KR101606288B1 - 벤딩현상 억제를 위한 노치휠 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음된 다이아몬드 다층 전착 노치휠 제조방법 및 이를 이용한 노치휠 - Google Patents

벤딩현상 억제를 위한 노치휠 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음된 다이아몬드 다층 전착 노치휠 제조방법 및 이를 이용한 노치휠 Download PDF

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Abstract

본 발명은 벤딩현상 억제를 위한 노치휠 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음된 다이아몬드 다층 전착 노치휠 제조방법 및 이를 이용한 노치휠에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 핸드폰 커버 글라스 가공에 쓰이는 사파이어 웨이퍼 에지 연삭가공용 다이아몬드 다층 전착 노치휠을 전해 복합 도금방식으로 제작하여 노치휠의 중앙 심부에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재를 열박음 하여 벤딩 불량을 최소화시켜 우수한 기계적 성질을 갖는 다이아몬드 다층 전착 노치휠을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

벤딩현상 억제를 위한 노치휠 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음된 다이아몬드 다층 전착 노치휠 제조방법 및 이를 이용한 노치휠{The heat treatment of steel rods heat striking a diamond or tungsten carbide rod into the notch on the wheel center for a bending wheel Notch inhibition multilayer electrodeposition method using the same wheel and notch}
본 발명은 벤딩현상 억제를 위한 노치휠 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음된 다이아몬드 다층 전착 노치휠 제조방법 및 이를 이용한 노치휠에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 핸드폰 커버 글라스 가공에 쓰이는 사파이어 웨이퍼 에지 연삭가공용 다이아몬드 다층 전착 노치휠을 전해 복합 도금방식으로 제작하여 노치휠의 중앙 심부에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재를 열박음 하여 벤딩 불량을 최소화시켜 우수한 기계적 성질을 갖는 다이아몬드 다층 전착 노치휠을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘, 알루미나, 탄화규소(SiC) 등의 세라믹과 같은 고경도 재료의 절삭가공시에 사용되는 절삭공구는 내마모성과 강인성 및 경도를 유지할 수 있는 기계적 성질이 요구되는데, 고경도의 다이아몬드, CBN(Cubic Boron Nitride: 질화 붕소화합물), 알루미나 분말 등을 연삭 지립(abrasive grain)으로 사용하고 지립을 적절한 힘으로 몸체에 고정해주는 본드로 이루어진 절삭지립이 부착된 공구가 사용된다.
피삭재의 형태와 종류에 따라 선택되는 공구의 종류와 형상이 달라지는데, 본 발명의 주요 피삭재는 강화유리, 석영 또는 난삭재의 취성소재인 사파이어어소재이다.
세라믹과 같은 고경도의 취성 특성의 피삭재는 절삭 가공시 가공부하가 커서 공구축의 벤딩 현상이 발생하여 급격한 공구 수명의 단축이 발생되거나, 가공 불량이 빈번하게 발생한다.
특히, 5mm이하의 라운드(Round) 형태의 정밀 가공시 직경 2mm이하의 노치휠을 사용하는데, 기존의 직경 2mm이하의 S45C 소재는 연성이 높아 가공부하를 견디기에는 적합하지 않은 재료이다.
또한, 3mm이하의 피삭재 천공 가공시에도 고열 및 고압 접촉 부위에서 기존 S45C 소재가 변형이 일어나 수명이 급격히 줄어드는 현상이 발생한다.
따라서 모재금속의 강화를 위한 대안으로 모재금속을 열처리하여 사용하고 있다. 가장 대표적인 강종은 S45C이다. 상기 강종을 820~870로 가열하여 수냉으로 담금질(Quenching) 후, 550~650℃에서 급냉으로 풀림(Annealing)처리를 한다. 이때 로크웰 경도값은 열처리전 12-21HRC에서 45HRC 까지 올라가게 된다.
하지만 열처리강재도 모재금속 형상의 한계를 극복하지 못하고 있는 실정이다. 3mm이하의 얇은 팁(tip)과 모재금속 사이 부근에서 벤딩형상이 생겨 공구로써의 기능을 금방 상실한다. 따라서 모재금속의 중심에 초경합금 등을 삽입하여 얇은 팁(tip)에서의 벤딩현상을 없애고 공구수명을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 개발하여야 한다.
