KR102385117B1

KR102385117B1 - 복합소재로 이루어진 원형톱

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Publication number: KR102385117B1
Application number: KR1020210094786A
Authority: KR
Inventors: 박윤옥; 김수진
Original assignee: 박윤옥
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-07-20
Publication date: 2022-04-11
Anticipated expiration: 2041-07-20

Abstract

본 발명은 목재, 탄소나 유리섬유와 같은 복합재, 금속 또는 비철금속 등을 효과적으로 절단하는 데 사용되도록 원판형의 몸체와, 상기 몸체의 가장자리에 복수개의 톱날이 원주방향으로 일정간격 이격되게 배열되어 있는 원형톱에 관한 것으로서, 더욱상세하게는 상기 절삭팁은 소재에 접촉하여 홈을 형성하기 위해 끝단부에 면취가 형성되어 있는 면취형 절삭팁과, 상기 면취형 절삭팁에 의해 형성된 홈의 측면을 다듬질하기 위해 끝단부가 사각형으로 형성된 사각형 절삭팁이 서로 교차로 배열되어 있는 것이 특징인 복합소재로 이루어진 원형톱에 관한 것이다,
상술한 바와 같이 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱은 초경합금의 단일 소재로 이루어진 것에 비해 경도가 우수하고, 다결정 다이아몬드의 단일 소재로 이루어진 것에 비해서는 인성 및 경제적인 측면에서도 제작비용을 절감할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.

Description

복합소재로 이루어진 원형톱{Circular Saw made of Composite Materials}

본 발명은 복합소재로 이루어진 원형톱에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PCD와 초경합금의 복합소재로 이루어진 원형톱에 관한 것이다.

원형톱(Circular Saw)은 목재, 탄소나 유리섬유와 같은 복합재, 금속 또는 비철금속 등을 절단하는 데 사용되는 효과적인 공구이다.

이러한 원형톱의 종래기술로는 등록특허공보 제10-0923567호에 외주면에 방사상으로 다수개의 절삭날을 형성한 금속 절단용 원형톱의 톱날에 있어서, 소정의 두께를 가지는 원형판 형상의 원형톱 몸체(110)와; 상기 원형톱 몸체(110)의 외주변이 중심으로부터 완만한 곡률홈(122)이 구형상으로 형성되고, 곡률홈(122)에서 연이어져 원형톱 몸체(110)의 중심선에서 어느 일방향으로만 라운드 진 팁자리부(127)와 이어져 오목한 절삭날(124)을 형성한 블레이드(120)와; 상기 블레이드(120)의 각 선단에 다각형상으로 고착되어 상기 원형톱이 회전하는 방향을 따라 복부면이 반구 형상의 오목한 절삭날(124)을 구비한 팁(130);으로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 절단용 원형톱의 절삭톱날이 등록공개되어 있다.

특히, 원형톱은 초경(Tungsten carbide)으로 이루어진 톱날이 가장 폭넓게 사용되고 있다.

상술한 초경으로 이루어진 원형톱의 종래기술로는 등록실용신안공보 제20-0237089호에 초경팁(20)을 톱날판(10)에 반복하여 원심부 쪽으로 초경팁(20)의 밑부분을 깊숙이 심어 융착함으로서 초경팁(20)의 뿌리 밑부분을 잡아줌으로서 초경팁이 이탈하거나 부러지지 않도록 한 원형 톱의 절삭날과 깊숙이 심어줌으로 인하여 초경팁 복부면에 돌출부가 없어 절삭칩이 원활하게 배출되도록 한 원형 톱의 절삭날이 등록공개되어 있다.

또 다른 종래기술로는 공고실용신안공보 제1996-0005362호에 다수의 톱니가 각 지지부에 고주파 용접되어 있는 초경 원형톱에 있어서, 톱니(1)(2)의 날부상단(1')(2')에 좌측 또는 우측으로 경사진 경사부(1)(2)가 형성되어져 있고, 좌측으로 경사진 경사부(1)를 가지는 톱니(1)와 우측으로 경사진 경사부(2)를 가지는 톱니(2)가 순차적으로 반복되게 구성되어 있음을 특징으로 하는 초경 원형톱이 공개되어 있다.

