KR20030001236A - Method for manufacturing of abrasives and method of polishing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 가공물의 형상이 전사된 형상 전사 지석, 형상 전사 지석의 제조방법 및 형상 전사 지석을 사용한 연마방법에 관한 것이다.This invention relates to the shape transfer grindstone to which the shape of the workpiece was transferred, the manufacturing method of a shape transfer grindstone, and the grinding | polishing method using a shape transfer grindstone.
기술 혁신의 급속한 발전과 더불어 공업제품의 고정도화가 요구되어지고 있다. 이 요구에 부응하여 연마 혹은 연삭가공의 대상이 되는 공업제품 또는 부품 등의 가공물의 형상도 복잡화하고, 세밀하며 고정도 칫수, 높은 사상면 조도를 요구하는 경우가 많아지고 있다.Along with the rapid development of technological innovation, the precision of industrial products is required. In response to this demand, the shape of workpieces, such as industrial products or parts, which are subject to grinding or grinding processing, is also complicated, and there are many cases where fine, high precision dimensions and high finishing surface roughness are required.
그런데, 이와 같은 미세한 표면사상 또는 고정도 칫수가 요구되는 가공물의 최종 사상은 현재도 수작업에 의존하는 경우가 많다. 이 수작업 공정을 기계화 혹은 성력화 할 수 있다면 가공 cost의 절감과 작업시간단축을 기할 수 있다. 또한 이와 같이 수작업에 의한 연마작업으로는 숙련공이라도 가공면의 경면 연마의 정도에 있어서 한계가 있다.By the way, the final event of the workpiece which requires such a fine surface finish or high precision dimension is often still dependent on manual labor. If this manual process can be mechanized or hardened, it can reduce machining costs and shorten working time. In addition, in the manual polishing operation, even a skilled worker has a limit in the degree of mirror polishing of the machined surface.
이와 같은 상황 하에서 가공물의 고정도 경면 연마를 실현하는 방법으로, 고체 지석을 이용하는 ELID 연삭이 행해졌다. 이것은 고체지석에 전계를 주어 dressing을 하면서 연마, 연삭을 행하는 방법이다. 연마면의 scratch가 적고 고정도의 사상이 가능은 하지만, 평면과 원추등 한정된 가공물에 적용되고 있다. 고체 지석 이외에는 연질 랩핑(lapping)지석을 이용하는 연마방법이 있다. 이것은 폴리비닐, 아세탈, 알긴산나트륨 등의 고분자 lap재를 세무가죽의 표면에 녹여 붙여 랩핑(lapping)을 하는 방법이지만, 연마압력을 키우지 못하기 때문에 연마효율이 나쁘다.Under such a situation, ELID grinding using solid grindstone was performed as a method of realizing high-precision mirror polishing of a workpiece. This is a method of polishing and grinding while dressing by giving an electric field to a solid stone. It is applied to a limited number of workpieces, such as planes and cones, although it has less scratches on the surface and high accuracy. Besides the solid grindstone, there is a polishing method using a soft lapping grindstone. This is a method of lapping a polymer lap material such as polyvinyl, acetal, sodium alginate, etc. onto the surface of the tax leather, but lapping is poor, and thus the polishing efficiency is poor.
또한 자유형상을 연마하는 방법으로는, 결합제로 액체로부터 고체로 상태변화를 행하는 물질을 사용하는, 곤약 지석, 제라친 지석, 양초 지석을 이용하는 방법이 있다. 이것들은 액체로 형상을 만들고, 고체화시킴에 따라 어떠한 형상의 지석이라도 자유롭게 만들 수 있는 장점이 있으나, 가공물, 지립, 결합제와의 사이에 모세관 현상이 있어 지석의 표면에는 지립의 돌출양이 거의 없다. 따라서 연마효율이 나쁘다.As a method of polishing the free-form phase, there is a method using konjac grindstone, zebra grindstone and candle grindstone using a substance which changes state from liquid to solid as a binder. They have the advantage of being able to freely make any shape of grindstones by forming liquids and solidifying them, but there is a capillary phenomenon between the workpiece, the abrasive grains and the binder. Therefore, polishing efficiency is bad.
