드릴

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51) Int. Cl.
6
B23B 51/02
(11) 공개번호 특1998-063252
(43) 공개일자 1998년10월07일
(21) 출원번호 특1997-004200
(22) 출원일자 1997년02월13일
(30) 우선권주장 96-26306 1996년02월14일 일본(JP)
96-346828 1996년12월26일 일본(JP)
(71) 출원인 스미토모덴키고교가부시키가이샤 구라우치노리타카
일본 오오사카후 오오사카시 쥬오쿠 기타하마 4쵸메 5반 33고
(72) 발명자 진다이마사아키
일본 효고켄 이타미시 고야키타 1쵸메 1반 1고 스미토모 덴키 고교 가부시
키가이샤 이타미 세이사쿠쇼 내
오카마토쥰
일본 효고켄 이타미시 고야키타 1쵸메 1반 1고 스미토모 덴키 고교 가부시
키가이샤 이타미 세이사쿠쇼 내
(74) 대리인 장용식, 정진상
심사청구 : 없음
(54) 드릴
요약
본 발명은 깊은 구멍을 천공하기 위한 드릴에 관한 것으로서, 재 연마작업에 의하여 드릴의 절단 엣지를
재생한 후에도 변하지 않는 폭과 나선각을 가지는 나선홈을 구비하며 우수한 절삭분 배출 성능을 유지하
는 드릴에 관한 것이다.
본 발명에 따른 드릴은 일정한 폭과 나선각을 가진 나선형 홈으로 이루어진 팁부, 상기 팁부에 형성된
나선형 홈의 폭보다는 더 큰 일정한 폭과 상기 팁부에 형성된 나선형 홈의 나선각보다는 더 작은 일정한
나선각을 가지는 나선형 홈으로 이루어진 후미부, 및 상기 팁부와 후미부 사이에 형성되어 있으며 상기
팁부 및 후미부의 나선형 홈과 자연스럽게 연결되고 상기 팁부에서부터 상기 후미부를 향하여 갈수록 점
차 증가되는 폭과 점차 감소하는 나선각을 가지는 나선형 홈으로 이루어진 중간부를 구비하고 있다.
대표도
도1
명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 드릴의 일실시예의 측면도이고,
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선에 따른 단면도이고,
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이고,
도 4는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 드릴의 제2실시예의 측면도이고,
도 6은 종래 드릴의 측면도이고,
도 7은 또다른 종래 드릴의 측면도이고,
도 8은 각 천공 시편에 따른 가공시의 소비전력을 나타내는 그래프도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 팁부 2 : 중간부
3 : 후미부 4 : 자루
6 : 나선형 홈 8 : 인서트
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공개특허특1998-063252
9 : 엣지 10 : 마아진
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 깊은 구멍을 형성하는데 있어서 우수한 천공 성능을 가지며 재 연마 작업에 의하여 그 엣지를
재생한 후에도 안정된 성능을 유지하는 드릴에 관한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 종래의 드릴은 일정한 단면적을 가지고 있으며 소정의 나선각(helix angle)
α로 뻗어 있는 나선형의 절삭분 배출홈(helical chip discharge flute:6)을 구비하고 있다. 이러한 종
래의 드릴에 있어서는 상기 홈이 나선형으로 되어 있기 때문에 절삭분이 천공된 구멍으로부터 배출될 때
까지 이러한 홈(6)을 따라 상당한 거리를 이동해야만 한다. 따라서 종종 상기 홈이 절삭분에 의하여 막
히게 된다.
일본 특공소6-88168호에서는 깊은 구멍을 천공할 경우에도 절삭분을 원활하게 배출할 수 있도록 직선으
로 뻗어 있는 즉, 드릴의 팁(tip) 근처에는 나선각이 0 인 직선부(6′)가 형성되어 있는 절삭분 배출홈
을 구비한 드릴이 개시되어 있다(도 6 참조). 일본 특개소7-164227호에는 절삭분은 더욱 원활하게 배
출하기 위하여 드릴의 팁에서부터 점차로 홈의 단면적을 증가시키고 그 나선각은 점차 감소시키는 기술
을 개시하고 있다.
