KR20100006006A - 소우용 절삭팁의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소우용 절삭팁의 제조방법에 관한 것으로서, 금속 생크에 접합되어 소우를 형성하는 절삭팁의 제조 방법에 있어서, 절삭을 수행하는 절삭층을 성형 소결에 의해 형성하는 단계와, 절삭층에 금속 생크와의 용접성을 만족하는 재질을 클래딩하여 블랭크층을 형성하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 실제 절삭을 수행하는 절삭층에 금속 생크와의 용접성을 만족하는 재질을 클래딩하여 블랭크층을 형성함으로써 브레이징 용접 방식을 대체하도록 하고, 절삭팁과 금속 생크와의 용접 강도를 향상시키며, 절삭팁을 절삭유의 사용이 불필요한 건식 절단에 사용할 수 있고, 클래딩을 위한 레이저 용접의 사용으로 인해 제조공정의 자동화를 용이하도록 하며, 블랭크층 형성을 위해 클랭딩용 와이어가 사용됨으로써 고가의 코발트 사용을 대체하여 생산단가를 절감하고, 절삭팁의 사용중 금속 생크와 절삭팁의 접합부 언더컷 결함에 대한 저항성 또는 내마모성을 향상시키는 효과를 가진다.

절삭팁, 절삭층, 블랭크층, 연마, 건식 절단

Description

소우용 절삭팁의 제조방법{METHOD MANUFACTURING OF A CUTTING TIP FOR SAW}

본 발명은 콘크리트나 아스팔트와 같은 단단하고 거친 재료를 절단하는데 사용되는 소우(saw)용 절삭팁(segment)의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 절삭층(main layer)과 블랭크층(blank layer)으로 구성된 절삭팁에서 블랭크층의 형성방법에 대한 관한 것이다.

일반적으로, 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하기 위해서는 피삭재보다 높은 경도를 가지는 연마재가 요구된다.

연마재는 공업용 다이아몬드 입자, 천연 다이아몬드 입자, 붕화질소 및 초경입자 등이 알려져 있는데, 그 중에서도 공업용 다이아몬드 입자가 가장 널리 사용되고 있다.

공업용 다이아몬드(이하, "다이아몬드"라 함)는 1950년대에 발명된 것으로서, 지구상에 존재하는 물질 중 가장 경도가 높은 물질로 알려져 있으며, 이러한 특성에 의하여 절삭, 연삭 공구 등에 사용하게 되었다. 특히, 다이아몬드는 화강암, 대리석 등의 석재를 절삭, 연삭하는 석재 가공분야 및 콘크리트 구조물을 절 삭, 연삭하는 건설업 분야에서 널리 이용하게 되었다.

절삭, 연삭 공구 등은 피삭재를 절삭하는 다이아몬드 입자와 다이아몬드 입자를 유지시켜 주는 결합재를 포함하는 절삭팁을 가진다.

도 1은 종래의 기술에 따른 세그먼트 타입의 다이아몬드 소우 블레이드를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 종래의 세그먼트 타입의 다이아몬드 소우 블레이드(10)는 각각 일정한 간격을 가지는 슬러지 배출용 슬롯(11)이 가공된 금속 생크(12)의 외주면에 공업용 다이아몬드 분말(Diamond particle)을 함유한 세그먼트의 절삭팁(13)이 용접에 의해 고정되며, 금속 생크(12)와 절삭팁(13)간에 용접면(14)이 형성된다.

절삭팁(13)은 다이아몬드 입자와 결합재 역할을 하는 금속분말을 혼합한 후 성형한 다음, 소결하는 분말 야금법으로 제조되고 있다.

