KR0179397B1 - 수축이 감소된 유리질 결합된 연마물 제조방법 - Google Patents

Abstract

수축을 감소시키거나 방지할 수 있는 공극도 22∼55체적%의 유리질 결합된 연삭휠 제조방법이 제공된다.

이 방법은 연마입자, 유리질 기질 전구체 및 기타 연삭휠 제조성분을 피복되지 않은, 비-연마성, 비-금속성, 미립형, 무기고체 수축조절제를 혼합하는 단계를 포함한다.

비-연마성 육방질화붕소(hexagonal boron nitride)는 바람직한 수축조절제이며, 연삭휠의 체적을 기준으로 1∼10체적% 범위의 량으로 사용될 수 있다.

이 방법에 의해 제조된 휠은 수축조절제 없이 제조된 휠 보다 수축이 감소되거나 방지된다.

Description

수축이 감소된 유리질 결합된 연마물 제조방법

본 발명은 유리질 결합된 연삭휠 및 그 같은 휠의 제조방법 그리고 기타 유리질 결합된 연마물품에 관한 것이다.

본 발명은 또한 유리질 결합된 연마물, 특히 연삭휠의 제조방법에 관한 것이며, 이 방법에 의하면 연마물의 제조방법에 있어서 연소 작업도중에 연마물의 수축을 감소시키거나 방지하기 위해 수축감소제가 사용된다.

종래의 방법에 있어서 유리질 결합된 연마물의 연소동작에 야기되는 수축에 관련된 문제점들이 본 발명에 의해 최소화되거나 제거된다.

유리질 결합된 연마성 연삭휠은 오랫동안 연마입자, 유리질 혹은 세라믹 결합 전구체 성분(예를 들어 프릿이나 산화물 및 실리게이트) 및 일시적 결합제를 함께 혼합하고, 그 혼합물을 주형내에 넣고 필요한 크기 및 형태를 갖는 휠로 압착한 후 그 압착된 휠을 비교적 낮은 온도(예를 들어 200∼300℃)로 가열하여 그 압착된 휠로부터 휘발성분을 제거하고 그 주형으로부터 휠을 빼낸 후 로(爐)내에서 비교적 높은 온도(예를 들어 500∼1200℃)로 그 휠을 연소하여 유리질 결합을 형성하여 연마입자와 결합시키는 방법으로 제조되었다.

종래의 방법에서는 통상 연소작업전에 압착된 휠로부터 휘발성분을 제거하였는바, 그 이유는 일시적 결합제와 같은 성분과 함께 도입된 이같은 휘발성분이 그 휠을 고온의 연소단계를 거치게 할 때 압착된 휠내에 남아 있게되면 연소된 휠의 브로우팅(bloating : 불균일팽창), 파열 및 비틀림을 야기하기 때문이다.

이 같은 휘발성분으로는 수분 및/혹은 유기물질을 들 수 있다. 비교적 낮은 온도에서 압착된 휠을 가열하는 이유는 일시적 결합제로 하여금 휠의 여러 가지 성분들을 일시적이고 약하게 서로 부착시켜 주형으로부터 압착된 휠을 제거할 수 있게 하기 위함이다.

이 일시적으로 결합된 압착휠은 흔히 그린휠(green whee1)이라고 한다.

일시적 결합제의 분해온도보다 훨씬 높은 온도에서 수행되는 연소단계동안 일시적 결합제는 휠로부터 제거되고 잔류 휘발물질은 휘발되어 제거된다. 압착된, 일시적으로 결합된(그린)휠의 연소는 통상 500∼1200℃의 온도에서 행해진다.

이 고온가열동안 여러 가지 물리적 및/혹은 화학적 변형이 일어나며 그 결과 연마 입자들을 결합하는 유리질 혹은 세라믹 기질이 형성된다. 이 연소 단계동안 휠 내에 공극이 형성되고 체적변화가 일어난다. 체적변화는 종종 휠의 수축을 가져온다.

유리질 결합기질을 형성하는 미립물질은 반응에 의해 화학적으로 그리고/혹은 용융 및/혹은 함께 용착함으로서 물리적으로 변화한다.

이들 화학적 및/혹은 물리적 변화는 유리질 결합을 형성하는 미립물질에 의해 차지되는 체적의 감소를 가져온다.

연마입자가 아닌 여분의 미립물질을 유리질 결합기질에 넣을 수 있으며 체적감소를 보다 더 일으킬 수 있다.

수축의 범위는 이들 변화의 크기 및 양 뿐만 아니라 휠을 만드는데 사용된 유리질 결합형성 기질물질 및 기타 미립물질의 화학적 및/혹은 물리적특성에 좌우되며 또한 휠내에 형성된 공극도에 좌우된다.

특히 비교적 다공성 휠(예를 들어 체적비 20% 공극도 혹은 그 이상)에서는 약 0.5∼10체적%의 수축율이 알려져 있다.

이 수축을 예시하고 설명하기 위하여 휠의 유리질 결합기질을 형성하는 미립 물질은 글라스 비드로써 가시화 할 수 있다.

가장 효율적인 리드의 패킹에 있어서도 용기를 채우기 위해 이들 비드를 용기내에 넣으면 비드로 채워지지 않은 공간을 남긴다.

액체 유리를 형성하기 위해 비드를 용융하면 유리의 체적이 비드로 채워진 체적보다 적게된다.

이 체적변화(체적감소)는 그 후 유리비드의 용융으로부터 생긴 수축이다.

규격이 적은 휠, 비교적 다공성인 필에 대한 중앙홀이 벗어남, 결합부분의 이탈 및 유리질결합된 연삭휠의 균열이나 비틀림 등이 연소도중에 야기되는 휠수축으로 인한 것이다.

