KR100671189B1 - 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트에 관한 것으로, 서로 마주보는 제 1 표면 및 제 2 표면과 플랭크면 역할을 하는 하나 이상의 측면으로 형성되는 본체(3)를 포함하고, 절삭 인서트의 작업시 제 1 표면은 칩제거 작용을 하는 상부 표면을 형성하고 제 2 표면은 그러한 작용을 하지 않는 하부 표면을 형성하며, 상기 측면은 상기 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 존재하고, 상기 제 1 표면 및 제 2 표면 중 하나 이상과 플랭크면 사이에 절삭날(11)이 형성되어 있고, 작업물의 가공표면을 평탄화시키고 정면절삭하기 위한 세그먼트(15)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 표면 평탄화 절삭날 세그먼트(15)는 3개 이상의 상이한 부분 절삭날 세그먼트(21, 22, 23)로 분할되어 있는데, 이들 중 접점을 형성하고 소정의 반경(R21)을 갖는 제 1 부분 절삭날 세그먼트(21)가 더 큰 반경(R22, R23)을 갖는 2개의 부분 절삭날 세그먼트(22, 23) 사이에 있다.

Description

칩 제거 기계가공용 절삭 인서트{CUTTING INSERT FOR CHIP REMOVING MACHINING}
본 발명은 작업물의 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트에 관한 것으로, 서로 마주보는 제 1 표면 및 제 2 표면과 플랭크면 역할을 하는 하나 이상의 측면으로 형성되는 본체를 포함하고, 절삭 인서트의 작업시 제 1 표면은 칩제거 작용을 하는 상부 표면을 형성하고 제 2 표면은 그러한 작용을 하지 않는 하부 표면을 형성하며, 상기 측면은 상기 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 존재하고, 상기 제 1 표면 및 제 2 표면 중 하나 이상과 플랭크면 사이에 절삭날이 형성되어 있고, 작업물의 가공표면을 평탄화시키고 정면절삭하기 위한 세그먼트를 포함한다.
위에서 일반적으로 언급된 종류의 절삭 인서트는 라운드형( 원형 또는 계란형 ) 또는 다각형 기본 형상을 가질 수 있다. 다각형의 경우, 절삭 본체는 상기 제 1 표면 또는 제 2 표면 사이에 있는 적어도 3개의 측면 또는 플랭크면( 일반적으로 평면 또는 약간 곡면 )에 의해 형성되는데, 인접하는 플랭크면은, 적어도 하나의 절삭날이 연결되어 있는 볼록하게 라운딩된 노즈를 통해 서로 이어져 있고, 이 절삭날은 상이한 반경을 갖는 다수의 세그먼트, 즉, 실제 노즈 바로 근처에 있는 제 1 절삭날 세그먼트와, 노즈의 한 쪽에 있는 제 2 절삭날 세그먼트와, 노즈의 다른 쪽에 위치되어 작업물의 가공표면으로부터 소정의 여유각을 두고 있는 제 3 절삭날 세그먼트 및, 제 1 절삭날 세그먼트와 제 3 절삭날 세그먼트 사이에 위치되어 작업물의 가공표면을 평탄화시키고 정면절삭하기 위한 제 4 절삭날 세그먼트로 분할되어 있다.
실제로는, 절삭 인서트가 라운드형 또는 다각형 기본 형상인지에 무관하게, 기하학적 절삭표면은 절삭 인서트의 개별 절삭날에 연결되어 있고 일반적으로 절삭 본체를 관통하는 가상의 기준면에 평행하며, 절삭표면은 절삭날부터 시작하여, 형성 중인 칩이 내려가도록 안쪽 하방으로 경사져 있는 칩제거 표면으로 이어져 있는 기본 챔퍼를 포함하며, 칩제거 표면은 편향 표면으로 이어지며, 이 편향 표면은 칩과 만나게 되며 칩을 절삭 인서트로부터 적어도 편향시키거나 밖으로 안내하도록 되어 있다. 절삭 인서트가 일면형인 경우, 기하학적 절삭표면은 단지 본체의 상면에만 나타나고, 바닥면은 편평한 지지면을 갖는다. 절삭 인서트가 양면형인 경우, 기하학적 절삭표면은 절삭 인서트의 상면 및 바닥면에 형성된다.
