KR100285402B1 - 기상화학증착후막다이아몬드공구용칩브레이커의가공방법 - Google Patents

기상화학증착후막다이아몬드공구용칩브레이커의가공방법 Download PDF

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Abstract

일반적으로 칩 브레이커를 제조하기 위해서는 방전가공 또는 기계적인 방법인 절삭 또는 선삭가공을 이용하여 오고 있으며 방전가공의 경우에는 가공하고자 하는 칩 브레이커의 형상에 따라 하나 하나 방전용 치구를 제작하여야 하고,가공시간이 상당히 길기 때문에 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
특히, 방전가공은 반드시 전도성이 있는 소재에 한정되므로 소결다이아몬드를 이용하는 공구의 경우에는 결합제인 Co가 전도체 역활을 하기 때문에 가능하하나 기상화학증착후막 다이아몬드를 이용하는 공구의 경우에는 100% 탄소체의 다이아몬드이므로 방전가공에 의해 칩 브레이커를 제조하는 것은 불가능하다.
또한, 기계적방법인 절삭 또는 선삭에 의하여는 기상화학증착후막 다이아몬드를 가공할 수 없는 단점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 칩 브레이커를 제조하고자 하는 공구의 재질이나 가공하고자 하는 칩 브레이커의 형상에 관계없이 가공시간을 현저히 낮추기 위해 에너지 밀도가 큰 펄스(Pulse)형 및 자외선 영역에 가까운 파장을 갖고 있는 레이져를 선택하여 다이아몬드에 존재하고 있는 결함들이 상기한 가시광 영역 파장대의 레이져를 흡수케 함으로서 다이아몬드에 원하는 형상의 칩 브레이커 가공이 가능하였다.

