KR100666714B1 - 절삭공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재의 절단, 절삭, 천공, 연마, 및 연삭 등을 위한 절삭공구에 관한 것이다.

본 발명은 연마입자들이 그 표면에 고정되는 금속기판, 이 금속기판상에 고정되는 다수 개의 연마입자 및 이 연마입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 절삭공구에 있어서, 상기 연마입자들은 하나 이상의 패턴을 이루고 있고; 상기 패턴의 각각은 하나 이상의 연마입자 열로 이루어지고; 상기 연마입자들은 큰 연마입자와 작은 연마입자로 이루어지고; 그리고 상기 작은 연마입자와 상기 큰 연마입자의 직경차이가 10∼50%인 절삭공구를 그 요지로 한다.

본 발명에 의하면, 연마입자의 크기와 배열을 통해 공구의 절삭성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 공구의 수명을 향상시킬 수 있다.

공구, 연마입자, 배열, 연마입자 열, 패턴, 경사각

Description

절삭공구{ Cutting Tools }

도 1은 연마입자가 불규칙배열(Random) 방식으로 배열된 종래의 절삭공구의 일례도

도 2는 연마입자가 규칙배열 방식으로 배열된 종래의 절삭공구의 일례도

도 3은 본 발명에 부합되는 절삭공구의 일례도

도 4는 본 발명에 따라 연마입자들이 배열되어 있는 절삭면의 연마입자배열의 일례도

도 5는 본 발명에 부합되는 절삭공구의 절삭면의 연마입자배열의 다른 일례도

도 6은 본 발명에 부합되는 절삭공구의 절삭면의 연마입자배열의 또 다른 일례도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 30, 40 . . . 절삭공구 11,31 . . . 금속기판

12,32 . . . 금속결합재층 13, 33a, 33b, 43a, 43b, 43c . . . 연마입자

331a, 331b, 431a, 431b, 431c . . . 연마입자열 331, 431 . . . 패턴

35a . . . 큰 연마입자 열간 간격 35b . . . 연마입자 간 간격
3331a . . . 큰 연마입자 패턴 3331b . . . 작은 연마입자 패턴

본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재의 절단, 절삭, 천공, 연삭, 및 연마 등(이하, "절삭"이라고도 칭함)의 작업에 필요한 절삭공구에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 금속결합재층에 부착되어지는 연마입자들이 크기별로 열을 이루고 이들 열을 적절히 배열시킨 절삭공구에 관한 것이다.

절삭공구를 사용하여 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단, 절삭, 천공, 연삭, 연마하기 위해서는 피삭재보다 높은 경도를 갖는 연마입자가 요구된다.

절삭공구로는 연마에 사용되어지는 컵휠, 컨디셔너 등과 같은 연마공구와 절단, 절삭, 천공의 목적을 위해 이용되어지는 쏘 블레이드, 코아 드릴 등과 같은 공구등을 들수 있다.

상기 연마입자로는 인조 다이아몬드 입자, 천연다이아몬드 입자, 입방정붕화질소(CBN), 및 초지립입자등이 알려져 있는데, 그 중에서도 인조 다이아몬드 입자가 가장 널리 사용되고 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 절삭 공구(10)는 스테인레스 또는 철을 주성분으로 한 금속기판(11), 이 금속기판(11)상에 고정되는 다수 개의 연마입자(13) 및 이 연마입자(13)들을 상기 금속기판(11)상에 고정시켜 주는 금속결합재층(12)을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 피삭재를 절단, 절삭, 천공, 연삭, 연마 등을 해주는 절삭공구를 제조하는 방법에는 여러 가지 방법이 있지만 연마입자를 고정시키는 방식에 따라 전착, 융착 또는 소결방식이 사용되어지고 있다.

상기 절삭공구에 연마입자들을 배열시키는 방식으로는 도 1에 나타난 바와 같이 연마입자들을 무질서하게 배열시키는 불규칙 배열방식과 도 2에 나타난 바와 같이 연마입자를 정해진 위치에 배열시키는 규칙 배열방식이 사용되어지고 있다.

상기한 연마입자 배열방식중 불규칙 배열 방식으로 연마입자를 배열시키는 경우에는 절삭공구 내에 들어가는 연마입자 수를 정확히 조절하기 어렵고 제품의 디자인이나 성능면에서 재현성을 얻기 힘들다.

또한, 불규칙 배열 방식으로 연마입자를 배열시키는 경우에는 연마입자 간 간격을 일정하게 조절하기 힘들어 연마입자가 국부적으로 편중되어질 수 있고, 연마입자간에 간격이 조밀하여 피삭재의 칩들이 배출되어지는 공간인 칩 포켓(chip pocket)이 작아져 절삭공구의 눈막힘 현상을 초래하여 결과적으로 연마하고자 하는 피삭재의 절단, 연마면을 좋지 못하게 만들고 성능과 수명의 저하를 가져올 수 있다.

한편, 도 2에 나타난 바와 같이, 연마입자(13)를 정해진 위치에 배열시키는 규칙 배열 방식으로는 연마입자(13)의 크기에 관계없이 연마입자(13)의 위치만을 고려하여 연마입자(13)간의 간격을 일정하게 조절함으로써 연마입자를 일정한 패턴으로 배열시키는 방식이 알려져 있다.