교체가능한 마모부를 구성하고 상이한 종류의 절삭 공구용 홀더에 분리가능하게 장치되는 절삭 인서트는, 밀링절삭, 드릴작업, 브로우치절삭, 선삭 등과 같이 산업적으로 매우 다양한 용도로 이용될 수 있다. 기계가공되는 작업물은 일반적으로 금속이고, 이로 인해 절삭 인서트는 초경합금, 질화규소, 산화알루미늄 등과 같은 내마모성의 경질 재료로 만들어지고, 공구의 홀더는 더 탄성있는 재료, 특히 강으로 만들어진다. 대표적인 사용 분야 중 하나인 선삭의 경우, 절삭 인서트의 이송과 절삭날의 구성 사이의 상호작용은 작업결과의 여러 측면에 있어 매우 중요하다. 일반적으로, 거친 선삭의 경우 강한 절삭날을 얻기 위해 가능한 가장 큰 반경을 갖는 노즈가 사용되어야 한다. 그러나, 노즈 반경이 너무 큰 경우 진동 및 해로운 열이 발생할 수 있다. 그러므로, 다듬질 선삭의 경우, 더 작은 반경, 즉, 일반적으로 2 ㎜보다 작은 반경의 노즈를 사용하는 것이 유리하다. 그러나, 작은 반경의 노즈를 사용하는 경우, 절삭 인서트의 마모가 가속되어 사용 수명이 짧아지고 성능이 저하되는 단점이 있다. 노즈 반경과 이송 상이의 상호작용에 의해 영향을 받는 또다른 인자는 회전 작업물의 표면다듬질( surface finish )이다. 이 점에서, 다각형 절삭 인서트상의 실제 노즈의 한 쪽 (비대칭 노즈) 이상 또는 노즈의 양쪽에 있는 (대칭 노즈) 표면 평탄화 절삭날 세그먼트가 특히 중요하다. 본 발명의 기초가 되는 연구 결과로, 이른바 평탄화 절삭날 세그먼트의 접점이 특히 표면다듬질에 매우 중요하다는 것이 밝혀졌다. 접점은 선삭시 작업물의 회전축에서 가장 짧은 거리에 있는 평탄화 절삭날 세그먼트상의 기하학적 점이다. 종래의 선삭 인서트의 경우(예를들면, WO 95/00272, US 6 217 263, US 5 226 761, SE 9401732-4, SE 970251-9 및 SU 1 782 196 참조), 표면 평탄화 절삭날 세그먼트는 일반적으로 호형이고, 이 세그먼트가 실제 노즈 날에 직접 또는 간접으로 이어지는 점과 상기 세그먼트가 작업물의 가공표면으로부터 소정의 여유각을 두고 있는 절삭날 세그먼트에 직접 또는 간접으로 이어지는 점 사이에서 연속적인 선으로 되어 있다. 실제로, 표면 평탄화 절삭날 세그먼트의 길이는 이송, 즉 작업물의 1회전시 절삭 인서트가 이동하는 축방향 거리와 실질적으로 동일한 크기이어야 한다. 종래 절삭 인서트의 표면다듬질에 관해 불편한 점은, 표면 평탄화 절삭날 세그먼트상의 실제 접점의 위치가 미리 결정될 수 없다는 것이다. 따라서, 실제 접점은 절삭날 세그먼트의 양끝 사이에서 제어될 수 없이 "유동적"일 수 있고, 이로 인해 표면다듬질이 변하게 된다. 양호한 표면다듬질을 보장하기 위해서는, 종래 절삭 인서트에서 이송은 최대 0.6 또는 0.7 ㎜ 로 제한된다. 이론적으로, 직선형 평탄화 절삭날 세그먼트로 고이송의 실현 그 자체는 가능하지만, 직선형 평탄화 절삭날 세그먼트가 진동 및 많은 열의 발생이라는 위험이 뒤따르는 큰 반경방향 절삭력을 발생시키기 때문에, 실제로 이 방식은 바람직하지 않다.
종래 선삭 인서트의 다른 단점은, 작용하는 절삭날에 인접한 기하학적 절삭표면에 관한 것이다. 일반적으로, "형상( topography )" 즉, 기하학적 절삭표면에서 최고 지점과 최저 지점 사이의 높이차가 크거나 변화가 심한데, 그 이유는, 절삭날의 기본 챔퍼와 연결된 칩제거 표면의 경사각이 비교적 크고( 약 20°이상), 칩절단 또는 안내 기능을 하는 다른 텀블링(마루)와 기하학적 절삭표면의 가장 낮은 곳인 골(바닥) 사이의 높이차가 상당히 크기 때문이다( 0.5 ㎜ 이상 ). 기하학적 절삭표면의 바닥에서 위로 돌출해있는 상기 텀블링과 마루에서는, 열집중이 발생하는데, 특히 이 열집중으로 인해 절삭 인서트에 균열이 발생하여 그 사용 수명이 짧아진다.
본 발명의 목적은 종래 절삭 인서트의 상기 단점을 제거하고 향상된 절삭 인서트를 제공하는 것이다. 그러므로, 제 1 태양으로 본 발명의 주목적은 작업물의 가공표면의 향상된 표면다듬질을 일반적으로 보장하는 절삭 인서트를 제공하는 것이다. 선삭 인서트에 대한 본 발명의 실시예는, 예를 들면 이송을 크게 증가시키면서 표면다듬질은 유지하거나 향상시킬 수 있다. 유사하게, 본 발명은, 밀링절삭, 드릴작업, 브로우치절삭 등과 같은 선삭 이외의 다른 기계가공에 있어서도 표면 평탄화 절삭날 세그먼트를 갖는 절삭 인서트의 성능을 일반적으로 증가시킬 수 있다. 제 2 태양으로, 본 발명은, 절삭 인서트의 표면 영역 재료에서의 열집중 및 균열 발생의 위험을 최소화함으로써, 작동하는 절삭 인서트의 절삭날에 인접하는 기하학적 절삭표면의 향상을 목적으로 한다.
본 발명의 주목적은 청구항 1 의 특징부에 의해 규정되는 구성으로 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 규정된다.
도 1 은 길이방향 선삭의 일반적인 원리를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 다각형, 특히 삼각형의 절삭 인서트의 사시도이다.
도 3 은 도 2 의 절삭 인서트의 기하학적 절삭표면을 위에서 보았을 때의 확대 단면도로, 이 단면은 절삭 인서트의 구멍 및 코너를 이등분한 것이다.
도 4 는 도 3 의 기하학적 절삭표면의 추가적 부분 확대도이다.
도 5 는 본 발명에 따라 제조된 절삭 인서트의 노즈를 위에서 보았을 때의 부분 최대확대도이다.
도 6 은 종래 기술에 따른 절삭 인서트의 표면 평탄화 절삭날 세그먼트상의 접점의 이동 패턴을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7 은 본 발명에 따른 절삭 인서트에서 접점의 이동 패턴을 보여주는 도면이다.
