KR960010151B1 - 트위스트 드릴 - Google Patents

Abstract

없음.

Description

트위스트 드릴

제1도는 종래의 고속도강 트위스트 드릴의 선단부 평면도.

제2도는 종래의 고경도 재료로 된 트위스트 드릴의 선단부 평면도.

제3도는 본 발명에 따른 트위스트 드릴의 선단부 평면도.

제4도는 제3도의 A방향에서 본 드릴 선단부의 측면도.

제5도는 제3도의 B방향에서 본 드릴 선단부의 측면도.

제6도는 제3도의 C방향에서 본 연삭면의 상세도.

제7도는 주절삭날과 웨브절삭날의 연결부분 확대도.

제8도는 주절삭날 부분의 축방향 절삭면 확대도.

제9도는 웨브절삭날 부분의 축방향 절단면 확대도.

제10도는 제3도의 D방향에서 본 주절삭날의 축방향 절단면도.

제11도는 본 발명의 일실시예로서 드릴 전체를 고경도 재료로 구성한 트위스트 드릴의 정면도.

제12도는 본 발명의 다른 실시예로서 절삭날부를 포함하는 드릴 선단부에만 고경도 재료를 사용한 트위스트 드릴의 정면도.

제13도 내지 제17도는 플루트 형상 변화에 따른 칩의 형상도.

제18도는 플루트 모서리부의 형상이 각기 다른 드릴로 구멍을 가공할때 모멘트 크기의 변화를 나타낸 그래프.

제19도는 풀루트 모서리부의 형상이 각기 다른 드릴로 구멍을 가공할때 가공깊이 변화에 따른 축방향 절삭저항의 증가량을 나타낸 그래프.

제20도는 플루트 모서리부의 형상이 각기 다른 드릴로 구멍을 가공할때 가공깊이 변화에 따른 모멘트의 증가량을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 랜드부2 : 플루트

3 : 웨브4 : 주절삭날

5 : 웨브절삭날7 : 모서리부

8 : 플루트공간9 : 경사면

10 : 연삭면

본 발명은 초경합금이나 써메트(Cermet)와 같은 고경도 재료로 되는 트위스트 드릴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초경합금 드릴의 특성중의 하나인 취성으로 인한 인선부의 치핑 현상과 드릴 작업중의 절삭저항증가로 야기되는 몸체부의 파단현상을 보완한 트위스트 드릴에 관한 것이다.

일반적으로 트위스트 드릴은 고속도강과 같은 비교적 경도가 낮은 채질 또는 초경합금이나 씨메트와 같이 경도가 높은 재질로 만들어진다.

제1도는 종래 고속도강 드릴을 설명하기 위한 드릴 선단부의 평면도로서 드릴의 선단부는 랜드부(1)와, 칩배출 및 절삭유 공급을 위한 나선형홈 형상의 플루트(2)와, 중심부 내접원의 크기로 나타내는 웨브(3)로 이루어져 있다.

상기 구성에서 드릴의 강성은 원주상의 플루트 크기(A)와 원주상의 랜드부 크기(B)의 비인 A/B, 그리고 웨브의 크기(T)와 드릴 직경(D)의 비인 T/D에 크게 영향을 받으며, 드릴의 강성을 나타내는 단위도 상기한 A/B, T/D가 주로 사용된다.

고속도강 드릴의 경우 A/B는 1.0~1.6의 범위를 가지며, T/D는 0.15~0.25의 범위를 갖는다.

또한 상기와 같은 형상을 가진 고속도강 드릴은 넓은 플루트로 인해 긴 나선형의 칩이 발생하며, 쉽게 파손되지 않는 고속도강 특유의 유연성으로 인해 다소 구멍 확대량이 큰 것이 보편적이다.

그러나 상기와 같은 고속도강 드릴은 유연성이 있는 반면 자체의 강성이 약하여 강력절삭이 어렵고 구멍정밀도가 떨어지는 약점이 있으며, 고온 특성과 내마모성의 한계때문에 고속절삭에 제약이 되어 생산성면에서도 분리하다.

한편 초경합금이나 써메트와 같은 고경도 재료는 고속도강에 비해 취성이 큰 장점이 있다.

