KR19980703399A - 칼날 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼날 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 절단 성능을 높이기 위한 경화된 표면을 갖는 형태의 칼날은 EP 92908829.2호 및 EP 93303062.9호등에 공지되어 있다. 상기 칼날은 종래의 칼날과 비교하여 개선된 절단 특성을 나타내며, 본 발명의 목적은 보다 고양된 절단 특성을 나타낸 칼날을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 블랭크 상에 형성된 절단 엣지로 이루어지는 칼날에 의해 충족되며, 상기 엣지의 한 면은 매트릭스 내의 특정 재료에 의해 형성된 피복물로 제공되며, 상기 매트릭스는 특정 재료보다 더 연질이며, 상기 피복물은 상당한 수의 미립자가 절단 팁을 형성하기 위해 칼날 엣지의 절단 팁 부근에서 매트릭스로부터 돌출된다.

Description

칼날

본 발명은 칼날 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

금속 물체의 표면 경도 및 마모 저항 특성은 금속 물체상에 단단한 표면의 제공으로 증가될 수 있다고 공지되어져 왔다. 따라서, 적절한 열처리에 의해 탄화물 및 질화물 강화 또는 변형 표면을 발생시키고 탄소 처리 또는 질소 처리, 화학적 또는 물리학적 증착, 전기도금, 플라즈마 아크 분사, 및 다른 공정에 의해 단단한 표면의 피복을 제공하는 것이 공지되어 있다.

칼날을 고려할 때, 특히 절단 엣지에 단단한 표면을 제공하는 것은 칼날 구조물에 사용되는 블랭크의 매우 얇은 부분과 예각의 절단 팁으로 인해 전술한 기술중의 하나에 의해 실행하는 것이 어렵다. 완성되어진 강화되거나 또는 변형된 단단한 표면층을 취하기 위해서는, 불충분한 강도를 갖는 얇은 부분의 칼날을 남겨둔 채, 칼날 몸체로부터 불가피하게 탄소의 고갈을 초래한다. 완성된 칼날을 갖는 표면 피복물로 인해 절단 엣지에 형성된 비교적 적은 각도는 실제 절단 팁에 피복재의 불가피한 집중을 가져오므로 칼날의 날카로움에 주요한 악영향을 미친다.

확산 열처리 또는 탄화물 또는 질화물의 증기 증착에 의해 칼날에 경화된 표면을 가하는 시도가 있어 왔다. 공지된 구성의 한 형태에서는 블랭크의 한 측면 표면과 정열되게 절단 엣지가 위치되어 있는 단일 엣지 연마 또는 끌 절단 엣지를 형성하기 위한 단일 습윤 또는 연마 공정이 수반되는 테이퍼진 블랭크의 처리 방법이 있다. 엣지 시험에 있어서, 상기 칼날은 동일한 배치의 비처리 칼날과 비교하여 절단 특성의 개선이 나타나지 않았다.

칼날이 블랭크 상에 형성된 V 형 절단 엣지로 이루어지고 절단 팁이 블랭크 너비의 중심에 위치하도록 개선되어졌으며, V 형 절단 엣지의 한 측면은 블랭크 재료보다 더 두꺼운 재료의 피복물로 제공되며, 실제적인 절단 엣지는 전체적으로 단단한 재료로 형성된다. EP 92908829.2호는 칼날의 형성 방법에 관하여 기술하고 있는데, 블랭크는 V형 엣지의 한 측면과 먼저 연마된다. 블랭크는 V 형 엣지와 연마된다. EP 93303062.9호는 블랭크의 표면으로부터 피복물의 외부 표면에 이르기까지 연장하는 원주형의 결정 구조물을 갖는 경질의 피복물을 제공함으로서 개선된다.

