KR100265392B1 - 톱날 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이아몬드 톱날 및 세그먼트의 제조기술에서의 문제점을 전술한다. 본 발명의 일실시예는 취급이 용이하고, 강하며, 분리된, 금속피막의 연삭입자를 제조하는 방법을 포함한다.

이 방법은 (a) 금속성 가루의 슬러리와, 결합제 및 휘발성 용제를, 각각의 연삭입자가 상기 금속성가루에 의해 적어도 20Wt-%로 코팅될 때까지 한동안 연삭입자의 액화 가스층위에 분사하는 단계와, (b) 상기 금속성 가루로 코팅된 연삭입자를 재생하는 단계와, (c) 상기 연삭입자를 감싸며 연속적으로 소결된 금속 코팅막을 갖춘 입자를 형성하도록 일정한 조건하에서 재생된 상기 코팅 연삭입자를 가열하는 단계를 포함한다.

Description

톱날 제조 방법

제1도는 코발트로 피복된 30/40 메시 다이아몬드에 관한 다이아몬드 함량(중량 %) 및 농도(캐럿/입방 센티미터)를 펠렛의 직경에 대비해 작도하는 것에 의해 펠렛의 다이아몬드 함량을 도시한 도면.

제2도는 여러 메시 사이즈의 다이아몬드 펠렛에 관해 더미 볼의 농도를 다이아몬드 농도에 대비해 작도하는 것에 의해 제1도의 다이아몬드 펠렛에 더미 볼을 혼합한 것의 영향을 도시한 도면.

제3도는 신규한 소결 펠렛의 배열로 형성된 톱날 세그먼트의 사시도로서, 그러한 세그먼트를 함유한 톱날로 물체를 절단하는 경우 그의 절단 연부상에 발생되는 홈의 패턴을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 12 : 홈 14 : 연마제 펠렛

16 : 톱날 세그먼트

본 발명은 소결 가능하거나 또는 소결된 두꺼운 피막을 갖는 연마재 입자(abrasive particle), 특히 다이아몬드 입자에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 본 발명의 두꺼운 소결가능한 연마재 입자로부터 제조되는 예를 들면 화강암, 대리석, 콘크리트나 아스팔트 등과 같은 강성 및/또는 연마 재료를 절단하는데 사용되는 유형의 와이어 톱 및 톱날과 같은 절삭 공구에 관한 것이다.

본 발명에 참고로 인용되는 켈소(Kelso)의 미국 특허 제 3,316,073 호에는 매트릭스 형성재(matrix forming matrial)로 둘러싸인 중앙 연마재 입자를 포함하는 구형 연마체(spherical abrasive bodies)가 개시되어 있다.

켈소의 상기 특허에 따르면, 매트릭스 재료는 소결가능한 재료를 함유하며, 상기 재료는 열을 가할 경우 함께 결합되어 연마재 입자에 대한 영구적인 강한 결합을 형성한다. 경우에 따라서, 일시적 바인더를 사용하여 최종 소결 제품을 형성하기 전까지의 취급에 견딜 정도의 충분한 자립성 및 강도를 갖게할 수도 있다. 결합제의 용적 대 연마재의 용적의 비는 적어도 9:1 이어야 한다. 그러한 연마체를 소결하여 최종의 공구를 형성할 수도 있다.

본 발명에 참고로 인용되는 기무라(Kimura)의 미국 특허 제 4,770,907 호에는, 금속 접합 다이아몬드 공구의 제조에 적합한 금속 피복 연마 입자의 제조 방법이 개시되어 있는데, 이 제조 방법은 우선 유기 용제에 용해된 집괴성 바인더의 용액으로 금속 분말의 슬러리를 조제하는 단계와, 이 슬러리를 교반시켜 그안의 금속 분말을 균일하게 현탁시키는 단계와, 분무용 노즐을 사용하여 유동상 조립기(fluid bed granulator)내의 유동화된 연마재 입자 현탁물중에 슬러리를 분무하여, 개별 연마 입자상에 슬러리의 균일한 구형 피막을 점차 형성하고 건조시키는 단계를 포함한다.

그러나, 상기 켈소의 특허나 기무라의 특허에는, 최종 공구에서 연마재 입자의 농도를 제어하기 위해 연마재 입자를 함유하지 않은 금속 펠렛의 사용이 개시되지도 제안되지도 않았다. 연마재 입자를 함유하지 않은 그러한 금속 펠렛, 다시말해서 “더미 펠렛(dummy pellet)”이 없는 경우에는, 최종 공구에서 연마재 입자의 농도를 변화시킬 수 있도록 다양한 피막 두께를 제공하는 것이 필요하다. 더구나, 상기 켈소의 특허에는 최종 공구의 제공에 앞서 피복된 연마재 입자를 소결하는 것이 개시되지도 공지되지 않았다.

