상기 초경 코팅층의 두께는 0.01-5미크론이다. 상기 초경 코팅층의 경도는 40GPA보다 크다.

선택적으로, 상기 초경 코팅층의 표면 마찰계수는 0.1보다 작다. 상기 초경 코팅층은 C원소로 이루어진 사면체 비결정질 탄소 필름이다.

선택적으로, 상기 나선면 중 축 방향을 따라, 상기 경질 코팅층의 두께는 0.4-20미크론 범위 내이다.

선택적으로, 상기 경질 코팅층의 표면 마찰계수는 0.10-0.40이다.

선택적으로, D2와 D1의 차이는 0.001-0.08mm 사이이다.

선택적으로, 상기 절삭공구 본체는 WC와 Co를 함유한 경질 합금으로 만들어진다.

선택적으로, 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L3 위치는 상기 나선면의 전단이며, 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L2 위치는 상기 나선면의 말단이다.

선택적으로, 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L3 위치의 상기 경질 코팅층의 두께는 4미크론이다.

선택적으로, 상기 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 나선면의 길이는 2mm보다 작다.

선택적으로, 절삭공구 본체 축선 방향을 따라 상기 나선면의 길이는 0.7mm이며, 및/또는,

절삭공구 본체 외주 방향 길이를 따라 상기 나선면의 총 길이는 절삭공구 본체 원주 길이의 10%이며, 및/또는,

D1-D2는 0.018mm이며, 및/또는,

상기 경질 코팅층의 최소 두께는 4미크론이고, H2/H1은 1.1이다.

본 발명은 상기 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구를 제조하는 데 사용되는 절삭공구 제조 방법을 더 제공하며, 다음의 단계를 포함한다.

WC와 Co를 함유한 경질 합금을 제조하는 단계,

상기 경질 합금을 절삭공구 본체로 가공하는 단계,

그라인딩 휠로 그루빙하는 방식을 통해 상기 절삭공구 본체에 절삭공구 본체 첨단에서 축 방향을 따라 길이 L1의 칩 그루브를 형성하는 단계,

상기 절삭공구 본체의 외주에 상기 절삭공구 본체 축 방향을 따라 길이 L4의 나선면을 형성하고, L4는 L1보다 작은 단계,

상기 나선면에 경질 코팅층이 증착되고, 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L3 위치의 상기 경질 코팅층 두께와 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L2 위치의 상기 경질 코팅층 두께 사이의 비율은 1 이상이고 1.5 미만인 단계,

상기 절삭공구 본체의 전체 표면에 경도가 상기 경질 코팅층보다 큰 초경 코팅층이 증착되는 단계.

본 발명에 의해 제공되는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구 및 그 제조 방법에서, 초경 코팅층을 통해 절삭공구 본체의 표면 마찰계수가 감소되고, 드릴 비트와 가공되는 인쇄 회로 기판의 마찰력이 감소되며, 칩 배출 성능이 분명하게 향상되고, 공구의 절단 위험성이 감소될 수 있으며, 절삭공구의 가공 효과가 우수하고, 사용 수명이 길다.

본 발명 실시예 중의 기술방안을 보다 명확하게 설명하기 위해, 아래에서 실시예에 요구되는 도면에 대해 간단하게 소개하며, 명백히 알 수 있듯이, 아래 설명 중의 도면은 본 발명의 실시예일 뿐이며, 본 영역의 일반적인 기술자는 창조적인 작업을 할 필요가 없는 전제 하에서도 그 도면에 근거해 기타 도면을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구의 평면 결선도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구의 평면 결선도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구의 평면 국부 확대 결선도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구의 비교 실험 중의 마모 결선도,
도 5는 비교 실험 중 일반 절삭공구의 마모 결선도이다.

