KR20230100279A - 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구에 관한 것으로서, 헤외주면에서 나선형으로 연장된 홈인 칩 플루트와 상기 칩 플루트 사이에 형성된 랜드부를 구비한 본체부와, 상기 본체부의 후단으로 생크부가 형성된 트위스트 드릴공구로서, 상기 생크부 일측면에 평평하게 절삭된 평면 부분으로 형성된 사이드락; 상기 생크부로부터 상기 본체부 내측으로 연장되고, 중심축선(C)을 기준으로 서로 대칭되고 형성되고, 상기 본체부 내부에서 상기 랜드부를 따라 연장되는 2개의 냉각 채널로서, 상기 냉각 채널들의 중심을 지나며 중심축선을 지나는 채널 형성면이 상기 사이드락에 대하여 경사지게 형성되는 냉각 채널들; 상기 본체부의 단부를 이루며 내측 절삭 인서트 및 외측 절삭 인서트가 장착되는 인서트 포켓이 상기 랜드부에 형성되는 인서트 포켓부; 및 상기 인서트 포켓부의 상기 인서트 포켓과 간섭되지 않는 위치로 상기 본체부의 선단부에서 상기 냉각 채널의 단부와 연결되게 형성되는 냉각 채널 단부 구멍을 포함하는 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구를 제공한다.

Description

절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구{Insert exchange type twist drill tool with improved cutting performance}

본 발명은 트위스트 드릴공구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 드릴 선단부에 위치한 절삭 인서트 및 피가공물의 절삭 부위에 냉각 유체를 공급하여 절삭 저항을 감소시키고 절삭 칩이 융착되는 것을 방지하기 위한 냉각 채널을 포함하는 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구에 관한 것이다.

트위스트 드릴공구는 드릴 본체의 외주면에 절삭 팁을 배출하기 위한 홈 즉, 칩 플루트가 나선형으로 형성된 드릴을 의미한다. 일반적으로 드릴이라 하면 트위스트 드릴을 의미한다.

드릴 본체 내부에는 드릴 선단부에 위치한 절삭 인서트 및 피가공물의 절삭 부분에 냉각 유체를 공급하여 절삭 저항을 감소시키고 절삭 칩이 융착되는 것을 방지하기 위한 냉각 채널이 구비된다.

공지의 드릴은 내부에 Y자 형태의 냉각 채널이 형성되어 드릴 본체의 강도 저하 및 칩 플루트의 단면적이 적어지는 문제점이 있었다. 이러한 단점을 해결하기 하여 근래의 드릴은 내부에 나선형으로 연장된 트위스트 냉각 채널을 갖는 드릴이 제조되고 있다.

한편, 드릴은 절삭날이 드릴 본체와 일체로 형성되는지 별개로 형성되는지 여부에 따라 솔리드(solid) 타입과 스로우 어웨이(throw-away) 타입으로 구분될 수 있다.

솔리드 타입은 선단부의 절삭날이 모두 마모될 경우 사용할 수 없는 것으로, 드릴 전체를 교체해야 한다. 반면에 스로우 어웨이 타입은 드릴 본체와 절삭 인서트를 별도로 제작하는 드릴로서, 절삭 인서트를 드릴 본체의 중심축선에 대해 대칭적으로 장착하거나 비대칭적으로 장착하여 사용할 수 있다. 따라서 스로우 어웨이 타입은 절삭 인서트가 마모되는 경우 절삭 인서트를 교체하여 사용할 수 있다.

도 6은 스로우 어웨이 타입이면서 절삭 인서트가 드릴 본체의 중심축선에 대해 비대칭적으로 장착된 드릴을 도시한다. 드릴(1)은 드릴 본체의 중심축선(7)에 가까이 배치된 내측 절삭 인서트(3)와 드릴 본체의 중심축선에 멀리 배치된 외측 절삭 인서트(5)가 구비되고, 드릴 본체의 후단에 생크부(shank)가 구비된다.

드릴 본체의 외주면에는 절삭 인서트(3, 5)의 절삭 칩을 배출하기 위한 칩 플루트가 형성되고, 칩 플루트 사이에는 랜드부가 된다. 절삭 인서트(3, 5)를 위한 인서트 포켓은 칩 플루트의 단부에서 랜드부에 형성되고, 인서트 포켓에 절삭 인서트(3, 5)가 체결된다.

