KR101713379B1 - 다이아몬드 코팅 절삭공구, 절삭공구의 다이아몬드 코팅방법, 및 이 코팅방법에 사용되는 코팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭공구의 표면의 원하는 부분에 균일한 다이아몬드 코팅층을 신속하게 형성할 수 있고, 특히 에지 부분에 두터운 다이아몬드 코팅층이 형성된 절삭공구에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절삭공구는, 기둥상으로 이루어지고 선단부의 중심부가 피삭재와 접하여 회전하면서 절삭가공이 이루어지는 절삭공구로서, 상기 절삭공구의 선단부는 소결합금을 기재로 하며, 상기 선단부에는 다이아몬드 코팅층이 형성되어 있고, 상기 다이아몬드 코팅층의 두께는, 상기 피삭재와 접하는 중심부가 중심부를 제외한 나머지 부분의 두께에 비해 얇게 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

다이아몬드 코팅 절삭공구, 절삭공구의 다이아몬드 코팅방법, 및 이 코팅방법에 사용되는 코팅장치 {CUTTING TOOLS COATED WITH DIAMOND, METHOD OF COATING DIAMOND FOR CUTTING TOOLS AND APPARATUS FOR THE METHOD}

본 발명은 다이아몬드가 코팅된 절삭공구, 절삭공구의 다이아몬드 코팅방법 및 이 코팅방법에 사용되는 코팅장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 절삭공구 표면의 원하는 부분에 균일한 다이아몬드 코팅층을 신속하게 형성할 수 있고, 특히 에지 부분에 두터운 다이아몬드 코팅층을 신속하게 형성할 수 있는 것에 관한 것이다.

다이아몬드(diamond)는 지구상에서 존재하는 물질 중에서 가장 경도가 높은 물질중의 하나이다. 오늘날 화학기상합성법(CVD)을 통해 인공적으로 만들어진 다이아몬드 코팅 절삭공구는 기계가공이 힘든 난삭재, 알루미늄-실리콘계 합금, 마그네슘 합금 또는 흑연재료 등을 가공하는데 적합한 공구로 사용되고 있다.

일반적으로, 다이아몬드 코팅막은 탄화수소를 포함한 혼합가스 분위기에서 각종 전원(직류, 교류, 고주파, 마이크로파)에 의하여 플라즈마나 열에너지로 변환시킨 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)법에 의하여 형성되고 있으며, 제조법으로는 열 필라멘트법(hot filament), 연소법(combustion flame), 직류방전 플라즈마법(D.C. glow discharge plasma), 아크방전 플라즈마 젯법(arc glow discharge plasma jet), 마이크로파 플라즈마법(microwave plasma) 등이 사용되고 있고, 이중에서도 초경합금 절삭공구용 다이아몬드 코팅에는 열 필라멘트법이 일반적으로 사용되고 있다.

한편, 초경합금을 기재로 하여 다이아몬드 박막이 증착된 절삭공구는 일반적으로 카본이나 알루미늄 함금, CFRP 등의 가공에 적용된다.

이중 알루미늄, CFRP 등은 가공시 인선부에 용착이 심하게 발생하는데, 드릴과 볼타입 엔드밀 같은 형태의 공구로 가공시 피삭재와 맞닫는 선단부 및 저인은 중심 포인트를 기점으로 반지름 R값에 비례하여 속도가 증가하게 되는 반면, 중심부는 극저속 영역으로 피로에 의한 미소취성마모(Micro-Brittle wear)가 발생한다. 더욱이 고이송 드릴 가공시 높은 이송 속도에 의해 형성되는 높은 압력은 저인 중심부의 미소취성마모를 가속화 시킨다.

다이아몬드 코팅 성막기술 중 초경합금 절삭공구용 코팅에는 열 필라멘트법이 일반적으로 사용되고 있으며, 열 필라멘트법으로 다이아몬드 코팅막을 형성할 경우, 안정적인 다이아몬드 코팅막을 얻기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버 내에 소정 간격을 두고 배치된 구리 플레이트(Cu Plate)와, 상기 구리 플레이트 사이에 복수 개 평행하게 배치된 텅스텐 필라멘트를 포함하는 열 필라멘트 장치의 아래에, 수직형 지그를 이용하여 절삭공구를 소정 간격으로 배치한 후, 상기 구리 플레이트에 전원을 인가하여 텅스텐 필라멘트에 고온의 저항열이 발생하도록 한 후, CVD 장치 내에 탄화수소를 포함하는 반응가스를 주입함으로써, 상기 절삭공구의 상면에 다이아몬드 코팅막이 형성되도록 한다.

