KR20140121986A - 건식연마용 연마지석의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭 및 연삭유가 필요없는 친환경 건식연마와 고속회전(RPM 12,000)으로 철 또는 비철동시 연삭이 타는 현상없이 연삭 가능한 연마지석의 제조방법에 관한 것이다.
종래는 연삭시 피연마제의 변형과 타는형상을 해결하기 위해 절삭유 혹은 연삭유을 사용하여야되고, 연삭유를 사용하면 연마작업을 마친 후 존재한 연삭잔재물(연마재가구+피연삭제가루)과 연삭유 기능을 상실한 폐기물이 된 연삭유 즉, 남개된 2종류의 특수 산업폐기물이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 연마재 5~35중량%와, 분말 유기질 결합재분말 2~5중량%와, 액체 유기질 결합제 25~60중량%와, 분말무기재료1 5~15중량%와, 분말무기재료2 5~15중량%를 혼합하여 배합되고, 금형에 주입하여 50~70℃에서 4~5시간 건조하고 80~140℃에서 8~32시간 경화한 것을 특징으로 한다.

Description

건식연마용 연마지석의 제조방법{METHOD FOR MAKING BONDED ABRASIVE ARTICLE}

본 발명은 건식연마용 연마지석에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절삭 및 연삭유가 필요없는 친환경 건식연마와 고속회전으로 철 또는 비철동시 연삭이 타는 현상없이 연삭 가능한 연마지석의 제조방법에 관한 것이다.

통상의 연마지석, 예를 들어, 산화알루미늄, 탄화규소, 다이아몬드 및 유리화 결합을 포함하는 입방정질화붕소의 성능특성은 결합의 성격과 연마 입자의 조성에 의해 제한받는다. 특히, 결합기재와 연마 입자들간의 결합이 부족한 관계로, 연삭시 연마 입자들은 쉽게 결합기재로부터 제거되어 연삭공정(grinding) 또는 연마공정(fine polishing)의 효과성을 저하한다.

업계는 개선된 특성들을 지닌 연마지석을 꾸준히 필요로 한다. 이러한 특성들에는 기계적 안정성, 강도, 가동수명 및 개선된 연삭 성능이 있다.

기존의 연마는 다이아몬드 연마공구, 유기질, 무기질연마지석, 연마포 4가지종류가 있다.

상기의 다이아몬드공구는 인조다이아몬드와 금속 본드를 혼합하여 만들고 연삭시 1800~4800RPM의 회전속도로 피연삭제(철, 비철 금속등)를 가공하는데 사용된다.

상기의 유기질연마석(레지노이드-Resinoid wheel)은 페놀수지와 연마재를 혼합하여 만들고 1800~4800RPM의 회전속도로 피연삭제를 가공하는데 사용한다.

상기의 무기질연마석(비트리-Vitrified wheel)은 무기질 본드와 연마재를 혼합하여 만들고 1800~4800RPM의 회전속도로 피연삭제를 가공하는데 사용한다.

상기의 3가지 연마, 연삭공구는 피연삭제의 변형과 타는형상(burning) 현상을 방지하기 위해서 반드시 절삭유, 연삭유, 물등의 냉각용액체를 사용한다.

한편 연마포(사포)는 천이나 종이에 연마제와 페놀수지를 1개층으로 코팅해서 만든제품으로 기계 및 손으로 사용한다.

이와 같은 4가지 연삭, 연마 공구는 철, 특수강, 비철금속(스테인레스, 동, 구리, 알우미늄 등) 무기질 재질(유리, 돌, 세라믹, 타일 등)등을 가공하여 원하는 규격이나 조도를 만들어 완성된 제품을 제조하는 마지막 단계인 연마공정으로 사용된다.

기존의 연마, 연삭공구는 다이아몬드연마공구, 유기질, 무기질 연마지석, 연마포 4가지 종류 중 다이아몬드연마공구, 유기질, 무기질연마지석은 연삭시 습식작업상식으로 피연마제의 변형과 타는 형상을 해결하기 위해 절삭유 혹은 연삭유 등을 반드시 사용하여야되는 것이다.

그리고 연삭유를 사용하면 연마작업을 마친 후 존재한 연삭잔재물(연마재가구+피연삭제가루)과 연삭유 기능을 상실한 폐기물이 된 연삭유 즉, 남개된 2종류의 특수 산업폐기물이 발생하는 문제점이 있다.

또한 연삭유를 사용하면 연삭유를 정제하여 일정기간 재활용하는 투자시설이 필요한 것이다.

한편, 연마포는 천이나 종이에 연마재를 1개층으로 코팅해서 만든 제품이라 수명도 짧고 사용범위가 한정되었으며, 연마포는 천이나 종이의 연마재를 1개층으로 코팅해서 만든 제품이라 형상을 만들거나 연마범위의 한계가 정해지는 문제점이 있었다.

