KR20080069584A - 후방으로 테이퍼진 몸체를 구비한 회전가능한 절삭공구 - Google Patents
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Abstract
회전가능한 절삭공구(24)는 축방향 전방 단부(52) 및 축방향 후방 단부(54)를 구비한 절삭공구 몸체(50)를 포함한다. 절삭공구 몸체(50)는 축방향 길이를 더 갖는다. 경성 팁(58)은, 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부에서 절삭공구 몸체에 고정된 말단 단부를 구비한다. 절삭공구 몸체(50)는 경성 팁의 말단 단부의 축방향 후방에 있는 여유부(64)를 구비하는데, 그 여유부는 횡단치수를 갖는다. 여유부(64)는 축방향 전방 횡단치수(E) 및 축방향 전방 횡단치수(E)의 축방향 후방에 있는 최소 횡단치수(F)를 포함한다. 축방향 전방 횡단치수(E)는 최소 횡단치수(F)보다 크다. 여유부(64)는 절삭공구 몸체(50)의 축방향 길이의 대략 10% 내지 대략 35% 의 범위 내에 있는 축방향 길이를 갖는다.
Description
본 발명은, 예를 들어 아스팔트 도로 재료(asphaltic roadway material), 석탄 매장물(coal deposit), 광물 형성물(mineral formation) 등과 같은 지층(earth strata)에의 침투(impingement)에 유용한, 회전가능한 절삭공구에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 지층의 침투에 유용한 회전가능한 절삭공구에 관한 것으로서, 그 절삭공구 몸체는 향상된 강도 및 설계형태를 가져서 회전가능한 절삭공구 전체에 향상된 성능 특성을 제공한다.
지금까지는, 회전가능한 절삭공구가 예를 들어 아스팔트 도로 재료와 같은 지층을 침투하는데에 이용되어왔다. 일반적으로 말하면, 이러한 종류의 회전가능한 절삭공구는, 전형적으로 강철로 만들어지는 기다란 절삭공구 몸체, 및 그것의 축방향 전방 단부(axial forward end)에서 절삭공구 몸체에 고정되는 경성 팁(hard tip)(또는 경성 인서트(hard insert))를 구비한다. 경성 팁은, 예를 들어 세멘티드 (코발트) 텅스텐 탄화물(cemented (cobalt) tungsten carbide)과 같은 경성 재료(hard material)로 만들어지는 것이 통상적이다. 회전가능한 절삭공구는 공구 홀더(tool holder)의 보어(bore) 내에, 또는 대안적으로는 홀더의 보어 내에 유지 된 슬리이브(sleeve)의 보어 내에, 회전가능하게 보유 또는 유지된다.
그 홀더는, 예를 들어 도로 평탄화 기계(road planing machine)의 피구동 드럼(driven drum)와 같은 피구동 부재(driven member)에 고정된다. 어떤 설계형태에 있어서는, 피구동 부재(예를 들어, 드럼)가 수 백개의 홀더들을 구비하며, 그 각각의 홀더는 회전가능한 절삭공구를 구비한다. 따라서, 피구동 부재는 수 백개의 회전가능한 절삭공구들을 보유할 수 있다. 피구동 부재는, 회전가능한 절삭공구들 각각의 경성 팁이 지층(예를 들어, 아스팔트 도로 재료)을 침투하거나 또는 그에 충격을 가함으로써 그 재료를 파쇄하고 부스러기로 되도록 파괴하는 방식으로 구동(예를 들어, 회전)된다.
특히 회전가능한 절삭공구가 아스팔트 종류의 재료를 침투하는 도로 평삭 작업(road planning operation)의 경우에 있어서는, 소위, 돌파 각도(breakout angle)(이것은, 종종 파쇄 각도(fracture angle)로 불리기도 함)가, 예를 들어 석탄과 같이 취성이 더 큰 다른 종류의 재료에 비하여 더 작다. 이 점에 있어서, 돌파 각도는, 일반적으로 잔조각(chip) 또는 파편(fragment)의 파쇄 표면에 있는 평면과, 회전가능한 절삭공구의 중앙 종방향 축(central longitudinal axis) 사이에 형성되는 각도로서 정의될 수 있을 것이다.
돌파 각도가 작은 아스팔트 재료와 같은 재료들을 침투하는 때에는, 그 아스팔트와 같은 재료와 회전가능한 절삭공구(특히, 절삭공구 몸체) 사이의 접촉 정도가 증가한다. 측부 접촉의 이와 같은 증가로부터 적어도 두 가지의 사항들이 발생한다.
한 가지 사항은, 그 접촉의 증가가 아스팔트 재료를 통과하는 회전가능한 절삭공구의 움직임에 대해 더 많은 저항력을 야기하고, 이로써 피구동 드럼의 마력(horsepower)이 증가되어야 한다는 것이다. 피구동 드럼의 마력을 증가시키는 것이 가능하더라도, 그러한 증가는 기계 자체의 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 도로 평탄화 기계의 작동 비용을 증가시킨다. 따라서, 지층의 침투에 이용될 수 있고, 또한 돌파 각도가 작은 재료의 침투를 위해 만족스럽게 작동하기 위하여 피구동 드럼의 마력이 증가될 필요가 없는, 개선된 회전가능한 절삭공구를 제공하는 것이 매우 바람직할 것이라는 것이 명백하다. 이와 동일한 맥락에서, 지층을 침투함에 있어서 회전가능한 절삭공구가 겪는 저항의 정도가 저감되도록 하는 설계형태를 갖는 개선된 회전가능한 절삭공구를 제공하는 것이 바람직할 것이며, 이것은 특히 회전가능한 절삭공구가 돌파 각도가 작은 아스팔트 재료, 암염(halite), 석고(gypsum), 포타쉬(potash), 또는 트로나(trona)와 같은 재료들을 침투하는 때에 그러할 것이다.