본 발명의 목적은 절단 및 엣지 보유 특성에서 더 나은 개선점을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 칼날은 블랭크상에 형성된 절단 엣지로 이루어지며, 엣지의 한쪽 측면은 매트릭스 내에 특정 재료에 의해 형성된 피복물로 제공되며, 상기 매트릭스는 특정 재료보다 더 유연하며, 상기 피복물은 입자의 수는 절단 팁을 형성하기 위해 칼날 엣지의 절단 팁의 부근에서 매트릭스로부터 돌출되게 한다.

바람직하게, 칼날의 절단 엣지는 일반적으로 V 형이며, 특정 재료의 피복물은 V형의 엣지의 한 부분에만 제공된다. 따라서, 상기 엣지의 제 1면은 연마되고 피복되며, 제 2 엣지면은 연마된다. 동일하게, V 형 엣지의 제 1 및 제 2 면은 연마될 수 있으며, 상기 V 형 엣지의 한 면은 피복물로 제공되며, V 형 엣지의 비피복 면이 피복되어진 후에 재연마된다. 일반적으로, V 형 엣지는 양 측면에 플랜지 또는 평면 연마, 엣지 연마, 중공 연마에 의해 형성되고, 엣지는 한 측면에 하나의 연마 기술에 의해 형성되며 다른 측면에 다른 연마 기술에 의해 형성된다. 칼날은 평행 블랭크로부터 형성되며 중심 V 형의 절단 엣지에 형성되며, 또는 연마된 V 형 절단 엣지로 테이퍼지거나 중공 연마 된다.

바람직하게, 칼날의 엣지의 한 측면에 제공된 피복물은 코발트, 코발트/크롬 매트릭스 내의 텅스텐 탄화물 입자와 같은 접합 탄화물 재료이다. 다른 탄화물 또는 다른 매트릭스도 사용할 수 있다고 이해해야 한다.

보다 바람직하게는, 접합된 탄화물 재료는 고속의 산소 연료 분사 기술 또는 고압의 고속 연료 분사 기술에 의해 칼날의 엣지의 한 측면상에 분사된다. 다른 접합된 탄화물 증착 기술이 사용될 수 있다.

상기 피복물이 텅스텐 탄화물과 같은 접합 탄화물일 때, 5 내지 20%의 코발트 또는 코발트/크롬이며, 80 내지 95%가 텅스텐 탄화물이며, 상기 피복물은 기공이 피복물을 통해 분포되도록 하는 방식으로 적용되며, 바람직하게 미공의 합이 상기 피복물의 총 체적의 1% 이하가 되도록 제어된다.

본 발명에 따른 피복물의 비경제적인 사용을 방지하기 위해서는, 절단 엣지의 한 측면에 피복물을 제한하는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위해서는, 칼날을 비우고 피복되어질 엣지의 노출면을 남겨두는 것이 바람직하다. 생산을 최대화하기 위해서는, 칼날은 후방의 칼날을 차폐하는데 사용될 수 있으며, 많은 칼날은 노출된 칼날의 모든 엣지를 남겨두기 위해 마스킹 플레이트에 의해 덮혀진 전방 칼날로 적절한 지그내에 적재된다.

본 발명의 피복물이 고속의 산소 연료, 또는 고압 고속의 산소 연료, 집중된 탄화물의 분사등에 의해 제공될 때, 칼날은 분사된 재료가 칼날에 인접하여 서로 결합하지 않도록 하기 위해 칼날 측면이 접하지 않도록 서로 관련지어 놓여진다. 바람직하게, 분사 방향은 분사되어질 칼날 엣지의 측면에 대해 약 90°이나, 마스킹 칼날의 단부 뒷편에 차폐된 칼날을 분사함으로써 각 칼날상에 분사 피복된 측면의 더 넓은 너비를 이루기 위해 둔각으로 설정되기도 한다.

상기 칼날은 다수의 칼날이 동시에 분사될 수 있도록 위치되며, 작동시에 절단 엣지에서 분사된 재료의 필요한 깊이만큼 제공된다. 분사된 칼날, 다수의 지그의 제조를 최대화하기 위해서는, 다수의 칼날 각각은 회전식 원형 콘베이어 방식으로 조립될 수 있으며, 분사 헤드앞에 회전된다. 이는 피복물의 소정의 두께가 제공될 때까지 칼날 엣지의 연속 분사와 피복 두께의 점진적인 조성을 초래한다.

