KR100756390B1 - 절삭공구용 절삭팁 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하는데 사용되는 절삭공구용 절삭팁에 관한 것으로서, 절단 생산성이 높은 고마력의 절단작업은 물론 건식 저마력의 절단작업에서도 우수한 절삭성 및 긴 수명을 갖고, 또한 가격이 저렴한 절삭공구용 절삭팁을 제공하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 피삭재를 절삭하는 연마재와 이 연마재를 유지시켜 주는 소결된 결합재를 포함하는 절삭공구용 절삭팁에 있어서, 상기 결합재는 금속 또는 금속합금으로 이루어진 금속기지로 이루어지고; 상기 금속기지 내에는 부피분율로 3∼30%의 제2상 및/또는 기공(pore)이 포함되거나 또는 추가로 0.1∼10%의 저융점금속인 제3상이 포함되고, 상기 제2상은 비금속 개재물, 세라믹, 및 시멘트 중에서 선택된 1종 또는 2종이상이고; 그리고 상기 제2상 및 기공은 3㎛ 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁을 그 요지로 한다.

본 발명에 의하면, 고마력의 절단작업은 물론 건식 저마력의 절단작업에서도 우수한 절삭성을 및 긴 수명을 갖는 절삭공구용 절삭팁을 보다 저렴하게 제공할 수 있다.

절삭팁, 결합재, 다이아몬드, 소결

Description

절삭공구용 절삭팁{Cutting Tip for Cutting Tool}

본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하는데 사용되는 절삭공구용 절삭팁에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분말 야금법에 의하여 제조되는 절삭공구용 절삭팁에 관한 것이다.

석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하기 위해서는 피삭재보다 높은 경도를 갖는 연마재가 요구된다.

상기 연마재로는 인조 다이아몬드 입자, 천연 다이아몬드 입자, 붕화질소, 및 초경입자등이 알려져 있는데, 그 중에서도 인조 다이아몬드 입자가 가장 널리 사용되고 있다.

인조 다이아몬드(이하, "다이아몬드"라 칭함)는 1950년대에 발명된 것으로서, 지구상에 존재하는 물질 중 가장 경도가 높은 물질로 알려져 있으며, 이러한 특성에 의하여 절삭, 연삭 공구 등에 사용하게 되었다.

특히, 상기 다이아몬드는 화강암, 대리석 등의 석재를 절삭, 연삭하는 석재 가공분야 및 콘크리트 구조물을 절삭, 연삭하는 건설업분야에서 널리 이용되게 되었다.

상기 절삭, 연삭 공구등은 피삭재를 절삭하는 다이아몬드 입자와 이 다이아몬드 입자를 유지시켜 주는 결합재를 포함하는 절삭팁을 포함한다.

상기 절삭팁의 대부분은 다이아몬드 입자를 결합재 역할을 하는 금속분말과 혼합한 후 성형한 다음, 소결하는 분말 야금법으로 제조되고 있다.

다이아몬드 절삭공구에서 결합재로 오래 전부터 가장 널리 사용되어 온 재료는 코발트 분말이다.

상기 코발트 결합재는 다이아몬드 공구분야에서 "만능 결합재"로 불리고 있다.

왜냐하면, 화강암, 콘크리트, 아스팔트, 대리석, 등 거의 모든 피삭재, 또한 사용되는 절단기계의 고마력, 저마력에 상관없이 코발트 결합재로 제조한 절삭팁은 우수한 절삭성을 갖기 때문이다.

상기와 같이 코발트 결합재가 만능 결합재로 각광을 받아왔던 가장 큰 이유는 코발트 결합재가 마모가 잘 되므로 다이아몬드 입자의 돌출이 잘 되기 때문이다.

심지어 2~3HP 정도의 저마력 소형 절단 설비에서도 결합재의 마모가 잘 일어나므로 절삭불량이 발생하지 않는다.

그렇지만 코발트 결합재는 고마력 절단 설비에서는 결합재의 마모가 너무 빨리 일어나기 때문에 절삭성은 좋지만, 다이아몬드 입자가 조기 탈락하므로 수명이 짧아진다는 단점이 있다는 것을 의미하기도 한다.

