KR20230117453A - 마이크로 포밍 커터 - Google Patents

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KR20230117453A
KR20230117453A KR1020237024591A KR20237024591A KR20230117453A KR 20230117453 A KR20230117453 A KR 20230117453A KR 1020237024591 A KR1020237024591 A KR 1020237024591A KR 20237024591 A KR20237024591 A KR 20237024591A KR 20230117453 A KR20230117453 A KR 20230117453A
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cutting
cutting edge
longitudinal axis
end mill
microform
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KR1020237024591A
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Inventor
마르틴 뤽
틸로 후트마혀
Original Assignee
제하 하르트메탈-베르크초이크파브리카치온 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 예를 들어, 연료 전지 구성요소의 형성을 위한 툴 및 몰드 제조에서 성형 툴의 제조를 위한 마이크로 폼 엔드밀(1)에 관한 것이다. 본 발명의 마이크로 폼 엔드밀은 밀링 머신의 공구 홀더에 수용되도록 설계된 공구 생크(2)와, 공구 생크(2)에 고정 방식으로 연결된 커팅 헤드(3)를 포함한다. 커팅 헤드(3)는 복수의 커팅 톱니(Z)를 갖고, 복수의 커팅 톱니(Z) 각각은 커팅 에지(S)를 갖는다. ㄱ길이방향 축(L)으로부터 커팅 에지(S) 상의 절단 지점(6, 7, 8, 9)의 최대 거리(Amax)는 0.5mm 미만이다. 적어도 2개의 커팅 에지(S)가 적어도 국부적으로 서로에게서 방사상으로 오프셋되도록 배열되고, 방사상 오프셋(V)은 이러한 절단 지점(6, 7, 8, 9)의 길이방향 축(L)으로부터 길이방향 축(L)에 수직인 공통 평면(E)에 있는 적어도 2개의 커팅 에지(S)까지의 거리 차이에 대응한다.

Description

마이크로 포밍 커터
본 발명은 미크론 범위의 공작물을 밀링하기 위한 폼 엔드밀에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, 연료 전지용 바이폴라 플레이트와 같은 혁신적인 제품은 점점 더 작은 구성 요소에 대한 필요성을 증가시켰고 이러한 구성 요소의 치수 정확도 및 표면 거칠기에 대한 요구 사항이 점점 더 엄격해졌다.
동시에, 더 작은 구성 요소에 대한 필요성으로 인해 이러한 구성 요소를 제조하는 데 사용되는 도구에 대한 엄격한 요구 사항이 있다.
이로 인해 밀링 공구 분야에서 마이크로 엔드밀에 대한 필요성이 있다. 공구 직경이 1mm보다 작은 엔드밀을 마이크로 엔드밀이라고 한다. 마이크로 엔드밀의 가공 조건은 예를 들어 3mm, 4mm 또는 6mm의 공구 직경을 갖는 더 큰 엔드밀의 가공 조건과 비교할 수 없다. 따라서, 더 큰 엔드밀의 형상을 축소하는 것만으로는 마이크로 엔드밀의 형상을 결정할 수 없다.
0.4mm에서 3mm 범위의 공구 직경을 갖는 챔퍼 엔드밀은 펌(firm) 6C Tools에서 알려져 있다. 예를 들어, 부품 번호 CM-P-1045-030-020을 갖는 펌 6C Tools의 챔퍼 엔드밀은 각각 하나의 절삭날을 갖는 8개의 절삭 날을 갖는다. 절삭날의 최대 직경은 3.0mm이고 최소 직경은 2.0mm이다. 절단면은 45°의 일정한 어택 앵글(attack angle)로 확장된다.
본 발명의 근본적인 기술적 문제는 공지된 엔드밀과 비교하여 미크론 범위의 구성요소 제조에서 치수 정확도 및 표면 거칠기를 개선하는 것이다.
본 발명의 근본적인 기술적 문제는, 예를 들어, 연료 전지 부품의 형성을 위한 공구 및 주형 제작에서 성형 공구를 제조하기 위한 마이크로 폼 엔드밀(micro form end mill)에 의해 해결된다. 마이크로 폼 엔드밀은 밀링 머신의 공구 홀더에 수용되도록 설계된 공구 생크(shank), 및 공구 생크에 고정 방식으로 연결된 커팅 헤드를 포함한다. 공구 생크와 커팅 헤드는 사용 중에 마이크로 폼 엔드밀이 회전하는 공통의 길이방향 축을 가지고 있다. 커팅 헤드는 복수의 커팅 톱니를 가지되 복수의 커팅 톱니 각각은 커팅 에지를 갖는다. 커팅 에지의 임의의 절단 지점으로부터 길이방향 축까지의 최대 거리는 0.5mm 미만이다. 적어도 2개의 커팅 에지가 적어도 국부적으로 서로에게서 방사상으로 오프셋되도록 배열된다. 방사상 오프셋은 이러한 절단 지점의 길이방향 축으로부터 길이방향 축에 수직인 공통평면에 놓여있는 적어도 2개의 커팅 에지까지의 거리 차이에 대응한다.
본 발명의 기본 개념은, 마이크로 폼 엔드밀을 사용하여 가공할 공작물의 균일하고 최적의 치수 정확도를 달성할 수 있도록, 마이크로폼 엔드밀의 복수 커팅 톱니의 커팅 에지의 맞물림 조건을 조정하고 튜닝하는 것이다.
