KR20210149462A

KR20210149462A - 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭

Info

Publication number: KR20210149462A
Application number: KR1020200066526A
Authority: KR
Inventors: 민창훈
Original assignee: 주식회사 디와이씨
Priority date: 2020-06-02
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2021-12-09

Abstract

본 발명은 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭에 관한 것으로, 암나사산 가공용 탭은 몸체부에 부등분할되는 복수의 부등분할구간에 리드홈이 각각 형성되고 각각의 리드홈의 헬릭스 각도 역시 서로 다르게 형성하여 부등분할 및 부등 리드 방식으로 암나사산 가공용 탭을 제작함으로서 태핑머신에 장착한 후 탭 가공하면 바이브레이션(진동)이 감소하여 안정적인 탭 가공이 가능하고 절삭성이 향상되는 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭을 제공한다.
이에 따르면 가공용 탭의 안정적인 회전이 유도됨에 따라 피삭재의 재질범위가 확대됨은 물론 가공용 탭의 수명 역시 연장된다. 그리고 본 발명에 따르면 가공용 탭은 소재에 따라 공구의 수명이 연장되고 생산성이 증가되고 생산원가 역시 절감된다.

Description

부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭 {Taps for processing female threads produced with an unequal division and unequal lead geometry}

본 발명은 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 피가공물에 암나사산을 형성시 탭의 진동을 방지하고 안정적으로 암나사를 형성함은 물론 암나사산을 매끄럽게 가공할 수 있도록 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭에 관한 것이다.

일반적으로 암나사산 가공용 탭(나사탭)은 드릴에 의해 선 작업된 피삭제 구멍의 내주벽에 암나사를 형성하기 위하여 사용되는 기계공구이다. 암나사가 형성된 구멍을 통상 탭공이라 한다. 암나사산 가공용 탭은 날의 개수에 따라 통상 2날, 3날 또는 4날 등이 있다.

이러한 암나사산 가공용 탭은 피가공물의 소재특성(예를 들어, 경도, 비중)이나 탭공의 직경에 따라 다양한 형태의 것을 선택적으로 사용한다.

이러한 암나사산 가공용 탭의 일 예로 공개특허 제10-2012-0050806호(참고문헌)가 제안된 바 있다. 이는 암나사 가공용 가이드 탭에 관한 것으로, 원통 형상의 몸체부의 후단에는 렌치에 끼움 결합하기 위한 렌치 결합부가 형성되고, 상기 몸체부의 전단에는 다수개의 절삭 날개부가 상기 몸체부의 원주방향을 따라 일정 간격 이격하도록 배치되어 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 돌출하도록 연장되고, 상기 각 절삭 날개부 사이의 상기 몸체부에는 칩 배출홈이 전후로 오목하게 연장 형성된 상기 각 절삭 날개부의 상면은 곡률반경이 일정한 매끄러운 곡면으로 이루어지는 태핑 가이드부와, 상기 태핑 가이드부에서 연속하며 크기가 다른 다수개의 절삭 나사산이 전후로 연속하여 경사지게 배치되는 테이퍼 나사부와, 상기 테이퍼 나사부에서 연속하며 동일한 크기의 다수개의 절삭 나사산이 전후로 연속하여 나란하게 배치되는 평탄 나사부로 구성된다.

그런데 상기 암나사산 가공용 탭은 칩 배출홈이 몸체부의 원주방향을 따라 일정 간격 이격하도록 배치되는 동일한 분할각을 가지도록 중심에 대칭으로 형성되됨에 따라 탭을 이용한 나사 가공시 등각홈에 의하여 중심으로 전달되는 진동이 증가하게 되며, 이는 전체적인 피가공물의 절삭 효율을 저하시킴은 물론 가공된 암나사산이 매끄럽게 가공되지 못하는 문제점이 있다.

참고문헌 : 공개특허 제10-2012-0050806호

따라서 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 피가공물에 암나사산을 형성시 암나사산 가공용 탭의 진동을 방지하고 안정적으로 암나사를 형성함은 물론 암나사산을 매끄럽게 가공할 수 있는 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭을 제공하는데 목적이 있다.

