KR101099395B1 - Cemented carbide cutting tool using Spark Plasma Sintering and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방전플라즈마 소결법을 이용한 초경절삭공구 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 초경합금 재질의 제 1 금속으로서, 가공을 위한 날부를 가지는 원통형상의 가공부와, 상기 가공부와 일체로 형성되며 상기 제 1 금속 재질과 다른 제 2 금속 재질로 이루어지는 지지부를 포함하되, 상기 가공부와 지지부는 상기 제 1 금속 및 제 2 금속의 가공분말을 재료로 하여 진공챔버 내에서 방전플라즈마 소결법에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a carbide cutting tool using a discharge plasma sintering method and a method for manufacturing the same, the first metal of the cemented carbide material, a cylindrical processing portion having a blade for processing, and integrally formed with the processing portion and the first And a supporting part made of a metal material and a second metal material, wherein the processing part and the supporting part are integrally formed by a discharge plasma sintering method in a vacuum chamber using the processing powder of the first metal and the second metal as a material. It features.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 고가의 초경합금 재질로 이루어진 초경절삭공구를 가공을 위한 날부를 가지는 가공부만 초경합금 재질로 형성하여 고가의 원재료를 절감하여 제조 원가를 낮추는 효과가 있다.According to the present invention as described above, only the processing part having a blade for processing the carbide cutting tool made of expensive cemented carbide material is formed of cemented carbide material to reduce the cost of raw materials to reduce the manufacturing cost.
또한, 초경합금 재질의 가공부와 초경합금 재질과 다른 금속 재질의 지지부의 이종 금속 재료의 접합을 방전플라즈마 소결법으로 급격한 승온으로 소결시켜 다른 팽창률을 가진 금속 재료의 입자의 성장을 제어하여 단시간에 치밀한 소결체로 접합되어 가공시 이종금속의 접합으로 인해 불리해지는 접합면의 파손을 줄이며 작업물 가공시 가공의 정밀도를 높이는 효과가 있다.In addition, the bonding of the dissimilar metal material between the cemented carbide part and the cemented carbide part and the supporting part of the other metal material is rapidly sintered by the discharge plasma sintering method to control the growth of the particles of the metal material having different expansion ratios, and thus to obtain a compact sintered body in a short time. It is effective to reduce the breakage of the joint surface, which is disadvantageous due to the joining of dissimilar metals during joining and processing, and to increase the precision of machining during workpiece machining.
또한, 방전플라즈마 소결법에 의해 초경절삭공구의 날부의 형상을 갖춘 소결체를 생성하여 일반적인 가공을 위한 날부를 갖추기 위한 연삭가공 공정으로 인한 재료의 낭비가 없어져 제조 원가를 낮추며, 연삭가공을 위한 연삭유와 같은 가공유 의 사용을 절감하여 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the discharge plasma sintering method produces a sintered body with the shape of the blade of the cemented carbide cutting tool, thereby eliminating the waste of materials due to the grinding process for preparing the blade for general processing, thereby reducing the manufacturing cost, and reducing the amount of grinding oil and By reducing the use of the same process oil can reduce the environmental pollution.
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Description
본 발명은 방전플라즈마 소결법을 이용한 이종 금속 재료를 접합하여 제조되는 초경절삭공구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고가의 초경합금 재질로 이루어진 초경절삭공구의 가공을 위한 날부를 가지는 가공부만 초경합금 재질로 형성하여 이종 금속 재료와 방전플라즈마 소결법으로 접합하여 고가의 재료를 저감하면서 접착면의 균열을 방지하여 정밀 가공을 할 수 있는 초경절삭공구에 관한 것이다.The present invention relates to a cemented carbide cutting tool manufactured by joining dissimilar metal materials using a discharge plasma sintering method, and more particularly, only a processing part having a blade for processing a cemented carbide cutting tool made of an expensive cemented carbide material is formed of cemented carbide material. The present invention relates to a cemented carbide cutting tool capable of precision machining by joining dissimilar metal materials and discharge plasma sintering methods to prevent expensive cracks while reducing expensive materials.
일반적으로 초경절삭공구는 고가의 텅스텐(W)과 탄소(C)를 반응시켜 만든 텅스텐탄화물(WC)에 고가의 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 티탄탄화물(TiC), 탄탈탄화물(TaC) 등의 탄화물을 첨가하여 소결한 WC계의 초경합금 복합재료가 널리 사용되고 있다.In general, cemented carbide cutting tools use tungsten carbide (WC) made by reacting expensive tungsten (W) and carbon (C) to expensive cobalt (Co), nickel (Ni) or titanium carbide (TiC), tantalum carbide (TaC). WC-based cemented carbide composite materials sintered by addition of carbides are widely used.