그런데, 열 필라멘트법에 의한 다이아몬드 박막 증착 시 안정적인 박막 성장을 위해선 필라멘트와 기재간 일정한 거리가 필요하며 이를 벗어나게 되면 성막속도가 달라지게 된다. 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이, 필라멘트와 가까운 부분의 박막 두께는 두껍게 형성되며 거리가 먼 부분의 박막 두께는 얇게 형성된다.

이러한 이유로, 일반적으로 다이아몬드 박막이 증착된 드릴 엔드밀 제품은 필라멘드와 가까운 선단부 및 저인 포인트부의 두께가 측면부보다 두껍게 형성된다.

그런데, 드릴 엔드밀의 중심부 박막 두께가 두꺼워질수록 미소취성마모(Micro-Brittle wear)는 가속되며 박막두께가 감소함에 따라 측면부 내마모성은 감소하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 하기 특허문헌에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 절삭공구를 360°로 회전할 수 있는 장치를 사용하여 성막공정을 수행하여, 성막시간 동안 절삭공구의 모든 부분이 필라멘트와의 평균 거리를 일정하게 유지함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 절삭공구 전체가 균일한 두께를 갖는 다이아몬드 박막을 형성하는 방법이 개시되어 있다.

그런데 이 방법은 다이아몬드 성막이 필요한 부분에 대한 증착률이 낮기 때문에 성막시간이 길어져 생산성이 낮아지고 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1329097호

본 발명의 일 과제는 기둥상으로 이루어지고 선단부의 중심이 피삭재와 접하여 회전하면서 절삭가공이 이루어지는 절삭공구로서, 미소취성마모(Micro-Brittle wear)에 대한 저항성이 우수한 다이아몬드 코팅 절삭공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 절삭공구의 단부의 코팅층을 두껍게 형성하거나 다이아몬드 박막 두께를 균일하게 하면서도 성막시간을 현저하게 줄일 수 있는 다이아몬드 코팅방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 절삭공구의 단부의 코팅층을 두껍게 형성하거나 다이아몬드 박막 두께를 균일하게 하면서도 성막시간을 현저하게 줄일 수 있는 다이아몬드 코팅장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 기둥상으로 이루어지고 선단부의 중심이 피삭재와 접하여 회전하면서 절삭가공이 이루어지는 절삭공구로서, 상기 절삭공구의 선단부는 소결합금을 기재로 하며, 상기 선단부에는 다이아몬드 코팅층이 형성되어 있고, 상기 다이아몬드 코팅층은 상기 선단부를 중심으로부터 0.1R 이내 (R은 기둥상 공구의 반경)에 형성된 박막의 두께가, 상기 선단부에 형성된 다이아몬드 코팅층의 가장 두꺼운 부위에 비해 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 절삭공구를 제공한다.

또한, 상기 절삭공구에 있어서, 상기 상기 선단부를 중심으로부터 0.1R 이내 (R은 기둥상 공구의 반경)에 형성된 박막의 두께가, 상기 선단부에 형성된 다이아몬드 코팅층의 가장 두꺼운 부분의 99% 이하로 형성될 수 있다.

또한, 상기 절삭공구에 있어서, 상기 소결합금은 초경합금일 수 있다.

상기 다른 과제를 해결하기 위해 본 발명은, CVD 장치 내에 형성된 필라멘트에 소정 거리 이격되게 하나 이상의 절삭공구를 배치한 후, 상기 CVD 장치에 반응가스를 주입하고 상기 필라멘트를 가열하여 절삭공구의 표면에 다이아몬드 박막을 코팅하는 방법으로, 상기 절삭공구는 상기 필라멘트에 대해 회동가능하게 배치되고, 상기 절삭공구에서 균일한 코팅막의 형성이 요구되는 부분 사이를 왕복회전하도록 상기 절삭공구를 회전시키는 것을 특징으로 하는 절삭공구의 다이아몬드 코팅방법을 제공한다.

또한, 상기 코팅방법에 있어서, 상기 왕복회전 시, 한번의 회전을 한 후 유지시간을 두고 다시 회전을 할 수 있다.