특히 본 발명은 암나사산 가공용 탭으로 암나산을 형성시 나사가공면을 균일하게 할 수 있어 다양한 재질의 피가공물에 암나사산을 형성할 수 있고 공구수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 생산성 역시 향상되는 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭을 제공하는데 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

피가공물에 암나사산을 가공하는 수나사산과 탭가공으로 발생하는 피가공물의 칩이 이동하는 리드홈이 형성되는 몸체부가 생크부의 전단에 구비되는 암나사산 가공용 탭에 있어서, 상기 몸체부의 표면에는 복수의 리드홈이 형성되고 상기 몸체부의 중심에서 방사상으로 서로 다른 각도록 부등분할되는 복수의 부등분할구간에 리드홈이 각각 형성되며, 상기 복수의 리드홈 헬릭스 각도는 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭을 제공한다.

이때 상기 리드홈은 상기 몸체부에 형성되는 제1 내지 제3 리드홈이고, 상기 몸체부의 중심에서 방사상으로 제1 분할각도의 제1 부등분할구간 중간에 상기 제1 리드홈이 형성되고, 제2 분할각도의 제2 부등분할구간 중간에 상기 제2 리드홈이 형성되고, 제3 분할각도의 제3 부등분할구간 중간에 상기 제3 리드홈이 형성되고, 상기 제1 내지 제3 분할각도는 서로 다른 각도인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제1 내지 제3 부등분할구간은 상기 몸체부의 중심에서 방사상으로 서로 다른 각도로 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제1 내지 제3 리드홈의 제1 내지 제3 헬릭스 각도는 서로 다른 각도로 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 몸체부 선단 모서리에는 챔퍼부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 암나사산 가공용 탭은 몸체부에 부등분할되는 복수의 부등분할구간에 리드홈이 각각 형성되고 각각의 리드홈의 헬릭스 각도 역시 서로 다르게 형성하여 부등분할 및 부등 리드 방식으로 암나사산 가공용 탭을 제작함으로서 태핑머신에 장착한 후 탭 가공하면 바이브레이션(진동)이 감소하여 안정적인 탭 가공이 가능하고 절삭성이 향상됨은 물론 나사가공면(피삭재)이 균일하고 깨끗해지는 장점이 있다.

아울러 본 발명에 따르면 가공용 탭의 안정적인 회전이 유도됨에 따라 피삭재의 재질범위가 확대됨은 물론 가공용 탭의 수명 역시 연장된다. 그리고 본 발명에 따르면 가공용 탭은 소재에 따라 공구의 수명이 연장되고 생산성이 증가되고 생산원가 역시 절감된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 암나사산 가공용 탭의 제조공정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 암나사산 가공용 탭의 제조공정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

이하 본 발명에 따른 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 및 도 2에 의하면, 본 발명에 따른 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭(100)은 생크부(110)와, 상기 생크부(110)의 전단에 연장되어 피가공물에 암나사산을 가공하는 수나사산(122)과 탭가공으로 발생하는 피가공물의 칩이 이동하는 리드홈(124)이 형성되는 몸체부(120)로 이루어진다.

이러한 암나사산 가공용 탭(100)은 하나의 재질로 이루어지는 것으로 초경합금 (hard metal, 超硬合金), 하이스(SKH,HSS) 등으로 이루어진다.

상기 초경합금은 탄화텅스텐(WC)의 미세한 분말을 주성분으로 코발트(Co)등을 결합제로 사용하여 제조되며, 상기 하이스(SKH,HSS)는 텅스텐(w), 크롬(Cr), 바나듐(V) 등의 미세한 분말을 주성분으로 제조된다.

이때 상기 생크부(110)는 원통 또는 원기둥 형상으로 이루어져 몸체부(120) 후단에 연장되어 추후 탭 가공시 렌치가 결합된다. 이러한 생크부(110)에는 태핑머신에 견고하게 결합되게 단면을 사각 형상으로 결합부(112)가 형성될 수 있다.

물론 상기 생크부(110)에 결합부(112)를 형성시 그 단면 형상은 사각형상 이외에 필요에 따라서는 삼각형, 육각형 등의 다양한 형상을 가질 수도 있다.

