나사의 제조 방법, 공구 및 장치 {METHOD, TOOL AND DEVICE FOR THE PRODUCTION OF THREADS}
본 발명은 나사, 특히 특허청구범위 제1항 또는 제12항의 전제부에 따른 내측 나사의 제조 방법 및 공구에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하는 장치에 관한 것이다.
소위 암나사, 즉 내측 나사를 제조하는 여러 방법이 공지되어 있다. 일반적으로 사용되는 방법은, 절삭 랜드(cutting land) 및 절삭 홈(cutting groove)을 구비한 태핑 공구가, 공구의 피치 및 동기 속도로 미리 설정된 이송량에 의해, 사전 설정된 코어 크기를 가지는 가공물의 보어 내부로 전진하는 나사 절삭이다. 이 경우, 가공물의 절삭 가공이 일어난다. 특히 베어링 나사 플랭크에서 고강도를 얻기 위해서, 나사 벌징(bulging) 머신으로도 알려져 있는 나사 성형기 또는 나사 리징(ridging) 머신이 사용됨으로써 나사 절삭에서 소재가 방해를 받는 소위 "파이버 코스(fiber course)" 없이 소재가 냉간 성형되는 소위 나사 성형 방법이 이용된다. 나사 절삭에 비해 중요한 장점은 나사 성형 중에 칩(chip)이 생성되지 않는 것이다. 나사 성형 중, 가압 랜드(pressing land)를 형성하기 위한 다각형을 구비한 헬리컬 나사부가, 나사의 피치와 대응하는 균일한 이송량으로, 보어가 미리 형성된(pre-bored) 가공물에 나사식으로 진입된다. 이 경우, 나사 프로파일(profile)은 나사부의 개시점을 지나 가공물의 소재를 계단식으로 가압함으로써, 가압 지역의 응력이 가압 한계를 초과하여 소재가 소성 변형될 정도로 높아진다. 소재는 반경방향으로 항복되어 나사 프로파일을 따라 자유 걸릿(free gullet)으로 유동하여 암나사의 코어 직경을 형성하게 된다. 나사의 변형 정도는 프리보어(pre-bore)의 직경에 의해 조절될 수 있다. 특별한 장점은, 50%의 베어링 깊이에서도 나사의 부하 능력이 여전히 충분하다는 결과를 얻을 수 있는, 구조상의 개선이다. 이러한 방법에서는 윤활이 결정적으로 중요하기 때문에, 가압 랜드 사이의 공구에는 윤활 홈이 형성되어야 한다. 이러한 방법의 단점은, 나사 직경에 대응하는 별도의 성형 공구가 각각의 나사에 대하여 필요하고, 나사 성형기의 성능을 조절하기 위한 초기 형상을 최적화하는 것이 비교적 어려우며, 절삭 속도 및 이송값이 서로 독립적으로 선택될 수 없다는 것이다. 마지막으로, 내측 나사를 밀링하는 것이 공지되어 있다. 이 경우, 나사는 나사 밀링 커터의 절삭 라인을 병렬로 배치함으로써 형성된다. 나사 피치는 머신에 의해 형성되며 나사 밀링 커터의 소위 "피치", 즉 밀링 치열의 열(row)의 축방향 이격에 대응된다. 이러한 방법의 중요한 장점은, 동일한 밀링 커터에서 상이한 직경 및 동일한 피치를 가지는 나사를 형성할 수 있다는 것이다. 절삭된 나사를 비교하면, 밀링된 나사는 사용된 공구의 거의 전체 길이에 걸쳐 충분하게 형성되는 추가의 장점이 있다. 이러한 제조 방법의 단점은, 절삭 처리의 결과, 그 구조가 절삭 치열의 영역에서 준 방해(quasi-disturbed) 구조이며, 이로 인해 나사의 지지력이 제한되게 된다. 따라서, 본 발명의 목적은, 나사, 특히 상이한 호칭 직경의 나사가 경제적이고 나사 영역이 개선된 구조를 가지고 형성될 수 있는 제조 방법, 공구, 및 장치를 제공하는 것이다. 