KR20210118940A - 도로 파쇄를 위한 픽 공구 - Google Patents

도로 파쇄를 위한 픽 공구 Download PDF

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KR20210118940A
KR20210118940A KR1020217028128A KR20217028128A KR20210118940A KR 20210118940 A KR20210118940 A KR 20210118940A KR 1020217028128 A KR1020217028128 A KR 1020217028128A KR 20217028128 A KR20217028128 A KR 20217028128A KR 20210118940 A KR20210118940 A KR 20210118940A
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엘리먼트 씩스 게엠베하
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Abstract

본 개시내용은 PCD 충격 팁을 갖는 픽 공구에 관한 것이다. 충격 팁은 비평면 제1 경계부에서 지지체에 결합된다. 비평면 제1 경계부는 동축 및 상이한 방사상 폭을 갖는 2개의 환형 경계부 표면을 포함한다.

Description

도로 파쇄를 위한 픽 공구
본 발명은 채굴, 파쇄, 굴착에 사용되는 내마모성 픽 공구에 관한 것이다. 특히 배타적이지는 않지만 픽 공구들은 다결정성 다이아몬드(PCD) 재료를 포함하는 팁을 포함할 수 있다.
픽 공구(pick tool)들은 일반적으로 경성 또는 연마성 물체, 예를 들어 바위, 아스팔트, 석탄 또는 콘크리트를 파괴, 천공 또는 달리 분해하는데 사용되며, 도로의 수리, 채굴, 트렌칭, 건설 등의 용례에서 사용될 수 있다.
픽 공구들은 작업하는 환경으로 인해 많은 방식으로 극한의 마모와 고장을 겪을 수 있고 자주 교체돼야 한다. 예를 들어, 도로 수리 작업에서 복수의 픽 공구들이 회전 가능 드럼에 장착될 수 있고, 드럼이 회전함에 따라 도로 아스팔트를 파괴할 수 있다. 채탄에서와 같이 암반층을 파괴하기 위해서 비슷한 접근법이 사용될 수 있다.
일부 픽 공구들은 초경화 텅스텐 탄화물(cemented tungsten carbide) 재료로 형성된 작동 팁(working tip)보다 더 좋은 내마모성을 지니는 경향이 있는 합성 다이아몬드 재료를 포함하는 작동 팁을 포함한다. 그러나, 합성 다이아몬드와 천연 다이아몬드 재료는 초경화 금속 탄화물 재료보다 더 취성이고 파괴에 약한 경향이 있고, 이것은 픽 작업(pick operation)에서의 잠재적 유용성을 감소시키는 경향이 있다.
더 긴 작동 수명을 가지는 픽 공구를 제공할 필요성이 있다.
특히, 추가 비용 없이 강철 지지체의 보호를 돕는 초경화 금속 탄화물의 충격 팁을 픽 공구에 제공할 필요가 있다.
본 발명에 따르면, 중심축, 충격 팁 및 지지체를 포함하는 픽 공구가 제공되고, 충격 팁의 근위 단부는 비평면 경계부에서 지지체에 결합되고, 비평면 경계부는 동축을 갖는 2개의 환형 경계부 표면을 포함하고, 외부 경계부 표면의 폭은 내부 경계부 표면의 폭과 같거나 작고, 충격 팁은 그 원위 단부에서 초경질 비트를 포함하는, 픽 공구가 제공된다.
이 구성은 경납땜 이후의 압축응력을 증가시키는 넓은 경납땜 표면을 제공한다. 이는 더 높은 전단강도로 이어진다.
외부 경계부 표면의 폭이 내부 경계부 표면의 폭과 같거나 작을 때, 경납땜 재료는 경납땜 공정 중에 방사상 내부로 유동하도록 촉진되며, 이는 다시 더 높은 경납땜 후 전단강도에 기여한다.
더욱이, 픽 공구의 전체적으로 내마모성이 상당히 개선된다. 이는 탄화물 팁의 사용 수명이 남아있음에도 강철 지지체의 마모로 인해 픽 공구가 고장나는 상황을 예방하게 한다. 이러한 구성으로 수명 전체에 걸쳐 사용할 수 있기 때문에 탄화물 충격 팁에 대한 투자가 실현된다.
추가적으로, 경납땜 공정은 넓은 경납땜 표면적으로 인해 제작 공차 면에 있어서 더 유연하다. 이 배치는 또한 더 신뢰할 만한 경납땜 공정을 산출한다.
최종적으로, 픽 공구의 품질 검사는 용접 품질을 점검하기 위해서 표본을 절개하기 전에 표본의 준비를 필요로 하지 않기 때문에 더 쉽다.
본 발명의 바람직한 및/또는 선택적인 구성이 종속항 제2항으로부터 종속항 제20항에 제공된다.
첨부된 도면을 참조하여 픽 공구의 비제한적인 예시적 배치가 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술 픽 공구를 합체한, 전형적인 도로 파쇄기의 하부측을 도시한다.
