KR102043790B1 - 나사 가공용 인서트 - Google Patents

Abstract

나사 가공용 인서트를 제공한다. 본 발명에 따른 나사 가공용 인서트는, 외경 나사를 1차, 2차 절삭하는 제1, 제2 외경 절삭날, 제1, 제2 외경 절삭날은 제1, 제2 외경 절삭날의 제1 기준선 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성될 수 있다.

Description

나사 가공용 인서트{INSERT FOR PROCESSING SCREW}

본 발명은 나사 가공용 인서트에 관한 것이다.

일반적으로, 원유 및 가스 생산 시 대부분의 자원은 지하 깊은 곳에 매장되어 있으므로 채굴 깊이의 증가에 따라 일정한 길이의 유정관을 연결해가면서 길이를 증가시켜 보다 깊은 곳에서 에너지 자원을 채취하고 있다.

또한, 생산된 에너지 자원을 수송 시에도 자동차를 이용한 육로나 배를 이용한 해상운송에 비해 수송용 강관 이용한 수송은 비용적인 측면에서 상당히 효과적이다.

육상자원 및 해상자원을 막론하고 생산된 에너지의 이동은 파이프를 이용한 이동이 효과적이다.

이들 유정관(OCTG: Oil Country Tubular Goods)과 수송용 강관(LP: Line pipe)은 에너지 산업에 큰 부분을 차지하고 있다.

유정개발과 원유 및 가스의 채취 및 생산에 사용되는 유정관은, 전통 및 비전통 에너지를 막론하고 자원이 매장된 장소의 특성상 상당히 가혹한 환경에서도 파손되지 않고 장시간 사용할 수 있어야만 한다.

이 때문에, 유정관은 안전성(Safefy), 신뢰성(Reliabllity), 내구성(Durabillity), 유지보수성(Maintainabillty), 및 안정성(Logistics)이 필수 요소로 요구 된다.

특히, 유정관 소재는 고강도, 내부식 특성을 지녀야 하며, 고온 및 저온 상태에서도 특성의 변화가 적은 소재로 제작되어야 한다.

이를 위해, 용도 및 특성에 맞는 신소재들이 개발되고 있으며, 이들 소재의 대부분은 가혹한 환경에서 견딜 수 있는 고강도, 내마모성, 내부식성 측면에서 매우 우수한 특성을 가지고 있다.

그러나, 이러한 물리적 특성으로 인해 절삭 가공을 포함한 기계적인 가공을 어렵게 하는 요인이 되기도 한다.

특히, 소재의 내열 특성상 가공 시 발생하는 열이 방출되지 않음으로 인해 소재의 응착(Adhesion)에 의한 치핑(Chipping)과 밀링가공과 같은 단속 절삭시 열피로에 의한 균열, 및 열화학적인 확산현상에 의한 공구 표면경화로 인해 공구의 파손이 발생하여 공구의 수명을 급격하게 단축시켜 생산성 저하를 일으킬 가능성이 높다.

이러한 대부분의 유정용 강관 및 송유관들은 일정한 규격에 따라 생산되며 일정한 길이로 제작되고, 파이프의 양끝 부분은 튜브 또는 케이싱으로 직렬로 체결이 가능하도록 수나사 또는 암나사형태의 나사산 형상으로 가공이 이루어진다.

이렇게 가공되는 나사 또한 정해진 규정에 따라 독특한 형상으로 가공하여 생산하고 있다.

이러한 유정용 강관 나사는 고온, 고압 등 생산된 강관의 용도 및 규격에 따라 누유, 파손, 변형 등의 엄격하고 철저한 테스트를 통해 생산되며, 오일 및 가스산업 전반에 걸쳐 폭 넓게 사용되고 있다.

이러한 나사는 기본적으로 극저온, 초고압과 같은 극한 환경에서 작동됨에 따라 막대한 탐사 및 유지 보수 비용을 최소화할 수 있는 신뢰성 및 장기간 수명 주기(25년 이상) 등 높은 기술력을 요구한다.

그러나, 종래의 나사 가공용 인서트는 수평면에 수직한 방향으로 형성되어 수직 방향으로 나사를 가공하고 있다.

이 때문에, 나사의 플랭크에 정상 나사산을 더 많이 가공하는 과 절입부와 정상 나사면과 다르게 절입되지 않는 미 절입부가 발생되므로, 그 만큼 인서트로 가공된 나사의 체결력이 저하되고, 강도, 내마모성, 및 내부식성이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

또한, 일반적인 선삭 가공의 경우에는, 인서트에 따라 프로그램을 생성하여 형상 가공을 실시한다.

그러나, 나사 가공의 경우 나사 인서트가 지나가면서 나사 인서트의 형상에 따라 나사산이 만들어지는 경우가 대부분이다.

이 때문에, 나사 인서트의 형상 정밀도와 가공경로가 중요하다. 만약, 인서트 형상 또는 가공 프로그램이 불량할 경우에는 나사산의 형상은 불량한 형상을 갖는다.

즉, 나사산 바닥면인 루트(Root)부의 코너와 상면 크레스트(Crest)면의 라운드 형상이 정상적으로 생성되지 않으며, 이는 공구의 이동 또는 인서트의 형상 불량으로 인해 발생될 수 있다.

