KR940005403B1

KR940005403B1 - 쓰로우-어웨이식 드릴

Info

Publication number: KR940005403B1
Application number: KR1019910001949A
Authority: KR
Inventors: 가즈따까 이소베; 가즈오 노구찌; 도시오 노무라
Original assignee: 스미또모 덴끼 고교 가부시끼가이샤; 나까하라 쯔네오
Priority date: 1990-02-05
Filing date: 1991-02-05
Publication date: 1994-06-18
Anticipated expiration: 2011-02-05
Also published as: DE69111257D1; EP0441302B1; DE69111257T2; JPH03234408A; EP0441302A2; EP0441302A3; US5154549A

Abstract

내용 없음.

Description

쓰로우-어웨이식 드릴

제1도는 종래의 일반적인 트위스트 드릴의 구조도.

제2a도는 본 발명을 적용하는 쓰로우-어웨이식 드릴중, 2장 절삭날 비스 고정식 쓰로우-어웨이식 드릴의 정면도.

제2b도는 그 우측면도.

제2c도는 절삭날 칩(11a)의 확대 사시도.

제3도는 본 발명을 적용하는 쓰로우-어웨이식 드릴의 1장 절삭날 비스 고정 방식의 쓰로우-어웨이식 드릴의 분해 사시도.

제4도는 본 발명을 적용하는 쓰로우-어웨이식 드릴중, 셀프 그립식 드릴의 접합부를 확대 도시한 분해 사시도.

제5a도는 제4도의 셀프 그립 방식 쓰로우-어웨이식 드릴의 정면도.

제5b도는 그 우측면도.

제6a도는 제4도의 쓰로우-어웨이식 드릴에 있어서 절삭날(31)을 생크에 압입을 개시하는 시점의 상태를 도시하는 제5a도의 A-A선을 따라 절취한 단면 사시도.

제6b도는 절삭날(31)이 생크부(32)와 접합 고정된 상태를 도시한 단면 사시도.

제7도는 제4도의 쓰로우-어웨이식 드릴의 접합부외의 일예로서, 협지부(33a,33b)의 양측에 슬릿(34)을 설치한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 31 : 절삭날 2, 32 : 생크

33, 34 : 슬릿 36 : 칩 브레이커

본 발명은 주로 강철의 천공 가공에 제공되는 드릴 구조에 관한 것으로서, 특히 내마모성과 인성이 뛰어난 고품질의 쓰로우-어웨이식 드릴(throw-away tipped drill) 구조에 관한 것이다.

드릴은 강재등의 천공 가공에 사용되는 절삭 공구의 하나이다. 그 한예인 트위스트 드릴의 구조가 제1도에 도시되어 왔다. 트위스트 드릴은 천공 가공에 제공되는 절삭날(1)과 절삭에 관여하지 않고 주로 잘라낸 부스러기의 배출과 볼판등의 절삭 기계의 처크부에 장착하기 위한 생크(2)로 구성이 된다.

종래에는 일반적으로, 드릴의 재질은 고속도강(하이스) 및 초경합금이다. 고속도강은 인성에 풍부하나 내마모성이 낮고 고속 절삭에 부적합하다. 한편, 초경합금은 내마모성이나 공구로서의 정밀도 특성이 뛰어난 반면 약한 성질이 있고, 예를들면 강성이 낮은 공작 기계에 사용되면 절손을 일으키는 경우가 있었다.

이들의 개량으로서, 고속도강의 절삭날에 경질의 TiN을 코팅하는 구조, 혹은 절삭날을 초경합금으로 하여 납땜하는 구조등이 고려되어 왔다.