대한민국 실용신안등록 제20-0370467호 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0098903호 대한민국 특허등록 제10-1161337호

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 연삭유를 사용하지 않고 건식 연마 작업이 가능하여 피연삭제의 변형과 타는현상(burning)을 배제할 수 있는 건식연마용 연마지석의 제조방법을 제공하려는 것이다.

본 발명은 연마지석 공구를 사용하면 연마작업시 생기는 연삭 잔재물을 집진시설로서 연삭유가 혼합된 습식 특수산업폐기물에서 건식 분말로만 발생시키는 환경적인 친환경 연마공구를 제공하려는 것이다.

또한 집진기를 사용하므로 별도의 투자설비가 필요치 않아 경제적인 사용을 이룰 수 있고, 연마포 형태로도 만들 수 있는 연마지석으로 두께를 조정하여 다양한 패턴으로 만들 수 있어 사용 수명을 연장할 수 있고, 두께와 형상을 다양한 형태로 제조가 가능하며 1종류 제품으로 철, 특수강, 비철금속(스테인레스, 동, 구리, 알루미늄 등) 무기질재질(유리, 돌, 세라믹, 타일 등)의 가공이 용이한 연마지석공구를 제공하려는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연마재 5~25중량%와, 분말 유기질 결합재분말 2~5중량%와, 액체 유기질 결합제 25~60중량%와, 분말무기재료1 5~15중량%와, 분말무기재료2 5~15중량%를 혼합하여 배합되고, 금형에 주입하여 50~70℃에서 4~5시간 건조하고 80~140℃에서 8~32시간 경화한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 연마재는 인조다이아몬드와, 탄화규소와 알루미나옥사이드가 혼합된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 분말 유기질 결합재분말은 페놀수지 또는 엑폭시 수지중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 건식연마용 연마지석은, 모든 연마석이 반드시 습식 연마를 하고 연마중 고열이 발생하므로 반드시 절삭유를 사용하는 문제점을 개선하고 작업조건 및 피연삭제 조건에 따라 건식연마를 필요로 하는 공정도 있고, 절삭유 절약으로 친환경적인 연마지석을 제공하게 된다

또한 연삭유를 사용하지 않고 건식 연마 작업이 가능하여 피연삭제의 변형과 타는현상(burning)을 배제할 수 있으면서, 또한 집진기를 사용하므로 별도의 투자설비가 필요치 않아 경제적인 사용을 이룰 수 있고, 연마포 형태로도 만들 수 있는 연마지석으로 두께를 조정하여 다양한 패턴으로 만들 수 있어 사용 수명을 연장할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 개략적인 제조공정도이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 1은 본 발명에 의한 연마지석의 개략적인 제조공정도를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 배합단계(S1), 주입단계(S2), 건조단계(S3) 및 경화단계(S4)를 거쳐 가공 및 검사로 완성된다.

상기 배합단계(S1)는 연마재(인조다이아몬드+탄화규소+알루미나옥사이드) 5~25중량%와, 분말 유기질 결합분말(페놀수지, 엑폭시 수지) 2~5중량%와, 액체 유기질 결합제 25~60중량%와 분말무기재료1 5~15중량%와, 분말무기재료2 5~15중량%를 혼합하여 배합된다.

여기서 상기 결합제는 연마지석에 가소성과 결합성을 갖추기 위하여 첨가하는 것으로, 본 발명에 사용되는 페놀수지 및 엑폭시수지 수지결합제의 조직구조를 스폰지와 같은 발포 구조화하여 뛰어난 가소성을 제공하는 것으로 탄성을 주어 작업시 유연성을 향상하도록 한다.

또한 상기 분말무기재료1은 Ca가 함유되어 있는 석회석, 규회석, 탄산칼슘 등 무기물질인 것이며 5%이하에서는 냉각효과가 적고 15%이상은 임계점으로 많이 넣어도 효과가 높지 않는 것이다.

또한 상기 분말무기재료2는 활석, 장석 도석 활석 점토 등과 같이 알루미늄옥사이드(Al₂O₃), 탄화규소(SiC)가 함유된 물질로서 연삭작용을 도와 연마재입자가 상대적으로 적어 연삭시에 표면의 연삭작용에 도움이 되어 평활하게 되는 것이다.

여기서 5%이하는 별문제는 없고, 일반연마재의 입도는 16~200mess 인데 분말무기재료2의 입도는 작은 입자(200~400mess)이므로 입도가 적어 면처리가 곱지못하다. 또한 15%가 임계점이므로 많이 넣어도 효과가 별로 없다.

상기 주입단계(S2)는 액체 배합물을 투입할 금형준비하고 준비된 금형에 상기 액체 배합물을 투입한다. 이때에는 50~70℃에서 건조하고 80~140℃에서 경화시킨다. 여기서 주입시 액체상태에서 건조 후 손으로 취급할 수 있는 반 고체상태가 된다. 또한 경화 후 에는 고체형태로 물성변화가 생긴다.

