KR20200049211A - 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법 - Google Patents

다결정 다이아몬드 공구 제조 방법 Download PDF

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Abstract

다결정 다이아몬드 공구 제조 방법에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법은: 초경층부와 초경층부의 단부에 장착되는 PCD층을 구비하는 드릴부 또는 드릴부와 결합되는 몸체부에 텍스쳐를 형성하는 텍스쳐 형성 단계; 드릴부에 도포제를 도포하는 도포제 도포 단계; 도포제가 도포된 드릴부를 몸체부에 삽입하는 삽입 단계; 드릴부를 몸체부에 융착시키는 결합 단계; 드릴부의 외경을 조정하는 외경 가공 단계; 및 드릴부의 외측면에 절삭부를 형성하는 공구 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다결정 다이아몬드 공구 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF POLYCRYSTALLINE DIAMOND TOOL}
본 발명은 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 드릴부와 몸체부의 결합력을 향상시키는 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 부품에서 고강도강, 초고강도강 및 그 이상의 강성을 가지는 소재의 사용이 증가 하면서 난삭성 소재 부품에 대한 가공 기술이 중요한 이슈로 대두되고 있고, 이러한 소재를 내구성 있게 가공하기 위한 공구 개발의 필요성이 요구되고 있다.
종래 기술에서 자동차 부품 가공을 위한 공구 드릴의 제작을 하는 데 있어서, 초경 소재에 코팅한 공구를 제작하여 사용하나, 이는 초고강도강과 같은 난삭재 가공의 경우 공구 수명이 매우 낮은 단점이 있다. 따라서 공구 선단을 솔리드 타입으로 다이아몬드 재질을 결합한 공구의 필요성이 대두되고 있다.
기존 미세 공구의 연마 공정과는 달리 솔리드 타입 공구의 경우 일반 연마 대비 높은 연마압이 필요하며 높은 세장비로 파손을 방지하기 위한 추가적인 공정이 필요하고, 접합 공정에서 세장비 증가 및 미소경의 솔리드 다이아몬드 접합으로 인한 정밀 브레이징 기술이 요구되는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1818295호(2018.01.08 등록, 발명의 명칭: 초경질 구조물, 공구 요소 및 이의 제조 방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 드릴부와 몸체부의 결합력을 향상시키는 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법은: 초경층부와 초경층부의 단부에 장착되는 PCD층부를 구비하는 드릴부 또는 상기 드릴부와 결합되는 몸체부에 텍스쳐를 형성하는 텍스쳐 형성 단계; 상기 드릴부에 도포제를 도포하는 도포제 도포 단계; 상기 도포제가 도포된 상기 드릴부를 상기 몸체부에 삽입하는 삽입 단계; 상기 드릴부를 상기 몸체부에 융착시키는 결합 단계; 상기 드릴부의 외경을 조정하는 외경 가공 단계; 및 상기 드릴부의 외측면에 절삭부를 형성하는 공구 형성 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 텍스쳐 형성 단계에서, 상기 드릴부는 상기 몸체부에 삽입되는 결합부를 더 구비하고, 상기 결합부의 외측면에는 딤플(dimple) 형상, 하니콤(honeycomb) 형상, 딤플과 하니콤의 복합 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 텍스쳐가 형성된다.
본 발명에서 상기 결합부에 형성되는 텍스쳐는 레이저 가공에 의해 형성된다.
본 발명에서 상기 결합부의 단부는 상기 몸체부를 향할수록 외경이 작게 형성된다.
본 발명에서 상기 몸체부는 상기 드릴부가 삽입되는 수용부를 구비하고, 상기 수용부의 내측면에는 딤플 형상, 하니콤 형상, 딤플과 하니콤의 복합 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 텍스쳐가 형성된다.
본 발명에서 상기 수용부에 형성되는 텍스쳐는 레이저 가공에 의해 형성된다.
본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법에 의하면, 드릴부 또는 몸체부에 텍스쳐를 형성하여 드릴부와 몸체부 사이에 접촉 면적을 증대시킴으로써, 드릴부와 몸체부의 결합력을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 드릴부의 결합부 또는 몸체부의 수용부에 딤플 형상 등의 텍스쳐를 형성하여 도포제의 도포력이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 공구를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 "A"를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 텍스쳐의 형상을 개략적으로 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법에 의해 제조된 다결정 다이아몬드 공구를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법을 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 공구를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2의 "A"를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 텍스쳐의 형상을 개략적으로 나타내는 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법에 의해 제조된 다결정 다이아몬드 공구를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법은 텍스쳐 형성 단계(S101), 도포제 도포 단계(S102), 삽입 단계(S103), 결합 단계(S104), 외경 가공 단계(S105), 절삭 형성 단계(S106)를 포함한다.
