KR20040075220A - 다이아몬드공구의 제조방법과 그 다이아몬드 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭팁과 생크의 결합력이 우수하고, 제조코스트가 절감되어 생산비가 최소화되며, 자체중량의 경량화가 극대화되고, 피삭재 가공에 따른 절단부위와 다이아몬드공구와의 마찰에 따른 진동 및 마찰음 발생의 극소화, 마찰열 방출의 극대화로 수명연장이 보장되는 등 경량, 저소음, 방진, 방열성 향상의 극대화가 제공되는 다이아몬드공구의 제조방법과 그 다이아몬드공구를 제공한다.

본 발명의 상기 목적은 통상의 생크와 동일재질의 공구강분말과, 이 공구강분말에 비하여 저융점인 금속분말을 발포제와 함께 냉간성형하여 생크성형체를 제조한 후에 이 금속생크성형체를 통상의 절삭팁 성형분말을 한 몰드에서 동시에 소결성형하거나,

통상의 생크와 동일재질인 공구강분말과, 이 공구강분말에 비하여 저융점인 금속분말을 발포제와 함께 소결성형하여 금속발포체의 생크를 제조하여 가공처리한 후에 통상의 방법으로 제조된 다이아몬드 절삭팁을 상기 금속발포체 생크의 외주연에 접합하여 제조하는 다이아몬드공구의 제조방법과 이에 의해 제조된 다이아몬드공구에 의하여 달성된다.

Description

다이아몬드공구의 제조방법과 그 다이아몬드 공구{DIAMOND TOOL AND METHOD OF MANUFACTURING A DIAMOND TOOL}

본 발명은 건축물의 콘크리트 및 토목용 아스팔트, 천연석재의 절단가공 시에 적용되는 다이아몬드공구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절삭팁과 생크의 결합력이 우수하고, 제조코스트가 절감되어 생산비가 최소화되며, 자체중량의 경량화가 극대화되고, 피삭재 가공에 따른 절단부위와 다이아몬드공구와의 마찰에 따른 진동 및 마찰음 발생의 극소화, 마찰열 방출의 극대화로 수명연장이 보장되는 등 경량, 저소음, 방진, 방열성 향상의 극대화가 제공되는 다이아몬드공구의 제조방법과 그 다이아몬드공구에 관한 것이다.

일반적으로 다이아몬드공구는 제조공정에 따라서 커터(Cutter)와 소우(Saw)로 구분한다.

상기 커터타입의 다이아몬드공구는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 메탈본드(metal bond)를 이용하여 다이아몬드분말과 금속분말을 일정비율로 혼합하여 일차 고압으로 다이아몬드 절삭팁(100)을 금형(150)에서 생크(200)에 냉간성형하여 부착한 후, 이를 가열로(160)에서 800℃~900℃의 온도조건에서 저압으로 가압하면서 상기 다이아몬드 절삭팁(100)을 소결성형(燒結成形)하여 제조한다.

상기한 소우타입의 다이아몬드공구는 도 3에 도시된 바와 같이, 공업용 인조다이아몬드 분말을 접착제 역할을 하는 코발트, 구리 등의 분말에 혼합하여 소결하는 방식으로 절삭팁(100)을 제조하고 별도 제조된 원판형 생크(200)의 외주연에 상기 절삭팁(100)을 접합하여 제조한다.

상기 톱판인 생크(200)의 재료로는 일반적으로 에스케이5, 에스씨엠435 등의 강판이 사용된다.

이러한 강판을 냉간압연하고 프레스를 이용하여 펀칭 가공하거나 선반가공하여 원판형으로 성형한 후에 프레스 금형을 이용하여 외주면에 슬롯(요홈)(230)을 형성하고, 두께와 평탄도를 조절하기 위해 연마기로 연마처리한다.

이때 상기 생크(200)의 평탄도는 다이아몬드공구의 성능에 결정적인 영향을 미치는데, 평탄도가 나쁘면 암석을 반듯하게 절단할 수 없고 소음이 증가하게 된다.

또한, 다이아몬드공구는 사용방식에 있어 건식타입과 습식타입으로 구분된다.

상기 건식타입은 피삭재의 절단면과 접하는 생크(200)의 좌, 우 양측면은 마찰에 의한 열적인 부하를 많이 받음으로서 고온으로 가열되며, 이러한 열적부하는 상기 절삭팁(100)으로 전달됨으로서 결국 절삭팁(100)의 부분적 파손과 내구성의 저하, 상기 생크(200)의 열적변형(비틀림)에 의한 소음이 발생되고 있다.

