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2. CBN
지석에 대하여
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CBN이란...
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CBN이란, 인조 다이아몬드를 만드는 것과 같은 방법으로 붕소의 질화물을 고온고압으로 재결성 시킨
입방정계
질화 붕소(Cubic Boron Nitride)라는 STEEL 연삭용 초 연마재입니다.
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| CBN의 특성 |
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CBN의 경도는 옆의
그림과 같이 Al2O3 ( WA 및 지석용 저립),
SiC(GC 및 C 지석용 저립)보다 단단하고 다이아몬드에 이어서
지구상에서 2번째로 강한 불질입니다.
경도만을 생각하면 다이아몬드는 가장 단단해서 강의 연삭에서도 간단히 연삭 될 듯하지만 다이아몬드는
공기 중에서 600~700 °c부터 산화가 진행해서 마모합니다.
또 다이아몬드는 원래 탄소로 되어있기 때문에 강 속의 철과 아주
반응하기 쉽고 다이아몬드 마모의 원인이
됩니다. 이에 대해서 CBN은 1370 °c 의 고온까지 안정하며 철과의 반응도 전혀 없기 때문에 CBN의
마모는 아주 적어집니다.
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| CBN의 성능 |
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아래숫자는 연삭
회수를 나타냅니다. |
각각의 저립 1알만을 ø155mm의 원판외주에 고정해서
피삭재(SKH9, HRC63)의 면에 1회전마다 1개씩 흠을 내어
각각의 흠의 깊이가 어떻게 변화하는가를 조사해 보았습니다.
그 결과가 좌측의 그림입니다.
CBN 1260회째의 마모와 다이아몬드 150회째의 마모가 거의
동일합니다. 이
데이터에서 얼마나 CBN이 강연삭에 우수한지를 알 수
있습니다.
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| CBN 저립의 종류 |
| CBN 저립에는 일반적으로 2가지로 나눌 수 있습니다. 즉 금속 코팅 된 CBN과 코팅되지 않은
CBN입니다. 금속 코팅 된 CBN 저립은 주로 레진 본드용으로 사용되며 코팅되지 않은 CBN은 메탈, 비트리화이드, 전착에 사용되고 있습니다. |
| 입 도 |
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CBN 의 입도는
우측의 표와 같이 분류하고
있읍니다.
휠의 입도는 사용되는 저립의 거친 쪽을
표시합니다.
예를 들면 #140/170의 저립은 #140체를
통과해서 #170체에 걸린
저립으로 이 저립을
사용했을 때 휠에는 #140이라고 표시합니다.
체를 사용해서 저립의 크기를 분급할 수 있는 것은 325 메쉬까지 입니다.
저립의 크기는 메쉬로 부르는 방법과 동시에
입경과 대응시켜 보면 이해할 수 있습니다.
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표시입도
MESH
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사용지립의 분급 MESH
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입경분포 μ
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60
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60/80
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250 ~ 320
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80
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80/100
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210 ~ 250
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100
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100/120
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170 ~ 210
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120
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120/140
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150 ~ 170
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140
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140/170
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130 ~ 150
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170
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170/200
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110 ~ 130
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200
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200/230
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90 ~ 110
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230
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230/270
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70 ~ 90
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270
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270/325
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60 ~ 70
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325
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325/400
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55 ~ 65
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400
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G45
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36 ~ 54
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800
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G30
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22 ~ 36
|
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1000
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G15
|
12 ~ 22
|
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2000
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G9
|
8 ~ 12
|
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2500
|
G6
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4 ~ 8
|
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3000
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G3
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2 ~ 4
|
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8000
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G1
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0 ~ 2
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집중도
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| 저립율 |
집중도 |
사용캐러트 수 |
집중도라는 것은 다이아몬드가 어느 정도 포함되어 있는가를
나타내는 것입니다.
용적 %로 표시한 저립율이 25%인 것을 집중도 100으로 부르고
4.4ct/㎤의
다이아몬드가 사용되고 있습니다. 따라서 저립율,
집중도, 사용 캐러트 수의 관계는 좌측의 표와 같이 됩니다.
