KR102643072B1 - 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나의 휠을 이용하여 연삭가공과 슈퍼피니싱이 복합적으로 수행할 수 있는 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 및 그 제조방법을 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 입도 #60~200 연삭연마재를 포함하는 연삭파트휠(10)을 제조하는 연삭파트휠 제조단계(S10); 입도 #300~10000 피니싱연마재를 포함하고, 단층 또는 서로 상이한 입도의 피니싱연마재를 복층으로 배치하여 슈퍼피니싱휠(20)을 제조하는 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20); 상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20)을 일체로 접합하는 접착단계(S30); 상기 접착단계(S30)를 거친 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20) 외주면에 치형날(30)을 형성하는 치형상가공단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로 구성으로 인해, 연삭파트휠과 슈퍼피니싱휠이 일체로 형성되어 하나의 휠을 이용하여 연삭가공과 슈퍼피니싱이 복합적으로 연속 수행되도록 구조 개선되어 기어 가공정밀도 향상과 더불어 작업전환에 따른 불필요한 피가공물 세팅공정이 생략되어 가공 사이클 타임을 크게 단축할 수 있다는 장점이 있다.
즉, 본 발명은 입도 #60~200 연삭연마재를 포함하는 연삭파트휠(10)을 제조하는 연삭파트휠 제조단계(S10); 입도 #300~10000 피니싱연마재를 포함하고, 단층 또는 서로 상이한 입도의 피니싱연마재를 복층으로 배치하여 슈퍼피니싱휠(20)을 제조하는 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20); 상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20)을 일체로 접합하는 접착단계(S30); 상기 접착단계(S30)를 거친 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20) 외주면에 치형날(30)을 형성하는 치형상가공단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로 구성으로 인해, 연삭파트휠과 슈퍼피니싱휠이 일체로 형성되어 하나의 휠을 이용하여 연삭가공과 슈퍼피니싱이 복합적으로 연속 수행되도록 구조 개선되어 기어 가공정밀도 향상과 더불어 작업전환에 따른 불필요한 피가공물 세팅공정이 생략되어 가공 사이클 타임을 크게 단축할 수 있다는 장점이 있다.
Description
본 발명은 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 및 그 제조방법으로서, 이를 보다 상세히 설명하면 하나의 휠을 이용하여 연삭가공과 슈퍼피니싱 공정을 동시에 복합적으로 수행할 수 있는 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상 기어는 동력을 전달하고 변환시키는 기계 시스템의 핵심 구성요소로서 소형의 시계용으로부터 수만 마력의 동력을 전달하는 대형 기어에 이르기까지 크기 또한 다양하며 감속과 동력 전달을 목적으로 오래전부터 우리 인간생활에 널리 이용되고 있다.
그 중에서도 우리 생활에 직접적인 영향을 미치는 자동차 문화에 있어서는 안전성, 경제성, 편의성을 요구하며 기어의 제조공정 및 사용목적 따라 경량화, 내구성, 고정밀화 고강도화, 저소음화가 요구됨에 따라 기어연삭을 마무리 가공공정으로 적용하고 있다.
여기서, 기어연삭은 고정밀, 고강도화, 저소음화를 위해 효과 및 경제성을 감안하여 채택된 공정으로 기어의 면압강도(Contact Stress, Surface Durability) 향상과 우수한 표면조도 및 정밀도가 높은 기어를 생산하기 위한 대표적인 가공공정으로서, 특히 내연기관 자동차용 변속기와 전기자동차의 감속기, 변속기 기어는 내구성 및 소음레벨 최소화를 위해 고정도의 표면을 얻기 위한 정밀 연삭기술이 요구되고 있다.
이에 종래에 개시된 등록특허 10-0865053호에서, 기어 연삭기로서, 외주면상에 나선형으로 형성된 나사산을 갖는 나사형 연삭휠이 회전가능하게 장착되며, 상기 나사형 연삭휠이 가공물 연삭 가공 위치에 대하여 전진 및 후진하는 X-방향, 수직 방향의 Z-방향, X-방향 및 Z-방향에 직교하는 Y 방향을 따라서 상기 나사형 연삭휠을 이동시키고, 또한 Y-Z 평면에서 나사형 연삭휠을 회전시키도록 배치된 이동기구, 상기 이동기구에 장착된 상기 나사형 연삭휠의 위치를 제어하기 위해서, 상기 이동기구의 이동을 제어하는 NC 장치, 및 원판 형상의 드레싱 공구를 구비하고 있으며, 상기 가공물 연삭 가공 위치로 상기 드레싱 공구가 설정되면, 상기 드레싱 공구가 회전가능하게 구동되면서 상기 나사형 연삭휠의 나사산의 플랭크와 접하여 드레싱을 실행하는 회전식 드레싱 장치를 포함하는 기술이 선 제시된 바 있다.
