KR101370636B1 - 다이아몬드 절삭 휠 제조방법 - Google Patents

Abstract

절삭 팁의 소결 불량을 방지할 수 있도록, 다아이몬드 분말과 금속분말 복합재를 소결하여 절삭 팁을 제조하는 단계와, 제조된 절삭 팁에 중간재를 코팅하는 단계, 스틸재질의 원판에 상기 절삭 팁을 용접하는 단계를 포함하는 다이아몬드 절삭 휠 제조 방법을 제공한다.

절삭 팁, 중간재, Fe, Ni, 저온 분사공정

Description

다이아몬드 절삭 휠 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING DIAMOND CUTTING WHEEL}

본 발명은 절삭 및 연마에 사용되는 다이아몬드 공구를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 다이아몬드 분말이 함유된 금속분말의 소결체를 스틸 원판에 부착하여 콘크리트 등의 각종 설비나 부품의 절삭에 사용되는 다이아몬드 절삭 휠 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 다이아몬드 공구 중 절삭 휠은 금속으로서 브론즈계(Cu-Sn), 스틸계(Fe), 코발트계(Co, Co-Fe) 등의 용도에 따른 다양한 금속에 다이아몬드를 사용처에 따라 5 ~ 20%(부피비)로 혼합하여 제조된다.

브론즈계의 절삭 휠은 상대적으로 연한 기지를 제공하고, 스틸계는 상대적으로 강한 기지를 사용한다.

상기 절삭 휠의 제조방법은 우선 다이아몬드 입자와 금속분말이 혼합된 절삭 팁을 제조하고, 상기 절삭 팁을 스틸 원판에 부착하는 과정을 거친다.

상기 절삭 팁을 제조하기 위해서는, 원하는 혼합비율로 금속분말과 다이아몬드 입자를 혼합하는 과정과, 절삭 휠의 부품 형틀에 분말을 주입하고 성형기에 삽 입하여 원하는 형상으로 성형하는 단계, 소결기에 삽입하여 적정 온도와 압력에서 소결하는 단계를 거친다.

이때 금속의 성분에 따라 소결 온도와 압력은 다르게 된다. 통상 브론즈계는 750℃, 코발트계는 보통 850℃를 사용한다. 이렇게 제조된 절삭 팁은 스틸 재질의 원판에 레이저 용접을 통하여 접합된다. 상기 과정을 통해 제조된 다이아몬드 절삭 휠은 초기 절삭성을 증대시키기 위하여 제품 출시 전에 표면을 연마(드레싱)하여 다이아몬드가 표면에 돌출되도록 한다.

여기서 절삭 팁은 금속과 다이아몬드의 복합재이기 때문에 스틸재질인 원판 사이에 레이저 용접이 불가능하다. 이에 레이저 용접을 위하여 소위 중간재(backing재)라 불리우는 철(Fe), 니켈(Ni) 분말을 절삭 팁 제조시 레이저 용접부위에 추가하여 소결 제조하고, 이렇게 제조된 절삭 팁의 중간재와 스틸 원판을 레이저 용접하게 된다.

그런데 상기한 종래의 구조는 금속과 다이아몬드 복합재인 절삭 팁과 Fe 혹은 Ni 의 중간재의 최적 소결 온도 차이에 따라 소결 밀도가 차이가 발생하여 소결후 수축비가 상이하게 되며, 이에 따른 소결 불량이 빈번하게 발생되는 문제점이 있다. 또한, 복합재 금속 소재에 따라서는 소결이 불가능한 경우도 발생한다.

또한, 중간재 분말을 성형 및 소결하는 과정이 모두 수작업으로 행해짐에 따라 작업에 노력과 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.

이에 절삭 팁의 소결 불량을 방지할 수 있도록 된 다이아몬드 절삭 휠 제조방법을 제공한다.

이를 위해 본 제조방법은 다아이몬드 분말과 금속분말 복합재를 소결하여 절삭 팁을 제조하는 단계와, 제조된 절삭 팁에 중간재를 코팅하는 단계, 스틸재질의 원판에 상기 절삭 팁을 용접하는 단계를 포함할 수 있다.

이에 절삭 팁을 제조함에 있어서 중간재 없이 소결됨으로써 절삭 팁 단일 소재만의 최적 소결 온도 및 압력에서 소결을 수행할 수 있고, 따라서 최적의 소결 밀도를 지니는 우수한 절삭 팁 제작이 가능하게 된다.