다이아몬드 공구에서의 절삭은 다이아몬드 입자가 하며, 소결 블레이드는 다이아몬드를 잡아주는 역할을 한다. 따라서 절삭 중 피삭재를 깎으면서 다이아몬드가 마모 및 파쇄되어 결국 다이아몬드 입자가 빠지고, 하부에 있는 다이아몬드 입자가 돌출되어야 하기 때문에 내마모성을 고려하여 피삭재에 따라 결합제(bond)의 조성을 결정한다. 즉, 경도가 높은 피삭재(콘크리트 등)에는 구리(Cu), 청동(Bronze) 등의 경도가 비교적 낮은 금속분말을 사용하여 결합제를 구성하고, 경도가 낮은 피삭재(아스팔트, 벽돌 등)에는 텅스텐(W), 철(Fe), 니켈(Ni) 등 경도가 높은 금속분말을 사용하여 결합제를 구성한다.

다이아몬드 소우 블레이드(10)에 사용되는 절삭팁(13)은 다이아몬드 입자와 금속분말을 균일하게 혼합한 후 고상소결(solid state sintering)을 함으로써 만들어지며, 그 소결 온도의 범위는 결합제의 조성에 따라 700∼950℃에서 결정된다.

이와 같이, 절삭팁(13)을 고상소결로 제작하는 이유는 1,000℃ 이상의 소결온도에서는 분말과 혼합된 다이아몬드 입자가 탄화 또는 열팽창에 의해 내부 균열이 발생하여 다이아몬드의 강도를 저하시키기 때문이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 분말의 소결은 실제 절삭을 수행하는 높이 약 5∼8mm의 절삭층(13a)과, 금속 생크(12)와의 이종금속 용접성을 좋게 하는 약 1.5∼2mm의 블랭크 층(13b)을 놓고서 동시에 소결하는데, 절삭층(13a)의 경우에는 결합제의 내마모성을 조절하기 위해 구리(Cu), 청동(Bronze), 주석(Sn) 등을 첨가하는 경우가 많고, 이들은 저융점 금속이기 때문에 소결온도가 800℃ 이내에서 결정된다.

상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 소우용 절삭팁은 절삭층과 블랭크층이 동시에 성형 소결됨으로써 절삭층의 금속분말 구성에 따라 소결온도가 정해지며, 이로 인해 블랭크층에서는 소결온도가 부족하여 블랭크층의 소결밀도가 떨어지고, 금속 생크와의 용접시 기포 발생 또는 용접강도 저하 등의 원인을 제공한다.

또한, 종래의 소우용 절삭팁은 800℃ 이하에서 소결시 절삭층의 기계적 특성이 만족스럽더라도 이종금속 용접성을 향상시키는 블랭크층에 함유된 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 등이 소결이 잘 안되어 소결밀도가 감소하고, 내부 기공률이 많이 존재하여 결국은 레이저 용접시 기포 발생이나 접합강도 부족 등의 용접불량으로 나타나는 문제점을 가지고 있으며, 심한 경우에는 레이저 용접이 적용되지 못하며, 납(Pb) 등의 중금속 삽입재를 첨가하여 브레이징(Brazing)으로 금속 생크와 접합하는 방법을 택하고 있으나, 이 경우 접합부의 강도가 레이저 용접시보다 저하되어 사용 중 절삭팁이 탈락되는 우려가 있을 뿐만 아니라 접합부가 열에 취약하여 냉각수를 사용한 습식 절단에만 적용하여야 하는 제한이 따르는 문제점을 가지고 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다이아몬드 공구업계에서는 소결성 및 용접성이 우수한 블랭크층을 만들기 위해 여러 시도를 하였지만, 이를 만족하기 위해서는 가격이 매우 고가인 다량의 코발트(Cobalt) 사용이 불가피할 뿐만 아니라, 이 또한 저온의 소결 온도에서는 용접성 및 강도를 만족시키지 못하게 되는 문제점 을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 브레이징 용접 방식을 대체하도록 하고, 절삭팁과 금속 생크와의 용접 강도를 향상시키며, 절삭팁을 절삭유의 사용이 불필요한 건식 절단에 사용할 수 있고, 제조공정의 자동화를 용이하도록 하며, 고가의 코발트 사용을 대체하여 생산단가를 절감하고, 절삭팁의 사용중 금속 생크와 절삭팁의 접합부 언더컷 결함에 대한 저항성 또는 내마모성을 향상시킨다.

