KR102413618B1

KR102413618B1 - 워크피스를 성형 및 마무리하는 방법

Info

Publication number: KR102413618B1
Application number: KR1020177012314A
Authority: KR
Inventors: 앤서니 타데우스 뷰캠프; 필립 찰턴; 다비드 더글러스 워커
Original assignee: 지코 이노베이션즈 리미티드
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2014-10-03
Publication date: 2022-06-27
Also published as: MX2017004251A; EP3200954A1; JP6587688B2; CN107000155A; JP2017532214A; CN107000155B; US10493597B2; EP3200954B1; US20170246728A1; WO2016051121A1; KR20170072241A

Abstract

워크피스를 성형하기 위한 방법, 장치 및 성형 툴이 설명되어 있다. 툴은 연마재를 지지하는 복수의 강성 펠릿(84)이 장착되는 가요성 지지 표면을 포함한다. 툴은 워크피스 표면(S)과 접촉하여 연성 연삭 작업을 수행하도록 구동되고, 연성 연삭 작업은 종래 연삭 기술에 비해 거칠기가 감소된 마무리된 표면을 만들어내는 동시에 초-정밀 연삭 기술보다 상당히 높은 재료 제거율을 달성한다. 컨디셔닝 표면에 대해 툴을 컨디셔닝하여 작동을 위한 툴을 준비하는 절차도 기술되어있다. 상기 방법 및 장치에 대한 예시적인 적용은 디스플레이 스크린에 사용하는 곡선형 유리 부품을 몰딩하기 위한 성형하기 위한 몰드의 준비에 있고, 상기 공정에서 매끄러운 표면 마무리를 갖는 몰드 캐비티 표면을 제조하기 위해 상기 방법을 사용하여 탄화규소 몰드 캐비티 표면이 성형된다.

Description

워크피스를 성형 및 마무리하는 방법{METHOD FOR SHAPING AND FINISHING A WORKPIECE}

본 발명은 워크피스의 성형 및 표면 마무리에 관한 것이며, 특히 워크피스를 목표하는 형태로 정확하게 성형하기 위하여 워크피스 표면으로부터 높은 재료 제거율을 달성할 수 있는 동시에, 성형된 워크피스의 표면이 높은 평활도를 갖게 되는 성형 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법을 사용하여 성형된 워크피스는 예컨대 휴대폰과 같은 소비재 제품, 시계와 같은 착용 가능한 기술, 태블릿 및 컴퓨터 스크린을 위한 곡선형 글라스 스크린을 몰드 성형하기 위해 매우 평탄한 표면 마무리를 요구하는 몰드 성형 부품을 제조하기 위한 몰드 성형 다이로서 사용될 수 있다. 이 방법은 제트 엔진 터빈 블레이드와 같은 금속제의 부품을 성형 및 마무리하기 위해 또한 사용될 수 있다.

연삭 입자들이 함침 또는 코팅된 강성 연삭 휠, 혹은 가요성 시트 재료들이 워크피스에 대한 목표하는 최종 형상을 얻기 위하여 워크피스를 연삭하기 위해 사용되었다. 연삭 휠은 회전될 수 있으며 재료를 제거하고 원하는 형상을 얻기 위하여 워크피스의 표면으로 연삭 휠을 이동하여 워크피스와 접촉될 수 있다. 래핑 공정에서, 가요성 연삭 시트들이 강성 플레이트에 고정되고 워크피스의 표면으로 이동된다. 대안으로 벨트 연삭 공정에서, 워크피스는 두 개의 풀리 사이에서 이동하는 가요성 벨트에 대하여 프레스 된다. 워크피스에 대한 연삭 입자들의 압력으로 워크피스가 원하는 형상이 되도록 워크피스로부터 재료가 제거된다. 그러나, 이러한 종래 기술의 연삭 공정들이 워크피스로부터 신속하게 재료를 제거하는 데에 효과적이지만, 매끄러운 표면 마무리가 요구되는 경우에 차후의 폴리싱(polishing)을 필요로 하는 거친 표면을 갖는 워크피스의 처리 구역들을 남긴다. 또한, 전술한 기술에서 연삭 툴의 마모율에 대한 워크피스의 마모율의 측정인 연삭 비율은 낮은 값을 갖는 경향이 있고, 워크피스를 성형함에 있어서 열악한 정밀도로 이어진다.

본 발명은 워크피스의 형상이 신속하게 완성될 수 있도록 워크피스로부터 상대적으로 높은 재료 제거율과, 또한 추가적인 처리가 전혀 필요하지 않은 매끄러운 마무리 표면을 갖는 워크피스가 만드는 것을 조합한 성형 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 공정은 이하에서 형상 적응 연삭[Shape Adaptive Grinding(SAG)]이라 칭해질 것이다.

본 발명의 성형 기술은 고도로 마무리 처리된 표면을 만들면서 신속한 재료 제거를 실행할 수 있는 마이크로 스케일의 실질적으로 강성의 연삭 요소들을 제공하는 것과 매크로 스케일의 자유 형태 표면의 형상과 일치하는 가요성 툴의 형상 적응성을 조합한다.

제1 양태의 본 발명은 워크피스를 성형하기 위한 기계를 제공하는데, 상기 기계는 가요성 지지 표면에 장치되며 연마재를 지지하는 복수의 강성 펠릿을 구비한 가요성 지지 표면, 상기 가요성 지지 표면이 장착되는 마운트를 갖는 툴로, 각각의 펠릿은 가요성 지지 표면으로부터 멀어지게 향한 표면을 가지며 강성 펠릿의 상기 표면들이 툴의 가공 표면을 형성하는, 툴, 상기 워크피스의 상기 표면에 대해 상기 툴을 이동하기 위한 액추에이터 수단 그리고 툴의 가공 표면과 상기 워크피스의 표면 사이에 접촉 구역을 형성하고 상기 접촉 구역을 상기 워크피스의 표면을 가로질러 이동시키도록 상기 액추에이터 수단을 자동 제어하기 위한 제어 수단을 또한 포함한다.

제2 양태의 본 발명은 성형 기계용 툴을 제공하는데, 상기 툴은 툴에 부착된 복수의 실질적으로 강성 펠릿을 구비하며 상기 강성 펠릿에 매립된 연삭 재료를 구비한 가요성 가공 표면을 포함한다.

제3 양태의 본 발명은 연성 모드 연삭 작업을 실행하도록 툴을 사용하여 워크피스를 성형하는 방법, 및 상기 방법으로 제조된 워크피스를 제공한다.

제4 양태의 본 발명은 몰드 캐비티 구성요소를 성형 및 마무리 처리하는 방법, 및 상기 방법으로 제조된 몰드 캐비티 구성요소를 제공한다.

