KR20160003147U - 다이아몬드 절삭공구 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 고안은 다이아몬드 절삭공구 및 그 제조방법에 관한 것으로, 복수의 다이아몬드입자를 메탈파우더가 혼합된 제1 코팅액으로 코팅하고 이어서 제조시 메탈 파우더 함량 및 용제, 촉매와의 혼합온도가 상이한 제2 코팅액으로 인캡슐레이션하여 평균입경 0.7 내지 3.0mm의 다이아몬드과립으로 만든 후, 상기 캡슐화된 다이아몬드과립들을 금형에 충전하고 프레스로 압착하고 소결하여 다이아몬드입자들이 규칙적으로 배열된 복수의 세그먼트로 만든 후, 상기 세그먼트들을 강재로 이루어진 본체의 절삭날로 이용하고자 하는 부위에 부착하여 다이아몬드 절삭공구를 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

다이아몬드 절삭공구 및 그 제조방법{Diamond Cutting Tool and Manufacturing Method Thereof}

본 고안은 다이아몬드 절삭공구 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조시간을 단축하면서도 세그먼트의 다이아몬드입자를 규칙적으로 배열하여 수명을 연장시킬 수 있는 다이아몬드 절삭공구 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 다이아몬드 절삭공구는 건축 및 토목공사 등의 현장에서 석재, 금속, 콘크리트 및 아스팔트 등과 같은 단단한 재질의 재료를 절삭하기 위해 널리 사용된다.

상기 다이아몬드 절삭공구는 강재로 된 본체의 둘레에 복수의 세그먼트(segment)를 용접하여 제조할 수 있다.

종래의 세그먼트는 다이아몬드입자와 메탈파우더입자가 불규칙하게 섞여 있는 상태로 금형에 한번에 넣어 성형 및 소결이 진행되므로 전체적으로 세그먼트의 다이아몬드입자 배열이 불규칙하게 이루어질 수 있다. 예컨대, 세그먼트의 일부는 다이아몬드입자가 1개만 배치되고, 세그먼트의 다른 부분은 다이아몬드입자가 2개 이상 배치되는 등 세그먼트가 구역별로 상이한 다이아몬드입자 개수를 가질 수 있다.

절삭공구 사용시 다이아몬드입자는 절삭하는 역할을 담당하게 된다. 따라서, 상기 세그먼트들을 본체의 둘레에 연속하여 부착하면 다이아몬드입자가 적게 배치된 부분이 다이아몬드입자가 많이 배치된 부분에 비해 상대적으로 많은 힘을 받아 빨리 닳게 되므로 절삭공구의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 다이아몬드 수용트레이와 지그를 포함하는 다이아몬드입자 픽업유닛과 메탈파우더입자 공급유닛을 별개로 구성하여 세그먼트를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

상기 세그먼트 제조방법은, 메탈파우더입자 공급유닛을 이용하여 메탈파우더입자를 금형에 먼저 공급하고 다이아몬드 픽업유닛을 그 위에 다이아몬드입자를 순차적으로 분포시킨 후 성형 및 소결을 거쳐 세그먼트를 제조하는 것으로서, 앞서 설명한 방법에 비해 세그먼트에 형성된 다이아몬드입자 배열이 규칙적으로 정돈될 수 있다.

그러나, 상기 세그먼트 제조방법은 다이아몬드입자와 메탈파우더입자를 공급하기 위한 2개의 공급유닛이 필요하므로 제조장치의 설비비용 및 유지비용이 상승될 수 있으며, 메탈파우더입자와 다이아몬드입자가 금형에 번갈아 공급되며 세그먼트 제조가 이루어지는 방식으로서 복수의 세그먼트 제조시 많은 작업시간이 소요되는 문제점이 있었다.

하기 특허문헌 1은 금속으로 코팅된 다이아몬드입자를 전착에 의해 본체에 부착하는 다이아몬드 절삭공구 및 그 제조방법에 대해 개시하고 있다.