본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 공구(Polycrystalline Diamond Tool)는 드릴부(10)와 몸체부(20)를 포함한다. 드릴부(10)는 초경층부(11)과 PCD층부(13)를 포함한다. 초경층부(11)는 초경합금으로 이루어진 것으로, 금속의 탄화물 분말을 소성해서 만든 경도가 높은 합금으로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에서 초경층부(11)는 탄화 텅스텐을 주체로 하여 결합금속으로서의 코발트와의 소결합금으로 이루어질 수 있다.
PCD층부(13)는 다결정 다이아몬드(Polycrystalline Diamond, PCD)로 이루어진 것으로, 미립 다이아몬드를 고온(2000℃), 고압(7000kg/㎤)의 조건 하에서 소결하여 이루어진다. PCD층부(13)는 초경층부(11)의 단부(도 2 기준 상단부)에 장착된다. PCD층부(13)는 초경층부(11)의 단부에 본딩에 의해 고정된다.
드릴부(10)는 몸체부(20)에 결합되어 고정된다. 드릴부(10)는 하단부(도 2 기준)에 형성되는 결합부(15)를 더 포함하고, 몸체부(20)는 결합부(15)를 수용하는 수용부(25)를 포함한다.
텍스쳐 형성 단계(S101)는 드릴부(10) 또는 몸체부(20)에 텍스쳐를 형성한다. 텍스쳐 형성 단계(S101)는 몸체부(20)의 외측면 또는 몸체부(20)의 내측면에 텍스쳐를 형성한다. 즉, 텍스쳐 형성 단계(S101)는 드릴부(10)의 결합부(15)의 외측면 또는 몸체부(20)의 수용부(25)의 내측면에 미세한 요철 등을 형성하는 단계이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 결합부(15)의 외측면 또는 수용부(25)의 내측면에 형성되는 텍스쳐(texture) 형상은 딤플(dimple) 형상(도 4의 (a) 참조), 하니콤(honeycomb) 형상(도 4의 (b) 참조), 딤플과 하니콤의 복합 형상(도 4의 (c) 참조) 중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성된다.
딤플 형상은 결합부(15)의 외측면 또는 수용부(25)의 내측면에 오목 또는 볼록한 반구형의 형상이 반복적으로 형성되는 구조이다. 하니콤 형상은 벌집 형상의 6각형 구조가 반복적으로 형성되는 구조이다. 딤플과 하니콤의 복합 형상은 하니콤의 중심부에 딤플이 형성되는 구조이다. 본 발명에서 딤플 또는 하니콤의 크기와 간격은 설정 조건에 따라 변경 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서 결합부(15)의 외측면 또는 수용부(25)의 내측면에 형성되는 상술한 텍스쳐 형상은 레이저 가공 등에 의해 형성된다. 본 발명에서 결합부(15)의 외측면 또는 수용부(25)의 내측면에 텍스쳐를 형성하는 가공은 레이저 가동에 한정되지 않고 초경합금에 가공 가능한 가공법에 의해 이루어질 수 있다.
도포제 도포 단계(S102)는 드릴부(10)의 외측면에 도포제(paste)(30)를 도포하는 단계이다. 드릴부(10)의 결합부(15)의 외측면에 도포제(30)를 도포하여 몸체부(20)의 수용부(25)와의 결합이 향상될 수 있다. 도포제(30)는 드릴부(10)의 결합부(15)의 외측면에 도포되어 몸체부(20)의 수용부(25)에 삽입된다. 따라서 도포제(30)는 결합부(15)와 수용부(25) 사이에 배치되고, 열처리 등에 의해 결합부(15)와 수용부(25)의 결합력을 향상시킨다. 또는 도포제(30)는 몸체부(20)의 수용부(25)의 내측면에 도포된 상태에서 드릴부(10)의 결합부(15)가 수용부(25)에 삽입될 수 있다.
도포제(30)의 종류는 분말 또는 유동성으로 형성되어, 열처리 등에 의해 결합부(15)와 수용부(25)의 결합력을 향상시킬 수 있는 것으로 설정될 수 있다.
본 발명에서 외측면 또는 수용부(25)의 내측면에 딤플 형상 등의 텍스쳐가 형성되고, 도포제(30)가 외측면 또는 수용부(25)의 내측면에 형성된 딤플 형상 등의 텍스쳐에 도포됨으로써, 드릴부(10)의 결합부(15)와 몸체부(20)의 수용부(25)의 접합 면적이 증대됨으로써, 드릴부(10)와 몸체부(20)의 접합력이 향상될 수 있다.
삽입 단계(S103)는 도포제(30)가 도포된 드릴부(10)의 결합부(15)를 몸체부(20)의 수용부(25)에 삽입하는 단계이다. 수용부(25)의 내경은 결합부(15)의 외경보다 더 크게 형성된다. 따라서 수용부(25)로 결합부(15)의 삽입이 용이하게 이루어진다.
결합부(15)는 단부의 형상이 몸체부(20)의 수용부(25)를 향할수록(도 3 기준 하측으로 향할수록) 외경이 점점 작게 형성된다. 결합부(15)의 단부가 몸체부(20)의 수용부(25)를 향할수록 외경이 작게 형성되어, 수용부(25) 측으로 용이하게 삽입될 수 있다. 또한 결합부(15)와 수용부(25) 사이에 도포제(30)가 충분한 양으로 도포될 수 있다.
결합 단계(S104)는 드릴부(10)를 몸체부(20)에 융착시키는 단계로, 드릴부(10)의 결합부(15)가 몸체부(20)의 수용부(25)에 삽입되고, 결합부(15)와 수용부(25) 사이에 도포제(30)가 도포된 상태에서, 열처리 등에 의해 도포제(30)가 용해되면서 결합부(15)와 수용부(25)가 용접되어, 드릴부(10)를 몸체부(20)에 융착시킨다.
본 발명에서 열처리는 브레이징(brazing) 등에 의해 결합부(15)와 수용부(25)에 열을 가해, 결합부(15)와 수용부(25) 사이에 도포된 도포제(30)를 용해시켜서 결합부(15)와 수용부(25)를 접합시키는 방법 등으로 이루어질 수 있다.
외경 가공 단계(S105)는 드릴부(10)의 외경을 조정하여 형성하고자 하는 공구의 외경의 크기에 맞게 조정한다.
공구 형성 단계(S106)은 드릴부(10)의 외측면에 절삭부(17)를 형성하여 작업하고자 하는 작업에 맞는 공구를 형성한다. 절삭부(17)의 크기와 깊이는 작업 대상에 따라 조정될 수 있다.
본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법에 의하면, 드릴부(10) 또는 몸체부(20)에 텍스쳐를 형성하여 드릴부(10)와 몸체부(20) 사이에 접촉 면적을 증대시킴으로써, 드릴부(10)와 몸체부(20)의 결합력을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 드릴부(10)의 결합부(15) 또는 몸체부(20)의 수용부(25)에 딤플 형상 등의 텍스쳐를 형성하여 도포제(30)의 도포력이 향상될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 드릴부 11: 초경층부
13: PCD층부 15: 결합부
17: 절삭부 20: 몸체부
25: 수용부 30: 도포제