제5 양태의 본 발명은 본 발명의 툴, 기계 및 방법으로 준비되는 몰드를 사용하여 곡선형 유리 부품을 제조하는 방법을 제공한다. 구체적으로, 곡선형 유리 부품을 제조하는 방법은,
재료의 블랭크를 대략 몰드 부품의 형태로 가공하는 단계;
폴리싱되고 곡선형 캐비티 표면을 갖는 몰드 부품을 형성하기 위해, 제3 양태의 방법을 사용하여 상기 몰드 부품을 성형하는 단계;
연성 상태로 유리 시트를 연화시키는 단계;
연화 유리 시트를 몰드 부품 내로 가압하여 유리를 캐비티 표면의 곡선 형태로 성형하는 단계; 및
몰드로부터 곡선형 유리 부품을 제거하는 단계를 포함한다.

제6 양태의 본 발명은 본 발명의 툴, 기계 및 방법으로 준비되는 몰드를 사용하여 렌즈 또는 곡선형 디스플레이 스크린을 제조하는 방법을 제공한다.

이제 본 발명의 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 성형 툴을 구비한 성형 기계의 좌측면도, 정면도, 우측면도 및 평면도이다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 성형 툴의 개략적인 직경의 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 상이한 성형 툴들을 도시한 도면이다.
도 5c는 개별적인 펠릿들을 보여주는, 도 5a에 도시된 더 큰 툴의 가공 표면의 확대도이다.
도 5d는 혹 표면 구조(nodular surface structure)를 보여주는, 더욱 확대된 펠릿의 확대도이다.
도 5e는 매립된 다이아몬드 연마재를 보여주는, 더욱 확대된 펠릿의 확대도이다.
도 6은 곡선형 가공 표면과 접촉한, 작업 중인 성형 툴을 도시한 개략적인 측면도이다.
도 7은 다양한 연삭 공정에 대한 재료 제거율과 표면 마무리 사이의 관계를 설명하는 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 성형 방법을 사용하여 몰드 부품 및 곡선형 스크린 제품을 제조하는 단계들을 보여주는 일련의 다이어그램들이다.

SAG 기계 구조

연마기는 진동에 강한 견고한 테이블(1)을 포함한다. 테이블(1)에는 x 방향으로의 이동을 위한 X-슬라이드 기구(2)가 장착되어 있다. X-슬라이드 기구(2)에는 y 방향으로의 이동을 위한 Y-슬라이드 기구(3)가 장착되어 있다. Y-슬라이드 기구(3)에는 c로 표시된 축을 중심으로 회전하는 턴테이블(4)이 장착되어 있다. 턴 테이블(4)은 상기 턴테이블(4)을 z 방향으로 이동시키는 z 이동 기구(도시되지 않음)를 통해 Y-슬라이드 기구(3) 상에 장착된다. 턴테이블(4)은 워크피스(5)가 성형 및/또는 마무리를 위해 장착될 수 있는 유지 면을 갖는다. 이러한 배열은 4축의 워크피스(5)의 이동, 즉, x, y 및 z 방향의 직선 운동 및 c 축을 중심으로 한 회전을 제공한다. 도시된 배열에서, 회전 축(c)은 이동 축(z)과 평행함을 알 수 있다.

또한, 테이블(1)에는 일반적으로 "L" 형상인 툴 지지 암(6)이 장착되어 있으며, 상기 툴 지지 암은 일반적으로 수평인 베이스부(6a) 및 일반적으로 수직인 수직부(6b)를 갖는다.

툴 지지 암은 수직축(A)을 중심으로 회전하는 수직부(6b)에서 이격되어 있는 베이스부(6a)의 단부에서 테이블(1)에 장착된다. 수직부(6b)의 상단부에는 툴 홀더(7)가 장착되어서 수평축(B)을 중심으로 수직부에 대하여 회전될 수 있다. 툴 홀더(7)에서, 회전 툴(8)은 툴 홀더에 대해 축선(H)을 중심으로 회전하도록 장착되며, 상기 축선(H)은 수직부(6b)에 대해 툴 홀더(7)가 회전하는 축선(B)에 소정 각도로 설정된다.

회전 툴(8)은 부분-구면 표면의 중심에서 회전축들(A, B, H)과 일치하도록 배치된 부분-구면 가공 표면을 갖는다. 이 배열은 축선(A)을 중심으로 하는 툴 암(6)의 회전이 툴을 병진 이동시키지 않고 부분-구면을 회전시키고, 축선(H)을 중심으로 하는 툴 홀더(7)의 회전이 마찬가지로 툴을 병진 이동시키지 않도록 하지만, 툴 회전축(B)과 툴 홀더 축(H) 사이의 세차 각도(precession angle) 평면을 단순히 변경시킨다.

x, y 및 z 방향의 워크피스의 이동 제어, c 축선을 중심으로 하는 회전 제어 및 툴 암(6), 툴 홀더(7) 및 툴(8)의 회전 제어는 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 액추에이터 및 프로세서 장치(9)에 의해 제어되는 드라이브에 의해 영향을 받는다. 프로세서 장치(9)는 워크피스 및 툴의 움직임을 제어하기 위한 프로세스 파라미터 및 제어 명령을 수신하기 위해 키보드, 외부 입력 신호 또는 디스크 드라이브용 포트와 같은 입력 수단(10)을 포함할 수 있다. 디스플레이 수단(11)은 기계 작동자에게 정보를 표시하기 위해 제공될 수 있다.

워크피스와 툴의 움직임을 제어함으로써, 툴(8)은 워크피스의 임의의 부분과 접촉하며 위치될 수 있고, 축선(H)을 중심으로 하는 툴 홀더(7)의 회전을 제어함으로써, 툴과 워크피스 사이의 접촉 영역에서 워크피스에 대한 툴의 상대 방향이 선택될 수 있다. 접촉 영역 내의 워크피스 표면을 가로지르는 개별 펠릿의 이동은 접촉 영역에서의 워크피스 표면의 법선과 툴이 회전되는 축선 사이의 각도인 세차 각도를 변화시킴으로써 제어된다. 툴 회전 축선이 워크피스 표면에 수직으로 유지되면, 개별 펠릿은 접촉 영역 내에서 원형 이동을 나타낸다. 세차 각도가 증가함에 따라, 개별 펠릿은 툴과 워크피스 표면 사이의 접촉 영역을 가로지르는 점점 더 선형적인 경로를 나타낸다.

툴(8)의 부분-구면 표면은 가요성이고 탄성이어서, 툴과 워크피스 사이의 접촉 영역은 워크피스를 부분-구면 툴 표면의 중심에 근접하게 함으로써 증가될 수 있고, 워크피스와 툴을 떨어지게 이동시킴으로써 감소될 수 있다. 툴과 워크피스 사이의 접촉 영역은 평평한 워크피스 표면에 대해 일반적으로 원형이지만 워크피스의 표면이 곡선형인 경우 원형 모양에서 벗어날 수 있다.

전술한 예시적인 실시예가 7축의 제어 축을 갖는 기계이지만, 본 발명에서 벗어나지 않고 성형 및 마무리 공정을 수행하는데 사용될 수 있는 제어 축의 수가 더 적을 수 있음을 알 것이다.

툴 구조

도 5 및 도 6은 성형 툴(8)의 구조 및 작동을 도시한다.

