KR20110113659A - 연마 공구용 연마 팁, 및 그 형성 및 교체 방법 - Google Patents

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생-고뱅 어브레이시브즈, 인코포레이티드
생-고벵 아브라시프
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Abstract

연마 공구용 연마 팁, 및 그 형성 및 교체 방법이 개시된다. 연마 팁은 연마 공구에 대한 쉽고 빠른 부착을 용이하게 한다.

Description

연마 공구용 연마 팁, 및 그 형성 및 교체 방법{ABRASIVE TIP FOR ABRASIVE TOOL AND METHOD FOR FORMING AND REPLACING THEREOF}
본 발명은 전반적으로 콘크리트, 천연 석재, 기타 경질 재료를 드릴링, 절삭 및 연삭하기 위해 사용되는 연마 공구에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 복수의 연마 세그먼트를 연마 공구에 고정하는 장치, 및 상기 장치를 형성하고 마모 시 교체하는 방법에 관한 것이다.
코어 비트(core bit)는, 다이아몬드를 함유한 연마 세그먼트들을 이용하여 콘크리트에 홀을 드릴링하는 일종의 연마 공구이다. 콘크리트 구조물(예를 들어, 벽, 바닥, 천장, 기둥, 다리, 갑판 등)에 홀을 드릴링하기 위해 사용될 수 있는 통상의 다이아몬드 코어 비트는, 개별 다이아몬드 함유 세그먼트들을 강관의 전면(front face)에 부착함으로써 제조된다. 다이아몬드 코어 비트는 전기 또는 유압 모터에 의해 그 축방향 축을 중심으로 회전됨으로써 홀을 가공하는 한편, 동시에 수동으로 또는 자동 이송 기구에 의해 전방으로 진행되어 관통하게 된다. 드릴링은 바람직하게 냉각제(예를 들어, 물)를 이용하여 수행될 수 있지만, 건식 드릴링이 또한 적용될 수 있다. 이러한 작업 방식에서, 원통형 개구의 외벽이 형성되는 한편, 동시에 내부 코어 부재가 형성되는데, 이는 다이아몬드 코어 비트가 완전히 콘크리트 구조물을 관통하면 구조물로부터 분리된다.
최종적으로, 다이아몬드 세그먼트들은 마모되어 교체되어야 한다. 코어 비트 상의 다이아몬드 세그먼트들의 교체는 코어 비트의 재티핑(re-tipping)으로 알려져 있다. 코어 비트의 통상의 재티핑 작업은 다이아몬드 세그먼트들이 강관의 전면에 고정된 방식에 따라 좌우될 것이다. 예를 들어, 다이아몬드 세그먼트들은 강관의 전면에 브레이징, 레이저 용접 또는 직접 소결될 수 있다. 브레이징 핏된 다이아몬드 세그먼트들의 경우, 코어 비트 사용자는 마모된 다이아몬드 세그먼트들의 잔류물을 강관 면으로부터 디브레이징하고, 새로운 다이아몬드 세그먼트들을 동일한 강관 면에 브레이징 핏할 수 있다. 새로운 다이아몬드 세그먼트들이 부착된 강관은 이러한 재티핑 작업의 결과로서 통상 수 밀리미터 짧아질 수 있다. 일반적으로, 이러한 짧아짐은 강관이 디브레이징을 방지하기 위해 다이아몬드 세그먼트들 바로 뒤에서 절삭될 때에만 일어날 것이고, 이는 통상 정비소에서만 수행된다. 그러나, 재티핑 작업이 건설 현장에서 직접 이루어져야 한다면, 일반적으로, 유일한 옵션은 디브레이징 및 그에 이은 새로운 세그먼트들의 브레이징 핏이다. 전체적으로, 재티핑 작업은 코어 비트와 관련된 비용 감소를 가능하게 하고, 이는 최종적으로 콘크리트 및 유사 구조물에서의 홀 드릴링 비용을 줄인다.
본 발명의 목적은 연마 공구용 연마 팁, 및 그 형성 및 교체 방법을 제공하는 데에 있다.
제1 실시형태에서, 외경 및 내경을 가진 회전 가능한 몸체를 구비한 연마 공구에 복수의 연마 세그먼트를 고정하는 장치가 제공된다. 이 실시형태에서, 상기 장치는, 복수의 연마 세그먼트를 수용하는 제1 부분, 및 제1 부분의 반대편에 위치하며 회전 가능한 몸체에 부착되는 제2 부분을 구비한 캐리어 부재를 포함한다. 제2 부분에는 견부가 연장되어 회전 가능한 몸체와의 센터링을 용이하게 한다.
