KR100275063B1 - 절삭공구 - Google Patents

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KR100275063B1
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볼스트 스테판 엘.
노턴 캄파니
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Abstract

코어 드릴 비트 및 다이아몬드 톱날 등의 세그먼트 절삭공구는 세그먼트의 각 측면의 일부분을 경화하여 보다 효과적으로 만들어질 수 있다.

Description

절삭공구
이와 같은 공구는 본체부재와, 본체부재에 부착되며 절삭을 수행하는 연마부품을 포함하는 다수의 세그먼트(segments)를 구비한다. 본 발명에 관한 통상의 절삭공구는 코어 비트(core bit). 다이아몬드 톱날 및 세그먼트 휠이다. 본 발명은 본체부재에 부착된 세그먼트에 의해 절삭 작용이 수행되는 모든 이와 같은 공구에 적용가능하다.
코어 비트는 암석층(rock strata) 또는 콘크리트 부재와 같은 매우 단단한 물질을 천공하는 데 사용된다. 상기 비트는 드릴에 부착하기 위해 한 단부에 적용되고 절삭작용을 수행하는 원통형 부재의 대향 단부에서 환형 림 주위에 다수의 이격 세그먼트를 가지는 강철로 된 원통형 본체 부재를 구비한다.
세그먼트 휠 및 다이아몬드 톱날은 절삭 수단을 제공하기 위해 다수의 세그먼트가 디스크의 주변둘레에 고정 및 이격된 금속 디스크를 포함한다.
세그먼트는 금속 결합제에 분산된 연마입자를 포함하고 대부분 본체부재에 용접되어 부착된다. 세그먼트는 통상 기본적으로 하나의 긴 에지가 본체부재에 용접된 직사각형 외형을 가진다. 코어 비트에 있어서 "직사각형 세그먼트"는 그 길이를 따라서 만곡되어 긴 에지는 부착되는 원통형 본체부재의 환형 에지에 순응하게 된다. 그러므로 세그먼트는 그 폭의 양만큼 본체 부재로부터 돌출된다. 세그먼트의 두께는 부착된 본체부재의 에지의 두께와 같거나 다소 크다.
세그먼트 휠 또는 다이아몬드 톱에 있어서의 직사각형 세그먼트도 또한 만곡되어 있으나 이 경우에 세그먼트의 긴 에지가 부착되는 디스크의 림(rim) 곡률에 따르는 방식으로 만곡된다.
부착된 본체부재의 에지둘레의 세그먼트의 간격 및 개수는 본체부재의 크기와 용도에 따라서 다소 다르다. 그러나 일반적으로 50㎜ 내지 500㎜의 직경을 가지는 코어 드릴 비트의 경우 약 2 내지 수백 개의 세그먼트가 사용된다. 작거나 큰 직경의 드릴 비트는 적거나 많은 개수의 세그먼트를 각각 사용할 수 있다. 세그먼트 휠은 휠의 직경에 따라서 약 8 내지 수백 세그먼트를 가질 수 있다. 이와 같은 휠은 일반적으로 직경이 약 10㎝이상이다.
연마 부품은 이와 같은 용도에 통상 사용되는 것 중의 하나이며 그릿(grit: 破碎粒)은 절삭될 물질의 경도에 따라서 선택된다. 그러므로, 입자(grain)은 알루미늄 산화물, 실리콘 탄화물, 텅스텐 탄화물 또는 다이아몬드 또는 입방정계 붕소 질화물(CBN)같은 초연마제이다. 초연마제성분이 경제적인 연마제 그릿으로 희석될 수 있지만 초연마제가 통상 적합하다. 연마제는 보통 금속 결합제로 유지되고, 이 결합제에 대한 부착성이 세그먼트에 결합되기 전에 니켈 같은 금속으로 입자를 금속 코팅함으로써 향상된다.
코어 비트의 문제점 중의 하나는 천공된 구멍의 외측 게이지를 일정하게 유지하는 것을 보장하는 데 있다. 이는 세그먼트 에지가 세그먼트의 중앙부보다 더 빠르게 마모되는 경향 때문에 절삭작업이 느리고 비효율적이 된다. 이는 드릴링되는 구멍의 외부 게이지의 확장과 드릴링되는 물질의 경도 변화로 인해 소정의 드릴링 방향으로부터 벗어나게 된다.