성형 툴의 직경 단면도인 도 5를 참조하면, 툴은 대체로 환형의 본체(81)를 포함한다. 본체에 부착되는 것은 컵-형상 멤브레인(82)이며, 이는 고무와 같은 가요성 탄성 재료로 형성된다. 바람직한 실시예에서, 이러한 컵-형상의 멤브레인(82)은 내부 고무층과 외부 고무층을 포함하고, 내부 고무층 및 외부 고무층 사이에 보강용 직물층이 개재되어 있다. 보강용 직물은 Kevlar® 또는 기타 보강재를 포함할 수 있다. 보강용 직물층의 목적은 압력 하에서 고무 재료가 팽창하는 것을 방지하기 위한 것이다. 본체(81)의 전체 직경은 대부분의 성형 작업에 대해 5 내지 40mm일 수 있다. 물론 직경이 더 크거나 작은 툴도 가능하다.

툴의 정확한 부분-구면 표면 형태를 보장하기 위해, 컵-형상 멤브레인(82)이 툴 스핀들에 장착될 때, 컵-형상 멤브레인(82)의 외부 표면은 연삭 휠 등을 사용하여 드레싱되는 것이 바람직하다. 그 후, 툴의 잔여부는 컵-형상 멤브레인(82) 상에 조립된다.

고무 멤브레인(82)의 외부 표면에는 패브릭층(83)이 부착된다. 패브릭층(83)은 텍스타일 패브릭으로 제조될 수 있으며, 텍스타일 패브릭과 엮인 금속 실이나 그렇지 않으면 텍스타일 패브릭과 합체된 금속 실을 구비할 수 있다. 텍스타일 패브릭은 전체적으로 금속 실로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 패브릭층은 부직포로 제조될 수 있다.

상기 패브릭층(83)에는 연마재가 결합되는 강성 펠릿(84)의 패턴이 부착된다. 연마재는 펠릿의 표면에 부착될 수 있거나 또는 펠릿 재료는 연마재가 내장된 매트릭스를 형성할 수 있다. 펠릿 내의 연마 입자의 분포는 펠릿의 정도 및 깊이에 걸쳐 균일하도록 제어될 수 있다. 대안적으로, 연마 입자는 툴의 작업 표면을 형성하는 표면 영역과 같은 펠릿의 특정 영역에 농축될 수 있다. 또한, 연마 알갱이가 특정 방향 및 깊이의 연마 흔적을 생성하거나 표면 상에 최소한의 연마 흔적을 생성하는 것과 같이, 워크피스의 바람직한 표면 마무리를 발생시키는 패턴으로 배치될 수 있음을 예측할 수 있다. 연마 알갱이는, 예를 들어 워크피스에 걸쳐 툴의 이동 방향에 평행한 열로 정렬될 수 있으며, 즉 툴 회전축에 대해 구면 툴 표면의 "위도 선"을 따라 정렬될 수 있다. 대안적으로, 연마 알갱이는 작업 표면의 "위도 선"에 대해 비스듬하게 또는 수직으로 설정된 열로 정렬될 수 있다.

펠릿은 금속 실을 포함하는 패브릭 상에 이들을 전기 도금함으로써 니켈과 같은 금속으로 형성될 수 있다.

대안적으로, 펠릿은 에폭시 레진과 같은 경질 레진 재료일 수 있고, 패브릭 재료에 도포될 수 있으며, 패브릭층에 각각 접착된 개별 펠릿의 패턴을 형성하도록 경화될 수 있다. 바람직하게는 경화될 때, 레진은 쇼어 에이 스케일(Shore A scale)에서 80을 초과하는 경도를 갖는다. 펠릿을 위한 또 다른 대체 재료는 폴리 우레탄, 광학 피치 및 테프론®(Teflon®)이다.

펠릿(84)의 크기 및 형상 및 인접한 펠렛 사이의 간격은 툴(8)의 전체 직경에 따라 변할 수 있다. 도 5a에 도시된 예에서, 좌측의 툴은 대략 5mm의 전체 직경을 가지며, 우측의 툴은 대략 10mm의 전체 직경을 갖는다. 펠릿은 일반적으로 원형의 형태를 가지며, 일반적으로 밀집한 육각 배열로 툴의 작업 표면 위에 배치된다. 도 5c에 도시된 예에서, 각각의 펠릿(84)의 직경은 약 0.5mm이고, 인접한 펠릿의 중심은 인접한 펠릿 사이에 약 0.25mm의 갭을 남기도록 약 0.75mm로 이격되어 배치된다. 펠릿은 직사각형, 육각형, 삼각형과 같은 상이한 형상일 수 있으며, 툴의 작업 표면 위에 상이한 패턴으로 배치될 수 있다. 툴 표면 상의 펠릿은 수 개의 상이한 형상일 수 있고, 각각의 영역이 하나 이상의 특정 형상의 펠릿을 포함하는 환형 영역에 배치될 수 있다.

도 5c, 도 5d 및 도 5e는 다양한 배율, 즉 5x, 20x 및 100x에서 도 5a의 큰 툴의 작업 표면의 확대도이다. 도 5c에서, 직경이 0.5mm 인 원형 펠릿이 위에 증착된 직조 금속 메쉬(M)로 구성된 구조가 보인다. 도 5c 및 도 5d는 각각의 펠릿의 표면이 약 0.08mm 직경인 원형 노듈(N)로 이루어져 있고 그 내부에 다이아몬드가 내장되어 있음을 보여준다. 도 5c로부터 알 수 있는 바와 같이, 노듈(N)은 직조 금속 메쉬(M)의 워프 및 웨프트 섬유의 위치에 대응하는 행 및 열로 배치된다. 도 5e는 노듈(N) 및 펠릿 재료에 내장된 다이아몬드(G)를 도시한다. 이 특정 툴의 경우, 5 평방 밀리미터의 접촉 영역으로 연삭할 때 다양한 스냅 샷을 통합하여 약 14,850개의 다이아몬드 피스(G)가 성형 중에 워크피스와 접촉하는 것으로 추정된다.

도 5a에 도시된 툴에서 알 수 있는 바와 같이, 펠릿은 툴의 전체 작업 표면에 걸쳐 연속적인 어레이로 배치될 수 있다. 도 5a에 도시된 큰 툴은 연삭 작업에 사용되었으며, 툴이 탄화규소 워크피스와의 접촉으로 인해 펠릿이 어두워진 워크피스와 접촉하는 환형 구역에서 사용되었다.

도 5b에 도시된 툴에서, 툴 상의 펠릿(84)은 불연속 어레이로 배치된다. 툴의 부분-구면 작업 표면은 펠릿이 제공된 외부 환형 영역(88), 펠렛이 제공된 중앙 원형 영역(89) 및 중앙 원형 영역과 외부 환형 영역 사이에 위치하며 펠릿이 없는 중간 환형 영역(90)을 갖는다. 펠릿이 없는 환형 영역(90)은, 툴을 워크피스로부터 상승시키지 않고 툴 접촉 영역을 외부 환형 영역(88) 또는 내부 원형 영역(89)으로부터 "펠릿이 없는" 영역(90)으로 이동시키기 위해, 툴 회전축과 워크피스 표면 사이의 세차 각도를 간단하게 변경함으로써 연삭에서 비-연삭으로 툴이 신속하게 전환되도록 한다. 대안적인 배열에서, 펠릿은 내부 원형 영역(89)으로부터 생략될 수 있어서, 툴이 영역(88)에 대응하는 펠렛이 제공된 환형 영역과 펠릿이 없는 중심 원형 영역을 가질 수 있다.

