KR101025305B1 - 워터 젯용 분급연마재의 분급방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 연마재 분급방법은 미분급연마재와, 상기 미분급연마재가 분산되는 제 1 점성을 갖는 액체를 제 1 탱크 공급하는 단계와, 상기 미분급연마재를 소정시간 침강시켜서 분급시키는 단계와, 상기 침강 시간 경과 후 상기 탱크 바닥으로부터 일정 높이에 분리막을 배치하는 단계와, 상기 분리막 아래에 분급된 분급연마재를 배출시키는 단계와, 상기 배출된 분급연마재를 진동하는 체를 이용하여 거르는 단계와, 상기 체로 거른 분급연마재를 컨베이어벨트를 이용하여 건조로로 이송시키는 단계와, 상기 건조로에서 상기 분급연마재 표면상에서 상기 제 1 점성을 갖는 액체가 경화되어 내수성 및 내충격성을 제공하는 피막을 형성하는 단계를 포함한다.
이러한 구성을 반복하여, 워터 젯 연마가공에 사용된 미세 연마재를 분급할 수 있고, 점성 액체를 통과한 분급연마재를 간단히 건조시키기만 함으로써 연마재의 내수성 및 내충격성을 보완하여 피가공체에 스크래치를 남기지 않고 미려한 표면을 제공할 수 있고 연마재를 오랫동안 재사용할 수 있다.
분급연마재, 습식, 워터제트, 수지, 경도, 강도

Description

워터 젯용 분급연마재의 분급방법{classified abrasives for a water jet and method for classifying the same}
본 발명은 워터 젯(water jet)용 분급연마재의 분급방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 습식 워터 젯을 이용한 친환경 초정밀 절삭 가공 시스템에 사용될 수 있는 미세하게 분급된 워터 젯용 분급연마재("분급연마재"란 기존 치수의 연마재와 차별화된 치수를 갖는 연마재를 포함하는 의미임)의 분급방법에 관한 것이다.
일반적으로 워터 젯 가공은 고압 액체 분사 가공으로, 가공시 발열이 극히 작고, 가공 후 버릴 것이 매우 적은 친환경적인 특징을 가지고 있어 전기 및 전자, 기계, 의료 등의 폭 넓은 분야에서 절단, 세정, 굴착 및 박리 등의 각종 용도에 이용되고 있다.
특히, 고압의 액체에 연마재 입자를 혼합하여 피가공재에 분사하는 워터 젯 연마 가공 기술은 연마재 입자의 충돌에 의해 피가공재를 연삭 마모하기 때문에 피가공재의 제약 없이 인쇄 회로 기판, 디지털 보안(Secure Digital) 카드 등의 제조 공정에 적용되며, 자동차, 정밀 기계, 건축 및 디스플레이 등 다양한 분야에서 사 용되고 있다.
이러한 워터 젯 연마 가공시 초고압수에 혼합되어 절단 효율을 향상시키는 연마재는 가넷(garnet), 다이아몬드(diamond), 산화 알루미늄(aluminum oxide) 등의 고경도의 재질을 가지며, 절단면의 조도에 따라 수십 또는 수백 마이크로(㎛) 정도의 직경을 가진다.
이러한 연마재는 절단 공정에서 고압수와 동시에 피가공재에 고속으로 충돌하여 피가공재의 일부를 연마하거나 미세한 깨짐을 발생시켜 피가공재를 절삭한다.
그런데, 이와 같은 미세한 연마재라도 그 크기가 불균일하면, 워터 젯 연마 가공시 초고압수에 의해서 분출되는 워터 젯의 분압을 일정하게 조절할 수 없거나워터 젯 노즐을 막아서 장비 손상의 위험을 제공할 수 있다.
또한, 고압수가 피가공재에 충돌할 때 연마재가 부서지거나 연마재 간의 충돌에 의해 연마재가 파손되어 연마재의 크기가 불균일해지면, 피가공재를 불균일하게 절단되거 피가공재 표면에 스크래치를 발생시킬 수 있으며, 절단시간이 길어질 수 있다.