본 발명에 따른 소우용 절삭팁의 제조방법은 금속 생크에 접합되어 소우를 형성하는 절삭팁의 제조 방법에 있어서, 절삭을 수행하는 절삭층을 성형 소결에 의해 형성하는 단계와, 절삭층에 금속 생크와의 용접성을 만족하는 재질을 클래딩하여 블랭크층을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명은 실제 절삭을 수행하는 절삭층에 금속 생크와의 용접성을 만족하는 재질을 클래딩하여 블랭크층을 형성함으로써 브레이징 용접 방식을 대체하도록 하고, 절삭팁과 금속 생크와의 용접 강도를 향상시키며, 절삭팁을 절삭유의 사용이 불필요한 건식 절단에 사용할 수 있고, 클래딩을 위한 레이저 용접의 사용으로 인해 제조공정의 자동화를 용이하도록 하며, 블랭크층 형성을 위해 클랭딩용 와이어가 사용됨으로써 고가의 코발트 사용을 대체하여 생산단가를 절감하고, 절삭팁의 사용중 금속 생크와 절삭팁의 접합부 언더컷 결함에 대한 저항성 또는 내마모성을 향상시키는 효과를 가진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 소우용 절삭팁의 제조방법을 도시한 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따른 소우용 절삭팁의 제조방법의 블랭크층 형성과정을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소우용 절삭팁의 제조방법은 금속 생크(12; 도 1에 도시)에 접합되어 소우를 형성하는 절삭팁을 제조하는 방법으로서, 절삭층을 성형 소결에 의해 형성하는 단계(S10)와, 절삭층(S10)에 클래딩하여 블랭크층을 형성하는 단계(S20)를 포함한다.

절삭층을 형성하는 단계(S10)는 절삭팁(100)에서 절삭을 수행하게 되는 절삭층(110)을 형성하는 단계로서, 다이아몬드 입자와 금속분말을 혼합하여 최적의 소결조건으로 절삭층(110)을 형성하게 되며, 금속분말 전체 성분에서 CuSn 또는 Cu가 30∼70중량%를 차지함과 아울러 소결온도가 650∼800℃임이 바람직하다.

블랭크층을 형성하는 단계(S20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 절삭층(110)에 금속 생크(12; 도 1에 도시)와의 용접성을 만족하는 재질을 용접토치(230)에 의해 클래딩하여 블랭크층(120)을 형성하게 되고, 블랭크층(120)을 두 개의 이상의 층으 로 나누어서 클래딩할 수 있으며, 이 때, 클래딩하는 블랭크층(120)과 성형 소결된 절삭층(110)과의 용용온도 차이가 클 경우 절삭층(110)의 입열로 인한 열적 손상을 방지하기 위해 각 층의 온도가 블랭크층(120)과 절삭층(110)의 용융온도 사이의 값을 단계적으로 만족시키도록 함이 바람직하다.

블랭크층(120)을 형성하기 위해 도 6에 도시된 블랭크층 형성장치(200)를 사용할 수 있다. 즉, 보호가스 공급부(210)와 아크 용접기(220)에 의해 용접을 실시하는 용접토치(230)를 로봇(240)이 원하는 방향으로 이동시킴으로써 와이어 공급장치(250)에 의해 절삭층(110)으로 공급되는 클래딩용 와이어(260)에 빔을 조사하여 클래딩에 의해 절삭층(110) 상에 블랭크층(120)을 형성한다. 이 때, 클래딩용 와이어(260)의 송급속도 제어를 통해 저입열 용접이 가능한 용접기를 사용하여 절삭층(110) 상에 단층 또는 다층의 클래딩 적층을 실시하게 된다. 이 때, 절삭층(110)의 폭 및 금속분말 성분에 따라 그 용접 조건이 달라질 수 있으며, 용접 조건은 비드 높이가 최소 1.8mm 이상이며, 희석률이 낮고 블로우홀(blowhole) 등의 기공 결함이 없는 조건이 사용될 수 있으며, 보호가스로는 아르곤 등이 사용될 수 있다.

