KR960002414B1 - 초경합금제 드릴의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

초경합금제드릴의 제조방법

제1도는 본 발명에 따른 초경합금제드릴의 제조방법에 의하여 제조된 드릴의 구조를 나타내는 구조도.

제2도는 (a) 내지 (d)도는 본 발명에 따른 초경합금제드릴의 제조방법을 설명하기 위한 제조공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 드릴 3 : 나선홈

5 : 절인 7 : 랜드(land)

11,21 : 환형봉체 13,23 : 환형관체

본 발명은 냉각용 내부홀(Coolant inner hole)을 갖는 초경합금제드릴의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각용 내부홀로서 사용하게 되는 홈을 소결된 초경합금제환형봉체의 외주면에 형성하고, 상기 홈이 형성된 초경합금제환형봉체를 소결되지 않은 환형관체를 초경합금제컴팩트(Compact)내에 삽입한 상태에서 상기 초경합금제컴팩트를 소결하여 상기 환형봉체와 환경관체의 소결체를 일체화시킴으로서 일체화된 소결체의 내부에 냉각요 홀을 갖는 초경합금제드릴의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 드릴은 금속, 비금속 재료의 구멍 또는 홈을 뚫는 용도로 다양하게 이용되고 있으며, 플랫드릴(flat drill), 트위스티드 드릴(twisted drill), 스페셜 드릴(special drill), 경질합금 드릴(hard metal drill)의 4종으로 대별될 수 있다. 그중에서 가장 널리 사용되는 것이 트위스티드 드릴이다.

왜냐하면, 트위스티드 드릴은 (a) 견고하고 절삭성이 좋다. (b) 칩(chip)은 자연히 홀(hole)부로 부터 제거된다. (c) 자체 안내작용이 있어 정확한 구멍이 형성된다. (d) 선단을 연삭하여도 직경차가 작아 드릴의 수명이 길다. 이와같은 장점을 갖고 있기 때문이다.

한편, 강재 또는 난삭재의 구멍을 형성하는데 유용하게 이용되고 있는 초경 합금제드릴은 현재 WC-Co계, WC-TiC-Co계 및 WC-TaC-Co계가 많이 사용되고 있고, 그 제조과정은 탄화물의 분말과 Co의 미분말을 혼합하여 프레스로 성형하고 소결하는 것이다.

여기서 탄화물 성분의 배합비율, 입자크기, 결합체의 종류와 소결방법등에 따라 여러가지 성분의 각종 목적을 달성하기 위한 초경합금제의 드릴이 제조된다. 그런데 드릴을 이용하여 구멍을 형성하는 동안 드릴날과 모재와의 마찰열이 발생하게 되며 절삭된 칩에 의한 저항을 받게 되므로 칩의 제거를 신속히 할수 있도록 하며 이때 드릴이 과열되면 절삭날이 무디어지게되고 심할경우 구멍이 형성되는 모재의 구멍주위영역을 녹게하므로 과열되는 것을 방지하기 위한 수단이 필요하게 된다.

이에따라, 종래에는 드릴작업이 진행되는 동안 냉각용 오일(또는 물)을 천공되는 판과 접하는 드릴의 선 단부에 외부 급유하여 드릴의 절단면이 과열되는 것을 방지하여 왔다.

그러나, 종래의 드릴은 드릴지름의 4배이상 깊이로 천공되는 판의 홈 또는 구멍을 형성하게 될 때 홈 또는 구멍의 저부면과 접하는 드릴의 선단부에는 냉각제가 충분히 공급되지 않게 되어 드릴의 선단부가 과열된다.

따라서, 종래의 드릴은 선단부의 마모가 빨리 이루어지게 됨은 물론 양호한 드릴작업을 이룩할 수가 없게 되는 문제점을 갖고 있는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초경합금제드릴의 내부에 냉각제공급용 홀을 형성하여 드릴의 과열을 효과적으로 방지할 수 있는 초경합금제드릴의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 것으로서, 제1재질의 봉체와 제2재질의 관체를 각각 형성하는 단계와, 상기 제1재질로 성형된 봉체를 제1소결하는 단계와, 상기 제1소결된 봉체의 원주면에 냉각제의 공급로를 형성하는 단계와, 상기 냉각제의 공급로가 형성된 봉체를 상기 제2재질로 형성된 관체에 삽입한 후 상기 제2재질로 성형된 관체를 제2소결하여 상기 봉체와 상이 관체를 일체화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 따른 초경합금제드릴의 내부에 냉각제의 공급로가 형성되어 있는 구조를 나타내고 있다. 초경합금제로 제조된 트위스타드 드릴(1)은 자루부분은 생크(shank)(S)와 몸체부분인 보디(body)(B)의 2개부분으로 구성되어 있으며, 보디(B)에는 1쌍의 나선홈(twist groove)(3)이 형성되어 있고 그 선단에는 1쌍의 절인(cutting edge)(5)이 형성되어 있다.

