KR100466510B1 - 금속 인서트형 다이아몬드 공구 - Google Patents
금속 인서트형 다이아몬드 공구 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 의한 금속 인서트 형 다이아몬드 공구는, 다이아몬드 지립이 혼합되어 형성된 지립층 사이에, 상기 지립층 보다 절삭 작업에 의해 쉽게 마모되는 철 또는 비철계 금속판을 내입시키는 구성으로, 피삭재를 절단하는 절삭작업에 의해 자연적으로 오목한 형상의 홈이 형성되어 피삭재와의 접촉부하가 감소되므로 샹크의 진동유발(와블링)을 억제할 수 있고, 절삭칩 및 냉각수가 원활히 배출되는 배출통로가 자연적으로 확보되며, 또한 다이아몬드 지립 함량과 결합재의 내마모도를 동일하게 제조하게 되므로 소결 작업에 따른 수축률을 고려할 필요가 없고, 제조 공정이 단순하여 제조 비용이 감소되는 동시에 생산성도 향상시킬 수 있으며, 아울러 상기 금속판의 면적을 조정하는 방법으로 쉽게 절삭하고자 하는 피삭재와 공구 사용 조건의 변화를 고려할 수 있는 설계가 용이하다는 장점이 있다.
Description
본 발명은 다이아몬드 공구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다이아몬드 지립이 혼합되어 형성된 지립층 사이에, 상기 지립층 보다 절삭 작업에 의해 쉽게 마모되는 철 또는 비철계 금속판을 내입시키는 구성으로, 피삭재를 절단하는 절삭작업에 의해 자연적으로 오목한 형상의 홈이 형성되도록 함으로써, 피삭재와의 접촉부하가 감소되어 샹크의 진동현상(와블링)을 방지할 수 있고, 절삭칩 및 냉각수가 원활히 배출되는 배출통로가 자연적으로 확보될 수 있도록 구성되는 금속 인서트형 다이아몬드 공구에 관한 것이다. 아울러, 본 발명은 쏘(saw), 코어드릴(core drill), 커터(cutter), 쏘 블레이드(saw blade), 와이어 쏘(wire saw) 등의 적용 가능한 모든 공구에도 적용된다.
일반적으로 다이아몬드 공구는 샹크(shank) 상에 결합 부착되어 피삭재(workpiece) 대상을 절삭 및 연마하는 다이아몬드 지석부와, 상기 지석부를 절삭기나 연마기 등에 장착하기 위한 샹크로 구성된다. 이때, 절삭팁은 복수개의 다이아몬드 지립과 금속결합재로 이루어진다. 다이아몬드, 지립, 또는 다이아몬드 지립은 인조 및 천연 다이아몬드와 입방정질화붕소(cBN, cubic boron nitride)를 일반적으로 지칭하며, 추가적으로 탄화실리콘(silicone carbide) 및 알루미나(alumina) 등의 초연마재, 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물을 의미하는 용어인 것을 미리 밝혀둔다. 또한 사용되는 샹크는 통상 스테인레스강 또는 탄소강과 같은 금속 재료로 이루어진다.
샹크에 지립 및 지석부를 결합시키는 방법 중의 하나로 소결팁 용접법(이하소결법이라 함)이 공지된 바, 이와 같은 소결법은 일반적으로 결합재 금속과 지립을 미리 혼합, 프레스 성형, 소결하고 난 후 은납 융착, 레이저 용접 또는 저항 용접 등을 이용해서 형성되는 절삭팁을 샹크에 접합시키는 방법을 지칭한다.
도 1a는 소결법에 의해 형성되는 절삭팁을 샹크 상에 부착시킨 종래의 쏘 블레이드 일부의 정면도를 도시하고, 도 1b는 도 1a에서 선 I-I를 따라 취한 단면도를 도시한다.
통상의 쏘 블레이드는 원판 형상으로, 원주 방향으로 서로 이격되고 방사상으로 돌출된 복수개의 절삭팁들이 원판 둘레에 형성되어 있으나, 도 1a 및 도 1b에서는 공구의 팁 일부만을 도시하고 있다. 전술된 바와 같이, 소결법은 금속 결합재(120)와 지립(130)을 미리 혼합, 프레스 성형, 소결하기 때문에 도 1b에 도시된 바와 같이 금속 결합재(120) 사이에 복수의 지립(130)들이 공구의 절삭팁 내부에 불균일하게 분포되어 있다. 이와 같은 절삭팁은 레이저 용접, 은납 융착, 저항 용접에 의해 형성된 용접부(115)를 통하여 샹크(110)에 접합된다. 이때, 도 1b에 도시된 바와 같이, 절삭팁은 샹크(110)에 부착되는 부분에 지립(130)이 없이 결합재만 존재하는 블랭크(blank)(125)를 두어 추후 샹크(110)와의 레이저 용접을 용이하게 한다.