도 8 은 도 5 에 대응하는 도면으로, 본 발명에 따른 다른 인서트 노즈를 보여준다.
도 9 는 원형 절삭 인서트에 적용된 본 발명을 보여주는 확대도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 다른 절삭 인서트의 사시도이다.
도 11 은 도 10 에 따른 절삭 인서트를 위에서 보았을 때의 부채꼴 부분도로서, 3개의 다른 단면 즉, A-A, B-B 및 C-C 의 위치를 보여준다.
도 12 는 단면 A-A 의 확대도이다.
도 13 은 단면 B-B 의 확대도이다.
도 14 은 단면 C-C 의 확대도이다.
도 1 에는 작업물을 기계가공중인 선삭 공구가 개략적으로 도시되어 있다. 이 경우 기계가공은 종방향 선삭이다. 공구 (1) 는 바아(홀더)(2) 및 교환가능한 절삭 인서트 (3) 를 포함한다. 작업물 (4) 은 기하학적 축선 (C) 을 중심으로 회전할 수 있다. 작업물의 실린더형 가공표면 (5) 은 많이 과장된 파형을 갖는 것으로 나타나 있다. 이들 파형의 정점들 사이의 거리는 절삭 인서트 (3) 의 이송 (f) (mm/회전) 에 해당한다. "ap"는 가공표면 (5) 과 비가공표면 (6) 사이의 반경방향 차가 되는 절삭깊이를 나타내며, 이 절삭깊이는 공구의 이송방향 (화살표 A) 에 직각인 방향으로 측정된다. 측면각 (K°) 은 주절삭날과 절삭 인서트의 이송방향 사이의 각이다.
지금부터 본 발명의 절삭 인서트 (3) 를 나타낸 도 2 를 참고한다. 이 경우의 절삭 인서트는 다각형, 구체적으로 말해 삼각형으로 된 본체 (서로 반대편의 제 1, 2 표면 (7, 8) 과 플랭크면으로서 역할하는 3개의 측면 (9) 으로 형성됨) 를 갖는다. 절삭 인서트의 작업시, 즉 선삭 중에, 제 1 상부표면 (7) 은 칩제거 작용을 하는 표면이 되며, 반대쪽의 하부표면 (8) 은 그러한 작용을 하지 않는다. 칩제거 작용 표면 (7) 은 특유한 형태의 절삭면을 구성한다. 절삭 인서트가 일면 형이면 표면 (8) 은 단지 실질적으로 편평한 지지면으로서 작용하게 된다. 양면형 절삭 인서트의 경우에는, 표면 (7, 8) 모두 기하학적 절삭표면으로서 형성된다.
인접한 플랭크 면 (9) 은 볼록하게 라운딩된 노즈 (10) 를 통해 서로 이어져 있다. 기하학적 상부 절삭표면 (7) 과 측면 (9) 사이에는 연속 절삭날 (11) 이 형성되어 있으며, 이 절삭날은, 아래서 보는 바와 같이, 상이한 반경을 갖는 다수의 세그먼트로 분할되어 있는 각각의 노즈(10)와 연결되어 있다. 노즈 (10) 부위에서 측면 (9) 을 따라 도시한 도 2 에서 잘 볼 수 있는 바와 같이, 절삭날의 상이한 세그먼트는 상이한 곡률을 갖는 부분면을 성형하여 얻어진다. 이들 곡선부는 연삭, 직접 프레싱, 사출성형 또는 기타의 방법으로 성형될 수 있다.
도 3 에서 확대되어 보여지는 기하학적 절삭표면 (7) 은 이하에서 자세히 기재될 것이다.
이제, 본 발명에 따른 절삭 인서트의 기본적인 구성을 나타내는 도 5-7 을 참조하도록 한다. 도 5 에는 대칭적으로 형성된 노즈가 예시되어 있는데, 이 노즈의 상이한 절삭날 세그먼트는 이등분선(대칭선)(S)의 양쪽에서 동일한 형상으로 되어 있다. 대칭선 (S) 은 작업물의 회전축선 (C) 에 평행한 가상 접선 (T) 과 예각( 이 경우, 약 45°)을 이룬다. 작업상태시에 작용하는 절삭날 (11) 은 상이한 반경을 갖는 다수의 절삭날 세그먼트로 나누어져 있는데, 즉 실제 노즈 (10) 바로 근처에 있는 제 1 절삭날 세그먼트 (12) 와, 노즈 또는 대칭선 (S) 의 한 쪽에 있는 제 2 절삭날 세그먼트 (13) 와, 노즈의 다른 쪽에 위치되어 작업물의 가공표면 (5) 으로부터 소정의 여유각을 두고 있는 제 3 절삭날 세그먼트 (14) 및, 제 1 절삭날 세그먼트 (12) 와 제 3 절삭날 세그먼트 (14) 사이에 위치되어 작업물의 가공표면을 평탄화시키거나 정면절삭하기 위한 제 4 절삭날 세그먼트 (15) 로 구성되어 있다. 이와 관련하여, 도 5 의 절삭 인서트 (3) 는 도 1 에서와 동일하게 우측에서 좌측으로 이동하는 것으로 한다. 다시 말해, 절삭 인서트는 화살표 A 방향으로 이송되며, 절삭깊이는 "ap" 로 표시된다.
이 경우, 노즈 절삭날 세그먼트 (12) 와 표면 평탄화 절삭날 세그먼트 (15) 사이에는 천이 절삭날 세그먼트 (16) 가 있다. 표면 평탄화 절삭날 세그먼트 (15) 와 제 3 절삭날 세그먼트 (14) 사이에는 다른 천이 절삭날 세그먼트 (17) 가 있다.
