KR20070077533A - 초연마재 프리폼을 이용한 가공팁 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공기구에 장착되어 피삭재를 연마, 천공 혹은 절단하는 가공팁의 제조방법에 관한 것으로서, 베이스 부재의 상면에 초연마재 집합체를 피착하여 팁 프리폼을 형성하는 공정; 및 가공팁 몸체를 제공하는 성형체에 상기 팁 프리폼을 배치한 후 소결하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공팁 제조방법이 개시된다.

또한, 본 발명에 따르면 가공기구에 고정되는 몸체부; 및 상기 몸체부에 소결 형성된 지그재그 면 구조의 요철형 초연마재 입자군;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공팁이 개시된다.

가공팁, 초연마재, 프리폼, 분포, 가공면, 가공방향

Description

초연마재 프리폼을 이용한 가공팁 및 그 제조방법{PROCESSING TOOL BY USING SUPER-ABRASIVE PREFORM AND FABRICATING METHOD THEREFOR}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래기술에 따른 세그먼트형 가공팁의 구조도.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제공되는 팁 프리폼의 구성예를 도시하는 단면도.

도 6은 도 2에서 베이스 부재의 상면에 규칙적인 패턴으로 다이아몬드 집합체가 부착된 구조를 도시하는 평면도.

도 7은 도 2에서 베이스 부재의 상면에 불규칙적인 패턴으로 다이아몬드 집합체가 부착된 구조를 도시하는 평면도.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 팁 프리폼을 요철 형태로 성형하는 공정을 나타내는 단면도.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 팁 프리폼을 성형체에 배치하는 공정을 나타내는 평면도.

도 10 및 도 11은 팁 프리폼을 성형체에 배치하는 다른 예를 도시하는 평면도.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 팁 프리폼을 소결하여 제조된 가공팁의 외관을 도시하는 사시도.

도 13 내지 도 18은 본 발명에 따라 제공되는 다양한 다이아몬드 패턴을 도시하는 평면도.

도 19 내지 도 21은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가공팁을 구비한 가공기구의 예를 도시하는 사시도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

10,10': 팁 프리폼 11: 베이스 부재

12: 보호막 13: 다이아몬드 입자

14: 금속분말 코팅층 15: 다이아몬드 집합체

16,17: 성형틀 18: 성형체

20: 가공팁 22,23: 평면형 다이아몬드 입자군

21,24,25,26,27: 요철형 다이아몬드 입자군

30,32,33: 샹크

본 발명은 피삭재를 연마, 천공 혹은 절단하는 공구에 부착되는 가공 팁 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 자생작용이 원활히 이루어질 수 있고 가공면에 효율적으로 균질하게 초연마재를 형성할 수 있는 초연마재 프리폼을 이용한 가공팁 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 도로용 콘크리트, 아스팔트, 건설용 벽돌, 석재 등과 같은 피삭재를 연마, 천공 혹은 절단하기 위해 사용되는 가공기구는 전동공구의 회전축에 장착되는 소정 형상의 샹크(Shank)와, 샹크의 작업면에 부착된 가공팁을 포함하여 구성된다.

특히, 피삭재를 가공하는 부분인 가공팁은 경도나 내마모도가 지구상에 현존하는 물질 중 가장 큰 다이아몬드나 입방정질화붕소(Cubic Boron Nitride; CBN)와 같은 고경도의 초연마재(Super Abrasive)를 함유하여 제조되며, 그 초연마재의 배치 구조에 따라 절삭효율, 절분 배출성능 등이 민감하게 달라지는 것이 보통이다.

가공팁 내에 다이아몬드 입자를 규칙적인 패턴으로 분포시키기 위해, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 다이아몬드 입자(121)들을 레이어(Layer)마다 일정한 간격으로 평면적으로 배열하고 각 레이어를 가공팁(100)의 폭방향(W)으로 적층하는 방식이 널리 사용되었다.

그러나, 상기와 같이 평면 적층 방식으로 제조된 가공팁은 다이아몬드 입자들이 배열된 레이어와 레이어 사이에 다이아몬드 입자가 배열되어 있지 않은 레이어가 형성되고, 이 부분이 다른 부분에 비해 더 마모되어 골이 형성됨으로써 다이아몬드 입자가 조기에 탈락하는 취약점이 있다.

또한, 폭이 두꺼운 가공팁의 경우 폭방향으로 가면서 다수의 다이아몬드 입 자군을 적층해야 하므로 비경제적이고 생산성이 낮은 문제점이 있다. 이와 같은 평면 적층 방식은 가공팁에 초연마재를 매설할 때 입자간의 원활한 자생작용을 위하여 절삭이 진행되는 면, 즉 가공면에 수직인 방향으로 입자직경 이내로 중첩폭을 형성하여 입자를 평면상에서 배열해야 한다. 이때, 가공면이 샹크의 원주상에 위치하여 가공면에 수직인 방향이 곡면으로 형성된 연마 및 천공용으로 사용되는 가공기구에는 평면적층 방식을 적용하기 곤란하므로 가공면이 샹크의 외주연에 위치하게 되는 절단용 가공기구의 팁으로 주로 사용된다.

