KR20210105411A - 콘크리트 재료를 건식 가공하기 위한 가공 세그먼트를 생산하기 위한 방법 - Google Patents

콘크리트 재료를 건식 가공하기 위한 가공 세그먼트를 생산하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

콘크리트 재료를 건식 가공하기 위한 가공 세그먼트(41)를 생산하기 위한 방법. 가공 세그먼트(41)는 이하의 3개-단계의 프로세스로 생산된다: 제1 단계에서 그린 본체가 제1 매트릭스 재료(44) 및 제1 경질 재료 입자(45)로부터 생산되고, 제2 단계에서 그린 본체가 압력의 영향 하에서 압축되어 프레스된 제품을 형성하고, 제3 단계에서 프레스된 제품이 더 프로세스되어 가공 세그먼트(41)를 형성한다.

Description

콘크리트 재료를 건식 가공하기 위한 가공 세그먼트를 생산하기 위한 방법
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 가공 세그먼트를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.
코어 드릴 비트, 톱 블레이드, 연마 디스크, 및 컷-오프 그라인딩 체인과 같은, 가공 툴은, 관형, 디스크-형상 또는 환형 기본 본체에 부착되는 가공 세그먼트를 포함하고, 가공 세그먼트는 용접, 납땜 또는 접착 본딩에 의해서 기본 본체에 연결된다. 가공 툴의 가공 방법에 따라, 코어 드릴링을 위해서 이용되는 가공 세그먼트는 드릴링 세그먼트로서 지칭되고, 톱 작업을 위해서 이용되는 가공 세그먼트는 톱 작업 세그먼트로 지칭되며, 연마 제거를 위해서 이용되는 가공 세그먼트는 연마 세그먼트로 지칭되고, 컷-오프 그라인딩을 위해서 이용되는 가공 세그먼트는 컷-오프 그라인딩 세그먼트로 지칭된다.
코어 드릴 비트, 톱 블레이드, 연마 디스크, 및 컷-오프 그라인딩 체인을 위한 가공 세그먼트가 매트릭스 재료 및 경질 재료 입자로부터 생산되고, 경질 재료 입자는 매트릭스 재료 내의 규정된 입자 패턴에 따라 무작위적으로 분포되거나 배열될 수 있다. 무작위적으로 분포된 경질 재료 입자를 갖는 가공 세그먼트의 경우에, 매트릭스 재료 및 경질 재료 입자가 혼합되고, 혼합물이 적절한 몰드 내로 주입되고 추가적으로 프로세싱되어 가공 세그먼트를 형성한다. 셋팅된 경질 재료 입자를 갖는 가공 세그먼트의 경우에, 그린 본체가 매트릭스 재료로부터 층으로 구축되고, 경질 재료 입자가 규정된 입자 패턴에 따라 배치된다. 가공 툴의 기본 본체에 용접되는 가공 세그먼트의 경우에, 가공 구역 및 중립 구역을 포함하는 구조물이 성공적인 것으로 입증되었다. 가공 구역은 제1 매트릭스 재료로부터 구축되고, 중립 구역은, 제1 매트릭스 재료와 상이한 제2 매트릭스 재료로부터 구축된다.
코어 드릴 비트, 톱 블레이드, 연마 디스크 또는 컷-오프 그라인딩 체인으로서 설계되고 콘크리트 재료의 습식 가공을 위해서 의도된 가공 툴은 콘크리트 재료의 건식 가공에서는 제한된 범위에서만 적합하다. 콘크리트 재료의 습식 가공에서, 연마 콘크리트 슬러지가 생성되고, 이는 가공 프로세스에 도움이 되고 가공 중에 가공 세그먼트의 자기-첨예화(self-sharpening)를 유도한다. 매트릭스 재료는 연마 드릴링 슬러지에 의해서 제거되고, 새로운 경질 재료 입자가 노출된다. 콘크리트 재료의 건식 가공에서, 드릴링 프로세스에 유리할 수 있는 연마 드릴링 슬러지가 형성되지 않을 수 있다. 경질 재료 입자가 조기에 무뎌지고 가공율이 저하된다. 콘크리트 슬러지의 결여로 인해서, 매트릭스 재료가 너무 서서히 마모되고 더 깊이 위치되는 경질 재료 입자가 노출될 수 없다. 알려진 습식 가공을 위한 가공 툴의 경우에, 매트릭스 재료 및 경질 재료 입자는 유사한 마모율을 갖는다.
본 발명의 목적은, 콘크리트 재료의 건식 가공에 적합한 가공 세그먼트가 생성될 수 있게 하는, 가공 세그먼트를 생산하기 위한 방법을 개발하는 것에 있다. 여기에서, 콘크리트 재료의 건식 가공에서 가공 세그먼트가 큰 가공율을 가지도록 그리고 가능한 한 긴 서비스 수명을 가지도록 의도된다.
이러한 목적은, 독립적인 제1 청구항의 특징에 의해서 도입부에서 언급된 방법에 해당하는 본 발명에 따라 달성된다. 유리한 개선예가 종속항에서 구체화된다.
