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KR101057106B1 - 절삭 공구 및 이의 표면 처리방법 - Google Patents

절삭 공구 및 이의 표면 처리방법 Download PDF

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KR101057106B1
KR101057106B1 KR1020080103166A KR20080103166A KR101057106B1 KR 101057106 B1 KR101057106 B1 KR 101057106B1 KR 1020080103166 A KR1020080103166 A KR 1020080103166A KR 20080103166 A KR20080103166 A KR 20080103166A KR 101057106 B1 KR101057106 B1 KR 101057106B1
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김종성
송시훈
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대구텍 유한회사
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Abstract

본 발명은 절삭 공구 및 이의 표면 처리방법에 관한 것이다. 본 발명은 절삭 공구의 표면에 입자상의 연마재를 사용하여 블라스팅하는 단계; 및 상기 블라스팅된 절삭 공구의 표면을 브러싱하는 단계를 포함하는 절삭 공구의 표면 처리방법, 및 이에 의해 표면 처리된 절삭 공구를 제공한다. 본 발명에 따르면, 절삭 공구의 표면 상태가 개선되어, 피삭재의 절삭 시 내칩핑성이 우수하고, 내마모성 및 인성 등이 향상되어 우수한 내구성을 갖는다.
절삭, 공구, 인서트, 표면처리, 블라스팅, 브러싱

Description

절삭 공구 및 이의 표면 처리방법 {CUTTING TOOL AND METHOD FOR TREATING SURFACE THEREOF}
본 발명은 절삭 공구 및 이의 표면 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절삭 공구의 표면을 1차적으로 블라스팅(Blasting)하고, 이후 2차적으로 브러싱(Brushing)함으로써, 피삭재의 절삭 시 내칩핑성이 우수하고, 내마모성 및 인성 등이 향상되어 우수한 내구성을 가지는 절삭 공구 및 이의 표면 처리방법에 관한 것이다.
주철이나 탄소강, 합금강 등을 가공하는 데에는 절삭 공구가 사용된다. 인서트를 갖는 절삭 공구는 인서트가 피삭재와 접촉되어 절삭을 수행한다. 일반적으로, 절삭 공구(예를 들어, 인서트)는 탄화텅스텐(WC)에 코발트(Co)를 혼합하여 소결한 초경합금(cemented carbide)이나 Ti계 탄질화물 서멧(cermet)을 모재로 하고 있으며, 모재의 표면에는 내마모성을 위한 경질 코팅층이 형성되고 있다. 코팅층 은 금속산화물(예, Al2O3), 탄화물(예, TiC) 등의 화합물을 화학적 증착법(CVD법)이나 물리적 증착법(PVD법)으로 코팅하여 형성되고 있다.
예를 들어, 미국 특허 6,007,909호에는 Ti계 탄질화물 서멧 모재에 1 ~ 20㎛ 두께의 코팅층이 형성된 절삭 공구가 제시되어 있으며, 미국 특허 6,183,846호에는 초경합금 또는 서멧 모재의 표면에 두께가 0.1 ~ 5㎛이고 Ti의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 탄-산화물, 탄-산질화물 또는 붕질화물로 구성된 내층, 두께가 5 ~ 50㎛이고, Al2O3으로 구성된 중간층, 및 두께가 5 ~ 100㎛이고 Ti의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 탄-산화물, 탄-산질화물 또는 붕질화물로 구성된 외층이 형성된 절삭 공구가 제시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제0847715호에는 Co 및/또는 Ni 바인더상을 포함하는 서멧 모재에 탄화물, 질화물 또는 산화물의 단일층, 다중층 및/또는 교차층이 적층된 코팅층을 포함하는 절삭 공구 인서트가 제시되어 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2004-0084760호에는 초경합금 모재에 TiCxNyOz층(0.7 ≤ x+y+z ≤ 1) 및 Al2O3층이 형성된 피복 절삭 공구 인서트가 제시되어 있다.
상기 코팅층은 결정 입자들이 증착되어 형성되는데, 이때 일부 입자가 돌출되어 불균일한 표면을 형성한다. 이에 따라, 절삭 공구의 최외각 표면은 뾰족한 돌출부를 갖게 되어 거칠어지는 현상이 나타난다. 이러한 현상은 코팅층이 두꺼워 질수록 심해지고, Al2O3와 같은 세라믹 코팅에서 특히 심하게 나타난다. 아울러, 이러한 현상은 코팅층을 형성하는 물질의 종류에 관계없이 공통적으로 나타나는 현 상이다. 이와 같이 거친 표면 상태를 가지는 절삭 공구는 피삭재의 절삭 시 응력이 불균일하게 걸리게 되어, 특히 절삭 부위에서 쉽게 칩핑(Chipping)이 발생되고, 이와 동시에 코팅층이나 모재에 손상을 주어 절삭 공구의 성능을 저하시킨다.