본 발명은 체결력을 극대화 할 수 있고, 고강도, 내마모성, 및 내부식성이 우수한 테일 핀(Tail fin) 형상 나사를 최적으로 가공할 수 있는 나사 가공용 인서트, 특히 유정용 강관 나사 가공용 인서트를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 나사 가공용 인서트는, 외경 나사를 1차 절삭하고, 상단부를 이루는 제1 외경 나사산, 및 제1 외경 나사산의 양측 빗면을 이루는 제1a, 제1b 외경 플랭크를 포함하는 제1 외경 절삭날을 포함할 수 있다.

나사 가공용 인서트는, 제1 외경 절삭날과 이격되어 형성되고 외경 나사를 2차 절삭하고, 상단부를 이루는 제2 외경 나사산, 및 제2 외경 나사산의 양측 빗면을 이루는 제2a, 제2b 외경 플랭크를 포함하는 제2 외경 절삭날을 포함할 수 있다.

또한, 나사 가공용 인서트는, 제1 외경 절삭날과 제2 외경 절삭날의 사이에 형성되는 제1 외경 나사골(root)을 포함할 수 있다.

제1, 제2 외경 절삭날은 제1, 제2 외경 절삭날의 제1 기준선 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성되는 것일 수 있다.

제1 외경 절삭날은 상기 제2 외경 절삭날의 높이보다 낮게 형성되는 것일 수 있다.

제1, 제2 외경 절삭날, 및 제1 외경 나사골은 수평면에 대하여 경사진 제1, 제2 외경 경사 절삭면, 및 제1 외경 경사 루트면을 포함할 수 있다.

제1a 외경 플랭크와 제1b 외경 플랭크는 상기 제1 외경 나사산을 기준으로 비대칭으로 형성되고, 제2a 외경 플랭크와 제2b 외경 플랭크는 제2 외경 나사산을 기준으로 비대칭으로 형성되는 것일 수 있다.

제1a, 제2a 외경 플랭크는 제1 외경 절삭날의 제1 기준선에 대하여 제1 외경 플랭크 각도로 경사지게 형성되고, 제1b, 제2b 외경 플랭크는 제1 외경 절삭날의 제2 기준선에 대하여 제2 외경 플랭크 각도로 경사지게 형성되는 것일 수 있다.

제1 외경 플랭크 각도는 9도 내지 12도 범위로 설정되고, 제2 외경 플랭크 각도는 2도 내지 4도 범위로 설정되는 것일 수 있다.

제1 외경 나사골은 수평 기준선에 대하여 제1 외경 루트 각도로 경사지게 형성되고, 제1 외경 루트 각도는 1도 내지 3도 범위로 설정되는 것일 수 있다.

제1 외경 나사산은 수평 기준선에 대하여 제1 외경 나사산 각도로 경사지게 형성되고, 제1 외경 나사산 각도는 1도 내지 3도 범위로 설정되는 것일 수 있다.

제2 외경 나사산은 수평 기준선에 대하여 제1 외경 나사산 각도보다 제2 외경 나사산 각도만큼 크게 경사지게 형성되는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 나사 가공용 인서트는, 내경 나사를 1차 절삭하고, 상단부를 이루는 제1 내경 나사산, 및 제1 내경 나사산의 양측 빗면을 이루는 제1a, 제1b 내경 플랭크를 포함하는 제1 내경 절삭날을 포함할 수 있다.

나사 가공용 인서트는, 제1 내경 절삭날과 이격되어 형성되고 내경 나사를 2차 절삭하고, 상단부를 이루는 제2 내경 나사산, 및 제2 내경 나사산의 양측 빗면을 이루는 제2a, 제2b 내경 플랭크를 포함하는 제2 내경 절삭날을 포함할 수 있다.

나사 가공용 인서트는, 제1 내경 절삭날과 제2 내경 절삭날의 사이에 형성되는 제1 내경 나사골을 포함하고, 제1, 제2 내경 절삭날은 제1, 제2 내경 절삭날의 제1 기준선 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성되는 것일 수 있다.

제1 내경 절삭날은 제2 내경 절삭날의 높이보다 낮게 형성되는 것일 수 있다.

제1, 제2 내경 절삭날, 및 제1 내경 나사골은 수평면에 대하여 경사진 제1, 제2 내경 경사 절삭면, 및 제1 내경 경사 루트면을 포함할 수 있다.

제1a 내경 플랭크와 제1b 내경 플랭크는 제1 내경 나사산을 기준으로 비대칭으로 형성되고, 제2a 내경 플랭크와 제2b 내경 플랭크는 제2 내경 나사산을 기준으로 비대칭으로 형성되는 것일 수 있다.

제1a, 제2a 내경 플랭크는 제1, 제2 내경 절삭날의 제1 기준선에 대하여 제1 내경 플랭크 각도로 경사지게 형성되는 것일 수 있다.

또한, 제1b, 제2b 내경 플랭크는 제1, 제2 내경 절삭날의 제2 기준선에 대하여 제2 내경 플랭크 각도로 경사지게 형성되는 것일 수 있다.

제1 내경 플랭크 각도는 9도 내지 12도 범위로 설정되고, 제2 내경 플랭크 각도는 2도 내지 4도 범위로 설정되는 것일 수 있다.

제1 내경 나사골은 수평 기준선에 대하여 제1 내경 루트 각도로 경사지게 형성되고, 제1 내경 루트 각도는 1도 내지 3도 범위로 설정되는 것일 수 있다.

제1 내경 나사산은 수평 기준선에 대하여 제1 내경 나사산 각도로 경사지게 형성되고, 제1 내경 나사산 각도는 1도 내지 3도 범위로 설정되는 것일 수 있다.