국내공개특허 2006-0119425

본 고안은 상술한 바와 같은 종래기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 제조시간을 단축하면서도 세그먼트의 다이아몬드입자를 규칙적으로 배열하여 수명을 연장시킬 수 있는 다이아몬드 절삭공구 및 그 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 고안은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로 95.6 내지 97.5중량%의 메탈파우더, 2.4 내지 3.9중량%의 알코올 및 0.1 내지 0.5중량%의 촉매를 90 내지 100℃에서 혼합하여 제1 코팅액을 마련하고, 95.6 내지 97.5중량%의 메탈파우더, 2.4 내지 3.9중량%의 알코올 및 0.1 내지 0.5중량%의 촉매를 75 내지 85℃에서 혼합하여 제2 코팅액을 마련하는 단계; 복수의 다이아몬드입자 표면을 상기 제1 코팅액으로 코팅하는 단계; 상기 제1 코팅액으로 코팅된 다이아몬드입자들을 상기 제2 코팅액으로 각각 인캡슐레이션(encapsulation)하여 평균입경 0.7 내지 3.0mm의 다이아몬드과립들로 만드는 단계; 상기 캡슐화된 다이아몬드과립들을 금형에 충전한 후 프레스로 압착하고 소결하여 다이아몬드입자들이 규칙적으로 배열된 복수의 세그먼트를 만드는 단계; 및 상기 세그먼트들을 강재로 이루어진 본체의 절삭날로 이용하고자 하는 부위에 부착하는 단계; 를 포함하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법을 제공한다.

본 고안의 일 실시예에서, 상기 제1 코팅액으로 코팅된 다이아몬드입자는 평균입경이 0.4 내지 0.5mm일 수 있다.

본 고안의 일 실시예에서, 상기 제1 또는 제2 코팅액의 메탈파우더는 주석, 황동, 청동, 구리, 은, 코발트, 니켈 및 철 중 하나 또는 이들 중 2개 이상의 혼합물일 수 있다.

본 고안의 일 실시예에서, 상기 알코올은 IPA(isopropyl alcohol; 이소프로필 알코올) 또는 PEG(polyethylene glycol; 폴리에틸렌 글리콜)일 수 있다.

본 고안의 다른 측면은, 공작기계에 결합시키기 위한 본체; 및 상기 본체의 둘레에 부착되며, 메탈파우더와 복수의 다이아몬드과립을 포함하는 복수의 세그먼트를 포함하며, 상기 세그먼트의 다이아몬드과립은, 다이아몬드입자; 상기 다이아몬드입자 표면에 0.4 내지 0.5mm 두께로 코팅된 제1 메탈코팅층; 및 상기 제1 메탈코팅층 표면에 0.2 내지 2.6mm 두께로 코팅된 제2 메탈코팅층; 을 포함하는 다이아몬드 절삭공구를 제공한다.

본 고안의 일 실시예에 따르면, 캡슐화된 다이아몬드과립들을 금형에 충전하고 압착 및 소결하여 복수의 세그먼트로 만든 후 상기 세그먼트들을 강재로 이루어진 본체의 절삭날로 이용하고자 하는 부위에 부착함으로써, 세그먼트 제조시 상기 캡슐화된 다이아몬드과립들을 금형으로 공급하는 1개의 공급유닛만 있으면 되므로 제조장치의 설비비용 및 유지비용은 물론 제조시간을 단축할 수 있으며, 상기 캡슐화된 다이아몬드과립은 평균입경이 0.7 내지 1.5mm로 크기가 크면서 입자가 고른 구형으로 입자 성장화가 이루어지므로, 금형에 충전시 다이아몬드입자들의 분포를 정확하게 조절하여 배열할 수 있으며, 이에 절삭공구 사용시 전체적으로 받는 힘이 일정하여 세그먼트들이 동일한 수치로 닳게 되므로 절삭공구의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

따라서, 절삭성의 향상으로 사용자의 작업시간 감소 및 작업환경에서 발생되는 소음 및 분진을 절감시킬 수 있으며, 제품의 수명연장을 통해 샹크가 소모되는 양을 감소시켜 자원을 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 다이아몬드 절삭공구를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 다이아몬드 절삭공구의 제조방법에 대한 플로우차트이다.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따라 다이아몬드과립을 제조하기 위한 장치를 나타낸 단면도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 고안의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 고안의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 고안의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 고안의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 고안의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 고안의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

다이아몬드 절삭공구

도 1을 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 다이아몬드 절삭공구(10)는 건축 및 토목공사 등의 현장에서 석재, 금속, 콘크리트 및 아스팔트 등과 같은 단단한 재질의 재료를 절삭하기 위해 널리 사용된다.

