KR20010014353A - 체결용 구멍을 구비한 삽입체의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초경질 연마 재료가 고압 및 고온 상태(HP/HT-처리) 하에 용기 내부에서 소결됨과 동시에 소결된 초경 합금 본체에 접합되고, 상기 초경 합금 본체는 소결 공정 후 제거되는 적어도 하나의 다른 초경 합금 본체와 접촉되는 방법에 관한 것이다. HP/HT-처리 중, 서로 접촉하는 초경 합금 표면들 중 적어도 하나의 표면은 내화성 산화물의 1 내지 10 ㎛ 두께의 층으로 코팅된다. 상기 방법은 특히 초경질 연마 재료가 제공되고 공구 홀더에 체결하기 위한 구멍을 갖는 초경 합금 절삭 삽입체를 제조하기 위해 적용될 수 있고, 상기 구멍은 HP/HT-처리 중에 초경 합금 플러그로 채워지고, 상기 플러그는 처리 공정 후 제거된다. 바람직하게는, 플러그와 삽입체 블랭크 모두가 코팅된다.
Description
본 발명은 다결정 다이아몬드(polycrystalline diamond) 또는 입방정 질화 붕소(cubic boron nitride) 절삭 삽입체를 제조하기 위한 고압/고온(HP/HT) 공정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 향상된 생산 경제성과 체결성(clamping possibilities)을 구비한 절삭 삽입체를 제작할 수 있게 하는 HP/HT 공정의 특정한 수정에 관한 것이다.
황동, 마그네슘 및 알루미늄과 같은 각종 비철합금의 기계 가공을 위하여, 다이아몬드는 최상의 공구 재료이고, 반면에 입방정 질화 붕소(cBN)는 경화강(hardened steel), 냉경 주철(chilled cast iron) 및 주철의 고속 기계 가공에 매우 적합하다.
이러한 작업에 사용되는 삽입체는 상기와 같은 고온 및 고압에서 인가된 다이아몬드 또는 cBN 층을 구비한 초경 합금(cemented carbide) 본체를 포함하는 소위 다결정 다이아몬드 압축성형물(PCD, polycrystalline diamond compact) 또는 다결정 입방정 질화 붕소 압축성형물(PcBN, polycrystalline cubic boron nitride compact)이고, 여기서 다이아몬드 또는 cBN은 안정 상태이고, 또는 삽입체에는 적어도 하나의 모서리 내에 또는 에지를 따라 대체로 브레이징(brazing)에 의해 고착된 다이아몬드 또는 cBN 본체가 제공된다.
이러한 삽입체를 제조하기 위한 방법은 미국 특허 제3,745,623호, 제3,743,489호, 제4,525,179호, 제5,598,621호 및 5,676,496호에 기재되어 있다.
기계 가공을 위해 사용되는 많은 삽입체들은 공구 홀더에 대한 최상의 체결성을 확보하도록 중앙에 구멍을 갖는다. 브레이징된 삽입체의 경우, 이는 내부에 이미 구멍을 구비한 본체에 PCD/cBN 팁을 브레이징함으로써 달성될 수 있다. 이와 다르게, 구멍이 나중에 절삭되어야 한다면, 절삭이 통상 방전 가공(electro discharge machining, EDM)과 관련되기 때문에 비용이 증가한다.
미국 특허 출원 제08/601,631호는, 초경질(superhard) 연마 재료가 고압 및 고온 상태 하에 용기 내부에서 소결됨과 동시에 소결된 초경 합금 본체에 접합되는, 공구 홀더에 체결하기 위한 구멍을 구비한 절삭 삽입체를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 소결 공정 중, 구멍은 소결 공정 후 제거되는 플러그(plug)로 채워진다. 플러그는 내화성 금속, 초경 합금 또는 내화성 금속의 슬리브(sleeve)에 의해 둘러싸인 초경 합금으로 구성될 수 있다. 내화성 금속은 바람직하게는 니오브(niobium)이다. 상기 방법의 단점은, 내화성 금속이 고압 및 고온을 견딜 수 없어, 초경 합금 삽입체 내의 균열을 초래한다는 것이다.
본 발명에 따르면, 구멍의 형성은 구멍을 구비한 초경 합금 삽입체 블랭크(blank)를 제공함으로써 달성된다. HP/HT 처리 중, 구멍에는 초경 합금으로 구성된 플러그가 제공된다. 플러그 및/또는 초경 합금 블랭크에는 내화성 산화물의 얇은 코팅이 제공된다. HP/HT 처리 후, 플러그는 기계적 압력에 의해 쉽게 제거되고, 블랭크는 최종 형상과 크기로 연마된다.
도1은 본 발명의 개선에 의해 수정된 HP/HT 셀(cell)의 단면도이다.
이러한 종류의 장치에서 고압 및 고온 모두를 연속적으로 인가하는 기술들은 당해 기술 분야에서 주지되어 있다. 도1을 참조하면, HP/HT 셀(10)은 HP/HT 상태에 놓이는 장치 내의 소정 공간 내에 끼워진다. 조립체는 Zr, Ti, Ta, Nb 및 Mo으로 구성된 원소군으로부터 선택된 차폐 금속의 원통형 슬리브(12)와 캡(cap, 13)을 포함하는 캔(can, 11)으로 구성된다.