제2 실시형태에서, 복수의 연마 세그먼트, 및 복수의 연마 세그먼트를 수용하는 캐리어 부재를 포함하는 코어 비트 팁이 제공된다. 캐리어 부재는 복수의 연마 세그먼트를 수용하도록 구성된 제1 부분, 및 제1 부분의 반대편에 위치하며 내경 및 외경을 가진 코어 비트 관형 몸체의 일 단에 부착되는 제2 부분을 구비한다. 제2 부분에는 견부가 연장되어 코어 비트 관형 몸체의 내경 및 외경에 대해 캐리어 부재의 센터링을 용이하게 한다.
제3 실시형태에서, 복수의 연마 세그먼트가 부착된 제1 부분 및 견부가 연장된 제2 부분을 구비한 링 형상의 캐리어 부재를 포함하는 코어 비트 팁을 포함하는 코어 비트가 제공된다. 코어 비트는, 내경 및 외경을 가지며 일 단에 코어 비트 팁을 수용하는 코어 비트 관형 몸체를 더 포함한다. 견부는 코어 비트 관형 몸체의 내경 및 외경에 대해 코어 비트 팁의 센터링을 용이하게 한다.
제4 실시형태에서, 코어 비트 팁의 형성 방법이 제공된다. 이 실시형태에서, 상기 방법은, 제1 부분, 및 제1 부분의 반대편에 위치하는 제2 부분을 구비한 캐리어 부재를 제공하는 단계로, 상기 제2 부분에는 견부가 연장되어 코어 비트 관형 몸체의 내경 및 외경에 대해 캐리어 부재의 센터링을 용이하게 하는 것인 단계; 및 복수의 다이아몬드 세그먼트를 제1 부분에 부착하는 단계를 포함한다.
제5 실시형태에서, 코어 비트의 형성 방법이 제공된다. 이 실시형태에서, 상기 방법은, 복수의 연마 세그먼트가 고정된 제1 부분, 및 제1 부분의 반대편에 위치하며 견부가 연장된 제2 부분을 구비한 링 형상의 캐리어 부재를 포함하는 코어 비트 팁을 제공하는 단계; 내경 및 외경을 가지며 일 단에 코어 비트 팁을 수용하는 코어 비트 관형 몸체를 제공하는 단계; 코어 비트 관형 몸체의 내경 및 외경에 대해 코어 비트 팁의 제2 부분의 견부를 센터링하는 단계; 및 코어 비트 관형 몸체의 내경 및 외경에 대한 코어 비트 팁의 제2 부분의 견부의 센터링에 이어, 코어 비트 팁을 코어 비트 관형 몸체에 부착하는 단계를 포함한다.
제6 실시형태에서, 코어 비트의 재티핑 방법이 제공된다. 이 실시형태에서, 상기 방법은, 내경 및 외경을 가지며 일 단에 코어 비트 팁을 수용하는 코어 비트 관형 몸체로부터 마모된 코어 비트 팁을 분리하는 단계; 복수의 연마 세그먼트가 고정된 제1 부분, 및 제1 부분의 반대편에 위치하며 견부가 연장된 제2 부분을 구비한 링 형상의 캐리어 부재를 포함하는 비마모 코어 비트 팁을 제공하는 단계; 코어 비트 관형 몸체의 내경 및 외경에 대해 비마모 코어 비트 팁의 제2 부분의 견부를 센터링하는 단계; 및 코어 비트 관형 몸체의 내경 및 외경에 대한 코어 비트 팁의 제2 부분의 견부의 센터링에 이어, 비마모 코어 비트 팁을 코어 비트 관형 몸체에 부착하는 단계를 포함한다.
도 1은 일 실시형태에 따른 코어 비트 팁에서 사용된 캐리어 부재의 사시도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 도 1의 캐리어 부재의 평면도이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 연마 세그먼트들이 고정된 도 2의 캐리어 부재의 평면도이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 도 3의 캐리어 부재 및 연마 세그먼트들의 사시도이다.
도 5는 제2 실시형태에 따른 도 1의 캐리어 부재의 평면도이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 연마 세그먼트들이 고정된 도 5의 캐리어 부재의 평면도이다.
도 7은 일 실시형태에 따른 도 6의 캐리어 부재 및 연마 세그먼트들의 사시도이다.
도 8은 제2 실시형태에 따른 코어 비트 팁에서 사용된 캐리어 부재의 사시도이다.
도 9는 일 실시형태에 따른 도 8의 캐리어 부재의 평면도이다.
도 10은 일 실시형태에 따른 코어 비트 관형 몸체에 의해 수용된 코어 비트 팁을 가진 코어 비트의 도면이다.