상기 문제점은 일반적으로 세그먼트의 양측을 따라 연마제가 고농도로 세그먼트를 형성함으로써 외면을 따라서 세그먼트가 더 경화되는 것으로 처리된다. 이는 종종 "샌드위치 세그먼트"라고 불리운다. 경도 차이는 절삭되는 표면 상에 프로파일(profile)을 생성하여 비트가 자동적으로 중심을 맞추게(self-centering) 한다. 그러나 이러한 해결책은 그 발생되는 절삭속도가 현저히 낮아지거나 공구수명이 현저히 감축되기 때문에 부분적으로만 유효하다. 회전방향으로 연마입자품질 및 /또는 농도가 다른 절단 세그먼트를 가지는 절삭공구는 WO 92/01542 호에 공구수명을 개선하기 위해 제안되었다. 그러나, 이와 같은 공구 디자인은 단지 제한된 코어드릴 유용성을 가지며 절삭 치수를 유지하지는 않는다. 본 발명의 주된 문제인 절삭 효율을 신규한 공구 설계를 사용하여 크게 향상시키는 것이 가능하다. 본 발명은 신속한 절삭을 제공할 뿐만 아니라 일부 실시예에 있어서 긴 수명 및/또는 천공되는 구멍이 직선으로 유지되는 것을 보장하는 유효한 셀프-센터링을 제공한다.
발명의 개략적 설명
본 발명은 개선된 공구수명을 갖는 절삭공구를 포함하고, 본체부재에 부착되며 절삭시에 가공재의 표면에 대해 수직인 제 1 및 제 2의 평행한 외면을 가지는 다수의 세그먼트를 가지는 본체 부재를 포함하며, 상기 세그먼트는 세그먼트의 제 1 및 제 2 평행외면의 일부가 경화된 절삭 수단을 구비하도록 공구의 주변에지에 고정되어, 경도가 다른 면이 세그먼트의 경화된 평행외면에 수직인 모든 단면, 방사방향 평면에 나타난다. 세그먼트는 본체부재의 어느 한쪽에서 보았을 때 세그먼트가 본체부재의 주변 둘레에 경화 표면 및 경화되지 않은 표면이 순차적으로 나타나도록 본체부재 상에 위치된다. 이는 세그먼트의 모든 한 측면이 경화되고 이와 같은 세그먼트 또는 세그먼트의 그룹 다음에, 경화되지 않은 표면을 나타내는 세그먼트 또는 세그먼트의 그룹이 구비되기 때문이다. 대안적으로 세그먼트의 모든 측면은 양호하게는 세그먼트의 길이에 실질적으로 수직인 경화표면 영역과 경화되지 않는 표면 영역의 스트라이프(stripe)를 구비한다. 각 측면 상의 스트라이프의 수는 각각 하나 이상(경화된 스트라이프 및 비경화된 스트라이프)이다.
본 발명의 절삭공구의 단순화된 형태에 있어서, 절삭공구의 주변둘레의 세그먼트는 약 절반의 전체 측면은 한 표면상에서 경화되고 다른 절반은 그 반대 측면에서 경화되어 공구의 어느 한 쪽에서 볼 때 그 측면의 절반은 경화되고 측면의 나머지 절반은 경화되지 않는다. 경화된 측면은 경화되지 않은 측면과 번갈아 구비될 수 있으며 그룹으로 나타날 수 있다.
한 측면이 경화된 세그먼트를 참조로 하여 본 발명을 설명할 때 이는 경화된 측면이 드릴 코어 비트의 내측 또는 외측 상의 존재여부에 의해 내측 또는 외측(경화)세그먼트로 이하에서 언급된다. 세그먼트 휠"내측" 및 "외측"으로 바꾸어 표현하면 각각 휠의 제 1 측면 상에 노출된 세그먼트 표면과 휠의 대향 측면 상에 노출된 세그먼트 표면을 언급하는 것이다. 이는 단순화를 위한 것이며 본 발명이 그와 같은 구조로 제한됨 또는 더 선호하는 의미는 아니다.