이들 문제점을 몇몇(예를 들어 휠의 규격이 적어지는 등)은 수축을 보상하기 위해 그린 휠의 크기를 연소된 휠보다 미리 크게 한다던지 혹은 연소된 휠의 크기를 요구되는 최종 크기보다 크게 한 후 적절한 크기로 휠을 가공하는 등 이 분야에서 극복되었다.

비교적 다공질인 휠에 있어서는 수축을 제어하는 것이 어려운 것으로 밝혀졌기 때문에 그린휠의 크기를 수축을 보상하기에 충분할 정도로 크게 만드는 것이 바람직한 해결책인 것으로 알려졌다.

수축에 대한 보다 신뢰성 있는 해결책은 유리질 결합된 연삭휠의 크기를 필요한 것보다 크게 한 후 정확한 규격으로 그 휠을 가공하는 것이다.

그러나 여기서도 여전히 문제점은 존재한다.

공차가 벗어난 고정 호울의 교정은 가공을 하더라도 어려운 것이다. 유리질 결합된 연삭휠의 크기를 가공함은 공정단계를 늘일 뿐만 아니라 이로 인해 제조 단가가 인상된다.

몇몇 유리질 결합된 연삭휠, 특히 다이아몬드 및 등축정계 질화붕소와 같은 값비싼 연마입자로 제조한 것들은 유리를 결합된 연삭림(rim)을 값이 싼 연마입자를 함유한 유리질 결합코어를 둘러싸게 하여 제조된다.

공지의 이들 휠제조방법에 있어서는, 수축으로 인해 코어가 이를 둘러싼 림으로부터 분리될 뿐만 아니라 휠이 비틀리게 하는 것이다.

이 같은 문제로 인해 휠을 사용 못하게 되고 그렇지 않아도 값비싼 이들 휠의 제조단가를 증대시키는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 보다 개선된 연삭휠과 같은 유리질 결합 연삭물 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 수축이 감소되거나 제거될 수 있는 보다 개선된 유리질결합 연삭물 제조방법을 제공하는 것이다.

나아가 본 발명의 목적은 수축효과가 거의 없는 유리질 결합된 연삭물을 제공하는 것이다.

나아가 본 발명의 다른 목적은 유리질 결합된 연삭물의 제조에 있어서 종래 기술의 수축문제를 극복하기 위한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적들은, 연마입자와 연삭물을 만들기 위한 기타 성분들을 함께 혼합하고, 그 혼합된 성분들을 주형내에서 압착하여 일정크기 및 형태로 형성시킨 후, 그 물체를 연소시켜 연마입자와 유리질 기질을 함께 결합시키는 단계로 이루어진 약20∼55체적% 범위의 공극도를 갖는 유리질 결합된 연삭물(예를 들어 연삭휠) 제조방법에 있어서, 피복되지 않은(unclad), 비연마성, 비-금속성, 미립형의, 무기고체 수축조절제(Shrinkage Contol Agent, SCA)(예를 들어 육방 필화붕소)를 유리질 결합된 연마물에 혼합시킴을 포함하는 본 발명에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 개선된 방법을 실시함에 있어서는, 공극도 20∼55체적%를 갖는 유리질 결합된 연마물, 특히 유리질 결합된 연마 연삭휠, 보다 상세히는 공극도 20∼55체적%인 림연삭휠(rimmed grinding wheel)이 얻어지며, 이 연마들은 종래기술에서의 수축이 유발시킨 문제점들(예를 들어 규격이 적은 설지호울, 휠의 코어부로부터 림이 분리됨 그리고 휠의 비틀림 등)이 거의 없는 것이다.

림(rim)이 형성된 유리질 결합 연삭휠은 값싼 연마제(예를 들어 알루미나, 탄화규소 등)를 함유하거나 내부에 연마 입자를 갖지 않은 유리질 결합된 코어에 다이아몬드나 입방정계 질화붕소와 같은 값비싼 유리질 결합연마제 밴드를 부착시킨 휠일수 있다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

비교적 다공성인(예를 들어 최소 20체적% 기공도) 유리질 결합된 연삭휠을 제조하는 종래의 방법은 a) 연마입자, 유리질 결합선구물질 및 기타성분을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, b ) 이들 혼합물을 주형내에 위치시키는 단계, c ) 이 혼합물을 주형내에서 압축하여 일정 형태를 만드는 단계, 및 d ) 이 형태를 이룬 혼합물을 가열하여 상기 연마입자와 유리질 기질을 함께 결합시키는 단계, 를 포함한다.

이들 단계들은 주형내의 압축된 혼합물을 가열하여 휘발성물질을 제거하거나, 연소단계 전에 주형으로부터 압축된 혼합물을 제거하거나 혼합물의 압축력을 유지하면서 주형내의 압축된 혼합물을 가열하여 유리질 기질을 형성하는 것과 같이 기타 공정단계나 여러 가지 조건을 부여할 수 있다.

유리질 결합된 연삭휠 제조공정에서 이 마지막 단계를 포함시키는 것을 고온 프레싱(hot pressing)으로 알려진 것이며 일반적으로 특수하고도 값비싼 주형(예를 들어 흑연 주형)을 필요로 한다.

적은 연삭휠을 만드는데 통상 사용되는 이 고온프레싱방법은 종종 불활성 혹은 감압대기 하에서 수행된다.

고온프레싱 기술을 사용하지 않는 유리질결합 연삭휠 제조방법에 있어서는, 휘발성물질을 제거하고 일시적 결합제를 세팅시키기 위하여 압축된 혼합물을 저온(200∼300℃) 가열처리한 후 주형으로부터 꺼집어낸다.

주형으로 부터 꺼집어 낸 이 형상을 갖춘 혼합물은 그후 연소단계(firing step)를 거치게 함으로서 연마입자와 함께 결합된 유리질 기질을 형성한다.