위에서 말한 사항들 중 다른 하나는, 그와 같은 접촉의 증가가 회전가능한 절삭공구의 연삭마멸(abrasive wear), 특히 강철 절삭공구 몸체의 연삭마멸을 증가시킨다는 것이다. 강철 절삭공구 상에서 이와 같은 마모의 위치는, 종종 그것의 축방향 전방 단부에 가까이에 있을 수 있고, 이로써 경성 팁과 강철 절삭공구 몸체 사이의 납땜 이음부(braze joint)의 완전함(integrity)이 위험하게 될 수 있다. 경성 팁과 공구 몸체 사이의 납땜 이음부가 시기상조로 파손되면, 경성 팁이 손실되는 것이 것이 일반적이고, 이것은 회전가능한 절삭공구의 사용가능한 수명을 사 실상 종료시키는 것이다. 통상적으로, 경성 팁의 손실은 도로 평탄화 기계의 전체적인 작업 효율이 감소되는 것으로 귀결되기도 한다.
따라서, 작업 중에 절삭공구 몸체의 연삭마멸의 정도를 저감시키도록, 특히 작은 돌파 각도를 보이는 아스팔트 재료와 같은 재료를 침투하는 때에 절삭공구 몸체의 연삭마멸의 정도를 저감시키도록 설계된 절삭공구 몸체를 갖는 개선된 회전가능한 절삭공구를 제공하는 것이 매우 바람직하다는 것이 명백하게 된다. 또한, 작업 중에 절삭공구 몸체와 경성 팁 사이의 납땜 이음부의 보호를 증가 또는 개선시키도록, 특히 작은 돌파 각도를 보이는 아스팔트 재료와 같은 재료를 침투하는 때에 절삭공구 몸체와 경성 팁 사이의 납땜 이음부의 보호를 증가 또는 개선시키도록 설계된 절삭공구 몸체를 갖는 개선된 회전가능한 절삭공구를 제공하는 것이 매우 바람직하다는 것이 명백하게 된다.
도로 평탄화에의 적용(또는 회전가능한 절삭공구가 지층을 침투하는 다른 적용) 중에 회전가능한 절삭공구(특히, 절삭공구 몸체)가 겪는 연삭마멸에 부가하여, 절삭공구 몸체를 포함하는 회전가능한 절삭공구에는 상당량의 응력(stress)이 인가된다. 절삭공구 몸체가 충분한 강도를 갖지 않으면, 절삭공구 몸체가 시기상조로 파손될 위험이 있다. 그러한 절삭공구 몸체의 시기상조적인 파손은 바람직하지 않은 결과를 낳는바, 회전가능한 절삭공구의 사용가능한 수명을 종료시키는 것과 도로 평탄화 기계와 같은 기계의 작업 효율을 저감시키는 것으로 이어지는 것이 통상적이다. 따라서, 절삭공구 몸체의 시기상조적인 파손에 대한 잠재성을 저감시키도록 개선된 강도를 갖는 절삭공구 몸체를 구비한 개선된 회전가능한 절삭공구를 제 공하는 것이 매우 바람직할 것이다.
본 발명의 일 형태로서, 축방향 전방 단부 및 축방향 후방 단부를 구비한 절삭공구 몸체를 포함하는 회전가능한 절삭공구가 제공된다. 그 절삭공구는, 축방향 길이를 갖는다. 경성 팁은, 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부에서 절삭공구 몸체에 고정되고, 말단 단부를 구비한다. 상기 절삭공구 몸체는 경성 팁의 말단 단부의 축방향 후방에서 여유부(clearance portion)를 포함하는데, 상기 여유부는 횡단치수를 갖는다. 상기 여유부는, 축방향 전방 횡단치수 및 축방향 전방 횡단치수의 축방향 후방에 있는 최소 횡단치수를 포함한다. 상기 축방향 전방 치수는 최소 횡단치수보다 크다. 상기 여유부는, 절삭공구 몸체의 축방향 길이의 대략 10% 내지 대략 35% 사이인 축방향 길이를 갖는다.
본 발명의 일 형태로서, 축방향 전방 단부 및 축방향 후방 단부를 구비한 절삭공구 몸체를 포함하는 회전가능한 절삭공구가 제공된다. 상기 절삭공구는 축방향 길이를 갖는다. 경성 팁은, 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부에서 절삭공구 몸체에 고정된다. 상기 절삭공구 몸체는 중간부 및 상기 중간부의 축방향 전방에 있는 여유부를 포함한다. 상기 여유부는 횡단치수를 갖는다. 상기 여유부의 횡단치수는 축방향 후방 방향으로 감소한다. 상기 여유부는 절삭공구 몸체의 축방향 길이의 대략 10% 내지 대략 35% 사이인 축방향 길이를 갖는다.
본 발명의 다른 일 형태로서, 경성 팁과의 사용을 위한 절삭공구 몸체가 제공된다. 상기 절삭공구 몸체는 축방향 전방 단부 및 축방향 후방 단부를 포함한다. 상기 절삭공구 몸체는 축방향 길이를 갖는다. 상기 절삭공구 몸체는 여유부를 포함하고, 상기 여유부는 축방향 전방 횡단치수 및 최소 횡단치수를 포함하는 횡단치수를 갖는데, 상기 최소 횡단치수는 축방향 전방 횡단치수의 축방향 후방에 위치된다. 상기 축방향 전방 치수는 최소 횡단치수보다 크다. 상기 여유부는, 절삭공구 몸체의 축방향 길이의 대략 10% 내지 대략 35% 사이인 축방향 길이를 갖는다.
아래에서는 본 출원의 일부를 이루는 도면들을 간단히 설명한다.
도 1 은 특정 실시예에 따른 회전가능한 절삭공구의 측면도인데, 여기에서 회전가능한 절삭공구는 공구 홀더 (또는 블록(block))의 중앙 보어 내에 보유되고, 그 공구 홀더는 피구동 부재(예를 들어, 드럼)의 표면에 고정되며, 그 블록은 홀더의 보어 내에 있는 회전가능한 절삭공구의 축방향 후방부(axial rearward portion)를 노출시키기 위하여 절개되어 있다.
