절삭 인서트 및 이를 장착하는 절삭 공구{Cutting insert and cutting tool for mounting the same}
본 발명은 절삭 또는 홈 가공 등을 위해 사용되는 절삭 인서트 및 이를 장착하는 절삭 공구에 관한 것이다.
일반적으로, 인서트는 공작 기계에 장착된 절삭 공구에 체결되어 철, 비철금속, 비금속 재료 등으로 구성된 피삭재를 절삭 가공하는데 사용된다. 이러한 인서트는, 통상적으로, 상면과, 하면과, 그리고 상면과 하면을 연결하는 다수의 측면을 구비한다. 측면과 상면 사이에는 상부 절인이 제공되고, 측면과 하면 사이에는 하부 절인이 제공된다. 도 8은 종래의 밀링 인서트를 나타낸 평면도이고, 도 9는 도 8의 밀링 인서트를 나타낸 측면도이며, 그리고 도 10은 도 8의 밀링 인서트가 장착된 밀링 공구를 나타낸 도면이다. 종래 기술로 한국등록특허 제10-1240880에 개시된 밀링 인서트(10)는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같은, 상부측(상면)(11)과, 하부측(하면)(12)과, 그 사이에 형성된 복수의 날 면(측면)(13A, 13B, 14A, 14B, 15A, 15B)을 포함하고, 상부측(11)과 하부측(12)이 실질적으로 동일하여 양면 사용이 가능하며, 그리고 날 면과 상하부측 사이의 교차 선이 서로에 대해 실질적으로 수직한 주 절삭날(주절인)(16)과 부 절삭날(부절인)(17)이 형성된다. 또한, 종래의 밀링 인서트(10)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 밀링 공구(40)의 포켓에 장착된다. 구체적으로, 복수의 날 면 중 일부가 밀링 공구(40)의 포켓의 시트면에 장착되고, 나머지의 날 면이 밀링 공구의 외주면 및 저면에 위치된다. 따라서, 나머지의 날 면 측에 형성되는 주 절삭날(16)이 밀링 공구(40)의 외주면에 놓이고, 부 절삭날(17)이 밀링 공구(40)의 저면에 놓여 밀링 공구(40)의 회전으로 피삭재(50)에 직각의 홈을 절삭 가공한다. 하지만, 기존의 밀링 인서트(10)는 일부의 날면에 형성되는 주 절삭날(16)과 부 절삭날(17)이 직각을 이룸에 따라 밀링 공구(40)의 시트면에 장착되는 일부의 날 면 또한 서로에 대해 직각을 이루는 구조를 가지게 되므로, 밀링 공구(40)와의 체결성이 떨어져 밀링 공구(40)가 회전되는 동안 밀링 인서트(10)에 미치는 원심력을 효과적으로 제어할 수 없다. 즉, 밀링 공구(40)에 대한 밀링 인서트(10)의 체결성이 떨어져 밀링 공구(40)의 회전시 밀링 인서트(10)나 밀링 공구(40)의 떨림에 의한 파손이나 마모가 일어나 밀링 인서트(10)나 밀링 공구(40)의 수명이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는, 절삭 공구와의 체결성을 높여 수명의 저하를 막을 수 있는 절삭 인서트를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 기술적 과제는, 절삭 인서트와의 체결성을 높여 수명의 저하를 막을 수 있는 절삭 공구를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 절삭 인서트는, 둘레를 따라 3개의 코너를 가지고, 상면과 제1 측면 사이의 모서리에 형성되는 상부 주절인과 상기 상면과 제2 측면 사이의 모서리에 형성되는 상부 부절인이 상기 각각의 코너 사이에 연속해서 놓이고, 하면이 상기 상면과 동일한 형상을 가지는 절삭 인서트로, 상기 각각의 코너를 기준으로 양 측에 놓이는 상기 상부 주절인과 상기 상부 부절인이 이루는 제1 각도는 85도 보다 크거나 같고 90도 보다 작다. 일 예로, 상기 상면은 평면부를 포함할 수 있고, 상기 제1 측면은 상기 상면에서 상기 하면을 향하는 제1 방향으로 제1, 제2 및 제3 여유면을 포함할 수 있고, 상기 제1 여유면은 상기 평면부와 평행한 기준면에 대해 상기 제1 방향으로 제1 둔각을 이루며 상기 제2 여유면에 이르고, 상기 제2 여유면은 상기 기준면에 직각을 이루며 상기 제3 여유면 및 상기 하면의 일부에 이르며, 그리고 상기 제3 여유면은 상기 기준면에 대해 상기 제1 방향으로 제1 예각을 이루며 상기 하면의 다른 일부에 이를 수 있다. 