KR100562960B1 - 다이아몬드 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이아몬드(PCD/PCBN) 인서트나 바이트, 앤드밀, 리머, 홈 바이트 등과 같은 다이아몬드 공구에 관한 것으로서, 그 표면에 단층 또는 다층으로 코팅층을 형성함으로써, 우수한 절삭성능 및 우수한 공구수명을 갖는 다이아몬드 공구를 보다 용이하게 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 절삭면을 갖는 다이아몬드 공구에 있어서,

상기 절삭면의 표면에 TiC, TiCN, TiAlN, CrC, 및 CrN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종이상으로 이루어진 코팅층이 형성되어 있고; 그리고

상기 코팅층은 단층 또는 다층인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구를 그 요지로 한다.

본 발명에 의하면, 코팅된 다이아몬드의 강화된 성능으로 인하여 공구비용 감소, 공구수명 증가, 공구교환주기 감소, 고속가공 가능, 셋업(Set-up)비용 감소, 균일한 표면품질 유지 등에 따른 생산성 향상을 도모 할 수 있다.

다이아몬드, 공구. 코팅층, 수명, 절삭성능

Description

다이아몬드 공구{Diamond Tool}

도 1은 인서트가 공구홀더에 결합돠어 있는 절삭공구의 개략 사시도

도 2는 본 발명에 따라 코팅된 코팅층을 나타내는 절삭공구의 일부분의 단면도

도 3은 본 발명에 따라 코팅물질이 코팅된 다이아몬드 공구와 코팅되지 않은 다이아몬드 공구에 대한 절삭시간에 따른 플랭크 마모 변화를 나타내는 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 . . . 인서트 2 . . . 공구 홀더

본 발명은 다이아몬드(PCD/PCBN) 인서트나 바이트, 앤드밀, 리머, 홈 바이트 등과 같은 다이아몬드 공구에 관한 것으로서, 보다 바람직하게는 그 표면에 단층 또는 다층의 코팅 박막 층이 형성되어 있는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.

통상, 다이아몬드 공구는 절삭날의 수명이 길고 조도가 우수하여 미려한 다듬질면을 얻을 수 있으며, 세라믹, 분말 금속(Power Metal)과 같은 난삭재 절삭가공에 적합한 특성을 가진다.

다이아몬드 공구는 가능한 최대의 사용수명을 가져야만 하는 한편, 다른 한편으로 는 최대의 절삭 작업량을 제공하여야 한다.

상기한 다이아몬드 공구를 사용하여 피삭재를 가공하는 경우에는 피삭재와 닿는 부분에 큰 응력이 걸리게 되며, 고온의 절삭열이 수반되어 결국 다이아몬드 결정립의 모서리가 마모되어 무디어지거나 화학적인 마모로 인한 파손 등을 초래하게 된다.

공구의 마모상태는 절삭 에지의 결함 및 표면의 결함에 의해 나타나게 된다.

절삭부위의 마모가 증가하게 되면 다이아몬드 휠을 사용하여 재연삭 하여야 하며 이러한 과정 중에 드레싱 작업과 치구 세팅 등의 과정이 필연적으로 가미됨으로써 생산성이 저하하게 된다.

따라서, 절삭부위의 마모가 보다 적은 다이아몬드 공구가 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 그 표면에 단층 또는 다층으로 코팅층을 형성함으로써, 우수한 절삭성능 및 우수한 공구수명을 갖는 다이아몬드 공구를 보다 용이하게 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 절삭면을 갖는 다이아몬드 공구에 있어서,

상기 절삭면의 표면에 TiC, TiCN, TiAlN, CrC, 및 CrN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종이상으로 이루어진 코팅층이 형성되어 있고; 그리고

상기 코팅층은 단층 또는 다층인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.

본 발명은 PCBN 다이아몬드 공구 및 PCD 다이아몬드 공구에 바람직하게 적용되는 것이다.

본 발명에 부합되는 코팅층은 CVD(chemical Vapor Deposition) 또는 PVD(Physical Vapor Deposition)법에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 절삭면을 갖는 다이아몬드 공구에 적용되는 것으로서, PCBN 다이아몬드 공구 및 PCD 다이아몬드 공구에 보다 바람직하게 적용되는 것이다.

다이아몬드 공구로는 인서트나 바이트, 앤드밀, 리머, 홈 바이트 등과 같은 다이아몬드 공구를 들 수 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 인서트(1)와 같은 다이아몬드 공구는 공구홀더(2)에 결합되어 사용된다.

본 발명에 적용되는 다이아몬드 공구의 절삭면의 표면(코팅전의 절삭면의 표면)은 0.1~100㎛의 중심선 평균 거칠기(Ra)를 갖는 것이 바람직하다.

상기 절삭면의 표면 거칠기는 다이아몬드 결정립의 크기에 의하여 제공되는 것이다.

본 발명에 부합되는 다이아몬드 공구는 그 절삭면의 표면에, 바람직하게는 0.1~100㎛의 중심선 평균 거칠기(Ra)를 갖는 절삭면 표면에 TiC, TiCN, TiAlN, CrC, 및 CrN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종이상으로 이루어진 코팅층이 단층 또는 다층으로 형성되어 있다.

상기와 같이 코팅전의 다이아몬드 공구의 절삭면의 표면은 코팅을 고려하여 적절한 표면거칠기를 가져야 하는데, 바람직하게는 0.1~100㎛의 중심선 평균 거칠기(Ra)를 갖는 것이다.

