절삭 인서트

절삭 인서트 {cutting insert}

본 발명은 절삭 인서트에 관한 것이다.

일반적으로 절삭 인서트는 공작기계에 장착된 절삭공구에 체결되어 철, 비철금속, 비금속 재료 등으로 구성된 피삭재를 절삭 가공하는데 사용된다.

이러한 절삭 인서트의 한 예로서, 미국등록특허 제5,052,863호에는 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 절삭 인서트(이하, '종래의 절삭 인서트'라 함)가 개시되어 있다. 참고로, 도 1은 상기 미국등록특허의 도 6에 대응하는 것으로서 편의상 도면부호 등은 수정 없이 그대로 표시하였다.

구체적으로, 종래의 절삭 인서트는 원통형 홀더와 둘레 방향으로 배치되어 교체 가능한 복수 개의 절삭 인서트를 구비하는 주변부 회전 밀링 커터(peripheral rotary milling cutter)에 사용되는 것으로서, 인서트의 경사면(rake surface)과 여유면(relief surface) 사이에 형성된 적어도 하나의 절삭날(cutting edge)을 구비하고 있다.

또한, 종래의 절삭 인서트는 좁은 여유면(narrow flank surface portion)(24a)의 폭이 고(高) 절삭날 부위에서 저(低) 절삭날 부위 쪽으로 갈수록 작아지게 형성되어 있고, 또한 여유각(relief angle)이 절삭날의 길이 방향으로 실질적으로 변화가 없도록 형성되어 있다.

그런데, 고속 및 고이송의 절삭 가공은 가공조건에 따라서 절삭날의 특정 부위에 과대한 절삭 부하가 작용할 수 있고, 이 경우 종래의 절삭 인서트는 특정 부위의 절삭날이 파손될 가능성이 높은 문제점이 있다. 따라서, 절삭 인서트의 절삭 성능을 증대시키면서도 과대한 가공 부하가 작용할 수 있는 특정 부위의 강성을 증대시킬 필요성이 제기된다.

본 발명은 절삭 인서트의 절삭 성능을 훼손시키지 않으면서도 절삭 인서트의 강성을 증대시킬 수 있는 절삭 인서트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 절삭 인서트의 특정 부위에만 연삭 공정을 적용함으로써 피삭재의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 절삭 인서트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 명시적으로 언급된 목적 이외에도, 후술하는 본 발명의 구성으로부터 달성될 수 있는 다른 목적도 포함한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 한 실시예에 따른 절삭 인서트는, 상면 및 하면과, 상기 상면 및 상기 하면을 서로 연결하는 측면과, 상기 상면과 상기 하면을 관통하는 홀과, 상기 상면 및 상기 측면에 의해 형성되는 절삭날을 포함하며, 상기 측면 중 주절삭날 측면은 1차 여유면과, 상기 1차 여유면에 이어지는 천이면과, 상기 천이면에 이어지는 2차 여유면을 구비하고, 상기 1차 여유면은 상기 절삭날을 따라 여유각 또는 여유면폭이 변동되게 구성되고, 상기 천이면에는 상기 절삭날의 강성 보강을 위해 복수 개의 리지(ridge)가 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 1차 여유면에는, 상기 1차 여유면의 나머지 부위에 비하여 상기 여유각이 상대적으로 크게 형성되어 있는 복수 개의 부위가 존재하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수 개의 리지는 상기 천이면에서 상기 1차 여유면의 상기 복수 개의 부위에 대응하는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 홀의 축에 대응하는 위치에 상기 복수 개의 리지 중 하나가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주절삭날 측면의 상기 1차 여유면과 상기 측면 중 부절삭날 측면의 1차 여유면은 연삭 공정이 적용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 여유각이 증가하면 상기 여유면폭은 감소하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 따르면, 여유각 증대를 통하여 절삭 인서트의 절삭 성능을 높이면서도, 리지를 배치하여 절삭 인서트의 강성을 유지할 수 있다.

또한, 주절삭날 측면 및 부절삭날 측면의 1차 여유면은 연삭하여 가공함으로써 피삭재의 가공 정밀도를 향상시키고 절삭 인서트에 가해지는 가공 부하를 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 효과는 상술된 것에 국한되지 않고 후술하는 본 발명의 구성으로부터 도출될 수 있는 다른 효과도 본 발명의 효과에 포함된다.