가공 세그먼트가 하부 측면에 의해서 가공 툴의 기본 본체에 연결되는, 가공 툴용 가공 세그먼트를 생산하는 방법은, 본 발명에 따라, 그린 본체가 생산될 때, 제1 경질 재료 입자가 제1 프레스 펀치의 요홈부 내에 배치되고, 제1 매트릭스 재료가 제1 경질 재료 입자에 도포되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 아이디어는, 구축 방향을 반전시키고 가공 세그먼트를 위에서 아래로 구축하는 것이다. 마감된 가공 세그먼트에서 제1 매트릭스 재료에 대하여 상부 측면 상에서 돌출되고 콘크리트 재료를 가공하는 제1 경질 재료 입자가 제1 프레스 펀치의 요홈부 내에 배치된다. 제1 매트릭스 재료는, 배치된 제1 경질 재료 입자에 도포되고, 제1 매트릭스 재료는 하나의 층 또는 많은 수의 층으로 도포될 수 있다. 제1 프레스 펀치의 요홈부 내에 제1 경질 재료 입자를 배치하는 것은, 제1 경질 재료 입자가 규정된 입자 패턴에 따라 배열될 수 있게 하는 정확도를 증가시킨다. 제1 경질 재료 입자가 그 규정된 입자 패턴으로부터 벗어날 수 있는 위험이 제거된다.
본 발명에 따른 방법에 의해서 생산되는 가공 세그먼트는 이하의 3개-스테이지 프로세스로 생산된다: 제1 스테이지에서, 그린 본체는 제1 매트릭스 재료 및 제1 경질 재료 입자로부터 구축되고; 제2 스테이지에서, 그린 본체는, 하부 측면에 대향되는 가공 세그먼트의 상부 측면을 형성하는 제1 프레스 펀치와 가공 세그먼트의 하부 측면을 형성하는 제2 프레스 펀치 사이에서 압력의 작용 하에서 압밀되어, 압밀 본체를 형성하고, 제3 스테이지에서, 압밀 본체는 온도의 작용하에서 또는 침투에 의해서 추가적으로 프로세스되어 가공 세그먼트를 형성한다.
본 발명에 따른 방법은 제1 매트릭스 재료에 대한 제1 경질 재료 입자의 돌출부를 갖는 가공 세그먼트를 생산할 수 있게 하고, 적어도, 제1 매트릭스 재료에 대한 제1 경질 재료 입자의 돌출부가 400 ㎛ 초과이다. 제1 경질 재료 입자 중 적어도 하나가 제1 매트릭스 재료에 대해서 400 ㎛ 초과의 돌출부를 가지는 가공 세그먼트는 콘크리트 재료의 건식 가공에 적합하다. 제1 경질 재료 입자의 돌출부가 클수록, 가공 툴로 달성될 수 있는 가공율이 커진다.
바람직하게, 그린 본체를 압밀할 때, 요홈부를 갖는 제1 프레스 펀치가 이용된다. 압밀 본체를 형성하기 위해서 그린 본체를 압밀하는 것은 바람직하게, 그린 본체를 구축하기 위해서 이미 사용되었던 특수 제1 프레스 펀치에 의해서 실시되고, 그린 본체를 압밀하는 것은 그린 본체의 횡단면에 수직인 프레싱 방향으로 이루어진다. 제1 프레스 펀치의 프레싱 표면 내의 요홈부는, 제1 경질 재료 입자의 규정된 입자 패턴에 상응하는 배열을 갖는다. 결과적으로, 제1 경질 재료 입자가 상부 측면 상에서 제1 매트릭스 재료에 대한 돌출부를 가지는 가공 세그먼트가 제1 프레스 펀치에 의해서 생산될 수 있다.
제1 프레스 펀치의 요홈부 내에 제1 경질 재료 입자를 배치하는 것은 제1 경질 재료 입자가 규정된 입자 패턴에 따라 배열될 수 있게 하는 정확도를 높이고, 제1 경질 재료 입자가 그 규정된 입자 패턴으로부터 벗어날 수 있는 위험을 제거한다. 또한, 프레싱 중에 제1 프레스 펀치를 이용하는 것은, 상부 측면 상의 제1 경질 재료 입자의 돌출부가 보전되는 것을 보장한다. 그린 본체가, 상부 측면 상에서, 요홈부가 없는 통상적인 제1 프레스 펀치로 형성되는 경우에, 제1 경질 재료 입자의 돌출부가 프레싱 중에 파괴될 수 있다.
방법의 추가적인 개선예에서, 제1 경질 재료 입자를 배치하기 전에, 제1 매트릭스 재료의 보호 층이 제1 프레스 펀치의 요홈부 내로 도포된다. 제1 프레스 펀치의 마모를 줄이기 위해서, 제1 경질 재료 입자와 제1 프레스 펀치 사이의 직접적인 접촉이 방지되어야 한다. 제1 매트릭스 재료를 보호 층으로서 요홈부 내에 도포하는 것은 제1 경질 재료 입자와 제1 프레스 펀치 사이의 직접적인 접촉을 방지하고 그에 따라 제1 프레스 펀치의 마모를 감소시킨다.