상기 또 다른 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 절삭공구의 표면에 다이아몬드 박막을 코팅하는 장치로, 반응가스를 주입하는 주입구와 반응 후 가스를 배출하는 배출구를 구비한 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되며, 전류를 인가하였을 때 열을 발생하는 발열수단과, 상기 발열수단과 소정 거리 이격되어 배치되어 하나 이상의 절삭공구를 고정하는 지그와, 상기 지그를 회전운동시키는 회전구동수단을 구비하고, 상기 회전구동수단은, 모터와, 이 모터의 회전력을 직선왕복운동으로 전환시키는 링크부와, 상기 링크부에 결합되어 상기 링크부의 직선왕복운동을 통해 시계방향과 반시계방향으로 원호 형태의 왕복회전운동을 수행하는 왕복회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 절삭공구에 의하면, 기둥상으로 이루어지고 선단부의 중심부에 형성된 다이아몬드 코팅층의 두께가 외주부에 형성된 다이아몬드 코팅층의 두께에 비해 얇기 때문에, 미소취성마모(Micro-Brittle wear)에 대한 저항성이 우수하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 절삭공구 코팅방법과 코팅장치에 의하면, 절삭공구 중에서 균일한 코팅이 필요한 부분 간을 원호형태로 절삭공구가 왕복회전되면서 코팅이 이루어지기 때문에, 기존의 코팅법에 비해 성막 시간이 단축되고 관련 비용이 절감되며, 동시에 다이아몬드 코팅이 필요한 부분에 균일한 두께의 코팅막이 형성된다.

또한, 본 발명에 따른 절삭공구 코팅방법의 일 실시형태에 의하면, 왕복회전 과정 중에 시간적인 스텝을 유지할 경우, 절삭공구의 에지 부분에 두꺼운 코팅층을 신속하게 형성할 수 있다.

도 1은 열 필라멘트를 이용한 일반적인 다이아몬드 코팅방법을 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 방법으로 절삭공구의 회전 없이 다이아몬드 코팅을 수행하였을 때, 절삭공구 표면에 형성되는 다이아몬드 코팅막의 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 인서트를 360°회전하면서 다이아몬드 코팅을 수행하는 방법을 보여주는 개략도이다.
도 4는 도 3의 방법으로 절삭공구의 회전 없이 다이아몬드 코팅을 수행하였을 때, 절삭공구 표면에 형성되는 다이아몬드 코팅막의 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅법을 설명하는 도면이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법으로 다이아몬드 코팅을 수행하였을 때, 절삭공구 표면에 형성되는 다이아몬드 코팅막의 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅을 수행하기 위한 장치의 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅을 수행하기 위한 장치를 구성하는 회전구동수단의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 코팅층이 형성된 절삭공구에 대해 10시간 절삭 가공을 수행한 후의 인선부를 주사전자현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 비교예에 따라 코팅층이 형성된 절삭공구에 대해 10시간 절삭 가공을 수행한 후의 인선부를 주사전자현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅방법을 설명하는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅방법은, 상부에 열 필라멘트가 위치하고 그 하부에 절삭공구가 배치될 때, 균일한 두께의 다이아몬드 성막이 요구되는 부분만을 시계방향과 반시계 방향을 반복하여 원호형태로 왕복회전하는 '부분 왕복회전' 방식으로 절삭공구를 회전시키면서 다이아몬드 코팅을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 도 5에 θ로 표시된 각도 만큼 회전한 후, 재차 코팅한 부분이 필요한 만큼 반대 방향으로 θ 각도로 회전을 반복하기 때문에, 360°회전 방식에 비해 360/θ 배 만큼 성막속도가 향상된다. 예를 들어, θ가 90°인 경우, 성막속도는 4배 향상되게 된다. 한편, 부분 왕복회전이 이루어지더라도 다이아몬드 코팅이 필요한 부분과 상부에 위치하는 필라멘트와의 간격은 코팅이 이루어지는 시간 동안의 평균 거리는 거의 일정하게 되므로, 성막 두께도 일정하게 된다.

한편, 부분 왕복회전은 연속적으로 하거나 또는 단속적으로 할 수 있는데, 단속적으로 수행할 경우, 예를 들어 일측에서 타측으로 회전한 후 소정 시간 동안 유지한 후 다시 반대편으로 회전시키는 스텝(step) 방식으로 코팅을 수행할 수 있는데, 이와 같은 단속적인 방식으로 코팅을 수행할 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이, 중심부의 다이아몬드 코팅층의 두께(d1)는 얇고 주변부의 다이아몬드 코팅층의 두께(d2)는 두꺼운 형상의 코팅층을 높은 효율로 구현할 수 있게 된다.

