KR20200133906A - 절삭인서트 및 절삭공구 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 절삭인서트는 홈 가공용 절삭인서트로서, 전방 절인과, 상기 전방 절인의 후방에서 상기 절삭인서트의 길이 방향으로 연장되는 칩브레이커 홈과, 상기 칩브레이커 홈의 양 측에 형성되는 랜드부와, 상기 랜드부에 이어지고 상기 랜드부로부터 상기 절삭인서트의 후방으로 연장되는 경사면을 포함하며, 상기 칩브레이커 홈의 좌벽과 우벽 사이의 횡방향 간격은 상기 칩브레이커 홈의 입구에서 상기 랜드부와 상기 경사면의 경계로 갈수록 점진적으로 넓어지고, 상기 경계를 지나면서 점진적으로 다시 좁아지며, 상기 절삭인서트는 그 길이방향 중심선에 대하여 대칭인 것을 특징으로 한다.

Description

절삭인서트 및 이를 장착한 절삭공구{Cutting insert and Tool mounted withthere}

본 발명은 홈 가공용 절삭인서트 및 이를 장착한 절삭공구에 관한 것이다.

일반적으로, 절삭 인서트는, 공작 기계에 장착된 절삭 공구에 체결되어 철, 비철금속, 비금속 재료 등으로 구성된 기계 부품 등의 피삭재를 절삭 가공하는데 사용된다.

이러한 절삭 인서트는, 상면과, 이와 반대 방향을 향하는 하면과, 그리고 상면과 하면을 연결하는 측면과, 그리고 피삭재를 깎는 절인을 포함한다.

한편, 홈 가공 시에는 일반적인 선삭 가공에 대비하여, 가공 중 발생한 칩이 외부로 배출될 수 있는 공간이 매우 협소하다. 따라서, 칩브레이커에 의한 칩 폭의 감소 및 칩컬 반경이 적절하게 조절되지 못할 경우, 칩 막힘에 의한 절삭인서트의 파손으로 이어질 수 있으며, 또한 비정상적인 칩 발생으로 인한 가공면 스크레치 발생 등으로 이어질 수 있다.

도 13에는 미국특허공보 제10,118,228 B2호에 개시된 홈 가공용 절삭 인서트(1)가 도시되어 있다. 참고로, 도 13은 상기 미국특허공보의 도 1에 대응하는 것으로서, 설명의 편의를 위해, 상기 미국특허공보에 사용된 도면부호가 수정 없이 그대로 사용되었으며, 이들 도면부호는 후술되는 본 발명의 설명에 사용된 도면부호와 중복되더라도 동일 구성요소를 지칭하는 것은 아니다.

상기 절삭 인서트(1)는 리딩 절삭날(leading cutting edge)(2)에서 생성된 칩이 후방의 4개의 숄더 포션(shoulder portion)(10b,10d)에 부딪혀 칩 형상이 변형되고 칩 폭이 줄어들게 된다.

그러나 이 절삭 인서트(1)는 절삭 가공 시 주분력이 거의 작용하지 않는 인서트 후방에 위치하는 4개의 숄더 포션(10b,10d)에 부딪혀 칩이 변형되는 관계로 칩의 폭을 효과적으로 줄일 수 없는 문제점이 있다.

미국특허공보 제10,118,228 B2호 (등록일: 2018. 11. 6.)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 절삭가공 시 발생하는 칩의 폭을 효과적으로 감소시키고 안정적인 칩 컬링을 유도하여 가공면을 훼손시키지 않고 칩을 가공된 홈 내부에서 외부로 원활하게 배출할 수 있는 절삭인서트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 절삭인서트는 홈 가공용 절삭인서트로서, 전방 절인과, 상기 전방 절인의 후방에서 상기 절삭인서트의 길이 방향으로 연장되는 칩브레이커 홈과, 상기 칩브레이커 홈의 양 측에 형성되는 랜드부와, 상기 랜드부에 이어지고 상기 랜드부로부터 상기 절삭인서트의 후방으로 연장되는 경사면을 포함하며, 상기 칩브레이커 홈의 좌벽과 우벽 사이의 횡방향 간격은 상기 칩브레이커 홈의 입구에서 상기 랜드부와 상기 경사면의 경계로 갈수록 점진적으로 넓어지고, 상기 경계를 지나면서 점진적으로 다시 좁아지며, 상기 절삭인서트는 그 길이방향 중심선에 대하여 대칭인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 좌벽은 상기 경계를 중심으로 서로 이어지는 2단의 면으로 형성되고, 상기 2단의 면 중 상기 경계의 전방에 위치하는 제1 면의 기울기는 상기 경계의 후방에 위치하는 제2 면의 기울기보다 작게 형성될 수 있다.