도 11은 일 실시형태에 따른 도 10의 코어 비트 관형 몸체에 의해 수용된 도 1의 캐리어 부재를 가진 코어 비트 팁의 횡단면도이다.
도 12는 제2 실시형태에 따른 코어 비트 관형 몸체에 의해 수용된 코어 비트 팁을 가진 코어 비트의 도면이다.
도 13은 일 실시형태에 따른 도 12의 코어 비트 관형 몸체에 의해 수용된 도 8의 캐리어 부재를 가진 코어 비트 팁의 횡단면도이다.
도면을 참조하면, 도 1 및 도 2는 일 실시형태에 따른 연마 공구를 위한 팁의 일부로 사용되는 캐리어 부재(10)를 도시한다. 일 실시형태에서, 캐리어 부재(10)는 드릴링 공구에서 코어 비트와 사용되는 코어 비트 팁의 일부로서 사용될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 캐리어 부재(10)는 링 형상의 캐리어이고, 고상 금속 디스크, 링, 링 섹션, 또는 플레이트일 수 있다. 캐리어 부재(10)가 링 형상인 것으로 도시되었지만, 당해 기술분야의 숙련자들은 캐리어가 다양한 형상을 가질 수 있고, 본 발명의 원리가 어떤 특정한 형상의 캐리어에 제한되지 않는다는 것을 인지할 것이다. 캐리어 부재(10)는 30CrNiMo8, 25CrMo4, 75Cr1, C60, 또는 St60과 같은 단순 구조 강 등의 열처리 가능한 강 합금을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 바와 같은 캐리어 부재(10)는 약 600N/mm2 이상의 인장 강도를 가질 수 있다. 캐리어 부재(10)는 당해 기술분야에 공지된 다양한 야금 기술에 의해 최종 기하형상 및 치수로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 캐리어 부재(10)는 복수의 연마 세그먼트(상기 도면에 미도시)를 수용하는 제1 부분(12), 및 제1 부분(12)의 반대편에 위치하며 외경 및 내경(상기 도면에 미도시)을 가진 회전 가능한 몸체(예를 들어, 코어 비트 관형 몸체)에 부착되는 제2 부분(14)을 구비한다. 제2 부분(14)은 그 외부 가장자리(17)에 견부(16)가 연장된다. 견부(16)는 캐리어 부재(10)와 회전 가능한 몸체의 센터링을 용이하게 한다. 당해 기술분야에 공지된 바와 같이, 견부는 일반적으로 더 높고 더 많이 돌출된 부분의 가장자리를 따른 영역 또는 그에 인접한 영역이다. 이 실시형태에서, 견부(16)는 회전 가능한 몸체의 외경에서 캐리어 부재(10)의 센터링을 보장한다. 이는 견부(16)에 실질적으로 수직인 제2 부분(14)의 면을 회전 가능한 몸체의 일 단에서 외경과 내경 사이에 형성된 전면에 안착되게 하고, 견부(16)를 회전 가능한 몸체의 외경에 안착되게 한다. 이러한 특징들이 이하에 설명되고 도 11에 도시된다. 제2 부분(14)의 면이 회전 가능한 몸체의 전면에 안착되고, 동일한 단부에서 견부(16)가 회전 가능한 몸체의 외경에 안착된 상태에서, 캐리어 부재(10)는 이하에 설명되는 다양한 공지된 공정에 의해 회전 가능한 몸체에 견고하게 부착될 수 있다.
일 실시형태에서, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 캐리어 부재(10)의 제1 부분(12)은 복수의 연마 세그먼트(20; 도 3 및 도 4 참조)를 수용하는 홈(18)을 포함한다. 도 2 내지 도 4에 홈(18)이 V자형인 것으로 도시되었지만, 당해 기술분야의 숙련자들은 다른 형상(예를 들어, U자형)의 홈이 공지된 야금 기술을 이용하여 형성될 수 있고, 본 발명의 실시형태들이 어떤 특정한 형상에 제한되지 않는다는 것을 인지할 것이다. 일반적으로, 어떤 형상의 홈이 사용되든, 연마 세그먼트들(20)의 하부는 홈(18)과 결합되도록 동일한 프로파일을 가지는 것이 바람직하다.
다른 실시형태에서, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 캐리어 부재(10)의 제1 부분(12)은 연마 세그먼트들(20; 도 3 및 도 4 참조)을 수용하는 편평면(22)을 포함한다. 이 실시형태에서, 연마 세그먼트들(20)의 하부는 편평면(22)과 결합되도록 동일한 프로파일을 가질 것이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 캐리어 부재(10)의 다른 특징부는, 제1 부분(12) 및 견부(16)를 포함하는 제2 부분(14)을 관통하여 연장되는 슬롯(24)이다. 슬롯(24)은 캐리어 부재(10)가 가변 외경을 가질 수 있는 다양한 회전 가능한 몸체 상에 용이하게 끼워맞춤될 수 있게 한다.