그러나 상기와 같은 고경도 재료를 이용하여 고속도강 드릴과 동일한 형상의 드릴을 제조하는 경우 주철의 가공에는 별다른 문제가 없지만 강과 같이 강인한 피삭재의 구멍가공시에는 니선부의 치핑 손상이나 드릴 몸체의 약한 비틀림 강성으로 인해 파손되기 쉬워 강가공에는 적용이 어렵다. 따라서 근래에까지 강자공은 고속도강 드릴에 의해 이루어져 왔으나, 전술한 바와 같이 고속도강은 여러가지 문제점이 있기 때문에 강가공을 보다 더 효율적으로 할 수 있는 드릴의 개발이 요구되고 있다.

제2도는 최근에 개발된 초경합금에 의한 강용 드릴의 선단부 평면도로서, A/B의 값이 0.4~0.8이고 T/D의 값이 0.25~0.35를 가지도록 설계되어 있다.

상기 구조에서 제1도 고속도강 드릴에 비해 A/B의 값은 작게하고 T/D의 값은 크게한 이유는 A/B의 값이 작을수록, 또한 T/D의 값이 클수록 드릴의 굽힘강성과 비틀림 강성이 커져서 고경도 재료로 만든 드릴의 취약성을 보강할 수 있기 때문이다.

그러나 제2도와 같은 초경합금 드릴은 A/B의 값과 T/D값의 변화에 의해 강력절삭이 가능해지는 잇점이 있는 반면 플루트홈의 단면적이 작아지기 때문에 칩의 배출과 동시에 이루어져야 하는 외부 절삭유의 원활한 공급이 어렵다.

따라서, 가공구멍의 깊이가 깊으면 절삭유 공급의 어려움으로 인해 절삭 저항이 급격히 증가하여 구멍가공이 어려워진다.

상기와 같은 칩배출 및 절삭유 공급의 어려움을 해소하기 위해서는 플루트의 형상이 개선되어야 하며, 구멍의 가공 깊이가 깊을수록 절삭 저항이 증가하므로 칩의 모양이 종래 고속도강과 같은 긴 나선형 칩보다는 짧게 끊겨진 칩이 바람직하다.

본 발명의 목적은 플루트의 형상을 개선하여 정밀한 구멍의 가공과 긴 공구수명이 보장되면서도 원활한 칩의 배출 및 절삭유의 공급이 가능해질 수 있도록 한 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의해 상세하게 설명한다.

제3도는 본 발명의 실시예에 따른 트위스트 드릴의 선단부 평면도로서, T/D값이 0.25~0.40이 되도록 비교적 큰 웨브를 형성하여 높은 강성을 가지도록 하였다.

칩변형이 이루어지는 플루트의 폭(W)은 양절삭날 끝을 연결하는 직선에 수직하며, 절삭날 끝(C₁)을 지나는 직선으로부터 플루트 내벽의 최대거리로 되어 있고 드릴 강성이 증가될 수 있게 0.40~0.47D를 유지하고 있다.

한편, 절삭유의 원활한 공급을 위해 드릴 랜드부(1) 끝부분에 사선형 모따기에 의한 모서리부(7)가 설치되어 있으며, 상기 모서리부에 의해 형성된 플루트 공간(8)은 주로 절삭유의 원활한 공급을 위한 것이다.

나머지 플루트 공간(2)은 칩을 외부로 원활하게 배출시키는 역할을 수행하며, 상기 플루트 공간은 일반적인 플루트의 기능인 칩의 배출과 절삭유의 공급이라는 서로 상반된 기능으로 인해 야기되는 드릴 강성의 저하 및 절삭유 공급의 어려움을 동시에 해결할 수 있어야 한다.

이를 위해 본 발명에서는 모서리 시작점(C₂)의 양 절삭 끝날을 연결하는 직선으로부터의 거리(F)를 0.3~0.4D로 하였고 양 절삭날 끝을 연결하는 직선과 이루는 모서리부의 경사각도(θ₂)를 30~55°의 범위로 하였다.

제한된 공간의 플루트를 통해 칩이 원활하게 배출되도록 하기 위해서는 긴 나선형의 칩이 형성되던 고속도강 드릴과는 달리 짧게 끊어진 칩이 형성되어야 하며, 이러한 칩의 형성은 플루트의 형상, 선단부 연삭방법에 의해 결정되는 주절삭날(4)의 형상, 씨닝방법에 의해 결정되는 웨브절삭날(5) 및 플루트 벽면(6)의 형상에 의해 좌우된다.