한편 본 원의 발명자에 의하여, 자계에 의하여 지립의 배열 및 분산을 제어할 수 있는, 지립을 함유한 자성유체나 MR유체 등을 이용하는 연마방법이 제안되어 있다. 본 내용은 자성유체(지립을 함유)를 가공물 표면에 침투 시키고 일정한 강도의 자계를 자성유체에 준 상태에서, 자성유체와 가공물 사이에 진동 혹은 요동 등의 상대운동을 줌에 따라 연마하는 방법이다. 이와 같은 자성유체를 이용하는 연마방법의 예로서는, 특개평1-135466호 공보, 특개평4-336954호 공보, 특개평4-41173호 공보, 특허제3081911호 등을 들 수 있다.On the other hand, the inventor of the present application proposes a polishing method using a magnetic fluid containing an abrasive grain, an MR fluid, or the like, which can control the arrangement and dispersion of the abrasive grain by a magnetic field. This is a method of injecting magnetic fluid (containing abrasive grains) into the surface of a workpiece and applying a relative strength such as vibration or oscillation between the magnetic fluid and the workpiece while applying a magnetic field of constant strength to the magnetic fluid. As an example of the grinding | polishing method using such a magnetic fluid, Unexamined-Japanese-Patent No. 1-35466, Unexamined-Japanese-Patent No. 4-41173, Unexamined-Japanese-Patent No. 4-41173, etc. are mentioned.
하지만, 이와 같이 지립을 함유한 유체를 가공 면에 침투 시키고 가공물과의 사이에 상대운동을 줌에 따라, 가공물을 연마하는 이들 종래의 방법은, 연마재가 유동성이 높은 액체이므로 가공면에 대하여 지립의 누름 압력이 약하여 연마효율이 낮다. 따라서 가공물의 연삭 및 연마공정의 최종공정에는 적용이 가능하나, 연삭 혹은 연마의 중간공정에는 적합하지 않다.However, as these fluids containing abrasive grains infiltrate the processing surface and give relative movement between the workpieces, these conventional methods of polishing the workpieces are abrasive liquids with high flowability, so that the abrasives are Low pressing pressure results in low polishing efficiency. Therefore, it is applicable to the final process of grinding and polishing of the workpiece, but is not suitable for the intermediate process of grinding or polishing.
또 종래기술에 있어서, 자성유체를 가지고 소정의 강도의 자계를 주는 것으로 지립을 배열 제어한 상태로 연마를 하여도, 자성유체의 유동성에 따라 연마효율은 충분하지 않다. 더구나 이 자성유체 연마방법을 3차원 형상에 적용하면, 3차원 형상의 특징인 코너부, 날카로운 가장자리(sharp edge)의 각이 둥글게 되고, 무너지는 문제가 있다.Moreover, in the prior art, even if polishing is carried out in a state in which abrasive grains are arranged and controlled by giving a magnetic field having a predetermined strength with a magnetic fluid, the polishing efficiency is not sufficient according to the fluidity of the magnetic fluid. Moreover, when this magnetic fluid polishing method is applied to a three-dimensional shape, the corners and sharp edges of the three-dimensional shape are rounded and collapsed.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지립의 누르는 압력이 강하며 3차원 형상을 연마 하기에 적합한 지석의 제조방법, 지석 및 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a grindstone, a grindstone, and a grinding method suitable for grinding a three-dimensional shape with a high pressing pressure of the abrasive.
도 1A 내지 도 1E는 본 발명에 따른 실시 예에 해당하는 형상전사 지석의 제조방법을 타내 보인 공정도.1A to 1E are process drawings showing the method of manufacturing a shape-transfer grindstone corresponding to an embodiment according to the present invention.