이러한 경화 패턴을 가지는 세그먼트는 드릴 코어 비트에 부착되고 교대로 각 내측 세그먼트가 두 외측 세그먼트 상이에 번갈아 존재할 수 있으나 더 빈번히 4개 또는 5개(예를 들어)의 내측 세그먼트가 있고 드릴 코어 비트의 절살된 둘레에 순차적으로 유사한 수의 외측 세그먼트가 존재하도록 세그먼트를 그룹화 하는 것이 바람직하다. 그러나 각 그룹에 있어서 세그먼트의 수는 본 발명의 수행에 중요하지 않고 적합한 배치는 주변 절반이 내측 세그먼트를 가지고 나머지 주변 절반이 외측 세그먼트를 가지는 것이다. 본 발명의 정신으로부터 이탈함없이 양 측면이 경화되지 않은 일부 세그먼트를 삽입(intersperse)하는 것이 가능하다.
절삭 공구가 내측 경화 세그먼트와 외측 경화 세그먼트를 가지는 경우, 절삭 공구의 에지 둘레에 세그먼트의 각 형태의 수는 양호하게는 거의 동일하며, 이는 한 형태의 수가 다른 형태의 수를 하나 초과하도록 본체 부재에 고정된 홀수의 세그먼트 또는 한 형태의 수가 다른 형태의 수를 둘 초과하는 짝수의 세그먼트를 허용하는 것으로 이해된다. 동일하게 세그먼트 표면의 부분만이 경화되면, 경화된 휠 둘레의 총 세그먼트 표면적은 경화되지 않은 총 세그먼트 영역과 거의 같다. 그러나 경화된 모든 측면 부분이 내측표면이거나 적합하게는 외측 표면인 공구는 본 발명의 범주에 해당하는 것이다.
본 발명은 세그먼트 절삭공구에 관한것이다.
도 1은 다수의 세그먼트를 포함하는 코어 드릴 비트의 사시도. 여기서 연마제의 증가된 농도는 경화표면을 따라서 음영으로 대략적으로 도시되어 있다.
도 2는 도 1에 도시한 세그먼트를 경화한 세그먼트 블레이드의 사시도.
도 3은 연마제 그릿의 코팅을 사용해서 경화한 각 측면의 대향 단부를 가진 세그먼트 휠에 대해 산 세그먼트의 절단면에 평행하게 취해진 단면도.
도 4A 내지 도 4H는 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 다양한 세그먼트 디자인을 간단히 직사각형 블록으로 해서 도시한 도면으로써, 각 경우에, 음영부는 비음영부 보다 큰 연마제 농도의 영역을 가르킨다. 여기서 비 음영부는 영(0) 만큼 낮은 농도를 나타낼 수 있다. 이것은 물론 이런 음영부의 표면에 대해 보다 큰 경도는 표면을 가져온다. 연마제 재로가 점으로 박힌 표면은 표면에 침착된 (deposited) 연마제 입자의 층을 가지게 하는 것과 같은 표면 처리로 경화된 표면 이고, 그러므로 이 표면은 보통 표면보다 보다 큰 경도를 가진다.
상술한 바와 같이, 상술한 세그먼트는 드릴 코어 비트와 또한 다이아몬드 톱날과 다른 세그먼트 절단 휠에 사용가능하다. 세그먼트의 부착 에지가 부착되어질 본체부재의 원주방향의 곡률에 따를 필요가 있기 때문에, 단지 본체부재 상의 세그먼트의 형상과 방위에 따라 다르다. 비경화된 측면의 동일한 일부분 또는 측면을 가지는 세그먼트에 경화된 측면 또는 측면의 일부분을 교대로 놓고 휠의 원주둘레에 단일 세그먼트와 번갈아 또는 그룹으로 나타나는 동일한 양호한 패턴을 이러한 공구 내에 사용할 수 있다.
교대로 놓인 경화 측면(단일 또는 그룹) 대신에, 세그먼트의 각 측면 상에 일부분, 예를 들어 1/2의 측면이 경화되도록 하여 더 주기적으로 교번할 수 있다. 이런 배치에서, 종종 세그먼트 표면을 분할하여 한 단부를 경화하고 다른 단부를 경화하지 않고, 이 패턴을 세그먼트의 반대측 상에 반대로 하는 것이 양호하다. 이런 장치는 도 3과 도 4C에 도시되어 있다. 대안적으로, 경화 부분은 도 4F와 도 4G에 도시한 바와 같은 스트라이프 형태일 수 있다.
경화작업은 표면을 단단하게 하고 세그먼트의 부분이 더 자유롭게 절단하게 하고 사용 중에 세그먼트 부분이 더 마모되게 한다. 완전히 이해되지 않은 약간의 이유로는 이것이 종종 비트를 자동 정렬(self-aligning)시키고, 더 많은 절단 에너지를 절단면으로 안내하고 천공되는 구멍의 측면들 상에 드래그(drag) 손실을 주지 않는다는 것이다. 부가하여, 항상 절단면 영역을 감소하여 단위 영역당 보다 높은 힘을 주고 그러므로 보다 자유롭고 빠른 절단을 하게 해준다.