상기한 규칙 배열 방식은 불규칙 배열 방식과는 달리 어느 정도 연마입자가 편중되는 것을 막을 수 있고, 제품마다 같은 수의 연마입자가 배열되고, 또한 연마입자가 같은 위치에 배열될 수 있어 제품성능 재현성 면에서 유리하다고 할 수 있다.

그러나, 도 2에서와 같이 일정한 크기의 연마입자 만을 사용하는 경우에는 제품 내에 위치한 연마입자의 돌출 높이가 일정하게 되어 연마입자 하나 하나가 받는 응력은 줄어들게 되어 연마입자 탈락 방지측면에서는 우수하지만 작업에 참여하는 연마입자 수가 크게 늘어 피삭재에 연마입자가 깊숙이 들어갈 수 없게 되고 결과적으로 절삭 및 연마 효과를 충분히 확보할 수 없다.

한편, 절삭공구 제조시 연마입자 탈락을 방지하면서 절삭 및 연마 효과를 보다 향상시키기 위하여 큰 연마입자와 작은 연마입자를 혼합하여 사용하는 기술이 제안되어 있다.

그러나, 종래기술에 따라 큰 연마입자와 작은 연마입자를 혼합하여 사용하여 절삭공구를 제조하는 경우에는 큰 연마입자와 작은 연마입자의 비율을 일정하게 유지하는 것은 매우 힘들게 되고, 결과적으로 우수한 재현성을 실현하는데 한계가 있게 된다.

더욱이, 큰 연마입자나 상대적으로 작은 연마입자가 일정한 부위에 편중될 경우 일정한 부위의 연마입자는 절삭 및 연마 작업에 참여하고 일정한 부위의 연마입자는 절삭 및 연마 작업에 참여할 수 없게 되어 공구의 절삭성을 저하시키고 피삭재의 절단, 연마면을 고르지 못하게 할 수 있다.

본 발명은 연마입자를 입도 범위별로 구분하여 적절한 형태로 적절한 위치에 배열시켜 연마입자가 편중되지 아니하고 일정한 간격을 유지하면서 동시에 제품 내에서 소망하는 연마입자 입도분포가 일정한 비율로 이루어질 수 있도록 함으로써 공구의 절삭성을 향상시킬 뿐만 아니라 피삭재의 우수한 절단, 연마면, 제품의 수명 및 우수한 성능 재현성을 달성할 수 있는 절삭공구를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 연마입자들이 그 표면에 고정되는 금속기판, 이 금속기판상에 고정되는 다수 개의 연마입자 및 이 연마입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 절삭공구에 있어서,

상기 연마입자들은 하나 이상의 패턴을 이루고 있고;

상기 패턴의 각각은 하나 이상의 연마입자 열로 이루어지고;

상기 연마입자들은 큰 연마입자와 작은 연마입자로 이루어지고; 그리고

상기 작은 연마입자와 상기 큰 연마입자의 직경차이가 10∼50%인 것을 특징으로 하는 절삭공구에 관한 것이다.

바람직하게는, 상기 절삭공구에 있어서 상기 큰 연마입자는 절삭면에서 절삭방향으로 가장 인접한 큰 연마입자에 대하여 절삭방향에 대하여 경사지게 배열되도록 하는 것이다.

또한, 본 발명은 연마입자들이 그 표면에 고정되는 금속기판, 이 금속기판상에 고정되는 다수 개의 연마입자 및 이 연마입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 절삭공구에 있어서,

상기 연마입자들은 각각 크기가 다른 연마입자들로 이루어지는 3개 이상의 연마입 자군으로 이루어지고;

상기 연마입자들은 하나 이상의 패턴을 이루고 있고;

상기 패턴의 각각은 하나 이상의 연마입자 열들로 이루어지고, 그리고 적어도 3개 이상의 연마입자군의 연마입자들을 포함하고; 그리고

상기 연마입자군들중 가장 큰 연마입자로 이루어진 연마입자군 및 가장 작은 연마입자로 이루어진 연마입자군의 연마입자의 직경의 차이가 10∼50%인 것을 특징으로 하는 절삭공구에 관한 것이다.

바람직하게는, 상기 절삭공구에 있어서 상기 가장 큰 연마입자는 절삭면에서 절삭방향으로 가장 인접한 가장 큰 연마입자에 대하여 절삭방향에 대하여 경사지게 배열되도록 하는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 연마입자들이 그 표면에 고정되는 금속기판, 이 금속기판상에 고정되는 다수 개의 연마입자 및 이 연마입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 절삭공구에 적용되는 것으로서, 연마입자의 크기를 적절히 제어하고, 그리고 연마입자를 적절히 배열하는 것에 그 특징이 있는 것이다.

본 발명의 절삭공구는 다수 개의 연마입자들에 의하여 이루어지는 하나 이상의 패턴을 포함한다.

상기 패턴의 각각은 하나 이상의 연마입자 열로 이루어지고, 그리고 연마입자들은 큰 연마입자와 작은 연마입자로 구분되는 2개의 연마입자군으로 이루어진다.