이와같은 초경합금 복합재료는 원재료의 희유성으로 고가여서 초경절삭공구 제작시 원재료비가 차지하는 비율은 공구에 따라 다소 차이는 있으나 대략 40~70% 로 매우 높은 실정이다.Such cemented carbide composite material is expensive due to the scarcity of raw materials, so the ratio of raw material costs to the production of cemented carbide cutting tools varies slightly depending on the tool, but is very high at about 40 to 70%.
또한 우리나라는 텅스텐 자급률은 0%로 거의 대부분의 원재료를 수입하는 실정이며, 텅스텐을 비롯한 코발트 및 니켈의 한정된 매장량과 사용량 급증에 따른 가격급등, 세계 각국이 이들 희유금속을 국가적 전략원소로 지정하여 생산, 공급, 수출입이 엄격히 통제되고 있어 공급이 매우 불안정하여 원재료의 확보에 많은 어려움이 있다.In addition, Korea has imported tungsten self-sufficiency rate of 0%, which imports most of the raw materials, and the world has designated these rare metals as national strategic elements to raise the price due to the limited reserves of tungsten, cobalt and nickel, and the increase in consumption. As supply, import and export are strictly controlled, supply is very unstable and there are many difficulties in securing raw materials.
그리고 미국, 독일, 일본 등 초정밀가공기술을 선도하는 선진국에서는 초경합금 사용저감 및 기술개발과 초경합금 대체재료 개발에 많은 연구를 수행하고 있으나 아직 WC계 초경합금에 버금가는 사용저감 기술과 대체재료가 개발되지 않고 있어, 분말입자의 초미세화와 고경도물질의 코팅을 통한 기존 WC계 초경합금의 내마모성, 내구성 및 수명향상을 위한 기술개발에 주력하고 있는 실정이다.In advanced countries such as the United States, Germany, and Japan, advanced countries have been conducting research on reducing and using cemented carbides and developing alternative materials for cemented carbides.However, there is no use reduction technology and substitutes comparable to WC cemented carbides. Therefore, the current situation is focused on the development of technology to improve the wear resistance, durability and life of the existing WC-based cemented carbide by ultra-fine powder particles and coating of high hardness material.
하지만 이와 같이 코팅을 통한 방법은 수명향상을 통하여 고가 전략원소의 사용량을 저감하는데는 한계가 있으며, 저감 정도도 미미한 실정이다.However, the coating method as described above has a limitation in reducing the use of expensive strategic elements through the life improvement, and the degree of reduction is insignificant.
도 1은 현재 널리 쓰여지는 초경합금드릴을 나타낸 도면으로 도면에서와 같이 초경합금드릴은 가공을 위한 드릴날과 같은 날부(1a)를 가지는 가공부(1)와 상기 가공부(1)와 일체로 형성되며 가공에 관여하지 않는 지지부(2)로 구성된다.1 is a view showing a widely used cemented carbide drill as shown in the cemented carbide drill is formed integrally with the machining portion (1) and the machining portion (1) having the same blade portion (1a) as the drill blade for processing It consists of the
상기 초경합금드릴은 초경합금으로 이루어진 모재봉에 연삭가공하여 날부(1a)를 형성하게 된다. 이러한 날부를 가공하기 위해 전략원소의 낭비가 심하며 또한 가공시 다량의 가공용 연삭유를 사용하게 되어 환경오염도 심각하게 된다.The cemented carbide drills are ground to a base rod made of cemented carbide to form a
특히, 초경합금의 단일 재질로 이루어지는 초경합금 드릴의 지지부(2)는 가 공에 참여하지 않게 되어 전략원소의 낭비가 심하여 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법에 대한 필요성이 심각하게 대두되고 있는 실정이다.In particular, the support (2) of the cemented carbide drill made of a single material of cemented carbide does not participate in the processing, the waste of strategic elements is serious, the need for a method that can solve this problem is seriously emerging.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래기술로 가공부(1)와 지지부(2)의 금속 재질을 달리하여 상기 가공부(1)는 초경합금 재질로, 상기 지지부(2)는 일반금속 재질로 하여 상기 가공부와 지지부를 접합시키게 된다.The
상기 접합은 조립이나 납땜처리하게 되는데 이는 가공시 가공제품의 표면정도가 불량해지고, 치수정확도가 저하되며, 마멸과 치핑이 촉진되어 특히 취성이 큰 초경합금으로 제작된 절삭공구의 경우 조기에 파손된다. The joining is to be assembled or soldered, which results in poor surface accuracy of the processed product, poor dimensional accuracy, accelerated abrasion and chipping, especially in the case of a cutting tool made of a brittle cemented carbide.
