KR100787937B1 - 다이아몬드공구용 절삭날 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이아몬드 공구용 절삭날 구조 및 이를 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상기 절삭날 구조는 일정한 간격으로 형성된 다수의 천공홀들을 갖는 금속분말들의 결합체인 금속본드와, 상기 천공홀들에 1개씩 삽입고정된 다이아몬드 입자들을 포함한다. 본 발명은 금속본드(2,5) 속의 수백 수천 개의 다이아몬드 입자들(1,4)을 균일한 간격으로 일정하게 배열시킨 새로운 절삭 날(6)을 제조하는 기술을 개발함으로서 절삭시 다이아몬드 입자와 피삭재 그리고 금속 본드와 피삭재의 상호 마찰력을 최소화하는 동시에 절삭속도 및 공구 수명을 실질적으로 향상시킬 수 있다.

Description

다이아몬드공구용 절삭날 구조 및 이를 제조하기 위한 장치 및 방법{Cutting blade structure for diamond tools and apparatus and method for manufacturing the same}

도1은 종래의 다이아몬드 입자가 금속본드 속에 불규칙 하게 무작위 분포되어 있는 다이아몬드 톱의 완성품의 단면도이다.

도2는 새롭게 개발된 다이아몬드 입자가 금속본드 속에 동일간격으로 균일하게 분포되어있는 다이아몬드 톱의 완성품의 단면도이다.

도3은 천공장치를 이용한 금속본드에 천공 홀(hole)을 뚫는 원리와 순서 및 방법을 형상화 시켜놓은 단면도이다.

도4는 퓨셔(pusher)장치를 이용한 천공 홀(hole)에 다이아몬드 입자를 넣는 원리와 순서 및 방법을 형상화 시켜놓은 단면도이다.

도5는 종래의 절삭 날 구조가 실제 절삭 시 나타내는 문제를 제시하고 새롭게 개발된 절삭 날 구조가 가지는 효과를 형상화한 도면이다.

도6은 종래의 절삭 날을 제조하는 순서 및 방법과 종래의 절삭 날 제조방법상의 문제를 형상화한 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

- 공업용 다이아몬드 입자 : 21

- 금속 본드(metal bond) : 5

- 절삭 날 : 6

- 천공 핀(ejector pin) : 11

- 퓨셔(pusher) 장치 :15

- 고 장력 스프링 : 10

- 성형체 : 19

- 천공 홀(hole) : 16

본 발명은 절삭용구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연마재, 벽돌, 화강암, 대리석, 아스팔트, 콘크리트 등을 피삭재로 하여 이들을 연마 또는 절삭하기 위한 다이아몬드 공구용 절삭날 구조 및 이를 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 다이아몬드 톱 구조를 보여주는 정면도이다. 도 1을 참조하면, 다이아몬드 톱은 몸체부와, 몸체부의 단부를 따라서 배치된 절삭부를 포함한다. 절삭부는 절삭 작업 시 피삭재의 입자를 탈락시켜 절삭이 되게 하는 다이아몬드 입자들(1)과, 절삭 중 다이아몬드 입자들(1) 주위를 감싸서 다이아몬드 입자의 탈락을 방지하면서 일정시간 후 피삭재와의 마찰에 의해 마모되면서 기존의 입자를 탈락시키고 새로운 입자를 생성하면서 절삭을 보조하는 금속분말의 집합체인 금속본드로 구성되어 있다.

이러한 절삭 날의 구조를 고려할 때 실제 절삭 작업을 행하는 다이아몬드 입자들의 분포도는 공구의 수명 및 절삭속도와 아주 밀접한 관계를 형성하고 있음을 알 수 있다.

종래의 절삭날 구조로 절삭 작업을 수행하는 도 5의 아래쪽 도면을 참조하면, 여러 다이아몬드 입자들이 한곳에 뭉쳐있는 경우(41, 42, 43), 실제 절삭 작업을 수행하는 입자는 피삭재(45)와 가장 가까운 입자(43)일 것이고 나머지 입자들(41, 42)은 피삭재와 공구와의 마찰력만 증가시킬 것이다.

이와 같은 이유로 다이아몬드 입자들의 불규칙한 분포는 공구의 절삭속도를 감소시킬 뿐만 아니라 한 개의 입자(43) 탈락 시 나머지 입자들(41, 42)까지 동시에 탈락시키기 때문에 공구의 수명 또한 상당히 저하시키는 원인이 된다.

또한 한 개의 입자가 불균일 간격으로 놓여 있을 경우 입자 간격(43,44의 경우)이 넓어져 피삭재(60)와 금속본드(45)의 접촉 면적이 커져 마찰저항이 증가하고 금속본드의 마모속도를 증가시켜 다이아몬드 입자 탈락을 가속화시킴으로 이 또한 공구수명 및 절삭 속도를 감소시키는 요인으로 작용한다.

