KR20200114400A - 다이아몬드 레진본드 연삭 휠 및 연삭 휠에 기공 형성을 위한 과립을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연삭 휠 및 연삭 휠 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다이아몬드 레진본드 연삭 휠에 기공을 형성하기 위한 과립을 제조하는 방안에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 연삭 휠에 기공을 형성하기 위한 과립을 제조하는 방법은 백토나 규조토 중 적어도 하나를 준비하는 단계, 극성 용매를 이용하여 준비한 상기 백토나 규조토를 극성 처리하는 단계, 극성 처리된 상기 백토나 규조토에 MSG 용액을 이용하여 반죽하여 과립을 형성하는 단계 및 형성된 과립 중에서 설정된 직경을 갖는 과립을 선별하는 단계를 포함한다.

Description

다이아몬드 레진본드 연삭 휠 및 연삭 휠에 기공 형성을 위한 과립을 제조하는 방법{Method for manufacturing granules for pore formation on diamond resin bonded grinding wheels and grinding wheels}

본 발명은 연삭 휠 및 연삭 휠 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다이아몬드 레진본드 연삭 휠에 기공을 형성하기 위한 과립을 제조하는 방안에 관한 것이다.

전기/전자를 비롯한 IT, 자동차, 항공 등의 첨단산업의 급격한 발달과 함께 장비를 구성하는 구성 부품의 가공정밀도 확보가 절실히 요구되고 있다. 이러한 가공정밀도를 높이기 위한 여러 가지 가공방법에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

이러한 정밀가공을 위해서 반드시 선행되어야 하는 것은 최적화된 가공 툴의 개발이며, 이와 같은 가공 툴 중에서 연삭 휠은 피가공물의 표면에 대한 필요한 치수와 표면 거칠기를 얻기 위한 연삭가공(Grinding Work)에 적용되는 툴이다.

최근에는 반도체 및 디스플레이 등 IT산업의 발달로 인하여 각 부품의 소재는 강도와 경도가 높고 우수한 내구성을 가지는 난삭재가 주를 이루고 있으며, 연삭 휠 또한 일반 강을 가공하기 위한 재래식 연삭 휠에서 난삭재 및 합금강 등을 가공할 수 있는 초연마재 연삭 휠에 이르기까지 그 성능을 향상시켜오며 발전하고 있다.

이와 같은 연삭 휠(Grinding Wheel)은 입자(Grain), 결합제(Bond), 기공(Pore, Porosity)의 3요소로 구성되어 있으며, 세부 구조와 구성요소는 도 1과 같다.

연삭가공은 휠의 성능에 따라 공작물의 품질 및 생산성이 결정되기 때문에 연삭 휠의 지립(입자)과 결합제의 다양한 변화를 통해 성능향상과 연계된 연구개발이 계속해서 이어져 오고 있다.

한국공개특허공보 제10-2011-0066282호(발명의 명칭: 연삭 휠)는 연삭 몸체의 하면의 테두리부에 복수열의 연삭 부재가 동심원으로 장착됨으로써 연삭 효율을 극대화할 수 있는 연삭 휠을 제공하는 기술을 제안하고 있다.

또한, 한국공개특허공보 제10-2011-0066282호(발명의 명칭: 비트리파이트 연삭 휠 및 그 제조방법)는 연마 입자 및 비트리파이드 결합재를 함유하는 비트리파이드 연삭 휠에 있어서, 사전 설정한 연삭의 가공 능률 및 가공 정밀도에 근거하는 기공률, 연마 입자의 집중도 및 연마 입자 직경을 갖고, 상기 기공률이 기공 형성재를 연소 완료함으로써 형성되는 연소 완료 구멍에 근거하는 강제 기공률을 포함하는 것을 특징으로 하는 비트리파이드 연삭 휠을 제안하고 있다.