도 1 및 도 2와 도 4 및 도 5에 도시된 캐리어 부재(10)의 다른 특징부는, 캐리어 부재(10)의 프로파일을 가로질러 위치하는 다수의 홀(26)이다. 홀들(26)은 반경방향으로 캐리어 부재(10)의 프로파일을 가로질러 위치하여, 캐리어 부재(10)와 회전 가능한 몸체가 은 솔더에 의해 함께 브레이징되는 실시형태들에 대해, 캐리어 부재(10)와 회전 가능한 몸체의 계면으로의 은 솔더의 모세관 작용에 의해 침투를 용이하게 한다. 홀들에 의해, 브레이징 공정은 캐리어 부재(10)와 회전 가능한 몸체 사이에 매우 강한 접합을 제공할 것이다. 바람직한 실시형태에서, 세 개의 홀(26)이 캐리어 부재(10)의 프로파일을 가로질러 위치하지만, 당해 기술분야의 숙련자들은 하나 이상의 홀(26)이 사용될 수 있음을 인지할 것이다.
도 8 및 도 9는 캐리어 부재의 제2 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 캐리어 부재(30)는 캐리어 부재(10)와 유사하지만, 제2 부분(14)의 견부(16)의 위치가 상이하다. 특히, 도 1 내지 도 7의 실시형태의 견부(16)는 제2 부분(14)의 외부 가장자리 주위에 위치하는 반면, 도 8 및 도 9에 도시된 실시형태의 견부(16)는 제2 부분(14)의 내부 가장자리(32) 주위에 위치한다. 이 실시형태에서, 견부(16)는 회전 가능한 몸체의 내경에서 캐리어 부재(30)의 센터링을 보장한다. 이는 견부(16)에 실질적으로 수직인 제2 부분(14)의 면을 회전 가능한 몸체의 외경과 내경 사이에 형성된 전면에 안착되게 하고, 견부(16)를 회전 가능한 몸체의 내경에 안착되게 한다. 이러한 특징들이 이하에 설명되고 도 13에 도시된다. 제2 부분(14)의 면이 회전 가능한 몸체의 전면에 안착되고, 동일한 단부에서 견부(16)가 회전 가능한 몸체의 내경에 안착된 상태에서, 캐리어 부재(30)는 이하에 설명된 다양한 공지된 공정에 의해 회전 가능한 몸체에 견고하게 부착될 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시되진 않았지만, 캐리어 부재(30)는 캐리어 부재(10)와 관련하여 도 1 내지 도 7에 도시된 특징들과 유사한 특징들을 가질 수 있다. 특히, 캐리어 부재(30)의 제1 부분(12)은 연마 세그먼트들(20)을 수용하는 홈(18)을 구비할 수 있다. 상기에 언급한 바와 같이, 홈(18)은 V자형, U자형 등으로 형성되어 연마 세그먼트들(20)의 유사한 형상의 하부를 수용할 수 있다. 대안적으로, 캐리어 부재(30)의 제1 부분(12)은 편평면(22)을 포함하여, 동일한 프로파일을 가진 연마 세그먼트들(20)의 하부를 수용할 수 있다. 캐리어 부재(30)에 포함될 수 있는 다른 특징부는, 제1 부분(12) 및 견부(16)를 포함하는 제2 부분(14)을 관통하여 연장되는 슬롯(24)이다. 또한, 다수의 홀(26)이 반경방향으로 캐리어 부재(30)의 프로파일을 가로질러 위치할 수 있다. 상기에 언급한 바와 같이, 세 개의 홀이 바람직하지만, 당해 기술분야의 숙련자들은 하나 이상의 홀(26)이 사용될 수 있음을 인지할 것이다.
도 10은 일 실시형태에 따라 코어 비트 관형 몸체(36)에 의해 수용된 코어 비트 팁(34)의 일부로서 코어 비트에 사용된 캐리어 부재(10)를 도시한다. 코어 비트 팁(34) 및 코어 비트 관형 몸체(36)는 함께 코어 비트(38)를 형성한다. 강관일 수 있는 코어 비트 관형 몸체는 전방 단부(40)에 코어 비트 팁(34)을 수용하고, 그 반대편의 후방 단부(42)에는 체결 부재(44)가 구비된다. 예를 들어, 상기 체결 부재는 드릴링 공구에 대한 탈착 가능한 고정을 위한 나사산 개구를 가진 너트일 수 있다. 당해 기술분야의 숙련자들은 체결 부재(44)가 나사산 너트 외에도 다른 공지된 부재를 포함할 수 있고, 본 발명의 실시형태들이 어떤 특정한 부재에 제한되지 않는다는 것을 인지할 것이다.
