KR20120111511A - 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법 - Google Patents

주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초경합금 공구를 가공하기 위한 다이아몬드 그라인딩 휠에 있어서, 다이아몬드 분말과; 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 90 ~ 110중량부의 양으로 첨가되는 주석 분말; 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 4 ~ 8중량부의 양으로 첨가되는 내열수지;가 포함되는 것을 특징으로 하는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 의하면, 종래의 열경화성 수지 바인더 대신 주석 분말 바인더를 이용하여 다이아몬드 그라인딩 휠을 제조함으로써, 연삭성 향상에 따른 초경 공구의 가공속도 증가, 그리고 내마모성 향상에 따른 그라인딩 휠의 수명 연장 등의 효과를 기대할 수 있다.

Description

주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법{Diamond grinding wheel using Sn binder and manufacturing method of the same}
본 발명은 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 열경화성 수지 바인더 대신 주석 분말의 바인더를 이용하여 다이아몬드 분말을 결합시킴으로써, 연삭성과 내마모성이 향상된 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 고도화된 산업 발전과 함께 부품 및 금형 등의 특성이 많이 향상되고 있으며, 그로 인해 부품소재 및 금형 등을 가공하는 공구의 수명 및 특성 또한 향상되고 있고, 이러한 부품소재 및 금형을 가공하는데 많은 종류의 초경 공구가 사용되고 있다.
그리고 이러한 초경 공구를 가공하는데 사용되는 대표적인 공구가 바로 다이아몬드 그라인딩 휠이다. 이처럼 초경 공구를 가공하기 위한 다이아몬드 그라인딩 휠은 공업용 다이아몬드의 미세한 분말을 인공수지 등과 함께 소결하여 제조하는 연삭 공구이다.
한편, 종래에는 상기 다이아몬드 그라인딩 휠에서 다이아몬드 분말을 결합시키기 위한 바인더로써 주로 열경화성 수지가 사용되었다.
그러나 이러한 열경화성 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠은, 다량의 열경화성 수지 바인더로 인해 내마모성 저하로 인해 수명이 짧고, 연삭성 저하로 인해 초경 공구의 가공에 매우 오랜 시간이 소요되는 문제가 있었다.
또한 초경 공구를 가공 생산하는 데에는 많은 시간과 인력이 필요하다. 그로 인해 보다 좋은 품질의 열경화성 수지 바인더 다이아몬드 그라인딩 휠을 높은 가격을 주고 수입하여 사용할 수 밖에 없었다. 뿐만 아니라, 지금까지는 정밀가공용 초경 드릴을 가공할 수 있는 것이 열경화성 수지 바인더 다이아몬드 그라인딩 휠 외에는 없었다. 그로 인해 열경화성 수지 바인더 다이아몬드 그라인딩 휠이 가지고 있는 단점을 보완할 수 있는 새로운 다이아몬드 그라인딩 휠의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 내마모성을 향상시켜서 종래의 열경화성 수지 다이아몬드 그라인딩 휠보다 오랜 수명을 가지는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 연삭성을 향상시켜서 보다 효율적으로 초경 공구를 가공할 수 있는 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법을 제공하는 것에 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠은, 초경합금 공구를 가공하기 위한 다이아몬드 그라인딩 휠에 있어서, 다이아몬드 분말과; 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 90 ~ 110중량부의 양으로 첨가되는 주석 분말; 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 4 ~ 8중량부의 양으로 첨가되는 내열수지;가 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 다이아몬드 분말의 입도는 170 ~ 230㎛로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 주석 분말의 입도는 180 ~ 220㎛로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 다이아몬드 그라인딩 휠은, 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 35 ~ 