KR100832580B1 - 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조를 위한 연마재 공급장치및 이를 이용한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법 - Google Patents

절삭/연마 공구용 세그먼트 제조를 위한 연마재 공급장치및 이를 이용한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법 Download PDF

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홍재현
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서정윤
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이화다이아몬드공업 주식회사
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Abstract

절삭/연마 공구용 세그먼트의 절삭효율이 높고 성능이 일정하며 제품의 불량이 적도록 일정한 패턴으로 연마재를 안정적으로 공급하기 위한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조를 위한 연마재 공급장치 및 이를 이용한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법이 개시된다.
상기 연마재 공급장치는 공기 흡입장치와 연통되며 내부에 일정 크기를 갖는 챔버가 형성된 몸체부; 및 상기 몸체부에 장착되며, 상기 공기 흡입장치의 흡입력에 의해 연마재를 흡입하도록 소정의 패턴을 갖고 상기 챔버와 연통되는 다수의 연마재 흡입공이 일측에 형성되고, 상기 연마재의 흡입을 안내하도록 상기 각각의 연마재 흡입공과 연통된 안내홈이 타측에 형성된 흡입판;을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면 각각의 세그먼트 간의 성능편차를 최소화하여 공구의 절삭 성능, 절삭 효율 및 수명이 향상된다는 효과를 얻을 수 있게 된다.
절삭/연마 공구, 세그먼트, 안내홈, 연마재 흡입공, 챔버, 흡입판

Description

절삭/연마 공구용 세그먼트 제조를 위한 연마재 공급장치 및 이를 이용한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법{Abrasive Material Supplying Apparatus for Segments of Cutting/Polishing Tool and Segment Manufacturing Method Thereof}
도 1은 종래기술에 의한 세그먼트 타입의 여러가지 다이아몬드 공구의 예를 도시한 것으로서,
(a)는 세그먼트 타입의 쏘 블레이드의 일 예이고,
(b)는 세그먼트 타입의 코어 비트의 일 예이며,
(c)는 세그먼트 타입의 연마휠의 일 예이다.
도 2는 도 1의 세그먼트의 제조방법과 성형체를 도시한 것으로서,
(a)는 제조방법의 개략도이고,
(b)는 (a)에 의해 성형된 성형체의 사시도이다.
도 3은 종래기술에 의한 다이아몬드 흡착장치의 개략도이다.
도 4는 도 3의 다이아몬드 흡착장치에 의해 제조된 성형체을 도시한 것으로서,
(a)는 세그먼트 타입의 쏘 블레이드의 일 예이고,
(b)는 세그먼트 타입의 코어 비트의 일 예이며,
(c)는 세그먼트 타입의 연마휠의 일 예이다.
도 5는 본 발명에 의한 연마재 공급장치를 도시한 것으로서,
(a)는 개략도이고,
(b)는 흡입판의 확대 단면도이며,
(c)는 흡입판의 하면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 의한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법을 순차적으로 도시한 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100... 연마재 공급장치 101... 연마재
102... 금속 분말 110... 몸체부
111... 챔버 112... 연결개구
120... 흡입판 121... 연마재 흡입공
122... 안내홈 123... 흡입판 몸체
140... 성형몰드 210... 공기 흡입장치
본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트 등과 같이 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공, 연마하기 위한 절삭/연마 공구용 세그먼트를 제조하기 위하여 사용되는 연마재 공급장치 및 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절삭/연마 공구용 세그먼트의 절삭효율이 높고 성능이 일정하며 제품의 불량이 적도록 일정한 패턴으로 연마재를 안정적으로 공급하기 위한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조를 위한 연마재 공급장치 및 이를 이용한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 절삭 또는 연마를 위해서는 다이아몬드 입자, 탄화물, 붕산화물, 질화물, 경질 금속 조각 및 세라믹 조각과 같이 내마모성이 우수한 입자를 사용하게 된다. 이 중에서, 다이아몬드는 지구상에 존재하는 물질 중 가장 경도가 높은 물질로 알려져 있으며, 이러한 특성에 의하여 절삭, 연삭 공구 등에 널리 사용하게 되었다.
인조 다이아몬드는 1950년대에 발명되었으며, 이러한 인조다이아몬드 입자가 연마재로서 불규칙하게 배열된 세그먼트 타입 절삭팁 또한 같은 시기부터 사용되었다.
상기 인조 다이아몬드(이하, "다이아몬드"라 칭함)는 화강암, 대리석 등의 석재를 절삭, 연삭하는 석재 가공분야 및 콘크리트 구조물을 절삭, 연삭하는 건설업 분야에서 널리 이용되고 있다.