도 2는 종래 기술 픽 공구의 정면 사시도를 도시한다.
도 3은 충격 팁과 지지체 사이의 경계부의 부분 단면도와 함께 도 2의 종래 기술 픽 공구의 정면 사시도를 도시한다.
도 4는 충격 팁이 분리되기 전(좌)과 후(우)의 마모된 종래 기술 픽 공구의 예시를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 픽 공구의 정면 사시도를 도시한다.
도 6은 도 5의 픽 공구의 단면도를 도시한다.
도 7은 도 6에서 정사각형 E 부분의 확대도를 도시하고, 또한 도 2의 종래 기술 픽 공구의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 8은 도 5의 충격 팁의 사시도를 도시한다.
도 9는 도 5의 충격 팁의 저면도를 도시한다.
도 10은 도 5의 충격 팁의 측면도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 추가의 실시예의 픽 공구의 정면 사시도를 도시한다.
도 12는 도 11의 픽 공구의 부분 단면도를 도시한다.
도 13은 도 11의 충격 팁의 위로부터의 사시도를 도시한다.
도 14는 도 11의 충격 팁의 아래로부터의 사시도를 도시한다.
도 15는 도 11의 충격 팁의 측면도를 도시한다.
도 16은 선 A-A를 따른, 도 16의 충격 팁의 단면도를 도시한다.
도 17은 도 11의 픽 공구에 사용하는 대안적 충격 팁의 단면도를 도시한다.
도 18은 충격 팁의 추가의 대안적인 실시예의 확대도를 도시한다.
동일한 도면 부호가 모든 도면에서 동일한 일반적 구성을 지칭한다.
도 1은 전형적인 도로 파쇄기(10)의 하부측을 도시한다. 파쇄기는 포장도로의 새로운 층을 배치하기에 앞서 포장도로(12)와 같은 형성물을 분해하기 위해 사용되는 아스팔트 또는 포장도로 평삭기(planer)일 수 있다. 복수의 픽 공구들(14)은 회전 가능한 드럼(16)에 부착된다. 드럼(16)은 픽 공구들(14)을 형성물(12)과 맞물린다. 기부 홀더(18)는 드럼(16)에 견고하게 부착되며, 중간의 공구 홀더(도시되지 않음)에 의해 픽 공구(14)가 형성물(12)과 우선적인 각도로 맞물릴 수 있게 픽 공구(14)를 회전 방향으로부터 오프셋되는 각도로 보유할 수 있다. 일부 실시예에서, 픽 공구(14)의 자루부(도시되지 않음)는 비록 초경질 충격 팁을 포함하는 픽 공구(14)에 필수적이지는 않지만 공구 홀더 내부에 회전 가능하게 배치된다.
도 2와 도 3은 종래 기술의 픽 공구(14)를 도시한다. 픽 공구(14)는 일반적으로 종 형상의 충격 팁(20)과 강철 지지체(22)를 포함한다. 지지체는 몸체부(24)와 몸체부(24)로부터 중심으로 연장되는 자루부(26)를 포함한다. 충격 팁(20)은 지지체(22)의 일 단부에 제공된 원형의 리세스(27)에 착좌된다. 이는 강철 지지체(22)의 모서리가 금속 탄화물 충격 팁(20)을 항상 둘러싸고 있음을 의미한다. 원형의 리세스(27) 내에 위치한 얇은 원형 디스크로 제공되는 전형적인 경납땜 재료(도시되지 않음)는 충격 팁(20)을 지지체(22)에 견고하게 결합시킨다. 픽 공구(14)는 자루부(26)와 자루부(26)를 공지된 방식으로 둘러싸는 스프링 슬리브(28)에 의해 예를 들어 도로 파쇄기의 구동 기구에 부착될 수 있다. 스프링 슬리브(28)는 픽 공구(14)와 공구 홀더 사이의 상대적인 회전을 가능하게 한다.
도 4에서 입증된 바와 같이, 사용시 강철 지지체(22)는 탄화물 충격 팁(20)보다 더 빠른 속도로 마멸되고, 특히 경납땜 주변에서 그러하다. 이 영역에 있는 강철의 체적은 마모로 인해 사용 중에 점차적으로 감소한다. 결국, 지지체(22)는 더 이상 충격 팁(20)을 충분히 지지할 수 없게 되며, 충격 팁(20)이 분리되어, 충격 팁의(20)의 사용 수명이 너무 이르게 종료된다.
이제 도 5 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 픽 공구의 제1 실시예는 일반적으로 100으로 표시된다. 픽 공구(100)는 중심축(102), 충격 팁(104) 및 지지체(106)를 포함한다. 스프링 슬리브(28)는 본 발명에 필수적이지 않으며 생략될 수 있다. 픽 공구(100)는 그 중심축(102)에 대해 대칭적이다. 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 충격 팁(104)은 비평면 경계부(108)에서 지지체(106)에 결합된다. 중요한 것은, 경계부(108)는 동축을 갖는 2개의 환형 경계부 표면(110, 112)을 포함한다.