또 하나의 쏘 블레이드 제조 방법으로서, 전술된 방법과 다른 방식인 샹크(110)와 동시가압소결법이 있다. 상기 샹크와 동시가압소결법은 샹크(110)를 주형의 중심부에 위치시키고 금속 결합재(120)와 다이아몬드 지립(130)이 혼합된 분말을 주형에 충진시켜 금속 결합재(120) 및 지립(130)을 샹크(110)와 함께 가압소결하여 다이아몬드 공구를 제작하는 방식으로서, 이러한 방식은 일반적인 커터 제품을 제작할 때 많이 사용된다. 따라서, 이하에서 소결법은 이미 공지된 방법인 팁을 별도로 제조하여 샹크(110)와 레이저 용접, 은납융착, 저항용접 등으로 접합하여 제조하는 방법과 샹크와 동시가압소결법 등을 포함한 모든 가능한 제조방법을 포함하여 소결법이라 통칭한다.
한편, (이하 다른 도면을 포함하여) 도 2a 및 도 2b에 도시된 다이아몬드 지립의 크기와 형상은 설명을 보다 명확하게 하기 위하여 샹크(110) 등에 비해 과장되게 도시되어 있으며, 그 개수 역시 실제보다 적게 혹은 많게 도시하였음을 밝혀둔다.
도 2는 소결법에 의해 제조된 종래의 쏘 블레이드를 이용하여 피삭재를 절단하는 경우, 쏘 블레이드의 사용에 따른 절삭팁의 마모 상태를 도시한다.
도 2의 (a)는 도 1b에 도시된 쏘 블레이드의 금속 결합재(120)와 지립(130)으로 이루어진 절삭팁(140)과, 상기 절삭팁(140)이 접합된 샹크(110) 일부의 단면도를 간략히 나타낸 것으로서, 제조 후 절삭 작업을 아직 수행하지 않은 상태를 도시한다. 상기와 같은 쏘 블레이드로 피삭재를 절단하는 경우, 초기에 쏘 블레이드의 절삭 정면인 절삭팁(140)의 선단부(140a)가 피삭재와 접촉하면서 절삭 작업을 수행하고, 그 이후에는 절삭팁(140)의 선단부(140a)와 함께 측면부(140b)가 함께 절삭 작업에 참여하게 된다.
상기와 같은 종래의 쏘 블레이드는 절삭팁(140)의 선단부(140a)의 형상이 평탄하여 초기 절삭시에 절삭 부하가 크게 걸리므로 초기 절삭력이 떨어지게 되고,또한, 이러한 쏘 블레이드의 사용 기간이 증가함에 따라 절삭팁(140)에 마모가 발생하게 되는 바, 그 형상은 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 절삭팁(140)의 높이와 폭이 줄어드는 동시에 선단부(140a)가 둥근 형상을 갖게 된다. 이러한 라운딩 형상이 이루어지는 것은 절삭팁의 선단부와 측부가 서로 만나는 부분에서 절삭 작업이 가장 활발하게 일어나기 때문으로, 절삭시 선단부(140a)가 둥근 형상으로 마모되어 마찰부위가 증가됨에 의해 와블링 현상에 따른 절삭 성능의 저하를 초래할 수 있고, 아울러 피삭재의 절삭 중에 절분과 냉각수의 적절한 배출 통로를 제공하지 못하기 때문에 우수한 절삭 성능을 기대하기 어렵게 한다는 문제점을 가지고 있었다.
도 3은 절삭 작업시 자연적으로 오목홈이 형성되는 종래의 쏘 블레이드를 이용하여 피삭재를 절단하는 경우, 쏘 블레이드의 사용에 따른 절삭팁의 마모 상태를 도시한다.
전술한 문제점을 해결하고자 다양한 다이아몬드 팁의 제조기술이 개발되어 공지된 바, 그 중 하나의 실시예로 도 3a의 (a)에 도시된 바와 같이, 절삭팁의 지립(130) 함량을 전체에 걸쳐 동일하게 하되, 측면부 결합재(120b)의 내마모도가 중심부 결합재(120a)의 내마모도 보다 더 높게 형성되도록 함으로써, 도 3a의 (b)에서처럼, 절삭 작업에 따른 피삭재(160)와의 마찰에 의해 자연적으로 오목홈(154)이 형성될 수 있게 하는 방법이 있고, 다른 실시예로 도 3b의 (a)에 도시된 바와 같이, 결합재의 내마모도가 전체에 걸쳐 동일하도록 절삭팁을 구성하되, 상기 절삭팁 중심부에서의 지립(130) 함량이 측면부에서의 지립 함량 보다 더 많게 형성되도록 함으로써, 도 3b의 (b)에서처럼, 절삭 작업에 따른 피삭재(160)와의 마찰에 의해자연적으로 오목홈(154)이 형성될 수 있게 하는 방법이 있으며, 또 다른 실시예로 도 3c의 (a)에 도시된 바와 같이, 절삭팁 측면부 결합재(120b)의 내마모도가 중심부 결합재(120a)의 내마모도 보다 더 높게 형성되도록 하고, 상기 절삭팁 중심부에서의 지립 함량이 측면부에서의 지립 함량 보다 더 많게 형성되도록 함으로써, 도 3c의 (b)에서처럼 절삭 작업에 따른 피삭재(160)와의 마찰에 의해 자연적으로 오목홈(154)이 형성될 수 있게 하는 방법이 있다.