관련 기술로서 대한민국 등록특허공보 제446981호(절단공구의 세그먼트)에는 다이아몬드를 가공팁의 폭방향에 대하여 사선으로 배치하고, 하측으로 가면서 다이아몬드 입자군의 높이가 순차적으로 낮아지도록 구성하여 절분 배출효율을 높이고 일정한 절삭성능을 제공하게 되는 세그먼트 구조가 개시되어 있다.

그러나, 상기 제446981호 특허 또한 다이아몬드 입자군을 레이어마다 평면 적층하는 방식을 사용하는 한계를 벗어나지 못함으로 인해 폭이 두꺼운 가공팁은 제조하기가 곤란한 단점이 있다.

최근에는 가공팁이 탈락할 위험성이 상대적으로 높은 은납을 이용한 접합방식을 대신하여 접합강도가 높고 내열성 등의 안전성이 보강된 레이저를 이용하여 가공팁을 샹크에 용접한 제품이 널리 사용된다. 이때, 사용하는 피삭재나 가공조건에 따라 본드의 절삭력을 높이기 위해서 구리, 주석, 또는 이들의 합금이나 기타, 유기물질 또는 세라믹 재질을 첨가하거나 본드의 내마모성을 높이기 위하여 텅스텐 또는 텅스텐 카바이드 내지는 내마모성이 좋은 각종 연마제 등을 첨가하여 본드를 구성하게 된다. 그런데, 본드는 상대적으로 용접성이 떨어지는 관계로 용접성이 우수한 코발트, 철, 니켈 등의 금속조성으로 이루어지되 다이아몬드가 함유되어 있지 않은 블랭크(Blank) 층을 가공팁의 저면에 소정의 폭으로 형성하는 방식이 널리 사용된다.

평면적층 방식에서는 다이아몬드의 입자를 잡아주는 본드층과 샹크에 용접되는 블랭크를 각 레이어마다 일일히 구분되게 형성하는 것이 현실적으로 불가능하여 본드층을 그대로 샹크에 부착시키는 방식을 널리 사용하게 되는 바, 본드층과 샹크의 융점 등을 감안할 때 레이저 등의 열원을 이용한 용접용으로 사용 가능한 본드층의 재료가 용접성이 우수한 성분으로 한정되며 다양한 피삭재와 가공조건에 대한 사용상의 제약이 되는 단점이 있다.

한편, 가공팁의 절삭성능을 높이기 위해서는 가공면을 이루는 다이아몬드 입자군이 모두 소진되기 전에 그 하부의 다이아몬드 입자군이 노출되는 자생작용이 이루어지도록 가급적 다이아몬드를 촘촘히 배열해야 하는데, 이를 위해 평면 적층 배열방식은 모든 레이어에 대하여 다이아몬드 입자의 집중도를 높여야 하므로 비경제적인 측면이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 초연마재 집합체를 미리 준비한 후 이를 가공팁 몸체에 소결하여 다양한 패턴으로 초연마재 입자군을 형성할 수 있는 구조의 가공팁과 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 가공팁 몸체 내에서 지그재그 패턴으로 분포된 초연마재 입자군을 구비하여 보다 효율적이고 경제적인 방법으로 다양한 용도에 사용할 수 있으며, 사용조건에 제약없이 소량의 초연마재로 높은 절삭성능을 제공하게 되는 가공팁 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연마공구, 천공공구, 절단공구 등 다양한 가공기구에 적용 가능하도록 가공팁 내에서 초연마재 입자군을 입체적으로 배치할 수 있는 구조를 가진 가공팁 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따른 가공팁 제조방법은 초연마재 집합체를 제공하는 팁 프리폼을 별도로 준비한 후 이를 가공팁 몸체인 성형체에 배치한 후 소결하는 과정을 수행함으로써 가공팁을 제조한다.

즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가공팁 제조방법은, 베이스 부재의 상면에 초연마재 집합체를 피착하여 팁 프리폼을 형성하는 제1공정; 및 가공팁 몸체를 제공하는 성형체에 상기 팁 프리폼을 배치한 후 소결하는 제2공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 베이스 부재는 열분해가 가능한 섬유 또는 다공성 소재로 구성되거나, 열분해가 안되는 탄소섬유, 유리섬유, 금속망 등으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1공정은, 상기 베이스 부재의 상면에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막을 슬러리 상태로 유지한 상태에서 상기 보호막 위에 초연마재를 분산 배치하는 단계; 초연마재 집합체를 누름판으로 압착하여 상기 보호막 내에 초연마재 집 합체를 함침시키는 단계; 및 상기 보호막을 경화시키는 단계;를 포함할 수 있다.