최근 들어 화강암 절단 공장이나 콘크리트 또는 아스팔트 절단에서는 절단 생산성을 높이기 위해 고마력 설비를 도입하여 사용하고 있다.

화강암 절단 공장에서는 과거 10년 전에는 대형 다엽식에 100마력의 설비를 사용하였으나 현재는 150 마력의 설비가 주류를 이루고 있으며, 200 마력의 설비도 도입되고 있다.

한편, 콘크리트 또는 아스팔트 포장도로를 절단하는데 있어서도 절단 생산성을 높이기 위해, 과거 20HP설비에서 40HP 또는 65HP설비로 바뀌고 있으며 심지어는 100HP설비가 사용되기도 한다.

이와 같이, 절단 장비는 마력이 높아짐에 따라 100%코발트 결합재로는 수명을 확보할 수 없는 문제가 발생하게 되었다.

상기한 코발트 결합재의 마모를 늦추기 위한 방법으로는 텅스텐 ( W, WC )를 첨가하는 방법이 주로 채택되어 사용되어 왔다.

최근에는 결합재의 마모를 보다 늦추는 것이 요구되고 있으며, 이러한 요구를 충족시키기 위해서는 텅스텐의 첨가량을 계속 증가시켜야 하며, 최근에는 텅스텐을 50~60%까지도 첨가하고 있다.

그러나, 텅스텐 함유량이 높아짐에 따라 다음과 같은 문제가 발생된다.

결합재 조성이 코발트(Co) + 텅스텐(W, WC) 일 때, 텅스텐 함량이 50%를 넘게 되면 소결온도를 1000℃이상으로 높여 주어야만 소결이 된다.

소결온도가 높아지면 결합재 내에 혼합되어 있는 다이아몬드 입자의 열화는 피할 수 없게 된다.

소결온도가 높아질수록 다이아몬드 입자가 흑연으로 변태되고 경도가 급격히 저하하는 다이아몬드의 열화현상이 가속화된다.

그러므로 다이아몬드 공구업계에서는 소결온도를 900℃ 이하로 낮추려고 노력하고 있으며, 소결온도 1000℃ 이상은 극력 피하고 있다.

다이아몬드 입자의 열화가 심하면 우수한 절삭성과 수명을 얻을 수 없기 때문이다.

따라서 소결온도를 높이지 않으려면 텅스텐 함량을 감소시켜야 하는데, 그렇다고 텅스텐 함량을 감소시키면 코발트 결합재의 마모를 늦추지 못하게 된다.

또한, 코발트 결합재는 가격이 비싸다는 문제점이 있다.

본 발명자들은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것이다.

본 발명은 금속분말을 고온 소결하여 제조하는 절삭팁 결합재의 미세조직을 개량하여 절단 생산성이 높은 고마력의 절단작업에서 우수한 절삭성을 가지면서 긴 수명을 갖는 절삭공구용 절삭팁을 제공하는데, 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 절삭팁의 미세조직을 개량하여 일반적으로 널리 사용되고 있는 건식 저마력의 절단작업에서도 우수한 절삭성을 가지면서 동시에 긴 수명을 갖는 절삭공구용 절삭팁을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 보다 저가의 결합재를 사용할 수 있으므로, 보다 저가의 절삭공구용 절삭팁을 제공할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 피삭재를 절삭하는 연마재와 이 연마재를 유지시켜 주는 소결된 결합재를 포함하는 절삭공구용 절삭팁에 있어서,

상기 결합재는 금속 또는 금속합금으로 이루어진 금속기지로 이루어지고;

상기 금속기지 내에는 부피분율로 3∼30%의 제2상 및/또는 기공(pore)이 포함되고,

상기 제2상은 비금속 개재물, 세라믹, 및 시멘트 중에서 선택된 1종 또는 2종이상이고; 그리고 상기 제2상 및 기공은 3㎛ 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 피삭재를 절삭하는 연마재와 이 연마재를 유지시켜 주는 소결된 결합재를 포함하는 절삭공구용 절삭팁에 있어서,

