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KR101097173B1 - 절삭/연마 공구 및 그 제조방법 - Google Patents

절삭/연마 공구 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101097173B1
KR101097173B1 KR1020090083499A KR20090083499A KR101097173B1 KR 101097173 B1 KR101097173 B1 KR 101097173B1 KR 1020090083499 A KR1020090083499 A KR 1020090083499A KR 20090083499 A KR20090083499 A KR 20090083499A KR 101097173 B1 KR101097173 B1 KR 101097173B1
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서정훈
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신한다이아몬드공업 주식회사
주식회사 인스텍
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Abstract

제조가 용이하고 절삭성능이 개선된 절삭/연마 공구 및 그 제조방법이 개시된다.
상기 절삭/연마 공구의 제조방법은, 하나 이상의 절삭/연마 몸체를 구비하는 절삭/연마 공구를 제조하는 방법에 있어서, 공구 몸체를 준비하는 공구몸체 준비단계; 및 상기 공구 몸체의 표면의 하측에 설치된 가열장치를 이용하여 상기 공구 몸체의 표면에 열을 가하면서 절삭재 입자와, 상기 절삭재 입자보다 비중이 큰 금속분말을 분사하여, 상기 공구 몸체의 표면에 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자가 포함된 클래딩층을 형성하는 클래딩층 형성단계;를 포함하며, 상기 클래딩층이 상기 절삭/연마 몸체를 구성하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 절삭/연마 공구의 제조방법에 의하면, 중력방향과 용융풀 섹션의 각도범위와 금속분말과 절삭재 입자의 공급량을 조절함으로써 절삭재 입자의 분포가 균일하고, 이로 인해 절삭성능이 개선된 절삭/연마 공구의 제조가 가능하다는 효과가 있게 된다.
절삭/연마 공구, 레이저, 클래딩, 다이아몬드, 절삭재 입자, 금속분말

Description

절삭/연마 공구 및 그 제조방법{Cutting/Polishing Tool And Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 금속, 세라믹, 반도체, 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트 등의 피삭재를 절단하거나 천공, 연마하는데 사용되는 절삭/연마 공구 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조가 용이한 절삭/연마 공구 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 절삭 또는 연마를 위해서는 다이아몬드 입자, 탄화물, 붕산화물, 질화물, 경질 금속 조각 및 세라믹 조각과 같이 내마모성이 우수한 입자를 사용하게 된다. 이 중에서, 다이아몬드는 지구상에 존재하는 물질 중 가장 경도가 높은 물질로 알려져 있으며, 이러한 특성에 의하여 절삭, 연삭(연마) 공구 등에 널리 사용하게 되었다.
통상, 세그먼트 타입의 다이아몬드 공구는 다이아몬드 입자가 분포되어 있는 절삭/연마 세그먼트(절삭팁)과 이 세그먼트가 고정되어 있는 금속 바디(공구몸체, 생크)로 구성된다.
도 1은 세그먼트 타입의 여러 가지 다이아몬드 공구의 예를 도시한 것으로서, 도 1(a)에 도시된 세그먼트 타입의 쏘 블레이드(10a)는 디스크 형태의 금속 바디(11a)에 고정되어 있는 다수 개의 세그먼트(절삭팁)(12a)을 포함하여 구성되고, 도 1(b)에 도시된 세그먼트 타입의 코어 비트(10b)는 금속 바디(11b)에 고정되어 있는 다수 개의 세그먼트(절삭팁)(12b)를 포함하며, 도 1(c)에 도시된 세그먼트 타입 연마휠(10c)은 금속 바디(11c)의 밑 부분에 고정된 다수의 세그먼트(연마팁)(12c)를 포함한다. 이러한 절삭/연마 공구(10a,10b,10c)의 세그먼트(12a, 12b, 12c)는 금속분말(본드 메탈)(M) 사이에 다이아몬드 입자(D)들이 무질서하게 분포되어 있으며, 각각의 세그먼트에 분포되어 있는 다이아몬드 입자들이 절삭/연마를 수행하게 된다
이러한 절삭/연마 세그먼트를 제작하기 위해서 일반적으로 분말야금 방법을 이용한다. 구체적으로 살펴 보면, 분말 형태의 금속분말과 다이아몬드 결정을 혼합한 후 이를 절삭/연마 세그먼트 형상으로 성형하고, 성형체를 고온으로 가열하여 소결(sintering) 또는 핫 프레싱(hot pressing)을 통해 치밀한 조직을 갖는 절삭/연마 세그먼트를 형성하게 된다. 이후 절삭/연마 세그먼트를 공구몸체(생크)에 접합하게 되는데, 이러한 접합과정에서 레이저 용접, 은납을 이용한 브레이징(brazing), 소결에 의한 확산 접합(diffusion bonding) 등이 이용된다. 그러나, 이러한 공구 제조방법은 절삭/연마 세그먼트의 제작에 소결 등 복잡한 공정이 필요하게 되고, 절삭/연마 세그먼트를 공구몸체에 고정시키기 위해 용접 등의 추가공정 이 필요하게 되어 절삭/연마 공구의 제조에 많은 공정 및 많은 설비를 필요로 하고 많은 노동력이 필요하다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 한국 특허 제452563호(미국 특허 제6,316,065호)는 레이저 클래딩(laser cladding) 기술을 이용한 절삭공구 제조방법을 제안하고 있다.
도 2(a)에 도시된 바와 같이, 상기 한국 특허 제452563호에 개시된 절삭공구 제조방법은 공구몸체(11)의 표면(11a) 측을 레이저 가열장치(20)로 가열하면서 금속분말(M)과 다이아몬드 입자(D)의 혼합분말을 분말공급장치(30)를 통해 분사시키고, 이를 통하여 금속분말(M)과 다이아몬드 입자(D)의 혼합분말이 공구몸체(11)의 표면(11a)에 용착되어 절삭몸체(12)를 형성하게 된다. 이때, 절삭공구의 공구몸체(11)에 절삭몸체(12)를 형성하는 동안 공구몸체(11)를 중력방향(G)의 반대방향(X)으로 이송시키고, 레이저 가열장치(20)에 의해 용착이 일어나는 섹션(S)에 수직한 선과 중력방향(G)이 이루는 각(±w)을 혼합분말의 응고시간 동안 60도 내지 90도의 범위에서 유지하도록 한다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 디스크형의 공구몸체(11')를 회전시키면서 표면(11a')에 절삭몸체(12')를 형성시키는 경우에도 용착이 일어나는 섹션(S)에 수직한 선과 중력방향(G)이 이루는 각(±w)을 혼합분말의 응고시간 동안 60도 내지 90도의 범위에서 유지하도록 한다.