대안으로, 상기 제1공정은, 상기 베이스 부재의 상면에 초연마재를 배치하여 초연마재 집합체를 형성하는 단계; 상기 초연마재 집합체 위에 보호막을 형성하는 단계; 및 상기 보호막을 경화시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 초연마재의 입자는 열분해가 가능한 유기물질 및/또는 금속분말이 코팅된 다이아몬드 입자인 것이 바람직하다.

다른 대안으로, 상기 제1공정은, 섬유 또는 다공성 소재로 구성되고, 상면에는 점착층이 형성된 베이스 부재를 준비하는 단계; 상기 베이스 부재의 상부에 일정 간격으로 구멍이 형성된 타공망을 위치시킨 후 상기 타공망의 구멍을 통해 상기 점착층 위에 초연마재 입자를 부착시키는 단계; 상기 타공망을 제거한 후 상기 초연마재 입자 위에 슬러리를 도포하여 보호막을 형성하는 단계; 및 상기 슬러리를 경화시키는 단계;를 포함하여 수행할 수 있다.

상기 보호막은 열분해가 가능한 유기물질 및 이를 포함하는 금속분말로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제2공정에서는, 가공방향에 해당하는 상기 성형체의 길이방향을 따라 지그재그 면 형태의 팁 프리폼을 세워서 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2공정에서, 가공면과 수직을 이루는 상기 성형체의 폭방향 양측면에는 평면 형태의 팁 프리폼을 세워서 배치하는 것이 바람직하다.

상기 제2공정 이후에는, 상기 성형체의 기저면에 대하여 초연마재를 함유하고 있지 않은 블랭크층을 형성하는 공정;이 더 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 가공기구에 장착되어 피삭재를 연마, 천공 혹은 절단하는 가공팁에 있어서, 상기 가공기구에 고정되는 몸체부; 및 상기 몸체부에 소결 형성된 지그재그 면 구조의 요철형 초연마재 입자군;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공팁이 제공된다.

상기 요철형 초연마재 입자군은, 그 테두리단이 상기 몸체부의 가공면으로 노출되도록 세워진 채로 소결 형성되는 것이 바람직하다.

가공면과 수직을 이루는 상기 몸체부의 폭방향 양측면에는 평면형 초연마재 입자군이 세워진 채로 더 소결 형성되는 것이 바람직하다.

상기 요철형 초연마재 집합부와 평면형 초연마재 집합부를 이루는 초연마재 입자들은, 상기 가공면에 수직한 방향을 기준으로 했을 때, 이웃하는 초연마재 입자층 간의 수직거리가 초연마재 입자의 직경 이내가 되도록 배열되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전동공구의 회전축에 장착되어 피삭재를 연마, 천공 혹은 절단하는 가공기구에 있어서, 상기 회전축에 장착되는 소정 형상의 샹크; 및 상기 샹크의 작업면에 고정되는 몸체부와, 상기 몸체부에 소결 형성된 지그재그 면 구조의 요철형 초연마재 입자군을 구비한 가공팁;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공기구가 제공된다.

상기 가공팁에 있어서, 요철형 초연마재 입자군은 그 테두리단이 상기 몸체부의 가공면으로 노출되도록 세워진 채로 소결 형성되는 것이 바람직하다.

상기 가공팁에 있어서, 가공면과 수직을 이루는 상기 몸체부의 폭방향 양측 면에 세워진 채로 소결 형성된 평면형 초연마재 입자군을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 몸체부는 금속, 플라스틱 및 세라믹 중 선택된 어느 하나를 포함하여 구성되고, 상기 샹크와 별도로 사출성형 또는 분말소결된 후 상기 샹크에 접합될 수 있다.

대안으로, 상기 몸체부는 금속, 플라스틱 및 세라믹 중 선택된 어느 하나를 포함하여 구성되고, 상기 샹크와 함께 일체형으로 사출성형 또는 분말소결될 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2 내지 도 12에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가공팁의 제조공정이 도시되어 있다. 도 2 내지 도 12에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가공팁 제조방법은 초연마재 입자군을 형성한 팁 프리폼(Preform)(10)을 일차적으로 제조한 후, 이 팁 프리폼(10)을 가공팁 몸체를 제공하는 성형체(18)와 함께 소결하는 과정을 수행한다.

