KR20120118254A - 사파이어 가공용 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법 - Google Patents

사파이어 가공용 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사파이어를 가공하기 위한 열경화성 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠에 있어서, 다이아몬드 분말과; 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 60 ~ 70 중량부의 양으로 첨가되는 제1 페놀 수지 분말; 상기 다이아몬드 분말 100 중량부에 대하여 5 ~ 15 중량부의 양으로 첨가되는 제2 페놀 수지 분말;이 포함되는 것을 특징으로 하는 페놀 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 의하면, 그라인딩 휠의 탄성력을 증대시켜 사파이어 연삭 가공 시 표면 균열을 줄임으로써 가공 속도를 높일 수 있고 이로 인해 작업시간 단축 및 효율 향상 등의 효과를 기대할 수 있다.

Description

사파이어 가공용 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법{Diamond grinding wheel for Sapphire and manufacturing method of the same}
본 발명은 사파이어 가공용 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 메탈 바인더 대신 페놀 수지 분말의 바인더를 이용하여 다이아몬드 분말을 결합시킴으로써, 탄성이 향상된 사파이어 가공용 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 고도화된 산업 발전과 함께 사파이어가 부품 소재에 많이 사용되어 지고 있고, 그로 인해 사파이어에 대한 관심 또한 많이 늘어나고 있다. 하지만 사파이어 수요가 증가 하면서 발생되어진 문제가 바로 공급이 수요를 따라가지 못하는 문제가 근래에 많이 발생되어지고 있다. 따라서 사파이어 가공에 필요한 작업시간 단축 및 효율 향상을 통해 그 수요를 충족하고자 하는 요구가 크게 늘어나고 있다.
그런데 종래 탄성이 없는 메탈 바인더 다이아몬드 그라인딩 휠을 사용할 경우, 사파이어 연삭 가공 시 사파이어 표면의 균열이 발생함으로써 가공 속도를 일정 속도 이상으로 높일 수 없어 저생산성의 문제가 있었다. 따라서 종래 탄성이 없는 열경화성 수지 바인더 다이아몬드 그라인딩 휠이 가지고 있는 단점인, 사파이어 표면을 고속연마 및 연삭할 때 발생되었던 균열 및 저생산성의 문제를 해결할 수 있는 새로운 다이아몬드 그라인딩 휠의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 탄성을 향상시켜서 종래의 메탈 바인더 다이아몬드 그라인딩 휠보다 사파이어를 고속 연마하면서도 균열 발생을 줄일 수 있는 사파이어 가공용 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 사파이어를 가공하기 위한 다이아몬드 그라인딩 휠은, 다이아몬드 분말과; 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 60 ~ 70 중량부의 양으로 첨가되는 제1 페놀 수지 분말; 상기 다이아몬드 분말 100 중량부에 대하여 5 ~15 중량부의 양으로 첨가되는 제2 페놀 수지 분말;이 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 다이아몬드 분말의 입도는 170 ~ 230㎛로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제1 페놀 수지 분말의 밀도는 1.32 ~ 1.40 g/cc이고, 상기 제2 페놀 수지 분말의 밀도는 1.26 ~ 1.30 g/cc 인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 다이아몬드 그라인딩 휠은 상기 다이아몬드 분말 100 중량부에 대하여 3 ~ 12 중량부의 양으로 첨가되는 빙정석이 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 다이아몬드 그라인딩 휠은 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 15 ~ 25 중량부의 양으로 첨가되는 SiC;가 더 포함되는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 열경화성 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠의 제조방법은, 다이아몬드 분말 100 중량부와, 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 제1 페놀 수지 분말 60 ~ 70 중량부, 제2 페놀 수지 분말 5 ~ 15 중량부, SiC 15 ~ 25 중량부 및 빙정석 3 ~ 12 중량부가 포함된 다이아몬드 혼합 분말을 형성하는 단계; 상기 다이아몬드 혼합 분말에 대해 175 ~ 185℃의 범위에서 소결하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 소결은 소결 시간이 110 ~ 130분의 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 소결은 소결 압력이 25 ~ 45톤의 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 열경화성 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법에 의하면, 종래의 메탈 바인더 대신 페놀 수지 분말 바인더를 이용하여 다이아몬드 그라인딩 휠을 제조함으로써, 그라인딩 휠의 탄성력을 증대시켜 사파이어 연삭 가공 시 표면 균열을 줄임으로써 가공 속도를 높일 수 있고 이로 인해 작업시간 단축 및 효율 향상 등의 효과를 기대할 수 있다. 또한 메탈 바인더를 이용하는 대신 페놀 수지 바인더를 이용함으로써 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 사파이어를 가공하기 위한 그라인더의 구조를 나타내는 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 사파이어 가공용 다이아몬드 그라인딩 휠 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 사파이어를 가공하기 위한 그라인더의 구조가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 사파이어를 가공하기 위한 그라인더는 중심부에 알루미늄 재질의 바디(1)가 형성되고, 상기 바디(1)의 외주면에는 다이아몬드를 주 재료로 하는 그라인딩 휠(2)이 형성된다. 이러한 그라인딩 휠(2)은 사파이어 가공의 과정에서 가공 대상물과 직접적인 마찰 접촉을 하기 때문에 우수한 연삭성과 내마모성을 유지하면서도 사파이어를 고속 연마할 때 균열 발생이 일어나지 않도록 우수한 탄성을 가져야 한다.