냉각 채널은 드릴 본체에서 랜드부의 중심을 따라 연장된다. 드릴 제작 시에 랜드부의 형성 위치의 중심부에 직선형의 냉각 채널이 가공되고, 드릴 본체를 트위스트 하는 공정을 통해 냉각 채널은 나선형으로 트위스트 된다.

드릴 제작 시에 드릴 선단부에 인서트 포켓 및 드릴 본체 내부로 연장된 냉각 채널을 연결하는 냉각 채널 단부 구멍을 가공하게 되는 데, 인서트 포켓과의 간섭 및 약화를 방지하기 위해 냉각 채널 단부 구멍은 사선으로 형성되므로, 냉각 채널 단부 구멍과 랜드부 내부에 위치하는 냉각 채널의 연결이 쉽지 않은 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 트위스트 드릴공구의 랜드부 내부에 형성되는 냉각 채널과 드릴 선단부에서 상기 냉각 채널을 향해 형성되는 냉각 채널 단부 구멍의 연결이 용이하도록, 냉각 채널이 형성됨으로써, 냉각 채널 단부 구멍과 냉각 채널과의 정확한 연결을 유도할 수 있는 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외주면에서 나선형으로 연장된 홈인 칩 플루트와 상기 칩 플루트 사이에 형성된 랜드부를 구비한 본체부와, 상기 본체부의 후단으로 생크부가 형성된 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구로서, 상기 생크부 일측면에 평평하게 절삭된 평면 부분으로 형성된 사이드락; 상기 생크부로부터 상기 본체부 내측으로 연장되고, 중심축선을 기준으로 서로 대칭되고 형성되고, 상기 본체부 내부에서 상기 랜드부를 따라 연장되는 2개의 냉각 채널로서, 상기 냉각 채널들의 중심을 지나며 중심축선을 지나는 채널 형성면이 상기 사이드락에 대하여 경사지게 형성되는 냉각 채널들; 상기 본체부의 단부를 이루며 내측 절삭 인서트 및 외측 절삭 인서트가 장착되는 인서트 포켓이 상기 랜드부에 형성되는 인서트 포켓부; 및 상기 인서트 포켓부의 상기 인서트 포켓과 간섭되지 않는 위치로 상기 본체부의 선단부에서 상기 냉각 채널의 단부와 연결되게 형성되는 냉각 채널 단부 구멍을 포함하는, 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구를 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 외측 절삭 인서트에서 상기 칩 플루트를 향하는 표면이 상기 사이드락에 대하여 평행하게 배치된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 냉각 채널 단부 구멍은 상기 본체부의 선단부에서 상기 냉각 채널을 향하여 상기 중심축선을 따라 나란하게 연장된다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구에 의하면, 트위스트 드릴공구의 본체부 내부에서 종단된 냉각 채널과 연결하기 위해 드릴 선단부에 냉각 채널 단부 구멍을 뚫을 때. 인서트 포켓과의 간섭 가능성을 줄일 수 있고, 냉각 채널과의 정확한 연결을 유도할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 트위스트 공정 전 상태의 드릴공구를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 트위스트 공정 후 상태의 드릴공구를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 트위스트 드릴공구의 정면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 트위스트 드릴공구를 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 트위스트 드릴공구의 냉각 채널의 위치를 보여주는 도면이다.
도 6은 종래 기술에 따른 드릴공구를 나타내는 사시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 트위스트 공정 전 상태의 드릴공구를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 트위스트 공정 후 상태의 드릴공구를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 트위스트 드릴공구의 정면을 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 트위스트 드릴공구를 나타내는 측면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 트위스트 드릴공구의 냉각 채널을 나타내는 정면도이다.

본 발명에 따른 트위스트 드릴공구의 제작 과정을 개략적으로 설명한다.

드릴 소재로 사용되는 소재는 고수명의 드릴용 소재가 사용된다.

드릴용 소재가 입고되면, 기본 형상을 제작하는 1차 선삭 작업이 수행된다. 1차 선삭 작업을 통해 드릴용 소재는, 선단부에 헤드부를 갖는 드릴 본체와 생크부를 갖는 드릴의 기본 형상이 제작된다. 또한 1차 선삭 작업에서는 드릴용 소재를 트위스트 장비와 체결하기 위한 트위스트 장비 체결홈 제작이 수행될 수 있다.