통상, 세그먼트 타입의 다이아몬드 공구는 다이아몬드 입자가 분포되어 있는 세그먼트(절삭팁)과 이 세그먼트가 고정되어 있는 금속 바디(Core)로 구성된다.
도 1은 세그먼트 타입의 여러 가지 다이아몬드 공구의 예를 도시한 것으로서, 도 1(a)는 세그먼트 타입의 쏘 블레이드의 일 예를 도시하고 있으며, 도 1(b)는 석재 및 건설용으로 천공에 사용되는 세그먼트 타입의 코어 비트의 일 예를 도시하고 있으며, 도 1(c)는 연마에 사용되는 세그먼트 타입 연마휠(세그먼트)의 일 예를 도시하고 있다.
도 1(a)에 도시된 바와 같이, 세그먼트 타입의 쏘 블레이드(10)는 디스크 형태의 금속 바디(11)에 고정되어 있는 다수 개의 세그먼트(절삭팁)(12)을 포함하고, 각각의 세그먼트(12) 내부에는 다이아몬드 입자(1)들이 무질서하게 분포되어 있다.
도 1(b)에 도시된 바와 같이, 세그먼트 타입의 코어 비트(20)는 금속 바디(21)에 고정되어 있는 다수 개의 세그먼트(절삭팁)(22)를 포함하고 있으며, 각각의 세그먼트(22) 내부에는 다이아몬드 입자(1)들이 무질서하게 분포되어 있다[도 1(b)에서는 하나의 세그먼트 만을 간략히 도시하고 있음].
도 1(c)에 도시된 바와 같이, 세그먼트 타입 연마휠(30)은 금속 바디(31)의 밑 부분에 고정된 다수의 세그먼트(연마팁)(32)를 포함하고, 각각의 세그먼트(32)의 내부에는 다이아몬드 입자(1)들이 무질서하게 분포되어 있다.
상기와 같이 구성되는 다이아몬드 공구를 사용하여 피삭재를 절삭하는 경우 각각의 세그먼트에 분포되어 있는 다이아몬드 입자들이 절삭을 행하게 된다.
이러한 세그먼트를 제작하기 위해서 분말야금 방법이 널리 이용된 바 있다.
도 2에는 종래의 절단용 세그먼트를 제작하는 방식의 일례가 제시되어 있다.
도 2(a)에 도시된 바와 같이, 종래에는 성형몰드(41) 내부에 다이아몬드 입자(1)와 금속 분말(2)을 믹싱(mixing)한 파우더를 넣고 유압 프레스로 상부 펀치(52)와 하부 펀치(51)를 눌러 성형함으로써 도 2(b)와 같이 다량의 다이아몬드 입자(1)가 무질서하게 분포된 성형체(40)를 만든 다음, 이 성형체를 소결하여 절삭팁을 만든다.
상기한 종래방법의 경우에는 세그먼트의 제작은 간편하지만, 동일한 금속분말과 동일한 다이아몬드 입자를 사용하더라도 다이아몬드 입자가 무질서하게 배열되기 때문에 세그먼트마다 특성이 달라져 제품의 성능에 편차가 발생되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 다이아몬드를 금속분말 안에 일정한 패턴으로 배열하는 기술이 제안되었다.
이러한 기술의 일 예로서, 본 출원인의 대한민국 특허출원 제2003-0015637호에 개시된 발명을 들 수 있다.
도 3은 상기 특허출원에 개시된 다이아몬드 흡착장치(60)를 나타내고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 흡착장치(60)는 고분자 화합물 등의 고정제(63)에 의하여 알침(70)이 고정되는 알침고정부(61) 및 이 알침고정부(61)가 결합되어 있는 흡착챔버(62)를 포함하여 구성된다.
상기 흡착챔버(62)는 그 내부를 진공상태로 만들어주는 진공펌프(도시되어 있지 않음)와 연결되어 있다.
또한, 상기 알침 고정부(61)의 저부(64)는 판상의 부재로 이루어지고, 그 저부(212)에는 일정한 간격과 패턴으로 알침의 외경과 동일한 직경의 알침 관통홀(64a)이 형성되어 있다. 이때, 상기 알침 관통홀은 레이저 또는 드릴링 등을 이용하여 가공될 수 있다.
이와 같이, 도 3의 흡착장치(60)를 이용하여 제조된 세그먼트는 도 4(a) 내지 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 규칙적인 배열을 갖게 된다.