또한 제품가공시 발생되는 열에 의해 초경합금과 일반강의 열전도도가 다르기 때문에 열을 받았을 시 두 금속의 팽창 혹은 수축 정도가 다르게 되어 공구의 조립부위가 변형될 수 있다.In addition, since the thermal conductivity of cemented carbide and ordinary steel is different according to the heat generated during the processing of the product, when the heat is received, the degree of expansion or contraction of the two metals is different, which may deform the assembly of the tool.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고가의 초경합금 재질로 이루어진 초경절삭공구의 가공을 위한 날부를 가지는 가공부만 고가의 초경합금 재질로 형성하여 초경절삭공구의 제조 원가를 절감함에 있다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to form a high-quality cemented carbide material by processing only having a cutting part for the processing of carbide cutting tools made of expensive cemented carbide material of the cemented carbide cutting tool It is to reduce manufacturing costs.
본 발명의 다른 목적은 초경합금 재질의 가공부와 초경합금 재질과 다른 금속 재질의 지지부 사이에 방전플라즈마 소결법으로 팽창율이 다른 금속 재료를 급격히 승온시켜 입자의 성장을 제어하여 단시간에 치밀한 소결체로 접합되는 연결부를 제공함에 있다.Another object of the present invention is the connection between the cemented carbide processing material and the cemented carbide material and the support of the other metal material by rapidly heating the metal material having different expansion rate by the discharge plasma sintering method to control the growth of particles and to join the compact sintered body in a short time. In providing.
본 발명의 또 다른 목적은 초경절삭공구의 날부와 대응되는 형상의 몰드로 일차적으로 near-net shape 성형 후 날부의 연삭가공으로 원재료의 손실을 줄이는 데 있다.Still another object of the present invention is to reduce the loss of raw materials by grinding the blade first after the near-net shape molding into a mold having a shape corresponding to the blade of the cemented carbide cutting tool.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 초경합금 재질의 제 1 금속으로서, 가공을 위한 날부를 가지는 원통형상의 가공부와, 상기 가공부와 일체로 형성되며 상기 제 1 금속 재질과 다른 제 2 금속 재질로 이루어지는 지지부를 포함하되, 상기 가공부와 지지부는 상기 제 1 금속 및 제 2 금속의 가공분말을 재료로 하여 진공챔버 내에서 방전플라즈마 소결법에 의해 일체로 형성된 다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, as a first metal of cemented carbide material, a cylindrical processing portion having a blade for processing, and integrally formed with the processing portion and the first metal material And a supporting part made of another second metal material, wherein the processing part and the supporting part are integrally formed by the discharge plasma sintering method in a vacuum chamber using the processing powder of the first metal and the second metal as a material.
그리고 상기 가공부와 지지부 사이에 위치하며 적어도 제 1 금속 및 제 2 금속 재질로 이루어지는 연결부를 더 포함하되, 상기 연결부는 지지부에 면하는 방향으로 갈수록 일정한 단계로 경사를 주어 제 1 금속의 함량이 작아진다.And a connection part disposed between the processing part and the support part and made of at least a first metal and a second metal material, wherein the connection part is inclined in a predetermined step toward the support part so that the content of the first metal is small. Lose.
또한, 상기 날부는 1차로 방전플라즈마 소결법에 의해 Near-net shape 성형되어 일정한 날형상이 형성되며, 2차로 날부가 연삭 가공된다.In addition, the blade portion is first formed by the discharge plasma sintering method near-net shape to form a constant blade shape, the secondary blade portion is subjected to the grinding process.