상기 평균 거칠기가 적은 경우에는 코팅층의 결합력이 약해지는 문제점이 있고, 너무 큰 경우에는 코팅의 박막층을 형성하기 어려운 문제점이 있으므로, 중심선 평균 거칠기(Ra)는 0.1~100㎛로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 코팅층은 윤활작용 및 내화학적 역할을 하는 것으로서, 단층 또는 도 2에 나타난 바와 같이, 다층으로 형성된다.

상기 코팅층의 두께는 10㎛이하로 설정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5∼5㎛으로 설정하는 것이다.

상기 코팅층은 CVD 또는 PVD 법에 의하여 행해지는 것이 바람직하며, 코팅조건은 특별히 제한되는 것은 아니며, 통상적인 조건에 따라 행하면 된다.

상기 CVD법의 바람직한 예로는 제품의 자력측정 및 탈자를 행하고 챔버내에 장착한 후에 펌핑을 통한 진공상태를 만들고, 850∼1100℃정도로 가열을 행한 후 이온입자들이 표면에 잘 흡착될 수 있도록 에칭을 하여 코팅하는 방법을 들 수 있다.

상기 PVD법은 물리적 증발현상을 이용하여 타켓(Target)재료를 가스상태로 전환하여 증발원과 모재 사이의 플라즈마 상태를 통해 입자의 이동을 일으킨 후, 모재상태에 격자상 즉, 박막형태로 응축하여 코팅층을 형성하는 방법이다.

이때, 코팅온도는 250∼450℃정도 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 진공증착시 진공도는 10^-6∼10^-3mmHg 정도로 설정하는 것이 바람직하다.

진공도가 너무 낮으면 증발 금속이 피 도금체의 표면에 달할 때 까지 서로 충돌을 반복해서 입자가 피 도금체에 도달하지 못하든지 잔류공기 중의 산소 분자와 충돌해서 산화가 되든지 하여 좋은 박막을 얻을 수가 없다.

또한, 증발방식으로는 필라멘트에 금속선을 매달아 사용하는 저항가열방법 및 고 에너지의 전자 빔에 의한 가열을 이용하는 전자빔 가열방법이 있다.

본 발명에 따르는 코팅층 형성이 CVD 또는 PVD 법에 의하여 가능하게 됨으로써 다품종 다량의 다이아몬드 공구의 제조를 가능하게 한다.

본 발명에 따라 다이아몬드 공구의 절삭면 표면에 코팅층을 형성하는 경우에는 코팅 물질의 종류에 따라 내마모성, 내용착 마모성, 내부식성, 내산화성, 표면내 피로성 등을 증가시켜 장기간에 걸쳐 우수한 절삭 성능을 유지 할 수 있는 다이아몬드 공구가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 피삭재 가공 시에 다이아몬드의 결정립 모서리 부위에서 다이아몬드 흑연화에 의한 마모나 무디어짐이 방지되고, 또한 절삭 시에 발생하는 칩에 의하여 생기는 공구의 상면부 화학적 마모가 방지된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

평균 거칠기가 Ra 0.3㎛인 PCBN 다이아몬드 공구의 표면에 5㎛의 두께를 갖는 TiN물질의 코팅층을 형성한 PCBN 다이아몬드 공구를 제작하였다.

또한, 평균 거칠기가 Ra 0.3㎛인 PCBN 다이아몬드 공구의 표면에 5㎛의 두께를 갖는 TiCN 물질의 코팅층을 형성한 PCBN 다이아몬드 공구를 제작하였다.

상기 코팅층의 형성은 PVD방법에 의하여 행하여졌다.

상기와 같이 제작된 다이아몬드 공구들에 대한 마모율을 조사하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

이때, 피삭재의 종류는 경강(Hardened Steel)이고, 경도는 HRC 60이고, 절삭공구형상은 CNGA120408, 절삭속도는 160m/min으로, 절삭깊이는 0.5mm로, 이송속도는 0.3mm/rev로, 그리고 절삭조건은 건식절삭조건으로 하였다.

도 3에서, 종래재는 코팅을 하지 않은 PCBN 다이아몬드 공구를, 발명재(1)은 TiCN 을 코팅한 PCBN 다이아몬드 공구를, 그리고 발명재(2)는 TiN을 코팅한 PCBN 다이아몬드 공구를 나타낸다.

이때, 마모율은 최대 플랭크 마모를 기준으로 측정된 것이다.

도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 TiCN 및 TiN을 코팅한 다이아몬드 공구[발명재(1) 및 (2)]가 코팅을 하지 않은 다이아몬드 공구(종래재)에 비하여 내마모특성이 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 코팅된 다이아몬드의 강화된 성능으로 인하여 공구비용 감소, 공구수명 증가, 공구교환주기 감소, 고속가공 가능, 셋업(Set-up)비용 감소, 균일한 표면품질 유지 등에 따른 생산성 향상을 도모 할 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 본 발명은 마찰계수가 낮은 코팅의 특성으로 인하여 윤활유의 사용을 대폭 절약할 수 있으며 환경 친화적인 윤활유를 사용 함으로써 폐수 등의 처리비용과 시 간을 절약 할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (9)

1. 절삭면을 갖는 다이아몬드 공구에 있어서,

   상기 절삭면의 표면에 CrC 및 CrN의 1종 또는 2종으로 이루어진 코팅층이 형성되어 있고; 코팅 전의 절삭면의 중심선 평균 거칠기(Ra)는 4∼100㎛이고; 그리고

   상기 코팅층은 단층 또는 다층인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
2. 제1항에 있어서. 다이아몬드 공구가 PCBN 다이아몬드 공구 또는 PCD 다이아몬드 공구인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 코팅층이 CVD법또는 PVD법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 코팅층의 두께는 0.5 ~ 10㎛인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
5. 제3항에 있어서, 코팅층의 두께는 0.5 ~ 10㎛인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

Images