상기 작은 연마입자와 상기 큰 연마입자의 직경차이는 10∼50% 이어야 한다

상기 큰 연마입자는 직접적으로 절삭, 연마에 참여하게 되고 작은 연마입자는 큰 연마입자의 마모로 노출높이가 작아지게 되면 2차적으로 절삭, 연마작업을 하게 된다.

또한 피삭재 가공후 발생하는 칩들이 연마입자 사이에 누적되어 공구의 눈막힘 현상을 발생시키는 것을 막아주고 칩 배출을 용이하게 하며, 칩들에 의해 본드가 마모되는 것을 방지하는 기능을 하게 된다.

상기와 같이 큰 연마입자와 작은 연마입자의 역할을 보다 확실하게 하기 위해서는 상기 작은 연마입자와 상기 큰 연마입자의 직경차이는 10∼50% 이어야 하며, 바람직하게는 10~30%의 직경차이를 갖도록 하는 것이다.

상기 절삭공구에 있어서 상기 큰 연마입자는 절삭면에서 절삭방향으로 가장 인접한 큰 연마입자에 대하여 절삭방향에 대하여 경사지게 배열되도록 하는 것이 바람직하며, 절삭방향에 대한 경사각은 45°(도)이하가 바람직하다.

상기와 같이, 큰 연마입자들을 절삭방향에 대하여 동일선상에 배열되지 않고 절삭방향에 대하여 경사각(α)을 이루도록 배열함으로써, 공구내 모든 절삭면에서 연마입자들이 절삭작업에 참여하게 되어 우수한 절삭면을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 보다 우수한 절삭성과 긴 수명을 확보할 수 있다.

상기 경사각(α)은 절삭면에서 절삭방향과 평행한 선과 절삭면에서 절삭방향으로 가장 인접한 큰 연마입자끼리를 연결하는 선이 이루는 각을 의미하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 상기 연마입자들은 크기별로 3개 이상의 연마입자군으로 구분될 수 있다.

예를 들면, 상기 연마입자군들은 큰 연마입자로 이루어지는 큰 연마입자군, 중간 크기의 연마입자로 이루어지는 중간크기 연마입자군 및 작은 크기의 연마입자들로 이루어지는 작은 크기 연마입자군으로 이루어지거나 또는 상기 연마입자군들은 큰 연마입자로 이루어지는 큰 연마입자군, 중간 크기의 연마입자로 이루어지는 중간크기 연마입자군, 작은 크기의 연마입자들로 이루어지는 작은 크기 연마입자군 및 가장 작은 크기의 연마입자들로 이루어진 가장 작은 크기의 연마입자군으로 이루어질 수 있다.

상기한 바와 같이, 이 경우에도 상대적으로 큰 연마입자는 직접적으로 절삭, 연마작업에 참여하게 되고 상대적으로 작은 연마입자는 칩배출을 용이하게 하여 공구의 눈막힘 현상을 방지하고, 칩들에 의한 본드가 마모되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

상기와 같이 크기별 연마입자들의 역활을 보다 확실하게 하기 위해서는 상기 연마입자군들중 가장 큰 연마입자로 이루어진 연마입자군 및 가장 작은 연마입자로 이루어진 연마입자군의 연마입자의 직경 차이는 10∼50%이어야 하며, 바람직하게는 10~30%의 직경차이를 갖도록 하는 것이다.

본 발명은 패턴을 가지고 있는 절삭공구 뿐만 아니라 패턴이 없는 절삭공구에 대해서도 적용이 가능하다.

본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 연마입자로는 인조 다이아몬드 입자, 입방정붕화질소(CBN), 및 초지립입자등을 들 수 있다.

또한, 본 발명은 연마입자가 단층으로 부착되어지는 융착 방법에 의한 절삭공구제조방법에 한정되는 것은 아니며, 전착, 및 소결 방법중 어느 것에 의하여 제조되는 것이든 적용될 수 있다.

또한, 상기에서는 절삭공구로 표현하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 절단, 천공, 연삭, 및 연마공구등에 적용됨은 물론이다.

이하, 본 발명을 도면을 통해 보다 상세히 설명한다.

도 3에는 본 발명에 부합되는 바람직한 절삭공구의 예들이 제시되어 있다.

도 3(a)에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 바람직한 절삭공구(30)는 연마입자(33)들이 그 표면에 고정되는 금속기판(31), 이 금속기판상에 고정되는 다수 개의 연마입자(33) 및 이 연마입자들을 상기 금속기판(31)상에 고정시켜 주는 금속결합재층(32)을 포함한다.

상기 절삭공구(30)는 다수 개의 연마입자(33)들에 의하여 이루어지는 하나 이상의 패턴(331)을 포함한다.

상기 패턴(331)의 각각은 하나 이상의 연마입자 열(331a)(331b)로 이루어져 있다.

상기 연마입자 열(331a)(331b)은 모두 큰 연마입자(33a)만으로 이루어지는 큰 연마입자 열(331a)과 작은 연마입자(33b)만으로 이루어지는 작은 연마입자 열(331b)로 구성되어 있다.

상기 패턴(331)은 큰 연마입자 열(331a)과 작은 연마입자 열(331b)이 교대로 배열되어 구성된다.

