KR20050118074A - 절삭팁, 절삭팁의 제조방법 및 절삭공구 - Google Patents

절삭팁, 절삭팁의 제조방법 및 절삭공구 Download PDF

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KR20050118074A
KR20050118074A KR1020040085837A KR20040085837A KR20050118074A KR 20050118074 A KR20050118074 A KR 20050118074A KR 1020040085837 A KR1020040085837 A KR 1020040085837A KR 20040085837 A KR20040085837 A KR 20040085837A KR 20050118074 A KR20050118074 A KR 20050118074A
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cutting
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김수광
박희동
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이화다이아몬드공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하는데 사용되는 절삭공구용 절삭팁, 이 절삭팁을 제조하는 방법 및 이 절삭팁이 구비된 절삭공구에 관한 것으로서, 우수한 절삭성능을 가질 뿐만 아니라 그 제조공정도 단순화시킬 수 있고 또한 제조비용도 현저히 저감시킬 수 있는 절삭팁 및 이 절삭팁이 구비된 절삭공구를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.
본 발명은 절삭면에서 보아 절삭면과 수직하고 절삭방향에 평행하게 적층되어 있는 다수개의 판상의 금속 결합재를 포함하고; 상기 판상의 금속 결합재들은 일체로 결합되어 있고, 그리고 판상의 금속 결합재는 철계 또는 비철계 재료로 이루어져 있고; 그리고
상기 판상의 금속 결합재 사이에는 절삭면에서 열로 나타나도록 배열되어 있는 다이아몬드 입자층이 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭팁, 이 절삭팁을 제조하는 방법 및 이 절삭팁이 구비된 절삭공구를 그 요지로 한다.

Description

절삭팁, 절삭팁의 제조방법 및 절삭공구{Cutting Segment, Method for Manufacturing Cutting Segment and Cutting Tool}
본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하는데 사용되는 절삭공구용 절삭팁, 이 절삭팁을 제조하는 방법 및 이 절삭팁이 구비된 절삭공구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분말형태의 금속 결합재를 사용하는 대신에 판상의 금속 결합재를 사용하여 제조되는 절삭공구용 절삭팁, 이 절삭팁을 제조하는 방법 및 이 절삭팁이 구비된 절삭공구에 관한 것이다.
석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하기 위해서는 피삭재보다 높은 경도를 갖는 연마재가 요구된다.
상기 연마재로는 인조 다이아몬드 입자, 천연다이아몬드 입자, 붕화질소, 및 초경입자등이 알려져 있는데, 그 중에서도 인조 다이아몬드 입자가 가장 널리 사용되고 있다.
인조 다이아몬드(이하, "다이아몬드"라 칭함)는 1950년대에 발명된 것으로서, 지구상에 존재하는 물질 중 가장 경도가 높은 물질로 알려져 있으며, 이러한 특성에 의하여 절삭, 연삭 공구등에 사용하게 되었다.
특히, 상기 다이아몬드는 화강암, 대리석 등의 석재를 절삭, 연삭하는 석재가공분야 및 콘크리트 구조물을 절삭, 연삭하는 건설업분야에서 널리 이용되게 되었다.
이하에서는 연마재로서 다이아몬드 입자를 사용한 절삭팁 및 절삭공구에 기초하여 설명한다.
통상, 다이아몬드 공구는 다이아몬드 입자가 분포되어 있는 절삭팁과 이 절삭팁이 고정되어있는 금속 바디(Core)로 구성된다.
도 1에는 세그먼트 타입의 다이아몬드 공구의 일례가 나타나 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 세그먼트 타입의 다이아몬드 공구(1)는 디스크 형태의 금속바디(2)에 고정되어 있는 다수 개의 절삭팁(11)(12)을 포함하고, 각각의 절삭팁(11)(12)에는 다이아몬드 입자(5)들이 무질서하게 분포되어 있다.
상기한 절삭팁들은 다이아몬드 입자를 결합재 역할을 하는 금속분말과 혼합한 후 성형한 다음, 소결하는 분말야금법으로 제조되고 있다.
상기와 같이 다이아몬드 입자를 금속 결합재 분말과 혼합하는 경우에는 다이아몬드 입자가 금속 분말 사이에 고루 분포되지 않게 되고, 결과적으로 다이아몬드 입자들의 절삭효율이 떨어지고 수명이 저하되는 문제점이 있다.
즉, 다이아몬드 입자와 결합재 역할을 하는 금속 분말의 혼합시 입자의 크기, 비중의 차이 등으로 다이아몬드 입자가 금속결합재 사이에 균일하게 분포되지 못하게 되어 도 1에 나타난 바와 같이 지나치게 많은 다이아몬드 입자가 분포되어 있는 절삭면(3)을 제공하거나 또는 지나치게 적게 다이아몬드 입자가 분포되어 있는 절삭면(4)을 제공하므로써 편석의 문제가 발생하게 된다.
상기와 같이 다이아몬드 입자가 편석되는 경우에는 공구의 절삭성능이 떨어질 뿐만 아니라 공구의 수명이 저하되는 문제점이 있다.
상기한 다이아몬드 입자의 편석에 의한 문제점을 해결하기 위한 기술로서 다이아몬드 입자를 패턴화시키는 기술이 제안되었으며, 그 예가 도 2에 나타나 있다.