종래에, 예를 들면, 화강암, 대리석, 충전된 콘크리트 및 아스팔트 등과 같은 경질 재료의 절삭 작업은, 회전 또는 원형 다이아몬드 톱을 사용하여 수행되어 왔다. 이러한 유형의 톱날은 그것의 날끝 주변에 다수의 이격된 세그먼트를 구비하는 원형 강재 디스크를 포함하며, 이 세그먼트는 기본적으로, 예를 들면 청동 또는 코발트와 같은 적절한 합금 또는 금속 매트릭스에 접합된 다이아몬드 연마재로 구성된다. 전형적인 다이아몬드 연마재로는 단결정의 천연 다이아몬드 또는 단결정의 합성 다이아몬드가 있다. 미국 특허 제 4,883,500 호에는 열적으로 안정된 다결정의 다이아몬드 절삭 요소와 단결정의 절삭 요소를 조합하여 결합 매트릭스에 분산시켜 사용하는 것이 제안되어 있다.

세그먼트와 그러한 세그먼트를 함유한 톱날의 제조에 있어서 다양한 문제가 발생되었다. 예를 들면, 다이아몬드 톱날의 성능을 최적화하기 위해서는, 혼합하고 섞는동안 금속 본드 분말중에 다이아몬드의 응집이 일어나는 것을 방지하는 것이 요망된다. 이것은 다이아몬드의 연마재 결정을 최대한 이용하는 것을 가능하게 한다. 또한, 사용중에 국부적 냉각제를 제공하고 또 다이아몬드 또는 결합 금속의 열 저하를 적게 하기 위해서는 각 세그먼트내의 기공율(porosity)을 제어하는 것이 편리 할 것이다.

회전 톱날로 화강암을 절단하는 경우, 톱날이 석재의 보다 단단한 부분에 들어감에 따라, 예를 들면 톱날의 횡방향 휨은 절단할 표면에 평탄하지 않은 부분을 발생시킬 수 있다. 그에따라, 비용이 많이 드는 연삭 가공이 필요하게 되어 석재 가공업자의 이익이 감소된다. 현장에서 이러한 문제에 대한 하나의 해결책은 상이한 마모 패턴을 갖는 샌드위치형 세그먼트를 제조하여 절단중에 톱날의 횡방향 휨의 발생 가능성을 감소시키는 매칭 트랙(matching track)을 석재에 제공하는 것이다. 지금까지, 상이한 마모 패턴을 달성하는 것은, 상술한 미국 특허 제 4,883,500 호에 제안된 바와 같이, 단면을 가로질러 다이아몬드의 농도를 변화시키거나 또는 세그먼트의 외부에 내마모성 재료를 첨가하는 것이었다. 이러한 방법은 3회의 연속적인 냉간 압축 단계로 압축 공동을 충전시킨 다음, 별도의 작업으로 고온 압축시켜 금속 매트릭스 분말을 소결하는 기술을 사용한다.

소결 프레스에서 고온 압축에 의해 세그먼트를 형성하기 위해서 다이아몬드 연마재 분말을 미세한 금속 분말과 섞거나 또는 혼합하는 것이 수십년간 일반적으로 실행되어 왔다. 공기중의 미세한 금속 분말은 유독성 또는 발암성을 지닌다면 위생상 위험할 가능성이 있다. 부가하여, 다이아몬드와 금속간의 크기, 형상 및 밀도의 차이는 균일하게 혼합된 제품을 제조하는 것을 어렵게 한다. 또한, 주물의 충전을 자동화 하는 것이 편리할 것이다.

본 발명은 다이아몬드 톱날 및 세그먼트의 기술 분야에서 상기 여러가지 문제점 및 그밖의 문제점을 다룬다. 본 발명의 일실시예는 취급이 용이하고 강인한 분리된 금속 피복 연마재 입자 펠렛(a discrete metal-clad abrasive particle pellet)을 갖는 톱날 제조 방법을 포함한다. 이 방법은,

(a) 각각의 연마재 입자가 금속 분말로 실질적으로 피복될 때까지 금속 분말, 결합제 및 휘발성 용제의 슬러리를 가스 유동화 연마재 입자(gas-fludized abrasive particle)의 상(bed)위에 분무하는 단계와,

(b) 금속 분말로 피복되고 상기 휘발성 용제가 실질적으로 없는 연마재 입자를 회수하는 단계와,

(c) 상기 연마재 입자를 포위하는 소결된 연속 금속 피막을 형성하기 위한 조건하에서 상기 회수된 금속 피복 연마재 입자를 가열하는 단계를 포함한다.

결과적인 소결된 금속 피복 입자 펠렛은 본 발명의 다른 실시예를 형성한다.