방법의 대안적인 추가적인 개선예에서, 제1 경질 재료 입자를 배치하기 전에, 제2 매트릭스 재료의 보호 층이 제1 프레스 펀치의 요홈부 내로 도포되고, 제2 매트릭스 재료는 제1 매트릭스 재료와 상이하다. 제2 매트릭스 재료를 보호 층으로서 요홈부 내에 도포하는 것은 제1 경질 재료 입자와 제1 프레스 펀치 사이의 직접적인 접촉을 방지하고 그에 따라 제1 프레스 펀치의 마모를 감소시킨다. 제1 매트릭스 재료와 상이한 제2 매트릭스 재료가 사용될 때, 상이한 마모 특성들을 가지는 매트릭스 재료들이 이용될 수 있다. 제2 매트릭스 재료는 그린 본체를 압밀(compacting)할 때 제1 프레스 펀치를 보호하는 역할을 하고, 기부 재료를 가공하는 제1 경질 재료 입자를 노출시키기 위해서 마감된 가공 세그먼트로부터 가능한 한 신속하게 제거될 수 있을 것이다. 제1 매트릭스 재료보다 큰 마모율을 갖는 제2 매트릭스 재료가 신속하게 제거될 수 있다.
방법의 추가적인 개선예에서, 제1 매트릭스 재료에 상응하는 케이싱 재료에 의해서 케이싱 처리된 제1 경질 재료 입자가 이용된다. 케이싱 처리된 제1 경질 재료 입자를 이용하는 것은, 제1 경질 재료 입자가 제1 프레스 펀치와 직접 접촉되지 않고 제1 프레스 펀치의 마모가 감소될 수 있다는 장점을 갖는다.
방법의 대안적인 개선예에서, 제1 매트릭스 재료와 상이한 케이싱 재료에 의해서 케이싱 처리된 제1 경질 재료 입자가 이용된다. 케이싱 처리된 제1 경질 재료 입자를 이용하는 것은, 제1 경질 재료 입자가 제1 프레스 펀치와 직접 접촉되지 않고 제1 프레스 펀치의 마모가 감소될 수 있다는 장점을 갖는다. 제1 매트릭스 재료와 상이한 케이싱 재료가 사용될 때, 상이한 마모 특성들을 가지는 매트릭스 재료들이 이용될 수 있다. 케이싱 재료는 압밀 중에 제1 프레스 펀치를 보호하는 역할을 하고, 콘크리트 재료를 가공하는 제1 경질 재료 입자를 노출시키기 위해서 마감된 가공 세그먼트로부터 가능한 한 신속하게 제거될 것이다.
추가적인 개선예에서, 제2 경질 재료 입자는 제1 매트릭스 재료와 혼합되고, 제2 경질 재료 입자의 평균 입자 직경은 제1 경질 재료 입자의 평균 입자 직경보다 작다. 제1 매트릭스 재료의 마모 특성에 따라, 기부 재료와의 마찰의 결과로서, 가공 툴을 이용한 기부 재료의 가공 중에, 가공 세그먼트의 측면 표면 상의 제1 매트릭스 재료의 마모가 증가될 수 있다. 이러한 마모는 제2 경질 재료 입자에 의해서 감소될 수 있다. 제2 경질 재료 입자는 무작위적 분포 입자로서 제1 매트릭스 재료와 혼합될 수 있거나, 제2 경질 재료 입자는 규정된 제2 입자 패턴에 따라 제1 매트릭스 재료 내에 배치된다. 제2 경질 재료 입자는 특히 가공 세그먼트의 측면 표면의 영역 내에 배치된다.
예시적인 실시형태
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명한다. 도면은 예시적인 실시형태를 반드시 실제 축척으로 도시하지는 않고; 오히려 설명을 위해서 유용한 경우에 도면은 개략적인 및/또는 약간 왜곡된 형태로 작성된다. 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고도, 실시형태의 형태 및 상세 부분과 관련된 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 고려하여야 한다. 본 발명의 전반적인 개념은 이하에서 도시되고 설명되는 바람직한 실시형태의 정확한 형태 또는 상세 부분으로 제한되지 않거나, 청구범위에서 청구된 청구 대상에 비해서 제한될 수 있는 청구 대상으로 제한되지 않는다. 주어진 치수 범위에서, 기술된 한계들 내의 값들이 또한 한계 값으로서 개시될 것이고, 희망에 따라 이용되고 청구될 수 있을 것이다. 간결함을 위해서, 이하에서, 동일 참조 번호가, 동일하거나 유사한 기능을 가지는 동일한 또는 유사한 부분 또는 부분들에 대해서 사용된다.
도 1a 및 도 1b는 코어 드릴 비트의 형태를 가지는 가공 툴의 2개의 변형예를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 톱 블레이드의 형태를 가지는 가공 툴의 2개의 변형예를 도시한다.
도 3은 연마 디스크의 형태를 가지는 가공 툴을 도시한다.
도 4는 컷-오프 그라인딩 체인의 형태를 가지는 가공 툴을 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 가공 세그먼트를 3차원도(도 5a)로, 상부 측면의 도면(도 5b)으로, 그리고 측면 표면의 도면(도 5c)으로 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 방법에 따라 도 5a 내지 도 5c의 가공 세그먼트의 생산을 도시하고, 제1 스테이지에서 그린 본체가 생산되고 제2 스테이지에서 그린 본체를 압밀하여 압밀 본체를 형성한다.