상기 목적은 특허청구범위 제1항의 특징에 따른 방법, 제27항의 특징에 따른 장치, 및 제12항의 특징에 따른 공구에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 나사는, 새로운 형상의 공구에 의해, 가공물 보어의 내측면에 "해머로 단조성형한(hammered)" 것이다. 공구는 나사 밀링 커터의 형상 특징을 나사 성형기의 형상 특징과 조합하는 성형 헤드를 가지며, 특히 성형 헤드는 적어도 하나, 그러나 바람직하게는 나사 밀링 커터의 방식으로 구성되고 서로 일정한 거리에 위치되는 적어도 2개의 프로파일 돌기 또는 치열을 구비하고, 상기 프로파일 돌기 또는 치열은 외주에 걸쳐서 연속적으로 구성되지만 외주에 걸쳐서 반경방향으로 변화되는 연장부로 구성되어서 나사 밀링 커터의 경우와 마찬가지로 외주에 걸치는 각각의 프로파일 돌기의 영역에 적어도 하나의 가압 랜드가 형성되도록 한다. 이러한 유형의 밀링 운동을 하는 무칩(chipless) 가공의 공구의 섕크(shank)에 작용하는 반경방향 힘은 성형 헤드가 반경방향으로 초과 변형되지 않고 용이하게 흡수될 수 있으며, 성형 헤드가 복수의 프로파일 돌기를 가지는 경우에도 원형 운동에 의해 비교적 기다란 나사를 형성할 수 있다는 놀라운 사실을 확인하였다. 그 이유는, 가압 랜드에 의해 수행되는 성형 작업이 단지 성형 헤드의 속도 및 이와는 독립적이어서 충분히 작게 유지되는 공구의 원형 운동 속도에 의해 간단히 제어될 수 있어서, 공구의 섕크가 과도하게 응력을 받을 필요가 없기 때문이다. 성형 헤드에 작용하는 반경방향 힘을 제한하는 또 다른 가능성은, 프로파일 돌기 당 가압 랜드의 수를 변화시키는 것 및/또는 인접하는 프로파일 돌기의 가압 랜드를 원주방향으로 변위시키는 것이다. 보다 양호한 구조의 결과로서 나사의 개선된 지지력을 보장하는 것 외에, 본 발명에 따른 나사 제조의 개념은, 머신의 제어가 제조 중에 호칭 범위 내의 직경 공차 및/또는 플랭크 직경에 영향을 줄 수 있다는 추가의 장점을 갖는다. 본 발명에 따른 나사 제조 개념의 또 다른 중요한 장점은 칩이 생성되지 않는 것이다. 또 다른 바람직한 장점은 청구범위 종속항에 청구되어 있다. 청구범위 제2항의 특징은, 공구의 센터링을 위해 트래벌링인 운동(traveling-in movement)이 이용될 수 있고, 나사의 형성이 단일 운동을 이용하여 완성될 수 있는 장점을 갖는다. 성형 헤드가 반경방향 외측을 향하여 아치형의 커브를 따라, 바람직하게는 180°런인 루프(run-in loop)의 형태로 운동하여 가공물에 프로파일 돌기를 삽입하게 되면, 상기 궁형의 커브는 후속하는 원형 동작의 방향으로 동작 성분을 가져서, 가공물에 대한 삽입 시에 공구의 부하는 최소로 되게 된다. 프로파일 돌기, 즉 다각형의 기하학적 디자인 각각이 반경방향 연장부를 가지고 외주 둘레에서 복수의 가압 랜드를 형성하면, 공구의 효율이 증대된다. 가압 랜드는 외주 둘레에 균일하게 분포될 수 있으나, 진동을 감소시키려는 의도로 불균일하게 분포될 수도 있다. 청구범위 제8항에 따르면, 인접한 프로파일 돌기의 가압 랜드가 원주방향에서 서로 오프셋되는, 예를 들어 나선형인 경우, 내측 나사의 가압 과정에서 성형 헤드에 작용하는 반경방향의 전체적인 힘은 더욱 감소될 수 있다. 이 경우, 제조기술의 관점에서 바람직하며, 청구범위 제9항에 따르면, 성형 헤드의 축방향으로 인접한 가압 랜드는 각각 나선형으로 놓인다. 