KR20200123423A - 모듈형 절삭 공구 보디 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
쌍방이 실질적으로 원통형인 형상을 가지는 제 1 부재 (101) 및 제 2 부재 (102) 를 포함하고 공구 보디 중심 축선 (T) 이 상기 제 1 부재 (101) 및 상기 제 2 부재 (102) 각각의 중심 축선 (L1, L2) 과 일치하도록 배치된 절삭 공구 보디 (109) 가 개시된다. 상기 제 1 부재 (101) 는 제 1 크기의 공구 특성을 갖고, 상기 제 2 부재 (102) 는 상기 제 1 크기와 상이한 제 2 크기의 공구 특성을 갖는다. 상기 절삭 공구 보디 (101) 는, 상기 제 1 부재 (101) 와 상기 제 2 부재 (102) 사이에 배열되고 제 1 단부 (106) 에서 상기 제 1 부재 (101) 에 연결되고 제 2 단부 (107) 에서 상기 제 2 부재 (102) 에 연결되는 전이 부재 (103) 를 포함한다. 상기 전이 부재 (103) 의 공구 특성은 상기 제 1 단부 (106) 에서 상기 제 1 크기이고 상기 제 2 단부 (107) 에서 상기 제 2 크기이다. 상기 전이 부재 (103) 는 공구 특성이 상기 제 1 크기로부터 상기 제 2 크기로 변환되는 전이 영역 (108) 을 상기 제 1 단부 (106) 와 상기 제 2 단부 (107) 사이에서 포함하고, 또한 절삭 공구 보디의 제조 방법이 개시된다.
Description
본 발명은 절삭 공구 보디 및 이러한 절삭 공구 보디를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
초경합금으로 만든 절삭 공구, 예를 들어 드릴 또는 엔드 밀은 칩 플루트 및 절삭 에지의 그라인딩을 포함할 수도 있는 공구 블랭크 (예를 들어, 원통형 로드) 의 기계가공에 의해 일반적으로 제조된다. 상이한 직경을 갖는 상이한 부품을 가진 스텝 드릴과 같이 복잡한 형상을 가진 절삭 공구를 제조하기 위해서는, 공구 블랭크의 광범위하고 시간이 많이 걸리는 기계가공이 필요하다. 따라서, 이러한 공구를 제조하는 것은 종종 어렵고 비용이 많이 든다. 일부 복잡한 형상은 기존 기술을 사용하여 제조할 수도 없다. US9498824 B2 는 복잡한 내부 프로파일을 갖는 공구의 제조를 허용하는 방법을 개시하고 있으며, 다양한 크기와 모양을 가진 소결된 부품들이 결합되어 단일 공구를 형성한다. 별도로 제조된 부품들을 결합하는 것은 제조할 수 있는 가능한 공구 형상의 수를 증가시킨다. 그러나, 기존의 공구 부품을 사용하는 경우, 제조할 수 있는 공구 형상의 종류는 여전히 제한된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 완화하고, 유연한 제조 방법을 사용하여 복잡한 형상을 갖는 고성능 솔리드 절삭 공구를 제공하는 것이다.
따라서, 제 1 양태에 따르면, 본 발명은 쌍방이 실질적으로 원통형인 형상을 가지는 제 1 부재 및 제 2 부재를 포함하고 공구 보디 중심 축선이 제 1 부재 및 제 2 부재 각각의 중심 축선과 일치하도록 배치된 절삭 공구 보디에 관한 것이다. 제 1 부재는 제 1 크기의 공구 특성을 갖는 한편, 제 2 부재는 제 1 크기와 상이한 제 2 크기의 공구 특성을 갖는다. 절삭 공구 보디는, 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 배열되고 제 1 단부에서 제 1 부재에 연결되고 제 2 단부에서 제 2 부재에 연결되는 전이 부재를 포함한다. 전이 부재의 공구 특성은 제 1 단부에서 제 1 크기이고 제 2 단부에서 제 2 크기이다. 전이 부재는 공구 특성이 제 1 크기로부터 제 2 크기로 변환되는 전이 영역을 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 포함한다.
공구 특성의 제 1 및 제 2 크기는 각각 제 1 및 제 2 부재의 전체 축방향 길이에 걸쳐 일정할 수 있다.
절삭 공구 보디는, 예를 들어, 적어도 하나의 칩 플루트 및 하나 이상의 절삭 에지가 형성된 절삭 공구일 수 있거나, 또는 절삭 공구 보디에는 하나 이상의 절삭 인서트 또는 교환가능한 절삭 헤드가 부착될 수 있다. 대안적으로, 절삭 공구 보디는 플루트 또는 절삭 에지와 같은 특징부가 아직 형성되지 않은 공구 블랭크일 수 있다.
절삭 공구 보디가 절삭 공구를 지칭하는 경우, 제 1 부재, 제 2 부재 및 전이 부재는 바람직하게는 최종 형상이 아직 기계가공되지 않은 상태, 즉 플루트 및 임의의 절삭 에지가 형성되기 전의 상태에서 결합된다. 다시 말해서, 부재들은 공구 블랭크의 일부로서 연결될 수 있고, 그 후에 블랭크가 가공, 예를 들어 다른 방식으로 연마되고 후가공되어 절삭 공구를 형성할 수 있다. 그러나, 부재들은 서로 연결되기 전에 최종 형상으로 가공되는 것도 생각할 수 있다.