도 11은 일 실시형태에 따른 도 1 내지 도 7의 캐리어 부재(10)를 가진 코어 비트 팁(34)과 코어 비트 관형 몸체(36)의 결합을 도시한 횡단면도이다. 특히, 도 11은, 코어 비트 관형 몸체(36)의 전방 단부(40)에서 외경(50)과 내경(52) 사이에 형성된 전면(48)에 안착된, 견부(16)에 실질적으로 수직인 제2 부분(14)의 면(46), 및 코어 비트 관형 몸체(36)의 외경(50)에 안착된 견부(16)를 보여준다. 제2 부분(14)의 면(46)이 코어 비트 관형 몸체(36)의 전면(48)에 안착되고, 견부(16)가 코어 비트 관형 몸체(36)의 외경(50)에 안착된 상태에서, 코어 비트 팁(34)은 이하에 설명되는 다양한 공지된 공정에 의해 코어 비트 관형 몸체(36)에 견고하게 부착될 수 있다.
도 12는 일 실시형태에 따른 코어 비트(50)를 도시하고, 여기서 캐리어 부재(30)가 코어 비트 관형 몸체(36)에 결합된 코어 비트 팁(34)의 일부로 사용된다. 코어 비트(50)는 캐리어 부재(30)를 사용하고 연마 세그먼트들(20)의 형상이 상이하다는 점을 제외하면 도 10에 도시된 코어 비트(38)와 유사하다. 연마 세그먼트(20)의 형상 차이가 도 13에 도시된다. 특히, 도 11의 연마 세그먼트(11)가 V자형 하부와 편평한 상부를 가지는 반면, 도 13의 연마 세그먼트(20)는 편평한 하부 및 뾰족한 상부를 가진다.
도 13은 또한 다른 실시형태에 따른 도 8 및 도 9의 캐리어 부재(30)를 가진 코어 비트 팁(34)과 코어 비트 관형 몸체(36)의 결합을 도시한 횡단면도이다. 특히, 도 13은, 코어 비트 관형 몸체(36)의 전방 단부(40)에서 외경(50)과 내경(52) 사이에 형성된 전면(48)에 안착된, 견부(16)에 실질적으로 수직인 제2 부분(14)의 면(46), 및 코어 비트 관형 몸체(36)의 외경(50)에 안착된 견부(16)를 보여준다. 제2 부분(14)의 면(46)이 코어 비트 관형 몸체(36)의 전면(48)에 안착되고, 견부(16)가 코어 비트 관형 몸체(36)의 내경(52)에 안착된 상태에서, 코어 비트 팁(34)은 코어 비트 관형 몸체(36)에 견고하게 부착될 수 있다.
캐리어 부재(10, 30)가 코어 비트 팁(34)과 코어 비트 관형 몸체(36)의 빠르고 쉬운 부착을 가능하게 함은 물론이다. 특히, 코어 비트 관형 몸체(36)의 내경(52) 또는 외경(50)에 안착되도록 견부(16)의 외부 또는 내부를 이용하는 것은, 코어 비트 팁(34)과 코어 비트 관형 몸체(36)의 동심의 견고한 부착을 보장한다.
전술한 실시형태들 중 하나에서 코어 비트 팁(34)이 코어 비트 관형 몸체(36)에 고정되면, 코어 비트 팁(34)과 코어 비트 관형 몸체(36)는 후술하는 방법들 중 하나를 이용하여 서로 부착될 수 있다. 일 실시형태에서, 브레이징 공정을 이용하여 코어 비트 팁(34)을 코어 비트 관형 몸체(36)에 부착할 수 있다. 이 실시형태에서, 브레이징 공정은 유도 가열 브레이징 또는 토치 브레이징 원리를 이용하여 코어 비트 팁(34)을 코어 비트 관형 몸체(36)에 부착할 수 있다. 이 실시형태에서, BrazeTec 4900 등과 같은 저온 은 브레이징 합금이 사용될 수 있다. 상기에 언급한 바와 같이, 캐리어 부재(10 또는 30)의 홀들(26)은 브레이징 공정 중에 계면으로의 모세관 작용에 의해 브레이징 합금의 용이한 흐름을 가능하게 하여, 코어 비트 팁(34)과 코어 비트 관형 몸체(36) 사이에 매우 강한 접합을 제공한다. 다른 실시형태에서, 코어 비트 팁(34)은 비교적 높은 내온성 레벨을 가진 고강도 글루와 같은 접착제를 이용하여 코어 비트 관형 몸체(36)에 부착될 수 있다. 고강도 글루의 예시적인 그러나 비제한적인 예는 시아노아크릴레이트 접착제를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 코어 비트 팁(34)과 코어 비트 관형 몸체(36)는, 기계적 잠금 장치를 이용하여 두 부분을 함께 체결함으로써 부착될 수 있다. 기계적 잠금 장치의 예시적인 그러나 비제한적인 예는 베이오넷 로크, 리벳 또는 클립을 포함할 수 있다.