상기와 같은 원형톱은 절단공정시 필히 공구마모가 일어나게 되는데, 특히 경도가 매우 높은 소재를 절단하게 되면 비교적 경도가 높은 초경합금으로 이루어진 원형톱이라도 상당한 절삭팁의 마모가 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 원형톱의 절삭팁을 초경합금과 더불어 초경합금보다 경도가 높은 다결정 다이아몬드를 함께 구성하여 제작함으로써 초경합금의 장점과 다결정 다이아몬드의 장점이 어우러진 원형톱을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱은 원형톱의 톱날에 소재의 절삭력을 높이기 위하여 합금소재의 절삭팁이 접합되어 있는 것으로, 상기 절삭팁은 소재에 접촉하여 홈을 형성하기 위해 끝단부에 면취가 형성되어 있는 면취형 절삭팁과, 상기 면취형 절삭팁에 의해 형성된 홈의 측면을 다듬질하기 위해 끝단부가 사각형으로 형성된 사각형 절삭팁이 서로 교차로 배열되어 있는 것이 특징이다.

상술한 바와 같이 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱은 초경합금의 단일 소재로 이루어진 것에 비해 경도가 우수하고, 다결정 다이아몬드의 단일 소재로 이루어진 것에 비해서는 인성 및 경제적인 측면에서도 제작비용을 절감할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.

도 1은 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱의 사시개요도.
도 2는 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱의 일부분 확대 상세개요도.
도 3은 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱의 일부분 확대 사진.
도 4는 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱의 정면개요도.
도 5는 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱에 장착되는 사각형 절삭팁과 면취형 절삭팁의 길이를 비교한 개요도.
도 6은 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱에 장착되는 면취형 절삭팁의 형상의 예를 도시한 개요도.
도 7은 가공 전후 초경 톱날을 공구현미경으로 촬영한 공구마모의 상태를 나타낸 사진.
도 8은 가공 전후 PCD 원형 톱날을 공구현미경으로 촬영한 공구마모의 상태를 나타낸 사진.
도 9는 PCD-초경 복합 회전 톱날을 공구현미경으로 촬영한 공구마모의 상태를 나타낸 사진.

본 발명은 목재, 탄소나 유리섬유의 복합재, 금속 또는 비철금속 등을 효과적으로 절단하는 데 사용되도록 원판형의 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 가장자리에 복수개의 톱날(120)이 원주방향으로 일정간격 이격되게 배열되어 있는 복합소재로 이루어진 원형톱에 있어서, 상기 원형톱(100)의 톱날(120)에는 소재의 절삭력을 높이기 위하여 합금소재의 절삭팁(130)이 접합되어 있는 것으로, 상기 절삭팁(130)은 소재에 접촉하여 홈을 형성하기 위해 끝단부에 면취가 형성되어 있는 면취형 절삭팁(132)과, 상기 면취형 절삭팁(132)에 의해 형성된 홈의 측면을 다듬질하기 위해 끝단부가 사각형으로 형성된 사각형 절삭팁(131)이 서로 교차로 배열되어 있는 것이 특징이다.

상기 면취형 절삭팁(132)은 사각형 절삭팁(131)에 비해 방사방향으로 더 돌출되게 접합되어 있어 먼저 소재에 접촉되어 홈을 형성하는 것이 특징이다.

그리고 상기 사각형 절삭팁(131)은 초경합금으로 이루어지고, 면취형 절삭팁(132)은 초경합금 또는 PCD 중 어느 하나를 택일하여 배열하거나 초경합금과 PCD를 모두 선택하여 배열할 수 있는 것이 특징이다.

또한, 상기 면취형 절삭팁(132)은 끝단부 측 모서리를 각지게 모따기되어 있는 것과 반원형으로 둥글게 모깍기 되어 있는 것 중 택일하여 사용하는 것이 특징이다.

이하, 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱의 사시개요도, 도 2는 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱의 일부분 확대 상세개요도, 도 3은 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱의 일부분 확대 사진, 도 4는 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱의 정면개요도, 도 5는 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱에 장착되는 사각형 절삭팁과 면취형 절삭팁의 길이를 비교한 개요도, 도 6은 본 발명 복합소재로 이루어진 원형톱에 장착되는 면취형 절삭팁의 형상의 예를 도시한 개요도이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 목재, 탄소나 유리섬유와 같은 복합재, 금속 또는 비철금속 등을 효과적으로 절단하는 데 사용되도록 원판형의 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 가장자리에 복수개의 톱날(120)이 원주방향으로 일정간격 이격되게 배열되어 있는 복합소재로 이루어진 원형톱(100)에 관한 것으로, 상기 원형톱(100)의 톱날(120)에는 소재의 절삭력을 높이기 위하여 합금소재의 절삭팁(130)이 접합되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

더욱 상세하게는, 상기 절삭팁(130)은 끝단부가 사각형인 것과 끝단부에 면취된 것이 서로 교차로 배열되어 구성되어 있다.