그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 절삭팁은 제조 과정에 있어서, 양 측면부와 중심부에서의 지립 함량 또는 결합재의 내마모도를 변경하여 제작해야 하므로, 각기 다르게 이루어지는 지립과 결합재의 혼합 및 성형 공정이 매우 복잡해지게 되고, 또한 절삭팁의 양 측면부와 중심부가 겹쳐지는 3층 구조로 제조됨에 따라, 프레스 성형 공정에 있어서도 상기 측면부와 중심부의 특성을 적절하게 고려해야하므로 동일한 지립 함량과 결합재로 이루어지는 절삭팁 제조를 위한 프레스 성형 공정에 비해 복잡해지게 되므로, 제조비용이 비싸지고, 생산성의 저하를 불러일으킬 수 있으며, 작업자의 착오를 유발하기 쉽다는 단점이 있었다.
또한, 소결 공정에 있어서도 중심부와 양 측면부의 지립 함량 또는 결합재의 내마모도가 다르게 제조되어야 하는 구조적 특성상, 양 측면부와 중심부의 수축률에 차이가 생기게 되므로, 우수한 기계적 특성을 갖는 절삭팁을 제조하기 어려웠으며, 아울러, 절삭팁의 설계 과정에 있어서도 3a, 도 3b, 도 3c에 도시된 방법 중 하나를 선택하여 절삭하고자 하는 피삭재 및 공구의 사용 조건에 적합하도록 다이아몬드 지립의 함량을 조절하고 결합재의 내마모도를 결정해야 한다는 번거로움이있었다.
본 발명은 상기 전술한 문제점을 해소하고자 안출된 것으로, 다이아몬드 지립이 혼합되어 형성된 지립층 사이에, 상기 지립층 보다 절삭 작업에 의해 쉽게 마모되는 철 또는 비철계 금속판을 내입시키는 구성으로, 피삭재를 절단하는 절삭작업에 의해 자연적으로 오목한 형상의 홈이 형성되어 피삭재와의 접촉부하가 감소되므로 샹크의 진동유발(와블링)을 억제할 수 있고, 절삭칩 및 냉각수가 원활히 배출되는 배출통로가 자연적으로 확보되며, 또한 다이아몬드 지립 함량과 결합재의 내마모도를 동일하게 제조하게 되므로 소결 작업에 따른 수축률을 고려할 필요가 없고, 제조 공정이 단순하여 제조 비용이 감소되는 동시에 생산성도 향상시킬 수 있고, 아울러 상기 금속판의 면적을 조정하는 방법으로 쉽게 절삭하고자 하는 피삭재와 공구 사용 조건의 변화를 고려할 수 있는 설계가 용이한 금속 인서트형 다이아몬드 공구를 제공하는데 목적이 있다.
도 1a는 소결법에 의해 형성되는 절삭팁을 샹크(110) 상에 부착시킨 종래의 쏘 블레이드 일부의 정면도를 도시하고, 도 1b는 도 1a에서 선 I-I를 따라 취한 단면도를 도시한다.
도 2는 소결법에 의해 제조된 종래의 쏘 블레이드를 이용하여 피삭재를 절단하는 경우, 쏘 블레이드의 사용에 따른 절삭팁의 마모 상태를 도시한다.
도 3은 절삭 작업시 자연적으로 오목홈이 형성되는 종래의 쏘 블레이드를 이용하여 피삭재를 절단하는 경우, 쏘 블레이드의 사용에 따른 절삭팁의 마모 상태를 도시한다.
도 4는 본 발명에 의한 다이아몬드 공구의 일 예인 쏘 블레이드(200)의 일부가 사시도(도 4의 (a)), 정면도(도 4의 (b)) 및 측면도(도 4의 (c))를 도시한다.
도 5는 본 발명에 의한 쏘 블레이드(200)의 사용에 따른 절삭팁(240) 선단부가 마모된 상태를 도시한다.
도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 절삭팁에 내입되는 금속판의 변형된 실시예를 도시한다.
도 9는 본 발명에 의한 절삭팁에 내입되는 금속판이 평판 형상 이외의 형상으로 형성되는 다양한 실시예를 도시한다.
도 10은 본 발명에 의한 금속판이 절삭팁 내부에 하나 이상 내입될 경우를 도시한다.
도 11은 본 발명에 의한 절삭팁이 코어드릴에 적용될 경우를 도시한다.
도 12는 본 발명에 의한 절삭팁의 프레스 성형 가공 공정을 보여준다.