맞물림 조건은 서로에 대한 복수의 커팅 에지의 방사상 오프셋에 의해 조정된다.
따라서, 공작물 가공 중에 사전 마무리 효과를 얻을 수 있다. 길이방향 축을 향하는 반경 방향으로 안쪽으로 오프셋된 커팅 에지 인해, 가공할 공작물의 최종 윤곽을 사전에 마무리할 수 있다. 반경 방향으로 가장 바깥쪽에 있는 커팅 에지는 공작물에 최종 윤곽을 생성한다.
커팅 에지는 전체 커팅 에지 길이에 걸쳐 오프셋되거나 국부적으로만 오프셋될 수 있다. 따라서, 최종 윤곽선은 서로 다른 커팅 에지의 최외곽 영역에서도 생성될 수 있다.
커팅 에지의 오프셋으로 인해, 마이크로 형태 엔드밀의 모든 커팅 에지가 외부 엔벨로프 곡선(envelope curve)에 있는 것이 아니라, 공구의 위치와 부품 주변의 랩핑에 따라 약간 후방으로 설정된다. 엔벨로프 곡선은 마이크로 폼 엔드밀을 사용하는 동안 길이방향 축을 중심으로 회전하는 절단 지점의 모든 경로를 감싸는 표면을 지정한다. 따라서, 엔벨로프 곡선은 길이방향 축에서 가장 큰 방사형 거리를 갖는 점에 의해 형성되며, 길이방향 축에 수직인 공통 평면의 지점들이 각각 고려된다. 이는 채터 마크를 방지하고 구성 요소의 표면 품질을 향상시킨다. 예를 들어, 커팅 헤드의 후방 영역의 커팅 에지는 모든 커팅 톱니 중에서 커팅 에지의 일부만이 외부 엔벨로프 곡선에 놓이도록 배열될 수 있는 반면에, 커팅 헤드의 전방 영역에 있는 커팅 에지는 모든 커팅 톱니의 커팅 에지가 외부 엔벨로프 곡선에 놓이도록 배열될 수 있다.
길이방향 축에서 커팅 에지 상에 있는 절삭 지점의 매우 작은 거리에 비례하여, 마이크로 폼 엔드밀은, 예를 들어, 연료 전지 구성 요소의 형성을 위한 도구 및 금형 제작의 성형 도구와 같은 매우 작은 공작물의 정밀 밀링에 적합하다.
바람직하게, 커팅 톱니는 커팅 헤드와 일체로 형성된다. 바람직하게, 제조는 레이저 기술을 사용하여 다결정 다이아몬드(PCD) 블랭크에서 이루어진다. 재료는 각 커팅 톱니의 커팅 에지의 원하는 형상이 커팅 톱니에 남을 때까지 레이저 절제로 제거될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 커팅 에지는, 커팅 헤드의 노출된 단부를 향하는 커팅 에지 시작부에서의 최소 거리로부터, 공구 생크를 향하는 커팅 에지 단부에서의 최대 거리까지 연장되며, 따라서 커팅 에지는 S자형 세그먼트를 갖는다. S자형 세그먼트는 바람직하게는 커팅 에지 시작부로부터 커팅 에지 단부를 향하는 방향으로 볼 때, 커팅 에지가 제1 반경을 갖는 원형 곡선 형태로 연장되도록 커팅 에지의 어택 앵글이 변화하는 제1 곡선 영역, 커팅 에지가 일정한 어택 앵글에서 연장되는 중간 영역, 및 커팅 에지가 제2 반경을 갖는 원형 곡선 형태로 연장되도록 커팅 에지의 어택 앵글이 변화하는 제2 곡선 영역을 포함한다. 절단 지점의 어택 앵글은 이러한 절단 지점에서 커팅 에지가 접하는 접선과 이러한 절단 지점을 통과하도록 연장되며 길이방향 축과 평행한 선 사이의 각도이다.
S자형 세그먼트를 갖는 적어도 하나의 커팅 에지가 커팅 에지의 방사상 오프셋을 설정하고 맞물림 조건을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
커팅 에지 S자형 세그먼트는, 가공할 공작물의 요구 사항에 따라, 커팅 에지를 따라 절단 지점의 간격을 조정할 수 있다. 커팅 에지의 직선 모양과 비교할 때, S자 형상은 커팅 에지를 따라 절단 지점이 서로 다른 어택 앵글을 가질 수 있게 한다.
커팅 에지의 S자 형상으로 인해, 복수의 커팅 에지가 서로에 대해 배열되어 단지 국부적으로만 서로에게서 오프셋 연장되는 것이 가능하다.
커팅 에지는 S자형 세그먼트로만 형성될 수 있다. 대안적으로, 추가적인 세그먼트는 커팅 에지의 S자형 세그먼트의 전방 및/또는 S자형 세그먼트의 후방에 연결될 수 있다. 예를 들어, S자형 세그먼트를 커팅 에지 시작부와 커팅 에지 단부에 각각 연결하는, 어택 앵글이 일정한 세그먼트는 S자형 세그먼트의 전방 및 후방 모두에 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, S자형 세그먼트의 제1 곡선 영역은 공통 길이방향 축으로부터 멀어지도록 휘어지며, 제2 곡선 영역은 공통의 길이방향 축을 향하도록 휘어진다.