본 발명의 목적, 기술방안 및 이점을 더욱 명확하게 하기 위해, 아래에서 도면 및 실시예를 결합시켜 본 발명에 대해 더 상세하게 설명한다. 응당히 이해해야 할 점은, 여기에 설명된 구체적 실시예는 본 발명에 대한 해석일 뿐이며, 본 발명을 국한하지 않는다.

설명이 필요한 점은, 용어 "설치", "연결"은 광의적으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 직접 설치, 연결은 그중의 구성요소, 그중 구조의 간접 연결을 통해 설치, 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예 중에 나타나는 "세로", "가로", "길이", "폭", "두께, "상단", "하단", "전면", "후면", "좌측", "우측", "수직", "수평", "상부", "저부", "내부", "외부" 등이 지시하는 방향이나 위치 관계의 용어는 도면에 도시된 방향이나 위치 관계 또는 일반적인 배치 상태나 사용 상태에 기반하고, 본 발명을 설명하고 설명을 간략화하기 위한 것일 뿐이므로, 지시하는 구조, 특징, 장치 또는 구성요소가 반드시 특정적인 방향이나 위치 관계를 갖고, 또 반드시 특정 방향으로 구성되고 조작되는 것으로 지시되거나 암시되지 않기 때문에, 본 발명을 제한하는 것으로 이해될 수 없다. 본 발명의 설명 중에서, 별도의 설명이 없는 한, "복수"는 두 개 또는 두 개 이상을 의미한다.

구체적 실시방식 중 설명된 각 구체적 기술 특징 및 각 실시예는 충돌되지 않는 상황 하에서, 임의의 적절한 방식을 통해 조합될 수 있다. 예를 들면, 상이한 구체적 기술 특징/실시예의 조합을 통해 상이한 실시방식으로 구성될 수 있으며, 불필요한 중복을 피하기 위해, 본 발명 중의 각 구체적 기술 특징/실시예의 각 가능한 조합 방식은 별도로 설명하지 않는다.

도 1에서 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구는 인쇄 회로 기판(PCB)의 가공에 사용될 수 있고, 절삭공구 본체 10을 포함하며, 상기 절삭공구 본체 10의 전단은 첨단(커터날)이고, 상기 절삭공구 본체 10은 외주 상에는 적어도 하나의 절삭공구 본체 10 첨단에서 절삭공구 본체 말단을 향해 나선형으로 확장되는 칩 그루브 11이 설치되며, 상기 절삭공구 본체 10은 외주 상에 또 적어도 하나의 절삭공구 본체 10 첨단에서 절삭공구 말단을 향해 나선형으로 확장되는 나선면 12가 설치되고, 커터날 위치에서 상기 절삭공구 본체 10의 축 방향을 따라 상기 칩 그루브 11의 길이는 L1이며, 커터날 위치에서 상기 절삭공구 본체 10의 축 방향을 따라 나선면 12의 길이는 L4이고, L4는 L1보다 작다.

절삭공구 본체 10 중 나선면 12 위치의 외경은 나선면 12 이외의 위치에 있는 절삭공구 본체 10의 외경보다 크며, 나선면 12는 칩 그루브 11의 원주와 엇갈려 설치되고, 절삭공구 본체 10의 외주 방향 길이를 따라 나선면 12의 총 길이는 절삭공구 본체 10 원주 길이의 0% 이상 80% 미만이며, 나선면 12 상에는 경질 코팅층 2가 증착되고, 절삭공구 본체 10 축 방향을 따라 절삭공구 본체 10 첨단에서 떨어진 L3 위치의 경질 코팅층 2의 두께는 H1이고(즉 절삭공구 본체 10 측면 전단 가장자리 위치), 절삭공구 본체 10 축 방향을 따라 절삭공구 본체 10 첨단에서 떨어진 L2 위치의 경질 코팅층 2의 두께는 H2이며, L2는 L3보다 크고, H2/H1의 비율은 1 이상 1.5 미만이다. 즉 절삭공구 본체 10 첨단에서 상대적으로 멀리 떨어진 위치의 경질 코팅층 2의 두께가 더 두껍고, 경질 코팅층 2의 가장 두꺼운 위치와 가장 얇은 위치의 두께 비율은 1.5보다 작다.