이와 같이 도 2(a) 및 도 4에 도시된 절삭공구 제조방법은 공구몸체(11, 11')에 직접 금속분말(M)과 다이아몬드 입자(D)를 레이저 클래딩 함으로써 한 번의 공정으로 절삭공구를 제작할 수 있게 되어, 생산성이 향상되고 제조비용이 절감되는 이점이 있다. 또한, 절삭/연마 세그먼트를 소결시키는 경우에는 다이아몬드 입자와 금속분말이 기계적 결합을 이루고 있지만, 레이저 클래딩을 이용하는 경우에는 다이아몬드 입자와 금속분말 사이에 화학적 결합이 이루어지므로 결합력이 향상되고 이로 인해 공구의 품질이 향상된다는 이점이 있게 된다.
또한, 상기 한국 특허에 개시된 절삭공구 제조방법은 실질적으로 수평방향에서 레이저 가열장치(20)에 의한 열을 가하면서 공구몸체(11)를 중력방향(G) 반대방향(X)으로 이동시키므로, 공구몸체(11)의 상측으로부터 열을 가하는 경우(한국 특허 제452563호의 종래기술로 제시됨)에 비하여 다이아몬드 입자(D)의 분포범위가 넓다는 이점이 있게 된다.
한편, 레이저 클래딩 공정을 이용하여 절삭공구를 제조하는 경우, 레이저 빔이 조사되는 영역에서는 순간적으로 용융과 응고가 일어나지만, 이와 같이 짧은 순간에도 다이아몬드 입자와 용융 금속분말의 비중 차이로 인하여 다이아몬드 입자가 중력방향과 반대방향으로 이동하게 된다.
도 2(b)를 참조하여 구체적으로 살펴보면, 레이저 빔이 조사되는 섹션(S)에 대응하는 절삭몸체(12) 가공부분에는 공구몸체(11)의 이송속도와 레이저 빔의 조사방향에 의해 타원과 유사한 용융풀이 형성되며 다이아몬드 입자(D)는 용융된 금속분말(M)보다 낮은 비중으로 인하여 순간적으로 용융풀의 최상단으로 이동하게 된다. 즉, 타원형의 용융풀 중에서 공구몸체(11)의 표면(11a)에서 먼 부분에 다이아몬드 입자(D)가 집중된다.
결국, 상기 한국 특허에 개시된 절삭공구 제조방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 절삭몸체(12)의 외측에만 다이아몬드 입자(D)가 집중되므로 다이아몬드 입자(D)의 분포가 절삭몸체(12) 전반에 걸쳐 일정하지 않게 되고, 이로 인해 절삭공구의 효율이 일정하지 않으며, 절삭몸체(12)를 전체적으로 이용할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 상기 한국 특허에 개시된 절삭공구 제조방법은 절삭몸체(12)의 외측, 즉 표면에만 다이아몬드 입자(D)가 집중되므로 기형성된 절삭몸체(12) 부분에 추가적인 레이저 클래딩을 할 수 없다는 문제점이 있다. 즉, 기형성된 절삭몸체(12)의 표면에 재차 열을 가하여 용융시키는 경우 열에 취약한 다이아몬드 입자의 특성상 다이아몬드 입자의 절삭 성능이 저하되고 산화가 발생하기 쉬울 뿐만 아니라, 다이아몬드 입자(D)를 구속하고 있는 금속분말(M)이 다시 용융되므로 다이아몬드 입자(D)의 구속이 해제되어 용착된 다이아몬드가 부유하게 되고 이로 인해 다시 용융풀의 외측으로 몰리게 되므로 복수의 레이저 클래딩을 실시할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점 중 적어도 일부를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제조가 용이할 뿐만 아니라 절삭재 입자의 분포가 균일하여 절삭성능이 개선된 절삭/연마 공구 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일 측면으로서 복수회의 레이저 클래딩이 가능하여 절삭/연마 몸체의 두께를 크게 할 수 있는 절삭/연마 공구 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 일 측면으로서 복수회에 걸친 클래딩을 통하여 넓은 면적의 절삭/연마 몸체를 갖는 절삭/연마 공구 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일 측면으로서 클래딩층에 포함된 절삭재 입자의 양을 조절하거나 클래딩층의 두께(높이)를 제어할 수 있는 절삭/연마 공구 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 일 측면으로서, 절삭재 입자의 성능이 저하되지 않도록 용융풀의 온도를 제어할 수 있는 절삭/연마 공구의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 손상된 절삭/연마 공구의 수선할 수 있는 절삭/연마 공구의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 하나의 클래딩 층을 복수회 분할하여 형성함으로써 복잡 한 형상의 절삭/연마 몸체를 갖는 절삭/연마 공구 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 하나 이상의 절삭/연마 몸체를 구비하는 절삭/연마 공구를 제조하는 방법에 있어서, 공구 몸체를 준비하는 공구몸체 준비단계; 및 상기 공구 몸체의 표면의 하측에 설치된 가열장치를 이용하여 상기 공구 몸체의 표면에 열을 가하면서 절삭재 입자와, 상기 절삭재 입자보다 비중이 큰 금속분말을 분사하여, 상기 공구 몸체의 표면에 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자가 포함된 클래딩층을 형성하는 클래딩층 형성단계;를 포함하며, 상기 클래딩층이 상기 절삭/연마 몸체를 구성하는 절삭/연마 공구의 제조방법를 제공한다.
바람직하게, 본 발명의 일 측면에 의한 절삭/연마 공구의 제조방법은 상기 가열장치를 이용하여 기형성된 상기 클래딩층의 표면에 열을 가하면서 절삭재 입자와 금속분말을 분사하여, 기형성된 클래딩층의 표면에 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자가 포함된 새로운 클래딩층을 누적형성하는 누적형성단계;를 추가로 포함하도록 구성되어, 적층된 클래딩층이 절삭/연마 몸체를 이룰 수 있다.
다른 측면으로서, 본 발명은 하나 이상의 절삭/연마 몸체를 구비하는 절삭/연마 공구를 제조하는 방법에 있어서, 공구 몸체를 준비하는 공구몸체 준비단계; 상기 공구 몸체의 표면에 가열장치를 이용하여 열을 가하면서 절삭재 입자와 금속 분말을 분사하여, 상기 공구 몸체의 표면에 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자가 포함된 클래딩층을 형성하는 클래딩층 형성단계; 및 상기 가열장치를 이용하여 기형성된 상기 클래딩층의 표면에 열을 가하면서 절삭재 입자와 금속분말을 분사하여, 기형성된 클래딩층의 표면에 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자가 포함된 새로운 클래딩층을 누적형성하는 누적형성단계;를 포함하도록 구성되어, 적층된 클래딩층이 절삭/연마 몸체를 이룰 수 있다.
바람직하게, 상기 공구 몸체의 표면은 상기 공구 몸체와 상기 가열장치의 상대 이송에 따라 상기 가열장치에 의해 금속분말의 용착이 진행되는 부분에 대응하는 다수의 클래딩층 형성섹션으로 분할되며, 절삭재 입자가 균일한 분포를 가질 수 있도록 상기 클래딩층 형성섹션에 수직한 수직선과 중력방향이 이루는 각은 -10도 내지 40도의 범위를 가질 수 있다.