또한, 다른 종래기술인 공개특허 10-2016-0109960호에서, Z방향의 선을 중심축으로 하여 놓여지는 워크피스를 그 축을 중심으로 회전하게 하는 워크피스 회전대; 워크피스의 가공을 위해 X, Y, Z 방향으로 이동하며 Y-Z 평면상의 어느 한 선과 평행한 선을 중심축으로 하여 연삭휠이 회전하도록 해주는 연삭휠 조정구; 상기 연삭휠 조정구를 기준으로 Z방향으로 이동하며 Y방향의 선을 중심축으로 하여 회전함으로써 연삭휠의 좌우 플랭크를 드레싱하는 원판형의 드레서; 워크피스에 접근하여 워크피스의 가공상태를 측정하는 메슁장치; 및 상기 워크피스 회전대, 연삭휠 조정구, 드레서, 그리고 메슁장치를 제어하는 NC장치;를 포함하는 기술이 선 공개된 바 있다.
그러나, 상기 종래기술들은 기어연삭의 품질을 향상시키려는 것이나, 근자에는 연삭공정 이후, 고정도의 표면 및 소음 최소화를 위한 슈퍼피니싱 공정을 요구하고 있는 실정이지만, 슈퍼피니싱(#(mesh)500 이상으로 연삭가공하는 공정)은 가공물 표면에 미세하고 비교적 연한 숫돌을 비교적 낮은 압력으로 접촉 시키면서 진동을 주는 고정밀 가공으로써, 치수변화를 주는 가공이라기보다 고정도의 표면을 얻는 것이 주목적이며, 연삭과 다른 기계 또는 다른 공구를 이용하여 새로운 라인에서 가공해야 하므로 제조공정이 다분화되고, 특히 피연상물과 연삭숫돌 간에 별도의 세팅과정을 거쳐야 하므로 작업 전환에 번거롭고 많은 시간이 소요되는 문제점이 따랐다.
본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 연삭파트휠과 슈퍼피니싱휠이 일체로 형성되어 하나의 휠을 이용하여 연삭가공과 슈퍼피니싱이 동시에 복합적으로 연속 수행할 수 있도록 구조가 개선된 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 및 그 제조방법을 제공함을 발명에서 해결하고자 하는 과제로 한다.
이와 함께 별도로 기술하지는 않았으나 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 청구범위를 감안하여 유추할 수 있는 범위 내의 또 다른 목적들도 본 발명의 전체 과제에 포함되도록 한다.
상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 및 그 제조방법을 구성함에 있어서, 바인더 및 입도 #60~200 연삭연마재를 포함하는 연삭파트휠(10)을 제조하는 연삭파트휠 제조단계(S10)와, 바인더 및 입도 #500 이상의 피니싱연마재를 포함하여 피니싱혼합물(21)을 제조하고 금형에 부어 원기둥 형태의 슈퍼피니싱휠(20)을 제조하는 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20)와, 상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20)을 일체로 접합하는 접착단계(S30)와, 상기 접착단계(S30)를 거친 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20) 외주면에 치형날(30)을 형성하는 치형상가공단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또는 바인더 및 입도 #60~200 연삭연마재를 포함하는 연삭파트휠(10)을 제조하는 연삭파트휠 제조단계(S10)와, 바인더 및 입도 #500 이상의 피니싱연마재를 포함하여 1단 피니싱혼합물(21-1)을 제조하고 금형에 부어 1단 피니싱성형물(22-1)을 성형하고, 1단 피니싱혼합물(21-1)과 상이한 입도의 피니싱연마재(21)를 포함하는 2단 피니싱혼합물(21-2)을 제조하여 1단 피니싱성형물(22-1)위에 부어 2단 피니싱성형물(22-2)을 성형하여 복층으로 구성된 원기둥 형태의 슈퍼피니싱휠(20)을 제조하는 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20)와, 상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20)을 일체로 접합하는 접착단계(S30)와, 상기 접착단계(S30)를 거친 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20) 외주면에 치형날(30)을 형성하는 치형상가공단계(S40);를 포함하는 것을 특징한다.
