KR20160007193A - 경질 코어로 지지된 압축 부직포 연마 디스크 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경질 코어로 지지된 압축 부직포 연마 디스크 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 드릴이나 엔드밀의 플루트 연마에 적합하도록 정밀가공장비에 장착하는 것이 가능하고 허용 공차범위 내에서 피가공물의 연마(폴리싱)가 가능하도록 한 연마 디스크(1)로, 내측의 코어부(10)는 알루미늄 등의 금속이나 경질 합성수지로 제작하고, 금속 코어의 외곽에는 연마사가 부착된 부직포를 가압하에서 부착하여 경화시켜 피가공물의 폴리싱에 필요한 적정한 탄성을 갖도록 한 연마부(10)가 구비된 것이다.

Description

경질 코어로 지지된 압축 부직포 연마 디스크 및 이의 제조방법{Compressed nonwoven abrasive disk which is supported with hard core and manufacturing methods the same}

본 발명은 연마 디스크에 관한 것으로, 특히 드릴이나 엔드밀의 플루트 연마나 디스플레이용 평판유리의 에지부분 가공을 위한 정밀 가공장비에 장착하는 것이 가능하고, 허용 공차 범위 내에서 피가공물의 연마(폴리싱)가 가능하도록 한 것인바, 코어 부분은 알루미늄 합금 등의 금속이나 합성수지 등의 경질 소재로 제작하고, 경질 코어의 외곽에는 연마사가 부착된 부직포 스트립을 둘러 금형 내부에서 가압시켜 부직포 스트립이 경질 코어와 일체가 되도록 함으로써 피가공물의 폴리싱에 필요한 적정한 탄성을 보유하도록 한 경질 코어로 지지된 압축 부직포 연마 디스크 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 열 프레스 몰딩 방법을 사용하는 다이아몬드 공구는 지지부(코어부)의 정밀도가 높아 정밀 연삭장비에 사용이 가능하지만, 연삭부(연마재가 있는 부분)의 경도가 높아 탄성이 요구되거나 표면의 폴리싱이 요구되는 경우의 응용이 원활하지 않다.

이러한 다이아몬드 공구(레진 다이아몬드 휠)는 도넛 형태의 하부 금형에 1차 가공된 알루미늄 섕크를 삽입하고, 금형 내부에 연마재와 고체상태의 수지 파우더를 주입한 후, 상부 금형(펀치)를 결합한 상태에서 열 프레스 장비로 소정의 압력과 온도를 가하여 경화시키고, 연마재와 수지가 경화되어 부착된 알루미늄 섕크를 금형으로부터 분리시켜 정밀 연삭장비에 장착할 수 있도록 코어를 완제품형태로 후가공하게 되는바, 이는 피가공물의 연마시 사용되는 팁 부분이 매우 딱딱하여 피가공물의 표면을 폴리싱 하는데 사용할 경우 자칫 과연마 및 스크래치(원치 않는 깊은 연마자국)와 같은 치명적인 손상을 입히게 되는 상황이 빈번하게 발생한다.

특히, 드릴이나 엔드밀의 플루트 부분은 드릴링이나 밀링시 모재로부터 깎인 칩이 외부로 원활히 배출되도록 매끄럽게 폴리싱되어야 하는바, 이러한 부분을 위와 같은 경질의 연마 디스크를 사용할 경우에는 연마부의 탄성이 없어 고운 입도의 다이아몬드를 사용하여야 하는데 이렇게 입자가 작아지면 바인더(본드)가 연마재를 잡고 있는 능력이 충분치 않아 연마력이 떨어지거나 버닝(피삭재가 타는)현상 등의 가공 불량을 초래하는 상황이 자주 발생한다.

또, 연마 디스크 전체를 부직포로 제작한 부직포 연마재는 거의 모든 제품이 화장지가 돌돌 말린 것과 같은 컨볼루트(convolute) 타입이거나, 여러 장을 적층하고 수지를 묻힌 후 고온과 압력을 가하여 만든 유니타이즈드(unitized) 타입이 주를 이룬다.