연질의 매트릭스에 의해 결합된 단단한 특정 재료의 피복에 의해, 그 결과는 상기 엣지의 절단 단부가 단단한 재료의 입자이 돌출수에 의해 효과적으로 형성된다.

달성되어질 두께는 접합 탄화물의 분사 속도 및 회전식 원형 콘베이어의 회전 속도의 함수로서, 즉, 회전식 원형 콘베이어의 회전 속도가 빠를수록, 칼날상에 피복물의 특정 두께를 제조하기 위해 요구되는 분사 속도는 빨라진다. 피복물의 최종 두께는 회전식 원형 콘베이어의 선회수와 분사를 가로질러 칼날의 통과 횟수에 의해 제어된다.

바람직하게, 본 발명의 피복물은 8 내지 60 마이크론의 두께, 바람직하게 25 내지 45 마이크론, 더 바람직하게는 25 내지 30 마이크론의 두께를 갖는다. 바람직하게, 상기 피복물은 12.6의 비중을 갖는다.

본 발명은 특정 재료와 상기 특정 재료보다 더 연질의 매트릭스라는 점에 기초를 두고, 매트릭스의 미세 마모는 매우 날카로운 칼날에 절단 엣지 절단 단부에서 노출되어진 입자의 수에 의해 발생되도록 특정 재료를 노출시키기 위해 발생한다. V 형 엣지의 제 2 측면을 형성하거나 V 형 엣지의 제 2 면을 재분쇄하기 위해 칼날의 피복되지 않은 면에 최종적인 분쇄는 분사된 재료의 말단에서 극히 미세한 불균일 또는 거친 단부를 발생시키며, 이러한 불균일 또는 거친 초기 단부는 매우 날카로운 초기 절단 엣지의 주요한 원인이 된다. 칼이 사용됨에 따라, 매트릭스의 극소 마모는 더 많은 입자를 노출시켜, 사용된 입자가 매트릭스 내의 입자 뒤의 새로운 입자에 의해 떨어져 대체된다. 상기 엣지에서 이러한 극소 분열은 칼날 절단 팁의 전체를 형성하는 매트릭스 및 특정 재료가 유지되도록 단부 뒤에 즉시 엣지의 비피복면의 미세한 마모에 의해 도움을 받는다. 매트릭스를 통해 분포된 극소 공극의 존재는 또 다른 원조이며, 이러한 공극은 칼날이 사용됨에 따라 절단 팁에서 연속적으로 발생하는 극소 분열부 내에서 발생한다.

최종 결과는 그 자체의 날카로움을 보유하는 엣지를 갖는 것이 아니라 사용에 의해 날카로움이 증대되는 칼날이다.

종래의 엣지 시험이 본 발명으로 제공된 개선량을 정하지 못했기 때문에, 엣지 성능의 정량 방법을 찾는 노력이 행해졌으며, 또 다른 엣지와 적절한 비교를 행한다.

칼의 성능 자료의 이론적인 고려는 시간에 따라 절단 엣지의 퇴화의 지수 관계를 제안하고 있다. 상기 이론을 시험하기 위해, 하기 식(1)에 주어진 표준 지수식은 다음에 유리수를 넣음으로써 값이 설정된다.

K = A.e^-λt식 (1)

여기서, K, A, 및 λ 는 상수이며, t 는 시간이다.

λ의 임의의 값을 사용하여 K 대 t의 그래프는 종래의 지수 곡선을 나타낸다.

식(1)에 대수(ln)를 취하면,

ln K = - λ t + ln A 식 (2)

ln K 대 t의 그래프는 ln A 와 음의 기울기 λ로 구분한 선형 그래프가 된다.

