KR100415787B1 - 철-탄화니오브 자성연마재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 균일한 혼합과 혼합 시간의 단축을 위하여 강성이 있는 볼과 연마특성을 가진 탄화물 계통의 연마용 분말, 그리고 자성재료인 철 분말을 밀폐된 용기에 넣고 일정시간 혼합한 후에 압력을 가하여 일정한 크기의 분체를 만들고, 분체는 플라즈마를 이용하여 용해하고 최종적으로 분쇄기를 이용하여 분체를 분쇄하여 자성지립을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 혼합과정과 분체를 제조하는 공정을 첨가함으로써 기존의 제조방법에서 발생한 편석 현상을 제거할 수 있음으로써 자성 연마재의 수명과 연마특성을 한층 더 증가시킬 수 있다. 또한, 기존의 방법과 비교하여 대량 생산 또는 짧은 시간 내에 생산하는 것이 가능하여 시간적, 경제적 이점도 도모할 수 있는 우수한 제조방법이다.

Description

철-탄화니오브 자성연마재의 제조방법{Manufacturing Method of Fe-NbC Magnetic Abrasive}

본 발명은 Fe-NbC자성 연마재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

더욱 상세히는, 본 발명은 최종 연마 공정에 사용되는 연마 매체로서, 자성을 갖는 철 분말과 연마 특성을 가지는 NbC를 이용한 연마재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

세계 각국의 경제 성장 기반은 내구소비재의 대량 생산체제의 확립에 있다고 해도 과언이 아니며, 이 양산 기술을 지원하는 핵심 기술은 금형 기술을 위시한 기계부품 가공기술이다. 각종 기계 부품이나 금형의 제작 공정에서 1차 형상가공은 각종 CNC 공작기계와 CAM 시스템 등을 사용함으로써 매우 복잡한 3차원 자유 곡면의 형상까지 자동화가 가능하게 되었다. 그러나 이들 제품 제작의 최종 다듬질 공정인 연마 가공은 전체 공정의 30 ~ 50 %를 점유하고 있음에도 아직 기계화나 자동화가 되지 못하고 재래식 방법인 숙련공의 수작업에 의존하고 있다. 특히, 자동화연마 가공기나 연마용 로봇은 매우 고가이므로 영세한 금형 제조업체가 사용하기에는 큰 부담이 되고 있는 실정이다.

이러한 점을 개선하기 위하여, 금형가공이나 정밀가공에 있어서 최종가공 단계에 이용하기 위한 장치로서 최종 연마기기가 개발되고 있다. 그러나, 최종단계의 연마기기에서 연마 매체로 사용되는 자성지립 분말은 수입에 의존하고 있으며, 수명과 효율이 낮을 뿐만 아니라 고가이므로 최종 연마기기의 파급효과는 매우 낮은 실정이다.

기존의 수입 자성지립은 소결법이나 플라즈마 용접법 등을 이용하여 제조되고 있으며, 일반적으로는 철 분말과 연마분말을 혼합한 다음, 플라즈마 용접기를 이용하여 용접 비드를 만든 후, 비드를 파쇄하는 방법에 의해 자성 연마재를 제조하고 있다. 그러므로, 제조공정에 비하여 제조되는 연마재의 양이 매우 적고 비효율적이며 소량생산에 한정되었다.

본 발명은 종래의 방법에 기술적 방법을 추가함으로써 상기의 결점을 해결하고자 하는 것이다. 종래의 방법은 분말을 혼합한 다음, 플라즈마 용접기를 사용하여 발산되는 플라즈마 열원을 이용하여 비드를 제조하고 파쇄하여 자성지립을 제조하는 것이다. 그러나, 비드를 제조할 경우, 기지와 연마재의 비중 차이에 의해 편석이 발생하여 기지와 연마재 간에 균일한 분포를 이루기가 힘들고 자성지립의 효율이 낮아지는 문제가 있다.

