KR20160053989A

KR20160053989A - 날끝 교환식 회전 절삭 공구

Info

Publication number: KR20160053989A
Application number: KR1020167009231A
Authority: KR
Inventors: 히사노리 무라; 다다히로 히바타; 도모히로 무라타
Original assignee: 미츠비시 히타치 쓰루 가부시키가이샤
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2016-05-13
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: WO2015037617A1; US20160214186A1; JPWO2015037617A1; EP3045247A1; EP3045247A4; CN105764640B; JP5751401B1; CN105764640A; KR101704629B1; US10207342B2; EP3045247B1

Abstract

날끝 교환식 회전 절삭 공구에 착탈 가능하게 장착하는 인서트로서, 능선에 절삭 날을 가지는 상면부와 하면부와 측면부와 고정 나사용 중앙 구멍을 구비하고, 절삭 날은, 예각의 각각의 코너부에 설치된 코너 날과 코너 날의 양측의 능선에 설치된 바닥 날 및 외주 날로 이루어지고, 바닥 날 및 외주 날은 상이한 여유각을 가지고, 코너 날의 여유면은, 바닥 날 측으로부터 외주 날 측에 걸쳐 여유각이 연속하여 변화하는 변각면부를 가지고, 외주 날의 상단에 그 길이를 규정하는 오목부가 형성되어 있는 인서트.

Description

날끝 교환식 회전 절삭 공구 및 그것에 사용하는 인서트{REPLACEABLE-CUTTING-EDGE ROTARY CUTTING TOOL AND INSERT USED IN SAME}

본 발명은, 피삭재(被削材)를 양호한 가공면 성상으로 마무리 가공(fine-processing)할 수 있는 날끝 교환식 회전 절삭 공구, 및 그것에 사용하는 인서트에 관한 것이다.

절삭 날을 구비한 복수의 인서트를 착탈 가능하게 공구 홀더에 장착한 날끝 교환식 회전 절삭 공구는, 피삭재를 고능률로 절삭 가공할 수 있다. 그러나, 정밀한 마무리 절삭 가공을 행하기 위해 소형의 인서트를 장착한 날끝 교환식 회전 절삭 공구를 사용하면, 절삭 가공에 의해 발생하는 응력에 대하여 강성(剛性)이 불충분하므로, 절삭 날에 치핑(chipping)이나 결손(缺損)이 발생하는 경우가 많다. 치핑이나 결손이 발생하면, 절삭 날의 수명이 저하될 뿐 아니라, 마무리 가공(fine-processing) 이면의 품질이 저하된다. 그러므로, 절삭 날의 치핑이나 결손을 회피하는 형상을 가지는 각종 인서트가 제안되어 있다.

치핑이나 결손을 방지하는 1개의 수단은 절삭 날의 채터링(chattering) 진동을 경감시키는 것이다. 이와 같은 수단을 사용한 절삭 공구용 인서트가 일본 공개특허 제2003-19617호에 개시되어 있다. 도 24(a) 및 도 24(b)에 나타낸 바와 같이, 이 절삭 공구용 인서트(201)는, 착석면(211)과 경사면(221A)을 가지는 상면(212)과, 상면(212)과 착석면(211) 사이의 여유면(213)을 가지는 대략 다각형 판형이며, 1개의 코너 날(214A)로부터 연장되는 주절삭 날(main cutting edge)(216A)은, 제1 주절삭 날(217A)와, 그것과 둔각(鈍角)α으로 연결한 제2 주절삭 날(218A)을 구비하고, 제1 주절삭 날(217A)은 제2 주절삭 날(218B)과 둔각 β를 형성하도록 착석면(211) 측에 경사지고, 또한 제1 주절삭 날(217A)은 제2 주절삭 날(218A)보다 짧고, 여유면(213)은 제1 여유면(223a) 및 제2 여유면(224A)을 가지고, 주절삭 날(216A)과는 반대측에 코너 날(214A)로부터 부절삭 날((auxiliary cutting edge)(219A)이 연장되어 있고, 부절삭 날(219A)은 능선(228A)에 둔각 θ으로 연결하고 있다. 이 형상에 의해, 축방향 경사각(axial rake angle) Ax을 크게 하여 절삭 날의 절삭 저항을 저감하고, 따라서 채터링 진동을 경감하고 있다. 그러나, 일본 공개특허 제2003-19617호는, (a) 코너 날(214A)의 여유면에, 코너 날(214A)을 따라 여유각이 연속하여 변화하는 변각면부를 설치하고 있지 않고, 또한 (b) 제1 주절삭 날(217A)의 단부(端部)에 오목부를 형성하지 않으므로, 코너 날(214A) 및 제1 주절삭 날(217A)의 치핑이나 결손을 충분히 방지할 수 없다.

일본 공개특허 평8-66815호는, 도 25(a)~도 25(c)에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 평행한 주(main) 절삭 날(304a, 304b)과, 주절삭 날(304a, 304b)에 대하여 가로 방향으로 연장되는 한 쌍의 부절삭 날(305a, 305b)과, 각 주절삭 날(304a, 304b)과 각 부절삭 날(305a, 305b)을 연결하는 코너 날(306a, 306b)과, 경사면(313)과, 여유면(321, 322)을 가지고, 각각의 코너 날(306a, 306b)에서의 날끝 각 θ가 50~70°인 회전 절삭 공구용의 절삭용 인서트(303)를 개시하고 있다. 주절삭 날의 단면도(斷面圖)[도 25(b)]로 부절삭 날의 단면도[도 25(c)]를 비교하면, 주절삭 날의 여유각과 부절삭 날의 여유각은 상이한 것으로 보인다. 그러나, 일본 공개특허 평8-66815호는, 여유각을 날(칼)의 길이에 따라 실질적으로 일정하게 하는 것으로 기재하고 있고, 부절삭 날(바닥 날)의 여유각을 주절삭 날(외주 날)의 여유각보다 크게 한다는 기술적 사상이 전혀 기재되어 있지 않다. 따라서, 일본 공개특허 평8-66815호의 절삭용 인서트(303)는, 바닥 날의 치핑이나 결손을 방지하면서 외주 날의 절삭 성능을 향상시키고, 따라서 피삭재의 마무리면 성상을 향상시킬 수 없다. 물론, 일본 공개특허 평8-66815호는, 코너 날(306a, 306b)에 바닥 날 측으로부터 외주 날 측에 걸쳐 여유각이 연속하여 변화하는 변각면부를 설치함으로써, 코너 날(306a, 306b)의 치핑이나 결손을 방지하는 것을 개시도 시도하고 있지 않다.

일본 공개특허 평8-66815호

따라서, 본 발명의 목적은, 절삭 날의 내결손성 및 내마모성을 개선함으로써 피삭재의 마무리면 성상을 향상시킨 날끝 교환식 회전 절삭 공구, 및 그것에 사용하는 인서트, 특히 바닥 날의 치핑이나 결손을 방지하면서 외주 날의 절삭 성능을 향상시키고, 따라서 피삭재의 마무리면 성상을 향상시키는 인서트를 제공하는 것이다.

즉, 날끝 교환식 회전 절삭 공구 홀더에 착탈 가능하게 장착하는 본 발명의 인서트는, 상면부와, 상기 상면부에 대향하고 또한 상기 공구 홀더의 착석면에 맞닿은 하면부와, 상기 상면부와 상기 하면부를 연결하는 측면부와, 상기 인서트를 상기 상면부로부터 상기 하면부까지 관통하는 고정 나사용 중앙 구멍과, 상기 상면부와 상기 측면부의 능선에 설치된 절삭 날을 구비하고,

상기 인서트는 상기 중앙 구멍의 중심 축선(P)에 관하여 회전 대칭의 다각형상으로서, 예각(銳角)의 코너부를 가지고,

상기 절삭 날은, 각각의 코너부에 설치된 코너 날과, 상기 코너 날의 양측의 능선에 설치된 바닥 날 및 외주 날로 이루어지고,

상기 바닥 날 및 상기 외주 날은 상이한 여유각을 가지고,

상기 코너 날의 여유면(flank face)은, 바닥 날 측으로부터 외주 날 측에 걸쳐 여유각이 연속하여 변화하는 변각면부를 가지고,

상기 외주 날의 상단(上端)으로부터 연장되는 상기 상면부의 능선을 따라, 상기 외주 날의 길이를 규정하는 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 바닥 날의 여유각은 상기 외주 날의 여유각보다 큰 것이 바람직하다.