실제적으로, A 와 K 는 각각 N₀와 N 에 의해 표시된 수치이다.

모든 칼날은 변화하는 정도에 따른 성능의 악화를 도시하고 있다. 따라서, 다양한 칼날의 마모에 상기 이론을 시험하기 위해서는, 다음의 수치가 정의된다:

N_O= 제 1 블록을 절단하기 위한 행정수

N = 'n' 블록이 절단된 이후에 블록을 절단하기 위한 행정 수

N_test= 절단 효율의 측정으로서 사실상 시험의 한도는 30회

N_cum= 행정 누적수

λ = 마모 상수

즉, 블록 수 'n'은 시간의 함수이며, 행정 누적수는 각각의 시험 운영시 취해지는 시간과 비례한다.

상기 이론의 응용을 예증하기 위해서는, 4개의 칼이 고려된다.

칼 A - 절단 엣지에서 종결점 위로 연마되거나 연마된 V를 갖는 테이퍼진 연마 칼날

칼 B - 중심 V-절단 엣지를 갖는 평행 블랭크로부터 형성된 GB(EP) 특허 제 0220362호에 따라 제조된 칼

칼 C - 중심 V-절단 엣지를 갖는 평행 블랭크로부터 형성된 EP 특허 제 93303062.9호에 따라 제조된 칼, 상기 절단 엣지는 한면이 평행하고 다른 면은 톱니/부채꼴로 형성되며, 톱니/부채꼴 면은 원주형의 수정 구조물를 갖는 재료로 피복된다.

칼 D - A에 전술한 칼, 초과 연마 또는 연마된 V의 한면은 본 발명에 따른 피복물로 제공된다.

첨부된 도면에서,

도 1은 칼 A의 절단 성능을 도시한 그래프.

도 2는 도 1과 유사하나 칼 B의 절단 성능을 도시한 그래프.

도 3은 도 1과 유사하나 칼 C의 절단 성능을 도시한 그래프.

도 4은 도 1과 유사하나 칼 D의 절단 성능을 도시한 그래프.

도 1 내지 도 4 각각에서, 상기 식은 다음과 같이 정정되어졌다.

ln N_test/N = - λ t 또는

ln N_test/N = λ t 이며,

ln N_test/N(성능 지수)는 변화하는 음 기울기의 범위로 초래된 N_cum(행정 누적수)에 의해 작성되었다.

완전한 선형으로부터 벗어나는 동안 실험 오차가 고려되어지며, 선형으로의 밀접한 근접은 대수 이론이 유효함을 나타내고 있다.

따라서, 칼날의 성능은 효과적인 기울기 'λ'와 효과적인 '반분 수명'의 유도치의 관점에서 정량화될 수 있다. '반분 수명'은 50%의 N_test에 달하는 칼날에 의해 취해진 행정 누적수의 비교 측정이다.

다음은 시험되어진 상기 칼의 유도치이다.

	λ의 근사치	Ncum(50%의 Ntest)의 근사치
칼 A	0.038	17
칼 B	0.0014	700
칼 C	0.00042	4500
칼 D	0.000015	인지되지 않음

칼 C가 종래 기술로 공지된 칼의 최고의 날카로움 요소와 엣지 보유 특성을 나타낸다. V 형 엣지의 한 측면에 원주형의 석영 피복물 이외에는 동일한 700의 칼 B와 비교한 4500의 칼 C의 N_cum은 칼 B와 비교하여 칼 C에 의해 나타난 엣지 퇴보에 현저한 감소를 나타내는 충분한 표시이다.

본 발명의 칼 D는 칼 C를 능가하는 개선이며, 칼 D는 피복되지 않은 칼 A와 전혀 비교될 수 없다.