이때, 상기 사각형 절삭팁(131)은 초경합금으로 이루어진다.

특히, 사각형 절삭팁(131)은 끝단부가 곧게 돌출되는 것을 사용할 수도 있으며, 끝단부가 좌측 또는 우측으로 교차하여 기울여진 것을 사용할 수도 있다.

그리고 면취형 절삭팁(132)은 초경합금 또는 PCD 중 어느 하나를 택일하여 배열하거나 초경합금과 PCD를 모두 선택하여 배열하여 구성하도록 한다.

초경합금은 텅스텐-카바이드계 초경합금을 사용하도록 한다.

PCD는 다결정 다이아몬드(Poly Crystalline Diamond)를 가리킨다.

참고로 본 발명의 도면에서 편의상 이해를 돕기 위하여 사각형 절삭팁(131)은 파란색으로 표시하였으며, 면취형 절삭팁(132) 중 초경합금으로 이루어진 것은 빨간색으로 표시하고, PCD로 이루어진 것은 연두색으로 표시하였다.

본 발명의 도면에는 상기 면취형 절삭팁(132)의 초경합금과 PCD의 비율을 1:1로 구성되어 있으나 이는 하나의 예시로서 단정적인 비율은 아니다.

후술할 실험의 예에서는 면취되어 있는 면취형 절삭팁(132)은 초경합금으로 이루어진 절삭팁과 PCD로 이루어진 절삭팁이 1:1의 비율로 구성되어 있다.

한편, 면취형 절삭팁(132)은 사각형 절삭팁(131)에 비해 방사방향으로 더 돌출되게 접합되도록 한다.

이는, 면취형 절삭팁(132)이 먼저 소재에 접촉하여 홈을 형성하는 역할을 하게 하고, 뒤이어 사각형 절삭팁(131)이 면취형 절삭팁(132)에 의해 이미 형성되어 있는 홈의 측면을 다듬질하도록 하여 소재의 절삭면의 품질을 높이도록 하기 위함이다.

면취형 절삭팁(132)의 돌출 정도는 사각형 절삭팁(131)에 비해 0.2mm ∼0.5mm 정도로 돌출되되도록 한다.

면취형 절삭팁(132)의 돌출정도가 0.2mm 미만으로 돌출되면 사각형 절삭팁(131)에 비해 돌출로 인한 실이익이 부족할 것이며, 돌출정도가 0.5mm를 초과하면 면취형 절삭팁(132)에 과다한 저항이 발생할 것이다.

가장 바람직한 면취형 절삭팁(132)의 돌출 정도는 사각형 절삭팁(131)에 비해 0.2mm 정도 더 돌출되도록 한다.

특히, 상기 면취형 절삭팁(132)은 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 끝단부 측 모서리를 각지게 모따기되어 있는 것과 반원형으로 둥글게 모깍기 되어 있는 것 중 택일하여 사용하도록 한다.

더욱 바람직하게는 절삭시 소재와의 마찰로 인해 절삭팁(130)에 가해지는 저항을 고려해서 직선형으로 면취된 것 보다는 반원형으로 둥글게 모깍기 되어 있는 것을 사용하는 것이 좋을 것이다.

한편, 직선으로 모따기를 사용하는 경우 절삭팁(130)의 모서리를 1/3등분 만큼 모따기를 하여 사용하도록 한다.

상술한 바를 요약하여 보면, 면취된 절삭팁(132)과 면취가 되지 않은 사각형 절삭팁(131)은 50 : 50의 비율로 구성되며, 사각형 절삭팁(131)은 모두 초경합금으로 이루어진 것을 사용한다.

그리고 면취된 절삭팁(132) 중 초경합급과 PCD의 비율은 50 : 50의 비율로 구성되어 있는 것으로, 원형톱(100)의 톱날(120)에 접합되는 초경합금과 PCD의 비율은 75 : 25의 비율로 구성되어 있다.

이러한 복합소재로 이루어진 원형톱(100)의 제조방법을 살펴보면, 크게 절삭팁(130)과 원형톱(100)을 제조하는 고정으로 분리된다.

먼저, 절삭팁(130)을 제조하는 공정 중 PCD를 제조하는 공정은 미세 다이아몬드 분말을 고온 고압에서 0.5 ~ 0.7mm 두께로 치밀하게 소결하고 초경에 융착해 PCD원판을 만든다.

상기와 같이 제조된 PCD원판은 원형톱(100)의 톱날(120)에 접합하기 위해 적당한 크기로 절단한다.

PCD원판은 경도가 매우 높기에 일반적인 방법으로는 절단이 불가능하기에 와이어 방전기로 절단하도록 한다.