내부에 구멍을 구비하고, 소결 및 코팅된 초경 합금 삽입체 블랭크(16)는 컵(12) 내에 위치된다. 구멍은 원통형일 수 있지만, 일 측면 또는 양 측면이 완전하게 또는 부분적으로 테이퍼지거나 모따기되는 것과 같은 다른 형상을 가질 수도 있다. 구멍에는 구멍과 동일한 형상을 갖는 플러그(25)가 제공된다. 플러그와 초경 합금 블랭크 사이의 요구되지 않는 소결을 방지하기 위하여, 플러그는 얇은 Al2O3층(20)으로 코팅되지만, 얇은 Al2O3층은 셀의 초경 합금과 내화성 재료 사이의 요구되지 않는 표면 반응을 방지하도록 초경 합금 블랭크 상에 제공될 수도 있다. 이 얇은 Al2O3층은 1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 2 내지 8 ㎛, 가장 바람직하게는 약 5 ㎛의 두께이다. 바람직하게는, 플러그와 초경 합금 블랭크 모두는 코팅된다. 바람직하게는, 플러그는 초경 합금(16) 블랭크의 조성과 기본적으로 동일한 조성을 갖는 초경 합금으로 구성된다.
다이아몬드 또는 cBN 분말을 함유하는 혼합물은 예컨대 상부 층(14)을 형성하도록 셀 내부에, 또는 미국 특허 제5,598,621호 및 제5,676,426호에 개시된 바와 같이 홈 내에 또는 다른 양호한 방법으로 채워진다. 셀은 HP/HT 장치 내에 폐쇄되어 위치된다. 압력과 온도는 다이아몬드 또는 cBN이 소결되기에 충분한 시간 동안 안정하게 되는 영역에서 증가한다. 그리고 나서, 투입물은 짧은 시간 동안 가압 상태 하에서 냉각되고, 이후에 압력은 방출되고, 압축성형물은 회복된다.
플러그는 기계적 압력을 인가함으로써 제거될 수 있다. 마지막으로, 압축성형물은 요구되는 최종 형상, 즉 원형, 삼각형 또는 사각형, 그리고 요구되는 크기로 연마된다.
본 발명은 구멍을 구비한 삽입체의 제조와 관련하여 설명되었다. 상기 방법은, 고압 셀 조립체 내에서, HP/HT 처리 중 두 개 이상의 초경 합금 부품이 함께 소결되거나, 또는 구성 요소들 사이의 다른 표면 반응을 방지해야 하는 다른 경우에도 적용될 수 있다는 것은 분명하다. Al2O3대신에, Y2O3, ZrO2와 같은 다른 내화성 산화물이 사용될 수 있다.
예
약 22 ㎜의 직경, 6 ㎜의 두께, 4 ㎜ 직경의 테이퍼진 중앙 구멍, 및 디스크의 외주연 표면을 따라 등거리로 위치된 네 개의 홈을 구비하고, WC+16 중량% Co의 조성을 갖는 초경 합금 원통형 디스크가 준비되었다. 홈들은 약 4㎜의 직경을 갖고 기본적으로 반원형 단면을 가졌다. 초경 합금 디스크는 Nb의 컵 내에 위치되었다. 5 ㎛의 Al2O3의 층으로 코팅되고 WC+16 % Co의 조성을 갖는 5 ㎜ 직경의 초경 합금 플러그로 구성된 플러그가 디스크의 구멍 내로 압착되었다. 홈들은 메가다이아몬드(Megadiamond) 상용 등급 MN50에 대응하는 조성을 갖는 cBN 분말 혼합물로 채워지고, 이후에 용기는 미국 특허 제5,115,697호에 설명된 공정에 따라 고온 및 고압에서 밀봉 처리된다. 냉각 후, 압축성형물은 회복된다. 플러그는 약간의 기계적 압력을 인가함으로써 제거된다. 그리고 나서, 디스크는 공구 홀더에 확고히 체결될 수 있는 중앙 구멍을 갖는 WNGA 080408형 삽입체로 연마된다.
Claims (5)
- 초경질 연마 재료가 고압 및 고온 상태(HP/HT 처리) 하에 용기 내부에서 소결됨과 동시에 소결된 초경 합금 본체에 접합되고, 상기 초경 합금 본체는 소결 후 제거되는 적어도 하나의 다른 초경 합금 본체와 접촉되는 방법에 있어서,HP/HT 처리 중, 서로 접촉하는 표면들 중 적어도 하나의 표면은 내화성 산화물의 1 내지 10 ㎛ 두께의 층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 초경질 연마 재료가 제공된 상기 초경 합금은 공구 홀더에 체결하기 위한 구멍을 구비한 절삭 삽입체 블랭크이고,상기 적어도 하나의 다른 초경 합금 본체는 소결 공정 중 상기 구멍을 채우고 소결 공정 후 제거되는 초경 합금 플러그이고,상기 블랭크는 최종 형상과 크기를 갖는 삽입체로 연마되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 삽입체 블랭크와 플러그 모두는 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 플러그의 초경 합금은 절삭 삽입체 블랭크의 조성과 기본적으로 동일한 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내화성 산화물은 Al2O3, Y2O3또는 ZrO2인 것을 특징으로 하는 방법.
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