제2 내경 나사산은 수평 기준선에 대하여 제1 내경 나사산 각도보다 제2 내경 나사산 각도만큼 크게 경사지게 형성되는 것일 수 있다.

본 발명의 구현예에 따르면, 나사 가공용 인서트에 의하여 제조된 나사산의 체결력이 극대화 될 수 있으며, 고강도, 내마모성, 및 내부식성이 우수한 나사 제품을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외경 나사 가공용 외경 인서트의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 상세 정면도이다.
도 3은 도 1의 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 1의 개략적인 측면도이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내경 나사 가공용 내경 인서트의 개략적인 사시도이다.
도 6은 도 5의 상세 정면도이다.
도 7은 도 5의 개략적인 평면도이다.
도 8은 도 5의 개략적인 측면도이다.
도 9는 종래기술의 나사 가공용 인서트의 나사 가공 시의 상태를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 나사 가공용 인서트의 나사 가공 시의 나사 형상 원리를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 나사 가공용 인서트의 제1 진입각도에 따라 나사 가공 상태를 나타낸 개략적인 측면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 나사 가공용 인서트의 제2 진입각도에 따라 나사 가공 상태를 나타낸 개략적인 측면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 나사 가공용 인서트의 제3 진입각도에 따라 나사 가공 상태를 나타낸 개략적인 측면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 나사 가공용 인서트의 진입각도별 나사 가공된 상태를 나타낸 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 나사 가공용 인서트에 의한 가공 완료 후의 나사산의 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는" 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외경 나사 가공용 외경 인서트의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 상세 정면도이며, 도 3은 도 1의 개략적인 평면도이고, 도 4는 도 1의 개략적인 측면도이다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 외경 나사 가공용 외경 인서트(100)는, 외경 나사를 1차 절삭하기 위한 제1 외경 절삭날(110)을 포함할 수 있다.

또한, 외경 나사 가공용 외경 인서트(100)는, 제1 외경 절삭날(110)과 이격되어 형성되고, 외경 나사를 2차 절삭하기 위한 제2 외경 절삭날(120)을 포함할 수 있다.

제1 외경 절삭날(110)과 제2 외경 절삭날(120)의 사이에는 제1 외경 나사골(root)(130)이 형성될 수 있다.

제1 외경 절삭날(110)은 나사 가공 시 절삭 부하를 줄일 수 있도록 제2 외경 절삭날(120)의 높이보다 설정된 길이만큼 낮게 형성될 수 있다.

제1 외경 절삭날(110)은 나사 가공 시 과 절입부 및 미 절입부가 형성되지 않도록 테일 핀(tail fin) 형상과 같이 제1 외경 절삭날(110)의 제1 기준선(O1-O1선) 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성될 수 있다.

제2 외경 절삭날(120)은 나사 가공 시 과 절입부 및 미 절입부가 형성되지 않도록 테일 핀(tail fin) 형상과 같이 제2 외경 절삭날(120)의 제1 기준선(O1-O1선) 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 제1 기준선(O1-O1선)은 제1 외경 절삭날(110) 및 제2 외경 절삭날(120)의 축선에 평행한 선으로, 도 2에서 상하 방향 수직선을 가리킨다.

여기서, 수평면은 제1 외경 절삭날(110) 및 제2 외경 절삭날(120)의 제1 기준선(O1-O1선)에 수직한 면이다.

또한, 제1 외경 절삭날(110), 제2 외경 절삭날(120), 및 제1 외경 나사골(130)은 수평면에 대하여 설정된 각도로 경사진 제1 외경 경사 절삭면(110a), 제2 외경 경사 절삭면(120a), 및 제1 외경 경사 루트면(130a)을 포함할 수 있다.

제1 외경 절삭날(110)은 상단부를 이루는 제1 외경 나사산(111), 제1 외경 나사산(111)의 양측 빗면을 이루는 제1a, 제1b 외경 플랭크(113, 115)를 포함할 수 있다.

또한, 제2 외경 절삭날(120)은 상단부를 이루는 제2 외경 나사산(121), 제2 외경 나사산(121)의 양측 빗면을 이루는 제2a, 제2b 외경 플랭크(123, 125)를 포함할 수 있다.

제1a 외경 플랭크(113)와 제1b 외경 플랭크(115)는 제1 외경 나사산(111)을 기준으로 비대칭으로 형성될 수 있다.

또한, 제2a 외경 플랭크(123)와 제2b 외경 플랭크(125)는 제2 외경 나사산(121)을 기준으로 비대칭으로 형성될 수 있다.

제1 외경 나사산(111)의 폭(W1)은 제2 외경 나사산의 폭(W2)보다 설정된 길이만큼 작게 형성될 수 있다.

또한, 제1 외경 나사산(111)과 제2 외경 나사산(121) 사이의 거리인, 제1 피치(P1)는 제1 외경 나사산(111)의 폭(W1) 및 제2 외경 나사산의 폭(W2)보다 설정된 길이만큼 크게 형성될 수 있다.

제1a, 제2a 외경 플랭크(113, 123)는 제1 외경 절삭날(110)의 제1 기준선(O1-O1선)에 대하여 제1 외경 플랭크 각도(α1)로 경사지게 형성될 수 있다.

제1b, 제2b 외경 플랭크(115, 125)는 제1 외경 절삭날(110)의 제2 기준선(O2-O2선)에 대하여 제2 외경 플랭크 각도(α2)로 경사지게 형성될 수 있다.