다른 측면에 의하면, 상기 공구몸체 중 클래딩층 형성섹션 부분은 중력방향과 수직한 방향으로 이동되고, 상기 클래딩층 형성섹션에 수직한 수직선과 중력방향이 이루는 각은 절삭재 입자가 상기 클래딩층 형성섹션 내에서 부유하여 위치 고정되는 과정동안 -10도 내지 40도의 범위를 가질 수 있다.
또 다른 측면에 의하면, 상기 가열장치는 중력방향에 대하여 40도보다 작은 각도를 이루면서 상기 클래딩층 형성섹션을 가열하도록 구성될 수 있다.
한편, 넓은 면적(범위)의 클래딩층을 형성하기 위하여 상기 클래딩층은 금속분말이 용착되되 절삭재 입자를 포함하는 다수의 세그먼트층이 합쳐져 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 클래딩층은 절삭재 입자의 포함여부와 절삭재 입자의 함유량 에 따라 구분되는 다수의 세그먼트층이 합쳐져 형성될 수 있다. 일 예로서, 상기 클래딩층은 금속분말이 용착되되 절삭재 입자를 포함하는 제1 세그먼트층과, 금속분말이 용착되되 절삭재 입자를 포함하지 않는 제2 세그먼트층을 구비할 수 있다.
또한, 상기 클래딩층 형성단계는 상기 클래딩층의 높이 조절이 가능하도록 절삭재 입자와 금속분말 중 적어도 하나의 분사량을 조절하면서 수행될 수 있다.
그리고, 상기 클래딩층 형성단계는 상기 다수의 세그먼트층을 형성함으로써 하나의 클래딩층을 형성하고, 상기 누적형성단계는 상기 다수의 세그먼트층이 합쳐져 형성된 클래딩층의 표면에 금속분말이 용착된 다수의 세그먼트층을 형성하여 적층된 클래딩층을 형성하도록 구성함으로써 넓은 면적과 깊은 두께의 절삭/연마 몸체를 형성할 수 있다.
한편, 상기 클래딩층 형성단계는 금속분말의 용착이 완료된 후 절삭재 입자가 외부로 노출되지 않도록 절삭재 입자와 금속분말의 양이 결정될 수 있다. 이와는 달리, 상기 누적형성단계는 금속분말의 용착이 완료된 후 절삭재 입자가 외부로 노출되지 않도록 절삭재 입자와 금속분말의 양이 결정될 수 있다.
그리고, 본 발명에 의한 절삭/연마 공구 제조방법은 상기 누적형성단계 이후에, 상기 절삭/연마 몸체를 드레싱하여 상기 절삭재 입자를 외부로 노출시키는 드레싱 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 클래딩층 형성단계는 금속분말의 용착이 완료된 후 절삭재 입자의 일부가 노출되도록 절삭재 입자와 금속분말의 양이 결정되며, 상기 클래딩층 형성단계를 통하여 단일의 층으로 형성된 클래딩층이 절삭/연마 몸체를 이룰 수 있다.
또한, 상기 클래딩층 형성단계 및/또는 누적형성단계는 상기 공구 몸체를 병진운동시키거나, 회전 이동시키거나, 병진 및 회전이동시켜면서 수행될 수 있다.
한편, 상기 가열장치는 레이저 장치로 이루어질 수 있다. 이때, 절삭재 입자로 다이아몬드를 포함하는 경우 다이아몬드가 용융되지 않도록 상기 가열장치는 다이아몬드를 투과할 수 있는 파장대의 레이저를 방출하는 레이저 장치로 이루어질 수 있다. 이러한 레이저 장치로는 CO2 레이저 장치, Nd-YAG 레이저 장치, 파이버(fiber) 레이저 장치, 다이오드(diode) 레이저 장치, 디스크(disk) 레이저 장치 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 또한, 다이아몬드는 열에 취약하므로 금속분말이 용융된 용융풀의 온도가 미리 설정된 온도를 넘지 않도록 가열장치의 출력이 조정되도록 구성됨이 바람직하다.
그리고, 절삭재 입자와 금속분말의 분사량은 개별적으로 제어될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면의 의한 절삭/연마 공구의 제조방법은 손상된 절삭/연마 몸체를 구비하는 공구의 수선에 적용될 수 있으며, 이 경우 상기 클래딩층 형성단계는 상기 손상된 절삭/연마 몸체에 대해 수행될 수 있다.
또 다른 측면으로서, 본 발명은 공구 몸체; 및 상기 공구 몸체의 표면에 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자를 포함하는 클래딩층으로 이루어지는 하나 이상의 절삭/연마 몸체;를 포함하며, 상기 공구 몸체의 표면에 직접 형성되는 클래딩층은 상기 공구몸체에서 멀리 떨어진 부분보다 상기 공구몸체에 가까운 부분에 절삭재 입자가 더 많이 위치하는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구를 제공한다.
이때, 상기 절삭/연마 몸체는 다수의 클래딩층이 적층되어 형성되고, 상기 절삭/연마 몸체는 상기 절삭/연마 몸체의 두께에 걸쳐 균일한 분포의 절삭재 입자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 클래딩층은 금속분말이 용착되어 형성된 다수의 세그먼트층이 합쳐져 형성될 수 있다.
그리고, 상기 클래딩층은 절삭재 입자의 포함여부와 절삭재 입자의 양에 따라 구분되는 다수의 세그먼트층이 합쳐져 형성될 수 있다. 이 경우, 일 예로서 상기 클래딩층은 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자를 포함하는 제1 세그먼트층과, 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자를 포함하지 않는 제2 세그먼트층을 구비할 수 있다.
또한, 하나의 클래딩층이 절삭/연마 몸체를 이루는 경우 상기 클래딩층은 절삭재 입자의 일부분이 금속분말이 덮이지 않고 외부로 노출되는 구성을 가질 수도 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 측면에 의하면, 레이저 클래딩을 이용하여 공구몸체에 직접 절삭/연마 몸체를 형성하므로 절삭/연마 공구의 제조가 용이하다는 효과 를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면 공구몸체의 하측에 설치된 가열장치를 통하여 공구몸체의 표면을 가열하므로 용융풀 내에서 절삭재 입자가 상측(공구몸체측)으로 부유하므로 기형성된 클래딩층에 추가적인 클래딩층을 형성할 수 있고, 이로 인해 절삭/연마 몸체의 두께(높이)를 크게 할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의하면 중력방향과 용융풀 섹션의 각도범위와 금속분말과 절삭재 입자의 공급량을 조절함으로써 절삭재 입자의 분포가 균일하고, 이로 인해 절삭성능이 개선된 절삭/연마 공구의 제조가 가능하다는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면 다수의 세그먼트층을 형성하고 이를 통하여 하나의 클래딩층을 형성함으로써 넓은 면적의 절삭/연마 몸체를 갖는 절삭/연마 공구의 제조가 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의하면 절삭재 입자의 분사량과 금속분말의 분사량을 제어함으로써 다양한 형태의 절삭/연마 공구를 제조할 수 있게 되고, 클래딩층의 높이(두께)를 조절할 수 있다는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면 용융풀의 온도를 제어함으로써 절삭재 입자의 성능이 저하되지 않게 된다는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의하면 손상된 절삭/연마 공구의 수선에도 이용할 수 있다는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면 다수의 세그먼트층을 형성하고 이를 통하여 하나의 클래딩층을 형성함으로써 복잡한 형상의 절삭/연마 몸체를 갖는 절삭/연마 공구의 제조가 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 설명을 위하여 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있으며, 본 발명의 범위를 제한하지 않고 단지 참조로서 제공된다.
