KR0149521B1 - 칼날 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼날, 특히 칼날의 제조방법에 판한 것으로서, 본 발명의 목적은 모재의 몸체를 구성하는 재료보다 더 단단한 표면에 의해서 형성된 절단날을 갖춘 칼날을 제공하는 것이다. 이와같은 목적은 본 발명에 따른 칼날의 제조방법에 의해서 성취되는데, 본 발명의 방법은 모재(1)의 두께를 가로지르는 중앙지점에 제1표면(2)의 하부날을 위치시키도록 V 자 형상의 절단날의 제1표면(2)을 모재(1)의 한쪽 측면에 대해서 연마시키는 단계와, 부분적으로 연마된 모재(1)상에서 적어도 제1 표면(2)의 높이 넘어로 모재(1)의 둘레에 경화표면(3)을 제공하는 단계와, 그리고 모재(1)의 두께를 가로지르는 상기 중앙지점에 V 자 형상의 절단날을 위치시키도록 V자 형상의 절단날의 제2표면(4)을 상기 모재(1)의 반대쪽 측면에 대해서 연마시키는 단계를 포함하고 있다.

Description

칼날

본 발명은 칼날, 특히 칼날의 제조방법에 관한 것이다.

금속재 물체상에 경화 표면을 제공함으로써 이러한 금속재 물체의 표면 경도 및 내마모성을 향상시키는 것은 오래전부터 공지된 것이다. 또한, 적절한 열처리에 의해서 탄소나 질소도 강화된 또는 변형된 표면을 형성시키는 방법이나, 탄화처리나 질화처리, 화학적 또는 물리적 증착, 전기도금, 플라즈마 아아크 분무(plasma arc spraying)등에 의해서 경화 표면을 제공하는 방법등도 널리 공지되어 있다.

칼날에 있어서, 특히 절단날에 경화 표면을 제공함에 있어서 앞에서 언급된 바와같은 통상의 방법을 수행하기가 매우 어려운데, 이는 칼날의 구조상 통상적으로 사용되는 모재의 단면이 매우 얇고, 절단단부에는 예리한 각이 형성되어야 하기 때문이다. 칼날의 최종 마무리 작업 및 열처리작업을 수행하여서 강화된 또는 변형된 경화 표면을 제공하기 위해서는, 칼날의 몸체로 부터 상당량의 탄소를 소모시켜서 칼날의 강도를 열악하게 하고, 이러한 표면 코우팅에 있어서 칼날의 예리함에 나쁜 영향을 주는 주요 원인은 절단날에 코우팅되는 재료가 소위 빌드-업(build-up)을 형성하는 것이다.

칼날에 경화 표면을 제공하기 위한 여러가지 시도가 이루어져 왔으며, 예를들어서 확산열처리(diffusion heat treatment)나 탄화물 또는 질화물의 증착이 바로 그러한 시도의 한 예이다. 지금까지, 경사진 측면을 갖는 모재의 처리는 통상적으로 단일의 숫돌연마(whetting) 또는 연삭(grinding)에 의해서 수행되었으며, 이에 따라서 취즐형 절단날이 형성되며 이러한 절단날은 모재의 어느 한쪽 표면에 일직선으로 제공되었다. 이와같이 제조된 절단날의 시험을 통해서, 종래의 칼날은 동일한 형상의 처리되지 않은 칼날과 비교하여 원래의 예리함이나 날의 보존에 있어서 별로 중요한 개선책을 제공하지 못했음을 밝혀냈다.

본 발명의 목적은 모재의 몸체보다 단단한 재료로 이루어진 절단날을 갖춘 칼날을 제공함과 동시에 종래의 칼날과 비교하여 절삭력을 향상시키는 단단한 절단날을 갖춘 칼날의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 모재의 두께를 가로지르는 중앙지점에 제1표면의 끝부분을 위치 시키도록 V 자 형상의 절단 에지의 상기 제1표면을 상기 모재의 한쪽 측면에 대해서 연마시키는단계와, 그리고 모재의 두께를 가로지르는 상기 중앙지점에 V자 형상의 제2표면의 끝부분을 위치 시키도록 제2 표면을 모재의 반대쪽 측면에 대해서 연마시키는 제2 연마 단계를 포함하고 있는 칼날의 제조 방법에 있어서, 제1 연마 단계에 의해 제1 측면을 연마한 후, 상기 경화 표면(3)이 적어도 제1 표면(2)의 높이를 넘어 모재(1)의 둘레위에 형성되는 단계와, 그리고 상기 경화 표면(3)이 형성된후, V 형 절단 에지의 제2 표면(4)이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

부분적으로 연마된 모재에 전체적으로 경화된 표면이 제공될 수도 있지만, 경화 표면을 절단날 끝부분에 적용하는 것으로 제한하도록 모재가 감싸여지는 것이 바람직하다.

