KR101024108B1 - 다이아몬드-레진 프로파일러 제조를 위한 통전 소결방법 및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로파일러 형상을 성형할 수 있는 금형을 제조하여 통전 소결함으로써, 프로파일러 제품을 신속하고 간편하게 소결 가공할 수 있도록 한 다이아몬드-레진 프로파일러 제조를 위한 통전 소결방법 및 장치에 관한 것이다.

이를 위해, 상부램과 하부램에 소결전원을 인가함과 동시에 압력을 가하여 프로파일러를 통전 소결하는 것에 있어서, 하부다이 상면에 하부샹크를 안착 구비하고, 소결펀치 내주면에 다수의 세그먼트를 구비하여, 세그먼트를 하부샹크 상면에 접촉되게 안착 구비하며, 하부샹크와 세그먼트 사이에 상부샹크를 안착 구비하고, 상부다이를 소결펀치의 외주면과 상부샹크의 상면에 안착 구비하며, 상부램과 하부램을 가압함과 동시에 소결전원을 인가하여 상부샹크와 하부샹크 및 세그먼트를 서로 발열 압착시키는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 따라, 소결용 금형 자체를 프로파일러 형상을 제조할 수 있는 형상으로 성형하고, 금형 내부에 소결용 성형체인 상부샹크와 하부샹크와 세그먼트를 수용하여 소결 성형에 의해 일체로 압착 성형함으로써, 추가적인 기계적 가공 없이도 프로파일러 제품을 간편하고 신속하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

통전 소결, 다이아몬드공구, 프로파일러, 샹크, 세그먼트.

Description

다이아몬드-레진 프로파일러 제조를 위한 통전 소결방법 및 장치{Method and apparatus of the net-shape sintering using pressure-assisted electric-current heating}

본 발명은 프로파일러 제조를 위한 통전 소결방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금형 자체를 프로파일러 형상으로 성형할 수 있는 금형으로 제조하여 통전 소결 가공함으로써, 프로파일러 제품을 신속하고 간편하게 소결 가공할 수 있도록 한 다이아몬드-레진 프로파일러 제조를 위한 통전 소결방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 프로파일러는 공구를 기계의 회전축에 장착할수 있는 금속 샹크(shank)와, 석재의 연마를 실행하는 날부분인 다이아몬드-금속분말 소결체가 서로 용접 혹은 소결 접합된 것으로, 특히 피삭재의 모서리 부분을 정밀하고 정교하게 곡면 가공할 때 사용할 수 있도록 디자인된 연마용 다이아몬드공구이다.

도 1에서는 이와 같은 프로파일러를 이용하여 모서리를 가공한 사진을 나타내고 있으며, 도 2에서는 도 1과 같은 모서리 가공에 사용된 프로파일러의 사진을 나타내고 있다.

이러한, 프로파일러는 거친연마-고운연마-광택폴리싱 등의 일련의 작업을 수행할수 있도록 세트로 제조하여 사용되는데, 연마단계에서는 메탈본드 프로파일러 제품을 사용하고, 광택단계에서는 레진본드 프로파일러 제품을 사용한다.

여기서, 메탈본드 프로파일러는 금속분말을 사용하여 연마가 이루어지는 다이아몬드분말을 고정시키고 있으므로, 금속분말의 소결온도인 800~950℃에서 200~500kg/㎠의 압력을 가하여 제조되는 데 비해, 레진본드 프로파일러는 수지나 에폭시 등이 주성분으로 이루어진 바인더를 사용하여 정밀한 광택폴리싱 작업이 이루어지고 있으므로, 소결온도 150~250℃에서 100~300kg/㎠의 압력을 가하여 제조가 된다.

즉, 메탈본드 프로파일러 제조는 높은 온도에서 이루어지므로 효율이 높은 가열 및 제조방법이 사용되는 반면, 레진본드 프로파일러는 발열이 다소 늦지만 금형전체에 균일한 가열이 가능한 가열방식이 요구되므로 제조 방법에 근본적으로 차이가 발생된다.

