KR20190047159A - High speed rotating composite tool and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 회전공구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모재를 감아 적층하는 방식으로 제조되는 고속회전 복합재 공구와 이를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a rotary tool, and more particularly, to a high-speed rotating composite tool manufactured by winding a base material in a laminated manner and a method for manufacturing the same.
회전력을 이용하여 절삭이나 연마를 하는 공구 중에는 다이아몬드 공구가 있다. 이러한 다이아몬드 공구는 입자를 이용하는 공구와 날(edge)을 이용하는 공구를 포함한다. 다이아몬드 공구의 일례로, 대상물을 연마하기 위한 다이아몬드 공구는 원판형상의 샹크(shank)를 갖고, 샹크의 가장자리에 해당하는 측면에는 다이아몬드 지립들이 설치된다. 여기서 다이아몬드 지립들은 천연 또는 인조 다이아몬드, 입방정질화붕소(cubic Boron Nitride, c-BN) 또는 알루미나(Al2O3) 또는 탄화실리콘(silicon carbide) 또는 탄화티타늄(TiC)을 포함하는 연마입자를 포괄적으로 포함한다. Diamond tools are among the cutting and polishing tools that use rotational force. These diamond tools include tools that use particles and tools that use edges. As an example of a diamond tool, a diamond tool for polishing an object has a disk-shaped shank, and diamond grains are provided on the side corresponding to the edge of the shank. Wherein the diamond abrasives comprehensively include abrasive particles comprising natural or artificial diamonds, cubic boron nitride (c-BN) or alumina (Al2O3) or silicon carbide or titanium carbide (TiC).
상기 샹크는 일반적으로 스틸이나 알루미늄 소재로 만들어지고, 상기 샹크의 중심에는 공구와의 연결을 위한 체결용 홀이 형성되어 체결용 홀에 공구가 체결된다. 이 상태에서 공구를 작동시키면 샹크가 고속으로 회전하면서 다이아몬드 지립이 피가공물의 표면을 연마한다. The shank is generally made of steel or aluminum, and a fastening hole for connecting the tool with the tool is formed at the center of the shank to fasten the tool to the fastening hole. When the tool is operated in this state, the diamond abrasive polishes the surface of the workpiece while the shank rotates at a high speed.
그런데, 이러한 다이아몬드 공구는 금속재질로 만들어지므로 공구의 고속회전시 원심력에 의해 샹크의 회전반경 방향으로 팽창하는 변형이 발생하기 쉽고, 이에 따라 가공의 정밀도가 떨어지는 문제가 있다. 또한 샹크가 스틸재질이면 밀도가 높아 고속 가공시에 설비에 부하가 발생하고, 상기 체결용 홀을 만들기 위해서는 샹크 중심에 체결용 홀을 가공하기 위한 별도의 공정이 필요한 단점도 있다. However, since such a diamond tool is made of a metal material, when the tool is rotated at a high speed, a deformation expanding in the radial direction of rotation of the shank due to the centrifugal force is apt to occur. In addition, if the shank is made of steel, a high load is generated at the time of high-speed processing due to high density, and in order to form the fastening hole, a separate step for machining the fastening hole in the center of the shank is required.
이를 해결하기 위해, 다이아몬드 공구의 소재를 비금속재질로 할 수도 있다. 예를 들어 다이아몬드 공구를 탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP)으로 만들 수 있는데, 이 경우 PCM(prepreg compression molidng) 방식으로 다이아몬드 공구가 만들어진다. 하지만 PCM 공법은 소재자체의 가격이 높고 소재를 적층 후 제조하는 방식으로 인해 제조비용이 높아지는 단점이 있다. In order to solve this problem, the material of the diamond tool may be made of a non-metallic material. For example, a diamond tool can be made of Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP), in which a diamond tool is made using the prepreg compression molidng (PCM) method. However, the PCM method has a disadvantage in that the material cost is high and the manufacturing cost is increased due to the method of manufacturing the material after lamination.
또한, 탄소섬유강화플라스틱 소재는 금속에 비해 가공이 어렵고, 따라서 체결용 홀 또는 균형유지를 위한 홀 등을 샹크에 가공하는 것을 더욱 어렵게 하는 단점이 있다. Further, the carbon fiber-reinforced plastic material has a disadvantage in that it is difficult to process compared with a metal, and therefore it is further difficult to process a hole for fastening or a hole for maintaining balance in a shank.
그리고, 종래의 금속재질 샹크를 이용한 공구는 매우 무겁기 때문에 고속회전시 장비가 받는 부담이 증가하여 장비의 수명이 단축되며, 무게로 인해 작업자가 수작업으로 공구를 장비에 체결하거나 분리하는 것이 어려워 크레인 등 별도의 장비를 사용해야 하는 불편함도 있다. In addition, since the tool using the conventional metal material shank is very heavy, the burden on the equipment during high-speed rotation is increased to shorten the service life of the equipment. Due to the weight, it is difficult for the operator to tighten or separate the tool by hand. There is also the inconvenience of using separate equipment.