도 2에는 다이아몬드 입자가 패턴화된 세그먼트 타입의 다이아몬드 공구(20)의 일례가 나타나 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, 각각의 절삭팁(21)(22)에는 다이아몬드 입자(5)들이 패턴화, 즉 규칙적으로 분포되어 있다.
상기한 패턴화 기술은 분말 형태의 금속 결합재와 다이아몬드 입자를 혼합하지 않고 금속결합재 분말위에 다이아몬드 입자를 일정한 형태로 배열한 다음, 다시 금속 결합재 분말을 다이아몬드 입자위에 위치시키는 과정을 반복하여 금속결합재 분말과 다이아몬드 입자를 층상으로 배열한 후, 성형한 다음, 소결하여 절삭팁을 제조하는 기술이다.
상기한 다이아몬드 입자의 패턴화 기술은 다이아몬드 입자의 편석에 의한 문제점은 해결할 수 있지만, 금속결합재를 분말형태로 사용함으로써 야기되는 본질적인 문제점은 해결할 수 없다.
즉, 절삭팁 제조시 결합재로서 금속분말을 사용하는 경우에는 금속분말에 높은 압력을 가하여 성형하는 공정을 수행하는데, 금속결합재를 성형해야하므로 결합재의 두께편차가 발생하거나, 빈번하게 파손되는 현상이 발생하여, 생산성이 저하될 뿐만 아니라 심한 경우에는 성형 치수를 변화시켜 절삭팁의 치수가 각각 달라져 다이아몬드 공구의 성능 편차 및 불량을 발생시키게 되는 문제점이 있다.
또한, 결합재로 사용되는 금속분말은 여러가지 방법으로 제조되는데 같은 성분이라 하더라도, 다른 형태, 예를 들면 판, 코일 또는 봉 형태로 제조되는 금속 벌크제에 비하여 가격이 비싸다는 문제점도 있다.
더욱이, 분말야금법에 의하여 절삭팁을 제조하는 경우에는 다이아몬드 입자와 결합재 분말을 혼합하는 공정, 다이아몬드 입자와 결합재 분말의 혼합물을 성형하여 성형체를 제조하는 공정 및 이 성형체를 소결하는 소결공정을 거치게 되므로, 제조공정이 복잡하게 되는 문제점이 있다.
본 발명자들은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 제조시 결합재로서 금속 분말을 사용하는 대신에 판상의 금속 결합재를 사용함으로써 우수한 절삭성능을 가질 뿐만 아니라 그 제조공정도 단순화시킬 수 있고 또한 제조비용도 현저히 저감시킬 수 있는 절삭팁을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 본 발명의 절삭팁을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 본 발명의 절삭팁을 구비한 절삭공구를 제공하고자 하는데, 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 절삭면에서 보아 절삭면과 수직하고 절삭방향에 평행하게 적층되어 있는 다수개의 판상의 금속 결합재층을 포함하고;
상기 금속 결합재층들은 일체로 결합되어 있고, 그리고 철계 또는 비철계 재료로 이루어지고; 그리고
상기 금속 결합재층 사이에는 절삭면에서 열로 나타나도록 배열되어 있는 다이아몬드 입자층이 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭팁에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 다수 개의 층으로 이루어지고;
상기 각각의 층은 판상의 메탈 소결층과 철계 또는 비철계 재료로 이루어진 판상의 금속 결합재층으로 이루어지고;
상기 각각의 층은 상기 메탈 소결층과 상기 금속 결합재층이 교대로 배열되도록 적층되어 있고;
상기 메탈 소결층과 상기 금속 결합재층의 적층은 절삭면에서 보아 절삭면과 수직하고 절삭방향에 평행하게 이루어지고; 그리고
적어도 일부가 메탈 소결층내에 위치되고, 나머지 부분이 금속 결합재층내에 위치되고, 그리고 절삭면에서 열로 나타나도록 다이아몬드 입자층이 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭팁에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 절삭팁을 갖는 절삭공구에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 철계 또는 비철계 재료로 이루어진 판상의 금속 결합재들을 미리 준비하는 단계;
상기 금속 결합재들중의 하나의 금속 결합재상에 다이아몬드 입자를 배열시키는 단계;
상기 다이아몬드 입자위에 다른 판상의 금속 결합재를 적층시키는 단계;
상기 다른 금속 결합재상에 다이아몬드 입자를 배열시키는 단계;
목적하는 두께가 얻어질 때까지 상기한 단계들을 반복하여 적층물을 준비하는 단계; 및
상기 적층물을 구성하는 요소들이 결합되도록 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계를 포함하는 절삭팁의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 메탈 프리폼을 준비하는 단계;
상기 메탈 프리폼상에 다이아몬드 입자를 배열하는 단계;
상기 다이아몬드 입자위에 철계 또는 비철계 재료로 이루어진 판상의 금속 결합재를 적층시키는 단계;
목적하는 두께가 얻어질 때까지 상기한 단계들을 반복하여 적층물을 준비하는 단계;
상기 적층물을 구성하는 요소들이 결합되도록 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계를 포함하는 절삭팁의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 메탈 프리폼들을 준비하는 단계;
상기 메탈 프리폼들중의 하나의 메탈 프리폼상에 다이아몬드 입자를 배열시키는 단계;
상기 다이아몬드 입자위에 다른 메탈 프리폼을 적층시키는 단계;
상기 다른 메탈 프리폼위에 철계 또는 비철계 재료로 이루어진 판상의 금속 결합재를 적층시키는 단계;
목적하는 두께가 얻어질 때까지 상기한 단계들을 반복하여 적층물을 준비하는 단계;
상기 적층물을 구성하는 요소들이 결합되도록 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계를 포함하는 절삭팁의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 방법들에 의하여 제조된 절삭팁을 갖는 절삭공구에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하는데 사용되는 절삭공구용 절삭팁 및 절삭공구에 적용되는 것이다.