한편, 절삭 공구의 거친 표면 상태를 개선하기 위해 코팅층을 표면 처리하는 기술이 시도되었다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제0187564호에는 코팅된 절삭 공구(인서트)의 표면(코팅층)을 연마천으로 문지르거나 브러시 호닝(brush honing)하는 방법으로 표면 처리하는 방법이 제시되어 있다.
그러나 상기 선행 특허문헌에 제시된 표면 처리방법은 어느 정도의 평탄한 표면을 갖게 할 수 있으나, 표면이 매끄럽지 않고, 평탄도가 좋지 않아 내칩핑성, 내마모성 및 인성 등이 양호하지 못하는 문제점이 있다.
[선행 특허문헌 1] 미국 특허 6,007,909호
[선행 특허문헌 2] 미국 특허 6,183,846호
[선행 특허문헌 3] 대한민국 등록특허 제0847715호
[선행 특허문헌 4] 대한민국 공개특허 제10-2004-0084760호
[선행 특허문헌 5] 대한민국 등록특허 제0187564호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피삭재의 절삭 시 내칩핑성이 우수하고, 내마모성 및 인성 등이 향상되어 우수한 내구성을 가지는 절삭 공구의 표면 처리방법, 및 이에 따라 표면 처리된 절삭 공구를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 절삭 공구의 표면에 입자상의 연마재를 사용하여 블라스팅하는 단계; 및 상기 블라스팅된 절삭 공구의 표면을 브러싱하는 단계를 포함하는 절삭 공구의 표면 처리방법을 제공한다.
이때, 상기 연마재는 광물 입자, 세라믹 입자 및 금속 입자 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상인 것을 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따라서, 상기 블라스팅하는 단계는 연마재를 절삭 공구의 표면에 1.0 ~ 2.5 bar의 압력으로 5 ~ 30초 동안 분사하여 실시하는 것이 좋다. 또한, 상기 블라스팅하는 단계는 입자상의 연마재와 물의 혼합물을 절삭 공구의 표면에 분사하여 실시하는 것(습식)이 바람직하다. 이때, 상기 연마재의 밀도(연마재와 물의 혼합물 1ℓ에 포함된 연마재의 함량)는 0.8 ~ 1.5 kg/ℓ인 것이 좋다.
또한, 상기 브러싱하는 단계는 브러시 및 절삭 공구 중의 어느 하나 또는 둘 모두를 60 ~ 120 rpm의 속도로 회전시키면서 50 ~ 200 초 동안 실시하는 것이 바람 직하다. 아울러, 상기 브러시에는 윤활제가 도포된 것이 좋다. 이때, 상기 윤활제는 0.5㎛ ~ 10㎛ 크기의 고형 입자를 포함하는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 방법에 따라 표면 처리된 절삭 공구를 제공한다.
본 발명에 따르면, 절삭 공구의 표면이 블라스팅(제1차 표면 처리) 및 브러싱(제2차 표면 처리)을 통한 2차에 걸친 표면 처리에 의해 표면 상태가 양호하게 개선된다. 이에 따라, 피삭재의 절삭 시 내칩핑성이 우수하고, 내마모성 및 인성 등이 향상되어 우수한 내구성을 갖는다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 양호한 표면 상태(표면 품질)를 갖도록 함에 있어, 종래의 표면 처리 방법과 비교하여 처리 소요 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에서 표면 처리 대상이 되는 절삭 공구는 주철이나 탄소강, 합금강 등의 피삭재와 맞닿는 공구로서, 홀더에 결합되어 사용되는 절삭 인서트를 예를 들 수 있다. 절삭 공구(예를 들어, 절삭 인서트)는, 바람직하게는 모재 및 상기 모재에 내마모성을 위해 코팅된 경질 코팅층을 포함한다. 이때, 상기 모재와 코팅층은 통상의 재질을 포함하며, 예를 들어 상기 모재는 탄화텅스텐(WC)에 코발트(Co)를 혼합하여 소결한 초경합금(cemented carbide), 그리고 입방정 Ti계 탄질화물상이나 Co, Ni, W 및/또는 Mo 등을 포함하는 서멧(cermet) 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 서멧에는 Ta, Nb, V, Zr, Hf 및 Cr 등으로부터 선택된 추가의 원소가 하나 이상 포함될 수 있다.