펠릿에 사용되는 연마 입자의 예는 다이아몬드, 입방정 질화 붕소(CBN), 알루미나 및 실리카이다. 다이아몬드 입자는 탄화규소 또는 탄화텅스텐과 같은 경질 세라믹 재료를 성형하기 위해 사용된다. 스틸과 같은 금속을 성형하기 위해, CBN 입자가 바람직할 수 있으며, 유리와 같은 연한 재료를 성형하기 위해서는 알루미나 또는 실리카 입자가 사용될 수 있다. 특정 워크피스 재료를 성형하기 위해 다른 연마재가 적절하게 사용될 수 있다. 연마재의 입자 크기는 1 내지 100㎛일 수 있다. 바람직하게는, 연마재의 입자 크기는 3 내지 15㎛이고, 니켈 또는 레진 펠릿 매트릭스에 유지된 다이아몬드 연마재에 대한 9㎛의 입자 크기는 탄화규소를 성형하는데 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다.

이제, 도 5를 참조하면, 상기 실시예의 컵-형상 멤브레인(82)의 내부는 중공 캐비티(85)이고, 상기 컵-형상 멤브레인(82)의 내부에는 화살표(F)로 개략적으로 도시된 바와 같이, 툴의 본체(81)에서 중심 개구(86)를 통해 가압 유체가 공급된다. 유체는 압축 공기나 다른 가스 또는 오일, 유압 유체 또는 수성 액체와 같은 액체일 수 있다. 프로세서(9)는 캐비티 내의 유체 압력을 제어하여, 툴(8)이 작동하는 동안 펠릿(84)이 워크피스에 대해 가압되는 압력을 변화시킬 수 있다.

툴 준비

연마재를 구비하는 섬유 펠릿들이 툴의 작업 표면에 부착될 때, 펠릿들의 노출된 면들에 의해 획정되는 외부 표면 전체가 연삭 휠과 같은 툴을 이용하여 요구되는 부분-구면 형상(part-spherical shape)으로 드레스(dress)되며, 부분-구면 형상의 중심은 툴의 회전축(H) 상에 놓인다. 바람직하게는, 이는 성형 기계에 장착되어 성형 기계 상에서 사용될 툴을 이용하여 행해지는데, 이는 부분-구면 형상의 정확한 형성 및 회전축들(A, B, H)에 대한 표면의 정확한 위치 설정을 보장하기 위함이다.

사용을 위해 툴을 준비하기 위하여, 펠릿들의 작업 표면을 컨디셔닝할 필요가 있다. 컨디셔닝 사이클은, 툴을 회전시키고 툴을 컨디셔닝 표면에 대해 가압함으로써, 펠릿들의 표면 구조가 안정화되고 소재가 컨디셔닝 표면으로부터 제거되는 속도가 실질적으로 일정해질 때까지 펠릿들의 작업 표면을 마모시키기에 충분한 시간동안, 툴의 작업 표면의 각각의 부분이 컨디셔닝 표면과 접촉하게 하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 컨디셔닝 표면은 한 조각의 탄화규소 또는 스틸이고, 툴과 컨디셔닝 표면 사이의 접촉 구역이 툴의 전체 작업 표면에 걸쳐서 이동하도록 툴은 컨디셔닝 표면에 대해 가압되고 회전된다. 컨디셔닝 작업은 15분 또는 30분, 또는 가능한 경우에는 더 오래 소요될 수 있다. 소재가 툴에 의해 제거되는 속도가 컨디셔닝 사이클 중에 소정 간격으로 측정될 수 있고, 제거 속도가 안정적으로 될 때 컨디셔닝 사이클이 종료될 수 있다.

컨디셔닝 표면은 실질적으로 평평한 표면일 수 있거나, 혹은 툴의 작업 표면에 상보적인 형상으로 형성될 수 있다. 평평한 컨디셔닝 표면이 사용되고 툴의 환형 구역이 컨디셔닝 표면과 접촉하여 그 전체로써 컨디셔닝 표면에 대한 툴 축선의 각도를 에워쌀 때, 툴의 모든 구역들이 컨디셔닝될 수 있다. 작업 표면에 상보적인 컨디셔닝 표면이 사용되면, 툴의 전체 작업 표면을 동시에 컨디셔닝하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 부분-구면 형상의 툴의 경우, 이에 상보적인 부분-구면 형상의 오목한 컨디셔닝 표면이 충분한 정도로 구비될 수 있고, 이에 따라 툴의 전체 작업 표면이 동시에 컨디셔닝 표면과 접촉될 수 있다.

컨디셔닝 공정의 목적은, 앞쪽에는 부스러기 포켓(debris pocket)을 그리고 뒤쪽에는 바인더 업-스탠드(binder up-stand)를 구비하면서, 편평한 노출 표면과 약간 기울어진 자세를 갖도록 다이아몬드 형상을 형성하는 것이다. 이 맥락에서, 다이아몬드의 "앞쪽"은 툴이 회전되고 워크피스에 접촉될 때 다이아몬드가 워크피스를 가로질러 진행하는 방향으로 고려할 때의 다이아몬드의 앞쪽 가장자리이다. 컨디셔닝된 툴에서, 펠릿들의 표면의 "노듈(nodular)" 형태는 감소되어 있고 매끄러워져 있으며, 노출된 연마 입자는 평평해져 있다.

컨디셔닝 작업 중에, 부분-구면 형상인 툴 표면의 환형 구역은 컨디셔닝 표면과 가동 접촉된 상태이다. 회전하고 있는 툴을 구동하는 툴 스핀들에 가해지는 토크의 측정치는 툴에 의해 컨디셔닝 표면에 가해지는 접선력의 지표로 사용될 수 있고, 소재 제거 속도는 이 힘 측정치에 기초하여 결정될 수 있다. 따라서 툴의 표면 컨디셔닝은 모니터링될 수 있고, 컨디셔닝 작업의 완료는 연속적인 토크 측정치들의 안정화에 의해 검출될 수 있다. 프로세서(9)는 디스플레이 상에 툴의 작업 표면의 각각의 영역에 대해 측정된 스핀들 토크를 나타내는 그래픽 표시 또는 다른 표시를 제공할 수 있고, 이에 따라 기계 조작자가 컨디셔닝 작업의 진행을 모니터링할 수 있다. 툴 작업 표면의 모든 영역들이 실질적으로 동일한 표면 거칠기로 컨디셔닝되는 것을 보장하도록, 프로세서(9)는, 툴의 각각의 환형 구역에 대해, 측정된 스핀들 토크, 또는 측정된 접선력에 기초하여 컨디셔닝 표면에 대한 툴의 이동을 제어할 수 있다. 컨디셔닝 공정 동안 툴에 인가된 구동력이 모니터링되고, 모니터링된 구동력이 정상 값에 도달할 때까지 컨디셔닝 공정이 지속된다.