상기 연마입자 간의 직경차이는 10∼50% 편차를 가지고 있으며, 큰 연마입자 (33a)와 작은 연마입자(33b)가 절삭공구(30) 내에 교대로 번갈아 배열되어져 있다.

상기 큰 연마입자(33a)는 직접적으로 절삭, 연마에 참여하게 되고 작은 연마입자(33b)는 큰 연마입자(33a)의 마모로 노출높이가 작아지게 되면 2차적으로 절삭, 연마작업을 하게 된다.

또한, 피삭재 가공후 발생하는 칩들이 연마입자(33) 사이에 누적되어 공구의 눈막힘 현상을 발생시키는 것을 막아주고 칩 배출을 용이하게 하며, 칩들에 의해 본드가 마모되는 것을 방지하는 기능을 하게 된다.

한편, 큰 연마입자(33a) 또는 작은 연마입자(33b)가 편중되어져 있는 경우 편중되어져 있는 연마입자(33) 하나 하나가 받는 부하는 작아지게 되어 연마입자(33)가 피삭재에 깊숙이 들어갈 수 없게 되어 절삭성능의 저하를 가져오게 된다.

도 3 (a)에 제시된 본 발명의 절삭공구(30)와 같이 큰 연마입자(33a) 주위에 작은 연마입자(33b)를 배열시키는 경우에는 실제적으로 피삭재의 절삭, 연마작업에 큰 역할을 하는 큰 연마입자(33a)가 받는 부하가 증가하게 되어 피삭재에 좀더 깊숙이 큰 연마입자가 들어갈 수 있게 됨으로써 절삭, 연마 속도를 향상시킬 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 절삭공구(30)는 연마입자의 배열 측면에서는 연마입자가 들어갈 위치를 일정하게 함과 동시에 큰 연마입자(33a)와 큰 연마입자의 10∼50%의 크기 차이를 갖는 작은 연마입자(33b) 위치를 고정시킬 수 있기 때문에 큰 연마입 자(33a)나 작은 연마입자(33b)끼리 편중되어 일으킬 수 있는 불균일한 평탄-편마모 현상을 억제할 수 있고, 또한 절삭공구 제품 간에 항상 일정한 수의 연마입자와 일정한 크기의 연마입자가 부착되어 제품의 재현성을 얻는데도 보다 효과적이다.

도 3(b)에는 본 발명에 부합되는 절삭공구의 다른 예가 제시되어 있다.

도 3(b)에 제시되어 있는 바와 같이, 본 발명에서는 큰 연마입자들로만 이루어지는 큰 연마입자 패턴(3331a) 및 작은 연마입자들로만으로 이루어지는 작은 연마입자 패턴(3331b)이 교대로 배열되도록 연마입자들을 배열시킬 수 있으며, 이렇게 함으로써 크기가 다른 연마입자들이 교대로 번갈아 부착되게 되어 절삭 및 연마효과를 보다 증가시킬 수 있다.

본 발명에서는 도 3(a) 및 (b)에도 표시되어 있는 큰 연마입자 열간 간격(35a)은 공구의 성능을 보다 향상시키기 위하여 큰 연마입자 직경의 2∼50배로 유지하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2∼30배로 유지하는 것이다.

또한, 동일한 연마입자열 내에 위치한 연마입자 간 간격(35b)은 연마입자열 내에 위치한 연마입자 직경의 1.5∼10배로 유지하는 것이 바람직한데, 그 이유는

상기 연마입자 간 간격이 1.5배 미만인 경우에는 피삭재를 절삭, 연마할 때 발생되는 칩들의 이동 경로인 칩 포켓(chip pocket)이 줄어들게 되어 공구의 눈막힘 현상이 발생될 수 있고, 10배를 초과하게 되면 융착시 연마입자를 부착시켜 주는 금속결합재층의 유동이 발생되어 연마입자들의 위치가 틀어질 수 있고, 또한 연마입자(33)의 집중도가 떨어져 초기 절삭율은 높으나 연마입자(33)가 받는 응력이 커져 연마입자(33)의 탈락을 가져오거나 연마입자(33)의 빠른 마모를 발생시킬 수 있기 때문이다.

도 4에는 본 발명의 바람직한 연마입자의 배열이 나타나 있다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는 큰 연마입자(37b)는 절삭면에서 절삭방향으로 가장 인접한 큰 연마입자(37b)에 대하여 절삭방향에 대하여 경사각(α)만큼 경사지게 배열되도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 큰 연마입자들을 절삭방향에 대하여 동일선상에 배열되지 않고 절삭방향에 대하여 경사각(α)을 이루도록 배열함으로써, 공구내 모든 절삭면에서 연마입자들이 절삭작업에 참여하게 되어 우수한 절삭면을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 보다 우수한 절삭성과 긴 수명을 확보할 수 있다.

상기 경사각(α)은 45°(도)이하가 바람직하다.

도 3 및 도 4에는 큰 연마입자와 작은 연마입자 두가지 연마입자들을 사용하는 경우에 대하여 제시되어 있지만, 본 발명의 절삭공구는 이에 한정되는 것은 아니며, 도 5에 나타난 바와 같이, 큰 연마입자(43a)와 작은 연마입자(43b)의 중간 크기의 연마입자(43c)를 첨가하여 열 방식으로 연마입자를 배열시키거나 작은 연마입자보다 더 작은 연마입자를 배열시키는 방식으로 절삭공구를 제작함으로써 절삭, 연마 효과를 보다 증가시킬 수도 있다.

