숫돌

<시간 />

배경

그라인딩 휠은 휠을 형성하기 위해 매트릭스에서 함께 결합된 천연 또는 합성 연마 광물로 만들어집니다. 이러한 도구는 가정 작업장에 익숙할 수 있지만 대부분은 제조 산업에서 개발 및 사용되기 때문에 일반 대중은 인식하지 못할 수 있습니다. 이 분야에서 연삭 휠은 150년 이상 동안 중요했습니다.

제조업체의 경우 연삭 휠은 금속 및 기타 재료의 모양을 만들고 마무리하는 효율적인 방법을 제공합니다. 연마재는 종종 정밀한 치수와 고품질 표면 마감으로 부품을 생성하는 유일한 방법입니다. 오늘날 연삭 휠은 철강 및 석조 블록을 절단하는 데 사용되는 미국의 거의 모든 제조 회사에 사용됩니다. 칼, 드릴 비트 및 기타 여러 도구를 날카롭게 하기 위해; 또는 도장 또는 도금을 위해 표면을 청소하고 준비합니다. 보다 구체적으로, 자동차 의 정밀도 캠축 및 제트 엔진 로터는 연삭 휠을 사용해야 합니다. 고품질 베어링은 그것들 없이는 생산될 수 없으며 세라믹이나 복합 재료와 같은 새로운 재료는 부품을 성형하고 마무리하기 위한 그라인딩 휠 없이는 불가능합니다.

천연 시멘트에 결합된 석영 알갱이로 만들어진 유기 연마재인 사암은 아마도 최초의 연마재였을 것입니다. 축의 부싯돌을 매끄럽고 날카롭게 만드는 데 사용되었습니다. 19세기 초까지 에머리(철과 강옥을 함유한 천연 광물)는 금속을 자르고 모양을 만드는 데 사용되었습니다. 그러나 에머리는 품질이 다양하고 미국에서 발견되기 전에 인도에서 수입하는 문제로 인해 보다 신뢰할 수 있는 연마 광물을 찾기 위한 노력을 촉발했습니다.

1890년대까지 수색은 커런덤보다 단단한 합성 광물인 탄화규소를 산출했습니다. 결국 제조업체는 더 나은 대안인 합성 커런덤이나 산화알루미늄을 생산하는 방법을 알아냈습니다. 이 보크사이트 파생물을 만들면서 그들은 천연 광물과 탄화규소보다 더 안정적인 연마 재료를 개발했습니다. 합성 광물에 대한 연구는 또한 소위 초정밀연마재의 생산으로 이어졌습니다. 이 범주에서 가장 중요한 것은 합성 다이아몬드와 입방정 질화붕소 로 알려진 광물입니다. (CBN), 합성 다이아몬드에 이어 경도 2위. 오늘날 개발이 계속되고 있으며 씨드 젤 산화알루미늄이 막 도입되었습니다.

연삭 휠의 역사를 통틀어 연마 입자를 함께 유지하는 결합은 입자 자체만큼이나 중요하다는 것이 입증되었습니다. 숫돌의 성공은 1840년대 초 고무나 점토를 포함하는 결합이 도입되면서 시작되었고, 1870년대에는 유리질이나 유리와 같은 구조를 가진 결합이 특허를 받았습니다. 그 이후로 그라인딩 휠에 사용되는 본드는 지속적으로 개선되었습니다.

그라인딩 휠은 0.25인치(0.63센티미터) 미만에서 직경 수 피트에 이르는 다양한 크기로 제공됩니다. 또한 다양한 형태로 제공됩니다. 평평한 디스크, 실린더, 컵, 원뿔 및 주변으로 절단된 프로파일이 있는 휠은 일부에 불과합니다. 연마제 층을 금속 휠 표면에 결합하는 것과 같은 많은 기술이 연삭 휠을 만드는 데 사용되지만, 이 논의는 결합 매트릭스에 포함된 유리화된 재료로 구성된 휠에 국한됩니다.

숫돌을 만들기 위해서는 먼저 재료를 섞어야 합니다. 일부 제조업체는 단일 믹서에서 모든 재료를 단순히 혼합합니다. 다른 사람들은 연마 입자를 결합제와 혼합하기 위해 별도의 단계를 사용하고, 습식 연마재를 분말 결합 재료가 포함된 두 번째 믹서로 옮기고, 혼합물을 텀블링합니다. 다음으로, 성형 단계에서 휠이 형성됩니다. 재료 혼합물을 주형에 붓고 유압 프레스로 압축합니다.