즉, 도 4(a)의 세그먼트 타입의 쏘 블레이드(10a), 도 4(b)의 세그먼트 타입의 코어 비트(20a), 도 4(c)의 세그먼트 타입 연마휠(30a)은 각각 금속 바디(11a, 21a, 31a)에 다수 개의 세그먼트(12a, 22a, 32a)가 부착되어 있으며, 각각의 세그먼트(12a, 22a, 32a)의 내부 또는 표면에는 다이아몬드 입자(1)가 금속 분말(2) 사이에 일정한 간격으로 배열되어 있다.
이와 같이, 도 3의 종래의 흡착장치(60)를 이용하여 제조된 세그먼트(12a, 22a, 32a)를 구비하는 세그먼트 타입 다이아몬드 공구(10a, 20a, 30a)는 각각의 세그먼트(12a, 22a, 32a)마다 균일한 절삭 또는 연마가 가능하여 그 수명이 증가할 뿐만 절삭효율이 증가하며 공구 간의 성능 편차를 없앨 수 있다는 이점을 기대할 수 있다.
그러나, 종래의 알침의 끝단에 연마재가 흡착되므로 흡입력이 저하되는 경우 또는 챔버 내의 압력에 불균일이 발생하는 경우에는 일부의 알침에 연마재가 흡착되지 않는 경우가 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 흡입력을 너무 크게 하면 하나의 알침에 복수 개의 연마재가 흡착될 수 있어 균일한 성능의 절삭/연마용 공구를 제조하는 데 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속분말 내부에 다이아몬드 등의 연마재를 안정적으로 균일하게 배열할 수 있는, 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조를 위한 연마재 공급장치 및 이를 이용한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 금속분말이 고르게 안정된 상태에서 연마재 공급이 가능하여 각각의 세그먼트 간의 성능편차를 최소화할 수 있는, 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조를 위한 연마재 공급장치 및 이를 이용한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서 본 발명은 공기 흡입장치와 연통되며 내부에 일정 크기를 갖는 챔버가 형성된 몸체부; 및 상기 몸체부에 장착되며, 상기 공기 흡입장치의 흡입력에 의해 연마재를 흡입하도록 소정의 패턴을 갖고 상기 챔버와 연통되는 다수의 연마재 흡입공이 일측에 형성되고, 상기 연마재의 흡입을 안내하도록 상기 각각의 연마재 흡입공과 연통된 안내홈이 타측에 형성된 흡입판;을 포함하는 연마재 공급장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 안내홈은 원형 단면 또는 각형 단면을 가질 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 흡입판은 상기 몸체부에서 착탈 가능하다.
바람직하게, 상기 안내홈의 깊이는 일정한 범위의 크기를 갖는 연마재를 공급하기 위하여 연마재가 미리 걸러지는 거름체에 형성된 메쉬 구멍의 최단거리의 1.4배 이하일 수 있다.
이와는 달리, 상기 연마재 흡입공의 내경은 0.05mm 내지 0.3mm의 범위를 가질 수도 있다.
또한 바람직하게, 상기 연마재 흡입공의 내경은 일정한 범위의 메쉬 사이즈를 갖는 거름체에 의해 미리 걸러진 연마재 중 최대 직경을 갖는 연마재의 직경의 10% 이상이고 최소 직경을 갖는 연마재의 직경의 95% 이하의 범위를 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 안내홈의 직경은 일정한 범위의 메쉬 사이즈를 갖는 거름체에 의해 미리 걸러진 연마재 중 최대 직경을 갖는 연마재의 직경의 1.05배 이상이고, 최소 직경을 갖는 연마재의 직경의 2배보다 작은 범위를 가질 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 안내홈의 중심은 연마재 흡입공의 중심과 일치할 수 있다.
한편, 상기 연마재는 다이아몬드 입자, 탄화물, 붕산화물, 질화물, 경질 금속 조각 및 세라믹 조각으로 구성된 군 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.
다른 측면으로서 본 발명은, a) 금속분말을 성형몰드에 장입하는 단계; b) 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 연마재 공급장치를 이용하여 연마재를 흡입한 후, 상기 성형몰드에 장입된 금속분말의 내부 또는 표면에 연마재를 배열하 는 단계; 및 c) 상기와 같이 연마재가 배열된 금속분말을 성형하여 성형체를 제조하는 단계; 를 포함하는 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 a) 단계와 상기 b) 단계를 복수 회 반복하여 연마재가 복수 개의 층을 이루도록 할 수 있다.
이와는 달리, 상기 a) 단계와 상기 b) 단계를 복수 회 반복하여 연마재가 복수 개의 층을 이루도록 한 후 a) 단계를 한 번 더 반복하여 최상층의 연마재가 금속분말로 덮이도록 할 수도 있다.