도 13은 본 발명에 의한 절삭팁의 프레스 성형 가공 공정을 보여주는 동작 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 쏘 블레이드 210 : 샹크
215 : 용접부 225 : 블랭크
240, 410 : 절삭팁 240a : 금속판
240b : 혼합물 244 : 오목홈
250a : 홈 250b : 스크래치
250c : 천공홀 300 : 코어드릴
400 : 비드 415 : 관통구멍
500 : 주형 500a : 상펀치
500b : 하펀치 510 : 보조 주형
520 : 보조 펀치
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 금속 인서트형 절삭팁은, 지립과 금속 결합재의 혼합물로 이루어지는 절삭팁에 있어서, 상기 절삭팁 내부에 금속판이 하나 이상 내입되어 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 절삭팁은 지립과 금속 결합재가 혼합되는 혼합물이 프레스 프레스 성형 가공되고 소결되어 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 금속판은 표면이 관통되어 형성되는 천공홀을 포함하거나, 표면에 다수개의 홈이 형성되도록 가공되거나, 표면이 긁혀지는 형상의스크래치가 형성되도록 가공될 수도 있으며, 상기 혼합물과의 결합력을 높여줄 수 있는 재료가 표면에 도금될 수도 있다. 또한, 상기 금속판은 상기 금속판와 상기 혼합물을 포함한 전체 절삭팁 두께의 10% 내지 80%의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 평판 형상 이외에도 평판 형상의 금속판 일부가 절단되는 형상으로 개방되어 형성될 수도 있다. 아울러, 상기 금속판은 상기 혼합물 보다 낮은 내마모도를 갖는 단일 재질의 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하며, 상기 지립은 인조 또는 천연 다이아몬드, 입방정질화붕소, 탄화실리콘, 알루미나, 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 금속 인서트형 다이아몬드 공구는 샹크와, 상기 전술한 절삭팁을 하나 이상 포함하고, 상기 절삭팁이 상기 샹크에 접합된 것을 특징으로 하며, 상기 다이아몬드 공구는 쏘, 코어드릴, 커터, 쏘 블레이드, 와이어 쏘를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 금속 인서트형 절삭팁 제조 방법은, 절삭팁 제조 방법에 있어서, 상기 절삭팁 내부로 금속판을 내입하는 단계가 실행됨을 특징으로 하며, 상기 절삭팁은 원하는 형상을 얻을 수 있도록 구성되는 주형에 주입되는 상기 혼합물 내부로 금속판을 내입하여 압축시키는 프레스 성형 가공 단계가 실행됨을 특징으로 한다. 아울러, 상기 프레스 성형 가공 단계는 상기 혼합물 내부로 금속판을 내입하여 압축시키는 제 1 프레스 성형 가공 단계와, 공구의 샹크 상에 접합되는 블랭크가 형성되도록 금속 결합재를 주입하여 압축시키는 제 2 프레스 성형 가공 단계가 실행됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 프레스 성형 가공 단계는 상기 주형 내부로 상기 혼합물을 주입하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 주입되는 상기 혼합물 위로 금속판을 덮는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 덮여진 금속판 위로 상기 혼합물을 주입하는 제 3 단계와; 상기 제 1 단계, 제 2 단계, 제 3 단계를 거친 혼합물과 금속판을 1 차 압축하는 제 4 단계가 실행됨을 특징으로 하며, 상기 제 2 프레스 성형 가공 단계는, 상기 금속 결합재의 주입 방향이 중력 방향과 동일하도록 상기 주형의 위치 및 틀을 조절하는 제 5 단계와; 상기 제 5 단계를 마친 주형에 금속 결합재를 주입하는 제 6 단계와; 상기 금속 결합재, 금속판, 혼합물을 압축하는 제 7 단계가 실행됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 금속 인서트형 다이아몬드 공구의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 의한 다이아몬드 공구의 일 예인 쏘 블레이드의 일부가 사시도(도 4의 (a)), 정면도(도 4의 (b)) 및 측면도(도 4의 (c))로 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 쏘 블레이드(200)는 중심부에 금속판(240a)이 내입되는 상태로 금속 결합재와, 지립과 금속 결합재가 혼합되는 혼합물(240b)이 프레스 성형 가공되고 소결되어 형성되는 절삭팁이 상크 상에 접합됨으로써 달성되며, 상기 절삭팁의 접합 방법은 레이저 용접, 은납 융착, 저항 용접 등에 의해 용접부(215)를 통하여 샹크(210)에 접합되도록 하는 방식을 사용한다.
상기 절삭팁의 프레스 성형 가공에 의한 성형 공정에 관한 더욱 상세한 설명은 다른 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
도 5는 본 발명에 의한 쏘 블레이드의 사용에 따른 절삭팁 선단부가 마모된 상태를 도시한다.
도 5의 (a)는 도 4의 (b)에 도시된 쏘 블레이드(200)의 선 II-II를 따라 취한 단면도을 간략히 나타낸 것으로서, 제조 후 절삭 작업을 아직 수행하지 않은 상태를 도시한다. 이러한 쏘 블레이드(200)로 피삭재를 절삭하는 절삭작업이 일정기간 행해지게 되면, 피삭재와 절삭팁(240) 간의 마찰에 의해 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 절삭팁(240)의 선단부가 절삭 방향인 원주 방향으로 중심부가 패어진 형상의 오목홈(244)이 형성되게 되는 바, 상기와 같은 오목홈(244)이 형성되는 이유는, 중심부에 내입되는 금속판(240a)의 재질이 절삭팁(240)을 이루는 지립, 금속 결합재 혼합물(240b) 보다 낮은 내마모도를 갖는 단일 재질의 금속 또는 합금으로 이루어져있기 때문으로, 절삭 작업 시 피삭재와의 마찰에 의해 상기 금속판(240a)이 내입되는 중심부가 더 많이 마모되는 현상과, 절삭 작업에 따라 발생되는 혼합물(240b)의 절분과 금속판(240a)의 계속적인 마찰로 인해 오목홈(244)의 형상을 유지하게 되는 현상에 기인한 결과로 볼 수 있다.