따라서, 한 번 사용된 연마재는 폐기하고, 새 연마재를 자주 공급하게 되는데, 이로 인하여 수입에 의존하는 연마재 낭비에 따른 비용이 크게 발생할 뿐만 아니라 폐기물을 양산하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 워터 젯에 이용하기에 적합하게 균일한 크기로 연마재를 분급할 수 있는 워터 젯용 분급연마재의 분급방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 분급과 동시에 일정한 크기로 보상되어 워터 젯 연마에 사용된 미세 연마재의 폐기물을 줄일 수 있고 재활용이 가능한 워터 젯용 분급연마재의 분급방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 워터 젯 고압수의 압력 제어가 용이하며, 피가공체에 대하여 일정한 절삭면을 제공할 수 있고, 스크래치 등을 남기지 않을 수 있는 워터 젯용 분급연마재의 분급방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 분급연마재의 분급방법은 미분급연마재와, 상기 미분급연마재가 분산되는 제 1 점성을 갖는 액체를 제 1 탱크 공급하는 단계와, 상기 미분급연마재를 소정시간 침강시켜서 분급시키는 단계와, 상기 침강 시간 경과 후 상기 탱크 바닥으로부터 일정 높이에 분리막을 배치하는 단계와, 상기 분리막 아래에 분급된 분급연마재를 배출시키는 단계와, 상기 배출된 분급연마재를 진동하는 체를 이용하여 거르는 단계와, 상기 체로 거른 분급연마재를 컨베이 어벨트를 이용하여 건조로로 이송시키는 단계와, 상기 건조로에서 상기 분급연마재 표면상에서 상기 제 1 점성을 갖는 액체가 경화되어 내수성 및 내충격성을 제공하는 피막을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 분급연마재의 분급방법에 따르면, 분급연마재가 미세하지만 균일한 크기를 갖기 때문에 워터 젯의 가공 제어가 용이하며 차별화된 크기를 갖는 연마재로 인하여 가공작업을 보다 효율적으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 분급연마재의 분급방법에 따르면, 분급연마재의 피가공체의 표면에 스크래치 없이 미려한 표면을 제공할 수 있고 기존의 연마재와는 차별화된 규격을 제공할 수 있고, 탄성 보상부에 의하여 내수성 및 내충격성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 분급연마재의 분급방법에 따르면, 분급연마재의 수명이 연장되며 재활용가능하여 폐기물이 적어지게 할 수 있어서 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 분급연마재의 분급방법은, 단순한 공정에 의하여 그 생산 효율성이 좋다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 분급연마재의 분급방법은 워터 젯용 미세 연마재의 분급 시 점성을 가진 유체를 이용하여 침강속도를 지연시킴으로써 미세 연마재의 차별화된 크기 제어가 용이하며 그 균일도를 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 분급연마재의 분급방법은 점성이 있는 유체 중 라텍스, 고무 등의 유체를 이용하여 분급된 연마재를 건조하기만 함으로써 내수성 및 내충격성이 보상된 연마재를 재생할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분급연마재 및 이를 이용하는 워터 젯 절단 장치의 구조를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 분급연마재(10)는 연마핵(11)과, 상기 연마핵(11) 둘레에 점성 액체가 경화되면서 기포부(12a)가 균일하게 형성되며 상기 연마재(10)의 평균 직경이 10um 내지 100um가 되도록 하는 탄성 보상부(12)로 이루어진다.
상기 연마핵(11)은 일반적으로, 워터 젯용 연마재로 사용되는 알루미늄 옥사이드, 실리콘 카바이드, 지르코니아, 세라믹 등으로 이루어질 수 있다.
상기 연마핵(11)은 일반 워터 젯용 연마재가 워터 젯 연마 가공에 사용되어파손된 것으로, 그 표면에 크랙부(11a)가 형성되거나 거칠고, 울퉁불퉁할 수도 있다. 상기 탄성 보상부(12)는 상기 연마핵(11)의 외주부에 라텍스, 고무액, 우레탄, 에폭시, 아크릴 중 적어도 하나의 점성 액체가 경화되어 분급 연마재(10)의 외형이 대략 구형을 이룰 수 있게 한다.
상기 탄성 보상부(12)에 의해서 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 분급연마재(10)는 10um 내지 100um의 직경을 가질 수 있으며, 일반적인 워터 젯용 연마재에 사용되는 6.0-9.8 Mohs 범위의 경도를 가지며, 10-15kg/cm2 범위의 강도를 가질수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 분급 연마재(10)는 구형으로 가공 제어가 용이하며, 기존 미분급 연마재의 크기와는 차별화된 크기를 갖는 것으로, 상기 연마핵(11)이 고압 분사에 의해서 파손되는 것을 방지할 수 있도록 내수성, 내구성, 및 내충격성을 향상시킬 수 있어서, 연마재의 수명이 연장되며 재활용 가능하여 폐기물이 적어지게 할 수 있다.