상기 바닥 날의 여유각 α은 6~12°이고, 상기 외주 날의 여유각 β은 3~11°이며, 또한 상기 여유각 α은 상기 여유각 β보다 2°이상 큰 것이 바람직하다.

상기 바닥 날, 상기 코너 날 및 상기 외주 날은 모두 평탄한 경사면(rake face)에 접하고 있는 것이 바람직하다.

상기 코너 날을 따른 상기 변각면부의 길이는 상기 코너 날의 전체 길이 중 적어도 80%인 것이 바람직하다.

상기 상면부는 상기 중앙 구멍을 가지는 제1 상면 영역과, 상기 경사면을 형성하는 제2 상면 영역으로 이루어지고, 상기 경사면은 상기 제1 상면 영역보다 낮고, 또한 상기 코너 날을 정상부(頂部)로서 아래쪽으로 경사져 있는 것이 바람직하다.

각각의 코너부에서의 날끝 각 ε은 80~90°인 것이 바람직하다.

본 발명의 인서트는 대략 평행 4변형 또는 정삼각형의 형상을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 인서트가 한 쌍의 평행한 장변(長邊) 및 한 쌍의 평행한 단변(短邊)을 가지는 대략 평행 4변형의 형상을 가지는 경우, 장변 사이 거리(T1)는 4~6㎜이고, 단변 사이 거리(T2)는 6~10㎜인 것이 바람직하다. 상기 장변 사이 거리(T1)에 대하여, 상기 바닥 날의 길이(T3)의 비율은 10~40%이며, 상기 외주 날의 길이(T4)의 비율은 25~50%이며, 상기 코너 날의 반경 Rc의 비율은 4~25%인 것이 바람직하다.

본 발명의 인서트가 대략 정삼각형의 경우, 1개의 외주 날과 그것으로부터 가장 먼 코너 날과의 사이의 수직 거리(T5)는 5~8㎜인 것이 바람직하다. 상기 수직 거리(T5)에 대하여, 상기 바닥 날의 길이(T6)의 비율은 10~35%이며, 상기 외주 날의 길이(T7)의 비율은 15~40%이며, 상기 코너 날의 반경 Rc의 비율은 2.5~20%인 것이 바람직하다.

상기 인서트를 공구 홀더에 착탈 가능하게 장착하여 이루어지는 본 발명의 날끝 교환식 회전 절삭 공구는, 상기 바닥 날 및 상기 코너 날이 부(負)의 반경 방향 경사각을 가지고, 상기 외주 날이 부(negative)로부터 정(positive)으로 변화하는 반경 방향 경사각을 가지고, 상기 외주 날에서의 반경 방향 경사각의 정의 영역의 길이가 상기 외주 날의 전체 길이의 50% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 공구 홀더에 고정된 상기 인서트의 상기 바닥 날의 반경 방향 경사각은 -3°~ -0.5°이고, 상기 외주 날의 반경 방향 경사각은 -0.5°~ +3°인 것이 바람직하다.

본 발명의 날끝 교환식 회전 절삭 공구에서는, 상기 반경 방향 경사각은 상기 코너 날의 내단(內端)으로부터 상기 외주 날의 상단(上端)까지의 범위에 걸쳐서, 직선적으로 변화하는 것이 바람직하다.

상기 공구 홀더에 고정된 상기 인서트의 바닥 날의 여유각은 5~10°의 범위 내인 것이 바람직하고, 외주 날의 여유각은 10~18°의 범위 내인 것이 바람직하다.

본 발명의 인서트는, 바닥 날의 여유각을 비교적 크게 하고, 외주 날의 여유각을 비교적 작게 하고, 또한 큰 여유각의 바닥 날과 작은 여유각의 외주 날을 연결하는 코너 날의 여유면에 여유각이 연속하여 변화하는 변각면부를 가지므로, 바닥 날의 내마모성이 높고, 고속 절삭을 행하는 외주 날이 높은 강도 및 내 결손 성을 가지고, 또한 절삭 가공 시에 큰 부하 이 걸리는 코너 날의 내결손성이 현저하게 향상되어 있다. 그러므로, 본 발명의 인서트를 장착한 날끝 교환식 절삭 공구에 의해 절삭 가공을 행하면, 바닥 날, 코너 날 및 외주 날에 치핑이나 결손이 일어나는 것을 방지하면서, 높은 가공면 정밀도로 능률 좋게 마무리 가공(fine-processing)을 행할 수 있고, 공구 수명도 길다.

도 1은 본 발명의 날끝 교환식 회전 절삭 공구를 구성하는 공구 홀더의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 인서트를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 인서트를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 2의 인서트를 나타낸 측면도이다.
도 5는 도 2의 인서트를 나타낸 정면도이다.
도 6은 공구 홀더에 장착한 본 발명의 제1 실시형태에 의한 인서트를 나타낸 부분 확대도이다.
도 7(a)는 도 3의 A-A 단면도이다.
도 7(b)는 도 3의 B-B 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 인서트의 코너 날 측으로부터 본 사시도이다.
도 9는 도 1의 공구 홀더에도 2의 인서트를 장착한 날끝 교환식 회전 절삭 공구를 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9의 날끝 교환식 회전 절삭 공구를 나타낸 측면도이다.
도 11은 도 9의 날끝 교환식 회전 절삭 공구를 도 10과 직교하는 방향으로부터 본 측면도이다.
도 12는 도 9의 날끝 교환식 회전 절삭 공구를 나타낸 정면도이다.
도 13은 도 10의 C-C 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 인서트를 장착한 날끝 교환식 회전 절삭 공구에 있어서, 코너 날 및 외주 날의 반경 방향 경사각과 회전 축선 방향 거리와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 인서트를 장착한 날끝 교환식 회전 절삭 공구를 사용하여 평면 슬라이스 가공을 하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 인서트를 장착한 날끝 교환식 회전 절삭 공구를 사용하여 수직 벽면을 절삭 가공하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 17은 공구 홀더에 장착한 본 발명의 제2 실시형태에 의한 인서트를 나타낸 부분 확대도이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시형태에 의한 인서트를 나타낸 사시도이다.
도 19는 도 18의 인서트를 나타낸 평면도이다.
도 20은 실시예 2의 날끝 교환식 회전 절삭 공구를 사용하여 평면 슬라이스 가공한 피삭재의 가공면 성상을 나타내는 현미경 사진이다.
도 21은 비교예 1의 날끝 교환식 회전 절삭 공구를 사용하여 평면 슬라이스 가공한 피삭재의 가공면 성상을 나타내는 현미경 사진이다.
도 22는 수직 벽면 가공을 행한 실시예 2의 날끝 교환식 회전 절삭 공구의 인서트 절삭 날의 손상 상태를 나타낸 현미경 사진이다.
도 23은 수직 벽면 가공을 행한 비교예 1의 날끝 교환식 회전 절삭 공구의 인서트 절삭 날의 손상 상태를 나타낸 현미경 사진이다.
도 24(a)는 일본 공개특허 제2003-19617호에 개시된 절삭 공구용 인서트를 나타낸 평면도이다.
도 24(b)는 도 24의 (a)의 인서트를 X 방향으로 본 측면도이다.
도 25(a)는 일본 공개특허 평8-66815호에 개시된 절삭용 인서트를 나타낸 사시도이다.
도 25(b)는 도 25(a)의 절삭용 인서트의 주절삭 날의 단면도이다.
도 25(c)는 도 25(a)의 절삭용 인서트의 부절삭 날의 단면도이다.