한편, 상기 몸체부(120)는 원통 또는 원기둥 형상으로 이루어져 표면에 전단에서 후단으로 탭가공으로 발생하는 피가공물의 칩이 이동하도록 경사지게 형성되는 부등분할 및 부등리드된 복수의 리드홈(124)이 형성되고, 상기 몸체부(120)의 표면에는 피가공물에 암나사산을 가공하기 위한 수나사산(122)이 형성된다.

이때 상기 리드홈(124)은 상기 몸체부(120)의 표면에 예를 들어 5축 CNC 가공기를 이용해 부등분할 및 부등리드된 복수의 리드홈(124)을 가공한다.

좀더 구체적으로 설명하면 복수의 리드홈(124)이 부등분할 구조를 이루도록 하기 위해, 상기 몸체부(120)의 중심에서 예를 들어 방사상으로 등분할 기준각도(θ₁°)± 5°범위에서 부등분할된 복수의 부등분할구간(120a,120b,120c) 중간에 리드홈(124)이 각각 형성된다. 따라서 복수의 리드홈(124)은 서로 비대칭되게 배치되는 구조로 이루어진다. 즉, 복수의 리드홈(124)의 부등분할 각도는 115 ~ 125°범위 내에서 서로 다르게 형성할 수 있다.

예를 들어 리드홈(124)은 3개로 분할 형성하는 경우, 등분할 기준각도(θ₁)는 120°(=360°/3)로서, 시계방향으로 0°, 115°, 240°지점을 분할하는 경우 각도범위는 0°~ 115°사이의 범위인 115°가 제1 분할각도(θ₁₁)에 해당되고, 115°~ 240°사이의 범위인 125°가 제2 분할각도(θ₁₂)에 해당되며, 240°~ 0(또는 360)°사이의 범위인 120°가 제3 분할각도(θ₁₃)에 해당된다. 따라서 몸체부(120)의 중심에서 방사상으로 제1 분할각도(θ₁₁) 115°인 제1 부등분할구간(120a) 중간에 제1 리드홈(124a)이 형성되고, 제2 분할각도(θ₁₂) 125°인 제2 부등분할구간(120b) 중간에 제2 리드홈(124b)이 형성되고, 제3 분할각도(θ₁₃) 120°인 제3 부등분할구간(120c) 중간에 제3 리드홈(124c)이 형성된다.

물론 상기 제1 내지 제3 부등분할구간(120a,120b,120c)의 제1 내지 제3 분할각도(θ₁₁,θ₁₂,θ₁₃)는 허용범위 내에서 서로 다른 각도로 다양하게 형성할 수 있으며, 상기 제1 내지 제3 부등분할구간(120a,120b,120c)의 중간이 아닌 일측으로 치우친 형태로 제1 내지 제3 리드홈(124a,124b,124c)을 형성할 수도 있다.

이에 더해 복수의 리드홈(124)이 부등리드 구조를 이루도록 하기 위해, 상기 몸체부(120)의 중심축에 대해 헬릭스 기준각도(θ₂°) ± 2°의 범위내 각도로 리드홈(124)의 헬릭스 각도를 서로 다르게 형성한다. 예를 들어 복수의 리드홈(124)의 헬릭스 기준각도(θ₂°)가 38°이면 복수의 리드홈(124)의 헬릭스 각도는 37 ~ 39°범위 내에서 서로 다르게 형성할 수 있다.

예를 들어 헬릭스 기준각도(θ₂°)가 38°인 경우 복수의 리드홈(124)이 3개로 분할 형성하면, 제1 리드홈(124a)의 제1 헬릭스 각도(θ₂₁°)는 38°, 제2 리드홈(124b)의 제2 헬릭스 각도(θ₂₂°)는 39°, 제3 리드홈(124c)의 제3 헬릭스 각도(θ₂₃°)는 37°로 형성하여, 제1 내지 제3 리드홈(124a,124b,124c)의 제1 내지 제3 헬릭스 각도(θ₂₁,θ₂₂,θ₂₃)를 서로 다르게 형성한다.

물론 상기 제1 내지 제3 리드홈(124a,124b,124c)의 제1 내지 제3 헬릭스 각도(θ₂₁,θ₂₂,θ₂₃)는 허용범위 내에서 서로 다른 각도로 다양하게 형성할 수 있다.

