KR100304832B1 - 다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법 및 이에 따라제조된 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구 - Google Patents

다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법 및 이에 따라제조된 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 드릴이나 휠, 연마 디스크와 같이 다이아몬드를 코팅한 다이아몬드 공구의 표면에 저마찰 재료인 흑연, PTFE, MoS2, WS2,다이아몬드상 카본(DLC;Diamond Like Carbon)등의 박막층을 형성하여 절삭 성능 및 연마 성능을 향상시킬 수 있도록 한 다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법 및 이에 따라 제조된 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 0.1∼100㎛ 의 중심선 평균 거칠기를 갖는 다이아몬드 공구의 표면에, 평균 입경 0.01∼10㎛ 크기의 흑연, PTFE, MoS2, WS2, DLC 분말을 단독 또는 2종 이상 혼합한 혼합 분말을 0.5 ㎛ 이하의 두께로서 버니싱, 또는 진공증착에 의해 코팅하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구가 제공된다.

Description

다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법 및 이에 따라 제조된 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구{A METHOD FOR IMPROVEMENT FOR CUTTING &GRINDING PROPERTY OF DIAMOND TOOL}
본 발명은 드릴이나 휠, 연마 디스크와 같이 다이아몬드를 코팅한 다이아몬드 공구의 표면에 저마찰 재료인 흑연, PTFE, MoS2, WS2,다이아몬드상카본(DLC;Diamond Like Carbon)등의 박막층을 형성하여 절삭 성능 및 연마 성능을 향상시킬 수 있도록 한 다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법 및 이에 따라 제조된 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구에 관한 것이다.
일반적으로 다이아몬드 공구(Diamond Tool)는 공업용 다이아몬드를 연마하여 만든 절삭날에 미립자를 고압 소결한 팁이나, 초경 합금 모재위에 상기 미립자를 엷은 층으로 접착시켜 연강대에 부착한 바이트로서, 절삭날의 수명이 길고 매우 평활하여 미려한 다듬질면을 얻을 수 있으며 세라믹과 같은 난삭재(難削劑)의 절삭 가공에 적합한 특성을 가진다.
이러한 다이아몬드 공구는 공구 표면에 다이아몬드 분말을 코팅하거나, 진공증착(Vacuum coating)법등을 통해 다이아몬드 입자를 공구의 피접착면에 피복시켜 사용하고, 비철금속과 경도가 높은 세라믹등을 가공할 때 사용하며, 코팅되는 다이아몬드 결정립의 크기는 약 0.2∼수백 ㎛의 범위에 속하고, 이들을 코팅하였을 때 중심선 평균 거칠기 Ra 값으로 표시하면 약 0.1∼100 ㎛인 범주에 속한다.
종래 이러한 다이아몬드 공구로 피삭물을 가공시에는 피삭재와 닿는 부분에 많은 힘(응력)이 걸리게 되며, 이러한 응력에 의해 다이아몬드 결정립의 모서리(edge)부위에서 카본의 결정 구조가 변하는 데, 이러한 현상을 '다이아몬드의 흑연화'라고 한다. 이러한 흑연화가 발생되면 마찰계수가 낮아져서 쉽게 마모가 이루어지고, 결국 다이아몬드 결정립의 모서리가 무디어지는 결과를 초래한다.
이와 같이 다이아몬드 결정립의 모서리가 흑연화되고, 무디어지기 때문에 다이아몬드 결정립이 피삭재에 깊이 파고 들지 못하여 절삭 및 연마 성능이 저하된다.
또한, 다이아몬드 박막 표면에 저마찰재료를 코팅하였을 경우 피삭재의 칩이 쉽게 빠져나갈 수 있게 되는 바, 이는 칩이 저마찰재료의 표면에서 쉽게 미끄러져 나갈 수 있기 때문이며, 전술한 흑연화는 피삭재와 닿는 부분에서만 일어나고, 다이아몬드 결정립의 골(Valley)부분에서는 이러한 흑연화가 일어나지 않아 마찰게수가 계속 높은 상태를 유지한다.
상기 칩들이 빠져 나가기 위해서는 이러한 골을 거쳐야 하는 데, 이곳(골)에서는 여전히 마찰계수가 높으므로 칩들이 쉽게 빠져 나가지 못하게 되어 쌓이게 된다.