끝점(명료성을 위해 확대한 별 기호로 표시되어 있다)들 사이에는 서로 다른 절삭날 세그먼트가 있다. 따라서, 제 1 절삭날 세그먼트 (12) 는 끝점 (18, 18') 사이에 있고, 표면 평탄화 작용을 하는 제 4 절삭날 세그먼트 (15) 는 끝점 (19, 20) 사이에 있다. 제 3 절삭날 세그먼트 (14) 는 끝점 (20')으로부터 시작해서 도 5 의 우측으로 연장된다. 도 5 에 예시된 대칭적인 실시형태에서, 제 2 절삭날 세그먼트 (13) 는 점 (18') 으로부터 하방으로 연장되어 있으며, 절삭날 세그먼트 (16', 15', 17' 및 14' ) (대칭선 (S) 의 반대쪽에서도 동일하게 되어 있음) 에 의해 결정되는 형상을 갖는다. 따라서, 이송방향 (A) 에서, 절삭날 세그먼트 (13) 는 주된 칩제거 기계가공 역할을 하며, 절삭날 세그먼트 (15) 는 표면 평탄화 역할을 하게 된다. 그러나, 노즈의 대칭구조에 때문에, 절삭 인서트는 거울상 방식으로 사용될 수 있으며, 따라서 절삭날 세그먼트 (15') 도 표면 평탄화 역할을 하게 된다.
절삭날 세그먼트 (12) 의 반경은 "R12" 으로 표시되어 있다. 유사하게, 절삭날 세그먼트 (16) 의 반경은 "R16" 이며, 절삭날 세그먼트 (17, 14) 의 반경은 각각 "R17" 및 "R14" 이다. 이와 관련하여 지적하고 싶은 바는, 절삭날 세그먼트 (14) 는 직선일 수 있다는 것이며, 그러한 경우 반경 (R14) 은 무한대가 된다.
호형 또는 볼록형의 표면 평탄화 절삭날 세그먼트 (15) 를 갖는 공지된 절삭 인서트에서는, 상기 절삭날 세그먼트는 그의 끝점 (19, 20) 사이에서 연속적인 선으로 되어 있다. 이와는 달리, 본 발명에 따른 절삭날 세그먼트 (15) 는 3개 이상의 상이한 부분 절삭날 세그먼트, 즉 소정의 반경 (R21) 을 갖는 제 1 부분 절삭 날 세그먼트 (21) 와 양 옆에 있는 2개의 부분 절삭날 세그먼트 (22, 23)(각각 더 큰 반경 (R22, R23) 을 가짐)로 분할되어 있다. 제 1 부분 절삭날 세그먼트 (21) 는 비교적 서로 가까이 있는 끝점 (24, 25) 사이에 있다. 다시 말해, 제 1 부분 절삭날 세그먼트 (21) 는 상대적으로 짧다. 따라서, 실제로 제 1 부분 절삭날 세그먼트 (21) 의 길이는 점 (19, 20) 사이에 있는 제 4 절삭날 세그먼트 (15) 의 전체 길이의 1-15%, 편리하게는 5-10% 이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 제 2 부분 절삭날 세그먼트 (22) 와 제 3 부분 절삭날 세그먼트 (23) 는 제 1 부분 절삭날 세그먼트 (21) 의 반경보다 3배 이상, 바람직하게는 5-10배 큰 반경을 갖는다. 반경 (R22, R23) 은 서로 동일하거나 또는 다를 수 있다. 그러나, 제 2, 3 부분 절삭날 세그먼트 (22, 23) 의 길이는 서로 같은 것이 바람직하다. 이렇게 되면, 제 1 부분 절삭날 세그먼트 (21) 는 절삭날 세그먼트 (15) 의 양 끝점 (19, 20) 사이의 중간에 위치하게 된다.
부분 절삭날 세그먼트 (21) 는 작업물에 대한 절삭 인서트의 접점 (TP), 즉 작업물의 회전축선 (C) 에 가장 가까운 절삭날상의 점을 형성한다. 반경 (R21) 이 반경(R22, R23) 보다 작기 때문에, 부분 절삭날 세그먼트 (21) 는 주위의 보다 편평한 부분 절삭날 세그먼트 (22, 23) 로부터 태핏처럼 돌출하게 된다(극히 작은 정도로). 따라서, 절삭 인서트가 미미한 정도로 잘못 정렬되더라도, 접점 (TP) 은 끝점 (19, 20) 으로부터 규정된 거리에 불변하게 위치하게 된다. 선 (U) 이 접선 (T) 을 가로질러 끝점 (19) 과 반경 (R16)(절삭날 세그먼트 (12, 15) 사이의 천이 절삭날 세그먼트 (16) 의 형상을 결정한다) 에 대한 중점 (MP) 을 지난다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 선 (T) 과 선 (U) 사이의 각 (α) 은 90°보다 작아야 한다. 실제로 각 (α) 은 86-89°이고 편리하게는 약 88°이다.
상이한 절삭날 세그먼트를 규정하는 반경에 대한 구체적인 수치의 예를 들면 다음과 같다. R12 가 1.6mm 이면, R16 은 0.8mm, R21 은 5mm, R22 및 R23 은 30mm 가 될 수 있다. 또한 R17 은 4mm, R14 는 무한대가 될 수 있다.