공정 파라미터는 처리될 소재에 따라 범위 내에서 최적화될 수 있다. 청구범위 제10항 및 제11항의 운동의 결과로서, 동일한 공구를 이용하여, 교호하는 축방향 이송운동과 관련하여 왼나사 또는 오른나사가 제조될 수 있다. 공구의 바람직한 실시예는 청구범위 제12항 내지 제26항에 기재되어 있다. 이웃하는 프로파일 돌기 사이의 홈 깊이가 외주 전체에 걸쳐 변화되면, 플라스틱 소재의 유동성이 바람직하게 영향을 받을 수 있다. 임의의 소재에 있어서, 인접한 프로파일 돌기 사이의 홈 깊이를 외주 전체에 걸쳐서 동일하게 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 청구범위 제21항에 따른 공구가 전체적으로 고강도 소재, 바람직하기로는 경질 소재, 특히 경질 금속재 또는 다른 고강도 소결재로 이루어지는 경우, 소재의 안정성은 특히 높아서 전체적인 반경방향 작용력의 결과로 인한 굴곡 변형에 바람직한 영향을 갖는다. 이들 공구는 마찬가지로 상이한 소재의 조합으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 상이한 소재로 만들어진 스트립이 경강(hardened steel) 또는 연강(soft steel) (또는 중금속), 고속도강(HSS 또는 HSSE), 알루미늄 합금, 경질 금속(hard metal) 또는 다른 소결재와 같은 지지 소재로 만들어진 지지부의 수용부에 적절하게 삽입될 수 있다. 본 명세서에서는 예를 들면, 단순히 경질 금속, 서멧(cermet), PkD, CBN, 세라믹 등으로 만들어지는 것으로 한다. 완성된 공구 상의 가압 랜드는 이들 소재를 이용하여 형성된다. 삽입된 스트립은 상이한 형상, 예를 들면 원통형, 원뿔형, 둥근형 등으로 실행될 수 있다. 스트립은 예를 들어 솔더링, 나사결합, 클램핑, 글루접합, 또는 용접과 같은 상이한 형태로 지지부와 결합될 수 있다. 성형 헤드는 적어도 가압 랜드의 영역이 코팅되는 것이 바람직하다. 일반적으로 사용되고 있는 모든 코팅은 마찰 감소 및/또는 마모 감소를 얻을 수 있다. 특히 바람직한 것은, 다이아몬드와 같은 경질 소재 층이며, 예를 들면 나노크리스탈라인 다이아몬드, TiN, TiAlN 또는 TiCN 또는 다중 코팅이 바람직하다. 예를 들어 "MOLYGLIDE"라는 상표로 알려진 MoS2의 윤활층 또한 사용 가능하다. 청구범위 제24항 내지 제26항에 따른 코팅을 사용하면 특히 양호한 수명 및 공정 파라미터가 얻어진다. 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치는 청구범위 제27항에 따른 기능을 필요로 하며, 예를 들어 3D CNC 공작기계의 3축 제어 시스템을 이용하여 실현될 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 공구에는 경질 소재, 특히 소결재가 경제적으로 이용될 수 있으며, 솔리드 경질 금속 뿐 아니라 소위 서멧 소재도 특히 바람직하다. 이 경우, 특히 경제적인 제조 방법이 보장된다. 그 이유는, 성형 헤드의 다각형 단면 형상이 이미 소결 블랭크(sintered blank)에 형성되어서, 후속되는 기계가공이 실질적으로 나사 리지의 영역에 한정되기 때문이다. 서멧 또한 사용될 수 있다. 즉, 탄화티타늄(TiC) 및 질화티타늄(TiN)을 가지는 소결재가 필수 경화 캐리어로서 사용될 수 있으며, 니켈이 바인딩 페이스(binding phase)로서 널리 사용된다. 