KR20090091999A - 윤활유 함침 비트리파이드 숫돌 - Google Patents

윤활유 함침 비트리파이드 숫돌

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Abstract

본 발명에서는, 날세움의 용이성을 유지한 채로, 연삭 버닝, 연삭칩의 메움이나 용착이 발생하기 어렵고, 연마용 입자의 유지력이 뛰어난 비트리파이드 숫돌을 제공한다.
세그먼트(segment) 팁 숫돌의 비트리파이드 숫돌 조직 내의 기공에 오일이 함침되어 있으므로, 용착이나 로딩의 발생이 매우 적합하게 방지되어 연삭 버닝이 방지된다. 또한, 비트리파이드 숫돌의 특징인 날세움의 용이성이 유지되면서, 숫돌의 손상이 매우 적합하게 방지되는 것과 동시에, 높은 연삭비를 얻을 수 있다. 게다가, 결합제에는 고체 윤활제인 흑연이 혼입되어 균일하게 분산되고 있는 것으로부터, 연삭시에 있어서 윤활 효과가 있는 연삭액을 이용하지 않고, 예를 들어 물 혹은 냉풍만으로도 연삭이 가능해진다.

Description

윤활유 함침 비트리파이드 숫돌{Oil impregnated vitrified grinding wheel}
본 발명은, 비트리파이드 숫돌 조직 내에 고체 윤활제를 포함한 오일이 함침되고, 한편 경화된 고체 윤활제를 포함한 오일 함침 비트리파이드 숫돌에 관한 것이다.
무기 결합제의 비율을 높고 하는 것에 의하여, 강도 및 결합도를 높게 한 비트리파이드 숫돌이 제안되어 실용화 되고 있다. 이러한 비트리파이드 숫돌은 경도가 높기 때문에, 고능률 연삭이라고 하는 목적은 어느 정도의 범위에서 달성할 수 있지만, 아직도 충분하지 않았다. 무기 결합제의 비율을 높게 하는 것으로 고강도가 되는 것으로부터 고능률 연삭이 가능해지지만, 무기 결합제의 비율을 높게 하면, 기공이 극단적으로 적게 될 뿐만 아니라 연마용 입자의 파쇄 및 이탈이 불충분하게 되어 연삭 버닝, 연삭칩의 로딩이나 용착이 발생하기 쉬워지는 등의 연삭 성능상의 부적합성이 발생하며, 사용시에 비트리파이드 숫돌의 손상이 발생하기 쉬워진다고 하는 결점이 있었다.
한편, 비트리파이드 숫돌 원료를 핫 프레스 등을 이용해 성형하는 것으로써 얻은 기공이 적은 비트리파이드 숫돌을 제조하여 그것을 고능률 연삭에 이용하는 경우에는, 특수 제조 설비 또는 능률이 낮은 제조 설비를 필요로 하게 되어, 제품이 고가가 될 뿐만 아니라, 제조 가능한 숫돌 치수의 제한이 있다.
본 발명은 이상의 사정을 배경으로 한 것이며, 그 목적은, 비트리파이드 숫돌의 특징인 날세움의 용이성을 유지한 채로, 연삭 버닝, 연삭칩의 로딩이나 용착이 발생하기 어렵고, 연마용 입자의 유지력이 뛰어나며 게다가, 연삭액을 이용하지 않고, 물 혹은 냉풍에 의해서도 비교적 충분한 연삭성능을 얻을 수 있는 비트리파이드 숫돌을 발명하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 고체 윤활제를 포함한 오일 함침 비트리파이드 숫돌은, 연마용 입자, 혹은 연마용 입자와 골재가 무기 결합제에, 결합된 비트리파이드 숫돌 조직을 갖춘 비트리파이드 숫돌이며, 비트리파이드 숫돌 조직내의 공극 내에, 고체 윤활제를 포함한 오일이 함침되도록 한다.