이 후자의 방법을 통상 저온 프레싱 방법이라고 한다.

유리질 결합된 연삭휠이나 기타 연마물을 제조하는데 산화가 문제시되는 경우에는 불활성 혹은 감압대기내에서 이루어지는 고온 프레싱이 사용되었다.

반면 저온 프레싱방법은 유리질 결합된 연삭휠을 제조하는데 사용되는 새로운 방법이다.

비교적 다공성인(예를 들어 최소 20체적%기공도 )유리질 결합된 연삭휠을 제조하는 종래의 방법에서는, 연마입자 혹은 연마입자의 혼합물(예를 들어 산화 알루미늄 및 탄화규소)을 유리질 결합 전구체와 함께 혼합한다.

이 전구체는 연마입자와 함께 결합시키기 위하여 연소단계동안 유리질 결합 혹은 기질을 형성하는 원료물진의 혼합물(예를 들어 실리게이트, 산화물 등) 혹은 프릿일 수 있다.

프릿은 용융되어 연삭휠이나 기타 연마물의 유리질결합 혹은 기질을 이루는 일반적으로 미립형의 유리질 물질이다.

연마입자와 유리질 결합 전구체의 흔합물은 연소단계전에 휠의 성분들을 일시적으로 결합시키는 유기물질과 합쳐질 수 있다.

이 일시적 결합제는 유기 중합물이거나 중합물 형성물질 일 수 있다.

이 분야에서는 페놀수지가 유용한 일시적 결합제인 것으로 알려졌다.

윤활제, 초고압제 및 충전제를 연마입자, 유리질결합 전구체 및 일시적 결합제와 함께 혼합시킬 수 있다.

연삭휠의 혼합성분 측정량을 요구되는 연삭휠의 일반적 크기 및 형태를 갖는 주형내에 놓는다.

주형내에 균일하게 분포된 혼합물을 압력을 가하여 압축시켜 바라는 칫수로 한 후 저온(예를 들어 200∼300℃)으로 가열하여 혼합물내에 존재하는 휘발성물질(예를 들어 수분이나 유기용제)들을 제거한다.

압축된 혼합물을 저온으로 가열함으로써 일시적 결합제와 휠의 성분들이 결합하게 되고 그 결과 비교적 약하게 지지되는 형태를 갖춘 연마물을 연소조작 전에 취급가능할 수 있도록 한다.

그 후 주형으로 부터 휠을 떼어내어 오븐에 놓은 후 앞서의 시간/온도 주기로 고온(예를 들어 500∼1000℃)으로 가열하여 연마입자를 함께 결합하는 유리질 결합 혹은 기질을 형성한다.

연마입자, 유리질 결합전구체, 일시적 결합제 및 기타물질의 혼합물을 고온으로 가열함으로써 유리를 결합에 화학적 및/혹은 물리적 변화를 가져오고 그 결과 고온 가열(즉 연소)단계 전에 휠의 칫수 및 체적이 수축하게 되는 것이다.

이와 같이하여 연소 후 휠은 연소전의 것보다 적게될 것이다.

따라서 이같은 종래방법에서의 수축은 특정칫수를 갖는 휠제조방법에서는 고려되지 않으면 안된다.

비교적 다공성인 연삭휠에서 수축은 정확히 혹은 신뢰도있게 재생되지 않는 것으로 밝혀졌기 때문에 종래에는 연소된 유리질 결합 연삭휠을 바라는 칫수보다 크게 한 후 그 연소된 휠을 정확한 칫수로 기계가공 하였다.

이같은 기계가공은 시간이 많이 소요되며 휠의 생산 단가를 높이게 되는 것이다.

즉, 가공시간이 많이 소요될수 있도록 휠 제조단가가 높아지는 것이다.

통상 연삭휠은 연작동작을 수행하기 위하여 휠을 공작기계 상에 설치하기 위한 중앙 호울(hole)을 갖는다.

이 호울은 연삭휠의 사용에 중요한 것이다.

유리질 결합된 연삭휠의 제조시 야기되는 수축은 이 설치 호울의 크기를 원하는 크기보다 적게되게 한다.

따라서 이 호울을 정확한 크기로 다시 가공할 필요성이 생기는 것이다.

이 같은 가공 역시 그 작업이 어렵고, 시간이 소요될 뿐만 아니라 생산단가를 높이는 요인이 되는 것이다.

따라서 이 같은 수축을 없애거나 최소한으로 감소시키는 것은 유리질 결합 연삭휠 및 기타 연마물 제조 분야에서는 이익적인 것이다.

본 발명은 비교적 다공성인 유리질 결합 연삭휠에서의 수축문제를 해결하기 위한 것으로써, 본 발명에 의하면 수축이 감소되거나 제거된 유리질 결합 연마물 제조방법이 제공된다.

20∼55체적% 범위의 기공도를 갖는 유리질 결합연마제 제조용 성분들의 혼합물에 특정물질, 여기서는 '수죽조절제(SCA)'라 한다, 을 사용하면 공정도중 그 연마물의 수축을 감소시킬 수 있다는 것을 발견하였다.