대안적으로, S자형 세그먼트의 제1 곡선 영역은 공통의 길이방향 축을 향하도록 휘어질 있으며, 제2 곡선 영역은 공통의 길이방향 축으로부터 멀어지도록 휘어질 수 있고, 이에 따라 커팅 에지를 따라 절단 지점의 맞물림 조건이 가공되는 공작물에 맞게 더 적절하게 조정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 커팅 에지는 길이방향 축이 또한 놓여있는 평면에 놓여있다. 이에 따라, 마이크로 폼 엔드밀의 맞물림 조건이 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 커팅 에지는 길이방향 축과 교차하는 평면에 있다. 마이크로 성형 커터의 맞물림 조건은 그에 따라 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 절단 지점의 쐐기 각도 및/또는 여유 각도 및/또는 경사 각도는 적어도 국부적으로 커팅 에지를 따라 변화한다.
쐐기 각도는 커팅 에지를 따라 절단 지점의 거리 및/또는 어택 앵글에 따라 가변적으로 조정될 수 있다. 따라서, 커팅 에지를 따라 균일한 제거가 가능하며, 최상의 공구 수명을 얻을 수 있다. 공작물의 치수 및 표면 정확도가 보다 정확하게 충족될 수 있다.
또한, 다양한 밀링 작업에 대한 수정된 맞물림 조건에 기초하여, 경사 각도와 여유 각도가 커팅 에지를 따라 조정될 수 있다. 맞물림 조건에는, 특히, 절단 깊이(ap), 절단 폭(ae), 톱니당 이송(fz), 절단 속도(vc), 및 커팅 에지 상에서의 절단 지점의 길이방향 축 까지의 거리가 포함된다.
결과적으로, 예를 들어, 길이방향 축과 커팅 에지의 외부 반경(즉, 길이방향 축에서 멀어지도록 휘어지는 반경)에 대해 절단 지점의 거리가 더 짧은 영역에서 큰 경사 각도가 적합할 수 있다. 반면에, 작거나 음의 경사 각도는 커팅 에지의 내부 반경(즉 길이방향 축을 향해 곡선을 이루는 반경)에 적합할 수 있으며, 길이방향 축에서 절단 지점의 더 먼 거리의 영역에서 적합할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 커팅 헤드는, 바람직하게는 커팅 헤드의 원주 둘레에서 균일하게 분포되는 적어도 4개, 좀 더 구체적으로 8개 내지 12개의 커팅 톱니를 포함한다.
커팅 에지는 마이크로 폼 엔드밀의 마모 부분이다. 마이크로 폼 엔드밀의 커팅 에지가 많을수록 커팅 에지의 마모를 공유하며 공구 수명이 길어진다. 또한, 복수의 커팅 에지를 갖는 마이크로 폼 엔드밀은 단 하나의 커팅 에지를 갖는 엔드밀보다 "부드럽게" 작동한다. 복수의 커팅 에지를 사용하면, 가공 중인 공작물에서 더 매끄러운 표면이 구현될 수 있다.
또한, 많은 커팅 에지를 사용하기 때문에, 커팅 에지의 맞물림 시간이 크게 단축되며, 이에 따라 강철이 포함된 다결정 다이아몬드(PCD) 공구는 문제 없이 마무리 작업에 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 커팅 헤드에는 적어도 2개의 연속 커팅 톱니의 그룹이 있다. 연속 커팅 톱니의 커팅 에지는 적어도 국부적으로 서로에게서 방사상으로 오프셋되도록 배열된다. 적어도 2개의 연속 커팅 톱니의 그룹 자신은 커팅 헤드의 원주 방향으로 적어도 한 번 반복된다.
서로에 대해 오프셋된 복수의 커팅 에지를 갖는 커팅 에지 그룹의 원주방향 반복 시퀀스 및 커팅 에지의 부분적 오프셋으로 인해, 공구의 원활한 작동 및 밀링 중의 표면 품질에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
또한, 커팅 에지의 방사상 오프셋이 커팅 에지의 후방 영역에 존재하도록, 커팅 헤드의 형상을 설계할 수 있으며, 여기서 길이방향 축에서 커팅 에지의 절단 지점 거리가 크다. 반면에, 커팅 에지의 전방 영역에 커팅 에지의 방사상 오프셋이 존재하지 않으며, 길이방향 축에서 커팅 에지의 절단 지점 거리가 작다.
총 12개의 커팅 에지를 갖는 실시예에서, 각각의 커팅 에지가 S자형 세그먼트를 가지고 있어, 길이방향 축으로부터 절단 지점의 거리가 더 큰 4개의 커팅 에지만이 커팅 에지의 후방 영역에 있는 외부 엔벨로프 곡선에 있는 반면에, 커팅 에지의 전방 영역에 커팅 에지의 오프셋이 존재하지 않아서 길이방향 축에서 커팅 지점의 거리가 더 작도록 커팅 에지가 배열될 수 있다. 따라서, 커팅 에지가 외부 엔벨로프 곡선에 있는 톱니의 수가 커팅 에지 시작 영역의 12개에서 커팅 에지 단부 영역의 4개 절단 지점으로 감소한다.
