KR100766237B1 - 분말저온분사에 의한 다이아몬드 공구 휠 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이아몬드 공구 휠 제작 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 절삭 및 연마에 사용되는 다이아몬드 공구, 특히 다이아몬드 입자 위에 니켈 도금을 통하여 공구를 제작하는 다이아몬드 공구 휠의 제작에 관한 방법으로서, 경량화를 위하여 알루미늄 기판을 사용하고 니켈 분말과 다이아몬드 입자를 혼합한 혼합분말을 저온분사에 의해 기판상에 코팅되도록 하여 니켈 코팅층의 두께 조절이 용이해지며 자동화 제작이 가능해지는 다이아몬드 공구 휠 제작 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 종래의 다이아몬드 전착 공구 휠의 제작 공정보다 단순화된 제작이 가능해져 생산성이 향상되고 제조 원가가 절감되는 효과가 있으며, 자동화 제작이 용이해지는 효과도 있으며, 니켈 코팅층의 두께 조절이 용이하여 정밀한 제조 제어가 가능해지며, 알루미늄 등의 비철합금 기판의 사용이 가능해지므로 제품의 경량화가 가능해지는 효과가 있으며, 복잡한 형상을 갖는 다이아몬드 공구 휠도 로봇이나 지그를 사용하여 용이하게 제작 가능해지는 효과가 있다.

다이아몬드, 전착, 휠, 저온 분사

Description

분말저온분사에 의한 다이아몬드 공구 휠 제작 방법{Manufacturing method for diamond grinding tool by low temperature injection of powder}

도 1a 내지 도 1 e는 종래 전착 다이아몬드 공구 휠 제작 방법을 나타내기 위한 부분 확대 사시도.

도 2는 종래 전착 다이아몬트 공구 휠의 단면을 나타내기 위한 확대 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 분말저온분사에 의한 다이아몬드 공구 휠 제작 방법에 사용되는 저온 스프레이 시스템을 나타내는 블록도.

도 4는 본 발명에 따라 노즐에서 저온 분사되는 분말이 코팅되는 상태를 나타내기 위한 부분 확대 단면도.

도 5는 본 발명에 따라 완성된 다이아몬드 공구 휠을 나타내기 위한 평면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 스틸 기판 20: 메쉬망 지그

30: 다이아몬드 입자 40: 니켈 도금층

100: 저온 스프레이 시스템 110: 가스 컨트롤

120: 분말 송급장치 130: 가스 히터

140: 컨트롤 시스템 150: 분말 예열 장치

본 발명은 분말저온분사에 의한 다이아몬드 공구 휠 제작 방법 에 관한 것으로서, 구체적으로는 절삭 및 연마에 사용되는 다이아몬드 공구, 특히 다이아몬드 입자 위에 니켈 도금을 통하여 공구를 제작하는 다이아몬드 공구 휠의 제작에 관한 방법으로서, 경량화를 위하여 알루미늄 기판을 사용하고 니켈 분말과 다이아몬드 입자를 혼합한 혼합분말을 저온분사에 의해 기판상에 코팅되도록 하여 니켈 코팅층의 두께 조절이 용이해지며 자동화 제작이 가능해지는 분말저온분사에 의한 다이아몬드 공구 휠 제작 방법 에 관한 것이다.

근래에 미세한 기계나 금속의 가공 또는 반도체 기판의 씨엠피 공정 등에서 절삭 및 연마 공정에 사용되기 위하여 다이아몬드 입자를 스틸 기판 위에 분산시킨 뒤 입자가 고정되도록 전착(electro plating) 도금하여 사용되는 다이아몬드 공구 휠의 개발이 활발히 진행되고 있다.

이러한, 전착 다이아몬드 공구 휠의 일반적인 제조 방법은 도 1a 내지 도 1e에서 도면을 통해 나타내고 있는데, 그 첫번째 단계가 우선 원하는 제품의 스틸 기판(10)을 도 1 a 와 같이 가공하여 준비하고, 두번째 단계로서 준비된 스틸 기판(10)위의 원하는 부위에 도 1 b와 같이 메쉬망 지그(20)를 설치하고, 설치된 메쉬망 지그(20)에 세번째 단계로 도 1c와 같이 다이아몬드 입자(30)를 균일하게 분산시키며, 네번째 단계로 균일하게 분산된 다이아몬드 입자(30)가 고정되도록 다이아 몬드 입자(30)의 5~10%의 두께로 도 1d와 같이 니켈재(40) 도금을 하며, 도 1e에서는 다섯번째 단계로 도금후 메쉬망 지그(20)를 제거하여 고정되지 않은 다이아몬드 입자(30)를 수거하고 다시 니켈재(40) 도금을 다이아몬드 입자(30)의 50~60% 정도로 도금하여 제품을 완성하게 되는데, 최종적인 니켈 도금의 두께는 제품에 따라 약 50~200 ㎛를 사용하게 된다.