절삭공구용 절삭팁은 피삭재의 절삭시 절삭을 직접 행하는 다이아몬드 입자와 이 다이아몬드 입자를 고정시켜 주는 역할을 행하는 금속 결합재를 포함한다.
상기 절삭팁을 제조하기 위하여 종래에는 분말형태의 금속 결합재를 사용하였다.
분말형태의 금속결합재를 사용하여 절삭팁을 제조하는 경우에는 다이아몬드 입자가 편석되어 공구의 절삭성능이 떨어질 뿐만 아니라 공구의 수명이 저하되는 문제점이 있다.
더욱이, 분말형태의 금속결합재를 사용하여 절삭팁을 제조하는 경우에는 다이아몬드 입자를 금속 결합재 분말과 혼합하는 공정, 이 혼합물을 성형하는 공정, 및 이 성형체를 소결하는 공정을 거쳐야 한다.
따라서, 분말형태의 금속결합재를 사용하여 절삭팁을 제조하는 경우에는 제조공정이 복잡하게 되고, 또한. 제조비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
상기한 다이아몬드 입자의 편석에 의한 문제점을 해결하기 위한 기술로서 다이아몬드 입자를 패턴화시키는 기술이 제안되었다.
상기한 패턴화 기술은 분말 형태의 금속 결합재와 다이아몬드 입자를 혼합하지 않고 금속결합재 분말위에 다이아몬드 입자를 일정한 형태로 배열한 다음, 다시 금속 결합재 분말을 다이아몬드 입자위에 위치시키는 과정을 반복하여 금속결합재 분말과 다이아몬드 입자를 층상으로 배열한 후, 성형한 다음, 소결하여 절삭팁을 제조하는 기술이다.
상기한 다이아몬드 입자의 패턴화 기술은 다이아몬드 입자의 편석에 의한 문제점은 해결할 수 있지만, 분말형태의 금속결합재를 사용함으로써 야기되는 제조공정의 복잡화 및 제조비용의 증가는 해결할 수 없다.
다이아몬드 입자가 패턴화된 절삭팁은 크게 보면 다이아몬드 입자가 배열되어 있는 금속 결합재 부위와 다이아몬드 입자가 배열되어 있지 않은 금속 결합재 부위로 나눌 수 있다.
본 발명의 기본 사상은 다이아몬드 입자가 배열되어 있지 않은 금속 결합재 부위를, 처음부터 분말형태가 아닌 판상의 금속 결합재를 사용하여 형성하는데 있다.
절삭팁의 제조시 처음부터 판상 금속 결합재를 사용하는 경우에는 다이아몬드 입자가 편석없이 목적하는 바에 따라 분포될 뿐만 아니라 제조공정을 단순화시키고 제조비용을 최소화시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명을 도면을 통해 상세히 설명한다.
도 3에는 본 발명에 부합되는 절삭팁의 일례가 나타나 있다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 절삭팁(100)은 절삭면에서 보아 절삭면과 수직하고 절삭방향에 평행하게 적층되어 있는 다수개의 판상의 금속 결합재층(101)을 포함하고, 이 판상의 금속 결합재층사이에는 절삭면에서 열로 나타나도록 배열되어 있는 다이아몬드 입자층(102)이 배열되어 있다.
도 4에는 본 발명에 부합되는 절삭팁의 다른 예가 나타나 있다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 다른 절삭팁(200)은 각각의 층(201)이 판상의 메탈 소결층(201a)과 판상의 금속 결합재층(201b)으로 이루어져 있는 다수 개의 층(201)으로 구성되어 있다.
상기 각각의 층(201)은 상기 판상의 메탈 소결층(201a)과 상기 판상의 금속 결합재층(201b)이 교대로 배열되도록 적층되어 있다.
상기 판상의 메탈 소결층(201a)과 상기 판상의 금속 결합재층(201b)의 적층은 절삭면에서 보아 절삭면과 수직하고 절삭방향에 평행하게 이루어진다.
다이아몬드 입자층(202)은 적어도 그 일부가 판상의 메탈 소결층(201a)내에 위치되고, 나머지 부분이 판상의 금속 결합재층(201b)내에 위치된다.
또한, 상기 다이아몬드 입자층(202)은 절삭면에서 열로 나타나도록 배열된다.
상기 판상의 금속 결합재층(101) 및 (201b)은 철계 또는 비철계 재료로 이루어지는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 것은 철강재로 이루어지는 것이다
상기 비철계 재료로는 Co, Ni, Cu, Sn, Al, W등을 들수 있다.
본 발명에서 판상의 금속 결합재층은 용융압연재, 소결재 및 성형재를 사용하여 제조된 것이다.
