KR20090018056A - 톱 해머식 드릴링 장비용 암형 부품 및 암형 부품의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 톱 해머식 드릴링 장비용으로 의도된 암형 부품 및 암형 부품의 제조 방법에 관한 것이다. 암형 부품은 벽 (5) 에 릿지 (2) 형태의 나사를 갖는다. 릿지는 바닥부 (12) 를 갖는 유사한 나선형 홈 (11) 이 그 사이에서 연장하는 크레스트 (9) 와 2 개의 플랭크 (10) 에 의해 제한된다. 홈 (11) 의 단부는 경계선 (18) 에 의해 규정되며, 이 경계선은 벽 (5) 의 내부에 형성된 부품 표면 (19) 으로부터 홈 바닥부 (12) 를 분리하고, 부품 표면의 폭은 둘레 방향에서 연속적으로 감소되며, 나사 (1) 의 회전 대칭의 기본 형상과 본질적으로 유사한 회전 대칭 형상을 갖는다.

Description

톱 해머식 드릴링 장비용 암형 부품 및 암형 부품의 제조 방법 {A FEMALE PART FOR TOP HAMMER-DRILLING AND METHOD FOR MANUFACTURING A FEMALE PART}

제 1 양태에 있어서, 본 발명은 톱 (top) 해머식 드릴링 장비용이며, 청구항 1 의 전제부에 규정된 형식인 암형 부품에 관한 것이다.

다른 양태에서, 본 발명은 또한 청구항 5 의 전제부에 따른 암형 부품의 제조 방법에 관한 것이다.

미국 특허 제 6,293,360 호는 충격식 드릴링 또는 톱 해머식 드릴링용 착암 장비의 암형 부품을 개시하고 있다. 이 암형 부품 및 같은 목적을 위한 다른 암형 부품 (실제로는 드릴 비트, 커넥터 또는 커플링 슬리브, MF (여기서, M 은 수나사, F 는 암나사) 커플링을 갖는 드릴 로드, 리덕션 슬리브 등) 의 특징은 장비의 수형 부품에 포함된 수형 나사와 상호 협동하도록 의도된 암나사를 포함한다는 것이다. 이러한 암나사는 중공의 작업 부재의 내부 선삭, 더욱 자세하게는 선삭 공구에 의해 일반적으로 형성되는데, 이 선삭 공구는 최신 버전으로는 초경 합금 등의 교체가능한 선삭 인서트를 포함하며, 또한 작업 부재가 회전됨과 동시에 축선 방향 뿐만 아니라 반경방향으로 공급된다(각각, 길이방향의 공급 및 횡방향의 공급). 공지된 선삭 기술은, 최종 나사 프로파일이 얻어질 때까지, 나사산의 프랭 크 사이의 홈이 연속해서 더욱 깊어지는 도중에, 복수개의 연속한 경로에서 작업 부재의 요구되는 기계 가공이 행해진다. 선삭 인서트와 이 선삭 인서트에 의해 처리되는 홈이 스탑 숄더에 가장 근접하게 위치된 나사의 내부 단부에서 벽 재료가 닳아 없어지게 하기 위해서, 적절한 체이싱이 시작되기 이전에 특별한 간극 공간 또는 홈이 중공 공간 내측에서 선삭되어야만 한다. 스크류 절단 공구가 나사를 마무리하기 위해서, 상기 간극 공간은 마무리된 나사의 루트 또는 홈 바닥의 직경보다 큰 직경을 가져야만 한다. 그러나, 중공 공간에 가장 먼 내측의 이러한 간극 공간의 존재는 간극 공간 내로의 나사 홈의 출구에서 날카로운 재료 에지가 발생되는 단점 뿐만 아니라, 벽 외측 공간의 재료 두께가 감소되는 단점도 존재한다. 이에 의해, 암형 부품은 피로에 관해서 뿐만 아니라 기계적으로 취약하게 되며, 이에 의해 암형 부품의 수명이 불필요하게 단축된다.