이와 같이 하면, 비트리파이드 숫돌 조직 내의 공극내에, 고체 윤활제를 포함한 오일이 함침 되므로, 아래의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 고체 윤활제를 포함한 오일이 비트리파이드 숫돌 조직 내의 공극내에 함침되어 있으므로, 연삭 버닝, 연삭칩의 로딩이나 용착이 발생하기 어렵고, 연삭 가공상의 문제가 해소되는 것과 동시에, 연마용 입자의 유지력을 높일 수 있으며, 연삭비가 큰폭으로 개선되며 게다가 비트리파이드 숫돌이 날세움의 용이성이 보관 유지되면서, 그 비트리파이드 숫돌의 손상이 매우 적합하게 방지된다. 환언하면, 비트리파이드 숫돌 조직 내에 함침 당하는 오일은 기공을 매우고 있으므로, 용착이나 로딩의 발생이 매우 적합하게 방지되는 것과 동시에, 기공을 매립하는 오일은 윤활 효과를 가지고, 피삭재에 대해서는 패인 상태가 되므로, 연마용 입자의 파쇄나 탈락이 적당히 행해져서, 연삭 버닝이 매우 적합하게 방지되며, 게다가, 연삭시의 초경질 입자의 조기 탈락이 억제되므로, 높은 연삭비를 얻을 수 있는 것이다. 그리고, 고체 윤활제가 비트리파이드 숫돌 조직 내의 기공 내에 함침시킨 오일 중에 포함되어 있으므로, 윤활 효과를 갖춘 연삭액을 이용하지 않고, 물이나 냉풍에서도 연삭이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 하나의 발명 방안의 고체 윤활제를 포함한 오일 함침 비트리파이드 숫돌인 세그먼트(segment) 팁 숫돌을 나타내는 사시도
도 2 도 1의 세그먼트(segment) 팁 숫돌이 외주면에 붙여 댈 수 있었던 숫돌을 나타내는 사시도
도 3 도 1의 세그먼트(segment) 팁 숫돌의 제조 공정을 설명하는 설명도
[부호의 설명]
10 : 세그먼트 팁 숫돌
14 : 외주 숫돌층
16 : 내주 숫돌층
매우 바람직하게는, 비트리파이드 숫돌은, 바람직하게는 10보다 크고 한편 230미만 정도, 가장 바람직하기로는 20∼200의 집중도로 다이아몬드 연마용 입자, CBN 연마용 입자, 혹은 그러한 혼합 연마용 입자 등의 누프 경도가 3000이상이며 60 메쉬(평균 입경 220μm) 내지 800 메쉬(평균 입경 20μm)의 초경질 입자를 포함하는 것이다. 또, 오일 함침전의 비트리파이드 숫돌은, 20∼75 용적％, 한층 더 바람직하게는 30∼65 용적％의 기공율을 갖춘다.
또한, 매우 바람직하게는, 무기 결합제는, 초경질 입자를 이용했을 경우에 적당한 것인, 예를 들어 붕화 규산 유리, 결정화 유리가 이용된다. 이 결정화 유리로서는, 예를 들어 위레마이트를 석출하는 유리이다. 또, 무기 결합제로서는, 연마용 입자의 유지력을 충분한 것으로 하기 위해서, 초경질 입자의 열팽창 계수를 범위의 열팽창 계수가 선택된다.
또, 매우 바람직하기로는, 무기 결합제는, 연마용 입자의 유지력을 유지하는 한편 앞에서 언급한 것과 같은 기공율을 갖추기 위해서 비트리파이드 숫돌에 대해서 15∼35 체적％의 범위의 비율로 이용된다. 또, 비트리파이드 초경질 입자 숫돌에는, 필요에 따라서, 무기 벌룬과 같은 무기질 중공 물질과 같은 기공 형성재가 골재로서 포함되어도 괜찮다.
또한, 고체 윤활제는, 비트리파이드 숫돌의 기공보다 충분히 작은 지름, 예를 들어 평균 입경이 1μm 이하의 흑연과 graphite이다. 이와 같이 하면, 고체 윤활제가 비트리파이드 숫돌 조직 내에 균일하게 배치되므로, 그 고체 윤활제의 윤활 효과가 매우 적합하게 얻을 수 있다.
또한, 매우 바람직하게는, 고체 윤활제는, 비트리파이드 숫돌 조직 내에 함침시키는 오일에 대해서 1 내지 80 중량％의 범위에서 포함된다. 1 중량％를 넘는 경우에는 고체 윤활제의 효과를 충분히 얻기 어려워지며, 80 중량％를 넘으면, 오일의 점성이 높아져 비트리파이드 숫돌 조직에 대한 함침이 충분히 행해지기 어려워진다.
