KR102194211B1 - 절단날 조립체 - Google Patents

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KR102194211B1
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cutting
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스타니슬러스 제이. 블래스크직
제프리 씨. 로버트
제프리 테일러
라케시 엔. 파텔
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파이브스 머시닝 시스템즈, 인코포레이티드.
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Abstract

복합 배치 기계에 사용되는 커터 조립체는 절단 인서트를 장착하기 위한 장착면을 갖춘 홀더를 가진다. 제1 말단과 제2 말단이 장착면에 형성되고, 제1 다리부가 제1 말단과 제2 말단 사이에서 연장한다. 제1 단차와 제2 단차는 절단 인서트에 형성되고, 제1 상승부가 제1 단차와 제2 단차 사이에서 연장한다. 절단 인서트가 홀더에 장착될 때, 2개의 말단은 2개의 단차와 접촉하고, 제1 다리부는 제1 상승부와 접촉하여, 2개의 말단과 2개의 단차 사이의 접촉 표면적보다 큰, 장착면과 절단 인서트 사이의 접촉 표면적을 형성한다.

Description

절단날 조립체
이 장치는, 복합 재료가 절단날 조립체에 대해 이동되면서 절단되는 복합 배치 기계(composite placement machines)에 사용되는 고성능 절단날 조립체에 관한 것이다.
복합 배치 기계의 전통적인 고성능 이중 금속 절단날 조립체는, 두 재료를 결합하도록 맞대기 이음 또는 겹치기 이음으로 함께 납땜된 경질 탄소 또는 다이아몬드 복합재의 절단 인서트(cutting insert)와 스틸의 장착 본체를 사용한다. 이음부가 절단력을 받게 되면 결합 라인을 따라 파손이 발생할 수 있다. 이러한 파손은, 재료가 절단 인서트에 대해 수직으로 이동되면서 절단되는 절단 용도에서 발생할 가능성이 가장 크다. 소정 횟수의 절단 후에 절단 인서트는 무뎌지고 교체되어야 한다.
절단 인서트와 홀더 사이의 결합 라인에 수직으로 높은 절단력을 받을 수 있는 이중 금속 커터 조립체를 갖는 것이 바람직할 것이다.
또한, 사용으로 무뎌진 후에 절단 인서트가 다시 날카롭게 될 수 있는 이중 금속 커터 조립체를 갖는 것이 바람직할 것이다.
도 1은 커터 조립체의 분해 사시도이다.
도 2는 커터 조립체에 사용되는 래비린스 이음부(labyrinth joint)의 분해 단면도이다.
도 3은 커터 조립체의 측단면도이다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 커터 조립체(10)의 분해 사시도이다. 커터 조립체(10)는 복합 배치 기계에 사용되어, 작업면 상에 놓이는 복합 재료를 절단할 수 있다. 커터 조립체(10)는 금속 홀더(12)와, 이 홀더(12)에 부착될 수 있는 절단 인서트(15)를 포함한다. 금속 홀더(12)는 탄소강과 같은 연성 재료로 형성될 수 있으며, 절단 인서트(15)는 홀더(12)보다 경질이면서 홀더(12)에 납땜될 수 있는 재료로 형성된 날(blade)을 포함할 수 있다. 절단 인서트(15)는 카바이드 또는 다결정 다이아몬드(PCD: poly-crystalline diamond)와 같은 다이아몬드 복합 재료로 형성되거나, PCD 또는 다른 경질 코팅재로 코팅된 다른 재료로 형성될 수 있다. 질화 티타늄(TiN), TiALN, CrN, TiC, TiCN, AL2O3, CBN, 탄화 텅스텐, 물리적 증착(PVD: physical vapor deposited) 다이아몬드 및 화학적 증착(CVD: chemical vapor deposited) 다이아몬드와 같이 상업적으로 구입 가능한 코팅재가 사용될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 홀더(12) 및 절단 인서트(15)에 다른 재료가 사용될 수 있다.
홀더(12)는, 이 홀더(12)의 일측으로부터 타측으로 연장하는 비임(beam; 17)을 포함한다. 제1 윈도우(18)는 비임(17)의 일측에 형성되고, 제2 윈도우(19)는 비임의 타측에 형성된다. 홀더의 다른 형태 및 형상이 사용될 수 있다. 절단 인서트(15)는 비임(17)에 장착되어, 제1 윈도우(18) 내로 연장할 수 있다. 다리부(29)는 이하에서 더욱 충분히 설명되는 바와 같이 비임의 하부에 형성된다. 다리부(29)는 절단 인서트가 비임(17)에 장착될 때 절단 인서트(15)를 위한 측방향 지지를 제공한다. 도시되지 않은 레버와 같은 액추에이터가 제2 윈도우(19)와 맞물려, 복합 배치 기계에서 커터 조립체의 작동에 요구되는 바와 같이 상하 이동하도록 커터 조립체를 구동시킬 수 있다. 다른 작동 방법이 이용될 수 있다.
