KR100899413B1 - 초경 나이프의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강판 또는 코일을 절단할 때 사용하는 원형 나이프의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초경합금으로 만들어진 나이프의 외경부를 준비하는 단계와;

상기 외경부의 내면에 은납재와 플럭스를 도포하는 단계와, 상기 외경부의 내면에 다수의 쿠션팁을 배열시켜 쿠션부를 만드는 단계와, 상기 쿠션부의 내면에 고정링을 삽입하여 쿠션부를 고정하는 단계와, 상기 고정링이 삽입된 상기 외경부와 쿠션부를 로내에서 가열하여 상기 쿠션부를 상기 외경부의 내면에 브레이즈 용접하는 가열 단계와, 가열된 상기 외경부와 쿠션부에서 고정링을 제거하는 단계로 구성되는 브레이즈 용접 단계와;

공구강 재질의 샹크를 실제 크기보다 큰 직경으로 준비하는 단계와, 상기 큰 직경의 샹크를 냉각시켜 크기가 축소되도록 하는 단계와, 상기 축소된 샹크를 상기 브레이즈 용접된 쿠션부의 내면에 삽입시키는 단계로 구성되는 냉간박음 단계로 이루어지고,

상기 가열 단계는 상기 고정링이 삽입된 상기 외경부와 쿠션부를 예열로에 장입시켜 200 ± 20 ℃ 에서 10 ~ 30 분 동안 유지시켜 예열시키는 단계와, 상기 예열된 외경부와 쿠션부를 가열로에 장입시켜 800 ± 20 ℃에서 10 ~ 30 분 동안 가열하는 단계와, 상기 가열된 외경부와 쿠션부를 가열로 내에서 서냉시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초경 나이프의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 제조방법에 의해 제조된 초경 나이프의 외경부는 초경합금의 재질을 사용하고, 내부 몸체인 샹크는 공구강의 재질을 사용하여 종래의 초경합금만으로 제작된 나이프에 비하여 가격이 저렴하고, 무게도 훨씬 가벼워 작업자의 안전이 담보되고 교체작업시 부담도 감소되며, 나이프의 수명이 증가되는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 강판의 절단작업으로 인해 발생하는 충격흡수를 위해 나이프의 외경부의 내면에 다수의 쿠션팁을 배열시켜 형성된 쿠션부를 결합시켜 나이프의 절단부가 박리되는 스폴링(Spalling)의 발생을 현저히 감소시켰고, 상기 외경부의 내면에 상기 쿠션부를 브레이즈 용접(Braze welding)하여 종래 기술의 최대 단점인 비틀림등 변형을 해소시킬 수 있으며, 내부 몸체인 샹크를 쿠션부의 내면에 냉간박음하여 결합강도와 압착력을 높여서 정밀한 절단작업을 할 수 있는 효과가 있다.

나이프, 쿠션, 브레이즈, 브레이징, 냉간박음, 초경, 가열

Description

초경 나이프의 제조방법{THE MANUFACTURING METHOD OF CEMENTED CARBIDE KNIFE}

본 발명은 강판이나 코일을 절단할 때 사용하는 원형 나이프의 제조방법에 있어서, 외부의 충격을 흡수할 수 있는 쿠션부가 형성되어 나이프의 외경부가 박리되는 스폴링(Spalling)의 발생이 적고, 나이프의 쿠션부가 외경부의 내면에 브레이즈 용접되어 비틀림 등 변형이 없어 정밀도가 유지되며, 나이프의 내부 몸체인 샹크를 쿠션부의 내면에 냉간박음을 함으로써 그 결합강도와 압착력을 높이도록 개선된 초경 나이프의 제조방법에 관한 것이다.

금속의 표면을 절삭하거나 가공하는 공구의 소재로서 초경합금, 고속도공구강, 합금공구강 등 다양한 종류의 금속이 제안되어 있으며, 특히 초경합금은 기존에 제안된 공구 제조용 금속으로서는 경도와 내마모성 등이 가장 우수함으로서 각종 공구류 제조용 소재로서 사용되어 왔다.

따라서 종래에는 강판이나 코일을 절단하는 나이프에 있어서, 전체를 이러한 초경합금으로 제조, 사용하여 왔으나, 초경합금만의 단일재료로 만들어진 나이프는 경도가 높고 내마모성이 우수함에 비하여 가격이 고가이고 무게가 무거우며 인성이 부족하여 나이프의 외경부가 스폴링으로 인해 깨지는 경우가 자주 발생하는 문제점이 있다.