상기 코팅층은 모재의 표면에 화학적 증착법(CVD)이나 물리적 증착법(PVD) 등을 통해 코팅될 수 있으며, 이러한 코팅층은 Al, Ti, Zr 및 Hf 중에서 선택된 하나 또는 2 이상의 원소를 포함하는 산화물, 탄화물, 질화물, 탄질화물, 질산화물, 탄-산질화물 또는 이들의 혼합을 포함한다. 구체적인 예를 들어, 상기 코팅층은 알파(α)-Al2O3, TiN, AlOxNy(0≤x≤1, 0≤y≤1), HfN, TiCxNy(0≤x≤1, 0≤y≤1) 및 TiCxNyOz(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 코팅층은 단일층 또는 2층 이상의 복수층이 될 수 있다.특별히 한정하는 것은 아니지만, 상기 코팅층은 복수층인 경우 예를 들어 모재의 표면에 형성된 TiN층 및 상기 TiN층 상에 형성된 알파(α)-Al2O3층을 포함하여, 최외각층이 α-Al2O3층이 될 수 있다. 이러한 코팅층의 두께는 3.0㎛ ~ 50㎛가 될 수 있으며, 바람직하게는 10㎛ ~ 30㎛가 좋다. 이때, 상기 코팅층은 이하에서 설명되는 본 발명의 표면 처리 방법(블라스팅 및 브러싱 공정)을 통해, 바람직하게는 0.5 ~ 2.0㎛ 정도 식각하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 절삭 공구의 표면 처리방법은 절삭 공구의 표면, 즉 상기와 같은 코팅층(최외각층)의 표면을 블라스팅하는 단계(제1차 표면 처리); 및 상기 블라스팅된 절삭 공구의 표면을 브러싱하는 단계(제2차 표면 처리)를 적어도 포함한다. 이때, 블라스팅하는 단계(제1차 표면 처리)와 브러싱하는 단계(제2차 표면 처리)는 연속적이다. 즉, 절삭 공구의 표면(코팅층)을 1차적으로 블라스팅 처리하고, 이후 연속하여 2차적으로 브러싱 처리한다.
본 발명에서, 상기 블라스팅은 입자상의 연마재를 절삭 공구의 표면(코팅층)에 고압으로 분사하는 방법으로 실시되며, 이러한 블라스팅 공정은 건식 및 습식을 포함한다. 구체적으로, 상기 블라스팅은 고압의 공기를 추진제로 사용하여 절삭 공구의 표면에 입자상의 연마재를 분사하는 방법(건식)으로 실시하거나, 또는 입자상의 연마재와 물의 혼합물을 절삭 공구의 표면에 고압으로 분사하는 방법(습식)으로 실시할 수 있다. 바람직하게는, 작업 환경은 물론 조도와 균일도 면에서 유리한 습식 방법으로 실시하는 것이 좋다.
이때, 상기 연마재는 광물 입자(천연 모래나 규사 등), 세라믹 입자(알루미나 입자 등) 및 금속 입자(주철, 합금강 입자 등) 등으로 이루어진 군중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합을 사용할 수 있다.
또한, 상기 연마재의 입자는 30㎛ ~ 900㎛의 크기(입도 분포)를 가지는 것이 좋다. 이때, 연마재의 입자 크기가30㎛ 미만으로서 너무 작으면, 양호한 평탄도를 갖게 하기 어렵고 시간이 오래 걸려 바람직하지 않다. 그리고 연마재의 입자 크기가 900㎛를 초과하여 너무 크면, 오히려 거침 정도가 심해질 수 있고, 코팅층에 균열이 발생되거나 손상될 수 있다. 또한, 절삭 공구(예를 들어, 인서트)의 경 우 국부적으로 돌출된 부분(코너, 가장자리 부분 등)이 존재하게 되는데, 연마재의 입자 크기가 크면 상기 돌출된 부분이 식각될 수 있어 바람직하지 않다. 아울러, 상기 입자상의 연마재는 30㎛ ~ 75㎛의 소직경 입자와 75㎛ ~ 900㎛의 대직경 입자를 1 : 0.5 ~ 2의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 블라스팅을 습식 방법으로 실시하는 경우, 상기 연마재의 밀도는 1.0 ~ 1.5 kg/ℓ(연마재와 물의 혼합물 1ℓ에 포함된 연마재의 함량)가 좋다. 이때, 연마재의 밀도가 1.0 kg/ℓ 미만이면 연마 효율이 떨어지고 시간이 오래 걸릴 수 있으며, 1.5 kg/ℓ를 초과하면 양호한 분사가 어려울 수 있다. 바람직하게는, 연마재의 밀도는 1.0 ~ 1.2 kg/ℓ가 좋다.