상기 판상의 금속 결합재층은 모두가 용융압연재를 사용하여 제조되거나 또는 도 7에 나타난 바와 같이 상기 용융압연재의 일부를 소결재로 대체하여 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 판상의 금속 결합재층은 상기 용융압연재의 일부를 성형재로 대체하여 제조되거나 또는 상기 용융압연재의 일부를 소결재 및 성형재로 대체하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 판상의 금속 결합재층은 모두가 소결재를 사용하여 제조되거나 또는 상기 소결재의 일부를 성형재로 대체하여 제조될 수 있다.
본 발명에서 가장 바람직한 것은 판상의 금속 결합재층 모두가 용융압연재를 사용하여 제조되는 것이다.
바람직한 용융압연재로는 철강재인 열간압연강판 및 냉간압연강판등을 들수 있다.
통상적으로, 다이아몬드와 함께 분말 또는 성형재를 소결하는 경우에는 그 소결온도가 1000oC 이하이다.
따라서, 상기 판상의 금속 결합재층이 성형재를 사용하여 제조되는 경우에는 1000oC 이하에서 소결되므로, 성형재의 재질이 제한을 받게 된다.
그러나, 상기 판상의 금속 결합재층이 용융압연재 또는 소결재를 사용하여 제조되는 경우에는 소결온도에 따른 재질 선택의 제한은 없다.
본 발명의 절삭팁에서 판상의 금속 결합재층 두께는 다이아몬드 입자의 크기에 따라 변화될 수 있는데, 적어도 다이아몬드 입자 평균 지름의 두배보다 크지 않도록 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 판상의 메탈 소결층(201a)이 존재하는 경우에는 메탈 소결층(201a)과 판상의 금속 결합재층의 두께의 합이 적어도 다이아몬드 입자 평균 지름의 두배보다 크지 않도록 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 도 5, 도 6, 및 도 7에 나타나 있는 바와 같이, 다이아몬드 입자층(302)(402) 및 (802)들이 바깥층에도 배열되어 있는 절삭팁(300),(400)및 (800)을 제공한다.
이하, 본 발명에 따라 절삭팁을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
판상의 금속 결합재 준비단계
본 발명에 따라 절삭팁을 제조하기 위해서는 철계 또는 비철계 재료로 이루어진 판상의 금속 결합재들을 준비한다.
상기 판상의 금속 결합재로서 바람직하게 사용될 수 있는 것으로는 철강재를 들 수 있다.
상기 판상의 금속 결합재들은 제조하고자 하는 절삭팁에 대응하여 적절한 형상을 갖도록 준비한다.
본 발명에서 판상의 금속 결합재로는 용융압연재, 소결재 및 성형재를 들수 있으며, 가장 바람직한 것은 용융압연재이다.
상기 용융압연재로는 열간압연강판 또는 냉간압연강판등이 바람직하다.
상기 판상의 금속 결합재로서 용융압연재를 사용하는 경우에는 용융압연재의 밀도가 이론밀도에 가깝기 때문에 금속 결합재로서 용융압연재를 사용하여 제조된 절삭팁은 분말형태의 금속결합재를 사용하여 성형 및 소결하여 제조된 절삭팁보다 우수한 기계적 물성을 나타내었다.
하기 표 1은 본 발명자들의 실험결과의 일례를 제시한 것으로서, 금속 결합재로 판상의 SK85강판을 사용한 경우와 금속결합재로 Co 분말을 사용한 경우의 굽힙강도를 나타낸 것이다.
하기 표 1의 발명재(1)은 두께 0.5mm의 SK85 강판을 여러 장 적층하여 가압소결한 시편이며, 발명재(2)는 SK85강판과 Co 100%의 프리폼을 교대로 적층하여 가압 소결한 시편이고, 종래재(1)은 금속결합재로 100% Co 분말을 사용하여 가압 소결한 시편이다.
시편 No. 굽힘강도(kg/mm2)
발명재 1 246
발명재 2 199
종래재 1 150
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 판상의 용융압연재를 금속 결합재로 사용하는 경우에는 절삭팁으로 사용되는 분말 중 가장 우수한 굽힙강도를 나타내는 것으로 알려져 있는 Co 100% 분말을 사용하는 경우보다 굽힙강도가 훨씬 높음을 알 수 있다.
상기 판상의 금속 결합재로는 철강재 이외에도 알루미늄 합금, 니켈합금, 구리합금, 황동등 다양한 형태와 물성을 가진 결합재가 사용될 수 있다.
다이아몬드 입자 배열 및 다른 판상의 금속 결합재 적층단계
상기와 같이 준비된 판상의 금속 결합재중의 하나의 금속 결합재상에 다이아몬드 입자를 배열시킨다.
상기와 같이 다이아몬드 입자를 배열하는 방법의 일례로는 다음과 같은 방법을 들 수 있다.
스프레이식 접착제를 절삭팁 형상으로 자른 금속망 위에 도포하고 그 위에 일정한 간격으로 레이저 가공에 의해 타공된 금속지그를 올려놓고 미세한 다이아몬드 입자를 뿌린다.
이때 금속지그에 형성되어 있는 구멍 한 개에 다이아몬드 입자가 한 개씩 들어가게 한다.
금속지그를 분리하면 그 위에 다이아몬드 입자가 일정하게 배열된 금속망을 얻게 된다.
상기와 같이 다이아몬드 입자가 일정하게 배열된 금속망을 판상의 금속 결합재들중의 하나의 금속 결합재상에 위치시킴으로써 다이아몬드 입자를 하나의 판상 금속 결합재상에 배열시킬 수 있다.