이러한 다이아몬드 절삭공구(10)는 공구의 본체가 되며 공구를 공작기계 등에 결합시키는 역할을 하는 샹크(shank, 11)와, 본체의 절삭날로 이용하고자 하는 부위, 예컨대 휠 쏘(wheel saw) 형태인 경우 샹크(11) 둘레에 부착된 복수의 세그먼트(12)를 포함한다. 이때, 세그먼트(12)는 메탈파우더가 2중으로 코팅되며 균일하게 배열된 평균입경 0.7 내지 3.0mm의 복수의 다이아몬드과립(13)을 가지며, 샹크(11)의 둘레에 용접 등의 방법으로 부착될 수 있다.

다이아몬드 절삭공구의 제조방법

이하, 도 2를 참조하여 본 고안의 일 실시예에 따른 다이아몬드 절삭공구의 제조방법을 설명한다.

먼저, 슬러리 형태로 된 제1 및 제2 코팅액을 마련한다(S1).

상기 제1 코팅액은 메탈파우더, 알코올 및 촉매를 포함할 수 있으며, 95.6 내지 97.5중량%의 메탈파우더, 2.4 내지 3.9중량%의 알코올 및 0.1 내지 0.5중량%의 촉매의 혼합비율로 90 내지 100℃에서 상기 물질들을 혼합하여 마련할 수 있다. 이때, 알코올 및 촉매는 입자 형성 후 제거되어야 하는 불순물이므로 입자성장에 방해가 되지 않는 범위 내에서 최대한 적게 투입하는 것이 유리하다.

상기 메탈파우더는 다이아몬드입자 표면을 코팅하기 위한 상기 제1 코팅액의 주성분으로서, 배합비가 95.6중량% 미만인 경우 입자성장속도가 느리게 나타나는 문제점이 발생할 수 있으며, 배합비가 97.5중량%를 초과하는 경우 입자의 크기가 커지거나 입자가 불규칙하게 형성될 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 알코올은 상기 제1 코팅액에서 용제의 역할을 하는 것으로서, 배합비가 2.4중량 미만인 경우 입자성장속도가 너무 느리게 나타나는 문제점이 발생할 수 있으며, 배합비가 3.9중량%를 초과하는 경우 상대적으로 메탈파우더의 양이 줄어드는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 촉매는 배합비가 0.1중량 미만인 경우 입자성장속도가 느리게 나타나는 문제점이 발생할 수 있으며, 배합비가 0.5중량%를 초과하는 경우 입자의 크기가 커지거나 입자가 불규칙하게 형성될 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 상기 제1 코팅액을 혼합하는 온도에 있어서, 만약 혼합온도가 90℃ 미만인 경우 입자성장속도가 느리게 나타나 입자혼합이 제대로 이루어지지 않을 수 있으며, 혼합온도가 100℃를 초과하면 입자의 크기가 커지거나 입자가 불규칙하게 형성되는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 제2 코팅액은 95.6 내지 97.5중량%의 메탈파우더, 2.4 내지 3.9중량%의 알코올 및 0.1 내지 0.5중량%의 촉매를 75 내지 85℃에서 혼합하여 마련할 수 있다.

또한, 상기 제2 코팅액을 혼합하는 온도에 있어서, 만약 혼합온도가 75℃ 미만인 경우 입자성장속도가 느리게 나타나 입자혼합이 제대로 이루어지지 않을 수 있으며, 혼합온도가 85℃를 초과하면 입자의 크기가 커지거나 입자가 불규칙하게 형성되는 문제점이 발생할 수 있다.

이러한 제1 및 제2 코팅액의 배합비와 혼합온도는 반복된 실험을 통해 얻어진 것이며, 특히 상기 배합비의 범위 내에서 마련된 제1 및 제2 코팅액으로 다이아몬드입자를 코팅하는 경우 메탈파우더와 다이아몬드 간의 밀도에 기인하여 로스율을 더 낮출 수 있으며, 메탈파우더와 다이아몬드 간의 충분한 접착 강도를 얻을 수 있다.

이때, 상기 제1 또는 제2 코팅액의 메탈 파우더는 자성이 우수한 금속, 예를 들어 주석, 황동, 청동, 구리, 은, 코발트, 니켈 및 철 중 하나 또는 이들 중 2개 이상의 혼합물일 수 있으며, 본 고안이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 알코올은 무극성 물질을 용해하며 자기 얼룩을 남기지 않고 쉽게 증발하는 특징을 갖는 IPA(isopropyl alcohol; 이소프로필 알코올) 또는 자체 점성 및 입자 성장 속도가 우수한 PEG(polyethylene glycol; 폴리에틸렌 글리콜)를 사용할 수 있으나, 본 고안이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 촉매는 반드시 필요한 것은 아니지만, 아크릴 폴리머를 다양하게 사용할 수 있으며, 시중에서 판매되는 제품으로는 미쓰비시레이온의 제품(제품명:DIANAL BR-118)을 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 다이아몬드입자의 둘레를 상기 제1 코팅액으로 코팅한다(S2).