제2 기준선(O2-O2선)은 제1 기준선(O1-O1선)과 평행한 선을 가리킨다.

또한, 제1 외경 플랭크 각도(α1)는 제2 외경 플랭크 각도(α2)보다 적어도 2배 이상 큰 각도로 설정될 수 있다.

제1 외경 플랭크 각도(α1)는 9도 내지 12도 범위로 설정되고, 제2 외경 플랭크 각도(α2)는 2도 내지 4도 범위로 설정될 수 있다.

또한, 제1 외경 절삭날(110)과 제2 외경 절삭날(120)의 수평 기준선은 제1, 제2 기준선(O1-O1선, O2-O2선)에 대하여 직각으로 배치되는 선을 가리킨다.

제1 외경 나사골(130)은 수평 기준선에 대하여 설정된 각도의 제1 외경 루트 각도(α3)로 경사지게 형성되고, 제1 외경 루트 각도(α3)는 1도 내지 3도 범위로 설정될 수 있다.

또한, 제1a 외경 플랭크(113)과 연결되는 제1 외경 상면(131)은 수평 기준선에 대하여 제1 외경 상면 각도(α4)로 경사지게 형성되고, 제1 외경 상면 각도(α4)는 1도 내지 3도 범위로 설정될 수 있다.

제1 외경 상면(131)은 제1a 외경 플랭크(113)와 설정된 제1 곡률반경을 갖는 제1 외경 곡면부(132)에 의하여 연결될 수 있다.

제1 외경 상면(131)은 수평면에 대하여 설정된 각도로 경사지게 형성된 제1 외경 경사 상면(131a)을 포함할 수 있다.

또한, 제1 외경 나사골(130)은 제1b 외경 플랭크(115)와 설정된 제2 곡률반경을 갖는 제2 외경 곡면부(133)에 의하여 연결될 수 있다.

제1 외경 나사골(130)은 제2a 외경 플랭크(123)와 설정된 제3 곡률반경을 갖는 제3 외경 곡면부(134)에 의하여 연결될 수 있다.

제2b 외경 플랭크(125)와 연결되는 제2 외경 상면(135)은 수평 기준선에 대하여 제2 외경 상면 각도(α5)로 경사지게 형성될 수 있다.

제2 외경 상면 각도(α5)는 1도 내지 3도 범위로 설정될 수 있다.

제2 외경 상면(135)은 제2b 외경 플랭크(125)와 설정된 제4 곡률반경을 갖는 제4 외경 곡면부(136)에 의하여 연결될 수 있다.

제2 외경 상면(135)은 수평면에 대하여 설정된 각도로 경사지게 형성된 제2 외경 경사 상면(135a)을 포함할 수 있다.

또한, 제1 외경 나사산(111)은 수평 기준선에 대하여 제1 외경 나사산 각도(α6)로 경사지게 형성될 수 있다.

제1 외경 나사산 각도(α6)는 1도 내지 3도 범위로 설정될 수 있다.

제1a 외경 플랭크(113)의 높이(H1)가 제1b 외경 플랭크(115)의 높이(H2)보다 높게 형성된다. 제1 외경 나사산(111)의 높이는 제1a 외경 플랭크(113)로부터 제1b 외경 플랭크(115)로 갈수록 점차 낮아지게 형성될 수 있다.

제2 외경 나사산(121)은 수평 기준선에 대하여 제1 외경 나사산 각도(α6)보다 제2 외경 나사산 각도(α7)만큼 크게 경사지게 형성될 수 있다.

즉, 제2 외경 나사산(121)이 이루는 직선은, 제1 외경 나사산(111)과 평행하게 이루는 직선에 대하여 제2 외경 나사산 각도(α7)만큼 하향 경사지게 형성될 수 있다.

또한, 제1 외경 나사산(111)이 이루는 직선과, 제2 외경 나사산(121)이 이루는 직선 사이에는 설정된 길이(L1)의 간격이 형성될 수 있다.

제2a 외경 플랭크(123)의 높이(H3)가 제2b 외경 플랭크(125)의 높이(H4)보다 높게 형성된다. 제2 외경 나사산(121)의 높이는 제2a 외경 플랭크(123)로부터 제2b 외경 플랭크(125)로 갈수록 점차 낮아지게 형성될 수 있다.

또한, 제2a 외경 플랭크(123)의 높이(H3)는 제1b 외경 플랭크(115)의 높이(H2)보다 설정된 크기만큼 높게 형성될 수 있다.

제1 외경 상면(131)의 일단부에는 제1 축선(O1-O1선)에 대하여 설정된 제1 외경 단부 각도(α8)로 경사지게 경사면(137)이 형성되고, 제1 외경 단부 각도(α8)는 35도 내지 55도 범위로 설정될 수 있다.

이하에서, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 외경 나사 가공용 외경 인서트의 작용에 대해서 설명한다.

먼저, 종래에는 도 9에 도시된 바와 같이, 나사 가공용 인서트가 Y축 절입방향으로 이동하여 나사 가공한다.

이 경우에는 나사의 플랭크에 A부와 같이 정상 나사산을 더 많이 가공하는 과 절입부가 발생되며, B부와 같이 정상 나사면과 다르게 절입이 되지 않는 미 절입부가 발생하였다.

그러나, 본 발명의 외경 나사 가공용 외경 인서트는 도 10에 도시된 바와 같이, 외경 나사 가공용 외경 인서트가 Y축과 Z축에 대하여 설정된 각도로 기울어진 방향으로 이동하여 나사 가공한다.