바람직하게, 커팅 에지를 따라 커팅 에지의 유효 직경에 대한 톱니당 이송 비율이 0.8% 내지 1.5% 범위가 되도록, 커팅 톱니의 커팅 에지가 형성된다. 결과적으로, 커팅 에지의 하중은 커팅 에지의 시작부부터 커팅 에지의 단부까지 커팅 에지를 따라 가능한 한 일정하다. 절단 지점의 유효 직경은 길이방향 축에서 이러한 절단 지점 거리의 2배에 대응한다. 커팅 에지를 따르는 절단 지점의 유효 직경은 길이방향 축을 따라 전방에서 후방으로 증가한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제1 곡선 영역(I)에서 커팅 에지의 최소 거리는 0.1 내지 0.3mm 범위에 있으며, 제2 곡선 영역(Ⅲ)의 영역에서 커팅 에지의 최대 거리는 0.3 내지 0.5mm 범위이다. 또한, 제1 곡선 영역의 제1 반지름은 0.005mm 내지 0.25mm 범위이며, S자형 세그먼트의 중간 영역에서의 일정한 어택 앵글은 0°내지 45°범위이다. 또한, 제2 곡선 영역의 제2 반경은 0.1mm 내지 0.25mm 범위에 있으며, 최대 커팅 에지 오프셋(Vmax)이 0.001mm 내지 0.08mm 범위가 되도록, 복수의 커팅 에지는 서로에게서 방사상으로 오프셋되도록 배열된다.
이 예시적인 실시예의 치수에 따른 커팅 에지의 설계는 개별 커팅 에지의 최적 레이아웃 뿐만 아니라 복수의 커팅 에지의 서로에 대한 최적의 튜닝을 가능하게 하며, 커팅 에지의 부분적 오프셋은 가공할 공작물의 사전 마무리 효과와 높은 치수 정확도 및 표면 거칠기로 이어진다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 기술적인 문제는, 예를 들어, 연료 전지 구성 요소의 형성을 위한 도구 및 금형 제작에서 성형 도구의 제조를 위한 마이크로 폼 엔드밀에 의해 해결된다. 마이크로 폼 엔드밀은, 커터 헤드의 노출된 단부를 향하는, 커팅 에지 시작부에서 최소 거리로부터, S자 모양의 세그먼트를 갖도록 공구 섕크를 향하는, 커팅 에지 단부에서의 최대 거리까지 연장되는, 적어도 하나의 커팅 에지를 포함한다. 커팅 에지 시작부로부터 커팅 에지 단부를 향하는 방향으로 볼 때, 커팅 에지가 제1 반경을 갖는 원형 곡선 형태로 연장되도록, S자형 세그먼트는 바람직하게는 커팅 에지의 어택 앵글이 변화하는 제1 곡선 영역, 커팅 에지가 일정한 어택 앵글로 연장되는 중간 영역, 및 커팅 에지가 제2 반경을 갖는 원형 곡선 형태로 연장되도록, 커팅 에지의 어택 앵글이 변화하는 제2 곡선 영역을 포함한다. 절단 지점의 어택 앵글은 해당 절단 지점에서 커팅 에지에 접하는 접선과 해당 절단 지점을 통해 연장되는 길이방향 축에 평행한 선 사이의 각도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 폼 엔드밀의 측면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 마이크로 폼 엔드밀의 커팅 헤드의 정면도이다.
도 3은 단면 B-B를 따르는 도 2에 도시된 커팅 헤드의 커팅 톱니(Z1)의 단면도를 도시하며, 단면 평면은 커팅 헤드의 길이방향 축과 도시된 커팅 톱니(Z1)의 커팅 에지(S1)를 포함하도록 배열된다.
도 4는 도 2에 도시된 커팅 헤드의 커팅 톱니(Z1-Z12)의 단면도를 나타내며, 3개의 단면도가 각각 중첩된 형태로 표시되고, 복수의 단면 평면이 커팅 헤드의 길이방향 축과 도시된 각각의 커팅 톱니(Z1-Z12)의 커팅 에지(S1-S12)를 포함하도록 배열된다.
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 커팅 헤드의 12개의 커팅 톱니(Z1-Z12)의 단면도를 도시하며, 단면도는 중첩된 형태로 표시되고, 복수의 단면 평면이 커팅 헤드의 길이방향 축과 표시된 각각의 커팅 톱니(Z1-Z12)의 커팅 에지(S1-S12)를 포함하도록 배열된다.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 따른 커팅 헤드의 측면도를 도시한다.
길이방향 축을 따르는 방향은 이후 전후 방향 및/또는 길이방향으로 지칭된다. 커팅 헤드가 위치하는 마이크로 폼 엔드밀의 측면을 마이크로 폼 엔드밀의 전면이라고 한다. 공구 생크가 위치한 측면으 마이크로 셰이퍼(micro shaper)의 후면이라고 한다. 길이방향 축에 수직인 방향을 반경 방향이라고 한다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 폼 엔드밀(1)의 측면도를 도시한다. 마이크로폼 엔드밀(1)은 공구 생크(2)와 커팅 헤드(3)를 포함한다. 커팅 헤드(3)는 공구 생크(2)에 고정 방식으로 연결된다. 예를 들어, 공구 생크(2)와 커팅 헤드(3)는 솔더 조인트에 의해 서로 고정 방식으로 연결될 수 있다. 커팅 헤드(3)의 전방 영역에는 복수의 커팅 톱니(Z)가 위치한다. 공구 생크(2)와 커팅 헤드(3)는 공통 길이방향 축(L)을 갖는다. 사용 중에. 마이크로 폼 엔드밀(1)은 이 공통 길이방향 축(L)을 중심으로 회전한다. 도 1에 도시된 마이크로 폼 엔드밀을 사용할 경우, 이송(feed)은 종축(L)에 수직이다.