또한, 종래의 금속재질 샹크는 원형공구의 제조과정에서 발생하는 진원도(roundness) 등의 불량에 따라 무게중심이 회전축에서 벗어날 수 있는데, 이는 휠언밸런스로 인한 흔들림(런아웃, Runout)으로 이어져 품질을 떨어뜨리는 문제도 있다.In addition, the conventional metal material shank may deviate from the rotation axis due to a roundness or the like caused by the manufacturing process of the circular tool, which may lead to runout due to wheel unbalance, There is also a problem.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 모재를 와인딩하는 방식으로 제조한 샹크본체를 통해 샹크본체를 경량화하고 반경방향의 변형량을 줄이는 것이다. It is an object of the present invention to reduce the amount of deformation in the radial direction by reducing the weight of the shank main body through the shank main body manufactured by winding the base material.
본 발명의 다른 목적은 모재를 와인딩한 후 커팅하는 방식으로 샹크를 제조하여 샹크제조공정을 간소화하고 제조비용을 낮추는 것이다. Another object of the present invention is to manufacture a shank by winding and cutting the base material, thereby simplifying the shank manufacturing process and lowering the manufacturing cost.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 필라멘트가 다수회 와인딩되어 형성되고 중심에는 체결홀이 형성되는 샹크본체, 상기 샹크본체의 가장자리에 결합되어 피가공물을 가공하는 지립부를 포함한다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the present invention provides a shank body including a shank body formed by winding a filament several times and having a fastening hole formed at its center, And an abrasive grain portion.
상기 필라멘트는 상기 체결홀을 둘러 반복적으로 와인딩되어 상기 샹크본체를 형성한다. The filament is repeatedly wound around the fastening hole to form the shank main body.
상기 필라멘트는 와인딩되면서 상기 샹크의 반경방향으로 적층되어 상기 샹크본체를 형성한다. The filaments are wound in a radial direction of the shank while being wound to form the shank main body.
상기 샹크본체는 상기 체결홀에 상대적으로 가까운 제1본체와, 상기 제1본체에 적층되는 제2본체를 포함하고, 상기 제1본체와 제2본체는 서로 다른 재질의 필라멘트가 적층되어 형성된다. The shank body includes a first body relatively closer to the fastening hole and a second body stacked on the first body, wherein the first body and the second body are formed by stacking filaments of different materials.
상기 필라멘트는 상기 샹크본체의 두께 방향으로 와인딩됨과 동시에 상기 샹크의 반경방향으로 적층되어 상기 샹크본체를 형성한다. The filaments are wound in the thickness direction of the shank body and laminated in the radial direction of the shank to form the shank body.
상기 필라멘트는 탄소섬유, 유리섬유 또는 케블라섬유 중 어느 하나 또는 다수개를 포함한다. The filament comprises any one or more of carbon fiber, glass fiber or Kevlar fiber.
상기 샹크본체의 중심에는 조립홀이 형성되고, 상기 조립홀에는 샹크코어가 조립되며, 상기 샹크코어에는 상기 체결홀이 형성된다. An assembly hole is formed in the center of the shank main body, a shank core is assembled to the assembly hole, and the shank core is formed with the fastening hole.
상기 샹크코어는 상기 샹크본체 보다 두껍고, 상기 샹크코어는 금속재질로 만들어진다. The shank core is thicker than the shank body, and the shank core is made of a metal material.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 맨드렐을 회전시키는 회전단계와, 회전되는 상기 맨드렐의 외면에 필라멘트가 와인딩되어 원통형의 샹크모재가 만들어지는 와인딩단계와, 상기 샹크모재를 커팅하여 다수개의 샹크본체가 만들어지는 커팅단계와, 상기 샹크본체에 지립부가 결합되는 지립부성형단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a shank base material, comprising the steps of rotating a mandrel, winding a filament on an outer surface of the mandrel to be rotated to form a cylindrical shank base material, A shank body forming step of shaping the shank body; and an abrasive part forming step of attaching the abrasive part to the shank body.
상기 와인딩단계에서 상기 필라멘트는 상기 맨드렐의 길이방향을 따라 와인딩되고, 동시에 상기 맨드렐의 직경방향으로 적층되어 원통형상의 샹크모재가 만들어진다. In the winding step, the filament is wound along the longitudinal direction of the mandrel, and at the same time, the filament is laminated in the radial direction of the mandrel to produce a cylindrical shank base material.
상기 커팅단계에 앞서 상기 샹크모재가 상기 맨드렐에서 분리되는 분리단계가 더 포함되고, 상기 커팅단계에서 샹크모재가 커팅되면 상기 맨드렐이 위치했던 관통홀은 공구가 체결되는 체결홀이 되거나 또는 별도의 샹크코어가 조리되는 조립홀이 된다. Wherein the shank base material is cut in the cutting step so that the through hole in which the mandrel is located can be a fastening hole for fastening the tool, The shank cores of the shank cores are cooked.