여기서, Y축은 외경 인서트의 제1 외경 절삭날(110)과 제2 외경 절삭날(120)의 축선과 같은 수직선을 가리키며, Z축은 Y축과 수직한 수평면을 가리킨다.

또한, 제1 외경 절삭날(110)은 나사 가공 시 절삭 부하를 줄일 수 있도록 제2 외경 절삭날(120)의 높이보다 설정된 길이만큼 낮게 형성되어 있다.

제1 외경 절삭날(110)은 테일 핀(tail fin) 형상과 같이 제1 외경 절삭날(110)의 제1 기준선(O1-O1선) 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성되어 있다.

또한, 제2 외경 절삭날(120)은 테일 핀(tail fin) 형상과 같이 제2 외경 절삭날(120)의 제1 기준선(O1-O1선) 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성되어 있다.

제1 외경 경사 절삭면(110a), 제2 외경 경사 절삭면(120a), 및 제1 외경 경사 루트면(130a)은 제1 외경 절삭날(110), 제2 외경 절삭날(120), 및 제1 외경 나사골(130)은 수평면에 대하여 설정된 각도로 경사지게 형성되어 있다.

또한, 제1a 외경 플랭크(113)와 제1b 외경 플랭크(115)는 제1 외경 나사산(111)을 기준으로 비대칭으로 형성되고, 제2a 외경 플랭크(123)와 제2b 외경 플랭크(125)는 제2 외경 나사산(121)을 기준으로 비대칭으로 형성되어 있다.

제1a, 제2a 외경 플랭크(113, 123)는 제1 외경 절삭날(110)의 제1 기준선(O1-O1선)에 대하여 제1 외경 플랭크 각도(α1)로 경사지게 형성되어 있다.

또한, 제1b, 제2b 외경 플랭크(115, 125)는 제1 외경 절삭날(110)의 제2 기준선(O2-O2선)에 대하여 제2 외경 플랭크 각도(α2)로 경사지게 형성되어 있다.

제1 외경 플랭크 각도(α1)는 제2 외경 플랭크 각도(α2)보다 적어도 2배 이상 큰 각도로 설정되며, 제1 외경 플랭크 각도(α1)는 9도 내지 12도 범위로 설정되고, 제2 외경 플랭크 각도(α2)는 2도 내지 4도 범위로 설정되어 있다.

이와 같이, 외경 인서트가 Y, Z축에 테일 핀(tail fin) 형상과 같이 기울어진 형태로 이동하여 나사 가공하므로, 도 10에 도시된 바와 같이, 좌측 플랭크에 종래에 발생했던 절입부에 과 절입 현상이 발생되지 않았다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 우측 플랭크에도 종래에 발생했던 미 절입부에서도 미 절입 현상이 발생되지 않았다.

그리고, 도 11 내지 도 13에 본 발명의 외경 인서트의 진입각도별 가공 상태를 도시하였다.

즉, 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 기울기가 다른 양쪽 플랭크면과 가상의 중간선을 기준으로 각기 다른 각도를 기준으로 경사면 방향 절입 가공을 실시하였다.

기울어진 각도에 따라 생성되는 가공프로그램의 좌표들은 모두 다르다. 이 때문에 이렇게 다른 프로그램으로 가공된 나사의 형상이 정확하게 생성된 상태인지 확인이 필요하다.

나사의 루트(root), 크래스트(crest), 플랭크(flank)면의 생성이 정확하지 않을 경우, 암나사와 수나사 체결 후 의도된 기밀 유지나 체결력을 갖기 힘들기 때문이다.

기울어진 각도에 따라 나사의 형상이 정확하게 생성된 상태인지 확인하기 위하여, 도 16에 진입각도별 나사 가공된 파이프를 절단하여 확대한 사진을 도시하였다.

확대한 사진 확인 결과 모든 각도의 가공에서 동일한 형태의 가공이 이루어 진 것을 확인 할 수 있다.

정확한 나사의 가공을 위해서는 기계적인 요소와 인서트 형상적인 요소가 가장 크게 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

나사산의 깊이가 설계 치수화 동일하고 나사산의 간격, 피치가 정확하다면 코너부와 같은 다른 형상의 치수는 인서트의 형상에 따라 결정된다.

도 17는 본 발명의 일 실시예에 따른 나사 가공용 인서트에 의하여 가공 완료된 후의 나사산의 사진이다.

본 발명의 나사 가공용 인서트에 의하여 가공 완료된 나사산이 정확하게 동일한 형태로 가공된 것을 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내경 나사 가공용 내경 인서트의 개략적인 사시도이고, 도 6은 도 5의 상세 정면도이며, 도 7은 도 5의 개략적인 평면도이고, 도 8은 도 5의 개략적인 측면도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 내경 나사 가공용 내경 인서트는 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 일 실시예에 따른 외경 나사 가공용 외경 인서트에서 설명한 사항과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 5 내지 도 8을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 내경 나사 가공용 내경 인서트(200)는, 내경 나사를 1차 절삭하기 위한 제1 내경 절삭날(210)을 포함할 수 있다.

또한, 외경 나사 가공용 외경 인서트(100)는, 제1 내경 절삭날(210)과 이격되어 형성되고, 내경 나사를 2차 절삭하기 위한 제2 내경 절삭날(220)을 포함할 수 있다.