먼저, 도 2에는 베이스 부재(Base member)(11) 위에 초연마재 집합체를 피착하여 제조된 팁 프리폼(10)이 도시되어 있다. 팁 프리폼(10)에 있어서, 베이스 부재(11)는 소결 공정시 섬유 또는 다공성 소재로 구성되는 것이 바람직하며, 성형체(18)에 대한 배치 작업성을 감안할 때 리본 형태로 제공되는 것이 바람직하다.

상기 다공성 소재로는 탄소섬유, 유리섬유, 금속망, 기타 열분해가 가능한 다공성 재료 등이 채택될 수 있다. 여기서, 탄소섬유, 유리섬유 등을 사용할 경우에는 소결시 수축변형이 없어 소결체의 체적 및 치수를 예측 가능하며, 섬유망 사이로 금속분말간의 소결접합이 가능하고, 망 사이의 비표면적이 넓어 망과 본드간의 접합력도 좋은 장점이 있다. 또한, 금속망은 소결시 수축변형이 최소화 되며 본드와의 접합력이 좋은 장점이 있다. 한편, 열분해가 가능한 다공성 재료를 사용할 경우에는 소결후 다공성 재료가 열분해되어 본드 사이에 소결접합을 방해하는 장애막 역할을 하지 않게 되는 장점이 있다.

상기 초연마재로는 다이아몬드 입자(13)가 채용되는 것이 바람직하나, 이러한 예에 한정되지 않고 입방정질화붕소(CBN)와 같은 여타의 고경도 소재가 채용 가능함은 물론이다. 이하에서는 초연마재로서 다이아몬드를 사용한 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.

도 2에서 베이스 부재(11)의 상면에 형성되는 보호막(12)은 다이아몬드 입자(13)를 베이스 부재(11)에 고정시키는 한편, 팁 프리폼(10)에 소정의 기계적 강도 를 부여하는 역할을 하는 것으로서, 바람직하게 소결 공정시 열분해가 가능한 고분자 수지 등에 필요에 따라 금속본드와 소결 접합력이 좋은 금속분말이 첨가된 조성을 갖는다.

상기 보호막(12)은 다이아몬드 입자(13)의 배치 이전 혹은 이후에 형성된다. 전자의 경우, 보호막(12)을 베이스 부재(11)의 상면에 형성한 이후 소정 온도로 가열하여 슬러리(Slurry) 상태로 유지한 상태에서 상기 보호막(12) 위에 다이아몬드 입자(13)를 일정 패턴 혹은 불규칙 패턴으로 분산 배치하는 과정이 수행되고, 이후 다이아몬드 입자(13)들을 소정의 누름판(미도시)으로 압착하여 보호막(12) 내에 함침시킨 후 상기 보호막(12)을 냉각하여 경화시키는 과정을 수행함으로써 팁 프리폼(10)을 제조하게 된다. 후자의 경우에는, 베이스 부재(11)의 상면에 다이아몬드 입자(13)를 분산 배치한 후, 그 위에 열분해가 가능한 고분자 수지 등이 첨가된 코팅액을 도포하여 다이아몬드 입자(13)들을 함침시키고, 이후 보호막(12)을 경화시키는 과정을 수행하여 팁 프리폼(10)을 제조할 수 있다.

바람직하게, 상기 다이아몬드 입자(13)는 금속분말로 코팅된 형태로 보호막(12) 내에 함침된다. 이 경우 금속분말 코팅층(14)의 두께에 따라 입자 간의 간격이 조절되므로 다이아몬드 입자(13)의 배치작업시 입자 간 이격공간을 확보하기 위한 별도의 기구가 요구되지 않는다.

팁 프리폼(10)을 제조함에 있어서, 다이아몬드 입자(13)들은 도 3에 도시된 바와 같이 베이스 부재(11)의 양면에 배치되어 보호막(12)에 의해 코팅될 수도 있다. 이 경우 베이스 부재(11)의 양면이나 일면에 규칙적인 패턴(또는 랜덤)의 다이 아몬드 입자(13)를 형성하여 집중도를 높임으로써 내마모도를 높일 수 있다.

또한, 다이아몬드 입자(13)들은 도 4에 도시된 바와 같이 복수개의 베이스 부재(11)에 의해 지지된 상태로 수 층으로 적층된 형태로 배치될 수 있다. 이 경우 각 층은 규칙적인 패턴(또는 랜덤)이 인접하거나, 규칙적인 패턴과 랜덤한 분포가 교번되도록 형성될 수 있다.

또한, 다이아몬드 입자(13)들은 도 5에 도시된 바와 같이 단일의 베이스 부재(11) 위에 다이아몬드 입자(13)들끼리 수 층으로 적층된 형태로 배치될 수도 있다. 이 경우 적층은 규칙적인 패턴 혹은 랜덤하게 이루어지며, 입자들의 크기는 균일하거나 서로 다르게 분포될 수 있다.

