KR100745708B1 - 충격 드릴 비트용 절삭 인서트 - Google Patents

충격 드릴 비트용 절삭 인서트 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 충격 드릴 비트의 게이지 열 절삭 인서트는 전체적으로 원통형이고 중앙 축선을 따라연장되는 장착부(24)와, 이 장착부로부터 연장되는 절삭 헤드(28)를 포함한다. 상기 절삭 헤드에는 비대칭 돔 형태를 형성하는 노출면(30)이 있어, 상기 절삭 헤드의 작업부(32)는 표준의 돔 형태와 관련하여 확장되어 있고 상기 후미부(34)는 표준의 돔 형태와 관련하여 축소되어 있다. 상기 절삭 헤드에는 내측 연부(36)와 외측 연부(38)가 마련되어 있다. 상기 노출면은 상기 작업부(32)와 후미부(34)를 양분하는 중앙면(44)을 따라 비대칭이다. 상기 노출면(30)은 상기 중앙면에 수직한 제2 평면(7, 8, 9)에서 대칭적이어서, 상기 노출면(30)은 상기 제2 평면(7, 8, 9)에서 상기 내측 연부(36)로부터외측 연부(38)까지 일정 반경의 호를 형성한다.

Description

충격 드릴 비트용 절삭 인서트{CUTTING INSERT FOR PERCUSSION DRILL BIT}
본 발명은 충격 드릴 비트용 절삭 인서트에 관한 것이다.
일반적으로, 해머 비트 산업 분야에서 4가지의 상이한 면 구조가 사용되고 있다. 그 구조는 드랍 센터(drop center), 오목형, 평탄면 및 볼록형(종종 더블 베벨 또는 더블 게이지라고 부른다)이다. 이들 각각의 구조는 상이한 용례에 대하여 그 자신의 장단점을 갖고 있다. 이들 비트에 사용되는 텅스텐 카바이드제 인서트의 배치, 직경, 형태 및 개수는 면 구조 및 제조업자마다 다르다. 일반적으로, 상기 카바이드제 인서트의 직경이 작을수록, 투과 속도(penetration rate)도 빠르다. 상기 카바이드제 인서트의 직경을 더 작게 하면, 마모는 더 빠르게 일어나고 다시 예리하게 가공하는 작업(re-sharpening)을 더 자주 해야 한다. 상기 카바이드제 인서트의 직경을 더 크게 하면, 투과 속도는 빠르고 더 오래 지속되며 전단 파괴(shear failure)의 영향은 덜 받는다.
대부분의 면 구조에서는 내마모성을 더 크게 하기 위해 게이지 열(guage row)에 더 큰 직경의 카바이드를 합체하고, 비트의 종방향 축선에 더 가까운 인서트의 속도를 감소시킨 결과 내마모성이 최소화되는 내측 열에는 더 작은 직경의 카바이드를 합체한다. 가장 많이 이용되는 카바이드 구조는 돔 형태 및 원뿔 형태이 다. 대부분의 비트에 있어서 돔 형태의 카바이드가 일반적으로 사용되고, 원뿔형 카바이드는 선택적인 비품으로서 주문할 수 있다. 원뿔형 카바이드의 이점은 투과 속도가 더 빠르고, 칩 사이즈가 더 크며, 암석 파괴(rock breakage)를 더 효율적으로 할 수 있다는 것이다. 원뿔형 카바이드의 주 단점은 돔 형태의 카바이드보다 깨지기가 쉽고, 따라서 연질의 강화 형성부(soft consolidated formations)에만 주로 사용된다는 것이다.
DTH(down the hole) 카바이드는 드릴 가공 중에 여러 형태의 마모를 받는다. 대부분의 마모는 비트가 구멍의 바닥 및 구멍 벽에 대하여 회전할 때 마멸(abrasion)에 의해 일어나, "마모 평탄부"를 야기한다. 마모가 더 심해지면, 비트의 수명 및 해머의 성능이 열화(劣化)될 수 있다. 카바이드가 과도하게 마모되면, 카바이드에서의 응력은 더 크고, 이는 조기 파손을 야기할 수 있다.