이러한 건식의 폐해를 보완하고자 냉각수, 윤할유와 같은 절삭유를 피삭재와 다이아몬드공구가 서로 접하는 부위에 인위적으로 투입하여 상기 다이아몬드공구의열적부하를 줄이도록 하는 습식방식도 있으나, 이러한 습식타입은 공급된 절삭유에 의한 피삭재의 오염문제, 주변환경 오염문제, 절단작업 후에 피삭재의 세척과 같은 후처리 작업이 반드시 수반되어 작업성이 떨어지는 단점이 있었다.

어찌하든 다이아몬드공구가 회전하여 암석을 절단할 때 다이아몬드 팁이 암석에 타격을 가하면서 톱판인 생크에 진동이 전달되고 이로 인하여 극심한 소음이 발생되는데, 이때 발생하는 금속성 소음은 불쾌감을 일으켜 부근 주민에 대하여 엄청난 소음공해를 야기하여 민원의 대상이 될 뿐아니라 절단기를 장기간 운전할 경우 청각장애를 가져오기 때문에 종래에도 여러 가지 구조개선에 의한 이와 같은 금속공명음을 감소시키고자 하는 기술이 개시되고 있다.

도 4는 종래에 저소음을 목적으로 개시된 기술로서, 진동을 흡수하기 위하여 복수의 상부판(210)과 하부판(220) 사이에 동판(280)을 샌드위치식으로 구비한 생크(200)로 하여 절단진동을 최소화하여 소음을 억제하는 기술이 개시되고 있다.

그러나 상기 샌드위치식의 생크(200)는 장기간 사용 시에 절단진동 및 마찰열에 의한 상호간 다른 열팽창계수에 의해 상,하부판(210,220)과 동판(280)이 탈리되어 절삭팁(100) 또는 톱몸체인 생크(200)가 파손되는 문제가 있었다.

특히, 상, 하부판(210,220) 및 금속박판의 동판(280)이 스폿용접에 의해 서로 접합되므로 제조공정이 복잡하고 번거로웠으며, 또 소음 및 충격이 금속으로 이루어진 박판의 동판(280)에 의해 흡수되므로 만족할 만한 흡음 및 충격완충 효과를 얻을 수 없었다.

또한, 생크(200)의 외주면을 따라 부분적으로 형성된 요홈(230)으로 절단시발생하는 진동을 다소는 차단할 수 있었으나, 소우 전체에 가해지는 진동을 흡수하는 것은 불가능하여 금속성의 소음을 억제하지 못한 문제가 있었다.

결국 소음으로 인해 절단작업을 시행하는 시간이 한낮에 국한되게 작업할 수 밖에 없었고, 불가피하게 긴급공사를 시행할 때에는 상기한 소음에 의해 주민들로부터 민원이 발생하여 공사를 진행하지 못하는 문제가 있었다.

이러한 문제를 개선하기 위하여, 상부판(210)과 하부판(220)를 액상의 수지 접착제나 고가의 필름타입 접착제로 접착하는 방법이 사용되고 있다.

전자의 상기 액상의 수지 접착제에 의한 방법은 접착에 필요한 정량의 접착제 투입 및 균일한 접착두께 유지가 어려운 문제가 있었고, 후자의 필름타이프 접착에 의한 접착방법은 작업이 번거롭고 어려울 뿐 아니라 필름타이프 접착제가 고가여서 제조코스트가 상승하는 문제가 있었다.

또한, 위의 두 방법은 모두 단순 구조를 갖는 레진 접착층에 의해 소음 및 충격완충 효과를 기대하였으나 둘다 만족할 만한 수준으로 개선이 제공되지는 못하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 다이아몬드공구가 갖는 단점을 효과적으로 개선하고자 연구 개발된 것으로서,

본 발명은 다이아몬드공구를 구성하는 생크를 금속발포법을 이용하여 커터타입이나 소우타입의 다이아몬드공구를 제조함으로서, 절삭팁과 금속발포생크 간의 결합력을 향상시키고, 제조코스트의 절감에 의한 생산비가 절감되는 다이아몬드공구의 제조방법과 이에 의해 제조된 다이아몬드공구를 제공함에 있다.