원자재

연마 입자와 결합 재료라는 두 가지 중요한 구성 요소가 연삭 휠을 구성합니다. 종종 첨가제는 원하는 방식으로 특정 재료를 형성하는 데 필요한 특성을 가진 휠을 만들기 위해 혼합됩니다.

연마 입자는 모든 연삭 휠의 중심 구성 요소를 구성하며 연삭 재료의 경도와 파쇄성은 주어진 휠의 거동에 상당한 영향을 미칩니다. 경도는 Friedrich Mohs라는 독일 광물학자가 1812년에 개발한 상대적 척도로 측정됩니다. 이 척도에서 극도로 부드러운 활석과 석고는 1과 2의 경도를 나타내고 커런덤과 다이아몬드는 9와 10의 경도를 나타냅니다.

파쇄성은 물질이 얼마나 쉽게 부서지거나 분쇄될 수 있는지를 나타냅니다. 연삭 휠을 설계하는 사람들은 연마 재료의 특성에 따라 다를 수 있는 연마재의 마모 가능성을 매우 신중하게 고려합니다. 예를 들어 다이아몬드는 가장 단단한 것으로 알려진 재료이지만 절단 과정에서 파괴적인 화학 반응을 일으키기 때문에 바람직하지 않은 강철 연마재입니다. 탄화규소도 마찬가지입니다. 반면, 산화알루미늄은 다이아몬드 및 탄화규소보다 철과 강철을 잘 절단하지만 비금속 물질의 절단에는 덜 효과적입니다.

올바르게 선택하면 특정 물질을 형성하기 위해 선택한 연마재가 해당 물질에 대해 연마될 때 부서지기 쉬움을 유지합니다. 연마로 인해 연마재가 깨끗하고 날카로운 선을 따라 계속 부서지기 때문에 연마 과정 내내 날카로운 모서리를 유지합니다. 이것은 연삭 휠에 사용하는 동안 스스로 날카롭게 하는 도구라는 고유한 특성을 부여합니다.

결합 연마제는 천연 광물로 만든 도구로 시작되었지만 현대 제품은 거의 전적으로 합성 재료로 만들어집니다. 결합 재료는 연마 입자를 제자리에 고정하고 그들 사이에 열린 공간을 허용합니다. 연삭 휠 제조업체는 연마 입자의 경도와 혼동되어서는 안 되는 휠에 경도를 지정합니다. 연마 입자가 쉽게 부서지는 결합은 토양 결합으로 분류됩니다. 입자의 파쇄를 제한하고 바퀴가 큰 힘을 견딜 수 있도록 하는 결합은 경질 결합으로 분류됩니다. 일반적으로 흙 바퀴는 쉽게 자르고 표면 마감이 좋지 않으며 수명이 짧습니다. 반면에, 더 단단한 휠은 더 오래 지속되고 더 미세한 표면 마감을 생성하지만 연삭 중에 덜 잘 잘리고 더 많은 열을 생성합니다.

지립이 고정된 결합 매트릭스는 고무, 셸락 또는 수지와 같은 다양한 유기 물질; 점토와 같은 무기 재료도 사용됩니다. 유리와 같은 구조나 유리체 구조를 가진 무기 결합은 가정 작업장 그라인더의 공구 연마 휠에 사용되는 반면 수지 결합은 석조 또는 강철 절단 휠에 사용됩니다. 일반적으로 유리화 결합은 정밀 작업에 필요한 휠에 중간에서 미세한 입자 크기로 사용됩니다. 수지 결합은 일반적으로 거친 입자와 주조 작업과 같은 중금속 제거 작업에 사용됩니다.

연마 및 결합 재료 외에도 연삭 휠에는 종종 휠 내부에 기공을 생성하거나 특정 연마재를 사용하여 특수 재료를 연마할 때 화학적으로 보조하는 추가 성분이 포함됩니다. 첨가제를 통해 생성되거나 변경될 수 있는 연삭 휠의 중요한 측면 중 하나는 연삭 휠의 절삭 특성에 기여하는 다공성입니다. 다공성은 연삭 과정에서 생성되는 작은 금속 조각과 연마재를 위한 공간을 허용하는 결합 내의 열린 공간을 나타냅니다. 다공성은 또한 열을 제어하고 연마 입자의 절단 특성을 개선하는 데 사용되는 유체를 운반하는 경로를 제공합니다. 연마 입자 사이에 적절한 다공성과 간격이 없으면 휠에 칩이 쌓여 제대로 절단되지 않을 수 있습니다.