전술한 이유에 따라 결과적으로 상기와 같은 쏘 블레이드(200)를 이용하여 절삭작업을 행하게 되면, 자연적으로 상기와 같은 오목홈(244)이 형성되어 절삭팁(240)의 선단부에 계속 남아 있게 되기 때문에, 오목홈(244) 부근의 좌우측에 형성되는 돌출부에 의해 피삭재의 절삭시 우수한 초기 절삭력이 계속 유지되며, 더욱이, 오목홈(244)은 절분 및 냉각수의 배출 통로로서의 역할을 하여 절삭 성능이 향상된다.
상기 금속판(240a)의 두께는 상기 금속판(240a)와 상기 혼합물(240b)을 포함한 전체 절삭팁(240) 두께의 10% 이상 80% 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직한 바, 그 이유는 상기 금속판(240a)와 상기 혼합물(240b)을 포함한 전체 절삭팁(240) 두께의 10% 이하의 두께를 가질 때, 오목홈(244) 형성효과가 미미하여 우수한 절삭 성능을 기대하기 어렵게 되고, 상기 금속판(240a)와 상기 혼합물(240b)을 포함한 전체 절삭팁(240) 두께의 80% 이상의 두께를 가질 때, 지립과 금속 결합재 혼합물(240b) 부분이 피삭재와의 마찰에 의해 너무 쉽게 탈락되어 우수한 절삭 성능을 기대하기 어렵게 되기 때문이다.
도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 절삭팁에 내입되는 금속판의 변형된 실시예를 도시한다.
도 6a는 표면에 다수개의 홈(250a)이 형성되는 금속판(240a)의 사시도로서, 상기 금속판(240a)과 혼합물(240b)과의 결합력을 높여주기 위해 표면에 미세한 홈(250a)이 형성되도록 가공될 경우를 도시하는 바, 프레스 성형 가공에 의한 압착 또는 에칭 등에 의한 압착 등의 방법에 의해 상기와 같은 홈(250a)을 형성시켜주는 것이 바람직하다.
도 6b는 상기 전술한 금속판(240a)의 측면도이고, 도 6c는 도 6b의 A-A선을 따라 취한 단면도로서, 상기 금속판(240a)의 구조와 홈(250a)의 형상을 보다 명확하게 하기 위해 도시하였다.
도 7a는 표면이 긁혀지는 형상의 스크래치(scratch)가 형성되는 금속판(240a)의 사시도로서, 금속판(240a)과 혼합물(240b)과의 결합력을 높여주기위해 표면에 미세한 스크래치(250b)가 형성되도록 상기 금속판(240a)이 가공될 경우를 도시하는 바, 기계 가공 또는 샌딩(sanding or sand blast) 처리에 의해 상기와 같은 스크래치(250b)를 형성시켜주는 것이 바람직할 것이다.
도 7b는 상기 전술한 금속판(240a)의 측면도이고, 도 7c는 도 7b의 B-B선을 따라 취한 단면도로서, 상기 금속판(240a)의 구조와 스크래치(250b)의 형상을 보다 명확하게 하기 위해 도시하였다.
도 8a는 표면이 관통되어 형성되는 천공홀(250c)을 포함하는 금속판(240a)의 사시도로서, 금속판(240a)과 혼합물(240b)과의 결합력을 높여주기 위해 상기 금속판(240a)이 펀칭(punching) 가공될 경우를 도시하는 바, 도 6 및 도 7에 도시한 상기 홈(250a) 또는 스크래치(250b)를 표면에 함께 형성시켜 더욱 높은 결합력을 얻을 수 있도록 형성시켜주는 것이 바람직할 것이다.
도 8b는 상기 전술한 금속판(240a)의 측면도이고, 도 8c는 도 8b의 C-C선을 따라 취한 단면도로서, 상기 금속판(240a)의 구조와 천공홀(250c)의 형상을 보다 명확하게 하기 위해 도시하였다.
또한, 상기 금속판(240a)은 혼합물(240b)과의 결합력을 높여주기 위해 행하는 상기와 같은 표면 가공 방법들 이외에도, 상기 혼합물(240b)과의 결합력을 높여줄 수 있는 재료가 표면에 도금되는 형태의 표면 처리도 가능한 바, 소결시 금속판(240a)과 혼합물(240b)과의 더욱 강한 결합력을 제공할 수 있는 구리 등을 이용하여 습식 또는 건식 방법으로 상기 금속판(240a)의 표면에 피막을 형성시켜 주는 것이 바람직할 것이다.
상기 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 홈(250a), 스크래치(250b), 천공홀(250c)은 그 형상을 보다 명확하게 하기 위하여 팁 부재에 비하여 그 크기는 과장되게 크게 도시하고 그 개수는 도면에 표시된 것 보다 적게 혹은 많게 도시하였다. 또한 이러한 홈(250a), 스크래치(250b), 천공홀(250c)의 형상과 크기, 개수는 피삭재의 강도, 연성 등에 따라 적절하게 변형되어 설계될 수 있으며, 상기한 바와 같은 홈(250a), 스크래치(250b), 천공홀(250c), 도금에 의한 피막은 서로 조합된 형태로 구성될 수 있음은 물론이다.