[발명의 매우 적합한 실시의 형태]
본 발명의 하나의 실시의 형태를 도면에 근거해 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 하나의 방안인 수지 함침 보강 구조를 갖춘 비트리파이드 숫돌인 세그먼트(segment) 팁 숫돌(10)을 나타내고 있다. 이 세그먼트(segment) 팁 숫돌(10)은, 전체적으로 판재가 원호상으로 만곡되는 형상을 이루며, 금속제, 섬유강화 수지제, 혹은 비트리파이드 숫돌제의 코어부(12)의 외주면에 대해서, 예를 들어 엑폭시계의 접착제에 의해 틈새 없게 붙일 수 있는 것이다. 도 2에 나타내는 숫돌(18)은, 상기 세그먼트(segment) 팁 숫돌(10)이 코어부(12)의 외주면에 붙여 댈 수 있는 것으로 구성된 것이다. 덧붙여 코어부(12)의 중앙에는, 회전축 설치구멍이 설치되고 있다.
상기 세그먼트(segment) 팁 숫돌(10)은, 오로지 연삭에 관여하는 외주 숫돌층(14) 및 그 외주 숫돌층(14)을 기계적으로 지지하기 위한 기능을 가지는 내주 숫돌층(16)과 일체적으로 구성되어 있다. 외주 숫돌층(14) 및 내주 숫돌층(16)은, 서로 공통의 무기 결합별제로 결합되고 있지만, 연마용 입자가 주로 다르다. 즉, 외주 숫돌층(14)은 CBN 연마용 입자, 다이아몬드 연마용 입자 등의 누프 경도가 3000이상의 초경질 입자를 갖춘 것이지만, 내주 숫돌층은, 용해 알루미나질, 탄화 규소질 등의 일반 연마용 입자를 갖추며 염가로 구성된 것이다. 덧붙여 상기 초경질 입자는, 60 메쉬(평균 입경 220μm) 내지 800 메쉬(평균 입경 20μm)의 범위내의 크기의 것이 매우 적합하게 이용된다.
상기 세그먼트(segment) 팁 숫돌은, 예를 들어 도 3에 나타내는 공정에 따라 제조된다. 먼저, 원료 조제 공정(20)에서는, 세그먼트(segment) 팁 숫돌의 원료인 연마용 입자와 유리질의 무기 결합제와 덱스트린과 같은 점결제와 필요에 따라서 적당 혼입되는 유기물 혹은 무기 벌룬과 같은 기공 형성제가 외주 숫돌층 및 내주 숫돌층 마다 미리 설정된 비율로 들어가고 한편 혼합되는 것으로 각각 조제된다. 상기 무기 결합제는, 붕화 규산 유리, 또는 위레마이트를 석출하는 결정화 유리이며, 초경질 입자의 열팽창 계수에 대해서 -2× 10-6에서 +2× 10-6 (1/K:실온∼ 500℃) 정도의 열팽창 계수를 갖춘 것이다. 또, 무기 결합제는, 소성 후의 비트리파이드팁 숫돌 10에 대해 15 내지 35 용적％의 범위내에서 함유 되도록 조제된다. 예를 들어, 외주 숫돌층의 원료로서는, 흑연 입자 type-I #80/#100을 50. 0 중량부에 대해서 비트리파이드 결합제를 18. 0 중량부 및 호량을 10. 0 중량부를 혼합한 것이 준비되어 내주 숫돌층의 원료로서는, 그래파이트 입자(#80)를 50. 0 중량부에 대해서 비트리파이드 결합제를 18.0 중량부 및 호량을 10. 0 중량부를 혼합한 것이 준비된다.
그 다음에, 성형 공정(22)에서는, 소정의 프레스 금형 내에 상기 외주 숫돌층 및 내주 숫돌층의 원료가 충전되어 한편 프레스 되는 것으로, 도 1에 나타내는 형상으로 성형된다. 계속되는 소성공정(24)에서는, 예를 들어 900℃ 정도의 온도로 성형 후의 물건이 소결되며, 예를 들어 길이 40 mm, 폭 10. 4 mm, 두께 7. 4 mm의 세그먼트(segment) 팁 숫돌을 얻을 수 있다. 이 소성공정(24)에서는, 원료에 포함되는 점결제가 소실 당하는 것과 동시에, 무기 결합제가 용해되어 연마용 입자를 서로 결합한다. 이것에 의해, 초경질 입자가 무기 결합제 보다 결합된 다수의 연속 기공을 가지는 다공질의 비트리파이드 숫돌 조직이 구성된다. 이 비트리파이드 숫돌 조직은, 예를 들어, 10 내지 230, 좋기로는 20 내지 200의 범위내의 집중도와 20 내지 75 용적％, 바람직하게는 30 내지 65 용적％의 기공율을 갖추고 있다.