추가로 상기 연삭파트휠 제조단계(S10)는, 연삭연마재 100중량부 기준 습윤제 10~14중량부, 바인더 25~35중량부, 임시점결제 20~28중량부, 기공제 26~34중량부 배합하여 연삭연마재혼합물(11)을 제조하는 과정과, 연삭연마재혼합물(11)을 금형에 투입 후, 370~750kgf/cm2 압력으로 가압하여 연삭성형물(12)을 형성하는 과정과, 연삭성형물(12)을 90~120℃에서 건조하는 과정과, 건조된 연삭성형물(12)을 950~1300℃에서 소성가공하는 과정과, 소성가공이 완료된 연삭성형물(12)의 양면을 평탄화 가공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
추가로 상기 바인더는, 바인더 총 중량부 기준 SiO2 55~75 중량부, Al2O3 10~20 중량부, B2O3 0.1~5 중량부, CaO 1~5 중량부, MgO 0.5~5 중량부, Fe2O3 0.1~1 중량부, K2O 1~5 중량부, Na2O 1~5 중량부, TiO2 0.01~0.1 중량부, MnO 0.01~0.05 중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
더불어 상기 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20)는, 피니싱연마재 100중량부 기준 열경화성 수지 바인더 180~220중량부, 촉매 0.1~0.2중량부, 기공제 25~30중량부, 분산제 0.1~0.2중량부, 소포제 0.1~0.2중량부 배합하여 피니싱혼합물(21)을 제조하는 과정과, 피니싱혼합물(21)을 금형에 붓고 상온에서 가경화하여 피니싱성형물(22)을 제조하는 과정과, 피니싱성형물(22)을 120~160℃에서 4~10시간 열경화하는 과정과, 열경화된 피니싱성형물(22) 양면을 평탄화 가공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 피니싱혼합물(21)은, 피니싱연마재 100중량부 기준 열경화성 수지 바인더 180~220중량부, 촉매 0.1~0.2중량부, 기공제 25~30중량부, 분산제 0.1~0.2중량부, 소포제 0.1~0.2중량부 배합하여 제조되고, 상기 피니싱성형물(22)은, 피니싱혼합물(21)을 금형에 붓고 40~60℃에서 10~15분 가경화하 성형하며, 상기 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20)는, 금형 내에 피니싱성형물(22)을 120~160℃에서 4~10시간 열경화하는 과정과, 열경화된 피니싱성형물(22) 양면을 평탄화 가공하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 피니싱혼합물(21)을 금형에 붓고 가경화하여 피니싱성형물(22)을 성형하는 과정 중에, 원심 또는 진공 탈기방식으로 피니싱혼합물(21)에 포함된 기포를 제거하도록 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
피니싱혼합물(21)을 제조하는 과정에서 사용되는 바인더는, 연마재의 입도가 상대적으로 큰 층(단)에는 에폭시를 사용하고, 입도가 작은 층(단)에는 우레탄 또는 PVA 소재의 바인더를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
입도 #60~200 연삭연마재를 포함하도록 형성되는 연삭파트휠(10)과, 상기 연삭파트휠(10)과 동심원상에 일치하도록 접합되고, 바인더 및 입도 #500 이상의 피니싱연마재를 포함하되, 상기 연삭파트휠(10)에서 멀어질수록 연마재의 입도가 작아지는 단계적인 복층구조를 갖도록 형성되는 슈퍼피니싱휠(20); 및 상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20) 외주면에 형성되는 치형날(30);을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 바인더는 연마재의 입도가 상대적으로 큰 층(단)에는 에폭시 바인더를 사용하고, 입도가 작은 층(단)에는 우레탄 또는 PVA 소재의 바인더를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 본 발명은 연삭파트휠과 슈퍼피니싱휠이 일체로 형성되어 하나의 휠을 이용하여 연삭가공과 슈퍼피니싱이 복합적으로 연속 수행되도록 구조 개선되어 기어 가공정밀도 향상과 더불어 작업전환에 따른 불필요한 피가공물 세팅공정이 생략되어 가공 사이클 타임을 크게 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법을 개략적으로 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법의 제조방법에 있어서, 연삭파트휠 제조단계를 보다 구체적으로 나타내는 구성도.