본 발명에서 중점을 두는 두 종류의 마모는 "전방 마모(frontal wear)"와 "게이지 마모(gauge wear)"라 부르는 것이다. 전방 마모는 그래나이트(granite)와 같은 경질의 암석에 대하여 드릴 가공할 때 발생한다. 이러한 경우에, 게이지 열 카바이드는 회전 중에 비트의 외측 둘레에 더 큰 거리에 걸쳐 있기 때문에 전방 카바이드보다 더 빨리 마모된다. 게이지 마모는 수정의 함량이 높은 마멸성 암석에 대하여 드릴 가공할 때 일어난다. "안티 테이퍼(anti-taper)"가 전개되는데, 이는 게이지 열에서의 예외적으로 큰 마모에 의해 야기되는 비트 본체의 간극을 감소시킨다. 이러한 문제에 대한 전형적인 해결책으로는, 게이지 열에 사용되는 카바이드의 등급을 변화시키는 것, 게이지 열에 사용되는 카바이드의 직경을 증가시키는 것, 인서트를 다시 예리하게 가공하는 것, 또는 투과 속도를 감소시키는 것 등이 있다.
WO-A-96/12085는 암석 드릴링 비트용 절삭 인서트를 도시한다. 상기 절삭 인서트는 원통형부와 볼록하게 형성된 외측부를 구비한다. 볼록하게 형성된 부분은 대개 비-대칭적인 형상을 가지며, 일실시예에서는, 재료의 부피가 증가된 부분인 마모부를 포함한다.
따라서, 투과 속도를 감소시키지 않으면서 사용 수명을 연장시키는 개량된 게이지 열 절삭 인서트를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 청구범위 제1항 내지 제7항 각각의 특징을 가지는 절삭 인서트를 제공함으로써 선행기술의 절삭 인서트의 단점으로 지적된 사항들을 극복한다. 이러한 절삭 인서트는 돔 형태 인서트의 예상 사용 수명 및 원뿔 형태 인서트의 투과 속도(ROP)를 갖고 있다. 본 발명에 따른 인서트에는 비대칭 돔 형태인 절삭 헤드가 마련되는데, 절삭 헤드의 후미부에서 카바이드는 감소되어 있고 작업부에서는 증대되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명은 충격 드릴 비트의 게이지 열(또는 다른 위치) 절삭 인서트를 제공하는데, 전체적으로 원통형이고 중앙 축선을 따라 연장되는 장착부와, 이 장착부로부터 연장되는 절삭 헤드를 포함한다. 상기 절삭 헤드에는 비대칭 돔 형태를 형성하는 노출면이 있어, 상기 절삭 헤드의 작업부는 표준의 돔 형태와 관련하여 확장되어 있고, 절삭 헤드의 후미부는 표준 돔 형태와 관련하여 감소되어 있다. 상기 절삭 헤드에는 내측 연부와 외측 연부가 있다. 상기 노출면은 상기 작업부와 후미부를 양분하는 중앙면을 따라 비대칭이다. 상기 노출면은 상기 중앙면에 수직한 제2 평면에서 대칭적이어서, 상기 노출면은 상기 내측 연부로부터 외측 연부까지 일정 반경의 호를 형성한다.
바람직하게는, 상기 노출면은 상기 중앙면에 수직한 임의의 교차면에서 대칭적이어서, 상기 노출면은 이러한 임의의 평면에서 상기 내측 연부로부터 외측 연부까지 일정 반경의 호를 형성한다.
본 발명은 보링 헤드가 구비된 샤프트를 포함하는 충격 드릴 비트를 제공하며, 상기 보링 헤드는 샤프트의 원위(遠位) 단부에 위치하고 종방향 축선을 갖고 있다. 상기 보링 헤드에는 복수 개의 구멍이 형성된 상향 상측 단부가 있다. 상기 구멍은 구멍들의 게이지 열을 포함한다. 전술한 것과 같은 절삭 인서트가 상기 구멍들의 게이지 열의 각 구멍에 배치된다.