여기서 상기 절삭 팁에 중간재를 코팅하는 단계에서 중간재는 저온 분사공정을 통해 절삭 팁에 분사되어 코팅되는 구조일 수 있다.

또한, 상기 용접 단계는 원판에 절삭 팁의 중간재를 레이저 용접으로 용접하는 구조일 수 있다.

또한, 상기 중간재는 Fe, Ni 금속 중 1종 또는 상기 금속의 혼합물이나 합금으로 구성된 금속 분말로 이루어질 수 있다. 상기 금속 분말의 크기는 1 ~ 200㎛일 수 있다.

이와 같이 본 방법은 절삭 팁을 소결 제조하고 추후 저온분사방식으로 중간 재를 코팅함으로써 절삭 팁 단일 소재의 소결에 의해 절삭 팁에 최적화된 조건으로 소결을 행할 수 있고 이에 따라 최적의 소결밀도를 갖는 우수한 절삭 팁을 얻을 수 있게 된다.

또한, 생산성을 획기적으로 증대함은 물론 팁이 작업도중 탈락하여 인명의 손상을 가져올 수 있는 용접불량 문제를 개선하여 균질하고 안정화된 고품위의 제품을 얻을 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 다른 실시예에서 대응하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

도 3은 본 실시예에 따른 다이아몬드 절삭 휠 제조단계를 도시하고 있다.

상기 도 3에 의하면, 다이아몬드 절삭 휠 제조를 위해 먼저 금속 분말과 다이아몬드 분말을 일정 혼합비율로 혼합하여 원하는 형상으로 성형한다. 일정 형태 로 성형된 절삭 팁은 소결기에서 최적의 온도와 압력하에서 소결된다.(S100 ~ S110)

여기서 상기 절삭팁의 소결은 종래와 비교하여 중간재가 없이 금속과 다이아몬드 복합 소재에 대한 소결이므로, 상기 복합 소재에 맞는 최적의 소결 온도와 압력하에서 소결이 이루어지게 된다.

이에 따라 상기 과정을 거쳐 제조된 절삭 팁은 최적의 소결밀도를 갖는 우수한 품질로 제조될 수 있다.

상기와 같이 절삭 팁이 제조되면 저온 분사장치를 이용하여 절삭 팁의 용접면에 중간재를 코팅한다.(S120)

여기서 상기 중간재는 스틸 모재와 용접성이 우수한 Fe 또는 Ni 금속 중 1종 또는 상기 금속의 혼합물이나 합금으로 구성된 금속 분말로 이루어진다. 물론 상기 중간재는 이에 한정되지 않으며 다른 금속도 가능하다 할 것이다.

상기 저온 분사장치는 분말 입자를 질소, 헬륨, 공기 등의 고압가스를 이용하여 입자 속도를 300 ~ 1200m/sec의 속도로 가속시켜 모재와 코팅 소재에 따른 임계속도에 다다르면서 코팅이 시작되는 코팅공정을 실시하는 장치이다.

도 2는 상기 저온 분사장치의 일예를 도시하고 있는 데, 저온 분사장치의 구조에 대해서는 이미 그 기술이 개시되어 있어서 이하 상세한 설명은 생략하도록 한다.

본 실시예에서는 상기 저온 분사장치를 통해 중간재를 저온 분사하여 절삭 팁 일측면에 코팅하게 된다.

이때 상기 중간재의 코팅 두께는 용접성을 고려하여 0.1 ~ 2mm 정도로 하여 최적의 레이저 용접부를 확보할 수 있다. 상기 중간재의 코팅 두께가 상기 범위를 벗어나는 경우 용접이 어려워지거나 용접성이 저하될 우려가 있다.

또한, 상기 중간재의 금속 분말 크기는 1 ~ 200㎛ 일 수 있으며, 보다 적정하게는 5 ~ 50㎛의 크기로 이루어진다.

또한, 도 2에서 상기 저온 분사장치의 초음속 노즐과 절삭 팁 사이의 거리는 10 ~ 60mm로 설정되고 이 간격은 지그나 로봇 등을 통해 지속적으로 유지된다.

그리고 저온 분사장치에서 고압가스의 압력은 10 ~40kg/㎠이고 온도는 600℃ 이하이며, 금속 분말 송급 속도는 0.5 ~ 10kg/hr이고, 금속 분말을 예열하는 분말 예열장치의 가스 온도는 500℃ 이하로 설정된다.