바람직하게, 공구 생크(2)는 솔리드 카바이드(solid carbide, SC)로 이루어진다. 바람직하게, 커팅 헤드(3)는 다결정 다이아몬드(PCD) 또는 입방정 질화붕소(CBN)로 이루어진다.
도 2는 도 1에 도시된 마이크로 폼 엔드밀(1)의 정면도를 도시한다. 커팅 헤드(3)는 총 12개의 커팅 톱니(Z1-Z12)을 포함한다. 이들 커팅 톱니(Z1-Z12) 각각은 커팅 에지(S1-S12)를 포함한다. 이들 커팅 에지(S1-S12)는 마이크로 폼 엔드밀(1)을 사용하는 동안 공작물과 맞물린다. 도시된 마이크로 폼 엔드밀(1)은 사용 중에 반시계 방향으로 회전한다. 마이크로폼 엔드밀(1)의 도시된 실시예에 있어서, 커팅 에지(S1-S12)는 전방에서 후방으로 길이방향 축 방향으로 직선으로 연장된다. 커팅 에지(S1-S12)는 커팅 에지의 커팅 에지 시작부가 길이방향 축(L) 상의 공통 지점에 위치하도록 배열된다.
추가적인 실시예에 따르면, 커팅 에지는 전방에서 후방으로 비스듬히 또는 나선형으로 연장될 수도 있다.
경사면(11)은 길이방향 축(L)으로부터 반경방향 바깥쪽으로 직선, 비스듬히 또는 곡선으로 연장될 수 있다. 기계 가공 중에 절단이 이루어지는 커팅 톱니(Z)의 표면을 경사면(11)이라고 한다.
도 3은 단면 B-B를 따르는 도 2에 도시된 커팅 헤드의 커팅 톱니(Z1)의 단면도를 도시하며, 단면 평면이 커팅 헤드의 길이방향 축과 도시된 커팅 톱니(Z1)의 커팅 에지(S1)를 포함하도록 배열되어 있다. 커팅 에지(S)는 커팅 에지 시작부(4)로부터 커팅 에지 단부(5)까지 연장된다. 커팅 에지 시작부(4)는 커팅 에지 단부(5)의 전방에 위치한다. 커팅 에지(S) 상의 임의의 절단 지점(6, 7, 8, 9)로부터의 거리(A)는 전방에서 후방으로 커팅 에지(S)를 따라 증가한다. 커팅 에지(S)의 거리는 커팅 에지 단부(5)에서 가장 크다. 커팅 에지(S)의 거리는 커팅 에지 시작부(4)에서 가장 작다. 현재의 경우, 커팅 에지(S)가 길이방향 축(L)에서 시작하기 때문에 최소 거리는 0이다.
커팅 에지(S)는 커팅 에지 시작부(4)에서 커팅 에지 단부(5)까지의 진행을 따라 S자형 세그먼트를 갖는다. S자형 세그먼트는, 커팅 에지(S)가 제1 반경(R1)을 갖는 원형 곡선 형태로 연장되도록, 커팅 에지(S)의 어택 앵글(α)이 변화하는 제1 곡선 영역(I)을 포함한다. 원형 곡선 형상은 바깥쪽으로, 즉 길이방향 축(L)에서 멀어지도록 휘어진다. 절단 지점(6, 7)은 각각 제1 곡선 세그먼트(I)의 시작부와 단부에 위치한다. 또한, S자형 세그먼트는 커팅 에지(S)가 일정한 어택 앵글(α)에서 연장되는 중간 영역(Ⅱ)을 포함한다. 절단 지점(7, 8)은 각각 중간 영역(Ⅱ)의 시작부 및 단부에 위치한다. 또한, S자형 세그먼트는, 커팅 에지(S)가 제2 반경(R2)을 갖는 원형 곡선 형태로 연장되도록, 커팅 에지(S)의 어택 앵글(α)이 변화하는 제2 곡선 영역(Ⅲ)을 포함한다. 원형 곡선 형상은 안쪽으로, 즉 길이방향 축(L)을 향해 곡선을 이룬다. 절단 지점(8, 9)은 각각 제2 곡선 영역(Ⅲ)의 시작부와 단부에 위치한다.
커팅 에지(S)의 S자형 세그먼트의 전방 및 S자형 세그먼트의 후방에서, 각각의 경우에 S자형 세그먼트를 커팅 에지 시작부(4) 및 커팅 에지 단부(5)에 각각 연결하는 일정한 어택 앵글을 갖는 영역이 있다.
어택 앵글(α)은 절단 지점(6)에서 커팅 에지(S)에 접하는 접선과 커팅 지점(6)을 통해 연장되는 길이방향 축(L)과 평행인 선 사이의 각도이다.