상기 맨드렐의 직경은 상기 샹크본체의 체결홀의 내경과 같다. The diameter of the mandrel is equal to the inner diameter of the fastening hole of the shank main body.
상기 커팅단계에서 상기 맨드렐은 상기 샹크모재와 함께 커팅되어 커팅된 맨드렐은 샹크코어가 된다. In the cutting step, the mandrel is cut together with the shank base material, and the cut mandrel becomes a shank core.
상기 필라멘트는 탄소섬유, 유리섬유 또는 케블라섬유 중 어느 하나 또는 다수개를 포함한다. The filament comprises any one or more of carbon fiber, glass fiber or Kevlar fiber.
상기 와인딩단계에 앞서 상기 필라멘트에 접착제를 함침시키는 함침단계가 더 포함되고, 상기 와인딩단계 후에는 상기 접착제를 건조시키는 건조단계가 더 포함된다. Further comprising a step of impregnating the filament with an adhesive before the winding step, and drying the adhesive after the winding step.
위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 고속회전 복합재 공구 및 이를 제조하는 방법에는 다음과 같은 효과가 있다. The high-speed rotating composite tool according to the present invention as described above and the method of manufacturing the same have the following effects.
본 발명에서 공구를 구성하는 샹크본체는 필라멘트를 와인딩한 후에 커팅하여 만들어지므로, 샹크가 경량화되고 반경방향으로 발생하는 변형량이 줄어든다. 따라서 이와 같이 제조된 샹크를 이용한 공구는 가공의 정밀도가 높아지는 효과가 있다. In the present invention, since the shank body constituting the tool is made by cutting after winding the filament, the shank is lightened and the deformation amount generated in the radial direction is reduced. Therefore, a tool using the shank manufactured in this manner has an effect of increasing the precision of machining.
특히, 본 발명의 샹크본체는 무거운 금속재질이 아니라 필라멘트를 와인딩하여 만들어지므로, 종래에 비해 무게가 크게 감소한다. 고속으로 회전하는 공구의 경우에는 무게가 증가할수록 장비가 받는 부담이 증가하여 장비의 수명이 단축될 수 있는데, 본 발명의 공구는 상대적으로 매우 가볍기 때문에 장비의 부담이 크게 줄어들고 장비수명이 늘어나는 효과가 있으며, 결과적으로 장비의 유지, 보수 비용도 줄어드는 효과가 있다. In particular, since the shank main body of the present invention is formed by winding filaments rather than heavy metal materials, the weight is greatly reduced as compared with the conventional case. In the case of a tool rotating at a high speed, as the weight increases, the burden on the equipment increases and the service life of the tool may be shortened. Since the tool of the present invention is relatively light, the burden on the equipment is greatly reduced, As a result, maintenance and repair costs of equipment are also reduced.
또한, 본 발명에 의하면 종래의 금속재질 샹크에 비해 상대적으로 매우 가벼운 샹크를 제조할 수 있다. 이에 따라 작업자는 크레인 등 별도의 장치 없이도 수작업으로 공구를 체결/분리할 수 있어 작업성과 생산성이 크게 향상될 뿐 아니라, 작업의 위험성도 낮출 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to manufacture a very light shank relative to a conventional metal material shank. Accordingly, the operator can manually tighten / separate the tool without a separate device such as a crane, thereby greatly improving the workability and productivity, and reducing the risk of work.
그리고, 본 발명에 의하면 종래의 금속재질 공구에 비해 상대적으로 많이 가벼운 고속회전 공구를 만들 수 있으므로, 제조공정상 발생하는 오차에 의한 휠언밸런스량도 함께 줄일 수 있고, 결과적으로 흔들림을 방지할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, since a relatively high-speed rotating tool can be manufactured in comparison with a conventional metal material tool, the wheel unbalance amount due to an error normally occurring in the manufacturing process can be reduced as well, .
또한 본 발명에서는 금속을 가공하거나 탄소섬유강화플라스틱과 같이 가볍지만 가공이 어려운 재질을 사용하지 않고, 탄소섬유 등을 다수회 감아 원통형상의 샹크모재를 만든 후에 이를 커팅함으로써 다수개의 샹크본체가 만들어진다. 따라서 제조공정이 간단해지고 제조비용이 크게 감소하는 효과가 있으며, 대량 생산에 유리한 장점이 있다. Further, in the present invention, a plurality of shank bodies are made by machining a metal or by making a cylindrical shank base material by winding carbon fiber or the like several times without using a material which is light but difficult to process, such as carbon fiber reinforced plastic. Therefore, the manufacturing process is simplified and the manufacturing cost is greatly reduced, which is advantageous for mass production.