이제, 종래의 절삭 인서트와 본 발명의 절삭 인서트 사이의 표면 거칠기의 차이를 나타내는 도 6, 7 을 참조한다. 도 6 는, 종래기술에 따른 절삭 인서트의 표면 평탄화 절삭날 세그먼트상의 접점 (TP) 이, 이상적인 접선 (T) 을 따라 위치하는 깊이(작업물에서)와 가공표면에 있는 인접한 오목한 바닥들 사이에 뚜렷한 마루 (Y) 를 야기하는 선 (V) 을 따른 깊이 사이에서 어떻게 이동하는지를 나타낸다. 이들 깊이의 높이차 (H1) 는 0.05mm 이상이 될 수 있다.
본 발명에 따른 절삭 인서트에서, 접점(TP), 즉 부분 절삭날 세그먼트(21)의최대 깊이와 최소 깊이의 차(H2)가 약 0.008 ㎜에 불과하다 (도 7 참조). 따라서, 부분 절삭날 세그먼트(21)가 표면 평탄화 절삭날 세그먼트(15)를 따라 항상 규정된 위치에 있게 된다는 사실은, 표면다듬질이 상당히 향상될 수 있음을 의미한다. 이러한 효과는, 단지 표면다듬질의 향상 뿐만 아니라, 이미 허용되는 표면 다듬질을 유지하면서 실제로 이송(f)을 증가시킬 수 있는 더욱 흥미로운 가능성을 주고 있다. 실험을 통해, 표면다듬질의 저하 없이 절삭 인서트의 이송이 종래의 0.6 또는 0.7 ㎜ 에서 1.0 - 1.2 ㎜ 이상으로 증가될 수 있음이 밝혀졌다. 물론 이렇게 표면다듬질을 유지하면서 이송을 50 - 100 % 증가시킬 수 있다는 것은, 가공 시간의 상당한 감소 및 절삭 인서트의 강도 및 성능의 현저한 향상을 의미한다.
도 8 은 본 발명에 따른 다각형 절삭 인서트의 노즈의 다른 실시예를 보여주고 있다. 이 경우, 상이한 절삭날 세그먼트와 부분 절삭날 세그먼트는 다음과 같은 반경을 갖고 있다. R12 = 1.6 ㎜, R16 = 0.8 ㎜, R22 = 12 ㎜, R21 = 4 ㎜, R23 = 12 ㎜, R17 = 0.8 ㎜. 본 실시예에서, 평탄화 작용을 하는 제 2 의 절삭날 세그먼트(15')가 평탄화 절삭날 세그먼트 (15) 와 같은 쪽에서 실제 노즈 절삭날 세그먼트(12)에 형성되어 있는데, 절삭날 세그먼트(15)와 마찬가지로 상기 절삭날 세그먼트 (15') 도 동일한 반경( R22, R21, R23 )을 갖는 3개의 상이한 부분 절삭날 세그먼트(22', 21', 23')로 분할되어 있다.
절삭날 세그먼트(12)의 다른 쪽에는 2개의 유사한 절삭날 세그먼트(15, 15')가 형성되어 있다. 이 경우에도, 각( α)이 88°이고, 도 8 의 좌측에 있는 절삭 인서트의 일부에서의 대응 각( β)이 더 작은 각도, 예를 들면 87°일 수 있다.
도 9 는 본 발명이 어떻게 둥근( 원형 또는 타원형 ) 절삭 인서트(3)에 적용되는지를 개략적으로 보여주고 있다. 절삭 인서트의 연속적이고 본질적으로 원형( 또는 타원형 )인 절삭날(11)을 따라, 전술한 실시예와 동일한 구성의 절삭날 세그먼트(15)가 존재한다. 즉, 절삭날 세그먼트(15)가 3개의 상이한 부분 절삭날 세그먼트(21, 22, 23)로 분할되어 있는데, 이들 중 제 1 부분 절삭날 세그먼트는 주위의 부분 절삭날 세그먼트(22, 23)보다 직경이 작고 길이가 짧다. 또한, 이 경우에도, 접선(T)과, 절삭날(11)과 부분 절삭날 세그먼트(22) 사이의 천이부 상의 점을 지나는 선(U) 사이의 각( α)은 90°보다 적은 각도, 예를 들면 88°이다.
절삭 인서트의 플랭크면(9)( 도 2 참조 )은, 중립, 즉 균일한 두께의 인서트의 상면과 바닥면 사이의 중간에 있는 가상의 기준면에 수직이거나, 양(positive),즉 절삭날(11)로부터 안쪽으로 예각을 이룰 수 있다. 양면형 절삭 인서트의 경우, 플랭크면(9)은 보통 중립이고, 일면형 절삭 인서트의 경우 종종 양의 여유각을 갖게 된다.
서두에서 언급된 것처럼, 종래의 공지된 절삭 인서트, 특히 선삭 인서트는 파형의 기하학적 절삭표면 즉, 칩안내 마루, 텀블링 또는 표면의 가장 낮은 골 또는 바닥 위로 돌출해 있는 다른 돌기부를 갖는 표면을 갖는다. 특별한 태양에서, 본 발명의 목적은 그러한 종류의 절삭 인서트의 단점, 즉, 갑자기 돌출해있는 돌기부에의 열집중 ( 균열 발생을 일으킬 수 있음 ) 경향을 제거하는 것이다. 일반적으로, 이하에서 기술되는 방식으로 절삭 인서트를 얕고 부드러운 기하학적 절삭표면으로 형성함으로써 이 문제는 해결된다.