세그먼트가 경화 표면의 영역 내에서 보다 높은 농도의 연마제 그릿(grit)을 가지도록 함으로서 표면을 경화할 수 있다. 세그먼트는 통상 연마제 그릿과, 결합제를 제공하는 금속 분말의 혼합물로부터 성형된다. 이 혼합물은 성형틀 내에서 바로 또는 혼합물을 성형틀에 넣기 바로 전에 가열한다. 통상적인 성형틀은 배럴과, 성형틀이 폐쇄되어 세그먼트의 측면을 형성할 때 함께 가압되는 두 개의 램(ram) 부재를 포함한다.. 세그먼트를 코어 드릴 비트로 사용하는 곳에서, 램 표면은 본체 부재의 원주에 맞도록 세그먼트의 곡률의 소망하는 정도에 따라서 곡선져 있다. 한측면의 경화는 금속/그릿 혼합물의 추가전에, 성형틀 내에, 예를 들어 램 부재중 하나의 표면 상에, 연마제 그릿층을 놓으므로서 쉽게 얻을 수 있다. 대안적으로, 연마제 그릿의 추가의 량은 경납땜(brazing)되거나 그렇지 않으면 세그먼트가 형성되어진 후 경화되어질 표면에 고정된다. 경화는 세그먼트의 본체 내의 그릿과는 다른 그릿을 사용하여 이루어질 수 있다. 이와 관련해서, 세라믹 알루미나 그릿의 사용은 이런 그릿에 맞는 고유의 경도 때문에 특히 우수하다. 세라믹 알루미나의 섬유모양의 그릿을 세그먼트 표면의 경화에 특히 효과적인 것으로 알려져 있다.
세그먼트가 하나 이상의 그릿을 포함하는 곳에서, 경화는 단지 그릿중 어느하나를 사용해서 표면 경화하므로서 얻을 수 있다. 어느 것이나 대개 희석된 그릿이기 때문에 보다 값이 싼 희석된 그릿을 선택하는 것이 좋다. 그러므로, 예를 들어 초연마제가 세라믹 알루미나 그릿과 혼합되어 있는 세그먼트가 섬유상 연마제 입자의 형태이거나 불규칙하게 파쇄된 형상을 한 입자형태든지, 표면을 경화하는데 우선적으로 사용되는 그릿이 알루미나 그릿이다. 이런 혼합물의 경우에, 경화되는 표면에 입접해서 희석된 그릿의 농도를 증가하거나 또는 상술한 바와 같이 표면에 이런 그릿을 코팅을 가하는 것으로 충분하다.
연마제 그릿을 사용하는 경화는 양호하게는 USPP 4,623,364호 ; 4,744,802 호; 4,788,167 호; 4,881,971 호를 포함하는 졸-겔(sol-gel) 알루미나 연마제 그릿의 생산을 기술하는 다수의 특허에 기술된 바와 같이 세라믹 알루미나를 사용해서 행해진다. 특히 USPP 5,194,072 호; 5,201,916 호 내에 기술된 졸-겔 형태의 알루미나 섬유상 연마제 입자가 양호하다.
다른 경화 기술은 경화 표면에 대해 비경화되어지는 표면을 제공하여 세그먼트의 일부분으로부터 연마제의 적어도 상당한 부분을 제거할 수 있다. 이런 접근 방법은 예를 들어 도 4D에 도시되어 있다. 이런 세그먼트는 성형틀 내로 들어가는 제 2 충전의 연마제보다 많거나 또는 적은 연마제를 가지는 제 1 충전의 조성 (composition of the first charge)을 갖는 두 개의 충전 공정으로 세그먼트를 형성함으로써 만들 수 있다.
또한 세그먼트는 그 표면에 보다 단단한 결합제를 사용하여 한 표면을 따라서 경화될 수 있다. 그러나, 이런 조성적인 변화의 결과로서 세그먼트의 구조적 완전성을 잃지 않도록 주의해야 한다. 추가로, 연화되지 않은 측면이 비교시 보다 단단하도록 표면을 연화(softened)시킬 수 있다.