다이아몬드 입자를 배열시키는 다른 방법으로는 접착성분이 있는 테이프를 사용하여 다이아몬드 입자를 배열시키는 방법을 들수 있다.
다음에, 상기 다이아몬드 입자 위에 다른 판상의 금속 결합재를 적층시킨다.
목적하는 두께가 얻어질 때까지 상기와 같이 판상의 금속 결합재를 다수 적층하여 적층물을 준비한다.
즉, 상기와 같이 금속망을 사용하는 경우에는 판상의 금속 결합재-다이아몬드가 배열된 금속망 - 판상의 금속 결합재순으로 여러 번 반복하여 원하는 절삭팁 두께를 얻을 수 있게 될때까지 적층하면 된다.
바람직하게는, 상기 판상의 금속 결합재들 사이에 분말 성형체 층을 삽입하여 분말 성형체 층으로 다이아몬드를 감싸도록 하는 것이다.
상기와 같이 분말 성형체로 다이아몬드를 감싸도록 하는 경우에는 다이아몬드의 열에 의한 손상을 방지할 수 있고, 또한, 여러 종류의 분말 성형체를 사용할 수 있어 절삭팁의 마모성을 변화시켜 용도에 맞게 다이아몬드 공구 절삭팁을 제작할 수 있다.
더욱이, 삽입되는 분말 성형체는 통전방식의 가열,가압(핫프레스 소결)방법에서 다이아몬드를 보호하는 기능도 한다.
상기 분말 성형체는 판상의 메탈 프리폼 형태로 삽입되는 것이 바람직하다.
상기 메탈 프리폼은 테이프 케스팅(tape casting)방법등에 의하여 제조될 수 있다.
상기 메탈 프리폼으로는 바인더가 10~40wt% 정도 함유되어 있는 것이 바람직하다.
메탈 프리폼은 여러 장 겹쳐서 삽입할 수도 있다.
메탈 프리폼의 두께는 첨가하는 바인더의 양에 따라 달라진다.
메탈 프리폼의 두께가 충분히 얇아도 다이아몬드를 보호하는 역할을 할 수 있기 때문이다.
단지, 메탈 프리폼을 구성하는 금속 분말의 성분을 변화시켜 마모 특성을 변화시키기 위해서는 소결 후 두께가 두꺼워야 하지만, 이 경우에도 메탈 프리폼의 소결 후 두께는 다이아몬드 입자의 평균 지름보다 얇은 것이 바람직하다.
메탈 프리폼은 유기화학물 또는 무기화합물과 금속분말이 혼합되어 있으며, 다이아몬드 입자나 필러(filler)(경도가 높은 연마재)가 함유될 수 있다.
상기와 같이, 메탈 프로폼을 사용하면, 판상의 금속 결합재와 메탈 프리폼만으로 절삭팁의 제작이 가능하여, 금속분말의 혼합, 그래뉼(입자화), 성형 공정이 불필요 하기 때문에 현재 사용중인 방법보다 훨씬 간편하게 절삭팁을 제작할 수 있다.
상기 판상의 메탈 프리폼은 다이아몬드 입자층의 상부 및 하부 모두, 또는 한쪽 부분에 위치될 수 있다.
판상의 금속결합재로서 용융압연재를 사용하고 판상의 메탈 프리폼이 다이아몬드 입자층의 상부 및 하부 모두에 위치되는 절삭팁의 적층 형상의 일례가 도 8에 나타나 있다.
도 8에 나타나 있는 바와 같이, 메탈 프리폼(503)은 다이아몬드 입자층(502)을 양쪽에서 감싸고 있다.
그리고 판상의 금속 결합재층(501)이 메탈 프리폼(503)을 감싸고 있다.
상기 메탈 프리폼에 필러(filler)(경도가 높은 연마재)를 첨가시켜 내마모성을 증가시키는 것이 바람직하다.
이 때 사용되는 필러로는 SiC, WC, BN, Al2O3, 다이아몬드 등과 같은 내마모성이 있는 입자로서 단독 또는 2종 이상을 복합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 다이아몬드 입자가 포함된 메탈 프리폼을 사용하는 것도 가능하다.
목적하는 두께가 얻어질 때까지 상기와 같이 메탈 프리폼 및 판상의 금속 결합재를 다수 층 적층하여 적층물을 준비한다.
즉, 상기와 같이 금속망을 사용하는 경우에는 판상의 금속 결합재 - 메탈 프리폼-다이아몬드가 배열된 금속망 - 메탈 프리폼- 판상의 금속 결합재 순으로 여러 번 반복하여 원하는 절삭팁 두께를 얻을 수 있게 될때까지 반복하면 된다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 하나의 메탈 프리폼상에 다이아몬드 입자를 배열시킨 다음, 다이아몬드 위에 바로 판상의 금속 결합재를 적층시킬 수도 있는데, 이 경우에는 상기와 같이 금속망을 사용하면, 판상의 금속 결합재 - 메탈 프리폼-다이아몬드가 배열된 금속망 - 판상의 금속 결합재순으로 여러 번 반복하여 원하는 절삭팁 두께가 될때까지 반복하면 된다.
또한, 본 발명에서는 다이아몬드 입자들이 포함된 메탈 프리폼을 사용할 수도 있는데, 이 경우에는 판상의 금속 결합재 - 메탈 프리폼- 판상의 금속 결합재순으로 적층하면 된다.