한편, 조합공정(26)에서는 윤활유로서 사용되는 오일이 조정된다. 고체 윤활제로서 평균 입경이 1μm 이하의 흑연이 상기 오일에 대해서 1 내지 80 중량％의 범위내에서 혼입된다. 오일로서는, 비교적 높은 점성의 것이 이용된다.
함침 공정(28)에서는, 상기 소성공정을 거친 다수의 연속 기공을 가지는 다공질의 비트리파이드 숫돌 조직에, 오일이 함침되어 고체 윤활제도 다공질의 비트리파이드 숫돌 조직 내에 균일하게 분산 당한다. 예를 들어, 오일을 예를 들어 10 mm 정도의 깊이가 되도록 소정의 스텐레스 용기내에 수용함과 함께, 그 용기내의 오일에 성형 및 소성 후의 세그먼트(segment) 팁 숫돌을 전부 침지한 상태로 진공 탈포를 실시하는 것으로, 수지 함침을 한다. 그러나, 다공질의 비트리파이드 숫돌 조직을 오일 내에 일부 침지한 상태로 함침시켜도 괜찮다.
그 후 조정 공정(30)에서는, 함침된 오일이 비트리파이드 숫돌로부터 용이하게 빠져 나오지 않도록 하는 처리를 행한다.
이상의 공정을 거쳐 제조된 세그먼트(segment) 팁 숫돌은, 예를 들어 366 mmφ의 코어부의 외주면에 예를 들어 에폭시 수지 접착제를 이용하고, 예를 들어 도 2에 나타내는 숫돌이 제조된다.
상기와 같이 구성된 숫돌은, 세그먼트(segment) 팁 숫돌의 비트리파이드 숫돌 조직내에 함침되는 오일의 존재에 의해 기공이 매립되어 있으므로, 연삭중에 용착이나 로딩의 발생이 매우 적합하게 방지된다. 또, 기공을 매우는 오일은 피삭재에 대해서는 패인 상태가 되므로, 연마용 입자의 파쇄나 탈락이 적당히 행해져 연삭 버닝도 매우 적합하게 방지된다. 또, 비트리파이드 숫돌의 특징인 날세움의 용이성이 보관 유지되면서, 숫돌의 손상이 매우 적합하게 방지된다. 동시에, 연마용 입자는 유지력을 높일 수 있으며, 연삭시의 조기의 입자 탈락이 억제되므로, 높은 연삭비를 얻을 수 있다. 게다가 종래의 비트리파이드 숫돌의 제조 공정에 오일 함침 공정을 더하는 것만으로 좋기 때문에, 특수하고 한편 능률이 낮은 제조 설비를 이용하는 핫 프레스 등에 비교해, 제품이 염가가 될 뿐만 아니라, 제조 가능한 숫돌 치수의 제한이 없다. 게다가, 비트리파이드 숫돌 조직 내에 함침 당하는 오일에는 고체 윤활제인 흑연이 혼입되어 균일하게 분산 당하고 있는 것으로부터, 연삭시에 있어 윤활 효과가 있는 연삭액을 이용하지 않고, 예를 들어 물 혹은 냉풍에서도 연삭이 가능해진다.
이하, 상기와 같은 공정으로 제조된 세그먼트(segment) 팁 숫돌을 이용해, 거기에 함침 경화된 고체 윤활제를 포함한 오일과 숫돌 성능과의 관계를 분명히 하는 실시예를 설명한다.
[실시예 1]
본 실시예 1에 대해 이용하는 세그먼트(segment) 팁 숫돌이 붙여진 코어부는 중앙부에 설치구멍을 가지는 원판상 스틸판제이며, 그 세그먼트(segment) 팁 숫돌의 외주 숫돌층 및 내주 숫돌층의 조제는 이하와 같다.