도 2는 커터 조립체(10)에 사용되는 래비린스 이음부의 분해 단면도이다. 래비린스 이음부(20)는 비임(17)에 있는 후크(hook) 형상부(31)와, 절단 인서트(15)에 있는 단차 형상부(32)를 포함할 수 있다. 비임(17)의 후크 형상부(31)는 절단 인서트(15)를 위한 장착면(33)을 형성할 수 있으며, 바이트부(bite portion; 21), 절곡부(22), 및 생크부(shank portion; 23)를 포함한다. 바이트부(21)는 그 단부에 형성된 제1 말단(24)을 가질 수 있으며, 절곡부(22)는 그 내측면에 형성된 제2 말단(25)을 가질 수 있고, 생크부(23)는 그 단부에 형성된 제3 말단(26)을 가질 수 있다. 절곡부(22)의 제2 말단(25)은 제1 말단(24) 및 제3 말단(26)보다 높고, 바이트부(21)의 제1 말단(24)은 생크부(23)의 제3 말단(26)보다 높다. 제1 다리부(28)는 비임(17)의 제1 말단(24)으로부터 제2 말단(25)까지 연장하고, 제2 다리부(29)는 비임의 제2 말단(25)으로부터 제3 말단(26)까지 연장한다. 제2 다리부(29)는 제1 다리부(28)보다 길다. 3개의 말단(24, 25, 26)의 폭은 대략 서로 동일하다. 장착면(33)에 있는 제1 및 제2 다리부(28, 29)는 서로 평행하고, 제1, 제2, 및 제3 말단(24-26)에 대해 각각 직각이다. 코너부 또는 최하부 지레 받침점(43)은, 제2 다리부(29)의 하부 끝과 제3 말단(26)의 좌측 끝이 만나는 곳에 형성된다.
비임(17)에 있는 후크 형상부(31)는, 제1 단차(34), 제2 단차(35), 및 제3 단차(36)를 포함한 절단 인서트(15)의 단차 형상부(32)와 맞물리고 일치한다. 인서트의 제1 단차(34)는 제2 단차(35)보다 낮고, 제1 단차(34)는 제3 단차(36)보다 높다. 제3 단차(36)는 제2 단차(35)보다 낮다. 절단 인서트(15)에 있는 제1 상승부(38)는 제1 단차(34)로부터 제2 단차(35)까지 연장하고, 인서트의 제2 상승부(39)는 제2 단차(35)로부터 제3 단차(36)까지 연장한다. 제2 상승부(39)는 제1 상승부(38)보다 크다. 3개의 단차(34, 35, 36)의 폭은 대략 서로 동일하다. 제1 상승부(38) 및 제2 상승부(39)는 서로 평행하며, 제1 단차(34), 제2 단차(35), 및 제3 단차(36)는 제1 상승부(38) 및 제2 상승부(39)에 대해 직각이다.
비임(17)에 있는 3개의 말단(24-26)은 인서트에 있는 3개의 단차(34-36)와 일치한다. 비임에 있는 3개의 말단(24-26)의 합쳐진 폭은 인서트에 있는 3개의 단차(34-36)의 합쳐진 폭과 동일하고, 절단 인서트의 두께(40)와 동일하게 될 수 있다. 함께 더해질 때 제1 상승부(38)와 제2 상승부(39)의 길이는 절단 인서트(15)의 두께(40)보다 크다.
절단 인서트(15)는 제3 단차(36)로부터 절단 인서트(15)의 맨 아래까지 측정된 길이(L)를 가지며, 이로써 절단 인서트(15)의 길이는, 절단 인서트가 교체될 필요가 있기 전에, 절단 인서트가 적어도 3번 다시 날카롭게 될 수 있게 한다. 점선(44-46)은 각각 첫 번째로, 두 번째로, 세 번째로 다시 날카롭게 된 후 절단 인서트(15)의 대략적인 프로파일을 나타낸다.
