KR101314765B1

KR101314765B1 - 드릴링 인서트 및 드릴링 공구

Info

Publication number: KR101314765B1
Application number: KR1020087024584A
Authority: KR
Inventors: 페터 카를 메르겐탈러; 베르톨드 하인리히 쪼이그; 호르스트 만프레드 얘거
Original assignee: 케나메탈 아이엔씨.
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2013-10-08
Anticipated expiration: 2027-03-02
Also published as: CA2645162A1; RU2417865C2; KR20090008212A; DE102006010856A1; JP5070225B2; DE502007007123D1; EP1993762B1; BRPI0709005A2; US20090071723A1; RU2008139986A; JP2009529431A; US8475090B2; WO2007101615A1; CN101426605B; CN101426605A; EP1993762A1; MX2008011534A

Abstract

각진 절삭 날(6)의 각(14)의 주위에 측면들을 형성하는 적어도 하나의 내부 립(8)과 하나의 외부 립(9)을 가지는, 드릴(1)용 절삭 인서트로서 상기 각(14)의 정점에는 핌플 형상의 볼록부(10)가 있다.

각진 절삭기, 내부 립, 외부 립, 드릴, 절삭 인서트, 볼록부

Description

드릴링 인서트 및 드릴링 공구{Drilling Insert And Drilling Tool}

본 발명은 청구항 1 의 전제부의 특징들을 가지는 드릴용 절삭 인서트 (cutting insert)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 일측 또는 양측으로 인덱스 가능한 팁(indexable tip)으로 설계된 절삭 인서트에 관한 것이다.

이와 같은 인덱스 가능한 인서트들은, 예를 들면, 삼각형, 사변형, 바람직하게는 정사각형, 오각형 또는 육각형의 외부 윤곽을 가진다. 모서리(corner)들 사이에 위치한 날들(edges)은 이 경우에 절삭 날들로 설계된다. 상기 인덱스 가능한 팁은, 다른 날들이 상기 인서트 시트(seat)에서 사용되지 않고(inactive) 있으면서 상기 날들 중의 하나가 드릴 작업 중에 절삭을 하는 방식으로, 드릴 공구에 삽입되는 카세트 또는 드릴 공구의 인서트 시트에 배열된다. 사용되는(active) 절삭 날의 마모 후에, 상기 인덱스 가능한 팁이 간단하게 상기 인서트 시트로부터 해제되고 지금까지 사용되지 않은 절삭 날들 중 하나가 사용되는 방식으로 인덱스되며, 즉, 다음의 드릴 작업들이 상기 사용되지 않은 절삭 날들로 행해진다. 상기 인서트 시트 내의 상기 인덱스 가능한 팁의 이 회전은 상기 인덱스 가능한 팁의 모든 날들이 사용되어 전체의 인덱스 가능한 팁이 마모 될 때까지 행해지게 된다.

더욱이, 복수의 인덱스 가능한 팁들을 드릴 공구에 배열하는 것이 알려져 있다. 상기 인덱스 가능한 팁들은 바람직하게는 탄화물들로 만들어진다. 복수의 인덱스 가능한 팁들이 사용될 때, 예를 들면 둘 또는 그 이상의 인덱스 가능한 팁들이, 이들이 드릴의 주 절삭 에지(main cutting edge)을 함께 형성하는 방식으로, 상기 드릴에 배열된다. 상기 인덱스 가능한 팁들이 서로로부터 오프셋되어 상기 주 절삭 에지에 배열되는 구조들도 알려져 있다.

그러므로, 상기 인덱스 가능한 팁들을 사용하여, 상기 드릴의 하나 또는 그 이상의 절삭 에지들을 위한 인덱스 가능한 팁들을 교체하는 것이 가능하다.