이러한 소재에서, 합금강에 대한 낮은 화학적 친화력, 낮은 열전달 계수, 높은 고온 경화성, 및 미립자 구조와 같은 기준은 적용 분야에 특히 바람직한 영향을 미친다. 서멧의 구조적인 구성은, 공정 파라미터를 적절하게 조절함으로써 높은 인성을 가진 초미립자 구조가 제공될 수 있는 것으로 연구되고 있다. 질화티타늄을, 높은 열역학적 안정성의 결과로서, 철에 대하여 낮은 용해성을 가지는 소재와 통합하여 확산성 및 마찰성에 긍정적인 영향을 미치도록 하는 것이 바람직할 수도 있다. 본 발명의 독립적인 목적은 또한, 서로가 축방향으로 균일하게 이격되어 위치되는 사전 형성된 가압 랜드를 구비한 프로파일 돌기를 가지는 나사 성형기의 성형 헤드용 소결 블랭크이어서, 소결의 마감, 일반적으로 최종 치수로 그라인딩 한 후에 성형 헤드의 마무리 공정이 최소로 한정되도록 하는 것이다. 소결 블랭크로부터 형성되는 이들 성형 헤드는 제조자로부터 반가공 제품으로 얻어질 수 있다. 그리고, 이들 성형 헤드는 호칭 직경에 대하여 단지 0.5㎜ 크기의 순서의 공차로 그라인딩되는 것이 바람직하다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 나머지 종속항에 기재되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내측 나사를 형성하는 공구의 개략적인 측면도이다. 도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 개략적인 단면도이다. 도 3은 나사 프로파일 돌기를 통합하기 전에 블랭크로서 공구에 사용되는 성형 헤드의 변형을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 4는 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 개별 작업 단계를 순서대로 배치한 다이어그램이다. 도 5는 성형 공구를 위한 바람직한 런인 루프를 나타내는 개략도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도 1 및 도 2에 개략적으로 도시한 것은 나사, 특히 내측 나사를 제조하기 위해 본 발명에 따른 방법을 실행하는데 사용될 수 있는 공구이다. 상기 공구는 섕크 축(14)을 중심으로 하여 회전 가능하게 구동될 수 있는 나사 성형기(10)를 포함하며, 섕크 축(14)에 의해 나사 피치가 가공물 표면, 즉 도 1의 일점쇄선으로 나타낸 가공물 보어의 내측면의 가압 성형에 의해 무칩(chipless) 방식으로 구동될 수 있다. 공구(10)는 섕크(12) 및 성형 헤드(18)를 갖는다. 성형 헤드(18)는 나사 밀링 커터의 방식으로 구성되며 서로가 일정한 축방향 간격(T, 피치)으로 위치되고 도 2에 나타낸 바와 같이 외주 전체에 걸쳐서 연속적인 복수의 프로파일 돌기(20)를 갖는다. 도 2에 도시한 바와 같이, 이들 복수의 프로파일 돌기(20)는 외주 전체에 걸쳐서 변화되며 ERMAX와 ERMIN 사이에 놓여서 각각의 프로파일 돌기(20)의 영역에 적어도 하나의 가압 랜드(22)가 외주 전체에 걸쳐서 형성되도록 하는 반경방향 연장부를 갖는다(도 1 및 도 2에 다른 실시예에서는 4개의 가압 랜드(22)가 형성됨). 