바람직하게, 상기 b) 단계는 복수 개의 연마재 공급장치에 의해 수행될 수 있다.
이때, 상기 복수 개의 연마재 공급장치는 각각의 흡입판에 형성된 다수의 연마재 흡입공이 서로 다른 패턴을 갖는 것이 바람직하다.
또한 바람직하게, 상기 b) 단계에서 금속분말의 표면에 연마재를 배열하는 단계는 상기 연마재 공급장치의 흡입판이 적층된 금속분말의 표면을 가압하면서 수행될 수 있다.
이때 사용되는 연마재는 다이아몬드 입자, 탄화물, 붕산화물, 질화물, 경질 금속 조각 및 세라믹 조각으로 구성된 군 중에서 하나 이상 선택될 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 의한 연마재 공급장치를 도시한 것으로서, (a)는 개략도이 고, (b)는 흡입판의 확대 단면도이며, (c)는 흡입판의 하면도이다. 또한, 도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 의한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법을 순차적으로 도시한 개략도이다.
먼저, 도 5를 참조하여 본 발명에 의한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조를 위한 연마재 공급장치에 대해 살펴본다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 연마재 공급장치(100)는 내부에 일정 크기를 갖는 챔버(111)가 형성된 몸체부(110)와, 다수의 연마재 흡입공(121) 및 안내홈(122)이 형성된 흡입판(120)을 포함하여 이루어진다.
상기 몸체부(110)는 소정 크기를 갖는 챔버(111)가 형성되며, 이러한 챔버(111)는 공기 흡입장치(210)와 연통된다. 즉, 몸체부(110)의 일측에는 공기 흡입장치(210)와 연통되도록 연결개구(122)가 형성되며, 상기 연결개구(122)에는 호스 등의 연결수단(211)이 장착되어 챔버(111)와 공기 흡입장치(210)를 연결시킨다.
상기 몸체부(110)의 하부에는 흡입판 몸체(123)를 갖는 흡입판(120)이 장착된다. 상기 흡입판 몸체(123)의 일측에는 챔버(111)와 연통되는 다수의 연마재 흡입공(121)이 형성되고, 타측에는 상기 연마재 흡입공(121)과 연통되며 연마재 흡입공(121)보다 직경이 큰 안내홈(122)이 형성된다.
따라서, 공기 흡입장치(210)의 구동으로 인하여 흡인력이 발생하면 이러한 흡인력은 챔버(111)와 연통된 연마재 흡입공(121)을 통하여 연마재에 전달되며, 연마재 흡입공(121)에 연마재가 흡착된다. 이때, 연마재 흡입공(121)보다 큰 직경을 갖는 안내홈(122)은 각각 하나의 연마재가 흡착될 수 있도록 안내할 뿐만 아니라 공기 흡입장치(210)의 흡인력 불균일, 흡인력 저하, 외부적 요인 등에 의해 연마재가 흡착되지 않거나 이미 흡착된 연마재가 연마재 흡입공(121)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있게 된다.
특히, 연마재가 안내홈에 유입되면 안내홈(122)과 다각형 형태의 연마재 사이의 공간에도 진공압이 유지되므로 연마재의 크기에 거의 영향을 받지 않으면서도 안정적인 진공압을 유지함으로써 진공 효율을 극대화시킬 수 있다는 이점이 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 각각의 연마재 흡입공(121)에 하나씩의 연마재가 흡착되고 안정된 흡착 상태를 유지할 수 있게 되므로, 후술하는 성형몰드에 안정적으로 연마재를 공급할 수 있게 된다.
이때, 상기 안내홈(122)은 연마재를 연마재 흡입공(121)의 중앙부로 안내할 수 있도록 그 중심이 연마재 흡입공(121)의 중심과 일치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 안내홈(122)은 연마재의 효율적 흡착과 가공성 등을 고려할 때 원형 단면을 가지는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 각형 단면을 가질 수도 있다.
그리고, 흡입판(120)을 교체하여 연마재를 다양한 패턴으로 흡입하여 배열할 수 있도록 상기 흡입판(120)은 상기 몸체부(110)에서 착탈 가능한 것이 바람직하다. 도 5(a)에는 흡입판(120)이 몸체부(110)에 나사(131)를 통하여 장착되는 것으로 도시되어 있으나, 흡입판(120)이 몸체부(110)로부터 착탈 가능하다면 그 연결방 식은 특별히 한정되지 않는다. 이러한 구성을 통하여, 원하는 연마재 패턴에 대응하는 패턴의 연마재 흡입공이 형성된 흡입판(120)을 교환하여 사용할 수 있게 된다. 미설명 부호 132는 몸체부(110)와 흡입판(120)의 밀폐를 위해 설치되는 밀폐부재이다.