따라서 본 발명에 의하면 20∼55체적%의 기공도를 갖는 유리질 결합된 연마물, 특히 연삭휠 제조를 위한 개선된 방법이 제공되는바, 그 방법은 a) 연마입자와 유리질기질 전구체를 함께 혼합하여 균일한 혼합물을 형성하는 단계, b) 그 혼합물을 주형내에 넣는 단계, c) 그 혼합물을 압축시켜 압축형상을 만드는 단계, 및 d) 상기 유리질 기질 전구체를 연마입자와 함께 결합한 유리질 기질로 변화시키기 위한 온도로 상기 압축형상을 가열하는 단계, 를 포함하고, 나아가 수축을 감소시키는 유효량의 수축조절제를 연마입자 및 유리를 기질 전구체화 함께 혼합하는 단계를 포함하고, 상기 수축 조절제는 피복되지 않은 (unclad), 비-연마성, 비-금속성, 미립형 무기고체 임을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 수축조절제(SCA)는 피복되지 않은, 비-연마성, 비-금속성, 미립형, 무기고체로써 Mohs 스케일로 1-4의 경도를 갖고 a) 산소와, 실리콘, 알루미늄 및 마그네슘 중 최소하나의 원소를 포함하는 미네랄 및 b) 육방(hexagonal) 질화붕소, 로 이루어지는 그룹에서 선택된 것이다.

여기서 사용되는 용어 피복되지 않은(unclad) 란 표면에 금속층이나 피막이 없는 것을 의미한다.

본 발명의 특정 실시예 있어서는, a) 연마입자, 유리질 기질 전구체와 일시적 결합제 물질을 함께 혼합하여 균일한 혼합물을 형성하고, b) 그 혼합물을 주형내에 넣고, c) 그 혼합물을 주형내에서 압축시키고, d) 유리질 기질 전구체를 연마입자와 함께 결합하는 유리질기질로 변환시키는 온도 이하의 온도로 주형내에서 상기 압축된 혼합물을 가열하여 자기지지하는 형태를 갖춘 성형물을 만들고, e) 그 성형물을 주형으로부터 빼낸 후, f) 유리질 기질 전구체를 연마입자와 함께 결합하는 유리질 기질로 변환시키기에 충분한 온도로 상기 성형물을 가열하는, 단계를 포함하는, 20∼55체적% 기공도를 갖는 유리질 결합된 연마성 연삭휠 제조를 위한 개선방법이 제공되며, 이 방법은 수축을 감소시키는 유효량의 비-연마성 육방 질화붕소를 연마입자, 유리질 기질 전구체 및 일시적 결합제 물질과 혼합시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특정 실시예는, a) 입방 구조의 질화붕소 연마 입자, 유리질 기질 전구체 및 일시적 결합제 물질을 함께 혼합하여 균일한 혼합물을 형성하고, b) 그 혼합물을 주형내에 넣고, c) 주형내에서 그 혼합물을 압착시키고, d) 그 압착된 혼합물을, 상기 유리질 기질 전구체가 상기 연마 입자와 함께 결합하는 유리질 기질로 변환되는 온도이하의 온도로 주형내에서 가열하여 자기지지하는 형태를 갖춘 성형물을 형성하고, e) 그 성형물을 상기 유리질 기질 전구체가 상기 연마 입자와 함께 결합하는 유리질 기질로 변환시키기에 충분한 온도로 가열하는, 단계를 포함하는 20∼55체적%의 기공도를 갖는 유리질 결합된 연마 연삭휠을 제조하는 개선된 방법을 제공하며, 그 개선된 방법은 수축감소유효량의 비-연마성 육방(hexagonal) 질화붕소를 입방구조의 질화붕소 연마입자, 유리질 기질 전구체 및 일시적 결합제 물질과 혼합하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, a) 입방 질화붕소 연마입자, 용융된 알루미나 연마입자, 유리질 기질 전구체 및 일시적 결합제 물질을 함께 혼합하여 균일한 혼합물을 형성하고, b) 그 혼합물을 주형내에 놓고, c) 그 혼합물을 주형내에서 압축시키고, d) 주형으로부터 성형물을 빼내어 그 성형물을 상기 유리질 기질 전구체가 상기 연마입자와 함께 결합하는 유리질 기질로 변환되기에 충분한 온도로 가열하는, 단계를 포함하는 기공도 20∼55체적%의 유리질 결합된 연마 연삭휠 제조를 위한 개선된 방법을 제공하며, 그 개선된 방법은 수축을 감소시키는 유효량의 비-연마성 육방 질화붕소를 입방 질화붕소 연마입자, 용융된 알루미나 연마입자 및 일시적 결합제 물질과 함께 혼합하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 필시예는 상기한 절차를 이용하고 육방 질화붕소 SCA 대신 SCA 로서 활석이나 운모를 사용할 수 있다.

용융된 알루미나, 소결된 졸(sol)-겔(gel)알루미나, 졸-겔 알루미늄 나이트리드/알루미늄 옥시나이트리드, 탄화규소, 입방 질화붕소 및 다이아몬드 연마성 그릿(grits)이나 입자(grains)과 같은 여러 가지 연마성 입자 및 이들의 혼합물은 본 발명에 사용될 수 있으며, 반드시 이들에 한정되지는 않는다.

이들 및 기타 연마성 입자들은 이 분야에서 널리 알려진 통상의 크기 일 수 있다.

본 발명의 실시예 있어서는 60∼325메쉬 범위의 연마입자(U.S.Standard Sieve Sizes), 바람직하게는 100∼200메쉬 범위의 입자를 사용할 수 있다.

조성 및/혹은 크기가 다른 연마입자를 여러 가지 조합하여 사용할 수도 있다.

조성은 동일하나 크기가 다른 연마입자의 혼합물 및 조성이 다르고 크기가 같거나 다른 연마입자의 혼합물 역시 본 발명에 사용될 수 있다.

본 발명에 사용되는 유리질 기질 전구체는 연소 단계에서 가열시 연마물의 연마입자를 함께 결합시키는 유리질 기질을 형성하는 물질이나 이들 물질의 혼합물이다.

연마입자와 함께 결합하는 유리질 기질은 연마물의 유리질 상, 유리질 본드, 세라믹 본드 혹은 글라스 본드로써 이 분야에 잘 알려져 있다.