한편, 종래 다이아몬드 톱(도1)의 절삭 날(3)은 도 6의 제조과정에 따라 순차적으로 진행된다.

먼저 미세한 금속 분말들(코발트, 철, 구리, 니켈 등)의 집합체(49)를 혼합하여 용기(51) 속에 넣은 다음 일정량의 다이아몬드 입자들(50)을 다시 용기(51)속에 넣고 용기를 밀폐시킨 후 기계장치 혹은 수작업을 통해 밀폐된 용기를 일정 시간 동안 흔들거나 혹은 회전을 시키면 금속분말과 다이아몬드 입자들 간 혼합이 된 상태(52)가 된다.

이때 금속분말 속의 다이아몬드 입자들의 분포를 살펴보면 상당히 불규칙 분포이면서 동시에 무작위 분포(52)임을 알 수 있다.

왜냐하면 금속 분말들(일반적으로 코발트, 철, 구리, 니켈...) 사이의 비중차이가 많은데다 또한 다이아몬드 입자와 금속 분말들 사이의 비중차이 또한 상당히 많이 나기 때문에 이를 흔들거나 회전시켜서 일정한 분포를 형성하게 한다는 것은 거의 불가능한 일이기 때문이다.

때론 과대한 시간이나 부족한 시간으로 회전 또는 흔들었을 경우 편석 현상(비슷한 비중끼리 뭉치는 현상)이 더욱 심화된 경우도 생겨날 것이다.

하여튼 금속 분말과 다이아몬드 입자의 불규칙 분포된 배합상태(52)에서 다음 작업인 성형(어떤 일정한 형태를 만드는 일)작업으로 이어진다.

즉 무작위 분포된 상태(52)를 호퍼(58, hopper) 속에 넣고 화살표 방향(54, 55)으로 평행 운동 후 원위치시키면 자유낙하에 의해 금형(53,mold)안의 하 펀치(57,lower punch)위로 일정량 금속본드(metal bond)가 쌓이게 되고 이 상태에서 상 펀치(56,upper punch)를 하강시켜 가압 후 다시 상승시킴으로서 기존의 절삭 날의 형태인 성형체(59)를 제작하게 된다.

이때 성형된 금속본드(metal bond)속에 다이아몬드 입자분포를 살펴보면 여전히 불균일 분포(52)를 유지할 수밖에 없게 됨은 당연할 것이다.

왜냐하면 불균일 분포되어있는 상태에서 그대로 압축 및 수축작업만 하였기 때문이다. 하여튼 종래는 성형체까지의 제조과정에서 이러한 기본 문제를 발생시키면서 성형체(59)를 다음 단계의 고압 및 고온의 진공 분위기에서 용융시켜 금속 간 결합을 이루어내 단단한 형태의 절삭 날을 제조함으로써 앞서 설명한 문제를 야기 시키게 되어있다.

이처럼, 종래의 배합과정은 금속분말과 다이아몬드 입자를 동시에 일정 용기 속에 주입하고 밀폐시킨 후 흔들어서 혼합하기 때문에 상대적으로 비중이 낮은 다이아몬드 입자가 한곳에 뭉쳐져 있는 상태에서 배합 이후의 여러 절삭 날 제작 단계가 진행되기 때문에 완성된 절삭 날 구조가 되었어도 금속본드 속의 다이아몬드 입자 분포는 불균일하게 무작위 분포되어 있는 현상이 종종 빈번히 발생된다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 절삭시 다이아몬드 입자와 피삭재 그리고 금속 본드와 피삭재의 상호 마찰력을 최소화하는 동시에 절삭속도 및 공구 수명을 실질적으로 향상시킬 수 있는 다이아몬드 공구용 절삭날 구조 및 이를 제조하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르는 다이아몬드 공구용 절삭날 구조는 몸체부와, 상기 몸체부의 단부를 따라서 배치된 절삭부를 포함하는 다이아몬드 공구용 절삭날에 있어서, 상기 절삭부는 절삭을 보조하는 금속분말의 집합체인 금속본드와, 상기 금속 본드 내에 일정간격으로 배열된 다수개의 천공홀들의 각각에 1개씩 삽입고정된 다수의 다이아몬드 입자들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르는 몸체부와 절삭부를 포함하는 다이아몬드 공구용 절삭날의 제조방법은 상기 절삭부를 구성하는 금속본드를 준비하는 단계; 상기 금속본드에 다수의 천공홀을 동시에 형성하는 단계; 상기 다수의 천공홀 각각에 1개씩 다수의 다이아몬드 입자들을 삽입고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르는 몸체부와 절삭부를 포함하는 다이아몬드 공구용 절삭날을 제조하는 장치는, 하부 펀치와, 다수의 금속분말 입자들을 수용하며, 수평이동하여 상기 금속분말 입자들을 하부 펀치에 공급하는 금속분말용 호퍼와, 상기 하부 펀치에 쌓여진 상기 금속분말들을 가압하여 성형체를 형성하고, 상기 성형체에 일정간격으로 다수의 천공홀들을 형성하는 천공장치와, 다수의 다이아몬드 입자들을 수용하며, 수평이동하여 상기 다수의 천공홀들의 각각에 상기 다이아몬드 입자들을 1개씩 삽입고정하는 다이아몬드 입자용 호퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 천공장치는, 하방으로 소정의 압력을 가하는 상부 펀치와, 상기 상부 펀치의 하부에 결합된 상부 홀더와, 상기 상부 홀더의 하부에 장착되어 상기 상부 펀치를 하방으로 안내하는 가이드 핀과, 상기 가이드핀의 소정 부분을 둘러싸는 고장력 스프링과, 상기 상부 홀더에 장착된 다수의 천공핀들과, 상기 다수의 천공핀들이 통과하는 다수의 천공홀들을 갖는 하부 홀더를 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 다이아몬드 입자용 호퍼는 상기 다이아몬드 입자들이 상기 천공홀들의 각각에 2개 이상이 뭉쳐 있을 경우 혹은 이와 유사한 경우에 소정 각과 탄성을 갖고서 각 천공홀당 1개의 다이아몬드 입자만을 남기고 나머지 다이아몬드 입자들을 밀어내는 푸셔 장치를 더 포함하도록 구성될 수도 있다.