또한, 본 발명에서 와인딩되는 모재로는 섬유재질의 필라멘트가 사용되기 때문에 접착제인 레진 등과 쉽게 혼합될 수 있고, 그 혼합비율의 조절이 용이하므로 용도에 맞게 다양한 특성을 갖는 샹크를 제조할 수 있다. In addition, since a filament made of a fiber material is used as a base material to be wound in the present invention, it can be easily mixed with a resin such as an adhesive, and the mixing ratio thereof can be easily controlled, so that a shank having various properties can be manufactured.
그리고, 본 발명에서 와인딩된 모재를 맨드렐에서 분리하면 맨드렐이 차지하던 공간이 자연스럽게 공구를 체결하기 위한 체결홀이 된다. 따라서 별도의 체결홀을 가공하기 위한 공정이 생략되고, 샹크본체의 제조공정이 간단해지는 효과도 있다. In the present invention, when the rolled base material is separated from the mandrel, the space occupied by the mandrel becomes a fastening hole for naturally fastening the tool. Therefore, a step for machining a separate fastening hole is omitted, and the manufacturing process of the shank main body is also simplified.
또한, 본 발명에서 모재인 필라멘트를 와인딩하는 과정에서 필라멘트의 텐션을 조절하면 제조공정에서 발생하는 잔류응력을 줄일 수 있고, 이를 통해 샹크의 제조정밀도를 높일 수 있다. In addition, in the present invention, by controlling the tension of the filament in the process of winding the filament as a base material, the residual stress generated in the manufacturing process can be reduced, thereby improving the manufacturing precision of the shank.
그리고, 본 발명에서 모재인 필라멘트로는 다양한 복합소재를 사용할 수 있는데, 예를 들어 샹크본체의 내경부분과 외경부분을 서로 다른 모재로 와인딩하여 제조하거나, 서로 다른 두 개의 모재를 혼합한 하이브리드 소재의 필라멘트를 사용함으로써 샹크본체의 특성을 다양하게 변형할 수 있다. In the present invention, a variety of composite materials can be used as the base material filament. For example, the inner and outer diameter portions of the shank main body may be manufactured by winding the base material with different base materials, or a hybrid material obtained by mixing two different base materials By using filaments, the characteristics of the shank main body can be variously modified.
도 1은 본 발명에 의한 고속회전 복합재 공구를 구성하는 샹크본체의 일실시례를 보인 사시도.
도 2는 도 1의 일실시례의 단면구조를 보인 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 고속회전 복합재 공구를 구성하는 샹크본체의 제2실시례를 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 고속회전 복합재 공구를 구성하는 샹크본체의 제3실시례를 보인 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 고속회전 복합재 공구를 구성하는 샹크본체의 제4실시례를 보인 사시도.
도 6은 도 5의 실시례를 구성하는 샹크본체에서 샹크코어가 분리된 모습을 보인 사시도.
도 7(a) 내지 도 7(f)는 본 발명에 의한 고속회전 복합재 공구를 구성하는 샹크본체를 제조하는 과정을 순차적으로 보인 작업상태도.
8은 본 발명에 의한 고속회전 복합재 공구를 구성하는 샹크본체를 제조하는 과정을 순서대로 보인 순서도.1 is a perspective view showing an embodiment of a shank main body constituting a high-speed rotating composite tool according to the present invention.
2 is a sectional view showing a cross-sectional structure of an embodiment of FIG.
3 is a sectional view showing a second embodiment of a shank body constituting a high-speed rotating composite tool according to the present invention.
4 is a perspective view showing a third embodiment of a shank main body constituting a high-speed rotating composite tool according to the present invention.
5 is a perspective view showing a fourth embodiment of a shank main body constituting a high-speed rotating composite tool according to the present invention.
6 is a perspective view showing a state in which a shank core is separated from a shank body constituting the embodiment of Fig. 5; Fig.
7 (a) to 7 (f) are work state diagrams sequentially showing a process of manufacturing a shank main body constituting a high-speed rotary composite tool according to the present invention.
8 is a flowchart showing a process of manufacturing a shank main body constituting a high-speed rotating composite tool according to the present invention in order;
이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the understanding why the present invention is not intended to be interpreted.
또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be " connected, " " coupled, " or " connected. &Quot;
본 발명의 고속회전 복합재 공구는 고속으로 회전하면서 피가공물을 가공하는 것으로, 공구의 본체는 모터 등을 이용해서 샹크에 회전력을 제공한다. 공구의 본체 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략하고, 이하에서는 샹크 부분에 대해서 자세하게 설명하기로 한다. The high-speed rotating composite tool of the present invention processes a workpiece while rotating at a high speed, and the body of the tool provides a rotational force to the shank using a motor or the like. A detailed description of the main body portion of the tool will be omitted, and the shank portion will be described in detail below.