이후, 생크부에는 사이드락이 황삭가공된다. 본 발명에 의하면, 황삭 가공된 사이드락은 냉각 채널 형성을 위한 기준면으로 작용한다. 황삭 가공된 사이드락은 냉각 채널 형성을 위한 기준면으로 활용되며, 이후의 공정에서 최종적인 사이드락 형태로 가공된다.

이후, 드릴용 소재에는 냉각 채널이 가공된다. 냉각 채널은 중심축선에 대하여 대칭된 위치에서 중심축선을 따라 형성된다. 본 명세서에서는 양 측의 냉각 채널의 중심을 지나고 중심축선을 따라 연장된 면을 채녈 형성면으로 지칭한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 채널 형성면은 사이드락에 대하여 경사지게 형성된다.

냉각 채널의 가공 단계에서는, 냉각 채널 생성 및 냉각 채널의 세척이 수행될 수 있다.

이후 드릴 트위스트 공정이 수행된다. 드릴 트위스트 공정은 헤드부와 생크부를 트위스트 장비에 고정한 상태로 드릴용 소재를 트위스트한다. 트위스트 공정 시의 온도는 대략 1080℃이다. 트위스트 장치는 메인 스핀들, 서브 스핀들, 고주파유도가열기 및 컨트롤 시스템으로 구성된다. 트위스트 드릴공구의 가열 면적과 가열 시간, 온도 유지 시간 및 목표 생산량 등 공정 상 조절되어야 하는 변수와 이에 따른 결과들을 예상하여 고주파 코일의 형태와 면적, 제품 안착 방향 등을 결정한다.

트위스트 공정은, 드릴용 소재의 공급, 척킹, 고주파유도가열, 트위스트 순으로 진행될 수 있다.

이후, 사이드락 추가 가공, 칩 플루트 가공, 인서트 포켓 가공 등의 가공과, 열처리, 샌딩 및 도금 등이 수행되며, 연삭 등의 마무리 공정을 통해 완성된다.

도 1은 본 발명에 따른, 트위스트 공정 전 상태의 가공된 드릴공구를 도시하고 있다. 이하에서는, 드릴용 소재가 드릴공구의 기본적 형태로 가공된 후 최종품으로 가공 중인 상태를 드릴공구로 지칭하여 설명한다. 가공 중인 드릴공구와 최종 완제품인 드릴공구를 구분하여 지칭할 필요가 있을 때에는, 가공 중 드릴공구와, 완제품 드릴공구로 구분하여 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른, 트위스트 가공 전의 드릴공구는, 본체부(200)와 본체부(200)의 선단에 구비되는 헤드부(100)와, 본체부(200) 후단으로 구비된 생크부(300)를 포함한다.

헤드부(100)에는 트위스트 장치에 그립되도록 축방향을 따라 일부를 면 가공한 그립부(110)가 구비된다.

헤드부(100)는 그립부(110)에 의해 트위스트 장치(미도시)에 견고하게 그립만 될 수 있는 형태라면 그 어떤 형태라도 취할 수 있다.

생크부(300)에는 사이드락(310)이 가공된다. 사이드락(310)은 원통형의 생크부(300)의 외주면 상에 가공된 편평면을 지칭하여, 드릴링 작업시에 드릴 장치에 드릴공구를 고정하기 위해 사용된다.

본체부(200)와 생크부(300)에는 냉각 채널(400)이 형성된다. 냉각 채널(400)은, 생크부(300)로부터 본체부(200) 내축 일부까지 길고 나란하게 연장되도록 형성되어 있다. 냉각 채널(400)은 드릴공구의 중심축선(C)을 따라 서로 대칭된 위치에 중심축선(C)과 나란하게 연장된다. 냉각 채널(400)은 본체부(200) 일부까지만 연장된다. 구체적으로 본체부(200)의 선단부에 위치하는 인서트 포켓부(500)까지 형성된다.

도 2는 본 발명에 따른 트위스트 드릴공구의 트위스트 공정 후의 드릴공구를 도시하고 있다. 트위스트 드릴공구의 양단을 고정하고 드릴공구를 가열함과 동시에 헤드부(100)의 그립부(110)를 구동모터에 의해 적절한 속도로 회전시켜 드릴 본체부(200)를 트위스트 하게 된다. 이에 따라, 본체부(200) 내부의 냉각 채널(400)이 드릴공구의 회전에 따라 트위스트 형상, 즉 나선형으로 변형을 유도하게 된다.