칼의 모재가 부분적으로 연마됨으로, 절단날 끝부분의 소정 위치에는 최종 칼날의 처리와 비교하여 경화 강화된, 변형된 또는 코우팅된 표면이 상당한 폭으로 제공된다. 따라서, 열처리에 의해서 경화 표면을 형성할 경우에는 칼날의 몸체가 약해지는 것을 감소시킬 수 있으며, 이어서 V 자 형상의 절단날 끝부분을 완성시키기 위해서 제2 표면이 연마되어 적어도 제거하고자 하는 부분의 일부가 제거된다. 그러나, 본 발명의 근본적인 잇점은 실제적인 절단 팁에는 절단날 끝부분의 전체가 경화 강화된, 변형된 또는 코우팅된 표면으로 형성되는 것이며, 그 바로 아랫쪽에는 절단날의 팁에서 경화 표면을 위한 칼날 제공 지지부의 몸체부분이 존재한다는 점이다. 마찬가지로, 표면 코우팅을 제공할때 코우팅이 부분적으로 연마된 모재에 제공되는 경우, 연마된 표면의 단부 근처에 바로 인접한 모재의 연마되지 않은 단부와 모재상에 제공된 제1연마표면과의 사이의 연결부에 표면 코우팅 재료가 둥근부분(rounding)으로 형성되는 것을 피할수 없도록 한다. 따라서 피복한후, V 자 형상의 절단날 끝부분의 제2표면을 다시 연마함으로써, 전체가 피복 물 또는 변형된 재료로 형성된 절단날 끝부분의 실제 팁이 생기도록 하며, 동시에 제2표면의 연마에 의해서 절단날 끝부분을 형성하는 재료상에 절단날 끝부분이 제공되도록 하며, 강화된 표면과 관련해서는 앞에서 설명한 것과 동일한 방식으로 수행되어서, 모재의 몸체 재료는 절단표면으로 부터 형성된 수직한 가장자리의 됫쪽으로 수직하게 놓여진다.

모재를 처리할때, 모재의 몸체재료의 특성을 변화시키지 않도록 주의깊은 배려가 있어야만 한다. 따라서, 모재에 경화재료를 제공함에 있어서 모재의 온도는 200℃ 이하로 유지되어야만 한다.

바람직하게, 모재의 재료는 0.16% 내지 0.36% 의 탄소를 함유하는 마르텐사이트 스테인레스 강이며, 보다 바람직하게는 12% 내지 14% 의 크롬을 함유하는 것이다. 모재의 표면 마무리는 별다른 제한이 없으나, 너무과도하게 연마하여서 거칠어지지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 모재의 표면마무리는 0,1RA 내지 2,0RA 의 범위가 바람직하다. 모재의 경도는 46 내지 54HRC 가 바람직하다.

최적의 성능특성에 있어서, 절단날의 강화된 혹은 변형된 표면의 깊이 또는 경화 표면 코우팅의 두께는 2.0㎛ 내지 12㎛의 범위여야 하여, 바람직하게 3㎛ 내지 7㎛의 범위이다.

모재상에 형성된 절단날의 끝부분은 그 단부가 모재의 폭의 중앙에 놓여지는 불연속적인 V 자형 절단날로 형성되어야 하는 반면에, 모재는 양측면 또는 어느 한 측면에 대해서 경사지게 형성되거나 또는 양측면이 평행하게 형성될 수도 있다.

절단날의 끝부분 자체는 표면처리나 코우팅을 제공하기 전에 제1표면을 플랫(flat) 연마 혹은 플런지 연마(plunge grinding) 처리함으로써 형성될 수 있으며, 그리고 나서 표면처리 혹은 코우팅단계 후에 플랫 연마 또는 플런지 연마처리에 의해서 제2 표면을 형성한다. 그러나, 절단날 이외의 다른 끝부분 형태에도 본 발명에 따른 보강된 성능을 갖는 부분을 제공할 수도 있다. 따라서, 우묵한(hollow)면을 제공하도록 2개의 연마단계가 수행될 수 있다. 마찬가지로, 끝부분의 형태는 V 자 형상의 절단날의 표면이 1차 연마단계에 의해 형성되며, 톱니모양(serrations) 이나 부채꼴모양(scallops)또는 그러한 형상들의 결합된 모양으로 절단날이 형성되고, 그리고나서 제2 표면이 플랫 연마 또는 플런지 연마로 형성된다.