본 발명의 또 다른 실시예는 톱날 세그먼트의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은:

(a) 적어도 약 20 wt%(중량 %)의 소결 금속으로 피복된 연마재 입자를 각각 포함하는 다수의 연마재 펠렛과 부착 금속원을 몰드 캐비티(mold cavity)내에 배치하는 단계와,

(b) 연마재 입자를 함유하는 금속 톱날 세그먼트를 형성하기 위한 온도와 압력을 포함하는 조건하에서 그러한 몰드 캐비티의 내용물을 가열하는 방법을 포함한다. 선택적으로 그러한 세그먼트는 서로 연결된 기공을 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 톱날의 절단 연부를 따르는 길이를 갖는 연마재 입자 함유 금속 톱날 세그먼트를 구비한 톱날을 사용하여 물체의 절단을 개선하는 방법이 제공된다. 이 방법은:

(a) 적어도 약 20 중량%의 금속으로 피복된 연마재 입자를 각각 포함하는 다수의 연마재 펠렛을 상기 세그먼트의 길이와 평행한 적어도 2열의 배열로 몰드 캐비티내에 배치하고, 또 부착 금속원을 상기 몰드 캐비티내에 배치하는 단계와;

(b) 상기 몰드 캐비티내에 상기 연마재 펠렛과 부착 금속으로부터 상기 톱날 세그먼트를 성형하는 단계를 포함한다. 세그먼트를 보유한 톱날은 물체를 절삭하는 동안 톱날을 안정시키기 위해서 절삭될 물체에 적어도 한쌍의 홈을 형성한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 연마재 입자를 함유하지 않은 금속 펠렛, 즉 “더미 펠렛”을 사용하여 공구내의 연마재의 농도를 제어하는 방법이 제공된다. 이 방법은:

(a) 적어도 약 20 중량%의 소결 피막 또는 미 소결된 소결가능한 피막으로 피복된 연마재 입자를 각각 포함하는 다수의 연마재 펠렛과 소망의 연마재의 농도를 얻기에 효과적인 양의 더미 펠렛을 몰드 캐비티내에 배치하는 단계와;

(b) 상기 몰드 캐비티내의 내용물을 연마재 입자를 함유한 공구를 형성하기에 충분한 조건에 노출시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 잇점은 상품으로서 취급하고 가공하는 과격한 작업에 견딜 수 있는 금속 피복 연마재 펠렛의 제조를 포함한다. 또 다른 잇점은 금속 톱날 세그먼트 및 기타 공구의 제조시에 추가의 자유도를 제공하는 비교적 큰 펠렛을 제조할 수 있다는데 있다. 본 발명의 이러한 잇점 및 기타 잇점은 본 명세서의 개시에 기초하여 당업자에게 명백해질 것이다.

가장 넓은 측면에서 본 발명은 소결가능한 두꺼운 피막을 구비한 연마재 입자, 가장 바람직하게는 다이아몬드를 제공한다. 그러한 연마재 펠렛은 완성된 공구의 제조시에 소결되어 “경질” 펠렛 또는 볼 등으로서 사용될 수 있거나, 또는 완성된 공구의 제조시에 미 소결상태로, 즉 “연질” 펠렛 또는 볼로 사용될 수 있다. 연질 펠렛이 공구 제조 공정에 사용될 때, 일반적으로 소결은 공구 제조 공정의 고온 압축 단계중에 효과적으로 수행된다.

소결(sintering)은 펠렛의 덩어리(mass)를 소결가능한 피막의 용융점 이하에서 장시간동안 가열하여 응집을 일으키는 것을 의미한다. 일반적으로, 그러한 응집은 또한 소결가능한 피막의 상당한 고밀도화를 수반한다. 소결가능한 재료는 금속과 금속 함유 재료 또는 금속 합금을 포함하며, 이러한 금속 함유 재료 또는 금속 합금으로는 금속 탄화물 및 금속 질화물과 같은 합금 및 서멧(cermets)이 있다. 본 명세서에서는 이러한 용어들이 동일 의미로 사용된다.

본 발명에 따라 제조된 소결되지 않은 입자 또는 연질 입자는 대체로 약 1중량 % 내지 10 중량 %의 다이아몬드와, 약 90 중량 % 내지 99 중량 %의 소결가능한 피막재를 함유한다.

연마재 입자(예를 들면, 다이아몬드 입자와 입방정 질화 붕소 입자)의 바람직한 피복 방법은 본 발명에 참고로 인용되는 미국 특허 제 4,770,907 호에 개시되어 있다. 그러한 피복 방법은 금속 분말과 결합제를 유기 용제내에 용해시켜 슬러리를 조제하는 단계와, 작업 용기내에 일정량의 연마 입자를 유동화시키는 단계와, 그리고 그의 유동화중에 용기내의 연마재 입자상에 슬러리를 분무하여 각 연마재 입자 위에 대체로 균일한 슬러리의 피막을 형성하고 유도하는 단계를 포함한다. 그러나, 본 발명을 실행하는데 있어서, 수성 결합제를 사용하는 것이 가능하며, 이러한 수성 결합제는 소정 금속 분말에 대해 바람직하게 사용된다. 상기 미국 특허 제 4,770,907 호는 톱날 세그먼트의 형성에 있어서 피복된 연마재 입자와 같은 것의 사용을 제안한다.