상기 결합재는 금속 또는 금속합금으로 이루어진 금속기지로 이루어지고;

상기 금속기지 내에는 부피분율로 3∼30%의 제2상 및/또는 기공; 및 부피분율로 0.1∼10%의 저융점금속인 제3상이 포함되고,

상기 제2상은 비금속 개재물, 세라믹, 및 시멘트 중에서 선택된 1종 또는 2종이상이고; 그리고 상기 제2상 및 기공은 3㎛ 이하의 크기를 갖고, 제3상은 5㎛ 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 피삭재를 절삭하는 연마재와 이 연마재를 유지시켜 주는 소결된 결합재를 포함하는 절삭공구용 절삭팁에 적용되는 것으로서, 특히 결합재 특성을 개선시킨 것이다.

본 발명자는 절삭공구용 절삭팁의 절삭성과 수명에 영향을 주는 결합재 특성, 특히 마모특성에 대하여 오랫동안 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 완성하게 이른 것이다.

상기 절삭팁에 있어서 결합재의 역할은 크게 후술하는 2가지이다.

첫째, 결합재는 절삭작업 동안 다이아몬드 입자가 피삭재를 절삭할 수 있도록 다이아몬드 입자를 잡아주는 역할을 한다.

절삭과정에서 결합재가 다이아몬드 입자를 충분히 잡아주지 못하면 다이아몬드 입자가 결합재로부터 쉽게 빠져 버리게(pop-out)된다.

피삭재를 절삭하는 일은 다이아몬드 입자가 행하므로 다이아몬드 입자가 쉽게 빠져 버리면 절삭성이 저하될 뿐만 아니라, 피삭재와 결합재가 직접 접촉하여 마모가 되므로 절삭팁의 수명은 급격히 저하하게 된다.

반면에, 결합재가 다이아몬드 입자를 충분히 잡아주면, 절삭과정에서 다이아몬드 입자의 선단(先端)은 날카로운 칼날(edge)이 되어 피삭재를 깎아 주게 된다.

절삭작업이 계속되는 동안 다이아몬드 입자의 선단은 아주 작게 깨져서 떨어져 나가고, 다시 새로운 칼날이 생겨나는 과정을 반복하면서 피삭재를 깎아 주게 되며, 다이아몬드 입자 한 개가 모두 소진될 때까지 절단작업은 계속된다.

다이아몬드 입자가 소진된 후 아래 쪽에 있던 새로운 다이아몬드 입자가 다시 돌출하여 상기 과정을 반복하여 절삭작업을 하게 된다.

즉, 결합재가 다이아몬드 입자를 잡아주는 힘(diamond retention force)이 높으면, 절삭팁의 절삭성과 수명은 동시에 향상하게 되지만, 결합재가 다이아몬드 입자를 충분히 잡아주지 못하면 다이아몬드 입자는 조기에 탈락하게 되므로 절삭성과 수명은 동시에 저하하게 된다.

둘째, 결합재는 절삭작업 동안 다이아몬드 입자가 피삭재를 절삭할 수 있도록 다이아몬드 입자를 적절히 노출시키는 역할을 한다.

절삭팁이 피삭재와 접촉하여 절삭작업이 진행되는 동안, 다이아몬드 입자는 피삭재를 절삭하게 된다.

이 때 절삭팁 전면의 결합재 표면으로부터 다이아몬드 입자가 충분히 돌출(protrusion)되어 있어야 한다.

결합재의 마모가 않 되면 다이아몬드 입자가 결합재 표면으로부터 충분히 돌출하지 못하고 다이아몬드 입자의 칼날이 결합재에 의해 덮히게 된다.

이와 같은 경우 다이아몬드 입자의 칼날은 피삭재를 절삭하지 못하고 절삭불량이 되어, 결국에는 절삭작업을 할 수 없게 된다.

이와 같은 현상을 눈막힘 ( glazing ) 현상이라 칭한다.