다양한 제품이 적절한 다공성과 간격을 만들기 위해 첨가제로 사용됩니다. 과거에는 톱밥, 으깬 견과류 껍질, 코크스가 사용되었지만 오늘날에는 제조의 소성 단계에서 기화되는 재료(예:나프탈린-왁스)가 선호됩니다. 일부 연삭 휠은 연삭을 보조하는 추가 재료를 받습니다. 여기에는 금속 입자의 미세한 용접을 억제하고 일반적으로 금속 절단 특성을 향상시키는 황 및 염소 화합물이 포함됩니다.

제조
프로세스

대부분의 연삭 휠은 구성 요소의 혼합물을 실온에서 눌러 모양을 만드는 콜드 프레스 방식으로 제조됩니다. 공정의 세부 사항은 바퀴의 유형과 개별 회사의 관행에 따라 크게 다릅니다. 소형 휠의 대량 생산을 위해 프로세스의 많은 부분이 자동화됩니다.

재료 섞기

<울>

1 연마 휠 혼합물을 준비하는 것은 특정 공식에 따라 정확한 양의 연마제, 접착 재료 및 첨가제를 선택하는 것으로 시작됩니다. 유리화 휠의 경우 일반적으로 수성 습윤제인 바인더가 연마 입자를 코팅하기 위해 추가됩니다. 이 코팅은 바인더에 대한 곡물의 접착력을 향상시킵니다. 바인더는 또한 결합이 굳을 때까지 그라인딩 휠이 모양을 유지하는 데 도움이 됩니다. 일부 제조업체는 단일 믹서에서 모든 재료를 단순히 혼합합니다. 다른 것들은 연마 입자를 바인더와 혼합하기 위해 별도의 단계를 사용합니다.

휠 제조업체는 종종 만족스러운 혼합물을 개발하기 위해 상당한 노력을 기울입니다. 블렌드는 자유 유동적이어야 하며 사용 중에 휠이 회전할 때 균일한 절단 작업과 최소한의 진동을 보장하기 위해 연삭 휠 구조 전체에 곡물을 고르게 분배해야 합니다. 이것은 직경이 수 피트만큼 클 수 있는 큰 바퀴나 익숙한 플랫 디스크가 아닌 모양을 가진 바퀴에 특히 중요합니다.

성형

<울>

2 가장 일반적인 유형의 휠인 환형 디스크의 경우 미리 정해진 양의 연삭 휠 혼합물을 4개의 조각으로 구성된 금형에 붓습니다. 1인치(2.5센티미터) 벽이 있는 쉘, 원하는 연삭 휠의 약 2배 두께 그리고 두 개의 플랫, 성형 및 최종 성형 후 휠은 오븐이나 용광로에서 소성됩니다. 소성은 연마재 주변의 결합제를 녹이고 연마 중 발생하는 열과 용매에 저항할 수 있는 형태로 변환합니다. 소성 후 마무리 단계에는 아버(중앙) 구멍을 적절한 크기로 넓히고, 휠 측면의 두께를 수정하고, 휠의 균형을 맞추고, 레이블을 추가하는 작업이 포함될 수 있습니다. 직경과 아버 구멍 크기가 휠과 동일한 원형 플레이트. 혼합물을 고르게 분배하기 위해 다양한 방법이 사용됩니다. 일반적으로 직선 모서리는 중앙 아버 핀을 중심으로 회전하여 혼합물을 금형 전체에 퍼뜨립니다.

3 100~5000psi(제곱인치당 파운드) 범위의 압력을 10~30초 동안 사용하여 유압 프레스가 혼합물을 연삭 휠의 최종 모양으로 압축합니다. 일부 제조업체는 이동을 제한하고 균일한 두께를 설정하기 위해 두 면판 사이에 게이지 블록을 사용합니다. 다른 것들은 믹스의 일관성과 프레스의 힘을 면밀히 모니터링하여 휠 두께를 제어합니다.

4 프레스에서 몰드를 제거하고 몰드에서 휠을 제거한 후 휠을 평평한 내열 캐리어에 놓습니다. 이 때 휠의 최종 성형이 이루어질 수 있습니다. 휠은 임시 바인더로만 고정되기 때문에 이 단계의 모든 작업은 매우 신중하게 이루어져야 합니다. 가벼운 바퀴는 이 단계에서 손으로 들어 올릴 수 있습니다. 더 무거운 것은 호이스트로 들어 올리거나 가마로 운반하기 위해 캐리어에서 조심스럽게 미끄러질 수 있습니다.