본 발명은 단지 도시의 목적으로 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 의도없이 아래의 예를 참고로 설명되어 있다.
예 1
이 예에서, 드릴 코어 비트를 본 발명에 따라서 제조되어 놓인 세그먼트를 사용해서 준비한다. 이 비트를 드릴 코어 비트와 비교하면, 세그먼트가 한 측면을 따라서 경화되어 있지 않은 것을 제외하고는 아주 동일하다. 두 비트의 성능을 나란히 테스트해서 비교한다.
각 경우에, 사용된 본드는 코발트/청동의 70/30 wt% 혼합물이고 연마제 그릿은 SDA100+ 등급의 드비어스사의 30/40 메시 다이아몬드이다. 세그먼트 내의 다이아몬드 량을 10 체적%로 설정한다. 이 결합제/그릿 혼합물로부터 만든 세그먼트는 3㎜ 커프(kerf)와 24㎜ 길이를 가진다. 이런 세그먼트 9개를 본체부재에 경납땜하여 통상의 10.1㎝ 직경의 코어 드릴 비트를 제공한다.
유사한 코어 드릴 비트(본 발명에 다른 개량 세그먼트를 가짐)를 동일한 형태의 본체부재에 개량 세그먼트를 경납땜하여 만든다. 개량 세그먼트를 상술한 것과 동일한 본드/다이아몬드 그릿이 추가되기전에 세그먼트를 주조하는데 사용된 성형틀의 한 표면에 졸-겔 알루미나 섬유상 연마제 입자를 넣은 36 그릿의 박막증을 놓음으로써 만든다. 연마제를 도면의 도 4F에 도시한 바와 같이 스트라이프 내에 적용한다. 이 방법으로 내외측 세그먼트를 만든다.
세그먼트를 4개 세그먼트의 내측면과 5개의 세그먼트의 외측면상에, 모두 9개의 세그먼트에 알루미나 코팅으로 주조한다. 이들 9개 세그먼트를 상술한 종래의 비트를 만드는데 사용한 것과 동일한 본체부재에 경납땜한다. 내측 코팅된 세그먼트를 본체부재의 원주 둘레에 연속적으로 배치하고 그 다음에 계속해서 외측 코팅 된 세그먼트를 배치한다. 이렇게 만들어진 형상은 도 1에 도시한 것과 같다. 도면에서, 본체부재(1)에는 본체부재의 단부 둘레에 동일한 간격으로 이격되어 있는 7개의 세그먼트(2)가 용접되어 절단면을 제공한다. 2A로 표시한 4개의 세그먼트는 외측면상에서 스트라이프로 경화되고, 2B로 표시한 3개의 세그먼트는 내측면상에서 스트라이프로 경화된다.
그 다음에 두 개의 코어 드릴비트는 각 구멍 내에 하나의 1.6㎝ 강철 보강바를 가지는 조지아 화강암의 경화된 콘크리트 내에 구멍을 뚫기 위해 사용된다. 드릴은 900회전 및 20 암페어에서 작동하는 2 단 속도 드릴 "클리퍼"(노턴 캄파니의등록상표)가 사용된다. 보강 바는 각 구멍 안에서 완전하게 절단된다. 10㎝ 깊이 80개 구멍은 각 비트로서 절단되고 매 5번째 구멍은 소요시간 및 절단의 평균속도 (㎝/분)가 결정된다. 보링의 결과인 세그먼트의 마모의 양은 절단되는 미터당 마모의 ㎜로 결정된다. 결과는 이하와 같다:
관통율 마모성능
제어 6.1㎝/min 2.8 M/mm
본 발명 9.0㎝/min 5.64M/mm
그러므로 본 발명에 따르는 비트는 종래의 비트보다 96% 개선된 수명과 48%개선된 관통율을 가진다.
예 2
상기 예는 실시예 1에 사용된 것과 같은 코어 드릴 비트보다 세그먼트 휠에 적용되었을 때의 본 발명의 이점을 나타낸다.
이러한 세그먼트 휠은 제 2도에 도시되어 있으며, 제 2도는 실시예 1 에 기술된 바와 동일하게 상기 휠의 원주에 연마제 그릿의 코팅을 사용하여 하나의 표면에서 각기 경화되는 여러 개의 이격된 세그먼트(12)를 레이저 용접한 금속 디스크 형태의 본체 부재(11)를 도시한다. 경화 표면은 그룹단위로 배치되어 12A로 표기된 4개의 연속적인 세그먼트는 관찰자를 향하는 방향에서 코팅된 경화 표면을 갖고, 12B로 표기된 다음의 4개의 연속적인 세그먼트는 관찰자와 반대측에서 코팅된 경화표면을 갖는 방식으로 상기 휠의 원주 둘레에 배치된다.