도 3은 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법의 슈퍼피니싱휠 제조단계를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 4는 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법에 있어서, 입도 사이즈가 상이한 연마재를 복층으로 구성한 슈퍼피니싱휠을 형성하는 단계를 나타내는 구성도.
도 5는 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법의 접착단계와 치형상가공단계를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법의 제조방법에 있어서, 연삭파트휠 제조단계를 보다 구체적으로 나타내는 구성도.
도 3은 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법의 슈퍼피니싱휠 제조단계를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 4는 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법에 있어서, 입도 사이즈가 상이한 연마재를 복층으로 구성한 슈퍼피니싱휠을 형성하는 단계를 나타내는 구성도.
도 5는 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법의 접착단계와 치형상가공단계를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌을 나타내는 구성도.
이하 첨부된 도면의 구체적인 실시예에 따라 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 기술용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 발명의 구체적인 실시예에 따라 달라질 수 있다.
그리고 본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법을 개략적으로 나타내는 블록도로, 크게 연삭파트휠 제조단계(S10), 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20), 접착단계(S30) 및 치형상가공단계(S40)를 포함하는 순서로 이루어지며, 하기에서 각 단계에 대해 보다 구체적으로 기술하기로 한다.
1. 연삭파트휠 제조단계(S10)
본 발명에 따른 연삭파트휠 제조단계(S10)는, 입도 #(mesh) 60~200 연삭연마재를 포함하는 연삭파트휠(10)을 제조하는 단계이다.
상기 연삭파트휠(10)에 포함되는 연삭연마재는 Al2O3 계열의 Brown Aluminum Oxide, White Aluminum Oxide, Pink Aluminum Oxide, Single crystal Aluminum Oxide, Sol-gel Aluminum Oxide 중 어느 하나 이상의 혼합물로 형성된다.
그리고, 상기 연삭파트휠(10)을 이용하여 연삭공정을 수행 후 피가공물의 표면 거칠기가 0.5~1.0 조도(㎛)로 형성되도록 연삭연마재의 입도가 결정된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법의 제조방법에 있어서, 연삭파트휠 제조단계를 보다 구체적으로 나타내는 구성도이다. 상기 연삭파트휠 제조단계(S10)를 상세하게 살펴보면, 연삭연마재 100중량부 기준 습윤제 10~14중량부, 바인더 25~35중량부, 임시점결제 20~28중량부, 기공제 26~34중량부 배합하여 연삭연마재혼합물(11)을 제조하는 과정과, 연삭연마재혼합물(11)을 금형에 투입 후, 370~750kgf/cm2 압력으로 가압하여 원통 형태의 연삭성형물(12)을 형성하는 과정과, 연삭성형물(12)을 90~120℃에서 건조하는 과정과, 건조된 연삭성형물(12) 속 바인더가 녹아 굳으면서 단단한 결합을 이루도록 900~1300℃에서 소정의 시간동안 소성(燒成)하는 소성가공하는 과정과, 소성가공이 완료된 연삭성형물(12)의 양면을 평탄화가공하는 과정을 포함한다. 여기서 습윤제는 물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바인더는, 바인더 총 중량부 기준 SiO2 55~75 중량부, Al2O3 10~20 중량부, B2O3 0.1~5 중량부, CaO 1~5 중량부, MgO 0.5~5 중량부, Fe2O3 0.1~1 중량부, K2O 1~5 중량부, Na2O 1~5 중량부, TiO2 0.01~0.1 중량부, MnO 0.01~0.05 중량부를 포함한다.
상기 연삭연마재혼합물(11)을 제조하는 과정에서 투입되는 임시점결제는 연삭성형물(12)의 강도를 보강하기 위해 투입되는 조성물로 소성 가공이 이루어지기 전까지 운반 및 건조과정 중에 취급상 파손을 방지하여 취급상의 편의성을 높일 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 상기 연삭연마재와 습윤제를 교반용기에 투입하여 먼저 믹싱하고, 이후 소정의 시간차를 두고 바인더, 임시점결제를 투입하여 믹싱함에 따라 연삭연마재가 뭉치는 등의 불량을 방지할 수 있다.
2. 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20)
본 발명에 따른 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20)는, 입도 #500 이상의 피니싱연마재를 포함하고, 단층 또는 서로 상이한 입도의 피니싱연마재를 복층으로 배치하여 원기둥 형태의 슈퍼피니싱휠(20)을 제조하는 단계이다.