본 발명은 금속발포법에 의해 생크를 제조함으로서 생크 내부에 형성된 미세한 기공으로 상대밀도가 매우 낮아져 다이아몬드공구 자체의 기계적강도가 저하되지 않고, 생크의 중량감소에 의한 취급이 용이하며, 발포금속 생크의 미세조직 자체의 다공성에 기인하여 절삭팁과 생크에서 발생되는 절단진동을 차단함으로서 소음의 극소화, 장소에 국한되지 않고 용이한 작업성 및 작업의 안전성, 능률 향상이 극대화된 다이아몬드공구의 제조방법과 이에 의해 제조된 다이아몬드공구를 제공함에 있다.

본 발명은 금속생크의 기공에 의한 내부 표면적의 증가로 열을 용이하게 방출함으로서 공구가 변형되어 신속하게 마멸되는 것을 방지하고, 피삭재의 절단면과 접하는 생크의 좌, 우 양측면적 감소로 마찰열 감소에 의한 제품성능 및 사용 수명을 극대화가 제공되는 다이아몬드공구의 제조방법과 이에 의해 제조된 다이아몬드공구를 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은 통상의 생크와 동일재질의 공구강분말과, 이 공구강분말에 비하여 저융점인 금속분말을 발포제와 함께 냉간성형하여 생크성형체를 제조한 후에 이 금속생크성형체를 통상의 절삭팁 성형분말을 한 몰드에서 동시에 소결성형하거나,

통상의 생크와 동일재질인 공구강분말과, 이 공구강분말에 비하여 저융점인 금속분말을 발포제와 함께 소결성형하여 금속발포체의 생크를 제조하여 가공처리한 후에 통상의 방법으로 제조된 다이아몬드 절삭팁을 상기 금속발포체 생크의 외주연에 접합하여 제조하는 다이아몬드공구의 제조방법과 이에 의해 제조된 다이아몬드공구에 의하여 달성된다.

도 1은 종래의 다이아몬드공구의 일 실시예를 보여주는 평면도,

도 2는 도 1의 제조방법을 보여주는 공정 개략도,

도 3은 종래의 다른 실시예의 다이아몬드공구를 보여주는 평면도,

도 4는 종래의 또 다른 실시예의 생크 구조를 보여주는 사시도,

도 5는 본 발명의 제1실시예의 제조공정을 보여주는 블록도,

도 6은 도 5의 제조공정에 의해 제조된 다이아몬드공구의 사시도,

도 7은 도 6의 부분발췌 확대 단면도,

도 8은 도 7의 "F"부 발췌 확대도,

도 9는 본 발명의 제2실시예의 제조공정을 보여주는 블록도,

도 10은 도 9의 제조공정에 의해 제조된 다이아몬드공구의 평면도,

도 11은 본 발명의 제3실시에의 제조공정을 보여주는 블록도,

도 12 내지 도 14는 도 11의 제조공정에 의해 제조된 다이아몬드공구 도면,

도 15는 본 발명의 제4실시예의 제조공정을 보여주는 블록도,

도 16 및 도 17은 도 15의 제조공정에 의해 제조된 다이아몬드공구 도면.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 절삭팁 200 : 생크

240 : 홀 250 : 중앙원형공

300 : 발포금속 350 : 기공

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성에 대하여 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 제1실시예인 커터타입의 다이아몬드공구의 제조공정도로서, 이를 참조하여 설명하면, 기존의 생크와 동일재질의 공구강분말과 이 공구강분말에 비하여 저융점인 금속분말을 발포제(blowing agent)를 일정비율로 혼합한 발포금속조성물을 냉간성형하여 생크성형체를 제조하는 단계를 취한다.

상기 생크성형체를 제조한 후에 이 생크성형체를 통상의 절삭팁 조성물을 한 몰드에서 동시에 소결성형하여 상기 생크성형체를 발포성형하여 도 6에 도시된 바와 같은 발포금속(300)의 생크(200) 바깥둘레에 다이아몬드 절삭팁(100)이 접합된 다이아몬드공구를 제조한다.

이때, 상기 발포금속조성물은 상기 공구강분말(SKH-51)이 59.5~79.5 wt%, 저융점 금속분말(CuSn)이 39.7~19.9wt%, 발포제(TiH2, Zrh2, CaCO3)이 0.6~0.8wt%로 조성됨이 바람직하다.

상기 저융점 금속분말의 양이 39.7wt%를 초과할 경우에는 생크(200)의 인장강도가 감소하여 사용강성에 문제가 발생되고, 19.9wt% 미만일 경우에는 전체 생크(200)의 발포부분이 부족하여 본 발명에서 기대하는 저소음 경량 등의 특성이 떨어지는 현상이 일어난다.