휠의 가격은 집중도와 관계 있다는 것을 알 수 있습니다.
집중도는 피삭재,
가공조건 등에 의해 결정됩니다.
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| 25%vol% |
100 |
4.4ct/㎤ |
| 18.8 |
75 |
3.3 |
| 12.5 |
50 |
2.2 |
| 6.3 |
25 |
1.1 |
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결합제
및 결합 방법
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| 결합제에는 레진본드, 전착, 메탈본드, 비트리화이드 본드의 4종류가
있습니다. |
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-1.
레진 본드 휠(Resin Bond Wheel)
레진(Resin)이라는 것은 "수지", "합성수지"를
의미하고 Resin Bond휠은 수지를 주성분으로 하여 각종 Filler
(금속성분, 세라믹 성분 등)를 혼합한 특수지로 지립을 결합한 것이다.
수지로는 주로 페놀 수지, 폴리아미드 수지를 사용하며 이로 인한 저립의 결합 특성상 Resin Bond 휠은 탄력성이
있으며 피삭재와 접촉이 연하고
절미 및 사상면이 양호하나 내마모성 및 내열성이 약한 단점이 있다.
Diamond, CBN 연삭 휠 (Resin, Metal, Vitrified, 전착) 중 모든 연삭 작업(평면연삭, 원통연삭, 홈연삭, 센타레스연삭,
양두연삭, 내면연삭 등)에 가장 적용이 무난하여 총경합금전반, 유리, CERMET, CERAMIC, 공구강등 많은 종류의
피삭재 연삭시 가장 널리
보편화 되어 있다.
피삭재의 경도가 HRC50이상의 철계 재료이면 CBN휠로 연삭하면 경제성이 있습니다.
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<각종
FILLER>
- 페놀수지
-폴리아미드 수지
- 금속분(Cu등)
- 세라믹(GC등)
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-2.
메탈 본드 휠(Metal Bond Wheel)
Metal Bond 휠은 저립을 금속분말로 결합하여 주는 것으로 용도에 따라 석재용 Saw,
Cutter, 산업용 휠로 구분된다.
석재, 유리, 세라믹등 경질재료의 총형가공, 일반연마(평면, 홈), Honing작업등에 주로 사용되는 Metal Bond 휠은
Resin,
Vitrified에 비하여 결합제의 기계적 성질(강도, 경도등)이 우수하여 저립의 보지력이 강하고, 연마시 발생하는
열의 흡수 및 전달이 용이하며,
형상 유지성이 양호하여 총형가공이 용이하고 수명이 길어 석재, Glass, Quartz,
Ceramic등 취성이 강한 재질의 연마작업과 높은 연삭비를
요하는 작업에 적절하다.
결합제로서는 Cu, Co, Fe, Sn, Ni, Mo등 여러 금속원소들이 사용되는데 이들 원소들을 적절히 배합한 결합제와
저립과의 결합공정인 소결(Sintering)의
제어에 따라 제품의 품질에 미치는 영향이 지대하며 최적의 소결 Control,
입자선정, Mesh, 집중도 등을 제어하여 이상적인 제품을 제조한다.
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-3.
Vitrified 본드 휠(Vitrified Bond Wheel)
비트리화이드라는 것은 "유리질 세라믹스"를 의미하고
Vitrified Bond 휠이라는 것은 규산염 유리를 주성분으로 점토등
각종 무기물을 첨가한 특수유리로 저립을 결합한 것이다.
제법상의 제약으로 일정이상의 밀도로 하는 것이 불가능하고 자연히 기공이 존재한다. Vitrified Bond의 일반적인
특징을 레진본드와 비교해서
나타낸 것이다.
| 구조
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휠은 유리조직으로 브릿지
결합되어 많은 기공을 갖는다.