절삭 인서트들이 아래에서 언급될 때에, 상세한 설명들은 하나의 절삭 날을 가지는 절삭 인서트에 관련된다. 상기 절삭 인서트에 대해 기술된 것은 -기술된 바와 같이- 복수의 절삭 에지들이 하나의 상기 인서트 상에 동시에 존재한다는 점에서 상기 하나의 날을 가진 인서트와는 다른 인덱스 가능한 팁에 언제든지 적용될 수도 있다. 드릴 구멍의 아래에 있는 절삭들(cuts)의 분포가 짝수의 절삭 에지들에 나뉘어진 절삭 인서트들이 알려져 있다. 이 공구들의 경우에, 상기 절삭 에지들의 절반이 상기 드릴 구멍의 중심 영역에서 상기 드릴 구멍의 하부를 가공한다. 한편, 상기 절삭 에지들의 다른 절반은 외경을 향하는 상기 드릴 구멍의 하부 영역을 가공한다. 절삭들의 이와 같은 분포는 절삭력들을 나눈다. 이리하여 각각의 절삭 인서트 상에는 내부 립(inner lip)과 외부 립(outer lip)이 형성된다. 상기 내부 립과 외부 립은 바람직하게는 서로에 대해 각을 이루어 배치된다. 그러므로 그들은 내부 립과 외부 립으로 구성되는 각진 절삭 에지(angular cutting edge)을 형성한다. 상기 외부 립과 내부 립이 서로에 대해 180도의 각도로 배향된 비정상적인 각진 절삭 에지도 역시 어떠한 응용들에 사용될 수 있다. 이 경우에, 상기 절삭 인서트는 상기 절삭 에지가 가공되는 가공대상물과 비스듬하게 맞물리는 방식으로 상기 인서트 시트에 배열된다.

상기 내부 립과 상기 외부 립은, 드릴 축에 대한 상기 공구의 일측 드리프팅(unilateral drifting)이 효과적으로 회피되는 방식으로, 서로에 대해 이상적으로 할당된다. 그러나, 공구제조에서 피할 수 없는 제조공차들 때문에, 전술한 상기 공구의 일측 드리프팅이 완전히 배제되는 방식으로 절삭 인서트를 제조하는 것이 실제로 거의 불가능하다. 복수의 절삭 인서트들이 사용될 때에, 가장 나쁜 경우에는 공차 오차들이 누적되는 문제도 있으며, 이는 상기 공구의 드리프팅을 증가시키게 된다. 관통 방지 절삭력 성분(antipenetration cutting force component) 때문에, 상기 드릴 공구는 사용시에 불안정한 방식으로 움직이며, 이는 드릴 구멍의 품질 저하와 상기 공구의 초기 고장을 초래한다.

상기 공구의 드리프팅 거동은 전술한 내부 립과 외부 립의 각지거나 루프형상의(roof-shaped) 상호 배열에 의해 확실히 증가된다. 상기 공구의 드리프팅을 효과적으로 방지하기 위해, 상기 내부 립과 상기 외부 립에 의해 형성되는 각이 가능하면 날카롭게 설계되는 것이 실제로 필요하다. 그러나, 이는 바람직하지 않은 칩(chip)형성을 수반한다. 게다가, 그 결과로 상기 절삭 에지 맞물림 길이가 증가된다. 이는 상기 절삭력들의 바람직하지 않은 증가와 상기 초기 절삭(starting cut)의 깊이의 증가를 초래한다. 독일 특허DE-T-694 16 248은 상기 외부 립과 상기 내부 립이 다른 각들을 가지는 두개의 부분적 립들로 나누어지는 인덱스 가능한 팁을 개시한다. 이 절삭 인서트에서, 예비 립(pre-lips)이 플런지 공구(plunging tool)와 같이, 적절하게 언급하자면, 절삭 에지의 앞에 배열된다. 그러나, 상기 절삭 에지들의 이와 같은 배열은 바람직하지 않은 칩 형성, 즉 리본 칩들을 초래한다.