또한, 상기 초경절삭공구의 제조 방법은 초경합금 재질의 제 1 금속 분말과 상기 제 1 금속 재질과 다른 제 2 금속 분말을 분쇄 및 건조시키는 제 1 단계; 상기 분말을 충진할 방전플라즈마 소결용 몰드에 카본시트를 장착하는 제 2 단계; 상기 제 1 금속 분말을 카본시트가 장착된 몰드에 일정량 충진하는 제 3 단계; 상기 제 1 금속 분말이 충진된 몰드에 제 2 금속 분말을 일정량 충진 후 방전플라즈마 진공챔버내에 세팅하는 제 4 단계; 상기 진공챔버를 감압하여 방전플라즈마 소결 및 냉각된 소결체에 카본시트를 제거하는 제 5단계를 포함한다.In addition, the cemented carbide cutting tool manufacturing method includes a first step of grinding and drying the first metal powder of the cemented carbide material and the second metal powder different from the first metal material; Mounting a carbon sheet on a discharge plasma sintering mold to fill the powder; A third step of filling the first metal powder in a mold having a carbon sheet; A fourth step of filling the mold filled with the first metal powder with a second amount of the second metal powder in a discharge plasma vacuum chamber; And depressurizing the vacuum chamber to remove the carbon sheet from the discharge plasma sintered and cooled sintered body.
여기서 상기 제 3 단계는 제 1 금속 분말을 충진하는 제 3-1 단계; 상기 제 1 금속 분말 및 제 2 금속 분말을 일정 비율로 혼합하여 몰드에 충진하되, 제 1 금속 분말의 함량이 상부로 갈수록 작아지는 제 3-2 단계;를 더 포함한다.Wherein the third step is the third step of filling the first metal powder; And filling the mold by mixing the first metal powder and the second metal powder in a predetermined ratio, wherein the content of the first metal powder becomes smaller toward the top.
또한, 상기 몰드는 초경절삭공구의 가공을 위한 날부의 형상과 대응되는 형상으로 소결시 Near-net shape 성형되는 것을 특징으로 하는 초경절삭공구의 제조 방법.In addition, the mold is a manufacturing method of cemented carbide cutting tool, characterized in that the near-net shape when sintered to the shape corresponding to the shape of the blade for processing the cemented carbide cutting tool.
또한 상기 소결체에 카본시트를 제거한 후 상기 날부를 연삭 가공하는 제 6 단계를 더 포함한다.The method may further include a sixth step of grinding the blade after removing the carbon sheet from the sintered body.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 고가의 초경합금 재질로 이루어진 초경절삭공구를 가공을 위한 날부를 가지는 가공부만 초경합금 재질로 형성하여 고가의 원재료를 절감하여 제조 원가를 낮추는 효과가 있다.According to the present invention as described above, only the processing part having a blade for processing the carbide cutting tool made of expensive cemented carbide material is formed of cemented carbide material to reduce the cost of raw materials to reduce the manufacturing cost.
또한, 초경합금 재질의 가공부와 초경합금 재질과 다른 금속 재질의 지지부의 이종 금속 재료의 접합을 방전플라즈마 소결법으로 급격한 승온으로 소결시켜 다른 팽창률을 가진 금속 재료의 입자의 성장을 제어하여 단시간에 치밀한 소결체로 접합되어 가공시 이종금속의 접합으로 인해 불리해지는 접합면의 파손을 줄이며 작업물 가공시 가공의 정밀도를 높이는 효과가 있다.In addition, the bonding of the dissimilar metal material between the cemented carbide part and the cemented carbide part and the supporting part of the other metal material is rapidly sintered by the discharge plasma sintering method to control the growth of the particles of the metal material having different expansion ratios, and thus to obtain a compact sintered body in a short time. It is effective to reduce the breakage of the joint surface, which is disadvantageous due to the joining of dissimilar metals during joining and processing, and to increase the precision of machining during workpiece machining.
또한, 방전플라즈마 소결법에 의해 초경절삭공구의 날부의 형상을 갖춘 소결체를 생성하여 일반적인 가공을 위한 날부를 갖추기 위한 연삭가공 공정으로 인한 재료의 낭비가 없어져 제조 원가를 낮추며, 연삭가공을 위한 연삭유와 같은 가공유의 사용을 절감하여 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the discharge plasma sintering method produces a sintered body with the shape of the blade of the cemented carbide cutting tool, thereby eliminating the waste of materials due to the grinding process for preparing the blade for general processing, thereby reducing the manufacturing cost, and reducing the amount of grinding oil and By reducing the use of the same process oil has the effect of reducing environmental pollution.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 초경절삭공구 중 이종금속 재료로 이루어진 초경합금 드릴의 실시예 도면이다.Figure 2 is an embodiment of a cemented carbide drill made of dissimilar metal materials in the carbide cutting tool.