도 9는 본 발명에 의한 절삭팁에 내입되는 금속판이 평판 형상 이외의 형상으로 형성되는 다양한 실시예를 도시한다.
도 9a의 (a), 도 9b의 (a), 도 9c의 (a), 도 9d의 (a) 및 도 9e의 (a)는 본 발명에 의한 평판 형상의 금속판(240a) 일부가 절단되는 형상으로 개방되는 경우를 도시하며, 도 9a의 (b), 도 9b의 (b), 도 9c의 (b), 도 9d의 (b) 및 도 9e의 (b)는 상기 도 9a의 (a), 도 9b의 (a), 도 9c의 (a), 도 9d의 (a) 및 도 9e의 (a)를 우측에서 바라본 절삭면을 도시한다.
상기와 같은 금속판(240a)의 형상 변화는 절삭 작업에 따라 자연적으로 비연속적인 오목홈(244)이 형성되어 절삭면이 울퉁 불퉁한 요철과 같은 혹은 쏘와 같은 형상으로 형성되는 효과를 기대할 수 있으므로, 피삭재와의 절삭조건을 고려함에 의해 더욱 우수한 절삭 성능을 얻을 수 있는 다양한 설계를 가능하게 할 수 있다.
다음 표는 다이아몬드 지립과 금속 결합재 만으로 이루어진 종래의 쏘 블레이드와 상기와 같은 금속판(240a)의 형상 변화가 고려된 절삭팁이 구비된 쏘 블레이드와의 절삭부하를 비교한다.
상기와 같은 표의 결과를 얻을 수 있는 종래의 발명과 본 발명의 실험조건은 쏘 블레이드의 외경 450mm, 절삭팁 개수 25개, 절삭팁 가로길이 40mm, 절삭팁 높이 20mm, 절삭팁 두께 3.4mm이며, 피삭재로는 화강암을 사용하였다. 본 발명에서 내입된 금속판 두께는 1.2mm이며, 재질은 SCM 435를 사용하였고, 지립, 금속 결합재 혼합물과 금속판의 접합력을 높이기 위해 약 2 마이크로미터 정도로 구리도금 하였다.
피삭재가 약 2.7 평방미터 정도 절삭이 진행되었을 때, 종래의 발명의 경우 평균 사용동력이 7.1kW이었으나 본 발명에 따른 도 9a의 절삭팁(240)이 이용된 경우 평균 사용동력은 5.1kW(28.2% 사용동력 감소)였으며, 도 9e의 절삭팁(240)이 이용된 경우 평균 사용동력은 5.9kW(16.9% 사용동력 감소)였다. 이러한 결과는 팁의 중심부위에 금속판(240a)이 삽입됨으로써, 절삭 작업 중 오목홈(244)이 자연적으로 유도되어 피삭재와의 절삭면적 감소에 의한 절삭부하 감소에 따른 사용동력의 감소로 볼 수 있다, 또한, 오목홈(244)이 형성되지 않는 상기 종래의 발명에서 절삭작업에 의해 자연적으로 형성되는 라운딩면의 형상으로 인한 접촉면적 증가에 의해, 절삭팁(240)의 부하증가 및 진동이 유발되어 이러한 진동이 샹크(210)로 전달됨에 따라 발생하였던 와블링(wobbling) 현상도 막을 수 있었다.
이외에도 상기 금속판(240a)의 형상은 피삭재와의 절삭조건에 따라 상기 형상과 다른 더욱 다양한 형상으로 변형될 수 있으므로, 본 발명에 의한 금속판(240a)의 형상은 전술한 형상으로 한정되는 것이 아님을 당업자는 주의하여야 한다.
도 10은 본 발명에 의한 금속판이 절삭팁 내부에 하나 이상 내입될 경우를 도시한다.
도시된 바와 같이, 절삭팁(240) 내부로 내입되는 본 발명에 의한 금속판(240a)의 개수는 두 개 또는 그 이상일 수도 있다. 상기와 같이 두 개의 금속판(240a)이 내입될 경우, 절삭 작업에 따라 자연적으로 절삭팁(240)의 선단부에 2개의 오목홈(244)이 형성되는 효과를 얻을 수 있으므로, 피삭재와의 절삭조건에 따라 금속판(240a)의 개수를 조절함으로써 가장 우수한 절삭 성능을 기대할 수 있도록 설계하는 것이 가능하며, 이에 따라 상기 금속판(240a)의 개수 또한 한정되는 것이 아님을 당업자는 주의하여야 한다.
도 11은 본 발명에 의한 절삭팁이 코어드릴에 적용될 경우를 보여준다.
지금까지 본 발명은 쏘 블레이드를 예로서 설명하였으나, 본 발명은 쏘 블레이드뿐만 아니라 쏘, 코어드릴, 커터, 와이어 쏘 등의 공구에도 적용된다. 그 하나의 예로서, 도 11에는 본 발명을 적용한 코어드릴(300)이 도시되어 있다. 이러한 예는 샹크의 형상 및 절삭팁(410)의 결합위치만 다를 뿐 다이아몬드 공구의 정면인 절삭팁의 선단부에 공구의 절삭 방향으로 금속판이 형성되도록 함으로써 얼마든지 여러 가지 공구에 적용될 수 있다.