절삭 공구 보디의 개별 부재들은 유사하거나 상이한 제조 방법들을 사용하여 제조될 수 있다. 제 1 및 제 2 부재는 바람직하게는 통상적인 제조 방법을 사용하여 제조된다. 전이 부재는 바람직하게는 복잡한 형상을 제조하기에 더 적합한 다른 제조 방법을 사용하여 제조된다. 그러나, 모든 부재들에 대해 동일한 제조 방법을 사용하는 것도 가능하다.
부재들은 바람직하게는 영구적으로, 즉 분리불가능하게 서로 연결된다. 일부 형상의 경우, 서로 연결될 때, 상이한 부재들이 축방향뿐만 아니라 회전방향으로 올바르게 정렬되는 것이 중요하다. 전이 부재의 단부들 및 이에 연결된 제 1 및 제 2 부재의 각각의 단부들은 일반적으로 평평하다. 따라서, 서로 연결된 단부 표면들은 똑같은 형상을 가질 수 있다. 그러나, 단부들은 평평하지 않을 수 있으며, 형상은 서로 보완적일 수 있다. 예를 들어, 전이 부재의 단부 표면은 부분적으로 볼록하거나, 일종의 돌출부를 가질 수 있고, 전이 부재에 연결된 제 1 또는 제 2 부재의 단부 표면은 부분적으로 오목하거나, 돌출부에 상보적인 리세스를 가질 수 있어서, 표면들은 제한된 수의 회전 위치에서 서로 끼워질 수 있다. 이는 다수의 (따라서 중앙에 배치되지 않은) 냉각제 채널을 갖는 공구 보디들, 또는 회전 방향으로의 정확한 정렬이 필요한 기타 특징부들의 조립을 용이하게 할 수 있다. 그러한 실시형태에서, 서로 연결된 단부 표면들은 정확히 동일한 기하학적 구조를 갖지 않을 것이다 (오히려 상보적인 기하학적 구조). 그럼에도 불구하고, 변형되는 공구 특성은 서로 연결된 양 단부들에서 동일하다.
"실질적으로 원통형인 형상" 이라는 표현은, 예를 들어, 절삭 공구 보디에 형성된 임의의 절삭 에지들이 공구 보디의 회전시에 원통형 외부 엔벨로프를 생성하도록 적어도 부분적으로 본질적으로 원통형인 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 이 표현은 다른 원통형 외부 표면에 형성된 칩 플루트 또는 다른 리세스를 갖는 부재, 및 예를 들어 드릴 팁을 규정하기 위해 일 단부가 테이퍼진 부재를 포함한다.
전이 부재는 부재들의 연결시에 제 1 및 제 2 부재의 중심 축선들과 일치하는 중심 축선을 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 부재와 유사하게, 전이 부재는 실질적으로 원통형일 수 있다. 전이 부재는 또한, 그의 축방향 연장부의 전체 또는 일부를 따라 실질적으로 원추형, 즉 테이퍼질 수 있다.
절삭 공구 보디의 별도로 제조된 부재들을 사용하는 것의 이점은, 매우 다양한 공구를 제조할 수 있다는 것이다. 상이한 "표준" 피스들로 간주될 수 있는 비교적 적은 수의 상이한 제 1 및 제 2 부재와, 더 복잡한 형상을 가진 상이한 전이 부재들의 세트를 사용하여, 많은 수의 상이한 공구들을 제조할 수 있다. 따라서, 비교적 적은 양의 상이한 부품들이 많은 상이한 절삭 공구를 제조하기에 충분하므로 유연성이 향상된다. 절삭 공구 제조를 위한 이러한 "모듈식" 접근 방식은 복잡한 형상을 가진 제조 공구에 특히 적합하다. 전이 부재는 제 1 부재와 제 2 부재의 상이한 기하학적 구조 사이에서 부드러운 전이를 제공할 수 있다. 전이 부재를 사용하면 공구의 제조가능성이 향상되고 절삭 공구의 성능이 향상된다.
공구 특성은 다음 중 하나에 의해 또는 둘 이상의 조합에 의해 규정될 수 있다:
- 공구 보디 직경,
- 플루트 나선 각도,
- 내부 냉각제 채널의 단면적,
- 내부 냉각제 채널의 수,
- 내부 냉각제 채널 나선 각도, 및
- 공구 보디 중심 축선과 냉각제 채널의 중심 사이의 반경방향 거리.
따라서, 공구 특성은, 적어도 부분적으로, 절삭 공구 보디 내에 형성된 하나 이상의 냉각제 채널의 설계와 관련될 수 있다. 공구 특성은 또한 절삭 공구 보디의 외경 또는 공구 보디의 플루트의 나선 각도에 의해 적어도 부분적으로 규정될 수 있다. 공구 특성은 종종 공구 보디 직경과 하나 이상의 냉각제 채널의 설계와 관련된 양태의 조합과 같은 여러 양태의 조합으로서 규정된다. 예를 들어, 공구 특성은, 공구 보디 직경과 추가로 조합되거나 조합되지 않고서, 냉각제 채널(들)의 설계와 관련된 둘 이상의 양태의 조합으로서 규정될 수 있다. 일반적으로, 플루트의 나선 각도는 내부 냉각제 채널의 나선 각도에 대응하며, 따라서 이들 파라미터는 일반적으로 전이 부재에서 동기화된 방식으로 변환된다. 냉각제 채널의 단면적은 냉각제 채널의 연장부에 수직인 (즉, 직선형 냉각제 채널의 경우에는 공구 중심 축선에 수직이지만, 나선형 냉각제 채널의 경우에는 그렇지 않은) 평면에서 취한 단면에서의 냉각제 채널의 면적으로서 해석된다. 냉각제 채널은 원형 단면을 가질 수 있지만, 다른 형상도 가능하다. 전이 부재는 제 1 부재의 냉각제 채널의 제 1 형상을 제 2 부재의 냉각제 채널의 제 2 형상으로 변형시킬 수 있다.