본 발명에 이르는 연구 과정에서, 그러한 그린(green)(미 소결) 연마재 입자 펠렛을 사용하면 펠렛이 파손될 수 있다는 것이 인식되었다. 그러한 그린(미 소결) 펠렛이 취급하기에 너무 약한 것으로 판명되는 경우에는, 그린 펠렛을 소결하여 경질의 조밀한 피막을 형성하는 것이 필요할 수도 있다. 따라서, 상기 미국 특허 제 4,770,907 호에 개시된 기본 피복 공정 및 기구가 본 발명의 실행상 바람직하기는 하지만, 본 발명의 이익을 최대화하기 위해 본 명세서에 개시된 바와 같은 공정으로부터의 변형이 유리하다.

따라서, 본 발명의 일측면은 취급이 용이하고 강한 분리된 금속 피막 연마재 입자 펠렛의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법의 최초의 공정은 상기 미국 특허 제 4,770,907 호에 따라서 수행되지만 결합제가 수성 또는 유기 용제에 용해될 수 있는 것은 제외한다. 이와 관련하여, 결합제는 단지 연마재 입자의 가스 유동층내에 펠렛을 형성하는 것과 동시에 발생되는 용제의 증발에 의해서 “경화”되도록 열가소성화될 수도 있다. 현재까지의 경험에 의하면, 에탄올이나 프로판올 같은 알콜류에 용해된 글리세롤이 결합제로서 특히 유효하다. 유동화용의 가스 온도는 특수 장치 및 취급 과정이 필요하지 않도록 너무 높지는 않을 것이다. 따라서, 열경화성 결합제는 비교적 저온 예를 들면 약 100℃ 이하에서 경화가능하여야 한다.

유동화용 가스는 효율 또는 경제성면에서 공기를 포함하는 것이 편리하지만, 필요에 따라 소망에 따라 또는 편의상 불활성 가스 또는 기타 가스를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 금속 분말이 산화에 민감한 경우에 비 산화성 가스가 바람직할 수도 있다. 상기 미국 특허 제 4,770,907 호에 개시된 바와 같이, 연마재 입자에 부착된 피막의 중량 %는 입자의 유동상에 슬러리 분무 작업을 가하는 시간과 함수관계에 있다. 본 발명의 목적상, 금속 분말의 비율은 연마재 입자를 완전히 피복하기에 충분하여야 하며, 그것은 일반적으로 포위된 연마재 입자의 적어도 20 중량%이다. 금속 분말 피막의 최소 레벨은 각 연마재 입자가 금속 분말로 확실히 피복되거나 포위되게 한다. 이와 관련하여, 각 연마재 입자가 연속 금속 피막으로 완전히 포위되는 것이 바람직하더라도, 목적에 따라서는, 연마재 입자의 불완전한 피복도 허용가능하다는 것을 이해하게 될 것이다.

현재까지의 경험에 의하면, 소결가능한 피막은 중량 %를 기준으로 연마재 입자의 중량의 적어도 9배 이상인 것으로 입증되었다. 따라서 , 바람직한 중량비는 연마재 입자가 약 1 중량% 내지 10 중량%이고, 소결가능한 피막재가 약 90 중량% 내지 99 중량 %인 것으로 판명되었다. 코발트는 알콜 슬러리내에서 사용될 때 특히 효과적인 것으로 판명되었다. 그러한 알콜의 기능은 도포 공정중에 코발트를 현탁 상태로 유지하는 것이기 때문에, 알콜 대신 충분한 휘발성의 용제를 사용할 수 있다. 명백히, 본 발명의 정신 또는 범위로부터 벗어남이 없이, 예를 들면 반응로의 유동상 반응기에 두꺼운 금속 피막을 설치하기 전에 탄화물 형성 금속으로 다이아몬드 연마재 입자를 피복하는 것에 의해서 가공을 변경할 수 있다.

분무 과정에서 이탈된 그린 연마재 입자는 그것의 유동화용 가스의 건조에 의해 휘발성 용제가 제거될 것이며, 본질적으로는 구형 형상으로 될 것이다. 필요에 따라, 용제를 제거하기 위해서 펠렛을 가열할 수 있다. 그러한 그린 입자 펠렛은 금속 톱날 세그먼트의 형성에서 적절하게 사용되는 것으로서 상기 미국 특허 제 4,770,907 호에 개시되어 있다. 그러나, 상업적인 펠렛 형태로 운송 및 취급하는 것이 가능한 금속 피복 연마재 입자 펠렛을 제조하기 위해서, 본 발명은 한 측면에서 연마재 입자를 감싸는 소결된 연속 금속 피막을 형성하기 위한 조건하에서 가열단계를 사용한다.