도 2를 참조하면 초경절삭공구는 원통형의 형상으로 그 외주면에 스크류 모양으로 작업물 가공에 참여되는 드릴날과 같은 날부(11)를 가지는 가공부(10)와 상기 가공부(10)와 일체로 형성되며 작업물 가공에 참여되지 않으며 장착을 위한 지지부(20)로 이루어진다.Referring to FIG. 2, the cemented carbide cutting tool may have a cylindrical shape, and may be integrally formed with a
가공부(10)는 작업물 가공에 용이한 높은 경도를 가지기 위해 초경합금으로 이루어진 제 1 금속 재질로 이루어짐이 바람직하다.
상기 제 1 금속 재질인 초경합금은 텅스텐(C)과 탄소(C)를 반응시켜 만든 텅스텐탄화물(WC)에 코발트(Co)나 니켈(Ni)이나 티탄탄화물(TiC) 또는 탄탈탄화물(TaC) 등의 탄화물을 첨가하여 소결(Sintering)한 초경합금 재질일 수 있다.The cemented carbide, which is the first metal, is made of tungsten carbide (WC) made by reacting tungsten (C) and carbon (C), such as cobalt (Co), nickel (Ni), titanium carbide (TiC), or tantalum carbide (TaC). It may be a cemented carbide material sintered by adding carbide.
지지부(20)는 상기 제 1 금속 재질인 초경합금과 다른 제 2 금속 재질로 이루어짐이 바람직하다. 상기 제 2 금속 재질은 스틸과 같은 일반 저가형 금속일 수 있다. The
도 3은 제 2 실시예의 연결부를 가지는 초경합금 드릴의 실시예 도면이다.3 is an embodiment view of a cemented carbide drill with connecting portions of a second embodiment.
도 3을 참조하면, 초경절삭공구는 상기 이종 금속 재료로 이루어진 가공부(10)와 지지부(20) 사이에 위치하고 제 1 금속 재료 및 제 2 금속 재료 중 적어도 하나 이상의 재질로 이루어진 연결부(30)가 더 포함될 수 있다.Referring to FIG. 3, the cemented carbide cutting tool may be disposed between the
연결부(30)는 상기 가공부(10)와 지지부(20) 사이에서 상기 가공부(10)의 일단에 위치하며 일체로 형성되는 제 1 연결부(30a)와 상기 제 1 연결부(30a)의 일단 에 위치하여 일체로 형성되는 제 2 연결부(30b) 및 상기 제 2 연결부(30b)의 일단에 위치하여 일체로 형성되는 제 3 연결부(30c)로 이루어지되, 상기 제 3 연결부(30c)의 타단은 상기 지지부(20)와 일체로 연결된다.The
상기 제 1 연결부(30a), 제 2 연결부(30b) 및 제 3 연결부(30c) 또한 제 1 금속 재료 및 제 2 금속 재료 중 적어도 하나 이상의 재질로 이루어진다.The first connecting
상기 가공부(10)에서 제일 인접한 제 1 연결부(30a)는 제 2 연결부(30b) 및 제 3 연결부(30c)보다 제 1 금속의 함량이 높으며 순차적으로 제 2,3 연결부로 가면서 제 1 금속의 함량이 단계적으로 경사를 주어 작아진다.The
이는 팽창률이 다른 이종 금속을 접합시 반발을 최소화하기 위해 제 2 금속 재료에 제 1금속 재료를 혼합하여 점차적으로 함량이 경사지게 작게 한다.This causes the content of the first metal material to be mixed with the second metal material in order to minimize repulsion when joining dissimilar metals having different expansion rates, thereby gradually decreasing the content to be inclined.
예를 들면, WC-X계(X:Co, Ni 등의 첨가원소)의 1차 금속을 사용하여 제 1 연결부(30a)는 WC-15%X, 제 2 연결부는 WC-10%X, 제 3 연결부는 WC-5%X로 성분비를 낮추게 된다. 또한 WC(텅스텐탄화물)의 함량도 변화하여 성분비를 낮출수도 있다.For example, using a primary metal of WC-X-based (additional elements such as X: Co and Ni), the
이러한 상기 연결부는 상기와 같이 이종 금속 재료 접합시 열 변형을 줄이면서도 기계적 특성이 뛰어난 경사 기능 재료(functionally graded materials, FGM)를 사용하게 된다.The connection part uses a functionally graded materials (FGM) having excellent mechanical properties while reducing heat deformation when joining dissimilar metal materials as described above.