도 1은 종래의 절삭 인서트의 주절삭날 측면을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 사시도이다.
도 3은 도 2의 절삭 인서트의 정면도이다.
도 4는 도 2의 절삭 인서트의 평면도이다.
도 5는 도 2의 절삭 인서트의 우측면도이다.
도 6은 도 2의 절삭 인서트의 하면 사시도이다.
도 7은 도 2의 절삭 인서트가 절삭공구에 체결되어 있는 모습을 나타낸다.
도 8은 종래의 절삭 인서트에 대비하여 도 2의 절삭 인서트의 가공 부하를 나타낸다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 절삭 인서트(100)(이하, '본 절삭 인서트'라고 함)에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 절삭 인서트의 사시도이고, 도 3은 도 2의 절삭 인서트의 정면도이고, 도 4는 도 2의 절삭 인서트의 평면도이고, 도 5는 도 2의 절삭 인서트의 우측면도이고, 도 6은 도 2의 절삭 인서트의 하면 사시도이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 절삭 인서트는 상면(1), 하면(2), 그리고 상면(1) 및 하면(2)을 서로 연결하는 복수 개의 측면(3)으로 구성된다. 본 실시예에서는 4개의 측면, 즉 서로 대칭되게 각각 형성된 2개의 장측면과 2개의 단측면으로 구성된 절삭 인서트가 예시적으로 제시되어 있다.

또한, 본 절삭 인서트에는 상면(1)과 하면(2)을 관통하는 홀(4)이 형성되어 있다. 홀(4)에는 볼트와 같은 체결수단(F)이 장착되어 본 절삭 인서트가 절삭공구(T)에 안착되도록 한다(도 7 참조).

또한, 본 절삭 인서트는 상면(1) 및 측면(3)에 의해 형성되는 절삭날(5)을 구비한다. 절삭날(5)은 상면(1) 및 주절삭날 측면(31)에 의해 형성되는 주절삭날(main cutting edge)(51)과, 상면(1) 및 부절삭날 측면(32)에 의해 형성되는 부절삭날(secondary cutting edge)(52)와, 상면(1) 및 경사절삭날 측면(33)에 의해 형성되는 경사절삭날(third cutting edge)(53)로 구성된다.

한편, 측면 중 주절삭날 측면(31)은 1차 여유면(311)과, 1차 여유면(311)에 이어지는 천이면(312)과, 천이면(312)에 이어지는 2차 여유면(313)을 구비한다.

여기서, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 1차 여유면(311)은 주절삭날(51)을 따라 여유각 및 여유면폭이 변동되게 구성되어 있다. 즉, 1차 여유면(311)은 여유면폭이 고(高)절삭날 부위(h1)에서 저(低)절삭날 부위(h2)에 이르기까지 변동되게 형성되어 있다.

천이면(312)은 고(高)절삭날 부위(h1)에서 저(低)절삭날 부위(h2)에 이르기까지 높이가 낮아지게 배치된다. 이러한 천이면(312)은 1차 여유면(311)과 2차 여유면(313)을 이격시킴으로써 가공 조건을 고려하여 이들 1차 여유면(311)과 2차 여유면(313)에 별도의 설계 컨셉을 적용 가능하도록 하고 있다.

한편, 1차 여유면(311)의 여유각 및 여유면폭이 "변동"되게 형성된다는 것은 주절삭날(51)을 따라 고절삭날 부위(h1)로부터 저절삭날 부위(h2)에 이르는 동안 여유면폭 또는 여유각이 계속 감소한다든지 또는 계속 증가한다든지 하는 것이 아니라, 특정 구간에서 여유면폭 또는 여유각이 증가하다가 감소한다든지 또는 반대로 감소하다가 증가하는 경우로서 1차 여유면의 복수 개의 부위에서 여유면폭이 나머지 부위의 여유면폭보다 상대적으로 큰 경우, 즉 여유각이 나머지 부위의 여유각보다 상대적으로 작은 경우가 존재하도록 형성된 것을 지칭한다.

참고로, 고속 및 고이송의 절삭 가공은 가공조건에 따라서 절삭 인서트의 주절삭날에 가해지는 가공 부하가 달라질 수 있고, 또한 주절삭날에서도 특정 부위의 절삭 성능을 향상시킬 필요가 있다. 이 경우 상술한 바와 같은 종래의 절삭 인서트의 구조로서는 효율적으로 대응할 수 없게 된다.

따라서 본 절삭 인서트는 주절삭날에서의 절삭 성능을 향상시킬 필요가 있는 복수 개의 특정 부위의 여유각을 나머지 부위에 비하여 상대적으로 증대(여유면폭 감소)시킨 것이다. 도 3에는 예시적으로 5개 부위(① ~ ⑤)의 여유각이 상대적으로 큰 경우를 도시하고 있다. 물론, 이 부위의 위치 및 개수는 절삭 가공의 가공조건에 따라 적절하게 조정될 수 있을 것이다.