제1 내경 절삭날(210)과 제2 내경 절삭날(220)의 사이에는 제1 내경 나사골(230)이 형성될 수 있다.

제1 내경 절삭날(210)은 나사 가공 시 절삭 부하를 줄일 수 있도록 제2 내경 절삭날(220)의 높이보다 설정된 길이만큼 낮게 형성될 수 있다.

제1 내경 절삭날(210)은 나사 가공 시 과 절입부 및 미 절입부가 형성되지 않도록 테일 핀(tail fin) 형상과 같이 제1 내경 절삭날(210)의 제1 기준선(O11-O11선) 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성될 수 있다.

제2 내경 절삭날(220)은 나사 가공 시 과 절입부 및 미 절입부가 형성되지 않도록 테일 핀(tail fin) 형상과 같이 제2 내경 절삭날(220)의 제1 기준선(O11-O11선) 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 제1 기준선(O11-O11선)은 제1 내경 절삭날(210) 및 제2 내경 절삭날(220)의 축선에 평행한 선으로, 도 4에서 상하 방향 수직선을 가리킨다.

여기서, 수평면은 제1 내경 절삭날(210) 및 제2 내경 절삭날(220)의 제1 기준선(O11-O11선)에 수직한 면이다.

또한, 제1 내경 절삭날(210), 제2 내경 절삭날(220), 및 제1 내경 나사골(230)은 수평면에 대하여 설정된 각도로 경사진 제1 내경 경사 절삭면(210a), 제2 내경 경사 절삭면(220a), 및 제1 내경 경사 루트면(230a)을 포함할 수 있다.

제1 내경 절삭날(210)은 나사 가공 시 과 절입부 및 미 절입부가 형성되지 않도록 테일 핀(tail fin) 형상과 같이 제1 내경 절삭날(210)의 제1 기준선(O11-O11선) 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성될 수 있다.

제2 내경 절삭날(220)은 나사 가공 시 과 절입부 및 미 절입부가 형성되지 않도록 테일 핀(tail fin) 형상과 같이 제2 내경 절삭날(220)의 제1 기준선(O11-O11선) 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성될 수 있다.

제1 내경 절삭날(210)은 상단부를 이루는 제1 내경 나사산(211), 제1 내경 나사산(211)의 양측 빗면을 이루는 제1a, 제1b 내경 플랭크(213, 215)를 포함할 수 있다.

또한, 제2 내경 절삭날(220)은 상단부를 이루는 제2 내경 나사산(221), 제2 내경 나사산(221)의 양측 빗면을 이루는 제2a, 제2b 내경 플랭크(223, 225)를 포함할 수 있다.

제1a 내경 플랭크(213)와 제1b 내경 플랭크(215)는 제1 내경 나사산(211)을 기준으로 비대칭으로 형성될 수 있다.

또한, 제2a 내경 플랭크(223)와 제2b 내경 플랭크(225)는 제2 내경 나사산(221)을 기준으로 비대칭으로 형성될 수 있다.

제1 내경 나사산(211)의 폭(W11)은 제2 내경 나사산(221)의 폭(W21)보다 설정된 길이만큼 작게 형성될 수 있다.

또한, 제1 내경 나사산(211)과 제2 내경 나사산(221) 사이의 거리인, 제2 피치(P2)는 제1 내경 나사산(211)의 폭(W11) 및 제2 내경 나사산의 폭(W21)보다 설정된 길이만큼 크게 형성될 수 있다.

제1a, 제2a 내경 플랭크(213, 223)는 제1, 제2 내경 절삭날(210, 220)의 제1 기준선(O11-O11선)에 대하여 제1 내경 플랭크 각도(θ1)로 경사지게 형성될 수 있다.

제1b, 제2b 내경 플랭크(215, 225)는 제1, 제2 내경 절삭날(210, 220)의 제2 기준선(O12-O12선)에 대하여 제2 내경 플랭크 각도(θ2)로 경사지게 형성될 수 있다.

제2 기준선(O12-O12선)은 제1 기준선(O11-O11선)과 평행한 선을 가리킨다.

제1 내경 플랭크 각도(θ1)는 제2 내경 플랭크 각도(θ2)보다 적어도 2배 이상 큰 각도로 설정될 수 있다.

제1 내경 플랭크 각도(θ1)는 9도 내지 12도 범위로 설정되고, 제2 내경 플랭크 각도(θ2)는 2도 내지 4도 범위로 설정될 수 있다.

또한, 제1 내경 절삭날(210)과 제2 내경 절삭날(220)의 수평 기준선은 제1, 제2 기준선(O11-O11선, O12-O12선)에 대하여 직각으로 배치되는 선을 가리킨다.

제1 내경 나사골(230)은 수평 기준선에 대하여 설정된 각도의 제1 내경 루트 각도(θ3)로 경사지게 형성되고, 제1 내경 루트 각도(θ3)는 1도 내지 3도 범위로 설정될 수 있다.

또한, 제1a 내경 플랭크(213)과 연결되는 제1 내경 상면(231)은 수평 기준선에 대하여 제1 내경 상면 각도(θ4)로 경사지게 형성되고, 제1 내경 상면 각도(θ4)는 10도 내지 30도 범위로 설정될 수 있다.

제1 내경 상면(231)은 제1a 내경 플랭크(213)와 설정된 제1 곡률반경을 갖는 제1 내경 곡면부(232)에 의하여 연결될 수 있다.

제1 내경 상면(231)은 수평면에 대하여 설정된 각도로 경사지게 형성된 제1 내경 경사 상면(231a)을 포함할 수 있다.