이처럼 우수한 연삭성과 내마모성을 유지하면서 우수한 탄성을 가지도록 하기 위해, 본 발명에 따른 다이아몬드 그라인딩 휠은, 페놀 수지(phenolic resin)와 같은 열경화성 수지 분말의 바인더를 이용하여 다이아몬드 분말을 소결시키는 방식으로 제조된다.
종래의 다이아몬드 그라인딩 휠에서 바인더로 사용되는 Sn, Cu 등과 같은 메탈은 탄성력이 매우 낮기 때문에, 이러한 메탈 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠을 이용하여 사파이어를 가공하면, 고속 가공 시 사파이어 표면의 균열이 발생할 수 있다.
이에 반해, 본 발명의 다이아몬드 그라인딩 휠에서 바인더로 사용되는 페놀 수지는 열적 안정성(내열성), 기계적 성질 및 탄성력이 우수하면서도 메탈에 비해 우수한 탄성력을 제공함으로써 사파이어를 고속 연마하더라도 사파이어 표면에 균열이 발생하는 것을 크게 줄일 수 있다.
이러한 페놀 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠은, 연삭 기능을 위한 다이아몬드 분말, 다이아몬드 분말과 결합되는 페놀 수지 바인더, 그리고 다이아몬드 분말과 페놀 수지 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.
한편 바인더로 사용되는 페놀 수지는 밀도가 높으면 융점이 높아져 내열성이 우수하나 결합력이 낮아지고, 반대로 밀도가 낮으면 융점이 낮아져 내열성은 약하나 결합력이 좋아진다. 따라서 그라인딩 휠에서 바인더로 기본적으로 요구되는 내열성을 만족시키기 위해 밀도가 1.32 ~ 1.40 g/cc인 페놀 수지(이하 제1 페놀 수지)를 주 바인더로 사용하는 것이 바람직하다. 밀도가 1.32 g/cc 미만인 경우 내열성이 만족되지 못하고, 1.40 g/cc 를 초과하는 경우는 다이아몬드 분말과의 결합성이 저하된다.
제1 페놀 수지 분말이 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 60 ~70 중량부 초과하는 양으로 첨가되면 그라인딩 휠의 연삭성 및 내마모성이 저하되고, 제1 페놀 수지 분말이 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 60 ~ 70 중량부 미만의 양으로 첨가되면 그라인딩 휠의 결합력이 지나치게 떨어져 휠의 수명 및 연삭력에 큰 영향을 줄 수 있다.
한편 밀도가 1.32 ~ 1.40 g/cc인 제1 페놀 수지 분말 만을 바인더로 이용할 경우 내열성은 보장되나 다이아몬드 분말과 제1 페놀 수지 분말 사이의 결합력이 부족할 수 있다. 다이아몬드 분말과 제1 페놀 수지 분말 사이의 결합력을 향상시키는 역할을 수행하도록, 밀도가 1.26 ~ 1.30 g/cc인 페놀 수지 분말(이하 제2 페놀 수지 분말)을 상기 제1 페놀 수지 분말과 함께 첨가되는 보조 바인더로서 첨가한다.
여기서 상기 제2 페놀 수지 분말은 상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 5 ~ 15 중량부의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다. 제2 페놀 수지 분말이 다이아몬드 분말의 100 중량부에 대하여 5 ~ 15 중량부 미만의 양으로 첨가되면 결합력이 약화되고, 제2 페놀 수지 분말이 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 5 ~ 15 중량부를 초과하는 양으로 첨가되면 상대적으로 내열성이 약화되어 가공 과정에서 발생하는 높은 열로 인해 그라인딩 휠의 연삭력 및 내마모성이 저하될 수 있다.
또한 상기 제2 페놀 수지 분말 이외에도, 상기 제1 페놀 수지 분말과 함께 첨가되는 첨가제로는, 그라인딩 휠의 연삭성을 보완하기 위한 빙정석(Cryolite; Na3AlF6)과, 가공 과정에서 다이아몬드 분말과 열경화성 수지 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 3 ~ 12 중량부의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다. 빙정석이 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 3 ~ 12 중량부 미만의 양으로 첨가되면 그라인딩 휠의 연삭성 향상에 효과가 없고, 빙정석이 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 3 ~ 12 중량부를 초과하는 양으로 첨가되면 전체적인 형상 유지력 및 휠의 수명에 영향을 줄 수 있다.