이하 이발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시 할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 이 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따르는 절삭 날 제조는 도 3과 도 4의 2단계로 나누어 진행이 된다. 즉, 금속본드의 용융 전 상태인 금속분말(20)에 천공장치(22)를 이용한 수백 개의 천공 홀(16,hole)들을 동시에 뚫은 다음, 푸셔장치(15)를 이용해 수백 개의 천공 홀들의 각 홀에 다수의 다이아몬드 입자들(21)을 한 개만 들어가도록 동시에 넣는 과정을 거쳐 제작되는 원리로서, 구체적으로는 다음과 같이 제조된다.

먼저, 금속분말의 집합체인 금속본드(20,metal bond)들을 호퍼(7,hopper) 속에 넣고 화살표방향(23, 24)으로 평행 운동을 가하면 호퍼 속의 금속본드(20)들은 중력에 의해 자유낙하 하므로 금형(26,mold)에 장착된 하 펀치(25,lower punch) 위로 일정량(d1) 쌓이게 된다.

이후 상 펀치(upper punch)인 천공장치(22)와 하 펀치(lower punch)에 가압을 하면 금형(26) 속의 금속본드는 기공(27)이 많기 때문에 수축운동을 시작하고 최대 수축(d2)에 이르면 수축은 더 이상 진행되지 않게 되고 대신 가이드 핀(9,guide pin)을 감싸고 있는 고하중용 스프링(10,spring) 장치의 수축과 동시에 홀더(13,holder) 부분이 수축되면서(d만큼) 천공 핀(11,ejector pin)이 천공장치(22)의 밑면(12) 아래로 돌출하게 됨으로써 금속본드 속에 여러 개의 천공 홀(hole)을 짧은 시간에 낼 수 있게 된다.

이후 천공 장치에 가해진 압력을 제거해주면 즉 천공 장치를 상승시키면 천공 장치(22) 전체가 동시에 상승되는 것이 아니라 고하중용 스프링(10,spring)에 걸린 하중이 먼저 제거되면서 탄성에 의해 홀더(13,holder) 부분과 돌출된 천공 핀(11,ejector pin) 부분이 천공장치의 밑면(12)까지 먼저 복귀되고 이후 전체가 상승하는 원리를 도입함으로써 크랙(crack)이 없는 깨끗한 천공 홀(16,hole)을 얻을 수 있다.

이렇게 압력에 의해 금형(26,mold) 속에서 금속본드가 여러 천공 홀을 가진 형태를 하게 될 때 이를 흔히 성형체(19)라 부른다.

만일 앞서 언급한 바와 같이 스프링의 탄성의 원리를 천공장치에 부착하지 않는다면 천공 핀(pin)이 돌출했을 때 상당한 하중을 받기 때문에 돌출된 천공 핀(pin)과 천공 핀(pin)사이에 금속본드가 끼워져 있는 형태(18)를 유지하면서 천공장치 전체가 동시에 상승하기 때문에 천공 홀(hole)의 깨끗한 형태 유지는 힘들어 지고 여러 홀(hole)이 합쳐진 형태의 천공 홀(17)이 됨으로 이는 다음 단계에서 한 개의 천공 홀(hole)에 여러 다이아몬드 입자들이 놓여지는 문제를 발생시킬 수도 있다.