지지체(106)는 제1 환형 결합 표면(116)(도 7 참조)에 둘러싸이고, 제1 환형 결합 표면(116)으로 방사상으로 외향 연장되는 중심 돌출부 또는 핀(114)을 포함한다. 이 실시예에서, 중심 돌출부(114)는 돌기이며, 원통형의 몸체부(114a)를 포함한다. 그러나, 원뿔 돌출부 또는 절두 원뿔 돌출부 또는 반구형 돌출부와 같은 중심 돌출부(114)의 다른 형상 및 프로파일도 고려된다. 원통 몸체부(114a)의 지름(
Figure pct00001
P)은 바람직하게는 약 5mm이지만, 3mm 내지 10mm의 범위에 있을 수 있다. 원통 부분(114a)의 높이(H1)는 바람직하게는 약 2.5mm이지만, 1mm 내지 5mm의 범위에 있을 수 있다. 중심 돌출부(114)는 아치형 노치(118)에 의해 언더컷 가공될 수 있다. 노치는 경납땜 재료가 유입될 수 있는 추가 체적을 제공하고, 넓은 경납땜 영역에 기여하는데 도움을 준다.
제1 환형 결합 표면(116)은 견부(122)에 의하여 방사상 외부의 제2 환형 결합 표면(120)에 연결된다. 도 7에서, 견부(122)는 처음에는 아치형이고 이후 직선이 된다. 견부(122)는 제1 환형 결합 표면(116)과 제2 환형 결합 표면(120)의 중간에 위치한다. 제1 환형 결합 표면(116)과 제2 환형 결합 표면(120)이 중심축(102)에 수직으로 배치된 반면, 도 7에 도시된 바와 같이, 견부(122)는 중심축(102)에 대하여 예각(θ)에 배치된다. 각도(θ)는 10도 내지 30도이며, 바람직하게는 약 20도이다.
제1 환형 결합 표면(116)과 제2 환형 결합 표면(120)은 축 방향으로 분리되고, 즉, 계단 형상이어서, 제1 환형 결합 표면(116)이 중심 돌출부(114)와 제2 환형 결합 표면(120)의 축 방향으로 중간에 존재한다. 대신에 제2 환형 결합 표면(120)이 중심 돌출부(114)와 제1 환형 결합 표면(116)의 축 방향으로 중간에 있는 것은 실현 가능하지만, 이는 충격 팁(104)에서 더 많은(적지 않은) 탄화물 재료를 필요로 하기 때문에 선호되는 배치는 아니다.
도 8에 도시된 바와 같이, 충격 팁(104)은 일 단부에 지지체(106)의 중심 돌출부(114)를 수용하기 위한 중심 리세스(124)를 포함한다. 리세스(124)의 내부 구성은 부분 반구형 및 부분 원통형이지만, 다른 형상들도 가능하다. 중심 돌출부(114)와 리세스(124)의 역할은 생산의 초기 단계들 중 초기 조립에서 충격 팁(104)과 지지체(106)의 양호한 상대적 위치를 보장하는 것이다. 이들은 또한 예비 소결 단계에서 가압 중 미가공체(green body)의 밀도를 개선하는 것을 돕는다. 그러나, 이들은 증가된 용접 강도에 직접적으로 기여하지 않기 때문에 본 발명에서 필수적이지 않으므로 생략될 수 있다. 돌출부(114)와 리세스(124)가 충격 팁에 포함되는지 여부와 상관 없이, 제1 환형 경계부 표면(110)과 제2 환형 경계부 표면(112)이 축 방향으로 다소 이격되는 것이 중요하다.
충격 팁(104)은 중심 리세스(124)를 둘러싸고 그로부터 방사상으로 외향 연장되는 제3 환형 결합 표면(126)을 추가로 포함한다. 충격 팁(104)은 또한 제3 환형 결합 표면(126)에 연결된 방사상으로 외부의 제4 환형 결합 표면(128)을 포함한다.
도 8과 도 9에 가장 잘 도시된 바와 같이, 복수의 딤플들(129)이 제4 환형 결합 표면(128)으로부터 돌출된다. 딤플들(129)은 중심 종방향축(102)에 대해 등각으로 배치된다. 이 실시예에서는 6개의 딤플들이 있기 때문에 인접한 딤플들 사이의 각도 간격(Φ)은 60도이다. 임의의 개수의 딤플이 제4 환형 결합 표면(128)에 배치될 수 있다. 딤플들은 충격 팁(104)과 지지체(106) 사이에 약 0.3mm의 작은 간극(G1)을 형성하는 것을 돕는다. 딤플들은 결합부의 전단강도를 추가로 개선함과 더불어 경납땜이 결합되는 충격 팁(104)의 표면적을 추가로 증가시킨다.