이 불이익들의 관점에서, 본 발명의 목적은 그의 드리프팅 거동에 대해 절삭 인서트를 개선하는 것이다. 상기 목적은 청구항1의 특징들의 조합에 의해서 독창적인 방식으로 달성된다. 종속 청구항들은 본 발명의 적절한 개발들을 부분적으로 포함하고 그들 자체로 독창적인 본 발명의 개발들을 부분적으로 포함한다.

청구항1에서 청구된 것처럼, 내부 립과 외부 립은 본 발명에 따른 상기 절삭 인서트에 제공된다. 상기 내부 립과 상기 외부 립은 각의 측면들을 형성한다. 그러므로 상기 절삭 인서트는 각진 절삭 날을 가진다. 본 발명에 따르면, 핌플 형상의 볼록부(pimple-shaped projection)가 상기 절삭 에지를 형성하는 각의 정점 영역에 제공된다. 상기 볼록부는 추가로 상기 드릴 작업 중에 상기 절삭 날의 중심을 잡아준다. 상기 볼록부는 매우 짧은 길이를 가지고 상기 내부 립과 상기 외부 립에 의해 형성된 각의 정점만을 감싼다. 상기 볼록부는 또한 상기 절삭 인서트의 상기 절삭 날로부터 아주 멀리 돌출되지는 않는다. 상기 볼록부는 상기 드릴 작업 중에, 말하자면, 상기 절삭 날을 위한 중심점으로 작용한다. 더욱이, 상기 필수적인 절삭 작업이 일 측의 상기 내부 립과 다른 측의 상기 외부 립에 의해 행해지고, 상기 립들은 상기 볼록부에 인접하여 있고, 상기 볼록부는, 절삭 기능에 추가해서, 상기 드릴 작업 중에 상기 공구를 위한 중심 기능을 가진다.

더욱이, 상기 볼록부의 상기 측면들(side flanks)은 각각 볼록부 립들을 형성한다. 상기 내부 립에 인접한 상기 볼록부 내부 립은 직접 상기 내부 립에 도달한다. 마찬가지로, 상기 볼록부 외부 립은 상기 외부 립에 도달한다. 그러므로 상기 두 개의 볼록부 립들과 상기 내부 립과 상기 외부 립 사이에는 연속적이고, 부드러운 전환이 있다. 그 결과로, 상기 전체 절삭 에지에 걸친 연속적인 칩이 상기 절삭 중에 형성되고, 상기 볼록부 립들과 상기 내부와 외부 립들 사이의 전환 영역에서 칩의 파쇄가 일어나지 않는다. 상기 볼록부 립들과 상기 내부와 외부 립들은 바람직하게는 각각 180도보다 작은 각을 감싸는 루프 형상의(roof-shaped) 절삭 날 쌍을 형성한다. 대안적인 구조들에서, 상기 내부와 상기 외부 립은 180도의 각 또는 180도보다 큰 각으로 배열되고, 상기 볼록부 립들은 동시에 180도보다 작은 각을 가진 루프 형상으로 여기에서 배열된다.

바람직한 구조에서, 상기 볼록부 내부 립과 상기 볼록부 외부 립 사이의 상기 내부 각은 상기 내부 립과 상기 외부 립 사이의 상기 각보다 작다. 이와 같이, 상기 내부 립과 상기 외부 립은 각 경우에 평평한 전환(flat run-out)으로 상기 볼록부 내부 립과 상기 볼록부 외부 립의 경로를 계속한다. 상기 볼록부 립들과 상기 내부 립과 상기 외부 립 사이에서 상기 절삭 에지 내의 방향의 변경이 일어나지 않는다는 것이 특히 주목되어야 한다. 그러므로 상기 절삭 에지는 완전히 언더컷이 없는 상태이다(undercut-free). 상기 절삭 에지 내에는 90도의 각이 없다. 반대로, 상기 절삭 에지는 상기 절삭 에지의 정점 영역에 상기 볼록부와 연속적인 각진 경로를 가진다.