도 7a 내지 도 7c는 도 5a 내지 도 5c의 가공 세그먼트의 생산에서 이용되는 일부 툴 구성요소를 도시한다.
도 1a 및 도 1b는 코어 드릴 비트(10A, 10B)의 형태를 가지는 가공 툴의 2개의 변형예를 도시한다. 도 1a에 도시된 코어 드릴 비트(10A)는 이하에서 제1 코어 드릴 비트로 지칭되고, 도 1b에 도시된 코어 드릴 비트(10B)는 제2 코어 드릴 비트로 지칭되며; 또한 제1 및 제2 코어 드릴 비트(10A, 10B) 모두는 "코어 드릴 비트"라는 용어에 포함된다.
제1 코어 드릴 비트(10A)는 많은 수의 가공 세그먼트(11A), 관형 기본 본체(12A), 및 툴 피팅(13A)을 포함한다. 코어 드릴링을 위해서 이용되는 가공 세그먼트(11A)는 드릴링 세그먼트로도 지칭되고, 관형 기본 본체(12A)는 드릴링 샤프트로도 지칭된다. 드릴링 세그먼트(11A)는, 예를 들어 나사 체결, 접착제 본딩, 브레이징 또는 용접에 의해서, 드릴링 샤프트(12A)에 고정적으로 연결된다.
제2 코어 드릴 비트(10B)는 환형 가공 세그먼트(11B), 관형 기본 본체(12B), 및 툴 피팅(13B)을 포함한다. 코어 드릴링을 위해서 이용되는 환형 가공 세그먼트(11B)는 드릴링 링으로도 지칭되고, 관형 기본 본체(12B)는 드릴링 샤프트로도 지칭된다. 드릴링 링(11B)은, 예를 들어 나사 체결, 접착제 본딩, 브레이징 또는 용접에 의해서, 드릴링 샤프트(12B)에 고정적으로 연결된다.
코어 드릴 비트(10A, 10B)는 툴 피팅(13A, 13B)을 통해서 코어 드릴에 연결되고, 드릴링 동작 중에, 코어 드릴에 의해서 회전 축(15)을 중심으로 회전 방향(14)으로 구동된다. 회전 축(15)을 중심으로 하는 코어 드릴 비트(10A, 10B)의 회전 중에, 코어 드릴 비트(10A, 10B)는 진행 방향(16)을 따라 피가공 공작물 내로 이동되고, 진행 방향(16)은 회전 축(15)에 평행하게 연장된다. 코어 드릴 비트(10A, 10B)는 피가공 공작물 내에서 드릴 코어 및 보어홀을 생성한다.
도 1a 및 도 1b의 예시적인 실시형태의 드릴링 샤프트(12A, 12B)는 하나의 단편으로 형성되고, 드릴링 세그먼트(11A) 및 드릴링 링(11B)은 드릴링 샤프트(12A, 12B)에 고정적으로 연결된다. 대안적으로, 드릴링 샤프트(12A, 12B)는 제1 드릴링 샤프트 및 제2 드릴링 샤프트로 구성된 2개-단편 형태일 수 있고, 드릴링 세그먼트(11A) 또는 드릴링 링(11B)은 제1 드릴링 샤프트 섹션에 고정적으로 연결되고, 툴 피팅(13A, 13B)은 제2 드릴링 샤프트 섹션에 고정적으로 연결된다. 제1 및 제2 드릴링 샤프트 섹션은 해제 가능한 연결 장치를 통해서 서로 연결된다. 해제 가능한 연결 장치는 예를 들어, EP 2 745 965 A1 또는 EP 2 745 966 A1에서 설명된 바와 같은 플러그-및-트위스트 연결의 형태를 취한다. 드릴링 샤프트를 1개-단편 또는 2개-단편 드릴링 샤프트로서 형성하는 것은 드릴링 세그먼트(11A) 또는 드릴링 링(11B)의 구조에 영향을 미치지 않는다.
도 2a 및 도 2b는 톱 블레이드(20A, 20B)의 형태를 가지는 가공 툴의 2개의 변형예를 도시한다. 도 2a에 도시된 톱 블레이드(20A)는 이하에서 제1 톱 블레이드로 지칭되고, 도 2b에 도시된 톱 블레이드(20B)는 제2 톱 블레이드로 지칭되며; 또한 제1 및 제2 톱 블레이드(20A, 20B) 모두는 "톱 블레이드"라는 용어에 포함된다.
제1 톱 블레이드(20A)는 많은 수의 가공 세그먼트(21A), 디스크-형상의 기본 본체(22A), 및 툴 피팅을 포함한다. 톱 작업을 위해서 이용되는 가공 세그먼트(21A)는 톱 작업 세그먼트로도 지칭되고, 디스크-형상의 기본 본체(22A)는 블레이드 본체로도 지칭된다. 톱 작업 세그먼트(21A)는, 예를 들어 나사 체결, 접착제 본딩, 브레이징 또는 용접에 의해서, 블레이드 본체(22A)에 고정적으로 연결된다.
제2 톱 블레이드(20B)는 많은 수의 가공 세그먼트(21B), 환형 기본 본체(22B), 및 툴 피팅을 포함한다. 톱 작업을 위해서 이용되는 가공 세그먼트(21B)는 톱 작업 세그먼트로도 지칭되고, 환형 기본 본체(22B)는 링으로도 지칭된다. 톱 작업 세그먼트(21B)는, 예를 들어 나사 체결, 접착제 본딩, 브레이징 또는 용접에 의해서, 링(22B)에 고정적으로 연결된다.