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무기공
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| 결합제의 경도
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10
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1
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| 영율
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10 ( 6 - 10 X
10Kgf/mm )
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1 ( 4 - 6 X
10Kgf/mm )
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| 열팽창 계수
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1 ( Vit : 2 - 7.6
X 10 )
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5 ( AL : 24 X 10 )
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-4.
전 착
전착 휠은 휠 보디표면에 1층만 CBN 저립을 전기 도금법으로 고정한 휠입니다.
총형 연삭하는 경우 휠 샹크에
소정의 총형성상을 만들어 그 표면에 CBN 저립을 도금해서 고정하는 것만으로 총형 휠이 얻어져 탭, 드릴, 엔드밀
등의 홈연삭, 펀치 등의 총형연삭을 이 휠로 행할 수 있습니다.
CBN 지립을 1층만 도금했기 때문에 휠의 최초 코스트는 싸집니다. 이 1 층망
저립이 없어지면 이 휠은 수명이
다하는데 이 휠의 샹크를 재생 사용 함으로서 휠 코스트를 싸게 할 수 있습니다.
전착 휠은 지립의 1/3 ~ 1/2이 전착으로부터 돌출해 있기 떄문에 다른 본드에
비해 아주 절미가 좋다고 할 수
있습니다.
전착 휠이 사용되고 있는 것은 주로
▷ 총형연삭 ▷ 지그연삭 ▷ 다품종소량생산 ▷ 소경의 내면연삭
등의 분야입니다. |
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휠 직경
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연삭 중에 발생한 연삭열은 연삭액 및 공기에 의해 냉각됩니다. 휠 경이 작으면
저립이 1회 회전해서 다음에 연삭 할
때까지의 시간이 짧아져 충분히 냉각되지 않는 사이에 연속 연삭이 되어 연삭열이 축적됩니다. 이 열은 다이아몬드
지립
마모의 원인이 되고 또 지립 근방의 레진 본드를 열화 시켜, 그 결과 다이아몬드 저립의 탈락을 촉진시킵니다. 따라서
다이아몬드 휠은 가능한
한 큰 외경으로 하는 것이 좋다고 할 수 있습니다.
특히 재료제거속도가 높은 연삭에서는 연삭 발열이 많아지고 휠 수명이 저하해서 코스트가 상승됩니다. 이 같은
경우에도 휠을 크게 설계하면 연삭 코스트가 싸집니다.
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기 계
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기계는 진동이 없고 강성이 높은 것을 사용해 주십시오. 만약 테이블과 스핀들에
진동이 있으면 파도무늬 마크가
발생하기도 하고 극단적인 휠 마모를 일으키기도 합니다.
최적의 연삭 효율을 얻기 위해서는 휠 주속과 절입이 항상 안정할 수 있은 마력이 필요합니다. 만약 마력이 부족한
기계를 사용하면 휠 회전속도가 저하하고 휠의 이상마모, 연삭 효율의 저하라고 하는 결과를 초래합니다.
기계는 진동이 없고 강성이 높으며, 마력이 높은 것을 사용하시는 것이 이상적입니다.
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| 휠 주속 |
| 레진 본드 |
휠 수명, 재료제거속도 등은 CBN휠의 주속에 의해 크게 변화하기 때문에 최적
휠 주속을 선택할 필요가 있습니다. 권장 휠 주속은 좌측의 표와
같습니다.
단 습식으로 연삭액 압을 높게 해서 휠을 충분히 냉각하는 경우에는
휠 주속을 400m/min까지 높일 수 있고 휠 주속이 빨라지면 휠 수명도
길어짐과 함께 재료 제거속도도 높게 할 수 있습니다.
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| 습 식 |
1400~1800 m/min |
| 건 식 |
900~1200 m/min |
| 절 입 |
| CBN휠 입도 |
절 입 |
절입의 대소는 가공능률의 양부를 좌우합니다. 가공능률을 올리려고
절입을 너무 크게 하는 것은 휠 수명이 짧아지는 결과를 초래하기
때문에 절입은 좌측의 표를 참고해 주십시오.