Claims (20)

1. 블랭크상에 형성된 절단 엣지를 포함하는 칼날으로서,

   상기 엣지의 한 측면은 매트릭스 내의 미립자 재료에 의해 형성된 피복물로 제공되며, 상기 매트릭스는 미립자 재료보다 더 연질이며, 상기 피복물은 상기 미립자의 상당수가 절단 팁을 형성하기 위해 칼날 엣지의 절단 팁의 부근으로 매트릭스로부터 돌출되는, 블랭크상에 형성된 절단 엣지를 포함하는 칼날.
2. 제 1항에 있어서, 상기 칼날의 절단 엣지는 일반적으로 V 형이며, 미립자 재료와 매트릭스의 피복물은 상기 엣지의 한 측면에만 위치되는 칼날.
3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 피복물은 V 형 절단 엣지의 제 1 형성 측면과 연속적으로 연마되어진 V 형 절단 엣지의 제 2 측면에 적용되는 칼날.
4. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 V 형 절단 엣지의 양 측면이 형성되어 있으며, 그 중 한 측면에만 상기 피복물이 제공되고 다른 측면은 상기 피복물의 적용 이후에 재연마되는 칼날.
5. 제 1 항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 V 형 절단 엣지의 한 측면 또는 양측면은 경사지거나 편평한 면인 칼날.
6. 제 1 항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 V 형 절단 엣지의 한 측면 또는 양 측면은 엣지 연마, 공동 연마, 또는 한 측면에 하나의 연마 기술과 다른 측면에 또 다른 연마 기술에 의해 형성되는 칼날.
7. 제 1 항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼날의 엣지의 한 측면에 피복물은 탄화물 재료로 접합되어 있는 칼날.
8. 제 7항에 있어서, 상기 피복물은 코발트 또는 크롬/코발트 내에 탄화물 입자로 구성되는 칼날.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 피복물은 5내지 20%의 코발트 또는 크롬/코발트와 80 내지 95%의 탄화물 입자로 이루어지는 칼날.
10. 제 1항 내지 제 9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 피복물은 플라즈마, 고속의 산소 연료,또는 고압 고속의 산소 연료 분사 기술에 의해 형성되는 분사 피복물인 칼날.
11. 제 1 항 내지 제 10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 피복물은 상기 피복물 전체에 분포된 미세구멍을 갖는 칼날.
12. 제 11항에 있어서, 상기 미세구멍은 그 합이 상기 피복물의 총 체적의 1% 보다 적도록 제어되는 칼날.
13. 제 1 항 내지 제 12항에 있어서, 상기 피복물은 8 내지 60 마이크론, 바람직하게는 25 내지 45 마이크론, 가장 바람직하게는 25 내지 30 마이크론의 두께를 갖는 칼날.
14. 제 1 항 내지 제 13항에 있어서, 상기 피복물은 12.6의 비중을 갖는 칼날.
15. 제 1 항 내지 제 14항에 있어서, 상기 V 형 엣지의 비피복 측면의 연마 또는 재연마는 상기 피복물의 말단에서 극히 미세하게 비균일하거나 거친 팁을 발생시키는 칼날.
16. 제 1 항 내지 제 15항중 어느 한 항에 따른 칼날의 제조 방법에 있어서,

    절단 엣지의 한 측면에 상기 피복물을 제한하는 단계로서, 상기 칼날은 피복되어질 상기 엣지의 측면에 노출되어 비어있는 칼날의 제조 방법.
17. 제 16항에 있어서, 칼날은 후방의 칼날을 덮기 위해 사용되며, 다수의 칼날은 노출된 칼날의 모든 엣지를 남겨두기 위해 마스킹 플레이트에 의해 덮혀진 전방 플레이트와 적절한 지그내에 적재되는 방법.
18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서, 상기 분사 방향은 상기 칼날의 측면에 대략 90°또는 그 이상인 방법.
19. 제 16항 내지 제 18항에 있어서, 피복물의 소정의 두께는 한 작업 내에서 제공되는 방법.
20. 제 16항 내지 제 19항에 있어서, 피복물의 수는 소정의 두께의 피복물을 조성하기 위해 연속적으로 가해지는 방법.