도 2A 내지 도 2D는 본 발명에 따른 실시예의 연마 방법을 나타내 보인 공정도2A to 2D are process drawings showing a polishing method of an embodiment according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 … 가공물 2 … 피가공면One … Workpiece 2. Surface to be processed
3 … 이형제 4 … 이형제층3…. Release agent 4. Release agent layer
5 … 상이공간 6 … 지석원료5... Difference space 6. Raw stone
7 … 지석 보지부 8 … 히터(heater)7. Grindstone holding part 8. Heater
9 … 액체상태의 지석원료 10 … 자장발생원9. Liquid grindstone raw material 10. Magnetic field source
11 … 자장발생원 12 … 자장발생원11. Magnetic field generating source 12. Magnetic field source
13, 14, 15 … 코일 16 … 지석 지지부의 홈13, 14, 15... Coil 16... Groove of the grindstone support
17 … 고체화 지석 18 … 연마부17. Solidifying stone 18. Grinding
19 … 지석용해액19. Zeolite solution
다음에 본 발명의 구체적인 실시 예로서, 새로운 지석의 제조방법에 대하여 도 1A 내지 도 1D 을 기초로 설명한다.Next, as a specific example of this invention, the manufacturing method of a new grindstone is demonstrated based on FIGS. 1A-1D.
도1A에 있어서, 가공물(1)의 가공면(2)에 지석이 달라붙는 것을 방지하는 이형제(3)을 도포한다. 이형제에는, 지립 및 결합제를 용해하는 성분이 포함되어 있다. 도포는 붓이나 스프레이도 좋다. 이형제(3)을 도포함에 따라 이형제층(4)의 두께 분만큼 피가공면으로 둘러쳐진 공간보다 작은 상이형 공간(5)가 생긴다. 이 구체적인 예에서는, 가공물의 형상이 오목으로 상이형공간(5)는 가공물의 형상보다 약간 작다. 한편 가공물의 형상이 볼록인 경우에는 상이공간(5)는 가공물 형상보다 약간 크다.In Fig. 1A, a release agent 3 is applied to prevent the grindstone from sticking to the processed surface 2 of the workpiece 1. The mold release agent contains components that dissolve the abrasive grains and the binder. The application may be a brush or spray. The application of the release agent 3 results in a different release space 5 which is smaller than the space enclosed by the surface to be processed by the thickness of the release agent layer 4. In this specific example, the shape of the workpiece is concave, and the different mold space 5 is slightly smaller than the shape of the workpiece. On the other hand, when the shape of the workpiece is convex, the difference space 5 is slightly larger than the shape of the workpiece.
도 1B에 있어서, 상이공간(5)에 분체 상태의 지석원료(6)와 지석보지부(7)을 삽입한다. 지석원료에는 지립, 결합제 및 자장감응성 물질이 함유되어 있다. 그리고 상이공간(5)안에서 지석원료의 온도를 상승시켜 액체화를 한다(도는 분체의 지석원료(6)을 히터(heater; 8)로 온도를 상승시키는 경우를 나타낸다). 이때에 가공물(1)의 온도는 지석원료의 융점에 가까우면 상온 상태로도 좋다. 융점이 높은 지석원료를 사용할 경우에는, 가공물(1)을 예열 해 두면 좋다. 또한, 이 실시 예에서는 분체 상태의 지석원료가 상이공간(5)에 장입되어 있지만, 물론 액체상태의 지석원료를 부어 넣어도 좋다.In FIG. 1B, the grindstone raw material 6 and the grindstone holding part 7 of the powder state are inserted into the different space 5. The grindstone raw material contains abrasive grains, binders and magnetic field sensitive substances. Then, the temperature of the grindstone raw material is raised in the different space 5 to liquefy (the figure shows a case where the temperature of the grindstone raw material 6 of the powder is increased by a heater 8). At this time, if the temperature of the workpiece 1 is close to the melting point of the grindstone raw material, it may be a room temperature state. When using a high-melting-stone grindstone raw material, the workpiece 1 may be preheated. In addition, in this embodiment, the grindstone raw material in the powder state is charged in the different space 5, but of course, the grindstone raw material in the liquid state may be poured.