도 5는 본 발명에 의한 절삭/연마 공구의 제조방법의 일 실시예를 도시한 개략도이고, 도 6은 도 5의 클래딩층 형성섹션을 확대하여 도시한 확대도이고, 도 7은 본 발명에 의한 절삭/연마 공구의 제조방법의 다른 실시예를 도시한 개략도이고, 도 8은 본 발명에 의한 평면 절삭/연마 몸체를 갖는 절삭/연마 공구의 제조방법의 실시예를 도시한 개략도이며, 도 9는 본 발명에 의한 절삭/연마 공구의 제조방법의 또 다른 실시예를 도시한 개략도이다. 또한, 도 10(a) 내지 도 10(c)는 본 발명의 일 실시예에 의해 다수의 적층된 클래딩층을 갖는 절삭/연마 공구의 제조방법을 순차적으로 도시한 개략도이고, 도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 넓은 면적을 갖는 절삭/연마 공구의 여러가지 실시예를 도시한 부분절개 사시도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 넓은 면적을 갖는 클래딩층이 다수 적층된 절삭/연마 공구의 부분절개 사시도이고, 도 13(a)와 도 13(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 단일의 클래딩층으로 이루어진 절삭/연마 몸체를 갖는 절삭/연마 공구의 단면도이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 단일의 클래딩층으로 이루어지고 넓은 면적을 갖는 절삭/연마 공구의 부분절개 사시도이며, 도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조 가능한 여러가지 형상의 절삭/연마 공구의 사진이다.
먼저, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 측면에 의한 절삭/연마 공구의 제조방법에 대해 살펴본다.
본 발명의 일 측면에 의한 절삭/연마 공구의 제조방법은 하나 이상의 절삭/연마 몸체(120)를 구비하는 절삭/연마 공구(100)를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 공구몸체 준비단계와 클래딩층 형성단계를 포함한다.
상기 공구몸체 준비단계는 통상의 절삭/연마 공구와 마찬가지로 절삭/연마 몸체(120)가 형성될 공구몸체(110)를 준비하는 단계이다. 일 예로서 도 5에 도시된 바와 같이, 공구몸체(110)는 절삭/연마 몸체(120)가 형성될 부분을 구획하는 홈(112)이 형성된 디스크 형태의 금속 바디로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 클래딩층 형성단계는 공구 몸체(110)의 표면(111)의 하측에 설치된 가열장치(210)를 이용하여 공구 몸체(110)의 표면(111)에 열을 가하면서 절삭재 입자(D)와, 상기 절삭재 입자(D)보다 비중이 큰 금속분말(M)을 분사하는 공정을 포함한다. 이러한 공정을 통하여, 공구 몸체(110)의 표면(111)에 금속분말(M)이 용착되어 클래딩층이 형성되며 클래딩층 내부에는 절삭재 입자(D)가 포함된다. 이와 같이 형성된 절삭재 입자(D)와 금속입자(M)가 용착된 클래딩층이 절삭/연마 몸 체(120)를 형성하게 된다.
전술한 바와 같이, 공구 몸체(110)의 표면(111)의 하측 방향에서 공구 몸체(110)의 표면(111)을 가열하는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 상대적으로 비중이 작은 절삭재 입자(D)가 용융풀 상에서 중력방향(G)을 거슬러 상측으로 부유하게 되어 공구몸체(110) 가까운 쪽에 절삭제 입자(D)가 분포하게 된다. 따라서, 절삭재 입자(D)가 절삭/연마 몸체(120)의 표면에서 외측으로 노출되지 않으므로 후술하는 바와 같이 추가적인 클래딩층의 형성이 가능하게 된다.
한편, 절삭재 입자 공급부(221)로부터 공급된 절삭재 입자(D)와, 금속분말 공급부(222)로부터 공급된 금속분말(M)은 재료 분사부(220)에서 혼합된 후 노즐을 통해 분사된다. 이때, 재료 분사부(220)에 공급되는 절삭재 입자(D)와 금속분말(M)의 분사량은 각각 절삭재 입자 공급부(221)와 금속분말 공급부(222)에서 개별적으로 제어될 수 있다.
상기 금속분말 공급부(222)에서 분사되는 금속분말은 통상의 금속분말이 사용될 수 있으며, 일 예로서, Fe, Cu, Co, Ni, Cr, Ti, W, WC, Sn, CuSn, Ag 및 P를 포함하는 철계 및 비철계의 금속 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 금속 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속이 포함되어 있는 합금분말(pre-alloyed powder)을 포함할 수도 있다. 또한, 절삭재 입자 공급부(221)를 통하여 공급되는 절삭재 입자로는 다이아몬드 입자, 탄화물, 붕산화물, 질화물, 경질 금속 조각 및 세라믹 조각으로 구성된 군에서 선택될 수 있으며, 일 예로서 경도가 가장 우수한 다이아몬드 입자가 사용될 수 있 다.
또한, 상기 가열장치(210)는 다양한 가열장치가 사용될 수 있으나, 클래딩의 효율성을 높이기 위하여 에너지 집중도가 높은 레이저 장치가 사용되는 것이 바람직하다. 한편, 절삭재 입자(D)가 다이아몬드를 포함하여 구성되는 경우 다이아몬드가 용융되지 않도록 상기 가열장치(210)는 다이아몬드를 투과할 수 있는 파장대의 레이저를 방출하는 레이저 장치로 이루어질 수 있다. 이러한 레이저 장치로는 CO2 레이저 장치, Nd-YAG 레이저 장치, 파이버(fiber) 레이저 장치, 다이오드(diode) 레이저 장치, 디스크(disk) 레이저 장치 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
그리고, 다이아몬드 입자는 열에 취약하므로 금속분말(M)이 용융된 용융풀의 온도가 미리 설정된 온도를 넘지 않도록 가열장치(210)의 출력이 조정되도록 구성됨이 바람직하다. 이를 위하여 용융풀의 온도를 측정하는 비접촉식의 온도감지센서(미도시)가 구비될 수 있으며, 제어부(미도시)는 온도감지센서에서 감지된 용융풀의 온도가 설정온도를 넘는 경우 가열장치(210)의 출력을 낮추고, 반대로 용융풀의 온도가 설정온도 범위보다 낮은 경우에는 클래딩이 효과적으로 일어날 수 있도록 가열장치(210)의 출력을 높이게 된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 공구 몸체(110)의 표면(111)은, 공구 몸체(110)와 가열장치(210)의 상대 이송에 따라 가열장치(210)에 의해 금속분말(M)의 용착이 진 행되는 부분에 대응하는 다수의 클래딩층 형성섹션(S)으로 분할될 수 있다. 즉, 클래딩층 형성섹션(S)은 가열장치(210)의 가열로 인하여 용융풀이 형성된 부분에 해당하는 공구몸체(110)의 표면(111) 부분이다.