또한, 자성 연마재의 철분말과 연마재의 비율에서도 자성연마 특성에 큰 영향을 미친다. 그러므로, 본 발명에서는 혼합물 조성에 의한 자성연마재의 결합력과 연마특성을 개선하였다.

또한, 본 발명은 종래 방법에 분체를 제조하는 성형공정을 추가함으로써 상기의 문제점이 해결된 자성연마재를 제조하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 산화방지를 위하여 불활성가스인 아르곤 분위기 하에서 플라즈마 또는 전기아크 열원을 이용하여 철 기지만을 용해하여 용융체를 쉽게 제조하는 방법을 제공한다.

또한, 종래의 방법으로 제조된 비드에는 내부에 기공이 존재하지 않으므로 파쇄시에도 일정한 크기 이하는 제조하기 어려웠다. 따라서, 본 발명은 성형체를 제조할 때, 일정한 크기의 기공도를 가지도록 함으로써 파쇄시에 최종 연마 가공공정에 필요한 자성지립의 크기를 쉽게 얻을 수 있고 생산성이 크게 향상되도록 하였다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 자성지립의 제조공정을 나타낸 도면이다.

도 2는 압분체를 일정한 압력으로 제조하는 것을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 사용된 플라즈마 용해공정의 모식도이다.

도 4는 본 발명에 따른 용해공정 후의 Fe-NbC 분체를 나타낸 사진이다.

도 5는 본 발명에 따른 분쇄된 Fe-NbC 자성지립을 나타낸 사진이다.

도 6은 기존의 플라즈마 제조법에 의해 제조된 Fe-NbC 자성지립의 미세조직 사진이다.

도 7은 본 발명에 의해 제조된 Fe-NbC 자성지립의 미세조직사진이다.

도 8a ~ 8c는 본 발명에 따라 제조된 Fe-NbC 자성지립을 사용하여 연마하였을 때 연마시간에 따른 금속 가공물의 표면 조도 변화를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 자성지립의 제조 방법은 다음과 같은 단계로 이루어진다.

1)철계분말과 NbC의 연마재를 혼합하는 단계,

2)혼합된 분말을 프레스를 이용하여 성형하는 단계,

3)성형된 압분체를 용해공정을 이용하여 용해시키는 단계

4)챔버 내부의 아르곤 분위기 하에서 압분체를 냉각시키는 단계,

5)분체를 단순 파쇄기를 이용하여 파쇄하고 분쇄하는 단계, 및

6)시브를 이용하여 분급하는 단계.

본 발명의 방법에서 혼합분말은 프레스를 이용하여 성형압을 가함으로써 일정한 크기 및 강도를 갖도록 성형되며 균일한 분포를 갖게 된다. 또한, 본 발명의 방법은 용해 공정에 플라즈마 열원 또는 전기 아크를 사용하여 철 기지 만을 용해하여 용융체를 쉽게 제조할 수 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

자성을 가진 철계 분말에 연마특성을 가진 NbC의 연마재를 일정시간 동안 균일하게 혼합한다. 본 발명의 제조방법에서, 혼합물로서 Fe 30 ~ 50 부피% 및 연마재 NbC 50 ~ 70 부피%의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 자성연마재 내부에 철 분말의 비율이 50 부피% 이상이 첨가될 경우에는 결합력을 증가시키는 반면, 연마재인 NbC의 비율이 상대적으로 낮아져서 연마특성이 매우 나빠져서 파쇄가 어렵게 되며, 반대로 철분말의 비율이 30 부피% 이하가 될 경우에는 쉽게 파쇄되는 반면에 자성 연마재 내부의 결합력이 떨어져 연마재의 수명이 급격히 떨어지게 된다.

그 다음 균일한 분말을 일정 크기 및 강도를 갖도록 프레스로 성형시킨다. 일정한 압력으로 압분체를 제조하는 공정을 도 2에 나타내었다.

