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8. 연마 휠 접착제 (Grinding Wheel Bondings) 


보석원석 연마가공에 사용되는 실리컨 카바이드(silicon carbide, 탄화규소)의 적당한 연마입자(grit)와 적절한 접착제의 선택은 도구의 최대의 효율과 경제성을 얻기 위한 중요한 사항이다. 애호가들은 아마도 연마 운영의 속도와 경제성에 특별한 관심이 없을 수도 있을 것인데, 경제적인 체제 또는 연마 휠을 대량으로 사용하는 사람들에게는 상당한 중요하다.

실리컨 카바이드 연마 휠들은 여러 가지 크기의 연마입자들을 지닌 다양한 형태의 접착제로 만들어진다. 이것들은 여러 제조업체들에 의해서 다양한 표시체계를 이용한 숫자들과 문자들로 표시된다. 부드러운 접착제의 휠은 연마 미세입자(grain)들이 휠의 표면으로부터 빠르게 닳으므로, 새롭고 예리한 절단 모서리들이 빠른 비율로 만들어진다. 반면에, 단단한 접착제들은 연마 미세입자들을 달라붙게 하여, 예리함과는 관계없이 오랫동안 붙잡으려는 경향이 있다. 그러므로, 연마 휠에 적당한 휠의 형태는 연마입자 크기가 같을지라도 보석원석 연마에 완전히 적당하지 않을 수도 있다. 일반적으로, 보다 부드러운 접착제의 휠들은 보다 단단한 보석 등등에 사용된다. 실제적으로, 일부 보석 연마가공가들과 상업적인 체제조차도 모든 작업물에 사실상 같은 등급의 휠을 사용한다. 그러나, 특별한 작업물을 많이 취급해야 한다면, 적당한 등급과 접착제 휠을 선택하는 것이 경제적일 것이다. 너무 단단한 접착제는 마찰에 의한 열을 발생시켜 흐림(glaze)이 생길 수 있고 연마가공하기가 어렵다는 것을 기억해야 한다.

예시의 목적으로 Crystolon 연마 휠들에 사용된 휠 표시들을 아래에 나타낸다. 보석재료의 예비의 거친 연마와 형상화를 위하여 다음의 휠들이 권장된다: 

  • 37-100-I     ······ 아주 빠른 연마 (very fast grinding)
  • 37-100-J    ······ 빠른 연마 (fast grinding)
  • 37-100-K   ······ 중간 연마 (medium grinding)
  • 37-100-L   ······ 느린 연마 (slow grinding)
  • 37-100-M  ······ 아주 느린 연마 (very slow grinding)

위의 표에서 "37"이라는 숫자들은 실리컨 카바이드를 표시하기 위하여 사용되는 규정표시들이다. "100"이라는 숫자들은 휠에 사용되는 연마입자(grit) 크기를 나타낸다. 일부 다른 접착제가 더 적절한 특별한 목적들을 제외하곤, 일정하게 융화되어 접착된 휠들이 보석 연마가공에 사용된다.

"I" 접착 휠로부터 시작하면, 이것은 아주 부드러운 휠이며 다이어먼드 이외의 단단한 어떠한 보석재료라도 아주 빠른 속도로 연마할 것이다. "I" 휠은 휠의 원주가 빠르게 벗겨지면서 새롭고 예리한 연마입자들이 자주 나타나서 아주 빠르게 연마가공한다. 보다 단단한 접착제들은 천천히 벗겨지므로 느리게 연마가공되지만, 반면에 휠의 경제성이 좋을 것이다. 적당히 빠르게 연마가공할 수 있고 너무 많은 휠 마모를 나타내지 않는 접착제를 선택하므로써, 최대의 경제성을 얻을 수 있다. 

일반적으로, 7 이하의 경도(hardness)를 지닌 보석들에는 "L"과 'M" 접착제들이 사용되며 보다 단단한 돌들에는 "J"와 "K"접착제들이 가장 적당하다고 알려져 있다. 전반에 걸친 좋은 연마가공은 "K"와 "M" 접착제들로 얻을 수 있으며 일반적으로 애호가가 이 형태를 사용한다. 대량의 돌들을 취급하는 상업적인 체제는 여러 가지의 다른 접착제들을 사용하는 경우도 있다. 실리컨 카바이드 휠들에서 연마가공의 속도와 휠 경제성은 작업자의 손에 달려있다.

단백석(opal), 터키석(turquoise)공작석(malachite)과 같이 부드러운 보석들은 장기간 사용한 후에도 휠의 마모가 거의 생기지 않을 것이다: 반면에 마노(agate)와 같이 단단한 강인한 보석들은 어떠한 형태의 휠이라도 훨씬 많은 마모를 나타낼 것이다.

견고한 받침대는 네모진 모서리들을 지녀야 하는 부품들을 연마하거나 형상화할 때 유용한 부속품이다.