또한, 상기 경사면의 후방에는 상기 경사면보다 높게 돌기부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 칩브레이커 홈과 상기 돌기부에 걸쳐 돌기부 홈이 형성되고, 상기 돌기부 홈은 상기 길이방향 중심선을 중심으로 대칭되며, 상기 돌기부를 관통하지 않고 상기 칩브레이커 홈까지 이어지며, 그 깊이는 상기 칩브레이커 홈보다 깊게 형성될 수 있다.

또한, 상기 절삭인서트는 절삭공구에 체결 시, 상기 랜드부 및 상기 경사면은 상기 공구홀더의 하단 모서리와 평행한 가상의 수평선과 양의 각도를 형성할 수 있다.

또한, 상기 랜드부가 형성하는 각도가 상기 경사면이 형성하는 각도보다 크게 형성될 수 있다.

또한, 상기 절삭인서트는 상면, 하면, 후면에 홈 또는 돌출부가 형성되어 이에 대응하여 상기 절삭공구에 형성된 돌출부 또는 홈에 맞닿아 체결될 수 있다.

상술한 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 절삭인서트는 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명의 절삭인서트는 칩브레이커 홈의 좌벽과 우벽 사이의 횡방향 간격 즉, 폭이 경계의 전방에서 경계의 후방보다 좁기 때문에, 피삭재의 절삭 가공 시에, 전방 절인에서 생성된 피삭재 칩이 절삭인서트의 후방으로 배출될 때, 경계의 전방에 위치하는 좌,우벽 사이에서 먼저 압축된 후, 경계의 후방에 위치하는 좌,우벽 사이에서 한번 더 압축되어 종래의 절삭인서트에 비하여 칩이 작아지는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 칩의 폭이 작아짐으로 인해 절삭 가공면의 스크래치 발생을 감소시킬 수 있으며, 칩브레이크 홈에서도 칩이 원활하게 배출될 수 있다.

또한, 랜드부 및 경사면은 2단으로 양의 각도를 형성함으로써, 랜드부를 지나간 칩도 한번 더 컬링(curling)이 이루어지도록 하여 컬 반경을 줄이고 칩을 위쪽으로 들어올리는 역할을 한다. 이때문에 좁은 홈에서도 피삭재의 외부로 칩이 효과적으로 배출되도록 하며, 또한 칩브레이커 홈 내에서 칩이 불필요한 마찰을 일으키는 것을 방지하는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 절삭인서트는 상면, 하면, 후면에 홈 또는 돌출부가 형성되어 이에 대응하여 공구홀더(절삭공구)에 형성된 볼록한 돌출부 또는 홈에 맞닿아 체결되어 가공 중 진동 발생 및 움직임을 최소화한다.

한편, 본 발명은 명시적으로 기재되지는 않았지만 상술한 구성으로부터 기대할 수 있는 다른 효과도 물론 포함한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 절삭인서트의 사시도이다.
도 2는 도 1의 절삭인서트의 평면도이다.
도 3은 도 1의 D-D, E-E 방향으로의 단면도이다.
도 4는 도 1의 절삭인서트의 측면도이다.
도 5의 (a)는 도 4의 A 부분의 부분 확대도이고, 도 5의 (b)는 랜드부를 지난 칩이 한번 더 컬링이 이루어지는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6의 (a)는 도 1의 절삭인서트의 정면도이고, 도 6의 (b)는 G-G 방향으로의 단면도이다.
도 7은 도 1의 절삭인서트가 절삭공구에 장착된 모습을 나타낸다.
도 8은 도 1의 절삭인서트가 피삭재 절삭 시 작용하는 주분력의 개념도이다.
도 9의 (a)는 종래의 절삭인서트에 의한 칩 폭, 그리고 도 9의 (b)는 본 발명의 절삭인서트에 의한 칩 폭을 각각 나타내는 사진이다.
도 10은 종래의 절삭인서트 및 본 발명의 절삭인터트의 칩 처리 결과를 보여주는 사진으로서, 도 10의 (a)는 종래의 절삭인서트, 도 10의 (b)는 본 발명의 절삭인서트에 각각 해당한다.
도 11은, 도 1의 절삭인서트의 상면, 하면, 후면에 V형 홈이 형성된 모습을 나타낸다.
도 12는 도 11의 절삭인서트의 V형 홈에 대응하여 공구홀더에 V형 돌기가 형성된 모습을 나타낸다.
도 13은 종래의 절삭인서트의 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 홈 가공용 절삭인서트(100)는, 전방 절인(1)과, 전방 절인(1)의 후방에서 절삭인서트의 길이방향(L)으로 연장되는 칩브레이커 홈(chip breaker groove)(2)과, 칩브레이커 홈(2)의 양 측에 형성되는 랜드부(land portion)(3)와, 랜드부(3)에 이어지고 랜드부(3)로부터 절삭인서트(100)의 후방으로 연장되는 경사면(4)을 포함한다. 랜드부(3) 및 경사면(4)은 칩브레이커 홈(2)의 양 측에 위치한다.