도 12a, 도 12b는 본 발명에 의한 절삭팁의 프레스 성형 가공 공정을 보여준다.
본 발명에 의한 절삭팁(240)의 제조 공정은, 우선 결합재로 사용될 금속분말을 결합재의 특성에 맞게 균일하게 혼합하고 왁스와 같은 수지물질을 코팅하여 소정 크기의 덩어리 형태로 형성되도록 그레뉼(granule)화한 후 왁스를 제거하는 디왁싱(dewaxing) 처리를 한다. 상기 절삭팁(240)은 상기와 같이 전처리된 금속분말에 다이아몬드 지립을 혼합한 후 중심부에 금속판(240a)을 내입한 상태로 일정한 압력을 가하여 원하는 형태를 갖도록 성형 공정을 거치게 되는 바, 이와 같은 절삭팁(240)의 성형 공정을 위해서는, 도 12a, 도 12b에 도시된 바와 같은 프레스 성형 가공을 거치게 된다.
절삭팁(240)의 측면 형상에 각각 대응하는 상펀치 및 하펀치와, 이들 상펀치 및 하펀치가 삽입되도록 상하가 개방되고 내부 측벽면이 절삭팁(240)의 측면 형상에 대응하는 주형(500)을 준비하는 것이 바람직 할 것이다.
먼저 주형(500) 내의 상기 하펀치의 위로 전술된 전처리된 금속분말과 다이아몬드 지립의 혼합물(240b)을 주입하고, 그 위에 금속판(240a)을 올려놓은 다음 다시 상기 혼합물(240b)을 주입하여 상기 상펀치와 하펀치를 내측으로 압축함에 의해 1차 프레스 성형 가공을 실시한다. 그 다음으로 주형(500) 내에 주입된 상기 혼합물(240b)이 유실되지 않도록 주형(500)의 위치를 혼합물(240b) 주입 방향인 중력 방향과 동일하도록 수직으로 조절하고, 조절 시 상측에 위치하는 주형(500)을 제거한 후 블랭크(225)의 성형을 가능하게 하는 보조 주형(510)을 이용하여 지립이 함유되지 않은 금속분말을 주입한 후, 보조 펀치(520)를 이용하여 다시 압축하는 2차 프레스 성형 가공을 실시하게 됨으로써 프레스 성형 가공 공정이 완료되며, 상기와 같은 프레스 성형 가공 공정을 절삭팁(240)의 성형체는 소정의 기계적, 물리적 성질을 갖도록 소결시키는 열처리 공정을 거쳐 소결된 소결팁은 은납 융착, 레이저 용접 또는 저항 용접 등에 의해 샹크에 접합되어 다이아몬드 공구로서 완성된다.
아울러, 상기와 같은 프레스 성형 가공 공정은 전술한 바와 같은 특정 실시예로 한정되는 것이 아니라 이외에도 다양한 변형이 가능함을 본 발명의 기술분야에 종사하는 통상의 전문가라면 이해할 수 있을 것이다.
도 13은 본 발명에 의한 절삭팁의 프레스 성형 가공 공정을 보여주는 동작 흐름도이다.
앞서 도 12에 도시한 바와 같이 본 발명은 원하는 형상을 얻을 수 있도록 구성되는 주형(500)에 주입되는 상기 혼합물(240b) 내부로 금속판(240a)을 내입하여 압축시키는 프레스 성형 가공 단계가 실행됨을 특징으로 한다. 이와 같은 상기 프레스 성형 가공 단계는, 상기 혼합물(240b) 내부로 금속판(240a)을 내입하여 압축시키는 제 1 프레스 성형 가공 단계(S100~S130)와, 공구의 샹크 상에 접합되는 블랭크(225)가 형성되도록 금속 결합재를 주입하여 압축시키는 제 2 프레스 성형 가공 단계(S200~S220)로 나누어진다.