한편, 도 3은 메탈본드 프로파일러 제조와 관련하여 특허 등록번호 제0466692호로 개시된 종래의 "연삭공구 및 그 제조방법"에 대한 것으로, 소결체의 분말 성분들을 혼합하여 다수 개의 분할된 세그먼트(130)들을 성형하고, 상기 세그먼트(130)들을 샹크(120) 외측면에 일정 간격으로 배치하며, 이를 소결로에 장입하여 고온의 열에 의해 상기 세그먼트(130)가 샹크(120)에 고정되도록 소결함으로써, 연삭공구를 제조할 수 있게 된다.

그러나, 상기한 종래의 연삭공구 제조방법은 혼합물을 소결 가공하기 위해 가압 성형된 형상물을 다시 소결로에 장입하여 가열하는 과정을 거쳐야 함으로서, 소결 가공이 번거롭고 소결 시간이 장시간 소요되어 제품의 대량 생산이 어려운 문제가 있었다.

특히, 종래의 연삭공구 제조방법은 메탈본드 프로파일러 제조에 적합한 공정임에도 불구하고, 상기한 공정을 통해 300℃이하의 낮은 온도로 소결 가공되는 레진본드 프로파일러 제조를 하는 경우에도 연삭공구 제조에 장시간이 소모되어 작업의 비효율성이 높아지는 문제가 있었고, 작업속도를 높이기 위해 소결로 내부의 온도를 상승시키면 레진본드의 변질과 같은 품질 불량을 피하기 어려운 폐단도 있었다.

이에, 상기한 문제점을 해결하기 위해 근래에는 플라즈마 방전소결 또는 펄스 통전소결이라고도 일컬어지는 통전 소결법을 이용하여 제품을 소결 가공하는 추세에 있다. 즉, 상기한 통전 소결법은 가압장치를 통해 분말재료를 가압하는 동시에, 상기 가압장치에 외부로부터 펄스 전류를 인가하여 분말재료에 줄열(Joule heat)을 발생시키므로, 분말 재료를 가압함과 동시에 가열하여 분말재료를 소결 가공하는 것이다.

도 4는 대한민국 특허 공개번호 제2000-0057987호로 개시된 종래의 "통전소결 방법, 통전소결 장치 및 통전소결용 몰드"에 대한 것으로, 통전 소결방법에 적용되는 통전소결 장치에 대해 간략하게 설명하면, 챔버(10) 내부에는 분말재료를 수용하여 가압하면서 소결하는 소결다이(3) 및 상기 소결다이(3) 내에 상기 분말재료를 충전한 분말재료를 상, 하부에서 가압하는 한 쌍의 펀치(4a)(4b)로 구성된 통 전소결용 몰드(2)를 구비한다.

그리고, 상기 양 펀치(4a)(4b)에는 프레스판(7a)(7b)이 각각 연결되고, 상기 프레스판(7a)(7b)에는 분말재료에 통전 가능하게 펀치전극(8a)(8b)을 각각 구비하며, 상기 각각의 프레스판(7a)(7b) 단부에는 상기 양 펀치(4a)(4b)를 근접시킬 수 있게 가압기구(6a)(6b)를 각각 설치하되, 상기 가압기구(6a)(6b)는 상기 챔버(10) 천장부와 저부에 설치하고, 또한 상기 펀치(4a)(4b)에 전력을 공급할 수 있게 상기 펀치전극(8a)(8b)에 소결전원(12)을 연결한다.

즉, 소결전원(12)의 인가를 통해 압력을 가하는 펀치(4a)(4b)와 압력을 유지하는 소결다이(3)에 통전이 이루어지면, 줄열에 의해 발열이 일어나므로 인가된 전력에 비례하여 초당 약 200℃ 이상의 순간적인 고온이 발생하고, 이로 인해 분말재료를 가압 소결할 수 있게 된다.

