KR100334430B1 - 연삭휠의 팁 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이아몬드 입자 또는 입방정질화붕소 입자를 포함한 수지소결층의 팁부를 갖는 연삭휠에 관한 것으로, 수지와 발포제를 각기 70∼99중량%, 1∼30중량%의 비율로 혼합시켜 믹싱하는 단계와; 믹싱 완료된 수지와 발포제의 혼합물에 적당량의 다이아몬드 지립 또는 입방정질화붕소 지립을 첨가 믹싱하여 혼합 분말화하는 단계와; 혼합된 분말을 일정량 금형에 충전한 후 팁(Tip)부 단면적을 고려하여 소정의 소결압과 소결온도 분위기 하에서 가압,가열하여 균일 분포된 미세한 기공을 형성하는 소결 단계를 포함한 것을 특징으로 하여, 피연삭물과의 접촉저항 감소, 칩배출 용이, 냉각효과의 증가 및 피연삭물의 열적변형 방지 등을 꾀할 수 있다.

Description

연삭휠의 팁 제조방법{TIP MANUFACTURING METHOD OF GRINDING WHEEL}

본 발명은 다이아몬드 입자 또는 입방정질화붕소 입자를 포함한 수지소결층의 팁부를 갖는 연삭휠의 팁 제조방법에 관한 것으로, 특히 수지소결층 팁부에 발포제를 첨가하여 균일 분포된 기공을 갖도록 함으로써 피연삭물과의 접촉저항 감소, 칩배출 용이, 냉각효과의 증가 및 피연삭물의 열적변형 방지 등을 꾀할 수 있도록 한 연삭휠의 팁 제조방법에 관한 것이다.

경도가 매우 높은 미세한 지립(砥粒, Grit)을 사용하여 지석(砥石, Wheel)을 만들고, 이것을 고속으로 회전시켜 갈아내는 가공방법을 연삭(硏削, Grinding)이라 한다.

산업발전과 더불어 생산품의 품질 및 생산성을 향상시키기 위한 노력이 높아지고, 고경도의 난삭재, 초합금, 복합재 등 많은 신소재들을 정밀도와 형상을 유지하며 가공하기 위하여 종래의 세라믹 지립(Al₂O₃, SiC 등)을 다이아몬드 및 CBN(입방정질화붕소) 지립으로 대체한 연삭지석(硏削砥石, Grinding wheel)이 광범위하게 사용되고 있다.

다이아몬드 및 CBN지립을 사용하여 제작되는 연삭지석(Diamond & CBN Grind ing wheel)은 지립을 지지하여 휠 코어(Core) 표면에 붙잡아 주어 지석형상을 유지하기 위해 결합제(Bond)를 사용하는데, 이 결합재의 종류에 따라 지석 제조공정과 연삭 성능이 크게 달라지게 된다.

일반적인 다이아몬드 및 CBN 연삭지석의 제조공정은 ⅰ) 지립과 결합제 분말을 혼합(Mixing)하고, ⅱ) 혼합된 분말을 금형에 충진(Setting)하고(이때 휠 코어와 금형이 결합된 상태로 충진되는 경우도 있음), ⅲ) 금형에 적정 가압 및 가열으로 소결(Sintering)하고, ⅳ) 금형과 팁(Tip)부(소결상태의 지립 + 결합제)의 분리를 하고, ⅴ) 팁부(소결 후 미가공 상태)를 규정치수와 형상으로 가공 후 지립 노출(트루잉(Truning) 및 드레싱(Dressing))시켜 제작되며, 이때 사용되는 결합제의 종류에는 수지(Resin), 금속(Metal), 세라믹(Vitrified) 등이 있는데 지립과 혼합되기 전에 결합제는 별도의 조성과 제조과정을 거쳐 만들어진다.

연삭작업 방법과 가공물(피삭재)의 종류가 다양함에 따라 각 조건하에서 최적의 연삭작업을 하기 위하여 지립의 선정도 중요하지만 동일 지립의 경우에는 여기에 맞는 적정 결합제의 제조가 가장 필수적이다.

이와 같은 일반적인 제조방법으로 제작된 것이 도 2에 도시되어 있다.