모든 상이한 부재들의 공구 직경은 바람직하게는 3 - 35 mm 의 범위 내에 있다. 부재들에서의 임의의 냉각제 채널의 단면적은 바람직하게는 0.01 - 28 mm2 의 범위 내에 있다 (즉, 원형 단면을 갖는 채널에 대해 대략 0.1 - 6 mm 의 직경에 상당함). 임의의 플루트 및/또는 내부 냉각제 채널의 나선 각도는 바람직하게는 0°- 60°의 범위 내에 있으며, 여기서 0°는 공구 중심 축선에 평행한 방향으로 연장되는 직선형 플루트 및/또는 냉각제 채널에 해당한다.
절삭 공구 보디의 전이 부재는 적층 가공에 의해 만들어질 수 있다. 적층 가공은 복잡한 형상의 전이 부재를 제조할 수 있는 더 큰 가능성을 제공하며, 냉각제 채널 구성과 같은 내부 구조가 변하는 전이 부재를 제조하는데 특히 적합하다. 예를 들어, 선택적 레이저 소결 또는 전자 빔 용융과 같은 다양한 종류의 적층 가공 방법이 사용될 수 있다. 최종 형상으로 가공되기 전에 부재들이 연결되는 경우, 전이 부재는 바람직하게는 제 1 및 제 2 부재와 함께 연속적으로 연마되는 공구 블랭크 부품으로서 제조된다. 그러나, 최종 형상으로 가공한 후에 부재들이 연결된다면, 전이 부재는 필요로 하는 플루트 및 다른 특징부와 함께 직접 제조될 수 있으므로 후가공의 필요성을 최소화할 수 있다. 제 1 및 제 2 부재는 적층 가공으로도 만들 수 있지만, 일반적으로는 기존의 제조 방법으로 제조된다.
전이 부재의 전이 영역의 축방향 길이는 전이 부재의 축방향 길이에 대응할 수 있다. 따라서, 전이 영역은, 전이가 제 1 부재와 전이 부재 사이의 계면에서 즉시 시작되고 전이 부재와 제 2 부재 사이의 계면에서 끝나도록 전체 전이 부재를 커버할 수 있다. 대안적으로, 전이 영역의 축방향 길이는, 전이 영역이 전이 부재의 일부만을 덮도록 전이 부재의 축방향 길이보다 짧다. 이러한 실시형태에서, 전이 부재는 공구 특성이 제 1 크기를 갖는 제 1 단부에서 비제로 축방향 연장부를 갖는 영역 및/또는 공구 특성이 제 2 크기를 갖는 제 2 단부에서 비제로 축방향 연장부를 갖는 영역을 가질 것이다.
제 1 크기로부터 제 2 크기로의 공구 특성의 변환은 공구 특성의 적어도 일부에 대해 연속적이고 균일할 수 있다. 연속적이고 균일한 전이는, 공구 특성이, 형상의 갑작스런 변화없이, 제 1 크기로부터 제 2 크기로 부드럽게 변환됨을 의미한다. 이로 인해, 예를 들어 냉각제 흐름과 관련하여, 악영향이 회피될 수 있다. 변환되는 공구 특성의 모든 양태는 연속적이고 균일하게 변환될 수 있다. 대안적으로, 공구 특성의 양태의 서브세트만이 연속적이고 균일하게 변환될 수 있는 반면, 다른 양태는 불균일하게 변환될 수 있다.
전이 부재는 서로 연결된 둘 이상의 상이한 전이 부재 부분들로 구성될 수 있다. 따라서, 미리 규정된 전이 부재 부분들의 작은 세트를 사용하여 더 다양한 전이 부재들을 얻을 수 있다. 하나 이상의 나선형 냉각제 채널을 갖는 전이 부재의 경우, 채널은 전이 부재의 상이한 부분들 사이의 접합부에서 단일의, 중앙에 배열된 직선형 냉각제 채널 구성으로 일시적으로 변환될 수 있다. 이는, 상이한 전이 부재 부분들을 특정 방식으로 일부 공구 특성을 변환시키는 다양한 종류의 전이 부재로 조합하는 것을 용이하게 한다. 이러한 단일 냉각제 구성의 또 다른 장점은, 나선형 냉각제 채널을 가진 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 약간의 작은 각도 오프셋을 허용하여, 공구 보디의 조립을 용이하게 할 수 있다는 것이다.
전이 부재는 전이 부재의 주변 표면에 적어도 하나의 냉각제 채널 개구를 포함할 수 있다. 따라서, 전이 부재는 냉각제를 공구 보디의 외부로 전달하는 추가 효과를 제공할 수 있다. 다시 말해서, 공구 특성의 제 1 크기로부터 제 2 크기로의 임의의 변환에 추가하여, 냉각제를 공구 보디의 외부로 공급하도록 주 흐름으로부터 분기되는 하나 이상의 추가 냉각제 채널이 전이 부재에 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 부재 또는 제 2 부재를 수정하지 않고서도 이러한 전이 부재에 의해 냉각제의 분배를 얻을 수 있다. 이는, 제 1 및 제 2 부재가 바람직하게는 모듈형 절삭 공구 보디의 표준화된 피스들이기 때문에 유리할 수 있다.