대안적으로, 컨디셔닝 작업의 진행은 컨디셔닝 작업을 주기적으로 정지시키고 현미경 또는 이와 유사한 것을 이용하여 툴 표면을 검사하는 것에 의해 모니터링될 수 있다. 이러한 시각적 기법에서, 툴 표면의 특정 구역에 대한 일련의 현미경 사진들이 찍힐 수 있고, 펠릿의 표면 구조의 변화를 검출하도록 연속 이미지들이 비교된다. 연속 이미지들의 비교가 안정적인 상태가 달성되었음을 지시하면, 컨디셔닝 공정이 종료될 수 있다. 툴 표면의 현미경 사진들은 디지털 이미지들로 기록될 수 있고, 연속 현미경 사진의 비교는 프로세서에 의해 실시될 수 있으며, 두 개의 연속된 현미경 이미지 간의 차이가 미리 정해진 한계치 이하이면, 프로세서는 컨디셔닝 공정이 완료된다는 신호를 발생시킬 수 있고, 이제 툴은 사용될 준비가 된다.

컨디셔닝 작업이 다이아몬드 연마재들을 구비하며 스틸 워크피스를 이용하는 툴 상에서 수행되면, 컨디셔닝 시간이 단축될 수 있다. 이는 스틸과 다이아몬드 내의 탄소 원자들 간의 화학 반응 때문인 것으로 생각된다.

도 5f 내지 도 5k는 여러 번 연삭 공정에 사용된 후에 찍은 툴 펠릿의 표면의 현미경 사진이다. 도 5f에는, 30초의 작업 후의 펠릿의 표면이 보인다. 도 5g는 16분 후의 표면을 나타내고, 도 5h 내지 도 5k는 각각 3시간, 6시간, 9시간 및 11시간의 작업 후의 표면을 나타낸다.

도 5f와 도 5g를 비교하면, 표면, 특히 사진의 오른쪽 측면에 상당한 변화가 보인다. 이 변화는 컨디셔닝 작업에 의한 것이고, 다이아몬드 입자들에 의해 취해지는 형상으로 인해 연성 연삭이 이루어질 수 있는 펠릿 표면의 다듬질(smoothing)이다. 도 5h 내지 도 5k를 비교하는 것에 의해, 다음 11시간의 과정에 걸쳐, 펠릿의 표면 구조가 실질적으로 안정적으로 유지되고, 다이아몬드 연마 입자들이 매우 느리게 마모되는 것을 볼 수 있다. 도면들 내의 화살표들은 세 개의 특정 다이아몬드 입자들을 가리키며, 이들의 외관을 비교하면 이 다이아몬드 입자들의 노출된 영역들이 변함없이 유지되고, 연마재의 마모가 매우 느린 것을 나타내는 것을 볼 수 있다.

툴이 컨디셔닝되고 나면, 워크피스를 성형하는 성형 공정에서 사용될 준비가 된다.

성형 작업

워크피스 상에 성형 작업을 수행하기 위해, 워크피스는 성형 기계의 Z 슬라이드에 장착된다. 도시된 예에서, 워크피스는 먼저 밀링 공정에 의해 대략 성형되고, 이어서 처리되는 표면 상에 증착된 탄화규소 코팅을 갖는 흑연 블록이다. 워크피스의 실제 표면 윤곽은 가능하면 현장에서 워크피스를 측정함으로써 결정되고, 실제 표면 윤곽은 소망하는 표면 윤곽과 비교되어 각각의 위치에서 얼마나 많은 재료가 제거되어야 하는지를 나타내는 워크피스 표면의 맵을 생성한다.

툴 경로 상의 각 지점에서 필요한 재료 제거량을 사용하여 툴을 워크피스 위로 이동시키기 위한 툴 경로가 계산되고, 제어 프로세서(9)에 저장된다. 제어 프로세서(9)는 워크피스 및 툴의 이동을 제어하여서 툴이 워크피스 표면 위로 이동하고 초과된 재료를 제거하며 워크피스 표면을 소망하는 마무리로 남겨둔다.

도 6은 자유 형태 워크피스 표면과 접촉하여 움직이는 툴의 개략적인 측면도이다. 툴(81)의 본체는 펠렛(84)이 워크피스 표면과 접촉하고 탄성체(82)가 변형되어 펠렛(84)을 워크피스 표면(S) 상에 평평하게 가압할 때까지 워크피스 표면(S)을 향해 이동된다. 이후에 툴 본체(81)는 스핀들 축선(H)을 중심으로 회전되어서 툴의 환형 영역 내의 펠릿(84)이 워크피스 표면의 대체로 원형인 영역에서 워크피스 표면(S)과 접촉하고 워크피스 표면을 가로질러 이동한다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, (도면에 도시된 바와 같이) 툴 본체(81)를 수직으로 들어 올리는 것은 컵(82)의 변형을 감소시키고, 워크피스 표면(S)상의 원형 접촉 영역의 직경을 감소시킨다.

툴을 워크피스에 대해 동일한 위치에 유지하고 툴 내의 유체 압력을 증가시키는 것은 펠릿(84)이 워크피스 표면(S)에 대해 증가된 힘으로 가압되도록 하지만 툴과 워크피스 사이의 접촉 영역을 증가시키지 못한다.

성형 작업 중에, 툴은 10 내지 1000mm/분, 바람직하게는 약 150mm/분의 제어 속도로 워크피스 표면 위에서 병진 이동한다. 툴은 스핀들 축선(H)을 중심으로 약 50rpm 내지 1500rpm으로 회전한다.

툴이 워크피스 위로 이동하는 중에, 툴과 워크피스 간의 접촉 영역은 워크피스의 표면과 툴의 부분-구면 표면의 중심 사이의 거리를 조정함으로써 변화된다. 워크피스에 대해 툴이 가압하는 힘은 툴의 컵 내부의 유체 압력을 제어함으로써 제어되고, 툴 회전 속도 및 세차 각도의 방향은 툴 경로를 따라 임의의 지점에서 재료가 워크피스로부터 제거되는 속도를 결정하도록 제어된다.

세차 축선의 방향의 제어는 툴 경로 상의 각 지점에서 워크피스에 대한 툴의 상대 이동 방향을 결정한다. 표면 위의 펠릿의 방향 제어는 연마재가 워크피스 표면에 남지 않도록 하는 목적으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 표면 위의 펠릿의 이동 방향은 표면 상에 남아있는 임의의 연마 흔적이 특정 방향 또는 방향들로 정렬되도록 제어될 수 있다. 툴 경로를 따라 툴이 이동하는 속도도 제어되어서 필요한 표면 마무리가 달성되는 것을 보장한다.