아울러, 상기 블라스팅을 습식 방법으로 실시함에 있어서, 연마재의 분사 압력은 1.0 bar ~ 2.5 bar가 바람직하며, 보다 바람직하게는 1.4 ~ 2.0 bar가 좋다. 이때, 분사 압력이 1.0 bar 미만이면 식각이 어려우며, 2.5 bar를 초과하면 식각 량이 많아져 코팅층이 제거되거나 파손이 발생할 수 있어 바람직하지 않다. 그리고 이러한 압력 조건에서, 블라스팅(연마재 고압 분사)은 5초(sec) ~ 30초(sec) 동안 실시하는 것이 좋다. 예를 들어, 통상적으로 많이 사용되는 CNMG 12type의 절삭 인서트를 대상으로 하는 경우, 1.4 bar ~ 2.0 bar의 압력으로 10sec ~ 15sec 동안 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 블라스팅을 실시함에 있어서는, 컨베이어(conveyer) 상에 절삭 공구를 다수 개 배열하고, 컨베이어의 상부에 소정 각도로 설치된 블라스팅 건(blasting gun)을 통해 연마재를 분사하면서 실시하되, 상기 컨베이어는 가로방 향(x-y 평면 상의 x방향)으로 이동되게 하고, 상기 블라스팅 건은 세로방향(x-y 평면 상의 y방향)으로 반복 이동되게 하여 실시할 수 있다. 이때, 상기 컨베이어의 이동 속도는 120 ~ 200 mm/min이 좋다. 컨베이어의 이동 속도가 120 mm/min 미만이면 식각 량이 너무 많아질 수 있고, 200 mm/min를 초과하면 식각 량이 너무 적어질 수 있다. 그리고 상기 블라스팅 건은 4500 ~ 5500 mm/min의 속도로 반복 이동되게 할 수 있다. 즉, 절삭 공구는 컨베이어에 의해 가로방향(x-y 평면 상의 x방향)으로 120 ~ 200 mm/min으로 이동되게 하되, 절삭 공구의 상부에 설치된 블라스팅 건은 세로방향(x-y 평면 상의 y방향)으로 4500 ~ 5500 mm/min의 속도로 반복 이동되게 할 수 있다. 이와 같은 조작 조건으로 실시한 경우, 보다 양호한 평탄도를 도모할 수 있다. 또한, 상기 블라스팅 건의 각도를 45 ± 20도의 범위로 조작하여 분사할 수 있다. 이와 같은 각도 범위로 분사하는 경우 절삭 공구의 상면과 측면이 균일하게 블라스팅될 수 있다. 이후, 절삭 공구를 뒤집어 처리하여 공구의 하면이 블라스팅되게 할 수 있다.
또한, 상기 블라스팅을 건식 방법으로 실시하는 경우, 분사 압력(공기와 연마재의 토출 압력)은 1.0 ~ 2.5 bar가 바람직하며, 보다 바람직하게는 1.8 ~ 2.0 bar가 좋다. 그리고 이러한 분사 압력으로 5 sec ~ 30 sec 동안 실시할 수 있다. 아울러, 이러한 건식 방법에서의 컨베이어 이동 속도는 150 ~ 500 mm/min이 좋다. 이때, 분사 압력이 너무 낮거나 컨베이어 이동 속도가 너무 빠르면 식각이 어려우며, 이와 반대로 분사 압력이 너무 높거나 컨베이어 이동 속도가 너무 느리면 식각 량이 많아져 코팅층이 제거되거나 파손이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
한편, 상기 브러싱 공정은 통상의 브러싱 방법(브러싱 호닝법)으로 실시할 수 있다. 이러한 브러싱 공정은, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같은 브러싱 기기를 사용하여 실시할 수 있다. 브러싱 공정은, 바람직하게는 아래에서 설명되는 브러싱 기기를 이용하여 브러시 및 절삭 인서트 중에서 선택된 어느 하나를 회전시켜 실시할 수 있다. 이때, 보다 바람직하게는 브러시 및 절삭 인서트 둘 모두를 동시에 회전시키면서 실시하는 것이 좋다.