또한 나이프의 외경부의 날끝부에선 강성과 내마모성이 요구되지만, 나이프의 내무 몸체인 샹크부에서는 공구로서의 강도를 유지하기 위한 인성이 요구되는 등 나이프에 있어서 구비되어야 할 특성이 나이프의 부분에 따라 다르다는 문제도 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 나이프의 외경부(1)의 재질을 초경합금으로 제작하고, 그 내부 몸체인 샹크(2)를 공구강으로 제작하여 볼트(Bolt)(3)로 체결한 나이프(도1)가 제안되었는데, 이러한 나이프는 종래의 초경 나이프에 비하여 가격을 낮추기는 하였으나, 정밀도가 떨어지고 사용중 비틀림 등 변형에 의해 정밀한 절단이 어려운 문제점이 있다.

또한 육성용접에 의해서 나이프의 측면에 탄화물, 붕화물 또는 이들의 혼합물을 포함한 Ni, Ti, Fe 또는 Co-base 합금 등을 육성하여 공구강에 비해 내마모성과 인성이 높은 측면부(4)를 형성하여 수명을 향상시킬 수 있는 나이프 제조방법이 제안되었으나, 이러한 방법은 공구강에 비해서는 내마모성과 인성이 높은 표면 층을 형성하여 나이프의 수명을 향상시킬 수는 있었으나, 육성층 형성 작업이 난이하고, 육성층 형성시 모재가 상하게 되어 변형이 발생하므로 정밀도가 떨어진다는 문제가 여전히 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 강판이나 코일을 절단할 때 사용하는 원형 나이프의 제조방법에 있어서, 절단작업으로 인해 발생하는 충격흡수를 위한 쿠션부를 형성하여 절단작업시 나이프의 외경부가 박리되는 스폴링의 발생을 현저히 감소시키고, 다수의 쿠션팁을 배열시킨 쿠션부를 나이프의 외경부에 브레이즈 용접하여 종래 기술의 최대 단점인 비틀림등 변형을 해소시키며, 나이프의 내부몸체인 샹크를 쿠션부의 내면에 냉간박음하여 결합강도와 압착력을 높여서 정밀한 절단작업을 제공하는 초경 나이프의 제조방법에 그 주된 해결과제가 있다.

본 발명은, 초경합금으로 만들어진 나이프의 외경부를 준비하는 단계와;
상기 외경부의 내면에 은납재와 플럭스를 도포하는 단계와, 상기 외경부의 내면에 다수의 쿠션팁을 배열시켜 쿠션부를 만드는 단계와, 상기 쿠션부의 내면에 고정링을 삽입하여 쿠션부를 고정하는 단계와, 상기 고정링이 삽입된 상기 외경부와 쿠션부를 로내에서 가열하여 상기 쿠션부를 상기 외경부의 내면에 브레이즈 용접하는 가열 단계와, 가열된 상기 외경부와 쿠션부에서 고정링을 제거하는 단계로 구성되는 브레이즈 용접 단계와;
공구강 재질의 샹크를 실제 크기보다 큰 직경으로 준비하는 단계와, 상기 큰 직경의 샹크를 냉각시켜 크기가 축소되도록 하는 단계와, 상기 축소된 샹크를 상기 브레이즈 용접된 쿠션부의 내면에 삽입시키는 단계로 구성되는 냉간박음 단계로 이루어지고,
상기 가열 단계는 상기 고정링이 삽입된 상기 외경부와 쿠션부를 예열로에 장입시켜 200 ± 20 ℃ 에서 10 ~ 30 분 동안 유지시켜 예열시키는 단계와, 상기 예열된 외경부와 쿠션부를 가열로에 장입시켜 800 ± 20 ℃에서 10 ~ 30 분 동안 가열하는 단계와, 상기 가열된 외경부와 쿠션부를 가열로 내에서 서냉시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초경 나이프의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제조방법에 의해 제조된 초경 나이프의 외경부는 초경합금의 재질을 사용하고, 내부 몸체인 샹크는 공구강의 재질을 사용하여 종래의 초경합금만으로 제작된 나이프에 비하여 가격이 저렴하고, 무게도 훨씬 가벼워 작업자의 안전이 담보되고 교체작업시 부담도 감소되며, 나이프의 수명이 증가되는 효과도 얻을 수 있다.