프로파일 돌기(20)는 형성될 나사 피치의 치수, 즉 형성될 나사의 나사 피치와 대응되는 치수(T)만큼 서로에 대하여 축방향으로 오프셋된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 성형 헤드(18)의 코어 단면은 다각형 형상을 가지며 프로파일 돌기(20)의 반경방향 깊이(RT)는 외주 전체에 걸쳐 실질적으로 동일하게 유지된다. 그러나, 이러한 점은 필수적인 것은 아니라는 것을 강조해둔다. 코어 단면의 외주 윤곽 및/또는 프로파일 돌기(20)의 포위 윤곽은 가압 랜드(22)의 기능이 유지되는 한 용이하게 변경될 수 있다. 성형 헤드(18)는 형성될 나사의 길이(TG)(도 4의 포지션 4.5 참조)와 실질적으로 대응되는 축방향 연장부(EA)를 갖는다. 도 2에 도시한 바와 같이, 가압 랜드(22)는 외주 둘레에 균일하게 분포된다. 그러나, 이들은 공구의 진동을 감소시키기 위해 불균일하게 분포될 수도 있다. 본 발명에 따른 나사 성형 공구를 사용하는 제조 공정을 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 나사는 서로에 대하여 일정한 간격(T)으로 위치되는 적어도 2개의 프로파일 돌기(20)를 구비한 나사 밀링 커터의 방식으로 구비되는 섕크 공구(10)를 회전 동작으로 세팅함으로써 형성되며, 섕크 공구(10)는 도 4에 도시한 바와 같이, 포지션 4.1에서 가공물 보어(16) 위에 중심을 맞추어 위치된다. 공구(10)는 포지션 4.2에 나타낸 바와 같이, 섕크(12)에 대한 천이 지역에 모따기(chamfer)(26)를 하기 위한 커터(24)가 제공되는 구성일 수 있다. 그리고, 공구(10)는 포지션 4.3에 나타낸 바와 같이, 공구의 선단부(28)가 자신과 평행한 중심으로부터 나사 깊이의 원하는 치수(TG)에 도달할 때까지의 거리로 축방향 구동된다. 그리고, 공구(10)는 포지션 4.4에 나타낸 바와 같이, 반경방향으로 외주의 지점(SU)에서 가공물의 소성 변형에 의해 원하는 플랭크의 치수 및/또는 호칭 직경으로 나사를 가압하기 위해 필요한 반경방향 위치에 먼저 도달하는 방식으로 이동된다. 이러한 치수는 경험적으로, 그리고 우선적으로 가공물의 소재 파라미터(유동성) 및 성형 공정의 파라미터에 의해 일반적으로 결정된다. 공구(10)가 가공물 보어(16)의 중심으로부터 위치(SU)로 이동되는 경로는 화살표(ES)로 설계된다. 이 커브는 런인 루프의 유형으로 설명하였으며 나중에 상술하기로 한다. 공구(10)가 전체 공정 또는 나사 깊이로 이동된 후, 회전 축(14)의 가공물 보어(16)의 축(30)에 대한 편심도(EX)를 유지하면서, 가공물 보어(16)의 축을 중심 으로 하여 360°진행하는 원형 운동(BZ)(포지션 4.5의 화살표 참조)을 실행하는 동시에, 성형 헤드(18) 형성될 나사 피치(P)의 치수만큼 일정한 축방향 이송 운동(BV)을 실행한다. 이 경우, 가공물의 소재는, 연속적으로 맞물리게 되는 가압 랜드에 의해 해머 처리(hammer treatment)의 방식으로서 소재가 제어된 방식으로 프로파일 돌기(20) 사이의 홈(42)으로 침투할 수 있도록 유동되도록 하여 연속적으로 가압 성형되기 쉬운 것이다. 이 경우, 나사는 나사 성형에서와 마찬가지로 나사 리지의 영역에서 유사한 품질 및 기하학적 형상을 얻는다. 이러한 원형 운동(BZ)이 완료되면, 나사는 성형 준비가 완료된다. 플랭크의 공차 및 호칭 직경은 성형 공정 중에 원형 운동을 위한 제어 시스템의 영역에서의 보정에 의해 특히 연속적으로 영향을 받을 수 있으며, 이것은 공구(10)의 수명에 유리하다. 