이외에도 한국공개특허공보 제10-2001-0087722호(발명의 명칭: 파리핀 기공제를 이용한 비트리파이드 연삭숫돌의 제조방법)는 기공제로 파라핀을 판형이나 입자 형태의 것을 선택해 16~4,000의 입자크기가 되도록 분쇄 또는 선별하고, 석천식 배합기에 용융알루미나 지립을 넣고 액상 임시 결합제를 1~10 wt% 투입 후 약 20분 정도 배합하여 지립에 결합제를 코팅시킨 후 비트리파이드 결합제를 5~20 wt%, 상기 파라핀 기공제를 5~30 wt% 첨가하여 30분간 혼합시키는 공정과, 상기 배합기를 통하여 임시 결합제로 코팅 처리된 지립과 비트리파이드 결합제와 파라핀 기공제를 배합하여 얻어지는 배합물을 성형틀에 투입하여 약 300∼1,000 ton 프레스(약 50∼150 kgf/cm2)로 가압, 성형시키는 공정과, 상기 성형틀에 의해 성형된 제품을 약 60~80℃의 건조실에서 1∼5일간 건조시킨 후 약 1,000~1,500℃의 소성로에서 약 5~10시간 동안 소성시키는 것을 특징으로 하는 파라핀 기공제를 이용한 비트리파이드 연삭숫돌의 제조방법을 제안하고 있다.

최근에는 다이아몬드 연삭 휠에 기공을 형성하여 가공성능 및 생산성을 향상시키는 방안이 일부 논의되고 있으나, 현재까지 이에 대한 충분한 연구는 진행되고 있지 않은 상황이다.

한국공개특허공보 제10-2001-0087722호(발명의 명칭: 파리핀 기공제를 이용한 비트리파이드 연삭숫돌의 제조방법) 한국공개특허공보 제10-2011-0066282호(발명의 명칭: 비트리파이트 연삭 휠 및 그 제조방법)

본 발명이 해결하려는 과제는 다이아몬드 연삭 휠에 기공을 형성하는 방안을 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 다이아몬드 연삭 휠에 기공을 형성하여 피가공체의 가공 성능을 향상시키는 방안을 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 쾌삭성이 뛰어나면서 연삭저항이 적은 다이아몬드 레진 본드 툴을 제안함에 있다.

이를 위해 본 발명의 연삭 휠에 기공을 형성하기 위한 과립을 제조하는 방법은 백토나 규조토 중 적어도 하나를 준비하는 단계, 극성 용매를 이용하여 준비한 상기 백토나 규조토를 극성 처리하는 단계, 극성 처리된 상기 백토나 규조토에 MSG 용액을 이용하여 반죽하여 과립을 형성하는 단계 및 형성된 과립 중에서 설정된 직경을 갖는 과립을 선별하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 연삭 휠 및 연삭 휠 제조 방법은 백토와 규조토에 먼저 극성을 처리하며, 이후 MSG를 이용하여 외부를 코팅 처리한다. 이후 MSG 용액으로 외부가 코팅 처리된 백토와 규조토를 반죽하여 볼 밀링하며, 볼 밀링한 과립 중에서 필요한 직경을 갖는 과립을 선별하여 연삭 휠을 제조한다.

이와 같이 백토와 규조토, MSG 등으로 형성된 과립은 연삭 작업시 분사되는 액체나 수용성 오일에 의해 그 형체가 소실됨과 동시에 소실된 미립자는 연삭 휠로부터 쉽게 이탈된다. 결국 과립이 이탈된 부분에서는 미세한 기공이 형성된다. 이와 같이 연삭 휠에 기공을 형성함으로써 기존 소금을 기공제로 사용할 때 연삭 휠의 생크와 연삭장비 그리고 피삭제가 부식성인 경우에는 피삭재에 발생하는 부식 등의 영향이 발생하지 않게 된다. 또한 용이하게 기공이 형성되는 연삭 휠을 이용하여 피가공체를 가공함으로써 쾌삭성이 뛰어나는 동시에 연마저항이 감소되는 등 연삭 효율이 향상된다.

도 1은 연삭 휠의 세부 구성요소 및 구조를 도시하고 있다.
도 2는 기공을 형성된 다이아몬드 연삭 휠과 기공이 형성되지 않은 다이아몬드 연삭 휠을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 연삭 휠을 구성하는 기공을 형성하는 물질을 제조하는 방안을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 극성처리와 코팅 처리된 백토와 규조토를 도시하고 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

현재 연삭 휠에 적용되는 지립(입자)은 WA, CBN(입방정 질화붕소), 다이아몬드 파우더가 그 주류를 이루고 있으며, 지립이 다이아몬드 파우더인 연삭 휠은 결합제(본드)의 종류에 따라 레진본드(Resin Bond), 메탈본드(Metal Bond), 비트화이드본드(Vitrified Bond) 및 전착본드(Electroplated)로 구분된다. 레진본드는 다이아몬드 또는 CBN 파우더를 수지(Resin)와 결합하여 제조한 것으로 주요 특징은 탄력성이 큰 가운데 연삭성능이 좋아서 평면연삭, 원통연삭, Centerless연삭, 양면연삭, 내면연삭 등과 같은 연삭에 광범위하게 적용되고 있다.