이러한 부직포 연마재의 특성은 자체 탄성이 있기 때문에 피가공물에 손상을 적게 주고, 표면을 따라 움직이면서 연마를 할 수 있다는 장점이 있는데, 이는 지지체(코어부) 부분과 연삭(연마부) 부분이 구분이 안 되며, 전체가 부직포 연마재로 이루어져 있어 가격이 저렴한 실리카나 알루미나 연마재 파우더를 사용하여 만들고 있다.

이러한 부직포 연마재는 상술한 레진 다이아몬드 휠의 단점을 보완할 수는 있지만, 코어부와 연마부가 모두 부직포로 이루어져 있어 정밀 가공장비에 장착하는 것 자체가 어렵고, 장착되더라도 공차가 허용범위를 훨씬 초과하여 CNC(또는 NC)같은 정밀 가공 장비에 사용하는 것은 여전히 적합하지 않다.

미국특허출원공개 US 2013/0157544 A1(2013.07.20.공개) 발명의 명칭:NONWOVEN ABRASIVE WHEEL 한국공개특허 제10-2007-0044155호(2007.04.27.공개) 발명의 명칭:연마휠 및 그 제조방법 한국공개특허 제10-2009-0021187호(2009.02.27.공개) 발명의 명칭:연마롤 및 그 제조방법 일본특허공개 P2000-6036A(2000.01.11.공개) 발명의 명칭:연마휠 일본특허공개 P2004-527388A(2004.09.09.공개) 발명의 명칭:다공성 연마물품

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 상술한 종래 경질의 레진 다이아몬드 휠과 탄성을 갖는 부직포 연마재의 특성을 조합하여 우수한 연마 특히, 뛰어난 폴리싱 효과를 가지면서도 정밀 가공용 장비에 장착하여 사용할 수 있는 연마 디스크를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 알루미늄 합금 등의 금속이나 열경화성 수지 등을 포함하는 경질 소재로 이루어진 코어부와, 상기 코어부 외곽에 일체로 결합되되 연마사가 부착된 부직포가 압축 경화된 연삭부로 이루어져 상기 코어부를 정밀 가공용 장비에 장착하여 정밀수치제어가 가능하면서도 연삭부는 피가공물의 폴리싱에 필요한 적정한 탄성을 갖도록 한 경질 코어로 지지된 압축 부직포 연마 디스크를 제공한다.

본 발명은 또 상기한 연마 디스크를 제조하는 방법으로, 연마사가 부착된 부직포 스트립을 제작하는 단계; 알루미늄 합금 등의 금속이나 열경화성 수지를 포함하는 경질 소재로 이루어진 섕크를 제작하는 단계; 연마사가 부착된 부직포 스트립을 섕크의 외곽에 감아주는 단계; 부직포 스트립이 감긴 섕크를 금형에 삽입하고 상부 펀치를 결합시켜 소정의 압력을 가하여 상기 부직포 스트립을 압축 경화시켜 섕크에 일체로 부착시는 단계; 부직포 스트립이 일체로 부착된 섕크를 탈형한 후 정밀 연삭장비에 장착할 수 있는 코어 형태로 후가공 하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 연마 디스크의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 기존의 레진 다이아몬드 휠이나 부직포 연마 휠의 특성을 조합한 것으로, 코어부가 경질 소재로 이루어져 있어 드릴이나 엔드밀의 플루트 부위의 폴리싱을 위한 정밀 가공 장비에 장착하여 사용시 부직포 연마재(연마부)가 보유하고 있는 탄성에 의해 드릴이나 엔드밀의 플루트 부위의 폴리싱에 적합하고, 이의 제조방법 또한 간단하여 저렴한 비용으로 제작할 수 있으므로 그간 드릴이나 엔드밀의 플루트 폴리싱 및 디스플레이관련 평판유리의 에지 부분 폴리싱을 저렴한 비용으로 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 연마 디스크의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 연마 디스크의 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 연마 디스크 성형용 금형의 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 연마 디스크의 개략적인 제조공정도이다.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에는 본 발명의 일 실시 예에 의한 연마 디스크(1)가 도시되어 있는데, 이는 알루미늄 합금으로 이루어진 코어부(10)와, 상기 코어부(10) 외곽에 일체로 결합되되 연마사가 부착된 부직포가 압축 경화된 연마부(20)로 이루어져 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시 예의 연마 디스크(1)는 외형상으로는 기존의 레진 다이아몬드 휠과 동일한데, 다만, 알루미늄 합금 등의 경질 소재로 이루어진 코어부(10) 외곽에 부직포 연마재(20')가 일체로 결합된 구조로 이루어져 있으며, 본 실시 예에서는 드릴이나 엔드밀의 플루트 부위의 폴리싱에 적합한 납작한 디스크 타입으로 이루어져 있다.