본 발명에서는 양 절삭날 끝을 연결한 웨브절삭날이 이루어지는 각(θ₁)을 30~40° 범위로 하고 주절삭날끝(C₁)이 외주부에서 반경방향과 이루는 각(θr)을 -5~15°의 범위로 하며, 또한 전술한 바와 같이 플루트폭(W)을 0.40~0.47D의 범위로 제한하여 짧게 끊어진 칩이 형성되게 하였다.

이때 웨브절삭날(5)의 길이와 주절삭날(4)의 길이비는 0.2~0.5의 범위로 한다.

제4도는 제3도의 A방향에서 본 드릴 선단부 측면도로서 드릴축과 경사면(9)이 이루는 경사각(θ₃)을 0~10°의 범위로 하였다.

이는 종래 고속도강 드릴의 웨브부 절삭날이 큰 음의 경사각을 이루어 가공시 큰 절삭저항을 받고 자체 중심을 잡는 기능이 약한 점을 감안하여 큰 음의 경사각을 없애기 위한 것이다.

제5도는 제3도의 B방향에서 본 드릴 선단부 측면도로서 경사면(9) 및 연삭면(10)에 의해 생기는 골(11)과 드릴의 축이 이루는 각(θ₄)이 30~50°의 범위를 가진다.

이 각도는 웨브 절삭날부에서 형성되는 칩의 제거를 위한 공간확보와 관련되는 것으로 이 각도가 클수록 공간이 커진다.

제6도는 제5도의 C방향에서 본 연삭면의 상세도로서 경사면(9)과 연삭면(10)이 이루는 각(θ₅)은 90~120°의 크기로 되어 있으며, 이 각도가 클수록 칩의 배출을 위한 공간이 커지는 반면 인선부의 강성은 약해진다.

제7도는 주절삭날과 웨브절삭날의 연결부분 확대도로서, 주절삭날(4)과 웨브절삭날(5)의 연결부는 0.05~0.1D의 반경(γ)을 갖는다.

제8도와 제9도는 주절삭날과 웨브절삭날을 보호하기 위해 호닝을 실시하여 음의 경사각을 갖는 모서리부인 네가랜드의 축방향 절단면 확대도로서, 초경합금이나 써메트와 같은 고경도 재료는 강가공시 인선부의 치핑이 잘 일어나므로 네가랜드의 폭(t)을 드릴 규격에 관계없이 0.05~0.30mm의 균일한 크기로 하였다.

또한 네가랜드의 각(α)은 축방향에 대하여 20~30°의 범위를 갖는다.

제10도는 제3도의 D방향에서 본 주절삭날의 축방향 절단면도로서, 9~13° 범위의 1차 여유각(β₁)과 18~23°범위의 2차 여유각(β₂)을 갖는다.

1차 여유면(13)의 폭(T)은 0.1~0.14D의 크기를 가지며, 상기 2차 여유면에는 드릴 머리부분과 플루트가 있는 몸체 부분의 내마모성 향상과 고열특성을 향상시키기 위하여 TiC, TiCN 및 Al₂O₃로 이루어진 피막층을 물리적 증착방법에 의해 형성한다.

제11도에서는 트위스트 드릴 전체를 초경합금이나 써메트와 같은 고경도 재료로 제작한 예를 나타내었고 제12도에서는 전술한 바와 같은 드럴 선단부의 형상, 즉 드릴의 팁부분만을 고경도 재료로 제작하고 나머지 체부분은 강으로 제작하여 용접한 예를 나타내었다.

제12도와 같은 트위스트 드릴의 경우 드릴 몸체 부분에 절삭유 내부 급유용 구멍이 설치되며, 1개의 주입구 크기는 몸체 단면적이 20~40%의 범위로 형성되고, 배출구는 연삭면(10)에 10~20%의 크기로 2개가 형성되어 있다.

실시예

드릴 선단부 단면 형상의 차이에 따른 칩의 형성을 비교하기 위해 칩형성에 직접 영향을 미치는 요소인 플루트폭(W)과, 주절삭날이 반경방향에 대해 이루는 각(θr)이 각기 다른 표 1과 같은 본 발명의 드릴 및 기존의 구멍 가공을 하였다.

피삭제는 SCM₄(HRC 24-25)의 강이고 드릴의 회전속도(V)는 37.4m/min이며, 회전당 이송량(f)는 0.25mm이다.

(표 1)

상기 각 드릴의 가공 실시예에서와 같이 플루트폭(W)이 작아질수록 칩의 변형 반경이 작아지고 작은 변형 반경의 칩이 연결된 모양의 칩과 함께 형성되고 있다.