한편, 베이스 부재(11) 위에 다이아몬드 입자(13)를 고정시키는 대안으로는, 베이스 부재(11)의 상면에 소정의 점착제를 도포하여 점착층이 형성된 베이스 부재(11)를 준비하고, 베이스 부재(11)의 상부에 타공망을 위치시킨 후 타공망의 구멍을 통해 점착층 위에 다이아몬드 입자(13)를 일정 패턴으로 부착시키는 과정과, 타공망을 제거한 후 열분해가 가능한 고분자 수지 등에 필요에 따라 금속분말을 혼합한 슬러리를 도포하는 과정과, 상기 슬러리를 경화시키는 과정을 수행함으로써 팁 프리폼(10)을 제조하는 것도 가능하다.

베이스 부재(11) 상면에 형성되는 다이아몬드 집합체(15)는 도 6에 도시된 바와 같이 규칙적인 패턴으로 분포될 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 불규칙적인 패턴으로 분포될 수도 있다. 여기서, 다이아몬드 입자층 간의 수평 혹은 수직 거리(입자중심 간 거리)는 입자의 직경 이내로 설정되는 것이 바람직하다. 다이아 몬드 입자(13)들을 이와 같이 배열하면, 후술하는 가공팁의 가공면에 수직한 방향을 기준으로 했을 때, 다이아몬드 입자(13) 간에 입자의 직경 이내에 해당하는 중첩폭이 형성되어 어느 한 층의 다이아몬드 입자(13)가 다 소진되기 전에 그 아래층의 다이아몬드 입자(13)가 노출되는 자생작용이 원활하게 이루어질 수 있다.

베이스 부재(11)의 상면에 다이아몬드 집합체(15)를 피착하여 팁 프리폼(10)을 형성한 후에는 팁 프리폼(10)을 가공팁 몸체를 제공하는 성형체(18)에 소정 패턴으로 배치한 후 소결하는 공정이 진행된다. 이때, 팁 프리폼(10)은 평면 형태를 비롯하여 다양한 형태로 가공된 후 성형체(18)에 배치, 소결된다.

도 8에는 팁 프리폼(10)을 성형체(18) 내에 실질적인 지그재그 형태로 소결하기 위해 미리 요철 형태로 성형하는 공정이 개략적으로 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 평면 형태의 팁 프리폼(10)을 상호 치합 가능한 한 쌍의 요철형 성형틀(16,17) 사이에 개재한 후 압착하면 지그재그 면을 갖는 요철형 팁 프리폼(10')을 얻을 수 있다.

도 9에는 요철형 팁 프리폼(10')과 평면형 팁 프리폼(10)을 성형체(18)에 배치한 예가 도시되어 있다. 도면에 도시된 성형체(18)는 소결전 상태를 나타내는 것으로서, 연마공구, 천공공구 혹은 절단공구 등의 가공기구의 작업면, 즉 회전시 실질적으로 가공작업이 이루어지는 면의 둘레에 상응하는 소정 곡률로 만곡된 형태를 가진 다면체로 구성되며, 폭방향으로 적어도 두 부분으로 분할된 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 성형체(18)의 분할편(18a,18b) 사이에는 요철형 팁 프리폼(10)이 세워진 상태로 배치되고, 후술하는 가공면과 수직을 이루게 되는 폭방향으로 양 측면에는 평면형 팁 프리폼(10)이 세워진 상태로 배치된다. 여기서, 성형체(18)에 대한 팁 프리폼(10)의 배치 패턴이 이러한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능함은 물론이다.

도 10에는 요철형 팁 프리폼(10')을 요철 형태의 성형체(18)에 배치한 예가 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 요철 형태의 분할편(18a,18b)으로 이루어진 성형체(18)의 경우, 도 9에서 다이아몬드가 함유되어 있지 않은 부분의 마찰부하를 최소화할 수 있는 요홈 구조가 제공되므로 절삭력을 향상시킬 수 있고, 피삭재의 절분 배출이 원활히 이루어질 수 있으므로 절분에 의한 이차적인 마모현상을 최소화하여 가공팁의 수명을 증대할 수 있는 효과가 있다. 여기서, 도 11에 도시된 바와 같이 성형체(18)의 분할편(18a,18b) 바깥면에 추가로 요철형 팁 프리폼(10')을 더 배치할 경우 절삭효율을 보다 향상시킬 수 있다.

상기와 같이 성형체(18)에 팁 프리폼(10)을 배치한 후에는 대략 600~1200℃, 보다 바람직하게는 800~900℃의 온도로 소결처리를 수행하여 도 12에 도시된 바와 같이 요철형 다이아몬드 입자군(21)과 평면형 다이아몬드 입자군(22,23)을 가공팁 몸체부(18')에 형성하는 공정이 수행된다.