한편, 절삭 성능을 향상시키기 위하여 특정 부위의 여유각을 증대(또는 여유면폭을 감소)시킬 경우, 해당 특정 부위의 강성이 떨어지는 문제가 발생하는데, 이를 방지하기 위하여 본 절삭 인서트는 천이면(312)에 주절삭날(51)의 강성 보강을 위해 복수 개의 리지(ridge)(6)가 형성되어 있다. 리지(6)가 배치되어 있는 곳은 1차 여유면(311)에서 여유각이 상대적으로 크게 형성(또는 여유면폭이 상대적으로 작게 형성)되어 있는 특정 부위의 위치에 대응하는 곳이다.

리지(6)는 도 3에서 볼 때, 대략 원형 형상을 가지고 있으며, 천이면(312)으로부터 지면에서 멀어지는 방향으로 약간 돌출되게 형성되어 있다. 이러한 구조를 통하여 리지(6)는 주절삭날(51)의 특정 부위에서의 여유각 증대로 인한 강성 저하를 방지하게 된다. 또한, 이렇게 돌출된 리지(6)의 구조로 인하여 표면적이 증대되고 결과적으로 절삭 가공시 발생하는 열의 방출을 증대시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

참고로, 본 절삭 인서트에서는 5개의 리지(6)가 배치되어 있는 모습이 예시적으로 도시되어 있다. 물론, 이 부위의 위치 및 개수는 1차 여유면(311)에서 여유각이 상대적으로 크게 형성된 특정 부위의 위치 및 개수에 연동하여 적절하게 조정될 수 있을 것이다. 다만, 천이면(312)의 중앙 부위에는 홀(4)의 존재로 인한 주절삭날의 강성 저하를 방지하기 위하여 리지(②)가 기본적으로 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 피삭재 가공시 본 절삭 인서트의 주절삭날(51)측 1차 여유면(311)은 피삭재에 형성되는 측면에 접촉하게 되고, 부절삭날(52)측 1차 여유면(321)은 피삭재에 형성되는 바닥면에 접촉하게 된다. 따라서, 이들 부위는 피삭재 가공시 가공 정도를 향상시키고 절삭 인서트에 가해지는 가공 부하를 감소시키기 위하여 정밀하게 제작되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 본 절삭 인서트에서는 주절삭날(51)측 1차 여유면(311)과 부절삭날(52)측 1차 여유면(321)에 연삭 공정(grinding process)을 적용하여 표면 조도와 제작 정밀도를 향상시켰다.

참고로, 연삭 공정은 가공 시간이 많이 소요되고 이로 인하여 제작 비용이 증가하는 문제점이 있으므로, 절삭 인서트의 모든 부위에 이 공정을 일괄적으로 적용하는 것은 바람직하지 않다. 따라서 본 발명은 피삭재 가공시 본 절삭 인서트의 주절삭날(51)측 1차 여유면(311)이 피삭재에 형성되는 측면에 접촉하게 되고, 부절삭날(52)측 1차 여유면(321)은 피삭재에 형성되는 바닥면에 접촉한다는 사실에 착안하여, 연삭 공정이 적용되는 부위를 이들 부위로 최소화함으로써 피삭재의 가공 정도 향상, 절삭 인서트에 가해지는 가공 부하의 감소를 달성함과 동시에, 절삭 인서트의 제작 비용 상승도 최소한도로 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 8에는 종래의 절삭 인서트에 대비한 본 절삭 인서트의 가공 부하를 나타내는 그래프이다. 동일 가공 조건 시에 종래의 절삭 인서트의 경우 가공 부하가 대략 1,436 N로 측정되었고, 본 절삭 인서트의 경우 가공 부하가 대략 1,143 N으로 측정되어, 본 절삭 인서트는 종래의 절삭 인서트에 비하여 대략 20% 정도 가공 부하가 줄어드는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 절삭 인서트는 절삭성능을 향상시키면서 강성을 유지할 수 있는 방안으로 1차 여유면의 여유각 또는 여유면 폭을 다양하게 형성하였고 또한 리지를 배치한 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

1...상면, 2...하면,
3...측면, 31...주절삭날 측면,
311...주절삭날측 1차 여유면, 312...천이면,
313...2차 여유면, 32...부절삭날 측면,
321...부절삭날측 1차 여유면, 4...홀,
5...절삭날,
51...주절삭날, 52...부절삭날
100...절삭 인서트, T...절삭공구,
h1...고(高)절삭날 부위, h2...저(低)절삭날 부위,
6...리지(ridge), F...체결수단