캐리어 부재(10 또는 30)와 함께 사용될 수 있는 연마 세그먼트들(20)은, 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 침투제(infiltrant)로 채워진 상호 연결된 공극 망을 가진 금속 매트릭스에 매립된 연마 입자들을 포함하는 연마 부품을 포함할 수 있다. 연마 입자들은 다이아몬드 또는 입방정 질화 붕소와 같은 초연마제일 수 있다. 연마 입자들은 약 400 US mesh 이상, 예를 들어 약 100 US mesh 이상, 예를 들어 약 25 내지 80 US mesh의 입자 크기를 가질 수 있다. 응용에 따라, 입자 크기는 약 30 내지 60 US mesh일 수 있다. 연마 입자들은 약 2vol% 내지 50vol%의 양으로 존재할 수 있다. 또한, 연마 입자들의 양은 응용에 따라 좌우될 수 있다. 예를 들어, 연삭 또는 연마 공구용 연마 부품은 약 3.75vol% 내지 약 50vol%의 연마 입자를 포함할 수 있다. 대안적으로, 절삭 공구용 연마 부품은 약 2vol% 내지 약 6.25vol%의 연마 입자를 포함할 수 있다. 아울러, 코어 드릴링용 연마 부품은 약 6.25vol% 내지 약 20vol%의 연마 입자를 포함할 수 있다.
금속 매트릭스는 철, 철 합금, 텅스텐, 코발트, 니켈, 크롬, 티타늄, 은, 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일 예로, 금속 매트릭스는 세륨, 란탄, 네오디뮴과 같은 희토류 원소를 포함할 수 있다. 다른 예로, 금속 매트릭스는 텅스텐 카바이드와 같은 내마모성 부품을 포함할 수 있다. 금속 매트릭스는 기합금화된(pre-alloyed) 입자들 또는 개별 부품의 입자들을 포함할 수 있다. 입자들은 약 1.0미크론 내지 약 250미크론일 수 있다.
연마 세그먼트들(20) 및 캐리어 부재(10, 30)의 상부(12) 사이에 접합 금속을 포함할 수 있는 접합 영역이 있을 수 있다. 접합 영역의 접합 금속은 상호 연결된 공극 망을 채운 침투제와 연속적일 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 접합 금속 조성물은 구리, 구리-주석 청동, 구리-주석-아연 합금, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 구리-주석 청동은 약 20wt% 이하, 예를 들어 약 15wt% 이하의 주석 함량을 포함할 수 있다. 유사하게, 구리-주석-아연 합금은 약 20wt% 이하, 예를 들어 약 15wt% 이하의 주석 함량, 및 약 10wt% 이하의 아연 함량을 포함할 수 있다.
본원의 실시형태들에 따르면, 접합 영역은, 밑에 놓인 캐리어 및 연마 부품 모두와 다른 위상을 가진 식별 가능한 계면층을 형성할 수 있다. 접합 금속 조성물은 원소 종들(elemental species)에 있어 소정 정도의 공통점을 가진다는 점에서 침투제 조성물과 관련이 있다. 정량적으로, 접합 금속 조성물과 침투제 조성물 사이의 원소 wt% 차이는 20wt%를 초과하지 않는다. 원소 wt% 차이는, 침투제 조성물에 대한 접합 금속 조성물에 함유된 각각의 원소의 중량 함량 차이의 절대값으로 정의된다.
단지 예로서, (i) 85wt%의 Cu, 10wt%의 Sn, 5wt%의 Zn을 함유한 접합 금속 조성물, 및 (ii) 82wt%의 Cu, 17wt%의 Sn, 1wt%의 Zn을 함유한 침투제 조성물을 가진 실시형태에서, 접합 금속 조성물과 침투제 조성물 사이의 원소 wt% 차이는 Cu에 대해 5wt%, Sn에 대해 7wt%, Zn에 대해 4wt%이다. 따라서, 접합 금속 조성물과 침투제 조성물 사이의 최대 원소 wt% 차이는 7wt%이다.