본 발명의 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명하지만, 물론 본 발명은 이들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 각종 변경 및 추가를 행할 수 있다. 또한, 각각의 실시형태에 관한 설명은, 특히 거절이 없으면 다른 실시형태에도 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 날끝 교환식 회전 절삭 공구(1)용의 공구 홀더(2)의 일례를 나타낸다. 이 공구 홀더(2)는, 선단부의 회전 축선(O)을 중심으로 한 대칭인 위치에 2개의 인서트 장착 시트(3)를 구비하고, 각 인서트 장착 시트(3)는, 인서트(7)의 하면부가 맞닿는 평탄한 착석면(4)과 인서트(7)의 단 측면을 구속하기 위해 착석면(4)의 후방에 설치한 2개의 후벽면(後壁面)(5)과, 인서트(7)의 장 측면을 구속하기 위해 회전 축선(O) 측에 설치한 측벽면(6)으로 이루어진다. 착석면(4)은, 인서트(7)를 착탈 가능하게 장착하기 위한 클램프(clamp) 나사(18)가 나사결합하는 나사공(17)을 가진다. 도 1에 나타낸 공구 홀더(2)는 2개의 인서트 장착 시트(3)를 가지지만, 강도를 확보할 수 있으면 3개 이상의 인서트 장착 시트를 구비해도 된다.

[1] 제1 실시형태

(1) 인서트

도 2~도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 인서트(7)는 대략 평행사변형상의 상면부(8)와, 상면부(8)에 대향하는 평탄한 하면부(9)와, 상면부(8)와 하면부(9)를 연결하는 측면부(10)를 가진다. 상면부(8)는, 중앙의 제1 상면 영역(8a)과, 그 양측에 위치하는 제2 상면 영역(8b)으로 이루어진다. 제1 상면 영역(8a)은 상면으로부터 하면까지 관통하는 고정 나사용 중앙 구멍(14)을 가진다. 중앙 구멍(14)의 중심 축선(P)에 관하여, 인서트(7)는 회전 대칭이다. 도 2~도 4에 나타낸 바와 같이, 중앙 구멍(14)은 인서트(7)의 두께 방향으로 하면부(9)를 향해 서서히 직경이 작아지는 테이퍼 구멍이다. 제2 상면 영역(8b)은, 후술하는 바와 같이 바닥 날(11), 코너 날(12) 및 외주 날(13)의 경사면을 구성한다.

상면부(8)는 대향하는 한 쌍의 장변(10a, 10c)과, 대향하는 한 쌍의 단변(10b, 10d)과, 각각의 장변(10a, 10c)과 각각의 단변(10b, 10d)을 연결하는 4개의 코너부를 가진다. 그 중, 2개의 예각의 코너부에 코너 날(12)이 형성되어 있고, 코너 날(12)의 한쪽 측에서 상면부(8)와 측면부(10)의 능선(단변)의 일부는 바닥 날(11)을 구성하고, 코너 날(12)의 다른 쪽 측에서 상면부(8)와 측면부(10)의 능선(장변)의 일부는 외주 날(13)을 구성하고 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 인서트(7)를 외주 날(13)이 수직으로 되도록 공구 홀더(2)에 장착했을 때, 바닥 날(11)은 코너 날(12)과의 연결점에서 후방에 걸쳐 서서히 상승하고 있다. 그러므로, 코너 날(12)의 날끝 각 ε[바닥 날(11)과 외주 날(13)이 이루는 각도]은 89.5°미만이다. 날끝 각 ε의 하한은 75°인 것이 바람직하다. 날끝 각 ε이 75°미만이면, 코너 날(12)이 너무 예각이어서 충분한 강도를 가지지 않는다. 바람직한 날끝 각 ε은 85~89°이다. 인서트(7)를 공구 홀더(2)에 장착했을 때[외주 날(13)이 수직일 때], 바닥 날(11)의 경사각 γ은 90°-ε이다.

본 발명의 인서트(7)는, 바닥 날(11)의 여유각 α과 외주 날(13)의 여유각 β이 상이한 것을 특징으로 한다. 바닥 날(11)의 여유각 α은 외주 날(13)의 여유각 β보다 큰 것이 바람직하다. 그리고, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 바닥 날(11)의 여유면(21)은 제2 상면 영역(8b)으로부터 하면부(9)까지 연장되어 있지만, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 외주 날(13)의 여유면(23)은 장 측면부(10a) 중 상면측의 일부밖에 없다. 여유면(23)을 일부밖에 설치하지 않은 것은, 인서트가 공구 본체에 장착되어 회전했을 때, 피삭재와 간섭하는 것을 회피하기 위해서이다. 그리고, 외주 날(13)의 여유면(23)의 아래쪽에 여유면(23)보다 후퇴한 측면부(24)가 있지만, 측면부(24)는 피삭재에도 공구 홀더(2)에도 접촉하지 않으므로, 미가공의 그대로라도 된다.

바닥 날(11)의 내마모성을 향상시키는 동시에, 공구 홀더(2)에 장착했을 때 원하는 여유각을 가지기 위하여, 도 3의 A-A 단면도인 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 바닥 날(11)의 여유각 α을 6~12°로 비교적 크게 하는 것이 바람직하다. 여유각 α이 6°미만인 경우, 바닥 날(11)의 여유면 마모의 진행이 앞당겨지기 때문에, 바닥 날(11)이 단 수명이 된다. 한편, 여유각 α이 12°초과하면, 바닥 날(11)의 강도 부족에 의해 내결손성이 열화된다. 바닥 날(11)의 여유각 α은 10.5~11.5°가 더욱 바람직하다. 또한, 고절삭 속도를 위해 높은 부하가 걸리는 외주 날(13)의 내결손성을 향상시키기 위해, 외주 날(13)의 여유각 β를 4~6°로 비교적 작게 하는 것이 바람직하다. 외주 날(13)의 더욱 바람직한 여유각 β은 4.5~5.5°이다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 여유각이 상이한 바닥 날(11)과 외주 날(13)의 사이의 코너 날(12)의 여유면에는, 여유각이 α로부터 β까지 연속하여 변화하는 변각면부(15)가 설치되어 있다. 예를 들면, 바닥 날(11)의 여유각 α이 11°이고, 외주 날(13)의 여유각 β이 5°의 경우, 코너 날(12)의 여유면에는, 코너 날을 따라 여유각이 11°에서 5°로 연속하여 변화하는 변각면부(15)를 설치한다. 이와 같은 변각면부(15)에 의해, 바닥 날(11)의 여유면(21)과 외주 날(13)의 여유면(23)과 원활하게 연결한다. 여유각의 변화율을 가능한 한 작게 하기 위해, 변각면부(15)를 코너 날(12)의 전체 길이에 설치하는 것이 바람직하지만, 적어도 코너 날(12)의 전체 길이의 80%에 있으면 된다. 코너 날(12)의 여유면 중 적어도 80%에 여유각이 α로부터 β까지 연속하여 변화하는 변각면부(15)를 설치함으로써, 코너 날(12)에 절삭 가공 시에 부하가 집중되는 것을 방지하고, 따라서 코너 날(12)의 치핑, 결손, 마모 등을 저감할 수 있다.

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 외주 날(13)로부터 위쪽으로 연장되는 장변(10a, 10c)의 능선을 따라, 외주 날(13)의 상단(13a)[코너 날(12)과의 연결점의 반대측]에 인접하는 위치에 절결(切缺) 형상의 오목부(16)가 형성되어 있다. 오목부(16)는 장변의 능선을 따른 직선 N으로부터 내측으로 오목하게 되어 있다. 오목부(16)는, (a) 외주 날(13)의 길이를 규제함으로써, 절삭 저항의 증대를 방지하여 채터링 진동 등을 저감하고, 따라서 피삭재의 마무리 가공면의 성상을 개선하는 동시에, (b) 절삭 칩의 배출성을 향상시킨다는 기능을 가진다.