한편, 상기 탄성 보상부(12)는 상기 라텍스, 고무액 등이 상기 연마핵(11) 주변에서 경화될 때 표면에 기포부(12a)를 균일하게 형성하여 표면을 거칠게 하여 연마효율을 높일 수 있다.
이를 위하여, 상기 탄성 보상부(12) 내에는 무기물 충진재(12b)가 더 포함될 수도 있으며, 상기 기포부(12a)가 형성되도록 계면활성제(12c)가 더 포함될 수도 있다.
이와 같이 구성된, 본 발명의 일 실시예에 따른 분급연마재(10)는 워터젯 절단장치(100)의 배합통(101)내에서 물 등의 액체와 교반기(102)에 의해서 균일하게 배합될 수 있으며, 피가공체(1)의 피가공위치(1a)에 대하여 실린더(103)를 가압하여 워터 젯 분사구(104)를 통하여 일정 분사압으로 상기 워터 젯 분사구(104)를 폐색시키는 일 없이 원활하게 피가공체(1)를 스크래치 없이 미려하게 가공할 수 있다.
본 명세서에서 워터 젯 절단 장치에 관해서는 간략히 설명하였지만, 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아니다.
이제 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 분급연마재의 분급장치 및 분급방법에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 연마재의 차순 분급방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 연마재의 분급방법의 플로우챠트이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 연마재의 분급장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 연마재의 분급장치(200)가 제 1 점성을 갖는 액체(20), 예를 들어 제 1 라텍스(10cps Latex) 액체를 제 1 탱크(201)에 일정 높이(500mm 높이)로 채우고, 미분급 연마재(10')을 호퍼(hopper; 202)을 통해서 정량하여 공급하는 것을 나타낸다.
상기 제 1 라텍스 액체(20)에 공급되는 미분급 연마재(10')가 상기 제 1 탱 크(201)의 바닥부(201a)를 향해서 침강하는 침강시간 660sec 경과 후, 상기 제 1 탱크(201)내에 상기 바닥으로부터 일정한 높이(h)에 설치된 분리막(202)을 닫는다. 상기 탱크(201)는 기본적으로 원통형으로 생긴 것이 바람직하며, 상기 분리막(202)은 상기 탱크(201)의 원주부에 접촉하도록 원판형으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분리막(202)은 개폐시 상기 점성 액체(20)에 대해서 요동을 주지 않도록 상기 탱크(201)에 대해 동일평면에 적어도 1 이상의 구멍(202a)이 형성되고 이 구멍(202a)을 조리개(202b)처럼 개폐할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 바닥부(201a)는 경사져 있으며, 상기 바닥부(201a)를 중심으로 일측에 배치되는 장변 측벽부(201b)에 제 1 배출구(201c)를 개폐하는 개폐부(203)가 형성되어 있으며 상기 제 1 배출구(201c)는 상기 개폐부(203)가 개방되면, 배출로(204)를 따라 배출되며 상기 배출로(204) 상방에는 레이저 스캔부(205)가 배치될 수 있다.
상기 바닥부(201a)가 경사져 있기 때문에 상기 분리막(202) 하부에 유동이 생겨서 상기 개폐부(203) 개방 시 상기 분급연마재(10)가 배출로(204)를 따라 용이하게 배출될 수 있다.
상기 분급연마재(10)는 약 80㎛의 직경을 갖는다. 이때 분급된 실리콘 카바이드 분급연마재(10)는 상기 레이저 스캔부(205)가 레이저 빔을 조사하여 크기를 확인할 수 있다.
한편, 상기 제 1 탱크(201)의 분리막(202) 상부에서 크기가 작아서 침강속도가 느린 실리콘 카바이드 미분급연마재(10')는 라텍스 액체(20)와 함께 상기 바닥부(201a)를 중심으로 단변 측벽부(201d)에 형성된 제 2 배출구(201e)와 연결된 제 2 배출로(207)를 통해서 제 2 탱크(201')로 배출된다.