지석보지부(7)은 복수개의 지주를 가지고 있다. 지석 보지부와 지석과의 체결면적을 크게하기 위하여, 지석 보지부에 홈이나 단차를 형성하고 또는 지석 보지부에 타 부품을 붙일 수도 있다.The grindstone holding portion 7 has a plurality of props. In order to enlarge the fastening area of a grindstone holding part and a grindstone, a groove | channel or a step | step may be formed in a grindstone holding part, or another part may be attached to a grindstone holding part.
도 1C에 있어서, 액체상태의 지석원료(9)에 자장을 주어 각반을 한다. 도에 있어서, 3개의 자장발생원(10,11,12)이 설치되고, 각각의 자장발생원에는 코일(13,14,15)이 감겨진다. 그리고 코일(13,14,15)에 전류를 흘리고, 서로 다른 복수의 방향(이 실시형태에는 상, 좌우의 3방향)으로부터 지석원료(9)에 자장을 준다. 이들 코일(13,14,15)로부터 발생되는 자장의 방향은 서로 교차한다. 그리고 코일(13,14,15)에서 생기는 자력선은 방사상으로 퍼진다.In Fig. 1C, a magnetic grindstone 9 in a liquid state is applied to a leggings. 3, three magnetic field generating sources 10, 11 and 12 are provided, and coils 13, 14 and 15 are wound around each magnetic field generating source. Then, a current flows through the coils 13, 14, and 15, and magnetic field is applied to the grindstone raw material 9 from a plurality of different directions (in this embodiment, three directions of top, left and right). The directions of the magnetic fields generated from these coils 13, 14 and 15 cross each other. And the magnetic lines of force generated in the coils 13, 14 and 15 spread radially.
지석보지부(7)에는 자장발생원(10)이 결합되고 지석보지부(7)도 자장회로의 일부가 된다. 이 지석보지부(7)에는 연자성체가 사용된다. 또 형상에 적응하는 지립 각반이 되도록, 각각의 코일에 흐르는 전류를 변화시키고, 혹은 교류를 흘리고, 혹은 코일에 흐르는 전류가 온-오프(on-off) 제어 시킬 수도 있다. 본도에 있어서 △은 지립을 나타낸다.The grindstone holder 7 is coupled to the magnetic field generating source 10, and the grindstone holder 7 is also part of the magnetic field circuit. A soft magnetic body is used for this grindstone holding part 7. In addition, the current flowing through each coil may be changed, alternating current flows, or the current flowing in the coil may be controlled on-off so as to become an abrasive leg adapted to shape. △ represents an abrasive grain in this figure.
이 실시 예로는 이 지석원료에 자장을 줌으로서, 지석원료를 각반하고 있으나, 이외에도 기계적 진동 혹은 전장 중 어느 한가지를 지석원료에 주거나 또는 이들을 병용하여 지석원료에 주는 것으로 지석원료를 각반해도 좋다.In this embodiment, the grindstone raw material is applied by applying a magnetic field to the grindstone raw material, but in addition to the grindstone raw material, any one of mechanical vibration or electric field may be given to the grindstone raw material or combined together.
도 1D에 있어서, 상이공간(5)내에서 지석을 냉각하고 고체화시킨 지석을 빠지는 방향으로 당긴다. 이때 지석 보지부의 홈(16)에는 지석원료가 들어가므로 고체화 지석(17)의 빼내기가 쉽다. 이와 같이 지석보지부(7)과 고체화 지석(17)의 접촉 단면적을 크게 할 수 있는 구조로 해둠으로서 연마 상대운동에 대하여 큰 연마압력을 줄 수 있다.In FIG. 1D, in the different space 5, the grindstone is cooled and pulled in the direction in which the grindstone is solidified. At this time, since the grindstone raw material enters the groove 16 of the grindstone holding part, the solidified grindstone 17 is easy to be pulled out. In this way, the contact cross-sectional area of the grindstone holding portion 7 and the solidified grindstone 17 can be increased to provide a large polishing pressure to the relative polishing movement.