그리고, 드릴(1)은 자루부분(S)과 몸체부분(B)이 일체로 형성되어 있으며 드릴의 외주절인 형성하는 부분인 랜드(land)(7)가 형성되어 있다.

또한 드릴(1)의 내부에는 물 또는 오일의 냉각제를 공급하기 위한 홀(9)이 드릴의 길이방향에 대해 나선형으로 2개 형성되어 있다. 여기서, 상기 홀(9)은 상기 드릴(1)의 내부에서 2개로 도시되어 있지만 2개로 한정되는 것은 아니고 1개 또는 2개 이상 다수개의 구멍을 형성할 수 있다.

제2a도 내지 d도는 본 발명에 따른 초경합금제드릴의 제조방법을 나타내는 제조공정도이다. 제2a도를 참조하면, 먼저, 제1재질로 환형봉체(11)을 형성하기 위하여 WC, Co, TiC, TaC의 조성비를 각각 72∼76%, 10∼14%, 4∼6%, 6∼12%로 하고, 더욱 바람직하게는 각각 75%, 12%, 5%, 8%로 하는 제1혼합분말을 준비한다. 이를 대신하여 WC, Co, TiC, TaC의 조성비를 각각 72∼76%, 9∼10%, 6∼9%, 6∼12%로 하고, 더욱 바람직하게는 각각 74.5%, 9.5%, 8.8% 로 하는 제2혼합분말을 준비하여 사용할 수도 있다.

상기 제1혼합 분말과 제2혼합 분말의 조성비는 각기 다른 조성비를 갖는 혼합분말을 시험한 결과 가장 양호한 상태의 초경합금을 제조할 수 있는 상태를 선택하였다.

이어서, 상기의 조성비로 혼합된 제1혼합분말을 헥산(Hexane)용액과 함께 용기(Jar)에 넣은 후 볼밀(ball mill)에 의한 분쇄작업을 실시한다. 계속하여 분쇄작업이 완료된 슬러리상태의 제1혼합분말에 파라핀 또는 왁스등과 같은 일시적인 결합제를 균일하게 혼합시킨다. 이때 혼합공정 단계는 교반기에 의해 90℃에서 3시간 동안 지속된다.

그리고나서, 상기 제1재질의 혼합분말을 금형에 배치하고 2ton/㎠의 압력으로 환형본체(11)를 성형(press)한다. 이때 성형되는 환형봉체(11)의 길이는 후속의 소결공정시 18∼22%정도 감소되는 것을 고려하여야 함은 당연한 것이다.

그리고, 제2재질로 환형관체(3)을 형성하기 위하여 WC, Co, TaC, VC의 조성비를 각각 82∼86%, 12∼14%, 2%, 0.4%로 하고, 더욱 바람직하게는 각각 85.6%, 14%, 2%, 0.4%로 하는 제3혼합분말을 준비한다. 이어서, 상기 제3혼합분말을 다른 금형에 배치하고 2ton/㎠의 압력으로 성형(pressing)하여 환형관체(13)를 형성한다. 이때, 성형된 상기 환형관계(13)의 길이방향으로 형성된 내경은 상기 환경봉체(11)의 직경에 비하여 치수가 크게 되어야 한다.

그리고 상기 환형관체(13)의 길이는 상기 환형봉체(11)의 길이에 비하여 작게 되어야 한다. 이에 대한 내용은 추후에 상세히 기술하기로 한다.

이후 성형된 환경봉체(11)를 진공소결하기에 소결한다.

이때 환경봉체(11)를 제1소결하기 위하여서는 환형봉체(11)를 진공소결기에 투입하고 상기 진공소결기의 내부상태를 진공상태를 전화시킨후 약 90분정도에 내부온도가 350℃ 정도 상승할 수 있도록 서서히 온도를 상승시킨 후 350℃정도가 되면 이러한 상태에서 약 1시간정도를 유지하며 이후 5℃/분의 속도로 내부온도를 승온하여 650℃까지 내부온도를 상승시킨후 30분정도를 유지하며 이후 90분사이에 900℃까지 내부온도를 상승시키며 900℃에서 20분간 유지한다. 이후 1시간사이에 1,200℃까지 내부온도를 상승시키며 1200℃에서 20분간 유지한후 50분사이에 1400℃까지 승온되도록 내부온도를 서서히 상승시킨다.

이와 같이 소결장치의 내부온도는 온도상승단계와 온도유지단계를 반복하며 온도상승단계에서는 시간에 비례하여 승온속도가 낮아지도록 조정한다.

그리고 상기 소결장치의 내부온도가 1400℃에서 30분정도 유지되게 한 후 상기 소결장치에 인가되는 전원을 차단하여 상기 진공소결기의 내부온도가 진공상태에서 6시간 정도 방치하여 상온을 유지할 수 있도록 내부온도가 하강되도록 한다.