도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는 연마입자(43)로써 큰 연마입자(43a), 작은 연마입자(43b) 및 중간 크기의 연마입자(43c)를 사용하여 각각의 연마입자만으로 연마입자 열을 형성하고 이들 연마입자열들 (431a), (431b) 및 (431c)을 교대로 배열하여 패턴(431)을 이루도록 절삭공구(40)를 제작할 수 있다.

도 5에 제시된 절삭공구에 있어서도 도 3에서와 같이 큰 연마입자 열간 간격은 큰 연마입자 직경의 2∼50배로 유지하는 것이 바람직하고, 그리고 동일한 연마입자열 내에 위치한 연마입자 간 간격은 연마입자열 내에 위치한 연마입자 직경의 1.5∼10배로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 큰 연마입자(43a)는 절삭면에서 절삭방향으로 가장 인접한 큰 연마입자(43a)에 대하여 절삭방향에 대하여 경사각(α)만큼 경사지게 배열되도록 하는 것이 바람직하며, 그 경사각(α)은 45°(도)이하가 바람직하다.

도 6에는 본 발명에 부합되는 크기가 다른 연마입자 열들을 여러 모양의 패턴을 준 절삭공구의 다른 예가 제시되어 있다.

도 6(a)에는 패턴이 두개의 큰 연마입자 열과 하나의 작은 연마입자열이 교대로 배열되어 이루어지는 연마입자 배열의 예가 제시되어 있고, 그리고 도 6(b)에는 연마입자열이 큰 연마입자와 작은 연마입자가 교대로 배열되어 이루어진 연마입자배열의 예가 제시되어 있다.

본 발명은 연마휠, 코아드릴, 및 쏘 등에 바람직하게 적용될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

연마입자로서 다이아몬드 입자가 무질서하게 배열된 불규칙 배열방식의 다이아몬드 공구(종래재 1), 다이아몬드 입자가 규칙적으로 배열된 종래의 다이아몬드 공구(종래재 2), 2가지 이상의 입도 편차를 가지는 다이아몬드 입자가 열 방식으로 교대로 번갈아 부착된 본 발명의 다이아몬드 공구(발명재 1), 패턴별로 2가지 이상의 입도 편차를 가지는 다이아몬드 입자가 교대로 번갈아 부착된 본 발명의 다이아몬드 공구(발명재 2), 및 발명재 1에서 큰 연마입자들을 절삭방향에 대하여 동일선상에 배열되지 않고 절삭방향에 대하여 5 °(도)의 경사각(α)을 이루도록 배열된 본 발명의 다이아몬드 공구(발명재 3)을 준비하였다.

상기의 다이아몬드 공구는 측면을 연마해주는 연마휠로 제작되어 졌으며, 피삭재로는 플라스틱을 사용하였다. 상기 공구들의 성능 판단을 위해 시간에 따른 연마율을 측정하였고, 측정후 공구의 눈막힘 현상이 발생하였는지 관찰하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

구분	평가결과
	연마율(㎤/min.)				눈막힘 현상
	30min.	60min.	90min.	편차
종래재 1	4.2	3.0	2.2	2.0	발생
종래재 2	4.7	4.1	3.3	1.4	조금발생
발명재 1	5.6	5.4	5.1	0.5	없음
발명재 2	6.0	5.7	5.3	0.7	없음
발명재 3	6.4	6.3	6.2	0.2	없음

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 종래재 1은 피삭재의 연마율도 좋지 못할 뿐만 아니라 사용시간에 따라 연마율이 크게 저하되는 것을 알 수 있고, 눈막힘 현상이 발생되어 사용시간이 길어짐에 따라 공구의 연삭성이 크게 저하되었다.

종래재 2는 종래재 1에 비하여 연마율은 향상되었지만 사용시간에 따라 다소 편 차를 보였으며, 눈막힘 현상도 발생하였다.

한편, 발명재 1 및 2는 종래 공구에 비해 연삭속도가 향상되었고 사용시간에 따른 편차도 2배 이상 작아졌다. 또한 큰 연마입자가 연삭에 큰 역할을 하고 어느정도 마모되어지면 작은 연마입자가 그 역할을 대신하면서 피삭재의 칩들을 배출시키는 역할을 도와주어 종래의 제품에서 발생되는 눈막힘 현상도 발생하지 않았다. 발명재 1과 발명재 2의 차이점은 큰 연마입자열이 군을 형성하고 있는 발명재 2가 발명재 1에 비해 초기 단계에서 연마율이 컸으나 큰 편차를 보이지 않음을 확인하였다.

또한, 발명재 3의 경우에는 절삭면의 전면에 걸쳐 고르게 연마작업이 가능하게 되어 보다 우수한 연마효율과 작은 연마편차를 나타냄을 알 수 있다.

(실시예 2)

일정한 비율로 큰 연마입자와 작은 연마입자를 열 방식으로 교대로 부착시키고 큰 연마입자와 작은 연마입자의 입도편차가 0∼10%인 연마휠(비교재 1), 연마입자의 입도편차가 10∼30%인 연마휠(발명재 1), 연마입자의 입도편차가 30∼50%인 연마휠(발명재 4) 및 연마입자의 입도편차가 50∼70%인 연마휠(비교재 2)을 제작하였다.