이와 같이 형성된 트위스트 드릴공구에 대하여, 칩 플루트의 가공, 인서트 포켓 가공, 냉각 채널 단부 구멍이 수행된다.

트위스트 공정을 통해 제조된 트위스트 드릴공구에 대하여 절삭 칩 배출홈인 칩 플루트(520)가 가공된다. 칩 플푸트(520)의 가공이 용이하도록 1차 선삭 시에 칩 플루트(520)의 형성 위치를 따라 본체부(200)의 외주면에 미세홈이 형성될 수 있다. 트위스트 공정 전에 본체부(200)의 외주면에 형성된 미세홈은 트위스트 고정 후 나선형으로 변형되며, 나선형의 미세홈을 따라 칩 플루트(520)가 가공된다.

본체부(200)에서 칩 플루트(520)의 사이 부분이 랜드부(510)가 되며, 랜드부(510) 내측으로 냉각 채널(400)이 연장된다.

이후, 헤드부(100)와 본체부(200) 사이의 경계면을 절단하여 인서트 포켓부(500)를 형성하게 된다. 인서트 포켓부(500)는 본체부(200)의 일부로서 본체부(200)의 선단부에서 인서트 포켓이 형성되는 부분을 지칭한다.

인서트 포켓부(500)에는 내측 절삭 인서트(530) 및 외측 절삭 인서트(540)의 장착을 위한 인서트 포켓이 가공된다.

인서트 포켓은 칩 플루트(520)의 단부에서 랜드부(510)에 형성된다. 내측 절삭 인서트(530) 및 외측 절삭 인서트(540)는 클램핑 스크류와 같은 체결수단에 의해 인서트 포켓에 견고하게 고정될 수 있다.

완제품 드릴공구를 도시하고 있는 도 3 및 도 4을 참조하면, 내측 절삭 인서트(530)와 외측 절삭 인서트(540)는 본체부(200)의 중심축선(C)에 대해 비대칭적으로 배치된다. 내측 절삭 인서트(530)는 본체부(200)의 중심축선(C)에 상대적으로 근접하게 배치되고, 외측 절삭 인서트(540)는 본체부(200)의 중심축선(C)에 대해 상대적으로 멀리 배치된다. 이때, 외측 절삭 인서트(540)가 사이드락(310)과 평행하게 배치된다. 따라서 외측 절삭 인서트(540)에서 칩 플루트(520) 측 표면은 사이드락(310)과 평행하다.

내측 절삭 인서트(530)와 외측 절삭 인서트(540)는 서로 호환이 가능하도록 동일한 형상을 가지는 것이 유리하다. 이러한 특징은 내외측 절삭 인서트(530,540)의 재고 관리 측면에서 이점을 제공할 수 있다.

냉각 채널(400)은 본체부(200)에서 인서트 포켓부(500) 위치에는 형성되어 있지 않기 때문에, 냉각 채널(400)은 본체부(200)의 선단부와 연결되지 않은 상태로 남아 있다. 따라서, 도 3 및 도 4에서 보이는 바와 같이, 드릴 본체부(200)의 선단부 즉, 인서트 포켓(500)에는 냉각 채널(400)과 드릴 선단부를 잇는 연결 구멍인 냉각 채널 단부 구멍(550)이 형성되어야 한다. 냉각 채널(400)과 냉각 채널 단부 구멍(550)이 전체로서 냉각 채널(400)을 이룬다.

도 5 는, 본 발명에 따른 트위스트 드릴공구의 냉각 채널의 위치를 보여주는 도면으로, 생크부(300)의 후단에서 냉각 채널(400)을 바라본 도면이다. 냉각 채널(400)은 생크부(300)에서 내측 단부에서 드릴 선단부까지 연장되며, 생크부(300)의 홈(310)에 연결되는 냉각수(오일) 공급 장치에 의해 드릴 선단부로 냉각수가 공급된다.