또한, 제1 내경 나사골(230)은 제1b 내경 플랭크(215)와 설정된 제2 곡률반경을 갖는 제2 내경 곡면부(233)에 의하여 연결될 수 있다.

제1 내경 나사골(230)은 제2a 내경 플랭크(223)와 설정된 제3 곡률반경을 갖는 제3 내경 곡면부(234)에 의하여 연결될 수 있다.

제2b 내경 플랭크(225)와 연결되는 제2 내경 상면(235)은 수평 기준선에 대하여 제2 내경 상면 각도(θ5)로 경사지게 형성되고, 제2 내경 상면 각도(θ5)는 1도 내지 3도 범위로 설정될 수 있다.

제2 내경 상면(235)은 제2b 내경 플랭크(225)와 설정된 제4 곡률반경을 갖는 제4 내경 곡면부(236)에 의하여 연결될 수 있다.

제2 내경 상면(235)은 수평면에 대하여 설정된 각도로 경사지게 형성된 제2 내경 경사 상면(235a)을 포함할 수 있다.

또한, 제1 내경 나사산(211)은 수평 기준선에 대하여 제1 내경 나사산 각도(θ6)로 경사지게 형성되고, 제1 내경 나사산 각도(θ6)는 1도 내지 3도 범위로 설정될 수 있다.

제1a 내경 플랭크(213)의 높이(H11)가 제1b 내경 플랭크(215)의 높이(H12)보다 높게 형성된다. 제1 내경 나사산(211)의 높이는 제1a 내경 플랭크(213)로부터 제1b 내경 플랭크(215)로 갈수록 점차 낮아지게 형성될 수 있다.

제2 내경 나사산(221)은 수평 기준선에 대하여 제1 내경 나사산 각도(θ6)보다 제2 내경 나사산 각도(θ7)만큼 크게 경사지게 형성될 수 있다.

즉, 제2 내경 나사산(221)이 이루는 직선은, 제1 내경 나사산(211)과 평행하게 이루는 직선에 대하여 제2 내외경 나사산 각도(θ7)만큼 하향 경사지게 형성될 있다.

또한, 제1 내경 나사산(211)이 이루는 직선과, 제2 내경 나사산(221)이 이루는 직선 사이에는 설정된 길이(L11)의 간격이 형성될 수 있다.

제2a 내경 플랭크(223)의 높이(H13)가 제2b 내경 플랭크(225)의 높이(H14)보다 높게 형성된다. 제2 내경 나사산(221)의 높이는 제2a 내경 플랭크(223)로부터 제2b 내경 플랭크(225)로 갈수록 점차 낮아지게 형성될 수 있다.

또한, 제2a 내경 플랭크(223)의 높이(H13)는 제1b 내경 플랭크(215)의 높이(H12)보다 설정된 크기만큼 높게 형성될 수 있다.

제1 내경 상면(235)의 일단부에는 제1 기준선(O11-O11선)에 대하여 설정된 제1 내경 단부 각도(θ8)로 경사지게 경사면(237)이 형성되고, 제1 내경 단부 각도(θ8)는 35도 내지 55도 범위로 설정될 수 있다.

100: 외경 나사 가공용 외경 인서트
110: 제1 외경 절삭날
120: 제2 외경 절삭날
130: 제1 외경 나사골
200: 내경 나사 가공용 내경 인서트
210: 제1 내경 절삭날
220: 제2 내경 절삭날
230: 제1 내경 나사골

Claims (18)