지지체(106)와 유사하게, 제2 견부(130)는 충격 팁(104)의 제3 환형 결합 표면(126)과 제4 환형 결합 표면(128)을 연결한다.
이 실시예에서, 제1 견부(122)와 제2 견부(130)는 평면이다. 그러나, 이들이 반드시 그러할 필요는 없다. 제1 환형 경계부 표면(110)과 제2 환형 경계부 표면(112) 사이의 구조적 연결이 충격 팁(104)과 지지체(106) 사이의 경계부 길이를 연장하는 것은 중요하지만, 이것이 어떻게 달성되는가가 반드시 중요하지는 않다. 예를 들어, 구조적 연결은 단순히 환형 경계부 표면들(110, 112) 중 하나에 있는 모따기부 또는 대안적으로 필릿일 수 있다.
충격 팁(104)의 제3 환형 결합 표면(126)과 지지체(106)의 제1 환형 결합 표면(116)은 서로 대면하고 있지만 선택적인 임의의 딤플들(129)을 제외하고는 서로 맞접하지 않는다. 추가적으로, 충격 팁(104)의 제4 환형 결합 표면(128)과 지지체(106)의 제2 환형 결합 표면(120)은 서로 대면하고 있지만, 임의의 딤플들(129)을 제외하고는 서로 맞접하지 않는다. 충격 팁(104)과 지지체(106)는 제1 견부(122)와 제2 견부(130)에서 측정된 대략 0.2mm의 간극(G2)에 의해 분리된다. 간극(G2)은 경납땜 재료(도시되지 않음)가 충격 팁(104)과 지지체(106) 사이에 착좌할 공간을 제공한다. 유사하게, 간극(G3)은 또한 추가 경납땜 재료(도시되지 않음)가 충격 팁(104)과 지지체(106) 사이에 착좌할 공간을 제공한다. 조립을 위해, 경납땜은 링 또는 환형으로 공급되어서 간극(G1)과 간극(G3) 내에 2개의 링이 본 발명에 필요하다. 그러나, 가열되면 경납땜 재료는 용융되어 유동한다. 간극(G1)에 있는 외부 경납땜 링으로부터의 경납땜 재료는 경납땜 결합부의 길이를 추가적으로 증가시키도록, 간극(G3)에 있는 내부 경납땜 링을 향해 간극(G2)으로 흡상(wick)된다. 이는 결합부의 강도를 상당히 증가시킨다. 실행 가능하게는 둘 이상의 환형 경계부 표면들이 제공될 수 있다.
충격 팁(104)은 보호용 스커트부(skirt portion)(132)를 포함한다. 이 실시예에서, 스커트부(132)는 중심 리세스(124), 제3 환형 결합 표면(126) 및 제2 견부(130)를 둘러싼다. 지지체(106)에 결합될 때, 스커트부(132)는 또한 돌출부(114), 제1 환형 결합 표면(116) 및 제1 견부(122)를 둘러싼다. 스커트부(132)는 제2 환형 결합 표면(120)과 제4 환형 결합 표면(128)이 만날 때 지지체(106)와 대체로 일치하게 주연 방향으로 종결된다. 스커트부(132)는 최소 25mm의 지름(
Figure pct00002
S)을 가진다(도 10 참조). 바람직하게는, 지름(
Figure pct00003
S)은 25mm과 40mm(경계치 포함) 사이이다. 이는 충격 팁(104) 내 탄화물 재료의 동일한 체적에 대해 강철 지지체(106)를 위한 더 큰 보호가 제공된다는 것을 의미하기 때문에, 이러한 일반적인 배치가 중요하다. 탄화물 재료의 체적은 추가 비용 없이 이를 가장 필요로 하는 곳으로 간단히 재분배된다. 특히, 지름(
Figure pct00004
S)이 범위 내에서 최대일 때, 충격 팁(104)은 지지체(106) 위에 방사상으로 외향 돌출되고, 이로 인해 픽 공구(100)에 마모에 대한 더 많은 측면 보호를 제공한다.
이 실시예에서, 동축을 갖는 2개의 환형 경계부 표면들(110, 112)은 방사상으로 측정될 때 상이한 폭을 가진다. 그러나, 경계부 표면들(110, 112)은 대안적으로는 동일한 폭을 가질 수 있다고 고려된다. 방사상 내부 환형 경계부 표면(110)보다 방사상 외부 환형 경계부 표면(112)이 폭 면에서 작은 것이 바람직한데, 이는 방사상 내부로 경납땜 재료의 유동을 조장하기 때문이며, 이로 인해 결합 강도의 개선을 촉진시킨다. 방사상 내부 환형 경계부 표면(110)은 대략 15mm의 외부 지름(
Figure pct00005
IRO)과 대략 5mm의 폭을 가진다. 방사상 외부 환형 경계부 표면(112)은 대략 25mm의 외부 지름과 3mm 내지 7mm의 폭을 가진다. 방사상 외부 환형 경계부 표면(112)은 17mm 내지 22mm(예를 들어, 25mm-3mm=22mm)의 내부 지름(
Figure pct00006
IRO)을 갖는다.