상기 건조단계(S3)는 50~70℃에서 5~10시간 건조한다.

건조온도가 50℃이하이면 건조가 되지 않는 경우가 있고 건조하는 시간을 많이 소요되는 문제점이 있고, 70℃이상으로 건조하면 내부는 건조되지 않은 상태에서 먼저 표면이 건조되어 표면에 크랙이 가는 문제점이 있다.

또 건조하는 시간은 5~10시간으로 하는 것은 5시간 이하일 경우에는 완전건조가 안되는 경우가 있고 10시간 이상은 불필요한 연료와 시간을 많이 소용되는 것이므로 건조하는 시간은 5~10시간은 완전건조가 일어나는 적정한 시간이다.

상기 경화단계(S4)는 80~140℃에서 8~32시간 경화를 거쳐 경화를 시키는 것이다.

경화는 온도가 80℃ 이상에서 경화되는 것이므로 80℃이하일 경우에는 경화가 일어나지 않고 140℃이상이 되면 경화가 과다해 경도가 너무 커 마찰열이 발생하는 문제점이 있게 된다

따라서 경화온도는 80~140℃사이에서 하는 것이 좋다.

경화시간은 8~32시간동안 하는데 물품의 크기와 온도에 따라 경화 온도가 낮고 물품의 큰 경우에는 많은 시간 동안 경화하고 경화온도가 높고 물품이 작은 경우에는 짧은 시간동안 경화하여 완전히 경화되게 한다.

상기와 같은 각각의 공정을 거쳐 경화단계(S4)로 완성되면 가공과 검사과정을 거쳐 제품을 완성하게 된다.

여기서 상기와 같은 배합으로 본 발명에 따른 연마지석을 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니고, 피연삭제의 재질이나 연마단계에 따라 주연마재 및 액체유기질 결합제 등을 다양하게 선별하여 사용할 수 있다.

한편, 연마, 연삭공구는 다이아몬드 연마공구, 유기질연마석(레지노이드-Resinoid wheel), 무기질연마석(비트리-Vitrified wheel)은 연삭작용을 하는 공업용 다이아몬드, 알루미늄옥사이드(Al₂O₃), 탄화규소(SiC)의 연마재를 결합제(금속, 유기질, 무기질)등을 이용하여 연마재를 결합시킨 후 피연삭제(철, 비철금속)를 연마하는 제품이다.

상기 다아아몬드 공구는 인조다이아몬드와 금속본드를, 유기질연마석은 페놀수지와 연마재(알루미늄옥사이드, 탄화규소)를 무기질연마석은 무기질본드와 연마재를 혼합하여 연마, 연삭공구를 제조하고 있다.

여기서 제품의 강도 조정은 결합제의 양과 연마재, 다이아몬드의 양을 가지고 강도를 조정하고 있다.

상기 3가지 공구는 연마재(공업용다이아몬드, 알루미늄옥사이드, 탄화규소)의 결합력을 강하게 해서 피연삭제(철,비철금속)의 연마 및 연삭효율을 높이게 된다.

이러한 연삭효율을 높이고 연삭량을 많이 하기 위해서 제품을 만들다 보니 연삭시 피연삭제와 연마석이 접속하는 부위에 800~1,200℃의 고열이 발생하는 것이 일반적이었다.

이렇게 열이 높으면 피연삭제의 모양과 조직 등의 변형이 발생하여 이를 방지하기 위해 절삭유를 사용하게 된다.

본 발명에서는 모든 연마석이 반드시 습식 연마를 하고 연마중 고열이 발생하므로 반드시 절삭유를 사용하는 문제점을 개선하고 작업조건 및 피연삭제 조건에 따라 건식연마를 필요로 하는 공정를 제공하고, 절삭유 절약으로 친환경적인 연마석을 제공하게 된다.

또한 본 발명에 의하면 연마시 60℃ 이하의 열이 발생하여 피연삭제의 변형이 없이 절삭유가 불필요하게 된다.

종래의 3가지 공구의 공정은 배합-프레스-건조-경화,소결과 소성-가공-검사 공정으로 제조되고 있다.

이러한 다이아몬드공구는 800~1,000℃에서 소결하고, 무기질 연마석은 1,300℃에서 소성하고, 유기질 연마석은 200℃에서 경화하여 제품을 제조한다.

연마포(사포)는 천이나 종이에 연마재+우기질결합재(페놀수지)를 1개층으로 결함(costing)시켜서 제조한다.

연마포는 반드시 천, 종이 등이 연마재와 결합해야 하는 재료가 필요하고, 전착식으로 결합하여 만든 제품이라 두께를 조정하기가 어렵고 여러 층으로 만들면 결합력이 약해서 연마시 효율이 떨어진다.