또한 강판의 절단작업으로 인해 발생하는 충격흡수를 위해 나이프의 외경부의 내면에 다수의 쿠션팁을 배열시켜 형성된 쿠션부를 결합시켜 나이프의 절단부의 스폴링의 발생을 현저히 감소시켰고, 상기 외경부의 내면에 상기 쿠션부를 브레이즈 용접하여 종래 기술의 최대 단점인 비틀림등 변형을 해소시킬 수 있으며, 내부 몸체인 샹크를 쿠션부의 내면에 냉간박음하여 결합강도와 압착력을 높여서 정밀한 절단작업을 할 수 있는 효과가 있다.

이하에서 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 초경 나이프의 정면도이고, 도4는 나이프의외경부 및 쿠션팁을 배열시켜 외경부 내면에 브레이즈 용접된 쿠션부의 개략도이고, 도5는 브레이즈 용접을 위해 로에 장입되기 전의 준비상태 도면이며, 도6은 본 발명에 따른 초경나이프 제조방법을 보인 플로우 차트이다.

본 발명에 사용되는 초경합금을 정의하면, 금속의 탄화물 분말을 소성(燒成)해서 만든 경도가 높은 합금을 말하는 것으로써 흔히 사용되는 것은 탄화(炭化)텅스텐을 주체로 하여 결합금속으로서의 코발트와의 소결(燒結)합금인데, 코발트는 중량비율이 6% 정도이므로 탄화텅스텐 입자 사이에 코발트에 탄소와 텅스텐의 녹은 것이 개재해 있다. 이런 조직의 합금은 대단히 굳고 내마모성이 우수하며 고온에서도 절삭성이 떨어지지 않으므로 절삭공구에 적합하다.

본 발명에 의한 초경 나이프를 제조하기 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 초경합금 재질의 외경부(11)를 준비하는 단계(S10)가 수행된다. 나이프의 외경부는 강판이나 코일과 직접 접촉하여 절삭작용을 수행하는 부분이어서 강도와 내마모성이 크게 요구되므로 초경합금 재질로 만들어진 외경부(11)를 준비하는 것이며, 이는 상기 다수의 쿠션팁(21)이 배열되어 결합된 쿠션부(13)가 외경부(11)의 내면(14)에 용이하게 브레이즈 용접이 되도록 하기 위함이다.

또한, 상기 외경부(11)는 초경합금의 재질을 사용하고, 내부 몸체인 샹크(12)는 공구강의 재질을 사용하여 종래의 초경합금만으로 제작된 나이프에 비하여 가격이 저렴하여 경쟁력이 높고, 무게도 훨씬 가벼워 작업자의 안전이 담보되고 교체작업시 부담도 감소되며, 나이프의 수명이 증가되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 외경부를 준비하는 단계(S10)를 완료하게 되면, 다수의 소형의 쿠션팁(21)을 배열시켜 쿠션부(13)를 형성하고, 이러한 쿠션부(13)를 상기 외경부(11)의 내면(14)에 브레이즈 용접하는 단계(S20)를 수행하게 된다.
이와 같이 종래에 볼트로 체결하던 방식을 브레이즈 용접으로 대신함으로써 접합강도가 강해지므로 종래 기술의 최대 단점인 비틀림 등 변형을 해소시킬 수 있고, 정교한 접합부의 형성이 가능하여 별도의 기계적인 가공을 할 필요가 없다.
이 때, 브레이즈 용접 단계(S20)에서는 먼저 은납재와 플럭스를 도포하는 단계(S21)를 수행한다.
용가재(Filler metal)로서 은납재를 사용하는 이유는 은납제 초경합급에 관한 용가재로서 적합할 뿐만 아니라, 유동성이 좋으며, 녹는점이 620 ~ 700℃ 로서 낮아 쉽게 용융되어 모세관 현상(CAPILLARY ACTION)에 의해 양 모재의 접합 간격(JOINT GAP) 사이로 흘러 들어가 브레이징 되고, 연결부위의 강도와 연성이 우수하며, 은백색으로 아름답기 때문이다.
또한, 브레이징의 용재로서 플럭스(Flux)를 사용하는데, 이는 브레이징시 산화를 방지하고 불순물을 가스로 배출하며 은납의 유동성을 좋게하여 골고루 퍼지게 하는 역할을 하기 때문이다.
상기 은납제와 플럭스를 도포하는 단계(S21)를 완료하게 되면, 상기 외경부(11)의 내면(14)에 다수의 소형의 쿠션팁(21)을 배열시켜서 쿠션부(13)를 만드는 단계(S22)를 수행하게 된다.
이 때 쿠션팁과 쿠션팁 사이에 크랙이 생기지 않도록 해야 하고, 양 모재의 접합간격이 크게 되면 양 모재 사이에 용가재가 가득 차지 않음에 따라 불완전한 접합이 될 것이므로 주의해야 한다.
나이프의 외경부(11)의 내면(14)에 다수의 쿠션팁(21)을 배열시켜 형성된 쿠션부(13)를 형성하여, 절단작업으로 인해 나이프의 외경부(11)에서 발생하는 충격을 쿠션부에서 흡수함으로써 내충격성 즉, 취성(脆性)이 약한 초경합금 재질의 단점을 보완하여 외경부(11)에 스폴링(Spalling)이 발생하는 현상을 현저히 감소시킴에 의해 내구성이 우수한 초경 나이프를 얻을 수 있다.