상기 제2 측면은, 상기 하면에서 상기 상면을 향하는 제2 방향으로 제4, 제5 및 제6 여유면을 포함할 수 있고, 상기 제4 여유면은 상기 기준면에 대해 상기 제2 방향으로 제2 둔각을 이루며 상기 제5 여유면에 이르고, 상기 제5 여유면은 상기 기준면에 직각을 이루며 상기 제6 여유면과 상기 상면의 일부에 이르며, 그리고 상기 제6 여유면은 상기 기준면에 대해 상기 제2 방향으로 제2 예각을 이루며 상기 상면의 다른 일부에 이를 수 있다. 상기 제3 여유면은 상기 하면으로 갈수록 점점 넓어지는 형상을 가질 수 있고, 상기 제6 여유면은 상기 상면으로 갈수록 점점 넓어지는 형상을 가질 수 있고, 상기 제1 둔각과 상기 제2 둔각은 서로 동일할 수 있으며, 그리고 상기 제1 예각과 상기 제2 예각은 서로 동일할 수 있다. 다른 예로, 상기 상면은, 평면부; 상기 평면부보다 위로 돌출되되 외각을 향해 점점 돌출되게 형성되고 상기 상부 주절인과 상기 상부 부절인과 연결되며 상기 상부 주절인과 상기 상부 부절인에 의해 절삭된 칩을 안내하는 칩 브레이커면; 및 상기 칩 브레이커면에 오목하게 형성되는 딤플을 포함할 수 있다. 상기 상면과 상기 하면은, 상기 3개의 코너 중 어느 하나의 코너의 중심점에서 상기 인서트 몸체의 중심선을 경유하여 그 반대에 있는 상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 경계 부분의 중심점을 연결하는 기준축을 기준으로, 서로 180도 회전 대칭될 수 있다. 상기 하면과 상기 제1 측면 사이의 모서리에는 하부 부절인이 형성되고, 상기 하면과 상기 제2 측면 사이의 모서리에는 하부 주절인이 형성되며, 그리고 상기 하부 부절인과 상기 하부 주절인은 상기 각각의 코너 사이에 연속해서 놓일 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 절삭 공구는, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 절삭 인서트가 장착되는 절삭 공구로, 상기 각각의 코너를 기준으로 양 측에 상기 제1 및 제2 측면이 놓일 경우, 상기 제1 측면의 상기 제2 여유면에 면에 의해 접촉되는 제1 시트면; 및 상기 제2 측면의 상기 제5 여유면에 면에 의해 접촉되는 제2 시트면을 포함하고, 상기 제1 시트면과 상기 제2 시트면이 이루는 제2 각도는 상기 상부 주절인과 상기 상부 부절인이 이루는 상기 제1 각도와 동일하게 설정된다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 절삭 인서트 및 이를 장착하는 절삭 공구는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 코너를 기준으로 양 측에 놓이는 상부 주절인과 상부 부절인이 이루는 각도가 85도 보다 크거나 같고 90도 보다 작은 기술구성을 제공하므로, 상부 주절인이 형성되는 제1 측면과 상부 부절인이 형성되는 제2 측면이 종래기술에 비해 코너를 중심으로 쐐기 형상을 가지게 되어, 제1 및 제2 측면이 절삭 공구의 제1 및 제2 시트면에 쐐기 형태로 장착됨에 따라 절삭 공구와의 체결성을 높일 수 있다. 특히, 절삭 공구와의 체결성이 높아져 절삭 공구가 회전되는 동안 절삭 인서트에 미치는 원심력을 효과적으로 제어할 수 있어, 절삭 인서트나 절삭 공구의 떨림에 의한 파손이나 마모를 최소화하여 절삭 인서트나 절삭 공구의 수명 저하를 막을 수 있다. 실험을 통해 확인한 결과, 85도 보다 작으면 피삭재가 직각으로 가공되지 않았고, 90도 이상이면 종래기술의 문제점으로 언급한 바와 같이 절삭 공구가 회전되는 동안 절삭 인서트에 미치는 원심력을 효과적으로 제어할 수 없었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 인서트를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 절삭 인서트의 상면을 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 절삭 인서트를 III-III 선으로 잘라 본 단면도이다.
도 4는 도2의 절삭 인서트를 IV-IV 선으로 잘라 본 단면도이다.
도 5는 도 1의 절삭 인서트의 상면과 하면이 기준축을 기준으로 180도 회전 대칭된 상태를 보이기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 절삭 인서트가 절삭 공구에 장착되는 상태를 타낸 분해 사시도이다.