상기와 같이 제작된 연마휠에 대하여 시간에 따른 연마율과 공구의 눈막힘 현상을 관찰하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

구분	연마율(㎤/min.)				눈막힘 현상
	30min.	60min.	90min.	편차
비교재 1	4.0	3.7	3.6	0.4	일부발생
발명재 1	5.6	5.4	5.1	0.5	없음
발명재 4	6.0	5.7	5.2	0.8	없음
비교재 2	6.8	6.1	4.7	2.1	일부발생

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 연마입자가 0 ~ 10% 입도편차를 가지는 비교재(1)의 경우에는 연마입자의 크기 편차가 거의 없어 거의 모든 연마입자가 작업입자(working particle)로 작용하고 이로 인해 각각의 연마입자가 작은 부하를 받으므로 연삭율을 크게 저하시키는 결과를 가져왔다.

또한, 모든 연마입자간의 높이 편차가 없어 간격을 충분히 조절하지 않은 경우, 눈막힘 현상이 발생하여 공구의 수명을 단축시키는 결과를 가져오기도 했다.

발명재 (1) 및 (4)는 시간에 따라 연마율의 변화가 크지 않으면서 우수한 연삭율과 눈막힘 현상을 방지하는 것으로 나타났고, 발명재 4보다 발명재 1이 시간에 따른 연삭율 편차가 작아 좀더 우수한 성능을 나타내었다.

연마입자가 50 ~ 70% 입도편차를 가지는 비교재(2)의 경우에는 연마작업에 사용되어지는 큰 연마입자가 비교재(1), 발명재(1) 및 발명재(4)의 큰 연마입자보다 부하를 많이 받게 되어 피삭재에 깊숙이 절입되어 초기에 큰 연마율을 나타내었다.

그러나, 작업입자로 작용하는 큰 연마입자가 마모되면서 새로운 연마입자, 즉 작은 연마입자들이 연마작업에 참여를 해야 하는데 입도 편차가 커 연마에 참여하지 못해 급격한 연삭율의 감소를 가져오게 되었다.

또한, 연마입자 간의 큰 입도편차로 피삭재의 칩들이 결합제와 마찰하여 눈막힘 현상을 일부 보이기도 하였다.

(실시예 3)

전체적인 입도편차 범위가 10 ~ 50%를 가지는 큰 연마입자, 중간 크기의 연마입자, 및 작은 연마입자의 3종류 연마입자를 열 방식으로 배열한 연마휠을 제작하여 연마율을 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

하기 표 3에서 발명재 (5)는 큰 연마입자(A) 옆에 중간 크기의 연마입자(B)를 중간 크기의 연마입자(B) 옆에 작은 연마입자(C)를 열 방식으로 순차적으로 배열한 연마휠을 나타내고, 발명재(6)은 큰 연마입자(A) 옆에 작은 연마입자(C)를 작은 연마입자 옆에 중간 크기의 연마입자(B)를 열 방식으로 순차적으로 배열한 연마휠을 나타내고, 종래재(1)은 입도편차가 없는 연마입자가 무질서하게 배열된 불규칙배열방식의 연마휠을 나타낸다

[표 3]

구분	연마율(㎤/min.)				눈막힘 현상
	30min.	60min.	90min.	편차
발명재 5	5.8	5.5	5.2	0.6	없음
발명재 6	5.9	5.7	5.4	0.5	없음
종래재 1	4.2	3.0	2.2	2.0	발생

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 연마입자가 10 ~ 50%의 입도 편차를 갖고, 열 방식으로 연마입자가 배열되는 경우[발명재(5) 및 발명재(6)]에는 큰 연마입자와 중간 크기의 연마입자, 작은 크기의 연마입자의 배열 순서를 달리하더라도 연마율의 차이는 거의 없으며, 시간에 따른 연삭율 변화도 발명재(1) 및 발명재(2)와 유사하고, 종래의 연마휠[종래재(1)]보다 큰 연삭율과 균일한 마모율을 나타내고 있음을 알 수 있다.

(실시예 4)

열 방식으로 배열된 큰 연마입자들의 간격을 크게 혹은 작게 하였을 때 연마율의 변화를 평가하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

본 실시예에서 사용된 연마휠들[발명재(7∼11)의 경우에는 모두 10 ~ 50% 입도 편차를 갖는 연마입자들을 사용하였으며, 큰 연마입자와 작은 연마입자가 열 방식으로 배열되어 있다.

하기 표 4의 발명재(7)은 열 방식으로 배열된 큰 연마입자들이 다음 열 방식으로 배열된 큰 연마입자들과의 거리가 큰 연마입자 직경의 2.5배 거리를 유지하고 있는 연마휠이고, 발명재(8)은 15배, 발명재(9)는 30배, 발명재(10)은 50배, 발명재(11)은 70배의 거리를 유지하고 있는 연마휠이다.