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한편, 상기 쿠션부(13)는 브레이즈 용접에 의해 외경부(11)의 내면(14)에 결합되는데, 이러한 쿠션부(13)는 다수의 소형의 쿠션팁(21)을 배열시켜 형성한 것이다. 이는 브레이즈 용접시 초경합금 재질의 외경부(11)와 쿠션부(13)를 브레이징 용가재인 은납재(Silver solder)와 용재인 플럭스(Flux)와 함께 가열해야 하고, 이에 의해 외경부(11)와 쿠션부(13)는 열팽창된 상태에서 결합하게 됨에 따라 가열된 접착부가 식으면 초경합금 재질의 외경부(11)와 이와 다른 재질인 쿠션부(13)의 이종 금속간의 수축률이 달라지게 됨으로써 접착부가 떨어지거나 균열이 발생하게 되어 이러한 수축을 최소한으로 해야 하기 때문에 크기가 작은 소형의 쿠션팁(21)을 다수 모아서 쿠션부(13)를 형성하는 것이다.

여기에서 상기 쿠션부(13)를 구성하는 다수의 쿠션팁(21)은 SS400 재질이 바람직한데, SS400은 탄소함유량이 0.2% 전후인 연강(軟綱)에 해당하며, 이는 절단작업으로 인해 외경부(11)에서 발생하는 외부의 충격을 흡수하여 취성(脆性)이 약한 초경합금 재질의 단점을 보완하고, 외경부(11)에 스폴링(Spalling)이 발생하는 현상을 현저히 감소시킴에 의해 초경 나이프의 내구성을 증가시키기에 적합한 재질이 다.

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상기 쿠션부를 형성하는 단계(S22)를 완료하게 되면, 상기 쿠션부(13)의 내면(15)에 고정링(22)을 삽입하여 쿠션부(13)를 고정하는 단계(S23)를 수행하게 되는데, 이는 고정링을 삽입하여 쿠션팁들이 움직이지 않도록 하고, 매끄럽고 평탄한 쿠션부의 내면을 만들기 위함이다.

상기 고정링(22)으로 쿠션부를 고정하는 단계(S23)를 완료하게 되면, 상기 고정링이 삽입된 외경부(11)와 쿠션부(13)를 함께 로내에서 가열하여 쿠션부(13)을 외경부(11)의 내면(14)에 브레이즈 용접하는 가열 단계(S24)를 수행하게 되고, 그 다음에는 상기 가열된 외경부(11)와 쿠션부(13)에서 고정링(22)을 제거하는 단계(S25)를 수행하게 된다.

이 때, 상기 가열단계(S24)는 먼저 예열로에 장입시켜 200 ± 20 ℃에서 10 ~ 30분 동안 예열단계(S241)를 수행한다.
10분 이상의 충분한 예열을 통하여 가열시 상기 외경부(11)의 초경합금 재질의 급격한 변화를 방지할 수 있는 효과를 갖게 되며, 30분을 초과하여 예열하게 되면 더이상 예열효과가 증가하지 않고 작업능률이 저하된다.

상기 예열 단계(S241) 다음에는 가열로에 장입시켜 800 ± 20 ℃에서 10 ~ 30분 동안 가열하는 가열 단계(S242)를 수행한다.
이는 상기 가열 온도가 용가재인 은납재가 용융되는 충분한 온도이기 때문이다. 10분 이상 가열해야 은납재의 유동성이 좋아지고, 양 모재 사이로 골고루 녹아 스며들어 접착이 가능하게 된다.