다른 실시형태들은 접합 금속 조성물과 침투제 조성물 사이에 더 밀접한 조성 관계를 가진다. 접합 금속 조성물과 침투제 조성물 사이의 원소 wt% 차이는 예를 들어 15wt%, 10wt%, 5wt% 또는 2wt%를 초과하지 않을 것이다. 약 '0'의 원소 wt% 차이는 접합 영역과 침투제를 형성하는 동일한 조성을 나타낸다. 전술한 원소 값들은 마이크로프로브 원소 분석을 포함한 임의의 적절한 분석 수단에 의해 측정될 수 있고, 침투제와 금속 매트릭스의 접촉 영역을 따라 일어날 수 있는 합금화를 무시한다.
연마 세그먼트들(20)은 바람직하게, 세그먼트들과 캐리어 부재의 상부 사이의 접합 영역을 통해 상호연결된 공극들을 가진 세그먼트들의 "침투 부착(infiltration attachment)"에 의해 캐리어 부재(10, 30)의 상부(12)에 부착된다. 당해 기술분야의 숙련자들은 다른 대안적인 방법들이 사용될 수 있음을 인지할 것이다. 일 실시형태에서, 브레이징 공정을 이용하여 연마 세그먼트들을 캐리어 부재(10, 30)에 부착할 수 있다. 이 실시형태에서, 브레이징 공정은 BrazeTec 2500 등과 같은 바람직하게 고온의 브레이징 합금을 이용할 수 있고, 이는 저온 브레이징 합금을 이용한 브레이징 공정에서 전체 캐리어 부재가 코어 비트 관형 몸체(36)에 부착될 때 세그먼트 탈착을 방지하기 위함이다. 다른 실시형태에서, 연마 세그먼트들(20)은 레이저 용접을 이용하여 캐리어 부재(10, 30)에 부착될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 연마 세그먼트들(20)은 직접 소결을 이용하여 캐리어 부재(10, 30)에 부착될 수 있다.
이러한 대안적인 방법들에 의해, 연마 세그먼트들(20)은 "침투된 세그먼트들"과 상이한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, "열간 가압(hot pressing)" 또는 "자유 소결(free sintering)" 원리에 의해 캐리어 부재(10, 30)에 부착된 연마 세그먼트들(20)은 96%를 초과하는 조밀한 접합 구조를 가지고, 순수 코발트 또는 코발트 청동과 같은 접합 조성을 가질 수 있다. 한편, 다이아몬드 함량은 "침투된 세그먼트들"과 관련하여 상기에 설명된 함량과 동일할 수 있다.
캐리어 부재(10, 30)는 코어 비트들을 제조하는 공장 단계에서 코어 비트 팁(34)과 코어 비트 관형 몸체(36)의 쉽고 빠른 부착을 용이하게 할 뿐만 아니라, 캐리어 부재(10, 30)의 구성은, 코어 비트 팁(34) 상의 연마 세그먼트들(20)이 마모되어 교체가 필요할 때, 현장 또는 작업장에서 코어 비트의 쉽고 빠른 재티핑에 적합하도록 이루어짐은 물론이다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 코어 비트 팁(34) 상의 연마 세그먼트들(20)이 마모되거나 교체가 필요하다고 판단될 때, 코어 비트(38 또는 50)의 작업자는 마모된 코어 비트 팁(34)을 코어 비트 관형 몸체(36)로부터 분리한다. 다음으로, 작업자는 캐리어 부재(10 또는 30)를 포함할 수 있는 비마모 코어 비트 팁을 가져오고, 어떤 캐리어 부재(10 또는 30)가 사용되는가에 따라 코어 비트 관형 몸체(36)의 내경(52) 또는 외경(50)에 대해 코어 비트 팁(34)의 제2 부분(14)의 견부(16)를 센터링한다. 코어 비트 관형 몸체(36)의 내경(52) 또는 외경(50)에 대한 코어 비트 팁(34)의 제2 부분(14)의 견부(16)의 센터링에 이어, 비마모 코어 비트 팁이 코어 비트 관형 몸체(36)에 부착된다. 다음으로, 비마모 코어 비트 팁은 공지된 공정을 이용하여 코어 비트 관형 몸체(36)에 고정되고, 상기 공정은 브레이징 공정, 접착 재료를 이용한 접착 공정, 또는 기계적 잠금 장치를 이용한 비마모 코어 비트 팁과 코어 비트 관형 몸체의 체결 공정을 포함할 수 있다.