작은 상점들에서는 2 개의 연마 휠들이 일반적으로 사용되는데, 연마 축(arbor)의 양 단에 하나씩 설치된다. 개략적으로 말하자면, No.60, No.80, No.100 와 No.120 연마입자(grit)들이 일반적으로 사용된다; 전반적인 목적으로는 No.100 이 제시되고 있다. 두 번째의 연마가공과 형상화를 위하여, 아래에 나타나 있는 바와 같이 보다 미세한 연마입자들이 사용되는데, 이것들은 또한 단백석(opal)과 같이 가치있는 보석들의 거친 연마를 하는 데에도 유용하다:

  • 37-180-I     ······ 아주 빠른 (very fast)
  • 37-180-J    ······ 빠른 (fast)
  • 37-180-K   ······ 중간 (medium)
  • 37-180-L   ······ 느린 (slow)
  • 37-180-M  ······ 아주 느린(very slow)

고르지 않은 연마 휠들 (Bumpy Grinding Wheels)

보석세공 연마 휠들은 최대 그리고 최고 효율의 결과들을 내기 위하여 특정 속도범위 안에서 운전한다. 만약에 휠들을 너무 천천히 작동하면 어려움이 있을 것이며, 만약에 특정속도를 초과하여 운전하면, 특히 얇은 금속의 튐 방지 보호대일 경우에 분명히 위험하다.

최근에 한 고객이 공급상점에 2 개의 10 인치 (25.4 cm) 연마 휠들을 갖고 왔어서, 그것들이 고르지 않고 진원(眞圓)이 아니며 결함이 있다고 불평했다. 그것들은 고르지 않고 진원이 아닌 것이 확실하지만, 결함이 있는지는 명확하지 않았다. 조사결과, 이 실리컨 카바이드 휠들은 광택용 축에서 작동되었었으며 약 400 rpm에서 운전되었었다는 사실을 알았다. 10 인치 연마 휠은 최대효율을 얻기 위하여 1,750 에서 2,200 rpm 에서 작동되어야 2.100 rpm 속도가 최적이다.

어떠한 보석세공 연마 휠이라도 너무 늦은 속도에서 작동되면 금방 편평해지고, 고르지 않게 된다든지 등등이 발생한다. 적절한 속도로 작동하여야 휠이 고르게 되며, 단단한 보석재료로 인해서 마모될지라도 최대의 절단 효율을 얻기 위해서는 휠을 적절하게 손질(dressing)하여야 한다.

최대효율은 분당 표면피트(feet)를 기초로 계산되므로, 대형 휠은 보다 작은 휠보다 늦은 rpm 속도로 작동되어야 할 것이다. 예를 들면, 8 인치(20.32 cm)의 연마 휠에 대하여 제조업체는 2,800 rpm의 속도를 권하고 있다.

보석 연마가공가는 일반적으로 자신의 연마 휠들을 아주 늦은 속도로 작동한다고 말해도 좋을 것이다. 다시, 예로서, 12 인치(30.48 cm) 휠들이 사용되고, 속도가 이 직경에 적절하다면, 휠이 6 인치(15.24 cm) 또는 8 인치(20.32 cm)까지 마모되면, 같은 연마 축의 속도는 너무 늦어지게 될 것이다. 

이상적인 방법은 연마 휠들의 사용방법에 안전보호에 관하여 기록하는 것이다. 우리가 알고 있는 한, 보석세공 작업에서 심각한 휠 깨짐 사고는 아직 없었지만, 일어나지 않을 것이라는 것을 의미하지는 않는다. 보석연마가공의 고참자들은 약하고 엷은 금속보호대를 지닌 연마 축들에 오랫동안 돌들을 연마하였지만, 사고를 전혀 경험하지 않았을 뿐만 아니라 듣지도 못했다고 종종 말한다. 연마 축들은 다른 좋지 않은 상황들에서 바르게 운전되지 않았다는 사실에도 불구하고도 이렇다.

연마 휠들은 일반적으로 물에 잠긴 상태에서 작동되므로 물이 배어 있다. 휠이 정지되어 서 있을 때, 배어있던 이 물은 아래 쪽으로 내려간다. 그래서, 다음 날 연마 휠을 시동하면, 한 쪽에 배어있던 이 물로 인해서 휠이 올바르게 운전되지 않을 것이다. 그런 조건하에서 연마 휠을 시동할 때, 이 과도한 물을 털어내면서 휠이 최고의 속도로 움직일 때까지, 수 분간 한 쪽으로 서 있는 것이 좋다. 이런 조건들 하에서 휠이 깨졌었다는 것을 결코 들어본 적이 없지만, 일상적인 안전과 주의로서, 반드시 한 쪽에 서서 원심력에 의해서 물이 털어지고 휠 스스로 균형을 잡도록 한다.

휠이 어떻게 작동될 것인가는 문제가 아니라는 것을 알게 될 것이고, 많은 재료들이 손 그리고 휠과 손 받침대사이의 기둥으로부터 빠져서 다른 것 또는 서로 깨뜨릴 가능성이 있다. 이것이 우리가 여기에서 연마 휠들에 적당한 금속보호대의 사용을 충고하는 개략적인 이유들이다. 여기에서 언급했듯이, 우리는 이 분야에서 어떠한 사고라도 결코 들어본 적이 없으며, 결코 일어나지 않기를 희망한다.