그러나, 상기한 종래의 통전 소결장치를 통해 소결하는 방법은 통전 소결용 몰드의 형태가 실린더 형태로써 매우 단순하여 복잡한 형상의 기계 부품 제조에는 적합하지 못한 문제가 있있다.

다만, 후처리 기계가공을 통해 제품의 형상을 성형할 수도 있으나, 실질적으로 통전 소결 이 후에는 분말재료의 강도 증가로 인해 기계적 가공이 곤란하여 특정한 형상을 갖는 대부분의 제품 제조에 부적합한 문제가 있는 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 프로파일러 형상을 성형할 수 있는 금형을 구비함과 아울러, 그 금형을 이용하여 프로파일러를 제조함으로써, 추가적인 기계적 가공 없이 프로파일러 제품을 신속하고 간편하게 소결 가공할 수 있도록 한 다이아몬드-레진 프로파일러 제조를 위한 통전 소결방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 통전 소결방법은, 소결로 상, 하부에 구비한 상부램과 하부램에 소결전원을 인가함과 동시에 내부에 압력을 가하여 프로파일러를 통전 소결하는 방법에 있어서, 하부램 상단에 구비한 하부다이 상면에 하부샹크를 안착 구비하는 단계와; 소결펀치 내주면에 다수의 세그먼트를 등간격으로 구비하여, 상기 세그먼트의 일부를 상기 하부샹크 상면에 접촉되게 안착 구비하는 단계와; 상기 하부샹크와 세그먼트 사이에 상부샹크를 안착 구비하는 단계와; 상기 상부램 하단에 구비한 상부다이를 경사진 소결펀치의 외주면과 상부샹크의 상면에 안착 구비하는 단계와; 상기 상부램과 하부램을 가압함과 동시에 소결전원을 인가하여 상부샹크와 하부샹크 및 세그먼트를 서로 발열 압착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 통전 소결장치의 구성은, 소결로 상, 하부에 구비한 상부램과 하부램에 소결전원을 인가함과 동시에 내부에 압력을 가하여 프로파일러를 통전 소결하는 장치에 있어서, 하부램 상면에 장착한 하부다이와; 상기 하부다이 상면에 안착 구비한 하부샹크와; 내주면에 다수의 세그먼트를 등간격으로 구비하여 상기 세그먼트의 일부를 상기 하부샹크 상면에 접촉 가능하게 구비한 소결펀치와; 상기 세그먼트와 하부샹크 사이에 끼워지는 상부샹크와; 상기 상부램 하면에 장착되어, 소결펀치의 외주면과 상부샹크의 상면을 가압하는 상부다이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 소결펀치의 외주면과, 이에 면 접촉되는 상부다이의 하단 내주면은 서로 동일한 기울기로 경사지게 형성한다.

그리고, 상기 상부샹크와 하부샹크 표면에는 발열에 의한 접합이 용이하도록 동도금 처리한다.

또한, 상기 상부다이와, 하부다이와, 소결펀치는 인코넬 재질의 것을 사용한다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 소결용 금형 자체를 프로파일러 형상을 제조할 수 있는 형상으로 성형하고, 여기에 소결용 성형체인 상부샹크와 하부샹크와 세그먼트를 수용하여 소결 성형에 의해 일체로 압착 성형함으로써, 추가적인 기계적 가공 없이도 프로파일러 제품을 더욱 간편하고 신속하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 소결용 금형으로 사용되는 상부램, 하부램, 상부다이, 하부다이, 소결펀치가 전기 저항체로 이용됨으로써, 상부샹크와 하부샹크와 세그먼트에 직접적 으로 전기를 가하여 발열 및 압착시키는 통전 소결이 가능한 장점도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 다이아몬드-레진 프로파일러 제조를 위한 소결장치에 대한 것으로, 크게 상부다이(13)와, 하부다이(14)와, 소결펀치(15)와, 상부샹크(16)와, 하부샹크(17)와, 세그먼트(18)를 포함하여 구성된다.