도 3은 복합 배치 기계(47) 내에 있는 커터 조립체(10)의 측단면도이다. 래비린스 이음부(20)는, 절단 인서트가 복합 배치 기계(47)에 사용될 때 홀더(12)의 비임(17)에서 절단 인서트(15)의 2방향 지지를 허용한다. 래비린스 이음부(20)는 비임(17)에 있는 3개의 말단(24-26), 절단 인서트(15)에 있는 3개의 단차(34-36), 그리고 인서트의 제1 상승부(38)와 비임(17)의 제1 다리부(28) 사이의 접촉 및 절단 인서트(15)의 제2 상승부(39)와 비임의 제2 다리부(29) 사이의 접촉으로 형성된다. 래비린스 이음부(20)는 후크의 바이트부(21)가 절단 인서트(15)의 제1 상승부(38)와 맞물리게 하여, 비임(17)에 대한 절단 인서트(15)의 요동 운동을 방지한다. 비임(17)에 있는 후크 형상부(31)의 생크부(29)는 절단 인서트(15)의 제2 상승부(39)에 맞닿아 비임(17)에 대한 절단 인서트(15)의 측방향 운동을 방지한다.
절단 인서트(15)는 장착 본체(12)의 비임(17)에서 적절한 위치에 납땜될 수 있다. 래비린스 이음부(20)는, 절단 인서트(15)와 비임(17) 사이의 납땜(braze)/결합(bonding) 강도를 증대시키기 위해 보다 큰 표면적을 제공한다. 절단 인서트(15)에서 제1 단차(34)와 제2 단차(35) 사이의 제1 상승부(38)와, 제2 단차(35)와 제3 단차(36) 사이의 제2 상승부(39)는, 단차(34-36)와 말단(24-26)의 수평면들 사이의 접촉 표면적에 비해, 절단 인서트(15)와 비임(17) 사이의 접촉 표면적을 2배 이상 증가시킨다. 이는 절단 인서트(15)와 비임(17)을 함께 결합시키는 납땜 재료의 증가된 표면적을 제공하고, 그 결과 제1, 제2, 및 제3 단차(34-36)와 제1, 제2, 및 제3 말단(24-26) 사이의 납땜 결합에 비해 증대된 납땜 결합이 형성된다.
사용시, 하나 이상의 커터 조립체(10)가 복합 배치 기계(47)에 장착되고, 복합 재료(42)가 작업면에 놓일 수 있다. 각 커터 조립체(10)는, 재료가 작업면으로 전달될 때 복합 재료(42)를 잘라내도록 절단 방향(56)으로 구동됨으로써 앤빌(anvil; 48)과 함께 작동한다. 절단 인서트(15)의 래비린스 이음부(20)는 절단 중에 절단 인서트(15)를 위한 기계적인 측방향 지지를 제공함으로써 절단 인서트(15)와 비임(17) 사이에 높은 건전성(integrity)의 이음부를 제공한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 복합 재료(42)는 절단 인서트(15) 아래에서 왼쪽으로부터 오른쪽으로의 재료 방향(50)으로 구동될 수 있다. 복합 재료가 커터 조립체(10)를 통해 분당 500 내지 1900인치의 속도로 이동하는 동안 절단 인서트(15)는 복합 재료(42)를 절단할 수 있다.
복합 재료(42)가 절단될 때 재료 방향(50)으로 이동함으로써, 도 3에 도시된 바와 같이 절단 인서트(15)에는 절단 방향(56)에 반대인 상방향 힘(52)과, 재료 방향에 평행한 우측 측방향 힘(54)이 가해진다. 상방향 힘(52)은 절단 인서트(15)의 제1, 제2, 및 제3 단차(34-36)에 대한 비임(17)의 제1, 제2, 및 제3 말단(24-26)의 맞닿음에 의해 대향된다. 측방향 힘(54)에 대한 절단 인서트(15)의 측방향 운동은 비임(17)의 제2 다리부(29)와 인서트의 제2 상승부(39)의 맞닿음에 의해 대향된다. 또한, 우측 측방향 힘(54)은 비임(17)의 생크부(23)에 있는 최하부 지레 받침점(43) 주위로 절단 인서트(15)에 요동 힘 또는 회전 힘을 생성하고, 이는 절단 인서트(15)의 상부를 비임(17)으로부터 멀리 좌측으로 회전시키거나 요동시키는 경향이 있다. 최하부 지레 받침점(43) 주위에서 절단 인서트(15)의 요동 운동은 비임(17)의 바이트부(21)와 인서트의 제1 상승부(38)의 맞물림에 의해 방지되고, 특히 비임(17)의 제1 다리부(28)에 대해 인서트의 제1 상승부(38)가 맞닿음으로써 방지된다.