45중량부의 양으로 첨가되는 구리 분말이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 구리 분말의 입도는 200 ~ 320㎛로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 다이아몬드 그라인딩 휠은, 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 5 ~ 15중량부의 양으로 첨가되는 빙정석이 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 다이아몬드 그라인딩 휠은, 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 10 ~ 20중량부의 양으로 첨가되는 SiC가 더 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠의 제조방법은, 다이아몬드 분말 100중량부와, 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 주석 분말 90 ~ 110중량부, 내열수지 4 ~ 8중량부, 구리 분말 35 ~ 45중량부, SiC 10 ~ 20중량부 및 빙정석 5 ~ 15중량부가 포함된 다이아몬드 혼합 분말을 형성하는 단계; 상기 다이아몬드 혼합 분말에 대해 180 ~ 240℃의 범위에서 소결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 소결 공정에서, 상기 소결 시간은 35 ~ 45분의 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법에 의하면, 종래의 열경화성 수지 바인더 대신 주석 분말 바인더를 이용하여 다이아몬드 그라인딩 휠을 제조함으로써, 연삭성 향상에 따른 초경 공구의 가공속도 증가, 그리고 내마모성 향상에 따른 그라인딩 휠의 수명 연장 등의 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초경 공구를 가공하기 위한 그라인더의 구조를 나타내는 사시도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 초경 공구를 가공하기 위한 그라인더의 구조가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 초경 공구를 가공하기 위한 그라인더는 중심부에 스틸 재질의 바디(1)가 형성되고, 상기 바디(1)의 외주면에는 다이아몬드를 주 재료로 하는 그라인딩 휠(2)이 형성된다. 이러한 그라인딩 휠(2)은 초경 공구의 과정에서 가공 대상물과 직접적인 마찰 접촉을 하기 때문에 우수한 연삭성과 내마모성을 유지해야 한다.
이처럼 우수한 연삭성과 내마모성을 유지하기 위해, 본 발명에 따른 다이아몬드 그라인딩 휠은, 주석(Sn) 분말의 바인더를 이용하여 다이아몬드 분말을 소결시키는 방식으로 제조된다.
종래의 다이아몬드 그라인딩 휠에서 바인더로 사용되는 열경화성 수지는 녹는점이 60 ~ 90℃로 매우 낮기 때문에, 이러한 열경화성 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠을 이용하여 초경합금 공구를 가공하면, 가공 과정에서 발생하는 높은 열로 인해 그라인딩 휠의 연삭성 및 내마모성이 저하될 뿐만 아니라, 그라인딩 휠의 형상이 무너질 수도 있다.
이에 반해, 본 발명의 다이아몬드 그라인딩 휠에서 바인더로 사용되는 주석 분말은 녹는점이 232℃이며, 열적 안정성(내열성)이 우수하기 때문에 초경합금 공구 가공 과정에서 발생하는 열에 잘 견딜 수 있고, 그로 인해 그라인딩 휠의 연삭성 및 내마모성이 향상된다.
이러한 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠은, 연삭 기능을 위한 다이아몬드 분말, 다이아몬드 분말과 결합되는 주석 바인더, 그리고 다이아몬드 분말과 주석 바인더 사이의 결합력을 향상시키는 보강제와, 연삭성을 보완하기 위한 첨가제를 포함하여 구성된다.
상기 그라인딩 휠에 포함되는 다이아몬드 분말의 입도는 170 ~ 230㎛의 범위에서 형성되는 것이 바람직하다. 다이아몬드 분말의 입도가 170㎛ 미만이면 피삭제의 면 조도가 저하되고, 다이아몬드 분말의 입도가 230㎛를 초과하면 그라인딩 휠의 연삭능력이 저하되게 된다.
그리고 상기 다이아몬드 분말과 결합되는 주석 바인더는, 입도가 180 ~ 220㎛의 범위에서 형성되는 주석 분말로 이루어지는 것이 바람직하다. 주석 분말의 입도가 180㎛ 미만이면 그라인딩 휠의 연삭성이 저하되고, 주석 분말의 입도가 220㎛를 초과하면 다아이몬드 분말과의 결합성이 저하된다.
이와 같이 바인더로서 첨가되는 상기 주석 분말은 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 90 ~ 110중량부의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다.