그리고 본 발명의 절삭인서트(100)는 그 길이방향 중심선(C1)에 대하여 거울 대칭일 수 있다.

참고로, 본 명세서에서는 도 2를 참고하면, 절삭인서트(100)를 그 길이방향(L)으로 볼 때, 좌측 방향을 절삭인서트(100)의 전방으로, 우측 방향을 절삭인서트(100)의 후방으로 지칭한다. 따라서, 어떤 구성요소의 후방이라 함은, 도 2 기준으로, 그 구성요소의 우측 방향을 지칭하는 것이다.

특히, 본 발명의 절삭인서트(100)에서 칩브레이커 홈(2)의 좌벽(21)과 우벽(22) 사이의 횡방향(W) 간격은 칩브레이커 홈(2)의 입구(23)에서 랜드부(3)와 경사면(4)의 경계(B)로 갈수록 점진적으로 넓어지고, 경계(B)를 지나면서 점진적으로 다시 좁아진다.

또한, 좌벽(21)은 랜드부(3)와 경사면(4) 간의 경계(B)를 중심으로 서로 이어지는 2단의 면(211,212)으로 형성되고, 2단의 면 중 경계(B)의 전방에 위치하는 제1 면(211)의 기울기는 경계(B)의 후방에 위치하는 제2 면(212)의 기울기보다 작게 형성될 수 있다(도 3 참조). 우벽(22)도 동일한 구성으로 이루어져 있다. 이를 통하여, 절삭인서트(100)의 저면(바닥면)으로부터 동일 높이에서 좌,우벽(21,22) 간의 폭이 경계(B)의 전방에서 상대적으로 좁은 것을 알 수 있다.

참고로, 도 3에는 도 1의 D-D 방향으로 바라본 단면도와, E-E 방향으로 바라본 단면도가 각각 도시되어 있다. 이들 D-D 단면과 E-E 단면의 위치는 절삭인서트(100)의 저면에서 동일한 높이에 위치하는 경우를 예시적으로 선택하였다.

이와 같이, 본 발명의 절삭인서트(100)는 칩브레이커 홈(2)의 좌벽(21)과 우벽(22) 사이의 횡방향 간격 즉, 폭이 경계(B)의 전방에서 경계(B)의 후방보다 좁은 것이 특징이다. 이를 통하여, 피삭재의 절삭 가공 시에, 전방 절인(1)에서 생성된 피삭재 칩(chip)이 절삭인서트(100)의 후방으로 배출될 때, 경계(B)의 전방에 위치하는 좌,우벽(21,22) 즉, 제1 면(211) 사이에서 먼저 압축된 후, 경계(B)의 후방에 위치하는 좌,우벽(21,22) 즉 제2 면(212) 사이에서 한번 더 압축됨으로써 종래의 절삭인서트에 비하여 칩이 더 작아지는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 칩의 폭이 작아짐으로 인해 절삭 가공면의 스크래치 발생을 감소시킬 수 있으며, 칩브레이크 홈(2)에서도 칩이 원활하게 배출될 수 있다.

또한, 본 발명의 절삭인서트(100)는 종래의 절삭인서트에 비하여, 전방 절인(1)에서 피삭재가 전단될 때 발생하는 큰 주분력(참고로, 절삭 가공 시, 절삭 저항의 3가지 분력으로서, 주분력, 이송분력, 및 배분력이 작용한다), 칩브레이크 홈(2)의 좌,우벽(21,22)의 반력의 상호 작용에 의해 칩이 생성되는 초기에 효과적으로 칩의 폭을 줄일 수 있게 된다. 즉, 도 8을 참고하면, 칩이 생성되고 그 형상이 결정되는 것은 피삭재(500)의 전단을 발생시키는 절삭인서트(100)의 전방 절인(1)이다. 본 발명의 절삭인서트(100)에서는 전단 시에 수직방향의 주분력(F)이 작용하면서, 칩브레이커 홈(2)의 좌벽(21)과 우벽(22) 사이의 폭이 경계(B)의 전방에서 경계(B)의 후방보다 좁은 형상에 의하여 칩이 먼저 압축되면서 형상이 변형된다.