먼저, 도 2 에 보여진 절삭 인서트의 기하학적 절삭표면 (7) 의 "형상적" 구성을 나타내는 도 3, 4 를 참조하도록 한다. 이 경우, 절삭 인서트는 양면형을 의미하고, 따라서 측면 (9) 을 사이에 두고 서로 반대쪽에 있는 두 표면 (7, 8) 은 기하학적 절삭표면의 역할을 할 수 있다. 이는, 절삭 인서트의 작업 상태시에 표면 (8) 이 위로 향해 있을 때, 그 표면 (8) 이 칩제거 기계가공용으로 사용될 수 있는 절삭날 (11) 을 갖게 됨을 의미한다. 그러나, 기하학적 절삭표면의 구성에 대해서는 도 3, 4 에서 보듯이 표면 (7) 만을 참고로 하도록 한다.
일반적으로, 표면 (7) 은, 균일한 두께의 절삭 인서트에서 표면 (7, 8) 사이의 중앙면이 되는 가상 기준면 (RP) 과 평행하다.
절삭날 (11) 로부터 안쪽으로 시작하여, 도시된 기하학적 절삭표면은 기본 챔퍼 (24) 및 칩제거 표면 (25) 을 가지며, 이 칩제거 표면은 형성되는 칩이 내려 가도록 안쪽 하방으로 경사져 있다. 상기 표면 (25) 은 편향 표면 (26) 으로 이어지며, 이 편향 표면은 칩과 만나게 되며 칩을 절삭 인서트로부터 적어도 편향시키거나 밖으로 안내하도록 되어 있다. 도시된 예에서, 기본 챔퍼 (24) 는 2개의 부분 표면, 즉 상대적으로 좁은 챔퍼 표면 (27) 과, 이 표면 (27) 및 측면 (9) 과 둔각을 이루는 넓은 부(negative)의 챔퍼 표면 (28) 으로 이루어져 있다. 챔퍼 표면 (27) 은 기준면 (RP) 과 평행하고, 부의 챔퍼 표면 (28) 과 챔퍼 표면 (27) 을 연장시킨 가상면 사이의 각 (χ) 은 약 7°가 된다. 챔퍼 표면 (27) 은 0.1mm 의 폭 (B1) 을 가지며, 챔퍼 표면 (28) 의 폭 (B2) 은 예컨대 0.3mm 이다.
도시된 예에서, 편향 표면 (26) 은 오목한 칩절단 표면 (29) 을 거쳐 평면 랜드 (30) 와 이어지는 최하부 바닥면을 형성한다. 제 2 천이 표면 (31) 을 거쳐 상기 제 1 랜드 (30) 는 제 2 랜드 (32) 와 이어지며, 이 제 2 랜드는 절삭 인서트의 중심구멍 (33) 을 둘러싼다 (도 2 참조). 제 2 랜드 (32) 에는 개별적인 카운터싱크 (34) 들이 형성되어 있다.
기준면과 칩제거 표면 (25) 사이의 경사각 (δ) 은 종래의 절삭 인서트에서는 약 20°이상 (보통 22°이상) 이며, 또한 편향 표면 (26) 의 깊이, 즉 챔퍼 표면 (27) 이 기준면에 평행하게 연장된 가상면과 편향 표면 (26) 사이의 높이차 (N1) 는 0.5mm 이상이었다.
본 발명에 따른 절삭 인서트에서는, 상기 경사각 (δ) 은 3∼18°, 편리하게는 10∼15°이다. 도 2∼4 의 예에서 경사각 (δ) 은 14°이다. 가장 높이 있는 기본 챔퍼의 챔퍼 표면 (27) 과 칩편향 표면 (26) 사이의 높이차 (N1) 는 최대 0.20mm 이다. 이 높이차는 0.06∼0.14mm 인 것이 좋고, 바람직하게는 0.090∼0.125mm 이다. 이러한 바닥면으로서 형성된 편향 표면 (26) 과 제 1 랜드 (30) 사이의 높이차 (N2) 는 0.02∼0.06mm 이고 바람직하게는 0.04mm 이다.
바닥면 (26) 과 제 2 랜드 (32) 사이의 높이차는 양면형 절삭 인서트에서는 칩편향 표면 (26) 과 챔퍼 표면 (27) 사이의 높이차 (N1) 보다 항상 커야 한다. 이 경우, 제 2 랜드 (32) 는 기준면 (RP) 에 평행하게 챔퍼 표면 (27) 을 통과하는 가상면 보다 다소 위에 있게 된다. 다시 말해, 제 2 랜드 (32) 는 기본 챔퍼 (24) 와 절삭날 (11) 이 절삭 시이트 표면과 접촉함이 없이 절삭 시이트 표면에 대 한 하부 지지면으로서 역할을 하게 된다. 실제로 상기 높이차는 높이차 (N1) 보다 적어도 0.05mm 더 커야한다.
도 2-4 의 구체적인 실시형태에서, 높이차 (N1) 는 0.13mm, 높이차 (N2) 는 0.04mm 이고, 제 1 랜드 (30) 와 제 2 랜드 (32) 사이의 높이차 (N3) 는 0.19mm 이다. 즉, 제 2 랜드 (32) 와 챔퍼 표면 (27) 사이의 높이차 (N4) 는 0.10mm 이다.
상기와 같은 기하학적 구성은 각 노즈 (10) (도 2 참조) 의 부위에서 나타나는 것이다. 대각선 방향으로 노즈 (10) 의 반대쪽에 있는 (즉, 구멍 (33) 의 중심을 통과하는 가상의 이등분선에 수직으로 연장하는) 각 직선 절삭날과 측면에서는 기하학적 구성이 다소 다르다. 보다 구체적으로 말하면, 칩제거 표면 (25) 의 경사각 (δ) 은 여기서는 상당히 더 작다 (도 3 의 우측 부분 참조). 이 경사각은 14°가 아닌 5°로 작다. 다시 말해, 칩제거 표면 (25) 은 각 노즈를 향하는 쪽에서보다 중심부에서 훨씬 더 작은 각도로 되어 있다.