이때, 절삭/연마 몸체(120)에서 절삭재 입자(D)가 균일한 분포를 가질 수 있도록 공구몸체(110)의 하측에서 가열장치(210)에 의한 가열이 이루어지는 상태에서 상기 클래딩층 형성섹션(S)에 수직한 수직선(VL)과 중력방향(G)이 이루는 각(θ)은 -10도 내지 40도의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 클래딩층 형성섹션(S)에 수직한 수직선(VL)과 중력방향(G)이 이루는 각도(θ)는 0도이며, 공구 진행방향(X)에 따라 양과 음의 값이 결정된다. 예를 들어, 상기한 각도(θ)는 클래팅층 형성섹션(S)을 기준으로 공구진행 방향은 양의 값, 공구진행의 반대방향은 음의 값을 갖는다. 즉, 도 5에서, 클래딩층 형성섹션(S1)에 수직한 수직선(VL1)과 중력방향(G)이 이루는 각도(θ)는 양의 값을 갖고, 클래딩층 형성섹션(S2)에 수직한 수직선(VL2)과 중력방향(G)이 이루는 각도(-θ)는 음의 값을 갖는다.
이와 같이, 클래딩층 형성섹션(S)에 수직한 수직선(VL)과 중력방향(G)이 이루는 각도(θ)가 -10도 내지 40도의 범위를 갖는 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 절삭재 입자(D)가 용융풀의 상측으로 부유하여 절삭/연마 몸체(120)의 외측에는 거의 위치하지 않게 되며, 이로 인해 절삭재 입자(D)의 산화나 성능 저하없이 기형성된 클래딩층에 추가적인 클래딩층의 형성이 가능하게 된다. 이때, 상기 각도(θ)가 -10도보다 작거나 40도보다 큰 값을 갖는 경우에는 절삭재 입자(D)가 오히 려 절삭/연마 몸체(120)의 외측으로 이동하게 되어 추가적인 클래딩층의 형성에 어려움이 있거나 절삭재 입자(D)의 성능이 저하된다.
도 7은 공구몸체(110)의 하측에서 가열장치(210)에 의한 가열이 이루어지는 상태에서 클래딩층 형성섹션(S)에 수직한 수직선(VL)과 중력방향(G)이 이루는 각(θ)이 대략 30도인 경우를 도시하고 있다. 이와 같이, 클래딩층 형성섹션(S)에 수직한 수직선(VL)과 중력방향(G)이 이루는 각(θ)이 30도를 전후한 값을 갖는 경우, 예를 들어, 25도 내지 35도의 범위를 갖는 경우에는 공구몸체(110)와 가열장치(210)의 상대 이송에 의해 형성된 용융풀이 중력방향에 수직인 좌우방향으로 넓게 형성되므로 절삭재 입자(D)가 용융풀 내에서 부유하더라도 절삭/연마 몸체(120)의 전체 두께에 걸쳐 분포할 수 있게 된다는 효과를 얻을 수 있다.
다만, 절삭재 입자(D)가 절삭/연마 몸체(120)의 전체 두께에 걸쳐 분포할 수 있는 각도(θ)는 공구몸체(110)의 이송속도나 용융풀의 냉각속도 등에 따라 변화할 수 있지만, 30도에 가까운 각도 범위에서 결정될 수 있다.
이와 같이, 클래딩층 형성섹션(S)에 수직한 수직선(VL)과 중력방향(G)이 이루는 각(θ)이 -10도 내지 40도의 범위를 갖는 경우에는 절삭재 입자(D)가 절삭/연마 몸체(120)의 외측에는 거의 위치하지 않게 되어 절삭재 입자(D)의 산화나 성능 저하없이 기형성된 클래딩층에 추가적인 클래딩층의 형성이 가능하게 되며, 30도에 가까운 경우(예를 들어, 25도 내지 35도의 범위를 갖는 경우)에는 절삭재 입자(D)가 절삭/연마 몸체(120)의 전체 두께에 걸쳐 고르게 분포하게 되어 절삭/연마 몸체(120)의 성능이 개선된다는 이점이 있게 된다.
도 8에는 도 5 및 도 7과는 달리 공구몸체(110)의 평면에 절삭/연마 몸체(120)를 형성하기 위하여 공구몸체(110)를 병진이동시키는 경우에 대해 도시하고 있다. 도 8의 경우에도 공구몸체(110)의 하측에서 가열장치(210)에 의한 가열이 이루어지고, 클래딩층 형성섹션(S)에 수직한 수직선(VL)과 중력방향(G)이 이루는 각도(θ)가 -10도 내지 40도의 범위를 가지므로, 절삭재 입자(D)가 절삭/연마 몸체(120)의 외측에는 거의 위치하지 않게 되어 절삭재 입자(D)의 산화나 성능 저하없이 기형성된 클래딩층에 추가적인 클래딩층의 형성이 가능하게 된다.
한편, 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 용융풀이 형성된 클래딩층 형성섹션(S)이 중력방향(G)과 수직한 방향(X)으로 이동되며, 상기 클래딩층 형성섹션(S)에 수직한 수직선(VL)과 중력방향(G)이 이루는 각(θ)이 절삭재 입자(D)가 상기 클래딩층 형성섹션(S) 내에서 부유하여 냉각된 상태에서 위치 고정되는 과정동안 -10도 내지 40도의 범위를 가지는 경우에도 클래딩층 형성섹션(S)에 수직한 수직선(VL)과 중력방향(G)이 이루는 각(θ)이 -10도 내지 40도의 범위를 갖는 경우와 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다. 즉, 가열장치(210)의 가열에 의해 용융풀이 형성되는 시간은 극히 짧으므로 공구몸체(110)의 이동으로 인하여 클래딩층 형성섹션(S)이 중력방향(G)과 수직한 방향(X의 반대방향)으로 이동하면 절삭재 입자(D)는 냉각된 금속분말(M) 내에서 위치고정되고, 절삭재 입자(D)는 절삭/연마 몸체(120)의 표면상에는 거의 위치하지 않게 되어 절삭재 입자(D)의 산화나 성능 저하없이 기형성된 클래딩층에 추가적인 클래딩층의 형성이 가능하게 된다.