이와 달리, 종래기술의 절삭인서트에서는, 수직방향의 주분력이 거의 작용하지 않는 절삭인서트 후방의 4개 포인트(도 9의 10b,10d)에 칩이 부딪혀 칩 형상이 변형되고 칩 폭이 줄어든다. 그런데 이 경우 절삭인서트 후방의 4개 포인트에서는 수직방향의 주분력이 거의 작용하지 않음으로 인해 칩에 수직 하방으로 작용하는 힘이 약해 칩 형상에 변형을 일으키는데 한계가 있다.

도 9에는 동일 가공 조건 하에서 본 발명의 절삭인서트(100)에 의한 칩과 종래기술의 절삭인서트에 의한 칩의 실물 사진이다. 본 발명의 절삭인서트(100)의 칩 폭은 약 2.82mm이고, 종래기술의 절삭인서트의 칩 폭은 약 2.93mm로서, 본 발명의 절삭인서트(100)에서 칩 폭이 개선된 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 절삭인서트(100)를 측면에서 바라볼 때, 절삭인서트(100)를 공구홀더에 체결 시, 절삭인서트(100)의 랜드부(3) 및 경사면(4)은 공구홀더를 피삭재에 세팅 시 공구홀더의 하단 모서리(a)와 평행한 가상의 수평선(C2)과 양의 각도를 형성한다. 이때, 랜드부(3)가 형성하는 각도가 경사면(4)이 형성하는 각도보다 크다. 즉, 랜드부(3) 및 경사면(4)은 2단으로 양의 각도를 형성한다.

이를 통하여, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 랜드부(3)를 지나간 칩도 한번 더 컬링(curling)이 이루어지도록 하여 컬 반경을 줄이고 칩을 위쪽으로 들어올리는 역할을 한다. 이때문에 좁은 홈에서도 피삭재의 외부로 칩이 효과적으로 배출되도록 하며, 또한 칩브레이커 홈 내에서 칩이 불필요한 마찰을 일으키는 것을 방지하는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 경사면(4)의 후방에는 경사면(4)보다 높게 돌기부(6)가 형성되어 있다. 이 돌기부(6)는 2단으로 양의 각도를 형성하는 랜드부(3) 및 경사면(4)의 후방에 위치하며, 예컨대 대형 피삭재 가공 시에 칩브레이커로 작용해 시계 스프링 형상으로 형성된 칩을 절단하는 기능을 한다.

또한, 도 1, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 칩브레이커 홈(2)과 돌기부(6)에 걸쳐 돌기부 홈(5)이 형성되고, 돌기부 홈(5)은 절삭인서트의 길이방향 중심선(C1)을 중심으로 대칭되며, 돌기부(6)를 관통하지 않고 칩브레이커 홈(2)까지 이어지며, 그 깊이는 칩브레이커 홈(2)보다 깊게 형성된다.

도 6을 참고하면, 돌기부 홈(5)의 폭은 칩브레이크 홈(2)의 폭보다 작게 형성된다. 그리고 돌기부 홈(5)은 도 6의 G-G 단면도(도 6의 (b))에 도시된 바와 같이, 상술한 칩브레이크 홈(2)에 의해 형성된 칩이 횡방향(W)으로 움직이는 것을 최소화하여 칩 배출 시에 칩이 횡방향으로 흔들리는 것을 방지하는 가이드 역할과 함께, 부가적으로 내부 쿨런트 분사(도 5의 (b)의 P 참조) 통로로도 사용 가능하다. 덧붙여, 돌기부 홈(5)은 전방 절인(1)에서 변형된 라운드 형상의 칩의 하부와 접촉하여 가공면의 스크레치를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 절삭인서트(100)은 상면, 하면, 후면에 홈, 예를 들면 V형 홈(7; 71,72,73)이 각각 형성되어, 공구홀더(절삭공구)에 체결 시, 도 12에 도시된 공구홀더의 볼록한 돌출부, 예를 들면 V형 돌출부(40; 41,42,43)에 각각 맞닿아 설치되어 가공 안정성을 극대화할 수 있다. 또는, 반대로, 절삭인서트(100)에 돌출부를 형성하고, 공구홀더에 홈을 형성할 수도 있을 것이다. 한편, 제작 편의성을 위해서는 절삭인서트의 상,하면에만 홈을 형성할 수도 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 홈 가공용 절삭인서트(100)는 칩브레이커 홈(2) 양측면의 2단 구성, 랜드부(3) 및 경사면(4)을 2단의 양의 각도로 구성, 후방 돌기부(6), 그리고 돌기부 홈(5)을 통해 소형 피삭재 뿐만 아니라 통상적으로 칩 처리가 쉽지 않은 대형 피삭재의 홈 가공에서도 안정적인 칩 처리 성능을 제공할 수 있다. 또한 종래의 홈 가공용 절삭인서트에 대비하여 다양한 피삭재 및 가공 조건에서도 칩의 폭을 효과적으로 줄일 수 있어 칩 배출 효과도 우수하다.