한편, 도 5(b)와 도 6b를 참조하면, 안내홈(122)에 다수의 연마재 입자가 유입되는 것을 방지하기 위하여 안내홈(122)의 깊이(H)는 일정한 범위의 크기를 갖는 연마재를 공급하기 위하여 연마재가 미리 걸러지는 거름체(미도시)에 형성된 메쉬 구멍의 최단 거리의 1.4배 이하인 것이 바람직하다.
즉, 연마재는 통상 일정한 범위의 메쉬 사이즈를 갖는 다수의 메쉬 구멍이 형성된 거름체로 걸러지면서 그 평균입도가 정해지며, 제조 사양에 따라 차이가 있기는 하지만 통상적으로 연마재의 평균입도는 싱글 메쉬 사이즈에서 대략 ±20% 정도의 편차를 갖게 된다. 예를 들어, 40/45 메쉬의 연마재(다이아몬드)를 분급하는 경우에는 거름체를 통과한 연마재의 직경은 최소 0.36mm 정도에서 최대 0.455mm 정도의 범위를 가질 수 있으며, 이와 같이 거름체를 통과한 연마재의 직경은 메쉬의 지정범위에 따라 달라질 수 있다. 반대로 평균 직경이 1.0mm인 연마재를 얻기 위해서는 18 내지 20 메쉬의 거름체를 사용할 수 있다. 이와 같이, 절삭/연마 공구용 세그먼트를 제작하기 위해 사용되는 연마재의 크기는 일정 수준의 편차를 갖게 된다.
따라서, 상기 안내홈(122)의 깊이(H)는 사용되는 연마재의 크기 편차를 고려 하여 일정한 범위의 메쉬 사이즈를 갖는 거름체에 의해 미리 걸러진 연마재 중 최소 직경을 갖는 연마재의 직경의 1.4배 이하인 것이 바람직하다. 만약 최소 직경을 갖는 연마재의 직경의 1.4배를 초과하면 안내홈(122)에 2 이상의 연마재 입자가 유입되어 세그먼트 또는 공구의 성능이 일정치 않게되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 절삭/연마공구에 사용되는 다이아몬드 등의 연마재의 크기가 대략 0.15mm 내지 2.5mm 정도의 범위를 갖는다는 점을 고려할 때, 상기 연마재 흡입공(121)의 내경(d)은 실제로 사용되는 연마재의 크기에 따라 다르기는 하지만 통상적으로 0.05mm 내지 0.3mm 정도의 범위를 가질 수 있다.
만약, 연마재 흡입공(121)의 내경(d)이 0.05mm보다 작아지는 경우에는 연마재 흡입공(121)의 가공이 극히 곤란하여 흡입판(120)을 제조하기 어렵게 되며, 연마재 흡입공(121)의 내경(d)이 0.3mm를 초과하는 경우에는 연마재의 크기가 편차를 갖는다는 점을 고려할 때 작은 크기의 연마재가 챔버(111)에 유입되어 공기 흡입장치(210)의 고장을 유발할 수 있다.
다른 측면으로서, 상기 연마재 흡입공(121)의 내경(d)은 일정한 범위의 크기를 갖는 연마재를 공급하기 위하여 일정한 범위의 메쉬 사이즈의 거름체(미도시)에 의해 미리 걸러진 연마재 중 최대 직경을 갖는 연마재의 직경의 10% 이상이고 최소 직경을 갖는 연마재의 직경의 95% 이하인 것이 바람직하다.
만약, 연마재 흡입공(121)의 내경(d)이 최소 직경을 갖는 연마재의 직경의 95%를 초과하는 경우에는 크기가 작은 일부 연마재가 챔버 내로 유입되어 공기 흡입장치(210)의 고장 등을 유발할 수 있으며, 연마재 흡입공(121)의 내경(d)이 최대 직경을 갖는 연마재의 직경의 10% 보다 작아지는 경우에는 연마재 흡입공(121)의 크기가 너무 작아져 연마재 흡입공(121)과 접촉하는 연마재의 면적이 작아지고, 이로 인해 연마재를 안정적으로 흡착하기가 어려워진다.
이러한 연마재 흡입공(121)의 내경(d)은 공급되는 연마재의 크기, 크기 편차, 공기흡입장치(210)의 흡입력, 챔버(111) 내부의 압력의 균일도 등 다양한 설계/공정 요소에 따라 변경가능하며, 따라서 상기한 범위 이내에서 적절한 값을 갖도록 연마재 흡입공(121)의 내경(d)을 설정하는 것이 가능하다.