메탈본드는 다이아몬드 또는 CBN 파우더를 금속(Cu, Sn, Fe 등)분말과 혼합하여 소결한 제품으로, 연삭성은 떨어지나 수명이 길고 형상을 오래 유지하는 것이 특징이다. 또한, 비트화이드본드는 규산염 유리를 다이아몬드 또는 CBN 파우더와 혼합하여 제조한 것으로 양면연삭에 사용되고 있으며, 수명 및 절미는 메탈과 레진 결합제 제품의 중간정도의 성능을 갖는다. 이외에도 전착본드는 다양한 Shank 표면에 다이아몬드 또는 CBN 파우더를 전기도금 법으로 고정한 휠이며, 메탈과 레진 결합제 제품보다 집중도가 높고 지립의 에지(Edge)가 돌출되어 있는 것이 특징이다.

이하에서는 상술한 바와 같이 다이아몬드 연삭 휠에 기공을 형성하는 방안에 대해 알아보기로 한다. 특히 도 2는 기공을 형성된 다이아몬드 연삭 휠과 기공이 형성되지 않은 다이아몬드 연삭 휠을 도시하고 있다.

도 2에 의하면 기공이 형성된 연삭 휠을 이용하여 피가공체를 가공하는 경우 연삭저항을 감소시켜 피가공체를 정밀하게 가공할 수 있으며, 다이아몬드 연삭 휠의 연삭 효율을 향상시킨다.

이에 대해 구체적으로 살펴보면, 기공이 형성된 연삭 휠은 연삭 가공시 발생하는 칩(Chip)의 배출공간이 확보되며, 연삭유의 유입이 용이하며, 이로 인해 연삭 가공시 발생하는 열의 방출과 숫돌의 눈막힘(Glazing), 부하 발생을 방지한다.

일반적으로 기공을 형성하는 물질은 상온 일상에서는 형체를 완전하게 유지하는 반면, 수분(또는 수용성 오일)과 접촉할 경우에는 형체를 단시간에 소실하는 특성을 가져야 한다. 따라서 현재 일반적으로 사용하는 기공 형성 물질은 소금(나트륨)이 주로 사용된다. 하지만 나트륨의 경우, 연삭 휠의 생크와 연삭장비 그리고 피삭재가 부식성인 경우에는 피삭재도 부식시키는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 발명은 연삭 휠을 구성하는 기공을 형성하는 방안을 제안한다.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 연삭 휠을 구성하는 기공을 형성하는 물질을 제조하는 방안을 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 연삭 휠을 구성하는 기공을 형성하는 물질을 제조하는 방안에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

S300단계에서 직경 5 내지 10㎛를 갖는 백토 또는 규조토(점토)를 준비한다. 백토와 규조토로 이루어진 미세한 과립은 수용성 연삭류와 접촉시 그 형상의 소실력이 크다. 백토 또는 규조토와 같이 적어도 2개의 물질을 준비하는 이유는 하나의 물질을 이용하여 연삭 휠을 형성하는 것보다 적어도 2개의 물질을 이용하여 연삭 휠을 형성하는 것이 추후 기공 효율이 증가하기 때문이다. 준비하는 백토와 규조토의 비율은 1:1로 준비하는 것이 바람직하다. 물론 백토나 규조토 이외에 다른 점토를 사용할 수 있다.

S310단계에서 준비한 백토와 규조토에 극성을 처리한다. 백토와 규조토에 극성을 처리하는 방안은 염산 등과 같은 극성 용매가 담긴 수조에 백토와 규조토를 일정 시간 담그는 과정을 통해 진행된다. 본 단계에서 백토와 규조토를 결합하는 바인더 역할을 하는 강력밀가루를

S320단계에서 코딩 처리된 백토와 규조토에 바인더 역할을 하는 강력밀가루를 첨가한 후 MSG(글루탐산나트륨)용액으로 반죽한 후 과립제조기에 넣어 과립 형태를 갖도록 제조하고 바로 건조를 한다. MSG용액의 농도는 백토나 규조토의 크기 등 다양한 조건에 따라 달라질 수 있다.