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| # 80~120 |
0.02 ~ 0.05mm |
| # 140~200 |
0.01 ~ 0.02mm |
| # 230 이하 |
0.01mm 이하 |
| 트루잉(Trueing) 과 드레싱(Dressing) |
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a. Trueing
지석의 연삭면(외경
및 측면)의 떨림을 제거하고 요구하는 형상을 만들어 주는 작업.
b. Dressing
지석 지립간의 눈막힘의 원인이 되는 융착 절설을
제거하여 칩포켓을 만들어 주며, Trueing 또는 사용 후 마모된
입자를 제거, 새로운
입자를 돌출시켜, 지석의 연삭, 절삭성 향상을 회복 목적으로 행하는 작업
*** 일반적으로 연마지석 표면을 양호하게 재
정형(整形)하는 작업으로, Dressing은 Trueing작업을 포함하여
호칭하는 경우가 많다.
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| 드레싱용 일반 지석의 선택방법 |
| 다이아몬드 휠 입도 |
트루잉용 일반지석 |
드레싱은 다이아몬드 휠의 결합제 만을 후퇴시켜 다이아몬드 저립을
돌출 시키는 것이 목적이기 때문에
스틱의 입도는 다이아몬드 저립보다
2단계 고운 스틱을 사용하는 것이 좋습니다. 드레싱용 지석의 선택은
좌측의 표를
참고하십시오.
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| # 80보다 거친 것 |
C 46 - M |
| #100 ~ #200 |
C 60 - M |
| #230 ~ #325 |
C 80 - M |
| #400보다 고운 것 |
WA 200-G |
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휠 부착방법
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기계에 부착된 휠의 외주 또는 측면에 떨림이 있으면 연삭 중에
▶ 피삭재에 파도무늬 마크가 발생
▶ 기계가 진동하고 연삭음이 높아진다.
▶ 휠 수명이 극단적으로 짧아진다.
와 같은 문제를 일으킵니다.
이 같은 문제를 방지하기 위해서는 휠을 바르게 장착할 필요가 있습니다. 스트레이트 휠에서는 외주 떨림이
0.02mm이하가 되도록 부착해 주십시오.
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연삭액
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연삭액을 대별하면 불수용성과 수용성과의 2종류가 있습니다. 불수용성 연삭액이라는
것은 물에 녹지 않는 유성의
연삭액이며 윤활성은 아주 좋지만 냉각성이 아주 나쁘고 작업성도 가장 나쁜 연삭액입니다. 그러나 아주 질기고 경도가
낮은 피삭재, 예를 들면 스텐레스강, 인코넬, 와스파로이 등을 연삭하는 경우, CBN휠의 연삭 성능을 가장 좋게 발휘할 수
있습니다. 또 중 연삭에
있어서도 마찬가지로 큰 위력을 발휘할 수 있습니다.
수용성 연삭액이라는 것은 물에 녹는 연삭액입니다. 이 수용성 연삭액에는 에멀죤
솔루블 케미칼의 3종류가 있습니다.
에멀죤은 물에 녹이면 유백색의 불투명한 연삭액으로 됩니다. 에멀죤은 불수용성 연삭액
다음으로 윤활성이 좋고
냉각성은 불수용성 연삭 액보다 우수합니다. 만약 작업성으로 보아 불수용성 연삭액을 사용하기 어려운 장소에는
에멀존형 연삭액의
사용을 권장합니다. 단 희석농도는 5%이상으로 진하게 해 주십시오.
솔루블은 물에 녹이면 반투명의 연삭액이 됩니다. 솔루블은 에멀죤에 이어 윤활성이
좋고 냉각성은 에멀죤보다 좋습니다.
통상의 연삭에서는 솔루블로 충분합니다.
케미칼은 물에 녹이면 투명한 연삭액이 됩니다. 케미칼은 냉각성이 가장
좋은 반면 윤활성은 나빠지는데 통상의 연삭에서
케미칼을 사용하는 경우 솔루블로 바꿀 필요는 없습니다.
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