유리질 기질 전구체는 보다 상세하는 고온으로 가열시 반응하여 유리 혹은 세라믹 기질을 형성하는 산화물이나 규산염(실리게이트)와 조합이나 혼합물이거나 혹은 연소단계에서 고온으로 가열시 용융하여 연마물의 유리질 기질을 형성하는 프릿(frit)일 수 있다.

이 분야에서 잘 알려진 물질을 여러 가지로 조합하여 유리질 기질 전구체로서 사용할 수 있다.

유리질 기질 전구체로서 여러 가지 산화물과 규산염의 조합으로 만들어진 예비 형성된 미세입자 글라스(즉, 프릿)을 사용할 수 있다.

이 같은 프릿은 상업적으로 이용 가능한 공지의 것이다.

이들 프릿은 통상, 고온으로 가열되어 유리질을 이루는 산화물 및 규산염의 조합물을 먼저 제조함으로써 만들어진다.

냉각 후 이 유리(glass)는 작은 입자로 파쇄된다.

약 1000℉∼2500℉ 범위의 온도가 유리질 기질 전구체를 연마물의 연마 입자를 함께 결합하는 유리질 기질로 변화시키기 위해 본 발명의 실시예에 사용될 수 있다.

이 같은 가열은 통상 연소단계(firing step)라고 하며, 보통 연마물을 가열시 이용되는 시간 및 온도가 연마물의 크기 및 형태에 따라 제어되거나 가변적으로 제어되는 가마(kiln)이나 로(furnace)내에서 수행된다.

유리질 결합 연마물을 만드는 연소조건은 이 분야에서 잘 알려져 있으며, 이 같은 조건은 본 발명의 실시에도 사용될 수 있다.

연마물을 제조하는데 있어서의 편의 및 연마물의 성능을 개선시키기 위하여 여러 가지 첨가제를 사용하는 것이 이 분야에는 알려져 있다.

이 같은 첨가제조는 윤활제, 충전제, 일시적 결합제 및 공정조제를 들 수 있다.

이들 점가제는 그 의도된 목적에 따라 이 분야에서 알려진 량으로 본 발명의 실시에 사용될 수 있다.

비교적 다공성인(예를 들어 기공도 20체적% 이상인) 유리질 결합된 연마물의 제조도중 야기되는 수축은 이 분야에서 잘 알려져 있다.

주어진 량의, 연마입자, 유리질 기질 전구체 및 임의의 다른 성분들의 혼합물을 주형내에 넣고 압축하면 정해진 크기 및 체적을 갖는 압축된 형상을 이루게 된다.

이 형상은 연마입자와 함께 결합하는 유리질 기질을 이루기 위해 연소단계에서 가열하면 체적이 수축되어 그 결과 유리질 결합된 연마물은 연소전의 압축된 형상보다 그 체적이 줄어들게 된다.

이 수축(즉, 체적감소)을 보상하기 위하여, 연소전의 압축된 형상의 크기를 연소 후의 연마물의 크기보다 충분히 크게하여 연소도중의 수축을 보정하는 것이 알려져 있다.

이 같은 보상은 연소된 유리질 결합된 연마물(예를 들어 연삭휠)을 실질적으로 바라는 크기 및 형태로 되게 한다.

연소동안의 수축을 보상하기에 충분할 뿐만 아니라 바라는 칫수보다 큰 크기를 갖는 연소된 유리질 결합된 연마물을 만든 후 그 연마물을 바라는 칫수로 가공하는 기술 역시 이 분야에는 알려져 있다.

예상되는 수축을 보상하기에 충분한 꼭 그 만큼 큰 크기를 갖는 압축된 형태를 만드는 것이 반드시 바라는 칫수의 연소된 연삭휠을 만드는 것은 아니다.

왜냐하면 수축을 만족할 정도로 제어하고 재현시키는 것이 어렵기 때문이다

이같이 수축을 다루는 방법은 전적으로 만족스러운 것은 아닌 것이다.

필요한 크기보다 큰 연삭휠을 만든 후 이를 적절한 크기로 가공하는 것은 공정수, 시간 및 제조단가를 높이게 된다.

본 발명은 유리질 결합된 연마물을 제조하기 위한 종래의 기술에서의 이 같은 문제점들을 해결하는 것이다.

이들 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 방법에 의하면 수축을 줄이기에 효과적인 량의 SCA(수축조절제)를 연마입자 및 유기질 기질 전구체와 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 수축조절제는 피복되지 않은, 비-연마성, 비-금속성, 미립형의 무기 고체이다.

상기 SCA는 넓은 범위의 입자크기를 갖는다.

이 입자크기는 연마입자보다 클 수도 있고 적을 수도 있다.

본 발명의 실시예서는 60∼325메쉬, (U.S.Standard Sieve Size), 바람직하게는 100∼200메쉬 범위의 입자크기를 갖는 수축조절제를 사용할 수 있다.

유리질 결합된 연마물의 수축은 연마물을 구성하는 각 성분의 량 및 물리-화학적 특성과 그 제조조건에 따라 광범위 하게 변하기 때문에 본 발명의 실시에 사용되는 SCA의 유효량은 넓은 범위에 걸쳐 변화된다.

본 발명에 실시에 있어서는 유리질 결합된 연마물의 체적을 기준으로 약 0.5∼20체적%, 바람직하게는 4∼8체적%의 SCA를 사용할 수 있다.

바람직하게는, SCA는 a) 산소와, 실리콘, 알루미늄 및 마그네슘 원소 중 최소 하나를 함유하는 미네랄, 및 b) 육방 질화불소로 구성되는 그룹에서 선택된 Mohs 스케일 1∼4 범위의 경도를 갖는, 피복되지 않은, 비-연마성, 비-금속성, 미립형 무기고체가 좋다.