비록, 도면에는 미도시되었으나, 몸체부(18')에 다이아몬드 입자군(21,22,23)을 분포시킨 후에는 몸체부(18')의 기저면에 대하여 다이아몬드를 함유하고 있지 않은 블랭크층을 형성하는 공정이 더 수행되는 것이 바람직하다. 이때, 블랭크층은 가공팁이 부착되는 가공기구의 재질을 고려하여 용접성이 좋은 물질을 선택하여 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 공정을 통해 제조된 가공팁에는 도 13에 나타난 바와 같이 가공방향에 해당하는 몸체부(18') 길이방향을 따라 연장되되 몸체부(18')의 폭방향 양 가장자리 사이를 교번하여 가로지르는 지그재그 패턴의 요철형 다이아몬드 입자군(21)과, 상기 몸체부(18')의 폭방향 양 가장자리에 형성된 평면형 다이아몬드 입자군(22,23)이 구비된다. 여기서, 몸체부(18') 내에 소결 형성된 요철형 다이아몬드 입자군(21)은 가공팁의 폭방향을 기준으로 경사진 다이아몬드 배열면을 주기적으로 구비함으로써 다이아몬드 입자(13)의 점유용적을 극대화하고 가공작업시 절분 배출을 용이하게 이루어지도록 작용한다. 또한, 몸체부(18')의 양 가장자리에 소결 형성된 평면형 다이아몬드 입자군(22,23)은 가공작업시 가공팁의 양 가장자리가 빨리 마모되는 것을 보강하는 작용을 하게 된다.

본 발명에 있어서 다이아몬드 입자군(21,22,23)의 패턴은 위와 같은 구조에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다. 본 발명에 따라 제공되는 가공팁의 다른 예로서, 도 14에는 요철형 다이아몬드 입자군(24)에 있어서 지그재그 패턴의 방향전환 부분에 선택적으로 다이아몬드 입자(13)를 형성하지 않은 구조를 통해 방향전환 부분에서의 과도한 다이아몬드 입자의 배열에 의한 가공폭 방향 마모 구배를 줄일 수 있는 다이아몬드 패턴이 도시되어 있다.

본 발명에 따라 제공되는 가공팁의 또 다른 예로서, 도 15에는 몸체부(18')에 요철형 다이아몬드 입자군(21)을 두 층으로 소결 형성함으로써 보다 두꺼운 가공폭에 적용 가능한 다이아몬드 패턴이 도시되어 있다.

본 발명에 따라 제공되는 가공팁의 또 다른 예로서, 도 16에는 몸체부(18') 의 가공방향 양단 사이를 교번하여 가로지르도록 지그재그 패턴을 형성함으로써 폭방향 양 가장자리의 평면형 패턴과 가공방향 양단 사이의 요철형 패턴을 일괄적으로 형성할 수 있는 다이아몬드 입자군(25)이 도시되어 있다.

본 발명에 따라 제공되는 가공팁의 또 다른 예로서, 도 17에는 가공팁의 폭방향 양 가장자리 사이를 교번하여 가로지르도록 지그재그 패턴을 형성하되, 폭방향 양 가장자리의 평면형 패턴을 함께 형성할 수 있는 다이아몬드 입자군(26)이 도시되어 있으며, 도 18에는 이와 같은 구조에서 절분 배출성능을 보다 향상시킬 수 있도록 가공폭 방향에 대하여 경사진 배열면을 구비한 다이아몬드 입자군(27)이 도시되어 있다.

도 19에는 본 발명에 따라 제공되는 가공기구의 일 예로서 천공가공용으로 사용되는 코어드릴(Core drill) 구조가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 가공기구는 샹크(Shank)(30)와, 샹크(30)의 작업면을 따라 일정 간격으로 배치된 가공팁(20)을 포함한다.

샹크(30)는 가공기구의 몸체가 되는 부분으로서, 회전동력을 전달하는 축이 결합되는 장착부(31)를 구비한다. 이러한 샹크(30)는 바람직하게 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 캐스팅(Casting)되거나 강화플라스틱 등의 재질로 사출성형(또는 분말소결)될 수 있다. 여기서, 샹크(30)의 형태는 도면에 도시된 바와 같은 원통형에 한정되지 않고 원반형이나 원추형 등으로 다양하게 변형 가능하다. 절단가공용으로 사용되는 원반형 샹크(도 20의 32)의 경우는 그 외주연에 가공팁(20)이 부착되고, 연마가공용으로 사용되는 원추형 샹크(도 21의 33)의 경우 가공팁(20)이 그 림(Rim) 부분에 부착된다.