또한, 도 2 의 사시도에서 보는 바와 같이, 두 랜드 (30, 32) 가 편평한 면으로 되어 있기 때문에 기하학적 절삭표면 (7) 에는 갑자기 튀어 나온 텀블링이나 돌기부가 전혀 없다. 제 1 랜드 (30) 는 가장 깊은 곳에 있는 바닥면 (26) 에 매우 가깝게 있으며, 제 2 랜드 (32) 는 절삭날의 기본 챔퍼, 특히 챔퍼 표면 (27) 위로 단지 0.10mm 만큼 더 높다. 적절한 경사각 (노즈와 직선 절삭날부 각각에서의 경사각 (δ)) 때문에, 바닥면 (26) 과 기본 챔퍼의 챔퍼 표면 (27) 사이의 높이차는 매우 제한되는데, 구체적으로 말해 0.20mm 를 넘지 않아야 한다. 이렇게 얕 고 편평한 절삭날의 기하학적 구성으로 인해, 작업물로부터 칩이 분리될 때 발생하는 열은 절삭 인서트의 기하학적 절삭표면을 함께 형성하는 상이한 부분면들을 따라 균일하게 분포 및 흡수되는 효과가 얻어지게 된다. 다시 말해, 기하학적 절삭표면에서 서로 떨어진 개별 돌기부에 열이 집중하지 않게 되며, 이리 하여 절삭 인서트의 재료에 균열이 발생할 위험에 효과적으로 대처할 수 있게 된다.
이제, 일면형 절삭 인서트를 나타내는 도 10-14 를 참조하도록 한다. 이 경우, 기본 챔퍼 (24) 의 챔퍼 표면 (27) 은 기하학적 절삭표면 (7) 에서 가장 높은 부위가 된다. A-A, B-B 및 C-C 절단면에서 칩제거 표면 (25) 이 나타나는데, 이 표면은 모든 부분에서 14°가 될 수 있는 각도로 경사져 있다. 예컨대 1mm 의 반경 (R) 을 갖는 천이 표면 (35) 을 거쳐 칩제거 표면 (25) 은 칩편향 표면 (26') 으로 이어지며, 본 실시형태에서 칩편향 표면은 평면 랜드로 되어 있다. A-A 및 C-C 절단면에서 볼 때, 이 랜드 (26') 는 절삭 인서트의 중심에 더 가까운 최심부의 바닥면 (36) 과 이어져 있다.
챔퍼 표면 (27) 과 칩편향 표면 (26') 사이의 높이차 (N1) 는 0.090mm 가 될 수 있으며, 칩편향 표면 (26') 과 기하학적 절삭표면에서 최심부에 있는 바닥면 (36) 사이의 높이차 (N2) 는 0.035mm 가 될 수 있다. 이는 기하학적 절삭표면에서 가장 높은 곳과 가장 낮은 곳에 있는 표면 (27, 36) 사이의 전체 높이차 (N3) 가 단지 0.125mm 가 됨을 의미한다. 이 경우에도 챔퍼각 (χ) 은 7°가 될 수 있다.
참조번호
1 : 절삭 공구 2 : 홀더
3 : 절삭 인서트 4 : 작업물
5 : 가공표면 6 : 비가공표면
7 : 절삭 인서트의 제 1 표면 8 : 절삭 인서트의 제 2 표면
9 : 측면 10 : 노즈
11 : 절삭날 12 : 제 1 절삭날 세그먼트
13 : 제 2 절삭날 세그먼트 14 : 제 3 절삭날 세그먼트
15 : 제 4 절삭날 세그먼트 16 : 천이 절삭날 세그먼트
17 : 천이 절삭날 세그먼트 18, 18' : 끝점
19 : 끝점 20 : 끝점
21 : 제 1 부분 절삭날 세그먼트 22, 23 : 제 2 부분 절삭날 세그먼트
24 : 기본 챔퍼 25 : 칩제거 표면
26 : 칩편향 표면 27 : 챔퍼 표면
28 : 부(negative)의 챔퍼 표면 29 : 칩절단 표면
30 : 랜드 31 : 천이 표면
32 : 제 2 랜드 33 : 구멍
34 : 카운터싱크 35 : 천이 표면
36 : 바닥면

Claims (13)

  1. 서로 마주보는 제 1 표면(7) 및 제 2 표면(8) 과 플랭크면 역할을 하는 하나 이상의 측면(9)으로 형성되는 본체(3)를 포함하고, 절삭 인서트의 작업시 제 1 표면은 칩제거 작용을 하는 상부 표면을 형성하고 제 2 표면은 그러한 작용을 하지 않는 하부 표면을 형성하며, 상기 측면은 상기 제 1 표면(7)과 제 2 표면(8) 사이에 존재하고, 상기 제 1 표면 및 제 2 표면 중 하나 이상과 플랭크면 사이에 절삭날(11)이 형성되어 있고, 작업물의 가공표면을 평탄화시키고 정면절삭하기 위한 세그먼트(15)를 포함하는 작업물의 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트에 있어서,
    표면 평탄화 절삭날 세그먼트(15)가 3개 이상의 상이한 부분 절삭날 세그먼트(21, 22, 23)로 분할되어 있으며, 이들 중 접점을 형성하고 소정의 반경(R21)을 갖는 제 1 부분 절삭날 세그먼트(21)가 더 큰 반경(R22, R23)을 갖는 2개의 부분 절삭날 세그먼트(22, 23) 사이에 있는 것을 특징으로하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 본체(3)가 상기 제 1 표면(7), 제 2 표면(8) 및 상기 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 있는 적어도 3개의 측면(플랭크면)(9)에 의해 형성되는 다각형의 기본 형상이고, 인접하는 플랭크면이 볼록하게 라운딩된 노즈(10)를 통해 서로 이어져 있고, 이 노즈에 연결되어 있는 하나 이상의 절삭날(11)이 상 이한 반경을 갖는 복수의 세그먼트 즉, 상기 노즈(10)의 바로 근처에 있는 제 1 절삭날 세그먼트(12), 상기 노즈의 한 쪽에 있는 제 2 절삭날 세그먼트(13), 노즈의 