상기 다이아몬드입자는 일반적으로 사용되는 40/45 Mesh(메쉬) 또는 35/40 TI 사이즈의 것을 사용할 수 있으며, 본 고안이 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, TI는 표면에 티타늄(titanium)이 코팅된 다이아몬드입자를 나타낸다..

도 3을 참조하면, 상기 코팅방법은 먼저 상면이 개방되고 내부 수용공간(110)을 갖는 혼합용기(100)의 수용공간(110)에 복수의 다이아몬드입자(210)를 ①과 같이 투입하고 혼합용기(100) 하단에서 에어펌프(120)를 이용하여 혼합용기(100)의 수용공간(110)으로 0.3 내지 0.4Mpa 세기의 에어를 ②의 방향으로 공급하여 수용공간(110) 내에 투입된 다이아몬드입자(210)가 혼합용기(100)의 수용공간(110) 내에 부양되도록 한다. 이때, 에어펌프(120)로 공급되는 에어의 세기가 0.3Mpa 미만인 경우 다이아몬드입자(210) 중 일부가 혼합용기(100)의 바닥에 가라앉을 수 있으며, 0.4Mpa를 초과하는 경우 다이아몬드입자(210)들이 서로 충돌하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.

이후, 제1 코팅액(220)을 ②와 같이 혼합용기(100)의 수용공간(110) 안에 주입한다. 제1 코팅액(220)은 바람직하게 혼합용기(100)의 수용공간(110) 하부로 연장되게 설치된 공급튜브(120) 등을 통해 주입된다. 이렇게 주입된 제1 코팅액(220)은 주입과 동시에 혼합용기(100)에 축(121)으로 설치되어 있는 코팅팬(130)의 작동에 의해 혼합용기(100)의 수용공간(110)에서 방향성 없이 유동되면서 혼합용기(100)의 수용공간(11) 내에 부양되어 있던 다이아몬드입자(210)들과 접촉하여 각각의 다이아몬드입자(210)의 표면에 피복되는 것이다.

이때, 코팅팬(130)의 회전속도는 50 내지 80RPM일 수 있으며, 바람직하게는 약 70RPM으로 설정할 수 있느아, 본 고안이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 이 작업은 10 내지 20분간 이루어질 수 있으나, 본 고안이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 작업 시간은 사용되는 메탈파우더의 종류 및 작업이 행해지는 장소의 온도 및 습도 등의 조건에 따라 변경될 수 있다.

이때, 제1 코팅액으로 코팅된 다이아몬드입자는 평균입경이 0.4 내지 0.5mm가 될 수 있다. 이는 40/45 메쉬(mesh)의 다이아몬드를 사용하는 경우 다이아몬드입자의 크기가 대략 0.35mm가 되므로 이러한 다이아몬드입자 표면에 0.05 내지 0.15mm의 두께로 제1 코팅액을 입혔기 때문이다. 제1 코팅액으로 코팅된 다이아몬드입자의 평균입경은 사용된 다이아몬드입자의 크기에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 본 실시 예에서는, 코팅된 다이아몬드입자 중 일부를 채취하여 크기를 측정한 후 상기 평균입경을 만족시키면 코팅작업을 중단하게 되며, 이후 소정시간의 건조 과정을 거쳐 제1 코팅액에 함유된 알코올 성분을 제거하게 된다.

다음으로, 상기 제1 코팅액으로 코팅된 다이아몬드입자를 상기 제2 코팅액으로 인캡슐레이션(encapsulation)하여 평균입경 0.7 내지 3.0mm의 구형으로 규칙적인 입자 성장화가 된 다이아몬드과립으로 만든다(S3). 이때, 다이아몬드입자 표면에 코팅된 제1 코팅액이 완전 건조되도록 상온에서 일정 시간의 건조 공정을 선진행 할 수 있다.