톱 블레이드(20A, 20B)는 툴 피팅을 통해서 톱에 연결되고, 톱 작업 동작 중에, 톱에 의해서 회전 축(25)을 중심으로 회전 방향(24)으로 구동된다. 회전 축(25)을 중심으로 하는 톱 블레이드(20A, 20B)의 회전 중에, 톱 블레이드(20A, 20B)는 진행 방향을 따라 이동되고, 진행 방향을 톱 블레이드(20A, 20B)의 길이방향 평면에 평행하게 연장된다. 톱 블레이드(20A, 20B)는 피가공 공작물 내에서 톱 작업 슬릿을 생성한다.
도 3은 연마 디스크(30)의 형태를 가지는 가공 툴을 도시한다. 연마 디스크(30)는 많은 수의 가공 세그먼트(31), 기본 본체(32), 및 툴 피팅을 포함한다. 연마 제거를 위해서 이용되는 가공 세그먼트(31)는 연마 세그먼트로도 지칭되고, 디스크-형상의 기본 본체(32)는 포트로도 지칭된다. 연마 세그먼트(31)는, 예를 들어 나사 체결, 접착제 본딩, 브레이징 또는 용접에 의해서, 포트(32)에 고정적으로 연결된다.
연마 디스크(30)는 툴 피팅을 통해서 툴 장치에 연결되고, 연마 동작 중에, 툴 장치에 의해서 회전 축(35)을 중심으로 회전 방향(34)으로 구동된다. 회전 축(35)을 중심으로 하는 연마 디스크(30)의 회전 중에, 연마 디스크(30)는 피가공 공작물 위에서 이동되고, 그러한 이동은 회전 축(35)에 수직으로 연장된다. 연마 디스크(30)는 피가공 공작물의 표면을 제거한다.
도 4는 컷-오프 그라인딩 체인(36)의 형태를 가지는 가공 툴을 도시한다. 컷-오프 그라인딩 체인(36)은 많은 수의 가공 세그먼트(37), 링크 형태의 많은 수의 기본 본체(38), 및 많은 수의 연결 링크(39)를 포함한다. 컷-오프 그라인딩을 위해서 이용되는 가공 세그먼트(37)는 컷-오프 그라인딩 세그먼트로도 지칭되고, 링크 형태의 기본 본체(38)는 구동 링크로도 지칭된다.
구동 링크들(38)은 연결 링크들(39)을 통해서 연결된다. 예시적인 실시형태에서, 연결 링크(39)는 리벳 볼트에 의해서 구동 링크(38)에 연결된다. 리벳 볼트는 구동 링크(38)가 리벳 볼트의 중심을 통해서 연장되는 회전 축을 중심으로 연결 링크(39)에 대해서 회전될 수 있게 한다. 가공 세그먼트(37)는, 예를 들어 나사 체결, 접착제 본딩, 브레이징 또는 용접에 의해서, 구동 링크(38)에 고정적으로 연결된다.
컷-오프 그라인딩 체인(36)은 툴 피팅을 통해서 툴 장치에 연결되고, 동작 시에, 회전 방향으로 툴 장치에 의해서 구동된다. 컷-오프 그라인딩 체인(36)의 회전 중에, 컷-오프 그라인딩 체인(36)은 피가공 공작물 내로 이동된다.
도 5a 내지 도 5c는 가공 세그먼트(41)를 3차원도(도 5a)로, 가공 세그먼트(41)의 상부 측면의 도면(도 5b)으로, 그리고 가공 세그먼트(41)의 측면 표면의 도면(도 5c)으로 도시한다.
가공 세그먼트(41)는 구조 및 조성이 가공 세그먼트(11A, 21A, 21B, 31, 37)에 상응하고; 드릴링 링의 형태를 취하는 가공 세그먼트(11B)는 그 환형 구조가 가공 세그먼트(41)와 상이하다. 가공 세그먼트들은 치수 및 표면의 곡률이 서로 상이할 수 있다. 본 발명에 따른 가공 세그먼트의 기본 구조가 가공 세그먼트(41)를 기초로 설명되고 도 1a 및 도 1b의 가공 세그먼트(11A, 11b)에, 도 2a 및 도 2b의 가공 세그먼트(21A, 21b)에, 도 3의 가공 세그먼트(31)에, 그리고 도 4의 가공 세그먼트(37)에 적용된다.
가공 세그먼트(41)는 가공 구역(42) 및 중립 구역(43)으로부터 구축된다. 가공 세그먼트(41)가 가공 툴의 기본 본체에 연결되도록 의도되는 경우에, 중립 구역(43)이 요구되고; 예를 들어 가공 세그먼트가 브레이징 또는 접착제 본딩에 의해서 기본 본체에 연결되는 경우에, 중립 구역(43)이 생략될 수 있다. 가공 구역(42)은 제1 매트릭스 재료(44) 및 제1 경질 재료 입자(45)로부터 구축되고, 중립 구역(43)은 경질 재료 입자가 없이 제2 매트릭스 재료(46)로부터 구축된다.