절삭 작업과정에서 눈막힘 현상이 발생하지 않기 위해서는, 결합재가 적절하게 마모되어 다이아몬드 입자가 결합재 표면보다 돌출되어 있어야 한다.

반대로, 결합재의 마모 속도가 너무 빠르면 결합재가 다이아몬드 입자를 충분히 잡아 주지 못하는 경우와 마찬가지로, 다이아몬드 입자가 조기 탈락하게 되므로 절삭팁의 수명이 저하하게 된다.

상기와 같이, 결합재의 마모는 절삭팁의 절삭성능과 수명을 좌우하는 중요한 금속학적 성질임을 알 수 있다.

결합재의 마모에 영향을 주는 인자로는 크게 3가지, 절삭기계의 마력, 결합재의 결합력, 및 피삭재의 조성을 들 수 있다.

절삭과정은 피삭재와 절삭팁이 접촉한 상태에서 쏘 블레이드 등의 절삭공구를 회전시키게 되므로, 쏘 블레이드를 회전시키는 절삭기계의 마력은 절삭팁의 결합재 마모에 직접적인 영향을 주게 된다.

즉, 절삭기계의 마력이 크면 결합재의 마모가 많고, 마력이 작으면 결합재의 마모가 적게 된다.

또한, 결합재 내 분말간 결합력은 결합재 마모에 큰 영향을 주게 된다.

소결법에 의해 제조된 절삭팁의 결합재는, 소결 후 분말간의 접촉면적이 많거나 분말간의 결합강도가 높으면 결합재의 결합력이 강하게 된다.

결합재의 결합력이 강하면 마모가 않 되고 결합력이 약하면 마모가 잘 되게 된다.

피삭재의 조성중 가장 경도가 높은 성분이 결합재의 마모에 크게 영향을 주게 된다.

예를 들면, 화강암의 경우 석영(SiO₂)성분이 가장 경도가 높으므로, 석영성분의 함량이 높을수록 결합재의 마모가 심하게 된다.

즉, 결합재의 역할 중 다이아몬드 입자의 고정 측면에서는 결합재의 마모가 잘 되지 않는 것이 요구되지만, 다이아몬드 입자의 노출 측면에서는 결합재의 마모 가 잘 되는 것이 요구된다.

본 발명은 결합재의 마모특성에 대한 요구를 모두 충족시킬 수 있도록 결합재를 개량시킨 것이다.

본 발명자는 상기 결합재의 역할에 근거하여 결합재의 마모 특성에 대하여 보다 심도 있는 연구 및 실험을 행하였다.

절삭팁 표면으로 다이아몬드 입자가 돌출이 잘 되기 위해서는 절삭과정에서 결합재의 마모가 잘 되어야 한다.

그러나, 절삭 일을 하는 다이아몬드 입자가 절단 작업 도중에 조기에 탈락 (pop-out) 하지 않고 충분히 일을 하기 위해서는 결합재가 다이아몬드 입자를 오랫동안 잡아 주어야 하므로, 결합재의 마모가 늦게 되어야 한다.

본 발명자는 연구 및 실험결과, 이러한 요구 마모특성을 만족시키기 위해서는 결합재는 작은 힘에 의해서도 박리(마모)가 잘 되면서, 동시에 시간당 박리(마모)량이 적어야 한다는 것을 알게 되었다.

결합재가 마모된다는 것은 결합재가 알갱이로 박리 되어 떨어져 나가는 것을 의미한다.

따라서, 결합재의 알갱이가 작은 힘에 의해서 박리 된다면 마모가 잘 되는 것이다.

만약, 결합재의 알갱이가 최대한 작은 알갱이로 작은 힘에 의해서 박리 되게 만든다면, 미시적(Micro view)으로 보면 마모가 잘 되는 것이고, 동시에 거시적(Macro view)으로 보면 마모량이 적어 마모가 않 되는 것이다.

결론적으로 말해서, 결합재가 최대한 작은 알갱이로 박리 되도록 하고, 동시에 작은 힘에 의해서 박리 되도록 결합재의 미세조직을 설계한 것이 본 발명의 핵심 개념이다.