본 발명의 고속회전 복합재 공구는 크게 샹크본체(10)와 지립부(도시되지 않음)로 구성된다. 상기 샹크본체(10)는 공구의 본체에 연결되어 회전되는 부분이고, 지립부는 샹크본체(10)의 가장자리에 결합되어 실질적으로 피가공물을 가공하는 부분에 해당한다. 상기 지립부는 다이아몬드 지립일 수 있고, 다이아몬드 지립들은 천연 또는 인조 다이아몬드, 입방정질화붕소(cubic Boron Nitride, c-BN) 또는 알루미나(Al2O3) 또는 탄화실리콘(silicon carbide) 또는 탄화티타늄(TiC)을 포함하는 연마입자를 포괄적으로 포함하는 것이다. The high-speed rotating composite tool of the present invention largely comprises a shank
상기 샹크본체(10)를 보면, 도 1에서 보듯이 대략 원판형상의 구조를 갖는다. 상기 샹크본체(10)는 얇은 원판형상의 입체구조를 가지고, 그 중심에는 체결홀(30)이 있다. 상기 체결홀(30)은 공구의 본체와의 연결을 위한 부분으로, 체결홀(30)에 공구의 본체가 직접 또는 간접적으로 조립되어 회전력을 전달하게 된다. 상기 체결홀(30)의 크기와 개수는 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 상기 체결홀(30) 주변에는 밸런스 유지를 위한 보조적인 구멍들이 더 뚫려있을 수도 있는데, 이에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다. 그리고, 상기 샹크본체(10)는 반드시 도 1에 도시된 정도의 두께를 가질 필요는 없고, 이 보다 두껍게 형성될 수도 있다. The
상기 샹크본체(10)를 만드는 모재는 필라멘트(W1)이다. 상기 필라멘트(W1)는 유연한 재질로 구성되고, 서로 겹치도록 다수회 와인딩되어 상기 샹크본체(10)를 구성한다. 보다 정확하게는, 유연한 재질의 필라멘트(W1)가 원기둥형상의 맨드렐(110) 외주면에 와인딩되고, 와인딩되는 횟수가 증가하면 필라멘트(W1)가 맨드렐(110)의 직경 방향으로 점점 적층되어 원기둥형태가 된다. 이처럼 필라멘트(W1)가 와인딩되어 원기둥형태의 구조가 되면 원판형상의 샹크본체(10)가 되는 것이다. 샹크본체(10)를 제조하는 보다 자세한 방법은 아래에서 다시 설명하기로 한다. The base material for making the
상기 샹크본체(10)를 구성하는 필라멘트(W1)는 탄소섬유, 유리섬유 또는 케블라섬유 등과 같은 섬유재질이나 탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP) 등으로 구성되는데, 이들 모재 중 어느 하나만 사용되거나 또는 다수개가 혼합되어 사용될 수도 있다. 즉, 본 발명에서 모재인 필라멘트(W1)로는 다양한 복합소재를 사용할 수 있는데, 예를 들어 탄소섬유와 케블라섬유를 혼합한 하이브리드 소재를 필라멘트(W1)로 사용함으로써 샹크본체(10)의 특성을 다양하게 변형할 수 있는 것이다. 여기서 상기 탄소섬유와 케블라섬유는 서로 혼합되어 하나의 필라멘트(W1)를 구성할 수도 있지만, 각각 독립적인 탄소섬유 필라멘트(W1)와, 케블라섬유 필라멘트(W1)가 함께 와인딩되면서 샹크본체(10)를 형성할 수도 있다. 이때 두 필라멘트(W1)는 와인딩되는 속도나 각도를 달리하여 적층될 수도 있다. The filament W1 constituting the shank
상기 필라멘트(W1)는 섬유재질에 접착제 성분을 더하여 제조될 수 있다. 예를 들어 상기 필라멘트(W1)는 탄소섬유에 열경화성 수지계 접착제인 에폭시 접착제(epoxy resin adhesive)를 도포하여 만들어질 수 있고, 이러한 필라멘트(W1)가 적층된 후에 경화되면 서로 겹쳐지게 와인딩된 필라멘트(W1)의 사이가 견고하게 고정되어 입체형상을 만들어낼 수 있다. The filament W1 can be produced by adding an adhesive component to a fiber material. For example, the filament W1 may be formed by applying an epoxy resin adhesive, which is a thermosetting resin adhesive, to the carbon fiber. When the filaments W1 are laminated and then cured, the filaments W1 ) Can be firmly fixed and a three-dimensional shape can be produced.