그리고, 클래딩층 형성단계는 도 9에 도시된 바와 같이, 가열장치(210)의 가 열방향(TL)이 중력방향(G)에 대하여 40도보다 작은 각도(θ1)를 이루면서 상기 클래딩층 형성섹션(S)을 가열하도록 구성될 수도 있으며, 이 경우에도 도 5, 도 7 및 도 8과 유사한 효과를 얻을 수 있게 된다.
한편, 도 10을 참조하면 본 발명의 일 측면에 의한 절삭/연마 공구의 제조방법은 가열장치(210)를 이용하여 기형성된 클래딩층(130)의 표면(131)에 열을 가하면서 절삭재 입자(D)와 금속분말(M)을 분사하여, 기형성된 클래딩층(130)의 표면(131)에 금속분말(M)이 용착되어 형성되되 절삭재 입자(D)가 포함된 새로운 클래딩층(141,142,143)을 누적형성하는 누적형성단계를 추가로 포함하도록 구성될 수 있으며, 이 경우 적층된 클래딩층이 절삭/연마 몸체를 이룰 수 있다. 이때, 각각의 클래딩층 형성단계는 누적 클래딩층의 형성시 절삭재 입자(D)의 산화, 성능약화, 부유 등을 방지하기 위하여 금속분말(M)의 용착이 완료된 후 절삭재 입자(D)가 외부로 노출되지 않도록 절삭재 입자와 금속분말의 양이 결정되는 것이 바람직하다.
구체적으로 살펴보면, 공구몸체(110)의 표면(111)에 금속분말(M)이 용착되어 형성되되 절삭재 입자(D)가 포함된 클래딩층(130)을 형성한 후[도 10(a) 참조], 기형성된 클래딩층(130)의 표면(131)에 금속분말(M)이 용착되어 형성된 추가 클래딩층(141)을 형성할 수 있으며[도 10(b) 참조], 이를 반복하여 도 10(c)와 같이 여러 개의 클래딩층(142,143)을 형성할 수 있다. 이와 같이 공구몸체(110)의 표면(111)에 형성된 클래딩층(130)과 기형성된 클래딩층의 표면에 형성된 적층 클래딩 층(140)이 합쳐져 절삭/연마 몸체(120)를 이루는 것이 가능하며, 이를 통하여 절삭/연마 몸체의 두께(높이)를 크게 할 수 있게 된다.
클래딩층(130)을 반복형성하는 경우, 기형성된 클래딩층(130)의 표면(131)은 새로운 용착으로 인하여 표면(131)에 인접한 금속분말(M)이 용융하여 용융풀이 형성되므로 새로운 클래딩층(141)에는 새로 공급된 절삭재 입자(D)가 용융풀 내에서 공구몸체(110) 측으로 부유하게 된다. 따라서, 금속분말(M)의 공급량과 용융풀에 가해지는 열량을 조절함으로써 절삭/연마 몸체(120) 두께 전체에 걸쳐 절삭재 입자(D)가 균일한 분포를 가지도록 하는 것이 가능해진다.
그리고, 절삭/연마 몸체(120)의 표면에 위치하는 클래딩층(143)에서 절삭재 입자(D)를 노출시키기 위해 상기 절삭/연마 몸체(120)를 드레싱하는 구성을 추가하는 것도 가능하다.
다음으로, 도 11a를 참조하면, 넓은 면적(범위)의 클래딩층(130)을 형성하기 위하여, 상기 클래딩층(130)은 금속분말(M)이 용착되되 절삭재 입자(D)를 포함하는 다수의 세그먼트층(S1, S2, S3, S4, S5, S6)이 합쳐져 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 클래딩층(130)은 절삭재 입자(D)의 포함여부와 절삭재 입자(D)의 함유량에 따라 구분되는 다수의 세그먼트층(S1, S2, S3, S4, S5, S6)이 합쳐져 형성될 수 있다. 일 예로서, 도 11b에 도시된 바와 같이 상기 클래딩층(130)은 금속분말(M)이 용착되되 절삭재 입자(D)를 포함하는 제1 세그먼트층(S2, S4, S6)과, 금속분말(M)이 용착되되 절삭재 입자(D)를 포함하지 않는 제2 세그먼트층(S1, S3, S5)을 구비 할 수 있다. 또한, 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 클래딩층(130)은 금속분말(M)이 용착되되 절삭재 입자(D)를 포함하는 제1 세그먼트층(S2, S3, S5, S6)과, 금속분말(M)이 용착되되 절삭재 입자(D)를 포함하지 않는 제2 세그먼트층(S1, S4)을 구비할 수 있으며, 상기 제1 세그먼트층(S2, S3, S5, S6)은 절삭재 입자(D)의 양에 따라 추가로 구분될 수 있다. 이와 같이, 절삭재 입자(D)의 포함여부와 절삭재 입자(D)의 함유량에 따라 하나의 클래딩층(130)을 다양한 형태로 구현함으로써 다양한 구조와 기능을 갖는 절삭/연마 공구의 제조가 가능하게 된다.
그리고, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 세그먼트층(S1, S2, S3, S4, S5, S6)을 갖는 하나의 클래딩층(130)을 형성하고, 기형성된 클래딩층(130)에 다수의 세그먼트층(S1, S2, S3, S4, S5, S6)을 갖는 누적 클래딩층(141)을 반복하여 형성함으로써 넓은 면적과 깊은 두께의 절삭/연마 몸체를 형성할 수 있게 된다.
다음으로, 도 13을 참조하면, 상기 클래딩층 형성단계는 금속분말(M)의 용착이 완료된 후 절삭재 입자(D)의 일부가 노출되도록 절삭재 입자(D)와 금속분말(M)의 분사량이 결정되도록 수행되는 것이 가능하며, 단일의 층으로 형성된 클래딩층이 절삭/연마 몸체(120)를 이룰 수 있다. 이 경우, 도 13(a) 및 도 13(b)와 같이 클래딩층(130)의 높이 또는 절삭재 입자(D)의 함유량 조절이 가능하도록 절삭재 입자(D)와 금속분말(M) 중 적어도 하나의 분사량을 조절하면서 수행될 수 있다.
또한, 단일의 층으로 형성된 클래딩층이 절삭/연마 몸체(120)는 도 14에 도 시된 바와 같이, 다수의 세그먼트층(S1,S2,S3)이 합하여져 형성될 수 있으며, 도 11a 내지 도 11c에서 설명한 바와 같이 절삭재 입자(D)의 함유여부 및 함유량에 따라 다양한 구조를 갖는 것도 가능하다.
또한, 절삭/연마 몸체(120)의 형성을 위해 가열장치(210)와 공구몸체(110)의 상대 이동이 필요하며, 이를 위하여 상기 공구 몸체(110)를 병진운동시키거나(도 8 참조), 회전 이동시키거나(도 5, 도 7 및 도 9 참조), 병진 및 회전이동시켜면서 수행될 수 있다.