추가적인 바람직한 구조에서, 상기 볼록부 내부 립과 상기 볼록부 외부 립 사이의 영역은 핌플-형상 돌출부(pimple-shaped projection)로서 둥글게 되어 있다.

상기 전체 절삭 에지의 대칭적 구조가 바람직하다. 이는 상기 절삭 인서트의 문제가 없는 변경을 허용하며 특히 시계침의 반대방향으로 회전하는 공구와 시계침 방향으로 회전하는 공구에서의 사용을 허용한다. 그러므로 상기 전체 절삭 에지는 상기 볼록부에 대해 대칭으로 배열된다. 상기 내부 립의 길이는 정확하게 상기 외부 립의 길이와 대응한다. 이와 같은 립들이 제공된다면, 동일한 내용이 상기 볼록부 립들에 적용된다.

구체적인 응용들에서, 대칭적 구조는 상기 절삭 중에 상기 절삭 인서트에의 힘의 불균형한 도입에 이르게 한다. 이와 같은 경우들에 대해, 바람직하게는 비대칭 구조가 제공되는데, 즉 상기 내부 립과 상기 볼록부 내부 립, 외부 립과 볼록부 외부 립은 서로 다른 길이로 형성되거나 서로 다른 경사각으로 설계된다. 이 경우에 결과로서 나타나는 반경방향의 힘이 상기 드릴에 작용하지 않도록 상기 절삭 중에 상기 절삭 인서트에 작용하는 반경방향의, 즉 상기 절삭 방향에 수직인 방향의, 힘들이 서로 상쇄하는 방식으로 상기 비대칭이 선택된다.

시계침의 반대방향으로 회전하는 공구와 시계침 방향으로 회전하는 공구 모두에서 상기 절삭 인서트를 사용할 수 있기 위해서, 또는 상기 공구의 회전방향을 변경할 수 있기 위해서, 크리어런스부(clearance portion)가 바람직하게는 상기 볼록부에 위치된 측면 영역에 배열된다.

이미 기술된 바와 같이, 인덱스 가능한 팁으로서 구성되고 복수의 절삭 에지들을 가지는 절삭 공구의 사용이 특히 바람직하다. 인덱스 가능한 팁에서 상기 볼록부의 이중 기능은 특히 유익하다. 상기 사용되는 절삭 에지의 상기 볼록부는 위에서 설명된 바와 같이 상기 드릴 거동을 개선하기 위해 작용하지만, 사용되지 않는 절삭 날의 상기 볼록부가, 인덱스 가능한 인서트가 결합될 때에, 상기 인서트 시트의 인서트 지지 표면들(insert bearing faces) 사이에 필수적으로 배열되는 상기 모서리 구멍으로, 삽입된 인덱스 가능한 팁에 의해, 연장되고, 이리하여 상기 모서리(corner) 구멍에서 칩들이 엉기는 것(jamming)을 방지한다. 그러므로 상기 모서리 구멍에 있는 상기 볼록부는 상기 모서리 구멍을 위한 충진체(filler)로서 작용한다.

본 발명은 실시예를 참조하여 더 상세하게 기술된다. 도면에서는:

도1은 삽입된 인덱스 가능한 팁을 가진 드릴 공구의 드릴 포인트를 보여 주며,

도2는 도1에 따른 상기 드릴 공구의 상기 인서트 시트에 있는 상기 인덱스 가능한 팁을 보여주는 확대도이며,

도3은 상기 인서트 시트에 있는 상기 인덱스 가능한 팁의 평면도이며,

도4는 상기 인덱스 가능한 팁에 구현된 각의 관계를 가진, 본 발명에 따른 상기 인덱스 가능한 팁의 윤곽 스케치이며,

도5는 인서트 시트에 있는 인덱스 가능한 팁과 상기 인덱스 가능한 인서트를 통과하는 단면을 보여준다.