본 발명에 부합되는 절삭팁의 결합재의 미세조직은 금속기지이고, 이 금속기지 내부에 미세한 제2상 및/또는 기공이 균일하게 분포되어 있다.

상기 금속기지는 금속 또는 금속합금으로 이루어진다.

상기 금속기지로는 Fe, Cu, Ni, Co, Sn, Cr, Mn 및 W 중에서 선택한 1 종 또는 이들의 합금, 스텐레스 강 및 청동(Bronze; Cu-Sn 합금)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종이 바람직하다.

상기 제2상은 비금속 개재물, 세라믹 및 시멘트 중에서 선택된 1종 또는 2종이상이 바람직하다.

상기 제 2상은 금속기지와 결합력이 없거나 아주 약한 결합력을 갖는다.

상기 비금속개재물로는 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 금속탄질화물, 금속황화물이 바람직하다.

상기 제2상 및/또는 기공의 크기는 3㎛ 이하이고, 제2상 및/또는 기공의 단독 또는 전체 합량은 부피분율로 3 ∼30 %이다.

상기 제2상 및/또는 기공은 기지 금속과 결합력이 없거나 결합력이 약한 것으로서, 이들을 금속 기지내에 분포시키는 이유는 이들이 크랙의 발생기점이 되고, 그리고 이들 끼리 크랙으로 연결되어 쉽게 알갱이로 박리(마모)되기 때문이다.

상기 제2상 및 기공의 크기는 3㎛이하로 제한하여야 하는데, 그 이유는 그 크기가 3㎛를 초과하는 경우에는 박리(마모)되는 알갱이의 크기가 과대하게 커지게 되므로 제2상 및 기공 끼리 크랙으로 연결되는 역할을 못하고, 오히려 시간당 마모량이 증가하게 되어 기본원리에 벗어나게 된다.

또한, 상기 제2상 및 기공의 크기가 크면 소결체인 결합재의 충격강도가 낮아서 절삭팁은 작은 충격에도 쉽게 깨지므로 절삭공구로 사용할 수 없기 때문이다.

상기 제2상 및 기공의 전체 합량이 부피분율로 30%를 초과하면 상기한 바와 같이 절삭팁이 작은 충격에도 쉽게 깨지게 되고, 부피분율이 3%미만이 되면 상기 제2상 및 기공 사이의 거리가 증가하여 결합재의 기지가 알갱이로 박리하지 못하고 슬립(Slip)변형을 일으켜서 큰 덩어리로 마모되기 때문이다.

또한, 본 발명에 부합되는 다른 절삭팁의 결합재의 미세조직은 금속기지이고, 이 금속기지 내부에 상기한 미세한 제2상 및/또는 기공과 함께 저융점금속인 제3상이 균일하게 분포되어 있다.

상기 제3상은 저융점 금속으로서 미세한 제2상 및 기공과 금속기지에 젖은 상태(wetting condition)의 접촉을 하고 있다.

상기 제3상으로는 주석(Sn) 또는 청동합금(Cu-Sn alloy)이 바람직하고, 그 크기는 5㎛ 이하가 바람직하고, 그 양은 부피분율로 0.1-10%가 바람직하며, 보다 바람직한 제3상의 양은 부피분율로 0.1-5%이다.

상기 주석(Sn)의 융점은 233℃이고, 청동 합금(Cu-Sn)의 융점은 Cu함량에 따라 232~1083℃ 사이의 융점을 갖는다.

상기 결합재 내부의 저융점 금속은 절삭팁의 소결온도가 고온이므로, 절삭팁 의 소결공정을 행할 시 액상으로 녹아서 기지금속의 결정 입계로 침투하게 된다.

즉, 액상소결(Liquid Phase Sintering)이 일어나게 된다.

기지금속의 결정 입계에 침투한 박막상(film type)의 저융점 금속은 결합재가 미세한 알갱이로 쉽게 박리(마모)되게 하여 준다.