한편, 도 9a에는 도 8의 배열에서 상부 및 하부 메탈 프리폼(603)각각의 위에 다이아몬드 층(602)들이 위치되고 이 다이아몬드 층(602)위에 성형재인 상,하부금속 결합재(601a)가 각각 위치되고 상,하부 금속 결합재(601a)층 각각의 위에 다이아몬드 층이 위치되고, 이 다이아몬드 층(602)위에 메탈 프리폼(603)이 위치되고, 상기 상,하부 금속결합재(601a)사이의 내부 금속 결합재(601b)가 용융압연재 또는 소결재 또는 이들이 복합하여 이루어지는 절삭팁(600)의 예가 제시되어 있다.
또한, 도 9b에는 도 8의 배열에서 상부 및 하부 금속 결합재(701a)는 메탈 프리폼(703)으로 에워싸여져 있고 상기 상부 및 하부 금속 결합재(701a)사이에 위치되는 내부 금속결합재(701b)들은 다이아몬드 층(702)과 직접 접촉되고, 상기 상부 및 하부 금속 결합재(701a)는 용융압연재 또는 소결재 또는 이들이 복합하여 이루어지고, 상기 내부 금속결합재(701b)들은 성형재로 이루어지는 절삭팁(700)의 예가 제시되어 있다.
적층물을 가열 및 가압하는 단계
상기 적층물을 구성하는 요소들이 결합되도록 상기 적층물을 가열 및 가압함으로써 절삭팁이 제조된다.
분말 성형체와 달리, 판상의 금속 결합재는 밀도가 거의 100%이기 때문에, 판상 금속 결합재 사이의 접합을 위하여 가열, 가압한다.
따라서, 일반적인 소결 조건과 같은 필요가 없다.
접합 온도와 압력은 판상 금속 결합재의 표면에 있는 금속 원자들이 다른 층의 판상 금속 결합재의 표면에 있는 금속 원자와 결합할 수 있는 에너지를 공급한다. 분말 성형체는 수~수십 마이크로미터 크기의 금속 분말이 서로 결합되어야 하기 때문에 많은 에너지가 필요하다.
일반적인 소결은 700~1000℃의 소결 온도 및 350 kg/cm2 의 소결압력에서 5분간동안 행하는데, 본 발명에서는 이 조건보다 더 낮은 온도, 압력 및 시간으로도 접합이 가능하다.
접합 조건은 사용되는 판상 금속 결합재의 종류에 따라 다르며, 금속 결합재의 표면 조건에 따라서도 달라진다.
판상 금속 결합재로서 용융압연재를 사용하는 경우에는 용융온도가 낮을수록, 판상 금속 결합재의 표면이 산화막이나 이물질 없이 깨끗할수록 접합 온도와 압력이 낮아지거나, 접합시간이 짧아진다.
상기 판상의 금속 결합재 사이에 메탈 프리폼이 삽입되거나 판상의 금속결합재로서 성형재를 사용하는 경우에는 메탈 프리폼 및 성형재를 구성하는 금속 분말이 소결될 정도의 온도와 압력이 필요하다.
다이아몬드 입자 층이 삽입되면, 접합과정에서 다이아몬드의 일부는 판상 금속 결합재 내부로 박히게 된다.
금속결합재로서 용융압연재를 사용하는 경우에는 접합 압력은 판상 금속 결합재의 고온에서의 항복강도와 관련하여 결정된다.
예를 들면 접합온도가 높을수록 판상 금속 결합재의 항복강도가 낮아져, 접합압력은 반비례하여 낮아지게 된다.
열연, 또는 냉연 철강재를 판상 금속 결합재로 사용할 경우, 철강재는 온도에 따라 항복강도가 지속적으로 감소하여, 약 500℃에서 상온에서의 항복강도의 절반 정도로 떨어지며, 800℃에서 대부분의 철강재가 50N/mm2 의 값을 나타낸다.
본 발명자가 행한 실험에 의하면 800℃이상에서는 350 kg/cm2의 접합압력에서 다이아몬드 입자가 충분히 판상 금속 결합재 내부로 박히는 것을 확인하였다.
상기와 같이 적층물을 가열 및 가압하는 경우에 있어서 메탈 프리폼이 삽입되는 경우에는 다이아몬드 입자가 메탈 프리폼 또는 메탈 프리폼 및 판상의 금속 결합재 내부에 박히게 되고, 메탈 프리폼이 삽입되지 않는 경우에는 다이아몬드 입자가 판상의 금속 결합재 내부에 박히게 된다.
한편, 본 발명은 상기와 같이 제조된 절삭팁이 구비된 절삭공구를 제공한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
본 발명에 따라 제조된 쏘블레이드(발명재 3)및 종래방법에 따라 제조된 쏘블레이드(종래재 2)에 대하여 절삭시험을 행하여 절삭성능과 수명성능을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
하기 표 2의 발명재(3)은 0.5mm두께의 SK85강판 4장을 결합재로 사용하고, 이 강판들 사이에는 2개의 Co 100%의 메탈 프리폼이 삽입되고, 이 메탈 프리폼들 사이에는 다이아몬드 입자가 규칙적으로 배열된 테이프(tape)를 삽입시켜 제작한 것이고, 종래재(2)는 다이아몬드 입자를 금속 분말과 혼합하여 제작한 것이다.