도 2 는, 강철 블랭크(steel blank)뿐만 아니라 냉간 성형 펀치(cold forming punch) 및 분할식 다이(segmented die)들의 기계적인 개략도이고, 상기 냉간 성형 펀치(cold forming punch) 및 분할식 다이(segmented die)들은 도 1 에 도시된 특정 실시예에 따른 회전가능한 절삭공구의 절삭공구 몸체의 축방향 전방부(axial forward portion)의 냉각 성형을 위한 것인데, 상기 펀치는 아직 강철 블랭크를 타격하지 않은 상태이다.
도 3 은 강철 블랭크뿐만 아니라 냉간 성형 펀치와 분할식 다이들의 개략도 인데, 여기에서는 절삭공구 몸체의 축방향 전방부에 대한 냉간 성형 공정이 완료된 상태로 도시되어 있다.
도 4 는 강철 블랭크뿐만 아니라 냉간 성형 펀치와 분할식 다이들의 개략도인데, 여기에서는 절삭공구 몸체의 축방향 후방부에 대한 냉간 성형 공정이 완료된 상태로 도시되어 있다.
도 5 는 도 1 에 도시된 특정 실시예에 따른 냉간 성형된 강철 절삭공구 몸체의 측면도이다.
도 6 은 도 1 에 도시된 특정 실시예에 따른 냉간 성형된 강철 절삭공구 몸체의 측면도로서, 여기에는 그 강철 몸체의 입자 배향(grain orientation)의 방향이 도시되어 있으며, 그 축방향 전방부는 경성 팁을 수용하는 소켓(socket)을 보이기 위하여 파단되어 도시되어 있다.
도 7 은 아스팔트 재료(즉, 지층)으로 침투하는 회전가능한 절삭공구의 축방향 전방부를 도시하는 기계적인 개략적 측면도로서, 여기에는 회전가능한 절삭 비트(cutting bit)가 지층에 대해 침투하는 위치로부터 부스러기(debris)가 이동하는 것이 도시되어 있다.
도 8 은 아스팔트 재료(즉, 지층)에 침투하는 회전가능한 절삭공구의 등거리도(isometric view)로서, 여기에는 돌파 각도를 형성하는 잔조각(chip) 또는 파편과 회전가능한 절삭 비트 간의 관계가 도시되어 있다.
도 9 는 아스팔트 재료(즉, 지층)에 침투하는 회전가능한 절삭공구를 비스듬한 각도로 도시한 등거리도(isometric view)로서, 여기에는 잔조각 또는 파편과 회 전가능한 절삭 비트 간의 관계가 도시되어 있다.
도면들을 참조하면, 도 1 은 회전가능한 절삭공구의 특정 실시예를 도시하는 측면도인데, 여기에서 회전가능한 절삭공구는 공구 홀더(또는 블록)의 중앙 보어 내에 보유되고, 그 공구 홀더는 피구동 부재(예를 들어, 드럼)의 표면에 고정되며, 상기 블록은 그 홀더의 보어 내에서 회전가능한 절삭공구의 축방향 후방부를 보이도록 절개되어 있다. 보다 구체적으로, 회전가능한 절삭공구 조립체는 20 으로서 표시되고, 전체적으로 24 로서 표시된 회전가능한 절삭공구와 홀더(또는 블록)(22)를 포함한다.
홀더(22)는 전방 표면(forward surface; 26), 후방 표면(rearward surface; 28), 상측 표면(top surface; 30), 및 하측 표면(bottom surface; 32)을 구비한 몸체(25)를 포함한다. 홀더(22)는, 전체적으로 원통형인 벽(cylindrical wall; 36)에 의하여 한정된 중앙의 종방향 보어(34)를 더 포함한다. 보어(34)는 축방향 전방 단부(38) 및 축방향 후방 단부(40)를 포함한다. 보어(34)의 축방향 전방 단부(38)에는 45도의 깍인모서리부(chamfer; 45)가 있다.
홀더(22)는 피구동 부재(예를 들어, 도로 평탄화 기계의 드럼)(46)의 표면(44)에 (용접 등에 의하여) 고정된다. 도로 평탄화 기계에서는, 도로 평탄화 드럼(46)의 표면(44)에 복수의 홀더(22)들이 전체적으로 나선형 패턴 등으로 고정되어 있는 것이 일반적이다. 작동에 있어서는, 드럼(46)의 회전이 회전가능한 절삭공구를 지층(예를 들어, 아스팔트 재료) 내로 구동하여 그 재료를 잔조각들(즉, 부 스러기)로 파괴한다.
도 5 를 참조하면, 회전가능한 절삭공구(24)는 전체적으로 50 으로서 표시된, 냉간-성형된 긴 강철 절삭공구 몸체를 포함한다. 그린필드(Greenfield)의 미국특허 제4,886,710호에는 절삭공구 몸체(50)에 이용되기에 적합한 강철이 개시되어 있는바, 상기 미국특허는 그 전체가 참조로서 여기에 포함된다.
절삭공구 몸체(50)는 축방향 전방 단부(52) 및 축방향 후방 단부(54)를 구비한다. 절삭공구 몸체(50)는 축방향 전방 단부(52)에 소켓(56)을 포함한다. 경성 팁(58)은 소켓(56) 내에 수용 및 고정되는바, 그 고정은 예를 들어 납땜(brazing) 등에 의한 절삭공구 몸체(50)에의 고정이다. 경성 팁(58)은 소켓(56)의 형상에 대응하는 돌출부(projection)(미도시)를 구비하는바, 그 돌출부는 본 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이 소켓에 수용된다. 경성 팁(58)은 말단 단부, 즉 축방향 전방 종료부(axial forward termination)에서의 지점을 구비한다.