본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 연마 디스크의 형태에 한정되지 않으며, 기존의 레진 다이아몬드 휠의 다양한 형태와 마찬가지로 용도에 따라서 다양한 크기와 형태로 제작할 수 있음은 물론이다.

본 발명에서 사용 가능한 연마재 입자로는 일반적으로 알루미늄옥사이드와 실리콘카바이드인데, 이는 누프경도 2300이상으로 다이아몬드를 비롯한 이와 유사한 구조를 갖는 CBN과 B4C를 제외하고는 가장 높은 경도값을 가지며 저렴하기 때문이다. 이외에 부직포 연마재에 사용될 수 있는 연마재입자로는 가장 경도가 높은 다이아몬드를 사용할 수 있으며, 경도가 상당히 낮은 탈크(Talc)나 세륨옥사이드와 같은 희토류 연마입자도 사용할 수 있다. 결국 연마란 상대적인 개념으로 자신을 희생하며 피삭재를 깎는 것을 의미하므로, 모스경도 2이상의 세라믹계열의 대부분의 입자를 사용할 수 있다.

또, 이러한 연마재의 입자는 그 용도에 따라 0.1um에서 1500um까지 사용이 가능한데, 연마재의 종류에 따라 경도에 차이가 나므로 연마재 입자의 선택에 따라 적정한 입자크기를 선택하여야 한다. 예를 들어, 드릴의 폴리싱용의 경우로 다이아몬드입자를 선택한다면 1um에서 40um이내에서 선택하여야 하고 그 범위를 더 좁힌다면 5um에서 20um이내가 적당하리라 본다. 유리 기판 폴리싱용인 경우 다이아몬드입자를 사용한다면 드릴 폴리싱의 경우와 같이 1um에서 40um 사이의 입자를 사용하면 되고, 만약 알루미늄옥사이드(알루미나)를 사용한다면 알루미나의 경도가 유리의 경도와 많은 차이가 나지 않기 때문에 최소 20um이상 크기의 입자를 사용하면 폴리싱 효과를 볼 수 있다. 폴리싱과 달리 일정량의 연마가 필요한 경우는 적정한 연마재종류를 선택하고 폴리싱의 경우보다 훨씬 큰 입자크기를 선택할 수 있다.

본 실시 예에서, 상기 코어부(10)는 그 중심부에 정밀가공장비의 축에 결합시키기 위한 관통홀(12)이 형성되고, 외곽으로는 연마부(20)를 지지하기 위한 납작한 플랜지(14)가 형성되어 있으며, 상기 연마부(20)는 합성섬유를 3차원적으로 체결시켜 상기 합성섬유끼리의 체결점을 바인더수지에 의해 접착하여 이루어지는 부직포 기재에 연마숫돌입자를 분산, 혼입하여 합성수지계 접착제를 사용하여 고착시킨 부직포 연마재로, 본 발명에 사용될 수 있는 부직포 연마재는 기존의 산업용 수세미를 적정한 바인더에 함침시켜 재사용할 수 있는바, 예를 들어, 소정 두께의 산업용 수세미를 폭 2cm, 길이 15cm로 자르면 띠(strip)모양이 생기게 되는데, 이를 코팅이나 스프레이코팅방법으로 바인더에 적셔주어 섕크(코어의 모재) 외곽에 감아주면 된다.