공구(10)가 다시 위치(SU)에 도달하면, 포지션 4.6에 나타낸 바와 같이, 커브(AS) 상으로 반경방향 내측으로 구동되어, 성형 헤드(18)의 프로파일 돌기(20)가, 성형된 내측 나사(34)와 맞물리도록 한다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 축방향으로 단면이 변화되지 않는 공구(10)에 의한 "무칩 나사 밀링"을 위한 방법을 설명하였다. 모든 프로파일 돌기(20)의 가압 랜드(22)는 각각이 배출될 가공물의 소재와 동시에 접촉하게 된다. 따라서, 공구(10)의 섕크(12)에 의해 생성되며, 흡수되어야 할, 힘을 극복하기 위해, 원주방향의 이송은 공구의 속도와 일치되어, 맞물려 위치되는 가압 랜드(22)의 변형 가공이 가능한 작아진다. 이들 힘이 보다 균일하게 공구(10)에 가해질 수 있도록 하기 위해, 도 3의 추가적인 진행에 따라, 이웃하는 프로파일 돌기의 가압 랜드(122)는 원주방향으로 서로에 대하여 오프셋될 수 있다. 성형 헤드(118)의 축방향으로 인접하는 가압 랜드(122)는 각각이 도 3에 점선(W)으로 나타낸 나선을 따라 놓이는 것이 바람직하다. 즉, 도 3은 성형 헤드(118)용으로 사전 마무리되거나 사전 가공된 블랭크를 나타내며, 성형 헤드를 마무리하기 위해 프로파일 홈(142)이 형성되어 있다. 도 5는 런인 루프(ES)의 구성을 상세하게 나타내기 위해 약간 확대한 도면이다. 도시한 바와 같이, 180°가이드되는 원형 운동을 따라 일어나는 동작은 공구 부하에 긍정적인 영향을 미친다. 그러나, 특히 공구와 나사 사이에 상당히 커다란 차이가 있는 경우에는, 프로그램이 보다 용이한 4분(quadrant) 런인 루프를 선택하는 것이 바람직하다. 전술한 공구는 오른나사 및 왼나사에 모두 사용될 수 있으며, 이와 관련하여 단지 이송 방향(BV) 및 선택적으로 공구의 회전 방향이 역전될 필요가 있으며, 따라서 변형이 반대로 일어날 수 있다. 작업의 질을 추가적으로 향상시키기 위해, 적어도 응력을 가장 많이 받는 부분, 즉 가압 랜드(22, 122)의 영역에는, 성형 헤드에 경질 소재 코팅으로 구성되는 것이 바람직한 코팅이 제공될 수 있다. 이러한 경질 소재 층은, 예를 들어 다이아몬드일 수 있으며, 나노크리스탈라인 다이아몬드, 질화티타늄 또는 질화티타늄알루미늄이 바람직하다. 이들 중 특히 적절한 것은 질화티타늄알루미늄이며, 소위 Guehring oHG.사의 "Fire I"라는 상표의 다중 층이 판매되고 있다. 이것은 TiN/(Ti, Al)N 다중 층을 포함한다. 이것은 특히, 실질적으로 Cr, Ti, Al의 금속 성분 및 입자를 정련하기 위한 원소의 소부분을 가지는 질화물로 이루어지는 내마모층을 포함하는 것이 바람직할 수 있으며, Cr이 30% 내지 65%, 바람직하게는 30% 내지 60%, 보다 바람직하게는 40% 내지 60%이고, Al이 15% 내지 80%, 예를 들어 15% 내지 35% 또는 17% 내지 25%이고, Ti가 16% 내지 40%, 바람직하게는 16% 내지 35%, 보다 바람직하게는 24% 내지 35%이며, 특히 각각은 전체 층에서 모든 금속 원자와 연관된다. 