미국 특허 제 6,293,360 호에서, 수나사에는 풀 프로파일로부터 영점 (나사산이 없어짐) 까지 연속적으로 감소하는 높이와 폭이 부여될 수 있는 선삭 방법이 제공된다. 다만, 이 선삭 방법은 암형 부품에 내부 나사가 형성될 때, 취약한 간극 공간을 위한 요구를 제거할 수는 없다. 따라서, 도 1 및 도 3 은 당해 암형 부품의 나사의 내부 부품이 어떻게 나사 홈보다 큰 직경을 갖는 회전 대칭 간극 공간에 인접하게 종료되는 지를 명확하게 기재하고 있다.

본 발명은 톱 해머식 드릴링 장비를 위해 이미 공지된 암형 부품의 전술한 문제점을 해소하고 개선된 암형 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다. 따라서, 본 발명의 주 목적은 나사 홈의 바닥에 가장 큰 내경을 갖는 기계적으로 강한 암형 부품을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 전술한 목적은 청구항 1 의 특징부에서 규정된 특징에 의해 이루어진다. 본 발명에 따른 암형 부품의 바람직한 실시예는 종속 청구항 2 - 4 에서 추가로 규정된다.

추가의 양태에서, 본 발명은 또한 전술한 형태의 암형 부품의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법의 특징은 독립 청구항 5 에 개시되어 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 암형 부품의 사시도이다.

도 2 는 암형 부품을 통해 취한 부분 길이방향 단면도이며, 본 발명에 따른 내부 나사의 부품을 도시하고, 암형 부품의 내측은 측면으로부터 본 것이다.

도 3 은 반대측으로부터 본 도 2 에 대응하는 길이방향 단면도이다.

도 4 는 암형 부품의 내측으로 삽입되는 상호 협동하는 수형 부품을 도시하는 길이방향 단면도이다.

도 5 는 도 2 의 A-A 단면도이다.

도 6 은 나사의 홈이 연속적으로 감소하는 깊이의 하프-턴 하에서 어떻게 종료하는 지를 나타내는 일련의 상세도이다.

도 7 은 암형 부품의 대안적인 실시예를 통해 취한 길이방향 단면도이다.

도 8 은 도 7 에 따른 암형 부품 내에 삽입되는 수형 부품을 도시하는 길이방향 단면도이다.

도 9 는 선삭 공구에 의한 선삭되고 있는 작업 부재를 도시하는 확대된 길이방향 단면도이다.

도 10 은 마무리 체이싱 후에 공구를 도시하는 대응하는 길이방향 단면도이다.

도 1 에서, 암형 부품 (1) 은 암형 부품의 일단부 (4) 에서 개구하는 중공 공간 (3) 을 제한하는 원통형 벽의 내측에 형성된 가시적인 (visible) 암형 나사 (2) 를 갖는 것으로 도시되어 있다. 특히, 암형 부품은 커넥터 슬리브일 수 있는데, 이는 칸막이 벽 또는 스탑 숄더에 의해 분리되는 2개의 중공 공간 (이들 공간은 암형 나사를 포함함) 을 포함하는 커넥터 슬리브일 수도 있다. 다만, 이하, 상기 암형 나사중 단지 하나만 설명한다.

이하, 암형 나사 (2) 의 제 1 실시예를 나타내는 도 2 내지 도 6 을 참조하면, 도 2 에서 5 는 일반적으로 나사가 형성되는 내측상의 원통형 벽을 나타내며, 6 은 제 2 의 유사 중공 공간 (도시하지 않음) 으로부터 중공 공간 (3) 을 분리시키는 스탑 숄더 (6) 이다. 2 개의 중공 공간은, 물 및/또는 공기 등의 플러쉬 매체가 예컨대 드릴 로드로부터 다른 드릴 로드로 통과할 수 있는 중앙 구멍 (7) 을 통해 서로 연통한다.

이 경우에, 암형 나사 (2) 는 사다리꼴 나사 형태이며, 이는 예컨대, 원통형이며, 중심축 (C) 에 의해 규정된다. 이 경우에, 또한 암형 부품의 외부는 원통형이며, 또한 외부 봉입면 (8) 은 중심축 (C) 과 동심이다.