따라서 반드시 스프링의 탄성원리를 천공장치에 부착시키는 것은 이 같은 이유 때문이다.

상기의 방법으로 천공 홀(hole)이 뚫린 성형체(19)를 제작 후 다음 단계로 도 4의 원리를 이용해 천공 홀(hole)속에 다이아몬드 입자를 넣는 방법은 다음과 같다.

푸셔(15,pusher) 장치를 장착한 호퍼(8,hopper)에 다이아몬드 입자들을 채운 다음 화살표 방향(28)으로 평행 운동 시키면 호퍼(8,hopper)속의 입자들은 중력에 의해 자유낙하 하면서 천공 홀(40,hole) 속으로 들어가게 되는데 이때 여러 입자들(21)이 한 개의 천공 홀(hole)에 들어갈 수 있으므로 천공장치의 천공 핀(pin) 외경은 반드시 다이아몬드입자 크기보다는 크게 제작하되 2배 이상이 되지 않게 제작함으로 한 개의 홀(hole) 속에는 적어도 한 개의 입자(21) 혹은 2개(21)의 입자만 놓이게 할 수 있다.

이후 다시 화살표 방향(29)으로 호퍼(8,hopper)를 평행 운동시켜 원위치로 돌아오게 하면 호퍼(8,hopper)속의 푸셔(15,pusher) 장치에 의해 2개의 입자(21)중 한 개의 입자(21)는 다시 천공 홀(hole)밖으로 나오게 되고 한 개의 천공 홀(hole)속에 한 개의 입자만 놓이게 된다.

상기와 같이 되는 이유로서 푸셔(15,pusher) 장치 장착시 각(a,angle)을 만들어 줌으로 인해 이 각(angle)에 의해 두 입자 중 천공 홀(hole) 밖으로 돌출된 입자(21)는 연질의 후렉시블(flexible)한 푸셔(15)장치에 탄성을 발생시키고 이 탄성에 의해 돌출된 입자들은 화살표 방향(33,34)으로 운동을 진행하므로 천공 홀(hole) 밖으로 나오게 되는 원리이다.

상기의 2단계의 과정을 거친 후 천공장치(22)가 다시 하강을 하면 앞서 설명한 천공장치의 원리에 의해 홀(hole)속에 남아있는 다이아몬드 입자(21)는 금속본드 속으로 묻히게 되고 이 상태에서 고온 및 고압의 진공분위기를 형성시킴으로 금속본드의 용융이 시작되면서 단단한 절삭 날의 제조가 완성된다.

이상에서 설명한 것처럼, 본 발명에 의한 다이아몬드 공구용 절삭날 구조 및 그 제조방법에 따르면, 절삭 작업 수행 시 피삭재와 다이아몬드 입자의 마찰력 및 금속본드와 피삭재와의 마찰력이 최소화되어 제품의 절삭속도를 높이고 공구의 수명을 극대화 시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 몸체부와 절삭부를 포함하는 다아이몬드 공구용 절삭날을 제조하는 장치에 있어서,

   하부 펀치;

   다수의 금속분말 입자들을 수용하며, 수평이동하여 상기 금속분말 입자들을 하부 펀치에 공급하는 금속분말용 호퍼;

   상기 하부 펀치에 쌓여진 상기 금속분말들을 가압하여 성형체를 형성하고, 상기 성형체에 일정간격으로 다수의 천공홀들을 형성하는 천공장치;

   다수의 다이아몬드 입자들을 수용하며, 수평이동하여 상기 다수의 천공홀들의 각각에 상기 다이아몬드 입자들을 1개씩 삽입하는 다이아몬드 입자용 호퍼; 및

   상기 다이아몬드 입자용 호퍼에 장착되어, 상기 다이아몬드 입자용 호퍼가 수평이동할 때 상기 천공홀이 형성된 성형체 외측면을 쓸어냄으로써 각 천공홀당 1개의 다이아몬드 입자만을 남기고 나머지 다이아몬드 입자들을 밀어내는 푸셔장치;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 절삭날 제조장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 천공장치는,

   하방으로 소정의 압력을 가하는 상부 펀치와,

   상기 상부 펀치의 하부에 결합된 상부 홀더와,

   상기 상부 홀더의 하부에 장착되어 상기 상부 펀치를 하방으로 안내하는 가이드 핀과,

   상기 가이드핀의 소정 부분을 둘러싸는 고장력 스프링과,

   상기 상부 홀더에 장착된 다수의 천공핀들과,

   상기 다수의 천공핀들이 통과하는 다수의 천공홀들을 갖는 하부 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 절삭날 제조장치.
5. 삭제

Images