또한, 임의의 공구 특성을 제 1 부재의 제 1 크기로부터 제 2 부재의 제 2 크기로 변환하지 않고서, 공구 보디의 외부에 냉각제를 제공하기 위해서만 공구 보디에 부재가 사용되는 것도 생각할 수 있다.
바람직하게는, 전이 부재와 제 1 및 제 2 부재는 모두 초경합금으로 만들어진다. 대안적으로, 하나 이상의 부재들에 대해 강과 같은 상이한 재료가 사용되는 것이 가능하다. 절삭 공구 보디가 추가 부분을 포함하는 경우, 이러한 부분은 또한 상이한 재료로 만들어 질 수도 있다. 예를 들어, 나사산구비 연결부를 사용하여 강 부분이 (전이 부재에 연결되지 않은 단부에서) 제 1 부재에 연결될 수 있다.
초경합금은 모든 부재들에 대해 동일한 조성을 가질 수 있다. 그러나, 전이 부재는 또한 제 1 및/또는 제 2 부재의 초경합금과 상이한 조성을 갖는 초경합금으로 제조될 수 있다. 따라서, 부재들은 둘 이상의 상이한 조성일 수 있으며 예를 들어 등급 및/또는 입자 크기와 관련하여 상이할 수 있다.
절삭 공구 보디는 제 3 부재 및 제 2 전이 부재를 포함할 수 있으며, 여기서 제 2 전이 부재는 제 2 부재와 제 3 부재 사이에 위치되고, 제 1 단부에서 제 2 부재에 연결되고 제 2 단부에서 제 3 부재에 연결된다. 제 3 부재를 연결하기 위해 제 2 전이 부재를 사용하면, 예를 들어, 단차를 갖는 드릴과 같은 훨씬 더 복잡한 공구 형상의 제조 및 상이한 위치들에서의 냉각제 채널 형상의 변경이 용이해진다. 예를 들어, 이러한 공구에서, 제 1 전이는 공구 보디 외부 형상의 변경과 관련될 수 있고 제 2 전이는 냉각제 채널 피치 및/또는 직경의 변경과 관련될 수 있다. 더욱이, 다중 전이 부재들을 사용하는 것은, 예를 들어 제 1 전이는 플루트 및 냉각제 채널의 나선 각도를 변경하기 위한 것이고 제 2 전이는 냉각제 채널의 수 또는 냉각제 채널의 직경을 변경하기 위한 것인 경우에, 일정한 직경을 가진 공구 보디에도 유리할 수 있다.
전이되는 공구 특성이 전이 부재에 대해 동일할 수도 있다. 이 경우, 제 1 전이 부재에 의해 제 1 부재로부터 제 2 부재로 변환되는 공구 특성의 제 2 크기는 제 2 전이 부재에 의해 제 2 부재로부터 제 3 부재로 변환되는 공구 특성의 제 1 크기와 동일할 것이다.
본 발명은 사용된 부재들의 수에 제한되지 않는다. 예를 들어, 2 개보다 많은 단차가 있는 단차 드릴을 만들려면 추가 전이 부재들이 필요하다. 예를 들어 4 개의 단차를 갖는 단차 드릴을 만들려면, 적어도 5 개의 일반 부재들과 4 개의 전이 부재들이 필요하다.
절삭 공구 보디는 다음 중 하나와 같은 임의의 종류의 회전가능한 절삭 공구일 수 있다:
- 드릴,
- 엔드 밀,
- 리머 (reamer),
- 스레드 탭 (thread tap),
- 스레드 밀, 또는
- 카운터싱크 커터,
또는 그러한 절삭 공구를 제조하기 위한 상응하는 공구 블랭크. 절삭 공구 보디는 복잡한 내부 또는 외부 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어, 복잡한 냉각제 채널 형상을 가진 드릴 또는 엔드 밀, 또는 내부 냉각제 채널이 있거나 없이 상이한 공구 보디 직경을 갖는 공구의 상이한 부분들을 갖는 단차 드릴일 수 있다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계들을 포함하는 절삭 공구 보디의 제조 방법에 관한 것이다:
- 제 1 부재, 제 2 부재 및 전이 부재를 제조하는 단계,
- 전이 부재의 제 1 단부를 제 1 부재에 연결하고 전이 부재의 제 2 단부를 제 2 부재에 연결하여, 절삭 공구 보디를 생성하는 단계.
후속 단계로서, 적어도 하나의 플루트 및/또는 하나 이상의 절삭 에지가 예를 들어 연삭에 의해 절삭 공구 보디에 형성될 수 있다. 모듈들 (즉, 제 1 부재, 제 2 부재 및 전이 부재) 이 서로 연결될 때에 공구 블랭크 부분들의 형태인 이러한 방법은, 특히 편리하고, 복잡한 형상을 갖는 절삭 공구의 효율적인 생산을 용이하게 한다.
그러나, 대안으로, 모듈들은 연결 전에 그들의 각각의 최종 형상으로 기계가공될 수 있다. 즉, 제 1 부재, 제 2 부재 및 전이 부재를 제조하는 단계는, 예를 들어, 부재들 중 적어도 하나에 적어도 하나의 플루트 및/또는 하나 이상의 절삭 에지를 연삭에 의해 형성하는 것을 포함할 수 있다.