명확히 하면, 방사상 내부 환형 경계부 표면(110)은 제1 환형 결합 표면(116)과 제3 환형 결합 표면(126)을 포함한다. 방사상 외부 환형 경계부 표면(112)은 제2 환형 결합 표면(120)과 제4 환형 결합 표면(128)을 포함한다.
중심 리세스(124)의 반대 단부에서, 충격 팁(104)은 원뿔 형상, 반구 형상, 돔 형상, 절두 형상 또는 이들의 조합일 수 있는 둥근 기하학적 구조의 작동 표면(134)을 가진다. 횡단면이 육각형, 사각형, 팔각형 같은 팁의 다른 형상들이 본 발명의 범주 내에서 고려된다.
도 10에 가장 잘 도시된 바와 같이, 전체적으로 충격 팁(104)은 일반적으로 종 형상이다. 작동 표면(134)은 충격 팁(104)의 원통형 제1 몸체 표면(136)으로 연장되고 원통형 제1 몸체 표면(136)과 동일 선상이 된다. 그 결과, 제1 몸체 표면(136)은 충격 팁(104)의 만곡된 제2 몸체 표면(138)으로 연장되고 만곡된 제2 몸체 표면(138)과 동일 선상이 된다. 제1 몸체 표면(136)과 제2 몸체 표면(138) 모두는 그 내부로 오목한 어떠한 외부 홈 없이 연속적이며 중단되지 않는다. 유사하게, 지지체(106)는 어떠한 종류의 외부 홈도 갖지 않는다.
이 실시예에서, 충격 팁(104)은 초경화 금속 탄화물 재료로 구성된다. 일부 실시예에서, 지지체(106)는 파괴 인성이 최대 약 17MPa.m1/2, 최대 약 13MPa.m1/2, 최대 약 11MPa.m1/2, 또는 심지어 최대 약 10MPa.m1/2인 초경화 금속 탄화물 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 지지체(106)는 파괴 인성이 최소 약 8MPa.m1/2 또는 최소 약 9MPa.m1/2인 초경화 금속 탄화물 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 지지체(106)는 횡파단 강도(transverse rupture strength)가 최소 약 2,100MPa, 최소 약 2,300MPa, 최소 약 2,700MPa, 또는 심지어 최소 약 3,000MPa인 초경화 금속 탄화물 재료를 포함한다.
일부 실시예에서, 지지체(106)는 최대 8미크론 또는 최대 3미크론의 평균 크기를 가지는 금속 탄화물의 입자(grain)들을 포함하는 초경합금 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 지지체(106)는 최소 0.1미크론의 평균 크기를 가지는 금속 탄화물의 입자를 포함하는 초경합금 재료를 포함한다.
일부 실시예에서, 지지체(106)는 코발트(Co)와 같은 금속 결합제 재료(metal binder material)를 최대 13중량%, 최대 약 10중량%, 최대 약 7중량%, 최대 약 6중량%, 또는 심지어 최대 약 3중량% 포함하는 초경화 금속 탄화물 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 지지체(106)는 금속 결합제를 최소 1중량%, 최소 3중량% 또는 최소 6중량% 포함하는 초경화 금속 탄화물 재료를 포함한다.
이제 도 11 내지 도 18을 참조하면, 본 발명에 따른 픽 공구 및/또는 충격 팁의 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 이러한 모든 실시예는 공통적으로, 이하에서 설명되는 바와 같이, 초경질 비트를 포함한다. 제1 실시예를 참조하여 설명된 것들과 유사한 구성은 동일한 도면 부호를 사용하여 나타내고, 간략화를 위해 추가의 설명은 생략된다.
일반적으로 200으로 표시된 도 11 내지 도 16의 픽 공구는 중심축(102), 충격 팁(202) 및 지지체(106)를 포함한다. 제1 실시예와 같이, 픽 공구(200)는 그 중심축(102)에 대해 대칭이다. 충격 팁(202)은, 제1 실시예와 같이, 일반적으로 종 형상이고, 약 100도인 각도(β)(예를 들어, 도 15 참조)로 방사상 외향으로 확개된다. 충격 팁(202)은 지지체(106)에 가장 근접한 근위 단부(204) 그리고 대향 원위 단부(206)를 갖는다. 근위 단부(204)에서의 충격 팁(202)의 구성은 제1 실시예와 동일하다. 원위 단부(206)에서의 충격 팁(202)의 구성은 상당히 상이하며 이하에서 설명된다.