드릴(1)은 드릴 포인트(2)를 가진다. 상기 드릴 포인트(2)의 단부면(end face)은 두 개의 주 측면들(main flanks, 3)을 가진다. 상기 주 측면들(3)은 각각 인덱스 가능한 팁으로 설계된 절삭 인서트(5)를 수용하기 위한 인서트 시트(4)에 인접해 있다. 실시예에 보여진 상기 절삭 인서트(5)는 거의 삼각형 윤곽 형상을 가진다. 이 삼각형 윤곽 형상의 측면들은 각각 절삭 에지(6)로 작용한다. 상기 절삭 인서트(5)가 상기 인서트 시트(4)의 각각의 인서트 지지면(7)에 의해 지지되는, 각각의 측면 표면들(side faces, 6A)이 상기 절삭 에지(6)들에 인접하여 있다. 여기서, '삼각형'과 같은 형상에 대한 용어는 엄밀히 그 형상만을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 세변을 가지되 꼭지점이 라운드지게된 삼각형과 같이 측정 오차나 제조 공차 등에 의하여 실질적으로 그리고 전체적으로 삼각형인 것으로 당업자에게 해석될 수 있는 형상을 배제하는 것은 아니다

상기 인서트 지지면들(7)에 대해 배향되지 않은 상기 절삭 에지(6)는 상기 인서트 인서트(5)의 상기 사용되는 절삭 날을 형성한다. 상기 절삭체 인서트(5)의 상기 사용되는 절삭 날은 내부 립(8)과 외부 립(9)로 나누어진다. 상기 볼록부(10)는 상기 내부 립(8)과 상기 외부 립(9) 사이에 배열된다. 홈처럼 형성된 크리어런스부(10A)는 상기 볼록부(10) 아래 상기 측면 표면(6A) 상에 제공된다.

상기 볼록부(10)의 상기 측면들은 볼록부 립들로서 유효하다. 그러므로 상기 내부 립(8)에 인접한 상기 볼록부(10)의 상기 측면은 상기 볼록부 내부 립(11)을 형성하고, 상기 외부 립(9)에 할당된 상기 볼록부(10)의 측면은 따라서 상기 볼록부 외부 립(12)을 형성한다.

상기 볼록부 내부 립(11)과 상기 볼록부 외부 립(12) 사이의 상기 내부 각(13)이 상기 각진 절삭 에지(6)의 상기 내부 립(8)과 상기 외부 립(9)에 의해 형성된 상기 각(14)보다 작다는 것을 도4에서 볼 수 있다. 상기 볼록부 내부 립(11)과 상기 볼록부 외부 립(12) 사이의 상기 내부 각(13)은 바람직하게는 60도의 최소값과 170도의 최대값 사이에 있다. 상기 실시예에서, 상기 내부 각(13)은 120도이고 상기 내부 립(8)과 상기 외부 립(9) 사이의 상기 각(14)은 150도이다. 상기 내부 립(8)과 상기 외부 립(9)은 각각 상기 볼록부 내부 립(11)과 상기 볼록부 외부 립(12)에 둔각으로 합쳐진다. 상기 실시예의 상기 둔각은 약 170도이고 특히 150도 이상이다. 마지막으로, 상기 실시예에서, 상기 볼록부(10)에 있는 상기 볼록부 내부 립(11)과 상기 볼록부 외부 립(12) 사이의 영역은 핌플형 돌출부(15)로 설계된다.

더욱이, 상기 절삭 인서트(5)를 상기 인서트 시트(4)에 고정하기 위한 고정스크류(16)를 상기 도면들에서 볼 수 있다. 더욱이, 상기 사용되지 않는 절삭 날들(6)의 상기 볼록부들(10)은 상기 인서트 지지면들(7)의 영역에서 모서리 구멍들(17)로 돌출되고 적어도 부분적으로 상기 모서리 구멍들(17)을 폐쇄한다는 것을 볼 수 있다(도3). 이와 같이 하여, 이들 모서리 구멍들(17)을 칩들로 채우는 것이 효과적으로 방지된다.