특히, 플랫 연마 또는 플런지 연마된 끝부분 형태에 있어서, V 자형 절단날은 14° 내지 30°의 사잇각을 가지는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 사잇각이 15°내지 22°의 범위에 있는 것이며, 이 보다 더욱 바람직하게는 18° 내지 20°의 범위에 있는 것이다.

V 자 형상의 절단날 끝부분이 톱날모양으로 연마되는 경우에는, 1mm 당 1.02 내지 0.5개의 톱날이 제공되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1mm 당 0,64개의 톱날을 제공하는 것이다. 톱날의 사잇각은 80°내지 100°가 바람직하며, 보다 바람직하게는 약 90°이다. V 자 형상의 절단날의 제1표면 부채꼴 모양으로 연마되는 경우에는, 그러한 부채꼴 형상이 0.254mm 내지 31.75mm범위의 반경을 가지는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 4.064mm 내지 19.05mm범위의 반경을 가지는 것이며, 또한 그 피치가 25.4mm 내지 2.54mm인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 그 피치가 25,4mm 내지 5,08mm 인 것이다.

본 발명의 잇점은, 종래의 칼날에 비해서 상당히 개선된 성능특성을 제공하는 것 외에도, 제2연마단계 이후에 수행되는 최종연마와 같은 작업단계가 필요치 않다는 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도 내지 제4도는 본 발명에 따른 칼날의 연속적인 제조단계를 개략적으로 도시한 도면들 이다.

제5도는 본 발명에 따른 방법에 의해서 형성된 칼날의 절단날의 확대 부분도이다.

먼저, 제1도 내지 제4도를 참조하면 칼날을 제조하기 위한 모재(1)가 V 자형 절단날의 제1표면(2)으로 연마된다. 부분적으로 연마된 모재(1)에는 적절한 열처리 또는 코우팅에 의해서 경화 표면(3)이 제공되며, 그리고 나서 모재의 경화 표면을 다시 연마하여서 V 자형 절단날의 제2표면(4)을 제공한다.

제5도에 잘 도시된 바와같이, 본 발명의 방법에 따라 강화된, 변형된, 또는 코우팅된 표면의 재료로 전체적으로 형성된 실제의 절단 팁(5)이 제조되는데, 이 절단 팁의 수직방향 아랫쪽에는 모재의 몸체가 놓여져 있다.

따라서, 임의의 수행가능한 표면의 강화, 변형 또는 코우팅 처리에 의해서 매우 단단하면서도 취성을 갖는 표면을 제공할 수 있다면, 모재의 몸체의 윗쪽으로 놓여진 절단날은 칼날을 정상적으로 사용할때 발생하는 전단력등에 의해서 손상되는 것을 방지하도록 모재에 의해 단단하게 지지될 수가 있다.

또 다른 잇점은, 처리단계 후에 제2표면(4)이 연마되어서 이 제2표면(4)은 단단한 경화 표면을 가지지 않기 때문에, 칼날의 사용시 노출되는 제2표면(4)은 마모되어서 절단날의 바로 뒤쪽에 우묵한 면을 제공하여, 절단날의 예리함을 유지시키는 뛰어난 효과를 제공한다.

본 발명에 따라서 제조된 칼날의 효과를 입증하기 위해서, 본 발명에 의해 제조된 4개의 칼날과 2개의 제어칼날에 대해서 비교하여 검사가 수행되었다. 제1제어칼날은 절단날이 모재 폭의 중앙지역에 위치하고 V 자형 절단날 끝부분이 제공되고 양측면에 대해 간결하고 처리되지 않은 에지를 갖춘 평탄한 V 자형 절단날을 닺춘 평행한 모재로 제조된 것이다. 제2제어칼날은 한쪽 측면이 평탄하게 연마되고 그리고 다른쪽 측면에는 절단날이 형성되도록 연마된 절단형상을 중앙으로 형성된 V 자형 절단날을 갖춘, 즉 영국특허 제 0,220,362 호에 따라서 평행한 모재로 제조된 것이다. 본 발명에 따른 칼날들은 V 자 형상의 한쪽 측면에 앞서 설명한 바와같이 평탄날을 갖춘 칼날이지만 바나듐 탄화물에 의해서 형성된 확장 표면을 갖추고 있으며, 반면에 제2제어 칼날에 의해서 형성된 4개의 칼날들은 절단작업을 하도록 하는 V 자 형상의 절단날의 측면에 물리적 증착을 제공함으로써 형성되는 바나듐 탄화물 코우팅을 갖추고 있다.