이와 같이, 단일의 층으로 형성된 클래딩층이 절삭/연마 몸체(120)는 도 15a 내지 도 15d에 도시된 바와 같이 다양한 형태를 갖는 공구몸체(110)에 여러 가지 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 다양한 기능과 성능을 갖는 절삭/연마 공구의 제작이 가능해진다.
한편, 본 발명의 일 측면의 의한 절삭/연마 공구의 제조방법은 손상된 절삭/연마 몸체를 구비하는 공구의 수선에 적용될 수 있으며, 이 경우 손상된 절삭/연마 몸체에 대해 클래딩층을 형성하게 된다.
본 발명의 다른 측면에 의한 절삭/연마 공구에 대해 살펴본다.
도 5 및 도 10을 참조하면, 본 발명에 의한 공구 몸체(110)와, 상기 공구 몸체(110)의 표면(111)에 금속분말(M)이 용착되어 형성되되 절삭재 입자(D)를 포함하는 클래딩층으로 이루어지는 하나 이상의 절삭/연마 몸체(120)를 포함하며, 상기 공구 몸체(110)의 표면(111)에 직접 형성되는 클래딩층(130)은 도 10(a)에 도시된 바와 같이 공구몸체(110)에서 멀리 떨어진 부분보다 상기 공구몸체(110)에 가까운 부분에 절삭재 입자(D)가 더 많이 위치하도록 구성된다.
이때, 상기 절삭/연마 몸체(110)는 도 10(b)와 도 10(c)에 도시된 바와 같이 다수의 클래딩층(130,140)이 적층되어 형성될 수 있고, 절삭/연마 몸체(120)의 두께에 걸쳐 균일한 분포의 절삭재 입자(D)를 포함할 수 있다.
또한, 도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 클래딩층(130,140)은 금속분말(M)이 용착되어 형성된 다수의 세그먼트층(S1, S2, S3, S4, S5, S6)이 합쳐져 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 클래딩층(130)은 절삭재 입자(D)의 포함여부와 절삭재 입자(D)의 함유량에 따라 구분되는 다수의 세그먼트층(S1, S2, S3, S4, S5, S6)이 합쳐져 형성될 수 있다. 일 예로서, 도 11b에 도시된 바와 같이 상기 클래딩층(130)은 금속분말(M)이 용착되되 절삭재 입자(D)를 포함하는 제1 세그먼트층(S2, S4, S6)과, 금속분말(M)이 용착되되 절삭재 입자(D)를 포함하지 않는 제2 세그먼트층(S1, S3, S5)을 구비할 수 있다. 또한, 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 클래딩층(130)은 금속분말(M)이 용착되되 절삭재 입자(D)를 포함하는 제1 세그먼트층(S2, S3, S5, S6)과, 금속분말(M)이 용착되되 절삭재 입자(D)를 포함하지 않는 제2 세그먼트층(S1, S4)을 구비할 수 있으며, 상기 제1 세그먼트층(S2, S3, S5, S6)은 절삭재 입자(D)의 양에 따라 추가로 구분될 수 있다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 하나의 클래딩층이 절삭/연마 몸체(120)를 이루는 경우 상기 클래딩층은 절삭재 입자(D)의 일부분이 금속분말(M)이 덮이지 않 고 외부로 노출되는 구성을 가질 수 있으며, 이를 통하여 도 15a 내지 도 15d에 예시한 바와 같은 다양한 형태의 절삭/연마 공구(100)의 제작이 가능해진다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
도 1은 종래기술에 의한 세그먼트 타입의 여러가지 다이아몬드 공구의 예를 도시한 것으로서,
(a)는 세그먼트 타입의 쏘 블레이드의 일 예이고,
(b)는 세그먼트 타입의 코어 비트의 일 예이며,
(c)는 세그먼트 타입의 연마휠의 일 예.
도 2는 종래기술에 의한 평면 절삭몸체를 갖는 절삭공구의 제조방법을 도시한 개략도로서,
(a)는 클래딩에 의한 절삭 몸체 제조를 도시한 부분단면도이고,
(b)는 "A"부의 확대도.
도 3은 도 2(a)의 B-B 선에 따른 단면도.
도 4는 종래기술에 의한 원형 절삭몸체를 갖는 절삭공구의 제조방법을 도시한 개략도.
도 5는 본 발명에 의한 절삭/연마 공구의 제조방법의 일 실시예를 도시한 개략도.
도 6은 도 5의 클래딩층 형성섹션을 확대하여 도시한 확대도.
도 7은 본 발명에 의한 절삭/연마 공구의 제조방법의 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 8은 본 발명에 의한 평면 절삭/연마 몸체를 갖는 절삭/연마 공구의 제조방법의 실시예를 도시한 개략도.
도 9는 본 발명에 의한 절삭/연마 공구의 제조방법의 또 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 10(a) 내지 도 10(c)는 본 발명의 일 실시예에 의해 다수의 적층된 클래딩층을 갖는 절삭/연마 공구의 제조방법을 순차적으로 도시한 개략도.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 넓은 면적을 갖는 절삭/연마 공구의 여러가지 실시예를 도시한 부분절개 사시도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 넓은 면적을 갖는 클래딩층이 다수 적층된 절삭/연마 공구의 부분절개 사시도.