그리고 SiC, 특히 재결정화된 SiC는 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 15 ~ 25 중량부의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다. SiC가 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 15 ~ 25 중량부 미만의 양으로 첨가되면 그라인딩 휠의 연삭성 향상에 효과가 없고, SiC가 다이아몬드 분말의 100중량부에 대하여 15 ~ 25 중량부를 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, 제1 페놀 수지 분말, 페놀 수지 분발2, 빙정석 및 SiC를 혼합하여 다이아몬드 혼합 분말을 형성한다.
여기서, 상기 제1 페놀 수지 분말과 제2 페놀 수지 분말은 입도가 180 ~ 220㎛이고, 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 각각 60 ~ 70 중량부, 5 ~ 15 중량부의 양으로 첨가된다.
그리고 빙정석은 입도가 4 ~ 6㎛이고, 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 3 ~ 12 중량부의 양으로 첨가되며, SiC는 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 15 ~ 25 중량부의 양으로 첨가된다.
이후, 상기 다이아몬드 혼합 분말을 고온에서 소결하게 되는데, 이때 소결 온도는 175 ~ 185℃ 범위, 소결 시간은 110 ~ 130분, 소결 압력은 25 ~ 45톤의 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 메탈 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠은 탄성이 작기 때문에 사파이어를 연삭 가공을 할 때 사파이어 표면에 균열 등이 발생하는 문제점이 발생하기 때문에 사파이어 생산에 많은 어려움이 있었다. 그러나 본 발명에 따른 열경화성 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠은 탄성력이 우수하기 때문에 사파이어 표면에 균열이 발생하는 것을 줄임으로써 종래의 메탈 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠에 비해 상대적으로 사파이어를 가공할 때 발생되는 균열 등의 문제를 해결할 수 있었다.
본 발명에 따른 페놀 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠과, 종래의 메탈 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠에 대한 실험 결과, 메탈 바인더 다이아몬드 그라인딩 휠이 적용된 연삭 장비의 사파이어 균열이 발생 없는 가공속도는 2800~3500rpm인데 반해, 페놀 수지 바인더 그라인딩 휠이 적용된 연삭 장비의 가공 속도는 3000~4500rpm로 상대적으로 가공 시간을 1/4~1/3로 단축하는 우수한 효과를 나타내었다.
한편, 상기 실험에서 본 발명에 따른 주석 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠을 제조하기 위한 각 구성성분의 중량비는, 다이아몬드 분말 : 제1 페놀 수지 분말 : 제2 페놀 수지 분말 : SiC : 빙정석 = 10 : 6.5 : 1 : 0.75 : 2 가 되도록 구성하였다. 그리고 제1 페놀 수지 분말로는 밀도가 1.35 g/cc, 제2 페놀 수지 분말로는 밀도가 1.28 g/cc 인 페놀 수지 분말을 이용하였다.
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 (8)

  1. 사파이어를 가공하기 위한 다이아몬드 그라인딩 휠에 있어서,
    다이아몬드 분말과;
    상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 60 ~ 70 중량부의 양으로 첨가되는 제1 페놀 수지 분말;
    상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 5 ~ 15 중량부의 양으로 첨가되는 제2 페놀 수지 분말;
    이 포함되는 것을 특징으로 하는 페놀 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이아몬드 분말의 입도는 170 ~ 230㎛로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페놀 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 페놀 수지 분말의 밀도는 1.32 ~ 1.40 g/cc이고, 상기 제2 페놀 수지 분말의 밀도는 1.26 ~ 1.30 g/cc 인 것을 특징으로 하는 페놀 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 3 ~ 12 중량부의 양으로 첨가되는 빙정석;
    이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 페놀 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 15 ~ 25 중량부의 양으로 첨가되는 SiC;
    가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 페놀 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠.
  6. 다이아몬드 분말 100중량부와, 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 제1 페놀 수지 분말 60 ~ 70 중량부, 제2 페놀 수지 분말 5 ~ 15 중량부, SiC 15 ~ 25 중량부 및 빙정석 3 ~ 12 중량부가 포함된 다이아몬드 혼합 분말을 형성하는 단계;
    상기 다이아몬드 혼합 분말에 대해 175 ~ 185℃의 범위에서 소결하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 페놀 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠의 제조 방법.
  7. 제6에 있어서,
    상기 소결은 소결 시간이 110 ~ 130분의 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 페놀 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠의 제조 방법.
  8. 제6에 있어서,
    상기 소결은 소결 압력이 25 ~ 45톤의 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 페놀 수지 바인더를 이용한 다이아몬드 그라인딩 휠의 제조 방법.
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