정밀한 마무리 가공(fine-processing)에 적합하도록, 본 발명의 인서트(7)는 소형이다. 예를 들면, 도 2~도 5에 나타낸 대략 평행 4변형의 인서트(7)의 경우, 대향하는 한 쌍의 평행한 장변(10a, 10c)의 사이의 거리(T1)는 4~6㎜인 것이 바람직하고, 대향하는 한 쌍의 평행한 단변(10b, 10d)의 사이의 거리(T2)는 6~10㎜인 것이 바람직하다. T1 및 T2가 각각 상한의 6㎜ 및 10㎜라도, 공구 홀더(2)에 2개의 인서트(7)를 장착하여 이루어지는 날끝 교환식 회전 절삭 공구(1)의 외경(外徑)을 12㎜ 이하로 작게 할 수 있다. 또한, 상기 범위의 T1 및 T2에 의해, 인서트(7)를 공구 홀더(2)에 고정시키기 위한 고정 나사용 구멍(14)을 형성할 수 있다. 상기 하한보다 작은 T1 및 T2에서는, 충분한 강도로 고정 나사용 구멍(14)을 형성하는 것이 곤란해진다.

장변 사이 거리(T1)에 대한 바닥 날(11)의 길이(T3)의 비율은 10~40%가 바람직하고, 15~35%가 더욱 바람직하다. 바닥 날(11)의 길이(T3)가 10% 미만이면, 바닥 날(11)이 너무 짧아 마무리 가공(fine-processing) 효율이 낮다. 또한, 바닥 날(11)의 길이(T3)가 40% 초과하면, 바닥 날(11)이 너무 길어 채터링 진동이 일어나, 양호한 마무리 가공면을 얻을 수 없다.

장변 사이 거리(T1)에 대한 외주 날(13)의 길이(T4)의 비율은 25~50%가 바람직하고, 30~50%가 더욱 바람직하다. 외주 날(13)의 길이(T4)가 25% 미만이면, 외주 날(13)이 너무 짧아 입벽의 마무리 가공(fine-processing) 효율이 낮다. 또한, 외주 날(13)의 길이(T4)가 50% 초과하면, 외주 날(13)이 너무 길어 채터링 진동이 일어나, 양호한 마무리 가공면을 얻을 수 없다.

장변 사이 거리(T1)에 대한 코너 날(12)의 반경 Rc의 비율은 4~25%가 바람직하다. 코너 날(12)의 반경 Rc가 4% 미만이면, 코너 날(12)이 너무 샤프하고 짧아(sharp and short) 기계적 강도가 불충분하고, 치핑이나 결손의 우려가 있다. 또한, 코너 날(12)의 반경 Rc가 25% 초과하면, 코너 날(12)이 너무 길어 충분한 길이의 바닥 날(11) 및 외주 날(13)이 확보될 수 없다.

(2) 날끝 교환식 회전 절삭 공구

도 9에 나타낸 바와 같이, 각 인서트(7)를 공구 홀더(2)의 각 인서트 장착 시트(3)에 장착하고, 각 인서트(7)의 중앙 구멍(14)에 넣은 클램프 나사(18)를 착석면(4)의 나사공(17)에 나사장착하면, 각 인서트(7)의 단 측면부(10b)[또는 (10d)]는 각 인서트 장착 시트(3)의 2개의 후벽면(5)에 견고하게 압착(壓着)되고, 각 인서트(7)의 장 측면부(10c)[또는 (10a)]는 인서트 장착 시트(3)의 측벽면(6)에 견고하게 압착되고, 따라서 각 인서트(7)는 각 인서트 장착 시트(3)에 고정된다. 인서트 장착 시트(3)에 고정된 인서트(7)의 외주 날(13)은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 회전 축선(O)과 평행이다. 또한, 이 예에서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 인서트(7)의 상단이 약간 후방으로 경사져 있다.

공구 홀더(2)의 인서트 장착 시트(3)에 장착된 인서트(7)에서는, 한쪽의 코너 날(12) 및 그 양측에 설치된 바닥 날(11) 및 외주 날(13)이 절삭 가공에 사용된다. 절삭 가공에 사용한 바닥 날(11), 코너 날(12) 및 외주 날(13)이 마모되면, 미사용의 다른 쪽의 바닥 날(11), 코너 날(12) 및 외주 날(13)을 사용하기 위해, 클램프 나사(18)를 느슨하게 하여 인서트(7)를 180°회전시키고, 인서트 장착 시트(3)에 재차 장착한다.

인서트(7)를 공구 홀더(2)에 착탈 가능하게 장착하여 이루어지는 날끝 교환식 회전 절삭 공구(1)에 있어서, 바닥 날(11) 및 코너 날(12)은 부((negative)의 반경 방향 경사각을 가지고, 외주 날(13)은 부(negative)로부터 정(positive)으로 변화하는 반경 방향 경사각을 가지고, 외주 날(13)에서의 반경 방향 경사각의 정의 영역의 길이는 외주 날(13)의 전체 길이의 50% 이상인 것을 특징으로 한다. 여기서, 바닥 날(11)의 반경 방향 경사각이 부(negative)란, 도 12에 나타낸 바와 같이, 회전 축선(O)과 바닥 날(11)의 최외단을 연결하는 직선 L1에 대하여, 바닥 날(11)로부터 연장된 직선(M1)이 공구 회전 방향(R) 후방에 위치하는 것을 의미한다. 또한, 외주 날(13)의 반경 방향 경사각이 정(positive)이란, 도 13에 나타낸 바와 같이, 회전 축선(O)과 외주 날(13)의 최외단을 연결하는 직선 L2에 대하여, 외주 날(13)의 경사면(23)으로부터 연장된 직선(M2)이 공구 회전 방향(R) 전방에 위치하는 것을 의미한다.

공구 홀더(2)에 장착된 인서트(7)의 바닥 날(11)의 반경 방향 경사각은 -3°~ -0.5°인 것이 바람직하다. 바닥 날(11)의 반경 방향 경사각이 -3°미만이면, 바닥 날(11)의 반경 방향 경사각이 너무 작기 때문에, 바닥 날로부터 외주 날에 걸쳐 반경 방향 경사각을 부로부터 정으로 변화하도록 설계하는 것이 곤란해진다. 또한, 바닥 날(11)의 반경 방향 경사각이 -0.5°초과하면, 피삭재의 표면성상이 열화될 우려가 있다.

공구 홀더(2)에 장착된 인서트(7)의 외주 날(13)의 반경 방향 경사각은 부로부터 정으로 변화되고, 바람직하게는 -0.5°~ +3°의 범위 내에서 부로부터 정으로 변화한다. 외주 날(13)에서의 반경 방향 경사각의 정의 영역의 길이가 외주 날(13)의 전체 길이의 50% 이상인 것에 의해, 외주 날(13) 전체의 절삭 성능을 양호하게 유지하게 할 수 있다.

바닥 날(11)로부터 외주 날(13)에 걸쳐 부로부터 정으로 변화하는 반경 방향 경사각은, 도 14에 나타낸 바와 같이, 공구(1)의 회전 축선 방향(Z)을 따라 직선적으로 변화하는 것이 바람직하다. 도 14에 나타낸 예에서는, 코너 날(12)의 반경 Rc가 0.5㎜의 경우의 반경 방향 경사각은, 바닥 날(11)의 최외단[코너 날(12)의 내단]에서는 -2.45°이며, 외주 날(13)의 하단(下端)[코너 날(12)의 외단]에서는 약 -1.5°이며, 외주 날(13)의 상단에서는 +2.25°이며, 공구(1)의 최선단(最先端)[코너 날(12)의 내단]으로부터 1.21㎜의 회전 축선 방향(Z)의 위치에서 부로부터 정으로 변화한다. 또한, 코너 날(12)의 반경 Rc가 0.2㎜의 경우의 반경 방향 경사각은, 바닥 날(11)의 최외단에서는 -2.45°이며, 외주 날(13)의 하단에서는 약 -2°이며, 외주 날(13)의 상단에서는 +2.25°이며, 공구(1)의 최선단으로부터 1.21㎜의 회전 축선 방향(Z)의 위치에서 부로부터 정으로 변화한다. 또한, 코너 날(12)의 반경 Rc가 1.0㎜의 경우의 반경 방향 경사각은, 바닥 날(11)의 최외단에서는 -2.45°이며, 외주 날(13)의 하단에서는 약 -0.5°이며, 외주 날(13)의 상단에서는 +2.25°이며, 공구(1)의 최선단으로부터 1.21㎜의 회전 축선 방향(Z)의 위치에서 부로부터 정으로 변화한다.