"경질 재료 입자"라는 용어는 가공 세그먼트를 위한 모든 컷팅 수단을 포함하고; 이들은 특히 개별적인 경질 재료 입자, 다수의 경질 재료 입자로 제조된 복합체 부품, 및 코팅되거나 캡슐화된 경질 재료 입자를 포함한다. "매트릭스 재료"라는 용어는 경질 재료 입자가 내부에 매립될 수 있는 가공 세그먼트를 구축하기 위한 모든 재료를 포함한다. 매트릭스 재료는 하나의 재료로 구성될 수 있거나, 상이한 재료들의 혼합물로 구성될 수 있다.
가공 세그먼트를 생산하기 위한 본 발명에 따른 방법에 의해서 생산된 가공 세그먼트는 제1 경질 재료 입자(45)를 갖는 층을 가지고; 제1 경질 재료 입자(45)를 가지는 추가적인 층은 제공되지 않는다. "제1 경질 재료 입자"는, 가공 세그먼트의 생산 후에, 상부 측면 상에서 제1 매트릭스 재료(44)에 대한 돌출부를 가지는 가공 세그먼트(41)의 경질 재료 입자를 지칭한다. 가공 세그먼트(41) 내에서 제1 매트릭스 재료(44) 내에 완전히 매립된 경질 재료 입자는 제1 경질 재료 입자에 관한 정의에 포함되지 않는다.
가공 세그먼트(41)는 하부 측면(47)에 의해서 가공 툴의 기본 본체에 연결된다. 코어 드릴링을 위한 가공 세그먼트의 경우 및 연마 제거를 위한 가공 세그먼트의 경우에, 가공 세그먼트의 하부 측면이 일반적으로 평면형으로 형성되는 반면, 톱 작업을 위한 가공 세그먼트의 경우에, 가공 세그먼트가 환형 또는 디스크-형상의 기본 본체의 곡선형 단부 면에 체결될 수 있도록, 하부 측면은 곡률을 갖는다.
제1 경질 재료 입자(45)는 규정된 입자 패턴(도 5b)에 따라 제1 매트릭스 재료(44) 내에 배열되고, 가공 세그먼트(41)의, 하부 측면(47)에 대향되는, 상부 측면(48) 상에서, 제1 매트릭스 재료(44)에 대한 돌출부(T1)를 갖는다. 도 5a 내지 도 5c의 예시적인 실시형태에서, 가공 세그먼트(41)는, 상부 측면(48) 상에서 돌출되는 9개의 제1 경질 재료 입자(45)를 포함한다. 제1 경질 재료 입자(45)의 수 및 제1 경질 재료 입자(45)가 제1 매트릭스 재료(44) 내에 배열되는 규정된 입자 패턴은 가공 세그먼트(41)의 요건에 맞춰 구성된다. 제1 경질 재료 입자(45)는 일반적으로, 최소 직경, 최대 직경, 및 평균 직경에 의해서 특성화되는 입자 분포로부터 도출된다.
최소 직경과 최대 직경 사이의 제1 경질 재료 입자(45)의 입자 분포로 인해서, 제1 경질 재료 입자(45)의 돌출부가 그에 따라 달라질 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 모든 제1 경질 재료 입자(45)는 주위의 제1 매트릭스 재료(44)에 대해서 400 ㎛ 초과의 돌출부를 갖는다.
도 1a, 도 1b, 도 2a, 도 2b, 도 3 및 도 4에 도시되고 콘크리트 재료의 가공을 위해서 의도된 본 발명에 따른 가공 툴은 규정된 회전 방향을 갖는다. 가공 툴의 회전 방향과 관련하여 고려할 때, 경질 재료 입자(45)의 전방-측 영역과 후방-측 영역이 구별될 수 있다. 평면형 하부 측면을 갖는 그 기하형태로 인해서, 가공 세그먼트(41)는 코어 드릴 비트(10A)의 드릴링 세그먼트로서 적합하다.
코어 드릴 비트(10A)의 회전 방향(14)은 전방-측 영역(51) 및 후방-측 영역(52)을 규정한다. 콘크리트 재료의 가공은 제1 경질 재료 입자(45)의 전방-측 영역(51)에서 발생되고, 가공율은 전방-측 영역(51) 내의 제1 경질 재료 입자의 돌출부의 크기에 따라 본질적으로 달라진다. 제1 경질 재료 입자(45)는, 예시적인 실시형태에 상응하는, 전방-측 영역(51) 내의 전방-측 돌출부(Tfront) 및 후방-측 영역 내의 후방-측 돌출부(Tback)를 갖는다. 대안적으로, 제1 경질 재료 입자(45)는 다른 전방-측 돌출부(Tfront) 및 후방-측 돌출부(Tback)를 가질 수 있다.