홀더안에 150개의 카드를 제공함으로써 검사가 수행되었는데, 홀더는 기계적인 슬라이더 안에 장착되어서 칼날의 절단날에 대해서 고정되었으며, 전체 카드와 홀더 그리고 슬라이더의 정격중량은 30N 이고 카드는 50mm/sec의 속도로 왕복이동되었다. 카드를 통과하여 절단되는 행정의 숫자를 기록하였으며, 완전히 절단되었을때 카드를 다시 설치하였으며, 카드를 절단하는데 25이상의 행정이 필요할때 시험이 종료된 것으로 하였다. 그 결과는 다음과 같다.

평탄화 날 제어 750 카드절단

톱날모양의 날 제어 28800 카드절단

평탄화 날의 확장 VC 34400 카드절단

톱날모양의 날의 확장 VC 45900 카드절단

톱날모양의 날의 P.D.V. VC 47400 카드절단

이와같은 시험에 의해서, 본 발명에 따른 평탄화 날 제어의 칼날 및 평탄화 날의 칼날이 절단성능에 있어서 상당한 개선을 이룩했음을 알 수가 있다. 톱날모양의 날의 제어된 칼날이 그 이전의 칼날에 비해서 그 자체적으로는 절단성능에 상당한 개선을 제공하였다고 인정되지만, 본 발명에 따르면 이와는 비교할 수 없을 정도의 개선이 제공된다.

Claims (18)

1. 모재(1)의 두께를 가로지르는 중앙지점에 제1표면(2)의 끝부분을 위치시키도록 V 자 형상의 절단 에지의 상기 제1표면(2)을 상기 모재(1)의 한쪽 측면에 대해서 연마시키는 단계와, 그리고 상기 모재(1)의 두께를 가로지르는 상기 중앙지점에 v자 형상의 제2표면(4)의 끝부분을 위치 시키토록 제2표면(4)을 상기 모재(1)의 반대쪽 측면에 대해서 연마시키는 제2 연마 단계를 포함하고 있는 칼날의 제조 방법에 있어서, 제1 연마 단계에 의해 제1 측면을 연마한 후 적어도 제1 표면(2)의 높이를 넘어 모재(1)의 둘레 위에 상기 경화 표면(3)을 형성하는 단계와, 그리고 상기 경화 표면(3)이 형성된 후 V 형 절단 에지의 제2 표면(4)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 부분적으로 연마된 상기 모재(1) 전체 둘레에 경화 표면(3)이 제공되는 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 경화 표면(3)이 상기 제1표면(2)으로 한정되고, 상기 경화 표면(3)이 상기 모재(1)의 에지 표면의 나머지 표면들에 대해서는 상기 절단날의 지점에 인접해서 한정되도록 부분적으로 연마된 상기 모재(1)가 상기 경화 표면(3)으로 감싸여지는 것을 특징으로 하는 칼날 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 경화 표면(3)이 열처리작업에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 경화 표면(3)이 상기 모재(1)의 적어도 상기 제1표면(2)을 강화 또는 변형시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 경화 표면(3)이 적어도 상기 모재(1)의 상기 제1표면(2) 상에 제공된 표면 코우팅에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 표면처리하는 동안에 상기 모재(1)의 온도가 200℃이하로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 모재(1)의 재료가 0.16% 내지 0.36% 의 탄소 및 12% 내지 14% 의 크롬을 함유한 마르텐사이트 스테인레스 강인 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 모재(1)의 표면 마무리가 0.1RA 내지 2.0RA의 범위인 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 모재(1)의 경도가 46 내지 54HRC 범위인 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 모재(1)의 강화된 혹은 변형된 표면의 깊이 또는 상기 경화 표면의 코우팅의 두께가 2.0㎛ 내지 12.0㎛ 의 범위인 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 깊이 또는 두께가 3.0㎛ 내지 7.0㎛ 인 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
13. 제8항에 있어서, 중앙지역에 위치된 V 자 형상의 상기 절단날 끝부분이 평행한 표면을 갖춘 모재(1)상에 형성되어 있는것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
14. 제8항에 있어서, 중앙지역에 위치된 V 자 형상의 상기 절단날이 경사진 양측면을 갖춘 모재(1)상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
15. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2표면(2,4)이 플랫 또는 플런지 연마에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
16. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2표면(2,4)중 어느 한 표면이 절단작업에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
17. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2표면(2,4)의 한면 또는 양측면에 우묵한 면을 제공하는 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.
18. 제15항에 있어서, V 자 형상의 상기 절단날이 14°내지 30°의 사잇각을 가지는 것을 특징으로 하는 칼날의 제조방법.