이때, 특별한 장치나 도구를 사용하지 않고도 부직포 연마재 스트립을 준비된 섕크 외곽에 둘러주는데, 이때, 스트립의 길이를 정확하게 섕크의 원주 길이와 맞춰 띠의 끝과 끝이 맞닿도록 하여도 되고 2회~3회 감을 수도 있는바, 이는 제품의 설계에 관한 부분과 연결하여 디자인되어야 하는 문제이다. 즉, 최종제품에서 부직포 연마재 부분이 차지하는 부피 및 형태에 따라 금형이 준비되어야 한다.

예를 들면, 도 1 및 도 2에 최종 제품인 연마 디스크(1)를 제작하기 위한 금형이 도 3에 도시되어 있는데, 이는 부직포 연마재 스트립(20')을 섕크(10') 외곽에 둘러서 금형(100) 내부에 삽입하고, 상부 펀치(110)를 올린 상태를 도시한 단면도이다.

도 3에서 부직포 연마재 스트립(20')이 있는 부분과 빈 공간(h)으로 표시된 부분의 합이 최종 제품의 부직포 연마재로 이루어진 연마부(20)를 형성하는 부분이다.

유압 프레스(도시 생략됨)에 도 3에 도시된 금형 세트를 올려놓고 압력을 가하여 누르게 되면 상부 펀치(110)가 부직포 연마재 스트립(20') 부분을 누르며 아래로 내려온다(반대로 상부 펀치(110)는 그대로 있고 하부의 금형(100)과 섕크(10')를 상부로 밀어 올리는 것도 마찬가지이며, 상부 펀치(110)와 하부 금형(100) 및 섕크(10')가 동시에 상,하로 압박되는 경우도 마찬가지이다).

상부 펀치(110)는 설정된 위치까지 내려오게 되고, 세 부분의 조합(금형(100), 상부 펀치(110), 섕크(10')사이에 존재하는 공간(h)에 부직포 연마재 스트립(20')이 눌려져 퍼지면서 그 공간을 메우게 된다.

이와 같은 금형에서 빈 공간(h)은 최종 제품의 형태를 고려하여 설계된다.

반면, 연마재가 연마재의 성능을 나타내기 위해서는 연마재 제품에서 연마재입자가 차지하는 부피, 섬유가 차지하는 부피, 바인더로 사용된 부피, 그리고 전체부피에서 위에 언급한 물질이 차지하는 부피를 뺀 공간은 ‘기공’이라는 부분으로 남게된다. 이 기공이라는 부분은 연마재 성능에 있어 꼭 필요한 부분으로, 제품의 탄성을 부여하기 위한 유격공간일 뿐 아니라, 비표면적을 넓혀 냉각수가 원활히 연마재 표면에 적셔줄 수 있도록 해주며, 연마과정 중 발생한 칩을 머금거나 배출해 주는 역할을 한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 연마 디스크는 금속 또는 열경화성 수지 등의 경질 소재로 이루어진 섕크(10')를 후가공하여 정밀 연삭장비에 장착할 수 있도록 코어부(10)로 만들면 되며, 이에 의해 정밀한 수치제어가 가능하면서도 부직포로 이루어진 연마부(20)는 피가공물의 폴리싱에 필요한 적정한 탄성을 가지게 되어 기존의 다이아몬드 휠이나 부직포 휠의 단점을 모두 보완할 수 있다.