여기서 상기 연결부(30)는 제 1,2,3 연결부의 단계로 경사지게 제 1 금속의 함량을 달리하였으나, 연결부의 갯수는 적어도 1개 이상으로 이루어질 수 있다.Here, the
아래에서는 본 발명에 따른 초경절삭공구의 제조 방법에 관해 상세히 설명하 도록 한다.Hereinafter will be described in detail with respect to the manufacturing method of cemented carbide cutting tool according to the present invention.
도 4는 방전플라즈마 소결법을 이용한 초경절삭공구의 제조 과정을 나타낸 도면이다.4 is a view showing a manufacturing process of cemented carbide cutting tool using the discharge plasma sintering method.
먼저, 초경합금 재질의 제 1 금속 분말과 상기 제 1 금속 재질과 다른 제 2 금속 분말을 분쇄 및 건조를 실시한다(S10). First, the first metal powder of cemented carbide and the second metal powder different from the first metal material are pulverized and dried (S10).
상기와 같이 분말을 분쇄 과정을 거쳐야지만 미세하고 균일한 크기의 분말이 형성되어, 후공정의 방전플라즈마 소결시 동일한 조건을 유지할 수 있다.The powder must be pulverized as described above, but a fine and uniform powder is formed, so that the same conditions can be maintained during the sintering of the plasma of the post process.
상기 분쇄 및 건조단계를 거친 분말을 충진할 방전플라즈마 소결용 몰드에 카본시트를 장착하게 된다(S20).The carbon sheet is mounted on the discharge plasma sintering mold to fill the powder after the grinding and drying step (S20).
상기와 같이 카본시트는 방전플라즈마 소결시에 금속 분말과 후술될 상·하부펀치 및 소결다이와 직접적인 접촉을 피하기 위해서이다. 이는 카본시트를 사용하지 않을 경우에는 방전플라즈마 소결시 인가되는 높은 하중과 전류에 의해 고온까지 상승하여 몰드와 소결체가 고착되는 문제가 발생하게 되어, 상기 고착된 소결체를 몰드에서 분리할 경우에 몰드가 파손될 우려가 있다.As described above, the carbon sheet is intended to avoid direct contact between the metal powder and the upper and lower punches and the sintering die to be described later during discharge plasma sintering. When the carbon sheet is not used, a problem arises in that the mold and the sintered body are fixed by rising to high temperature due to the high load and current applied during the discharge plasma sintering, and the mold is separated when the fixed sintered body is separated from the mold. It may be damaged.
그러나 카본시트를 사용한 경우에는 카본시트가 고착된 소결체와 몰드 간의 분리를 용이하게 해주고, 연마에 의해 카본시트를 제거하여 간단하게 건전한 소결체를 얻을 수 있다. However, when the carbon sheet is used, it is easy to separate the sintered compact and the mold to which the carbon sheet is fixed, and the carbon sheet is removed by polishing, so that a healthy sintered compact can be obtained simply.
상기 카본시트가 장착된 방전플라즈마 소결용 몰드에 먼저 제 1 금속 분말을 일정량 충진한다(S30). 여기서 일정량의 제 1 금속 분말은 방전플라즈마 소결후 가 공부에 해당하게 된다.First, the first metal powder is filled in a predetermined amount into the discharge plasma sintering mold equipped with the carbon sheet (S30). Here, a certain amount of the first metal powder corresponds to the post-discharge plasma sintering study.
상기 제 1 금속 분말 충진후 제 2 금속 분말을 상기 제 1 금속 분말 충진과 동일하게 일정량 몰드에 충진한다(S40). 여기에 충진되는 일정량의 제 2 금속 분말은 방전플라즈마 소결 후 지지부에 해당하게 된다.After filling the first metal powder, the second metal powder is filled in a predetermined amount mold in the same manner as the first metal powder filling (S40). The amount of the second metal powder filled therein corresponds to the support part after the discharge plasma sintering.
몰드에 충진된 분말을 방전플라즈마 소결법에 의해 소결체를 생성하고 난 뒤 카본시트를 제거하게 된다(S50).After the powder filled in the mold is produced by the discharge plasma sintering method, the carbon sheet is removed (S50).