그리고 상기 몸체부(120) 표면에 피가공물에 암나사산을 가공할 수 있도록 수나사산(122)이 형성되며, 상기 몸체부(120) 선단 모서리를 경사지게 챔퍼부(126)를 형성하여 안정적으로 피가공물을 파고들 수 있다. 이 경우 상기 챔퍼부(126)는 몸체부(120)의 전방으로 외경이 축소되도록 10 ~ 60°범위 내에서 축중심 방향으로 경사지게 형성한다.

그리고 이상에서는 암나사산 가공용 탭(100)이 3개의 리드홈(124a,124b,124c)을 갖는 구조를 중심으로 설명하였으나, 2개 또는 4개 이상의 리드홈을 형성할 수도 있으며, 이러한 정도의 설계변경 정도 역시 본 발명에 속한다.

한편, 도 4는 암나사산 가공용 탭(100)의 다른 실시 예를 도시한 도면으로 좌헬리컬 우컷팅 구조로서, 상기 제1 내지 제3 부등분할구간(120a,120b,120c)의 제1 내지 제3 분할각도(θ₁₁,θ₁₂,θ₁₃) 도 1 내지 도 3의 실시예와 동일하게 형성하면서도 반대방향의 헬리컬(좌헬리컬) 구조로 이루어진다. 이 경우 제1 리드홈(124a)의 제1 헬릭스 각도(θ₂₁°)는 25°, 제2 리드홈(124b)의 제2 헬릭스 각도(θ₂₂°)는 23°, 제3 리드홈(124c)의 제3 헬릭스 각도(θ₂₃°)는 27°로 형성하여, 제1 내지 제3 리드홈(124a,124b,124c)의 제1 내지 제3 헬릭스 각도(θ₂₁,θ₂₂,θ₂₃)를 서로 다르게 형성할 수 있다. 이와 같이 좌헬리컬 우컷팅 형태의 암나사산 가공용 탭(100)은 작업시 가공된 칩의 하향 배출이 용이하고 피삭재의 조도를 향상시킬 수 있다.

이러한 도 1 내지 도 3의 실시예에 따른 우헬리컬 구조의 암나사산 가공용 탭(100)과, 도 4의 실시예에 따른 좌헬리컬 구조의 암나사산 가공용 탭(100)은 모두 피삭재의 탭가공시 일방향으로 회전(예를 들어 우회전)한다.

이에 우헬리컬 구조의 암나사산 가공용 탭(100)은 가공시 칩이 상부로 배출되고, 좌헬리컬 구조의 암나사산 가공용 탭(100)은 하부로 배출된다.

이 경우 칩이 위로 배출되는 우헬리컬 구조의 암나사산 가공용 탭(100)의 경우 피삭재와 탭의 몸체부 사이를 통해 상측으로 배출됨에 따라 아래로 밀어내는 좌헬리컬 구조의 암나사산 가공용 탭(100)에 비해서 피삭면이 다소 떨어지고 공구 수명도 짧아질 수 있으나 피삭재 표면이 막힌 상태에서도 탭 가공이 가능하다는 잇점이 있다.

그리고 좌헬리컬 구조의 암나사산 가공용 탭(100)의 경우 피삭재를 가공시 관통하는 경우에 사용함이 유리한다.

이하, 도 1 및 도 4를 참고로 본 발명에 따른 암나사산 가공용 탭의 가공 과정을 설명한다.

암나사산 가공용 탭을 제조하기 위해 초경합금, 하이스(SKH,HSS) 등의 재질로 이루어지는 원통 또는 환봉 형상의 소재(100a)를 준비하여 설정된 길이로 절단한다.

다음으로, 선반가공을 통해 원통 또는 원기둥 형상의 몸체부(120) 후단에 생크부(110)를 형성한다. 이때 몸체부(120)에 비해 생크부(110)의 외경이 축소된 형태로 가공할 수 있고, 태핑머신에 안정적인 지지가 이루어지도록 단면이 사각형 등으로 이루어지는 결합부(112)를 형성할 수도 있다.

그리고 이와 같이 반가공된 소재(100a)의 강도를 높이기 위하여 열처리를 수행하고, 몸체부(120)의 표면을 매끄럽게 연마한다.