형상화(shaping)할 때, 빈 곳을 손으로 붙잡고 돌을 돌리면서 휠을 가로질러 앞뒤로 작업한다.

관부(crown)에 예비의 원추형상을 연마하기 위하여 돞(dop)한 돌을 붙잡는 방법.

모따기(chamfer)를 위하여, 손으로 돌을 붙잡는다. 약 45 도로 모든 방향으로 돌리면서 연마한다.

관부에 완벽한 곡선을 만들기 위하여, 돌의 면을 가로질러 한 쪽에서 다른 쪽으로 회전시키면서 돞한 돌을 움직여서 돌리는 동안 완벽한 호를 만든다.

물- 연마 휠들

보석 돌의 연마가공을 위하여 실리컨 카바이드 휠들을 사용함에 있어서, 작동하는 동안 휠이 항상 물에 젖게 하는 것이 바람직하다. 물의 기능은 다음의 이유들로 인해서 중요하다:

(1) 작업물의 온도를 가능한 한 일정하게 유지시켜 주며 국부적인 가열을 방지한다. 냉수를 일반적으로 사용하지만, 가치있는 단백석(opal)을 연마가공할 때, 연마 휠들에 따뜻한 물이 공급되어야 한다는 것이 권장되어 왔다. 

(2) 물은 또한 휠과 작업물사이의 마찰을 줄여준다.

(3) 물은 또한 휠 표면에 하중이 걸리는 것을 방지하는 데에 중요하다. 실리컨 카바이드 휠을 건조상태에서 사용하려고 시도하면, 작업물에서 나온 부스러기로 인해서 휠 표면은 금방 막히게 될 것이다. 물은 휠을 엉키게 하는 연마입자(grit)의 입자들 그리고 작업물로부터 나오는 미세한 먼지와 입자들을 씻어내는 역할을 한다. 깨끗한 표면의 연마 휠이 연마에 훨씬 더 효과적이다. 부스러기로 뒤덮인 휠 표면은 효과적으로 연마가공할 수 없으며, 상당한 열을 발생시킬 것이다.

다이어먼드 휠들

A.A. Klein과 C.R.Van Riper가 행한, 다이어먼드 주입 연마 휠들의 사용에 관한 최근의 중요한 연구에서, 일부 흥미있는 관찰이 이루어졌다. 접착된 다이어먼드 휠들은 석영(quartz), 보석원석들, 유리, 화강암(granite), 대리석(marble) 과 그 밖의 서래믹(ceramic) 재료들에 우수하다는 것을 잘 알려져 있다. 오늘날 모든 상업적인 석영 연마가공은 다이어먼드 휠로 행해진다. 상업적인 규모로 절단과 연마를 하는, 합성 청옥(synthetic sapphire)와 모든 단단한 보석재료들의 절단과 연마는 접착된 다이어먼드 휠 작업임이 명백하다.

다이어먼드 휠들에 적당한 윤활제의 사용은 모든 단단한 보석 재료들, 유리와 석영을 연마하는 데에 있어서 아주 중요하다. 패러핀(paraffin)을 기초로 한 기름이 물 만 또는 수용성 액체보다 연마가공을 훨씬 더 자유롭고 빠르게 한다. 모든 다이어먼드 절단기와 다이어먼드 휠 작동에 있어서 가장 중요한 것은 사용하는 장비의 조건이다.

과도한 진동이 있는 장비에 사용되는 어떠한 다이어먼드 절단기 또는 연마 휠은 짧은 수명과 나쁜 경제성을 나타낼 수도 있다. 절단기 장비에서 절단기 이송대를 톱날과 바르게 정렬하는 것이 중요하다. 연마 축의 끝 놀림(end play)는 최고의 절단기를 금새 손상시킬 수도 있다.

접착 다이어먼드 휠들이 보석세공 산업에 아직 일상적으로 사용되고 있지 않았을 때, 그것들은 대량의 단단한 보석재료들이 상업적인 토대로 작업될 것임을 나타내었다. 다이어먼드 휠은 실리컨 카바이드 휠보다 빠른 속도로 작동될 수 있는데, 빠르게 절단할 뿐만 아니라, 보다 더 매끄러운 표면을 남긴다. 다이어먼드 접착 휠은 실리컨 카바이드 휠보다 더 비싼 것은 명백하지만, 연마비용이 요소인 상업적인 작업물에 대하여, 다이어먼드 휠이 경제적으로 우수하다는 것은 증명되었다.

일체형 전동기를 지닌 소형 보석절단기.

6 인치(15.24 cm) 부속품들을 지닌 소형 기계로, 절단, 연마, 샌딩과 광택을 낸다.

다양한 부속품을 부착할 수 있는 간단한 관부 연마 축.

연마기들, 샌더들 또는 광택기들로 채택될 수 있는 자작 연마 축.

8. 연마 휠 접착제 (Grinding Wheel Bondings) 

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