이렇게 피삭물의 칩(Chip)이 다이아몬드 결정립 사이에 쌓이는 것에 의해서도 절삭성능 및 연마 성능이 떨어지게 되며, 어떤 기구가 주요 인자로 작용하는 지는 가공조건과 분위기에 따라 달라지나, 두 가지 경우 모두 다이아몬드 공구의 절삭성능 및 연마 성능을 저하시키게 된다.
이때, 연삭 숫돌을 사용하여 다이아몬드 공구를 연삭함으로써, 다이아몬드 결정립 사이에 쌓인 칩들을 제거하는 드레싱(Dressing) 과정을 거치는 바, 이러한 드레싱 과정은 필연적으로 가공시간을 증가시켜 생산성 저하의 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 다이아몬드 공구의 초기 절삭 및 연마 성능을 드레싱 과정없이계속적으로 유지할 수 있는 다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법 및 이에 따라 제조되는 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 실시예로서 다이아몬드 박막 시편의 시간에 따른 마찰계수의 변화를 나타낸 그래프,
도 2는 본 발명의 실시예로서 다이아몬드 박막 시편에 대해 트리보 시험한 루비볼의 마모 흔적을 나타낸 사진,
도 3은 본 발명의 실시예로서 다이아몬드 박막위에 PTFE를 증착한 시편의 시간에 따른 마찰계수의 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예로서 다이아몬드 박막 위에 PTFE를 증착한 시편에 대해 트리보 시험한 루비볼의 마모 흔적을 나타낸 사진이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 코팅되는 다이아몬드 결정립의 크기에 의해 0.1∼100㎛ 의 중심선 평균 거칠기를 갖는 다이아몬드 공구의 표면에, 평균 입경 0.01∼10㎛ 크기를 갖는 흑연, PTFE, MoS2, WS2, DLC 분말을 단독 또는 2종 이상 혼합한 혼합 분말을 0.5 ㎛ 이하의 두께로서 버니싱, 또는 진공증착에 의해 코팅하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 중심선 평균 거칠기 Ra 값이 0.1∼100㎛ 인 다이아몬드 공구의 표면에 평균 입경 0.01∼10㎛ 크기의 흑연, PTFE, MoS2, WS2, DLC 분말을 단독 또는 2종 이상 혼합한 혼합 분말이 0.5 ㎛ 이하의 두께로서 버니싱, 또는 진공증착에 의해 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구를 제공한다.
이하에 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
중심선 평균 거칠기 Ra 값이 0.1∼100㎛ 인 다이아몬드 공구의 표면을 평균 입경 0.01∼10㎛ 크기의 흑연, PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene), MoS2, WS2, DLC 분말을 단독 또는 2종 이상 혼합한 혼합분말을 0.5 ㎛ 이하의 두께로서 버니싱하거나, 또는 진공증착법을 통해 다이아몬드 박막을 코팅한다.
이에 따라 다이아몬드 공구가 절삭이나 연마등을 통해 피삭물을 가공시에 상기 다이아몬드의 공구의 버니싱부나 코팅층에 의하여 다이아몬드의 흑연화에 의한 결정립 모서리부위에서의 마모나 무디어짐을 억제하게 되고, 이에 따라 다이아몬드 공구의 절삭 성능 및 연마 성능이 유지될 수 있다.
이때, 혼합 분말의 평균 입경 및 저마찰 재료의 두께가 본 발명의 바람직한 범위를 벗어나는 경우, 처리 효과의 극대화를 기할 수 없게 된다.
즉, 저마찰 재료를 다이아몬드 공구에 코팅할 때 상기 저마찰 재료는 다이아몬드 결정립을 균일하게 덮을 수 있어야 하며, 다이아몬드 결정입에 비해 약 10배 이상 작아야 한다.
만일, 저마찰 재료의 입경이 0.01∼10 ㎛ 범위를 벗어나서 저마찰 재료의 입경이 다이아몬드 결정립의 크기와 유사한 정도가 되면 다이아몬드 결정립을 균일하게 덮기 보다는 다이아몬드 결정립 사이에 놓이게 되어 후속되는 연마가공 공정시에 저마찰 재료가 떨어져 나갈 확률이 높게 된다.
일반적으로 저마찰 재료를 두껍게 증착하면 초기에는 다이아몬드 공구의 연마 성능이 저하된 상태로 유지하다 저마찰 재료가 마모되어 얇게 된 후부터는 다시 다이아몬드 공구의 연마 성능이 향상되는 특성을 나타내고, 이때 코팅층의 박리가 일어나기도 한다.