방전플라즈마 소결법은 압분체의 입자간극에 직접 펄스상의 전기에너지를 투입하여, 불꽃 방전에 의해 순식간에 발생하는 방전플라즈마의 고에너지를 열확산, 전기장의 작용 등에 의해 효과적으로 응용하는 공정이다. 급속한 승온이 가능하기 때문에 입자의 성장을 제어할 수 있고, 단시간에 치밀한 소결체를 얻을 수 있으며, 난소결재료라도 용이하게 소결 가능하다는 장점이 있다.The discharge plasma sintering method is a step of applying pulsed electrical energy directly to the particle gap of the green compact, and effectively applying high energy of the discharge plasma generated instantly by spark discharge by thermal diffusion, the action of an electric field, or the like. Since rapid temperature rising is possible, the growth of particles can be controlled, a compact sintered body can be obtained in a short time, and an sintered material can be easily sintered.
방전플라즈마 소결법에 대해서는 아래에서 상세히 설명하도록 한다.The discharge plasma sintering method will be described in detail below.
도 6은 방전플라즈마 소결법의 개념을 나타낸 개념도이다.6 is a conceptual diagram showing the concept of the discharge plasma sintering method.
상기와 같이 분말이 충진될 몰드를 진공챔버(41) 내의 소결다이(42)에 세팅한다. 상기 세팅된 진공챔버(41)를 감압장치(81)에 의해 감압 후 가압장치부(60)에 의해 가압하고 직류전원 공급장치부(50)를 통해 상·하부펀치 전극(43a, 44a)에 전류를 가하여 챔버내가 승온을 이루게 된다. 챔버내의 일정한 압력과 온도 조절은 제어부(70)에서 온도계측기(83)나 감압장치(81)나 가압장치부(80)나 직류전원 공급장치부(50) 등을 제어하여 일정한 소결체가 나오도록 한다. As described above, the mold to be filled with powder is set in the sintering die 42 in the
일정 시간 소결 후 냉각장치(82)를 사용하여 챔버내에서 냉각을 실시한다.After sintering for a certain time, cooling is performed in the chamber using the
도 5는 제 2 실시예의 방전플라즈마 소결법을 이용한 초경절삭공구의 제조 과정을 나타낸 도면이다.5 is a view showing a manufacturing process of a cemented carbide cutting tool using the discharge plasma sintering method of the second embodiment.
제 2 실시예는 금속 분말을 소결용 몰드에 충진하는 단계를 제외하고 제 1 실시예와 동일한 과정으로 제조된다.The second embodiment is manufactured by the same process as the first embodiment except for filling the metal powder in the sintering mold.
카본시트가 장착된 몰드에 먼저 제 1 금속 분말을 일정량 충진한다(S30a). 상기 일정량의 제 1 금속 분말은 소결 후 가공부에 해당된다.First, the first metal powder is filled in a predetermined amount into the carbon sheet-mounted mold (S30a). The predetermined amount of the first metal powder corresponds to a processing part after sintering.
1 금속 분말을 일정량 충진한 후 제 1, 2 금속 분말을 일정 비율 혼합하여 몰드에 충진한다(S30b). 이때에, 일정 비율 혼합된 금속 분말의 충진은 한차례 이상 혼합 비율을 달리하여 수차례 충진시, 충진되는 혼합 분말에서 제 1 금속 분말의 함량이 충진시 마다 작아지며 반대로 제 2 금속 분말의 함량은 늘어나게 된다.After filling a predetermined amount of 1 metal powder, the first and second metal powders are mixed in a predetermined ratio to fill the mold (S30b). At this time, the filling of the mixed metal powder with a certain ratio is changed one or more times so that the filling of the powder several times, the content of the first metal powder in the mixed powder to be filled is small every time the filling and the content of the second metal powder is increased do.
상기 제 1,2 금속 분말의 혼합재료는 소결 후 연결부에 해당된다.The mixed material of the first and second metal powders corresponds to the connecting part after sintering.
상기 제 1,2 금속 분말 혼합재료를 충진한 후 제 2 금속 분말을 몰드에 일정량 충진하게 된다.(S40) After filling the first and second metal powder mixture materials, a second amount of the second metal powder is filled into the mold.
상기와 같은 금속 분말 혼합재료는 이종금속의 접합시 금속 간의 다른 열팽창 정도를 최소화시키기 위해 혼합 비율을 경사지게 유지하기 위함이다.The metal powder mixture material is to maintain the mixing ratio inclined to minimize the different degree of thermal expansion between the metals when bonding the dissimilar metals.