주석 분말이 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 90중량부 미만의 양으로 첨가되면 그라인딩 휠의 연삭성 및 내마모성이 저하되고, 주석 분말이 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 110중량부를 초과하는 양으로 첨가되면 그라인딩 휠의 경도가 지나치게 높아져서 쉽게 부서지거나 피삭재에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.
이처럼 주석 분말이 바인더로 사용되면, 주석 분말들은 소결과정에서 넥킹(Necking) 현상을 통해 표면이 서로 융합되고, 또한 주석 분말과 다이아몬드 분말은 내열수지에 의해 상호 결합된다.
이러한 내열수지는 상기 주석 바인더와 함께 첨가되는 보강제로서, 다이아몬드 분말과 주석 분말 사이의 결합력을 향상시키는 역할을 수행하게 된다.
여기서 상기 내열수지는 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 4 ~ 8중량부의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다. 내열수지가 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 4중량부 미만의 양으로 첨가되면 다이아몬드 분말과 주석 분말 사이의 결합력이 약화되고, 내열수지가 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 8중량부를 초과하는 양으로 첨가되면 상대적으로 다른 금속 분말의 함량이 떨어짐으로써 그라인딩 휠의 연삭성 및 내마모성이 저하될 수 있다.
또한 상기 내열수지 이외에도, 내열성 향상과 주석 바인더의 형상 유지력을 강화시키기 위한 보강제로써 구리 분말이 더 포함되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 구리 분말은 입도가 200 ~ 320㎛의 범위에서 형성되는 것이 바람직하다. 구리 분말의 입도가 200㎛ 미만이면 그라인딩 휠의 형상 유지력이 약화될 수 있으며, 구리 분말의 입도가 320㎛를 초과하면 그라인딩 휠의 충격 흡수력이 저하될 수 있다.
한편, 상기 구리 분말은 연삭 과정 중에 초경합금에서 배출되는 칩(chip)이 그라인딩 휠에 충돌하면서 발생되는 외력을 구리 분말의 변형을 통해 분산시켜 주는 보강재 역할을 수행한다.
또한 상기 구리 분말은 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 35 ~ 45중량부의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다. 구리 분말이 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 35중량부 미만의 양으로 첨가되면 그라인딩 휠의 내충격성이 저하되고, 구리 분말이 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 45중량부를 초과하는 양으로 첨가되면 구리 분말이 주석 분말을 대체하게 되어 전체적인 형상 유지력이 저하될 수 있다.
그리고 상기 주석 바인더와 함께 첨가되는 첨가제로는, 그라인딩 휠의 연삭성을 보완하기 위한 빙정석(Cryolite; Na3AlF6)과, 가공 과정에서 다이아몬드 분말과 주석 바인더 사이의 결합을 보호하기 위한 SiC가 포함될 수 있다.
여기서 상기 빙정석(Cryolite; Na3AlF6)은 입도가 4 ~ 6㎛의 범위에서 형성되는 것이 바람직하다. 빙정석의 입도가 4㎛ 미만이면 그라인딩 휠의 연삭성이 저하되고, 빙정석의 입도가 6㎛를 초과하면 전체적인 형상 유지력이 저하될 수 있다.
또한 상기 빙정석은 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 5 ~ 15중량부의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다. 빙정석이 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 5중량부 미만의 양으로 첨가되면 그라인딩 휠의 연삭성 향상에 효과가 없고, 빙정석이 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 15중량부를 초과하는 양으로 첨가되면 전체적인 형상 유지력이 저하될 수 있다.
그리고 SiC, 특히 재결정화된 SiC는 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 10 ~ 20중량부의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다. SiC가 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 10중량부 미만의 양으로 첨가되면 그라인딩 휠의 연삭성 향상에 효과가 없고, SiC가 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 20중량부를 초과하는 양으로 첨가되면 전체적인 형상 유지력이 저하될 수 있다.
그리고 상기와 같이 구성되는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠의 제조과정은 다음과 같다.
우선, 다이아몬드 분말과, 주석 분말, 내열수지, 구리 분말, 빙정석 및 SiC를 혼합하여 다이아몬드 혼합 분말을 형성한다.