본 실시예 중에서, 나선면 12 상에 증착되는 경질 코팅층 2의 금속 성분은 적어도 Cr을 함유하고, 비금속 성분은 적어도 Si와 N을 함유하며, 경질 코팅층 2의 두께는 0.4-10미크론에서 조정할 수 있고, 경질 코팅층 2의 경도는 30GPa보다 크며, 경질 합금은 일반적으로 20GPa이다. 동시에 그 경질 코팅층 2의 표면 마찰계수는 0.30이며, 동일한 상태 하에서의 경질 합금 매트릭스의 마찰계수는 0.7이다. 즉, 경질 코팅층 2를 통해 나선면 12의 표면 경도가 향상되고, 나선면 12의 표면 마찰계수가 감소되며, 나선면 12와 가공되는 인쇄 회로 기판의 공벽이 마찰되어 발생하는 마찰력을 줄일 수 있고, 절삭공구 전단 L2의 마손을 분명하게 줄일 수 있다.

본 실시예 중에서, 나선면 12 전단 위치(나선면 12 시작점)에 있는 경질 코팅층 2의 두께는 H1이고, 나선면 12 후단 위치(나선면 12 종점)에 있는 경질 코팅층 2의 두께는 H2이며, H2/H1의 비율은 1.0 이상 1.5 미만이고, 바람직하게, H2/H1의 비율은 1.001-1.25 사이이다. 경질 코팅층 2는 일정한 두께가 있어야만 매끄러운 내마모성 작용을 발휘할 수 있지만, 절삭공구는 경질 회로 기판을 가공하는 과정 중에서 계속 공벽과 접촉됨에 따라, 나선면 12의 경질 코팅층 2가 전체적으로 마모된다. 또한 그 절삭공구는 모두 수차례 연마되고, 반복적으로 사용되며, 그 가공 홀 수가 많고, 사용 수명이 길어야 하기 때문에, 연마 후에도 충분한 코팅층의 두께를 유지할 수 있도록, 절삭공구를 절삭공구 전단 H1이 절삭공구 후단 H2보다 작은 구조로 설계함으로써, 새로운 절삭공구와 연마된 후의 코팅층이 모두 충분한 두께를 유지할 수 있게 해야 한다. 그래야만 새로운 절삭공구와 연마된 코팅층 절삭공구의 가공 성능이 일관될 수 있다.