따라서, 본 발명의 목적은 충격 드릴 비트용의 개량된 절삭 인서트를 제공하는 것으로서, 상기 절삭 인서트에는 작업부와 후미부를 양분하는 평면에서 비대칭이고 상기 중앙면에 수직한 제2 평면에서 대칭적인 노출면이 있어, 상기 노출면은 상기 제2 평면에서 상기 내측 연부로부터 외측 연부까지 일정 반경의 호를 형성한다.
본 발명의 다른 목적은 충격 드릴 비트의 게이지 열 절삭 인서트를 제공하는 것으로서, 상기 절삭 인서트에는 작업부와 후미부를 양분하는 중앙면을 따라 비대칭이고 상기 중앙면에 수직한 임의의 교차면에서 대칭적인 노출면이 마련되어, 상기 노출면은 이러한 임의의 평면에서 상기 내측 연부로부터 외측 연부까지 일정 반경의 호를 형성한다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적, 특징과 이점은 첨부 도면과 함께, 본 발명을 실행하기 위한 최적의 양식에 대한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 충격 드릴 비트의 사시도이다.
도 2는 도 1의 드릴 비트에 사용하기 위한 절삭 인서트의 측면도이다.
도 3은 도 2의 절삭 인서트의 전면도이다.
도 4는 도 2의 절삭 인서트의 배면도이다.
도 5는 도 2의 절삭 인서트의 평면도이다.
도 6은 도 2의 절삭 인서트의 평면도이다.
도 7은 도 6의 7-7 선을 따라 취한 단면도이다.
도 8은 도 6의 8-8 선을 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 6의 9-9 선을 따라 취한 단면도이다.
도 10은 도 6의 10-10 선을 따라 취한 단면도이다.
도 11은 도 6의 11-11 선을 따라 취한 단면도이다.
도 12는 도 6의 12-12 선을 따라 취한 단면도이다.
도 13은 도 2의 절삭 인서트의 측면도로서, 표준의 돔 형상 구조가 허상으로 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 충격 드릴 비트(10)의 사시도이다. 충격 드릴 비트(10)는 보링 헤드(14)가 구비된 샤프트(12)가 포함되어 있는데, 상기 보링 헤드는 샤프트(12)의 원위 단부에 위치하며 종향향 축선(16)을 구비하고 있다. 상기 보링 헤드(14)는 복수 개의 구멍이 형성되어 있는 상향 상측 단부(18)를 포함하고 있다. 상기 구멍은 텅스텐 카바이드제 인서트(20)를 수용하는 형상으로 되어 있 다. 상기 보링 헤드(14)의 상측 단부(18)의 외주 연부 둘레에는 인서트의 게이지 열(22)이 마련되어 있다.
본 발명에 따른 게이지 열 인서트(22)는 도 2 내지 도 13에 보다 상세히 도시되어 있다. 각 게이지 열 인서트(22)는 전체적으로 원통형이고 중앙 축선(26)을 따라 연장하는 장착부(24)와, 이 장착부(24)로부터 연장되는 절삭 헤드(28)를 포함하고 있다. 절삭 헤드(28)에는 비대칭 돔 형태를 형성하는 노출면(30)이 있어, 도 13에 가장 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 절삭 헤드(28)의 작업부(32)는 표준 돔 형태(D)와 비교하여 확장되어 있고, 절삭 헤드(28)의 후미부(34)는 표준 돔 형태(D)와 비교하여 감소되어 있으며, 이 역시 도 13에 가장 명확하게 도시되어 있다.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 절삭 헤드(28)에는 내측 연부(36), 외측 연부(38), 전방 연부(40) 및 후방 연부(42)가 마련되어 있다.
노출면(30)은 작업부(32)와 후미부(34)를 양분하는 중앙면(44)(즉, 중앙면은 작업부(32)와 후미부(34)를 각각 절반으로 분할하고, 드릴 비트(10)의 종방향 축선(16)으로부터 연장되는 반경에 대해 접선으로 배치된다.)을 따라 비대칭이다. 중앙면(44)은 도 10에 도시한 10-10 선을 따른 단면과 동일 공간에 걸쳐 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 절삭 헤드(28)의 노출면(30)은 일정한 반경을 갖고 있지 않으며, 따라서 중앙면(44)에서 비대칭적이다.