대안예에서는, 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부가, 경성 팁의 하측부에 있는 소켓 내에 수용되는 돌출부를 구비할 수 있다는 것이 이해되어야 할 것이다. 이 대안적인 구조는, 스티플러(Stiffler)의 미국특허 제5,141,289호에 개시된 사항들과 맥락을 같이할 수 있는데, 그 특허는 그 전체가 여기에 참조로서 포함된다. 출원인은 미국특허 제5,141,289호에도 놋쇠 합금이 개시되어 있음을 지적하는 바이며, 그것은 절삭공구 몸체 내의 소켓에 경성 팁을 납땜하는데에 통상적으로 이용된다.
여전히 도 5 를 참조하면, 절삭공구 몸체(50)는 64 에 의하여 표시된 여유 부(clearance portion), 66 에 의하여 표시된 중간부(mediate portion), 및 68 에 의하여 표시된 자루부(shank portion)를 포함한다. 여유부(64)는 절삭공구 몸체(50)의 축방향 전방 단부(52)에 가깝게 배치되지만, 그로부터 축방향 후방으로 거리를 두고 이격된다. 자루부(68)는 절삭공구 몸체(50)의 축방향 후방부에 배치된다. 중간부(66)는 여유부(64)와 자루부(68)의 중간에 배치된다.
여유부(64)를 보면, 여유부(64)는 그것의 축방향 전방 경계(A)에서 시작하는데, 그 경계는 절삭공구 몸체(50)의 축방향 전방 단부(52)의 축방향 후방으로 이격되어 있다. 상기 여유부(64)는 미리 선택된 거리(S)만큼 축방향 후방 방향(화살표 B)으로 연장되어 축방향 후방 경계(D)에서 끝난다. 여유부(64)는 그 축방향 길이의 전체를 따라서 횡단치수(transverse dimension)를 갖는다. 이 특정 실시예의 경우에 있어서는, 그 단면이 전체적으로 원형이기 때문에, 그 횡단치수가 직경을 의미한다.
여유부(64)는 자신의 축방향 전방 경계(A)에서 축방향 전방 횡단치수(E)를 갖는다. 이 특정의 실시예에서, 축방향 전방 횡단치수(E)는 여유부(64)의 최대 횡단치수이다. 여유부(64)는 자신의 축방향 후방 경계(D)에서 최소 횡단치수(F)를 갖는다. 이 특정의 실시예에서, 최소 횡단치수는 축방향 후방 횡단치수이다.
도면들, 특히 도 5 로부터 알 수 있는 바와 같이, 여유부(64)의 횡단치수는 축방향 전방 횡단치수(E)로부터 축방향 후방 경계(D)에 위치한 최소 횡단치수(F)까지 계속적으로 감소한다. 도면들에 도시된 바와 같이, 횡단치수의 이와 같은 감소의 성질은 전체적으로 지속적이고 일반적으로 균일한 비율을 이룬다. 그러나, 그 횡단치수의 감소가 일반적으로 균일한 비율(감소 비율, 즉 기울기)로 되지 않고 변화할 수 있다는 것이 이해되어야 할 것이다. 나아가, 도면들로부터 명백한 바와 같이, 축방향 전방 횡단치수(E)는 최소 횡단치수(F)보다 크다.
회전가능한 절삭공구(24)는 축방향 기준 몸체 길이(axial gage body length; C)를 갖는다. 상기 축방향 기준 몸체 길이(C)는, 절삭공구 몸체(50)의 축방향 전방 단부(52)와 절삭공구 몸체의 중간부(66)의 축방향 후방 경계(또는, 자루부(68)의 축방향 전방 경계) 사이에서 측정된 절삭공구 몸체의 부분의 축방향 길이로 정의된다.
이 특정의 실시에에서, 여유부(64)의 축방향 길이(S)는 절삭공구 몸체(50)의 축방향 기준 몸체 길이(C)의 대략 절반이다. 그러나, 출원인은 S:C 비율이 대략 10:100 과 대략 75:100 사이의 범위에 있을 수 있다고 본다. 좁은 범위로서는, S:C 비율이 대략 35:100 과 대략 55:100 사이의 범위에 있을 수 있다.
또한, 이 특정의 실시예에서는, 절삭공구 몸체(50) 전체의 축방향 길이(T)에 대한 여유부(64)의 축방향 길이(S)의 비율이 대략 20:100 이다. 그러나, 출원인은 상기 S:T 비율이 대략 10:100 과 대략 35:100 사이의 범위에 있을 수 있다고 본다. 좁은 범위로서는, S:T 비율이 대략 20:100 과 대략 32:100 사이의 범위에 있을 수 있다.
출원인은, 절삭공구 몸체(50)의 축방향 기준 길이(axial gage length; C)에 대비되는 여유부(64)의 축방향 길이(axial length; S), 및 절삭공구 몸체(50)의 축방향 길이(T)에 대비되는 여유부(64)의 축방향 길이(S)가, (종래의 회전가능한 절 삭공구가 도로 평탄화 기계에서 사용되는 경우에 비하여) 적어도 도로 평탄화 기계의 마력 필요조건을 저감시킴으로써, 회전가능한 절삭공구의 성능에 영향을 준다고 믿는다. 이해될 수 있는 바와 같이, 도로 평탄화 기계의 마력 필요조건을 저감시킬 수 있는 회전가능한 절삭공구는 작업상의 장점과 경제적인 장점을 제공한다.
이 점에 있어서, 도로 평탄화 기계에서 사용되는 회전가능한 절삭공구는, 절삭공구의 회전을 향상시키기 위하여 종종 대략 5도 내지 대략 10도 사이의 측방향으로 비스듬한 각도(side skew angle)로 방향잡힌다. 그러한, 그러한 옆으로의 비스듬함이 절삭공구의 회전을 향상시키는 것으로 귀결되더라도, 그것은 회전가능한 절삭공구의 측방향 부하(side loading)의 양을 증가시키기도 한다. 따라서, 측방향 여유(side clearance 또는 side relief)의 존재는, 도로(아스팔트 재료) 평삭 작업에 있어서 특히 중요하다. 그러한 측방향 여유를 갖는 회전가능한 절삭공구는 종래의 공구들에 비하여 장점을 제공한다는 것을 알 수 있는데, 이것은 종래의 절삭공구들이 절삭공구의 뒤에서 여유를 제공하긴 하지만 그 측방향에서는 여유를 제공하지 않기 때문이다.