Description

다이아몬드 공구용 칩 브레이커의 가공방법과 이에 의한 다이아몬드 공구
본 발명은 절삭가공을 위해 사용하는 소결다이아몬드 공구 또는 기상화학증착(Chemical vapor veposition)후막 다이아몬드 공구에 칩 브레이커(Chip Breaker)를 가공하기 위한 다이아몬드 공구용 칩 브레이커의 가공방법과 이에 의해 가공된 칩 브레이커를 형성한 다이아몬드 공구에 관한 것이다.
일반적으로 칩 브레이커는 절삭가공시에 발생하는 칩(Chip)의 처리를 용이하게 하기 위하여 긴 칩을 짧게 절단하거나 나선형으로 감기위해 바이트의 절삭면인 상면(Rake face)에 홈이나 단을 형성하는 것을 말한다.
종래의 소결 다이아몬드나 기상화학증착 후막 다이아몬드 공구는 평탄한 다이아몬드의 소결체나 기상화학증착 후막 다이아몬드 공구의 다이아몬드 후막을 공구인선의 형태로 가공하여 초경모재에 브레이징(Brazing)하여 공구로 사용하고 있다.
이러한 경우에는 절삭부의 상면(Rake face)이 평탄면을 갖게되고, 이러한 평탄한 상면을 갖는 경우에는 절삭시 발생하는 피절삭물의 칩이 연속형태를 갖게되므로 특히, 고속절삭시에는 서로 엉켜 가공물에 결함을 생성시키거나 공구의 절삭날에 손상을 가져오게 되므로 상기한 바와 같은 칩 브레이커의 성형이 필수적으로 요구된다.
이러한 칩브레이커는 첨부한 도면 도 1부터 도4에서 도시하고 있는 바와 같이 다양한 형태를 갖고 있다.
도 1 및 도 2의 경우는 공구(1)를 구성하는 섕크(Shank)(2)상에 초경재의 지지기판(3)을 부착 고정한 상태에서 소결다이아몬드(4)의 상면(4')상에 금속볼(5)을 용접시킨 칩 브레이커의 구조를 보여주고 있다.
이러한 칩 브레이커의 경우에는 절삭시 발생하는 칩을 상기 금속볼(5)과 접촉하면서 칩을 절단시키고 있다.
도 3 및 도 4의 경우에는 공구(1)를 구성하는 섕크(Shank)(2)상에 초경재의 지지기판(3)을 부착 고정한 상태에서 소결다이아몬드(4)의 상면(4')을 일정한 형상과 깊이를 가지도록 요홈(6)을 형성시키는 구조로 이루어지는 홈형(Groove type)칩 브레이커의 구조를 보여주고 있다.
이러한 칩 브레이커의 경우에는 절삭시 발생하는 칩이 요홈(6)의 내벽(6')에 부딪치면서 절단되게 된다.
이러한 홈형 칩브레이커를 제조하기 위해서는 방전가공 또는 기계적인 방법인 절삭 또는 선삭가공을 이용하여 오고 있다.
이러한 종래의 경우에는 칩 브레이커의 형상에 따라 하나 하나 방전용 치구를 제작하여야 하는 문제점이 있고 특히, 방전가공의 경우에는 가공시간이 상당히 길기 때문에 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
더욱이 방전가공은 반드시 전도성이 있는 소재에 한정되므로 소결다이아몬드를 이용하는 공구의 경우에는 결합제인 Co가 전도체 역활을 하기 때문에 가능하하나 기상화학증착후막 다이아몬드를 이용하는 공구의 경우에는 100% 탄소체의 다이아몬드이므로 방전가공에 의해 홈형 칩 브레이커를 제조하는 것은 불가능하다.
기계적방법인 절삭 또는 선삭의 경우에는 상기한 바와같은 홈형 칩브레이커를 제조하기가 매우 곤란할 뿐만 아니라 이 역시 오랜 가공시간을 요하므로 생산성이 떨어지는 단점을 그대로 내포하고 있을 뿐만 아니라 기상화학증착후막 다이아몬드의 경우에는 불가능하다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 칩 브레이커를 제조하고자 하는 공구의 재질이나 가공하고자 하는 칩 브레이커의 형상에 관계없이 가공시간을 현저히 낮추고자 하는데 그 근본적인 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 에너지 밀도가 큰 펄스(Pulse)형의 레이져와 자외선 영역에 가까운 파장을 갖고 있는 레이져를 선택하여 다이아몬드에 존재하고 있는 결함들이 상기한 가시광 영역 파장대의 레이져를 흡수케 함으로서 다이아몬드에 원하는 형상의 칩 브레이커 가공이 가능하였다.
도 1은 칩 브레이커의 구성을 보인 평면도.
도 2는 도1의 요부발췌 단면구성도.
도 3은 칩 브레이커의 다른 구성을 보인 평면도.
도 4는 도 3의 요부발췌 단면구성도.
＜도면의주요부분에대한부호의설명＞
1:공구 2:섕크
3:지지기판 4:소결다이아몬드
4':상면 5:금속볼
6:요홈 6':내벽
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
자외선 영역에 가까운 파장을 갖고 있는 펄스형 레이져 비임(Pulse type laser Beam)을 형성시킨다.
이때 펄스형 레이져 비임(Pulse type laser Beam)의 파장을 300㎚이상으로 형성시키는 경우에는 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 소재를 투과하는 경우가 있으므로 300㎚이하의 파장을 갖고 있는 펄스형 레이져 비임(Pulse type laser Beam)을 형성시키는 것이 가장 이상적이다.