상기 슈퍼피니싱휠(20)을 이용하여 연삭공정을 수행 후 피가공물의 표면거칠기는 0.3 조도(㎛) 미만으로 형성되도록 피니싱연마재의 입도가 결정된다.
도 3은 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법의 슈퍼피니싱휠 제조단계를 개략적으로 나타내는 구성도로, 먼저 상기 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20)에서 슈퍼피니싱휠(20)을 단층으로 제조하는 공정을 구체적으로 살펴보면, 피니싱연마재 100중량부 기준 열경화성 수지 바인더 180~220중량부, 촉매 0.1~0.2중량부, 기공제 25~30중량부, 분산제 0.1~0.2중량부, 소포제 0.1~0.2중량부 배합하여 피니싱혼합물(21)을 제조하는 과정과, 피니싱혼합물(21)을 금형에 붓고 상온에서 가경화하여 피니싱성형물(22)을 제조하는 과정과, 피니싱성형물(22)을 120~160℃에서 4~10시간 열경화하는 과정과, 열경화된 피니싱성형물(22) 양면을 평탄화 가공하는 과정을 포함한다.
상기 열경화성 수지 바인더로는 에폭시, 우레탄, PVA 및 노볼락수지 중 어느 하나 이상일 수 있다.
이때, 상기 바인더를 구성하는 주제와 경화제를 배합용기에 투입하여 1차 배합한 후에 피니싱연마재, 촉매를 포함하는 그 외 피니싱혼합물(21)을 투입하여 2차 배합하고, 이때 배합용기 내에 설치되는 교반날개는 300~2000 rpm으로 회전되도록 설정된다.
도 4는 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법에 있어서, 입도 사이즈가 상이한 연마재를 복층(4단)으로 구성한 슈퍼피니싱휠을 형성하는 단계를 개략적으로 나타내는 구성도로, 1단 피니싱혼합물(21-1)을 제조하고 이를 금형에 붓고 40~60℃에서 10~15분 간 유동성이 없는 상태로 가경화하여 1단 피니싱성형물(22-1)을 성형하고, 그 위에 입도가 상이한 피니싱연마재를 포함하여 제조된 2단 피니싱혼합물(21-2)을 투입하여 40~60℃에서 10~15분 간 유동성이 없는 상태로 가경화하는 순서로 2단 이상의 복층으로 구성된 슈퍼피니싱휠(20)을 형성할 수 있다.
슈퍼피니싱휠 제조단계(S20)에서 슈퍼피니싱휠(20)을 복층으로 제조하는 공정을 보다 구체적으로 살펴보면, a) 피니싱연마재 100중량부 기준 열경화성 수지 바인더 180~220중량부, 촉매 0.1~0.2중량부, 기공제 25~30중량부, 분산제 0.1~0.2중량부, 소포제 0.1~0.2중량부를 배합하여 피니싱혼합물(21)을 제조하는 과정과, b) 피니싱혼합물(21)을 금형에 붓고 40~60℃에서 10~15분 가경화하여 피니싱성형물(22)을 성형하는 과정과, c) 입도가 상이한 피니싱연마재를 포함하여 상기 a)과정과 b)과정을 반복 수행하여 피니싱성형물(22)을 복층으로 형성하는 과정과, 금형 내에 피니싱성형물(22)을 120~160℃에서 4~10시간 열경화하는 과정과, 열경화된 피니싱성형물(22) 양면을 평탄화 가공하는 과정을 포함한다.
일예로서, 상기 슈퍼피니싱휠(20)은 1단 입도 #400~600, 2단 입도 #600~1000, 3단 입도 #1000~3000, 4단 입도 #3000초과 하는 조건으로, 각 층을 상이한 입도로 간단하게 제조할 수 있다.
이때, 상기 슈퍼피니싱휠(20)의 각 층을 형성 시, 도 4와 같이 서로 색상의 안료를 첨가하여, 각 층에 대한 입도 정보를 육안으로 식별할 수 있도록 구성할 수 있다.