도 1을 참조하여 설명하면, 브러싱 기기는 지지판(10)과, 상기 지지판(10) 상에 설치된 원반형의 캐리어(20, carrier)를 갖는다. 캐리어(20)는 지지판(10) 상에 다수 개 설치될 수 있다. 이때, 상기 캐리어(20)는 시계 방향(정회전) 및/또는 반시계 방향(역회전)으로 자전한다. 도 1은 8개의 캐리어(20)가 지지판(10) 상에 설치되어 시계 방향 및 반시계 방향으로 자전되는 모습을 예시한 것이다. 상기 캐리어(20)에는 다수의 절삭 공구(예, 인서트 등)가 장착된다. 예를 들어, 절삭 인서트는 1개의 캐리어(20)에 36개가 장착될 수 있다. 또한, 브러싱 기기는 상기 캐리어(20)의 상부에 설치된 원반형의 브러시판(30)을 갖는다. 이러한 브러시판(30)의 하부에는 다수의 브러시(32)가 배열되어 있다. 이때, 브러시판(30)의 직경은 500 mm가 될 수 있으며, 상기 캐리어(20)의 직경은 138 mm가 될 수 있다. 상기 브러시판(30)은 회전 가능하도록 설치되며, 바람직하게는 시계 방향(정회전)은 물론 반시계 방향(역회전)으로도 회전되는 것이 좋다. 예를 들어, 상기 캐리어(20)는 시계 방향(정회전)과 반시계 방향(역회전)으로 자전을 반복하게 하고, 그의 상부에 설치된 브러시판(30)은 어느 한 방향(예를 들어, 시계방향)으로 회전하 게 하면 브러싱 효율이 향상된다.
또한, 바람직한 구현예에 따라서, 보다 효율적인 브러싱 공정이 도모되도록 상기 브러시(32)에는 윤활제가 도포된 것이 좋다. 상기 윤활제는 오일(oil)과 고형 입자(연마재)를 포함하는 페이스트상(paste phase)의 조성물이 바람직하다. 예를 들어, 상기 고형 입자는 실리카(silica)나 다이아몬드(diamond) 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 고형 입자는 0.5㎛ ~ 10㎛의 크기를 가질 수 있다. 아울러, 고형 입자는 페이스트상의 윤활제 내에 0.2 ~ 5중량%(윤활제 1.0 kg에 고형 입자 2g ~ 50g 혼합)로 포함될 수 있다.
또한, 위와 같은 브러싱 공정을 실시함에 있어서, 브러시(32)를 60 ~ 120 rpm의 속도로 회전시켜 실시하는 것이 좋다. 즉, 브러시판(30)의 회전속도는 60 ~ 120 rpm이 좋다. 이때, 브러시(32)의 회전속도가 60 rpm 미만인 경우 표면을 매끄럽게 하는 데에 시간이 오래 걸리며, 회전속도가 120 rpm을 초과하는 경우 브러시(32)가 빨리 마모될 수 있어 바람직하지 않다. 또한, 상기 브러싱 공정은 위와 같은 브러시(32)의 회전속도로 50 초(sec) ~ 200 초(sec) 동안 실시하는 것이 좋다. 이때, 브러싱 시간이 50 sec 미만이면 매끄러운 표면을 얻기 어려우며, 200 sec를 초과하는 경우 표면은 좋아지나 과도한 브러싱으로 인하여 절삭 공구의 마모 정도(코팅층 식각 량)가 심해지고, 동력이 많이 소요될 수 있다. 또한, 위와 같이 브러시판(30)이 회전함과 동시에, 하부에 설치된 캐리어(20)는 정회전과 역회전을 반복하는 것이 바람직한데, 이때 캐리어(20)는 정회전으로 25 ~ 100 sec 동안 1회 회전하고, 이후 역회전으로 25 ~ 100 sec 동안 1회 회전하는 것이 좋다. 또한, 상 기 캐리어(20)의 회전속도, 즉 절삭 공구의 회전 속도는 60 ~ 120 rpm가 이 좋다.
본 발명에 따르면, 위와 같은 2차에 걸친 연속적인 표면 처리(블라스팅 및 브러싱)에 의해, 절삭 공구의 표면 상태가 양호하게 개선된다. 구체적으로, 제1차 블라스팅 공정에 의해 절삭 공구 표면의 평탄도(조도)가 양호하게 개선되며, 이후 실시되는 제2차 브러싱 공정에 의해 표면이 매끄럽게 개선된다. 이때, 블라스팅 공정만 실시하는 경우 평탄도는 개선되나 표면이 매끄럽지 않게 된다. 그리고 브러싱 공정만 실시하는 경우 표면은 매끄러워지나 평탄도가 떨어지고 시간이 오래 걸린다. 이때, 동등 수준의 평탄도를 갖도록 브러싱을 오랜 시간 동안 실시하는 경우, 식각 량이 많아져 최외각 코팅층이 제거되는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 브러싱을 먼저 실시하고, 이후 블라스팅을 실시하는 경우, 매끄러운 표면을 얻을 수 없다.