Claims (6)

  1. 초경층부와 초경층부의 단부에 장착되는 PCD층부를 구비하는 드릴부 또는 상기 드릴부와 결합되는 몸체부에 텍스쳐를 형성하는 텍스쳐 형성 단계;
    상기 드릴부에 도포제를 도포하는 도포제 도포 단계;
    상기 도포제가 도포된 상기 드릴부를 상기 몸체부에 삽입하는 삽입 단계;
    상기 드릴부를 상기 몸체부에 융착시키는 결합 단계;
    상기 드릴부의 외경을 조정하는 외경 가공 단계; 및
    상기 드릴부의 외측면에 절삭부를 형성하는 공구 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 텍스쳐 형성 단계에서,
    상기 드릴부는 상기 몸체부에 삽입되는 결합부를 더 구비하고,
    상기 결합부의 외측면에는 딤플(dimple) 형상, 하니콤(honeycomb) 형상, 딤플과 하니콤의 복합 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 텍스쳐가 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결합부에 형성되는 텍스쳐는 레이저 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 결합부의 단부는 상기 몸체부를 향할수록 외경이 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 드릴부가 삽입되는 수용부를 구비하고,
    상기 수용부의 내측면에는 딤플 형상, 하니콤 형상, 딤플과 하니콤의 복합 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 텍스쳐가 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수용부에 형성되는 텍스쳐는 레이저 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 다이아몬드 공구 제조 방법.
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