또한, 연마재가 연마재 흡입공(121)에 정확히 흡착되는 것을 보장하기 위하여 안내홈(122)의 직경(D)은 연마재가 안내홈(122)에 흡입되는 것을 보장하기 위해 일정한 범위의 메쉬 사이즈의 거름체에 의해 미리 걸러진 연마재 중 최대 직경을 갖는 연마재의 직경의 1.05배 이상인 것이 바람직하지만, 안내홈(122)에 복수 개의 연마재가 흡입되는 것을 방지하기 위하여 최소 직경을 갖는 연마재의 직경의 2배를 넘어서지 않는 것이 필요하다.
한편, 본 발명에 사용되는 연마재는 다이아몬드 입자, 탄화물, 붕산화물, 질화물, 경질 금속 조각 및 세라믹 조각으로 구성된 군에서 선택될 수 있으며, 일 예로서 경도가 가장 우수한 다이아몬드 입자가 사용될 수 있다.
그리고, 이러한 연마재의 입자 크기, 크기 편차, 공기흡입장치(210)의 흡입력, 챔버(111) 내부의 압력의 균일도 등을 고려하여 상술한 바와 같이, 연마재 흡입공(121)의 직경(d), 안내홈(122)의 직경(D)과 깊이(H)를 결정할 수 있다.
다음으로 도 6a 내지 도 6e를 참조하여, 본 발명에 의한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법에 대해 살펴본다..
본 발명에 의한 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법은 금속분말을 성형몰드에 장입하는 단계와, 전술한 연마재 공급장치(100)를 이용하여 연마재를 흡입한 후, 성형몰드에 장입된 금속분말의 내부 또는 표면에 연마재를 배열하는 단계와, 연마재가 배열된 금속분말을 성형하여 성형체를 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이하, 각 단계에 대해 보다 상세히 살펴본다.
a) 금속분말을 성형몰드에 장입하는 단계;
먼저, 소정 크기의 공간을 갖는 성형몰드(140)에 금속분말(102)을 장입하게 된다(도 6a 참조).
이러한 금속분말(102)의 장입을 위한 금속 분말 공급기는 공지의 장치가 사용될 수 있다는 점에서 상세한 설명은 생략한다.
이때, 공급되는 금속분말(102)은 통상의 금속분말이 사용될 수 있으며, 예를 들어, Fe, Cu, Co, Ni, W, WC, Sn, CuSn, Ag 및 P로 이루어진 철계 및 비철계의 금속 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
b) 연마재 공급장치를 이용하여 연마재를 흡입한 후, 상기 성형몰드에 장입 된 금속분말의 내부 또는 표면에 연마재를 배열하는 단계;
다음으로, 도 5에 도시된 연마재 공급장치(100)를 이용하여 연마재(101)를 흡입한다(도 6b 참조). 이를 위하여 공기 흡입장치(210)를 구동하여 챔버(111) 및 연마재 흡입공(121)에 흡인력을 발생시키고, 연마재(101)가 담긴 저장통(미도시)에서 연마재 흡입공(121) 및 안내홈(122)에 연마재(101)를 흡착하게 된다.
이와 같이 연마재(101)가 흡착된 연마재 공급장치(100)를 성형몰드(140)의 연마재 공급위치로 이동시키고, 공기 흡입장치(210)의 구동을 멈추면 연마재 흡입공(121)의 흡인력이 제거되어 연마재(101)는 성형몰드(140)에 장입된 금속분말(102)의 표면 또는 내부에 배열된다(도 6c 참조).
도 6c에서는 금속분말(102)의 표면에 연마재(101)를 배열하는 것으로 도시되어 있으나, 흡입판(120)을 좀 더 하강시키면 금속분말(102)의 내부에 연마재(101)를 배열하는 것도 가능하다.
또한, 상기 연마재(101)는 세그먼트에 요구되는 특성이나 형상에 비추어 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 세그먼트(성형체) 내부에서 일정한 높이를 갖도록 배열될 수도 있고, 일정한 경사를 갖도록 배열될 수 있으며, 복합적인 다양한 패턴의 일정한 간격 배열을 갖도록 배열될 수 있다. 이를 위해 흡입판(120)의 하면을 경사 구조로 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 여러 가지 형태로 연마재(101)를 배열하기 위해서는 상기 연마재 공급장치(100)의 흡입판(120)을 교체하는 것도 가능하며, 제작공정의 편의를 위해 복수 개의 연마재 공급장치(100)가 사용될 수도 있다.
이때 사용되는 복수 개의 연마재 공급장치(100)는 각각의 흡입판(120)에 형성된 다수의 연마재 흡입공(121)이 서로 다른 패턴을 갖도록 구성될 수 있다.