그러나 300㎚이상의 파장을 갖고 있는 경우에도 다이아몬드의 결함에 의한 흡수로 인하여 하기에서 설명되는 바와같은 가공이 진행되므로 이의 사용이 가능하다.
이러한 상태에서 칩 브레이커를 가공하려는 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 소재를 상,하,좌,우 및 승,하강으로 이동이 가능한 이동대에 고정시킨다.
이때 상기한 이동대는 컴퓨터의 제어에 의하여 프로그램된 순서에 입각하여 상,하,좌,우 및 승,하강시킬 수 있다.
이러한 상태에서 상기한 자외선 영역에 가까운 파장을 갖고 있는 펄스형 레이져 비임의 촛점을 상기 상,하,좌,우로의 이동이 가능한 이동대에 고정된 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 소재의 상면(Rake Face)에 일치시킨다.
이때 상기한 레이져 비임의 촛점이 잘 구성될 수 있도록 적절한 렌즈의 사용도 가능하다.
이러한 상태에서 원하는 형상으로 가공하려는 칩 브레이커의 형상에 따라 이동하는 이동대를 프로그램된 순서에 입각하여 상,하,좌,우로 이동시키면서 상기한 레이져 비임을 상기 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 소재의 상면(Rake Face)에 조사를 행한다.
이러한 레이져 비임의 조사에 의하여 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 소재의 상면(Rake Face)이 기 프로그램된 형상으로 깍이면서 원하는 형상의 칩 브레이커를 가공하게 된다.
이때 상기한 레이져 비임의 조사에 의하여 가공되는 칩 브레이커의 깊이는 매우 제한적이므로 이동대를 조사되는 레이져 비임의 위치와 가깝게 이동되도록 하여 반복적 조사를 행함으로서 원하는 깊이를 가진 칩 브레이커를 가공할 수 있게된다.
이러한 본 발명에 의한 레이져 비임을 이용하는 경우에는 칩 브레이커의 가공시간을 줄이고 가공 정밀도를 유지하기 위해서 레이져 비임의 형상이 점 또는 원형이 아니라 직사각형의 비임이 유리하다.
이러한 직사각형의 레이져 비임의 형성은 직사각형의 촛점이 잡혀지도록 한 렌즈의 사용으로 그 형성이 가능하다.
이러한 것은 직사각형의 비임의 경우에는 점 또는 원형에 비하여 길이가 길기 때문에 한번의 이동에 의하여 가공하는 폭과 길이가 증대되는 것이므로 그 만큼 가공시간이 짧아지게 된다.
특히, 가공하고자 하는 칩 브레이커의 가공깊이는 레이져 비임의 강도에 비례하는 것이므로 가공대상물인 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 소재의 상면(Rake Face)에 분포하는 레이져 비임의 강도도 균일하게 분포하여야만 균일하고 일정한 깊이를 가진 칩 브레이커의 가공이 가능하게 된다.
따라서 사용하고자 하는 레이져 비임의 형상은 점 또는 원형에 비하여 직사각형의 비임의 사용이 더욱더 효과적이다.
그러나 직사각형의 레이져 비임은 점 또는 원형의 레이져 비임에 비하여 길이가 길기 때문에 가공 면적을 극대화할 수는 있으나 레이져 비임의 밀도가 낮은 경우에는 가공 소재인 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드의 표면의 가공이 이루어지지 않으므로 이의 가공이 가능한 레이져 비임의 밀도를 확보해야 하는 것을 유의해야 한다.
이러한 직사각형의 레이져 비임을 형성하는 것은 이를 형성하기 위한 렌즈의 사용이 아니라 직사각형의 마스크(Mask)를 구성하여 레이져 비임을 통과시킴으로서 그 사용을 행할 수 있다.
즉, 상기한 직사각형의 마스크에 레이져 비임을 조사하여 주게 되면 통과된 레이져 비임이 직사각형을 형성하면서 가공하고자 하는 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 소재의 상면(Rake Face)에 조사되도록 함으로서 원하는 형상을 가진 칩 브레이커의 제조도 가능하다.
특히 이러한 본 발명에 의하여 칩 브레이커를 가공함에 있어서, 가공소재인 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드에 레이져 비임의 조사와 동시에 상기한 소재의 상면(Rake Face)에 산소를 분사시켜 줌으로서 그 가공시간을 크게 단축할 수 있다.
이러한 것은 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드는 탄소로 이루어져 있기 때문에 산소의 분사에 의해 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드의 흑연화를 통한 기화반응을 촉진시켜 이의 가공속도를 한층 더 증가시킬 수 있게 되는 것이다.
이러한 본 발명은 다음의 비교예 및 실시예에 의하여 그 효과를 입증할 수 있었다.
비교예1
직사각형의 마스크를 이용하여 직사각형의 레이져 비임을 형성하였다.