이 방법을 기둥상으로 이루어지고 선단부의 중심이 피삭재와 접하여 회전하면서 절삭가공이 이루어지는 절삭공구에 적용할 경우, 미소취성마모(Micro-Brittle wear)에 대한 저항성을 높일 수 있다.

한편, 중심부의 다이아몬드 코팅층의 두께(d1)는 얇고 주변부의 다이아몬드 코팅층의 두께(d2)는 두꺼운 형상의 코팅층은, 다이아몬드 코팅층을 형성한 후 중심부의 코팅층을 부분적으로 박리하는 방법으로도 구현 가능하나, 본 발명에 비해 추가적인 공정이 들어갈 뿐 아니라, 증착효율도 떨어지므로, 본 발명에 따른 방법이 보다 바람직한 방법이다.

또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 절삭공구의 일부분에 대해서만 균일한 코팅층의 형성이 필요한 경우, 해당 부분 사이 만을 연속적으로 부분 왕복회전시키면서 코팅을 수행하여 얻을 수 있다. 이를 통해 필요한 부분에 우수한 증착효율로 균일한 코팅층을 형성할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅을 수행하기 위한 장치의 개략도이다.

본 발명에 따른 다이아몬드 코팅 장치(100)는, 챔버(110)와, 상기 챔버(110) 내에 배치되며, 전류를 인가하였을 때 높은 열을 발생하는 발열수단(120)과, 이 발열수단(120)과 소정 거리 이격되어 배치되어 하나 이상의 절삭공구를 고정하는 지그(130)와, 이 지그(130)를 부분 왕복회전운동시키는 회전구동수단(140)을 포함하여 이루어진다.

상기 챔버(110)는 CVD 코팅이 이루어질 수 있도록 밀폐된 공간을 제공하며, 그 일측에는 다이아몬드 합성을 위한 반응가스 예를 들면, CH₄와 H₂ 혼합가스(CH₄ 1~10%, H₂ 90~99%)를 주입하는 주입구(111)와, 타측에는 다이아몬드 합성이 완료된 후 발생하는 폐가스를 배출하기 위한 배출구(112)가 형성되어 있고, 도시되어 있지는 않으나, 절삭공구를 장착한 지그(130)와, 회전구동수단(140)을 장착하기 위한 개폐구도 형성된다.

상기 발열수단(120)은, 상기 챔버(110) 내에 소정 간격을 두고 양측으로 평행하게 고정 배치되며 상기 챔버(110) 외부의 전원과 전기적으로 연결되는 2개의 구리 플레이트(121)와, 상기 2개의 구리 플레이트(121) 사이를 가로질러 상호 평행하게 배치되는 복수 개의 텅스텐 필라멘트(122)를 포함하여 이루어진다. 상기 발열수단(120)은 외부의 전원이 인가될 경우, 텅스텐 필라멘트(122)에서 발생하는 저항열에 의해 약 1900~2100℃까지 고온을 발생할 수 있으며, 이 텅스텐 필라멘트(122)의 일측에 소정 간격을 두고 이격되게 배치되는 절삭공구의 온도는 약 700~1000℃까지 가열되며, 이와 같이 가열된 절삭공구의 표면에 반응가스가 주입되면 합성이 이루어져 절삭공구의 표면에 다이아몬드 박막이 형성된다.

상기 지그(130)는 복수의 절삭공구를 소정 간격을 두고 고정되어, 지그(130)의 회전 중에 절삭공구 간의 간격이 흐트러지거나 회전이 발생하지 않도록 절삭공구를 견고하게 고정하여, 상기 회전구동수단(140)에 연결하기 위한 것이다. 지그(130)는, 절삭공구에 형성된 홀을 관동하는 로드(131)와, 상기 로드(131)에 삽입된 복수의 절삭공구 간의 간격을 유지하기 위해 절삭공구 사이에 삽입되는 스페이서(132)와, 상기 로드의 일측 또는 양측에서 로드에 삽입된 절삭공구와 스페이서(132)를 가압 고정하는 고정수단(133)을 포함하여 이루어진다.