이와 같이 장치를 설명하였지만, 당업자는 다양한 변경 및 수정을 할 수 있으며, 이러한 변경 및 수정은 첨부된 청구항에 의해 정의된 장치의 범위 내에 있게 될 것이다.

Claims (20)

  1. 복합 배치 기계에 사용되는 커터 조립체로서,
    상기 커터 조립체는,
    절단 인서트를 장착하기 위한 장착면을 갖춘 홀더;
    상기 홀더에 납땜되는 절단 인서트;
    상기 장착면 상에 형성된 제1 말단과 제2 말단, 및 상기 제1 말단과 상기 제2 말단 사이에서 연장하는 제1 다리부; 및
    상기 절단 인서트에 형성된 제1 단차와 제2 단차, 및 상기 제1 단차와 상기 제2 단차 사이에서 연장하는 제1 상승부
    를 포함하고,
    상기 절단 인서트가 상기 홀더에 장착될 때, 2개의 말단은 2개의 단차와 접촉하고 상기 제1 다리부는 상기 제1 상승부와 접촉하여, 2개의 말단과 2개의 단차 사이의 접촉 표면적보다 큰, 상기 장착면과 상기 절단 인서트 사이의 접촉 표면적을 형성하고,
    상기 장착면 상에 형성된 제3 말단과, 상기 제2 말단과 상기 제3 말단 사이에서 연장하는 제2 다리부; 및
    상기 절단 인서트에 형성된 제3 단차와, 상기 제2 단차와 상기 제3 단차 사이에서 연장하는 제2 상승부
    를 더 포함하고,
    상기 절단 인서트가 상기 홀더에 장착되어 래비린스 이음부를 형성할 때, 3개의 말단은 3개의 단차와 접촉하고 상기 제1 다리부와 상기 제2 다리부는 각각 상기 제1 상승부와 상기 제2 상승부에 접촉하며,
    상기 래비린스 이음부는 상기 장착면과 상기 절단 인서트 사이의 접촉 표면적을 증대시키는 커터 조립체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홀더에 형성된 제1 윈도우와, 상기 제1 윈도우의 상부를 따라 형성된 비임을 더 포함하고,
    상기 절단 인서트를 위한 장착면은 상기 비임에 형성되고, 상기 절단 인서트는 상기 비임으로부터 상기 제1 윈도우로 연장하는 커터 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 래비린스 이음부에 의해 생성된 접촉 표면적은, 상기 장착면의 제1, 제2, 및 제3 말단과 상기 절단 인서트의 제1, 제2, 및 제3 단차 사이의 합쳐진 접촉 표면적의 2배 이상인 커터 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장착면의 제3 말단과 제2 다리부의 코너부에 형성된 최하부 지레 받침점을 더 포함하고,
    상기 최하부 지레 받침점 주위에서 상기 절단 인서트의 요동 운동은 상기 장착면의 제1 다리부와 상기 절단 인서트의 제1 상승부의 접촉에 의해 방지되는 커터 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 장착면의 제2 다리부에 대한 상기 절단 인서트의 제2 상승부의 맞닿음부를 더 포함하고,
    상기 홀더 및 상기 절단 인서트의 절단 방향에 직각인 방향으로 상기 절단 인서트가 이동하는 것은 상기 맞닿음부에 의해 방지되는 커터 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절단 인서트에 있는 상기 제1 상승부와 상기 제2 상승부는 서로 평행하며 상기 절단 인서트의 제1, 제2, 및 제3 단차에 대해 직각인 커터 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 장착면에 있는 상기 제1 다리부와 상기 제2 다리부는 서로 평행하며 상기 장착면의 제1, 제2, 및 제3 말단에 직각인 커터 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상승부는 상기 제1 단차로부터 상기 제2 단차까지 측정된 길이를 갖고, 상기 제2 상승부는 상기 제2 단차로부터 상기 제3 단차까지 측정된 길이를 가지며,
    상기 제1 상승부와 상기 제2 상승부의 길이가 함께 더해질 때 상기 절단 인서트의 두께보다 크게 되는 커터 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절단 인서트는 상기 제3 단차로부터 상기 절단 인서트의 맨 아래까지 측정된 소정 길이를 가지며,
    상기 절단 인서트의 소정 길이는 상기 절단 인서트가 교체될 필요가 있기 전에 상기 절단 인서트가 적어도 3번 다시 날카롭게 될 수 있게 하는 커터 조립체.