더욱이 근래에는, 내마모성 및 인성의 향상등을 위해서, 다른 재질의 초경합금끼리(P30과 D30)를 납땜한 구조(일본국 실개소 제58-143115호) 혹은 야금학적으로 일체식으로 접합한 구조(일본국 실공소 제62-46489호), 더욱이, 드릴의 중심부와 외주부간에 요구되는 특성의 차이에 착안한 그 중심부와 외주부와의 초경합금의 재질을 다르게 한 2중 구조로 성형한 것(일본국 특개소 제62-218010호), 혹은 2중 구조를 사출 성형으로 형상하는 방법(일본국 특개소 제63-38501호, 38502호)등이 고안되어 있다. 또한, 드릴의 내응착성의 향상을 위해서는 드릴의 재질을 서멧으로 구성한 구조(일본국 특개소 제62-292307호)등이 있다.

드릴의 절삭날 및 생크는 각각 다른 부하 상태로 사용된다. 그로인하여, 드릴의 각 부에 요구되는 특성은 다르다. 예를들면, 절삭날의 절삭 선부에서는 내마모성이나 내응착성등이 요구되어 생크에서는 공구로서의 강도를 보존하기 위한 인성이 요구된다. 또한, 절삭날의 절삭 선부에 대해서도 그 중심부와 외주부에서는 크게 다르기 때문에 연구되는 특성도 다르다.

이와같은 드릴에 구비되어야 할 특성에 대한 복잡한 요구에 응하기 위해 그 대책으로서 절삭날부에 코팅을 실시한 것은 통상 사용되도록 드릴의 재연삭을 실시하면 최소한 앞으로 나아가는 면측의 코팅측이 제거되어 버려, 코팅 효과가 거의 상실되는 결점을 가지고 있다.

또한, 절삭날에 초경합금을 납땜하는 구조의 것은 납땜 자체가 본질적으로 열적 강도나 기계적 강도에 떨어지는 방법이며, 절삭이 어려운 재료의 깊은 구멍 가공에는 적용되지 않는 결점을 가지고 있었다. 또한, 생크가 강철인 경우, 절삭날 선단의 초경합금과의 사이에서 열 팽창 계수에 큰 차가 있으며, 납땜시에 금이 가거나 분열이 발생하기 쉽게 된다.

또한, 근래에 드릴 생크의 인성을 향상시키는 목적으로 초경합금의 미세화와 고결합상화를 한 것은, 역으로 재료의 강도를 저하시키거나, 혹은 탄성 한계의 구부러짐을 저하시켜, 피절삭재의 핀이나 절삭 기계의 불안정한 회전등에 의해, 구멍 뚫기 가공중에 있어서 생크가 절손되는 문제가 있었다.

또한, 전술된 바와같은 절삭날 단부와 생크가 분리 불가능하게 일체적으로 접합된 드릴의 경우, 소정의 사용 시간마다 절삭날의 단부를 재연삭하므로서 계속 사용이 가능하나, 재연삭의 회수에도 한계가 있어, 가격이 높아진다. 또한 재연삭 작업의 불균일성에 의해, 절삭 자국이나 공구 수명에 불균형이 생기는 문제가 있었다. 또한, 드릴을 사용하는 절삭 기계의 NC화, 자동화가 발달되어, 이것에 대응해서 드릴의 길이를 차츰 정확하게 파악할 필요가 있기 때문에, 재연삭할때마가 길이를 계측하는 번거로운 작업을 필요로 하고 있었다.

본 발명의 목적은 전술된 문제점을 해결하기 위해, 드릴의 절삭날에 있어서 뛰어난 내마모성과 내응착성을 가지고, 또한, 생크부는 내절손성으로서의 충분한 인성을 가짐과 함께, 계속 사용을 위한 재연삭을 수반하지 않는 쓰로우-어웨이식 드릴을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 쓰로우-어웨이식 드릴은 피절삭물을 절삭하기 위한 절삭날과, 절삭 기계의 소정의 위치에 부착시키기 위한 생크를 구비하여, 절삭날이 생크와 분리가능하게 기계적으로 접합된 쓰로우-어웨이식 드릴로서, 그 절삭날은 탄화규소 위스커 강화 알루미늄 소결체로 형성하며, 생크는 강철로 구성되어 있다.