도 7은 도 1의 절삭 인서트가 절삭 공구에 장착되어 피삭재 부재를 절삭 가공하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 종래의 밀링 인서트를 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 8의 밀링 인서트를 나타낸 측면도이다,
도 10은 도 8의 밀링 인서트가 장착된 밀링 공구를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 인서트를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 절삭 인서트의 상면을 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 절삭 인서트를 III-III 선으로 잘라 본 단면도이며, 그리고 도 4는 도2의 절삭 인서트를 IV-IV 선으로 잘라 본 단면도이다. 도 5는 도 1의 절삭 인서트의 상면과 하면이 기준축을 기준으로 180도 회전 대칭된 상태를 보이기 위한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 인서트(100)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 둘레를 따라 3개의 코너(C1)(C2)(C3)를 가지고, 상면(110)과 제1 측면(131) 사이의 모서리에 형성되는 상부 주절인(141)과, 상면(110)과 제2 측면(132) 사이의 모서리에 형성되는 상부 부절인(142)이 각각의 코너(C1)(C2)(C3) 사이에 연속해서 놓이고, 하면(120)이 상면(110)과 동일한 형상을 가진다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 코너(C1)(C2)(C3)를 기준으로 양 측에 놓이는 상부 주절인(141)과 상부 부절인(142)이 이루는 제1 각도(θ11)는 90도 미만, 바람직하게는 85도 이상 90도 미만이다. 따라서, 코너(C1)(C2)(C3)를 기준으로 양 측에 놓이는 상부 주절인(141)과 상부 부절인(142)이 이루는 제1 각도(θ11)가 90도 미만, 바람직하게는 85도 이상 90도 미만인 기술구성을 제공하므로, 상부 주절인(141)이 형성되는 제1 측면(131)과 상부 부절인(142)이 형성되는 제2 측면(132)이 종래기술에 비해 코너(C1)(C2)(C3)를 중심으로 쐐기 형상을 가지게 되어, 제1 및 제2 측면(131)(132)이 절삭 공구(200)의 제1 및 제2 시트면(201)(202)에 쐐기 형태로 장착(도 6 참조)됨에 따라 절삭 공구(200)와의 체결성을 높일 수 있다. 특히, 절삭 공구(200)와의 체결성이 높아져 절삭 공구(200)가 회전되는 동안 절삭 인서트(100)에 미치는 원심력을 효과적으로 제어할 수 있어, 절삭 인서트(100)나 절삭 공구(200)의 떨림에 의한 파손이나 마모를 최소화하여 절삭 인서트(100)나 절삭 공구(200)의 수명 저하를 막을 수 있다. 실험을 통해 확인한 결과, 제1 각도(θ11)가 85도 보다 작으면 피삭재(도 7의 10 참조)가 직각으로 가공되지 않았고, 제1 각도(θ11)가 90도 이상이면 종래기술의 문제점으로 언급한 바와 같이 절삭 공구(200)가 회전되는 동안 절삭 인서트(100)에 미치는 원심력을 효과적으로 제어할 수 없었다. 이와 더불어, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상면(110)은 평면부(111)를 포함할 수 있고, 제1 측면(131)은 상면(110)에서 하면(120)을 향하는 제1 방향으로 제1, 제2 및 제3 여유면(131a)(131b)(131c)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 여유면(131a)은 평면부(111)와 평행한 기준면(BL)에 대해 제1 방향으로 제1 둔각(θ21)을 이루며 제2 여유면(131b)에 이르고, 제2 여유면(131b)은 기준면(BL)에 직각(θ22)을 이루며 제3 여유면(131c) 및 하면(120)의 일부에 이르며, 그리고 제3 여유면(131c)은 기준면(BL)에 대해 제1 방향으로 제1 예각(θ23)을 이루며 하면(120)의 다른 일부에 이를 수 있다. 