상기 제 2 배출구(201e)는 이를 개폐하는 개폐부(209)에 의해서 평상 시에는폐쇄되어 있다.
상기 제 2 탱크(201')에는 제 1 라텍스 액체(20)보다 점성이 큰 제 2 라텍스액체(20')가 담겨있을 수 있으며, 상기 제 2 탱크(201')의 구조는 상기 제 1 탱크(201')의 구조와 동일하다. 다만, 상기 제 1 탱크(201)로부터 1차 분급되고 남은 미분급연마재(10')를 수용하여 2차 분급할 수 있도록 상기 바닥부(201a')의 경사가 대향배치된다. 즉 상기 제 1 탱크(201)로부터 미분급 연마재(10')와 액체를 공급받아 제 2 배출구(201e')로 배출할 수 있도록, 상기 제 1 배출구 및 제 2 배출구(201b' 201e')가 서로 반대로 형성되어 있다.
상기 제 2 탱크(201')로 배출된 미분급연마재(10')는 침강시간 680sec 경과 후 탱크(201')내 설치된 분리막(202')를 닫고 제 1 배출구(201b')를 열어 40㎛의 2차 분급연마재(10')를 유출시킬 수 있다. 이때 2차 분급 실리콘 카바이드 연마재(10')의 크기를 레이저 스캔부(205')를 통하여 확인할 수 있음은 전술한 바와 같이 동일하다.
실리콘 카바이드(Silicon Carbide) 연마재의 경우 물속에서의 침강속도는 연마재의 크기가 약 40㎛인 경우 약 65sec 이며, 연마재의 크기가 80㎛의 경우 침강속도가 50sec로서 입자간의 크기는 상이하지만, 침강속도가 크게 차이가 나지 않기 때문에 종래에는 거의 분리할 수 없었다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯용 분급연마재 분급방법에 의해 서 액체의 점성을 표 1과 같이 증가시켜서 침강속도를 지연시켜서 분리할 수 있음을 알 수 있다.
표 1에 도시된 바와 같이, 10cps(centi poises)의 점도를 가진 라텍스(Latex)에서 80㎛ 연마재의 침강속도는 700sec이며, 60㎛의 연마재는 660sec임을 알 수 있다. 물의 경우는 1~2cps(centi poises)의 점도를 가지며, 80㎛ 입경의 연마재와 60㎛ 입경의 연마재에 대하여 침강속도가 별로 차이가 나지 않지만, 동일 크기의 연마재에 대해서 라텍스의 경우 침강속도가 10배 이상 지연되어 이들을 용이하게 분급할 수 있다.
표 1 * 시료의 점도에 따른 침강 속도
시료 물 라텍스 1 라텍스 2 라텍스 3
점도 2cps 10cps 45cps 110cps
40㎛ 연마재 65sec 700sec 4340sec 10830sec
80㎛ 연마재 50sec 660sec 3900sec 7210sec
침강속도 차이 15sec 40sec 440sec 3620sec
이렇게 분급된 실리콘카바이드 연마재는 라텍스 액체와 함께 시빙유닛(301)에 포집되어 바이브레이터(Vibrator)(302)에 의해서 진동을 하는 #200 체(sieving) (303)를 통하여 걸러지고, 라텍스 액체는 저수조(304)에 포집되어 재사용된다. 상기 체(303)에서 걸러진 연마재는 컨베이어 벨트(Conveyor Belt) (305)를 따라 건조유닛(306)으로 이송된다.
상기 컨베이어 벨트(Conveyor Belt) (305)을 통해서 구름 이동하는 실리콘 카바이드 분급연마재(10, 10')는 건조로(306a)을 통과하면서 건조되고 팩킹 유니트(Packing Unit) (307)로 공급되어 기존에 비하여 차별화된 크기를 갖는 연마재품이 될 수 있다.
이와 같이, 바이브레이터(302)에 의해서 진동을 받고 상기 컨베이터벨트(305)의 구름이동에 의해서 분급연마재(10, 10')는 더 구형에 가깝게 될 수 있다.
표 2에 도시된 바와 같이, 이렇게 제조된 실리콘카바이드 분급연마재(10, 10')는 60㎛의 경우 하위 10%는 28.26㎛이며 상위 10%는 96.69㎛으로 불균일도가 50% 이고, 일반적인 실리콘카바이드 연마재의 경우 그 불균일도는 60㎛의 경우 하위 10%는 25.33㎛이며 상위 10%는 120.12㎛로 불균일도가 약 60~100% 정도인 것에 비하여 균일도가 훨씬 좋아짐을 알 수 있다.