  11. 복합 재료가 복합 배치 기계를 통해 앤빌에 대해 이동하는 동안 기계에서 상기 복합 재료를 절단하는 커터 조립체로서,
    상기 커터 조립체는,
    절단 인서트를 장착하기 위한 장착면을 갖춘 홀더;
    상기 홀더에 납땜되는 절단 인서트;
    상기 장착면 상에 형성된 제1 말단과 제2 말단, 및 상기 제1 말단과 상기 제2 말단 사이에서 연장하는 제1 다리부; 및
    상기 절단 인서트에 형성된 제1 단차와 제2 단차, 및 상기 제1 단차와 상기 제2 단차 사이에서 연장하는 제1 상승부
    를 포함하고,
    상기 절단 인서트가 상기 홀더에 장착될 때, 2개의 말단은 2개의 단차와 접촉하고 상기 제1 다리부는 상기 제1 상승부와 접촉하여, 2개의 말단과 2개의 단차 사이의 접촉 표면적보다 큰, 상기 장착면과 상기 절단 인서트 사이의 접촉 표면적을 형성하며,
    상기 앤빌에 대해 상기 복합 재료를 절단하기 위해 상기 홀더와 상기 절단 인서트가 절단 방향으로 구동될 때, 상기 절단 인서트는 상기 기계를 통한 상기 복합 재료의 이동에 대해 직각으로 이동하고,
    상기 장착면 상에 형성된 제3 말단과, 상기 제2 말단과 상기 제3 말단 사이에서 연장하는 제2 다리부; 및
    상기 절단 인서트에 형성된 제3 단차와, 상기 제2 단차와 상기 제3 단차 사이에서 연장하는 제2 상승부
    를 더 포함하고,
    3개의 말단은 3개의 단차와 접촉하고 상기 제1 다리부와 상기 제2 다리부는 각각 상기 제1 상승부와 상기 제2 상승부에 접촉하며,
    상기 절단 인서트가 상기 홀더에 장착되어 래비린스 이음부를 형성하고,
    상기 래비린스 이음부는 상기 장착면의 제1, 제2, 및 제3 말단과 상기 절단 인서트의 제1, 제2, 및 제3 단차 사이의 합쳐진 접촉 표면적의 2배 이상인 접촉 표면적을 생성하는 커터 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기계를 통한 상기 복합 재료의 이동은 절단 방향에 대해 직각이고, 상기 복합 재료는 상기 절단 인서트에, 절단 방향에 대해 직각인 측방향 힘을 가하는 커터 조립체.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 장착면의 제3 말단과 제2 다리부의 코너부에 형성된 최하부 지레 받침점을 더 포함하고,
    상기 기계를 통해 이동하는 동안 상기 복합 재료의 절단은 상기 절단 인서트에 측방향 힘을 생성하며, 상기 최하부 지레 받침점 주위에서 상기 절단 인서트의 요동 운동은 상기 장착면의 제1 다리부와 상기 절단 인서트의 제1 상승부의 접촉에 의해 방지되는 커터 조립체.
  15. 제11항에 있어서,
    절단 방향에 직각으로 상기 기계를 통한 상기 복합 재료의 이동은 상기 절단 인서트에, 절단 방향에 평행하고 반대인 상방향 힘을 가하는 커터 조립체.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 절단 인서트에 가해진 상방향 힘은 상기 절단 인서트의 제1, 제2, 및 제3 단차에 대한 상기 장착면의 제1, 제2, 및 제3 말단에 의해 대향되는 커터 조립체.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 절단 인서트에 가해진 측방향 힘은 상기 장착면의 제2 다리부에 대한 상기 절단 인서트의 상기 제2 상승부의 접촉에 의해 대향되는 커터 조립체.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 래비린스 이음부는 상기 절단 인서트와 비임을 함께 결합하기 위해 증가된 표면적을 제공하며,
    상기 절단 인서트의 제1, 제2, 및 제3 단차와 상기 홀더의 제1, 제2, 및 제3 말단 사이에 형성된 결합에 비해 증대된 결합이 형성되는 커터 조립체.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 절단 인서트를 상기 홀더에 결합시키는 납땜 결합부를 더 포함하는 커터 조립체.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 복합 재료가 상기 복합 배치 기계를 통해 분당 500 내지 1900인치의 속도로 이동하는 동안 상기 절단 인서트는 상기 복합 재료를 절단할 수 있는 커터 조립체.
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