다음으로 복수의 리드홈(124)을 가공한다. 이때 예를 들어 리드홈(124)을 3개로 분할 형성하는 경우, 이때, 부등분할 및 부등리드 구조의 제1 내지 제3 리드홈(124a,124b,124c)을 형성시에는 5축 CNC 가공기를 이용해 서로 다른 제1 내지 제3 분할각도(θ₁₁,θ₁₂,θ₁₃)를 갖는 제1 내지 제3 부등분할구간(120a,120b,120c)의 중간 또는 일측에 제1 내지 제3 리드홈(124a,124b,124c)을 가공하며 이 경우 제1 내지 제3 리드홈(124a,124b,124c)의 제1 내지 제3 헬릭스 각도(θ₂₁,θ₂₂,θ₂₃) 역시 서로 다르게 형성한다.

이와 같이 복수의 리드홈(124)이 부등분할 및 부등리드 구조를 갖도록 가공한 후, 몸체부(120) 표면에 피가공물에 암나사산을 가공할 수 있도록 수나사산(122)을 가공한다. 이 경우 1차로 황삭 가공을 통해 몸체부(120) 표면에 수나사산(122)을 형성하고, 이후 2차로 정삭 가공을 하여 황삭 가공된 수나사산(122)을 매끄럽게함과 동시에 유효경 공차를 일정하게 유지하게 한다.

그리고 상기 몸체부(120) 선단 모서리를 경사지게 챔퍼 가공하여 챔퍼부(126)를 형성하여 안정적으로 피가공물을 파고들 수 있다.

이후 릴리프 가공을 수행하여 몸체부(120) 외주면에 형성된 수나사산(122)을 완화함으로서 가공된 나사산 형상이 급격하게 변화되어 형성되는 노치부에 응력집중이 발생되는 것을 방지한다.

그리고 암나사산 가공용 탭(100) 표면의 절삭유, 불순물 등을 제거하기 위해 세척 등을 수행한 후 티타늄, 알루미늄, 질소 등이 혼합된 코팅액 도포하여 내마모층을 형성한다.

이상과 같이 본 발명의 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

100: 암나사산 가공용 탭 110: 생크부
120: 몸체부 122: 수나사산
124: 리드홈 124a: 제1 리드홈
124b: 제2 리드홈 124c: 제3 리드홈
126: 챔퍼부

Claims

피가공물에 암나사산을 가공하는 수나사산(122)과 탭가공으로 발생하는 피가공물의 칩이 이동하는 리드홈(124)이 형성되는 몸체부(120)가 생크부(110)의 전단에 형성되는 암나사산 가공용 탭(100)에 있어서,
상기 몸체부(120)의 표면에는 복수의 리드홈(124)이 형성되어 상기 몸체부(120)의 중심에서 방사상으로 서로 다른 각도로 부등분할되는 복수의 부등분할구간에 리드홈(124)이 각각 형성되며, 상기 복수의 리드홈(124)의 헬릭스 각도는 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭.
제 1항에 있어서,
상기 리드홈(124)은 상기 몸체부(120)에 형성되는 제1 내지 제3 리드홈(124a,124b,124c)이고,
상기 몸체부(120)의 중심에서 방사상으로 제1 분할각도(θ₁₁)의 제1 부등분할구간(120a) 중간에 상기 제1 리드홈(124a)이 형성되고, 제2 분할각도(θ₁₂)의 제2 부등분할구간(120b) 중간에 상기 제2 리드홈(124b)이 형성되고, 제3 분할각도(θ₁₃)의 제3 부등분할구간(120c) 중간에 상기 제3 리드홈(124c)이 형성되고, 상기 제1 내지 제3 분할각도(θ₁₁,θ₁₂,θ₁₃)는 서로 다른 각도인 것을 특징으로 하는 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭.
제 2항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 부등분할구간(120a,120b,120c)은 상기 몸체부(120)의 중심에서 방사상으로 서로 다른 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭.
제 2항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 리드홈(124a,124b,124c)의 제1 내지 제3 헬릭스 각도(θ₂₁,θ₂₂,θ₂₃)는 서로 다른 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭.
제 1항에 있어서,
상기 몸체부(120) 선단 모서리에는 챔퍼부(126)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 부등분할 및 부등리드 방식으로 제작된 암나사산 가공용 탭.