따라서, 블라스팅을 먼저 실시한 다음, 브러싱을 실시한다. 이에 따라, 절삭 공구의 표면 상태가 양호하게 개선되어 피삭재의 절삭 시 내칩핑성이 우수하고, 내마모성 및 인성 등이 향상되어 우수한 내구성을 가지는 절삭 공구를 제조할 수 있다. 또한, 양호한 표면 상태를 갖도록 개선함에 있어, 처리 시간을 현저히 단축시킬 수 있으며, 이와 함께 피삭재의 표면성(조도 등)도 양호하게 개선된다. 일반적으로, 절삭 공구는 홀더에 삽입되어 사용되는 데, 이때 본 발명에 따르면 표면 개선에 의해 홀더와의 밀착성이 증대되어 절삭 공구나 홀더의 파손이 방지될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 ~ 3]
초경합금의 모재에 Al2O3층이 15㎛로 코팅된 것으로서, 통상적으로 많이 사용되는 CNMG 12type의 절삭 인서트를 대상 시편으로 하여, 다음과 같이 습식 샌드 블라스팅과 브러싱을 연속적으로 실시하였다.
< 습식 샌드 블라스팅 >
습식 샌드 블라스트 기기를 사용하여, 상기 절삭 인서트(CNMG 12type)의 표면을 하기 [표 1]에 보인 바와 같은 조건으로 습식 샌드 블라스팅하였다. 이때, 연마재는 Treibather사 Alodur 제품의 알루미나 입자로서, 170 mesh(90 ㎛) 크기와 230 mesh(63 ㎛) 크기를 1 : 1의 중량비로 혼합하여 사용하였다. 그리고 연마재는, 밀도가 1.01 kg/ℓ(알루미나와 물의 혼합물 1ℓ에 포함된 알루미나의 함량)인 것을 사용하였다.
< 습식 샌드 블라스팅 조건 >
Parameter
 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3
Blasting pressure gun bar 1.4 1.8 2.5
Speed of gun-motion mm/min 5000 4500 4500
Speed of conveyor mm/min 150 150 150
Angle of blasting gun degree 45° 45° 45°
Density of sand kg/ℓ 1.01 1.01 1.01
Time of blasting sec 12 12 12
< 브러싱 >
상기와 같이 습식 샌드 블라스팅을 실시한 시편에 대하여, 브러싱 기기를 사용하여 하기 [표 2]에 보인 바와 같은 조건으로 브러싱하였다. 브러싱 기기는 도 1에 보인 바와 같은 구조의 장비로서, 캐리어(20)의 직경은 138 mm이고, 브러시판(30)의 직경은 500 mm인 것을 이용하였다. 이때, 실시예 1의 경우, 캐리어(20)는 50 sec 동안 정회전 1회, 이후 50 sec 동안 역회전 1회 회전되게 하였다. 그리고 브러시판(30)은 정회전시키되, 0.6 mm 길이(Depth)의 브러시(32)가 설치된 것을 사용하였다.
< 브러싱 조건 >
비 고 Carrier
정회전(sec)		 Carrier
역회전(sec)		 Carrier
정/역 횟수		 Brush
Depth(mm)		 Brush
회전속도(rpm)
실시예 1 50 50 1 0.6 85
실시예 2 40 40 1 0.6 105
실시예 3 60 60 1 0.6 75
[비교예 1]
초경합금의 모재에 Al2O3층이 15㎛로 코팅된 CNMG 12type의 절삭 인서트로서, 블라스팅이나 브러싱하지 않은 것(비표면 처리)을 본 비교예에 따른 시편으로 적용하였다.
[비교예 2]
초경합금의 모재에 Al2O3 층이 15㎛로 코팅된 CNMG 12type의 절삭 인서트로서, 코팅 표면을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 브러싱 처리만 한 것(습식 샌드 블라스팅하지 않음)을 본 비교예에 따른 시편으로 적용하였다.(브러싱 시간 100 sec : 정방향 50 sec, 역방향 50 sec)
[비교예 3]
초경합금의 모재에 Al2O3층이 15㎛로 코팅된 CNMG 12type의 절삭 인서트로서, 코팅 표면을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 습식 샌드 블라스팅 처리만 한 것(브러싱하지 않음)을 본 비교예에 따른 시편으로 적용하였다.
[비교예 4]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 브러싱을 먼저 실시하고, 이후 블라스팅을 실시한 것을 본 비교예에 따른 시편으로 적용하였다.