상기 가열시키는 단계(S242) 다음에는 가열로 내에서 서냉시키는 단계(S243)를 수행하는데, 이는 초경합금 재질의 외경부와 연강 재질의 쿠션부의 열팽창 및 수축 계수가 차이가 생겨서 급격한 온도변화로 인하여 접착부가 떨어지거나 접착부에 균열이 생기는 브레이징 크랙(Brazing crack)을 방지하기 위함이며, 가열로 내에서 충분한 시간동안 서서히 냉각시켜야 한다.

상기 브레이즈 용접 단계(S20)를 수행 한 후에는 상기 브레이징된 쿠션부(13)의 내면(15)에 공구강 재질의 샹크(12)를 냉간박음하는 단계(S30)를 수행하게 되는데, 이는 결합강도와 압착력을 높여서 정밀한 절단작업을 할 수 있는 효과가 있다.

이러한 냉간박음하는 단계(S30)에 있어 샹크(12)를 실제 크기보다 큰 직경으로 준비한 후(S31) 냉각시켜서 크기가 축소되도록 하고(S32) 이렇게 축소된 샹크를 나이프 외경부(11)의 쿠션부(13)의 내부에 삽입시켜 냉간박음(S33)을 함으로써 상온에서 온도가 상승함에 따라 서로 밀착결합되어 결합강도와 압착력을 증가시켜 체결용 볼트의 사용이 불필요하고, 크랙현상을 제거할 수 있어 보다 정밀한 절단이 가능한 효과도 얻게 된다.

도1. 볼트로 체결된 초경 나이프의 정면도

도2. 육성용접하여 형성된 육성층을 가진 사이드 트리밍 나이프의 개략도

(가) 정단면도

(나) 평단면도

도3. 본 발명의 실시예에 따른 초경나이프의 정면도

도4. 나이프의 외경부 및 쿠션팁을 배열시켜 외경부 내면에 브레이즈 용접된 쿠션부

(가) 나이프의 외경부

(나) 쿠션팁을 배열시켜 외경부 내면에 브레이즈 용접된 쿠션부

도5. 브레이즈 용접을 위해 로에 장입되기 전의 준비상태 도면

도6. 본 발명에 따른 초경 나이프 제조방법을 보인 플로우 차트

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 외경부 2. 샹크

3. 볼트 4. 육성된 나이프의 측면부

5. 모재

11. 외경부 12. 샹크

13. 쿠션부 14. 외경부의 내면

15. 쿠션부의 내면 21. 쿠션팁

22. 고정링

Claims (5)

1. 초경합금으로 만들어진 나이프의 외경부를 준비하는 단계와;

   상기 외경부의 내면에 은납재와 플럭스를 도포하는 단계와, 상기 외경부의 내면에 다수의 쿠션팁을 배열시켜 쿠션부를 만드는 단계와, 상기 쿠션부의 내면에 고정링을 삽입하여 쿠션부를 고정하는 단계와, 상기 고정링이 삽입된 상기 외경부와 쿠션부를 로내에서 가열하여 상기 쿠션부를 상기 외경부의 내면에 브레이즈 용접하는 가열 단계와, 가열된 상기 외경부와 쿠션부에서 고정링을 제거하는 단계로 구성되는 브레이즈 용접 단계와;

   공구강 재질의 샹크를 실제 크기보다 큰 직경으로 준비하는 단계와, 상기 큰 직경의 샹크를 냉각시켜 크기가 축소되도록 하는 단계와, 상기 축소된 샹크를 상기 브레이즈 용접된 쿠션부의 내면에 삽입시키는 단계로 구성되는 냉간박음 단계로 이루어지고,

   상기 가열 단계는 상기 고정링이 삽입된 상기 외경부와 쿠션부를 예열로에 장입시켜 200 ± 20 ℃ 에서 10 ~ 30 분 동안 유지시켜 예열시키는 단계와, 상기 예열된 외경부와 쿠션부를 가열로에 장입시켜 800 ± 20 ℃에서 10 ~ 30 분 동안 가열하는 단계와, 상기 가열된 외경부와 쿠션부를 가열로 내에서 서냉시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초경 나이프의 제조방법.
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