상기의 배합에 따라 조제한 원료를 프레스 성형한 숫돌을, 900℃에서 5시간 고온에서 소성하여, 길이 70 mm, 폭 10. 4 mm, 두께 7. 4 mm의 세그먼트(segment) 팁 숫돌을 다수 작성했다. 이 때의 외주 숫돌층 및 내주 숫돌층의 두께는 각각 3. 8 mm 및 3. 6 mm이다. 그 다음에, 오일의 점성을 조정하며, 이 오일을 전술의 공정과 같이 상기 세그먼트(segment) 팁 숫돌에 함침시킨 것을 실시예 1로 했다. 또한, 상기 흑연을 포함하지 않고 오일을 세그먼트(segment) 팁 숫돌에 함침시킨 것을 비교예 1으로 하고, 오일을 함침시키지 않는 세그먼트(segment) 팁 숫돌을 비교예 2로 했다. 표 1은, 상기의 실시예 1, 비교예 1, 비교예 2의 숫돌 구조를 나타내는 것이다. 표 1의 항절강도의 단위는 MPa이며, 수치는 체적％이다.
[표 1]
그리고, 이하에 나타내는 연삭시험 조건 I를 실시하는 것에 의한 상기의 실시예 1, 비교예 1, 비교예 2의 연삭성능을 표 2에 나타낸다. 또, 연삭시험 조건 I에 이용한 연삭액에 대신해 수도물을 이용했을 경우의 연삭성능을 표 3에 나타낸다.
[연삭시험 조건 I]
[표 2]
[표 3]
표 2로부터 분명한 것 같이, 실시예 1의 세그먼트(segment) 팁 숫돌은, 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여, 연삭비가 1. 7배 및 3. 3배이며, 마모가 적고, 가공 면상태도 연삭 버닝이 없으며, 비교예 1과 비교해 양호하다. 또, 연삭칩의 용착도 없고, 고가의 비트리파이드 초경질 입자 숫돌을 유효하게 사용할 수 있다. 또, 표 3으로부터 분명한 것 같이, 연삭액에 대신해 수도물을 이용했을 경우에서도, 실시예 1의 세그먼트(segment) 팁 숫돌은, 비교예 1 및 비교예 2와 비교해, 연삭비가 2. 3배 및 4. 2배이며, 마모가 적고, 가공 면상태도 연삭 버닝이 없으며 비교예 1과 비교해 양호하다.
이상, 본 발명의 하나의 방안을 도면을 이용해 설명했지만, 본 발명은 그 외의 모양에 대해도 적용된다.
또한, 전술의 실시예의 세그먼트(segment) 팁 숫돌은, 오로지 연마에 관여하는 외주 숫돌층을 백업하기 위한 내주 숫돌층으로 구성되어 있었지만, 전체가 외주 숫돌층으로 같은 조성에 의해 구성되어도 지장 없고, 막대 모양의 호닝 숫돌, 블록형상의 슈퍼피니싱용 숫돌이어도 괜찮다.
또한, 전술의 실시예의 세그먼트(segment) 팁 숫돌의 외주 숫돌층은, CBN 연마용 입자를 포함하는 것이었지만, 다이아몬드 연마용 입자여도 괜찮고, 입자로서 용해 알루미나질 연마용 입자), 카보란담(탄화규소질 연마용 입자)등의 다른 일반 연마용 입자여도 지장 없다. 또한, 전술의 실시예의 세그먼트(segment) 팁 숫돌은, 소정 두께의 링 모양 부재가 분할된 형상에 성형되고 있었지만, 링 모양으로 성형된 것이어도 괜찮다.

Claims (1)

  1. 연마용 입자, 혹은 연마용 입자와 골재가 무기 결합재에 의해 결합된 비트리파이드 숫돌 조직을 갖춘 비트리파이드 숫돌이며, 비트리파이드 숫돌 조직내의 공극내에, 고체 윤활제를 포함한 오일이 함침되어서 경화되고 있으며, 연마용 입자는, 다이아몬드 연마용 입자, 혹은 CBN 연마용 입자이고, 고체 윤활제는, 흑연이며, 고체 윤활제는, 수지에 대해서 1 내지 80 중량％의 범위에서 포함되는 오일 함침 비트리파이드 숫돌.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102291655B1 (ko) * 2020-10-27 2021-08-20 주식회사 세한텍 유리 시트 연마 휠 및 그 제조 방법
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