수지결합 다이아몬드 휠의 적용

수지바인더 초경재료 공구는 주로 다이아몬드 또는 CBN을 연마제로, 수지분말을 바인더로 하여 적절한 충전재를 첨가한 후, 배합설계, 중량혼합, 열간압착, 2차경화, 후속가공 등의 공정을 거쳐 다양한 연삭요구에 적용이 가능한 제품입니다.
세라믹 바인더나 금속 바인더와 비교했을 때, 제조 공정이 간단하고 원자재의 접근성이 좋으며, 비용이 저렴하고, 다양한 저품질 초경 연마재에 적용할 수 있는 특징이 있어, 가공 대상물이 광범위하여 가공이 어려운 각종 강철, 경질 합금, 유리, 세라믹, 석재 등에 적용할 수 있습니다.
수지 초경 연마 도구는 자체 연삭성이 좋고 연삭 공정에 끼우기 쉽지 않으며, 작업물 표면 품질이 좋고 연삭 휠을 드레싱하기 쉽기 때문에 널리 사용됩니다.

수지 다이아몬드 공구에 사용되는 수지 바인더는 페놀 수지와 폴리이미드 수지의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 페놀 수지 다이아몬드 공구의 실제 작업 온도는 120도를 넘지 않습니다. 폴리이미드 수지는 내열성이 더 좋으며 260도에서 장시간 사용할 수 있습니다.
비교적 비싼 폴리이미드 수지와 함께 페놀 수지도 점점 더 많이 사용되고 있으며, 특히 최근 몇 년 동안 과학자들은 페놀 수지를 개질하여 실제 작동 온도가 200도 C가 넘는 수지를 생산하기도 했습니다. 예를 들어 영국의 Advanced Mixed Limited에서 만든 939P가 있습니다.

본 논문은 주로 레진 다이아몬드 공구의 설계 아이디어와 영향 요인을 소개합니다.

2. 수지결합 다이아몬드 공구의 설계

수지결합 다이아몬드 공구의 설계는 주로 다음의 5가지 측면을 기반으로 합니다.

(1) 접착성이 좋아야 한다.
결합제는 연마 표면에 고르게 분포되고, 연마 입자는 연마 도구 내에서 견고하게 제어되며, 매트릭스에 견고하게 결합됩니다. 이를 통해 연마재가 조기에 떨어지기 쉽지 않을 뿐만 아니라 결합제가 매트릭스에서 분리되는 것을 방지하여 생산 안전을 보장합니다.

(2) 연삭효율이 높고, 내마모성이 양호하며, 마무리(또는 표면조도)가공이 양호하다.
수지결합은 탄성과 취성이 강하기 때문에 연삭 시 스스로 날카로워지고 막기가 쉽지 않으며 내마모성이 좋지 않습니다.
따라서 바인더 공식을 연구하고 설계할 때는 높은 분쇄 효율뿐만 아니라 가능한 한 높은 내마모성을 갖는 것을 전제로 매끄러움 요구 사항을 보장하는 것을 고려해야 합니다.
바인더의 준비가 중요합니다. 바인더의 비율은 높은 분쇄 효율과 좋은 내마모성을 모두 충족하도록 선택해야 하며, 분쇄 요구 사항을 보장하고 비용을 절감해야 합니다.

(3) 내열성이 좋다.
결합제의 내열성이 좋지 않으면 연마제가 사용 과정에서 고온에 견디지 못하고 소모가 빠르며 심지어 분쇄 열이 너무 높아 연마제가 타거나 균열이 생기고 고리가 생기는 등의 현상이 나타날 수 있으므로 내열성이 좋은 결합제를 선택하여 적절한 필러를 첨가하여 내열성을 향상시킨다.
(2) 연삭공구의 내구성을 향상시키기 위하여 가능한 습식연삭에는 냉각수를 사용한다.
(3) 건식분쇄를 사용하는 경우 연삭공구의 내구성을 향상시키기 위하여 공급량을 가능한 작게 한다.

(4) 결합강도가 높아야 한다.
바인더의 강도는 연삭 효율, 마모량, 공작물의 품질, 사용 과정에서 연삭 공구의 안전 성능에 직접적인 영향을 미치므로 바인더 강도에 영향을 미치는 요소를 이해하는 것이 필요합니다.
 

바인더의 강도에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.

(1) 충진제의 첨가는 바인더의 강도를 증가시키거나 감소시킨다. 대부분의 충진제는 기계적 강도를 증가시키며 일정 범위 내에서 충진제의 양이 증가함에 따라 증가하지만 마모율은 감소한다.
흑연이나 고체 이황화 몰리브덴 등 일부 충전재를 첨가하면 강도가 감소하므로 요구 사항에 따라 합리적인 충전재를 선택해야 합니다.
(2) 연마재의 형성 밀도(또는 연마재의 기공률)는 바인더의 강도에 영향을 미칩니다.
연마재의 성형밀도는 낮고, 기공률은 높고, 바인더의 강도는 낮은 반면, 바인더의 강도는 높습니다.
따라서 연마도구의 기공률 매개변수를 합리적으로 설계하는 것이 필요하다.
(3) 연마성형물의 경화온도, 2차 경화온도 및 온도상승곡선은 바인더의 강도에 영향을 미친다.

바인더 경도는 적절해야 하며, 내마모성이 좋아야 합니다.
바인더의 강도는 다이아몬드(또는 cBN) 연마 입자의 마모 속도와 일치해야 합니다. 연마 입자는 바인더의 빠른 마모로 인해 조기에 떨어져서는 안 됩니다. 그럴 경우 연마재가 완전히 사용되지 않아 낭비가 발생합니다.