도 2 내지 도 6 에 도시된 실시예에 대해 더 설명하기 전에, 당해 나사에 의해 형성되는 작업 부재의 선삭을 개략적으로 설명하는 도 9 및 도 10 을 참조한다. 이들 도면으로부터, 암형 나사 (2) 는, 벽의 내부를 따라 나선형으로 연장하고, 바닥 (12) 을 갖는 홈 (11) 이 그 사이를 연장하는 크레스트 (9) 와 2 개의 플랭크 (10) 에 의해 제한되는 릿지인 것을 알 수 있다. 나사 프로파일이 사다리꼴이기 때문에, 나사 크레스트, 플랭크 및 홈 바닥이 곧은 모선 (straight generatrics) 에 의해 제한된다. 그러나, 실제 프로파일 형상은 중요한 것은 아니다. 이에 의해 나사는 예컨대, 로프형 나사일 수도 있고 다른 임의의 프로파일 형상을 가질 수도 있다. 도 2 에서, 홈 바닥 또는 루트 (12) 의 직경은 YD 로 나타내며, 나사 크레스트 (9) 의 직경은 ID 로 나타낸다.

도 9 및 도 10 에 도시된 작업 부재의 기계 가공은 (물론, 복수 개의 경로가 가능할 지라도) 단일 경로에서 체이싱할 수 있는 최근 개발된 선삭 기술에 의해 실행된다. 작업 부재는 원통형 중공 공간, 도 9 의 실린더 표면 (13) 및 단부 표면 (14) 을 포밍함으로써 준비된다. 이 포밍은 드릴링/밀링에 의해 실행될 수 있으며, 바람직하게는 중앙 구멍 (7) 이 드릴링된다. 나사의 선삭중에, 선삭 공구 (15) 가 사용되며, 통상의 방식에서, 이는 샤프트 (16) 와 교환가능한 선삭 인서트 (17) 로 이루어진다. 상기 공구는 상기 공구가 T 방향으로 횡으로 공급됨과 동시에 화살표 (L) 방향으로 길이 방향으로 공급된다. 새로운 특별한 선삭 기술은 횡방향 공급 (T) 이 반경 방향으로 빠르고 간헐적인 운동의 형태에 영향을 미치며, 공구는 소망하는 프로파일 형상을 부여하는 소프트웨어에 의해 제어된 다. 그러나, 길이방향 공급은 공구의 연속적인 축선 움직임에 의해 통상의 방식으로 실행되며, 여기서 공급은 적당한 속도이다 (예컨대, 0.2㎜/s). 선삭중, 작업 부재는 화살표 (R) 방향으로 회전된다.

작업 부재의 원통형 벽은 초기에는 전체 길이를 따라 균일한 두께란 것에 주목해야 한다.

공구, 더욱 상세하게는 선삭 인서트 (17) 가 도 9 의 좌측에 위치된 입구 (도시 생략) 를 통해 재료에 진입한다면, 보다 자세하게는 공구가 추가로 공급되며 중공 공간 내로 추가로 공급되는 사실에 의해 주요 부분이 풀 프로파일을 갖는 나사가 형성된다. 스탑 숄더 (6) 로부터 적절한 거리에서, 풀 프로파일 나사의 포밍이 중단되고, 나사가 풀려나갈수 있는 출구를 형성하는 조치가 취해진다. 이는 도 5 및 도 6 에 설명된 방법으로 실행되며, 이하에 설명한다.

선택된 영점 (0°) 에서, 홈 (11) 의 깊이가 연속적으로 감소하는 동안, 최후의 횡방향 공급 시퀀스가 시작된다. 이 경우, 이러한 깊이 감소는 절반의 하프턴 하에 실행되며, 도 6 은 60°다음으로 120°부터 180°까지의 홈의 대략적인 깊이를 나타내며, 여기서 홈은 경계선 (18) 에서 종료되며 (또한, 도 2 참조), 이 경우 경계선은 중심축 (C) 에 평행한 본질적으로 곧은 선이다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 깊이의 감소는 홈 바닥부 (12) 폭의 연속적인 증가를 일으키며, 더욱 상세하게는 폭은 종료되는 경계선 (18) 까지 연속적으로 증가하게 된다.