경질 코팅층 2 위치에 있는 절삭공구 본체 10의 외경은 D1이며, 즉 경질 코팅층 2 외주면의 직경은 D1이고, 나선면 12 이외의 위치에 있는 절삭공구 본체 10의 외경은 D2이며, D2<D1이고, D1과 D2의 차이는 0.001mm보다 크고 0.1mm보다 작다. 경질 코팅층 2의 구간에서, 즉 나선면 12 시작 위치에서 나선면 12 종점 위치까지의 구간 내에서, 경질 코팅층 2 표면에 해당되는 외경은 D1이며, 경질 코팅층 2의 두께가 나선면 12 시작 위치에서 나선면 12 종점 위치까지의 구간 내에서 점차 두꺼워지면, 나선면 12 시작 위치에서 나선면 12 종점 위치까지의 구간 내에서 절삭공구 본체 10의 직경은 점차 감소된다. 나선면 12 종점 위치에 있는 절삭공구 본체 10의 직경 및 나선면 12에 연결되는 절삭공구 본체 10(도 중 L5에 해당되는 구간)의 직경은 모두 D2일 수 있다. L1 구간에서 L2 구간을 빼면, L5 구간이며, 즉 L1=L2+L5이다. L2 구간에서 L3 구간을 빼면, L4구간이며, 즉 L2=L3+L4이다. 절삭공구 본체 10은 테이퍼형 연결 손잡이로 연결 가능하며, 연결 손잡이의 후단은 직경이 D2보다 큰 커터 손잡이로 용접될 수 있고, 커터 손잡이는 스테인레스 스틸을 사용해 만들 수 있다. 본 실시예 중에서, 절삭공구 본체 10의 외주 상에는 절삭공구 첨단에서 말단을 향하는 하나 또는 복수의 칩 그루브 11이 형성되며, 칩 그루브 11의 길이는 L1이다. 칩 그루브 11은 그라인딩 휠로 그루빙 형성되며, 그라인딩 휠 입도 및 그루빙 매개변수를 최적화할 수 있음에 따라, 칩 그루브 11의 표면 거칠기를 조절해 칩 그루브 11의 표면 마찰계수를 낮출 수 있고, 절삭공구의 칩 배출 성능을 높일 수 있다. 또한 D2<D1이고, 절삭공구 전단이 절삭에 참여하며, 인쇄 회로 기판 상에 가공되는 공경 D1이 나선면 12 이외의 위치(L5 구간)에 있는 절삭공구 본체 10의 외경 D2보다 크기 때문에, 절삭공구 후단과 공벽의 마손을 피할 수 있다. 절삭공구 가공 과정 중에서, 나선면 12만 인쇄 회로 기판 공벽과 접촉된다. 나선면 12의 축 방향 길이와 원주 길이를 조절해 나선면 12와 가공되는 인쇄 회로 기판의 공벽이 접촉되는 면적을 최적화함으로써, 표면 마찰력을 줄이고, 공벽 품질을 높일 수 있다.

절삭공구 본체 10의 표면에는 초경 코팅층 6이 증착되며, 초경 코팅층 6은 절삭공구 본체 표면에 증착되고 (절삭공구 본체의 커터날 표면, 칩 그루브 등 전체 표면 및 경질 코팅층 2의 표면 포함), 그 초경 코팅층 6은 C(탄소) 원소로 이루어지는 사면체 비경질 탄소 필름이다. 그 초경 코팅층 6의 두께 H3은 0.01-5미크론에서 조정될 수 있고, 경도는 40GPa보다 크며, 일반 경질 합금(절삭공구 본체)의 경도는 20Gpa를 초과하지 않는다. 동시에, 그 초경 코팅층 6의 표면 마찰계수는 0.1보다 작다 (절삭공구 본체 경질 합금 매트릭스의 마찰계수는 0.7이다). 즉, 초경 코팅층 6을 통해 절삭공구 본체 10의 표면 마찰계수가 감소되고, 드릴 비트와 가공되는 인쇄 회로 기판의 마찰력이 감소되며, 칩 배출 성능이 분명하게 향상되고, 공구의 절단 위험성이 감소될 수 있다.

구체적 응용 중에서, 초경 코팅층 6의 두께는 0.1-3미크론, 또는 0.5-2.5미크론 등일 수 있다.

구체적으로, 경질 코팅층 2는 금속 성분과 비금속 성분을 포함하고, 금속 성분은 적어도 경도가 높고 내마모성이 우수한 Cr을 함유하며, 비금속 성분은 적어도 Si와 N을 함유한다. 그중 Si원소의 원자 백분율은 0.05%-15%이며, 본 실시예 중에서, 비금속 성분 중 Si원소의 원자 백분율은 0.1-10%이고, 구체적으로 0.2%-8%일 수 있으며, 바람직하게, 비금속 성분 중 Si원소의 원자 백분율은 0.5-6%이다.