소결 온도 및 조건은, 필수적으로 연마재 입자를 피복하기 위해 선택된 특정의 금속 분말에 의존한다. 조건으로서는 소결 작업중에 진공, 불활성 분위기, 또는 환원성 분위기를 유지하는 것 등이 있다. 결합제는 통상적으로 소결 작업중에 제거된다. 이와 관련하여, 유동화 작업으로부터 제거되는 그린 펠렛의 크기는 반드시 분무 시간에 의존한다는 것을 이해할 것이다. 그린 입자를 소결하여 본 발명의 소결된 연마재 입자 펠렛을 형성하면, 분말 금속이 연속 금속 피막으로 융착되는 것에 기인하여 펠렛의 크기가 감소된다. 금속 피막에 기공이 존재하는 경우 기공율(porosity)은 금속 분말 입자의 크기 및 소결 조건에 의해서 결정된다. 그러한 소결 조건은 입자의 독립성을 상실하는 결과를 초래하는 금속 분말의 융해를 방지하는 것이 바람직하다. 수소(환원성) 분위기중에 약 900℃로 약 10 분간 코발트 피막을 소결하는 것이 유효한 것으로 판명되었다. 공정의 소결 단계중에 주의하면 상기 소결된 펠렛은 본질적으로 구형이 될 것이다. 전형적인 입자의 크기는 약 0.1mm 내지 약 2.4mm의 범위일 것이다.

본 발명의 비교적 큰 소결 펠렛을 이용하면, 톱날 세그먼트 몰드(mold)내에 충전된 상태를 설계하고 유지하는 것이 가능하다. 본 발명에서 배제되지는 않았지만, 이것은 펠렛이 패턴화되거나 또는 규칙적으로 배열되어야 하는 것을 의미하지는 않는다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 펠렛은 세그먼트에 걸쳐 균일하게, 즉 반규칙적(semi-order)으로 분포되어, 다이아몬드를 함유한 펠렛이 가능한 많이 일점 절단 요소로서 기능을 수행하도록 한다. 그 다음, 톱날 세그먼트의 성형 압력 및 온도를 제어하는 것에 의해서 설계된 기공율을 달성할 수 있다. 이와 관련하여, 고압을 유지하면 결과적으로 충분히 치밀한 톱날 세그먼트가 된다. 성형시에 압력이 불충분하면 톱날 세그먼트의 일체성이 기대되는 상업적 수명을 달성하기에는 불충분하게 된다. 당업자는 소정의 용도에서 다공질 또는 비다공질 세그먼트가 보다 효과적으로 기능하는지를 과도한 실험을 하지 않고서도 결정할 수 있을 것이다.

연마재 펠렛으로부터의 톱날 세그먼트의 성형을 용이하게 하기 위해 부착 금속 오버코트(braze metal overcoat)를 사용할 수도 있다. 그러한 부착 오버코트는 펠렛을 감쌀 수 있거나 또는 톱날 세그먼트의 성형을 돕기 위해 충전된 몰드에 근접하게 부착 금속을 배치할 수 있다. 적합한 부착 금속은 니켈계의 용가재(filler metals)를 포함하는데, 이것으로는 AWS BNi-2 또는 BNi-6 충전제(미국 용접 협회 지정)가 바람직하다. 금속 톱날 세그먼트의 형성시에 추가의 매트릭스 금속 분말을 사용할 수 있다.

사용되는 기술에 관계 없이, 특히 본 발명의 소결 금속 피복 연마재 입자 펠렛을 사용하여 연속 기포 구조(open cell construction), 즉 상호연결된 기공을 달성할 수 있다. 이 세그먼트는 (충분히 치밀한 세그먼트와 비교하여) 약 10% 내지 50%의 기공을 포함할 수 있다. 펠렛의 사이즈 분포는 톱날 세그먼트의 최종적으로 필요로 하는 기공율에 따라 단일 모드 또는 다원 모드로 할 수 있다.

상기 동시 계류중인 특허 출원의 다른 측면에서 금속 톱날 세그먼트의 제조에 있어서는 톱날 세그먼트중의 연마재 입자의 농도를 제어할 필요가 있는 것으로 인식된다. 연마재 입자의 농도는 연마재 펠렛의 사이즈 분포의 변화를 통해서, 또는 연마재 입자를 함유하지 않은 동일하거나 상이한 사이즈의 금속 펠렛(더미 펠렛)의 사용에 의해서 또는 이러한 기술의 조합에 의해서 제어할 수 있다. 그러한 금속 톱날에 세그먼트를 형성하기 위한 잔여의 단계는 당업자가 공지의 종래의 방법으로 실행 가능하다.