부재들은 소결 융합을 사용하여 연결될 수 있다. 소결 융합을 사용하여, 사전-소결된 부재들을 안전하고 쉽게 서로 연결할 수 있다. 소결 융합은 US9498824 B2 에서 추가로 논의되며, 이는 여기에 참조로 포함된다. 소결 융합의 대안으로서, 부재들은 브레이징 또는 용접에 의해 또는 기타 적절한 방법으로 결합될 수 있다.
도 1a-1c 는 각각 제 1 부재, 제 2 부재 및 전이 부재를 도시한다.
도 1d 는 도 1a-1c 의 부재들로 만든 절삭 공구 보디를 도시한다.
도 2a 는 다중 전이 부재들이 있는 공구 블랭크의 형태의 절삭 공구 보디를 도시한다.
도 2b 는 도 2a 의 공구 블랭크로부터 제조된 절삭 공구의 형태의 절삭 공구 보디를 도시한다.
도 2c 는 도 2b 에서의 절삭 공구의 중심 축선을 따른 단면도이다.
도 3a-3b 는 전이 부재들의 예를 도시한다.
도 4a 는 공구 블랭크의 형태의 절삭 공구 보디를 도시한다.
도 4b 는 도 4a 의 공구 블랭크로부터 제조된 절삭 공구의 형태의 절삭 공구 보디를 도시한다.
도 5 는 절삭 공구의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1d 는 도 1a-1c 의 부재들로 만든 절삭 공구 보디를 도시한다.
도 2a 는 다중 전이 부재들이 있는 공구 블랭크의 형태의 절삭 공구 보디를 도시한다.
도 2b 는 도 2a 의 공구 블랭크로부터 제조된 절삭 공구의 형태의 절삭 공구 보디를 도시한다.
도 2c 는 도 2b 에서의 절삭 공구의 중심 축선을 따른 단면도이다.
도 3a-3b 는 전이 부재들의 예를 도시한다.
도 4a 는 공구 블랭크의 형태의 절삭 공구 보디를 도시한다.
도 4b 는 도 4a 의 공구 블랭크로부터 제조된 절삭 공구의 형태의 절삭 공구 보디를 도시한다.
도 5 는 절삭 공구의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1a 는 중심 축선 L1 을 갖는 원통형 제 1 부재 (101) 를 도시한다. 제 1 부재는 2 개의 나선형 내부 냉각제 채널들 (104, 105) 을 가지며, 채널들 각각은 그 중심으로부터 공구 보디 중심 축선까지 반경방향 거리 d1, 나선 각도 α1 및 단면적 A1 을 갖는다. 도 1b 는 중심 축선 L2 를 갖는 원통형 제 2 부재를 도시한다. 제 2 부재 (102) 는 2 개의 나선형 내부 냉각제 채널들 (104', 105') 을 가지며, 채널들 각각은 그 중심으로부터 공구 보디 중심 축선까지 반경방향 거리 d2, 나선 각도 α2 및 단면적 A2 를 갖는다. 도 1c 는, 각각의 채널이 그 중심으로부터 공구 보디 중심 축선까지 반경방향 거리 d1, 나선 각도 α1 및 단면적 A1 을 갖는 2 개의 나선형 내부 냉각제 채널들을 제 1 단부 (106) 에서 갖고, 각각의 채널이 그 중심으로부터 공구 보디 중심 축선까지 반경방향 거리 d2, 나선 각도 α2 및 단면적 A2 를 갖는 2 개의 나선형 내부 냉각제 채널들을 제 2 단부 (107) 에서 갖는 전이 부재를 도시한다. 따라서, 반경방향 거리 d1, 나선 각도 α1 및 단면적 A1 은 전이 부재의 제 1 단부 (106) 로부터 제 2 단부 (107) 로 이동할 때에 각각 반경방향 거리 d2, 나선 각도 α2 및 단면적 A2 로 연속적이고 균일하게 변환된다. 즉, 전이 부재의 냉각제 채널의 형상은 제 1 단부 (106) 에서 제 1 부재 (101) 의 냉각제 채널 (104, 105) 의 형상에 대응하고, 제 2 단부 (107) 에서 제 2 부재 (102) 의 냉각제 채널 (104', 105') 의 형상에 대응한다.
전이 부재 (103) 는 전이 영역 (108) 을 포함한다. 전이 영역 (108) 의 축방향 길이는 전이 부재 (103) 의 축방향 길이에 대응한다. 즉, 전이 영역 (108) 은 전이 부재의 전체 길이에 걸쳐 연장된다.
도 1d 는 서로 연결된, 도 1a-1c 에 도시된 부재들을 포함하는 공구 블랭크 형태의 절삭 공구 보디 (109) 를 도시한다. 전이 부재 (103) 의 제 1 단부 (106) 는 제 1 부재 (101) 에 연결되고, 전이 부재 (103) 의 제 2 단부 (107) 는 제 2 부재 (102) 에 연결되어서, 절삭 공구 보디 (109) 의 공구 보디 중심 축선 T 는 제 1 및 제 2 부재 (101, 102) 의 중심 축선 L1, L2 (결과적으로 전이 부재 (103) 의 중심 축선) 과 일치한다. 설명을 위해, 부재들 간의 인터페이스가 도면에 명확하게 표시된다. 그러나, 실제 공구의 경우에는, 이러한 인터페이스가 보이지 않을 수 있다.