저융점 금속이 기지금속과 젖음 특성을 가져야 하는 이유는 액상의 저융점 금속이 기지금속의 결정 입계에 박막상으로 침투하도록 하기 위함이다.

만약, 기지금속에 젖음 특성이 없으면 액상소결에서 결정 입계로 침투하지 못하기 때문이다.

다시 말하면, 제3상이 기지금속의 결정 입계에 침투되어 있는 결합재는 제3상이침투되어 있지 않은 결합재에 비해 작은 힘에 의해서도 박리(마모)가 된다.

즉, 작은 힘에 의해서도 결합재 알갱이가 마모가 잘 되므로 건식절단과 같은 저마력 절삭설비에 알맞은 결합재가 된다.

한편, 결합재의 미세조직에서 결정립 내에 분포되어 있는 제3상은 결정입계에 박막상(film type)으로 침투하고 남은 과잉의 제3상이므로 이론적으로는 불필요한 것이다.

그러나 많은 실험과정에서 기지금속의 결정 입계에 저융점 금속이 충분히 침투하였는지 여부를 미세조직으로 판정하는 것이 어렵다는 것을 알게 되었다.

따라서, 결합재의 미세조직에서 결정립 내에 분포하고 있는 과잉의 제3상의 양은 결정 입계에 박막상(film type)으로 침투하였는지 여부를 판별하게 되었다.

상기 제3상의 양을 부피분율로 0.1~10%로 한정한 이유는, 10%를 초과하면 결정 입계에 박막상(film type)으로 침투하고 남은 과잉의 제3상, 즉 결정입계에 분포되어 있는 양이 너무 많아서 절삭팁의 강도를 저하시키기 때문이다.

또한, 그 함량이 0.1%미만이 되면 기지금속의 결정입계에 제3상이 충분히 침투하지 못하기 때문이다.

상기 금속기지 내부에 존재하는 제3상의 크기가 5㎛를 초과하면, 제3상이 금속기지에 균일하게 분포되지 못하고 한 곳에 편석되므로 절삭팁의 충격강도를 저하시키기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

시판되고 있는 수분사(water atomizing)법으로 제조된 입자 크기가 300mesh 이하인 철 분말 500g과 시판되고 있는 입자 크기가 0.1㎛이하의 미세한 산화철(Iron Oxide)분말을 부피분율로 10%가 되게 내용적 14ℓ의 터블러 믹싱기에 넣고 장시간 동안 혼합하였다.

터블러 믹싱기로 믹싱하는 동안 수시로 뚜껑을 열어 신선한 공기를 넣어 주었다. 공기를 넣어준 이유는 산소를 충분히 공급하여 산화물형태의 비금속 개재물의 생성을 유도하기 위한 목적이다.

그리고 나서, 일반적인 다이아몬드 공구 절삭팁의 제조방법에 따라, 액상 파라핀과 다이아몬드 입자를 첨가하여 혼합한 분말을 성형하고 900℃에서 핫프레스로 소결하였다.

핫프레스 소결법으로 제조한 절삭팁을 금속바디(샹크)에 은납 용접하여 14인치 쏘 블레이드[(발명재1)]를 제작하였다.

상기와 같은 방법으로 제조한 쏘 블레이드를 사용하여 양생 콘크리트를 습식 절단시험을 행하고, 그 절단 성능시험 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 콘크리트 절단 시험은 Target 65HP 절단기계를 사용하였으며, 절입 깊이는 70㎜, 절단길이는 300m씩 3회 절단 시험 후 평균값을 나타내었다.

절삭지수와 수명지수는, 상기 절단조건에서 소요된 절단시간과 마모된 절삭팁의 높이를 측정하여 계산하였다.

하기 표 1에서 비교재(1)는 코발트를 주성분으로 하고 무게 분율로 20% WC을 혼합한 결합재를 사용한 것이다.

그리고 사용된 다이아몬드 입자의 등급, 크기 및 집중도는 발명재(1)과 비교재(1) 모두 동일하게 하였다.