상기 다이아몬드과립의 평균입경이 0.7mm 이상인 것은 사용되는 피삭제물에 관계없이 절삭에 필요한 최소 강도를 확보할 수 있는 크기이기 때문이며, 평균입경 상한치가 3.0mm인 것은 이 수치를 초과하게 되면 절삭공구로 사용하기에 너무 큰 크기가 될 수 있기 때문이다.

한편, 한번에 사용되는 다이아몬드과립들의 평균입경의 공차범위는 다이아몬드과립의 분포를 정확하게 조절하여 배열할 수 있도록 바람직하게 ±1.1mm 이하가 되도록 한다. 상기 다이아몬드과립들의 평균입경의 공차범위가 ±1.1을 초과하게 되면 설계상의 다이아몬드과립의 분포를 맞추기가 어려워질 수 있다. 예컨대, 동일 금형에 사용되는 바람직한 다이아몬드과립들의 평균입경은 0.7~0.8mm, 1.0~1.1mm 등이 될 수 있으며, 1.0~1.3mm 등은 다이아몬드입자의 분포도를 고려할 때 함께 사용이 부적절할 수 있다.

여기서, 인캡슐레이션이란 다이아몬드입자 둘레에 제2 코팅액으로 한번 더 코팅을 실시하여 평균입경이 더 커지고 입자가 매우 고른 구형 알갱이 형태로 캡슐화된 다이아몬드과립을 만드는 것을 의미한다. 본 실시예에 따라 다이아몬드입자의 캡슐화가 진행되면 입자의 강도가 개선되어 세그먼트를 성형할 때 프레스 압착에 의해 다이아몬드입자 중 일부가 깨지는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에서, 인캡슐레이션시 다이아몬드입자의 코팅 방법은 앞서 설명한 제1 코팅액에 의한 다이아몬드입자 코팅방법과 코팅액 및 완성된 다이아몬드과립의 평균입경 등을 제외하고는 대체로 그 특징이 유사하므로 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예의 다이아몬드입자 코팅방법에 따르면, 다이아몬드입자는 제1 코팅액에 의한 1차 코팅과 제2 코팅액에 의한 2차 인캡슐레이션의 공정을 거친다. 만약, 1차 코팅 과정을 생략하고, 단순히 2차 인캡슐레이션의 형성 조건하에서 작업시간을 늘려 2차 인캡슐레이션 만으로 원하는 두께의 메탈파우더 코팅두께를 얻는 경우, 다이아몬드과립의 형성에 소요되는 시간이 매우 지연될 뿐 아니라 그 결과물 또한 매우 불규칙한 형상을 띄게 되는 문제점이 발생할 수 있다.

본 실시예에서는, 제1 및 제2 코팅액의 구성비 및 기타 코팅 조건을 상이하게 적용하여 2단계로 코팅을 진행함으로써 보다 일정한 형태의 입자 형성이 가능할 뿐만 아니라 작업 시간도 단축할 수 있다.

다음으로, 캡슐화된 복수의 다이아몬드과립을 금형에 일정하게 분포되도록 충전하고 프레스로 압착한 후 소결하여 복수의 세그먼트를 만든다(S4).

일정한 크기의 금형 내부에 0.7mm 이상의 평균입경으로 인캡슐레이션된 다이아몬드과립이 충전된다고 가정할 때 금형 내부에 충진되는 다이아몬드입자의 수량 및 금형 내부에 충진되는 메탈파우더의 중량 또한 대체로 계산할 수 있게 된다.

또한, 캡슐화된 다이아몬드과립은 평균입경이 0.7mm 이상으로 코팅 및 인캡슐레이션 공정 전의 다이아몬드 입자에 비해 크기가 크고 입자가 고른 구형으로 규칙적인 입자 성장화가 될 수 있다.

따라서, 금형에 충전시 다이아몬드입자들의 분포를 정확하게 조절하기 용이하며, 이에 다이아몬드입자들이 규칙적으로 배열된 세그먼트를 제조할 수 있다.

일반적으로 다이아몬드 절삭공구의 성능은 세그먼트 내의 다이아몬드입자의 집중도 및 분포도와 적합한 메탈파우더의 선택에 크게 좌우된다.

종래의 코팅된 다이아몬드입자를 메탈파우더입자와 금형에 별도의 공급유닛을 통해 투입하여 세그먼트를 생산하는 경우, 2개의 공급유닛이 반드시 사용되어야 하므로 생산속도가 늦을 뿐 아니라, 메탈파우더입자와 다이아몬드입자 간의 입도 분포의 차이 등으로 인해 다이아몬드입자의 배열 및 성형된 세그먼트 중량의 오차가 빈번하게 발생하였다.