3. 레진본딩 다이아몬드 공구의 영향 요인

수지 다이아몬드 공구는 수지 바인더, 필러, 다이아몬드 연마재를 혼합하고 열간 압착하여 경화시킨 것입니다.

그 특성은 수지 바인더, 필러 및 다이아몬드 연마재에 의해서도 직접적으로 영향을 받습니다.

3.1 바인더의 영향은 주로 바인더 종류 및 함량 등의 영향을 포함합니다.

(1) 모든 종류의 수지결합 다이아몬드 공구의 공통적인 특징은 내열성이 낮다는 것입니다. 가공 과정에서 다이아몬드 공구와 공작물 사이에 발생하는 열은 국부적으로 고온이 되기 쉽고, 일단 임계치에 도달하면 다이아몬드의 수지결합제가 유지되지 않아 다이아몬드가 완전히 무뎌지지 않은 조건에서는 떨어져 나가 가공 비용이 크게 증가합니다.

현재는 수지 바인더를 개질하여 내열성을 향상시키고 있다.

고량창 개질 페놀수지는 사각 알킬 에테르로 만들어졌으며, 내열온도는 180도 이상에 달합니다.

두양(杜洋) 등은 붕소실리콘 프리폴리머, 붕산, 페놀 및 포름알데히드를 합성하여 새로운 붕소실리콘 페놀 수지 BSP의 원료로 사용하였다. 페놀 수지 구조에 BO 결합과 유기 실리콘 사슬을 도입한 덕분에 BSP 수지는 내열성과 인성이 우수하며, 수지의 내수성 및 저장 안정성도 향상되었다.

Xiao Dongzheng 등[5]은 BMI(bismaleimide)를 사용하여 페놀수지를 개질하여 내열성이 좋은 bismaleimide 개질 페놀수지를 얻었다.

(2) 수지바인더 함량의 영향.

수지 바인더 함량은 다이아몬드 공구의 가공 성능에 큰 영향을 미칩니다.

단결정 실리콘 슬라이스는 문헌에 소개된 연삭 휠을 얇게 만들고 수지 바인더 함량을 증가시키면 연삭 휠의 경도가 점차 증가하고 압축 강도가 점차 증가하며 수지 바인더 함량이 어느 정도 증가하면 연삭 휠의 경도보다 높아집니다.연삭 휠마모가 느린 경향이 있으며, 연삭 휠 표면에 막힘 현상이 동시에 발생하기 쉽고, 함량이 높을수록 막힘 현상이 더욱 심각해집니다.

(3) 수지바인더 크기의 영향.

중국에서 다이아몬드 연마재 생산에 사용되는 수지 분말의 입자 크기는 대부분 80~180메시 사이입니다. 이 크기 범위에는 두 가지 결함이 있는데, 하나는 연마재의 성형 특성에 영향을 미치고, 다른 하나는 바인더의 특성에 영향을 미칠 수 있다는 것입니다.

억제 과정에서, 나무 분말은 가열하면 부드러워지고, 일정한 유동성을 갖게 되어 코팅된 연마제의 목적을 달성할 수 있지만, 억제 과정에서 결합제 재료는 금형 내의 압력으로 인해 공간이 제한되고, 수지 흐름 범위가 제한되며, 나무 분말 입자 크기가 두꺼울 때, 연마제 결합제의 일부가 강하지 않아 너무 빨리 떨어지게 됩니다.

3.3 연마 다이아몬드의 영향에는 주로 다이아몬드 코팅, 종류 및 입자 크기 등의 영향이 포함됩니다.

(1) 다이아몬드 표면에 금속을 코팅한 후 단입자의 압축강도가 향상되고 마모율이 감소하여 수명이 연장됩니다.

도금이 없는 다이아몬드와 비교하여 구체적인 기능은 다음과 같은 측면을 포함합니다: (1) 수지 결합 다이아몬드 코팅의 느린 열 펄스 코팅은 다이아몬드보다 열전도도가 작아 도금 후 순간적으로 고온의 다이아몬드 입자가 수지에 닿아 도구와 접촉하여 수지의 연마 부분이 고온 손상의 영향을 받지 않도록 보호합니다.

(2) 코팅은 다이아몬드와 바인더의 결합 강도를 향상시키기 위해 다이아몬드가 내부, 외부 및 수지 바인더로 구성된 금속 코팅이 양호한 결합을 이룰 수 있습니다.

(3) 코팅은 다이아몬드 입자의 파쇄 강도를 향상시키고, 도금 금속은 다이아몬드 입자 결함을 보완한 후 보강 역할을 하며, 코팅에는 연성 금속이 포함되어 입자의 파쇄 강도를 향상시키는 데 도움이 됩니다.

(4) 연마입자에 코팅된 물질은 격리보호 역할을 하며 산소 및 기타 유해매체를 격리하는 역할을 합니다. 동시에 고온 연삭에서는 다이아몬드 결정의 흑연화에 대한 코팅이 억제효과를 줄 수 있습니다.

(2) 국내외 초경소재 제조업체에서는 초경연마재에 대하여 비교적 세부적으로 분류하고 있으며, 그 중 저품질 다이아몬드 연마재 또는 자체 예리함과 미세분쇄성이 높은 다이아몬드 연마재를 특수기술로 처리하여 주로 수지결합 다이아몬드 공구의 제조에 사용하고 있다.