구분	절삭지수(m2/min)	수명지수(m2/mm)
발명재 1	0.29	24.3
비교재 1	0.26	8.2

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 발명재(1)은 비교재(1)에 비해 절삭성과 수명 모두에 있어서 우수한 것을 알 수 있다.

특히, 발명재(1)은 비교재(1)에 비해 수명지수가 3배 정도 높게 나타남을 알 수 있다.

발명재(1)의 절삭팁을 연마하여 결합재의 미세조직을 전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과, 발명재(1)의 절삭팁의 결합재에는 크기 3㎛이하의 산화철형태의 비금속 개재물이 기지금속에 균일하게 분포되어 있고, 그 부피 분율은 15.5%임을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

시판되고 있는 300mesh이하인 수분사법으로 제조한 스텐레스강 분말 200g에 전해법으로 제조된 동(Cu)분말 200g, Ni 분말 100g, 그리고 시판되는 입자크기 0.1㎛이하의 미세한 산화철(Iron Oxide)을 부피분율 8%, 시판되는 크기 1㎛이하의 알루미나(Al₂O₃)분말을 부피분율 5%를 넣고 테블러 믹싱기에서 장시간 혼합하였다.

실시예 1과 같이 믹싱하는 동안 수시로 뚜껑을 열어 신선한 공기를 넣어 주었다.

그리고 나서, 일반적인 다이아몬드 공구 절삭팁의 제조방법에 따라 액상 파라핀과 다이아몬드 입자를 첨가하여 혼합한 분말을 성형하고 핫프레스로 소결하여 절삭팁을 제조하였다.

절삭팁을 금속 바디(샹크)에 은납용접하여 14인치 쏘 블레이드[(발명재(2)]를 제작하였다.

상기와 같이 제작된 쏘 블레이드를 사용하여 양생 콘크리트를 습식 절단 시험을 행하고, 절단성능 시험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

콘크리트 절단시험은 Target 35HP 절단 기계를 사용하여, 절입깊이 60㎜로 절단깊이 300m씩 3회 절단 후 평균값으로 나타낸 것이다.

절삭지수와 수명지수의 측정방법은 실시예 1과 동일하게 하였다.

하기 표 2의 비교재(2)는 코발트를 주성분으로 하고 무게 분율로 10% WC을 혼합한 결합재를 사용한 것이다.

그리고 사용된 다이아몬드 입자의 등급, 크기 및 집중도는 발명재(2)와 비교재(2)모두 동일하게 하였다.

구분	절삭지수(m2/min)	수명지수(m2/mm)
발명재 2	0.26	18.9
비교재 2	0.26	4.8

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 발명재(2)가 비교재(2)에 비해 수명지수가 크게 향상된 것을 알 수 있다.

상기 발명재(2)의 절삭팁을 연마하여 결합재의 미세조직을 전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과, 결합재의 기지조직은 Fe-Ni상과 Cu-Ni상이 혼합되어 있었으며, 각각의 기지상에 3㎛이하의 미세한 산화철 개재물과 알루미나 개재물이 균일하게 분포되어 있었다.

상기 산화철과 알루미나 개재물의 부피 분율은 24.6%이었다.

상기 결과로부터도 알 수 있는 바와 같이, 수분사 철분말을 사용한 실시예 1과 스테인레스 강 분말을 사용한 실시예 2는 절단 성능에서 특별한 차이는 없었으며, 단지 스테인레스 강 분말을 사용한 경우에는 수분사 철분말을 사용한 경우와는 달리 습식절단 후 절삭팁의 표면 녹 발생이 거의 없었다.

(실시예 3)

시판되고 있는 300mesh이하인 수분사법으로 제조된 철분말 400g과 시판되고 있는 입자크기가 0.1㎛이하의 미세한 산화철(Iron Oxide)분말을 부피분율 10%, 그리고 425mesh이하인 가스분사법으로 제조된 동분말과 주석분말을 각각 240g, 27g을 넣고 터블러 믹싱기에서 장시간 혼합하였다.

실시예 1과 같이 장시간 믹싱하는 동안 수시로 뚜껑을 열어 신선한 공기를 넣어 주었다.