이와 같은 블랭크층 형성장치(200)의 사용으로 인해 아크용접에서의 용적이행(droplet transfer)시 와이어 송급 속도를 순간적으로 제어함과 아울러 전류 및 전압을 조절하여 저입열 용접이 가능하도록 하고, 열변형 및 모재와의 희석율을 최소화시킬 수 있으며, 용접 스패터의 발생이 거의 없고, 아크도 매우 안정된다.

블랭크층(120)은 클래딩용 와이어(260)의 완전 용융용접에 의해 벌크(bulk)상태가 되기 때문에 금속 생크(12; 도 1에 도시)와의 이종금속 용접시에도 용접 기 포의 발생이 현저히 저하될 뿐만 아니라 브레이징 용접을 대체할 수 있도록 한다. 또한, 이러한 클래딩에 의한 블랭크층(120)은 그 기계적 강도가 우수하여 내마모성에 대한 저항성으로 인해 사용 중 용접부 언더컷에 대한 우려를 덜어줄 수 있으며 블랭크층(120)에 주로 사용되는 고가의 코발트 사용을 대체하여 재료원가 절감 및 건식절단 사용을 가능하도록 하여 절삭유 공급공정을 생략하도록 한다.

블랭크층(120)의 형성을 마치면, 도 5에 도시된 바와 같이, 블랭크층(120)을 원하는 형태로 적층면이 균일한 형상을 가지도록 연삭 숫돌 또는 기타 가공장치를 사용한 연마 가공을 실시하게 되는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 금속 생크(12; 도 1에 도시)와의 외주 곡면과 일치하도록 C선을 따라 가공함으로써 불필요한 부분(A)을 제거함이 바람직하며, 클래딩층(120)의 비드는 연마 후에도 그 높이가 최소 1mm 이상을 유지하여야 하며, 이를 유지하기 위해 클래딩은 앞서 설명한 바와 같이, 단층뿐만 아니라 다층으로 적층되는 방식이 적용될 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 세그먼트 타입의 다이아몬드 소우 블레이드를 도시한 도면이고,

도 2는 종래의 기술에 따른 절삭팁을 도시한 도면이고,

도 3은 본 발명에 따른 소우용 절삭팁의 제조방법을 도시한 흐름도이고,

도 4는 본 발명에 따른 소우용 절삭팁의 제조방법의 블랭크층 형성과정을 도시한 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 소우용 절삭팁의 제조방법의 블랭크층 연마과정을 설명하기 위한 도면이고,

도 6은 본 발명에 따른 소우용 절삭팁의 제조방법에 사용되는 장치를 도시한 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 절삭층 120 : 블랭크층

200 : 블랭크층 형성장치 210 : 보호가스 공급부

220 : 아크 용접기 230 : 용접토치

240 : 로봇 250 : 와이어 공급장치

260 : 클래딩용 와이어

Claims (4)

1. 금속 생크에 접합되어 소우를 형성하는 절삭팁의 제조 방법에 있어서,

   절삭을 수행하는 절삭층을 성형 소결에 의해 형성하는 단계와,

   상기 절삭층에 금속 생크와의 용접성을 만족하는 재질을 클래딩하여 블랭크층을 형성하는 단계

   를 포함하는 소우용 절삭팁의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 절삭층을 형성하는 단계는,

   다이아몬드 입자와 혼합되는 금속분말 성분에서 CuSn 또는 Cu가 30∼70중량%를 차지하여 소결온도가 650∼800℃인 것

   을 특징으로 하는 소우용 절삭팁의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 블랭크층을 형성하는 단계는,

   상기 블랭크층을 두 개의 이상의 층으로 나누어서 클래딩하되, 각 층의 온도가 상기 블랭크층과 상기 절삭층의 용융 온도 사이의 값을 만족시키는 것

   을 특징으로 하는 소우용 절삭팁의 제조방법.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 블랭크층을 형성하는 단계 이후, 상기 블랭크층을 원하는 형태로 연마하는 단계

   를 더 포함하는 소우용 절삭팁의 제조방법.

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