전이 부재에 의해 변환된 공구 특성은, 공구 보디 중심 축선과 각 냉각제 채널의 중심 사이의 거리, 나선 각도 및 냉각제 채널의 단면적의 조합이다. 이 공구 특성은 반경방향 거리 d1, 나선 각도 α1, 단면적 A1 에 의해 정의된 제 1 부재의 제 1 크기 및 반경방향 거리 d2, 나선 각도 α2, 단면적 A2 에 의해 정의된 제 2 부재의 제 2 크기를 갖는다.
도 1a-1c 에 도시된 공구 블랭크 부재들은 바람직하게는 초경합금으로 만들어지고, 연결되기 전에 소결된다. 부재들은 예를 들어 소결 융합 또는 브레이징에 의해 연결될 수 있다.
예를 들어, 트위스트 드릴과 같은 절삭 공구 (미도시) 는 도 1d 의 공구 블랭크로부터 제조될 수 있으며, 여기서 이러한 제조는 예를 들어 플루트의 연삭 및 공구 블랭크에서의 절삭 에지의 형성을 포함할 수 있다. 이러한 절삭 공구 보디는 도 1d 에서 공구 블랭크 (109) 의 각각의 부재들 (101, 102, 103) 에 대응하는 제 1 부재, 제 2 부재 및 전이 부재를 가질 것이다. 그러한 절삭 공구의 플루트는 바람직하게는 내부 냉각제 채널의 나선 각도에 대응하는 나선 각도를 가질 것이다.
절삭 공구에서 반경방향 거리 d1, 나선 각도 α1 및 단면적 A1 의 반경방향 거리 d2, 나선 각도 α2 및 단면적 A2 로의 변환은 균일하고 연속적이다. 따라서, 변형이 매끄럽고 갑작스러운 변화가 없으므로, 변경으로 인한 냉각제 흐름에 대한 악영향이 최소화된다.
도 2a-2c 는 도 2a 에서 공구 블랭크 (201) 의 형태이고 도 2b 및 도 2c 에서 단차 드릴 (202) 의 형태인 절삭 공구 보디의 또 다른 예를 도시한다.
도 2a 에서, 내부 냉각제 채널 (212, 212a, 212b) 은 점선으로 표시된다. 공구 블랭크 (201) 의 상이한 부재들 (203', 204', 205', 206') 과 전이 부재들 (207', 208', 209') 사이의 인터페이스는 실선으로 표시된다. 그러나, 실제 공구의 경우에는 이러한 인터페이스가 반드시 보이는 것은 아니다.
도 2b 는 도 2a 에 도시된 공구 블랭크로 만들어진 절삭 공구 (202) 의 측면도이다. 절삭 공구 (202) 는 다중 단차 드릴이다. 단차 드릴 (202) 은 2 개의 직선형 플루트 (213) (그중 하나가 도면에 도시됨) 및 6 개의 절삭 에지 (214) (전방에 2 개, 각 "단차" 에 2 개) 를 갖는다.
도 2c 에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 단차 드릴 (202) 은 각각의 공구 특성의 변환을 위해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 부재 (203, 204, 205, 206) 및 제 1, 제 2 및 제 3 전이 부재 (207, 208, 209) 를 갖는다. 이 예에서, 변환되는 공구 특성은 도 2a 에서의 공구 블랭크의 대응하는 부재 (203', 204', 205', 206') 및 전이 부재 (207', 208', 209') 에 대해 동일하다. 이 예에서 드릴의 생크인 제 1 부재 (203) 는 공구 보디 직경 D1 및 그 중심으로부터 공구 보디 중심 축선 (T) 까지 반경방형 거리 d1 (냉각제 채널이 중앙에 배치되므로 d1 = 0) 으로 위치한, 단면적 A1 을 갖는 하나의 냉각제 채널 (210) 을 특징으로 한다. 제 2 부재 (204) 는 공구 보디 직경 D2 및 각각 단면적 A2 를 갖고 그 중심으로부터 공구 보디 중심 축선 (T) 까지 반경방향 거리 d2 로 위치하는 2 개의 냉각제 채널 (210a, 210b) 을 특징으로 한다. 제 3 부재 (205) 는 공구 보디 직경 D3 및 각각 단면적 A3 를 가지며 그 중심으로부터 공구 보디 중심 축선 (T) 까지 반경방향 거리 d3 로 위치된 2 개의 냉각제 채널을 특징으로 한다. 제 4 부재 (206) 는 공구 보디 직경 D4 및 각각 단면적 A4 를 가지며 그 중심으로부터 공구 보디 중심 축선 (T) 까지 반경방향 거리 d4 로 위치된 2 개의 냉각제 채널을 특징으로 한다.
제 1 전이 부재 (207) 는 채널의 수, 채널의 단면적 및 냉각제 채널 중심과 공구 보디 중심 축선 사이의 반경방향 거리의 조합에 의해 규정된 공구 특성의 변환, 즉 반경방향 거리 d1, 단면적 A1 및 냉각제 채널의 제 1 의 수 (1개) 에 의해 규정된 제 1 크기로부터 반경방향 거리 d2, 단면적 A2 및 냉각제 채널의 제 2 의 수 (2개) 에 의해 규정된 제 2 크기로의 변환을 제공한다. 그러나, 공구 보디 직경은 즉시 변경되며, 제 1 전이 부재 (207) 에 의해 변환되는 공구 특성의 일부가 아니다. 전이 영역의 축방향 길이는 전이 부재 (207) 의 축방향 길이에 대응한다. 즉, 전이 영역은 전이 부재의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 반경방향 거리 d1 및 단면적 A1 의 반경방향 거리 d2 및 단면적 A2 로의 변환은 균일하고 연속적이다.