S330단계에서 과립 제조기를 이용하여 제조한 과립을 미세화 하기 위해 볼 밀링 작업으로 분쇄를 한다.

S340단계에서 연삭 휠을 형성하는데 사용할 과립을 입도 분리기를 이용하여 선별한다. 즉, 다양한 직경을 갖는 과립 중에서 연삭 휠을 형성하는데 사용할 과립을 선별하며, 선별되는 과립의 직경은 연삭 휠의 직경 등을 고려하여 선별한다. 본 발명과 관련하여 선별되는 과립의 직경은 250㎛가 된다.

이와 같은 본 발명은 백토와 규조토에 극성을 처리한 후 외부를 MSG로 코딩 처리한다. 이후 백토와 규조토를 MSG 용액을 이용하여 반죽하여 사용하자고 하는 직경을 갖도록 볼 밀링 과정을 수행한다. MSG로 외부가 코팅 처리된 백토와 규조토는 수용성 오일이나 액체에 의해 쉽게 분리되며, 이로 인해 연삭 휠로부터 분리된다. 백토와 규조토(과립)가 연삭 휠로부터 분리되면, 분리된 자리에 기공이 형성된다.

즉, 다이아몬드와 MSG로 외부가 코팅 처리된 백토와 규조토(과립)를 수지(레진)와 결합하여 다이아몬드 레진본드(연삭 휠)을 제조한다.

본 발명은 결합제로 사용되는 수지를 적어도 2 종류를 배합하여 사용하는 방안을 제안한다. 본 발명에서 제안하는 수지는 페놀수지와 멜라닌수지를 배합하며, 배합비율은 페놀수지 95중량%, 멜라닌수지 5중량%이다. 하기 표 1은 페놀수지와 멜라닌수지의 배합비율을 나타내고 있다.

구분	페놀수지(Wt%)	멜라닌수지(Wt%)
Bond Sample 1	95	5
Bond Sample 2	90	10
Bond Sample 3	85	15

표 1에서 나타낸 배합비율에 따라 결합제를 제조하여 샘플의 탄성치와 기공도를 확인하였으며, 상술한 바와 같이 페놀수지 95중량%, 멜라닌수지 5중량%인 경우가 가장 우수한 것으로 확인된다.

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 극성처리와 코팅 처리된 백토와 규조토를 도시하고 있다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 백토와 규조토에 먼저 극성을 처리하며, 이후 이들 혼합성분에 바인드로 강력밀가루를 적정비율 투입한 다음 MSG 용액을 이용하여 반죽처리를 한다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (6)

1. 백토나 규조토 중 적어도 하나를 준비하는 단계;
   극성 용매를 이용하여 준비한 상기 백토나 규조토를 극성 처리하는 단계;
   극성 처리된 상기 백토나 규조토를 MSG(글루탐산나트륨) 용액을 이용하여 반죽하여 과립을 형성하는 단계; 및
   형성된 과립 중에서 설정된 직경을 갖는 과립을 선별하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 연삭 휠에 기공 형성을 위한 과립을 제조하는 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 과립을 형성하는 단계 이후에,
   볼을 이용하여 형성된 과립을 볼 밀링하는 단계; 및
   형성된 과립을 페놀수지와 멜라닌수지가 배합된 수지를 이용하여 결합제를 이용하여 연삭 휠에 다이아몬드 본딩하는 단계를 포함하며,
   상기 볼은 세라믹으로 형성됨을 특징으로 하는 연삭 휠에 기공 형성을 위한 과립을 제조하는 방법.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 페놀수지는 95중량%, 멜라닌수지는 5중량%임을 특징으로 하는 연삭 휠에 기공 형성을 위한 과립을 제조하는 방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 백토와 규조토의 비율은 1:1임을 특징으로 하는 연삭 휠에 기공 형성을 위한 과립을 제조하는 방법.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 반죽 처리하는 단계 이후에,
   반죽 처리된 상기 백토나 규조토를 건조하는 단계를 추가함을 특징으로 하는 연삭 휠에 기공 형성을 위한 과립을 제조하는 방법.
   
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 과립이 포함된 다이아몬드 레진본드 연삭 휠.

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