이러한 형상의 레이져 비임은 가공하고자 하는 소재인 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드의 상면에 형성시킨 결과 그 크기가 가로 630㎛이였고, 세로가 200㎛이였다.
이러한 레이져 비임을 가공소재인 상기 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드의 상면에 조사를 행하여 반경 0.25㎜의 반원통형 칩 브레이커를 제작하였다.
이때 상기한 가공소재는 0.5㎜/초의 속도로 상,하,좌,우로 방향성을 갖도록 이송되도록 하였고, 100번의 이송을 시도하여 칩 브레이커의 깊이를 0.25㎜가 되도록 가공하는데 약 15분이 소요되었다.
이러한 동일 형상,동일 크기 및 동일 깊이를 가진 칩브레이커를 종래의 방전가공에 의하여 소결다이아몬드 소재에 가공하여 본 결과 약 60분이 소요 되었고, 기상화학증착후막 다이아몬드 소재의 경우에는 방전가공으로 칩 브레이커의 가공이 불가능하였다.
비교예2
직사각형의 마스크를 이용하여 직사각형의 레이져 비임을 형성하였다.
이러한 형상의 레이져 비임은 가공하고자 하는 소재인 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드의 상면에 형성시킨 결과 그 크기가 가로 630㎛이였고, 세로가 200㎛이였다.
이러한 레이져 비임을 가공소재인 상기 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드의 상면에 조사를 행함과 동시에 산소를 분사시키면서 반경 0.25㎜의 반원통형 칩 브레이커를 제작하였다.
이때 상기한 가공소재는 0.5㎜/초의 속도로 상,하,좌,우로 방향성을 갖도록 이송되도록 하였고, 100번의 이송을 시도하여 칩 브레이커의 깊이를 0.25㎜가 되도록 가공하는데 약 10분이 소요되었다.
실시예1
직사각형의 마스크를 이용하여 직사각형의 레이져 비임을 형성하였다.
이러한 형상의 레이져 비임은 가공하고자 하는 소재인 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드의 상면에 형성시킨 결과 그 크기가 가로 630㎛이였고, 세로가 200㎛이였다.
이러한 레이져 비임을 가공소재인 상기 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드의 상면에 조사를 행하여 반경 0.25㎜의 반원통형 칩 브레이커를 제작하였다.
이때 상기한 가공소재는 0.5㎜/초의 속도로 상,하,좌,우로 방향성을 갖도록 이송되도록 하였고, 100번의 이송을 시도하여 칩 브레이커의 깊이를 0.25㎜가 되도록 가공하는데 약 15분이 소요되었다.
이렇게 가공한 상기 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 공구를 이용하여 Al-15%Si 합금의 선삭을 행하였다.
선삭조건은 절삭속도 700m/min, 절입량 0.1mm, 이송속도 0.2mm/rev.이였고, 30분간 습식선삭을 행하였다.
이러한 선삭조건에 의하여 선삭시 배출된 칩은 1∼2mm의 길이를 갖고 절단되었다.
피삭재는 물론이고 본 발명에 의한 상기의 공구도 손상이 되지 않았다.
이상 상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 소재에 레이져 비임을 이용하여 칩 브레이커를 효과적으로 가공할 수 있도록 함으로서 칩 브레이커의 가공시간을 현저히 낮추어 생산성을 향상시킨 매우 유용한 효과를 창출하게 된다.

Claims (2)

  1. 칩 브레이커를 가공함에 있어서,
    자외선 영역에 가까운 파장을 갖고 있는 펄스형 레이져 비임을 상,하,좌,우 및 승,하강으로 이동이 가능한 이동대에 고정된 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 소재에 촛점을 일치시킨다음,
    원하는 형상으로 가동하려는 칩 브레이커의 형상에 따라 이동하는 상기 이동대를 프로그램된 순서에 입각하여 상,하,좌,우로 이동시키면서 상기한 레이져 비임이 상기 이동하는 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 소재에 조사를 행하면서 기 프로그램된 형상의 칩 브레이커를 가공하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 칩 브레이커의 가공방법.
  2. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펄스형 레이져 비임이 직사각형의 촛점으로 형성되어 소결다이아몬드 또는 기상화학증착후막 다이아몬드 소재에 칩 브레이커를 가공하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 칩 브레이커의 가공방법.
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