압분체는 도 3에 나타낸 플라즈마 용해 공정을 이용하여 용해시킨다. 용해 공정 중 압분체의 산화를 방지하기 위해 챔버 내를 불활성가스 또는 질소분위기하에서 유지시킨다. 챔버의 내부에 용해용 다이를 설치하고 그 위에 압분체를 올려놓고 철 분말을 용해시킬 수 있는 고열원을 가진 플라즈마 또는 전기 아크를 사용하여 철 분말을 완전히 용해시킨다. 이때 플라즈마 또는 전기 아크 열원에 의해 다이가 파손되는 것을 막기 위해 다이 내부에는 냉각수를 흘려주며, 용해된 제품은 챔버 내부에서 냉각수가 흐르는 다이 위에서 일장시간 동안 아르곤 분위기 하에서 냉각 시킨 후에 챔버 외부로 방출시킨다.

용해된 후 냉각된 융체를 도 4에 나타내었다. 냉각된 융체는 자동연마 공정에 사용하기 위해 자동화 단순 파쇄기를 사용하여 분쇄된다. 본 발명의 성형체는 그 내부에 일정한 크기의 기공도를 가지므로 최종 연마 공정에 필요한 원하는 크기의 자성지립을 쉽게 얻을 수 있다. 분쇄된 자성지립의 형태를 도 5에 나타내었다. 분쇄된 자성지립은 시브를 이용하여 분급한다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 최종 지립의 미세조직을 광학 현미경을 이용하여 지립 내부의 철 기지와 연마재의 분포도를 확인하였다. 종래의 방법에 따라 일반적인 플라즈마원을 이용하여 용해하여 비드를 제조한 경우에는 도 6에 나타난것과 같이 NbC가 비드의 각 부분에 불균일하게 분포되어 있었는데 반하여, 본 발명의 방법으로 제조된 경우에는 도 7에 나타낸 바와 같이 철 기지내에 자성지립이 아주 균일하게 분포되어 있음을 알 수 있다. 또한, 위와 같은 결과는 전기 아크 열원을 이용하였을 경우에도 동일하게 얻을 수 있다.

본 발명에 의해 제조된 자성지립을 사용하여 금속가공물을 정밀 연마가공한 후 그 표면 조도를 검사하였다. 표면은 시간이 증가됨에 따라 경면(鏡面)에 가깝게 연마되었고, 시간에 따른 가공 후의 표면 조도(roughness)의 변화를 도 8a ~ 8c에 나타내었다.

본 발명에 따른 자성지립의 제조방법의 이점은 다음과 같다.

첫째, 성형 공정을 이용하여 압분체를 먼저 제조한 후에 용융시킴으로써, 철계 분말의 기지내에 NbC 연마재가 균일한게 분포되어 있는 자성지립을 경제적으로 쉽게 만들 수 있다.

둘째, 철 분말을 용해할 수 있는 열원만 있으면 제품 제조가 가능하므로 필요한 장비를 획기적으로 줄일 수 있다.

셋째, 제조된 용융체는 내부에 존재하는 기공으로 인하여 단순한 파쇄에 의해서도 쉽게 파쇄되며 원하는 크기를 쉽게 얻을 수 있다.

넷째, 본 발명의 방법으로 제조된 자성지립을 이용하여 자성 연마공정을 행하였을 경우, 가공물의 표면 조도는 경면에 가깝게 나타났으며, 효율이 매우 높게 나타났다.

Claims (3)

1. Fe-NbC 자성연마재의 제조방법에 있어서,

   1)철계분말 30 ~ 50 부피%과 NbC 50 ~ 70 부피%를 혼합하는 단계,

   2)혼합된 분말을 프레스를 이용하여 성형하는 단계,

   3)성형된 압분체를 용해공정을 이용하여 용해시키는 단계

   4)챔버 내부의 아르곤 분위기 하에서 압분체를 냉각시키는 단계,

   5)분체를 단순 파쇄기를 이용하여 파쇄하고 분쇄하는 단계, 및

   6)시브를 이용하여 분급하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Fe-NbC 자성연마재의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 용해공정 중 열원으로서 플라즈마 또는 전기아크가 사용되는 Fe-NbC 자성연마재의 제조방법.
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