이에 더해, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 측면(132)은 하면(120)에서 상면(110)을 향하는 제2 방향으로 제4, 제5 및 제6 여유면(132a)(132b)(132c)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제4 여유면(132a)은 기준면(BL)에 대해 제2 방향으로 제2 둔각(θ31)을 이루며 제5 여유면(132b)에 이르고, 제5 여유면(132b)은 기준면(BL)에 직각(θ32)을 이루며 제6 여유면(132c)과 상면(110)의 일부에 이르며, 그리고 제6 여유면(132c)은 기준면(BL)에 대해 제2 방향으로 제2 예각(θ33)을 이루며 상면(110)의 다른 일부에 이를 수 있다. 따라서, 제1 측면(131)의 제1 여유면(131a)이 기준면(BL)에 대해 제1 방향[상면(110)에서 하면(120)을 향하는 방향]으로 제1 둔각(θ21)을 이루며 제2 여유면(131b)에 이르는 기술구성을 제공하므로, 상부 주절인(141)에 미치는 피삭재(도 7의 10 참조)와의 접촉력이 제1 둔각(θ21)을 이루는 제1 여유면(131a)에서 분산되므로 상부 주절인(141)의 인선 강도를 증가시킬 수 있다. 이와 더불어, 제2 측면(132)의 제6 여유면(132c)이 기준면(BL)에 대해 제2 방향[하면(120)에서 상면(110)을 향하는 방향]으로 제2 예각(θ33)[즉, 상면(110)에서 하면(120)을 향하는 방향으로는 둔각]을 이루며 상면(110)의 다른 일부에 이르는 기술구성을 제공하므로, 상부 부절인(142)에 피삭재와의 접촉력이 상면(110)에서 하면(120)을 향하는 방향으로는 기준면(BL)에 대해 둔각을 이루는 제6 여유면(132c)에서 분산되므로 상부 부절인(142)의 인선 강도를 증가시킬 수 있다. 또한, 제1 측면(131)의 제2 여유면(131b)이 기준면(BL)에 대해 직각(θ22)을 이루며 제3 여유면(131c) 및 하면(120)의 일부에 이르는 기술구성을 제공하므로, 둔각이나 예각에 비해 각도 관리가 상대적으로 용이하여 이와 면에 의해 접촉되는 절삭 공구(200)의 제1 시트면(201)의 가공이 용이할 수 있을 뿐만 아니라 면에 의한 접촉이 밀접하게 이루어져 체결력을 높일 수 있다. 이어 더불어, 제2 측면(132)의 제5 여유면(132b)은 기준면(BL)에 직각(θ32)을 이루며 제6 여유면(132c)과 상면(110)의 일부에 이르는 기술구성을 제공하므로, 제2 여유면(131b)과 동일하게 각도 관리가 상대적으로 용이하여 이와 면에 의해 접촉되는 절삭 공구(200)의 제2 시트면(202)의 가공이 용이할 수 있을 뿐만 아니라 면에 의한 접촉이 밀접하게 이루어져 체결력을 높일 수 있다. 또한, 제1 측면(131)의 제3 여유면(131c)은 기준면(BL)에 대해 제1 방향[상면(110)에서 하면(120)을 향하는 방향]으로 제1 예각(θ23)을 이루며 하면(120)의 다른 일부에 이르는 기술구성을 제공하므로, 절삭 공구(200)의 회전 방향을 기준으로 후단에 놓이는 제3 여유면(131c)이 제1 예각(θ23)을 통해 피삭재(도 7의 10 참조)와의 접촉을 막아 비사용 하부 부절인(152)을 보호할 수 있다. 이와 더불어, 제2 측면(132)의 제4 여유면(132a)이 기준면(BL)에 대해 제2 방향[하면(120)에서 상면(110)을 향하는 방향]으로 제2 둔각(θ31)[즉, 상면(110)에서 하면(120)을 향하는 제1 방향으로는 예각]을 이루며 제5 여유면(132b)에 이르는 기술구성을 제공하므로, 절삭 공구(200)의 회전 방향을 기준으로 후단에 놓이는 제4 여유면(132a)이 기준면에 대해 상면(110)에서 하면(120)을 향하는 제1 방향으로 예각을 이루게 되어 피삭재와의 접촉을 막아 비사용 하부 주절인(151)을 보호할 수 있다. 나아가, 제3 여유면(131c)은 하면(120)으로 갈수록 점점 넓어지는 형상을 가질 수 있고, 가공시 백터치를 방지하기 위해 제6 여유면(132c)은 상면(110)으로 갈수록 점점 넓어지는 형상을 가질 수 있고, 제1 둔각(θ21)과 제2 둔각(θ31)은 서로 동일할 수 있으며, 그리고 제1 예각(θ23)과 제2 예각(θ33)은 서로 동일할 수 있다. 이와 더불어, 상면(110)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 칩 브레이커면(chip breaker face)(112)과, 딤플(dimple)(113)을 더 포함할 수 있다. 칩 브레이커면(112)은, 평면부(111)보다 위로 돌출되되 외각[즉, 상부 주절인(141) 및 상부 부절인(142)]을 향해 점점 돌출되게 형성되고, 상부 주절인(141)과 상부 부절인(142)과 연결되며, 그리고 상부 주절인(141)과 상부 부절인(142)에 의해 절삭된 칩을 안내한다. 