예시적인 공정에서, CVD SiC 코팅된 흑연의 샘플은 제1 단계를 위해 니켈 펠릿에 결합된 9㎛ 다이아몬드 및 최종 연삭 패스를 위해 레진 펠릿에 2번째로 결합된 3㎛ 다이아몬드를 사용하여 두 단계로 연마되었다. 최종 패스 동안 툴의 컵 내에서 0.5bar의 낮은 유체 압력이 사용되었다. 이어서, 워크피스의 표면 미세 형태(microtopography)가 측정되었고, 0.3 내지 0.5nm Ra 사이의 낮은 수준의 미세 조도를 나타내었다. 연성 연삭 흔적이 워크피스 표면에 명확하게 표시되어 연성 연삭이 달성되었음을 나타낸다. 본 발명의 중요한 특징은 순수한 연성 모드 연삭이 작은 다이아몬드 알갱이 크기, 특히 9㎛ 미만의 알갱이 크기를 사용하여 달성될 수 있다는 것이다.

툴의 컵 내의 더 높은 유체 압력과 툴과 워크피스 간의 더 작은 접촉 영역은 작은 영역에 걸쳐 워크피스로부터 재료를 제거하는 속도를 빠르게 하며 마무리된 표면의 평활성을 감소시킨다. 툴과 워크피스 사이의 큰 접촉 영역과 툴 내의 더 낮은 유체 압력을 사용하여 워크피스를 성형하는 것은 큰 영역에 걸쳐 워크피스로부터 재료의 낮은 제거율을 초래하고, 마무리된 표면의 평활성을 증가시킨다.

형상 적응 연삭 프로세스(Shape Adaptive Grinding process)로 최적의 결과를 얻기 위해, 워크피스 재료의 연성 모드 제거를 수행하도록 기계 파라미터가 조정된다. 워크피스 표면 재료가 SiC인 경우, 입자 크기가 9um 이하인 다이아몬드 연마재 및 레진 또는 니켈로 형성된 펠릿이 제공된 툴을 사용하여 툴 및 워크피스 사이의 접촉 영역이 10 내지 100mm²이고, 워크피스 표면에 수직인 대략 0.5N/mm²의 압력을 제공하도록 기계 파라미터가 조정될 수 있다. 툴이 회전하여 연마재가 20,000 내지 80,000mm/분의 속도로 워크피스 표면 위로 이동하고, 상기 회전은 mm²의 접촉 영역 당 워크피스 표면에 접하는 약 0.3N의 힘을 생성한다.

연마재 입자가 펠릿에 결합되기 때문에 물 또는 임의의 다른 적합한 유체가 연삭 공정 중에 냉각제로서 사용될 수 있다.

스핀들 회전 속도는 접선 방향 힘의 크기에 거의 영향을 미치지 않는 반면 접선 방향과 수직 방향의 힘은 툴의 컵 내의 유체 압력에 따라 선형적으로 증가하는 것으로 관찰되었다. 이 결과로부터, 유체 압력과 스핀들 회전 속도 조정의 조합에 의해 서로 독립적으로 연삭력 및 제거율을 제어하는 것이 가능하다. 유체 압력의 증가는 연삭력을 증가시키고, 스핀들의 회전 속도의 증가는 재료 제거율을 증가시킨다.

툴과 접촉하는 워크피스 표면 영역의 표면 거칠기의 Ra 값과 접선 방향 힘 사이에 상관관계가 존재한다. 이것은 거칠기가 커짐에 따라 툴과 워크피스 표면 사이의 마찰이 증가하기 때문인 것으로 생각된다. 따라서, 스핀들을 중심으로 툴이 회전할 때 스핀들에 가해지는 구동 토크를 모니터링하고 그 결과를 프로세서(9)에 중계함으로써 성형 작업 중에 실시간 표면 거칠기 평가가 이루어질 수 있음을 예측할 수 있다. 이후에 프로세서(9)는 상기 토크 측정에 기초하여 연삭 공정에 의해 현재 달성되는 표면 마무리를 보여주는 디스플레이 상에 출력을 제공할 수 있다.

SAG 공정의 비에너지(specific energy)는 이러한 연삭력 측정치로부터 계산될 수 있다.

비에너지 Kz[J/mm³]는 다음 식으로부터 유도된다.

Ft는 접선력 [N], Vs는 절삭 속도 [m/s], Q'는 용적 제거율 [mm³/s]이다.

다양한 펠릿 재료 및 다이아몬드 그릿 크기에 대하여 SAG 공정의 평균 비에너지를 다른 종래의 절단 공정과 비교하는 실험은, SAG 공정의 평균 비에너지가 종래의 미세 연삭보다 한 자릿수(one order of magnitude) 더 높다는 것을 보여 주었다. 이렇게 높은 평균 비에너지는 재료 제거 중에 칩 두께가 감소함을 나타내므로 워크피스에서 관찰된 연성-모드 재료 제거와 관련된다.

툴의 또 다른 형태

전술한 예에서, 툴은 부분-구면 작업 표면을 구비한다. 다른 실시예에서, 툴은 회전식 볼의 형태로, 펠릿형 패브릭이 볼의 표면을 덮어씌운 형태의 작업 표면을 구비할 수 있다. 또 다른 대안에서, 펠릿형 패브릭은, 구형 풀리에 사용되는 밸트의 형태일 수 있으며, 풀리는 워크피스 표면에 밸트가 접촉되도록 압박하는데 사용된다. 또 다른 대안에서, 펠릿형 패브릭은 디스크의 원통형 에지의 둘레에 또는 디스크의 표면에 부착될 수 있다.

전술한 모든 예에서, 워크피스에 펠릿형 패브릭을 가압하는 표면은 변형 가능한 표면일 것이며, 이로 인해 펠릿형 패브릭은 패브릭과 워크피스 간의 접촉 영역에 걸쳐 워크피스의 형상과 일치할 수 있다.

전술한 예에서, 툴은 유체 압력에 의해 팽창될 수 있어, 펠릿과 워크피스 사이에 가해지는 힘을 변화시킨다. 유체 압력의 대안으로서, 툴의 중심부는 예컨대 천연 또는 합성 고무 또는 탄성 플라스틱과 같은 탄성 재료로 형성될 수 있다. 탄성 재료는 고체일 수 있거나, 발포 구조를 가질 수 있다. 이러한 고체 또는 발포형 코어는 쇼어 A 스케일(Shore A scale)에서 30 내지 60 사이의 경도를 갖는 것이 바람직하다. 이는 툴의 내부 압력에 대한 능동적인 제어를 방해할 것이며, 펠릿이 워크피스에 가압되는 힘과, 워크피스에 가압함으로써 툴에 가해지는 변형의 양 사이에 상관관계가 있을 것이다.

그러므로, 부분-구면의 작업 표면과 탄성 재료로 된 코어를 갖는 툴에 있어서, 펠릿이 워크피스에 대해 가압되는 힘은 펠릿형 직물과 워크피스 사이의 접촉 면적에 대한 함수가 될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 툴의 중심부는 개방-셀 발표 구조를 갖는 탄성 재료로부터 형성될 수 있으며, 개방-셀 구조와 소통하는 가압된 유체 공급을 제어 가능하게 하여 툴의 내부 압력을 변화시킨다. 유체 압력이 가해지지 않으면, 툴은 단순히 고체 탄성 중심부를 가진 것처럼 작동할 것이다.