[비교예 5]
상기 비교예 2와 동일하게 실시하되, 브러싱을 300 sec(정방향 150 sec, 역방향 150 sec) 동안 실시한 것을 본 비교예에 따른 시편으로 적용하였다.
[비교예 6]
상기 비교예 2와 동일하게 실시하되, 브러싱을 500 sec(정방향 250 sec, 역방향 250 sec) 동안 실시한 것을 본 비교예에 따른 시편으로 적용하였다.
위와 같은 실시예 1 및 비교예 1 ~ 6에 따른 각 시편의 표면 사진을 도 2 내지 도 7에 나타내었다. 도 2 및 도 3은 각 시편의 코너(corner) 부분의 표면 확대 사진(3000배)이고, 도 4 및 도 5는 크레이터(crater) 부분의 표면 확대 사진(3000배)이며, 도 6 및 도 7은 그라인딩(Grinding) 부분의 표면 확대 사진(3000배)이다. 그리고 도 8은 비교예 5 및 비교예 6에 따른 시편의 단면 사진이다.
먼저, 도 2 내지 도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라서 블라스팅을 먼저 실시하고 이후 브러싱 처리한 실시예 1의 경우, 아무것도 처리하지 않은 것(비교예 1), 100 sec 동안 브러싱 처리만 한 것(비교예 2), 습식 샌드 블라스팅 처리만 한 것(비교예 3), 및 상기 실시예 1과는 반대로 브러싱을 먼저 실시하고 이후 블라스팅 처리한 것(비교예 4)과 비교하여, 표면이 매우 매끄럽고 우수한 평탄도(조도)를 가짐을 알 수 있었다. 또한, 양호한 표면성을 갖도록 하기 위해 브러싱 처리만 오랫동안 실시해 보았으나, 이 경우 비교예 5(300 sec) 및 비교예 6(500 sec)에서와 같이 시간이 많이 소요됨을 알 수 있었다. 아울러, 브러싱 처리를 오랫동안 실시한 경우 비교예 5(300 sec) 및 비교예 6(500 sec)의 결과를 보인 도 8에 나타난 바와 같이, 특히 인선부에서 식각 량이 많아져 코팅층이 제거되는 문제점이 있음을 알 수 있었다.
한편, 상기 실시예 1 및 비교예(1 ~ 6)에 따른 각 시편을 이용하여, 자동차 브레이크 드럼(HB 170)을 피삭재로 하여 절삭 성능을 평가하였다. 이때, 절삭 성능은 인서트 시편의 파손(Breakage)이 발생할 때까지의 피삭재 가공 수량(pcs)으로 평가하였다. 그 결과는 절삭 가공 조건과 함께 하기 [표 3]에 나타내었다. 그리고 도 9에는 파손(Breakage)이 발생한 시편의 사진을 나타내었다.
< 절삭 성능 평가 결과 >
비 고
 가공 수량
(pcs)		 절삭 가공 조건
비교예 1
(No treat)		 140



피삭재 : 자동차 브레이크 드럼(HB 170)

절삭 조건 : V = 50, f = 0.3,
d = 2.0, 건식(dry)
비교예 2
(Only brushing for 100 sec)		 146
비교예 3
(Only wet blasting)		 147
비교예 4
(Brushing + Blasting)		 155
비교예 5
(Brushing for 300 sec)		 150
비교예 6
(Brushing for 500 sec)		 145
실시예 1
(Wet blasting + Brushing)		 172
상기 [표 3] 및 첨부된 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라서 블라스팅을 먼저 실시하고 이후 브러싱 처리한 실시예 1의 경우, 아무것도 처리하지 않은 것(비교예 1), 브러싱 처리만 한 것(비교예 2), 습식 샌드 블라스팅 처리만 한 것(비교예 3), 상기 실시예 1과는 반대로 브러싱을 먼저 실시하고 이후 블라스팅 처리한 것(비교예 4) 및 브러싱 처리만 오랫동안 실시한 것(비교예 5 및 비교예 6)과 비교하여, 내마모성 및 인성이 증가(내구성 증가)되어, 더 많은 수량을 가공한 경우에도 파손(Breakage)이 방지됨을 알 수 있었다. 아울러, 브러싱 처리만 실시한 비교예 2(100 sec), 비교예 5(300 sec) 및 비교예 6(500 sec)을 대비해 보면, 도 2 내지 도 7의 사진과 상기 [표 3]에 나타난 바와 같이 브러싱 시간이 증가할수록 표면 조도는 개선되나 브러싱이 200초 이상 장시간 수행되면 마모가 돌출부에 집중되어 절삭 인선부의 코팅층이 제거됨으로 인하여 공구 수명(가공 수량)이 저하됨을 알 수 있었다.