절삭날의 탄화규소 위스커 강화 알루미늄 소결체는, 탄화규소 위스커(아스펙트비 3 내지 200)를 3.0 내지 40용량％ 포함하는 알루미늄 소결체가 양호하게 사용된다.

본 발명의 쓰로우-어웨이식 드릴의 절삭날과 생크와의 접합 방식에는, 주로 제2a도 내지 제2c도에 도시하는 것, 제3도에 도시하는 것, 제4도, 제5도 및 제5b도에 도시된 것의 3종류가 있다. 이것들 가운데 제2a도 내지 제2c도에 표시된 것은, 2장날의 쓰로우-어웨이식 드릴이다. 이러한 드릴에서는, 생크(12)의 선단 외주부에 칩(lla)이 내주부에 칩(llb)이 각각 나사 체결에 의해 고정되어 있다. 또 제3도에 도시된 드릴은, 1장날의 쓰로우-어웨이식의 전형적인 예이다. 이 드릴은, 절삭날(11)이 생크(22)에 화살표로 표시된 바와같이 끼워맞추어진 피스(23)에 의해 나사 구멍(24)에 고정된다. 냉각제 공급 구멍(25)에서는 절삭날(21)의 절삭날 끝에 직접 냉각제가 공급된다. 또 절삭날(11)의 절삭날끝에는 절삭 부스러기 분단 처리용의 칩 브레이크(26)가 형성되어 있다.

제4도, 제5a도 및 제5b도에 도시하는 절삭날과 생크와의 접합 방식은 절삭날(31)을 제4도의 화살표 방향으로 생크(32)에 끼워맞추므로서, 비스등을 사용하지 않고 절삭날(31)과 생크(32)를 접합시키는 말하자면 셀프 그립 방식을 채용하고 있다. 본원의 접합 방식에 있어서 절삭날(31)과 생크(32)가 접합된 상태는 제5a도 및 제5b도에 도시하는 대로이다. 이 접합 상태에 있어서는 절삭날(31)의 피협지부(31a)의 측부가 생크부(32)의 협지부(33a,33b)의 내측단면과 맞대이므로서 생기는 마찰력에 의해, 절삭날(31)이 생크(32)에 고정된다. 본 실시예에 있어서 절삭날(31)과 생크(32)가 끼워맞춤에 의한 접합 상태는 제6a도 및 제6b도를 참조하여 다음과 같이 설명이 된다. 절삭날(31)과 생크(32)가 끼워맞추어지기전의 상태에 있어서는 제6a도에 도시하는 바와같이 피협지부(31a)의 좌우측끼리 형성하는 각도(θ₁)는 협지부(33a,33b)의 마주하는 내측의 단면끼리 형성하는 각도(θ₂)보다 약간 크게 되어 있다. 절삭날(31)을 생크(32)에 압입해가면 피협지부(31a)의 좌우측부가 테이퍼를 가지므로 쐐기 작용과, 협지부(33a)측에는 슬릿(34)이 형성되어 있으므로서 각도(θ₂)가 서서히 넓어진다. θ₁〉θ₂의 관계에 있는 동안은, 피협지부(31a)와 표시부(33b)와는 협지부(33a)의 내측단면의 상단에 있어서만 접촉하고 있다. θ₂가 θ₁에 일치한 시점에서, 제6b도에 도시하는 바와같이 피협지부(31a)의 양측부와 협지부(33a)의 내측 단면과의 접촉 면적이 최대로 된다. 이 상태에서 압입이 정지되어 협지부(33a)의 탄성 변형에 의한 탄성력으로 피협지부(31a)와의 맞대이는 면에 가압력이 생겨 맞대인면 사이의 마찰력에 의해 절삭날(31)이 생크(32)에 접합고정되게 된다.

냉각제 공급 구멍(35)에서는 절삭날(31)의 절삭날끝에 직접 냉각제가 공급된다. 또한 절삭날(31)의 날끝에는 절삭 부스러기 분단 처리용의 칩 브레이커(36)가 형성되어 있다.