충격 팁(202)은 도 12에 도시된 바와 같이 몸체부(210)에 결합된 초경질 비트(208)를 포함한다. 몸체부(210)의 지름(
Figure pct00007
B)(예를 들어, 도 15 참조)은 바람직하게는 약 12mm이다. 초경질 비트(208)와 몸체부(210) 사이의 결합부는 종래의 경납땜 재료에 의해 제공된다.
도 17에 가장 잘 도시된 바와 같이, 초경질 비트(208)는 초경질 체적부(212)와 기판(214)을 포함한다. 초경질 체적부(212)는 기판(214)의 원위 단부에 소결 결합된다. 초경질 체적부(212)는 다결정성 다이아몬드(PCD) 재료를 포함하지만, 대안적으로 다결정성 cBN(PCBN) 재료를 포함할 수 있다. 초경질 체적부의 작동 표면은 공지된 방식으로 뾰족해지거나, 둥글게 되거나, 절두될 수 있다. 이와 같이, 초경질 체적부는 일반적으로 반구형, 원뿔형 또는 피라미드형 또는 유사한 형상일 수 있다. 초경질 체적부의 예가 본 출원인 소유의 EP2795062B1, GB2490795A, WO2014/0491432A2, 및 WO2018/162442A1에 개시되어 있다.
초경질 비트의 전체 형상은 일반적으로 원형, 일반적으로 직사각형, 일반적으로 피라미드형, 일반적으로 원뿔형, 일반적으로 비대칭형 또는 이들의 조합일 수 있다.
기판(214)은 대개 원통형이고, 전형적으로 초경화 금속 탄화물을 포함한다. 이는 제1 실시예의 충격 팁의 재료와 동일한 재료일 수 있다. 초경질 체적부(212)와 기판(214) 사이의 경계부는 평면 또는 비평면일 수 있다.
기판(214)은 일체형 기부(216)를 포함한다. 도 11 내지 도 16에서, 기부(216)는 기판(214)과의 경계부로부터 멀어지는 방향으로 방사상 내부로 테이퍼지고 일정한 반경을 갖는 만곡된 정점에서 종결되는 원뿔형 구성을 갖는다. 원뿔의 최대 높이(H1)는 약 2.3mm이다. 기부(216)는 또한 초경화 금속 탄화물을 포함한다.
도 17에서, 기부(216)는 절두 원뿔형 구성을 가지며, 기판(214)과의 경계부로부터 멀어지는 방향으로 방사상 내부로 테이퍼지고, 평면 단부면과 인접한다.
양 실시예에서, 충격 팁(202)의 원위 단부(206)는 초경질 비트(208)의 기부(216)를 수용하도록 대응하여 성형된다. 충격 팁(202)은 초경질 비트(208)를 수용하기 위한 리세스(218)를 포함한다. 초경질 비트(208)의 체적의 50%보다 상당히 작은 체적이 충격 팁(202)에 수용된다. 리세스(218)의 구성은 실시예에 따라 역전된(절두된) 원뿔이다.
이러한 정합 배치의 목적은 초경질 비트(208)와 몸체부(210) 사이의 경납땜 결합부의 길이를 개선하며, 이로 인해 충격 팁(202)의 전단강도를 전체적으로 개선하는 것이다. 0.1mm의 매우 작은 간극(G4)이 리세스(218)의 저부에 제공되어 경납땜 재료를 허용한다. 도 16에 도시된 원뿔의 각도(α)는 전형적으로 약 120도이다. 원뿔의(즉, 기부에서의) 최대 내부 직경(
Figure pct00008
R)은 약 9.4mm이다. 원뿔의 최대 높이(H2)는 약 2.4mm이다.
충격 팁(202)의 아치형 측벽(201)은 리세스(18)의 주연 에지, 즉 지름(
Figure pct00009
R)의 측정 위치에서 종결되는 원위 단부(206)에서 모따기된다. 측벽(201)의 모따기 부분(203)은 약 1.3mm의 깊이(H2)를 갖는다.
픽 공구(200)의 추가적인 실시예에서, 충격 팁(202)과 초경질 비트(208) 사이의 경계부는 평면이고, 일반적인 원뿔형이 아니다. 대응하는 충격 팁(202a)이 도 18에 도시되어 있다. 충격 팁(202)의 원위 단부(206)는 편평한 원형 단부면(220)을 갖는다. 충격 팁(202)의 모든 다른 구성은 전술된 바와 동일하게 유지된다.
개선된 용접 강도를 제공하는 2개의 환형 경계부 표면들(110, 112)과 지지체(106)의 개선된 보호를 제공하는 보호용 스커트부(132)를 함께 조합함으로써 사용시 대단히 우수한 픽 공구(100) 성능을 초래한다. 특히, 충격 공구(100)의 (시간, 절삭 또는 평삭된 미터, 작업 횟수 등의 면에서 측정될 수 있는) 유효 작동 수명이 연장된다. 중심 돌출부(114)와 리세스(134) 배치도 포함될 때 이 우수한 성능은 탄화물 재료의 재분배와 약간의 추가 비용으로 얻어질 수 있다.