도 2는 그라인딩 휠의 몸체가 되는 휠 코어(5)의 팁부를 나타낸 것으로, 이 팁부에는 지립(1), 금속이나 세라믹 등의 필러(2), 필러(2)와 지립(1)을 결합시키는 결합제로서의 수지(Phenol, Polyimide계)(3)를 포함한다.

그런데 종래의 결합제로 사용된 수지(3)의 경우 지립(1)과 필러(2)를 단순히 결합시키는 기능밖에는 없다.

따라서 연삭작업시 높은 연삭저항, 낮은 연삭비, 가공이 어려운 난삭재의 비효율적 가공, 연삭가공 후 가공물에 미치는 열적 변형률 증가, 올바른 연삭작업 미실행에 따른 로스(Loss)시간 발생의 증가를 피할 수가 없었다.

따라서 본 발명은 연삭작업시 가공물과 지석과의 접촉면적 감소, 칩배출 용이, 고속회전에 따른 냉각효과 증가에 따른 연삭저항 감소와 이에 따른 연삭후 발생되는 가공물의 열적변형 및 재질변경 가능성 저하를 꾀할 수 있도록 한 연삭휠의 팁 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

수지와 발포제를 각기 70∼99중량%, 1∼30중량%의 비율로 혼합시켜 믹싱하는단계와;

믹싱 완료된 수지와 발포제의 혼합물에 적당량의 다이아몬드 지립 또는 입방정질화붕소 지립을 첨가 믹싱하여 혼합 분말화하는 단계와;

혼합된 분말을 일정량 금형에 충전한 후 팁(Tip)부 단면적을 고려하여 소정의 소결압과 소결온도 분위기 하에서 가압,가열하여 균일 분포된 미세한 기공을 형성하는 소결단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 제작된 연삭휠의 팁부 단면도.

도 2는 종래 연삭휠의 팁부 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 지립 2 : 필러

3 : 수지 4 : 기공

5 : 휠 코어 6 : 팁부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1에 본 발명에 따른 연삭휠(10)의 팁부 단면이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 연삭휠(10)은 휠 코어(5), 휠 코어(5)에 결합된 팁부(6)를 구비하고 있고, 이때 팁부는 지립소결층 또는 연삭층이 된다.

상기 팁부(6)에는, 다이아몬드 지립이나 입방정질화붕소(CBN) 지립 또는 초지립에서 어느 하나로 선택된 지립(1)과, 통상의 필러(2)(결합보강재로서 금속, 세라믹 기타 등등이 될 수 있음)가 균일한 크기로 분포되어 있고, 이들 지립(1)과 필러(2)를 결합하는 수지(3) 및 이 수지(3)에 발포제(아조디카본아미드(Azodicarbon amide)계가 발포되어 형성된 균일한 크기로 분포된 기공(4)을 포함한다.

즉, 본 발명의 연삭휠(10)은 팁부(6)에 미세하고 무수한 기공(4)을 포함하고 있어, 피연삭물과의 연삭시 기공(4)이 차지하는 면적만큼 연삭시 접촉면적의 감소로 인해, 특히 고속 연삭시 연삭 저항의 감소에 매우 유리하고, 난삭재의 효율적 가공이 가능하다.

또한 연삭 저항의 감소로 피연삭물의 가공후에 나타나는 열적 변형을 줄일 수 있다.

또한 이 기공(4)들을 통해 칩(chip)이 침투하여 배출됨으로써 칩배출이 용이하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 연삭휠(10)의 팁 제조방법인 실시예를 설명한다.

실시예

먼저, 페놀(Phenol) 또는 폴리아미드(Polyimide)계의 수지와 발포제 아조디카본아미드계를 각기 70∼99중량%, 1∼30중량% 비율로 혼합하여 믹싱기에서 약 5∼ 8시간 1차로 믹싱을 수행한다.

이때 수지와 발포제는 물리적으로 고체 상태인데, 본 발명은 수지를 액체상태로 할 수도 있다.

여기서 중요한 성분은 발포제이며 후술할 소결공정에서 기공을 형성하는 것으로 연삭방법에 따라 그 함량이 결정된다.

즉, 작업방법이 마무리작업(광택작업 등)일 경우는 발포제의 함량을 작게 하고, 거친 연삭일 경우는 발포제의 함량을 증가시킨다.