1. 한국 공개특허공보 10-2013-0039045호(공개일자 : 2013.04.19) 2. 한국 공개특허공보 10-2004-0037964호(공개일자 : 2004.05.08) 3. 한국 등록특허공보 10-0680282호(등록일자 : 2005.11.02) 4. 한국 공개특허공보 10-2011-0064573호(공개일자 : 2011.06.15) 5. 한국 공개특허공보 10-2006-0002237호(공개일자 : 2006.01.09) 6. 한국 공개특허공보 10-2009-0046459호(공개일자 : 2009.5.11) 7. 한국 공개특허공보 10-2006-0023357호(공개일자 : 2006.03.14) 8. 한국 등록특허공보 10-0459810호(등록일자 : 2004.11.24)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 본 발명은 핸드폰 커버 글라스 가공에 쓰이는 사파이어 웨이퍼 에지 연삭 가공용 다이아몬드 다층 전착 노치휠을 제조함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다이아몬드 분말을 지립으로하여 전해 복합 도금하는 모재금속의 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재를 열박음하도록 함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 모재금속(S45C)의 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 존재하는 형태로 모재금속의 연성과 열처리강 또는 초경합금의 고경도성의 장점이 절충되어 미세홀 가공시 받는 가공부하에도 벤딩현상이 없는 다이아몬드 다층 전착 노치휠을 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 벤딩현상 억제를 위한 노치휠 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음 된 다이아몬드 다층 전착 노치휠 제조방법은 모재금속인 S45C 또는 스테인리스(STS) 304의 중앙에 레이저 또는 방전가공기로 구멍을 천공하는 공정과,
상기 천공된 구멍에 삽입하기 위한 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재를 절단하는 공정과,
상기 모재금속을 인덕션 히팅기로 200 ~ 400℃ 까지 가열한 후, 절단된 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재를 끼워 맞춤하여 서서히 냉각시키는 공정과,
상기 봉재가 삽입된 모재금속을 가공하여 노치휠의 헤드부를 만들고 팁(tip) 형상을 제작하는 공정과,
상기 헤드부와 팁의 표면 부위에 5~40㎛의 다이아몬드 분말을 지립으로 하여 3~4층으로 이루어진 니켈 복층 전착층을 형성하며, 상기 니켈 복층 전착층의 두께는 20-150㎛ 이내로 제어하며, 경도는 400Hv 이하로 제작하는 전착공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 벤딩현상 억제를 위한 노치휠 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음된 다이아몬드 다층 전착 노치휠은 직경 6mm이상의 모재금속인 S45C 또는 스테인리스 304의 중앙에 직경 1mm의 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재를 열박음하고, 모재금속을 가공하여 노치휠의 헤드부와 팁(tip) 형상을 제작하며, 헤드부와 팁의 표면 부위에 5~40㎛의 다이아몬드 분말을 지립으로 하여 3~4층으로 이루어진 니켈 복층 전착층을 형성하며, 상기 니켈 복층 전착층의 두께를 20~150㎛ 이내로 제어하며, 니켈 복층 전착층의 경도는 400Hv이하로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열박음은 온도에 따른 열팽창 차이를 이용하여 두금속을 물리적으로 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 직경 6mm이상, 길이 30mm 이상의 모재금속인 S45C 또는 스테인리스 304의 중앙에 직경 1mm의 크기로 레이저 또는 방전가공기로 천공한 다음 200 ~ 400℃까지 가열한 후 서서히 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 직경 1.5mm의 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재를 30mm길이로 절단하여 가열된 모재금속의 중앙에 삽입한 뒤 함께 서서히 냉각을 시켜서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 벤딩현상 억제를 위한 노치휠 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음된 다이아몬드 다층 전착 노치휠은 고경도 취성 재질 가공시 2mm이하의 팁(tip)부위 에서 벤딩 현상이 없으며, 피삭재의 치핑(Chipping)을 억제하고, 표면조도, 노치휠의 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존 노치휠에서 불가능했던 천공 기능을 가능하게 하고 공정수를 줄이며 노치휠 교체시간을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 노치휠의 제조공정을 개략적으로 도시하여 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 노치휠의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 연질금속을 모재로 사용한 다이아몬드 다층 전착 노치휠에 대한 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 핸드폰 커버 글라스 가공에 쓰이는 사파이어 웨이퍼 에지 연삭 가공용 다이아몬드 다층 전착 노치휠은 가공 충격흡수를 가능하게 하기 위해 연질금속을 모재로 선택하여 헤드부와 팁의 표면 부위에 5~40㎛의 다이아몬드 분말을 지립으로 하여 3-4층으로 이루어진 니켈 복층 전착층을 형성하며, 상기 니켈 복층 전착층의 두께를 20~150㎛ 이내로 제어하며, 경도는 400Hv 이하로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 전해 복합 도금법을 이용해 다이아몬드 분말 지립을 헤드부와 팁의 표면에 붙이는 전착공정을 실시하는데 이는 니켈 함량이 30% 이상 용해된 유산 니켈욕을 사용한다.