발사

<울>

5 일반적으로 소성 목적은 연마재 주변의 바인더를 녹이고 연마 중 발생하는 열과 용매에 저항할 수 있는 형태로 변환하는 것입니다. 다양한 용광로와 가마가 연삭 휠을 소성하는 데 사용되며 온도는 접합 유형에 따라 크게 다릅니다. 레진 본드가 있는 휠은 일반적으로 화씨 300~400도(섭씨 149~204도)의 온도에서 소성되고 유리화된 본드가 있는 휠은 화씨 1700~2300도(섭씨 927~1260도) 사이의 온도에서 소성됩니다.

마무리

<울>

6 소성 후 휠을 마무리 영역으로 이동하여 아버 구멍을 넓히거나 지정된 크기로 주조하고 휠 둘레를 중심과 동심으로 만듭니다. 휠 측면의 두께 또는 평행도를 수정하거나 휠 측면 또는 둘레에 특수 윤곽을 생성하려면 단계가 필요할 수 있습니다. 제조업체는 또한 연삭기에서 휠을 회전할 때 발생하는 진동을 줄이기 위해 큰 휠의 균형을 유지합니다. 바퀴에 라벨과 기타 표시가 있으면 소비자에게 배송할 준비가 됩니다.

품질 관리

연삭 휠에 대한 명확한 성능 표준은 없습니다. 다이아몬드와 같은 고가의 연마재를 포함하는 연마재를 제외하고는 연삭휠은 소모품이며 용도에 따라 소모율이 상당히 다릅니다. 그러나 많은 국내 및 글로벌 표준이 제조업체에서 자발적으로 승인됩니다.

경쟁이 치열한 미국 시장에서 일부 제조업체를 대표하는 무역 조직은 연마 입자의 크기 조정, 연마 제품의 라벨링, 연삭 휠의 안전한 사용과 같은 문제를 다루는 표준을 개발했습니다.

그라인딩 휠 품질을 검사하는 정도는 휠의 크기, 비용 및 최종 사용에 따라 다릅니다. 일반적으로 휠 제조업체는 들어오는 원자재의 품질과 생산 공정을 모니터링하여 제품 일관성을 보장합니다. 직경이 6인치보다 큰 바퀴는 사용 중에 부러지면 사람과 장비에 해를 끼칠 수 있으므로 특별한 주의를 기울입니다. 각각의 대형 유리화 휠은 결합 시스템의 강도와 무결성뿐만 아니라 모든 휠을 통한 입자의 균일성을 결정하기 위해 검사됩니다. 음향 테스트는 휠 강성을 측정합니다. 경도 테스트는 본드의 정확한 경도를 보장합니다. 스핀 테스트는 적절한 강도를 보장합니다.

미래

제조 관행의 변화는 미래에 다양한 유형의 바퀴에 대한 수요를 결정할 것입니다. 예를 들어, 철강을 만드는 방법으로 연속 주조를 지향하는 철강 산업의 추세는 해당 산업에서 일부 유형의 연삭 휠 사용을 크게 줄였습니다. 제조업체의 생산성 향상을 위한 노력은 기존의 산화알루미늄 연마제로 만들어진 휠에서 시드-겔 산화알루미늄 및 입방정 질화붕소와 ​​같은 새로운 형태의 합성 연마제로 만들어진 휠로의 이동을 보여주는 시장 예측에 대한 책임이 있습니다. 또한 세라믹 및 복합 재료와 같은 고급 재료의 사용은 새로운 유형의 연삭 휠에 대한 수요를 증가시킬 것입니다. 그러나 새로운 연마 광물로의 전환은 많은 제조 장비와 많은 산업 절차가 여전히 최신(및 더 비싼 제품)을 효과적으로 사용할 수 없다는 사실로 인해 방해를 받고 있습니다. 추세에도 불구하고 전통적인 연마재는 계속해서 많은 용도로 사용될 것으로 예상됩니다.

그러나 여러 대체 기술과의 경쟁이 증가할 가능성이 있습니다. 다이아몬드 또는 입방정 질화붕소로 만든 미세 입자 결정질 재료인 다결정 초정밀연마 재료로 만든 절삭 공구의 발전으로 이러한 공구는 경질 재료를 성형하기 위한 실행 가능한 옵션이 될 것입니다. 또한 다이아몬드 필름의 화학 기상 증착 기술의 발전은 절삭 공구의 수명을 연장하고 기능을 확장함으로써 연마재의 필요성에 영향을 미칠 것입니다.