제 2 전이 부재 (208) 는 공구 보디 직경, 냉각제 채널의 단면적, 및 냉각제 채널 중심과 공구 보디 중심 축선 사이의 반경방향 거리의 조합에 의해 규정된 공구 특성의 변환, 즉 직경 D2, 반경방향 거리 d2, 및 단면적 A2 에 의해 규정된 제 1 크기로부터 직경 D3, 반경방향 거리 d3, 및 단면적 A3 에 의해 규정된 제 2 크기로의 변환을 제공한다. 반경방향 거리 d2 및 단면적 A2 는 전이 영역의 제 1 섹션 내에서 각각 반경방향 거리 d3 및 단면적 A3 로 변환되는 한편, 직경 D2 는 전이 영역의 제 1 섹션과 부분적으로 겹치는 제 2 섹션 내에서 직경 D3 로 변환된다. 따라서, 제 2 전이 부재 (208) 에서, 공구 특성의 모든 양태들은 전이 영역의 전체 길이에 걸쳐 연속적으로 변환되지 않는다.
제 3 전이 부재 (209) 는 공구 보디 직경, 냉각제 채널의 단면적, 및 냉각제 채널 중심과 공구 보디 중심 축선 사이의 반경방향 거리의 조합에 의해 규정된 공구 특성의 변환, 즉 직경 D3, 반경방향 거리 d3, 및 단면적 A3 에 의해 규정된 제 1 크기로부터 직경 D4, 반경방향 거리 d4, 및 단면적 A4 에 의해 규정된 제 2 크기로의 변환을 제공한다. 제 3 전이 부재는 2 개의 개별 전이 부재 부분 (211, 212) 으로 구성된다. 제 1 전이 부재 부분 (211) 은 반경방향 거리 d3 및 단면적 A3 를 각각 반경방향 거리 d4 및 단면적 A4 로 변환한다. 제 2 전이 부재 부분 (212) 은 직경 D3 를 직경 D4 로 변환한다. 전이 부재 부분들은 바람직하게는 다른 모든 부재들이 또한 연결될 때에 프로세스 동안 서로 연결된다. 따라서, 전이 부재는 절삭 공구 보디의 다른 모든 부재들을 연결하기 전에 조립될 필요가 없다.
도 3a 는 중앙에 배열된 단일 냉각제 채널을 4 개의 개별 냉각제 채널, 즉 제 1 단면 직경과 중심 축선으로부터의 거리를 갖는 2 개의 냉각제 채널, 및 상이한 제 2 단면 직경과 중심 축선으로부터의 거리를 갖는 2 개의 냉각제 채널로 변환하기 위한 전이 부재 (301) 의 예를 도시한다. 전이 영역 (302) 의 축방향 길이는 전이 부재 (301) 의 축방향 길이보다 작다. 따라서, 전이 부재 (301) 의 각 단부에는 냉각제 채널(들)의 형상이 변하지 않는 영역 (303) 이 있다.
도 3b 는 2 개의 냉각제 채널을 단일의 중앙 냉각제 채널로 변환하고 또한 절삭 공구 보디 직경을 변환(감소)시키기 위한 전이 부재 (304) 의 예를 도시한다.
도 3a 및 3b 에 도시된 바와 같은 전이 부재들을 단일 전이 부재를 형성하도록 결합될 수 있다. 이러한 구성에서, 전이 부재들 (301 및 304) 은 전이 부재의 일부로 간주될 것이다. 부분들 (301과 304) 사이의 접합부에서 단일 냉각제 채널로의 "일시적" 변환의 이점은, 이러한 구성이 상이한 부분들을 상이한 출력 및 입력 형상과 결합하는 것을 더 쉽게 만든다는 것이다. 따라서, 부분들이 더 많이 결합될 수 있기 때문에, 비교적 작은 세트의 상이한 전이 부재 부분들을 사용하여 많은 상이한 변환을 얻을 수 있다.
도 4a 는 전이 부재 (402') 를 갖는 공구 블랭크 형태의 절삭 공구 보디 (401) 의 다른 실시형태를 도시한다. 이 전이 부재는 단일의 직선형 냉각제 채널을 2 개의 나선형 냉각제 채널로 변환하고 또한 공구 보디 직경도 변환한다. 또한, 전이 부재는 절삭 공구 보디의 외부에 냉각제를 제공하기 위해 내부 냉각제 채널로부터 분기되는 2 개의 추가 냉각제 채널 (403) 을 포함한다.
도 4b 는 도 4a 의 공구 블랭크로부터 만들어진 절삭 공구 (404) (단차 드릴) 를 도시한다. 추가 냉각제 채널 (403) 은 (도 4a 에서 공구 블랭크의 전이 부재 (402') 에 상당하는) 전이 부재 (402) 의 외부에서 개방된다. 냉각제 채널들 (403) (이 중 하나는 도 4b 에서 볼 수 있음) 은 직경 전이 영역에서, 즉 드릴 단차의 절삭 에지 근처에서 개방된다. 따라서, 냉각제는 냉각제가 필요한 영역으로 효율적으로 공급된다. 유사한 구성은 다른 종류의 공구, 예를 들어 엔드 밀의 경우에도 유리할 수 있으며, 여기서는 공구 보디의 직경을 변경하거나 변경하지 않고서 주변 절삭 에지에 냉각제를 전달하는 것이 유리하다.