E는 길이방향 축(L)에 수직이고 커팅 에지(S)의 절단 지점(8)을 통해 연장되는 평면을 나타낸다.
도 4는 도 2에 도시된 커팅 헤드의 커팅 톱니(Z1-Z12)의 단면도를 도시하며, 3개의 단면도가 각각 중첩된 형태로 표시되고, 복수의 단면 평면이 커팅 헤드의 길이방향 축과 도시된 각각의 커팅 톱니(Z1-Z12)의 커팅 에지(S1-S12)를 포함하도록 배열된다.
커팅 톱니(Z1, Z5, Z9)의 커팅 에지(S1, S5, S9)는 동일하다. 커팅 에지(S1, S5, S9)의 S자형 세그먼트는 제1 및 제2 곡선 영역의 동일한 반경(R1, R2) 및 중간 영역의 동일한 어택 앵글(α)을 특징으로 한다.
커팅 톱니(Z2, Z6, Z10)의 커팅 에지(S2, S6, S10)는 동일하다. 커팅 에지(S2, S6, S10)의 S자형 세그먼트는 제1 및 제2 곡선 영역의 동일한 반경(R1', R2') 및 중간 영역의 동일한 어택 앵글(α')을 특징으로 한다. 반경(R1'), 반경(R2') 및 어택 앵글(α') 중 적어도 하나는 커팅 에지(S1, S5, S9)의 대응하는 크기와 상이하다.
커팅 톱니(Z3, Z7, Z11)의 커팅 에지(S3, S7, S11)는 동일하다. 커팅 에지(S3, S7, S11)의 S자형 세그먼트는 제1 및 제2 곡선 영역의 동일한 반경(R1'', R2'') 및 중간 영역의 동일한 어택 앵글(α'')을 특징으로 한다. 반경(R1''), 반경(R2'') 및 어택 앵글(α'') 중 적어도 하나는 커팅 에지(S1, S5, S9)의 대응하는 크기와 상이하다.
커팅 톱니(Z4, Z8, Z12)의 커팅 에지(S4, S8, S12)는 동일하다. 커팅 에지(S4, S8, S12)의 S자형 세그먼트는 제1 및 제2 곡선 영역의 동일한 반경(R1''', R2''') 및 중간 영역의 동일한 어택 앵글(α''')을 특징으로 한다. 반경(R1'''), 반경(R2''') 및 어택 앵글(α''') 중 적어도 하나는 커팅 에지(S1, S5, S9)의 대응하는 크기와 상이하다.
각각의 반경과 각각의 어택 앵글의 차이로 인해, 전체가 길이방향 축(L)에 수직인 공통 평면에 위치하는 임의의 절단 지점(6, 6', 6'', 6''')은 길이방향 축으로부터 다른 거리로 이격될 수 있다. 커팅 에지 시작부(4, 4', 4'', 4''')와 커팅 에지 단부(5, 5', 5'', 5''')는 길이방향 축(L)을 따라 서로 다른 지점에 위치할 수 있거나 또는 길이방향 축으로부터 상이한 거리로 이격될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 커팅 헤드의 12개의 커팅 톱니(Z1-Z12)의 단면도를 도시하며, 단면도는 중첩된 형태로 도시되고, 복수의 단면 평면이 커팅 헤드의 길이방향 축 및 도시된 각각의 커팅 톱니(Z1-Z12)의 커팅 에지(S1-S12)를 포함하도록, 복수의 단면 평면이 배열된다.
커팅 에지(S1, S5, S9)는 서로 동일하다. 커팅 에지(S2, S6, S10)는 서로 동일하다. 커팅 에지(S3, S7, S11)는 서로 동일하다. 커팅 에지(S4, S8, S12)는 서로 동일하다. 그러나, 예를 들어, 커팅 에지(S1, S2, S3, S4)가 서로 동일하지 않도록, 동일한 커팅 에지의 이 4개의 그룹은 서로 상이하다.
각 커팅 에지(S1-S12)의 디자인이 상이하기 때문에, 복수의 커팅 에지(S1-S12)의 모든 절단 지점이, 길이방향 축(L)에 수직인 동일한 평면(E)에 위치할 경우, 길이방향 축(L)으로부터 동일한 거리를 가지는 것은 아니다. 오히려, 각 커팅 에지(S1-S12)의 디자인이 상이하기 때문에, 커팅 에지들(S1-S12) 간의 반경 방향 오프셋(V)이 이루어진다. 커팅 오프셋(V)은 서로 다른 커팅 에지(S1-S12)에서 길이방향 축(L)에 대한 절단 지점의 반경 방향 거리 차이에 대응한다. 따라서, 고려되는 절단 지점(6, 6')이 길이방향 축에 수직인 공통 평면(E)에 놓여 있다.
도 5의 지점을 참조하여, 엔벨로프 곡선은 지점(4,4')-6'-(5',7')에 의해 형성된다. 즉, 지점은 평면(E)의 길이방향 축에서 가장 큰 방사형 거리를 갖는다.
절단 지점(6)은 그룹(S3, S7, S11) 또는 그룹(S4, S8, S12)의 커팅 에지 중 하나에 있다. 절단 지점(6')은 그룹(S1, S5, S9) 또는 그룹(S2, S6, S10)의 절단 에지 중 하나에 있다. 절단 지점(6')은 절단 지점(6)보다 길이방향 축(L)으로부터 더 멀리 떨어져 있다. 차이는 방사상 오프셋(V)이다.