또한 종래 고속도강 드릴에서는 플루트폭(W)이 커질수록 칩의 변형 반경이 커지고 점차로 연속적인 칩(제17도)이 발생하게 됨과 동시에 드릴의 강성이 작아지게 되는데, 본원 발명의 드릴(B와 C)은 종래 드릴(D와 E)에 비해 배출이 용이한 형상의 칩이 형성됨을 알 수 있다.

그리고 적절한 플루트폭(W)은 0.40~0.47d의 범위이며, 상기와 같이 제한된 플루트폭(W)의 범위내에서 적절한 인선의 모양은 날끝에서의 반경방향 경사각이 -5~-15° 범위일때 적절한 칩이 형성된다.

한편 정밀하고 강력한 구멍작업을 위해서는 가공시 칩의 원활한 배출과 함께 절삭유의 원활한 공급이 이루어져 절삭저항의 증가가 없어야 하며, 본 발명에서는 절삭유의 원활한 공급을 위해 제3도와 같이 드릴 비트의 선단에 모서리부(7)를 설치하였다.

표 2에서는 모서리의 크기와 위치가 각기 다른 세종류의 드릴이 샘플링으로 제시되어 있으며, 상기 각 드릴을 사용하여 3D, 4D, 5D 및 6D의 구멍깊이를 가공할 때 절삭저항으로서 축방향 절삭저항(Fz)과 모멘트(Mz)를 측정하였다.

(표 2)

상기 각 드릴을 사용하여 6D의 깊이의 구멍을 가공할 때 모멘트의 측정값은 제18도에 나타나 있다.

제18도에서와 같이 초기 진입시의 절삭저항과 최종 가공깊이에서의 절삭저항값의 차이는 칩배출과 절삭유 공급에 의해 크게 좌우되며, 시종 칩배출이 양호한 실시로부터 대부분의 절삭저항 상승이 원활한 절삭유 공급에 달려 있음을 알 수 있다.

제19도와 제20도에서는 상기 (표 2)의 각 드릴로 구멍을 가공할 때 축방향 절삭저항(Fz)과 모멘트(Mz)의 변화가 구멍 가공깊이에 표시되어 있으며, 특히 5D 이상의 깊은 구멍을 가공할 때 급격한 절삭저항의 증가가 모서리부(7)의 크기를 나타내는 F와 A : B의 값에 따라 크게 좌우됨을 알 수 있다.

더욱이 스테인레스강과 같이 강도가 낮으면서 가공시 열발생이 심하고 절삭유의 급유 상태에 민감한 반응을 보이는 피삭재일수록 모서리부의 효과는 크게 나타나며, 모서리부의 크기를 체크하는 것이 유리하다.

그러나 모서리부가 커질수록 드릴의 강성이 약해지고 적절한 형상의 칩절단이 불량해지기 쉬우므로 양인선부를 잇는 직선부로부터 모서리부가 시작되는 지점(C₂)까지의 거리(f)를 0.3~0.4D의 범위로 제한하고 이 직선과 이루는 모서리부의 각도(θ₂)를 30~55°의 범위로 제한하였다.

상기에서 제시한 플루트폭(W)의 범위와, 모서리부의 형상인 F와 θ₂의 크기범위 및 씨닝방법에 의한 플루트부(2)와 랜드부(1)의 선단부 원주상의 크기비인 A : B 값이 0.8 : 1~1.2 : 1의 범위를 갖게 된다.

씨닝방법은 웨브절삭날의 위치를 나타내는 θ₁과 연삭면(10)의 경사각을 결정하는 경사각(θ₄, θ₅)의 크기에 의해 결정되며, θ₄가 클수록 A : B의 값이 커지며 웨브 인선부의 칩 포켓은 작아진다.

반대로 θ₅가 클수록 A : B의 값은 작아지고 웨브 인선부에서 발생한 칩처리를 위한 공간이 커지며 인선부의 강도는 떨어진다.

상기와 같은 점을 감안하여 본 발명에서는 θ₄의 값을 30~50°의 범위로 하고 θ₅의 값을 90~120°의 범위로 하였다.

또한 드릴의 강성은 몸체부의 강성에 의해 결정되는데, 본 발명에서 몸체부 웨브의 크기를 0.25D~0.4D의 범위로 하고, 플루트부와 몸체부의 원주상의 크기비를 1.2 : 1~1.7 : 1의 범위로 하였다.