도 4에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 연마 디스크의 제조공정이 개략적으로 도시되어 있는데, 이는 연마사가 부착된 부직포 스트립을 제작하는 단계(S10)와;

알루미늄 합금 등의 금속이나 열경화성 수지 등으로 이루어진 코어의 모재인 섕크를 제작하는 단계(S20)와;

부직포 연마재 스트립을 섕크 외곽에 감아주는 단계(S30)와;

부직포 연마재 스트립이 감긴 섕크를 금형에 삽입하고 상부 펀치를 결합시켜 소정의 압력을 가하여 상기 부직포 연마재 스트립을 압축 경화시켜 코어에 일체로 부착시는 단계(S40)와;

상기 단계(S40)에서 부직포 연마재 스트립이 일체로 부착된 코어를 탈형한 후, 완성품으로 후가공하는 단계(S50); 를 포함하여 이루어져 있다.

상기 단계(S10)에서는 소정 두께의 산업용 수세미를 소정의 폭과 길이로 잘라 띠(strip)모양을 이루도록 하되, 부직포 연마재 스트립(20')의 양단을 직각으로 절단하지 않고 사선방향으로 절단하여 섕크(10') 외곽에 감을 때 만나는 부분이 수직으로 경계가 형성되지 않고 사선방향으로 경계를 이루도록 하는 것이 바람직하다.

상기 단계(S20)에서는 최종 제품의 코어 형태를 감안하여 다양한 형태와 규격의 섕크(10')를 준비하게 되는데, 이 섕크(10')는 기본적으로 금형(100)의 내부에 삽입되어 부직포 연마재 스트립(20')의 하부와 내측을 지지할 수 있는 형태로 이루어지며, 금형 내부에서 부직포 연마재 스트립의 압축 성형 후 섕크(10')와 일체를 이루도록 한 상태에서 선반가공 등의 후가공 공정을 거쳐 최종 제품의 코어부(10)를 형성하게 된다.

또, 상기 단계(S30)에서는 부직포 연마재 스트립(20')을 준비된 섕크(10') 외곽에 둘러주는데, 이때, 부직포 연마재 스트립(20')의 길이를 정확하게 섕크(10')의 원주 길이와 맞춰 띠의 끝과 끝이 맞닿도록 하거나, 부직포 연마재 스트립(20')을 원주보다 휠씬 길게 제작하여 섕크 외곽에 수회 감을 수도 있다.

상기 단계(S40)의 일례로, 접착제를 1액형 경화제를 사용하는 경우에는 150mm폭의 10mmX10mm의 부직포 연마재 스트립을 갖는 제품의 경우, 50톤 유압프레스로 180℃에서 30분 동안 경화시킨다.

마지막으로, 후가공 단계(S50)에서는 금형을 냉각시킨 후 탈형을 하며, 섕크(10')에 부직포 연마재만이 존재하는 중간 제품을 post-curing을 위해 180℃ 오븐에서 2시간 동안 넣어둔다. 이후, 선반을 이용하여 섕크(10')를 최종제품의 형태인 코어부(10')가 되도록 가공하면 된다.

선반에서 섕크(10')의 외경 부분을 규격에 맞도록 작업하고, 관통홀(12)의 내경을 정밀 가공해 원하는 정밀도의 내경으로 가공하고, 이후 관통홀(12)을 선반 척에 물려 측면 및 외경을 가공하여 최종제품의 치수로 가공하면 연마 디스크의 제작이 완료된다.

한편, 상술한 실시 예에 의한 방법에서는 연마부를 형성하는 부직포를 스트립 상태로 제작하여 섕크 외곽에 감아주는 방법을 사용하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 부직포 연마재를 소정의 크기의 조각으로 절단하여 섕크가 삽입된 금형 내부의 빈 공간에 쑤셔넣고 상부 펀치를 결합시켜 소정의 압력을 가하여 상기 부직포 연마재 스트립을 압축 경화시키는 방법을 사용할 수도 있음은 물론이며, 접착제를 상온 경화형을 사용할 경우에는 금형을 가열하지 않고도 가압 후 일정 시간 경과시켜 경화시킬 수도 있음은 물론이다.