그러나, 상기 예 2 에 실제 사용된 휠은 약간 다르게 배치된 코팅을 가진다. 각 세그먼트는 양측의 절반만이 코팅되어 일 측의 왼쪽 절반이 코팅되면, 다른 측에서는 반대 단이 코팅되도록 한 것이다. 이는 도 3 에 나타난 것과 같은 횡단면을 가지는 세그먼트가 된다. 횡단면은 절단면에 대한 접선에 대해 평행하게 그리고 세그먼트의 본체를 통해 취해졌다.
상기 예 2 에 사용되는 휠은 35.6㎜ 휠이다. 각각의 휠은 본체부재에 경납 땜된 21 개의 세그먼트를 가지고, 각 휠에서 각 세그먼트는 동일하다. 각 휠에서의 결합제는 70/30 코발트/청동 혼합제이며 다이아몬드는 7.5 체적% 농도로 30/40 및 40/50 메시의 드비어스사의 SDA 85+ 등급 다이아몬드가 사용된다. 각 세그먼트는 49.2㎜ 길이 및 3.2㎜ 커프를 가진다.
제어 휠은 어떠한 표면도 경화되지 않는다. 본 발명에 따른 휠은 도 3 에 대한 논의로 상술된 바와 같이 변형된 세그먼트를 가진다. 경화는 동일한 목적으로 실시예 1 에 사용된 것과 같이 동일하게 심어진(seeded) 졸-겔 섬유상의 알루미나 연마제 그릿으로 경화된 표면의 코팅된 절반에 의해 제공된다.
그 다음에 상기 두 개의 휠은 장미 석영 경화된 콘크리트를 1.52미터(5 피트) 길이로 7.62㎝ 슬롯(slot) 절단하기 위해 사용된다. 페루프 제어기는 정격 15킬로와트에서 유지된다. 이는 다양한 절삭의 속도에서도 동일하다. 휠은 2400 rpm에서 회전한다.
결과는 절단의 속도(㎝/min)와, 방사방향 마모에 의해 분할되는 총 절삭 단면적으로 한정되고, 평방미터(절삭면적의)당 밀리미터(마모의)로 기록되는 마모성능으로 기록된다.
절삭속도(㎝/min) 마모성능(M2/㎜)
제어 105 6.62
본 발명 107 7.75
그러므로, 본 발명에 따른 휠은 본질적으로 동일 절삭속도 및 17.1 % 더 긴 수명을 가진다.
예 3
이 예에서는 본 발명에 따른 드릴 코어 비트가 표준 드릴 비트와 비교된다. 표준(제어) 드릴 비트는 세그먼트에 걸쳐 균일하게 분포된 슈퍼 연마제를 가지며 경화 표면은 없다. 본 발명에 따른 드릴 코어 비트는 세그먼트의 전체 외측면이 실시예 1에서 사용되는 세라믹 알루미나 연마제 입자를 사용하여 경화된다.
각 경우의 결합제는 100% 청동이며 다이아몬드는 세그먼트의 8.75 체적%를 나타내며 35/40 메시인 드비어스사의 SDA 100+ 등급인 다이아몬드이다. 세그먼트는 4㎜ 커프와 24㎜ 길이이다. 9개의 세그먼트는 10.1㎝ 직경 코어 비트 본체 부재의 주변주위에 위치된다.
각 블레이드당 3개의 16㎜ 보강용 강철봉(rebar)을 가지는 중간 경도 경화 콘크리트 352㎏/㎠(5,000psi)에 250㎜의 길이로 전부해서 20 회의 절단이 이루어진다. 각 절단시 모든 3 개의 보강용 강철봉을 완전히 절단한다. 드릴은 600rpm으로 회전하며 11 암페어를 인입하는 밀워키 2.2KW 드릴이 사용된다. 얻어지는 결과는 아래와 같다:
관통율 마모성능
제어 6.0㎝/min 1.59 M/min
본 발명 5.9㎝/min 2.48 M/min
본 발명에 따른 시험용 비트에서 볼 수 있는 바와 같이 관통비율의 변동없이 56%의 수명개선을 가진다.