그러나, 본 실시예의 경우, 메탈파우더가 코팅된 다이아몬드입자를 앞서 코팅시 사용된 것과 다른 함량을 갖는 메탈파우더로 한번 더 코팅(인캡슐레이션)하여 입자가 고른 구형으로 규칙적인 입자 성장화가 된 다이아몬드과립으로 만들어 사용함으로써, 종래의 메탈파우더입자화 공정(일명, 그래뉼 공정)이 불필요하고 세그먼트 성형시 1개의 공급 장치만 필요하게 된다.

물론 본 실시예에 의하면 추가적으로 캡슐화과정을 거쳐야 하지만, 이는 한번에 많은 량을 처리할 수 있으므로, 종래의 방법에 비하여 처리 효율이 증대된다.

*즉, 본 실시예의 경우 종래의 2개의 공급유닛으로 메탈파우더입자 및 다이아몬드입자를 각각 금형에 공급하는 방식에 비해, 한번에 많은 양이 생산되는 캡슐화된 다이아몬드과립을 하나의 공급유닛으로 연속하여 금형에 공급하는 것이므로, 세그먼트의 성형속도를 개선하여 생산성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 입자 성장화된 다이아몬드과립 하나당 1개의 다이아몬드 피복을 지니고 있으므로 세그먼트 성형시 자연스럽게 배열의 정확성을 확보할 수 있게 된다.

이후에는 소결과정을 거치게 되는데, 소결과정에서 알코올을 포함하는 불순물을 완전히 제거하게 된다. 소결은 350도에서 시작하여 400-450도를 일정시간 유지시켜서 불순물을 제거하고, 700-1000도에서 원하는 물성치를 얻도록 한다.

다음으로, 세그먼트들을 강재로 이루어진 본체의 절삭 날로 이용하고자 하는 부위에 부착하여 다이아몬드 절삭공구를 완성한다(S5). 예컨대, 다이아몬드 절삭공구가 휠 쏘(wheel saw) 형태인 경우 본체는 원반 형태의 샹크로 형성되므로 세그먼트들은 본체의 둘레에 용접과 같은 방법으로 부착할 수 있다.

이러한 과정에 의해 세그먼트의 다이아몬드 입자가 규칙적인 배열을 가지게 되므로 절삭공구 사용시 전체적으로 받는 힘이 일정하여 세그먼트들이 동일한 수치로 닳게 되면서 절삭공구의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

코팅팬의 속도 변화에 따른 다이아몬드과립의 변화 실험

인캡슐레이션시 코팅팬의 속도에 따라 다이아몬드과립의 표면 형상 및 크기가 어떻게 변화되는지 알아보기 위한 실험을 실시하였다.

다이아몬드입자는 40/45 메쉬 또는 35/40 TI 사이즈의 것을 사용하였으며, 혼합용기에 한번에 1,000 cts를 넣어 각각 코팅 및 인캡슐레이션을 진행하였다.

제1 코팅액의 메탈 파우더는 코발트 7kg과 은 1Kg을 사용하였으며, 용제는 PEG(#600) 300g, 촉매는 미쓰비시레이온의 DIANAL BR-118 10g을 사용하였다. 상기 제1 코팅액은 메탈파우더, 용제 및 촉매를 95±5℃에서 약 40분간 혼합하여 슬러리 형태로 제작하였다.

이후, 혼합용기에 상기 다이아몬드입자와 기제작된 제1 코팅액을 넣고 에어펌프의 분사압력을 0.4Mpa로 하여 다이아몬드입자 표면에 약 15분간 코팅을 실시하여 이중 약 80%가 기준치인 0.4 내지 0.5mm의 1차 코팅층을 갖는 다이아몬드입자를 얻을 수 있었다.

이하, 인캡슐레이션은 이렇게 제조된 다이아몬드입자를 사용하여 실시되었다.

1차 인캡슐레이션 실험: 제2 코팅액의 메탈 파우더는 코발트 8Kg, 니켈 1Kg, 철 1Kg을 사용하였으며, 용제는 PEG(#600) 300g, 촉매는 미쓰비시레이온의 DIANAL BR-118를 상기 제1 코팅액 제조시 보다 증가시켜 50g을 사용하였다. 상기 제2 코팅액은 메탈파우더, 용제 및 촉매를 약 80℃에서 약 40분간 혼합하여 슬러리 형태로 제작하였다.