가공 세그먼트(41)는 본 발명에 따른 방법의 도움으로 이하의 3개의 스테이지로 생산된다: 제1 스테이지에서, 그린 본체(53)가 생산되고; 제2 스테이지에서, 그린 본체(53)가 압밀되어 압밀 본체(54)를 형성하고, 제3 스테이지에서, 압밀 본체(54)가 추가적으로 프로세스되어 가공 세그먼트(41)를 형성한다. 도 6은 그린 본체(53) 및 압밀 본체(54)를 도시한다. 그린 본체(53)는 제1 매트릭스 재료(44) 및 제1 경질 재료 입자(45)로부터 구축된다. 그린 본체(53)는, 압밀 본체(54)가 실질적으로 가공 세그먼트(41)의 최종 기하형태를 가질 때까지, 압력의 작용하에서 압밀된다. 그린 본체(53)에서 압력의 작용을 달성하기 위한 적합한 방법의 예로서 콜드-프레싱 방법 또는 핫-프레싱 방법이 있다. 콜드-프레싱 방법의 경우에, 그린 본체(53)는 압력의 작용만을 받는 반면, 핫-프레싱 방법의 경우에, 그린 본체(53)는 압력의 작용뿐만 아니라 약 200℃의 온도까지의 온도의 작용을 받는다. 압밀 본체(54)는, 예를 들어 소결 중에 또는 침투에 의해서, 온도의 작용 하에서 더 프로세스되어 가공 세그먼트(41)를 형성한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 방법의 도움으로 가공 세그먼트(41)의 생산에서 이용되는 일부 툴 구성요소를 도시한다. 툴 구성요소는 하부 펀치(61), 다이-판(62) 및 상부 펀치(63)를 포함하고, 하부 펀치(61)는 또한 제1 프레스 펀치로 지칭되고 상부 펀치(63)는 제2 프레스 펀치로 지칭된다. 도 7b 및 도 7c는 상부 펀치(63)를 구체적으로 도시한다.
그린 본체(53)는, 그린 본체(53)의 희망 기하형태에 상응하는 횡방향-단면적을 갖는 다이-판(62)으로 구축된다. 다이-판(62)은 하부 측면 상의 제1 개구부 및 상부 측면 상의 제2 개구부를 가지고, 제1 개구부를 통해서 하부 펀치(61)가 이동될 수 있고, 제2 개구부 내로 상부 펀치(63)가 이동될 수 있다. 하부 펀치(61)는 프레싱 표면에 요홈부(64)를 가지고, 요홈부의 배열은, 제1 경질 재료 입자(45)의 규정된 입자 패턴에 상응한다.
그린 본체(53)는 상단부로부터 하단부로 구축된다. 가공 세그먼트(41)의 경우에 상부 측면(48) 상에서 돌출되고 콘크리트 재료를 가공하는 제1 경질 재료 입자(45)가 하부 펀치(61)의 요홈부(64) 내에 배치된다. 제1 매트릭스 재료(44)는, 배치된 제1 경질 재료 입자(45)에 도포되고, 제1 매트릭스 재료(44)는 하나의 층 또는 많은 수의 층으로 도포될 수 있다. 희망 충진 높이에 도달할 때까지, 제1 매트릭스 재료(44)가 충진 슈(filling shoe)에 의해서 다이-판(62) 내로 주입된다. 마감된 그린 본체(53)는 하부 펀치(61) 및 상부 펀치(63)에 의해서 압력의 작용 하에서 압밀되어 압밀 본체(54)를 형성한다.
본 발명에 따른 방법으로, 그린 본체(53)가 이미 제1 매트릭스 재료(44)에 대한 제1 경질 재료 입자(45)의 돌출부를 가지는 가공 세그먼트(41)가 생산된다. 그린 본체(53)는, 그린 본체(53)를 구축할 때 이미 사용하였던 특수 하부 펀치(61)에 의해서 압밀되어 압밀 본체(54)를 형성한다. 그린 본체(53)는 그린 본체(53)의 횡방향-단면에 수직인 프레싱 방향으로 압밀된다. 하부 펀치(61)의 프레싱 표면 내의 요홈부(64)는, 제1 경질 재료 입자(45)의 규정된 입자 패턴에 상응하는 배열을 갖는다. 특수 하부 펀치(61)에 의해서, 콘크리트 재료의 건식 가공에 적합한 가공 세그먼트(41)가 생산될 수 있다. 요홈부(64)를 갖는 하부 펀치(61)를 이용하는 것은, 프레싱 중에, 상부 측면(48) 상의 제1 경질 재료 입자(45)의 돌출부가 보전되는 것을 보장한다.
제1 경질 재료 입자(45)와 하부 펀치(61)의 요홈부(64) 사이의 직접적인 접촉으로, 하부 펀치(61)의 마모 증가가 발생될 수 있다. 하부 펀치(61)의 마모를 줄이기 위해서, 제1 경질 재료 입자(45)와 하부 펀치(61) 사이의 직접적인 접촉이 방지되어야 한다. 적합한 수단은 제1 경질 재료 입자(45)의 배치 전에 보호 층을 요홈부(64) 내에 도포하는 것 및/또는 케이싱 처리된 제1 경질 재료 입자를 이용하는 것이다.