본원에서 사용된 특정 개념 및 용어가 간략히 설명될 것이다.
본원에서 사용될 때, 픽 공구는, 비제한적인 예로서 바위, 석탄, 칼리 또는 다른 지질학적 재료, 또는 콘크리트, 또는 아스팔트를 포함하거나 이들로 구성된 물체, 예를 들어 지질학적 형성물(geological formation), 바위, 포장도로, 건축 구조물, 또는 다른 물체의 기계화된 분해(또는 파괴)를 위한 것이다. 본원에서 사용될 때, 물체를 분해 또는 파괴하는 것은 물체로부터 재료의 단편을 파편화, 절단, 파쇄, 평면화 또는 제거하는 것을 포함할 수도 있다. 픽 공구가 분해될 물체에 대해 픽을 구동하는 구동 장치에 결합될 수 있고, 픽 공구 내에 포함되는 타격 팁이 물체를 타격하도록 구동된다. 일부 예에서, 구동 장치는 복수의 픽 공구가 결합되는, 회전 가능한 드럼을 포함할 수 있다. 일부의 픽 공구가 채굴 작업에서 또는 지각 시추용으로 사용될 수 있다; 예를 들어, 픽 공구가 석탄 또는 칼리를 채굴하는 데 또는 오일 및 가스 추출 작업에서 지각 시추에 사용될 수 있다. 일부 픽은 도로 표면, 예를 들어 아스팔트 또는 콘크리트를 포함하는 도로 표면을 파쇄하기 위해 사용될 수 있다.
합성 및 천연 다이아몬드, 다결정성 다이아몬드(PCD) 재료, 입방정 질화붕소(cBN) 및 다결정성 cBN(PCBN) 재료는 초경질 재료의 예이다. 본원에서 사용될 때, PCBN 재료는 금속 및/또는 세라믹 재료를 포함하는 또는 이들로 필수적으로 구성되는 매트릭스 내에 분산되는 입방정 질화붕소(cBN)의 입자를 포함한다. 본원에서 사용될 때, 다결정성 다이아몬드(PCD) 재료는 복수의 다이아몬드 입자 집합체를 포함하고, 이들 입자의 상당한 부분이 서로와 직접적으로 상호 결합되고, 다이아몬드의 함량은 PCD 재료의 최소 약 80체적%이다. 다이아몬드 입자들 사이의 간극이 합성 다이아몬드를 위한 촉매 재료를 포함할 수 있는 충전재 재료로 적어도 부분적으로 충전될 수 있거나, 이들 간극이 실질적으로 비어 있을 수 있다. 본원에서 사용될 때, 합성 다이아몬드용 촉매 재료는 합성 또는 천연 다이아몬드가 열역학적으로 안정한 온도 및 압력에서 합성 다이아몬드 입자의 성장, 및/또는 합성 또는 천연 다이아몬드 입자의 직접적인 내부 성장(direct inter-growth)을 촉진할 수 있다. 다이아몬드용 촉매 재료의 예는 Fe, Ni, Co, 및 Mn과, 이들을 포함하는 특정 합금이 있다. 초경질 재료의 다른 예는 탄화규소(SiC)와 같은 세라믹 재료 또는 Co-결합 WC 재료와 같은 초경합금 재료를 포함하는 매트릭스에 의해 함께 보유되는 다이아몬드 또는 cBN 입자를 포함하는 특정 복합재 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 SiC-결합 다이아몬드 재료가 (SiC 이외의 형태로 소량의 Si를 함유할 수 있는) SiC 매트릭스 내에 분산되는 최소 약 30체적% 다이아몬드 입자를 포함할 수 있다.
본원에서 사용될 때, 소결된 다결정성 초경질 재료는 다결정성 재료가 소결에 의해 형성되는 공정과 동일한 공정에서 기판에 결합될 때에 '소결 결합'된다. PCD 또는 PCBN과 같은 다결정성 초경질 재료는 각각 다이아몬드 또는 cBN 입자를 포함하는 원료를 최소 약 2GPa, 최소 약 4GPa 또는 최소 약 5.5GPa의 초고압 및 최소 약 1,000℃, 또는 최소 약 1,200℃의 고온에서 소결시킴으로써 형성될 수 있다. 비초경질 상 또는 재료를 또한 포함할 수 있는 원료가 기판의 표면과 접촉되어 소결될 수 있고, 그에 의해 소결된 다결정성 재료가 소결 공정 중에 기판에 소결 결합된다. 소결 공정은 초경질 입자의 전구체 집합체 내에서 복수의 초경질 입자 사이에 침투하는, 기판으로부터의 용융 접합 재료(molten cementing material)를 포함할 수 있다. 기판으로부터의 재료를 결합 또는 접합하는 것은 소결된 초경질 체적부 내에서 명확할 수 있고, 및/또는 기판으로부터의 재료를 포함하는 상 또는 화합물이 결합 경계에 인접한 초경질 체적부 내에 존재할 수 있고, 및/또는 초경질 체적부로부터의 재료를 포함하는 상 또는 화합물이 결합 경계에 인접한 기판의 체적 내에 존재할 수 있다. 예를 들어, 기판은 코발트 접합 텅스텐 탄화물을 포함할 수 있고, 텅스텐(W) 및/또는 코발트(Co)를 포함하는 상 또는 화합물이 초경질 체적부 내에 존재할 수 있으며; 및/또는 초경질 재료가 다이아몬드를 포함할 수 있고, 고탄소(C) 함량을 나타내는 상 또는 화합물이 기판 내에 존재할 수 있으며; 및/또는 초경질 재료가 cBN을 포함할 수 있고, 붕소(B) 및/또는 질소(N)를 포함하는 상 또는 화합물이 기판 내에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 기판으로부터 초경질 체적부 내로의 Co(소위 '플룸(plumes)')의 침입부가 결합 경계부에 존재할 수 있다.