딤플(113)은 칩 브레이커면(112)에 오목하게 형성된다. 따라서, 칩 브레이커면(112)에 딤플(113)이 오목하게 형성되는 기술구성을 제공하므로, 상부 주절인(141)과 상부 부절인(142)에 의해 절삭된 칩이 칩 브레이커면(112)에 닿는 면적을 줄여, 칩 브레이커면(112)의 마찰열을 줄일 수 있음과 더불어 마모를 줄여 절삭 인서트(100)의 수명을 극대화할 수 있다. 나아가, 상면(110)과 하면(120)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 코너(C1)(C2)(C3) 중 어느 하나의 코너(C1)의 중심점(CP)에서 인서트 몸체의 중심선(CL)을 경유하여 그 반대에 있는 제1 측면(131)과 제2 측면(132)의 경계 부분의 중심점(미도시)을 연결하는 기준축(BS)을 기준으로, 서로 180도 회전 대칭될 수 있다. 따라서, 하면(120)과 제1 측면(131) 사이의 모서리에는 하부 부절인(152)이 형성되고, 하면(120)과 제2 측면(132) 사이의 모서리에는 하부 주절인(151)이 형성되며, 그리고 하부 부절인(152)과 하부 주절인(151)은 각각의 코너(C1)(C2)(C3) 사이에 연속해서 놓일 수 있다. 참고로, 위와 같이 180도 회전 대칭되므로, 상부와 하부의 주절인과 부절인이 서로 반대되게 놓이게 된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 측면(131)과 상면(110) 사이에 상부 주절인(141)이 형성될 경우 제1 측면(131)과 하면(120) 사이에는 하부 부절인(152)이 형성되고, 제2 측면(132)과 상면(110) 사이에 상부 부절인(142)이 형성될 경우 제2 측면(132)과 하면(120) 사이에는 하부 주절인(151)이 형성된다. 이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구 (200)에 대해 설명한다. 도 6은 도 1의 절삭 인서트가 절삭 공구에 장착되는 상태를 타낸 분해 사시도이고, 도 7은 도 1의 절삭 인서트가 절삭 공구에 장착되어 피삭재 부재를 절삭 가공하는 상태를 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 공구(200)는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 시트면(201)과 제2 시트면(202)를 포함한다. 각각의 코너(C1)(C2)(C3)를 기준으로 양 측에 제1 및 제2 측면(131)(132)이 놓일 경우, 제1 시트면(201)은 제1 측면(131)의 제2 여유면(131b)과 면에 의해 접촉되고, 제2 시트면(202)은 제2 측면(132)의 제5 여유면(132b)과 면에 의해 접촉된다. 특히, 제1 시트면(201)과 제2 시트면(202)이 이루는 제2 각도(θ41)는 상부 주절인(141)과 상부 부절인(142)이 이루는 제1 각도(θ11)와 동일하게 설정된다. 따라서, 제1 및 제2 측면(131)(132)이 절삭 공구(200)의 제1 및 제2 시트면(201)(202)에 쐐기 형태로 장착됨에 따라 절삭 공구(200)와의 체결성을 높일 수 있다. 특히, 절삭 공구(200)와의 체결성이 높아져 절삭 공구(200)가 회전되는 동안 절삭 인서트(100)에 미치는 원심력을 효과적으로 제어할 수 있어, 절삭 인서트(100)나 절삭 공구(200)의 떨림에 의한 파손이나 마모를 최소화하여 절삭 인서트(100)나 절삭 공구(200)의 수명 저하를 막을 수 있다. 이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 절삭 인서트 110: 상면
111: 평면부 112: 칩 브레이커면
113: 딤플 120: 하면
131: 제1 측면 131a: 제1 여유면
131b: 제2 여유면 131c: 제3 여유면
132: 제2 측면 132a: 제4 여유면
132b: 제5 여유면 132c: 제6 여유면
141: 상부 주절인 142: 상부 부절인
151: 하부 주절인 152: 하부 부절인
200: 절삭 공구 201: 제1 시트면
202: 제2 시트면 C1, C2, C3: 코너
θ11: 제1 각도 θ21: 제1 둔각
θ22, θ32: 직각 θ23: 제1 예각
θ31: 제2 둔각 θ33: 제2 예각
θ41: 제2 각도 CP: 코너의 중심점
CL: 인서트 몸체의 중심선 BS: 기준축
BL: 기준면 |