도 1E 는 도 1D의 연마부(18)의 확대도로서, 지석과 이형제층(4)와 피가공면의 접촉상태를 나타낸다. 본 도와 같이 이형제(4)내의 지립이 움직이는 것으로, 면조도의 요철에 의한 빼내기 어려움이 완화되며, 또 이형제 3의 용제가 있어서 표면 응착력에 의한 빼내기 어려움이 완화된다.FIG. 1E is an enlarged view of the polishing unit 18 of FIG. 1D, showing a contact state between the grindstone, the release agent layer 4, and the workpiece surface. As the abrasive grains in the release agent 4 move as in this diagram, the difficulty of pulling out due to the roughness of the surface roughness is alleviated, and the extraction difficulty due to the surface adhesion is alleviated due to the solvent of the release agent 3.
다음으로, 본 발명의 실시 예로서 새로운 연마방법에 대하여, 도 2A 내지 도 2D를 기본으로 설명한다.Next, a new polishing method as an embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 2A to 2D.
도 2A에 있어서, 도 1D에서 작성 된 고체화 지석( 17)(형상전사 지석)을 상이공간(5)내에 두고, 지석보지부( 7) 또는 지석( 5)에 좌우방향(가공면의 법선방향)으로 연마압력을 가하여, 가공물에 대하여 지석이 상대운동이 가능한 제1의 방향으로서의 상하방향(가공물의 접선방향)으로 상대운동(<-->)을 가한다. 이때에 지석 용해액( 19)를 적당히 주어, 지석을 감모시키면서 제1면의 연마를 행한다. 이 지석 용해액( 19)는 이형제와 겸용 된다. 지석( 5)의 왕복운동의 회수는 미리 설정된 회수의 연마동작이 완료되면 다음면의 연마를 하도록, 지석 5의 왕복운동은 제어되어 있다.In FIG. 2A, the solidified grindstone 17 (shape transfer grindstone) created in FIG. 1D is placed in the difference space 5, and it is left-right direction (normal direction of a processing surface) to the grindstone holding part 7 or grindstone 5 The polishing pressure is applied to the workpiece to apply relative movement (<->) in the vertical direction (tangential direction of the workpiece) as the first direction in which the grindstone can move relative to the workpiece. At this time, the grindstone solution 19 is suitably given, and the first surface is polished while the grindstone is worn. This grindstone solution 19 is combined with a release agent. The number of reciprocating motions of the grindstone 5 is controlled so that the next surface is polished when the predetermined number of grinding operations are completed.
도 2B에 있어서, 도 2A에서 연마되는 것에 의하여, 본 도와 같이 가공면에 접해 있는 지석면은 감모하여 가공면과 지석의 사이가 증대한다. 이 사이를 이용해서 본 도와 같이, 지석보지부 또는 지석에 경사방향 (가공면의 법선 방향)으로 연마압력을 가하여, 이것과 거의 직행하는 제1의 방향과 다른 제2의 방향으로서의 경사방향(가공면의 접선방향)으로 상대운동(<-->)을 준다. 상대운동의 스트로크는 사이보다 작게 설정된다. 이때에도 지석 용해액( 19)를 적당히 주어, 지석을 감모시키면서 제2면의 연마를 한다.In FIG. 2B, by grinding | polishing in FIG. 2A, the grindstone surface which contact | connects a process surface like this diagram wears down, and the space | interval of a process surface and a grindstone increases. In this way, as shown in this diagram, the grinding wheel is applied to the grindstone holding part or the grindstone in the inclined direction (normal direction of the processing surface), and the inclined direction as the second direction different from the first direction almost parallel to this (processing) Give relative movement (<->) in the tangential direction of the plane. The stroke of relative motion is set smaller than. At this time, the grindstone solution 19 is appropriately given and the second surface is polished while the grindstone is worn.