도 3 에서, 도 2 에 도시된 중공 공간의 반대측 중공 공간의 측면이 도시되어 있으며, 종료되는 경계선 (18) 이 도 3 에서 좌측에 도시되어 있다. 공구가 경계선 (18) 에 도달하면, 공구가 반경 방향으로 움직이는 것을 중단한다. 그러나, 바꿔말하면, 주어진 반경 방향 위치에 유지되면서 적어도 절반의 회전 중 연속적으로 하방으로 회전한다는 사실에 의해, 공구가 작업 부재의 기계 가공을 계속한다. 이와 같이, 종료하는 나사산과 점선 (20) 사이로 제한된 연속적으로 테이퍼진면 (19) 이 발생된다. 이 표면은 직경 (D1) 을 가지며, 이 경우, 나사홈의 직경 (YD) 에 대응한다. 이 경우, 단부 라인 (20) 이 스탑 숄더 (6) 의 바로 근처에 위치된다. 즉, 나사는 가능한 스탑 숄더 근방에서 끝이난다.

가상의 원통 또는 가상의 원뿔 (도시 생략) 이 전체 암나사의 크레스트 (9) 와 바닥부 (10) 에서 일치하고, 원통 또는 원뿔 또한 전체 부품 표면 (19) 에서 일치한다고 말할 수 있다.

도 4 에는, 수형 부품 (21) 이 암형 부품 (1) 에 어떻게 삽입되는지가 도시되어 있다. 수형 부품은 예컨대 드릴 로드이거나 또는 드릴 로드에 포함될 수도 있으며, 이는 통상 플러쉬 덕트 (22) 와 수나사 (23) 를 구비하며, 수나사는 기술된 암나사와 상호 협동한다. 도 4 의 우측에, 수형 부품의 단부면 (24) 이 스탑 숄더 (6) 에 대해, 보다 자세하게는 암형 부품을 통해 하나의 수형 부품으로부터 다른 수형 부품으로 전달되는 충격력에 관련하여, 어떻게 가압될 수 있는지가 명확하게 도시되어 있다.

도 7 에서, 완료된 부품 표면 (19) 은 나사 크레스트의 직경 (ID) 에 대응하는 직경 (D2) 을 가지며, 도 2 내지 도 4 에 따른 부품 표면과 관련된 거리로 연장되는 대안적인 실시예가 도시되었다. 이에 의해, 부품 표면 (19) 은 수형 부품 (21A) 의 전방 단부를 안내하기에 용이해질 수 있다. 도시된 예시에서, 나사가 원통형일 때는, 수형 부품의 내부 원통형 표면 (25) 과 비교적 미세한 끼워맞춤이 상호 협동함으로써, 이에 따라 부품 표면 (19) 은 원통형 안내 표면을 형성한다 (도 8 참조).

전술한 본 발명이 원통형 나사에 대해 기술하고 있지만, 본 발명은 원뿔형 나사에도 적용가능하다. 양자의 경우에, 기술된 부품 표면 (19) 은 회전 대칭 형상을 이룰 수 있는데, 이 형상은 나사의 회전 대칭인 기본 형상과 유사하거나 또는 본질적으로 합동이다. 즉, 나사가 원뿔이라면, 부품 표면 (19) 도 원뿔이다. 암형 부품은 대안으로 착암 드릴 비트, 커넥터 또는 커플링 슬리브, MF 드릴 로드 또는 리덕션 슬리브에 일체화 될 수도 있다.

우선권 주장하는 스웨덴 특허 출원 제 0601118-3 호가 참조로 기재되어 있다.

본 발명은 전술된 실시예로 제안되는 것은 아니고, 첨부된 청구항의 범주 내에서 자유롭게 변경가능할 수 있다

Claims (5)

1. 중심축 (C) 에 의해 규정되는 중공 공간 (3) 및 암나사를 포함하며,

   상기 중공 공간은 암형 부품의 자유 단부 (4) 에서 개구되며, 둘레 벽 (5) 및 자유 단부 (4) 로부터 축방향으로 이격된 스탑 숄더 (6) 에 의해 제한되며,

   상기 암나사는 릿지 (2) 형상으로 벽의 내부에 형성되고, 회전 대칭, 원통형 또는 원뿔형의 기본 형상을 가지며, 벽 (5) 의 내측을 따라 나선형으로 연장하고,