생크(32)외의 예로서 제7도에 도시하는 바와같이 협지부(33a)측 뿐만 아니고 협지부(33b)측에도 슬릿(33)을 형성하여도 좋다. 이 경우에는 절삭날(31)이 생크(32)에 압입됨과 동시에 협지부(33a,33b)의 쌍방이 밀어 넓혀져서 그 탄성력에 의해 피협지부(31a)가 끼워 가압된다.

드릴에 요구되는 특성은 절삭날의 내마모성 및 내응착성과 생크의 인성에 대표되는 내절손성으로 크게 나누어진다. 본 발명에 있어서, 절삭날의 재질로서 탄화 규소 위스커 강화 알루미늄 소결체를 사용하는 것은 다음의 이유에 의한다. 탄화규소 위스커 강화 알루미늄 소결체는 세라믹중에서도 현저히 내열성이 높고 공구로서의 내마모성이 높은 알루미늄(Al₂O₃) 소결체중에 탄화규소(SiC) 위스커를 함유시키므로서 인성을 향상시킴과 동시에 내충격성을 증가시킨 것이다. 이것은 철과의 마찰 계수도 적고 내마모성은 질화규소(Si₃N₄)의 소결체보다 뛰어나다. 또한, 탄화규소의 위스커 강화 알루미늄 소결체를 사용한 절삭날은 강철, 주물뿐만 아니라 내열 Ni 합금등의 절삭이 어려운 재료 가공에도 적합하다.

또한, 탄화규소 위스커의 함유량이 3.0 내지 40용량％인 것이 바람직한데, 3.0용량％ 미만에서는 인성 향상의 효과가 저하되며 40용량％ 이상에서는 강도의 저하가 보이기 때문이다.

또한, 생크의 재질로서 강철을 사용하고 있기 때문에 인성에 뛰어나 내절손성이 좋다. 또한 재료 코스트도 낮게 할 수가 있다.

또한, 본 발명으로, 절삭날과 생크를 분리 가능하게 기계적으로 접합시킨 구조는 비교적 손상이 많고 수명이 짧은 절삭날이 용이하게 착탈이 가능하여 사용후 버리도록 할 수 있다.

전술된 바와같이 본 발명에 의하면 절삭날의 재질로서 탄화규소 위스커 강화 알루미늄 소결체를 생크의 재질로서 강철을 사용하므로서 절삭날은 내마모성, 내응착성 혹은 내열분열성(내칩핑성)이 뛰어나고, 생크는 인성이 뛰어나고 또한 비교적 코스트를 낮게 할 수 있다. 따라서 절삭날의 칩핑이나 생크의 돌발적인 손실등이 발생하는 일이 없는 고신뢰성, 긴 수명 및 고품질을 갖는 쓰로우-어웨이식 드릴을 저코스트로 제공할 수 있다.

또한, 절삭날과 생크를 분리 가능하게 기계적으로 접합하고 있기 때문에, 양자의 장탈착이 용이하며 비교적 손상이 많고 수명이 짧은 절삭날이 용이하게 착탈이 가능하여 쓰고 버릴 수가 있게 된다. 따라서, 절삭날을 재연삭에 의해 계속 사용할 수 없게 되어 절삭날과 생크를 분리 불가능하게 일체화한 종래의 드릴에 비해서 더욱 낮은 코스트로 사용 가능하다. 또한 절삭날의 재연삭을 필요로 하지 않으므로 잘린 흔적이나 공구 수명의 불균형이 감소할뿐 아니라, 드릴의 전체 길이가 일정하게 보존되어 드릴 길이의 계측도 불필요하다. 또한, 절삭날부의 모재를 사출 성형으로 고정밀도로 제조가 가능하기 때문에 칩 브레이커등의 형성도 용이해져 가공 테스트가 더욱 저감된다.

다음에, 본 발명의 한 실시예에 대해서 설명을 한다.