또한, 본 발명에 의한 경질 코어로 지지된 압축 부직포 연마 디스크는 상술한 바람직한 실시 예에 의한 제조방법 즉, 금형 내부에서 스트립 상태 또는 조각 상태의 부직포 연마재를 압축 경화시키면서 섕크(코어)에 일체로 결합시키는 방법에 대하여만 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 부직포 연마재를 프레스 몰딩방법에 의해 별도로 성형한 후, 미리 가공한 코어부에 접착하는 방법으로도 제작할 수 있음은 물론이며, 이와 같은 방법으로 제작한 연마 디스크는 후술하는 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다.

1 : 연마 디스크
10 : 코어부
12 : 관통홀
14 : 플랜지
10' : 섕크
20 : 연마부
20' : 부직포 연마재 스트립
100 : 금형
110 : 상부 펀치
h : 빈 공간

Claims (5)

1. 경질의 코어부(10)와, 상기 코어부(10) 외곽에 일체로 결합되되 연마사가 부착된 부직포가 압축 경화된 연마부(20)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경질 코어로 지지된 압축 부직포 연마 디스크.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 코어부는 알루미늄 합금을 포함하는 금속이나 열경화성 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 경질 코어로 지지된 압축 부직포 연마 디스크.
   
3. 경질 코어부 외곽에 부직포로 이루어진 연마부가 부착된 연마 디스크를 제조하는 방법으로,
   연마사가 부착된 부직포를 스트립 상태로 제작하는 단계;
   알루미늄 합금 등의 금속이나 열경화성 수지로 이루어진 경질 섕크를 준비하는 단계;
   상기 부직포 연마재 스트립을 섕크 외곽에 감아주는 단계;
   부직포 연마재 스트립이 감긴 섕크를 금형에 삽입하고 상부 펀치를 결합시켜 소정의 압력을 가하여 상기 부직포 연마재 스트립을 압축 경화시켜 섕크에 일체로 부착시는 단계;
   부직포 연마재 스트립이 일체로 부착된 섕크를 탈형한 후, 정밀 연삭장비에 장착할 수 있는 코어 형태로 후가공 하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 경질 코어로 지지된 압축 부직포 연마 디스크의 제조방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 단계(S10)에서는 소정 두께의 산업용 수세미를 소정의 폭과 길이로 잘라 띠(strip)모양을 이루도록 하되, 부직포 연마재 스트립(20')의 양단을 사선방향으로 절단하여 섕크(10') 외곽에 감을 때 만나는 부분이 사선방향으로 경계를 이루도록 한 것을 특징으로 하는 경질 코어로 지지된 압축 부직포 연마 디스크의 제조방법.
   
5. 경질 코어부 외곽에 부직포로 이루어진 연마부가 부착된 연마 디스크를 제조하는 방법으로,
   연마사가 부착된 부직포를 소정 크기의 조각으로 절단하는 단계;
   알루미늄 합금 등의 금속이나 열경화성 수지로 이루어진 경질 섕크를 준비하는 단계;
   상기 섕크를 금형에 삽입한 후 금형 내부의 빈 공간에 조각으로 절단된 연마사 부직포를 쑤셔넣고 상부 펀치를 결합시켜 소정의 압력을 가하여 상기 부직포 연마재 스트립을 압축 경화시켜 섕크에 일체로 부착시키는 단계;
   부직포 연마재 조각이 일체로 압축 부착된 섕크를 탈형한 후, 정밀 연삭장비에 장착할 수 있는 코어 형태로 후가공 하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 경질 코어로 지지된 압축 부직포 연마 디스크의 제조방법.
   

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