또한, 상기 실시예 1 및 비교예(1 ~ 4)에 따른 각 시편을 이용하여 피삭재(HB 170)를 절삭한 후, 피삭재의 표면 조도(surface roughness)를 측정하여 그 결과를 하기 [표 4]에 나타내었다. 그리고 첨부된 도 10은 표면 조도(surface roughness)의 측정 기준을 나타내는 도면이다. 하기 [표 4]에서, Ra는 중심선 평균 거칠기이고, Rmax는 최대 높이이며, Rz는 십점 평균 거칠기를 나타낸다.(도 10 참조)
< 피삭재(HB 170)의 표면 조도 평가 결과 >
비 고
 Ra Rmax Rz
비교예 1
(No treat)		 3.06 28.21 21.46
비교예 2
(Only brushing)		 3.06 19.42 16.03
비교예 3
(Only wet blasting)		 2.32 15.36 13.15
비교예 4
(Brushing + Wet blasting)		 2.25 15.20 13.02
실시예 1
(Wet blasting + Brushing)		 2.10 14.80 12.87
상기 [표 4]에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라서 블라스팅을 먼저 실시하고 이후 브러싱 처리한 인서트(실시예 1)를 이용한 경우, 아무것도 처리하지 않은 것(비교예 1), 브러싱 처리만 한 것(비교예 2), 습식 샌드 블라스팅 처리만 한 것(비교예 3), 및 상기 실시예 1과는 반대로 브러싱을 먼저 실시하고 이후 블라스팅 처리한 것(비교예 4)을 이용한 경우보다 피삭재의 표면 조도가 우수해짐을 알 수 있었다. 아울러, 하기 [표 4]의 결과에서, 샌드 블라스팅된 비교예 3이 브러싱된 비교예 2보다 피삭재에 양호한 표면 조도를 부여함을 알 수 있었다. 이러한 결과로 볼 때, 브러싱의 유무에 관계없이 샌드 블라스팅 단계를 거치는 것이 피삭재의 표면상태에 의하여 평가되는 인서트의 절삭 성능에 결정적인 기여 요소임을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명에 사용되는 브러싱 기기의 예시적인 사시 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 표면 처리된 절삭 인서트 시편의 코너(corner) 부분의 표면 확대 사진이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라서 표면 처리된 절삭 인서트 시편의 크레이터(crater) 부분의 표면 확대 사진이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따라서 표면 처리된 절삭 인서트 시편의 그라인딩(Grinding) 부분의 표면 확대 사진이다.
도 8은 비교예에 따라 표면 처리된 절삭 인서트의 단면 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라서 표면 처리된 절삭 인서트 시편을 이용하여 절삭 가공을 진행한 후의 피삭재 표면 사진이다.
도 10은 본 발명에 따른 피삭재의 표면 조도(surface roughness) 측정 기준을 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 지지판 20 : 캐리어
30 : 브러시판 32 : 브러시

Claims (11)

  1. 코팅층이 형성된 절삭 공구의 표면에 입자상의 연마재를 사용하여 블라스팅하는 단계; 및
    상기 블라스팅된 절삭 공구의 표면을 브러싱하는 단계를 포함하되,
    상기 브러싱하는 단계는 브러시 및 절삭 공구 중에 어느 하나 또는 둘 모두를 회전시켜 실시하고, 상기 브러시에는 0.5㎛~ 10㎛ 크기의 고형 입자를 포함하는 윤활제가 도포된 절삭 공구의 표면 처리방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마재는 광물 입자, 세라믹 입자 및 금속 입자로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 표면 처리방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연마재 입자의 크기는 30㎛ ~ 900 ㎛인 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 표면 처리방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 블라스팅하는 단계는 연마재를 절삭 공구의 표면에 1.0 ~ 2.5 bar의 압 력으로 분사하여 실시하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 표면 처리방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 블라스팅하는 단계는 입자상의 연마재와 물의 혼합물을 절삭 인서트의 표면에 분사하여 실시하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 표면 처리방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연마재의 밀도는 0.8 ~ 1.5 kg/ℓ인 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 표면 처리방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 브러싱하는 단계는 브러시 및 절삭 인서트 중의 어느 하나 또는 둘 모두를 60 ~ 120 rpm의 속도로 회전시키면서 50 ~ 200 초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구의 표면 처리방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항, 및 제3항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 방법으로 표면 처리된 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
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