제1 경질 재료 입자(45)가 배치되기 전에, 제1 매트릭스 재료(44)의 보호 층이 하부 펀치(61)의 요홈부 내로 도포될 수 있다. 대안적으로, 제2 매트릭스 재료의 보호 층이 하부 펀치(61)의 요홈부(64) 내로 도포될 수 있고, 제2 매트릭스 재료는 제1 매트릭스 재료(44)와 상이하다. 제1 매트릭스 재료(44)와 상이한 제2 매트릭스 재료가 사용될 때, 상이한 마모 특성들을 가지는 매트릭스 재료들이 이용될 수 있다. 제2 매트릭스 재료는 그린 본체(53)를 압밀할 때 하부 펀치(61)를 보호하는 역할을 하고, 기부 재료를 가공하는 제1 경질 재료 입자(45)를 노출시키기 위해서 마감된 가공 세그먼트로부터 가능한 한 신속하게 제거될 수 있을 것이다. 제1 매트릭스 재료(44)보다 큰 마모율을 갖는 제2 매트릭스 재료가 신속하게 제거될 수 있다.
케이싱 처리된 제1 경질 재료 입자를 이용하는 것은, 제1 경질 재료 입자(45)가 하부 펀치(61)와 직접 접촉되지 않고 하부 펀치(61)의 마모가 감소될 수 있다는 장점을 갖는다. 제1 매트릭스 재료(44)는 제1 경질 재료 입자(45)를 위한 케이싱 재료로서 이용될 수 있다. 대안적으로, 제2 매트릭스 재료가 제1 경질 재료 입자(45)를 위한 케이싱 재료로서 이용될 수 있고, 제2 매트릭스 재료는 제1 매트릭스 재료(44)와 상이하다. 제1 매트릭스 재료(44)와 상이한 케이싱 재료가 사용될 때, 상이한 마모 특성들을 가지는 매트릭스 재료들이 이용될 수 있다. 케이싱 재료는 압밀 중에 하부 펀치(61)를 보호하는 역할을 하고, 콘크리트 재료를 가공하는 제1 경질 재료 입자(45)를 노출시키기 위해서 마감된 가공 세그먼트로부터 가능한 한 신속하게 제거될 수 있을 것이다.
제1 매트릭스 재료(44)의 마모 특성에 따라, 기부 재료와의 마찰의 결과로서, 가공 세그먼트(41)를 이용한 기부 재료의 가공 중에, 가공 세그먼트의 측면 표면 상의 제1 매트릭스 재료(44)의 마모가 증가될 수 있다. 이러한 마모는 제2 경질 재료 입자에 의해서 감소될 수 있다. 제2 경질 재료 입자는 무작위적 분포 입자로서 제1 매트릭스 재료(44)와 혼합될 수 있거나, 제2 경질 재료 입자는 규정된 제2 입자 패턴에 따라 제1 매트릭스 재료(44) 내에 배치된다. 제2 경질 재료 입자는 특히 가공 세그먼트(41)의 측면 표면의 영역 내에 배치된다.

Claims (7)

  1. 가공 툴(10A, 10B; 20A, 20B; 30; 36)용 가공 세그먼트(11A, 11B; 21A, 21B; 31; 37; 41)를 생산하기 위한 방법으로서, 상기 가공 세그먼트는 하부 측면(47)에 의해서 상기 가공 툴(10A, 10B; 20A, 20B; 30; 36)의 기본 본체(12A, 12B; 22A, 22B; 32; 38)에 연결되고,
    · 그린 본체(53)를 제1 매트릭스 재료(44) 및 제1 경질 재료 입자(45)로부터 구축하는 단계,
    ·상기 그린 본체(53)를, 상기 하부 측면(47)에 대향되는, 상기 가공 세그먼트의 상부 측면(48)을 형성하는 제1 프레스 펀치(61)와 상기 가공 세그먼트의 하부 측면(47)을 형성하는 제2 프레스 펀치(63) 사이에서 압력의 작용하에서 압밀하여, 압밀 본체(54)를 형성하는 단계, 및
    · 상기 압밀 본체(54)를 온도의 작용 하에서 또는 침투에 의해서 더 프로세스하여 상기 가공 세그먼트(41)를 형성하는 단계를 가지는, 방법에 있어서,
    상기 그린 본체(53)가 생산될 때, 상기 제1 경질 재료 입자(45)는 상기 제1 프레스 펀치(61)의 요홈부(64) 내에 배치되고, 상기 제1 매트릭스 재료(44)는 상기 제1 경질 재료 입자(45)에 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그린 본체(53)를 압밀할 때, 상기 요홈부(64)를 갖는 상기 제1 프레스 펀치(61)가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 경질 재료 입자(45)의 배치 전에, 상기 제1 매트릭스 재료(44)의 보호 층이 상기 제1 프레스 펀치(61)의 요홈부(64) 내로 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 경질 재료 입자(45)를 배치하기 전에, 제2 매트릭스 재료의 보호 층이 상기 제1 프레스 펀치(61)의 요홈부(64) 내로 도포되고, 상기 제2 매트릭스 재료는 상기 제1 매트릭스 재료(44)와 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 매트릭스 재료(44)에 상응하는 케이싱 재료에 의해서 케이싱 처리된 제1 경질 재료 입자(45)가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 매트릭스 재료(44)와 상이한 케이싱 재료에 의해서 케이싱 처리된 제1 경질 재료 입자(45)가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 경질 재료 입자는 상기 제1 매트릭스 재료(44)와 혼합되고, 상기 제2 경질 재료 입자의 평균 입자 직경은 상기 제1 경질 재료 입자(45)의 평균 입자 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
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