변형예로, 농도가 제한된 그러한 금속 톱날 세그먼트는 미 소결 연마재 입자 펠렛과 더미 펠렛의 조합을 이용하는 것에 의해 제조할 수 있다. 그러한 미 소결 연마재 입자 펠렛과 더미 펠렛의 조합체를 소망의 형태로 배치할 수 있고 그리고 통상의 기술을 사용하여 소결할 수 있다. 본 발명의 상기 실시예를 실행할 때는 소결되거나 또는 미 소결된 더미 펠렛을 사용하는 것이 가능하다.

금속 톱날 세그먼트 제조 공정의 실행에 있어서, 펠렛 사이즈의 다이아몬드의 함량은 표준 분석법(즉, 금속을 산에 용해시키는 방법)으로 결정할 수 있다. 분석 결과를 토대로, 충분한 고밀도화를 가정하여 톱날 세그먼트에서의 최종적 다이아몬드 함량을 계산할 수 있다. 소정의 다이아몬드 사이즈에 대하여 펠렛의 다이아몬드 함량과 사이즈간의 관계를 나타내는 결과적인 데이타를 작도할 수 있다. 다이아몬드 함량은 제1도에 도시된 바와 같이 세그먼트의 단위 체적당 캐럿(carrats)의 수(CTS/㎤) 뿐만아니라 중량 %로도 나타낼 수 있다. 이것의 예로서 코발트로 피복된 30/40 메시(mesh) 다이아몬드에 관한 것이 있다. 또한, (다이아몬드를 함유하지 않은)더미 펠렛 또는 볼을 단일 사이즈의 연마재 펠렛과 혼합하는 것의 영향을 제2도에 도시된 바와 같이 부가적으로 도시할 수 있다. 그 그래프로부터 임의의 다이아몬드의 농도를 달성하는데 필요한 메시 사이즈를 결정할 수 있다. 단일 사이즈의 펠렛을 더미 볼과 혼합하는 경우에, 그 그래프를 사용하여 소정 농도에 대해 필요한 상대적 비율을 결정할 수 있다. 상이한 메시 사이즈의 펠렛을 혼합하는 경우 간단한 혼합 법칙을 사용하여 소정의 농도를 달성하는데 필요한 각 사이즈의 비율을 계산할 수 있거나, 또는 혼합물의 분석을 실행하여 실제의 다이아몬드 함량을 결정할 수 있다. 그 후에, 다이아몬드 농도의 결과적인 값을 그래프의 더미 볼의 농도 제로(0)의 축상에 기록할 수 있다. 이 점으로부터 더미 볼의 농도 100%와 다이아몬드의 농도 0%를 나타내는 점까지 직선을 그려서 혼합물을 도시할 수 있다(예를 들면, 12/14 및 14/16 메시 펠렛의 혼합물이 제2도에 도시되어 있음). 이 직선으로부터, 그래프의 적당한 축상에 도시한 바와 같이, 적당한 양의 더미 볼과 혼합하는 것에 의해서 작도된 선의 범위내의 임의의 다이아몬드 농도를 달성할 수 있다.

미국 특허 제 4,883,500 호에 개시된 바와 같이, 화강암 등의 절삭중에 횡방향의 어긋남에 저항성이 있는 톱날을 제조하는 경우에 상이한 마모 패턴이 중요하다. 상기 미국 특허 제 4,883,500 호의 제2도에 도시된 바와 같은 효과를 달성하기 위해 당해 기술 분야에서는 면을 가로질러 다이아몬드 농도를 변화시키거나 또는 세그먼트의 외측부분에 내마모성 물질을 첨가하는 것이 제안되었다.

예기치 못하게, 본 발명의 개발 과정에서 본 발명의 펠렛을 사용하여 제조된 톱날 세그먼트에 그러한 절삭 패턴을 달성할 수 있는 것이 판명되었다. 그러한 절삭 패턴은(예를 들면, 톱날 세그먼트의 중심에 더미 볼과 높은 비율을 사용하여) 톱날 세그먼트의 주변부에서 다이아몬드나 기타 연마재 입자의 높은 농도를 제공하는 것에 기여할 수 있지만, 충분히 치밀한 세그먼트는 특별한 연마재 입자 구배를 형성함이 없이 이러한 “트랙킹(tracking)” 효과를 나타낸다. 다이아몬드를 세그먼트에 규칙적으로 배열한 결과 평행하고 긴 홈이 형성된다. 규칙적 정렬은 몰드내에 구형 펠렛을 밀집되게 충전시키는 것의 결과로 이루어진다. 마모 패턴은 제3도에 도시한 바와 같이 발생되며, 제3도에서 홈(10, 12)은 톱날 세그먼트(16)의 펠렛(14)의 배열로부터 형성된다. 그러한 차동 마모 패턴(differential wear pattern)의 결과 절단할 석재내에 정합 및 치합 표면이 형성되고, 그에 따라 절단 작업중에 톱날의 횡방향 치우침이 억제된다. 톱날의 폭과 연마재 펠렛의 사이즈에 따라서, 세그먼트의 길이, 따라서 톱날의 절단 연부에 평행한 복수개의 홈의 어레이가 용이하게 형성될 수 있으며 그것에 의해서 트랙킹 효과가 달성된다. 그러한 세그먼트는 기공을 포함하거나 또는 충분히 치밀하게 될 수도 있다.