상기한 금속발포 기술은 종래에도 다양한 기술로 주지되고 있다.

이러한 발포금속(metal foams)은 액상금속 혹은 금속분말/액상용매 슬러리에서 발포제(blowing agent)를 통하여 혹은 가스를 주입시켜 기포를 생성시키고, 이 기포가 내부에 분산되어 존재하게 된다.

이러한 발포금속은 특유의 다공질구조로서 밀도가 현저히 감소하면서 금속의 특성을 그대로 가지고 있어 내화성 및 강성이 뛰어나 고온에서 안정하게 유지되며, 다른 재료에 비하여 얇은 두께어서 저주파의 음을 흡수하는 높은 흡음계수, 높은 전자파 차폐성능, 공기 진동이나 공기흐름에서 침식(erosion)이 없고, 재활용이 가능해 환경 친화적이고, 복잡한 형태로 성형이 가능하며, 비교적 낮은 응력에서 매우 큰 충격에너지를 흡수하고, 샌드위치 재료나 나무같은 것을 대체할 수 있는 경량구조재이며, 감폭박판(damping foil)과 같은 소재를 사용할 필요가 없어 다른 소재에 비해 좋은 진동감쇄성능을 갖는 것이 주지되고 있다.

즉, 본 발명은 하나의 몰드 내부에서 상기 냉간성형된 생크성형체는 발포금속조성물이 800~900℃의 고온으로 소결성형하는 과정에서 상기 생크성형체 내부에서 상기 저융점 금속에 의해 액상이 형성되고 동시에 발포제가 분해되어 가스가 방출되며, 이 방출 가스에 의해 기공이 형성된다.

이때 본 발명에서 사용하는 상기 저융점 금속분말인 청동(CuSn)분말에서도 Cu와 Sn의 비율에 따라서 융점이 변하는데, 본 발명에서는 Cu : 67wt%, Sn : 33wt%의 조성비를 갖는 것이 발포가 균일하여 적합하였다.

이러한 본 발명의 다이아몬드공구는 도 7 및 도 8의 부분단면도 및 확대도에도시된 바와 같이, 상기 생크(200)는 발포금속(300)으로 성형되면서 이에 형성된 기공(350) 부분(요철면)에 절삭팁조성물이 침투된 상태로 절삭팁(100)이 소결되어매우 견고한 결합력을 갖고 접합된다.

도 9는 본 발명의 제2실시예인 소우타입의 다이아몬드공구의 제조공정도로서, 상기 제1실시예에서 서술한 발포금속(300)의 생크(200)를 제조한 후에 통상의 방식과 동일하게 이 생크(200)를 프레스가공에 의해 요홈(슬롯)(230)을 형성하고, 두께와 평탄도를 위해 연마가공한 후에 기 제조된 다이아몬드 절삭팁(100)을 외주연에 용접수단에 의해 용접하여 도 10과 같은 다이아몬드공구를 제조하게 된다.

도 11은 본 발명의 제3실시예의 커터타입의 다이아몬드공구의 제조공정도로서, 통상의 방법에 의해 강판을 프레스를 이용하여 원판형 생크(200)에 원형, 사각형, 육각형의 다수 홀(240)을 가공하여 한 몰드에 배치하고, 상기 발포금속조성물을 상기 다수의 홀(240)에 투입하고 냉간성형하여 생크성형체를 제조하고, 이 생크성형체의 바깥둘레로 다이아몬드분말과 금속분말이 혼합된 절삭팁 조성물을 동시에 소결성형하면서 상기 발포금속조성물을 발포성형하여 도 12 내지 도 14와 같이 생크(200)의 홀(240)에 발포금속(300)이 결합된 다이아몬드공구를 제조한다.

도 15는 본 발명의 제4실시예인 소우타입의 다이아몬드공구의 제조공정도로서, 도 11의 공정과 동일하게 통상의 강판을 프레스를 이용하여 원판형 생크(200)에 다수의 홀(240)을 가공하거나 중앙원형공(250)을 형성하여 한 몰드에 배치하고, 상기 발포금속조성물을 상기 다수의 홀(240)이나 중앙원형공(250)에 투입하고 가압소결성형하여 도 16 및 도 17에 도시된 바와같이 발포금속(300)이 상기 홀(240)이나 중앙원형공(250)에 결합된 생크(200)을 제조한 후에 기 제조된 다이아몬드 절삭팁(100)을 외주연에 용접수단에 의해 용접하여 제조한다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명은 다이아몬드커터용 금속생크성형체를 절삭팁 성형체와 한 몰드에서 동시에 소결성형함으로서 절삭팁과 생크와 결합력이 최대한 향상시키고, 절삭팁과 생크의 동시 제조에 의한 제조코스트가 절감되어 생산비가 낮아지는 효과가 있고,