상기 절삭 팁에 중간재의 코팅이 완료되면 도 1에 도시된 바와 같이 코팅된 중간재(10)가 스틸 재질의 원판(20)에 접하도록 상기 절삭 팁(30)을 원판에 밀착시키고 중간재(10)와 원판(20) 사이의 용접을 실시하여 다이아몬드 절삭 휠을 제조한다.(S130 ~ S140)

본 실시예에서 상기 용접은 레이저 용접이 수행된다. 이때 원판과 중간재 사이에 용접이 주로 이루어지게 되며, 중간재와 절삭 팁 사이에는 레이저 용접에 의한 열영향부가 존재하여 계면의 결합력이 증대되는 효과를 얻게 된다.

[실시예]

폭 1.5mm, 길이 10mm, 깊이 6mm의 금속/다이아몬드 복합재를 소결하여 제작한 절삭용 팁 10개를 지그에 물려놓고 저온 분사장치를 이용하여 저온 분사 코팅을 실시하였다.

코팅 분말은 입도 5 ~ 50㎛를 갖는 무게비로 99% 이상의 Fe 분말을 사용하였다.

도 2의 저온 분사장치를 이용하여 상기 Fe 분말을 저온 분사하였으며, 이때 분사를 위한 고압의 메인가스는 질소를 이용하였고, 상기 질소가스의 압력은 29kg/㎠이고, 온도는 550℃로 설정하였다. 또한, Fe 분말의 송급 속도는 3kg/hr이고 Fe 분말 송급시 예열 가스의 온도는 300℃이이다. 또한, 노즐과 절삭 팁 사이에는 30mm의 간격을 둔 상태에서 상기 절삭 팁을 40mm/sec 속도로 회전시키는 상태에서 코팅을 실시하였다.

본 실시예에서 상기 Fe 입자를 분사하는 노즐은 그 출구 형태가 원형 형태가 아니라, 슬릿 형태로 이루어지도록 하여, 마스킹없이 원하는 절식 팁 표면만 코팅이 이루어질 수 있도록 하였다. 상기 슬릿 형태의 노즐 출구 크기는 2mm × 10mm 이다.

상기와 같은 공정하에서 저온 분사 코팅이 이루어진 결과가 도 4에 예시되어 있다. 도 5는 상기한 공정하에서 Fe 분말 대신 Ni 분말을 이용하여 저온 분사 코팅이 이루어진 결과를 도시하고 잇다.

상기와 같이 저온 분사공정으로 절삭 팁에 Fe 분말이 코팅됨으로써 고상 상태의 공정으로 분말의 성분을 그대로 유지하면서 산화물이 발생하지 않아 기존에 소결에 의해 절삭팁에 형성된 중간재와 비교하여 월등한 레이저 용접성을 얻게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 절삭팁이 스틸 재질의 원판에 용접되는 상태를 도시한 개략적인 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중간재 코팅 공정을 위한 저온 분사장치를 도시한 개략적인 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다이아몬드 절삭 휠 제조과정을 도시한 순서도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 절삭 팁에 Fe 분말이 코팅된 상태를 도시한 단면사진이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 절삭 팁에 Ni 분말이 코팅된 상태를 도시한 단면사진이다.

Claims (6)

1. 다아이몬드 분말과 금속분말 복합재를 소결하여 절삭 팁을 제조하는 단계와,

   제조된 절삭 팁에 중간재를 코팅하는 단계,

   스틸재질의 원판에 상기 절삭 팁을 용접하는 단계

   를 포함하는 다이아몬드 절삭 휠 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중간재 코팅 단계에서 상기 중간재는 저온 분사공정을 통해 절삭 팁에 분사 코팅되는 다이아몬드 절삭 휠 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 용접 단계는 원판에 절삭 팁의 중간재를 레이저 용접으로 용접하는 다이아몬드 절삭 휠 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 중간재는 Fe, Ni 금속 중 1종 또는 이들의 혼합물 또는 이들의 합금으로 구성되는 금속 분말에서 선택된 다이아몬드 절삭 휠 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 금속 분말의 크기는 1 ~ 200㎛인 다이아몬드 절삭 휠 제조방법.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 저온 분사공정시 중간재가 분사되는 노즐의 출구는 슬릿형태인 다이아몬드 절삭 휠 제조방법.

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