이 경우, 상기 층의 구조는 균질하게 혼합된 상태의 단일 층이거나, (Ti x Al y Y z )N (여기서, x=0.38∼0.5, y=0.48∼0.6, z=0∼0.04임)과, CrN(내마모층의 최상층이 CrN 층으로 형성됨)이 교대로 구성된 균질한 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 본 실시예의 성형 헤드(18, 118) 및/또는 섕크 또는 공구(10) 전체는 넓은 범위의 소재로 이루어질 수 있지만, 높은 안정성 및 높은 내마모성을 가지는 소재가 특히 바람직하다. 공구의 섕크는 특히 높은 굽힘 강도를 가져서 성형 헤드(18, 118)에 반경방향으로 작용하는 힘이 효과적으로 차단될 수 있어야 하며, 이것은 나사의 제조 정밀도에 유리하다. 응력 프로파일(stressing profile)에 있어서, 표준 마멸 및 고온 경화 또한 결정적으로 중요하여, 예를 들어 Kennametal-Hertel사에서 판매하는 서멧 유형의 상표 "HTX"와 같은 서멧 유형이 사용될 수 있다. Cerasiv GmbH(Feldmuehle)사의 "SC30" 및 Thosiba Europa GmbH사의 "Tungaly NS530" 유형을 사용하는 것 또한 좋 은 결과를 얻을 수 있다. 공구에 대하여, 예를 들어 탄화물, 질화물, 붕화물, 또는 비금속 경질 소재, 또는 혼합된 탄화물, 탄소질화물, 탄화물과 붕화물의 화합물, 또는 혼합 세라믹스 및 질화물 세라믹스와 같은 경질 소재 시스템의 경질 소재를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이 경우, 소결 성형으로 제조될 수 있는 경질 소재 또한 사용될 수 있다. 도 1 내지 도 5에 따른 실시예에서, 성형 헤드(18, 118)는 솔리드 경질 금속으로 이루어지지만, 다른 경질 금속으로 만들어질 수도 있다. 즉, 예를 들어 성형 헤드의 형상으로 소결 성형되는 서멧으로 만들어질 수 있으며, 이것은 코어의 다각형 형상 및/또는 성형 홈이 소결 전에 이미 통합된 것을 의미한다. 이것은 예를 들어 가압 공정 중의 적절한 성형, 또는 소결 공정 전에 소결 블랭크의 적절한 후처리에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 소결 블랭크는 호칭 직경에 대하여 작은 공차를 가지고 사전 제조될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 최종 치수에 대하여 약 0.5㎜의 범위로 공차를 제한하기에 충분하다. 본래의 성형 공정에서의 최종 치수보다 크거나 작은 다각형 에지 사이의 영역에 있는 성형 헤드의 코어 부분의 다각형 형상을 미리 형성하는 것도 가능하여, 소결 공정 후에 상기 영역에서 최종 치수로 그라인딩 처리하는 것을 생략할 수도 있다. 따라서, 최종 치수로의 그라인딩은 성형 헤드(18)의 영역에서만 필요하다. 경질 소재, 특히 경질 금속 또는 서멧의 압축 강도, 굽힘 강도, 및 탄성계수가 매우 높기 때문에, 이러한 소재로 만들어지는 경우에, 섕크는 성형 헤드의 전체 길이에 걸쳐 작용하는 반경방향 힘이 매우 큰 경우에도 약간만 변형되어, 특히 변형이 어려운 소재를 가공하는 경우에도 성형 정밀도가 매우 양호한 수준으로 유지될 수 있다. 성형 헤드(18, 118)에 대하여 서멧 소재가 특히 적절한 것이 확인되었다. 이러한 소재는 합금강에 대하여 낮은 화학적 친화력, 낮은 열전달 계수, 높은 고온 경도, 및 비교적 미립자 구조를 가져서, 작은 성형 에지 반경이 달성될 수 있다. 서멧의 열전달 계수는 경질 금속의 열전달 계수보다 낮은 7이어서, 변형에 의해 생성된 열이 성형 헤드로 직접 유동되지 않아, 공구에 얻어지는 작동 온도가 낮으며, 이로 인해 성형 공정 전체에 걸쳐서 매우 일정한 치수가 얻어질 수 있다. 