설명하면, 소결로(10) 내부의 상단과 하단에는 상부램(11)과 하부램(12)이 장착되어 소결로(10) 내부에 구비되는 소결용 금형과 소결용 성형체에 압력을 가하고, 상기 상부램(11)과 하부램(12)에는 소결전원을 연결하여 내부의 소결용 금형과 소결용 성형체에 통전에 의한 발열이 가능하게 구성한다. 여기서, 상기 상부램(11)과 하부램(12)은 통전에 유리한 구리 혹은 그 합금재질의 것이 적절하다.

계속해서, 상기한 소결용 금형은 상부다이(13)와 하부다이(14)와 소결펀치(15)로 구성되고, 상기 소결 성형체는 상부샹크(16)와 하부샹크(17)와 세그먼트(18)로 구성된다.

상기한 구성들에 대해 구체적으로 설명하면, 하부램(12) 상면에 하부다이(14)를 장착하고, 상기 하부다이(14) 상면에는 하부샹크(17)를 안착 구비한다. 그리고, 상기 하부샹크(17)를 포함하여 구성되는 소결 성형체 외주면에는 소결펀치(15)를 장착하게 되는데, 상기 소결펀치(15) 내주면에는 다수의 세그먼트(18)를 등간격으로 이격 구비하고, 상기 세그먼트(18)의 하단 저면 일부를 상기 하부샹 크(17) 상면에 면 접촉되게 구비한다.

여기서, 본 발명에 사용된 세그먼트(18)는 단면의 형태를 호 형태로 형성한 것으로, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제0334430호(명칭 : 연삭휠의 팁 제조방법)에 공지된 팁부를 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 세그먼트(18)는 공지된 팁부와 같이 다이아몬드 지립 또는 입방정질화붕소 지립과, 필러와, 미세한 기공을 갖는 수지가 결합된 것이다.

계속해서, 상기 세그먼트(18)의 상면 일부와 하부샹크(17) 상단 외주면 사이에는 상부샹크(16)가 끼워져 구비된다. 그리고, 상기 상부램(11) 하면에는 상부다이(13)가 장착되고, 상기 상부다이(13)는 소결펀치(15)의 외주면과 상부샹크(16)의 상면을 가압할 수 있게 구성한다.

여기서, 상기 소결펀치(15)의 외주면은 하부로 향할수록 그 너비가 넓어지도록 하향 경사진 형태로 형성하고, 상기 상부다이(13)의 하단 내주면은 상기 소결펀치(15)와 동일한 기울기로 경사지게 형성하되 상기 소결펀치(15)와 반대 방향인 상향 경사진 형태로 형성한다. 이로 인해, 상부다이(13)가 소결펀치(15)에 가압 가능하게 면 접촉됨으로써, 상부다이(13)의 가압을 통해 소결펀치(15)를 내측으로 가압할 수 있게 된다.

그리고, 위에서 설명된 상부다이(13)와, 하부다이(14)와, 소결펀치(15)는 충분한 가압 압력을 견디면서 발열이 서서히 일어나며, 장기간 반복 사용시에도 변형이 없는 하이크롬강의 하나인 인코넬 재질의 것을 사용한다. 인코넬은 위와 같은 특성으로 인해 레진본드 프로파일러 소결에 적합한 금형이나, 그 반면 낮은 발열 효율 때문에 금속본드 프로파일러 소결에는 적용하기 어렵다.