툴 구조에 대한 또 다른 대안적 실시예에서, 멤브레인(82)과 가요성 패브릭 층(83)은 툴의 내부 캐비티를 적어도 부분적으로 한정하며, 캐비티는 유체의 전단력의 적용에 대응하여 점도가 변하는 비-뉴턴 유체로 채워져 있을 수 있다. 일반적으로, 예컨대 유체의 바디가 급격하게 변형될 때와 같이, 유체가 높은 전단력을 받을 때, 점도가 상승할 것이다. 이러한 유체로 채워진 캐비티를 적어도 부분적으로 한정하는 가요성 표면을 갖는 툴을 가공함으로써, 툴의 가요성 표면은 툴의 급격한 형상 변화에 강하게 저항하지만, 느린 형상의 변화는 수용할 수 있다. 이러한 비-뉴턴 유체 물질은, 일반적 용어로 "실리 퍼티(silly putty)"로 지칭되며, 일반적으로 약 65%의 디메틸 실록산(붕산이 함유된 히드록시 말단 폴리머, 약 17%의 실리카 (결정질 석영), 약 9%의 Thixatrol ST (카스터 오일 유도체), 약 4%의 폴리디메틸실록산, 약 1%의 데카메틸 사이클로펜타실록산, 약 1%의 글리세린, 그리고 약 1%의 이산화 티타늄으로 구성된다. 이러한 재료의 또 다른 예시로는 최소량의 물로 구성된 전분 용액이 있다.

툴 수명의 다양한 단계에서 현미경으로 펠릿을 관찰함으로써, 연마 입자의 수 및 형상이 10시간의 이상의 연마 동안 안정적으로 유지됨을 결정할 수 있었다. 다이아몬드 연마 입자에서 네거티브 평균 경사각(negative average rake angle)이 관찰되며, 이는 연마 공정과 관련하여 칼날의 긴 수명과 우수한 연성 체제(regime)를 설명한다.

SAG 과정에 사용되는 연삭력을 측정한 결과, 공기압과 스핀들 회전 속도 제어의 조합에 의해 연삭력과 제거율을 서로에 대해 독립적으로 제어할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 접선 방향의 힘과 표면 거칠기 사이의 관계 또한 확립되었으며, 이로 인해 작업 스핀들 토크를 모니터링 함으로써 실시간 표면 상태 평가가 가능하다는 것을 알 수 있다. 이 과정으로 0.3 내지 0.5nm Ra 사이의 표면 마이크로 거칠기가 달성될 수 있다. SAG 공정을 사용하여 워크피스를 연삭하는 동안, 툴을 원하는 회전속도로 유지하기 위해 작업 스핀들에 적용된 토크가 워크피스 표면의 다양한 위치에 대해 측정 및 모니터링된다. 측정된 토크는 동작을 제어하는 프로세서(9)에 의해 미리 설정된 기준 값과 비교되며, 토크가 기준 값으로 또는 기준 값보다 아래로 떨어질 때, 프로세서는 요구된 표면 거칠기에 도달했다는 표시를 제공할 수 있다. 토크가 워크피스 표면에서 툴의 모든 위치에 대해 사전에 정해진 값으로 떨어질 때, 프로세서는 요구된 표면 거칠기에 도달했다는 표시를 제공할 수 있다. 대안적으로, 워크피스 표면의 하나 이상의 사전에 정해진 위치에서 토크가 사전에 정해진 값으로 떨어질 때, 표시가 제공될 수 있다. 미리 설정된 기준 값은 프로세서에 입력될 수 있으며, 툴의 특성 및 워크피스 표면의 재료에 따라 달라질 수 있다.

도 7은 다양한 연마 공정에 대한 재료 제거비율 및 표면처리 사이의 관계를 도시하는 다이어그램이다. 종래의 초정밀 연삭을 사용하여 0.1nm Ra 보다 작은 표면 처리를 획득할 수 있지만, 이는 매우 낮은 재료 제거율로 수행됨을 다이어그램으로부터 알 수 있다. 그러므로, 이러한 연삭 작업은 워크피스에서 재료를 제거하기 위해 긴 시간이 걸린다. 연삭 휠을 사용하는 종래의 고정형 연마재 연삭은 최대 500mm³/분의 매우 높은 제거율을 달성할 수 있지만, 이러한 제거율에서 달성가능 한 표면 거칠기는 1000nm Ra를 초과한다. SAG 프로세스를 사용하면, 1 내지 50mm³/분 사이의 중요 제거율과, 1 Ra 또는 이보다 작은 거칠기를 갖는 표면 처리를 달성할 수 있다. SAG 기술을 사용함으로써, 매끄러운 표면 처리가 요구되는 워크피스를 신속하게 생산할 수 있으며, 이는 SAG 기술이 표면 처리에 대한 단점 없이, 재료가 신속하게 워크피스 표면으로부터 제거될 수 있도록 하기 때문이다.

도 8은 본 발명의 성형 공정을 사용하여, 몰드 부품과 곡선형 스크린 제품의 생산 단계를 도시하는 일련의 다이어그램이다. 공정 중 제1 단계인 단계(801)에서, 흑연 블록을 곡선형 유리 디스플레이 스크린을 위한 몰드 부품의 형상으로 대략적으로 만들기 위해 종래의 기술을 사용하여 기계 가공한다. 단계(802)에서, 몰드 표면을 형성할, 모양이 만들어진 흑연 블록의 표면에 탄화규소 층이 배치된다. 단계(803)에서, SAG 공정을 사용하여 탄화규소 코팅을 원하는 표면처리로 연삭하고 다듬어 하나의 몰드 부품을 형성하고, 이 몰드 부품은 제2 몰드 부품과 함께 작동하여, 매끄러운 표면의 유리 부품을 생산하는데 사용되는 유리가 몰딩되는 몰드 캐비티를 형성한다. 단계(804)에서, 가열에 의해 연화된 유리 시트(804a)가 2개의 몰드 부품 사이에 배치되며, 이들은 함께 결합하여 몰드 캐비티의 형상으로 유리를 형성한다. 이 예시에서, 몰드 부품들은 시트를 곡선형 유리 부품으로 형성하기 위해 결합된다. 유리가 충분히 냉각되면, 곡선형 유리 부품은 몰드에서 제거된다. 그 다음, 곡선형 유리 부품은 최종 제조 공정에서, 예컨대 렌즈, 웨어러블 컴퓨터 디스플레이(806), 휴대전화(807) 등과 같은 제품 또는 디스플레이 스크린에 포함된다.