산소와, 실리콘, 알루미늄 및 마그네슘 원소 중 최소 하나를 함유하고 Mohs 스케일로 1∼4범위의 경도를 갖는 미네랄의 예를 들면 파이로필라이트(pyrophyllite), 활석, 운모, 앨러페인(allophane), 수활석(brucite) 및 녹니석(chlorite)를 들 수 있다.

미네랄내의 실리콘, 알루미늄 및 마그네슘 중 최소하나의 원소에 덧붙여서 여러 가지 원소(예를 들어 철, 리튬, 칼륨 및 나트륨)중 본 발명의 수축조절제로서 유용하게 사용될 수 있다.

산소의 존재에 덧붙여서 파이로필라이트는 알루미늄과 실리콘을 함유하며, 활석은 실리콘과 마그네슘을 함유하며, 앨러페인은 알루미늄과 실리콘을 함유하며, 수활석은 마그네슘을 함유하며, 녹니석은 실리콘, 알루미늄 및 마그네슘을 함유하며, 운모는 마그네슘, 철, 리튬, 나트륨 혹은 칼륨 중 하나 혹은 그 이상과 함께 알루미늄과 실리콘을 함유한다.

유리질 결합된 연마성 연삭휠 제조에 있어서는 휠 제조에 사용되는 물질과 휠의 크기 및 형상에 따라 그 제조공정 및 조건을 변화시키는 것이 알려져있다.

본 발명의 방법을 실시하기 위한 공정단계 및 조건은 연마물의 형상과 크기 뿐만 아니라 유리질 결합된 연마물을 제조하는데 사용되는 여러 가지 물질에 부합되게 변화시킬 수 있다.

이같이, 예를 들어, 본 발명의 방법을 실시함에 있어서, 연마입자를 유리질 기질 전구체와 함께 혼합하고, 일시적 결합제 물질을 연마입자와 유리질 기질 전구체의 혼합물에 섞고, 첨가제를 부가하고 혼합한 후 이들 앞서 혼합된 성분에 SCA를 부가하고 혼합할 수 있다.

그 결과물인 흔합물을 주형내에 넣고 바라는 크기 및 형상으로 압축한다.

이 압축된 혼합물을 혼합물내의 휘발성 물질을 제거하고 일시적 결합제가 성분들을 일시적 자기지지 형상으로 결합시키기에 충분한 온도로, 그러나 유리질 기질 전구체가 연마입자를,함께 결합하는 유리질 기질로 변하는 온도보다는 낮은 온도로 가열한다.

이 자기지지 형상은 그후 주형으로부터 회수한 후 유리질 기질 전구체가 연마입자를 함께 결합하는 유리를 기질로 변화되는 온도로 가열된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 절차를 따르되 성분들(즉, 연마입자, 유리질 기질 전구체, SCA 등)이 혼합되는 순서를 바꿀 수 있다.

연마입자들은 그 입자를 결합제로 균일하게 도포하기 위해 일시적 결합제 물질로써 혼합한 후 유리질 기질 전구체를 그 도포된 입자와 혼합하고, 다른 성분들은 각기 앞서 혼합된 물질에 부가 혼합하고 SCA를 이들 조합물에 합쳐서 혼합할 수 있다.

본 발명에 의한 방법을 실시하는 다른예는 SCA와 연마입자를 함께 혼합하고, 유리질 기질 전구체를 여기에 부가 혼합한 후 일시적 결합제를 부가 혼합하고 다른 성분들을 각각 부가할 수도 있다.

이 혼합순서 후에 나머지 단계(예를 들어 주형에 혼합물을 부가하고, 그 혼합물을 압축하고, 그 압축된 혼합물을 연소시키는 등)가 수행될 것이다.

이와 같이 연마입자, 유리질 결합전구제체 다른 성분들을 혼합하는 단계는 변화시킬 수 있는 것이다.

이 분야에서 널리 알려진 통상의 혼합 및 부가기술, 조건 및 장치들이 본 발명의 실시에 사용될 수 있다.

연소전에 유리질 결합된 연마물, 예를 들어 연삭휠, 을 압축하기 위한, 이 분야에서 널리 알려진 기술, 조건 및 장치가 사용될 수 있다.

연마물을 연소시키기 전에 이 압축된 유리질결합 연마물을 건조시키는 단계가 일시적 결합제와 함께 그 연마물에 도입되는 물이나 유기용제들을 제거하기 위하여 이 분야에서 널리 알려진 기술, 조건 및 장치를 사용하여 수행될 수가 있다.

그 압측된 연마물을 건조한 후,(통상 '그린 물품' 혹은 '그린 휠' 이라 한다) 고온, 예를 들어 1000℉∼2500℉로 가열하여 연마입자를 함께 결합하는 유리질 기질을 형성한다.

유리질 결합된 연마물, 예를 들어 연삭휠은 일반적으로 공극(즉 자유공간)을 갖는 것으로 알려져 있다.

연마물내의 공극의 량은 연마입자의 크기 및 조성, 공극 유발물질의 조성 및 량, 그리고 연마물이 연소되는 조건에 따라 제어가능하게 변화된다.

유리를 결합된 연마물에서 넓은 범위의 공극도가 이 분야에서 알려져 있다.

이 같은 공극도는 일반적으로 연마물의 체적 퍼어센트로써 나타낸다.

이와 같이, 예들 들어, 유리질 결합된 연마성 연삭휠이 기하학적 체적의 40% 공극도를 갖는다는 것은 연소된 휠의 기하학적 체적의 40%가 공극 혹은 자유공간인 것을 의미한다.