구체적으로, 나선면 12 중 축 방향을 따라 경질 코팅층 2의 두께는 0.4-10미크론 범위 내이다. 즉 경질 코팅층 2의 두께는 0.4미크론이 가장 얇을 수 있고, 또는, 경질 코팅층 2의 두께는 10미크론이 가장 두꺼울 수 있으며, 또 절삭공구 본체 10 첨단 L3에서 L2까지의 범위 이내에서, 경질 코팅층 2의 두께가 점점 두꺼워지고 1.5보다 작은 두께비를 충족시켜야 한다. 본 실시예 중에서, 절삭공구 본체 10 축 방향을 따라 절삭공구 본체 10 첨단에 떨어진 L3 위치는 나선면 12의 전단이고, 절삭공구 본체 10 축 방향을 따라 절삭공구 본체 10 첨단에서 떨어진 L3 위치는 바로 절삭공구 본체 10 측면의 전단 가장자리이며, 절삭공구 본체 10 축 방향을 따라 절삭공구 본체 10 첨단에서 떨어진 L2 위치는 나선면 12의 말단이다. 경질 코팅층 2는 일정한 두께가 있어야만 매끄러운 내마모성 작용을 발휘할 수 있지만, 절삭공구는 경질 회로 기판을 가공하는 과정 중에서, 계속 공벽과 접촉됨에 따라, 나선면 12의 경질 코팅층 2가 전체적으로 마모된다. 또한 사용 수명 동안, 절삭공구는 모두 수차례 연마되고, 반복적으로 사용되며, 그 가공 홀 수가 많고, 사용 수명이 길어야 하기 때문에, 연마 후에도 충분한 코팅층의 두께를 유지할 수 있도록, 절삭공구를 절삭공구 전단의 경질 코팅층 2 두께 H1이 절삭공구 후단(상대적)의 경질 코팅층 2 두께 H2보다 작은 구조로 설계함으로써, 새로운 절삭공구와 연마된 후의 코팅층이 모두 충분한 두께를 유지할 수 있게 해야 한다. 그래야만 새로운 절삭공구와 연마된 코팅층 절삭공구의 가공 성능이 일관되고, 가공된 제품의 공경 일관성도 우수하다.

구체적으로, 경질 코팅층 2의 표면 마찰계수는 0.25-0.35이고, 바람직하게, 경질 코팅층 2의 표면 마찰계수는 0.28-0.32이며, 본 실시예 중에서, 경질 코팅층 2의 표면 마찰계수는 0.30이다.

구체적으로, D2와 D1의 차이는 0.001-0.080mm 사이이며, 바람직하게, D2와 D1의 차이는 0.01-0.060mm 사이 또는 0.02-0.05mm이다.

구체적으로, 절삭공구 본체 10은 WC와 Co를 함유한 경질 합금으로 만들어진다.

본 실시예 중에서, 절삭공구 본체 10 축 방향을 따라 절삭공구 본체 10 첨단에서 떨어진 L3 위치(절삭공구 본체 10 측면 전단 가장자리)의 경질 코팅층 2의 두께는 4미크론이다.

구체적으로, 절삭공구 10 축 방향을 따라 나선면 12의 길이(즉 L4의 길이)는 4mm보다 작고, 바람직하게, 절삭공구 본체 10 축 방향을 따라 나선면 12의 길이는 3mm보다 작으며, 본 실시예 중에서, 절삭공구 본체 10 축 방향을 따라 나선면 12의 길이는 2mm보다 작다.

본 실시예 중에서, 절삭공구 본체 10 축선 방향을 따라 나선면 12의 길이는 0.7mm 또는 0.5mm이다.

본 실시예 중에서, 절삭공구 본체 10 외주 방향의 길이를 따라 나선면 12의 총 길이는 절삭공구 본체 10 원주 길이의 10%이다.

본 실시예 중에서, D1-D2는 0.018mm이다.

본 실시예 중에서, 경질 코팅층 2의 최소 두께는 4미크론이고, H2/H1은 1.1이다.

구체적 응용에서, 절삭공구 본체 10의 표면에는 초경 코팅층이 더 증착될 수 있고, 그 초경 코팅층은 사면체 비결정질 탄소 필름이며, C원소로 구성된다.