여기서 사용된 다이아몬드 입자는 미국 GE사의 MBS 955이었다.
여기서, 소결(접합)은 핫 프레스(Hot press) 방식으로 소결(접합)온도 950℃, 소결(접합)시간 5분의 조건으로 행하였다.
절삭시험을 위하여 상기와 같이 제작된 절삭팁을 레이저 용접으로 14 inch 코어(core)에 24개 부착하여 절삭공구를 제작하였으며, 절삭시험은 콘크리트, 화강암, 워시드 콘크리트를 절삭하는 시험을 행하여 이루어졌다.
이때, 사용한 기계는 EDCO(사)의 14인치 테이블 쏘로 rpm은 3,500이었다.
상기 사용된 각 쏘블레이드의 절삭팁의 크기는 길이 40mm, 높이 8.2mm, 두께 3.2mm이었다.
시편 No. 결합재 형태 절삭지수(㎠/min)
콘크리트 화강암 워시드 콘크리트
발명재 3 판상의 금속 결합재 829 577 745
종래재 2 분말형태 756 461 464
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 발명재(3)가 종래방법에 따라 제작한 종래재(2)에 비하여 절삭성능에 있어서 우수함을 알 수 있다.
(실시예 2)
상기 실시예 1에서의 발명재(3)의 쏘블레이드와 종래재(2)의 쏘블레이드에 대한 워시드 콘크리트 절삭시험에서 절삭 줄 수에 따른 절삭시간의 양상을 조사하고, 그 결과를 도 10에 나타내었다.
여기서, 절삭시간이란 절삭작업 시 쏘블레이드가 1회 절삭하는데 걸리는 시간을 말한다. 1회 절삭은 30cm길이의 피삭재를 일정 깊이로 1회 절삭함을 의미한다.
도 10에 나타난 바와 같이, 발명재(3)의 쏘블레이드가 종래재(2)의 쏘블레이드보다 절삭시간이 짧고, 절삭시간의 경향이 안정적이며, 보다 균일한 성능을 나타냄을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 절삭팁 제작시 분말형태의 결합재 대신에 판상의 금속 결합재를 사용함에 따라 재료비를 감소시켜 제품 단가를 감소시킬 수 있고 또한 금속 결합재의 혼합, 그래뉼화 및 성형공정을 생략할 수가 있어 제조공정을 단순화시켜 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.
또한, 본 발명은 절삭팁 제작시 분말형태의 결합재 대신에 판상의 금속 결합재를 사용함에 따라 다이아몬드 입자를 균일하게 분포시킬 수 있으므로 절삭성능 및 수명이 우수한 절삭팁을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 절삭팁의 절삭면에 다이아몬드 입자가 무질서하게 분포된 다이아몬드 공구의 일례도
도 2는 절삭팁의 절삭면에 다이아몬드 입자가 규칙적으로 분포된 다이아몬드 공구의 일례도
도 3은 본 발명에 부합되는 절삭팁의 일례도
도 4는 본 발명에 부합되는 절삭팁의 다른 일례도
도 5는 본 발명에 부합되는 절삭팁의 또 다른 일례도
도 6은 본 발명에 부합되는 절삭팁의 또 다른 일례도
도 7은 본 발명에 부합되는 절삭팁의 또 다른 일례도
도 8은 본 발명에 따라 절삭팁의 제조시 구성요소들의 배열상태의 일례를 나타내는 개략도
도 9는 본 발명에 따라 절삭팁의 제조시 구성요소들의 배열상태의 다른 예들을 나타내는 개략도
도 10은 본 발명에 따라 제조된 절삭팁과 종래방법에 따라 제조된 절삭팁이 부착된 쏘 블레이드에 대한 절단줄수에 따른 절단시간의 변화를 나타내는 그래프
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100, 200, 300, 400, 600, 700, 800 . . . 절삭팁 101, 201b . . . 금속결합재층 201a . . . 메탈소결층 102, 202, 302, 402, 502, 602,702, 802. . . 다이아몬드 입자층 503, 603, 703 . . . 메탈 프리폼 501, 601a, 601b, 701a, 701b . . . 금속결합재

Claims (40)

  1. 절삭면에서 보아 절삭면과 수직하고 절삭방향에 평행하게 적층되어 있는 다수개의 판상의 금속 결합재층을 포함하고;
    상기 판상의 금속 결합재층들은 일체로 결합되어 있고, 그리고 철계 또는 비철계 재료로 이루어져 있고; 그리고
    상기 판상의 금속 결합재층들사이에는 절삭면에서 열로 나타나도록 배열되어 있는 다이아몬드 입자층이 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭팁
  2. 제1항에 있어서, 판상의 금속 결합재층은 다이아몬드 입자 평균 지름의 두배보다 크지 않은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭팁
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 판상의 금속 결합재층은 철강재, 알루미늄 합금, 니켈합금, 구리합금 및 황동으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 절삭팁
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 판상의 금속 결합재층들은 용융압연재 및 소결재를 단독 또는 복합으로 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 절삭팁
  5. 제4항에 있어서, 용융압연재의 일부 또는 소결재의 일부가 성형재로 대체되는 것을 특징으로 하는 절삭팁
  6. 제3항에 있어서, 판상의 금속 결합재층들은 용융압연재 및 소결재를 단독 또는 복합으로 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 절삭팁
  7. 제6항에 있어서, 용융압연재의 일부 또는 소결재의 일부가 성형재로 대체되는 것을
    특징으로 하는 절삭팁
  8. 제4항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁
  9. 제5항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁
  11. 다수 개의 층으로 이루어지고;
    상기 각각의 층은 판상의 메탈 소결층과 철계 또는 비철계 재료로 이루어진 판상의 금속 결합재층으로 이루어지고;
    상기 각각의 층은 상기 판상의 메탈 소결층과 상기 판상의 금속 결합재층이 교대로 배열되도록 적층되어 있고;
    상기 판상의 메탈 소결층과 상기 판상의 금속 결합재층의 적층은 절삭면에서 보아 절삭면과 수직하고 절삭방향에 평행하게 이루어지고; 그리고