이로 인해 이종금속 재료의 접합면의 파손을 줄이며 작업물 가공시 가공의 정밀도를 높이게 된다.This reduces the breakage of the joint surface of dissimilar metal materials and increases the precision of machining when machining the workpiece.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예로 금속분말이 충진된 카본시트가 장착된 몰드의 단면을 나타낸 도면이다.7 is a cross-sectional view of a mold on which a carbon sheet filled with metal powder is mounted according to a third embodiment of the present invention.
일반적인 초경절삭공구의 가공을 위한 날부를 갖추기 방법으로 긴환원봉을 연삭공정을 통해 드릴날과 같은 날부를 형성하게 되어 연삭공정시 고가의 재료가 낭비되게 되며 또한, 연삭가공을 위해 연삭유와 같은 가공유를 사용하게 되어 환경오염을 심각하게 유발하게 된다.As a way to equip the blade for general carbide cutting tools, long reduction rods are formed through the grinding process to form the blade-like blades, which leads to waste of expensive materials during the grinding process. The use of processed oil causes serious environmental pollution.
제 3 실시예는 상기와 같은 소결시 긴 환형봉 형상의 소결체가 아닌 초경절삭공구의 가공을 위한 날부의 형상과 대응되는 형상으로 Near-net shape 성형된다.The third embodiment is formed in the shape of a near-net shape in a shape corresponding to that of a blade for processing a carbide cutting tool, rather than a long annular rod-shaped sintered body.
도면을 참조하면, 날부의 형상과 대응되는 형상의 몰드(91)를 제작하고, 몰드에 동일한 대응되는 형상의 카본시트(92)를 장착하고 나서 제 1 금속 분말(10a)을 투입하여 소결하게 된다.Referring to the drawings, a
상기와 같이 소결된 소결체는 날부의 모서리 부분은 정밀 가공을 위해 일차 Near-net shape 성형된 날부를 이차로 연삭가공 단계를 거치게 된다.In the sintered body sintered as described above, the edge portion of the blade portion is subjected to the second grinding process step of the first near-net shape molded blade portion for precision processing.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims are intended to cover such modifications or changes as fall within the scope of the invention.
도 1은 현재 널리 쓰여지는 초경합금드릴을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a cemented carbide drill widely used now.
도 2는 초경절삭공구 중 이종금속 재료로 이루어진 초경합금 드릴의 실시예 를 나타낸 도면이다.Figure 2 is a view showing an embodiment of a cemented carbide drill made of dissimilar metal materials in the carbide cutting tool.
도 3은 제 2 실시예의 연결부를 가지는 초경합금 드릴의 실시예 도면이다.3 is an embodiment view of a cemented carbide drill with connecting portions of a second embodiment.
도 4는 방전플라즈마 소결법을 이용한 초경절삭공구의 제조 과정을 나타낸 도면이다.4 is a view showing a manufacturing process of cemented carbide cutting tool using the discharge plasma sintering method.
도 5는 제 2 실시예의 방전플라즈마 소결법을 이용한 초경절삭공구의 제조 과정을 나타낸 도면이다.5 is a view showing a manufacturing process of a cemented carbide cutting tool using the discharge plasma sintering method of the second embodiment.
도 6은 방전플라즈마 소결법의 개념을 나타낸 개념도이다.6 is a conceptual diagram showing the concept of the discharge plasma sintering method.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예로 금속분말이 충진된 카본시트가 장착된 몰드의 단면을 나타낸 도면이다.7 is a cross-sectional view of a mold on which a carbon sheet filled with metal powder is mounted according to a third embodiment of the present invention.
<주요도면부호에 관한 설명> <Description of main drawing code>
10 : 가공부 11 : 날부10 processing part 11: blade part
20 : 지지부 30 : 연결부20: support portion 30: connection portion
41 : 진공챔버 42 : 소결 다이41: vacuum chamber 42: sintering die
43 : 상부 펀치 44 : 하부 펀치43: upper punch 44: lower punch
43a : 상부 펀치 전극 44b : 하부 펀치 전극43a: upper punch electrode 44b: lower punch electrode
45 : 분말 50 : 직류전원 공급장치부45: powder 50: DC power supply unit
60 : 가압 장치부 70 : 제어부60: pressurizing device section 70: control section
81 : 감압장치 82 : 냉각장치81: decompression device 82: cooling device
83 : 온도계측기 91 : 몰드83: thermometer measuring instrument 91: mold
92 : 카본시트 10a : 제 1 금속 분말92:
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