따라서 마모의 방지를 위해 저마찰 재료를 얇게 코팅할 필요가 있으며, 본 발명에서는 상기 저마찰 재료의 두께를 0.5 ㎛ 이하로 한정하였다. 상기 저마찰 재료의 두께가 0.5 ㎛ 이상일 경우에는 다이아몬드 공구의 연마 성능이 저하되는 결과를 초래할 수 있다.
또한, 이러한 코팅층 두께에서 다이아몬드 공구의 중심선 평균 거칠기 Ra값의 변화를 최소화할 수 있게 된다.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
(실시예)
다이아몬드가 규소(Si) 웨이퍼(Wafer)에 코팅된 시료에 대해 50g의 하중에서 50rpm 속도로 시료를 회전시키면서 직경 3㎜인 루비볼(Ruby ball)을 상대 재료로 사용하여 Ball-On-Disk 마모시험기로 마모 시험을 시행하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 또한, 마모 시험 후 상대재료인 루비볼의 마모흔을 도 2에 나타내었다.
도 1에 나타난 바와 같이, 시료를 회전시키면서 상대 재료로 미끄럼 운동을 하였을 때 계속 마찰계수가 감소하다 약 10000초 이후부터는 안정된 값을 나타내고 있다.
도 2에 도시된 루비볼의 마모 흔적의 직경은 약 1㎜이다.
한편, 위의 시료에 PTFE를 RF 스패터링(Spattering)법으로 증착하여 위와 같은 조건으로 시험한 결과를 도 3에 나타내었고, 이 마모 시험 후 루비볼의 마모흔을 도 4에 나타내었다.
도 3에 나타난 바와 같이, 시료를 회전시키면서 상대 재료로 미끄럼 운동을 하였을 때 초기의 마찰계수가 시험 시간동안 계속해서 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있으며, 상대재료인 루비볼의 마모흔을 보여주는 도 4는 도 2에 비해 마모흔적이 넓어져 있음을 보여주고 있다.
또한, 상기 루비볼에 생긴 마모 흔적의 직경은 약 1.5㎜이다.
이때, 전술한 시험 조건에서 상대 재료인 루비볼을 다이아몬드 공구의 피삭재로 간주할 수 있고, 마모 시험을 연마 과정으로 볼 수 있다.
이러한 실험을 통하여 다이아몬드 공구를 사용하여 연마과정을 거치는 가공 공정은 다이아몬드 공구에 윤활 박막을 버니싱 또는 진공증착에 의해 코팅함으로써 성능 향상을 꾀할 수 있음을 알 수 있다.
다이아몬드 공구 중 휠, 드릴, 연마 디스크와 같이 피삭재를 절단, 구멍을 뚫거나 연마를 하는 데 이용하는 공구는 모두 연마 과정을 통하여 이루어지는 가공 공정이므로 본 발명에서 제안하는 저마찰재료를 코팅함으로써 다이아몬드 공구의 절삭 성능 및 연마 성능이 향상될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면 다이아몬드 공구로 피삭물을 가공시에 끝보기 마찰계수의 감소를 줄이고, 피삭물의 칩(Chip)이 다이아몬드 결정립 사이에 쌓이는 것을 방지하여 다이아몬드 공구의 절삭 성능 및 연마 성능이 향상되는 효과가 있다.
또한, 다이아몬드 결정립 사이에 쌓인 칩들을 제거하는 드레싱(Dressing) 과정이 불필요하게 되어 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 0.1∼100㎛ 의 중심선 평균 거칠기를 갖는 다이아몬드 공구의 표면에, 평균 입경 0.01∼10㎛ 크기의 흑연, PTFE, MoS2, WS2, DLC 분말을 단독 또는 2종 이상 혼합한 혼합 분말을 0.5 ㎛ 이하의 두께로서 버니싱, 또는 진공증착에 의해 코팅하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법.
  2. 중심선 평균 거칠기 Ra 값이 0.1∼100㎛ 인 다이아몬드 공구의 표면에 평균 입경 0.01∼10㎛ 크기의 흑연, PTFE, MoS2, WS2, DLC 분말을 단독 또는 2종 이상 혼합한 혼합 분말이 0.5 ㎛ 이하의 두께로서 버니싱, 또는 진공증착에 의해 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구.
KR1019990036124A 1999-08-28 1999-08-28 다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법 및 이에 따라제조된 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구 KR100304832B1 (ko)

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