연소된 유리질 결합된 연마물의 체적부 % 공극도는 그 연마물의 알려진 기하학적 체적과 제조시 연소 후 그 연마물 내에 있는 각 성분의 체적%로 부터 계산될 수 있다.

이 연마물에 사용된 각 성분의 중량이 주어지고 각 성분의 참밀도가 그 연마물내의 각 성분의 체적이 계산될 수 있다.

연소 후 연마물내에 보유된 성분들의 전체 체적이 그후 연마물의 기하학적 체적으로부터 뺀 후, 그 결과값을 연마물의 기하학적 체적으로 나눈다.

그렇게 얻은 값에 100을 곱하여 그 연마물의 % 공극도를 얻는다.

마찬가지 방법으로, 연소된 연마물내에 보유된 각 성분 체적 %를 함께 합하고 그 합을 100에서 빼어 체적부 공극도 %를 얻을 수 있다.

이 후자의 순서는 각 실시예에서 연마, 결합 및 수축조절제의 체적부 %를 더하고 그 합을 100에서 뺌으로써 하기 실시예에 응용시킬 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 따라 설명한다.

별도로 설명하지 않는 한 물질의 량은 중량부이고, 온도는 화씨(℉)이며, 메쉬는 U.S Standard Sieve Size 이며, 1) 2A 일루미나는 용융된 알루미나 연마재이며 2) MEM 알루미나는 1989. 11. 21 허여된 미국특허 4,881,951에 개시된 바에 따른 CUBITRON MEM 졸-겔 알루미나 연마재이며, Minnesota Mining and Manufacturing Company 로부터 얻은 것이다. (CUBITRON은 Minnesota Mining and Manufacturing Company의 등록 상표이다)

3) 3029 수지는 고체 우레아포름알데히드수지 65중량% 및 물 35중량%를 갖는 일시적 결합재 물질이다.

4) 결합재 A는 2가지 프릿을 동일한 중량부로 혼합한 것이다.

프릿 번호 1은 중량부로 SiO₂43.5% , TiO₂1.18%, Al₂O₃14.26%, B₂O₂28.63%, CaO 2.14% 및 MgO 10.29%로 조성된 산화물을 갖는다.

프릿 번호 2는 중량부로 SiO₂59.0%, Al₂O₃3.0%, B₂O₃25.0%, MgO 4.0%, LiO₂1.0%, K₂O 2.0%, Na₂O 2.0% 및 ZnO 4.0%로 조성된 산화물을 포함한다.

5) Agrashell은 Agrashell Inc. 로부터 얻은 상업적으로 이용가능한 파쇄된 호도껍질이다.

하기 실시예 1∼34는 명목짓수 0.250×0.254×1.56 인치(0.099입방인지의 제적)을 갖고 수축율을 측정할 수 있게 제조된 유리질 결합된 연마 바(bars)에 관한 것이다.

상기 바들은 실시예에 나타난 물질 및 량(중량%)을 이용하여 다음 방법으로 제조하였다.

연마입자 혹은 연마입자의 혼합물을 수축조절제(즉; 육방질화붕소, 파이로필라이트, 활석 또는 운모 와 철저하게 혼합하였다.

그 결과물인 혼합물에 3029 수지를 첨가하고 함께 혼합하였다. 결합재와 덱스트린을 함께 균일하게 혼합하고 그 결과물인 혼합물을 연마입자, 수축조절제 및 3029 수지의 혼합물에첨가하였다.

그 결과물인 균일한 혼합물 혹은 배합물을 칫수 0.254×1.56 인치인 가변깊이의 주형동공으로 넣고 0.25인치로 압축하였다.

칫수 0.25×0.254×1.56 인치인 가압된 바(bar)를 주형으로부터 빼낸 후 실온에서 최소 1시간 공기 건조시켰다.

수축률 측정을 위한 절차에 따라 바를 측정하고 처리한 후 100℉/hr 속도로 1525℉ 까지 로내에서 가열시키고, 1525℉에서 6시간 유지하였다.

로를 끈 후 그 바를 로내에서 실온으로 냉각시켰다.

실시예 35∼37의 연삭휠은 각 성분들의 혼합 및 압축된 휠의 연소등에 관하여는 실시예 1∼34의 바와 같은 방법으로 제조하였다.

실시예 35∼37의 휠을 제조하는데 사용된 주형은 표시외경이 0.75인치, 두께 0.5인치이고 내경이 0.50인치인 휠을 제조하기 위한 동공을 가졌다.

철저하게 혼합된 실시예 35∼37의 성분들을 휠 주형내에 넣고 요구되는 표시 칫수로 압축한 후 그 압축된 철을 주형에서 빼내었다.

최소 1시간 그 압축된 휠을 공기 건조한 후, 실시예 1∼34의 바를 제조한 절차에 따라 연소시켰다.

다음 실시예에 주어진 체적 % 수축율은 1948 John Wiley Sons Inc에 의해 간행된 A. I. Andrews 의 Ceramic Tests and Celculations의 Chapter Ⅳ, 페이지 27∼42에 기술된 공지의 순서 및 계산방법에 따라 측정되었다.

하기 실시예 몇몇에 있어서는 수축이 아닌 팽창이 일어난 것이 주목된다.

체적 % 팽창은 체적 % 수축과 비슷한 방법으로 측정하였다.

[실시예 4~8]

[실시예 9~11]

[실시예 12, 13]

[실시예 14, 15]

[실시예 16, 17]

[실시예 18, 19]

[실시예 20~22]

[실시예 23, 24]

[실시예 25, 26]

[실시예 27, 28]

[실시예 29, 30]

[실시예 31, 32]

[실시예 33, 34]

[실시예 35~37]

[실시예 38, 39]

실시예 38 및 39의 절삭휠은 실시예 38과 39의 휠에 대하여 사용된 주형의 크기를 제외하고는 실시예 1∼34의 바(bars) 및 실시예 35∼37의 휠을 제조하는데 사용된 것과 같은 방법 및 조건으로 제조하였다.