Claims (20)

  1. 중심축, 충격 팁 및 지지체를 포함하는 픽 공구이며, 충격 팁의 근위 단부가 비평면 제1 경계부에서 지지체에 결합되고, 비평면 제1 경계부는 동축을 갖는 2개의 환형 경계부 표면을 포함하고, 외부 경계부 표면의 폭은 내부 경계부 표면의 폭과 같거나 작고, 충격 팁은 그 원위 단부에서 초경질 비트를 포함하는, 픽 공구.
  2. 제1항에 있어서, 충격 팁은 몸체부를 포함하고, 초경질 비트는 제2 경계부에서 몸체부에 결합되는, 픽 공구.
  3. 제2항에 있어서, 제2 경계부는 평면인, 픽 공구.
  4. 제2항에 있어서, 제2 경계부는 원뿔형 또는 절두 원뿔형인, 픽 공구.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 초경질 비트는 합성 또는 천연 다이아몬드 입자 또는 cBN 입자를 포함하는, 픽 공구.
  6. 제5항에 있어서, 초경질 비트는 다결정성 다이아몬드(PCD) 재료 또는 다결정성 cBN(PCBN) 재료를 포함하는, 픽 공구.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 동축을 갖는 2개의 환형 경계부 표면들은 중심축에 수직으로, 방사상으로 외향 연장되는, 픽 공구.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 경계부 표면들은 축 방향으로 이격되어 동심이 아닌, 픽 공구.
  9. 제8항에 있어서, 외부 환형 경계부 표면은 내부 환형 경계부 표면보다 충격 팁에 더 근접하게 축 방향으로 위치되는 픽 공구.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 지지체는 중심 돌출부를 포함하고, 충격 팁은 중심 돌출부를 수용하기 위해 대응하여 성형된 중심 리세스를 포함하는, 픽 공구.
  11. 제10항에 있어서, 중심 돌출부가 노치에 의해 언더컷 가공되는, 픽 공구.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 중심 돌출부는 원통형 몸체부를 포함하는, 픽 공구.
  13. 제10항, 제11항, 또는 제12항에 있어서, 지지체는 중심 돌출부를 둘러싸고 중심 돌출부로부터 연장되는 제1 환형 결합 표면을 포함하고, 제1 환형 결합 표면은 방사상 외부의 제2 환형 결합 표면에 연결되고, 충격 팁은 중심 리세스를 둘러싸고 중심 리세스로부터 연장되는 제3 환형 결합 표면을 포함하고, 충격 팁은 제3 환형 결합 표면에 연결된 방사상 외부의 제4 환형 결합 표면을 추가로 포함하고, 충격 팁의 제3 환형 결합 표면과 지지체의 제1 환형 결합 표면은 서로 대면하고, 충격 팁의 제4 환형 결합 표면과 지지체의 제2 환형 결합 표면은 서로 대면하는, 픽 공구.
  14. 제13항에 있어서, 지지체의 제1 환형 결합 표면이 견부에서 지지체의 제2 환형 결합 표면에 연결되고, 견부는 중심축과 각도를 이루고 배치되는, 픽 공구.
  15. 제14항에 있어서, 상기 각도는 10도 내지 30도이고, 바람직하게는 약 20도인, 픽 공구.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 충격 팁과 지지체가 견부로부터 측정했을 때 최소 0.2mm의 간극에 의해 분리되는, 픽 공구.
  17. 제2항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 충격 팁은 몸체부에 인접하는 보호 스커트부를 포함하는, 픽 공구.
  18. 제17항에 있어서, 스커트부는 25mm 내지 40mm의 지름을 가지는, 픽 공구.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 충격 팁은 딤플들을 포함하는, 픽 공구.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 픽 공구는 도로 파쇄 공구인, 픽 공구.
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