바닥 날(11)의 반경 방향 경사각을 부로 함으로써, 외주 날(13)이 그리는 회전 궤적에 대하여, 절삭 칩 유출 방향을 외측 방향으로 컨트롤할 수 있으므로, 피삭재의 바닥면의 마무리면을 손상시키지 않는다. 따라서, 비팅 칩(biting chips)에 의한 마무리면의 악화를 유효하게 방지하고, 마무리면의 성상을 양호하게 유지할 수 있다. 반대로, 바닥 날(11)의 반경 방향 경사각을 정으로 하면, 바닥 날(11)로부터의 절삭 칩이 쉽게 분리되지 않고, 비팅 칩에 의해 마무리면이 악화된다. 또한, 외주 날(13)의 50% 이상으로 걸쳐 반경 방향 경사각을 정으로 함으로써, 절삭 저항을 저감하고, 진동을 억제할 수 있다. 반대로, 외주 날(13)의 반경 방향 경사각을 부(negative)로 하면, 외주 날(13)의 피삭재로의 컷팅 작업이 나쁘고, 채터링 진동이 발생한다.

인서트(7)를 공구 홀더(2)에 고정시킨 때, 인서트(7)의 바닥 날(11)의 여유각은 5~10°의 범위 내인 것이 바람직하고, 외주 날(13)의 여유각은 10~18°의 범위 내인 것이 바람직하다.

(3) 절삭 가공

도 15는, 제1 실시형태에 의한 인서트(7)를 장착한 날끝 교환식 회전 절삭 공구(1)를 사용한 수평 절삭 가공을 나타내고, 도 16은, 동일한 날끝 교환식 회전 절삭 공구(1)를 사용한 수직벽의 절삭 가공을 나타낸다.

[2] 제2 실시형태

도 17에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제2 실시형태에 의한 인서트(7')는, 바닥 날(11)이 외주 날(13)에 대하여 수직인 와이퍼 날(11a)인 것 이외에, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 인서트(7)와 다르지 않다. 따라서, 제2 실시형태에 의한 인서트(7')는, 제1 실시형태에 의한 인서트(7)와 모두 같은 공구 홀더(2)에 장착할 수 있다. 그래서, 제2 실시형태에 의한 인서트(7') 및 그것을 장착한 날끝 교환식 회전 절삭 공구에 대하여, 와이퍼 날(11a)에 관련한 부분만 이하에서 설명하고, 그 이외의 점에 대해서는 설명을 생략한다.

도 17에 나타낸 바와 같이, 장변 사이 거리(T1)에 대한 와이퍼 날(11a)의 길이(T3')의 비율은 8~25%가 바람직하고, 10~24%가 더욱 바람직하고, 12~23%가 가장 바람직하다. 와이퍼 날(11a)의 길이(T3')가 8% 미만이면, 와이퍼 날(11a)이 너무 짧아 마무리 가공(fine-processing) 효율이 낮다. 또한, 와이퍼 날(11a)의 길이(T3')가 25% 초과하면, 와이퍼 날(11a)이 너무 길어 채터링 진동이 일어나, 양호한 마무리 가공면을 얻을 수 없다. 장변 사이 거리(T1)에 대한 외주 날(13)의 길이(T4)의 비율 및 코너 날(12)의 반경 Rc에 대해서는, 제1 실시형태와 같으면 된다.

도 17에 나타낸 바와 같이, 인서트(7')를 외주 날(13)이 수직으로 되도록 공구 홀더(2)에 장착했을 때, 와이퍼 날(11a)은 대략 수평이다. 그러므로, 코너 날(12)의 날끝 각 ε[바닥 날(11)과 외주 날(13)이 이루는 각도]은 89.5~90°이다. 와이퍼 날(11a)의 길이(T3')를 규정하기 위해, 와이퍼 날(11a)의 내단에 연결하는 경사면(11b)의 경사각 δ은 75~89.5°의 범위 내인 것이 바람직하다.

[3] 제3 실시형태

(1) 인서트

도 18 및 도 19에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제3 실시형태에 의한 인서트(107)는, 대략 정삼각형상의 상면부(108)와, 상면부(108)에 대향하는 평탄한 하면부(109)와, 상면부(108)와 하면부(109)를 연결하는 측면부(110)를 가진다. 상면부(108)는, 중앙의 대략 정삼각형상의 제1 상면 영역(108a)과, 그 변으로부터 연장되는 대략 정삼각형상의 제2 상면 영역(108b)으로 이루어진다. 제1 상면 영역(108a)은 중앙에 상면으로부터 하면까지 관통하는 고정 나사용 중앙 구멍(114)을 가진다. 중앙 구멍(114)의 중심 축선(P)에 관하여, 인서트(107)는 회전 대칭이다. 중앙 구멍(114)은 인서트(107)의 두께 방향으로 하면부(109)를 향해 서서히 직경이 작아지는 테이퍼 구멍이다. 제2 상면 영역(108b)은, 후술하는 바와 같이 바닥 날(111), 코너 날(112) 및 외주 날(113)의 경사면을 구성한다.

각각의 제2 상면 영역(108b)의 선단 코너부에 코너 날(112)이 형성되어 있고, 코너 날(112)의 양측의 상면부(108)와 측면부(110)의 능선에 각각 바닥 날(111) 및 외주 날(113)가 설치되어 있다. 도시한 예에서는 바닥 날(111)은 외주 날(113)에 대하여 수직으로(날끝 각 ε=90°) 와이퍼 날로 되어 있지만, 물론 제1 실시형태와 마찬가지로 날끝 각 ε이 80°이상 90°미만의 바닥 날이라도 된다.

대략 사각형상의 인서트(7)와 마찬가지로, 대략 정삼각형상의 인서트(107)에서도 바닥 날(111)의 여유각 α과 외주 날(113)의 여유각 β은 상이하다. 바닥 날(111)의 여유각 α은 외주 날(113)의 여유각 β보다 큰 것이 바람직하다. 구체적으로는, 바닥 날(111)의 여유각 α은 6~12°가 바람직하고, 10~12°가 더욱 바람직하다. 또한, 외주 날(13)의 여유각 β은 3~11°가 바람직하고, 4~6°가 더욱 바람직하다.

대략 사각형상의 인서트(7)와 마찬가지로, 여유각이 상이한 바닥 날(111)과 외주 날(113)의 사이의 코너 날(112)의 여유면에는, 여유각이 α로부터 β까지 연속하여 변화하는 변각면부(115)가 설치되어 있다. 변각면부(115)에 의해, 바닥 날(111)의 여유면과 외주 날(113)의 여유면과는 원활하게 연결한다. 여유각의 변화율을 가능한 한 작게 하기 위해, 변각면부(115)를 코너 날(112)의 전체 길이에 설치하는 것이 바람직하지만, 적어도 코너 날(112)의 전체 길이의 80%에 있으면 된다. 코너 날(112)의 여유면 중 적어도 80%에 여유각이 α로부터 β까지 연속하여 변화하는 변각면부(115)를 설치함으로써, 코너 날(112)에 부하가 집중되는 것을 방지하고, 따라서 코너 날(112)의 치핑, 결손, 마모 등을 저감할 수 있다.

도 18 및 도 19에 나타낸 바와 같이, 외주 날(113)로부터 위쪽으로 연장되는 장변의 능선을 따라, 외주 날(113)의 상단(113a)[코너 날(112)과의 연결점의 반대측]에 인접하는 위치에 오목부(116)가 형성되어 있다. 오목부(116)는, (a) 외주 날(113)의 길이를 규제함으로써, 절삭 저항의 증대를 방지하여 채터링 진동 등을 저감하고, 따라서 피삭재의 마무리 가공면의 성상을 개선하는 동시에, (b) 절삭 칩의 배출성을 향상시킨다는 기능을 가진다.