한편, 도 3에서 보듯이, 샹크본체(10)의 내경부분과 외경부분을 서로 다른 모재로 와인딩하여 제조할 수도 있다. 도 3에서 보듯이 샹크본체(10)의 내경부분과 외경부분은 서로 다른 재질로 만들어질 수 있는데, 상기 체결홀(30)에 상대적으로 가까운 제1본체(10A)와, 상기 제1본체(10A)에 적층되는 제2본체(10B)로 구성되는 것이다. 그리고 상기 제1본체(10A)와 제2본체(10B)는 서로 다른 재질의 필라멘트(W1)가 적층되어 형성된다. 이를 위해 먼저 맨드렐(110)의 외주면에 제1본체(10A)를 형성하는 필라멘트(W1)를 와인딩하고, 제1본체(10A)의 두께가 어느 정도 형성되면 이어서 제2본체(10B)를 형성하는 필라멘트(W1)를 와인딩하여 제2본체(10B)를 만들 수 있다. 물론, 샹크본체(10)가 제1본체(10A)와 제2본체(10B)로만 구성될 필요는 없고, 3개 이상의 복합층을 구성할 수도 있다. 이 경우 중간층은 다시 금속재질로 구성될 수도 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 3, the inner and outer diameter portions of the shank
한편, 도 4에서 보듯이, 상기 샹크본체(10)에는 샹크코어(20)가 조립될 수 있다. 상기 샹크코어(20)는 샹크본체(10)와 별개물로 구성되는 것으로, 상기 샹크본체(10)의 중심에는 조립홀(H)이 형성되고, 상기 조립홀(H)에는 샹크코어(20)가 조립된다. 그리고 상기 체결홀(30)은 상기 샹크코어(20)에 형성된다. 이와 같이 체결홀(30)이 형성되는 부분을 샹크본체(10)와 별개물로 만들면, 샹크본체(10)와 공구가 조립되는 부분(샹크코어(20))과 서로 다른 재질로 만들 수 있다. 이렇게 되면, 다양한 크기와 개수의 체결홀(30)을 샹크코어(20)에 가공한 후에 샹크본체(10)에 조립함으로써 사용목적 및 용도에 맞는 다양한 공구를 제조할 수 있다. 여기서 샹크코어(20)는 스틸이나 알루미늄과 같은 금속재질이거나, 세라믹재질 또는 폴리머일 수 있고, 열박음 공정을 통해 상기 샹크본체(10)의 조립홀(H)에 샹크코어(20)를 견고하게 조립할 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 4, the
도 4에서 보듯이, 상기 샹크코어(20)에는 체결홀(30) 이외에 보조체결홀(32)과 밸런싱홀(34)이 더 있을 수 있다. 상기 보조체결홀(32)은 상기 체결홀(30)을 둘러 다수개가 있는데, 여기에는 볼트와 같은 체결구가 삽입되어 장비와 본 발명에 의한 공구 사이의 결합력을 높이는 역할을 하게 된다. 상기 밸런싱홀(34)은 더 바깥쪽에 위치하는데, 상기 보조체결홀(32)을 둘러 다수개가 있다. 상기 밸런싱홀(34)에는 무두볼트 등이 체결되어 공구의 휠밸런스를 유지해주는 역할을 하게 된다. 도면에 도시된 보조체결홀(32)과 밸런싱홀(34)의 개수, 형상 및 위치는 하나의 예시에 불과하고, 다양한 변형이 가능하다. As shown in FIG. 4, the
도 5에는 샹크코어(20)가 상기 샹크본체(10) 보다 두꺼운 실시례가 도시되어 있다. 이에 보듯이, 샹크코어(20)를 별개물로 구성하면 보다 다양한 형상의 샹크를 제조할 수 있다. 또한 샹크코어(20)의 두께를 두껍게 하여 공구의 본체와 체결되는 부분의 강도를 충분히 높일 수도 있다. 도 6에는 도 5의 샹크코어(20)가 샹크본체(10)에서 분리된 상태인데, 열박음 공정 등을 이용하여 샹크본체(10)의 조립홀(H)에 샹크코어(20)가 조립될 수 있다. Fig. 5 shows an embodiment in which the
아래는 본 발명에 의해 제조된 고속회전 복합재 공구를 종래의 금속재질 공구(샹크)와 비교한 것이다. The following is a comparison of a high-speed rotating composite tool produced by the present invention with a conventional metal material tool (shank).
위 표 1에서 보듯이, 최고속도로 작동할 때 공구의 외경에서 반경방향으로 변형되는 정도를 보면, 본 발명이 종래기술에 비해 크게 줄어든 것을 볼 수 있다. 그리고, 본 발명에서는 필라멘트(W1)를 구성하는 섬유소재와 접착제가 쉽게 혼합되기 때문에 그 혼합비율을 조절하여 용도에 맞게 다양한 특성을 갖는 샹크를 만들어낼 수 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이, 샹크본체(10)의 제1본체(10A)와 제2본체(10B)를 서로 다른 모재로 와인딩하여 제조하거나, 서로 다른 두 개의 모재를 혼합한 하이브리드 소재의 필라멘트(W1)를 사용함으로써 샹크본체(10)의 특성을 다양하게 변형할 수도 있다. As can be seen from Table 1 above, the degree of deformation in the radial direction from the outer diameter of the tool when operating at the highest speed can be seen that the present invention is greatly reduced compared to the prior art. In the present invention, since the fiber material constituting the filament W1 is easily mixed with the adhesive, the shank having various characteristics can be produced by adjusting the mixing ratio thereof. As described above, the filament W1 of the hybrid material in which the first
다음으로 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명에 의한 고속회전 복합재 공구를 제조하는 방법을 살펴보기로 한다. Next, a method of manufacturing a high-speed rotating composite tool according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG.