절단 지점(7)은 그룹(S3, S7, S11) 또는 그룹(S4, S8, S12) 또는 그룹(S2, S6, S10)의 커팅 에지 중 하나에 있다. 절단 지점(7')은 그룹(S1, S5, S9)의 절단 에지 중 하나에 있다. 이는 커팅 에지 단부(5')와 일치한다. 절단 지점(7')은 절단 지점(7)보다 길이방향 축(L)으로부터 더 멀리 떨어져 있다. 차이는 방사상 오프셋(V)이며, 이 경우 최대 방사상 오프셋(Vmax)이다.
이들의 전체 길이에 걸쳐, 커팅 에지(S1, S5, S9)는 길이방향 축(L)으로부터 나머지 커팅 에지들보다 더 멀리 또는 동일하게 이격되어 있다. 따라서, 이들은 공작물의 최종 윤곽을 결정한다.
바람직한 실시예에 따르면, 서로 다른 커팅 에지(S1-S4)는 커팅 헤드(3)의 원주 방향으로 서로를 따르며, 서로 다른 커팅 에지(S1-S4)의 이러한 시퀀스 자신이 원주 방향으로 반복되도록, 커팅 에지(S1-S12)를 갖는 커팅 톱니(Z1-Z12)는 커팅 헤드(3) 상에 배열된다. 따라서, 서로 다른 커팅 톱니(S5-S8)의 순서는 이 순서대로 커팅 톱니(S4)를 따르며, 커팅 톱니(S5-S8)는 이 순서대로 커팅 톱니( S1-S4)에 대응한다. 또한, 이 순서에서는 커팅 톱니(S9-S12)는 커팅 톱니(S1-S4) 및 커팅 톱니(S5-S8)의 순서로 각각 대응하면서, 서로 다른 커팅 톱니(S9-S12)의 순서는 이 순서대로 커팅 톱니(S8)을 따른다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 커팅 헤드의 측면도를 도시한다. 다른 실시예들과 비교하여, 커팅 에지는 커팅 에지 단부에 2개의 추가 세그먼트를 포함하며, 2개의 추가 세그먼트 각각은 일정한 어택 앵글(α)을 갖는다. 이들 영역은 제조와 관련된 커팅 에지의 비 절단 연장이다.
본 발명에 따른 마이크로 폼 엔드밀을 사용하여, 공작물은 마이크로 범위에서 가공될 수 있으며 치수 정확도 및 표면 거칠기에 대한 가장 엄격한 요구 사항이 충족될 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 마이크로 폼 엔드밀은 연료 전지 구성요소를 제조하는 데 사용되는 툴 및 몰드 제작에서 성형 툴을 제조하는 데 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 마이크로 폼 엔드밀은 그러한 성형 공구의 마무리 동안 윤곽 마무리에 사용된다. 이러한 성형 도구의 부품 높이는 일반적으로 0.5mm 미만이며 측면 윤곽들 간의 표면은 최대 0.6mm이다. 치수 정확도 및 표면 거칠기(Ra) 측면에서 구성 요소에 대한 요구 사항은 매우 높다. 치수 정확도는 바람직하게는 0.003mm 미만의 범위이고 표면 거칠기(Ra)는 바람직하게는 0.2㎛ 미만의 범위이다.
1 마이크로 폼 엔드밀
2 공구 생크
3 커팅 헤드
4, 4', 4'', 4''' 커팅 에지 시작부
5, 5', 5'', 5''' 커팅 에지 단부
6, 6', 7, 7', 8, 9 절단 지점
10 공작물
11 경사면
12 메인 클리어런스 표면
α, α', α'', α''' 어택 앵글
β 쐐기 각도
δ 여유 각도
γ 경사 각도
Z, Z1-Z12 커팅 톱니
S, S1-S12 커팅 에지
A 거리
Amin 최소 거리
Amax 최대 거리
V 방사상 오프셋
Vma 최대 방사상 오프셋
L 길이방향 축
E 길이방향 축 L에 수직인 평면
R1, R1', R1'', R1''' 제1 원형 곡선 형태의 반지름
R2, R2', R2'', R2''' 제2 원형 곡선 형태의 반지름
I 제1 곡선 영역
Ⅱ 중간 영역
Ⅲ 제2 곡선 영역

Claims (9)

  1. 예를 들어 연료 전지 부품을 형성하기 위해, 도구 및 금형 제작에서 성형 공구를 제조하기 위한 마이크로 폼 엔드밀(Micro form end mill)(1)로서, 상기 마이크로 폼 엔드밀(1)은,
    - 밀링 머신의 공구 홀더에 수용되도록 설계된 공구 생크(shank)(2), 및
    - 상기 공구 생크(2)에 고정 방식으로 연결된 커팅 헤드(3)
    를 포함하고,
    상기 공구 생크(2)와 상기 커팅 헤드(3)는 사용 중에 상기 마이크로 폼 엔드밀(1)이 회전하는 공통의 길이방향 축(L)을 가지며,
    a) 상기 커팅 헤드는 복수의 커팅 톱니(Z)를 가지되 상기 복수의 커팅 톱니(Z) 각각은 커팅 에지(S)를 가지며,
    b) 상기 커팅 에지(S)의 임의의 절단 지점(6, 7, 8, 9)으로부터 상기 길이방향 축(L)까지의 최대 거리(Amax)는 0.5mm 미만이고,
    c) 적어도 2개의 커팅 에지(S)가 적어도 국부적으로 서로에게서 방사상으로 오프셋되도록 배열되며, 방사상 오프셋(V)은 상기 절단 지점(6, 7, 8, 9)의 상기 길이방향 축(L)으로부터 상기 길이방향 축(L)에 수직인 공통 평면(E) 내에 놓여있는 상기 적어도 2개의 커팅 에지(S)까지의 거리 차이에 대응하는
    것을 특징으로 하는 마이크로 폼 엔드밀(1).