그러나 상기 일본 특공소6-88168호에 개시된 드릴에 있어서는 절삭분이 직선부(6′)를 따라 이동할 때
절삭분을 밀어주는 힘을 발생시키는 스크류 효과를 효율적으로 사용하기 어렵다는 문제점이 있다. 또
한 직선부에 있는 절삭분은 단순히 인접한 절삭분에 의하여 드릴의 축방향으로 드릴 팁을 향하여 밀려가
게 되므로 절삭분이 강한 힘으로 배출되지 못한다. 그러므로 구멍을 더 깊게 천공하는 경우에는 절삭분
을 원활하게 배출하는 것이 더욱 어렵게 된다.
일본 특개소7-164227호에 개시된 드릴에 있어서는 드릴이 재 연마되는 경우에 홈의 폭과 나선각이 변하
게 되고 그에 따라 만들어지는 절삭분의 형태가 변하게 되어 절삭분을 안정된 방법으로 배출하는 것이
어렵게 되는 문제점이 있다.
발명이 이루고자하는 기술적 과제
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 깊은 구멍을 천공하는 경우에도 절삭분
배출 성능이 우수하며 재 연마 후에도 높은 성능을 유지할 수 있도록 드릴의 성능을 향상시키는 것을 발
명의 목적으로 한다.
본 발명에 따르면 일정한 폭과 나선각을 가진 나선형 홈으로 이루어진 팁부(tip portion), 상기 팁부에
형성된 나선형 홈의 폭보다는 더 큰 일정한 폭과 상기 팁부에 형성된 나선형 홈의 나선각보다는 더 작은
일정한 나선각을 가지는 나선형 홈으로 이루어진 후미부, 및 상기 팁부와 후미부 사이에 형성되어 있으
며 상기 팁부 및 후미부의 나선형 홈과 자연스럽게 연결되고 상기 팁부에서부터 상기 후미부를 향하여
갈수록 점차 증가되는 폭과 점차 감소하는 나선각을 가지는 나선형 홈으로 이루어진 중간부를 구비하는
것을 특징으로 하는 드릴이 제공된다.
상기 드릴 팁부의 나선형 홈과 연결되는 드릴 중간부의 나선형 홈 단부는 드릴 팁부의 나선형 홈과 동일
한 폭과 나선각을 가진다. 이 단부에서부터 후미 단부까지는 그 폭과 나선각이 점차 변화하여 그 후미
단부에서는 드릴 후미부의 나선형 홈의 폭 및 나선각과 일치한다. 이와 같이 드릴 중간부의 나선형 홈
은 드릴 팁부 및 드릴 후미부의 나선형 홈과 자연스럽게 연결되며 그에 따라 절삭분이 원활하게 배출될
수 있게 된다.
본 발명의 드릴은 드릴 팁부의 홈 폭 비율(a1 : c1)은 0.5~1 : 1, 드릴 후미부의 홈 폭 비율(a3 : c3)은
0.8~1.3 : 1을 갖는 것이 바람직하다. 또한 드릴 팁부에 형성된 나선형 홈은 15°~ 30°의 나선각을
가지며 드릴 후미부에 형성된 나선형 홈은 3°~ 8°의 나선각을 갖는 것이 바람직하다.
또한 드릴 팁부는 1D ~ 2D(이하, D는 드릴의 지름을 의미함.)의 길이를 가지는 것이 바람직하며, 드릴
중간부는 1D ~ 3D의 길이를 가지는 것이 바람직하다.
홈의 폭 비율은 도 2 내지 도 4에 도시된 나선형 홈(6)의 중앙각(a1, a2, a3) 대 랜드(land : 5)의 중앙
각(c1, c2, c3)의 비율을 의미한다. 도 2 내지 도 4에 도시된 힐(heel:7)의 모서리가 다듬어진 경우는
그 다듬어진 모서리부는 홈 폭 비율의 연산에서 제외된다.
나선형 홈을 구비한 드릴에 있어서, 상기 나선형 홈은 드릴의 팁부에서는 일정한 폭과 나선각을 가지며,
드릴의 나머지 부분의 나선형 홈은 상기 나선형 홈의 최종단부를 향하여 갈수록 점차로 증가하는 폭과
점차로 감소하는 나선각을 갖는다.
상기 나선형 홈은 드릴의 후미 단부를 향하여 갈수록 점차로 감소하는 나선각을 갖고 있으므로 일정한
나선각을 가지는 종래의 드릴에 비하여 절삭분의 이동거리가 짧다. 또한 드릴 후미부의 나선형 홈은 일
정한 나선각을 갖고 있으므로 드릴 팁부 근처에서 발생하는 절삭분은 스크류 효과에 의하여 원활하게 밀
려가게 된다. 이는 가공에 소요되는 전력소모 증가의 억제에 기여하게 된다.