대략 사각형상의 인서트(7)와 마찬가지로, 대략 정삼각 형상의 인서트(107)도 소형이다. 도 18 및 도 19에 나타낸 예에서는, 1개의 외주 날(113)과 그것으로부터 가장 먼 코너 날(112)과의 사이의 수직 거리[공구(1)의 회전 축선(O)에 수직인 방향의 거리](T5)는 5~8㎜인 것이 바람직하다.

도 19에 나타낸 예에서는, 수직 거리(T5)(6.5㎜)에 대한 바닥 날(111)의 길이(T6)(1.0㎜)의 비율은 약 16%이며, 수직 거리(T5)에 대한 외주 날(113)의 길이(T7)(1.92㎜)의 비율은 약 30%이며, 수직 거리(T5)에 대한 코너 날(112)의 반경 Rc의 비율은 약 7%이다. 따라서, T6/T5는 10~35%가 바람직하고, 15~19%가 더욱 바람직하다. T7/T5는 15~40%가 바람직하고, 28~34%가 더욱 바람직하다. Rc/T5는 2.5~20%가 바람직하다.

(2) 날끝 교환식 회전 절삭 공구

물론, 대략 정삼각형상의 인서트(107)에 대해서는 거기에 맞는 공구 홀더(도시하지 않음)를 사용한다. 대략 사각형상의 인서트(7)의 경우와 마찬가지로, 인서트(107)를 공구 홀더의 인서트 장착 시트에 장착하고, 인서트(107)의 중앙 구멍(114)에 넣은 클램프 나사를 착석면의 나사공에 나사장착하면 인서트(107)의 측면부(110)[바닥 날(111)의 여유면 및 외주 날(113)의 여유면을 포함함]는 인서트 장착 시트의 후벽면 및 측벽면에 견고하게 압착되고, 따라서 인서트(107)는 인서트 장착 시트에 고정된다.

대략 정삼각형상의 인서트(107)는 3개의 코너부를 가지므로, 공구 홀더의 인서트 장착 시트에 대한 인서트(107)의 장착 각도를 변경하여, 3조의 바닥 날(111), 코너 날(112) 및 외주 날(113)을 순차적으로 사용할 수 있다. 즉, 먼저 공구 홀더의 인서트 장착 시트에 장착한 인서트(107)의 1개의 코너부에서의 바닥 날(111), 코너 날(112) 및 외주 날(113)를 절삭 가공에 사용하고, 마모되면 클램프 나사를 느슨하게 하여 인서트(107)를 120°회전시키고, 인서트 장착 시트에 재차 장착한다. 이 조작을 3개의 코너부에 대하여 행하여, 모든 바닥 날(111), 코너 날(112) 및 외주 날(113)를 사용한다.

대략 사각형상의 인서트(7)의 경우와 마찬가지로, 대략 정삼각형상의 인서트(107)를 공구 홀더에 착탈 가능하게 장착하여 이루어지는 날끝 교환식 회전 절삭 공구에서는, 바닥 날(107) 및 코너 날(112)은 부의 반경 방향 경사각을 가지고, 외주 날(113)는 부로부터 정으로 변화하는 반경 방향 경사각을 가지고, 외주 날(113)에서의 반경 방향 경사각의 정의 영역의 길이는 외주 날(113)의 전체 길이의 50% 이상이다. 바닥 날(111)의 반경 방향 경사각을 부로 함으로써, 절삭 칩을 외측으로 유출할 수 있으므로, 피삭재의 바닥면의 마무리면을 손상시키지 않는다. 바닥 날(111)의 반경 방향 경사각은 -3°~ -0.5°로 하는 것이 바람직하다. 또한, 외주 날(113)의 반경 방향 경사각은, 정의 영역의 길이를 전체 길이의 50% 이상으로 한 후, -0.5°~ +3°의 범위 내에서 부로부터 정으로 변화하는 것이 바람직하다. 외주 날(113)의 50% 이상으로 걸쳐 반경 방향 경사각을 정으로 함으로써, 절삭 저항을 저감하고, 진동을 억제할 수 있다. 반경 방향 경사각은, 바닥 날(111)로부터 외주 날(113)에 걸쳐 공구(1)의 회전 축선 방향(Z)을 따라 부로부터 정으로 직선적으로 변화하는 것이 바람직하다.

인서트(107)를 공구 홀더에 고정시킨 때, 인서트(107)의 바닥 날(111)의 여유각은 5~10°의 범위 내인 것이 바람직하고, 외주 날(113)의 여유각은 10~18°의 범위 내인 것이 바람직하다.

[4] 제조 방법

(1) 인서트

인서트의 기체(基體)는, WC(탄화 텅스텐) 분말에 Co 분말 및 바인더를 첨가한 초경합금(超硬合)金 분말을 프레스 성형하고, 얻어진 성형체를 1300~1400℃의 온도로 소결함으로써 제조할 수 있다. 인서트 기체가 필요한 부위에 다이아몬드 지석(grindstone) 등을 사용하여 연삭(硏削) 가공을 행한다. 이하, 제1 실시형태에 의한 대략 사각형상의 인서트(7)를 예로 들어, 인서트 기체의 연삭 가공에 대하여 상세하게 설명한다.

바닥 날(11) 및 외주 날(13)의 경사면(8b) 및 여유면(21, 23), 및 코너 날(12)의 여유면 및 그 변각면부(15)는 연삭 가공면으로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 각각의 절삭 날의 치수 정밀도가 높아지고, 공구 홀더(2)의 착석면(4)에 인서트(7)를 장착했을 때의 절삭 날의 위치 정밀도가 향상된다. 또한, 피삭재의 마무리 가공(fine-processing) 정밀도가 향상될 뿐 아니라, 인서트(7)의 교환 시의 장착 정밀도도 향상된다. 또한, 코너 날(12)의 호닝(honing) 형상, 그 내측의 랜드(lands) 및 브레이커 홈(breaker grooves)의 치수 변동도 작아지므로, 절삭 칩 배출 성능이 안정화된다. 또한, 코너 날(12)의 강도 변동도 억제되고, 안정된 절삭 날 수명을 얻을 수 있다. 그리고, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 외주 날(13)의 여유면(23)이 인서트 측면의 일부밖에 없을 때, 그 부분만 연삭 가공하면 되므로, 가공 비용이 저감된다. 외주 날(13)에 인접하는 오목부(16)는, 인서트(7)의 제작비의 저감을 위해, 소결(燒結) 기면인 채라도 된다.

(2) 공구 홀더

공구 홀더(2)는, SKD61 등의 합금 공구강으로 이루어지는 환봉(a round rod)의 선단부에, 엔드밀 등을 사용한 절삭 가공에 의해 인서트 장착 시트(3)를 형성하고, 소경(小徑) 드릴 및 탭(tap)을 사용하여 나사공(17)을 형성함으로써, 제조할 수 있다.

본 발명을 이하의 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 물론 이들에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

제1 실시형태에 의한 형상의 초경합금제(超硬合金製) 인서트를 제작하고, SKD61제 공구 홀더(날끝 직경: 10㎜, 생크(shank) 직경: 10㎜, 전체 길이: 80㎜, 목 아래 길이: 20㎜)에 장착하고, 머시닝 센터에 장착하였다. 이것을 사용하여 하기 피삭재를 절삭 가공하고, 절삭 날의 손상 상태 및 피삭재의 가공면 성상을 평가하였다. 인서트의 제원(諸元), 및 인서트를 공구 홀더의 인서트 착석면에 장착하여 얻어진 날끝 교환식 회전 절삭 공구의 제원은 이하와 같았다.