도 2C에 있어서, 도 2B에서의 연마에 따라, 본 도와 같이 피가공면에 접해 있던 지석면은 감모하고 가공면과 지석의 사이가 증대한다. 이 간격을 이용하여 본 도와 같이 지석 보지부 또는 지석의 상하방향(피가공면의 방선 방향)으로 연마압력을 주고, 제2의 방향과 다른 제3의 방향으로서의 좌우방향(피가공면의 접선방향)에 상대운동(<-->)을 준다. 상대운동의 스트로크는 사이보다 작게 설정된다. 이때도 지석 용해액( 19)를 적당히 주어 연마석을 감모시키면서 제3면을 연마 한다.In FIG. 2C, with the grinding | polishing in FIG. 2B, the grindstone surface which contacted the to-be-processed surface like this diagram wears down, and the space between a process surface and a grindstone increases. Using this interval, the polishing pressure is applied in the vertical direction (the radial direction of the surface to be processed) of the grindstone holding portion or the grindstone as shown in this diagram, and the left and right directions (the tangential direction of the surface to be processed) are different from the second direction. ) Relative movement (<->). The stroke of relative motion is set smaller than. At this time as well, the grindstone solution 19 is appropriately polished while the third surface is polished.
도 2D에 있어서, 최종적으로 지석은 작게 되고, 본 도와 같이 전사형상이 열화 된다. 본 발명의 연마방법에 의하면, 가공물의 가공면이 어떠한 경사의 조합이라도 연마가 가능해 진다. 더욱이 칫수 정도를 향상시키거나 경면 연마를 할 경우, 전기 도1A - 도1E, 도2A -도 2D의 행정을 반복하여 행하는 것으로, 칫수의 정도나 사상면의 조도를 높일 수 있다.In FIG. 2D, the grindstone finally becomes small, and the transfer shape deteriorates like this figure. According to the polishing method of the present invention, it is possible to polish any combination of inclined surfaces of the workpiece. Further, when the degree of dimension is improved or mirror polishing is performed by repeating the steps of FIGS. 1A-1E and 2A-2D, the degree of dimension and the roughness of the finishing surface can be increased.
또, 지석 감모 가루나 연마 가루를 가공 면으로부터 배제하기 위하여 도면에는 없는 블로워(blower)등으로 가공면에 송풍을 해도 좋다.In addition, in order to remove grindstone crumb powder and grinding | polishing powder from a process surface, you may blow into a process surface with a blower etc. which are not shown in figure.
상기 실시 예에는, 연마대상이 되는 가공물 내에 지석을 만들고, 이 지석으로 가공물을 연마하는 예에 대하여 설명했다. 본 발명은 이 실시 예에 한정되지 않고 여러 가지로 변경이 가능하다. 예로서 가공물과 상이형의 모형 내에 지석을 제조하고 이 지석을 모형으로부터 빼내어, 이 지석을 가공물에 삽입하고 가공물을 연마해도 좋다.In the above embodiment, an example in which a grindstone is made in a workpiece to be polished and the workpiece is polished by the grindstone has been described. The present invention is not limited to this embodiment and can be modified in various ways. For example, a grindstone may be manufactured in a model of a workpiece and a different type, and the grindstone may be removed from the model, the grindstone may be inserted into the workpiece, and the workpiece may be polished.
본 발명의 구체적인 이용분야는 연마입자를 이용하는 가공의 전반에 걸쳐 넓게 이용 가능하다.Specific applications of the present invention are widely available throughout the processing using abrasive particles.
주 이용분야로서 광학 분야로는 특정 형상의 안경렌즈, 프리즘, 미러 등을 들 수 있으며 또한 각종 공업제품의 금형, 외관부품, 보석, 시계부품 및 고정도가 요구되는 게이지류, 실린더, 축 받침, 베어링, 캠, 기어 등의 연삭 및 연마에도 적용할 수 있다.The main fields of use include optical lenses, prisms, mirrors, etc., as well as molds, exterior parts, jewelry, watch parts, and gauges, cylinders, bearings, and bearings that require high precision. It can also be applied to grinding and polishing of wheels, cams and gears.
또한 반도체분야로는 직접회로 의 기본이 되는 실리콘 웨이퍼의 사상과, 특수한 예로서는 틀니, 인공뼈 등의 의료제품에도 적용할 수 있다.In addition, the semiconductor field can be applied to the idea of silicon wafers, which are the basis of integrated circuits, as well as medical products such as dentures and artificial bones.
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