드릴 팁부에 있어서 나선형 홈은 일정한 폭과 나선각을 가지므로 반복적인 재 연마후에도 드릴 팁의 형
상이 변하지 않게 되고 그에 따라 드릴의 성능도 변함없이 유지된다.
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공개특허특1998-063252
발명의 구성 및 작용
이하, 첨부도면을 참조로하여 본 발명의 목적 및 특징을 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 드릴의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 2 내지 도 4는 각각 도 1의 선Ⅰ-Ⅰ,
선Ⅱ-Ⅱ, 선Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이 드릴은 그 후미 단부와 일체로 형성되어 있는 자루(4)를 구비하고 있다. 도면
에서 문자 C로 도시된 것은 드릴의 중심축을 나타낸다.
드릴은 그 팁 근처에 위치한 드릴 팁부(1)에 일정한 폭과 나선각(α1)을 가지는 나선형 홈(6)을 구비하
고 있다. 드릴의 중간부(2)에서는 드릴의 후미 단부를 향하여 갈수록 홈(6)의 폭이 점차로 증가하며 드
릴 후미 단부를 향할수록 홈(6)의 나선각(α2)은 점차로 감소한다. 드릴의 후미부(3)에서 홈(6)은 더
크고 일정한 폭을 가지며 중간부의 나선각(α2)보다는 더 작은 나선각(α3)을 갖는다.
본 발명에 따른 드릴은 다음의 조건을 만족한다.
, , ,
이러한 드릴은 깊은 구멍을 천공하는데 적합하다.
각 부분에서의 나선각은 다음과 같은 값을 갖는다. 즉, α1은 15°~ 30° 범위내의 값이며, α3는 3°~
8° 범위내의 값이며, α2는 드릴 팁 근처의 단부에서는 α1과 동일하고 점차 변화하여 후미 단부에서는
α3와 동일하게 된다.
드릴 팁부(1)에서의 홈 폭과 잔류부 폭과의 비율 및 드릴 후미부(2)에서의 홈 폭과 잔부 폭과의 비율
즉, a1 : c1 및 a3 : c3는 각각 0.5 ~ 1 : 1 및 0.8 ~ 1.3 : 1의 범위내의 값을 갖는다.
드릴 팁부(1)의 길이(l1)는 충분하게 높은 절삭분 배출 특성을 유지하지 못할 만큼 너무 길거나 또는 절
단 엣지의 재 연마가능 횟수를 부당하게 감소시킬 만큼 너무 짧아서는 않된다. 드릴 팁부(1)의 길이(l1)
는 드릴 지름(D) 이상이고 드릴 지름(D)의 두배 이하인 것이 바람직하다. 드릴 중간부(2)는 높은 절삭
분 배출 특성의 유지를 부당하게 저해하는 나선형 홈 폭의 급격한 변화를 방지할 수 있도록 그 길이(l2)
가 충분히 길어야 한다. 드릴 중간부(2)의 길이(l1)는 1D 내지 3D 범위내의 값을 갖는 것이 바람직하다.
드릴 후미부(3)의 길이(l3)는 천공되는 구멍의 깊이를 고려하여 적절한 값으로 결정된다.
도 5에는 중간부(2)가 구비되지 않은 본 발명에 따른 드릴의 제 2실시예가 도시되어 있다. 드릴 후미
부(3)에는 후미부가 팁부(1)와 연결되는 곳에서부터 홈(6)의 후미 단부로 갈수록 점차로 증가하는 폭과
점차로 감소하는 나선각(α4)를 가지는 나선형 홈(6)이 형성되어 있다.
본 실시예에 있어서, 드릴 팁부(1)에서의 홈 폭 비율 및 나선각은 실질적으로 도 1에 도시된 드릴 팁부
의 홈 폭 비율 및 나선각과 동일하다. 나선형 홈의 최종 단부에서의 홈 폭 비율 및 나선각은 실질적으
로 도 1에 도시된 드릴의 드릴 후미부에서의 홈 폭 비율 및 나선각과 동일하다.
도 1 및 도 5에 도시된 두가지의 실시예에 있어서, 드릴 팁에는 초경 합금 제조되며 절단 엣지(9)와 마
아진(margin:10)을 구비한 인서트(8)가 브레이징(brazing)되어 있다. 그러나 본 발명은 하나의 재료로
만들어진 드릴이나 또는 마아진이 나선형 홈의 최종 단부 부근까지 연장되어 있는 드릴에도 적용할 수
있다.