상기와 같이 b) 과정에서 피니싱혼합물(21)을 금형에 붓고 40~60℃에서 10~15분 가경화하면, 촉매에 의해 신속하게 유동성이 없는 상태(전도가 매운 높은 상태)로 피니싱성형물(22)의 물성이 변함에 따라 이후 투입되는 피니싱성형물(22)과의 경계가 명확하게 구분되고, 서로 이웃하는 각 층이 서로 섞이지 않아 피니싱성형물(22)의 입도값이 복층으로 정확하게 구분되도록 제조할 수 있는 장점이 있다.
그리고 피니싱혼합물(21)을 제조하는 과정에서 사용되는 바인더는 입도가 상대적으로 큰 층(단)에는 에폭시를 사용하고, 입도가 작은 층(단)에는 우레탄 또는 PVA 소재의 바인더를 사용하는 것이 바람직하다.
이는 에폭시와 우레탄 열경화성 수지의 물성 및 연삭 특성을 살펴볼 때, 에폭시 경도는 75~90이고, 우레탄은 50~75로서, 우레탄은 경도 값이 같더라도 경도시험 시 우레탄 탄성으로 인해 경도 값이 떨어지는바, 즉, 우레탄은 에폭시 대비 탄성이 우수한 성질을 갖기 때문이다.
우레탄은 탄성으로 인해 표면 거칠기의 높낮이 차이가 작아 경면 마감이 우수하고, 탄성 변형이 크기 때문에 연마재(지립)의 절입 깊이가 평균화되어 표면 거칠기 편차가 적은 특징이 있다.
이때, 상기 피니싱혼합물(21) 가경화 시간이 10분 미만일 경우 내부에 기포(기공)이 크거나 많이 존재하게 되므로, 최소 10분 이상 가경화 과정을 거치는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 c) 과정에서 마지막 피니싱성형물(22) 층을 형성하기 위해 사용되는 피니싱혼합물(21)에는 촉매가 미포함되도록 구비됨에 따라 급경화로 인한 기포(기공) 발생 등의 성형 불량이 방지된다.
또한, 상기 피니싱혼합물(21)을 금형에 붓고 40~60℃에서 10~15분 가경화하여 피니싱성형물(22)을 성형하는 과정 중에, 원심 또는 진공 탈기방식으로 피니싱혼합물(21)에 포함된 기포를 제거할 수 있다.
한편, 상기 피니싱혼합물(21)을 금형에 붓은 다음 전술한 바와 같이 10~15분 간 유동성이 없는 상태로 가경화하는 대신 프레스를 이용하여 가압 압축하는 방법으로 성형할 수 있다.
상기 피니싱혼합물(21)이 금형에 수용된 상태로 압력이 가해지면 물리적으로 조직이 치밀해지면서 기공률이 낮고 밀도 및 강도 향상되며, 내마모성이 우수하여 기계적 물성을 필요로 하는 연마용으로 적합하다.
상기 피니싱혼합물(21)을 금형에 붓고 가경화하는 몰딩방식은 바인더의 물성이 후술하는 프레스 가압 방식 대비 약하지만, 이로 인해 연삭성능이 향상된다. 즉, 연마라는 것은 연마입자가 마모되면서 새로운 연마입자가 나와서 피가공품의 표면을 가공하는 원리이므로, 바인더의 물성이 약하게 성형될 경우 연마입자가 잘 이탈되어 우수한 연삭성능을 보장할 수 있는 것이다.
3. 접착단계(S30)
본 발명에 따른 접착단계(S30)는, 상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20)을 일체로 접합하는 단계이다.
상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20)의 평탄화 가공면에 접착제를 도포하고, 동심원상에 일치하도록 접합한다.
이때, 접착제는 도 3 (d)처럼 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20)의 중심 영역에 국부적으로 도포하여 접착 두께를 최소화하므로, 접착제로 인해 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20) 사이 들뜸 현상을 방지할 수 있다.
4. 치형상가공단계(S40)
본 발명에 따른 치형상가공단계(S40)는, 상기 접착단계(S30)를 거친 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20) 외주면에 치형날(30)을 형성하는 단계이다.
도 5는 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법의 접착단계와 치형상가공단계를 개략적으로 나타내는 구성도로, 상기 치형상가공단계(S40)는 도 5 (b)처럼 상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20)의 내, 외경 및 두께를 고객 요구사항 및 규격에 맞게 먼저 가공하고, 이후 도 5 (c)와 같이 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20) 외주면에 치형날(30)을 요구사항 및 규격(피치, 각도 등)에 맞게 가공하게 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌을 나타내는 구성도로, 본 발명에 의한 복합 하이브리드 연삭숫돌은 크게 연삭파트휠(10), 슈퍼피니싱휠(20) 및 치형날(30)을 포함하는 주요 구성으로 이루어진다.