표 2 * 종래의 기존 실리콘 카바이드 연마재와 본 발명을 통하여 제조된 연마재의 입자 균일도 분석 결과 치 (60㎛ 실리콘 카바이드)
항목 Con. 실시 예 1 실시 예 2
시료 물 라텍스 1 라텍스 2
점도 2cps 10cps 100cps
평균 크기 D(v, 0.5) 59.70㎛ 60.23㎛ 59.53㎛
하위 10% D(v, 0.1) 25.33㎛ 28.26㎛ 30.60㎛
상위 10% D(v, 0.9) 120.12㎛ 96.69㎛ 76.08㎛
불균일도 100% 61% 50%
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분급연마재 및 이를 이용하는 워터 젯 절단 장치의 구조를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 연마재의 차순 분급방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 연마재의 분급장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 젯용 연마재의 분급방법의 플로우챠트이다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
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  5. 삭제
  6. 미분급연마재와, 상기 미분급연마재가 분산되는 제 1 점성을 갖는 액체를 제 1 탱크 공급하는 제 1 단계;
    상기 미분급연마재를 소정시간 침강시켜서 분급시키는 제 2 단계;
    상기 침강 시간 경과 후 상기 탱크 바닥으로부터 일정 높이에 분리막을 배치하는 제 3 단계;
    상기 분리막 아래에 분급된 분급연마재를 배출시키는 제 4 단계;
    상기 배출된 분급연마재를 체를 이용하여 거르는 제 5 단계;
    상기 체로 거른 분급연마재를 컨베이어벨트를 이용하여 건조로로 이송시키는 제 6 단계; 및
    상기 건조로에서 상기 분급연마재 표면상에서 상기 액체가 경화되어 내수성 및 내충격성을 제공하는 피막을 형성하는 제 7 단계를 포함하는 워터젯용 분급연마재의 분급방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 분리막 상부의 미분급연마재를 상기 제 1 점성보다 점성이 큰 제 2 점성 액체와 함께 제 2 탱크에 공급하여, 상기 제 2 내지 제 7 단계를 반복하여 차순 분급하는 워터젯용 분급연마재의 분급방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 탱크가 일방향으로 경사진 바닥부와, 상기 바닥부를 중심으로 양측에 장변 측벽부와 단변 측변부를 포함할 때, 상기 장변 측벽부에 형성된 제 1 배출구를 개방하는 단계를 상기 분급연마재를 배출시키는 제 4 단계 전에 포함하며,
    상기 단변 측벽부에 형성된 제 2 배출구를 개방하는 단계를 상기 미분급 연마재를 배출시키는 단계 전에 포함하며,
    상기 제 1 탱크와 상기 제 2 탱크는 상기 바닥부의 경사가 서로 대향하도록 교대로 배치되는 워터젯용 분급연마재의 분급방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 배출구를 통해서 배출되는 상기 분급연마재를 레이저 스캔부를 이용하여 검사하는 단계와,
    상기 체로 거르는 제 5 단계에서 상기 액체를 저수조에 포집하는 단계를 포함하는 워터젯용 분급연마재의 분급방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 미분급연마재는 알루미늄 옥사이드, 실리콘 카바이드, 지르코니아 중 하나이며 10 내지 100um의 크기를 가지는 워터젯용 분급연마재의 분급방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 액체는 라텍스 액체, 고무액체, 아크릴, 에폭시, 우레탄 액체 중 적어도 하나인 워터젯용 분급연마재의 분급방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 라텍스 액체가 10cps점성을 가질 때 660sec의 침강시간을 제공하면, 80㎛ 직경의 연마재가 분급되는 워터젯용 분급연마재의 분급방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 라텍스 액체가 45cps점성을 가질 때 4340sec의 침강시간을 제공하면, 40㎛ 직경의 연마재가 분급되는 워터젯용 분급연마재의 분급방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 분급연마재의 표면에 상기 액체를 경화시킬 때, 상기 표면에 일정하게 기포부가 형성되도록 계면활성제를 상기 액체에 추가하는 워터젯용 분급연마재의 분급방법.
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