도 8은 본 발명에 따른 다이아몬드 코팅을 수행하기 위한 장치를 구성하는 회전구동수단(140)의 사시도이다.

상기 회전구동수단(140)은, 모터(141)와, 이 모터(141)의 회전력을 직선왕복운동으로 전환시키는 링크부(142)와, 상기 직선왕복운동하는 링크부(142)와 결합되어 상기 링크부(142)의 직선왕복운동을 통해 시계방향과 반시계방향으로 원호형태의 왕복회전운동을 수행하는 왕복회전부(143)를 포함하여 이루어진다.

구체적으로, 상기 모터(141)는 일 방향 회전을 수행하며, 상기 모터(141)의 구동축(141a)은 상기 링크부(142)와 연결된다.

상기 링크부(142)는 일측이 상기 구동축(141a)과 고정 연결되는 링크 플레이트(142a)와, 일단이 상기 링크 플레이트(142a)에서 상기 구동축(141a)이 고정된 부분으로부터 소정 거리 이격된 위치에 회동가능하게 연결되는 커넥팅 로드(142b)와, 상기 커넥팅 로드(142b)의 타단에 연결되어 커넥팅 로드(142b)의 동작에 따라 직선왕복운동을 하며 상부에는 소정 간격을 두고 홈(또는 기어부)이 형성되는 왕복 로드(142c)를 구비한다.

상기 왕복회전부(143)는 상기 지그(130)의 로드(131)의 일 단부에 고정되며, 외주부에는 상기 왕복 로드(142c)의 홈(또는 기어부)와 결합 내지는 치합될 수 있는 돌기부를 구비한 플레이트로 이루어진다.

상기 회전구동수단(140)은 모터(141)가 회전하면, 링크부(142)의 링크 플레이트(142a)가 회전하고, 이 링크 플레이트(142a)에 회동가능하게 연결된 커넥팅 로드(142b)는 링크 플레이트(142a)의 회전에 대해 도면상 좌,우로 왕복운동을 하며, 이러한 왕복운동은 가이드에 의해 안내되는 왕복 로드(142c)에 전달되어, 왕복 로드(142c)는 직선 왕복운동을 하게 된다. 이때, 상기 왕복 로드(142c)와 결합된 상기 왕복회전부(143)은 왕복 로드(142c)의 직선 왕복운동에 따라, 시계방향 또는 반시계 방향으로 원호 형태의 부분 왕복회전운동을 하게 되며, 이를 통해 왕복회전부(143)에 연결되어 절삭공구를 고정하는 지그(130)가 원호 형태의 부분 왕복회전운동을 함으로써, 상기 텅스텐 필라멘트(122)의 하부에 위치한 절삭공구는 성막 시간 동안 절삭공구의 모든 면이 필라멘트(122)와의 간격의 평균이 거의 일정하게 유지될 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기와 같은 링크 구조를 이용하여 절삭공구가 원호 형태의 부분왕복 회전운동이 이루어지도록 하였으나, 절삭공구에 부분왕복 회전운동을 시킬 수 있는 수단이라면, 본 발명의 실시예에 한정되지 않고 사용될 수 있다.

[실시예]

본 발명에 따른 코팅 장치(100)을 이용하여, 다음과 같이 초경합금으로 이루어진 절삭공구의 표면에 다이아몬드 코팅을 수행하였다.

먼저, 절삭공구는 한국야금 정삭용 인덱서블 엔드밀인 형번 LBH080, 재종 G10E를 기재로 사용하였다. 이 절삭공구를 60 ~ 80메시의 벌크형 다이아몬드와 함께 넣고 초음파 세척기를 이용하여 30분간 연마하여 공구 표면에 스크래치를 형성하였다. 이후, 무라카미 용액에서 30분, 왕수 용액에서 10초간 각각 에칭한 후, 매질로 아세톤을 사용한 초음파 세척을 30분, 증류수를 사용한 초음파 세척을 30분씩 각각 수행하여, 불순물을 제거하였다.

이와 같이, 불순물을 제거한 절삭공구들을 하나의 지그(130)의 로드(131)에 6개의 절삭공구를 스페이서(132)를 사용하여 소정 간격을 유지하도록 고정시켰다. 이와 같이 준비한 4개의 지그(130)를 상기 왕복회전부(143)에 연결하여, 텅스텐 필라멘트(122)의 상호 평행하게 되도록 장착하였다.