먼저, 본 발명에 따른 연삭파트휠(10)은 입도 #60~200 연삭연마재를 포함하도록 형성된다.
상기 연삭파트휠(10)은 소성가공에 의해 제조되고, 이때 연삭파트휠(10)의 제조방법은 상기 연삭파트휠 제조단계(S10)와 동일하다.
본 발명에 따른 슈퍼피니싱휠(20)은 상기 연삭파트휠(10)과 동심원상에 접착 고정되고, 입도 #500~5,000 피니싱연마재를 포함하며, 단층 또는 서로 상이한 입도의 피니싱연마재가 복층구조를 갖도록 형성된다.
도 6 (a)는 슈퍼피니싱휠(20)이 단층으로 형성된 상태를 도시하고, 도 6 (b)는 슈퍼피니싱휠(20)을 복층으로 형성한 상태를 도시한다.
도 6 (b)와 같이 상기 슈퍼피니싱휠(20)을 복층으로 형성할 경우, 상기 연삭파트휠(10)에서 멀어질수록 연마재의 입도가 작아지는 단계적인 복층구조를 갖도록 형성한다.
일예로서, 슈퍼피니싱휠(20)을 3단으로 형성 시, 연삭파트휠(10)에 인접한 1단 입도 #500, 2단 입도 #1000, 3단 입도 #1500으로 단계별로 더 고운 인도를 적용함으로써 순차적인 가공을 통해 우수한 가공 표면을 갖는 제품을 얻을 수 있도록 한다.
그리고, 상기 슈퍼피니싱휠(20)은 에폭시, 우레탄, PVA, 노볼락수지를 포함하는 열경화성 수지 중 어느 하나 이상의 바인더에 의해 피니싱연마재가 접착방식으로 형성되며, 복층 구조의 슈퍼피니싱휠(20)의 경우 전단에는 경도가 높은 에폭시를 후단에는 탄성이 높은 우레탄, PVA 소재 등의 바인더를 사용하여 표면 거칠기 편차를 최소화 할 수 있도록 한다.
상기 슈퍼피니싱휠(20) 제조방법은 상기 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20)와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 치형날(30)은 상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20) 외주면에 형성된다.
상기 치형날(30)은 기어 이빨과 맞물려 연삭 및 슈퍼피니싱을 수행하는 부분으로서, 고객사 요구사항 및 규격(피치, 각도 등)에 맞게 가공된다.
이처럼 본 발명에서 제공하는 복합 하이브리드 연삭숫돌는 상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20)이 일체로 형성됨에 따라 연삭가공 시, 연삭파트휠(10)을 이용하여 피가공물을 0.4~1.0 조도(㎛)로 연삭하고, 이후 슈퍼피니싱휠(20)을 이용하여 0.3 조도(㎛) 미만으로 단계적으로 슈퍼피니싱하도록 구성된다.
즉, 하나의 휠을 이용하여 연삭가공과 슈퍼피니싱이 복합적으로 연속 수행되어 가공정밀도 향상과 더불어 불필요한 피가공물 세팅공정이 생략되어 가공 사이클타임을 크게 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정하여 질 것이 아니라 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.
10: 연삭파트휠
11: 연삭연마재혼합물 12: 연삭성형물
20: 슈퍼피니싱휠
21: 피니싱혼합물 22: 피니싱성형물
30: 치형날
11: 연삭연마재혼합물 12: 연삭성형물
20: 슈퍼피니싱휠
21: 피니싱혼합물 22: 피니싱성형물
30: 치형날
Claims (10)
- 바인더 및 입도 #60~200 연삭연마재를 포함하는 연삭파트휠(10)을 제조하는 연삭파트휠 제조단계(S10);
바인더 및 입도 #500 이상의 피니싱연마재를 포함하여 피니싱혼합물(21)을 제조하고 금형에 부어 원기둥 형태의 슈퍼피니싱휠(20)을 제조하는 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20);
상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20)을 일체로 접합하는 접착단계(S30);
상기 접착단계(S30)를 거친 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20) 외주면에 치형날(30)을 형성하는 치형상가공단계(S40);를 포함하며,
상기 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20)는,
피니싱연마재 100중량부 기준 열경화성 수지 바인더 180~220중량부, 촉매 0.1~0.2중량부, 기공제 25~30중량부, 분산제 0.1~0.2중량부, 소포제 0.1~0.2중량부 배합하여 피니싱혼합물(21)을 제조하는 과정과,
피니싱혼합물(21)을 금형에 붓고 상온에서 가경화하여 피니싱성형물(22)을 제조하는 과정과,
피니싱성형물(22)을 120~160℃에서 4~10시간 열경화하는 과정과,
열경화된 피니싱성형물(22) 양면을 평탄화 가공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법.