   상기 릿지는 중공 공간의 중심축 (C) 과 동심이며, 유사한 나선형 홈 (11) 이 그 사이에 있는 크레스트 (9) 와 2 개의 플랭크 (10) 에 의해 제한되고,

   상기 홈은 바닥부 (12) 를 가지며,

   상기 나사는 일정의 축방향 길이의 주요 부분을 따라 풀 프로파일을 가지며, 또한,

   풀 프로파일 부분과 스탑 숄더 (6) 사이에 위치되고, 홈이 빠져나가는 단부를 포함하는, 톱 해머식 드릴링 장비용 암형 부품에 있어서,

   홈 (11) 의 깊이는 상기 단부를 향해 연속적으로 감소되며,

   상기 단부는 벽 (5) 의 내부에 형성된 부품 표면 (19) 으로부터 홈 바닥부 (12) 를 분리하는 경계선 (18) 에 의해 규정되고,

   상기 부품 표면 (19) 은 나사의 크레스트 (9) 또는 나사의 홈 바닥부 (12) 에 일치하는 가상의 원통 또는 가상의 원뿔을 따라 연장함으로써 나사 (1) 와 동일한 회전 대칭 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 톱 해머식 드릴링 장비용 암형 부 품.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 부품 표면 (19) 은 스탑 숄더 (6) 까지 연장하는 것을 특징으로 하는 톱 해머식 드릴링 장비용 암형 부품.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   가상의 원통 또는 가상의 원뿔은 또한 전체 부품 표면 (19) 과도 일치하는 것을 특징으로 하는 톱 해머식 드릴링 장비용 암형 부품.
4. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   암형 부품은 드릴 비트, 커넥터 또는 커플링 슬리브, MF 커플링을 갖는 드릴 로드 또는 리덕션 슬리브인 것을 특징으로 하는 톱 해머식 드릴링 장비용 암형 부품.
5. 톱 해머식 드릴링 장비를 위해 의도된 암형 부품 (1) 및 암형 부품의 자유 단부 (4) 에서 개구하며, 회전 대칭의 기본 형상을 갖는 암나사 (2) 를 갖는 둘레 벽 (5) 에 의해 제한되는 중공 공간 (3) 및 자유 단부로부터 이격되는 스탑 숄더 (6) 를 구비하며, 상기 나사는 소정의 길이의 주요 부분을 따라 풀 프로파일을 가지며, 나사의 홈이 빠져 나가는 2 개의 짧은 단부를 구비하는 형식의 암형 부품 (1) 의 제조 방법으로서,

   중심축 (C) 둘레를 중공 작업 부재가 회전하는 단계,

   작업 부재의 중공 공간으로 선삭 공구를 가져오는 단계,

   중공 공간의 대향 단부 영역 사이에서 선삭 공구 (15) 를 길이방향 (T) 으로 공급하는 단계, 및

   소망하는 나사 프로파일을 발생시키기 위해서 반경 방향의 선삭공구를 동시에 횡방향 (L) 으로 공급하는 단계를 포함하는 암형 부품의 제조 방법에 있어서,

   하나의 동일한 경로에서의 연속적인 길이방향 공급 (L) 중, 반경방향의 외부 단부 위치와 내부 단부 위치 사이에서 공구 (15) 가 교대로 움직이게 하며, 그중 외부 단부 위치는 풀 프로파일 나사의 홈 바닥부 (12) 를 발생시키며, 내부 단부 위치는 나사 크레스트 (10) 를 발생시키는 단계, 및

   벽 (5) 의 내부에 형성된 부품 표면 (19) 으로부터 홈 바닥부 (12) 를 분리하는 경계선 (18) 의 형상에서 단부까지 연속적으로 깊이가 감소하는 나사 홈을 종료하도록 2 개의 반경 방향 단부 위치 사이에서 반경 차이를 0 으로 연속적으로 감소시키는 마무리 작동중, 상기 부품 표면 (19) 은 나사의 크레스트 (9) 또는 나사의 홈 바닥부 (12) 와 일치하는 가상의 원통 또는 가상의 원뿔을 따라 연장함으로써 나사 (1) 와 같은 회전 대칭의 형상을 갖는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암형 부품의 제조 방법.

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