그리고 나서, 액상 파라핀과 다이아모드 입자를 첨가하여 혼합한 분말을 일반적인 다이아몬드 공구 제조방법중 하나인 소결 세그먼트(sintered segment)방법으로 9인치 쏘 블레이드[발명재 (3)]를 제작하였다.

상기와 같이 소결 세그먼트 타입 9인치 쏘 블레이드를 사용하여 건식절단 시험을 행하고, 절단 시험 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

건식절단시험은 2kw (2.7HP) BOSCH 건식 절단시험기를 사용하였으며, 피삭재는 화강암과 콘크리트 블록을 절단하였다.

화강암 피삭재는 두께 20mm, 가로 300mm, 세로 300mm 이며, 콘크리트 피삭재는 두께 35mm, 가로 300mm, 세로 300mm의 크기이며, 피삭재를 가로 방향으로 200 회 절단하였다.

상기 피삭재를 길이 방향으로 200 회 절단하는 동안 소요된 절단시간과 마모된 절삭팁의 높이를 측정하여 절삭지수와 수명지수를 계산하였다.

하기 표 3의 비교재(3)은 100% 코발트인 결합재를 사용하였으며, 다이아몬드 입자의 등급, 크기 및 집중도는 발명재(3)과 비교재(3) 모두 동일하게 하였다.

구분	피삭재	절삭지수(cm2/min)	수명지수(m2/mm)
발명재 3	화강암	374	0.96
	콘크리트	623	1.15
비교재 3	화강암	358	0.95
	콘크리트	568	1.14

상기 표 3과 같이, 피삭재를 화강암, 콘크리트로 시험한 경우 모두 발명재(3)이 비교재(3)과 동등 이상의 성능을 나타내고 있음을 알 수 있다.

상기 발명재(3)의 절사팁을 연마하여 결합재의 미세조직을 전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과, 발명재(3)의 절사팁의 결합재에는 3㎛이하의 크기를 갖는 산화철 개재물이 분포되어 있으며, 산화철 개재물의 부피분율은 21.6%임을 확인할 수 있었다. 또한, 기지금속의 결정 입계에 주석이 박막상으로 침투된 것을 볼 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고마력의 절단작업은 물론 건식 저마력의 절단작업에서도 우수한 절삭성을 가지면서 긴 수명을 갖는 절삭팁을 보다 저렴하게 제공할 수 있다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 피삭재를 절삭하는 연마재와 이 연마재를 유지시켜 주는 소결된 결합재를 포 함하는 절삭공구용 절삭팁에 있어서,

   상기 결합재는 금속 또는 금속합금으로 이루어진 금속기지로 이루어지고;

   상기 금속기지 내에는 부피분율로 3∼30%의 제2상 및/또는 기공; 및 부피분율로 0.1∼10%의 제3상이 포함되고;

   상기 제2상은 비금속 개재물, 세라믹, 및 시멘트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이고, 상기 제3상은 저융점 금속이고; 그리고 상기 제2상 및 기공은 3㎛ 이하의 크기를 갖고, 제3상은 5㎛ 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁
5. 제4항에 있어서, 상기 금속기지는 Fe, Cu, Ni, Co, Sn, Cr, Mn 및 W 중에서 선택된 1 종 또는 이들의 합금, 스텐레스 강 및 청동(Bronze)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 비금속개재물은 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 금속탄질화물 및 금속황화물로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제3상이 주석(Sn) 및 청동합금(Cu-Sn alloy)중 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁
8. 제6항에 있어서, 상기 제3상이 주석(Sn) 및 청동합금(Cu-Sn alloy)중 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁
9. 제4항 또는 제5항에 있어서, 제3상의 양이 부피분율로 0.1∼5%인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁
10. 제6항에 있어서, 제3상의 양이 부피분율로 0.1∼5%인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁
11. 제7항에 있어서, 제3상의 양이 부피분율로 0.1∼5%인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁
12. 제8항에 있어서, 제3상의 양이 부피분율로 0.1∼5%인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 절삭팁