한편, 금속분말(102)의 표면에 연마재(101)를 배열하는 단계는 연마재 공급장치(100)의 흡입판(120)이 적층된 금속분말(102)의 표면을 가압하면서 수행되도록 할 수 있다. 이와 같이, 흡입판(120)이 충진되어진 금속분말(102)을 눌러 줌으로써 성형몰드(140)에 충진된 금속분말(102)이 고르게 안정된 상태에서 연마재(101) 공급이 가능하므로 세그먼트의 성능이 향상되고 일정한 성능을 얻을 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.
이러한 연마재 공급장치(100)를 통하여 공급되는 연마재(101)로는 다이아몬드 입자, 탄화물, 붕산화물, 질화물, 경질 금속 조각 및 세라믹 조각으로 구성된 군에서 선택될 수 있으며, 일 예로서 경도가 가장 우수한 다이아몬드 입자가 사용될 수 있다.
한편, 연마재(101)가 복수 개의 층을 이루도록 하기 위하여 금속분말(102)을 성형몰드(140)에 장입하는 단계와, 연마재(101)를 배열하는 단계를 복수회 반복할 수 있다.
이와 같이, 금속분말(102)의 장입과 연마재(101)의 배열을 복수 회 반복하여 연마재(101)가 복수 개의 층을 이루도록 할 수 있다.
즉, 금속분말(102)을 성형몰드(140)에 장입하는 단계와, 연마재(101)를 배열하는 단계를 각각 복수 회 반복하여 연마재가 복수 개의 층을 이루도록 할 수 있으며, 연마재가 복수 개의 층을 이루도록 한 후 추가적으로 금속분말(102)를 장입하 는 단계를 한 번 더 반복하여 도 6d에 도시된 바와 같이 최상층의 연마재가 금속분말로 덮이도록 할 수도 있다.
즉, 세그먼트의 특성에 따라 도 6d에 도시된 바와 같이 최후에 배열된 연마재(101)가 금속분말(102)로 덮이도록 할 수도 있고, 이와는 달리 연마재(101)가 금속분말의 표면에 노출되도록 할 수도 있다.
c) 연마재가 배열된 금속분말을 성형하여 성형체를 제조하는 단계;
상기와 같이 복수 개의 층을 갖는 연마재(101)가 배열된 금속분말은 고압으로 가압하는 과정과 소결 과정 등의 성형을 통하여 세그먼트 성형체가 형성된다(도 6e 참조).
이와 같이, 형성된 세그먼트는 도 4(a) 내지 도 4(c)에 도시된 것과 같이 일정한 연마재의 패턴을 갖게 된다.
이상과 같이 본 발명의 일 측면에 의하면, 연마재의 흡입을 안내하는 안내홈을 구비함으로써 연마재를 안정적으로 흡입하여 배열할 수 있다는 유리한 효과가 있게 된다. 즉, 연마재가 흡착되지 않은 연마재 흡입공이 발생하지 않고 각각의 연마재 흡입공에 하나의 연마재만을 안정적으로 흡착할 수 있으므로, 각각의 세그먼트 간의 성능편차를 최소화할 수 있으며, 공구의 절삭 성능, 절삭 효율 및 수명이 향상된다는 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 경우, 안내홈을 포함하는 흡입판이 충진되어진 금속분말을 눌러 줌으로써 충진된 금속분말이 고르게 안정된 상태에서 연마재 공급이 가능하므로 공구의 성능이 향상되고 일정한 성능을 얻을 수 있다는 효과가 있게 된다.
특히, 본 발명에 의하면 종래의 알침에 의한 흡착 방법에 비해 다음과 같은 효과가 있게 된다.
통상적으로 다이아몬드와 같은 연마재는 구형이 아닌 다각형의 형상을 가지므로 본 발명과 같이 안내홈을 갖춘 연마재 공급장치는 알침과 같이 안내홈을 구비하지 않는 종래의 연마재 공급장치(흡착장치)에 비해 적은 진공압으로도 효과적인 진공 상태를 형성할 수 있어 흡착율이 상대적으로 높아지게 된다. 즉, 본 발명에 의하면, 안내홈과 다각형 형태의 연마재 사이의 공간에도 진공압이 유지되므로 연마재(다이아몬드)의 크기에 거의 영향을 받지 않으며 안정적인 진공압을 유지함으로써 진공 효율을 극대화 시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 종래의 알침에 의한 흡착의 경우에는 연마재 크기에 따른 다양한 형태의 흡입공을 제작하기 어려우나 본 발명의 경우에는 흡입판에 연마재 흡입공과 안내홈을 형성할 수 있으므로 다양한 패턴과 크기의 연마재 공급공을 갖는 흡입판의 제작이 가능하다는 효과가 있게 된다.