본 발명의 제1실시예에 있어서 쓰로우-어웨이식 드릴은 절삭날에 탄화규소 위스커 강화 알루미늄 소결체를 사용하고 생크에 강철을 사용해서 양자를 제4도에 도시하는 방식으로 분리 가능하도록 기계적으로 접합하므로서 형성된다.

본 실시예에 있어서 절삭날을 구성하는 탄화규소 위스커 강화 알루미늄 소결체는 그 조성이 소결후에 있어서 표1에 도시되는 수치와 다르도록 각종 분말을 조합시켜 제작된다.

생크를 구성하는 강철은 표1에 표시되는 재질의 것이 사용된다. 표1에 도시된 본 실시예에 있어서 본 발명품 및 비교품은 절삭날과 생크가 어느것이나 제1도에 도시하는 방식으로 접합된 것이다. 또한 본 발명품 A 내지 D중 시료 D는 먼저 본 발명의 범위내로 들어가나 **를 붙인 SiC 위스커의 용량％가 바람직한 값보다도 상회하는 경우의 예이다. 또한 비교품 E은 절삭날의 재질 조성중에 SiC 위스커가 포함되지 아니한 점이 본 발명품으로부터 벗어나 있다. 비교품 F는 생크의 재질로서 본 발명의 범위를 벗어나는 K30 그레이드 초경합금을 사용한 것이다.

[표 1]

주) * 는 본 발명 범위외일 것

** 는 본 발명에 있어서 바람직한 범위에서 벗어나 있음을 표시한다.

드릴의 성능 평가 테스트는 직경 8mm의 드릴을 사용해서 다음에 표시되는 조건으로 행해졌다.

피절삭재 : 인코넬 718

절삭속도 : 100m/분, 습식(수용성 절삭유)

보내기 : 0.12mm(rev)

깊이 : 25mm

판정기준 : 수명까지 가공후, 그 절삭날끝상황등을 관찰한다.

수명 : 통상, 외주면의 깎임면의 마모량이 0.2mm 이상으로 될 때로 한다.

상기 드릴 성능 평가 테스트의 결과는 표2에 표시된다. 이 결과에서 본 발명품 A 내지 C에 대해서는, 양호한 결과가 얻어지고 있다. 본 발명품 D에 대해서 절삭날끝이 빠진 것은 표1에 있어서 **를 붙여서 표시한 바와같이 절삭날의 SiC 위스커의 함유량이 바람직한 값인 5 내지 30용량％ 보다도 하회하는데 기인하고 있다. 또한, 참고로서 종래의 일반적인 4종류의 드릴에 대해서도, 동일한 실험을 하였으나(표2하단), 이 결과로부터 본 발명품 A 내지 C가 우수한 것임을 알 수 있다.

또한, 절삭날을 형성하는 탄화규소 강화 알루미늄 소결이 TiC나 TiN 대신에, 티탄의 탄질화물, 탄산화물, 산화물을 사용해도 동일한 효과가 얻어지는 것이 실험적으로 확인되고 있다.

[표 2]

다음에 본 발명의 제2실시예에 대해서 설명을 한다. 본 실시예는 절삭날과 생크가 각각 상기 제1실시예에 있어서 시료 A와 동일한 재질의 본 발명품의 쓰로우-어웨이식 드릴에 대해서, 3종류의 접합 방식, 즉 제4도에 도시하는 셀프 그립식(시료 G), 제2a도 내지 제2c도에 도시하는 2장 절삭날 비스 고정 드릴(시료 H) 및 제3도에 도시하는 1장 절삭날 비스 고정 드릴(시료 I)과, 본 발명의 범위에서 벗어나는 절삭날끝 초경의 납땜 접합 드릴(시료 J)에 대해서, 그 절삭 특성을 비교한 것이다. 그 절삭 조건은 다음과 같다.