또한, 전착공정은 40~70℃의 온욕하에서 실시하는 것을 특징으로 한다.
상기 40~70℃로 온욕을 유지하는 것은 도금막 중의 내부 응력을 효과적으로 저하시킬 수 있어서 이상석출을 방지할 수 있는 제조효율이 좋은 다이아몬드 다층 전착 노치휠 제조방법이다.
상기 전착 공정은 5시간 이상을 실시하며, 니켈 복층 전착층의 두께는 20-150㎛ 이내로 제어한다.
즉, 니켈 복층 전착층의 두께가 20㎛ 미만이면 복층의 의미가 없으며, 150㎛ 이상이면 형상의 일관성 유지가 어렵다.
일반 전착노치휠로 사파이어유리 가공시 칩 불량 발생률이 30%이며 칩의 크기는 50-100㎛를 나타내는 반면 모재를 변경한 다이아몬드 전착노치휠의 경우 칩 불량발생률이 5%로 급격히 줄고 칩의 크기는 30-50㎛로 줄어들었다.
제조가 완료된 후 노치휠의 표면을 가로10mm, 세로 5mm의 알루미나 저석으로 드레싱하여 표면의 균일성을 도모한 후 현미경으로 노치휠 표면의 균일성을 검사한다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 벤딩현상 억제를 위한 노치휠의 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음된 다이아몬드 다층 전착 노치휠 제조방법에 대해 첨부된 도 2를 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 다이아몬드 다층 전착 노치휠은 도 2에 나타내는 바와 같이, 헤드부(30) 및 팁(20)이 전착방식으로 도금되는 모재금속(10)의 중앙 심부에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재(40)를 H7u6 등급의 끼워 맞춤으로 열박음하고, 5~40㎛의 다이아몬드 분말 지립을 노치부위에 전착을 하며, 가공시 100N이상의 가공부하에도 팁에 벤딩현상이 억제되어 노치휠(100)의 수명과 피삭재의 표면조도에 영향을 최소화하는 다이아몬드 다층 전착 노치휠을 제조하는 방법에 관한 것이다.
구체적으로는 다이아몬드 다층 전착 노치휠은 웨이퍼의 측단면을 연삭 가공하기 위한것이며, 연질 모재금속인 S45C 또는 스테인리스 304의 중앙에 고경도의 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재를 열박음하여 연삭 가공시 받는 횡방향의 부하에 노치휠이 수직으로 벤딩현상이 생기지 않도록 중앙에 고경도 소재가 형태를 유지시켜 노치휠의 수명을 연장시키도록 하기 위한 구성이다.
상기 구성에 대한 다이아몬드 다층 전착 노치휠의 제조공정을 도 1에 의거하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
1) 천공 및 절단
제 1단계 공정에서는 직경 6mm 이상 길이 30mm 이상의 모재금속(10)인 S45C 또는 스테인리스(STS) 304의 중앙에 레이저 또는 방전가공기로 직경 0.5~1mm의 구멍(11)을 뚫고, 상기 천공된 구멍 보다 50% 큰 직경 1~1.5mm 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재(40)를 절단한다. 이때의 열박음 등급은 구멍 H7 축 u6으로 제작하면 좋다(열박음 공차 : +0.008 ~ +0.024)
2) 모재금속에 봉재 삽입
2단계 공정에서는 구멍(11)을 뚫은 모재금속(10)인 S45C 또는 스테인리스 304를 인덕션 히팅기로 200 ~400℃ 까지 가열한 후, 절단된 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재(40)를 끼워 맞춤하여 서서히 냉각시킨다.
3) 헤드부 및 팁 형상제작
3단계 공정에서는 노치휠(100)의 헤드부(30)와 직경 2mm 이하의 팁(tip)(20) 형상을 제작한다. 이때 정밀한 사상가공(정삭가공)이 되어야 완성도 높은 노치휠을 제작할 수 있다.
4_ 노치휠 제작
4단계 공정에서는 다이아몬드 다층 전착 노치휠(100)을 제작한다.
헤드부(30)와 팁(20)의 표면 부위에 5~40㎛의 다이아몬드 분말을 지립으로 하여 3~4층으로 이루어진 니켈 복층 전착층을 형성하며, 상기 니켈 복층 전착층의 두께를 20~150㎛ 이내로 제어하며, 니켈 복층 전착층의 경도는 400Hv이하로 이루어진 것을 특징으로 한다. 다이아몬드 분말 입자의 크기가 5㎛ 미만이면 입자가 작아서 절삭율이 떨어지고, 40㎛ 이상이면 입자가 너무 거칠어서 피삭재에 크랙을 발생시키게 된다.
또한, 전해 복합 도금법을 이용해 다이아몬드 분말 지립을 헤드부와 팁의 표면에 붙이는 전착공정을 실시하는데 이는 니켈 함량이 30% 이상 용해된 유산 니켈욕을 사용한다.
또한, 전착공정은 40~70℃의 온욕하에서 실시하는 것을 특징으로 한다.
40~70℃로 온욕을 유지하는 것은 도금막 중의 내부응력을 효과적으로 저하 시킬 수 있어서 이상석출을 방지할 수 있는 제조효율이 좋은 다이아몬드 다층 전착 노치휠 제조방법이다.
상기 전착 공정은 5시간 이상을 실시하며, 니켈 전착층의 두께는 20~150㎛ 이내로 제어한다.
본 발명으로 제조된 다이아몬드 다층 전착 노치휠(100)을 장착하여 세라믹의 경면 연마작업을 수행할 때, 가공충격이 발생되어도 외부 모재금속(10) 층에서 흡수하고 내부의 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재(40)에서 흡수함으로써 변형을 방지하기 때문에, 가공 치수가 거의 일정하여 노치휠(100)의 수명이 증가하여 노치휠의 교체비용을 감소시켜 가격 경쟁력을 갖는다. 또한, 치핑(Chipping)으로 인하여 발생하는 피삭재의 표면조도의 영향을 최소화시켜 작업의 효율성을 극대화할 수 있다.
본 발명이 비록 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.
10. 모재금속 11. 구멍
20. 팁 30. 헤드부
40. 봉재 100. 노치휠