노출면(30)은 중앙면(44)에 수직한 임의의 교차면에서 대칭적이어서, 노출면(30)은 이러한 임의의 교차면에서 내측 연부(36)로부터 외측 연부(38)까지 일정 반경의 호를 형성한다. 노출면(30)이 대칭을 이루는 이러한 교차면의 예가 도 7 내지 도 9에 도시되어 있다. 도 7 내지 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 노출면(30)은 내측 연부(36)부터 외측 연부(38)까지 일정 반경의 호를 갖고 있다.
각각의 인서트(22)는 단일의 텅스텐 카바이드제 구성 요소를 포함하는 것이 바람직하다.
도 2에 도시한 바와 같이, 내측 연부(36) 및 외측 연부(38)는 중앙 축선(26)에 직교하는 측면에서 보았을 때 비선형이다. 내측 연부(36) 및 외측 연부(38)는 측면에서 보았을 때, 전방 연부(40)로부터 작업부(32)를 따라 상측으로 만곡을 이루고 후미부(34)를 따라 하측으로 테이퍼진다. 따라서, 내측 연부(36) 및 외측 연부(38)는 만곡된 험프(hump)(45)와, 하측으로 테이퍼지는 평탄부(46)를 구비하고 있다. 이러한 구조에서, 상기 공구가 마모된 후에, 그 공구는 향후의 사용을 위해 표준의 돔 형태로 기계 가공될 수도 있다.
본질적으로, 본 발명은 비트의 투과 속도 및 부품 수명을 개선함으로써, 절삭 헤드의 후미부로부터 작업부까지 재료를 이동시켜, 돔 형태 및 원뿔 형태 구조의 것과 실질상 동일한 이점을 제공한다.
도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 중앙면(44)에 수직한 임의의 평면은 그 형태가 대칭적이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 노출면(30)은 중앙면(44)에서 비대칭적이다. 또한, 노출면(30)은 도 11 및 도 12의 단면으로 나타낸 평면과 같이, 중앙 축선과 동일 공간에 걸쳐 있고 중앙면(44)에 수직하지 않은 임의의 평면에서 비대칭적이다. 이러한 구조는 후미부에서의 스트레스를 완화시키는 것을 도와주 고, 상기 인서트의 작업부의 마모 수명을 증대시킨다.
본 발명을 실행하기 위한 최적의 양식을 상세하게 설명하였지만, 당업자는 첨부된 청구의 범위 내에서 본 발명을 실시하기 위한 별법의 구조 및 실시 형태를 인식할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 충격 드릴 비트의 게이지 열(row: 22)용 절삭 인서트(20)로서,
    전체적으로 원통형이고 중앙 축선(26)을 따라 연장되는 장착부(24)와, 이 장착부(24)로부터 연장되는 절삭 헤드(28)를 포함하고,
    상기 절삭 헤드(28)에는 비대칭 돔 형태를 형성하는 노출면(30)이 있어, 상기 절삭 헤드(28)의 작업부(32)는 대칭의 돔 형태(D)와 관련하여 확장되어 있고, 상기 절삭 헤드(28)의 후미부(34)는 대칭의 돔 형태와 관련하여 감소되어 있으며, 상기 절삭 헤드(28)에는 내측 연부(36) 및 외측 연부(38)가 마련되고,
    상기 노출면(30)은 상기 작업부(32)와 후미부(34)를 양분하는 중앙면(44)을 따라 비대칭이고, 상기 노출면(30)은 상기 중앙면(44)에 수직한 제2 평면에서 대칭적이어서, 상기 노출면(30)은 상기 제2 평면에서 상기 내측 연부(36)로부터 외측 연부(38)까지 일정 반경의 호를 형성하는 절삭 인서트(20).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 노출면(30)은 상기 중앙면(44)에 수직한 임의의 교차면에서 대칭적이어서, 상기 노출면(30)은 임의의 이러한 교차면에서 내측 연부(36)로부터 외측 연부(38)까지 일정 반경의 호를 형성하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트(20).