다른 쪽에 위치되어 작업물의 가공표면으로부터 소정의 여유각을 두고 있는 제 3 절삭날 세그먼트(14) 및, 제 1 절삭날 세그먼트와 제 3 절삭날 세그먼트 사이에 위치되어 작업물의 가공표면을 평탄화시키고 정면절삭하기 위한 제 4 절삭날 세그먼트(15)로 분할되어 있으며, 표면 평탄화 작용을 하는 상기 제 4 절삭날 세그먼트(15)가 3개 이상의 상이한 부분 절삭날 세그먼트(21, 22, 23)로 분할되어 있고, 이들 중 접점을 형성하고 소정의 반경(R21)을 갖는 제 1 부분 절삭날 세그먼트(21)가 더 큰 반경(R22, R23)을 갖는 2개의 부분 절삭날 세그먼트(22, 23) 사이에 있는 것을 특징으로하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 부분 절삭날 세그먼트(21)에 연결되어 있는 제 2 부분 절삭날 세그먼트(22) 및 제 3 부분 절삭날 세그먼트(23)가 제 1 부분 절삭날 세그먼트의 반경(R21)보다 3배 이상, 바람직하게는 5 내지 10배 큰 반경(R22, R23)을 각각 갖는 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 부분 절삭날 세그먼트(21)가 표면 평탄화 작용을 하는 상기 제 4 절삭날 세그먼트(15)의 양 끝점(19, 20) 사이의 중간에 위치하도록, 상기 제 2 부분 절삭날 세그먼트(22) 및 상기 제 3 부분 절삭날 세그먼트(23)의 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 부분 절삭날 세그먼트(21)의 길이가 상기 제 4 절삭날 세그먼트(15)의 전체 길이의 1 내지 15 %, 편리하게는 5 내지 10 % 인 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  6. 제 2 항에 있어서,
    접점(21)을 지나는 가상 접선( T )과,
    표면 평탄화 절삭날 세그먼트(15)의 끝점(19)과, 제 4 절삭날 세그먼트(15)와 제 1 절삭날 세그먼트(12) 사이의 호형 천이 절삭날 세그먼트(16)의 반경( R16 )에 대한 중점( MP )을 지나는 가상 선( U )
    사이의 각( α)이 90°보다 작은, 예를 들면 88°인 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기하학적 절삭표면(7)이 절삭날(11)과 연결되어 있고 일반적으로 절삭 본체를 관통하는 가상 기준면(RP)에 평행하며, 상기 절삭표면은 절삭날부터 시작하여, 형성 중인 칩이 내려가도록 안쪽 하방으로 경사져 있는 칩제거 표면(25)으로 이어져 있는 기본 챔퍼(24)를 포함하고, 상기 칩제거 표면은 편향 표면(26, 26')으로 이어지며, 이 편향 표면은 칩과 만나게 되며 칩을 절삭 인서트로부터 적어도 편향시키거나 밖으로 안내하도록 되어 있는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트로서,
    상기 칩제거 표면(25)과 상기 기준면(RP) 사이의 각( δ)이 18°를 초과하지 않고, 기본 챔퍼(24)의 최고지점(27)과 상기 칩편향 표면(26, 26') 사이의 높이차(N1)가 최대 0.20 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 칩제거 표면(25)과 상기 기준면(RP) 사이의 상기 각( δ)이 3 내지 18°, 편리하게는 10 내지 15°인 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 기본 챔퍼(24)의 최고지점(27)과 상기 칩편향 표면(26, 26') 사이의 상기 높이차(N1)가 0.06 내지 0.16 ㎜, 편리하게는 0.090 내지 0.125 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 칩편향 표면(26)은 기하학적 절삭표면의 최심부 바닥면으로 구성되어 있고, 이 바닥면은 오목한 칩절단 표면(29)을 거쳐 평면 랜드(30)와 이어지며, 이 평면 랜드는 절삭 인서트의 중심을 향해 있고 칩편향 표면의 높이와 기본 챔퍼의 높이 사이의 높이에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 랜드(30)와 기본 챔퍼의 최고 표면(27) 사이의 높이차가 상기 랜드(30)와 상기 편향 표면(26) 사이의 높이차보다 큰 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 칩편향 표면이 평면 랜드(26')로 되어 있고, 이 랜드는 내측 경계부에서 더 깊은 곳의 바닥면(36)에 이어져 있는 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 기본 챔퍼(24), 상기 칩제거 표면(25) 및, 상기 편향 표면(26, 26')이 갑자기 튀어 나온 돌기부가 없는 편평하고 연속적인 표면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 칩 제거 기계가공용 절삭 인서트.
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