또한, 상부샹크(16)와 하부샹크(17)는 통상의 스틸재로 형성하고, 그 표면에는 통전 소결에 따른 발열에 의해 세그먼트(18)와의 접합이 용이하도록 동도금 처리한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 다이아몬드-레진 프로파일러를 제조하기 위해서는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 소결로(10) 하단에 설치된 하부램(12) 상면에 하부다이(14)를 장착하고, 상기 하부다이(14) 상면에 하부샹크(17)를 안착 구비한다. 그리고, 상기 하부샹크(17) 상면에 소결펀치(15)를 안착 구비하되, 상기 소결펀치(15) 내주면에 다수의 세그먼트(18)를 등간격으로 구비하여, 상기 세그먼트(18)의 저면 일부가 상기 하부샹크(17) 상면에 접촉되게 구비한다.

그리고, 상기 하부샹크(17) 상단 외주면과 세그먼트(18) 사이에 상부샹크(16)가 끼워지는 형태로 안착 구비하고, 상부램(11) 하단에 장착된 상부다이(13)를 소결펀치(15)의 외주면과 상부샹크(16)의 상면에 안착 구비한다.

이 후, 상기 상부램(11)과 하부램(12)을 함께 가압함과 아울러, 상부램(11)과 하부램(12)에 소결전원을 인가하게 된다. 그렇게 되면, 상부램(11)과 하부램(12)에서 가해지는 압력은 상부샹크(16)와 하부샹크(17)에 그대로 전달되고, 이와 동시에 상부램(11)에서 가해지는 압력이 소결펀치(15)에 전달되어 소결펀치(15)를 통해 세그먼트(18)를 소결로(10) 중심 방향으로 가압할 수 있게 된다. 즉, 상부 다이(13)의 하단 내주면과, 이에 면 접촉되는 소결펀치(15)의 외주면이 경사지게 형성되어 있으므로, 상부다이(13)의 수직방향으로의 가압력을 소결펀치(15)를 통해 직각 방향으로 전환하여 가압할 수 있는 것이다.

이와 같은 가압 작용과 함께, 상부램(11)과 하부램(12)에 소결전원이 인가됨으로써, 상부다이(13)와, 하부다이(14)와, 소결펀치(15)와, 상부샹크(16)와, 하부샹크(17) 및 세그먼트(18)에서 전기가 통전되며 발열이 되어 온도가 상승하게 되고, 이와 동시에 세그먼트(18)가 수축 소결되면서 상기 세그먼트(18)를 상부샹크(16)와 하부샹크(17)에 접착 및 고정시킬 수 있게 된다.

도 6은 통전 소결과정 전, 후의 상부샹크(16)와 하부샹크(17)의 상태를 비교하여 나타낸 것으로, 통전 소결 전에는 상부샹크(16)와 하부샹크(17)가 분리되어 있어, 상부다이(13)와 하부다이(14)에서 가해지는 압력을 세그먼트(18)에 직접 전달할 수 있는 구조로 되어 있으며, 특히 상부샹크(16)와 하부샹크(17)의 표면이 동도금되어 있어 소결 가공시 상부샹크(16)와 하부샹크(17), 그리고 세그먼트(18)를 더욱 신속하고 간편하게 접합 및 고정시킬 수 있게 된다. 즉, 소결과정에서 상기 세그먼트(18)는 상부샹크(16) 및 하부샹크(17)는 물론 소결펀치(15)를 통해 여러 방향에서 샹크와의 경계면 방향으로 압력을 받아 접합이 이루어지는 것이다.

도 7은 상기와 같은 가압 소결 과정 이 후에 소결로(10) 내부 구성을 나타낸 것으로, 상부샹크(16)와 하부샹크(17)와 세그먼트(18)가 일체로 접합됨을 확인할 수 있다. 즉, 도 5에서와 같이 소결 과정 이 전의 소결로(10) 내부의 조립체들 사이에는 원활한 압착력 전달을 위해 소정 간격으로 틈이 모두 벌어져 있었으나, 통 전 소결 가공 이 후에는 압착에 의해 틈들이 모두 없어지고, 상부샹크(16)와 하부샹크(17)와 세그먼트(18)가 완전하게 접합됨을 확인할 수 있는 것이다.