도면들로부터 알 수 있는 바와 같이, 여유부(64)는 전체적으로 절두원추형 형상을 가지는데, 여유부(64)의 표면은 여유 각도(clearance angle; G)를 형성한다. 여유 각도(G)는 여유부(64)의 표면과 절삭공구 몸체(50)의 중앙 종방향 축(H-H) 사이의 각도이다. 이 특정의 실시예에서, 여유 각도(G)는 대략 20도이다. 여유 각도(G)는 대략 15도와 대략 35도 사이의 범위 내에 있을 수 있다. 좁은 범위로서는, 여유 각도(G)가 대략 20도와 대략 25도의 범위 내에 있을 수 있다.
대안예로서, 여유부는 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부에서 시작하고 종료 지점(또는 축방향 후방 경계)을 향하여 축방향 후방 방향으로 연장될 수 있다. 이러한 대안적인 실시예에서는, 최소 횡단치수가 여유부의 축방향 후방 경계에 있게된다.
도면들에 도시된 특정의 실시에에서, 절삭공구 몸체(50)는 목부(neck portion; 70)를 더 포함하는데, 그것은 전체적으로 원통형의 형상을 가져서 전체적으로 일정한 횡단치수를 갖는다. 목부(70)는 절삭공구 몸체(50)의 축방향 전방 단부(52)에서 시작하고, 그로부터 축방향 후방 방향으로 미리 선택된 거리(I)만큼 연장된다. 목부(70)는 여유부(64)의 축방향 전방 경계(A)에서 여유부(64)와 연접(contiguous)한다.
절삭공구 몸체(50)의 중간부(66)는 여유부(64)의 축방향 후방 경계(D)와 연접하고, 그로부터 축방향 후방 방향으로 미리 선택된 거리(J)만큼 연장된다. 중간부(66)는 그것의 축방향 후방 경계(K)에서 끝난다.
중간부(66)는, 축방향 전방의 절두원추형 섹션(frusto-conical section; 71)을 포함하는데, 그것은 축방향 길이(U)를 구비하고, 그리고 절삭공구 몸체(50)의 중앙 종방향 축(H-H)에 대해 각도(V)를 이룬다. 각도(V)는 대략 60도이다.
중간부(66)는 중간 원통형 섹션(mediate cylindrical section; 72)를 더 포함한다. 중간 원통형 섹션(72)은 미리 선택된 거리(L)만큼 축방향 후방 방향으로 연장된다. 또한 중간부(66)는 후방의 절두원추형 섹션(76)을 포함하는데, 이것은 중간 원통형 섹션(72)과 연접하고, 그로부터 미리 선택된 거리(M)만큼 축방향 후방 방향으로 연장된다. 축방향 후방의 절두원추형 섹션(76)은 절삭공구 몸체(50)의 중앙 종방향 축(H-H)에 대해 각도(O)를 형성하도록 배치된 표면을 구비하는데, 그 각도는 대략 18도이다. 각도(O)는 대략 18도와 대략 45도 사이의 범위 내에 있을 수 있다.
자루부(68)는 중간부(66)의 축방향 후방 경계로부터 축방향 후방 방향으로 연장된다. 자루부(68)는 아치-원통형(arcuate- cylindrical) 섹션(78)을 구비하는데, 그 섹션(78)은 후방의 절두원추형 섹션(76)과 연접하고, 그로부터 미리 선택된 거리(N)만큼 축방향 후방 방향으로 연장된다. 후방부(68)는 원통형 섹션(82)를 더 포함하는데, 원통형 섹션은 아치-원통형 섹션(78)과 연접하고, 그로부터 축방향 후방 방향으로 연장된다. 원통형 섹션(82)에는 고리형 홈(annular groove; 86)이 포함된다. 자루부(68)는 전체적인 축방향 길이(W)를 갖는다.
회전가능한 절삭공구(24)는 탄성 보유기(resilient retainer; 90)(도 1 참조)를 더 포함하는바, 그 탄성 보유기는 축방향 전방 단부(92) 및 축방향 후방 단부(94)를 구비한다. 종방향 슬릿(longitudinal slit; 96)은 그 보유기(90)의 종방향 길이를 따라 연장된다. 보유기(90)는 방사상 내향 돌출부(radial inward projection; 98)를 더 포함한다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 절삭공구 몸체(50)의 자루부(68)는, 방사상 내향 돌출부(98)가 홈(86) 내에 수용되는 방식으로 보유기(90)를 보유한다. 보유기를 위한 그러한 구성은, 비이치(Beach)의 미국특허 제4,850,649호에 설명 및 도시된 보유기와 맥락을 같이 하는 것으로서, 그 미국특허는 참조로서 여기에 포함된다.
도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 절삭공구 몸체(50)는 냉간 성형 공정에 의하여 만들어진다. 보다 구체적으로는, 도 2 에 도시된 바와 같이, 원통형 블랭크(cylindrical blank; 100)가 분할식 다이(102)와 함께 위치되는데, 펀치(104)는 블랭크(100)을 타격하는 위치에 있도록 배치된다. 도 3 에는 절삭공구 몸체의 축방향 전방부(50A 참조)의 성형을 위한 프레스 작업(pressing operation)이 완료된 상태가 도시되어 있다. 도 4 에는 절삭공구 몸체의 축방향 후방부(50B 참조)의 성형을 위한 프레스 작업이 완료된 상태가 도시되어 있다.