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 커팅 에지(S)가 S자형 세그먼트를 가지도록, 상기 적어도 하나의 커팅 에지(S)는, 상기 커팅 헤드(3)의 노출된 단부를 향하는 커팅 에지 시작부(4)에서의 최소 거리(Amin)로부터, 상기 공구 생크(2)를 향하는 커팅 에지 단부(5)에서의 최대 거리(Amax)까지 연장되며, 상기 S자형 세그먼트는 바람직하게는, 상기 커팅 에지 시작부(4)로부터 상기 커팅 에지 단부(5)를 향하는 방향으로 볼 때,
    - 상기 커팅 에지(S)가 제1 반경(R1)을 갖는 원형 곡선 형태로 연장되도록, 상기 커팅 에지(S)의 어택 앵글(α)이 변화하는 제1 곡선 영역(Ⅰ),
    - 상기 커팅 에지(S)가 일정한 어택 앵글(α)에서 연장되는 중간 영역(Ⅱ), 및
    - 상기 커팅 에지(S)가 제2 반경(R2)을 갖는 원형 곡선 형태로 연장되도록, 상기 커팅 에지(S)의 어택 앵글(α)이 변화하는 제2 곡선 영역(Ⅲ)
    을 포함하고,
    절단 지점(6, 7, 8, 9)의 상기 어택 앵글(α)은 상기 절단 지점(6, 7, 8, 9)에서 상기 커팅 에지(S)에 접하는 접선과 상기 절단 지점(6, 7, 8, 9)을 통과하도록 연장되며 상기 길이방향 축(L)과 평행한 선 사이의 각도인 것을 특징으로 하는 마이크로 폼 엔드밀(1).
  3. 제2항에 있어서, 상기 S자형 세그먼트의 상기 제1 곡선 영역(Ⅰ)은 상기 공통 길이방향 축(L)으로부터 멀어지도록 휘어지며, 상기 제2 곡선 영역(Ⅲ)은 상기 공통의 길이방향 축(L)을 향하도록 휘어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 폼 엔드밀(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커팅 에지(S)는 상기 길이방향 축(L)이 또한 놓여있는 평면에 놓여있는 것을 특징으로 하는 마이크로 폼 엔드밀(1).
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커팅 에지(S)는 상기 길이방향 축(L)과 교차하는 평면에 놓여있는 것을 특징으로 하는 마이크로 폼 엔드밀(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 절단 지점(6, 7, 8, 9)의 쐐기 각도(β) 및/또는 여유 각도(δ) 및/또는 경사 각도(γ)는 적어도 국부적으로 상기 커팅 에지(S)를 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 마이크로 폼 엔드밀(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커팅 헤드(3)는, 바람직하게는 상기 커팅 헤드(3)의 원주 둘레에서 균일하게 분포되는, 적어도 4개, 좀 더 구체적으로 8개 내지 12개의 커팅 톱니(Z)를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 폼 엔드밀(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커팅 헤드(3)는,
    - 적어도 2개의 연속 커팅 톱니(Z1, Z2)의 그룹을 가지며, 상기 연속 커팅 톱니(Z1, Z2)의 상기 커팅 에지(S1, S2)는 적어도 국부적으로 서로에게서 방사상으로 오프셋되도록 배열되고,
    - 상기 적어도 2개의 연속 커팅 톱니(Z1, Z2)의 그룹 자신은 상기 커팅 헤드(3)의 원주 방향으로 적어도 한 번 반복되는
    것을 특징으로 하는 마이크로 폼 엔드밀(1).
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 곡선 영역(Ⅰ)에서 상기 커팅 에지의 최소 거리(Amin)는 0.1 내지 0.3mm 범위이며, 상기 제2 곡선 영역(Ⅲ) 영역에서 상기 커팅 에지의 최대 거리(Amax)는 0.3 내지 0.5mm 범위이고,
    - 상기 제1 곡선 영역의 반경(R1)은 0.005mm 내지 0.25mm 범위이며,
    - 상기 S자형 세그먼트의 상기 중간 영역에서의 상기 일정한 어택 앵글(α)은 0° 내지 45° 범위이고,
    - 상기 제2 곡선 세그먼트의 반경(R2)은 0.1mm 내지 0.25mm 범위이며,
    - 최대 커팅 에지 오프셋(Vmax)이 0.001mm 내지 0.08mm 범위가 되도록, 상기 복수의 커팅 에지는 서로에게서 방사상으로 오프셋되도록 배열되는
    것을 특징으로 하는 마이크로 폼 엔드밀(1).
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