이와 같이, 통전 소결 가공을 완료한 이 후에는 통전 소결에 사용된 소결용 금형과 치구들을 제거함으로써, 도 8과 같은 완성된 프로파일러 제품을 확보할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 일반적인 프로파일러를 이용하여 모서리를 가공한 예시 사진,

도 2는 일반적인 프로파일러 예시 사진,

도 3은 종래 기술에 의한 프로파일러 제조 과정을 나타낸 흐름도,

도 4는 다른 종래 기술에 의한 통전 소결에 사용되는 소결장치를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명에 의한 통전 소결장치의 내부 구조를 나타낸 개략 단면도,

도 6은 본 발명에 의한 통전 소결가공 전, 후의 상부샹크와 하부샹크 상태를 나타낸 단면도,

도 7은 본 발명에 의한 통전 소결가공 이 후에 소결장치 내부 구조를 나타낸 개략 단면도,

도 8은 본 발명에 의한 통전 소결가공을 통해 제조된 프로파일러 단면도.

*도면 중 주요 부호에 대한 설명*

10 : 소결로 11 : 상부램

12 : 하부램 13 : 상부다이

14 : 하부다이 15 : 소결펀치

16 : 상부샹크 17 : 하부샹크

18 : 세그먼트

Claims (5)

1. 소결로 상, 하부에 구비한 상부램과 하부램에 소결전원을 인가함과 동시에 내부에 압력을 가하여 프로파일러를 통전 소결하는 방법에 있어서,

   하부램(12) 상단에 구비한 하부다이(14) 상면에 하부샹크(17)를 안착 구비하는 단계와;

   소결펀치(15) 내주면에 다수의 세그먼트(18)를 등간격으로 구비하여, 상기 세그먼트(18)의 일부를 상기 하부샹크(17) 상면에 접촉되게 안착 구비하는 단계와;

   상기 하부샹크(17)와 세그먼트(18) 사이에 상부샹크(16)를 안착 구비하는 단계와;

   상기 상부램(11) 하단에 구비한 상부다이(13)를 경사진 소결펀치(15)의 외주면과 상부샹크(16)의 상면에 안착 구비하는 단계와;

   상기 상부램(11)과 하부램(12)을 가압함과 동시에 소결전원을 인가하여 상부샹크(16)와 하부샹크(17) 및 세그먼트(18)를 서로 발열 압착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드-레진 프로파일러 제조를 위한 통전 소결방법.
2. 소결로 상, 하부에 구비한 상부램과 하부램에 소결전원을 인가함과 동시에 내부에 압력을 가하여 프로파일러를 통전 소결하는 장치에 있어서,

   하부램(12) 상면에 장착한 하부다이(14)와;

   상기 하부다이(14) 상면에 안착 구비한 하부샹크(17)와;

   내주면에 다수의 세그먼트(18)를 등간격으로 구비하여 상기 세그먼트(18)의 일부를 상기 하부샹크(17) 상면에 접촉 가능하게 구비한 소결펀치(15)와;

   상기 세그먼트(18)와 하부샹크(17) 사이에 끼워지는 상부샹크(16)와;

   상기 상부램(11) 하면에 장착되어, 소결펀치(15)의 외주면과 상부샹크(16)의 상면을 가압하는 상부다이(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드-레진 프로파일러 제조를 위한 통전 소결장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 소결펀치(15)의 외주면과, 이에 면 접촉되는 상부다이(13)의 하단 내주면은 서로 동일한 기울기로 경사지게 형성한 것을 특징으로 하는 다이아몬드-레진 프로파일러 제조를 위한 통전 소결장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 상부샹크(16)와 하부샹크(17) 표면에는 발열에 의한 접합이 용이하도록 동도금 처리한 것을 특징으로 하는 다이아몬드-레진 프로파일러 제조를 위한 통전 소결장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 상부다이(13)와, 하부다이(14)와, 소결펀치(15)는 인코넬 재질의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드-레진 프로파일러 제조를 위한 통전 소결장치.

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