본 실시예는 또 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구를 제조하는 데 사용되는 절삭공구의 제조 방법을 제공하며, 다음의 단계를 포함한다.

WC와 Co를 함유한 경질 합금을 제조하는 단계,

경질 합금을 절삭공구 본체 10으로 가공하는 단계,

그라인딩 휠로 그루빙하는 방식을 통해 절삭공구 본체 10에 절삭공구 본체 10 첨단에서 축 방향을 따라 길이 L1의 칩 그루브 11을 형성하는 단계,

절삭공구 본체 10의 외주에 절삭공구 본체 10 축 방향을 따라 길이 L4의 나선면 12를 형성하고, L4는 L1보다 작은 단계,

나선면 12에는 경질 코팅층 2가 증착되고, 절삭공구 본체 10 첨단에서 떨어진 L3 위치의 경질 코팅층 2의 두께와 절삭공구 본체 10 첨단에서 떨어진 L2 위치의 경질 코팅층 2의 두께 사이 비율은 1 이상이고 1.5 미만인 단계,

절삭공구 본체 10의 전체 표면에 경도가 경질 코팅층 2보다 큰 초경 코팅층이 증착되는 단계.

본 발명은 나선면 12에 코팅 재료(복합 코팅 재료)를 증착시켜 경질 코팅층 2를 형성함으로써, 절삭공구 외주 방향으로의 마찰력을 분명하게 줄이는 동시에. 절삭공구 표면 거칠기에 영향을 주지 않아 절삭공구의 칩 배출 성능이 보장된다. 또한 D2가 D1보다 작고, 절삭공구 전단이 절삭에 참여하며, 인쇄 회로 기판 상에 가공되는 공경 D1이 나선면 12 이외의 위치(L5 구간)에 있는 절삭공구 본체 10의 외경 D2보다 크기 때문에, 절삭공구 후단과 공벽의 마손을 피할 수 있다. 절삭공구 가공 과정 중에서, 나선면 12만 인쇄 회로 기판 공벽과 접촉하며, 나선면 12의 축 방향 길이와 원주 길이를 조정함으로써, 나선면 12와 인쇄 회로 기판에 가공되는 공벽의 접촉 면적을 최적화함에 띠라, 표면 마찰력을 감소시키고, 공벽의 품질을 높일 수 있다. 본 발명을 통해 제조되는 복합 코팅층 절삭공구는 일반 FR-4, 할로겐 프리, HTG 판재 등의 인쇄 회로 기판을 가공할 때, 외경 마모를 줄이고, 드릴 비트의 절단율을 감소시킬 수 있으며, 또 마이크로 드릴의 사용 수명을 적어도 2-4배까지 늘릴 수 있는 동시에, 드릴링 품질을 보장하고, 가공 효율을 크게 향상시키며, 생산 비용을 줄일 수 있다. 초경 코팅층 6은 절삭공구 본체 표면에 증착되며(절삭공구 본체의 커터날 표면, 칩 그루브 등 전체 표면 및 경질 코팅층 2의 표면 포함), 그 초경 코팅층 6은 C(탄소) 원소로 구성되는 사면체 비경질 탄소 필름이다. 그 초경 코팅층 6의 두께는 0.01-5미크론에서 조정될 수 있고, 경도는 40GPa보다 크며, 일반 경질 합금(절삭공구 본체)의 경도는 20GPa를 초과하지 않는다. 동시에, 그 초경 코팅층 6의 표면 마찰계수는 0.1보다 작다 (절삭공구 본체 경질 합금 매트릭스의 마찰계수는 0.7이다). 즉, 초경 코팅층 6을 통해 절삭공구 본체 10의 표면 마찰계수가 감소되고, 드릴 비트와 가공되는 인쇄 회로 기판의 마찰력이 감소되며, 칩 배출 성능이 분명하게 향상되고, 공구의 절단 위험성이 감소될 수 있다.