[표 4]

구분	연마율(㎤/min.)
	30min.	60min.	90min.	편차
종래재 1	4.2	3.0	2.2	2.0
발명재 7	4.8	4.5	4.2	0.6
발명재 8	6.0	5.7	5.3	0.7
발명재 9	6.2	5.9	5.3	0.9
발명재 10	6.4	5.8	5.1	1.3
발명재 11	6.8	6.0	4.9	1.9

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 연마입자가 10 ~ 50% 입도 편차를 가지고 있고, 열 방식으로 배열되어 있는 연마 공구들[발명재(7∼11)]은 연마율이 우수하고 편차도 적은 것을 알 수 있다.

연삭, 연마작업에서 크게 작용하는 큰 연마입자들의 열 간격이 큰 연마입자 직경의 2.5배 ~ 50배 일 때 연마율이 크게 향상되는 것을 알 수 있으며, 70배 인 경우도 종래재에 비해 연마율이 향상됨을 알 수 있다.

그러나, 큰 연마입자들의 열 간격이 큰 연마입자 직경의 50배를 넘어서면 마모량은 종래재에 비해 우수하나 편차가 비슷해져 일정한 연마성능을 얻을 수 없게 된다.

결과적으로 큰 연마입자 간의 열 간격이 큰 연마입자 직경의 2.5배 보다 작으면 큰 연마입자가 피삭재에 깊숙이 들어갈 수 없게 되어 연마 효율의 증가가 작아지며, 50배를 넘어서면 큰 연마입자의 수가 작아 초기에는 마모율이 크지만 시간이 지남에 따라 연마입자의 마모가 빨리 이루어져 결과적으로 연마율이 급속히 떨어짐을 알 수 있다.

(실시예 5)

10~30% 입도편차를 가지는 큰 연마입자와 작은 연마입자를 열 방식으로 교대로 배열하고 큰 연마입자열과 다음 큰 연마입자 열간 간격을 큰 연마입자 직경의 15배를 가지는 본 발명의 코어드릴(발명재 12)과 큰 연마입자가 절삭면에 동일선상에 놓여지지 않도록 5°의 경사각을 가진 큰 연마입자열과 작은 연마입자열을 교대로 배열시킨 본 발명의 코아드릴(발명재 13)과 연마입자가 불규칙적으로 배열된 종래의 코어드릴(종래재 3)과의 절삭성능의 비교치를 조사하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 절삭성능 비교에 사용된 피삭재는 10㎝ 두께를 가지는 콘크리트를 사용하였고, 10구멍을 천공하는데 소요되는 평균시간을 측정하였다. 또한 냉각수를 사용하지 않는 건식용으로 테스트를 행하였다.

[표 5]

구분	연마율(sec/구멍)
	10구멍	20구멍	30구멍	편차
발명재 12	156	170	183	27
발명재 13	140	147	159	19
종래재 3	237	261	302	65

본 발명의 코아드릴(발명재 12)은 30장 까지 천공하는데 걸리는 시간편차가 크지 않은 것을 볼 수 있고, 큰 연마입자와 작은 연마입자의 교대배열로 인해 큰 연마입자가 절삭작업에 보다 효율적으로 작용함으로써 연마입자가 불규칙적으로 부착된 코아드릴(종래재 3)에 비해 절삭속도도 크게 향상되었다.

또한 큰 연마입자가 절삭면에 동일선상에 놓여지지 않도록 5°의 경사각의 경사각을 가진 큰 연마입자열과 작은 연마입자열을 교대로 배열시킨 발명재 13은 큰 연마입자가 절삭면에 동일선상에 위치한 발명재 12에 비해 절삭속도와 절삭편차가 우수하였다.

반면 종래재 3은 절삭량이 많아짐에 따라 피삭재의 칩들이 연마입자 사이에 축적되어 눈막힘 현상이 발생됨으로써 절삭속도가 크게 저하되었다.

(실시예 6)

발명재 12 및 13과 같은 방식으로 연마입자를 각각 부착시킨 본 발명의 쏘(발명재 14 및 15)와 연마입자가 불규칙적으로 배열된 종래의 쏘(종래재 4)와의 절삭성능 비교치를 조사하고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다. 절삭성능 비교에 사용된 피삭재는 300 x 300 x 20T인 콘크리트를 사용하였고, 1열과 10열, 20열을 자를 때 소요되는 시간을 측정하였다. 또한 냉각수를 사용하지 않는 건식용으로 테스트를 행하였다.

[표 6]

구분	연마율(sec/열)
	1열	10열	20열	편차
발명재 14	6.8	6.9	7.2	0.4
발명재 15	6.4	6.5	6.6	0.2
종래재 4	9.1	9.3	9.7	0.6

본 발명의 쏘인 발명재 14 및 15의 경우에는 연마입자가 불규칙적으로 부착된 종래재 4에 비해 절삭속도가 크게 향상된 것을 확인하였고, 열 수에 따른 편차도 크지 않음을 확인하였다.