Claims (17)

1. 트릴 몸체에 칩배출과 절삭유 공급을 위한 나선형 홈형상의 플루트를 형성한 트위스트 드릴에 있어서, 드릴 선단부에서의 웨브 직경의 크기(T)를 드릴 직경(D)의 25~40%로 하고, 주절삭날의 반대편에 있는 2차 플루트벽면에서 시작되는 모서리부(C₂)와 양절삭날끝(C₁)을 잇는 직선 사이의 거리(F)를 0.3D~0.4D로 하고, 양절삭날끝을 연결한 직선과 웨브절삭날이 이루는 각(θ₁)을 30~40°의 범위로 하고, 모서리부 양인선끝을 잇는 직선과 이루는 각(θ₂)을 30~55°의 범위로 하고, 플루트부의 원주상 크기와 랜드의 원주상 크기비인 A/B를 0.8~1.2의 범위로 하는 트위스트 드릴.
2. 제1항에 있어서, 양절삭날끝을 연결하는 직선에 수직이고 날끝(C₁)을 통과하는 직선으로부터 플루트의 최대 깊이까지의 거리 W가 0.40~0.47D의 범위로 된 트위스트 드릴.
3. 제1항에 있어서, 주절삭날의 외주부에서의 반경방향과 이루는 경사각(θr)을 -5° 내지 -15°로 하는 트위스트 드릴.
4. 제1항에 있어서, 드릴 선단부에서 플루트부와 모서리부의 형상이 드릴 몸체부로 연결되는 트위스트 드릴.
5. 제4항에 있어서, 드릴 몸체부에서의 플루트부의 원주상크기와 랜드부의 원주상 크기의 비를 1.2~1.7의 범위로 하는 트위스트 드릴.
6. 제1항에 있어서, 웨브절삭날부의 길이(L₁)와 주절삭날의 길이(L₂)의 비(L₁/L|₂)를 0.2~0.5의 범위로 하는 트위스트 드릴.
7. 제1항에 있어서, 씨닝에 의한 경사면(9)이 드릴중심과 웨브절삭날을 지나고 축방향 단면과 이루는 각(θ₃)을 0° 내지 -10°로 하고 씨닝시 경사면(9)과 다른 연삭면(10)과 이루는 각(θ₅)을 90~120°의 범위로 하며, 두경사면이 만나는 선(11)과 드릴 중심축이 이루는 각(θ₄)을 30~50°의 범위로 한 트위스트 드릴.
8. 제1항에 있어서, 주절삭날(4)과 웨브절삭날(5)의 여유면이 2단 평면으로 되어 있는 트위스트 드릴.
9. 제8항에 있어서, 여유면의 1차 여유각은 주절삭날에 수직인 단면에서 9~13°의 크기로 하며 2차 여유각은 18~23°의 크기의 범위로 하는 트위스트 드릴.
10. 제8항에 있어서, 1차 여유면(13)과 2차 여유면(14)의 만나는 선이 주절삭날에 평행하며, 폭의 크기가 0.1~0.14D의 범위인 트위스트 드릴.
11. 제1항에 있어서, 주절삭날(4)과 웨브절삭날(5) 인선부는 음의 경사면을 보유하는 트위스트 드릴.
12. 제11항에 있어서, 인선부음의 경사면이 0.05~0.3mm 범위의 폭을 갖고 드릴 축방향과 이루는 경사각이 20~30°의 범위의 크기를 갖는 트위스트 드릴.
13. 제1항에 있어서, 드릴의 재질이 고경도 재료인 초경합금이나 서메트로 이루어진 트위스트 드릴.
14. 제13항에 있어서, 드릴 전체가 초경합금이나 서메트로 이루어진 트위스트 드릴.
15. 제13항에 있어서, 드릴 절삭날부를 포함하는 선단부만 초경합금이나 서메트로 이루어지고 나머지 몸체 부분은 일반 강으로 이루어진 트위스트 드릴.
16. 제15항에 있어서, 일반 강으로 이루어진 드릴 몸체부분에 절삭유 내부 급유구멍을 보유하고 있는 트위스트 드릴.
17. 제1항에 있어서, 드릴 선단부와 플루트를 포함하는 드릴 몸체부분 표면에 TiC, TiCN, TiC 및 AL₂O₃의 성분으로 피복되어진 트위스트 드릴.