캐리어 부재(10, 30)에 대한 바람직한 실시형태가 드릴링 공구와 코어 비트에서 사용되는 코어 비트 팁에 관련하여 설명되었지만, 캐리어 부재는 다른 연마 공구들과의 사용에 적합하다. 예를 들어, 캐리어 부재(10, 30)의 원리는 컵 휠, 표면 연삭 휠 또는 톱날에 적용될 수 있다.
본 개시는 특히 바람직한 실시형태를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 당해 기술분야의 숙련자들은 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구범위는 본 개시의 진정한 정신에 속하는 이러한 모든 변경 및 수정을 포괄하도록 의도된 것임을 이해해야 한다.

Claims (17)

  1. 외경 및 내경을 가진 회전 가능한 몸체를 구비한 연마 공구에 복수의 연마 세그먼트를 고정하는 장치로,
    복수의 연마 세그먼트를 수용하는 제1 부분, 및 제1 부분의 반대편에 위치하고, 회전 가능한 몸체에 부착되며, 견부가 연장되어 회전 가능한 몸체와의 센터링을 용이하게 하는 제2 부분을 구비한 캐리어 부재를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 견부는 회전 가능한 몸체의 외경에서 센터링되고, 제2 부분의 면은 회전 가능한 몸체의 일 단에서 그 외경과 내경 사이에 형성된 전면에 안착되는 것인 장치.
  3. 제2항에 있어서, 제1 부분은 복수의 연마 세그먼트를 수용하는 홈을 포함하는 것인 장치.
  4. 제3항에 있어서, 홈은 V자형으로 형성되는 것인 장치.
  5. 제2항에 있어서, 제1 부분 및 제2 부분을 관통하여 연장되고, 견부를 관통하여 연장되는 하나 이상의 슬롯을 포함하는 장치.
  6. 제2항에 있어서, 캐리어 부재의 프로파일을 가로질러 위치하는 하나 이상의 홀을 포함하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 하나 이상의 홀은 반경방향으로 프로파일을 가로질러 위치하는 것인 장치.
  8. 제6항에 있어서, 캐리어 부재의 프로파일을 가로질러 위치하는 세 개의 홀을 포함하는 장치.
  9. 코어 비트의 재티핑 방법으로,
    내경 및 외경을 가지며 일 단에 코어 비트 팁을 수용하는 코어 비트 관형 몸체로부터 마모된 코어 비트 팁을 분리하는 단계;
    복수의 연마 세그먼트가 고정된 제1 부분, 및 제1 부분의 반대편에 위치하며 견부가 연장된 제2 부분을 구비한 링 형상의 캐리어 부재를 포함하는 비마모 코어 비트 팁을 제공하는 단계;
    코어 비트 관형 몸체의 내경 및 외경에 대해 비마모 코어 비트 팁의 제2 부분의 견부를 센터링하는 단계; 및
    코어 비트 관형 몸체의 내경 및 외경에 대한 코어 비트 팁의 제2 부분의 견부의 센터링에 이어, 비마모 코어 비트 팁을 코어 비트 관형 몸체에 부착하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 부착 시에 비마모 코어 비트 팁을 코어 비트 관형 몸체에 고정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 고정 단계는 비마모 코어 비트 팁을 코어 비트 관형 몸체에 브레이징하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  12. 제10항에 있어서, 고정 단계는 접착 재료를 이용하여 비마모 코어 비트 팁을 코어 비트 관형 몸체에 접착하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  13. 제10항에 있어서, 고정 단계는 기계적 잠금 장치를 이용하여 비마모 코어 비트 팁을 코어 비트 관형 몸체에 체결하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  14. 제9항에 있어서, 코어 비트 관형 몸체의 내경 및 외경에 대해 비마모 코어 비트 팁의 제2 부분의 견부를 센터링하는 단계는 코어 비트 관형 몸체의 외경에 대해 비마모 코어 비트 팁의 견부를 센터링하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  15. 제14항에 있어서, 비마모 코어 비트 팁을 코어 비트 관형 몸체에 부착하는 단계는 견부에 실질적으로 수직인 제2 부분의 면을 코어 비트 관형 몸체의 일 단에서 그 외경과 내경 사이에 형성된 전면에 안착시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  16. 제9항에 있어서, 코어 비트 관형 몸체의 내경 및 외경에 대해 비마모 코어 비트 팁의 제2 부분의 견부를 센터링하는 단계는 코어 비트 관형 몸체의 내경에 대해 비마모 코어 비트 팁의 견부를 센터링하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 비마모 코어 비트 팁을 코어 비트 관형 몸체에 부착하는 단계는 견부에 실질적으로 수직인 제2 부분의 면을 코어 비트 관형 몸체의 일 단에서 그 외경과 내경 사이에 형성된 전면에 안착시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
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