도 10에는 종래의 절삭인서트 및 본 발명의 절삭인서트의 칩 처리 결과를 보여주는 사진이다. 도 10의 (a)는 종래의 절삭인서트, 도 10의 (b)는 본 발명의 절삭인서트에 해당한다.

테스트 조건은, 절삭속도(Vc) 90-180m/min, 이송속도(fn) 0.07-0.18mm/rev 로 하였고, 피삭재는 재질 SCM440, 직경 100mm 이다. 칩맵 결과로 확인할 수 있는 바와 같이, 종래의 절삭인서트에 비하여 본 발명의 절삭인서트로 가공하였을 때, 칩의 컬링이 휠씬 잘 이루어졌고, 이로 인해 칩폭이 감소하였음을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 절삭인서트(100)가 절삭공구(400)에 장착되어 있는 상태를 나타낸다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100...절삭인서트
1...전방 절인
2...칩브레이커 홈
21...칩브레이커 홈의 좌벽, 22...칩브레이커 홈의 우벽
23...칩브레이커 입구
211...제1 면, 212...제2 면
3...랜드부, 4...경사면
5...돌기부 홈, 6...돌기부
400...절삭공구

Claims (8)

1. 홈 가공용 절삭인서트로서,
   전방 절인과,
   상기 전방 절인의 후방에서 상기 절삭인서트의 길이 방향으로 연장되는 칩브레이커 홈과,
   상기 칩브레이커 홈의 양 측에 형성되는 랜드부와,
   상기 랜드부에 이어지고 상기 랜드부로부터 상기 절삭인서트의 후방으로 연장되는 경사면
   을 포함하며,
   상기 칩브레이커 홈의 좌벽과 우벽 사이의 횡방향 간격은 상기 칩브레이커 홈의 입구에서 상기 랜드부와 상기 경사면의 경계로 갈수록 점진적으로 넓어지고, 상기 경계를 지나면서 점진적으로 다시 좁아지며,
   상기 절삭인서트는 그 길이방향 중심선에 대하여 대칭인
   절삭인서트.
2. 제1항에서,
   상기 좌벽은 상기 경계를 중심으로 서로 이어지는 2단의 면으로 형성되고, 상기 2단의 면 중 상기 경계의 전방에 위치하는 제1 면의 기울기는 상기 경계의 후방에 위치하는 제2 면의 기울기보다 작은
   절삭인서트.
3. 제1항에서,
   상기 경사면의 후방에는 상기 경사면보다 높게 돌기부가 형성되는 절삭인서트.
4. 제3항에서,
   상기 칩브레이커 홈과 상기 돌기부에 걸쳐 돌기부 홈이 형성되고, 상기 돌기부 홈은 상기 길이방향 중심선을 중심으로 대칭되며, 상기 돌기부를 관통하지 않고 상기 칩브레이커 홈까지 이어지며, 그 깊이는 상기 칩브레이커 홈보다 깊게 형성된 절삭인서트.
5. 제1항에서,
   상기 절삭인서트는 절삭공구에 체결 시, 상기 랜드부 및 상기 경사면은 상기 공구홀더의 하단 모서리와 평행한 가상의 수평선과 양의 각도를 형성하는 절삭인서트.
6. 제5항에서,
   상기 랜드부가 형성하는 각도가 상기 경사면이 형성하는 각도보다 큰 절삭인서트.
7. 제1항에서,
   상기 절삭인서트는 상면, 하면, 후면에 홈 또는 돌출부가 형성되어 이에 대응하여 상기 절삭공구에 형성된 돌출부 또는 홈에 맞닿아 체결되는 절삭인서트.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 절삭인서트가 장착된 절삭공구.

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