먼저 맨드렐(110)이 회전되는 단계가 선행된다.(S10) 상기 맨드렐(110)은 도 7(a)에서 보듯이, 원기둥형상이고 양단에 스토퍼(115)가 있다. 상기 스토퍼(115) 사이의 공간에서 필라멘트(W1)가 와인딩된다. 아래에서 설명되듯이 상기 맨드렐(110)이 회전되는 과정에서 필라멘트(W1)가 공급되면 맨드렐(110)의 외주면에 필라멘트(W1)가 자연스럽게 감긴다. 여기서 맨드렐(110)의 직경은 샹크본체(10)에 형성된 체결홀(30)의 직경과 같다. First, a step of rotating the
한편, 상기 필라멘트(W1)는 접착제에 함침된다.(S20) 도 7(b)와 같이 필라멘트(W1)가 함침용 드럼(120)과 접촉하면서 지나면 드럼(120)의 외면에 있는 접착제가 필라멘트(W1)에 도포된다. 물론 필라멘트(W1)가 반드시 드럼(120)을 지나면서 접착제가 도포될 필요는 없고, 다양한 방식으로 함침될 수 있다. When the filament W1 comes into contact with the impregnating
접착제가 도포된 필라멘트(W2)는 상기 맨드렐(110)에 와인딩되면서 원통형상이 된다.(S30) 도 7(c)에서 보듯이, 상기 필라멘트(W2)는 와인딩되면서 상기 샹크본체(10)의 반경방향으로 적층되어 상기 샹크본체(10)를 형성하게 된다. 즉, 상기 필라멘트(W2)는 상기 샹크본체(10)의 두께 방향으로 와인딩됨과 동시에 상기 샹크의 반경방향으로 적층되어 상기 샹크본체(10)를 형성하는 것이다. 이를 위해 상기 필라멘트(W2)는 맨드렐(110)의 길이방향을 따라 반복적으로 왕복하면서 공급될 수 있는데, 맨드렐(110)의 양쪽에 있는 한 쌍의 스토퍼(115) 사이를 왕복하면서 필라멘트(W2)가 점차적으로 적층되는 것이다. 참고로 구분을 위해 맨드렐(110)에 와인딩되기 전의 필라멘트는 W1으로 표시하고, 맨드렐(110)에 와인딩된 필라멘트는 W2로 표시하였다. The filament W2 to which the adhesive is applied is wound on the
이때, 상기 맨드렐(110)이 일정하게 회전하는 상태에서 상기 맨드렐(110)의 길이방향을 따라 필라멘트(W1)의 이송속도를 감소시키거나 상기 맨드렐(110)의 길이방향을 따라 필라멘트(W1)를 일정한 속도로 이송하는 상태에서 상기 맨드렐(110)의 회전 속도를 감소시키면, 상기 맨드렐(110)의 회전 중심에 대한 와인딩 각도가 작아지고 상기 샹크본체(10)의 길이방향 강성이 증가할 수 있다. 그리고 앞서 설명한 바와 같이, 필라멘트(W1)로 두 가지 이상의 재료를 사용하는 경우에는 여러 종류의 필라멘트(W1)를 번갈아 와인딩하는 방식을 사용할 수도 있다. At this time, the feeding speed of the filament W1 is decreased along the longitudinal direction of the
이러한 과정을 통해 원통형상의 샹크모재가 만들어지고, 도 7(d)와 같이 샹크모재가 맨드렐(110)에서 분리되는 분리단계가 이어진다.(S40) 분리된 원통형상의 샹크모재의 중심에는 맨드렐(110)이 있었던 부분에 해당하는 빈공간이 만들어진다. 이 빈공간은 체결홀(30)이 된다. Through this process, a cylindrical shank base material is produced, followed by a separation step in which the shank base material is separated from the
그리고, 분리된 샹크모재를 건조한 후에(S50), 커팅장치(130)를 이용해서 원통형의 샹크모재를 커팅하여 다수개의 샹크본체(10) 가공하는 단계로 이어진다.(S60) 이처럼 샹크모재를 커팅하면 한번에 다수개의 샹크본체(10)가 동시에 제조될 수 있다. 이때 커팅장치(130)를 이용해서 샹크모재를 커팅하는 과정에서, 샹크본체(10)의 두께를 조절할 수 있다. 그리고 위와 같이 반경방향으로 적층하여 제조하는 과정을 거치므로 샹크본체(10)에는 잔류응력이 존재할 수 있는데, 모재인 필라멘트(W1)를 와인딩하는 과정에서 필라멘트(W1)의 텐션을 조절하면 이러한 잔류응력을 줄일 수 있고, 이를 통해 샹크의 제조정밀도를 높일 수 있다. 마지막으로, 샹크본체(10)의 측면 가장자리에 지립부를 결합하면(S70) 샹크의 제조가 마무리된다. Then, after the separated shank base material is dried (S50), the cylindrical shank base material is cut by using the
위의 제조과정에서는 별도의 샹크코어(20)가 생략되고, 맨드렐(110)이 존재했던 빈 공간이 바로 체결홀(30)이 되었지만, 도 6과 같이 별도의 샹크코어(20)를 만들어 샹크본체(10)에 조립할 수도 있다. 그리고, 상기 커팅단계에서 상기 맨드렐(110)은 상기 샹크모재와 함께 커팅되어 커팅된 맨드렐(110)은 샹크코어(20)가 될 수도 있다.In the above manufacturing process, the
이상에서, 본 발명에 따른 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them. Furthermore, the terms "comprises", "comprising", or "having" described above mean that a component can be implanted unless otherwise specifically stated, But should be construed as including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
10: 샹크본체
20: 샹크코어
30: 체결홀10: shank body 20: shank core
30: fastening hole
Claims (16)
상기 샹크본체의 가장자리에 결합되어 피가공물을 가공하는 지립부를 포함하는 고속회전 복합재 공구.
A shank main body in which filaments are formed by winding a plurality of times and a fastening hole is formed at the center,
And an abrasive grain portion coupled to an edge of the shank main body for machining a workpiece.