연마재 입자에 가해지는 소결가능한 피막은 금속, 합금 또는 서멧일 수도 있다. 따라서, 다이아몬드, 입방정 질화 붕소, 또는 기타 연마재 입자를 피복하는데 사용되는 금속은 연마 업계에서 오래전부터 사용되어온 합금 및 금속 탄화물을 포함하는 광범위한 금속으로부터 선택될 수 있다. 그러한 금속은, 예를 들면 코발트, 니켈, 철, 구리, 주석, 몰리브덴, 붕소, 티탄, 텅스텐, 탄탈, 크롬, 바나듐, 망간, 니오븀, 지르코늄, 하프늄 등과 그리고 합금, 탄화물, 질화물 및 그의 혼합물 등을 포함한다.

본 발명의 신규한 소결 펠렛에 따라서 제조된 세그먼트는 깊은 절삭 용도, 평활 작업, 절단 작업, 프레임 절단, 다중 날 절삭, 와이어 절삭, 밴드 절삭, 얇은벽 코어 드릴링과, 다양한 윤곽 및 성형 작업에 사용하기에 적합하다. 본 발명의 세그먼트로 절단 가능한 재료로는 콘크리트, 충진 콘크리트, 강화 콘크리트, 아스팔트, 대리석 , 화강암, 석회석, 사암, 목재, 금속, 플라스틱, 복합재 등이 있다.

미국 특허 제 4,883,500 호에 개시된 것과 같은 톱날 세그먼트 구조가 업계에 공지되어 있으며 유용하게 사용된다. 본 발명의 사상 또는 의도된 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명의 기타 변형, 수정 또는 재배열이 가능할 수도 있다.

[실시예]

아래의 실시예에서, 본 발명에 따라 제조된 톱날의 유효성을 결정하기 위한 시험을 수행하였다. 각 실시예에서, 세그먼트는 소결된 펠렛 또는 경질 펠렛으로 부터 제조되었고, 세그먼트에는 여러 농도의 더미 펠렛이 함유되었다.

[실시예 1]

유동상법(流動床法)(a fludized bed method)에 의해 가해진 소결된 코발트/텅스텐/주석 피막을 갖는 30/40 메시의 MBS-760C 다이아몬드(제네랄 일렉트릭 캄파니로부터 입수가능함)로 이루어진 절삭 요소를 구비한 직경 1,000mm의 톱날을 제조하였다. 소결은 수소 분위기중에 약 10분간 약 900℃로 가열하는 것에 의해서 수행되었다. 다이아몬드에 대한 금속 피막의 중량비는 금속 피막이 약 95 중량% 이고 다이아몬드가 약 5 중량% 이었다. 최종 공구의 세그먼트에서 다이아몬드의 농도는 더미 볼을 사용하여 약 17.8(0.75 CTS/㎤)로 조절되었다. 상기 세그먼트는 통상의 방법으로 톱날 코어에 부착되었다.

이와 같이 제조된 톱날을 사용하여 화강암 표본을 절삭하였다. 정상 절삭 속도의 약3배의 속도로 절삭함에도 불구하고 마모 속도는 매우 낮았다. 세그먼트의 마모 패턴은 다이아몬드 농도가 이 표본을 유효하게 절삭하는데 필요한 농도보다 더 큰 것을 보여주었다.

[실시예 2]

소결된 코발트/텅스텐/주석 피막을 갖는 50/60 메시의 MBS 750 다이아몬드(제네랄 일렉트릭 캄파니로부터 입수가능함)로 이루어진 절단 요소를 구비한 직경 350mm의 톱날을 제조하였다. 피막은 실시예 1에 기재된 것과 동일한 방법으로 제조되었으며, 다이아몬드와 금속의 중량비도 동일하게 되었다. 최종 공구의 세그먼트에서, 더미 볼을 사용하여 다이아몬드 농도를 약 21.4(0.90CTS/㎤)로 조절하였다. 세그먼트를 통상의 방법으로 톱날 코어에 부착하였다.