비교 실험 중에서, 바람직하게 드릴 직경 0.11mm의 일반 절삭공구와 본 실시예에 의해 제공되는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구(이하 본 절삭공구라 칭함)를 비교하며, 두 구조 매개변수는 동일하다. 그 나선면 12는 축선을 따라 길이가 바람직하게0.5mm이고, 절삭공구 외주 방향 길이를 따라 나선면 12의 총 길이는 절삭공구 원주 길이(πd)의 8%이며, 동시에 나선면 12의 외경 D1, L5의 외경 D2에서, D2<D1이다. 또한 D1-D2는 0.018mm이며, 경질 코팅층 2의 두께는 4미크론이고, H2/H1는 1.1이다. 초경 코팅층 6의 두께는 0.2미크론이다.

유일한 차이는 본 절삭공구의 나선면 12 상에는 경질 코팅층 2가 증착되고, 절삭공구 본체 10상에는 초경 코팅층 6이 증착된다.

테스트 조건은 아래 표와 같다.

표 1

테스트 결과 :

1. 일반 절삭공구, 본 절삭공구의 절단 비교

표2

2. 외경 비교

일반 절삭공구, 본 절삭공구로 4000홀을 가공한 후, 나선면 4의 외경 D1 비교에서, 일반 절삭공구의 외경은 심각하게 작아졌으나, 본 절삭공구의 외경은 변화가 매우 적은 것을 볼 수 있다.

표 3

3. 일반 절삭공구와 본 절삭공구로 가공된 공벽 품질

표4

테스트 결과 : 일반 절삭공구와 본 절삭공구를 상기 가공 조건에 따라 260000홀을 가공하면, 일반 절삭공구의 나선면 12는 도 5에 나타난 바와 같이 마손 상황이 심각하고, 본 절삭공구 나선면 12는 도 4에 나타난 바와 같이 마손 상황이 경미하다.

본 절삭공구는 비록 수차례 연마하고 많은 홀 수를 가공한 후에도, 우수한 공벽 품질을 유지할 수 있고, 사용 수명도 일반 절삭공구보다 훨씬 길기 때문에, 생산 효율을 높이고 생산 비용을 절감하는 데 유익하며, 또한, 초경 코팅층 6을 통해, 절삭공구 본체 10의 표면 마찰계수가 감소되고, 드릴 비트와 가공되는 인쇄 회로 기판과의 마찰력이 감소되며, 칩 배출 성능이 분명하게 향상되고, 공구의 절단 위험성이 감소될 수 있다.

이상 설명은 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐으로 본 발명을 국한하지 않는다. 무릇 본 발명의 정신 및 원칙 내에서 이루어진 임의의 변경, 등가의 대체나 개선 등은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (12)