그러나, 본 발명은, 성형 헤드 및/또는 섕크에 대한 특정 소재, 또는 예를 들어 공구의 적용 영역에 따라 당업자가 경질 소재의 넓은 범위로부터 선택할 수 있는 서멧 품질의 특정 경질 소재에 한정되지 않는다. 특히, "HTX" 유형은 매우 긴 수명을 가지며, 즉 성형 공정, 특히 윤활없는 성형 공정 중에 다른 서멧 유형과 비교하여 마모량이 매우 적다. 그러나, 소결재는, 예를 들어 원하는 굽힘 강도 또는 처리될 각각의 소재에 따른 다른 기준에 따라 선택될 수도 있다. 따라서, 소위 K 등급의 경질 금속은 주철 및 알루미늄 의 처리에 대하여 도달할 수 있는 유용한 수명에 관하여 특히 바람직한 것으로 확인되었다. 섕크의 소재는 진동이 적게 생성되도록 하는 변형에 따라 선택될 수 있다. 따라서, 종래의 열처리 가능한 강 및 공구강도 사용될 수 있으며, 예를 들면 인장 강도가 1000N/㎟보다 크고 1500N/㎟보다 작은 열처리 가능한 강 42CrMo4이다. 본 발명의 기본 사상을 벗어나지 않는 한, 전술한 공구 및 방법에 대한 변형 또한 당연히 가능하다. 따라서, 예를 들어 가공물에 대한 공구의 운동은 당연히 반전될 수 있어서, 예를 들어 가공물이 런인 루프의 운동 및/또는 원형 운동을 실행하도록 한다. 성형 헤드의 다각형 형상은 소결 공정 전에 반드시 통합될 필요가 없다. 성형 헤드의 블랭크 몰드를 소결 공정 전에 그 다각형 단면 형상 및/또는 프로파일 돌기와 통합하여 커팅 헤드로 하는 것 또한 가능하다. 성형 헤드 또는 공구 전체는 또한 다른 금속, 바람직하게는 예를 들어 HSS, HSSE, 또는 HSSEBM과 같은 고속도강의 경질 금속, 세라믹, 서멧, 또는 다른 소결 금속재와 같은 고강도 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 내부에 냉각제 및 윤활제를 공급하는 것도 가능하다. 본 발명은 또한 성형될 나사의 축방향 길이가 성형 헤드(18, 118)의 길이를 초과하는 경우에도 이용될 수 있다. 이 경우, 도 4의 동작 운동은 연속해서, 즉 나사 성형의 축방향으로 움직이면서 수 차례 실행된다. 원칙적으로, 외측 나사의 제조에도 성형 원리가 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 회전식으로 구동되는 나사 성형기에 의해 나사, 특히 내측 나사를 제조하는 방법을 제공하며, 나사 성형기를 통해, 가압 성형에 의해 무칩 방식으로 가공물의 표면, 특히 가공물의 보어의 내측면에 나사 피치가 형성된다. 나사의 영역에 특히 경제적이고 개선된 결합 특성으로 상이한 호칭 직경의 나사를 형성할 수 있도록 하기 위해, 나사는, 서로 일정한 거리를 두고 위치되는 적어도 2개의 프로파일 돌기를 구비하며 성형 헤드의 프로파일 돌기는 외주 전체에 걸쳐 연속으로 구성되며 외주 전체에 걸쳐서 변화되는 반경방향 연장부를 구비하는 나사 밀링 커터 형태의 섕크 공구가, 가공물 보어의 외주 상의 지점에서 가공물 보어 내부로 구동되어 들어가고, 바람직하게는 전체 나사 가압 깊이까지 이르게되며, 가공물 보어의 축에 대하여 실질적으로 편심 설정을 유지하면서, 공구 보어의 축에 대하여 360°회전하는 상대 원형 운동을 실행하는 동시에, 성형 헤드는 형성될 나사 피치의 크기만큼 일정한 축방향 상대 이동 운동을 실행함으로써 형성된다. |