이때 절삭공구의 최고 높이와 텅스텐 필라멘트(122) 사이의 간격은 20mm로 유지하였다. 그리고, 상기 회전속도는 0.5rpm, 왕복각도는 ±90°, 최대 각도에서의 유지시간은 5초로 하여 CVD 장치를 가동하였다.

그리고, 구체적인 CVD 공정조건은 쳄버 내부에 수소가스 990sccm과 메탄가스 10sccm을 주입시켜 20Torr로 유지하고, 필라멘트 전류를 150A로 인가하여 수소와 메탄의 혼합가스 플라즈마를 생성시켜 절삭공구 온도를 약 850℃로 유지하면서 16시간 동안 CVD 코팅 다이아몬드 합성을 실시하였다.

이와 같은 다이아몬드 합성 결과, 절삭공구의 중심부에는 7.1㎛ 두께의 코팅층이 형성되고, 측면부에는 9.3㎛ 두께의 코팅층이 형성되었음이 확인되었다.

[비교예]

한국야금 정삭용 인덱서블 엔드밀인 형번 LBH080, 재종 G10E를 실시예와 동일한 세척과정을 거쳐 준비하였으며, 절삭공구를 회전시키지 않는 CVD 장치의 열 필라멘트의 하부에 평행하게 장착하였다. 이때 절삭공구의 최고 높이와 열 필라멘트 사이의 간격은 20mm로 유지하였다. CVD 공정조건은 쳄버 내부에 수소가스 990sccm과 메탄가스 10sccm을 주입시켜 20Torr로 유지하고, 필라멘트 전류를 150A로 인가하여 수소와 메탄의 혼합가스 플라즈마를 생성시켜 절삭공구 온도를 약 850℃로 유지하면서 12시간 동안 CVD 코팅 다이아몬드 합성을 실시하였다.

이와 같은 다이아몬드 합성 결과, 절삭공구의 중심부에는 7.8㎛ 두께의 코팅층이 형성되고, 측면부에는 5.1㎛ 두께의 코팅층이 형성되었음이 확인되었다.

본 발명의 실시예와 비교예에 따라 다이아몬드 코팅층을 형성한 절삭공구를, 피삭재로 흑연을 사용하고, 절삭조건은 속도 180m/min, 날당 이송 0.1mm/tooth 습식 조건에서 곡면형상 가공을 수행하는 방법으로 절삭성능을 평가하였다.

도 9 및 10 각각 본 발명의 실시예와 비교예에 따라 코팅층이 형성된 절삭공구에 대해 10시간 절삭 가공을 수행한 후의 인선부를 주사전자현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.

도 9 및 10에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 절삭공구는 비교예에 따른 절삭공구에 비해, 중심부 박막 두께가 얇음에도 중심부 손상이 상대적으로 양호한 것을 확인할 수 있으며, 특히 측면 여유면의 경우 상대적으로 박막두께가 두꺼워 내마모성이 현저하게 향상되었음을 알 수 있다.

100: 코팅 장치 110: 챔버
111: 주입구 112: 배출구
120: 발열수단 121: 구리 플레이트
122: 필라멘트 130: 지그
131: 로드 132: 스페이서
133: 고정수단 140: 회전구동수단
141: 모터 141a: 구동축
142: 링크부 142a: 링크 플레이트
142b: 커넥팅 로드 142c: 왕복 로드
143: 왕복 회전부

Claims (6)

1. 기둥상으로 이루어지고 선단부의 중심부가 피삭재와 접하여 회전하면서 절삭가공이 이루어지는 절삭공구로서,
   상기 절삭공구의 선단부는 소결합금을 기재로 하며,
   상기 선단부에는 다이아몬드 코팅층이 형성되어 있고,
   상기 선단부에 있어서, 피삭재와 접하는 중심으로부터 0.1R 이내 (R은 기둥상 공구의 반경)에 형성된 박막의 두께가, 상기 선단부에 형성된 다이아몬드 코팅층의 가장 두꺼운 부위에 비해 얇게 형성되며,
   상기 다이아몬드 코팅층의 두께는, 상기 피삭재와 접하는 중심부가 상기 다이아몬드 코팅층 중 가장 두꺼운 부분 90% 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 절삭공구.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 소결합금은 초경합금인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 코팅 절삭공구.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

Images