- 바인더 및 입도 #60~200 연삭연마재를 포함하는 연삭파트휠(10)을 제조하는 연삭파트휠 제조단계(S10);
바인더 및 입도 #500 이상의 피니싱연마재를 포함하여 1단 피니싱혼합물(21-1)을 제조하고 금형에 부어 1단 피니싱성형물(22-1)을 성형하고, 1단 피니싱혼합물(21)과 상이한 입도의 피니싱연마재를 포함하는 2단 피니싱혼합물(21-2)을 제조하여 1단 피니싱성형물(22-1)위에 부어 2단 피니싱성형물(22-2)을 성형하여 복층으로 구성된 원기둥 형태의 슈퍼피니싱휠(20)을 제조하는 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20);
상기 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20)을 일체로 접합하는 접착단계(S30);
상기 접착단계(S30)를 거친 연삭파트휠(10)과 슈퍼피니싱휠(20) 외주면에 치형날(30)을 형성하는 치형상가공단계(S40);를 포함하며,
상기 1단 피니싱혼합물(21-1)과 2단 피니싱혼합물(21-2)은,
피니싱연마재 100중량부 기준 열경화성 수지 바인더 180~220중량부, 촉매 0.1~0.2중량부, 기공제 25~30중량부, 분산제 0.1~0.2중량부, 소포제 0.1~0.2중량부 배합하여 제조되고,
상기 1단 피니싱성형물(22-1)과 2단 피니싱성형물(22-2)은, 피니싱혼합물(21)을 금형에 붓고 40~60℃에서 10~15분 가경화하 성형하며,
상기 슈퍼피니싱휠 제조단계(S20)는,
금형 내에 복층의 피니싱성형물(22)을 120~160℃에서 4~10시간 열경화하는 과정과,
열경화된 복층의 피니싱성형물(22) 양면을 평탄화 가공하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 연삭파트휠 제조단계(S10)는,
연삭연마재 100중량부 기준 습윤제 10~14중량부, 바인더 25~35중량부, 임시점결제 20~28중량부, 기공제 26~34중량부 배합하여 연삭연마재혼합물(11)을 제조하는 과정과,
연삭연마재혼합물(11)을 금형에 투입 후, 370~750kgf/cm2 압력으로 가압하여 연삭성형물(12)을 형성하는 과정과,
연삭성형물(12)을 90~120℃에서 건조하는 과정과,
건조된 연삭성형물(12)을 950~1300℃에서 소성가공하는 과정과,
소성가공이 완료된 연삭성형물(12)의 양면을 평탄화 가공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법.
- 제 3항에 있어서,
상기 바인더는, 바인더 총 중량부 기준 SiO2 55~75 중량부, Al2O3 10~20 중량부, B2O3 0.1~5 중량부, CaO 1~5 중량부, MgO 0.5~5 중량부, Fe2O3 0.1~1 중량부, K2O 1~5 중량부, Na2O 1~5 중량부, TiO2 0.01~0.1 중량부, MnO 0.01~0.05 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법.
- 삭제
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- 제 1항에 있어서,
상기 피니싱혼합물(21)을 금형에 붓고 가경화하여 피니싱성형물(22)을 성형하는 과정 중에, 원심 또는 진공 탈기방식으로 피니싱혼합물(21)에 포함된 기포를 제거하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 1단 피니싱혼합물(21-1)과 2단 피니싱혼합물(21-2)을 제조하는 과정에서 사용되는 바인더는,
연마재의 입도가 상대적으로 큰 층(단)에는 에폭시를 사용하고, 입도가 작은 층(단)에는 우레탄 또는 PVA 소재의 바인더를 사용하는 것을 특징으로 하는 기어가공용 연삭 및 슈퍼피니싱 복합 하이브리드 연삭숫돌 제조방법.
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