상기 제 1 프레스 성형 가공 단계(S100~S130)는 상기 주형 내부로 상기 혼합물(240b)을 1 차로 주입하는 제 1 단계(S100)와, 상기 제 1 단계(S100)에서 1 차로 주입되는 상기 혼합물(240b) 위로 금속판(240a)을 덮어 내입하는 제 2 단계(S110)와, 상기 제 2 단계(S110)에서 내입된 금속판(240a) 위로 상기 혼합물(240b)을 2 차로 주입하는 제 3 단계(S120)가 실행되어 상기 제 1 단계, 제 2 단계, 제 3 단계를 마친 금속판(240a)과 혼합물(240b)을 1차 압축시키는 제 4 단계(S130)가 실행되며, 상기 제 2 프레스 성형 가공 단계(S200~S220)는 상기 금속 결합재의 주입 방향이 중력 방향과 동일하도록 상기 주형의 위치 및 틀을 조절하는 제 5 단계(S200)와, 상기 제 5 단계를 마친 주형에 금속결합재를 주입하는 제 6 단계(S210)와, 상기 제 6 단계(S210)를 마친 금속 결합재, 금속판(240a)과 혼합물(240b)을 압축하는 제 7 단계(S220)가 실행됨을 특징으로 한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명에 의한 금속 인서트 형 다이아몬드 공구는, 다이아몬드 지립이 혼합되어 형성된 지립층 사이에, 상기 지립층 보다 절삭 작업에 의해 쉽게 마모되는 철 또는 비철계 금속판을 내입시키는 구성으로, 피삭재를 절단하는 절삭작업에 의해 자연적으로 오목한 형상의 홈이 형성되어 피삭재와의 접촉부하가 감소되므로 샹크의 진동유발(와블링)을 억제할 수 있고, 절삭칩 및 냉각수가 원활히 배출되는 배출통로가 자연적으로 확보되며, 또한 다이아몬드 지립 함량과 결합재의 내마모도를동일하게 제조하게 되므로 소결 작업에 따른 수축률을 고려할 필요가 없고, 제조 공정이 단순하여 제조 비용이 감소되는 동시에 생산성도 향상시킬 수 있고, 아울러 상기 금속판의 면적을 조정하는 방법으로 쉽게 절삭하고자 하는 피삭재와 공구 사용 조건의 변화를 고려할 수 있는 설계가 용이하다는 장점이 있다.
Claims (17)
- 지립과, 금속결합재의 혼합물로 이루어지는 절삭팁에 있어서,상기 절삭팁(240) 내부에 금속판(240a)이 하나 이상 내입되어 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁.
- 제 1 항에 있어서,상기 절삭팁은,지립과 금속 결합재가 혼합되는 혼합물(240b)이 프레스 성형 가공되고 소결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속판(240a)은,표면이 관통되어 형성되는 천공홀(250c)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속판(240a)은,표면에 다수개의 홈(250a)이 형성되도록 가공되는 것을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속판(240a)은,표면이 긁혀지는 형상의 스크래치(250b)가 형성되도록 가공되는 것을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속판(240a)은,상기 혼합물(240b)과의 결합력을 높여줄 수 있는 재료가 표면에 도금되는 것을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속판(240a)은,상기 금속판(240a)과 상기 혼합물(240b)을 포함한 전체 절삭팁(240) 두께의 10% 내지 80%의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속판(240a)은,평판 형상의 금속판(240a) 일부가 절단되는 형상으로 개방되어 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속판(240a)은,상기 혼합물(240b) 보다 낮은 내마모도를 갖는 단일 재질의 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 지립은,인조 또는 천연 다이아몬드, 입방정질화붕소, 탄화실리콘, 알루미나, 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물(240b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁.
- 샹크(210)와,제 1 항 또는 제 2 항의 절삭팁(240)을 하나 이상 포함하고, 상기 절삭팁(240)이 상기 샹크(210)에 접합된 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구.
- 제 11 항에 있어서,상기 다이아몬드 공구는,쏘, 코어드릴(300), 커터, 쏘 블레이드(200), 와이어 쏘를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구.
- 지립과, 금속 결합재의 혼합물로 이루어지는 절삭팁 제조 방법에 있어서,상기 절삭팁 내부로 금속판(240a)을 내입하는 단계가 실행됨을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 절삭팁 제조 방법은,원하는 형상을 얻을 수 있도록 구성되는 주형(500)에 주입되는 상기 혼합물(240b)과 상기 금속판(240a)을 압축시키는 프레스 성형 가공 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 프레스 성형 가공 단계는,상기 혼합물(240b) 내부로 금속판(240a)을 내입하여 압축시키는 제 1 프레스 성형 가공 단계(S100~S130)와;공구의 샹크 상에 접합되는 블랭크(225)가 형성되도록 금속 결합재를 주입하여 압축시키는 제 2 프레스 성형 가공 단계(S200~S220);가 실행됨을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 1 프레스 성형 가공 단계(S100~S130)는,상기 주형 내부로 상기 혼합물(240b)을 주입하는 제 1 단계(100)와;상기 제 1 단계(S100)에서 주입되는 상기 혼합물(240b) 위로 금속판(240a)을 덮는 제 2 단계(S110)와;상기 제 2 단계(S110)에서 덮여진 금속판(240a) 위로 상기 혼합물(240b)을 주입하는 제 3 단계(S120)와;상기 제 1 단계(S100), 제 2 단계(S110), 제 3 단계(S120)를 거친 혼합물(240b)과 금속판(240a)을 1 차 압축하는 제 4 단계(S130);가 실행됨을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁 제조 방법.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,상기 제 2 프레스 성형 가공 단계(S200~S220)는,상기 금속 결합재의 주입 방향이 중력 방향과 동일하도록 상기 주형의 위치 및 틀을 조절하는 제 5 단계(S200)와;상기 제 5 단계(S210)를 마친 주형에 금속 결합재를 주입하는 제 6 단계(S210)와;상기 금속 결합재, 금속판(240a), 혼합물(240b)을 압축하는 제 7 단계(S220);가 실행됨을 특징으로 하는 금속 인서트형 절삭팁 제조 방법.
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