상기 실시예들을 통해 큰 연마입자와 작은 연마입자를 선별하여 소망하는 위치에 배열함으로써 연마성능과 수명을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였고, 연마휠 뿐만 아니라 천공작업에 사용되는 코아드릴이나 쏘 등과 같은 절삭 공구에도 크게 효과적임을 확인하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 2가지 이상의 입도편차를 가지는 연마입자를 균일하게 배열함과 동시에 입도가 다른 연마입자를 소망하는 비율과 위치에 부착시킨 절삭공구를 제공함으로써 공구의 절삭속도와 수명을 향상시킬 뿐만 아니라 우수한 성능 재현성을 실현할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (19)

1. 연마입자들이 그 표면에 고정되는 금속기판, 이 금속기판상에 고정되는 다수 개의 연마입자 및 이 연마입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 절삭공구에 있어서,

   상기 연마입자들은 하나 이상의 패턴을 이루고 있고;

   상기 패턴의 각각은 하나 이상의 연마입자 열로 이루어지고;

   상기 연마입자들은 큰 연마입자와 작은 연마입자로 이루어지고; 그리고

   상기 작은 연마입자와 상기 큰 연마입자의 직경차이가 10∼50%인 것을 특징으로 하는 절삭공구
2. 제1항에 있어서, 상기 큰 연마입자는 절삭면에서 절삭방향으로 가장 인접한 큰 연마입자에 대하여 절삭방향에 대하여 경사지게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭공구
3. 제2항에 있어서, 상기 큰 연마입자는 절삭면에서 절삭방향으로 가장 인접한 큰 연마입자에 대하여 절삭방향에 45°(도)이하로 경사지게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭공구
4. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 패턴들은 상기 큰 연마입자로 이루어지는 열과 상기 작은 연마입자로 이루어지는 열이 서로 교대로 배열되어 이루 어진 것임을 특징으로 하는 절삭공구
5. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 패턴들은 모두 큰 연마입자들로 이루어진 패턴과 모두 작은 연마입자들로 이루어진 패턴이 서로 교대로 배열되어 이루어진 것임을 특징으로 하는 절삭공구
6. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 패턴은 두개의 큰 연마입자열과 하나의 작은 연마입자열이 서로 교대로 배열되어 이루어진 것임을 특징으로 하는 절삭공구
7. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 큰 연마입자열을 하나 이상 포함하는 연마입자 열간 간격이 큰 연마입자 평균 직경의 2.5∼50배인 것을 특징으로 하는 절삭공구
8. 제7항에 있어서, 상기 연마입자 열간 간격이 큰 연마입자 평균 직경의 2.5∼30배인 것을 특징으로 하는 절삭공구
9. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연마입자가 초지립 입자, 입방정 질화붕소(CBN)입자 및 다이아몬드 입자로 이루어진 입자그룹으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 절삭공구
10. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 금속결합재층 제조 방법으로 소결, 전착, 융착 방법을 이용하여 금속결합재층을 형성 시킨 것을 특징으로 하는 절삭공구
11. 연마입자들이 그 표면에 고정되는 금속기판, 이 금속기판상에 고정되는 다수 개의 연마입자 및 이 연마입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 절삭공구에 있어서,

    상기 연마입자들은 각각 크기가 다른 연마입자로 이루어지는 3개 이상의 연마입자군으로 이루어지고;

    상기 연마입자들은 하나 이상의 패턴을 이루고 있고;

    상기 패턴의 각각은 하나 이상의 연마입자 열들로 이루어지고, 그리고 3개 이상의 연마입자군의 연마입자들을 포함하고; 그리고

    상기 연마입자군들중 가장 큰 연마입자로 이루어진 연마입자군 및 가장 작은 연마입자로 이루어진 연마입자군의 연마입자의 직경의 차이가 10∼50%인 것을 특징으로 하는 절삭공구
12. 제11항에 있어서, 상기 가장 큰 연마입자는 절삭면에서 절삭방향으로 가장 인접한 가장 큰 연마입자에 대하여 절삭방향에 대하여 경사지게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭공구
13. 제12항에 있어서, 상기 가장 큰 연마입자는 절삭면에서 절삭방향으로 가장 인접한 가장 큰 연마입자에 대하여 절삭방향에 45°(도)이하로 경사지게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭공구
14. 제11항에서 제13항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연마입자 열들은 모두 동일한 크기를 갖는 연마입자들로 이루어지고; 그리고 연마입자 크기 순서대로 반복적으로 배열됨을 특징으로 하는 절삭공구
15. 제11항에서 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연마입자 열들은 3개 이상의 연마입자군의 연마입자들로 이루어지고; 그리고 크기 순서대로 반복적으로 배열됨을 특징으로 하는 절삭공구
16. 제11항에서 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 가장 큰 연마입자를 하나 이상 포함하는 연마입자 열간 간격이 가장 큰 연마입자 평균 직경의 2.5∼50배인 것을 특징으로 하는 절삭공구
17. 제16항에 있어서, 가장 큰 연마입자를 하나 이상 포함하는 연마입자 열간 간격이 가장 큰 연마입자 평균 직경의 2.5∼30배인 것을 특징으로 하는 절삭공구
18. 제11항에서 제13항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연마입자가 초지립 입자, 입방 정 질화붕소(CBN)입자 및 다이아몬드 입자로 이루어진 입자그룹으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 절삭공구
19. 제11항에서 제13항중의 어느 한 항에 있어서, 금속결합재층 제조 방법으로 소결, 전착, 융착 방법을 이용하여 금속결합재층을 형성 시킨 것을 특징으로 하는 절삭공구

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