다음으로는 본 발명에 따른 나선형 홈이 어떠한 방법으로 형성되는가를 간략하게 설명한다.
초경 합금 인서트가 드릴 팁에 부착될 경우 홈은 인서트가 브레이징 되기 전에 가공되어야 한다. 이를
위하여 목적하는 홈의 크기에 맞추어진 크기를 가지는 볼 엔드 밀(ball end mill)이 그 팁에서부터 드릴
의 종방향으로 이동한다. 홈의 폭을 변화시키기 위하여 볼 엔드 밀은 종방향으로 이동하는 동안 홈의
일측을 향하도록 방향을 바꾸게 된다. 이경우에 홈은 상기 엔드 밀은 단지 한번 이동함으로써 만들어
진다. 그러나 그 폭이 변화하는 홈 부분에서부터 홈 단부까지 상기 홈은 그 한쪽 면을 따라서는 가공되
지 않은 채로 남아 있게 된다. 따라서 볼 엔드 밀은 다시 홈을 따라 이동하면서 다른 측면을 가공하게
된다. 볼 엔드 밀이 두 번 이동한 드릴 부분은 리브가 그 바닥부에 형성된다. 이러한 리브는 버프 다
듬질(buffing) 또는 절단작업에 의하여 제거된다. 이와 같은 작업에 의하여 나선형 홈이 완성된다.
(실시예)
성능시험을 위하여 초경 합금 인서트가 브레이징 되어 있으며, 지름(D)은 15㎜이며, 길이 110㎜의 홈을
구비하고 있으며 오일 구멍을 구비하고 있는 드릴을 준비하였다. 준비된 드릴에는 각각 도 6에 도시된
형식의 드릴(시편 No.13), 도 7에 도시된 형식의 드릴(시편 No.11), 기본적으로는 도 1에 도시된 드릴과
동일한 형식으로 되어 있으며 나선각 α1과 나선각 α3이 동일한 드릴(시편 No.12), 및 도 1에 도시된
형식의 드릴(시편 No.1 내지 No.10)이 포함되어 있다. 시편 No.11 내지 No.13은 종래의 드릴인데 비하
여 시편 No.1 내지 No.10은 본 발명에 따른 드릴이다. 상기 드릴에 각각 부착된 인서트는 ISO 기준 또
는 이에 준하는 기준에 따라 K30으로 제조되었다.
표 1에는 상기 준비된 드릴의 제원과 시험결과가 정리되어 있다.
성능시험에서는 시험용 드릴을 이용하여 합금SCM440(브리넬 경도 HB=300)으로 제조된 시험시편에 다음에
개시된 가공조건에 따라 천공하도록 하였으며, 절삭분의 막힘에 의한 가공시의 소비 전력 증가를 측정하
였다.
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공개특허특1998-063252
가공조건 :
가공 속도 V = 50 m/min
이송 속도 f = 0.25 mm/rev
구멍 깊이 d= 107 mm (7D)
기타 조건 : 가공 오일을 이용한 습식 가공
천공중에 발생하는 절삭분은 가공시 소비 전력을 급격하게 증가시키는 경향이 있다. 따라서 절삭분이
얼마나 효과적으로 배출되는가는 가공시의 소비전력을 측정하므로써 결정할 수 있다. 표 1에 따르면,
본 발명에 따른 드릴이 종래의 드릴 보다 더 효과적으로 절삭분을 배출할 수 있다는 것이 명백하게 알
수 있다. 바람직한 나선각 범위 및 홈 폭 비율을 가진 시편 No.1 내지 No.3은 가공시의 최대 소비전력
이 4.1kw에 육박하는 것에 의하여 입증되듯이 특히 우수한 절삭분 배출 성능을 보이고 있다. 또한 시편
No.1 내지 No.3는 직선 구멍을 천공하는 데 탁월한 성능을 보이고 있다. 즉, 이들 드릴에 의하여 천공
된 구멍중 어느 것도 0.15mm이상까지 휘어짐을 보이지 않았다.
시편 No.4는 가공시의 최대 소비전력은 낮으나 이 드릴에 의하여 천공된 구멍은 0.56 mm에서 휘어짐이
발생하였다. 이것은 홈이 너무 넓기 때문인 것으로 추정된다.