도 2에서는 도 1a 내지 도 1e의 단계들을 이용하여 제조한 전착 다이아몬드 공구 휠의 최종적인 단면도를 나타내고 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 스틸 기판(10)상에 다이아몬드 입자(30)들이 도금된 니켈재(40)에 의해 고정되어 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 전착 공구는 연마나 연삭시 다이아몬드 사이로 이물질 탈락이 용이한 장점을 지니게 된다.

대한민국 특허출원 2003-0022430에서는 이러한 공정에 대하여 명기하고 있으며, 실제 생산에서도 이와 유사한 방법을 사용하지만, 상기와 같은 방법으로 전착 다이아몬드 공구 휠 제작 시에는 여러 단계의 공정들을 요구하며, 또한 자동화가 용이하지 않아 대부분 수동 작업에 의존하는 단점이 있다.

그리고, 이러한 방법에 의해 제작되는 다이아몬드 전착 공구 휠은 니켈 도금이 용이하지 않아 경량화를 위한 알루미늄 기판의 사용이 불가능한 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다이아몬드 공구 휠을 제작하는 공정의 수를 단축시켜 생산성을 향상시킴은 물론 자동화가 용이하여 대량 생산 가능한 제작 방법을 제공함에 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 다이아몬드 공구 휠 의 니켈 도금이 용이하게 하여 경량화를 위한 알루미늄 기판의 사용이 가능하도록 하는데 있다.

상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명에서는, 니켈 분말과 다이아몬드 입자를 혼합하여 저온 분사 시스템의 분말 송급 장치에 주입한 후 저온 분사 공정을 통하여 알루미늄 기판상에 코팅함으로써 이루어지는 다이아몬드 공구 휠 제작 방법 이 제공되며, 본 발명에 의한 다른 방법으로는 저온 분사 공정으로 니켈 분말을 코팅하여 니켈 코팅층을 형성한 뒤, 다시 그 위에 저온 분사 공정으로 다이아몬드 입자들을 분사시켜 니켈 코팅층에 박히도록 하는 다이아몬드 공구 휠 제작 방법 이 제공된다.

이하, 도면을 이용하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 의해 다이아몬드 공구 휠을 제작하는 방법은, 도 4에서 보이는 바와 같이, 니켈(Ni) 분말(41)과 다이아몬드 입자(31)를 혼합한 후 도 3에 보이는 저온 분사 시스템(100)의 분말 송급 장치(120)에 주입하고, 상기 혼합 분말을 상기 분말 송급장치(120)의 노즐을 통해 기판(170)상에 저온 분사하는 공정을 실시함으로써, 니켈 분말(41)과 다이아몬드 입자(31)가 혼합된 분말을 저온분사하는 단일 공정을 통해 상기 기판(170)상에 다이아몬드 입자의 고정과 니켈 분말의 코팅층 형성이 동시에 실시된다.

상기 본 발명의 제작 방법의 한 실시예로서, 기판의 소재는 알루미늄으로 하고, 외경 150mm, 내경 50mm, 두께 20mm 의 가운데 구멍이 있는 연마 휠을 가공하였으며, 니켈 분말(41)과 다이아몬드 입자의 부피비로 20%로 혼합을 하였으며, 니켈 분말의 크기는 10 내지 50㎛이고, 다이아몬드 입자의 크기는 약 300 내지 400 ㎛ 정도를 사용하였다.

본 발명에 따라 저온 분사 시스템(100)을 사용하여 외부로부터 폭(노즐과 기판 사이) 15 mm 의 이격거리(표 1 참조) 에서 코팅을 실시하여 코팅 두께는 150 내지 200㎛를 목표로 하여 도 4에서 보이는 바와 같이 알루미늄 기판(170)을 회전시켜 도 5와 같은 메탈 본드 휠을 완성하였다.

이때, 원주 형태나 혹은 보다 복잡한 형태 등의 형상으로도 로봇이나 회전 지그를 사용하여 얼마든지 제작이 가능하며, 제작시 실제 사용된 실제 저온 분사 공정의 니켈(Ni) 코팅 조건을 아래의 표 1에서 나타내고 있다.

(표 1)

	공정 조건
사용 가스	질소(헬륨, 공기, 혹은 혼합가스 가능)
메인 가스 온도	500oC
분말 예열가스 온도	200oC
분말 송급 속도	3 kg/hr
메인 가스 압력	29 kg/cm2
건과 기판과의 거리	15 mm
기판 회전 속도	20 mm/sec

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의해 다이아몬드 공구 휠을 제작하는 다른 방법으로는 아래와 같은 방법이 있다.

먼저 니켈 분말을 이용하여 코팅을 50 내지 200㎛ 정도 실시하여 니켈 코팅층을 형성한 후 이후에 코팅된 니켈 코팅층 두께의 2 내지 2.5 배의 크기를 가진 다이아몬드 입자를 분사하여 기존의 니켈 코팅층에 박히도록 하는 방법이 제시된다.