    적어도 일부가 판상의 메탈 소결층내에 위치되고, 나머지 부분이 판상의 금속 결합재층내에 위치되고, 그리고 절삭면에서 열로 나타나도록 다이아몬드 입자층이 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭팁
  12. 제11항에 있어서, 상기 메탈 소결층과 금속 결합재층의 두께의 합이 다이아몬드 입자 평균 지름의 두배보다 크지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭팁
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 판상의 금속 결합재층은 철강재, 알루미늄 합금, 니켈합금, 구리합금 및 황동으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 절삭팁
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 판상의 금속 결합재층들은 용융압연재 및 소결재를 단독 또는 복합으로 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 절삭팁
  15. 제14항에 있어서, 용융압연재의 일부 또는 소결재의 일부가 성형재로 대체되는 것을 특징으로 하는 절삭팁
  16. 제13항에 있어서, 판상의 금속 결합재층들은 용융압연재 및 소결재를 단독 또는 복합으로 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 절삭팁
  17. 제16항에 있어서, 용융압연재의 일부 또는 소결재의 일부가 성형재로 대체되는 것을 특징으로 하는 절삭팁
  18. 제14항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁
  19. 제15항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁
  21. 철계 또는 비철계 재료로 이루어진 판상의 금속 결합재들을 준비하는 단계;
    상기 판상의 금속 결합재들중의 하나의 판상의 금속 결합재상에 다이아몬드 입자를 배열시키는 단계;
    상기 다이아몬드 입자위에 다른 판상의 금속 결합재를 적층시키는 단계;
    상기 다른 판상의 금속 결합재상에 다이아몬드 입자를 배열시키는 단계;
    목적하는 두께가 얻어질 때까지 상기한 단계들을 반복하여 적층물을 준비하는 단계; 및
    상기 적층물을 구성하는 요소들이 결합되도록 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계를 포함하는 절삭팁의 제조방법
  22. 제21항에 있어서, 판상의 금속 결합재는 철강재, 알루미늄 합금, 니켈합금, 구리합금 및 황동으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 판상의 금속 결합재는 용융압연재 및 소결재를 단독 또는 복합으로 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  24. 제23항에 있어서, 용융압연재의 일부 또는 소결재의 일부가 성형재로 대체되는 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  25. 제23항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  26. 제24항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  27. 메탈 프리폼을 준비하는 단계;
    상기 메탈 프리폼상에 다이아몬드 입자를 배열하는 단계;
    상기 다이아몬드 입자위에 철계 또는 비철계 재료로 이루어진 판상의 금속 결합재를 적층시키는 단계;
    목적하는 두께가 얻어질 때까지 상기한 단계들을 반복하여 적층물을 준비하는 단계;
    상기 적층물을 구성하는 요소들이 결합되도록 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계를 포함하는 절삭팁의 제조방법
  28. 제27항에 있어서, 판상의 금속 결합재는 철강재, 알루미늄 합금, 니켈합금, 구리합금 및 황동으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 판상의 금속 결합재는 용융압연재 및 소결재를 단독 또는 복합으로 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  30. 제29항에 있어서, 용융압연재의 일부 또는 소결재의 일부가 성형재로 대체되는 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  31. 제29항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  32. 제30항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  33. 메탈 프리폼들을 준비하는 단계;
    상기 메탈 프리폼들중의 하나의 메탈 프리폼상에 다이아몬드 입자를 배열시키는 단계;
    상기 다이아몬드 입자위에 다른 메탈 프리폼을 적층시키는 단계;
    상기 다른 메탈 프리폼위에 철계 또는 비철계 재료로 이루어진 판상의 금속 결합재를 적층시키는 단계;
    목적하는 두께가 얻어질 때까지 상기한 단계들을 반복하여 적층물을 준비하는 단계;
    상기 적층물을 구성하는 요소들이 결합되도록 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계를 포함하는 절삭팁의 제조방법
  34. 제33항에 있어서, 판상의 금속 결합재는 철강재, 알루미늄 합금, 니켈합금, 구리합금 및 황동으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 판상의 금속 결합재는 용융압연재 및 소결재를 단독 또는 복합으로 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  36. 제35항에 있어서, 용융압연재의 일부 또는 소결재의 일부가 성형재로 대체되는 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  37. 제35항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  38. 제36항에 있어서, 용융압연재가 열간압연강판 또는 냉간압연강판인 것을 특징으로 하는 절삭팁의 제조방법
  39. 제1항 내지 제20항의 절삭팁을 구비한 절삭공구
  40. 제21항 내지 제38항의 방법에 따라 제조된 절삭팁을 구비한 절삭공구
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