도 8에는 시편 Nos.1, 3 내지 5 및 시편 Nos. 11 내지 13 에 대한 가공시의 최대 소비전력의 변화가 도
시되어 있다. 시편 No. 4 드릴에 있어서는 절단 전력이 작은 진폭으로 변화하는데, 이는 상기 드릴이
낮은 강성(rigidity)를 갖고 있다는 것을 보여주는 것이다. 시편 Nos. 11 및 12에 있어서는 구멍의 깊
이가 약 4D로 증가할 때 가공시의 소비전력이 급격하게 증가하였다. 본 발명에 따른 드릴에 있어서는
구멍의 깊이가 약 5D로 증가할 때까지는 절단 전력이 급격하게 증가하지는 않았다.
시편 No. 3과 대비해 볼 때 시편 Nos. 5, 6 및 9는 가공시의 소비전력을 낮추는 성능에 있어서 현저함을
나타내지는 않았다. 그러나 본 발명에 따른 드릴의 경우에는 다양한 부분에서 나선각과 홈 폭 비율을
변화시킴으로써 절삭분 배출성능을 개선시킬 수 있게 되었다. 시편 No. 13에 있어서는 이러한 성능개선
이 실질적으로 불가능하였다. (예를 들면, 팁부에서의 나선각이 증가하면 절삭분이 배출될 때 까지 부
당하게 긴 거리를 이동해야 하고, 만일 이를 감소시키면 스크류 효과에 의한 절삭분의 유동력이 저하된
다.) 이러한 이유로 본 발명의 드릴은 시편 No. 13보다도 더 우수하다.
[표 1]
(여기서 *는 바람직한 범위를 벗어난 것을 의미함.)
(절단 전력의 증가비는 안정된 가공작업시의 절단전력에 대한 최대 절단 절력의 증가비율을 나타냄.)
발명의 효과
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 드릴은 팁부에서보다 더 넓은 나선형 홈이 후미부에 구비되
어 있다. 또한 나선각은 팁부보다 후미부에서 더 작다. 이러한 드릴에 의하면 절삭분으로 막히는 일
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공개특허특1998-063252
없이 원활하게 절삭분을 배출하면서 깊은 구멍을 천공할 수 있게 된다.
팁부에서는 홈의 폭과 나선각이 일정하므로 드릴은 그 절단 엣지가 재생된 후에도 성능이 변화되지 않는
다. 즉, 재생된 후에도 절삭분의 형태가 전혀 변하지 않게 된다. 따라서 안정된 천공작업이 보장된다.
(57) 청구의 범위
청구항 1
일정한 폭과 나선각을 가진 나선형 홈으로 이루어진 팁부, 상기 팁부에 형성된 나선형 홈의 폭보다는 더
큰 일정한 폭과 상기 팁부에 형성된 나선형 홈의 나선각보다는 더 작은 일정한 나선각을 가지는 나선형
홈으로 이루어진 후미부, 및 상기 팁부와 후미부 사이에 형성되어 있으며 상기 팁부 및 후미부의 나선형
홈과 자연스럽게 연결되고 상기 팁부에서부터 상기 후미부를 향하여 갈수록 점차 증가되는 폭과 점차 감
소하는 나선각을 가지는 나선형 홈으로 이루어진 중간부를 구비하는 것을 특징으로 하는 드릴.
청구항 2
제 1 항에 있어서, 상기 드릴 팁부의 홈 폭 비율(a1 : c1)은 0.5 ~ 1 : 1 이고 상기 드릴 후미부의 홈
폭 비율(a3 : c3)은 0.8 ~ 1.3 : 1이며, 상기 드릴 팁부에 형성된 나선형 홈의 나선각은 15°~ 30°이고
상기 드릴 후미부에 형성된 나선형 홈의 나선각은 3°~ 8°인 것을 특징으로 하는 드릴.
청구항 3
제 2 항에 있어서, 상기 드릴 팁부의 길이는 1D 내지 2D (이하, D는 드릴의 직경을 의미함)이며, 상기
드릴 중간부의 길이는 1D 내지 3D 인 것을 특징으로 하는 드릴.
청구항 4
나선형 홈이 형성된 드릴로서, 드릴의 팁부의 나선형 홈은 일정한 폭과 나선각을 가지며, 드릴의 나머지
부분의 나선형 홈은 상기 나선형 홈의 최종 단부를 향하여 갈수록 점차 증가하는 폭과 점차 감소하는 나
선각을 가지는 것을 특징으로 하는 드릴.
도면
도면1
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도면2
도면3
도면4
도면5
도면6
도면7
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공개특허특1998-063252
도면8
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공개특허특1998-063252