이때 발포제가 1중량% 이하가 되면 도 1의 기공(4)형성이 어렵고, 발포제가 30중량% 이상이 되면 지립소결층의 결합력이 떨어져 수지의 주결합기능을 제대로발휘할 수 없다.

1차 믹싱이 완료되면 다시 믹싱기에 필러(Filler)(금속, 세라믹 등)를 첨가하여 골고루 혼합되도록 약 3∼5시간 2차 믹싱을 수행한다.

이렇게 하여 2차 믹싱이 완료되면 수지, 발포제 및 필러가 골고루 혼합된 상태가 되고, 여기에 최종적으로 적당량의 지립(다이아몬드 지립 또는 입방정질화붕소 지립)을 첨가하여 약 5∼10시간 동안 3차 믹싱을 하여 혼합 분말을 제조한다.

다음, 위의 혼합된 분말을 금형에 충진한 후 팁(Tip)부의 단면적을 기준으로 하여 0.5∼2.0ton/㎠으로 가압함과 동시에 150∼300℃의 온도로 가열하여 팁을 소결한다.

소결이 완료되면 팁은 첨가한 발포제에 의해 도 1과 같이 미세한 기공(Pore) (4)이 형성되어 전체적으로 균일하게 분포된다.

이렇게 제조된 팁은 별도의 접착제를 이용하여 휠 코어(5)에 부착시켜 연삭휠을 제조할 수도 있다.

또, 본 발명의 제조방법에 있어서, 다른 실시예로서 위 공정 진행중 3차 믹싱 공정이 완료된 후 즉, 수지, 발포제, 필러 및 다이아몬드 지립 또는 입방정질화붕소 지립이 양호하게 3차까지 믹싱 완료되어 혼합 분말을 제조한 후, 휠 코어(5)가 결합된 금형에 혼합분말을 충전 소결하여, 도 1의 휠 코어(5)에 일체로 부착된 팁부(6)를 가질 수 있는 연삭휠을 제조할 수도 있다.

또, 상기 실시예에서는 필러를 첨가하였으나, 본 발명은 연삭 작업상태에 따라 필러를 첨가하지 않아도 되는 선택 사항이다.

이와 같이 제작되는 연삭휠은 제조공정이 간단하면서도 다이아몬드 또는 입방정질화붕소 결합층내에 미세한 기공들을 균일하게 분포되도록 함으로써 연삭 성능의 향상, 칩 배출 용이, 연삭 저항의 감소로 피연삭물의 가공후 열변형 방지를 기대할 수 있는 것이다.

특히, 반도체 실리콘웨이퍼의 연삭시 표면조도의 향상과 연삭후 웨이퍼의 변형률을 감소시킬 수 있는 장점으로 나타났다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연삭휠의 수지결합층에 미세한 기공을 균일하게 분포시킴으로써 연삭 저항의 감소, 높은 연삭비, 난삭재의 효율적인 가공 및 피가공물에 열적 변형을 최소화시킬 수 있다.

또한 반도체 칩 제조시의 실리콘웨이퍼 연삭시에 적합하며, 이로 인해 반도체 칩제조 및 가공의 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

Claims (3)

1. 수지와 아조디카본아미드(Azodicarbonamide)계 발포제를 각기 70∼99중량%, 1∼30중량%의 비율로 혼합시켜 믹싱하는 단계와;

   믹싱 완료된 수지와 상기 발포제의 혼합물에 적당량의 다이아몬드 지립 또는 입방정질화붕소 지립을 첨가 믹싱하여 혼합 분말화 하는 단계와;

   혼합된 분말을 일정량 금형에 충전한 후 팁(Tip)부 단면적을 고려하여 0.5 ∼2.0ton/㎠으로 가압함과 동시에 150∼300℃의 온도로 가열하여 균일 분포된 미세한 기공을 형성하는 소결 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 연삭휠의 팁 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 혼합 분말 단계에서 믹싱 완료된 수지와 발포제의 혼합물에 금속이나 세라믹 등 필요한 성분중에서 적어도 어느 하나의 필러(Filler)가 첨가된 것을 특징으로 하는 연삭휠의 팁 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 수지는 페놀 또는 폴리마이드계 중에서 어느 하나를 택일한 것을 특징으로 하는 연삭휠의 팁 제조방법.