여기서, 상기 주석 분말은 입도가 180 ~ 220㎛이고, 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 90 ~ 110중량부의 양으로 첨가된다. 또한 내열수지는 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 4 ~ 8중량부의 양으로 첨가된다.
그리고 상기 구리 분말은 입도가 180 ~ 220㎛이고, 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 35 ~ 45중량부의 양으로 첨가된다. 또한 빙정석은 입도가 4 ~ 6㎛이고, 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 5 ~ 15중량부의 양으로 첨가되며, SiC는 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 10 ~ 20중량부의 양으로 첨가된다.
이후, 상기 다이아몬드 혼합 분말을 고온에서 소결하게 되는데, 이때 소결 온도는 180 ~ 240℃ 범위, 소결 시간은 35 ~ 45분, 소결 압력은 18 ~ 25톤의 범위에서 소결이 진행되는 것이 바람직하다.
만일 상기 소결 온도, 시간, 압력의 범위를 초과하여 진행하게 되면 그라인딩 휠의 강도가 높아져서 가공 과정에서 대상물에 충격을 주거나 튀는 현상이 발생할 수 있다. 반대로, 상기 소결 온도, 시간, 압력의 범위 미만에서 소결이 진행되면, 그라인딩 휠의 결합력이 지나치게 약해져서 그라인딩 휠의 수명이 대략 30% 정도 줄어들게 된다.
한편, 종래의 열경화성 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠은 초경합금 공구를 가공할 때 그라인딩 휠의 형상이 짧은 시간에 변형되기 때문에, 1회 가공량 및 이송속도의 규제를 받는다. 그러나 본 발명에 따른 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠은 열적 안정성 및 형상 유지력이 우수하기 때문에, 종래의 열경화성 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠에 비해 상대적으로 사용 수명이 길고, 1회 가공량 및 이송속도의 규제를 덜 받게 된다.
본 발명에 따른 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠과, 종래의 열경화성 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠에 대한 실험 결과, 열경화성 수지 다이아몬드 그라인딩 휠이 적용된 연삭 장비의 이송속도는 25(m/min)인데 반해, 주석 바인더 그라인딩 휠이 적용된 연삭 장비의 이송속도는 35(m/min)로 상대적으로 우수한 효과를 나타내었다.
한편, 상기 실험에서 본 발명에 따른 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠을 제조하기 위한 각 구성성분의 중량비는, 다이아몬드 분말 : 주석 분말 : 구리분말 : 내열수지 : SiC : 빙정석 = 14.9 : 15.0 : 6.1 : 0.9 : 2.2 : 1.4가 되도록 구성하였다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 초경합금 공구를 가공하기 위한 다이아몬드 그라인딩 휠에 있어서,
    다이아몬드 분말과;
    상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 90 ~ 110중량부의 양으로 첨가되는 주석 분말;
    상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 4 ~ 8중량부의 양으로 첨가되는 내열수지;
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이아몬드 분말의 입도는 170 ~ 230㎛로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  3. 제1항에 있어서,
    주석 분말의 입도는 180 ~ 220㎛로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 35 ~ 45중량부의 양으로 첨가되는 구리 분말;
    이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구리 분말의 입도는 200 ~ 320㎛로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 5 ~ 15중량부의 양으로 첨가되는 빙정석;
    이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 10 ~ 20중량부의 양으로 첨가되는 SiC;
    가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  8. 다이아몬드 분말 100중량부와, 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 주석 분말 90 ~ 110중량부, 내열수지 4 ~ 8중량부, 구리 분말 35 ~ 45중량부, SiC 10 ~ 20중량부 및 빙정석 5 ~ 15중량부가 포함된 다이아몬드 혼합 분말을 형성하는 단계;
    상기 다이아몬드 혼합 분말에 대해 180 ~ 240℃의 범위에서 소결하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 소결 시간은 35 ~ 45분의 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠의 제조방법.
KR1020110030019A 2011-04-01 2011-04-01 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법 KR20120111511A (ko)

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