G-비율(즉, 휠웨어 체적당 제거한 금속체적의 비율)값은 다음 방법으로 수행된 연삭시험에서 측정되었다.

연삭시험에 있어서는 휠을 IEF Cinternal 연삭기 상에 설치하고 내부직경 3인치×1.045인치×0.375인치 52100 철강 원통형 작업대상에서 왕복 연삭을 수행하였고 휠스피드 41009 RPM, 송입속도 0.060 인치/min, 작업대회전속도 150표면 ft/min로 60∼62 Rockwell C로 경화시켰다.

각 시험은 금속 0.75 입방인치를 제거하도록 수행되었다.

각 시험동안 CIMPERIAL HD-90 수성기초 금속가공유를 사용하였으며, CIMPERIAL 은 Cincinnati Mi1acron Inc 의 등록상표이다.

G-비값을 계산하기 위하여 각 시험에 대하여 휠마모 및 제거된 금속을 측정하였다.

Claims (18)

1. (a) 연마입자와 유리질 기질 전구체를 함께 혼합하여 균일한 혼합물을 형성하고, (b) 그 혼합물을 주형내에 넣고, (c) 그 혼합물을 주형내에서 압축하여 압축형상을 형성하고, (d) 상기 유리질 기질 전구체가 연마입자를 함께 결합하는 유리질 기질로 변환되는 온도로 상기 압축형상을 가열하는, 단계를 포함하는 20∼55체적% 범위의 공극도를 갖는 유리질 결합된 연마물 제조방법에 있어서, 수축감소시키는 유효량의 수축조절제를 상기 연마입자 및 유리질 기질 전구체와 혼합하는 단계를 포함하고, 그 수축조절제는 (1) 실리콘, 알루미늄 및 마그네슘 중 최소 하나의 원소와 산소를 함유하는 미네랄 및 (2) 육방질화붕소, 로 구성되는 그룹에서 선택된 Mohs 스케일 1∼4범위의 경도를 갖는 피복되지 않은, 비-연마성, 비-금속성, 미립형, 무기 고체임을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 수축조절제는 실리콘, 알루미늄 및 마그네슘 중 최소하나의 원소 및 산소를 함유한 미네랄 임을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 수축조절제는 비-연마성(hexagonal) 질화붕소임을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계에 일시적 결합재가 포함되며, 상기 유리질 기질 전구체가 상기 연마입자를 함께 결합하는 유리질 기질로 변화되는 온도 이하의 온도로 상기 압축형상을 가열하여 자기지지 형상의 성형물(self supporting shaped molding)을 형성한 후, 상기 성형물을 단계(d)에 앞서 주형으로부터 제거하는 단계를 제공함을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 연마입자는 입방질화붕소(cubic boron nitride)임을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 연마입자는 입방질화붕소 연마입자와 용융된 알루미나 연마입자의 혼합물임을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 연마입자와 유리질 결합된 연마물을 제조하기 위한 다른 성분들을 혼합하기 전에 연마입자와 수축조절제를 혼합하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 수축조절제는 연마물 체적을 기준으로 약 1∼10체적% 량으로 사용됨을 특징으로 하는 방법.
9. 제3항에 있어서, 상기 유리질 기질 전구체인 프릿(frit)임을 특징으로 하는 방법.
10. 제3항에 있어서, 상기 연마입자는 입방질화붕소임을 특징으로 하는 방법.
11. 제3항에 있어서, 상기 유리질 기질 전구체는 프릿임을 특징으로 하는 방법.
12. 제2항에 있어서, 상기 수축조절제는 비-연마성 육방질화붕소임을 특징으로 하는 방법.
13. 제8항에 있어서, 상기 수축조절제는 연마물의 체적을 기준으로 4∼8체적% 임을 특징으로 하는 방법.
14. 제10항에 있어서, 상기 육방질화붕소는 연마물의 체적을 기준으로 1∼10체적%로 사용됨을 특징으로 하는 방법.
15. (a)연마입자와 유리질 기질 전구체를 함께 혼합하여 균일한 혼합물을 형성하고 (b) 그 혼합물을 주형내에 넣고 (c) 그 혼합물을 주형내에서 압축하여 압축형상을 형성하고, (d) 상기 유리질 기질 전구체가 상기 연마입자를 함께 결합하는 유리질 기질로 변환되는 온도로 상기 압축형상을 가열하는 단계를 포함하고, 수축을 감소시키는 유효량의 수축조절제를 상기 연마입자 및 유리질 기질 전구체와 함께 혼합하는 단계를 포함하고, 그 수축조절제는 (1) 실리콘, 알루미늄 및 마그네슘 중 최소하나의 원소와 산소를 함유하는 미네랄 및 (2) 육방질화붕소, 로 구성되는 그룹에서 선택된 Mohs 스케일 1∼4인 경도를 갖는, 피복되지 않은, 비-연마성, 비-금속성, 미립형, 무기 고체임을 특징으로 하는 유리질 결합된 연마물인 방법에 의해 제조된 20∼55체적% 공극도를 갖는 유리질 결합된 연마물.
16. 제15항에 있어서, 상기 수축조절제는 실리콘, 알루미늄 및 마그네슘 중 최소하나와 산소를 함유한 미네랄임을 특징으로 하는 유리질 결합된 연마물.
17. 제14항에 있어서, 상기 수축조절제는 육방질화붕소임을 특징으로 하는 유리질 결합된 연마물.
18. 제14항에 있어서, 상기 연마입자는 질화붕소임을 특징으로 하는 유리질 결합된 연마물.