(1) 인서트의 제원

장변 사이 거리(T1): 4.3㎜

단변 사이 거리(T2): 7.1㎜

두께: 2㎜

바닥 날(11)

길이(T3): 1.3㎜

여유각 α: +11°

외주 날(13)

길이(T4): 1.8㎜

여유각 β: +5°

코너 날(12)

반경 Rc: 0.5㎜

날끝 각 ε: 84°

변각면부(15): 여유각이+11°에서+5°까지 연속하여 변화

(2) 날끝 교환식 회전 절삭 공구의 제원

날끝 직경: 12㎜

인서트의 수: 3

바닥 날(11)

여유각: +8°

반경 방향 경사각: -2°

외주 날(13)

여유각: +14°(+11°에서 +14°까지 변화)

축 방향 경사각: +10°

반경 방향 경사각: +2°(최대 +2.25°)

반경 방향 경사각이 정의 영역: 61%

상기 제원의 날끝 교환식 회전 절삭 공구(1)를 사용하여, 플라스틱 성형용 금형재의 S50C(220 HB)로 이루어지는 피삭재(19)의 평면 및 수직 벽면의 절삭 가공 시험을 행하였다. 절삭 조건은 하기와 같았다.

(1) 평면의 절삭 조건(도 15 참조)

가공 방법 : 건식 절삭(에어 블로우)

절삭 속도(Vc) : 200m/min

회전수(n) : 5307min^-1

이송 속도(Vf) : 1592㎜/min

1날당의 이송량(fz) : 0.1㎜/t

축 방향 절입량(ap) : 0.1㎜

직경 방향 절입량(ae) : 9㎜

공구 돌출량 : 50㎜

(2) 수직 벽면의 절삭 조건(도 16 참조)

가공 방법 : 건식 절삭(에어 블로우)

절삭 속도(Vc) : 200m/min

회전수(n) : 5307min^-1

이송 속도(Vf) : 1592㎜/min

1날당의 이송량(fz): 0.1㎜/t

축 방향 절입량(ap) : 0.5㎜

직경 방향 절입량(ae) : 0.1㎜

공구 돌출량 : 50㎜

시험 결과, 절삭한 평면 및 수직 벽면은 양호한 마무리면을 가지고, 바닥 날(11), 코너 날(12) 및 외주 날(13)의 모두가 정상(正常) 마모되고, 치핑이나 결손이 인정되지 않았다. 절삭 시험에 사용한 인서트(7)의 제원을 표 1에 나타내고, 날끝 교환식 회전 절삭 공구(1)의 제원을 표 2에 나타낸다. 또한, 수직 벽면 가공한 피삭재(19)의 최대 면 거칠기 Rz를 표 3에 나타낸다.

실시예 2

제1 실시형태에 의한 인서트(7) 대신에 바닥 날이 와이퍼 날(11a)이 되어 있는 제2 실시형태에 의한 인서트(7')를 사용한 것 이외에, 실시예 1과 마찬가지로 하여, S50C(220 HB)로 이루어지는 피삭재(19)의 평면 및 수직 벽면의 절삭 가공 시험을 행하였다. 인서트(7')의 제원은 다음과 같다.

장변 사이 거리(T1): 4.3㎜

단변 사이 거리(T2): 7.1㎜

두께: 2㎜

바닥 날(와이퍼 날)(11a)

길이(T3): 0.5㎜

여유각 α: +11°

외주 날(13)

길이(T4): 1.8㎜

여유각 β: +5°

코너 날(12)

반경 Rc: 0.5㎜

날끝 각 ε: 90°

변각면부(15): 여유각이 +11°에서 +5°까지 연속하여 변화

인서트(7')의 제원을 표 1에 나타내고, 날끝 교환식 회전 절삭 공구(1)의 제원을 표 2에 나타낸다. 또한, 평면 절삭 가공한 피삭재(19)의 가공면 성상을 도 20에 나타내고, 수직 벽면 가공한 피삭재의 최대 면 거칠기 Rz를 표 3에 나타내고, 이때의 인서트(7')의 외주 날(13)의 손상 상태를 도 22에 나타낸다.

비교예 1

인서트 및 날끝 교환식 회전 절삭 공구의 제원을 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이 변경한 것 이외 실시예 2와 마찬가지로 하여 피삭재(19)의 평면 및 수직 벽면의 절삭 가공 시험을 행하였다. 인서트의 제원을 표 1에 나타내고, 절삭 공구의 제원을 표 2에 나타내고, 평면 가공한 피삭재(19)의 가공면 성상을 도 21에 나타내고, 수직 벽면 가공한 피삭재의 최대 면 거칠기 Rz를 표 3에 나타내고, 이때의 절삭 날의 손상 상태를 도 23에 나타낸다.

비교예 2

코너 날(12)에 여유각이 연속하여 변화하는 변각면부(15)를 설치하지 않는 것 이외 실시예 2와 같은 인서트를 사용하여, 실시예 2와 같은 절삭 시험을 행하였다. 인서트의 제원을 표 1에 나타내고, 절삭 공구의 제원을 표 2에 나타내고, 수직 벽면 가공한 피삭재(19)의 최대 면 거칠기 Rz를 표 3에 나타낸다.

[표 1-1]

주: (1) 바닥 날의 여유각.

(2) 바닥 날의 길이(도 3).

(3) 외주 날의 여유각.

(4) 외주 날의 길이(도 3).

[표 1-2]

주: (5) 코너 날의 전체 길이에 대한 변각면부의 길이의 비율을 %로 나타낸다.

(6) 인서트의 장변 사이 거리(도 3).

(7) 인서트의 단변 사이 거리(도 3).

[표 2]

주: * 최대값.

[표 3]

절삭 시험의 결과, 실시예 1 및 실시예 2에서는 절삭한 피삭재(19)의 평면 및 수직 벽면은 양호한 마무리면을 가지고, 바닥 날(11), 코너 날(12) 및 외주 날(13)의 모두 정상 마모되고, 치핑이나 결손이 인정되지 않았다. 이에 대하여, 비교예 1에서는 절삭한 평면 및 수직 벽면의 마무리면 성상이 나쁘고, 외주 날(13)에 치핑이나 결손이 인정되었다.

실시예 2와 비교예 1을 비교하면, 평면 절삭면의 최대 면 거칠기 Rz는 실시예 2에서는 0.65㎛와 비교예 1의 5.23㎛보다 현저하게 작았다. 가공면 성상에 대해서도, 도 20 및 도 21에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서는 피삭재의 마무리면에 상처 등의 줄무늬형의 모양이 적었다. 이 이유는, 실시예 2의 바닥 날(11a)의 반경 방향 경사각을 -2°로 설정한 것에 의해 절삭 칩의 유출 방향을 외측으로 컨트롤할 수 있어, 피삭재의 마무리면을 손상시키지 않았지만, 비교예 1에서는 바닥 날(11a)의 반경 방향 경사각을 +1°로 설정한 것에 의해, 바닥 날(11a)로부터의 절삭 칩 의 분리가 나쁘고, 비팅 칩의 등에 의해 마무리면 성상이 악화되었기 때문으로 생각된다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 수직 벽면을 가공했을 때의 피삭재(19)의 최대 면 거칠기 Rz는, 실시예 1 및 실시예 2에서는 60분의 가공 시간 경과 후에 각각 3.45㎛ 및 3.63㎛로 작았지만, 비교예 1에서는 5.16㎛로 컸다.

도 22 및 도 23에 나타낸 바와 같이, 수직 벽면 가공을 행했을 때의 절삭 날의 손상을 평가한 결과, 실시예 2에서는 60분 가공 후의 최대 마모폭(Vbmax)은 0.036㎜로 작고, 정상 마모이며, 장수명화를 달성할 수 있었다. 실시예 2에서의 정상 마모는, 외주 날(13)의 여유각 β를 +5°로 작게 한 것에 의해, 날(cutting edge)의 강도를 유지할 수 있었기 때문으로 생각된다.

한편, 비교예 1에서는 60분 가공 후에 절삭 날에 치핑이 발생하고, 계속 사용은 불가능했었다. 비교예 1에서의 치핑은, 외주 날(13)의 여유각 β의 설정을 +11°로 크게 한 것에 의해, 외주 날(13)이 받는 높은 절삭 부하에 대하여 강도를 유지할 수 없었기 때문으로 생각된다.