Claims

워크피스 표면을 성형 및 마무리하는 기계로,
상기 기계는 툴, 액추에이터 수단 및 제어 수단을 포함하며,
상기 툴은,
가요성 지지 표면,
가요성 지지 표면에 장착되며 연마재를 지지하는 복수의 강성 펠릿으로서, 각각의 펠릿이 가요성 지지 표면의 반대편에 있는 표면을 구비하며, 상기 강성 펠릿의 표면이 툴의 부분-구면 또는 원통형 작업 표면을 형성하는, 복수의 강성 펠릿, 및
상기 가요성 지지 표면이 장착되는 마운트를 포함하고,
상기 액추에이터 수단은 상기 워크피스 표면에 대해 상기 툴을 이동시키며,
상기 제어 수단은 연성 연삭 작업에 의해 워크피스 표면의 각각의 위치에서 결정된 양의 재료를 선택적으로 제거함으로써 워크피스 표면의 형상을 변경하기 위해, 툴의 작업 표면과 상기 워크피스의 표면 사이에 접촉 영역을 형성하고 상기 워크피스의 표면에 대해 상기 접촉 영역을 이동시키도록 상기 액추에이터 수단을 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 기계.
제1항에 있어서,
액추에이터 수단은 툴의 작업 표면을 형성하는 개별 펠릿이 상기 접촉 영역을 가로질러 이동하도록 축선을 중심으로 상기 툴을 회전시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
툴의 가요성 지지 표면은 컵-형상이고, 툴의 작업 표면은 부분-구면인 것을 특징으로 하는 기계.
제3항에 있어서,
툴의 가요성 지지 표면은 중공 내부 캐비티를 획정하고, 상기 기계는 가압 유체를 상기 내부 캐비티에 공급하는 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 기계.
제4항에 있어서,
상기 기계는 상기 내부 캐비티 내의 유체의 압력을 제어하는 제어 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
툴의 가요성 지지 표면은 텍스타일 패브릭을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계.
제6항에 있어서,
텍스타일 패브릭은 금속 실에 의해 적어도 부분적으로 형성되고, 강성 펠릿은 전기 도금에 의해 금속 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 기계.
제1항에 있어서,
연마재 입자는 앞쪽에는 부스러기 포켓을 그리고 뒤쪽에는 바인더 업-스탠드를 구비하면서 편평한 노출 표면과 기울어진 자세를 갖도록 형상화되는 것을 특징으로 하는 기계.
제1항에 있어서,
툴의 부분-구면 작업 표면은 펠릿이 제공된 환형 영역과 펠릿이 없는 중심 원형 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 기계.
제1항에 있어서,
툴의 부분-구면 작업 표면은 펠릿이 제공된 외부 환형 영역, 펠릿이 제공된 중앙 원형 영역 및 중앙 원형 영역과 외부 환형 영역 사이에 위치하며 펠릿이 없는 중간 환형 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 기계.
성형 기계용 툴로,
상기 툴은 가요성 지지 표면에 부착되며 연마재를 지지하는 복수의 강성 펠릿을 구비한 가요성 지지 표면을 포함하고,
상기 지지 표면의 반대편에 있는 펠릿의 표면은 상기 툴의 부분-구면 또는 원통형 작업 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 툴.
제11항에 있어서,
툴의 가요성 지지 표면은 컵-형상이고, 툴의 작업 표면은 부분-구면인 것을 특징으로 하는 툴.
제11항 또는 제12항에 있어서,
툴의 가요성 지지 표면은 금속 실에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 텍스타일 패브릭을 포함하고, 강성 펠릿은 전기 도금에 의해 금속 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 툴.
제11항에 있어서,
강성 펠릿은 니켈로 형성되는 것을 특징으로 하는 툴.
제11항에 있어서,
강성 펠릿은 레진 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 툴.
제11항에 있어서,
강성 펠릿에 의해 지지되는 연마재는 다이아몬드, 입방정 질화 붕소(CBN), 알루미나 및 실리카로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 툴.
제16항에 있어서,
연마재는 1 내지 100㎛의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 툴.
제11항에 있어서,
연마재 입자는 앞쪽에는 부스러기 포켓을 그리고 뒤쪽에는 바인더 업-스탠드를 구비하면서 편평한 노출 표면과 기울어진 자세를 갖도록 형상화되는 것을 특징으로 하는 툴.
제11항에 있어서,
툴의 부분-구면 작업 표면은 펠릿이 제공된 환형 영역과 펠릿이 없는 중심 원형 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 툴.
제11항에 있어서,
툴의 부분-구면 작업 표면은 펠릿이 제공된 외부 환형 영역, 펠릿이 제공된 중앙 원형 영역 및 중앙 원형 영역과 외부 환형 영역 사이에 위치하며 펠릿이 없는 중간 환형 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 툴.
제11항의 툴을 사용하여 워크피스를 성형하는 방법으로,
워크피스를 가로 질러 툴에 의해 이동되는 경로를 결정하는 단계;
연성-모드 재료 제거를 달성하기 위해 툴 속도, 압력 및 워크피스 상의 툴의 유효 접촉 영역을 결정하는 단계; 및
워크피스로부터 재료를 제거하도록 연성 연삭 공정을 수행하기 위해, 툴 속도, 상기 가해진 압력 및 유효 접촉 영역을 동적으로 변화시키면서 상기 경로를 통해 툴을 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제21항에 있어서,
툴과 워크피스 사이의 접촉 영역은 10 내지 100mm²이고, 툴은 50 내지 500mm/분으로 워크피스를 가로 질러 이동되는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제21항에 있어서,
성형 공정을 수행하기 전에 사전에 정해진 시간 동안 컨디셔닝 표면과 접촉하여 상기 툴을 구동시키는 컨디셔닝 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제23항에 있어서,
컨디셔닝 단계는 컨디셔닝 표면으로부터의 재료 제거율이 일정해질 때까지 수행되는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제23항에 있어서,
컨디셔닝 단계는 툴의 작업 표면이 안정적인 상태에 도달할 때까지 수행되는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제23항에 있어서,
컨디셔닝 공정 동안 툴에 인가된 구동력이 모니터링되고, 모니터링된 구동력이 정상 값에 도달할 때까지 컨디셔닝 공정이 지속되는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
제23항에 있어서,
컨디셔닝 표면은 탄화규소 또는 스틸로 형성된 표면인 것을 특징으로 하는 성형 방법.
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곡선형 유리 부품을 제조하는 방법으로,
재료의 블랭크를 몰드 부품의 형태로 가공하는 단계;
폴리싱되고 곡선형 캐비티 표면을 갖는 몰드 부품을 형성하기 위해, 제21항의 방법을 사용하여 상기 몰드 부품을 성형하는 단계;
연성 상태로 유리 시트를 연화시키는 단계;
연화 유리 시트를 몰드 부품 내로 가압하여 유리를 캐비티 표면의 곡선 형태로 성형하는 단계; 및
몰드로부터 곡선형 유리 부품을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
곡선형 디스플레이 스크린을 제조하는 방법으로,
제30항의 단계들을 수행하는 단계 및 곡선형 유리 부품을 사용하여 렌즈 또는 디스플레이 스크린을 제조하는 추가 단계를 포함하는 제조 방법.