1. 외경 나사를 1차 절삭하고, 상단부를 이루는 제1 외경 나사산, 및 상기 제1 외경 나사산의 양측 빗면을 이루는 제1a, 제1b 외경 플랭크를 포함하는 제1 외경 절삭날,
   상기 제1 외경 절삭날과 이격되어 형성되고 외경 나사를 2차 절삭하고, 상단부를 이루는 제2 외경 나사산, 및 상기 제2 외경 나사산의 양측 빗면을 이루는 제2a, 제2b 외경 플랭크를 포함하는 제2 외경 절삭날, 및
   상기 제1 외경 절삭날과 상기 제2 외경 절삭날의 사이에 형성되는 제1 외경 나사골(root)을 포함하고,
   상기 제1, 제2 외경 절삭날은 상기 제1, 제2 외경 절삭날의 제1 기준선 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성되고,
   상기 제1a, 제2a 외경 플랭크는 상기 제1 외경 절삭날의 제1 기준선에 대하여 제1 외경 플랭크 각도로 경사지게 형성되고,
   상기 제1b, 제2b 외경 플랭크는 상기 제1 외경 절삭날의 제2 기준선에 대하여 제2 외경 플랭크 각도로 경사지게 형성되며,
   상기 제1 외경 플랭크 각도는 제2 외경 플랭크 각도보다 적어도 2배 이상 큰 각도로 설정되고,
   상기 제1a 외경 플랭크의 높이가 상기 제1b 외경 플랭크의 높이보다 높고,
   상기 제1 외경 나사산의 높이는 상기 제1a 외경 플랭크로부터 상기 제1b 외경 플랭크로 갈수록 점차적으로 낮아지며,
   상기 제2a 외경 플랭크의 높이가 상기 제2b 외경 플랭크의 높이보다 높고,
   상기 제2 외경 나사산의 높이는 상기 제2a 외경 플랭크로부터 상기 제2b 외경 플랭크로 갈수록 점차적으로 낮아지는 것인, 나사 가공용 인서트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 외경 절삭날은 상기 제2 외경 절삭날의 높이보다 낮게 형성되는 것인, 나사 가공용 인서트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 제2 외경 절삭날, 및 상기 제1 외경 나사골은 수평면에 대하여 경사진 제1, 제2 외경 경사 절삭면, 및 제1 외경 경사 루트면을 포함하는, 나사 가공용 인서트.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1a 외경 플랭크와 상기 제1b 외경 플랭크는 상기 제1 외경 나사산을 기준으로 비대칭으로 형성되고,
   상기 제2a 외경 플랭크와 상기 제2b 외경 플랭크는 상기 제2 외경 나사산을 기준으로 비대칭으로 형성되는 것인, 나사 가공용 인서트.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 외경 플랭크 각도는 9도 내지 12도 범위로 설정되고,
   상기 제2 외경 플랭크 각도는 2도 내지 4도 범위로 설정되는 것인, 나사 가공용 인서트.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 외경 나사골은 수평 기준선에 대하여 제1 외경 루트 각도로 경사지게 형성되고,
   상기 제1 외경 루트 각도는 1도 내지 3도 범위로 설정되는 것인, 나사 가공용 인서트.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 외경 나사산은 수평 기준선에 대하여 제1 외경 나사산 각도로 경사지게 형성되고,
   상기 제1 외경 나사산 각도는 1도 내지 3도 범위로 설정되는 것인, 나사 가공용 인서트.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 외경 나사산은 수평 기준선에 대하여 상기 제1 외경 나사산 각도보다 제2 외경 나사산 각도만큼 크게 경사지게 형성되는 것인, 나사 가공용 인서트.
10. 내경 나사를 1차 절삭하고, 상단부를 이루는 제1 내경 나사산, 및 상기 제1 내경 나사산의 양측 빗면을 이루는 제1a, 제1b 내경 플랭크를 포함하는 제1 내경 절삭날,
    상기 제1 내경 절삭날과 이격되어 형성되고 내경 나사를 2차 절삭하고, 상단부를 이루는 제2 내경 나사산, 및 상기 제2 내경 나사산의 양측 빗면을 이루는 제2a, 제2b 내경 플랭크를 포함하는 제2 내경 절삭날, 및
    상기 제1 내경 절삭날과 상기 제2 내경 절삭날의 사이에 형성되는 제1 내경 나사골을 포함하고,
    상기 제1, 제2 내경 절삭날은 상기 제1, 제2 내경 절삭날의 제1 기준선 및 수평면에 대하여 기울어진 형태로 형성되고,
    상기 제1a, 제2a 내경 플랭크는 상기 제1, 제2 내경 절삭날의 제1 기준선에 대하여 제1 내경 플랭크 각도로 경사지게 형성되고,
    상기 제1b, 제2b 내경 플랭크는 상기 제1, 제2 내경 절삭날의 제2 기준선에 대하여 제2 내경 플랭크 각도로 경사지게 형성되며,
    상기 제1 내경 플랭크 각도는 제2 내경 플랭크 각도보다 적어도 2배 이상 큰 각도로 설정되고,
    상기 제1a 내경 플랭크의 높이가 상기 제1b 내경 플랭크의 높이보다 높고,
    상기 제1 내경 나사산의 높이는 상기 제1a 내경 플랭크로부터 상기 제1b 내경 플랭크로 갈수록 점차 낮아지며,
    상기 제2a 내경 플랭크의 높이가 상기 제2b 내경 플랭크의 높이보다 높고,
    상기 제2 내경 나사산의 높이는 상기 제2a 내경 플랭크로부터 상기 제2b 내경 플랭크로 갈수록 점차 낮아지는 것인, 나사 가공용 인서트.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내경 절삭날은 상기 제2 내경 절삭날의 높이보다 낮게 형성되는 것인, 나사 가공용 인서트.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제1, 제2 내경 절삭날, 및 상기 제1 내경 나사골은 수평면에 대하여 경사진 제1, 제2 내경 경사 절삭면, 및 제1 내경 경사 루트면을 포함하는, 나사 가공용 인서트.
13. 제10항에 있어서,
    상기 제1a 내경 플랭크와 상기 제1b 내경 플랭크는 상기 제1 내경 나사산을 기준으로 비대칭으로 형성되고,
    상기 제2a 내경 플랭크와 상기 제2b 내경 플랭크는 상기 제2 내경 나사산을 기준으로 비대칭으로 형성되는 것인, 나사 가공용 인서트.
14. 삭제
15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내경 플랭크 각도는 9도 내지 12도 범위로 설정되고,
    상기 제2 내경 플랭크 각도는 2도 내지 4도 범위로 설정되는 것인, 나사 가공용 인서트.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 내경 나사골은 수평 기준선에 대하여 제1 내경 루트 각도로 경사지게 형성되고,
    상기 제1 내경 루트 각도는 1도 내지 3도 범위로 설정되는 것인, 나사 가공용 인서트.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 내경 나사산은 수평 기준선에 대하여 제1 내경 나사산 각도로 경사지게 형성되고,
    상기 제1 내경 나사산 각도는 1도 내지 3도 범위로 설정되는 것인, 나사 가공용 인서트.
18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 내경 나사산은 수평 기준선에 대하여 상기 제1 내경 나사산 각도보다 제2 내경 나사산 각도만큼 크게 경사지게 형성되는 것인, 나사 가공용 인서트.

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