도 6 은 강철 입자의 배향 방향(direction of orientation)을 도시하는 개략도이다. 도시된 바와 같이, 강철 입자의 방향은 절삭공구 몸체(50)의 주변 표면의 기하형태에 전체적으로 평행하다(또는, 전체적으로 그 기하형태에 대응된다). 강철 입자의 방향이 배향됨에 의하여, 그 부품, 즉 절삭공구 몸체의 강도는, 입자 배향이 그 부품의 표면의 기하형태에 대응되지 않도록 기계가공된 부분들이 있는 부품에 비하여 더 크게 된다는 것이 이해될 것이다. 상기 성형 공정의 관점에서, 절삭공구 몸체(50)는 네트-형상의 몸체(net-shaped body)로 고려될 수 있고, 강철로 만들어진 때에는 네트-형상의 강철 몸체이다.
도 7 은 지층(ES)과 함께, 회전가능한 절삭 비트(24)의 침투로부터 나오는 부스러기의 움직임을 보여주는 기계적 개략도이다. 화살표 AA 는 지층에 대한 경성 팁의 침투 및 회전의 방향을 나타낸다. 이 도면이 특정의 절삭 깊이를 보여주기는 하지만, 그 절삭의 깊이는 특정적인 적용분야 및 작업 조건에 따라서 달라지거나 또는 조정될 수 있다는 것이 이해되어야 할 것이다.
부스러기(ED) 형태를 갖는 지층의 상당 부분이 회전가능한 절삭공구의 여유부를 지나서 움직이는 것이 보일 것이다. 그렇게 됨으로써 그 위치에서 공구 몸체의 연삭마멸이 야기되지 않는다. 이것은, 부스러기가 공구의 축방향 전방부에 대해 마멸되는 종래의 회전가능한 절삭공구에 대비되는 본 실시예에 따른 회전가능한 절삭공구(24)의 장점이다.
도 8 은 아스팔트 재료(즉, 지층)을 침투하는 회전가능한 절삭공구(24)의 등거리 정면도이고, 여기에는 돌파각도를 정의하든 파편 또는 잔조각과 회전가능한 절삭 비트 간의 관계가 도시되어 있다. 보다 구체적으로는, 파괴되었거나 완전히 파괴되려고 하는 지층의 파편인 잔조각이 도시되어 있다. 그 잔조각은, 잔조각의 노출된 표면인 파쇄 표면을 갖는다. 평면(Y-Y) 는 전체적으로 파쇄 표면을 따라 놓여진다. 돌파 각도(Z)는, 평면(Y-Y)과 회전가능한 절삭공구(24)의 종방향 축(H-H) 사이에 형성된 각도이다. 이 배치에서, 회전가능한 절삭공구는, 비스듬한 각도가 0도로 되도록 그 방향이 잡혀진다는 것이 이해되어야 할 것이다.
도 9 는 아스팔트 재료(즉, 지층)을 침투하는 회전가능한 절삭공구(24)의 등거리 정면도이고, 여기에는 파편 또는 잔조각과 회전가능한 절삭 비트 간의 관계가 도시되어 있다. 보다 구체적으로는, 파괴되었거나 완전히 파괴되려고 하는 지층의 파편인 잔조각이 도시되어 있다. 그 잔조각은, 잔조각의 노출된 표면인 파쇄 표면을 갖는다. 돌파 각도는 도 8 에 도시된 것과 실질적으로 같을 것이다. 이 배치에 있어서, 회전가능한 절삭공구는, 비스듬한 각도(SA)가 대략 10도로 되도록 그 방향이 잡혀진다는 것이 이해되어야 할 것이다.
위에서 설명된 바와 같이, 돌파 각도가 작은 아스팔트 재료와 같은 재료들을 침투하는 때에는, 그 아스팔트 재료와 회전가능한 절삭공구 간의 접촉 정도가 증가되고, 특히 그 아스팔트 재료와 절삭공구 몸체의 축방향 전방부 간의 접촉이 증가된다. 출원인은, 절삭공구 몸체(50)의 축방향 기준 길이(C)에 대비되는 여유부(64)의 축방향 길이(S), 및 절삭공구 몸체(50)의 축방향 길이(T)에 대비되는 여유부(64)의 축방향 길이(S)가, (종래의 회전가능한 절삭공구가 도로 평탄화 기계에서 사용되는 경우에 비하여) 적어도 도로 평탄화 기계의 마력 필요조건을 저감시킴으로써, 회전가능한 절삭공구의 성능에 영향을 준다고 믿는다.
이 점에 있어서, 도로 평탄화 기계에서 사용되는 회전가능한 절삭공구는, 절삭공구의 회전을 향상시키기 위하여 종종 대략 5도 내지 대략 10도 사이의 측방향으로 비스듬한 각도(side skew angle)로 방향잡힌다. 그러한, 그러한 옆으로의 비스듬함이 절삭공구의 회전을 향상시키는 것으로 귀결되더라도, 그것은 회전가능한 절삭공구의 측방향 부하의 양을 증가시키기도 한다. 따라서, 측방향 여유의 존재는, 도로(아스팔트 재료) 평삭이라는 적용분야에 있어서 특히 중요하다. 그러한 측방향 여유를 갖는 회전가능한 절삭공구는 종래의 공구들에 비하여 장점을 제공한다는 것을 알 수 있는데, 이것은 종래의 절삭공구들이 절삭공구의 뒤에서 여유를 제공하긴 하지만 그 측방향에서는 여유를 제공하지 않기 때문이다.
절삭공구 몸체와 아스팔트 재료 사이의 이와 같은 접촉 증가에 관련된 일 문제는, 아스팔트 재료를 통하는 회전가능한 절삭공구의 움직임에 보다 큰 저항력이 생성되어서 피구동 드럼의 마력이 증가되어야 한다는 것이다. 본 발명은 지층의 침투에 이용될 수 있고, 돌파 각도가 작은 재료의 침투에 있어서 만족스럽게 작동하기 위하여 피구동 드럼의 마력이 증가될 필요가 없는 회전가능한 절삭공구를 제공한다는 것이 명백하다. 또한, 본 발명이, 지층을 침투함에 있어서 회전가능한 절삭공구에 의하여 경험되는 저항력의 정도가, 특히 돌파 각도가 작게 되는 아스팔트 재료, 암염, 석고, 포타쉬, 또는 트로나와 같은 재료를 침투할 때에 저감되도록 설계된 회전가능한 절삭공구를 제공한다는 것은 명백하다.