그리고, 종래의 알침을 구비한 흡착 장치의 경우, 알침 두께가 얇아지면 알침의 강도가 떨어지게 되고, 반대로 두께가 두꺼워지면 내경이 작아지는 문제가 있 으나, 본 발명의 일 측면에 따라 흡입판에 직접 연마재 흡입공 및 안내홈을 설치하면 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 종래의 알침을 구비한 흡착 장치의 경우에는 미세한 내경을 갖는 알침과 미세한 원형의 알침 관통홀을 별도 제작하여야 하며, 다양한 방법의 고정지그를 이용하여 다수의(예를 들어, 100 내지 1000개 이상)의 알침이 알침 관통홀이 가공되어진 평판에 수직으로 일정한 높이를 갖도록 배열한 후 고분자화합물의 고정제를 이용하여 고정하므로 흡착장치(연마재 공급장치)의 제작이 매우 어려웠으나, 본 발명에 의하는 경우에는 흡입판에 직접 연마재 흡입공 및 안내홈을 가공하므로 제작이 용이하다는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (16)

  1. 공기 흡입장치와 연통되며 내부에 일정 크기를 갖는 챔버가 형성된 몸체부; 및
    상기 몸체부에 장착되며, 상기 공기 흡입장치의 흡입력에 의해 연마재를 흡입하도록 소정의 패턴을 갖고 상기 챔버와 연통되는 다수의 연마재 흡입공이 일측에 형성되고, 상기 연마재의 흡입을 안내하도록 상기 각각의 연마재 흡입공과 연통된 안내홈이 타측에 형성된 흡입판;
    을 포함하는 연마재 공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안내홈은 원형 단면 또는 각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 연마재 공급장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 흡입판은 상기 몸체부에서 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 연마재 공급장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 안내홈의 깊이는 일정한 범위의 크기를 갖는 연마재를 공급하기 위하여 연마재가 미리 걸러지는 거름체에 형성된 메쉬 구멍의 최단거리의 1.4배 이하인 것을 특징으로 하는 연마재 공급장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연마재 흡입공의 내경은 0.05mm 내지 0.3mm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 연마재 공급장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연마재 흡입공의 내경은 일정한 범위의 메쉬 사이즈를 갖는 거름체에 의해 미리 걸러진 연마재 중 최대 직경을 갖는 연마재의 직경의 10% 이상이고 최소 직경을 갖는 연마재의 직경의 95% 이하인 것을 특징으로 하는 연마재 공급장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 안내홈의 직경은 일정한 범위의 메쉬 사이즈를 갖는 거름체에 의해 미 리 걸러진 연마재 중 최대 직경을 갖는 연마재의 직경의 1.05배 이상이고, 최소 직경을 갖는 연마재의 직경의 2배보다 작은 것을 특징으로 하는 연마재 공급장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 안내홈의 중심은 연마재 흡입공의 중심과 일치하는 것을 특징으로 하는 연마재 공급장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연마재는 다이아몬드 입자, 탄화물, 붕산화물, 질화물, 경질 금속 조각 및 세라믹 조각으로 구성된 군 중에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 연마재 공급장치.
  10. a) 금속분말을 성형몰드에 장입하는 단계;
    b) 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 연마재 공급장치를 이용하여 연마재를 흡입한 후, 상기 성형몰드에 장입된 금속분말의 내부 또는 표면에 연마재를 배열하는 단계; 및
    c) 상기와 같이 연마재가 배열된 금속분말을 성형하여 성형체를 제조하는 단 계;
    를 포함하는 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 a) 단계와 상기 b) 단계를 복수 회 반복하여 연마재가 복수 개의 층을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 a) 단계와 상기 b) 단계를 복수 회 반복하여 연마재가 복수 개의 층을 이루도록 한 후 a) 단계를 한 번 더 반복하여 최상층의 연마재가 금속분말로 덮이도록 하는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b) 단계는 복수 개의 연마재 공급장치에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수 개의 연마재 공급장치는 각각의 흡입판에 형성된 다수의 연마재 흡입공이 서로 다른 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법.
  15. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b) 단계에서 금속분말의 표면에 연마재를 배열하는 단계는 상기 연마재 공급장치의 흡입판이 적층된 금속분말의 표면을 가압하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법.
  16. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마재는 다이아몬드 입자, 탄화물, 붕산화물, 질화물, 경질 금속 조각 및 세라믹 조각으로 구성된 군 중에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구용 세그먼트 제조방법.
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