이와 같이 분말 혼합 후 단일 공정 혹은 니켈 코팅후 다이아몬드 입자가 코팅층에 박히도록 하는 단일 공정에 의하여 다이아몬드 공구 휠이 완성되므로 공정이 종래에 비해 훨씬 단순해져 생산성이 향상되고, 자동화가 용이해지는 장점 또한 있다.

그리고, 본 발명에서는 기판으로서 스틸 뿐만 아니라 알루미늄 등의 비철금 속 등에서 용이하게 코팅할 수 있으므로 경량화가 가능해지는 장점 또한 있으며, 공정조건 즉, 코팅량이나 패스 수 조절 등에 의하여 니켈 코팅층의 두께 조절이 용이하여 정밀한 제조 제어가 가능해지게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하였지만, 본 발명의 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 얼마든지 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 잘 알 것이며, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 제한이 없으나, 바람직하게는, 상기 니켈 분말은 10 내지 50㎛ 범위 내의 크기로서 구형 분말이고, 상기 다이아몬드 입자의 크기는 300~400㎛이며, 상기 니켈 코팅층의 코팅 두께는 50 내지 200㎛ 범위 내의 두께로서 상기 다이아몬드 입자의 40 내지 70% 범위 내의 크기를 갖고, 상기 저온 분사가 이루어지는 분사 노즐과 상기 기판과의 거리는 5 내지 50mm 범위의 이격 상태로 분사 노즐과 상기 기판이 지그 또는 로봇에 의해 항상 거리가 일정하게 유지되며, 상기 저온 분사에 사용되는 메인 가스로 질소, 헬륨, 공기 또는 혼합가스 중 적어도 어느 하나가 사용되고, 상기 저온 분사시의 메인 가스 온도는 500^oC 이하, 분말 예열 가스 온도는 500^oC 이하를 사용하는 것으로서, 본 발명의 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 종래의 다이아몬드 전착 공구 휠의 제작 공정보다 단순화된 제작이 가능해져 생산성이 향상되고 제조 원가가 절감되는 효과가 있으며, 자동화 제작이 용이해지는 효과 또한 있다.

그리고, 니켈 코팅층의 두께 조절이 용이하여 정밀한 제조 제어가 가능해지며, 알루미늄 등의 비철합금 기판의 사용이 가능해지므로 제품의 경량화가 가능해지는 효과가 있으며, 복잡한 형상을 갖는 다이아몬드 공구 휠도 로봇이나 지그를 사용하여 용이하게 제작가능해지는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 다이아몬드 공구 휠을 제조하는 방법에 있어서,

   니켈 분말(41)과 다이아몬드 입자(31)를 혼합하여 저온 분사 시스템(100)의 분말 송급장치(120)에 주입하고, 상기 분말 송급장치(12)의 노즐을 통해 알루미늄 기판(170)상에 상기 혼합 분말을 저온 분사하여, 상기 알루미늄 기판(170) 상에 니켈 코팅층의 형성과 상기 니켈 코팅층에 상기 다이아몬드 입자의 고정이 동시에 이루어지도록 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 저온분사에 의한 다이아몬드 공구 휠 제작 방법.
2. 다이아몬드 공구 휠을 제조하는 방법에 있어서,

   니켈 분말을 알루미늄 기판 상에 저온 분사시켜 니켈 코팅층을 형성하고, 다시 다이아몬드 입자를 상기 니켈 코팅층상에 저온 분사시켜 상기 다이아몬드 입자가 상기 니켈 코팅층에 박혀 고정되게 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 저온 분사에 의한 다이아몬드 공구 휠 제작 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 니켈 분말은 10 내지 50㎛ 크기의 구형 분말 이고, 상기 니켈 코팅층의 코팅 두께는 50 내지 200㎛ 이며, 상기 니켈 코팅 두께는 상기 다이아몬드 입자의 40 내지 70%의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 분말 저온 분사에 의한 다이아몬드 공구 휠 제작 방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 저온 분사가 이루어지는 분사 노즐과 상기 알루미늄 기판과의 거리는 5 내지 50mm의 이격거리가 유지되는 상태 로 상기 분사 노즐과 알루미늄 기판은 지그 또는 로봇에 의해 항상 거리가 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 분말 저온 분사에 의한 다이아몬드 공구 휠 제작 방법.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 저온 분사에 사용되는 메인 가스로 질소, 헬륨, 공기 또는 혼합가스 중 적어도 어느 하나가 사용되며, 상기 저온 분사시의 메인 가스 온도는 500^oC 이하 , 분말 예열 가스 온도는 500^oC 이하 를 사용하는 것을 특징으로 하는 분말 저온 분사에 의한 다이아몬드 공구 휠 제작 방법.

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