또한 천과 종이가 포함되어 있는 제품이라 다양한 형상의 제품을 만들기 힘들다.

본 발명에서는 두께조절도 가능하고 연마포처럼 종이, 천 등을 이용하여 제품을 만들 수도 있고 천과 종이 없이도 원하는 형상의 제품을 만들 수 있는 장점이 있다.

두께는 주입시 모형을 이용하여 요구하는 두께를 조정 할 수 있다. 천과 종이 위에도 주입할 수 있고, 종이와 천을 사용하지 않고 원하는 형상의 금형,틀을 이용하여 배합물을 주입하여 만들 수 있다.

연마지석은 반드시 습식연마방식으로 사용되고 연마포는 건식방식으로 연마를 하였다. 즉 연마지석은 건식연마 방법으로 사용이 불가했으나 개발품은 건식연마가 가능하여 연마포 사용분야에도 기존의 연마포제조 방식을 벗어난 연마지석 제조방법을 이용하여 연마포와 동일한 연마조건의 작업이 가능한 것이다.

본 발명에 의한 연마지석의 제조를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

연삭을 하는 도구로는 인조다이아몬드와 연마석 재료인 알루미늄옥사이드, 탄화규소를 이용한다,

다이아몬드공구는 인조다이아와 알루미늄옥사이드 혹은 탄화규소를 전체중량의 10~25중량%, 염마포는 천, 종이 등에 전착식으로 1층 혹은 다층으로 폐놀수지+연마재를 결합시킨 것으로 경화 온도는 200℃이다. 여기서 경화온도 200℃ 이하이거나 200℃ 이상이 되면 페놀수지의 접착강도가 변화게 된다.

본 발명은 전착방식이 아닌 주입방식인 예컨대 석고작업처럼 액체을 틀속에 주입하고 일정신간 건조를 하여 제조한다.

경화온도는 80~140℃이다. 여기서 경화온도 80℃ 이하는 경화가 진행중이라 완전 고체상태가 아니고, 140℃ 이상은 경화 강도가 강해져서 변성이 오게 될 것이다.

한편, 유기질 연마공구는 분말 폐놀수지 15~35중량%+ 액상폐놀수지 3~7중량% 인바 일반적인 유기질 연마지석제조시 결합제로 사용되는 페놀수지의 일반적 함량이다.

본 발명에서의 친환경 건식연마공구는 분말 열경화성(페놀, 멜라민, 요소, 엑폭시) 수지 2~5중량% + 액체 열경화성(폐놀, 멜라민, 요소, 엑폭시) 수지 25~60중량%에 80~140℃에서 경화한다.

본 발명에 의한 연마지석의 성형에 있어서 연마재의 량으로 강도조정이 가능한 것으로 연마재의 량이 많으면 각도가 강해진다.

또한 분말과 액체의 유기질 결합재의 비율에 따랄 점도가 변하는데 여기서 점도 변화로서 강도를 조정할 수 있는 것이다.

또한 경화시 온도와 경화시간으로도 강도조정이 가능하고, 강도는 주로 연마재의 량과 유기결합재의 점도로서 강도조절이 바람직하다.

상기에서 본 발명의 특정 실시 예와 관련하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명을 이와 같은 특정 구조에 한정하는 것은 아니다. 당 업계에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 벗어나지 않고서도 용이하게 수정 또는 변경할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 단순한 설계변형 또는 수정을 통한 등가물, 교체 물 및 대체물 등은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속함을 미리 밝혀둔다.

S1; 배합단계 S2; 주입단계
S3; 건조단계 S4; 경화단계

Claims (5)

1. 연마재 5~35중량%와, 분말 유기질 결합재분말 2~5중량%와, 액체 유기질 결합제 25~60중량%와, 분말무기재료1 5~15중량%와, 분말무기재료2 5~15중량%를 혼합하여 배합되고, 금형에 주입하여 50~70℃에서 4~5시간 건조하고 80~140℃에서 8~32시간 경화한 것을 특징으로 하는 건식연마용 연마지석의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연마재는 인조다이아몬드와, CBN, 탄화구소계와 알루미나옥사이드계가 혼합된 것을 특징으로 하는 건식연마용 연마지석의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서
   상기 분말 유기질 결합재분말은 페놀수지 또는 엑폭시 수지, 멜라민수지, 요소수지 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 건식연마용 연마지석의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 분말무기재료1은 Ca가 함유된 석회석, 규회석, 탄산칼슘 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 건식연마용 연마지석의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 분말무기재료2는 알루미늄옥사이드(Al₂O₃), 탄화규소(SiC)가 함유된 활석, 장석 도석 활석 점토 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 건식연마용 연마지석의 제조방법.
   
   

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