이때, 상기 진공소결기를 이용하여 내부를 진공으로 유지하는 것은 혼합분말 용융시 산화되는 것을 방지하기 위한 것이다.

그리고나서, 제1소결된 상기 환영봉체(21)의 원주면에 나선형의 홈(19)을 2개 형성한다. 이때, 상기 나선형의 홈(19)은 상기 환형봉체의 원주면을 따라 1개 또는 3개가 형성되어도 무방하다.

이후, 제2c도를 참조하면, 상기 나선형의 홈(19)이 원주면에 형성된 상기 환형봉체(21)를 성형(pressing)된 환형관체(13)의 내경에 삽입한다. 이어서, 상기 환형 봉체(21)가 삽입된 환형관체(13)를 제2소결 한다. 상기 제2소결 단계는 진공소결기에 의해 제1소결시와 동일하게 온도상승단계와 온도유지 단계를 반복수행하게 되며, 최종 온도가 1380℃까지 상승되는 것을 제외하면 승온속도 및 온도유지 시간은 상기 환형봉체(11)를 소결하는 방법과 동일하다.

이때, 이미 소결되어 있었던 환형봉체(21)는 더이상 수축되지 않았던 환형관체(13)는 길이방향은 물론 직경방향으로도 수축되는 것이다. 또한 상기 환형관체(13)의 Co는 소결단계가 진행되는 동안 고체상에서 액체상으로 전환된 후 다시 고체상으로 된다. 따라서, 제2c도의 A-A선을 따라 환형관체(23)와 환형봉체(21)을 절단하여 보면, 제2d도에 도시한 바와같이 환형봉체(21)의 외주변은 소결되어 축소된 환형관체(23)의 내경을 원주면에 완전히 결합하게 되어 환형봉체(21)와 환형관체(23)가 일체형으로 됨을 알 수 있다.

여기서, 환형관체(23)는 소결과정에 의해 축소되는 내경이 이미 소결되었던 환형봉체(21)의 직경에 비하여 1% 이상 작아지지 않아야 한다. 만약 환형관체(23)의 축소되는 내경이 소결되어 있던 환형봉체(21)의 직경에 비하여 1%이상 작아지게 되면 환형관체(23)는 쉽게 파손될 수가 있는 것이다. 이후 환형봉체(21)와 일체화된 환형관체(23)의 외주면에 나선홈(3)을 형성하면 제1도에 도시한 바와같은 최종적이 드릴이 형성된다.

이때, 상기 소결된 환형관체(23)의 외주면에 나선홈(3)을 형성하기 위해서는 상기 소결된 환형관체(23)와 일체형으로 형성된 환형봉체(21)의 외주면에 나선형으로 형성된 냉각제공급용 홀(9)의 위치를 정확히 파악하는 것이 필요하다.

따라서, 소결된 환형관체(23)의 내부에 일체화되는 상기 환형봉체(21)의 일부가 상기 환형관체(23)의 외부로 돌출시키기 위하여 상기 환형봉체(21)의 길이가 상기 환형관체(23)의 길이보다 커야함은 당연한 것이다.

한편, 본 발명은 상기 환형관체와 환형봉체의 재질이 서로 다른 경우에 대하여 기술하고 있으나 이에 한정되지 않고 상기 환형관체와 환형봉체의 재질이 서로 동일한 경우에도 적용할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 소결된 초경합금제환형봉체의 외주면에 나선형 냉각제공급로를 형성하고, 상기 환형봉체를 소결되지 않는 초경합금제환형관체의 내경에 삽입한 상태에서 상기 환형관체를 소결하여 상기 환형봉체와 환형관체를 일체화시킴으로서 냉각제공급로를 내부에 갖는 초경합금제드릴을 용이하게 제조할 수 있다.

Claims (2)

1. 드릴의 제조방법에 있어서, WC, CO, TiC, Tac로 구성되는 제1재질의 봉체(11)와 WC, Co, Tac, Vc로 구성되는 제2재질의 관체(13)를 각각 성형하는 단계와, 상기 제1재질의 성형된 상기 봉체(11)를 진공소결기에서 소결하는 제1소결하는 단계와, 상기 제1소결된 봉체(11)의 원주면에 냉각제의 공급로(19)를 형성하는 단계와, 상기 냉각제의 공급로(19)가 형성된 상기 봉체(11)를 상기 제2재질의 성형된 상기 관체(13)에 삽입한 후 상기 제2재질로 성형된 관체(13)를 진공소결기에 의해 제2소결하여 상기 봉체(11)와 상기 관체(13)를 일체화시키는 단계와, 상기 제2소결된 관체의 원주면에 나선홈을 형성하는 단계를 포함하는 초경합금제드릴의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 제1소결단계에서 실시되는 최고의 온도는 제2소결단계에서 실시되는 최고의 온도보다 높게되는 것을 특징으로 하는 초경합금제드릴의 제조방법.