도 13(a)와 도 13(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 단일의 클래딩층으로 이루어진 절삭/연마 몸체를 갖는 절삭/연마 공구의 단면도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 단일의 클래딩층으로 이루어지고 넓은 면적을 갖는 절삭/연마 공구의 부분절개 사시도.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조 가능한 여러가지 형상의 절삭/연마 공구의 사진.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100... 절삭/연마 공구 110... 공구몸체
111... 공구몸체 표면 120... 절삭/연마 몸체
210... 가열장치 220... 재료 분사부
221... 절삭재 입자 공급부 222... 금속분말 공급부
D... 절삭재 입자 M... 금속분말
X... 공구몸체 이송방향 G... 중력방향
S, S1,S2... 클래딩층 형성섹션 TL... 가열방향
VL, VL1, VL2... 클래딩층 형성섹션의 수직선
θ, θ1... 각도

Claims (29)

  1. 하나 이상의 절삭/연마 몸체를 구비하는 절삭/연마 공구를 제조하는 방법에 있어서,
    공구 몸체를 준비하는 공구몸체 준비단계; 및
    상기 공구 몸체의 표면의 하측에 설치된 가열장치를 이용하여 상기 공구 몸체의 표면에 열을 가하면서 절삭재 입자와, 상기 절삭재 입자보다 비중이 큰 금속분말을 분사하여, 상기 공구 몸체의 표면에 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자가 포함된 클래딩층을 형성하는 클래딩층 형성단계;를 포함하며,
    상기 클래딩층이 상기 절삭/연마 몸체를 구성하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열장치를 이용하여 기형성된 상기 클래딩층의 표면에 열을 가하면서 절삭재 입자와 금속분말을 분사하여, 기형성된 클래딩층의 표면에 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자가 포함된 새로운 클래딩층을 누적형성하는 누적형성단계;를 추가로 포함하며,
    상기 클래딩층이 적층되어 상기 절삭/연마 몸체를 구성하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  3. 하나 이상의 절삭/연마 몸체를 구비하는 절삭/연마 공구를 제조하는 방법에 있어서,
    공구 몸체를 준비하는 공구몸체 준비단계;
    상기 공구 몸체의 표면에 가열장치를 이용하여 열을 가하면서 절삭재 입자와 금속분말을 분사하여, 상기 공구 몸체의 표면에 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자가 포함된 클래딩층을 형성하는 클래딩층 형성단계; 및
    상기 가열장치를 이용하여 기형성된 상기 클래딩층의 표면에 열을 가하면서 절삭재 입자와 금속분말을 분사하여, 기형성된 클래딩층의 표면에 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자가 포함된 새로운 클래딩층을 누적형성하는 누적형성단계;를 포함하며,
    상기 클래딩층이 적층되어 상기 절삭/연마 몸체를 구성하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 몸체의 표면은 상기 공구 몸체와 상기 가열장치의 상대 이송에 따라 상기 가열장치에 의해 금속분말의 용착이 진행되는 부분에 대응하는 다수의 클래딩층 형성섹션으로 분할되며,
    상기 클래딩층 형성섹션에 수직한 수직선과 중력방향이 이루는 각은 -10도 내지 40도의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 몸체의 표면은 상기 공구 몸체와 상기 가열장치의 상대 이송에 따라 상기 가열장치에 의해 금속분말의 용착이 진행되는 부분에 대응하는 다수의 클래딩층 형성섹션으로 분할되며,
    상기 공구몸체 중 상기 클래딩층 형성섹션 부분은 중력방향과 수직한 방향으로 이동되고,
    상기 클래딩층 형성섹션에 수직한 수직선과 중력방향이 이루는 각은 절삭재 입자가 상기 클래딩층 형성섹션 내에서 부유하여 위치 고정되는 과정동안 -10도 내지 40도의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 몸체의 표면은 상기 공구 몸체와 상기 가열장치의 상대 이송에 따라 상기 가열장치에 의해 금속분말의 용착이 진행되는 부분에 대응하는 다수의 클래딩층 형성섹션으로 분할되며,
    상기 가열장치는 중력방향에 대하여 40도보다 작은 각도를 이루면서 상기 클래딩층 형성섹션을 가열하는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클래딩층은 금속분말이 용착되되 절삭재 입자를 포함하는 다수의 세그먼트층이 합쳐져 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클래딩층은 절삭재 입자의 포함여부와 절삭재 입자의 함유량에 따라 구분되는 다수의 세그먼트층이 합쳐져 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 클래딩층은 금속분말이 용착되되 절삭재 입자를 포함하는 제1 세그먼트층과, 금속분말이 용착되되 절삭재 입자를 포함하지 않는 제2 세그먼트층을 구비하는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클래딩층 형성단계는 상기 클래딩층의 높이 조절이 가능하도록 절삭재 입자와 금속분말 중 적어도 하나의 분사량을 조절하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  11. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 클래딩층은 금속분말이 용착되어 형성된 다수의 세그먼트층이 합쳐져 형성되며,
    상기 클래딩층 형성단계는 상기 다수의 세그먼트층을 형성함으로써 하나의 클래딩층을 형성하고,
    상기 누적형성단계는 상기 다수의 세그먼트층이 합쳐져 형성된 클래딩층의 표면에 금속분말이 용착된 다수의 세그먼트층을 형성하여 적층된 클래딩층을 형성하는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  12. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 클래딩층 형성단계는 금속분말의 용착이 완료된 후 절삭재 입자가 외부로 노출되지 않도록 절삭재 입자와 금속분말의 양이 결정되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  13. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 누적형성단계는 금속분말의 용착이 완료된 후 절삭재 입자가 외부로 노출되지 않도록 절삭재 입자와 금속분말의 양이 결정되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 누적형성단계 이후에, 상기 절삭/연마 몸체를 드레싱하여 상기 절삭재 입자를 외부로 노출시키는 드레싱 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 클래딩층 형성단계는 금속분말의 용착이 완료된 후 절삭재 입자의 일부가 노출되도록 절삭재 입자와 금속분말의 양이 결정되며,
    상기 클래딩층 형성단계를 통하여 단일의 층으로 형성된 클래딩층이 절삭/연마 몸체를 이루는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 클래딩층 형성단계는 상기 공구 몸체를 병진운동시키거나, 회전 이동시키거나, 병진 및 회전이동시켜면서 수행되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  17. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 클래딩층 형성단계 및 상기 누적형성단계는 상기 공구 몸체를 병진운동시키거나, 회전 이동시키거나, 병진 및 회전이동시켜면서 수행되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열장치는 레이저 장치인 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절삭재 입자는 다이아몬드를 포함하여 이루어지며,
    상기 가열장치는 다이아몬드를 투과할 수 있는 파장대의 레이저를 방출하는 레이저 장치인 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 가열장치는 금속분말이 용융된 용융풀의 온도가 미리 설정된 온도를 넘지 않도록 출력이 조정되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 레이저 장치는 CO2 레이저 장치, Nd-YAG 레이저 장치, 파이버(fiber) 레이저 장치, 다이오드(diode) 레이저 장치, 디스크(disk) 레이저 장치 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  22. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절삭재 입자와 금속분말의 분사량은 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  23. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구몸체는 손상된 절삭/연마 몸체를 구비하며,
    상기 클래딩층 형성단계는 상기 손상된 절삭/연마 몸체에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구의 제조방법.
  24. 공구 몸체; 및
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해, 상기 공구 몸체에 형성된 클래딩층으로 이루어지는 하나 이상의 절삭/연마 몸체;를 포함하며,
    상기 공구 몸체의 표면에 직접 형성되는 클래딩층은 상기 공구몸체에서 멀리 떨어진 부분보다 상기 공구몸체에 가까운 부분에 절삭재 입자가 더 많이 위치하는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 절삭/연마 몸체는 다수의 클래딩층이 적층되어 형성되고, 상기 절삭/연마 몸체는 상기 절삭/연마 몸체의 두께에 걸쳐 균일한 분포의 절삭재 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 클래딩층은 금속분말이 용착되어 형성된 다수의 세그먼트층이 합쳐져 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 클래딩층은 절삭재 입자의 포함여부와 절삭재 입자의 양에 따라 구분되는 다수의 세그먼트층이 합쳐져 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 클래딩층은 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자를 포함하는 제1 세그먼트층과, 금속분말이 용착되어 형성되되 절삭재 입자를 포함하지 않는 제2 세그먼트층을 구비하는 것을 특징으로 하는 절삭/연마 공구.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 클래딩층은 금속분말에 덮여 절삭재 입자가 외부로 노출되지 않는 것을 특징으로 절삭/연마 공구.
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