The tool of claim 1, wherein the filament is repeatedly wound around the fastening hole to form the shank body.
The tool of claim 1, wherein the filaments are wound in a radial direction of the shank to form the shank body.
상기 체결홀에 상대적으로 가까운 제1본체와,
상기 제1본체에 적층되는 제2본체를 포함하고,
상기 제1본체와 제2본체는 서로 다른 재질의 필라멘트가 적층되어 형성되는 고속회전 복합재 공구.
The shank device according to claim 1,
A first body relatively closer to the fastening hole,
And a second body stacked on the first body,
Wherein the first body and the second body are formed by laminating filaments of different materials.
The high-speed composite tool according to claim 1, wherein said filaments are wound in a thickness direction of said shank body and laminated in a radial direction of said shank to form said shank body.
The tool of claim 1, wherein the filament comprises one or more of carbon fiber, glass fiber or Kevlar fiber.
The high-speed rotating composite material tool according to any one of claims 1 to 6, wherein an assembly hole is formed in the center of the shank body, a shank core is assembled in the assembly hole, and the shank core is provided with the fastening hole .
8. The tool of claim 7, wherein the shank core is thicker than the shank body.
8. The tool of claim 7, wherein the shank core is made of a metal material, a ceramic material, or a polymer material.
회전되는 상기 맨드렐의 외면에 필라멘트가 와인딩되어 원통형의 샹크모재가 만들어지는 와인딩단계와,
상기 샹크모재를 커팅하여 다수개의 샹크본체가 만들어지는 커팅단계와,
상기 샹크본체에 지립부가 결합되는 지립부성형단계를 포함하는 고속회전 복합재 공구의 제조방법.
A rotating step of rotating the mandrel,
A winding step in which a filament is wound on an outer surface of the mandrel to be rotated to produce a cylindrical shank base material;
A cutting step of cutting the shank base material to produce a plurality of shank bodies,
And an abrasive grain forming step in which abrasive grains are joined to the shank main body.
The method of claim 10, wherein in the winding step, the filament is wound along the length direction of the mandrel and is laminated in the radial direction of the mandrel to produce a cylindrical shank base material.
[12] The method according to claim 11, further comprising separating the shank base material from the mandrel prior to the cutting step, wherein when the shank base material is cut at the cutting step, the through hole in which the mandrel is positioned is fastened Thereby forming a fastening hole or an assembly hole in which a separate shank core is to be cooked.
13. The method of claim 12, wherein the diameter of the mandrel is equal to the inner diameter of the fastening hole of the shank body.
12. The method of claim 11, wherein in the cutting step, the mandrel is cut with the shank base material so that the cut mandrel becomes a shank core.
The method of claim 11, wherein the filament comprises one or more of carbon fiber, glass fiber, or Kevlar fiber.
상기 와인딩단계 후에는 상기 접착제를 건조시키는 건조단계가 더 포함되는 고속회전 복합재 공구의 제조방법.
16. The method according to any one of claims 11 to 15, further comprising the step of impregnating the filament with an adhesive before the winding step,
Further comprising a drying step of drying the adhesive after the winding step.
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