Claims

드릴링 작업 중에 가공대상물에 맞물리는 각진 절삭 에지(6)의 내부 립(8)과 외부 립(9)이 이루는 각(14)의 측면들을 형성하는 적어도 하나의 내부 립(8)과 하나의 외부 립(9)을 가지는 드릴링 인서트(1)에 있어서,

핌플 형상의 볼록부(10)로서 설계된 중심점이 상기 각(14)의 정점에 제공되고 상기 볼록부(10)의 측면들은 각각 상기 내부 립(8)과 상기 외부 립(9)으로 직접 이어지는 볼록부 내부 립(11)과 볼록부 외부 립(12)을 형성하며,

상기 드릴링 인서트는 삼각형의 외측 형상을 가지며,

각진 절삭 에지(6)의 내부 립(8)과 외부 립(9)이 이루는 각(14) 은 180°미만인 것을 특징으로 하는 드릴링 인서트.
제1항에 있어서,

상기 볼록부 내부 립(11)과 볼록부 외부 립(12) 사이의 내부각(13)이 상기 내부 립(8)과 상기 외부 립(9) 사이의 상기 각(14)보다 작게 되도록, 상기 볼록부 내부 립(11)은 상기 내부 립(8)으로 이어지고 상기 볼록부 외부 립(12)은 상기 외부 립(9)으로 이어지는 것을 특징으로 하는 드릴링 인서트.
제2항에 있어서,

상기 내부 각(13)의 정점은 상기 볼록부 내부 립(11)과 상기 볼록부 외부 립(12) 사이에서 핌플 형상의 돌출부(15)로서 둥글게 된 것을 특징으로 하는 드릴링 인서트.
제3항에 있어서,

상기 내부 립(8)과 상기 외부 립(9)은 서로에 대하여 대칭적으로 배열되며 상기 볼록부 내부 립(11)과 상기 볼록부 외부 립(12)도 서로에 대하여 대칭적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 드릴링 인서트.
제4항에 있어서,

상기 볼록부 내부 립(11)과 상기 볼록부 외부 립(12), 및 상기 내부 립(8)과 상기 외부 립(9)이 핌플 형상의 돌출부(15)에 대해 대칭적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 드릴링 인서트.
제1항에 있어서,

동작 중에 발생하는 절삭력들이 서로 상쇄되도록 상기 내부 립(8), 상기 외부 립(9), 상기 볼록부 내부 립(11) 및 상기 볼록부 외부 립(12)의 배열은 서로에 대하여 비대칭적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 드릴링 인서트.
제1항에 있어서,

상기 볼록부(10)에 위치된 측면의 영역에 크리어런스부(clearance)가 형성되는 것을 특징으로 하는 드릴링 인서트.
제1항에 있어서,

둘 또는 그 이상의 절삭 에지(6)들을 가지는 인덱스 가능한 팁을 구비하는 것을 특징으로 하는 드릴링 인서트.
제1항에 따른 드릴링 인서트를 가지는 드릴링 공구에 있어서,

핌플 형상의 볼록부(10)가 상기 절삭 에지(6)를 위한 중심점으로서 전방으로 향하는 방식으로, 상기 드릴링 인서트(1)가 드릴링 인서트를 수용하기 위한 인서트 시트(4)에 배열되는 것을 특징으로 하는 드릴링 공구.
제9항에 있어서,

상기 드릴링 인서트(1)는 인데스가능한 팁으로 이루어지고, 상기 드릴링 인서트는 사용되지 않는 절삭 날(6)의 적어도 하나의 볼록부(10)는 상기 인서트 시트(4)에 형성된 두 개의 인서트 지지면들(7) 사이에 배열된 모서리 구멍(17)으로 적어도 부분적으로 수용되는 방식으로 인서트 시트(4)에 배열되는 것을 특징으로 하는 드릴링 공구.