1. 절삭공구 본체를 포함하며, 상기 절삭공구 본체의 전단은 첨단이고, 상기 절삭공구 본체는 외주 상에 적어도 하나의 절삭공구 본체 첨단에서 절삭공구 말단을 향해 나선형으로 확장되는 칩 그루브가 있으며, 상기 절삭공구 본체는 외주 상에 또 적어도 하나의 절삭공구 본체 첨단에서 절삭공구 말단을 향해 나선형으로 확장되는 나선면이 있고, 상기 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 칩 그루브의 길이는 L1이며, 상기 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 나선면의 길이는 L4이고, L4는 L1보다 작으며,
   상기 절삭공구 본체 중 상기 나선면 위치의 외경은 상기 나선면 이외의 위치에 있는 절삭공구 본체의 외경보다 크고, 절삭공구 본체 외주 방향 길이를 따라 상기 나선면의 총 길이는 절삭공구 본체 원주 길이의 0% 이상 80% 미만이며, 상기 나선면 상에는 경질 코팅층이 증착되고, 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L3 위치의 상기 경질 코팅층의 두께는 H1이며, 상기 나선면이 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L2 위치의 상기 경질 코팅층의 두께는 H2이고, L2는 L3보다 크고, H2/H1의 비율은 1 이상 1.5 미만이며,
   상기 경질 코팅층 위치에 있는 상기 절삭공구의 외경은 D1이고, 나선면 이외의 위치에 있는 상기 절삭공구 본체의 외경은 D2이며, D2는 D1보다 작고, D1과 D2의 차이는 0.001mm보다 크고 0.1mm보다 작으며,
   상기 절삭공구 본체에는 초경 코팅층이 더 있으며, 상기 초경 코팅층은 상기 절삭공구 본체 표면 및 상기 경질 코팅층의 표면에 증착되는 것을 특징으로 하는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 초경 코팅층의 두께는 0.01-5미크론이며,
   상기 초경 코팅층의 경도는 40GPa보다 큰 것을 특징으로 하는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,
   상기 초경 코팅층의 표면 마찰계수는 0.1보다 작으며,
   상기 초경 코팅층은 C원소로 이루어진 사면체 비결정질 탄소 필름인 것을 특징으로 하는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 나선면 중 축 방향을 따라 상기 경질 코팅층의 두께가 0.4-20미크론 범위 이내인 것을 특징으로 하는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 경질 코팅층의 표면 마찰계수가 0.10-0.40인 것을 특징으로 하는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구.
6. 제 1항에 있어서,
   D2와 D1의 차이가 0.001-0.08mm 사이인 것을 특징으로 하는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 절삭공구 본체가 WC와 Co를 함유한 경질 합금으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구.
8. 제 1항에 있어서,
   절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L3 위치는 상기 나선면의 전단이고, 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L2 위치는 상기 나선면의 말단인 것을 특징으로 하는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구.
9. 제 8항에 있어서,
   절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L3 위치의 상기 경질 코팅층의 두께가 4미크론인 것을 특징으로 하는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 절삭공구 본체 축 방향을 따라 상기 나선면의 길이가 2mm보다 작은 것을 특징으로 하는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구.
11. 제 6항에 있어서,
    절삭공구 본체 축선 방향을 따라 상기 나선면의 길이는 0.7mm이며, 및/또는,
    절삭공구 본체 외주 방향 길이를 따라 상기 나선면의 총 길이는 절삭공구 본체 원주 길이의 10%이며, 및/또는,
    D1-D2는 0.018mm이며, 및/또는.
    상기 경질 코팅층의 최소 두께는 4미크론이고, H2/H1은 1.1인 것을 특징으로 하는 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구.
12. 제 1항에서 11항 중 임의의 상기 경질 코팅층 및 초경 코팅층을 갖는 절삭공구의 제조에 사용되고, 다음의 단계를 포함하며,
    WC와 Co를 함유한 경질 합금을 제조하는 단계,
    상기 경질 합금을 절삭공구 본체로 가공하는 단계,
    그라인딩 휠로 그루빙하는 방식을 통해 상기 절삭공구 본체에 절삭공구 본체 첨단에서 축 방향을 따라 길이 L1의 칩 그루브를 형성하는 단계,
    상기 절삭공구 본체의 외주에 상기 절삭공구 본체 축 방향을 따라 길이 L4의 나선면을 형성하고, L4는 L1보다 작은 단계,
    상기 나선면에 경질 코팅층이 증착되고, 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L3 위치의 상기 경질 코팅층의 두께와 상기 절삭공구 본체 첨단에서 떨어진 L2 위치의 상기 경질 코팅층의 두께 사이의 비율이 1 이상이고 1.5 미만인 단계,
    상기 절삭공구 본체의 전체 표면에 경도가 상기 경질 코팅층보다 큰 초경 코팅층이 증착되는 단계,
    상기를 특징으로 하는 절삭공구 제조 방법.

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