이후, 혼합용기에 상기 다이아몬드입자와 제2 코팅액을 넣고 에어펌프의 분사압력을 1.6kg.f/㎠으로, 팬(fan)의 속도를 80 RPM으로 설정하고, 제2 코팅액이 투입되는 공급튜브는 ø6인 것을 사용하여 다이아몬드입자 표면에 약 60분간 코팅을 실시하여 캡슐화된 평균입경 0.7 내지 0.8mm의 다이아몬드과립을 얻었다. 이때, 제2 코팅액은 고른 도포를 위해 팬을 3분간 먼저 공회전 시킨 후 혼합용기에 투입하였으며, 인캡슐레이션이 완료된 다이아몬드과립은 건조오븐에서 12시간 정도 건조하는 작업을 추가로 진행하였다.

2차 인캡슐레이션 실험: 1차 인캡슐레이션과 대체로 동일한 조건에서 진행되었으며, 코팅팬의 속도를 50 RPM으로 변경하였다. 그 결과 제2 코팅액의 분사면적이 넓어지면서 입자가 일부 뭉치는 현상이 발견되었고, 건조 후 분급(seving) 하였으나 메쉬망을 통과하지 못하는 덩어리 형태의 코팅액이 존재하였다. 따라서, 1차 실험과 2차 실험의 중간 정도의 속도로 팬의 속도를 설정하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

3차 인캡슐레이션 실험: 1차 인캡슐레이션과 대체로 동일한 조건에서 진행되었으며, 코팅팬의 속도를 70 RPM으로 변경하였다. 그 결과 입자성장(코팅) 속도가 50분으로 줄어들었으며, 입자성장 회수율도 약 3% 정도 증가함을 알 수 있었다.

제2 코팅액의 성분 및 함량에 따른 다이아몬드과립의 변화 실험

제2 코팅액의 성분 및 함량에 따라 다이아몬드과립의 표면 형상 및 크기가 어떻게 변화되는지 알아보기 위한 실험을 실시하였다. 다이아몬드입자 제1 코팅 및 기본적인 인캡슐레이션 조건은 3차 인캡슐레이션 실험과 대동소이하다.

4차 인캡슐레이션 실험: 4차 인캡슐레이션 실험은 3차 인캡슐레이션 실험의 코팅액의 혼합물 조성과 비교하여 제2 코팅액의 성분 및 함량 변화에 따른 입자성장 속도와 회수율을 비교하기 위한 것이다.

3차 인캡슐레이션과 대체로 동일한 조건에서 진행되었으며, 2차 코팅액의 성분을 메탈 파우더는 코발트 4Kg, 니켈 4Kg, 철 1Kg 및 은 1Kg을 사용하였으며, 용제는 PEG(#600) 300g, 촉매는 미쓰비시레이온의 DIANAL BR-118를 50g 사용하였다. 그 결과 3차 인캡슐레이션 실험과 다이아몬드과립의 입자성장 속도와 회수율은 큰 변화가 없었다. 따라서, 코발트 대신에 니켈의 함량을 높이고 은을 첨가하여도 큰 문제가 없는 것으로 판단됨을 알 수 있다.

5차 인캡슐레이션 실험: 5차 인캡슐레이션 실험은 3차 인캡슐레이션 실험의 코팅액의 혼합물 조성과 비교하여 제2 코팅액의 성분 및 함량 변화에 따른 입자성장 속도와 회수율을 비교하기 위한 것이다.

3차 인캡슐레이션과 대체로 동일한 조건에서 진행되었으며, 2차 코팅액의 성분을 메탈 파우더는 코발트 3Kg, 니켈 2Kg, 철 4Kg 및 은 1Kg을 사용하였으며, 용제는 PEG(#600) 300g, 촉매는 미쓰비시레이온의 DIANAL BR-118 50g 사용하였다. 더불어, 코팅팬의 속도를 60 RPM으로, 에어펌프의 분사압력을 1.4kg.f/㎠로 변경하였다. 그 결과 3차 인캡슐레이션 실험과 다이아몬드과립의 입자성장 속도와 회수율은 큰 변화가 없었다.

절삭속도 실험

이하, 다이아몬드입자와 메탈파우더입자가 불규칙하게 섞여 있는 상태로 금형에 한번에 넣어 성형된 세그먼트를 갖는 다이아몬드 절삭공구를 비교예로 하여, 본 고안의 일 실시예와 절삭속도를 실험해 보았다.