예 4
이 예에서는 다이아몬드 톱날을 참조하여 비교하다. 그 블레이드는 본체부재의 주변의 주위에 이격된 전부 21 개인 세그먼트를 가지는 35.6㎝ 직경 블레이드이다.
표준(제어) 블레이드는 동일한 세그먼트에 걸쳐 불규칙하게 분포된 초연마제 그릿(다이아몬드)을 가진다. 본 발명에 따른 톱날은 도 4D 에 나타난 바와 같이 세그먼트의 두께의 절반 이내로 위치되는 다이아몬드 그릿을 가진다. 상기 세그먼트는 본체부재의 주변 주위에 번갈아 위치되어 각 경화된 측면이 두 개의 비경화된 측면 사이에 위치되거나 또는 그 반대로 된다.
결합제는 코발트 및 청동을 70/30 으로 혼합하여 사용하며 다이아몬드는 30/40 메시 및 40/50 메시인 드비어스사의 SDA 85+ 등급 다이아몬드의 동일한 비율의 혼합물로 사용된다. 다이아몬드는 세그먼트의 7.5 체적%로 제공된다. 각 세그먼트는 3.2㎜ 커프 및 49㎜의 길이를 가진다. 각 블레이드는 장미 석영 경화 콘크리트를 절삭하기 위해 사용된다. 절삭 깊이 7.62㎝ 및 절삭 길이 152.4㎝는 3 개의 상이한 동력 출력레벨에서 각각의 블레이드로 절삭된다. 2400rpm 에서 작동하는 자동화된 시험 톱이 사용된다. 동력 레벨을 제어하면 절삭속도가 변화된다. 결과는 이하의 표 1 에 보인다.
[표 1]
Figure kpo00001
그러므로 본 발명에 따른 블레이드는 각 파워 레벨에서 보다 높은 절삭속도를 가지며, 동력이 증가함에 따라 마모성능의 차이는 점차 작아진다.
예 5
이 예는 도 4G 에 도시된 바와 같은 경화된 패턴의 드릴 코어 비트로 세그먼트 측면에 선택적으로 경화시켜 증가된 수명을 보인다.
두 개의 10.2㎝ 직경의 코어 드릴 비트는 "본 발명"으로 지정된 드릴 비트 중의 하나의 세그먼트의 측면 부분을 선택적으로 경화시키는 것을 제외하고는 동일한 개수와 형태로 이루어진다. 나머지 드릴 비트는 "제어"로 지정된다.
각 세그먼트는 세그먼트의 10 체적%를 제공하기 위해 충분한 양의 30/40 메시인 드비어스 사의 SDA 100+ 품질의 다이아몬드와, 코발트/청동(80/20 비율)을 포함한다. 각 세그먼트는 24㎜ 길이 및 3㎜ 커프를 가진다. 각 코어 비트는 9개의 세그먼트를 가진다. 본 발명에 따른 코어 드릴 비트의 세그먼트는 도 4G 에 기술된 방식으로 각각 측면 상에서 세그먼트의 길이에 수직하게 연장하는 3 개의 스트라이프로 경화된다. 경화는 36의 그릿 사이즈를 가지고 심어진 졸-겔 알루미나 섬유상 연마제 그릿을 각각의 세그먼트 스트라이프의 각각의 측면에 적용하여 이루어진다.
비트는 80번 절단에 사용되었는데 전반의 40회의 절단은 상기 비트의 "시운전(break-in)"으로서 고려되었다. 후반의 40회의 절단에 대한 성능만이 측정되었다. 상기 후반의 40회의 절단에서의 모든 5번째 절단시마다 시간이 측정되고, 컷의 평균 속도(overall speed)(또는 관통율)가 결정된다. 측정장치는 마모성능을 평가하기 위해서 절삭 전후의 세그먼트의 높이차를 평가하기 위해 사용된다.
각각의 절단은 10.2㎝(4인치) 깊이이고 각 구멍에서 절단된 하나의 15.9㎜ 직경의 보강용 강철봉과 함께 조지아 화강암 경화 콘크리트에서 절단된다. 드릴은 20 암페어를 인출하고 900rpm에서 작동하는 "클리퍼" 2 단 속도 드릴이다.
얻어진 결과는 다음과 같다:
관통율 마모성능
제어 7.44㎝/min 11.87 M/min
본 발명 6.51㎝/min 22.93 M/min
그러므로 본 발명에 따른 비트는 제어 비트와 비교하여 관통율이 12.5%만 감소하고 수명은 93%에 개선된다.