또한, 금속발포법을 이용하여 생크를 제조함으로서 발포금속의 특성인 기계적 강도가 보장되면서 중량 경량화에 의한 취급이 용이한 효과가 있으며,

금속발포의 다공성에 기인하여 절삭팁과 생크에서 발생하는 절단진동을 흡음함으로서 생크에 전달되어 발생하는 소음감소 효과, 기공에 의한 내부표면적의 증가로 열을 용이하게 방출함으로서 공구의 변형을 최소화하여 수명연장이 보장되는 효과, 마찰열의 감소에 의한 제품성능 향상효과가 구현된다.

Claims (10)

1. 통상의 생크와 동일재질의 공구강분말과 이 공구강분말에 비하여 저융점인 금속분말을 발포제(blowing agent)를 일정비율로 혼합한 발포금속조성물을 냉간성형하여 원판형 생크성형체를 성형하고 한 몰드에서 상기 생크성형체의 바깥둘레에 통상의 절삭팁 조성물 투입하고 소결성형하여 상기 생크성형체가 발포되면서 발포금속의 바깥둘레에 절삭팁이 접합되어 제조하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드공구의 제조방법.
2. 통상의 생크와 동일재질의 공구강분말과 이 공구강분말에 비하여 저융점인 금속분말을 발포제(blowing agent)를 일정비율로 혼합한 발포금속조성물을 소결성형하여 발포금속(300)의 생크(200)를 제조한 후에 프레스가공에 의해 요홈(슬롯)(230)을 형성하고, 두께와 평탄도를 위해 연마가공 처리한 후에 기 제조된 통상의 다이아몬드 절삭팁(100)을 외주연에 용접으로 부착하여 제조하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드공구의 제조방법.
3. 통상의 방법으로 가공된 원판형의 강판을 프레스를 이용하여 원형, 사각형, 육각형의 다수 홀(240)을 가공한 생크(200)을 한 몰드에 배치하고, 통상의 생크와 동일재질의 공구강분말과 이 공구강분말에 비하여 저융점인 금속분말을 발포제(blowing agent)를 일정비율로 혼합한 발포금속조성물을 상기 다수의홀(240)에 투입하고 냉간성형하여 생크성형체를 제조하고, 이 생크성형체의 바깥둘레로 다이아몬드분말과 금속분말이 혼합된 절삭팁 조성물을 동시에 소결성형하면서 상기 발포금속조성물을 발포성형하여 상기 다수의 홀(240)에 발포금속(300)이 접합된 것을 특징으로 하는 다이아몬드공구의 제조방법.
4. 통상의 강판을 프레스를 이용하여 원판형 생크(200)에 다수의 홀(240)을 가공하거나 중앙원형공(250)을 형성하여 한 몰드에 배치하고, 통상의 생크와 동일재질의 공구강분말과 이 공구강분말에 비하여 저융점인 금속분말을 발포제(blowing agent)를 일정비율로 혼합한 발포금속조성물을 상기 다수의 홀(240)이나 중앙원형공(250)에 투입하고 가압 소결성형하여 접합시킨 후에 기 제조된 다이아몬드 절삭팁(100)을 외주연에 용접으로 부착하여 제조하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드공구의 제조방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 있어서,

   상기 발포금속조성물은 상기 공구강분말(SKH-51)이 59.5~79.5 wt%, 저융점 금속분말(CuSn)이 39.7~19.9wt%, 발포제(TiH2, Zrh2, CaCO3)이 0.6~0.8wt%로 조성되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 있어서,

   상기 발포금속조성물은 통상의 소결온도인 800~900℃로 소결성형하는 과정에서 상기 저융점 금속에 의해 액상이 형성되고 동시에 상기 발포제가 분해되어 가스가 방출하면서 발포되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드공구의 제조방법.
7. 제1항의 방법으로 제조된 다이아몬드공구.
8. 제2항의 방법으로 제조된 다이아몬드공구.
9. 제3항의 방법으로 제조된 다이아몬드공구.
10. 제4항의 방법으로 제조된 다이아몬드공구.