샹크(30)의 작업면에 고정되는 가공팁(20)은 세그먼트(Segment) 혹은 림 타입의 몸체부(18')와, 몸체부(18')에 소결 형성된 다이아몬드 입자군(21,22,23)을 포함한다.

몸체부(18')는 금속, 플라스틱 및 세라믹 중 선택된 어느 하나를 포함하여 구성되고, 상기 샹크의 작업면에 용접되거나, 상기 샹크와 별도 혹은 일체로 사출성형, 분말소결 등의 다양한 공법을 통해 성형되어 샹크에 고정된다. 특히, 금속분말을 소량의 유기용제, 왁스, 파라핀 및 용매와 혼합하여 유동성을 갖는 슬러리 형태로 만든 후, 소정 형상의 몰드 내에 상술한 팁 프리폼(10,10')을 배치한 상태에서 압출하여 충진하고, 탈지(Dewaxing) 공정과 소결공정을 수행하게 되면 가공팁의 두께와 무관하게 복잡한 형상의 가공팁도 용이하게 성형 및 고정할 수 있는 장점이 있다.

몸체부(18')에는, 그 테두리단이 상기 몸체부(18')의 가공면으로 노출되도록 세워진 채로 소결 형성된 지그재그 면 구조의 요철형 다이아몬드 입자군(21)과, 가공면과 수직을 이루는 상기 몸체부(18')의 폭방향 양측면에 세워진 채로 소결 형성된 평면형 다이아몬드 입자군(22,23)을 구비한 구조가 사용되는 것이 바람직하나, 대안으로 상술한 다양한 다이아몬드 패턴을 갖는 구조도 채택 가능하다. 이러한 가공팁의 구성은 상술한 바와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 팁 프리폼(10)을 미리 제작한 후 적절한 패턴으로 성형체(18)에 배치하고, 이를 소결하여 가공팁을 제조하게 되므로 종래의 평면 적층 방식에 비해 균질한 절삭성능을 갖는 다양한 다이아몬드 분포 구조를 제공할 수 있다.

특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 가공팁 내에서 가공방향을 따라 지그재그 형태로 구비되는 다이아몬드 패턴이 제공되는데, 이러한 구조에 따르면 피삭재에 대하여 가공기구가 회전 구동될 때 가공방향을 따라 지그재그 형태의 다이아몬드가 절삭작용을 수행함으로써 실질적으로 다이아몬드 입자가 없는 영역을 제거할 수 있고, 경사지게 배열된 부분에 의해 절분의 배출이 원활히 이루어지게 되므로 절삭성능이 향상된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가공팁 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 초연마재 입자군을 가공팁 몸체에 형성함에 있어 종래의 일차원적 평면 적층 방식이 아닌 삼차원적인 배치 및 소결 방식이 제공되므로 다양한 패턴으로 초연마재를 분포시킬 수 있다.

둘째, 가공팁 몸체 내에 지그재그 패턴으로 분포된 초연마재 입자군을 구비함으로써 비교적 적은 양의 초연마재로 높은 절삭성능을 제공할 수 있으며, 특히 폭이 넓은 가공팁 제조시에도 초연마재를 경제적으로 사용할 수 있다.

셋째, 팁 프리폼을 소정 형상으로 밴딩하여 가공팁 몸체에 소결시키는 방식을 통해 가공팁의 곡면 형성 방향을 자유롭게 설정할 수 있으므로 연마공구, 천공공구, 절단공구 등 다양한 가공기구에 적용이 가능하다.

넷째, 다이아몬드 입자에 대한 금속분말 코팅층의 두께를 조절함으로써 초연마재 입자 간의 스페이싱(Spacing)을 용이하게 조절할 수 있고, 이를 이용한 입자 간 중첩폭 형성이 용이하여 자생작용이 원활히 이루어질 수 있다.

다섯째, 다이아몬드를 잡아주는 본드층과 블랭크층의 재질을 다르게 구성할 수 있으므로 가공기구의 소재를 고려하여 용접성이 좋은 다양한 재료로 블랭크층을 구성할 수 있다.