도 5 는 본 발명에 따른 절삭 공구 보디의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
단계 501 에서, 제 1 부재, 제 2 부재 및 전이 부재를 포함하는 절삭 공구 보디의 부재가 제조된다. 바람직하게는, 제 1 부재 및 제 2 부재는 예를 들어 초경합금 로드를 특정 직경으로 기계가공(선삭)하고 냉각제 구멍을 뚫고, 이어서 소결하는 것과 같은 통상적인 제조 방법을 사용하여 제조된다. 전이 부재는 바람직하게는 복잡한 형상을 생성하는데 더 적합한 적층 가공과 같은 대안적인 제조 방법을 사용하여 제조된다.
단계 502 에서, 전이 부재의 제 1 단부는 제 1 부재에 연결되고 전이 부재의 제 2 단부는 제 2 부재에 연결된다. 전이 부재가 둘 이상의 부분들을 포함하는 경우, 이들도 연결된다. 모든 부재들 및 부재들의 일부의 연결은 소결 융합 또는 브레이징, 또는 부분들의 결합을 위한 다른 적절한 방법을 사용하여 이루어질 수 있다.
선택적인 단계 503 에서, 공구 보디는 절삭 공구의 최종 형상을 형성하기 위해 기계가공된다. 이러한 기계가공은 예를 들어 연삭에 의해 칩 플루트 및 절삭 에지를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
Claims (15)
- 쌍방이 실질적으로 원통형인 형상을 가지는 제 1 부재 (101) 및 제 2 부재 (102) 를 포함하고 공구 보디 중심 축선 (T) 이 상기 제 1 부재 (101) 및 상기 제 2 부재 (102) 각각의 중심 축선 (L1, L2) 과 일치하도록 배치된 절삭 공구 보디 (109) 로서,
- 상기 제 1 부재 (101) 는 제 1 크기의 공구 특성을 갖고,
- 상기 제 2 부재 (102) 는 상기 제 1 크기와 상이한 제 2 크기의 공구 특성을 갖고,
상기 절삭 공구 보디 (109) 는, 상기 제 1 부재 (101) 와 상기 제 2 부재 (102) 사이에 배열되고 제 1 단부 (106) 에서 상기 제 1 부재 (101) 에 연결되고 제 2 단부 (107) 에서 상기 제 2 부재 (102) 에 연결되는 전이 부재 (103) 를 포함하고, 상기 전이 부재 (103) 의 공구 특성은 상기 제 1 단부 (106) 에서 상기 제 1 크기이고 상기 제 2 단부 (107) 에서 상기 제 2 크기이고, 상기 전이 부재 (103) 는 공구 특성이 상기 제 1 크기로부터 상기 제 2 크기로 변환되는 전이 영역 (108) 을 상기 제 1 단부 (106) 와 상기 제 2 단부 (107) 사이에서 포함하는, 절삭 공구 보디. - 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 플루트 및/또는 하나 이상의 절삭 에지들을 더 포함하는, 절삭 공구 보디. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공구 특성은
- 공구 보디 직경,
- 플루트 나선 각도,
- 내부 냉각제 채널의 단면적,
- 내부 냉각제 채널의 수,
- 내부 냉각제 채널 나선 각도, 및
- 상기 공구 보디 중심 축선과 냉각제 채널의 중심 사이의 반경방향 거리
중 하나에 의해 또는 둘 이상의 조합에 의해 규정되는, 절삭 공구 보디. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
공구 보디 직경은 3 내지 35 mm 의 범위 내에 있는, 절삭 공구 보디. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
임의의 내부 냉각제 채널의 단면적은 0.01 내지 28 mm2 의 범위 내에 있는, 절삭 공구 보디. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
임의의 플루트 및/또는 임의의 내부 냉각제 채널의 나선 각도는 0°내지 60°의 범위 내에 있는, 절삭 공구 보디. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전이 부재는 적층 가공 (additive manufacturing) 에 의해 제조되는, 절삭 공구 보디. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 크기로부터 상기 제 2 크기로의 공구 특성의 변환은 공구 특성의 적어도 일부에 대해 연속적이고 균일한, 절삭 공구 보디. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 부재, 상기 제 2 부재 및 상기 전이 부재는 초경합금으로 제조되는, 절삭 공구 보디. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
공구는
- 드릴,
- 엔드 밀,
- 리머 (reamer),
- 스레드 탭 (thread tap),
- 스레드 밀,
- 카운터싱크 커터
중 하나인, 절삭 공구 보디. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 절삭 공구 보디의 제조 방법으로서,
- 제 1 부재, 제 2 부재 및 전이 부재를 제조하는 단계,
- 상기 전이 부재의 제 1 단부를 상기 제 1 부재에 연결하고 상기 전이 부재의 제 2 단부를 상기 제 2 부재에 연결하여, 절삭 공구 보디를 생성하는 단계
를 포함하는, 절삭 공구 보디의 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 절삭 공구 보디에 적어도 하나의 플루트 및/또는 하나 이상의 절삭 에지를 형성하는 단계를 더 포함하는, 절삭 공구 보디의 제조 방법. - 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
부재들을 제조하는 단계가 초경 합금 부재를 제조하는 단계를 포함하는, 절삭 공구 보디의 제조 방법. - 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전이 부재를 제조하는 단계가 적층 가공 방법을 포함하는, 절삭 공구 보디의 제조 방법. - 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
부재들을 연결하는 단계가 소결 융합을 포함하는, 절삭 공구 보디의 제조 방법.
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