Claims (7)

  1. 모재금속(10)인 S45C 또는 스테인리스(STS) 304의 중앙에 레이저 또는 방전가공기로 구멍(11)을 천공하는 공정과,
    상기 천공된 구멍(11)에 삽입하기 위한 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재(40)를 상기 천공된 구멍(11)보다 50% 큰 직경으로 절단하는 공정과,
    상기 모재금속(10)을 인덕션 히팅기로 200 ~ 400℃ 까지 가열한 후, 상기 절단된 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재(40)를 끼워 맞춤하여 서서히 냉각시키는 공정과,
    상기 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재(40)가 삽입된 상기 모재금속(10)을 가공하여 노치휠(100)의 헤드부(30)를 만들고 팁(tip)(20) 형상을 제작하는 공정과,
    상기 헤드부(30)와 팁(20)의 표면 부위에 5~40㎛의 다이아몬드 분말을 지립으로 하여 3~4층으로 이루어진 니켈 복층 전착층을 형성하되, 상기 니켈 복층 전착층의 두께는 20-150㎛ 이내로 제어하며, 경도는 400Hv 이하로 제작하고, 니켈 함량이 30%이상 용해된 유산 니켈욕에서 이루어지며, 5시간 이상 실시하며, 40~70℃의 온욕하에서 이루어지는 전착공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 벤딩현상 억제를 위한 노치휠 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음된 다이아몬드 다층 전착 노치휠 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 모재금속(10)인 S45C 또는 스테인리스(STS) 304의 중앙에 레이저 또는 방전가공기로 구멍(11)을 천공하고, 상기 천공된 구멍(11)에 삽입하기 위한 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재(40)를 상기 천공된 구멍(11)보다 50% 큰 직경으로 절단하며, 상기 모재금속(10)을 인덕션 히팅기로 200 ~ 400℃ 까지 가열한 후, 상기 절단된 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재(40)를 끼워 맞춤하여 서서히 냉각시킨 후에, 상기 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재(40)가 삽입된 상기 모재금속(10)을 가공하여 노치휠(100)의 헤드부(30)를 만들고 팁(tip)(20) 형상을 제작하고, 상기 헤드부(30)와 팁(20)의 표면 부위에 5~40㎛의 다이아몬드 분말을 지립으로 하여 3~4층으로 이루어진 니켈 복층 전착층을 형성하되, 상기 니켈 복층 전착층의 두께는 20-150㎛ 이내로 제어하며, 경도는 400Hv 이하로 제작하고, 니켈 함량이 30%이상 용해된 유산 니켈욕에서 이루어지며, 5시간 이상 실시하며, 40~70℃의 온욕하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 벤딩현상 억제를 위한 노치휠 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음된 다이아몬드 다층 전착 노치휠.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 열박음은 온도에 따른 열팽창 차이를 이용하여 두 금속을 물리적으로 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 벤딩현상 억제를 위한 노치휠 중앙에 열처리강 봉재 또는 초경합금 봉재가 열박음된 다이아몬드 다층 전착 노치휠.
  6. 삭제
  7. 삭제
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KR20200031440A (ko) 2018-09-14 2020-03-24 (주)대경셈코 다이아몬드 전착공구 제조 방법 및 이에 의해 제조된 다이아몬드 전착공구

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