상기와 같이 제조된 톱날을 사용하여 화강암을 절삭하였다. 상기 톱날은 절삭 요소의 과잉으로 인해 둥글게 됨에도 불구하고 통상의 톱날보다 수명이 10% 길었다. 톱날의 “트래킹”은 명백하였고, 그 결과 직선 절삭이 이루어졌다.

[실시예 3]

소결된 코발트/텅스텐/주석 피막을 갖는 30/40 메시의 MBS-760C 다이아몬드와 60/70 메시의 MBS-760C 다이아몬드로 이루어진 절삭 요소를 구비한 직경 1,000mm의 6개의 톱날을 제조하였다. 이 세그먼트는 30/40 메시의 다이아몬드가 세그먼트의 중심부에 있고 그리고 60/70 메시의 다이아몬드가 세그먼트의 외측 연부에 있도록 제조되었다. 그러한 세그먼트는 업계에 샌드위치 세그먼트로 공지되어 있다. 피막은 실시예 1에 기재한 것과 동일한 방법으로 제조되었고, 금속과 다이아몬드의 비도 동일하였다. 최종 공구의 세그먼트에서, 더미 볼을 사용하여 다이아몬드의 농도를 약 22(0.95CTS/㎤)로 조절 하였다. 이 세그먼트는 통상의 방식으로 톱날코어에 부착되었다.

이와 같이 제조된 톱날을 다중 톱날에 이용하여 화강암을 절삭하였다. 이 톱날의 설계 수명은 화강암을 절삭하는 경우 통상의 다이아몬드제 톱의 수명보다 약2배 길었다.

[실시예 4]

소결된 피막을 갖는 30/40 메시 MBS-750 다이아몬드로 이루어진 절삭 요소를 구비한 직경 1,000mm의 톱날을 제조하였다. 피막은 실시예 1과 동일한 방법으로 제조되었으며, 다이아몬드와 금속의 비율도 동일하였다. 최종 공구의 세그먼트에서, 더미 볼을 사용하여 다이아몬드 농도를 약 26(1.2CTS/㎤)로 조절하였다. 이 세그먼트는 통상의 방식으로 톱날 코어에 부착하였다.

상기와 같이 제조된 톱날을 사용하여 대리석을 절삭하였다. 대리석을 약800평방 미터로 절삭한 후에 톱날을 연마하기 시작하였고, 이것은 다이아몬드 농도가 너무 높다는 것을 보여준다.

[실시예 5]

소결된 코발트 피막을 갖는 30/40 메시 MBS-750 다이아몬드로 이루어진 절삭요소를 구비한 직경 1,000mm의 톱날을 제조하였다. 피막은 실시예 1과 동일한 방법으로 제조되었고 금속 대 다이아몬드의 비도 거의 동일하였다. 최종 공구의 세그먼트에서, 더미 볼을 사용하여 다이아몬드 농도를 약 26(1.1CTS/㎤)로 조절하였다. 이 세그먼트를 통상의 방법으로 톱날 코어에 부착하였다.

이와 같이 제조된 톱날을 사용하여 대리석을 절삭하였다. 톱날의 수명은 대리석 절삭의 경우 통상의 다이아몬드 톱날의 수명보다 3배 내지 4배 더 길었다.

Claims (6)

1. 톱날의 절단 연부를 따르는 길이를 갖는 연마재 입자 함유 금속 톱날 세그먼트를 보유한 톱날의 제조 방법에 있어서, (a) 적어도 20 중량%의 금속으로 피복된 연마재 입자를 각각 포함하는 복수의 연마재 펠렛을 상기 세그먼트의 길이 방향과 평행한 복수열의 배열로 몰드 캐비티(mold cavity)내에 배치하고 또 부착 금속원을 상기 몰드 캐비티내에 배치하는 단계와, (b) 상기 몰드 캐비티내에 상기 펠렛과 부착 금속으로부터 상기 톱날 세그먼트를 성형하는 단계를 포함하고, 상기 세그먼트를 보유한 톱날은 물체의 절단중에 톱날을 안정화시키기 위해 사용시에 절단될 물체에 복수 쌍의 홈을 형성하는 톱날 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 연마재 입자는 다이아몬드 입자 및 입방정 질화 붕소(CBN) 입자로부터 선택되는 톱날 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 피막은 코발트, 니켈, 철, 구리, 주석, 몰리브덴, 붕소, 티탄, 텅스텐, 크롬, 바나듐, 망간, 니오븀, 지르코늄, 하프늄과, 합금, 탄화물 및 그들의 혼합물로부터 선택되는 톱날 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 세그먼트는 전체 밀도의 10% 내지 50% 범위의 기공율을 갖는 톱날 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 피복된 연마재 입자는 부착 금속의 오버코트(overcoat)를 수용하는 톱날 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 부착 금속은 AWS BNi-2 및 AWS BNi-6 니켈계 용가재 합금중 하나 이상인 톱날 제조 방법.