도 5에서 보이는 바와 같이, 냉각 채널(400)은 중심축선(C)에 대하여 대칭된 위치에서 형성된다. 생크부(300)는 트위스트 공정을 통해 트위스트 되지 않기 때문에, 냉각 채널(400)은 생크부(300)에서는 트위스트 되기 전 상태 즉, 직선형으로 연장되며, 본체부(200) 내부에서 랜드부(510)를 따라 나선형으로 연장된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 양측의 냉각 채널(400)의 중심 및 중심축선(C)을 따라 연장된 채녈 형성면(P)이 사이드락(310)에 대하여 경사지게 배치된다. 즉, 중심축선(C)을 중심으로 외측에 위치하는 2개의 냉각 채널(400)은 사이드락(310)을 기준으로 볼 때, 중심축선(C)을 중심으로 원주방향으로 소정 각도가 회전된 위치에서 형성된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 채널 형성면(P)은 중심축선(C)을 지나고 사이드락(310)에 평행한 수평면(H)에 대하여 8°~ 30°의 각도를 형성할 수 있다. 그러나, 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예에 따라 채널 형성면(P)이 사이드락에 대하여 평행하게 형성되지 않는 경우, 냉각 채널(400)은 인서트 포켓부(500)의 인서트 포켓과 간섭되지 않는 위치로 연장되는 것이 가능하다. 따라서 드릴 선단부에 본체부(200) 내부에 위치한 냉각 채널(400)의 선단부와 연결되는 냉각 채널 단부 구멍(550)을 형성할 때, 냉각 채널 단부 구멍(550)을 중심축선(C)과 나란하게 형성될 수 있다. 이때 중심축선(C)과 나란하게 연장된다는 것은 작은 경사각을 포함하는 실질적으로 나란한 형태를 의미할 수 있다. 예컨대, 냉각 채널 단부 구멍(550)은 중심축선(C)에 대하여 0~10°의 경사각, 바람직하게는 0~5°의 경사각을 지닐 수 있다. 인서트 포켓(500)의 길이가 짧기 때문에, 작은 경사각은 실질적으로 나란한 것으로 관찰된다.

또한, 내측 절삭 인서트(530)에서 칩 플루트 측 표면은 사이드락(310)과 평행하고, 중심축선(C)을 기준으로 채널 형성면(P)이 회전된 회전각을 알고 있기 때문에 본체부(200) 내부에 종단된 냉각 채널(400)의 단부 위치를 파악하는데 유리하다. 따라서, 냉각 채널(400)과 연결하기 위해 드릴 선단부에 냉각 채널 단부 구멍(550)을 뚫을 때, 인서트 포켓과의 간섭 가능성을 줄이면서 냉각 채널(400)과의 정확한 연결을 유도할 수 있다.

상술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 헤드부 110 : 그립부
200 : 본체부 300 : 생크부
310 : 사이드락 400 : 냉각 채널
500 : 인서트 포켓부 510 : 랜드부
520 : 칩 플루트 530 : 내측 절삭 인서트
540 : 외측 절삭 인서트 550 : 냉각 채널 단부 구멍

Claims (3)

1. 외주면에서 나선형으로 연장된 홈인 칩 플루트와 상기 칩 플루트 사이에 형성된 랜드부를 구비한 본체부와, 상기 본체부의 후단으로 생크부가 형성된 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구로서,
   상기 생크부 일측면에 평평하게 절삭된 평면 부분으로 형성된 사이드락;
   상기 생크부로부터 상기 본체부 내측으로 연장되고, 중심축선을 기준으로 서로 대칭되고 형성되고, 상기 본체부 내부에서 상기 랜드부를 따라 연장되는 2개의 냉각 채널로서, 상기 냉각 채널들의 중심을 지나며 중심축선을 지나는 채널 형성면이 상기 사이드락에 대하여 경사지게 형성되는 냉각 채널들;
   상기 본체부의 단부를 이루며 내측 절삭 인서트 및 외측 절삭 인서트가 장착되는 인서트 포켓이 상기 랜드부에 형성되는 인서트 포켓부; 및
   상기 인서트 포켓부의 상기 인서트 포켓과 간섭되지 않는 위치로 상기 본체부의 선단부에서 상기 냉각 채널의 단부와 연결되게 형성되는 냉각 채널 단부 구멍을 포함하는, 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 외측 절삭 인서트에서 상기 칩 플루트를 향하는 표면이 상기 사이드락에 대하여 평행하게 배치되는, 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 냉각 채널 단부 구멍은 상기 본체부의 선단부에서 상기 냉각 채널을 향하여 상기 중심축선을 따라 나란하게 연장되는 절삭 성능이 향상된 인서트 교환형 트위스트 드릴공구.
   

Images