절삭속도 시험에 사용된 콘크리트 블록은 레디믹스트 콘크리트를 사용하여 제작하였다. 상기 레디믹스트 콘크리트는 굵은 골재의 최대 치수가 25mm, 슬럼프 또는 슬럼프 플로우가 120mm, 호칭강도는 21Mpa, 공기량 4.5±1.5%, 염화물함유량은 0.3kg/㎥이하인 특징을 갖는다.

이와 같은 스펙을 갖는 레디믹스트 콘크리트를 가로 2400mm 이상, 세로 1200mm 이상, 높이 400mm 이상의 크기에 지름 20mm 이상의 콘크리트용 철근을 가로방향으로 약 10mm 간격으로 삽입하여 양생 가마니를 적셔 덮고 7일간 거푸집에 살수하여 습윤 상태를 유지하여 콘크리트 블록을 제작하였다. 이때 콘크리트 표면에는 막양생제를 도포하여 증발을 막았다.

앞서 설명한 비교예와 실시예에 따라 제조된 세그먼트를 갖는 다이아몬드 휠 쏘를 각각 엔진 콘크리트 절단기(Husquana의 K1260)에 장착하고 엔진 콘크리트 절단기의 회전속도를 4700rpm으로 설정한 후, 절단 깊이를 130mm 이상으로 하여 앞서 제작된 절삭속도 시험용 콘크리리트 블록이 절단되는 시간을 측정하고 시험완료 후 육안으로 다이아몬드 휠 쏘의 변형 및 파손이 있는지 확인하였다.

그 결과, 비교예의 절삭속도는 0.7m/min이었고, 실시예의 절삭속도는 1.1m/min으로 실시예가 비교예에 비해 높게 나타나 다이아몬드입자 배열이 고르게 되어있는 실시예의 절삭공구가 비교예에 의한 절삭공구에 비해 상대적으로 우수한 절삭능력을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

본 고안은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 고안의 범위에 속한다고 할 것이다.

10 ; 절삭공구 11 ; 샹크
12 ; 세그먼트 13 ; 다이아몬드과립

Claims (5)

1. 95.6 내지 97.5중량%의 메탈파우더, 2.4 내지 3.9중량%의 알코올 및 0.1 내지 0.5중량%의 촉매를 90 내지 100℃에서 혼합하여 제1 코팅액을 마련하고, 95.6 내지 97.5중량%의 메탈파우더, 2.4 내지 3.9중량%의 알코올 및 0.1 내지 0.5중량%의 촉매를 75 내지 85℃에서 혼합하여 제2 코팅액을 마련하는 단계;
   복수의 다이아몬드입자 표면을 상기 제1 코팅액으로 각각 코팅하는 단계;
   상기 제1 코팅액으로 코팅된 다이아몬드입자들을 상기 제2 코팅액으로 각각 인캡슐레이션(encapsulation)하여 평균입경 0.7 내지 3.0mm의 다이아몬드과립들로 만드는 단계;
   상기 캡슐화된 다이아몬드과립들을 금형에 일정패턴으로 충전한 후 프레스로 압착하고 소결하여 다이아몬드입자들이 규칙적으로 배열된 복수의 세그먼트를 만드는 단계; 및
   상기 세그먼트들을 강재로 이루어진 본체의 절삭날로 이용하고자 하는 부위에 부착하는 단계; 를 포함하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅액으로 코팅된 다이아몬드입자는 평균입경이 0.4 내지 0.5mm인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅액으로 코팅된 다이아몬드입자는 평균입경이 0.4 내지 0.5mm인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 알코올은 IPA(isopropyl alcohol; 이소프로필 알코올) 또는 PEG(polyethylene glycol; 폴리에틸렌 글리콜)인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법.
5. 공작기계에 결합시키기 위한 본체; 및
   상기 본체의 둘레에 부착되며, 메탈파우더와 복수의 다이아몬드과립을 포함하는 복수의 세그먼트를 포함하며,
   상기 세그먼트의 다이아몬드과립은, 다이아몬드입자; 상기 다이아몬드입자 표면에 0.4 내지 0.5mm 두께로 코팅된 제1 메탈코팅층; 및 상기 제1 메탈코팅층 표면에 0.2 내지 2.6mm 두께로 코팅된 제2 메탈코팅층; 을 포함하는 다이아몬드 절삭공구.
   

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