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 장착부(24)와 절삭 헤드(28)는 단일의 텅스텐 카바이드제 구성 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트(20).
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 내측 연부(36)와 외측 연부(38)는 상기 중앙 축선(26)에 직교하는 측면에서 보았을 때 비선형인 것을 특징으로 하는 절삭 인서트(20).
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 내측 연부(36) 및 외측 연부(38)는 상기 중앙 축선(26)에 직교하는 측면에서 보았을 때, 전방 연부(40)로부터 작업부(32)를 따라 상측으로 만곡을 이루고, 후미부(34)를 따라 후방 연부(42)까지 하측으로 테이퍼지는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트(20).
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 노출면(30)은 상기 중앙 축선(26)과 동일 공간에 걸쳐 있고 상기 중앙면(44)에 수직하지 않은 임의의 평면에서 비대칭적인 것을 특징으로 하는 절삭 인서트(20).
  7. 샤프트의 원위(遠位) 단부에 위치하고, 종방향 축선(16)을 갖고 있으며, 구멍들의 게이지 열을 포함하는 복수 개의 구멍이 형성되어 있는 상향 상측 단부(18)가 마련된 보링 헤드(14)가 구비된 샤프트(12)와,
    상기 게이지 열 구멍 각각에 배치되는 절삭 인서트(20)를 포함하고,
    상기 절삭 인서트(20)는 전체적으로 원통형이고 중앙 축선(26)을 따라 연장되는 장착부(24)와 이 장착부(24)로부터 연장되는 절삭 헤드(28)를 구비하며,
    상기 절삭 헤드(28)에는 비대칭 돔 형태를 형성하는 노출면(30)이 있어, 상기 절삭 헤드(28)의 작업부(32)는 대칭의 돔 형태(D)와 관련하여 확장되어 있고, 절삭 헤드(28)의 후미부(34)는 대칭의 돔 형태(D)와 관련하여 감소되어 있으며, 상기 절삭 헤드(28)에는 내측 연부(36)와 외측 연부(38)가 마련되고, 상기 노출면(30)은 상기 작업부(32)와 후미부(34)를 양분하는 중앙면(44)을 따라 비대칭적이고, 상기 노출면(30)은 상기 중앙면(44)에 수직한 제2 평면에서 대칭적이어서, 상기 노출면(30)은 상기 제2 평면에서 상기 내측 연부(36)로부터 외측 연부(38)까지 일정한 반경의 호를 형성하는 충격 드릴 비트(10).
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 노출면(30)은 상기 중앙면(44)에 수직한 임의의 교차면에서 대칭적이어서, 상기 노출면(30)은 이러한 임의의 교차면에서 상기 내측 연부(36)로부터 외측 연부(38)까지 일정 반경의 호를 형성하는 것을 특징으로 하는 충격 드릴 비트(10).
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 장착부(24)와 절삭 헤드(28)는 단일의 텅스텐 카바이드제 구성 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 드릴 비트(10).
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 내측 연부(36)와 외측 연부(38)는 상기 중앙 축선(26)에 직교하는 측면에서 보았을 때 비선형인 것을 특징으로 하는 충격 드릴 비트(10).
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 내측 연부(36) 및 외측 연부(38)는 상기 중앙 축선(26)에 직교하는 측면에서 보았을 때, 전방 연부(40)로부터 작업부(32)를 따라 상측으로 만곡을 이루고, 후미부(34)를 따라 후방 연부(42)까지 하측으로 테이퍼지는 것을 특징으로 하는 충격 드릴 비트(10).
  12. 청구항 7에 있어서, 상기 노출면(30)은 상기 중앙 축선(26)과 동일 공간에 걸쳐 있고 상기 중앙면(44)에 수직하지 않은 임의의 평면에서 비대칭적인 것을 특징으로 하는 충격 드릴 비트(10).
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 노출면(30)은 상기 중앙면(44)에 수직한 임의의 평면에서 대칭적이어서, 상기 노출면(30)은 이러한 임의의 수직면에서 상기 내측 연부(36)로부터 상기 외측 연부(38)까지 일정한 반경의 호를 형성하는 것을 특징으로 하는 절삭 인서트(20).
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