그리고 초경합금은 텅스텐 카바이드 분말과 금속 코발트를 섞고 고온고압으로 소결하여 제조하도록 한다.

원형톱(100)은 스테인리스 스틸 판을 레이저로 절단하며, 이때 원형톱(100)의 톱날(120)과 톱날(120)에 접합되는 절삭팁(130)의 크기를 고려하여 원형톱(100)의 직경을 제조하여야 할 것이다.

이렇게 제조된 원형톱(120)의 톱날(120)에 절삭팁(130)을 경납땜으로서 접합되도록 한다.

절삭팁(130)은 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 톱날(120)이 회전하는 방향의 후면에 톱날(120)보다 외부로 돌출되도록 접합하도록 한다.

그리고 톱날(120)에 경납땜으로 접합되어 있는 절삭팁(130)의 접합면을 연삭가공으로 일체화시키도록 한다.

초경합금은 초경합금보다 경도가 더 높은 다이아몬드 숫돌로 연삭하도록 하며, PCD는 경도가 가장 높은 소재이기에 일반적인 연삭가공보다는 전기가 통하는 도체임을 이용해 방전가공으로 연마함으로써 원형톱(100)의 톱날(120)에 초경합금의 절삭팁 뿐아니라 PCD의 절삭팁이 모두 견고히 접합되도록 한다.

면취형 절삭팁(132)이 톱날(120)에 접합되는 올바른 방향은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 원형톱(100)의 두께방향으로 절삭팁(130)의 모서리가 면취되어야 할 것이다.

즉, 도 5에 도시된 절삭팁(130)의 단면 형상은 도 4의 A방향에서의 단면 형상이다.

<복합소재로 이루어진 원형톱의 실험방법>

가공 전후 초경 톱날을 Fig 7과 같이 공구현미경으로 촬영해 공구마모를 측정하였다.

도 7(a)는 가공 전 사각 톱날로 다이아몬드 휠로 연삭한 자국이 일직선으로 균일하게 보이고 모서리가 비교적 날카롭다.

도 7(b)는 가공 후 사각 톱날로 모서리에 플랭크 마모(Flank wear)가 ~μm 발생하였고 여유면에 목재 접합재(Phenol-formaldehyde resin)가 파도 모양으로 붙어있다.

도 7(c)는 가공 전 Fig 7 (d)는 가공 후 면치톱날로서, 여유면에 접합재가 붙어있고 플랭크 마모가 ~μm 발생하였다.

가공 전후 PCD 원형 톱날의 현미경 사진은 도 8과 같다.

도 8(a)의 새 PCD 표면에 미세 홈들이 보이는데, 이것은 방전가공에서 각 아크가 PCD를 녹여 제거한 자국들이다.

도 8(b)는 가공 후 사진으로 날 끝에 치핑(Chipping)이 ~μm 발생했는데 이것은 사각 톱날의 90도 모서리가 충격에 약하기 때문이다.

측정한 PCD 사각 톱날 중에 40%에 같은 치핑이 발생해 초경 도 7(b)에 비해 PCD가 치핑에 취약함을 알 수 있다.

도 8(c)는 가공 전 도 8 (d)는 가공 후 면치톱날이다.

도 8(c) 내지 도 8 (d)에 도시된 바와 같이 가공 후 마모가 거의 발생하지 않았는데, 그 이유는 사각 톱날 도 8(b)와 형상을 비교하면 모서리 각도가 135도로 커서 충격에 강하고, 초경의 도 7(d)에 비해 PCD는 경도가 아주 높아 연마에 잘 견디기 때문이다.

PCD-초경 복합 회전 톱날의 마모는 도 9와 같다.

도 9(a)는 새 초경 사각 톱날로 도 7(a)에 비해 모서리에 요철이 관찰된다. 이것은 옆면은 다이아몬드 숫돌로 연삭했으나 끝 면은 방전해 표면이 거칠기 때문이다.

도 9(b)는 가공 후 초경 사각 톱날로 여유면 마모가 ~μm 발생하였다.

PCD-초경 복합 원형 톱의 도 9(b) 사각 톱날은 도 7(b) 초경 원형 톱보다 여유면 마모가 감소하고, 도 8(b) PCD 원형 톱과 달리 치핑이 발생하지 않았다.

PCD-초형 복합 원형 톱의 면치 톱날은 초경과 PCD를 절반씩 적용하였다.

도 9(c)는 복합 톱의 초경 면치 톱날로 초경 톱 도 7(d)보다 마모가 작았다.

도 9(d)는 복합 톱의 PCD 면치 톱날로 PCD 톱 도 8(d)의 마모와 유사하다.