상기한 바와 같이, 바닥 날의 내마모성을 높이기 위해 그 여유각을 비교적 크게 하고, 고속 절삭을 행하기 위해 높은 강도 및 내결손성이 요구되는 외주 날의 여유각을 비교적 작게 하고, 또한 큰 여유각의 바닥 날과 작은 여유각의 외주 날을 연결하는 코너 날의 여유면에, 코너 날을 따라 여유각이 연속하여 변화하는 변각면부를 설치하면, 바닥 날, 코너 날 및 외주 날에 치핑이나 결손이 일어나는 것을 방지하면서, 우수한 마무리면 성상으로 고속 절삭을 행할 수 있다.

한편, 비교예 1의 인서트와 같이 바닥 날 및 외주 날이 같은 여유각을 가지는 경우, 공구 홀더 측의 착석면의 형상에 따라 공구에 원하는 여유각을 부여할 필요가 있지만, 날끝 직경이 10㎜ 정도와 작은 날끝 교환식 회전 절삭 공구에서는, 착석면의 강도를 확보하면서 바닥 날 및 외주 날에 원하는 여유각을 부여하는 것은, 설계상 매우 곤란하다. 또한, 큰 여유각의 바닥 날과 작은 여유각의 외주 날을 연결하는 코너 날의 여유면에, 여유각이 연속하여 변화하는 변각면부가 설치되어 있지 않은 비교예 2의 인서트를 사용하면, 코너 날에 치핑이나 결손이 쉽게 일어나는 것을 알 수 있었다.

1: 날끝 교환식 회전 절삭 공구
2: 공구 홀더
3: 인서트 장착 시트
4: 착석면
5: 인서트의 단(短) 측면에 맞닿은 인서트 장착 시트의 후벽면
6: 인서트의 장(長) 측면에 맞닿은 인서트 장착 시트의 측벽면
7: 인서트
8: 인서트의 상면부
8a: 제1 상면 영역
8b: 제2 상면 영역(경사면)
9: 인서트의 하면부
10: 측면부
10a, 10c: 장 측면부(장변)
10b, 10d: 단 측면부(단변)
11: 바닥 날(Bottom Cutting Edge)
21: 바닥 날의 여유면(flank of bottom cutting edge)
12: 코너 날(corner cutting edge)
13: 외주 4날(peripheral cutting edge)
13a: 외주 날의 상단
23: 외주 날의 여유면
14: 중앙 구멍
15: 변각면부(angle-changing surface portion)
16: 오목부
17: 공구 홀더의 나사공
18: 클램프 나사
19: 피삭재
L1: 회전 축선(O)과 바닥 날의 최외단을 연결하는 직선
L2: 회전 축선(O)과 외주 날의 최외단을 연결하는 직선
M1: 바닥 날로부터 연장된 직선
M2: 외주 날의 경사면으로부터 연장된 직선
N: 대략 평행 4변형의 장변을 따라 연장된 직선
O: 회전 축선
P: 중심 축선
R: 공구의 회전 방향
Rc: 코너 날의 반경
Z: 반경 방향 경사각의 정부(正負)가 변화하는 회전 축선 방향 위치
ε: 날끝 각(cutting edge angle)

Claims

날끝 교환식 회전 절삭 공구의 공구 홀더에 착탈 가능하게 장착하는 인서트(insert)로서, 상면부와, 상기 상면부에 대향하는 동시에 상기 공구 홀더의 착석면에 맞닿는 하면부와, 상기 상면부와 상기 하면부를 연결하는 측면부와, 상기 인서트를 상기 상면부로부터 상기 하면부까지 관통하는 고정 나사용 중앙 구멍과, 상기 상면부와 상기 측면부의 능선에 설치된 절삭 날(cutting edge)을 구비하고,
상기 인서트는 상기 중앙 구멍의 중심 축선(P)에 관하여 회전 대칭의 다각형상으로서, 예각(銳角)의 코너부를 구비하고,
상기 절삭 날은, 각각의 상기 코너부에 설치된 코너 날과, 상기 코너 날의 양측의 능선에 설치된 바닥 날(bottom cutting edge) 및 외주 날(peripheral cutting edge)로 이루어지고,
상기 바닥 날 및 상기 외주 날은 상이한 여유각(clearance angle)을 가지고,
상기 코너 날의 여유면(flank)은, 상기 바닥 날 측으로부터 상기 외주 날 측에 걸쳐 여유각이 연속하여 변화하는 변각면부(an angle-changing surface portion)를 구비하고,
상기 외주 날의 상단(上端)으로부터 연장되는 상기 상면부의 능선을 따라, 상기 외주 날의 길이를 규정하는 오목부가 형성되어 있는,
인서트.
제1항에 있어서,
상기 바닥 날의 여유각이 상기 외주 날의 여유각보다 큰, 인서트.
제2항에 있어서,
상기 바닥 날의 여유각 α가 6~12°이고, 상기 외주 날의 여유각 β가 3~11°이며, 또한 상기 여유각 α가 상기 여유각 β보다 2°이상 큰, 인서트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바닥 날, 상기 코너 날 및 상기 외주 날이 모두 평탄한 경사면에 접하고 있는, 인서트.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코너 날에 따른 상기 변각면부의 길이가 상기 코너 날의 전체 길이의 적어도 80%인, 인서트.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상면부는 상기 중앙 구멍을 가지는 제1 상면 영역과, 상기 경사면을 형성하는 제2 상면 영역으로 이루어지고, 상기 경사면은 상기 제1 상면 영역보다 낮고, 또한 상기 코너 날을 정상부(頂部)로서 아래쪽으로 경사져 있는, 인서트.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 상기 코너부에서의 날끝 각 ε이 80~90°인, 인서트.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
대략 평행 4변형 또는 정삼각형의 형상을 가지는, 인서트.
제8항에 있어서,
한 쌍의 평행한 장변(長邊) 및 한 쌍의 평행한 단변(短邊)을 가지는 대략 평행 4변형의 형상을 가지고, 장변 사이 거리(T1)가 4~6㎜이고, 단변 사이 거리(T2)가 6~10㎜인, 인서트.
제9항에 있어서,
상기 장변 사이 거리(T1)에 대하여, 상기 바닥 날의 길이(T3)의 비율이 10~40%이며, 상기 외주 날의 길이(T4)의 비율이 25~50%이며, 상기 코너 날의 반경(Rc)의 비율이 4~25%인, 인서트.
제8항에 있어서,
대략 정삼각형의 형상을 가지고, 1개의 외주 날과 그것으로부터 가장 먼 코너 날과의 사이의 수직 거리(T5)가 5~8㎜인, 인서트.
제11항에 있어서,
상기 수직 거리(T5)에 대하여, 상기 바닥 날의 길이(T6)의 비율이 10~35%이며, 상기 외주 날의 길이(T7)의 비율이 15~40%이며, 상기 코너 날의 반경(Rc)의 비율이 2.5~20%인, 인서트.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 인서트를 공구 홀더에 착탈 가능하게 장착하여 이루어지는 날끝 교환식 회전 절삭 공구에 있어서,
상기 바닥 날 및 상기 코너 날이 부(negative)의 반경 방향 경사각을 가지고, 상기 외주 날이 부(negative)로부터 정(positive)으로 변화하는 반경 방향 경사각을 가지고, 상기 외주 날에서의 반경 방향 경사각의 정(positive)의 영역의 길이가 상기 외주 날의 전체 길이의 50% 이상인,
날끝 교환식 회전 절삭 공구.
제13항에 있어서,
상기 공구 홀더에 고정된 상기 인서트의 상기 바닥 날의 반경 방향 경사각이 -3°~ -0.5°이고, 상기 외주 날의 반경 방향 경사각이 -0.5°~ +3°인, 날끝 교환식 회전 절삭 공구.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 반경 방향 경사각이 상기 코너 날의 내단(內端)으로부터 상기 외주 날의 상단(上端)까지의 범위에 걸쳐서, 직선적으로 변화하는, 날끝 교환식 회전 절삭 공구.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공구 홀더에 고정된 상기 인서트의 바닥 날의 여유각이 5~10°의 범위 내이고, 외주 날의 여유각이 10~18°의 범위 내인, 날끝 교환식 회전 절삭 공구.