Claims (19)

1. 가공기구에 장착되어 피삭재를 연마, 천공 혹은 절단하는 가공팁의 제조방법에 있어서,

   베이스 부재의 상면에 초연마재 집합체를 피착하여 팁 프리폼을 형성하는 제1공정; 및

   가공팁 몸체를 제공하는 성형체에 상기 팁 프리폼을 배치한 후 소결하는 제2공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공팁 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 베이스 부재는 섬유 또는 다공성 소재로 구성되고,

   상기 제1공정은,

   상기 베이스 부재의 상면에 보호막을 형성하는 단계;

   상기 보호막을 슬러리 상태로 유지한 상태에서 상기 보호막 위에 초연마재를 분산 배치하는 단계;

   초연마재 집합체를 누름판으로 압착하여 상기 보호막 내에 초연마재 집합체를 함침시키는 단계; 및

   상기 보호막을 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공팁 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 베이스 부재는 섬유 또는 다공성 소재로 구성되고,

   상기 제1공정은,

   상기 베이스 부재의 상면에 초연마재를 배치하여 초연마재 집합체를 형성하는 단계;

   상기 초연마재 집합체 위에 보호막을 형성하는 단계; 및

   상기 보호막을 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공팁 제조방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 초연마재의 입자는 열분해가 가능한 유기물질 및/또는 금속분말이 코팅된 다이아몬드 입자인 것을 특징으로 하는 가공팁 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1공정은,

   섬유 또는 다공성 소재로 구성되고, 상면에는 점착층이 형성된 베이스 부재를 준비하는 단계;

   상기 베이스 부재의 상부에 타공망을 위치시킨 후 상기 타공망의 구멍을 통해 상기 점착층 위에 초연마재 입자를 부착시키는 단계;

   상기 타공망을 제거한 후 상기 초연마재 입자 위에 슬러리를 도포하여 보호막을 형성하는 단계; 및

   상기 슬러리를 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공팁 제조방법.
6. 제2항, 제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 보호막은 열분해가 가능한 유기물질 및 이를 포함하는 금속분말로 이루어진 것을 특징으로 하는 가공팁 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 제2공정에서,

   가공방향에 해당하는 상기 성형체의 길이방향을 따라 지그재그 면 형태의 팁 프리폼을 세워서 배치하는 것을 특징으로 하는 가공팁 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 제2공정에서,

   가공면과 수직을 이루는 상기 성형체의 폭방향 양측면에는 평면 형태의 팁 프리폼을 세워서 배치하는 것을 특징으로 하는 가공팁 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 제2공정 이후에,

   상기 성형체의 기저면에 대하여 초연마재를 함유하고 있지 않은 블랭크층을 형성하는 공정;을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 가공팁 제조방법.
10. 가공기구에 고정되어 피삭재를 연마, 천공 혹은 절단하는 가공팁에 있어서,

    상기 가공기구에 고정되는 몸체부; 및

    상기 몸체부에 소결 형성된 지그재그 면 구조의 요철형 초연마재 입자군;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공팁.
11. 제10항에 있어서,

    상기 요철형 초연마재 입자군은, 그 테두리단이 상기 몸체부의 가공면으로 노출되도록 세워진 채로 소결 형성된 것을 특징으로 하는 가공팁.
12. 제10항에 있어서,

    가공면과 수직을 이루는 상기 몸체부의 폭방향 양측면에 세워진 채로 소결 형성된 평면형 초연마재 입자군;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공팁.
13. 제12항에 있어서,

    상기 요철형 초연마재 입자군과 평면형 초연마재 입자군을 이루는 초연마재 입자들은, 상기 가공면에 수직한 방향을 기준으로 했을 때, 이웃하는 초연마재 입자층 간의 수직거리가 초연마재 입자의 직경 이내가 되도록 배열된 것을 특징으로 하는 가공팁.
14. 제10항에 있어서,

    상기 몸체부에는 초연마재가 분산 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 가공 팁.
15. 전동공구의 회전축에 장착되어 피삭재를 연마, 천공 혹은 절단하는 가공기구에 있어서,

    상기 회전축에 장착되는 소정 형상의 샹크; 및

    상기 샹크의 작업면에 고정되는 몸체부와, 상기 몸체부에 소결 형성된 지그재그 면 구조의 요철형 초연마재 입자군을 구비한 가공팁;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공기구.
16. 제15항에 있어서,

    상기 요철형 초연마재 입자군은, 그 테두리단이 상기 몸체부의 가공면으로 노출되도록 세워진 채로 소결 형성된 것을 특징으로 하는 가공기구.
17. 제15항에 있어서,

    상기 가공팁에 있어서, 가공면과 수직을 이루는 상기 몸체부의 폭방향 양측면에 세워진 채로 소결 형성된 평면형 초연마재 입자군;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공기구.
18. 제15항에 있어서,

    상기 몸체부는 금속, 플라스틱 및 세라믹 중 선택된 어느 하나를 포함하여 구성되고, 상기 샹크와 별도로 사출성형 또는 분말소결된 후 상기 샹크에 접합된 것을 특징으로 하는 가공기구.
19. 제15항에 있어서,

    상기 몸체부는 금속, 플라스틱 및 세라믹 중 선택된 어느 하나를 포함하여 구성되고, 상기 샹크와 함께 일체형으로 사출성형 또는 분말소결된 것을 특징으로 하는 가공기구.

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