상기 실험한 결과의 토대와 같이 본 발명에서는 PCD-초경 복합 회전 톱날을 개발하고 기존 초경 회전 톱날 및 PCD 회전 톱날과 비교하였다.

초경 회전 톱과 비교해서 PCD 회전 톱은 높은 경도로 인해서 플랭크 마모가 발생하지 않았지만 낮은 인성 때문에 사각 톱날의 모서리에 치핑이 발생하였다.

본 발명의 PCD-초경 복합 회전 톱에서는 먼저 홈을 파내는 면치 톱날의 절반만 고경도 PCD를 적용 함으로써 플랭크 마모가 감소하였고, 다음 측면 다듬질을 담당하는 사각 톱날은 인성이 높은 초경을 사용함으로써 치핑이 발생하지 않았다.

이에, 복합 회전 톱날은 기존 톱날에 비해서 플랭크 마모와 치핑이 감소해 오래 사용할 수 있으며 동시에 고가의 PCD를 1/4만 사용하는 것이 경제적임을 알 수 있다.

100. 원형톱
110. 몸체
120. 톱날
130. 절삭팁 131. 사각형 절삭팁 132. 면취형 절삭팁

Claims

목재, 탄소나 유리섬유와 같은 복합재, 금속 또는 비철금속 등을 효과적으로 절단하는 데 사용되도록 원판형의 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 가장자리에 복수개의 톱날(120)이 원주방향으로 일정간격 이격되게 배열되어 있는 원형톱에 있어서,
상기 원형톱(100)의 톱날(120)에는 소재의 절삭력을 높이기 위하여 합금소재의 절삭팁(130)이 접합되어 있는 것으로, 상기 절삭팁(130)은 소재에 접촉하여 홈을 형성하기 위해 끝단부에 면취가 형성되어 있는 면취형 절삭팁(132)과, 상기 면취형 절삭팁(132)에 의해 형성된 홈의 측면을 다듬질하기 위해 끝단부가 사각형으로 형성된 사각형 절삭팁(131)이 서로 교차로 배열되어 있되, 상기 면취형 절삭팁(132)은 사각형 절삭팁(131)에 비해 방사방향으로 0.2mm ∼ 0.5mm 정도 더 돌출되게 접합되어 있어 먼저 소재에 접촉되어 홈을 형성하도록 하며,
상기 사각형 절삭팁(131)은 초경합금으로 이루어지고, 면취형 절삭팁(132)은 초경합금 또는 PCD 중 어느 하나를 택일하여 배열하거나 초경합금과 PCD를 모두 선택하여 배열하되, 상기 면취된 절삭팁(132)과 면취가 되지 않은 사각형 절삭팁(131)은 50 : 50의 비율로 구성되고, 면취형 절삭팁(132) 중 초경합금과 PCD를 모두 선택하여 배열하는 경우 초경합급과 PCD의 비율은 50 : 50의 비율로 구성되도록 하는 것으로,
상기 원형톱(100)은 스테인리스 스틸 판을 레이저로 절단하여 제조하며,
상기 PCD는 미세 다이아몬드 분말을 고온 고압에서 0.5 ~ 0.7mm 두께로 소결하여 초경에 융착해 PCD원판을 만든 후 원형톱(100)의 톱날(120)에 접합하기 위해 적당한 크기로 절단하며,
상기 초경합금은 텅스텐 카바이드 분말과 금속 코발트를 섞은 후 고온고압으로 소결하여 제조하며,
제조된 원형톱(120)의 톱날(120)에 PCD와 초경합금의 절삭팁(130)을 경납땜으로서 접합되도록 하되, 절삭팁(130)은 톱날(120)이 회전하는 방향의 후면에 톱날(120)보다 외부로 돌출되도록 접합하도록 하며,
경납땜에 의해 접합된 절삭팁(130)의 접합면은 연삭가공으로 일체화시키도록 하되, 초경합금은 다이아몬드 숫돌로 연삭하고, PCD는 전기가 통하는 도체임을 이용해 방전가공으로 연마함으로써 원형톱(100)의 톱날(120)에 초경합금의 절삭팁과 PCD의 절삭팁이 모두 견고히 접합되도록 하는 것이 특징인 복합소재로 이루어진 원형톱.
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제1항에 있어서,
상기 면취형 절삭팁(132)은 끝단부 측 모서리를 각지게 모따기되어 있는 것과 반원형으로 둥글게 모깍기 되어 있는 것 중 택일하여 사용하는 것이 특징인 복합소재로 이루어진 원형톱.