절삭공구 몸체와 재료 간의 접촉 증가에 관련된 다른 문제는, 회전가능한 절삭공구, 특히 강철 절삭공구 몸체에 더 많은 연삭마멸이 있게 된다는 것이다. 본 발명에 의하면, 특히 돌파 각도가 작게 되는 아스팔트 재료와 같은 재료들을 침투할 때에, 작업 중에 절삭공구 몸체의 연삭마멸의 정도가 저감되도록 설계된 절삭공구 몸체를 갖는 회전가능한 절삭공구가 제공된다는 것이 명백하다. 또한, 본 발명에 의하여, 특히 돌파 각도가 작게 되는 아스팔트 재료와 유사한 재료들을 침투할 때에, 작업 중에 절삭공구 몸체와 경성 팁 사이의 납땜 이음부에 대한 보호가 증가 또는 개선되도록 설계된 절삭공구 몸체를 구비한 개선된 회전가능한 절삭공구가 제공된다는 것이 명백하다.
위에서 설명된 바와 같이, 도로 평탄화에의 적용(또는 회전가능한 절삭공구가 지층을 침투하는 다른 분야에의 적용) 중에 회전가능한 절삭공구(특히 그 절삭공구 몸체)에 의하여 겪어지는 연삭마멸에 부가하여, 절삭공구 몸체를 포함하는 회전가능한 절삭공구 상에는 상당량의 응력이 인가된다. 본 발명에 따른 절삭공구 몸체는, 절삭공구 몸체의 시기상조적인 파손에 대한 잠재성을 저감시키도록 개선된 강도를 갖는 것이 명백하다. 이 강도(strength)는, 강철 몸체의 입자의 배향이 절삭공구 몸체의 표면의 기하형태에 전체적으로 대응한다는 사실 (또는 전체적으로 그 기하형태에 평행하다는 사실)에 의하여 제공된다.
여기에서 구체적으로 언급된 특허들 및 문헌들은 여기에 참조로서 포함된다.
본 발명의 다른 실시예들은, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여기에서 개시된 본 발명의 예 또는 상세한 설명을 고려하면 명백하게 될 것이다. 상기의 예들 및 설명은 예시를 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도된 것이 아니다. 본 발명의 진정한 범위는 하기의 청구항들에 의하여 정해질 것이다.
본 발명은, 예를 들어 아스팔트 도로 재료, 석탄 매장물, 광물 형성물 등과 같은 지층에의 침투에 유용한, 회전가능한 절삭공구에 이용될 수 있다.
Claims (32)
- 축방향 길이를 가지고, 축방향 전방 단부 및 축방향 후방 단부를 구비한, 절삭공구 몸체; 및절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부에서 절삭공구 몸체에 고정되고, 말단 단부(distal end)를 구비한, 경성 팁(hard tip);을 포함하는 회전가능한 절삭공구로서,상기 절삭공구 몸체는 경성 팁의 말단 단부의 축방향 후방에 여유부(clearance portion)를 포함하고, 상기 여유부는 축방향 전방 횡단치수 및 축방향 전방 횡단치수의 축방향 후방에 위치된 최소 횡단치수를 포함하는 횡단치수를 가지며, 상기 축방향 전방 치수는 최소 횡단치수보다 크고, 상기 여유부의 축방향 길이는 절삭공구 몸체의 축방향 길이의 대략 10% 내지 대략 35% 사이인, 회전가능한 절삭공구.
- 제 1 항에 있어서,상기 여유부는 절삭공구 몸체의 축방향 길이의 대략 20% 내지 대략 32% 사이의 길이로 연장된, 회전가능한 절삭공구.
- 제 1 항에 있어서,여유부는, 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부에서 시작하고, 축방향 후방 방 향으로 미리 선택된 거리만큼 연장된, 회전가능한 절삭공구.
- 제 1 항에 있어서,여유부는, 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부의 축방향 후방에 있는 위치에서 시작하고, 축방향 후방 방향으로 미리 선택된 거리만큼 연장된, 회전가능한 절삭공구.
- 제 1 항에 있어서,여유부의 횡단치수는 축방향 전방 횡단치수로부터 최소 횡단치수까지 지속적으로 감소하는, 회전가능한 절삭공구.
- 제 1 항에 있어서,여유부의 횡단치수는 축방향 전방 횡단치수로부터 최소 횡단치수까지 균일한 비율로 감소하는, 회전가능한 절삭공구.
- 제 1 항에 있어서,여유부는 전체적으로 절두원추형의 형상을 가져서 여유 각도가 형성되고, 그 여유 각도는 대략 15도 내지 대략 35도 사이의 범위 내에 있는, 회전가능한 절삭공구.
- 제 6 항에 있어서,여유 각도는 대략 20도 내지 대략 25도 사이의 범위 내에 있는, 회전가능한 절삭공구.
- 제 1 항에 있어서,여유부는 전체적으로 아치 형상을 갖는, 회전가능한 절삭공구.
- 제 1 항에 있어서,절삭공구 몸체는 여유부의 축방향 후방에 있는 중간부를 더 포함하고, 그 중간부는 축방향 후방 경계를 구비하며, 절삭공구는 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부와 중간부의 축방향 후방 경계 사이에 정의된 기준 길이(gage length)를 가지고, 기준 길이에 대한 여유부의 축방향 길이의 비율은 대략 10:100 내지 대략 75:100 의 범위 내에 있는, 회전가능한 절삭공구.