그러므로 드릴 코어 비트 또는 세그먼트 톱날에서의 몇몇 세그먼트의 모든 측면부분을 선택적으로 경화함으로써, 공구의 내구성 및 성능 효율에서 상당한 이득이 있다는 것이 명백하다.
예 6
이 예에서 2 개의 10.2㎝ 직경의 드릴 코어 비트는 나란히 평가된다. 각각은 도 4A에 도시된 것과 같이, 경화된 면 위에 36 그릿의 섬유상 연마제인 졸-겔 알루미나 입자를 놓아, 하나의 세그먼트가 어떤 식으로든 경화되지 않고 다른 세그먼트가 한 측면(내측 또는 외측)을 따라서 경화되는 것 이외에는 도 1에 도시된 설계에 따라 구성된다. 세그먼트는 도 1에 도시된 것과 같이 코어 드릴 비트의 주위에 그룹으로 된 내측 경화 및 외측 경화된 측면으로 배치된다. 각 세그먼트에 대해 사용된 결합제는 70/30 체적%의 구리와 동의 혼합물이고 세그먼트에 걸쳐 분산된 연마제는 10 체적% 농도에서 30/40메시인 드비어스사의 SDA 100+ 등급의 다이아몬드이다. 각 세그먼트는 3㎜의 커프와 24㎜의 길이를 가진다. 9개의 세그먼트는 드릴 코어 비트의 주위에 떨어져서 있다.
8 암페어의 동력을 인입하고 600rpm에서 작동하는 "밀워키(Milwaukee)" 드릴이 각 구멍에 2개의 6.35㎜ 콘크리트 보강용 강철봉을 갖는 중간 경도의 경화된 콘크리트에 30㎝ 깊이의 구멍을 뚫기 위해 사용된다. 모든 절단은 시간이 측정되고 절단시의 평균 속도가 판정된다. 측정장치는 (시험) 전후의 세그먼트의 높이를 측정하기 위해 사용된다.
얻어진 결과는 다음과 같다:
절삭거리 관통율 마모성능
제어 5.4 M 7.44㎝/min 11.87
본 발명 0.9 M 6.51㎝/min 22.93
본 발명에 따른 비트는 제어 비트와 비교하여 관통율이 2.3%만 감소하고 109% 향상된 수명을 나타낸다.

Claims (5)

  1. 향상된 공구 수명을 갖는 절삭공구에 있어서, 본체부재(1, 11)와, 상기 본체부재에 이격된 관계로 부착되며 각각이 절사하는 동안 공작물을 향하는 표면에 수직인 제1, 제2 평행 표면(2A, 2B)을 가지는 복수의 절삭 세그먼트(2, 12)를 포함하고, 상기 세그먼트(2, 12)는 절삭수단을 제공하기 위해 공구의 주변 에지에 일정한 간격으로 부착되며, 여기서 상기 제 1, 2 평행 외면(2A, 2B)의 일부분을 경화하여, 가변 경도 영역(3, 4, 12A, 12B)이 상기 세그먼트(2, 12)의 경화된 평행 외면에 수직으로 위치되는 모든 단면과 반경방향평면(도 3, 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G, 4H)에 존재하는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
  2. 제 1 항에 있어서, 세그먼트(2, 12)는 제 1 및 제 2 평행 외면(2A, 2B)의 양쪽의 세트가 경화 및 경화되지 않은 표면(3, 4, 12A, 12B)을 공구의 주변 에지 주위에 순차적으로 제공하도록 본체부재(1, 11)상에 배치되는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
  3. 제 1 항에 있어서, 각각의 경화 표면 또는 표면영역(3, 12A)은 동일 세그먼트(2, 12)상에 경화되지 않은 대향측 평행 표면 또는 표면영역(4, 12B)을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
  4. 제 1 항에 있어서, 모두 동일한 경화 표면(3, 12A)을 가진 세그먼트(2, 12)는 하나의 그룹의 경화 표면(3, 12A)에 이어서 경화되지 않은 표면(4, 12B)의 그룹이 오도록 또는 그 역순으로 상기 공구의 주변 둘레에 1 내지 5 개의 세그먼트로 된 그룹으로 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
  5. 제 1 항에 있어서, 표면(3, 12A)은 연마입자의 표면층에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
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