피절삭재 : S50C, (H_B=220)

절삭 속도 V : 50m/분, 150m/분(수용성 절삭유)

보내기 : 0.2mm/rev

깊이 : 40mm

가공 구멍 직경 : 20mm

본 실시예에 있어서 특성 평가 결과를 표3에 표시한다. 또한, 안정성으로 대표되는 절삭 특성은 표3에 도시하는 절삭 저항에 의해 드릴에 작용하는 절삭 밸런스의 수평 분력 및 쓰러스트가 모두 적을수록, 또한 속도에 대해서 의존성이 적을수록 양호한 절삭 특성을 표시한다할 수 있다.

본 실시예의 결과에서, 본 발명을 적용하는 쓰로우-어웨이식 드릴의 접합 방식으로서는 시료 G의 셀프 그립식이 다른 방식에 비해서 가장 양호한 절삭 특성을 표시하는 것을 알 수 있다.

[표 3]

주) 본 발명품의 시료 G,H,J의 절삭날, 생크의 재질은, 표1의 시료 A와 동이한 것을 사용하고 있다.

Claims

피절삭물을 절삭하기 위한 절삭날(21,31)과 절삭 기계의 소정 위치에서 부착시키기 위한 생크(22,32)를 구비하고, 절삭날(21,32)이 생크(22,32)와 분리 가능하게 기계적으로 접합된 쓰로우-어웨이식 드릴에 있어서, 상기 절삭날(21,31)은 탄화규소 위스커 강화 알루미늄 소결체로 형성되며, 상기 생크(22,32)는 강철로 구성되는 것을 특징으로 하는 쓰로우-어웨이식 드릴.
제1항에 있어서, 상기 탄화규소 위스커 강화 알루미늄 소결체가 탄화규소 위스커(아스펙트비 3 내지 200)를 3.0 내지 40용량％ 포함하는 알루미늄 소결체인 것을 특징으로 하는 쓰로우-어웨이식 드릴.
제1항에 있어서, 상기 탄화 규소 위스커 강화 알루미늄 소결체가 티탄의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 탄산화물 또는 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰로우-어웨이식 드릴.
제1항에 있어서, 상기 탄화규소 위스커 강화 알루미늄 소결체가 ZrO를 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰로우-어웨이식 드릴.
제1항에 있어서, 상기 탄화규소 위스커 강화 알루미늄 소결체가, MgO, NiO 및 Y₂O₃를 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰로우-어웨이식 드릴.
제1항에 있어서, 상기 생크부(22,32)를 구성하는 강철이 SCM재 또는 SKS재로 형성되는 것을 특징으로 하는 쓰로우-어웨이식 드릴.
제1항에 있어서, 상기 절삭날(21,31)과 상기 생크(22,32)는 각각 서로 끼워맞추어지는 부분을 가지고, 상기 절삭날(21,31) 또는 상기 생크(22,32)의 적어도 하나에 슬릿(34)이 형성되고, 슬릿(34)의 대향면이 서로 이동해서 탄성 변형으로 생기는 탄성력으로 상기 절삭날(21,31)이 상기 생크(22,32)에 끼워맞추어져 고정되는 것을 특징으로 하는 쓰로우-어웨이식 드릴.
제1항에 있어서, 상기 절삭날(21,31)과 상기 생크(22,32)는 서로 끼워맞추어지는 부분이 있고, 서로 끼워맞추어지는 부분은 상기 절삭날(21,31)에 형성된 피협지부(31a)와, 피협지부(31a)의 좌우 양측의 피협지면을 협지하는 생크(22,32)의 협지부(33a,33b)로 형성되며, 상기 피협지부(31a)의 양측의 피협지면과 상기 협지부(33a,33b)의 대향 협지면과의 쌍방 혹은 어느 한편에 테이퍼 형성되고, 상기 테이퍼의 각도는 상기 절삭날(21,31)과 상기 생크(22,32)가 끼워맞추어지는 상태에서 상기 협지면과 상기 피협지면이 접촉하여 압입 상태로 형성되는 것을 특징으로 하는 쓰로우-어웨이식 드릴.
제1항에 있어서, 상기 절삭날(21,31)은 나사로 고정되어 상기 생크(22,32)에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 쓰로우-어웨이식 드릴.