- 제 10 항에 있어서,기준 길이에 대한 여유부의 축방향 길이의 비율은 대략 35:100 내지 대략 55:100 의 범위 내에 있는, 회전가능한 절삭공구.
- 제 10 항에 있어서,절삭공구 몸체는 중간부의 축방향 후방에 있는 자루부를 더 포함하는, 회전 가능한 절삭공구.
- 제 1 항에 있어서,절삭공구 몸체는, 강철로 만들어지고, 주변 표면(peripheral surface)을 가지며, 절삭공구 몸체의 주변 표면의 외형(contour)에 전체적으로 대응하는 방향으로 된 입자 배향을 갖는, 회전가능한 절삭공구.
- 축방향 길이를 가지고, 축방향 전방 단부 및 축방향 후방 단부를 구비한, 절삭공구 몸체; 및절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부에서 절삭공구 몸체에 고정된 경성 팁(hard tip);을 포함하는 회전가능한 절삭공구로서,상기 절삭공구 몸체는 중간부 및 상기 중간부의 축방향 전방에 있는 여유부를 포함하고,상기 여유부는 횡단치수를 가지고, 상기 여유부의 횡단치수는 축방향 후방 방향으로 감소하며, 상기 여유부는 절삭공구 몸체의 축방향 길이의 대략 10% 내지 대략 35% 사이인 축방향 길이를 갖는, 회전가능한 절삭공구.
- 제 14 항에 있어서,여유부는 절삭공구 몸체의 축방향 길이의 대략 20% 내지 대략 32% 의 길이로 연장된, 회전가능한 절삭공구.
- 제 14 항에 있어서,여유부는, 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부에서 시작하고, 축방향 후방 방향으로 미리 선택된 거리만큼 연장된, 회전가능한 절삭공구.
- 제 14 항에 있어서,여유부는, 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부의 축방향 후방에 있는 위치에서 시작하고, 축방향 후방 방향으로 미리 선택된 거리만큼 연장된, 회전가능한 절삭공구.
- 제 14 항에 있어서,여유부의 형상은 전체적으로 절두원추형이어서 여유 각도가 형성되고, 그 여유 각도는 대략 15도 내지 대략 35도 사이의 범위 내에 있는, 회전가능한 절삭공구.
- 제 14 항에 있어서,회전가능한 절삭공구는 중간부의 축방향 후방에 자루부를 더 포함하고, 상기 자루부는 탄성 보유기를 보유하도록 적합화된, 회전가능한 절삭공구.
- 제 14 항에 있어서,절삭공구 몸체는, 강철로 만들어지고, 주변 표면을 가지며, 절삭공구 몸체의 주변 표면의 외형에 전체적으로 대응하는 방향으로 된 입자 배향을 갖는, 회전가능한 절삭공구.
- 경성 팁과의 사용을 위한, 절삭공구 몸체로서,상기 절삭공구 몸체는 축방향 전방 단부 및 축방향 후방 단부를 포함하며,상기 절삭공구 몸체는 축방향 길이를 가지고,상기 절삭공구 몸체는 여유부를 포함하고, 상기 여유부는 축방향 전방 횡단치수 및 축방향 전방 횡단치수의 축방향 후방에 위치된 최소 횡단치수를 포함하는 횡단치수를 가지며, 상기 축방향 전방 치수는 최소 횡단치수보다 크고, 상기 여유부의 축방향 길이는 절삭공구 몸체의 축방향 길이의 대략 10% 내지 대략 35% 사이인, 절삭공구 몸체.
- 제 21 항에 있어서,상기 여유부는 절삭공구 몸체의 축방향 길이의 대략 20% 내지 대략 32% 사이의 길이로 연장된, 절삭공구 몸체.
- 제 21 항에 있어서,여유부는, 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부에서 시작하고, 축방향 후방 방향으로 미리 선택된 거리만큼 연장된, 절삭공구 몸체.
- 제 21 항에 있어서,여유부는, 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부의 축방향 후방에 있는 위치에서 시작하고, 축방향 후방 방향으로 미리 선택된 거리만큼 연장된, 절삭공구 몸체.
- 제 21 항에 있어서,여유부의 횡단치수는 축방향 전방 횡단치수로부터 최소 횡단치수까지 지속적으로 감소하는, 절삭공구 몸체.
- 제 21 항에 있어서,여유부의 횡단치수는 축방향 전방 횡단치수로부터 최소 횡단치수까지 균일한 비율로 감소하는, 절삭공구 몸체.
- 제 21 항에 있어서,여유부는 전체적으로 절두원추형의 형상을 가져서 여유 각도가 형성되고, 그 여유 각도는 대략 15도 내지 대략 5-5도 사이의 범위 내에 있는, 절삭공구 몸체.
- 제 27 항에 있어서,여유 각도는 대략 20도 내지 대략 25도 사이의 범위 내에 있는, 절삭공구 몸체.
- 제 21 항에 있어서,여유부는 전체적으로 아치 형상을 갖는, 절삭공구 몸체.
- 제 21 항에 있어서,절삭공구 몸체는 여유부의 축방향 후방에 있는 중간부를 더 포함하고, 그 중간부는 축방향 후방 경계를 구비하며, 절삭공구는 절삭공구 몸체의 축방향 전방 단부와 중간부의 축방향 후방 경계 사이에 정의된 기준 길이(gage length)를 가지고, 기준 길이에 대한 여유부의 축방향 길이의 비율은 대략 10:100 내지 대략 75:100 의 범위 내에 있는, 절삭공구 몸체.
- 제 30 항에 있어서,기준 길이에 대한 여유부의 축방향 길이의 비율은 대략 35:100 내지 대략 55:100 의 범위 내에 있는, 절삭공구 몸체.
- 제 21 항에 있어서,절삭공구 몸체는, 강철로 만들어지고, 주변 표면을 가지며, 절삭공구 몸체의 주변 표면의 외형에 전체적으로 대응하는 방향으로 된 입자 배향을 갖는, 회전가능한 절삭공구 몸체.
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