WO2016064083A1 - 천공용 드릴 비트 및 그 제조 방법 - Google Patents

천공용 드릴 비트 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2016064083A1
WO2016064083A1 PCT/KR2015/009086 KR2015009086W WO2016064083A1 WO 2016064083 A1 WO2016064083 A1 WO 2016064083A1 KR 2015009086 W KR2015009086 W KR 2015009086W WO 2016064083 A1 WO2016064083 A1 WO 2016064083A1
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drilling
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김기호
윤준용
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이화다이아몬드공업 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a drill bit for drilling and a method of manufacturing the same, and more particularly, after the infiltration process is completed, after the rapid heating by the high frequency induction heating method selectively only to the body portion of the shank, rapid cooling by forced cooling method
  • the present invention relates to a drill bit for drilling and a method of manufacturing the same, which can selectively improve the strength of the shank body portion.
  • drill bits are used to drill rocks directly and collect rock core samples (rocks).
  • the matrix is designed according to the characteristics of the rock to be drilled.
  • the matrix of the drill bit is a portion that is in contact with the rock directly to the perforated diamond abrasive is contained therein.
  • the drill bit is manufactured in a molded body in which metal powders such as tungsten (W), molybdenum (Mo), and cobalt (Co) and diamond are mixed with copper (Cu), tin (Sn), nickel (Ni), and manganese (A matrix portion is produced by a so-called 'infiltration process' in which a single metal or alloy metal binder such as Mn) is heated above the melting point, and the metal binder is filled inside the molded body by capillary force.
  • the matrix part is connected to the shank by a backing part which serves to fix the shank, and is integrally manufactured by a single infiltration process to complete the drill bit.
  • the drill bit fabrication is maintained at a temperature of about 1,000 ° C.
  • the shank inevitably experiences high temperature for the fabrication of the core bit. Inevitably, this acts as a factor that reduces the hardness of the shank.
  • the shank As such, it is the role of the shank to firmly support the matrix in the drill bit used to drill various types of rock, and therefore the shank must not wear out until the matrix is completely consumed. However, in actual work sites, the shank wears out rapidly and the diamond tips are not consumed. In severe cases, the shank and matrix may be separated and dropped during drilling, leaving the drill hole in place. Cause.
  • the object of the present invention is to selectively heat the high frequency induction heating method to the body portion of the shank, and then rapidly cool by the forced cooling method to selectively increase the strength of the shank body portion.
  • the present invention provides a drill bit for drilling and a method of manufacturing the same.
  • Drill bit for drilling is a drill bit comprising a shank and a diamond tip coupled to the top of the shank, the shank is connected to the lower end of the diamond tip
  • a body portion having a thickness and a screw coupling portion integrally connected to a lower end of the body portion and having a second thickness thinner than the first thickness, wherein the hardness of the surface of the shank's body portion is greater than that of the screw coupling surface of the shank. It has a high value compared to the hardness, the body portion of the shank is characterized in that the hardness up to 2mm from the surface has a 300Hv or more.
  • Drill bit for drilling according to the present invention and a method for manufacturing the same after the infiltration process, using a high frequency induction heating method, and the rapid heating and cooling only the body portion of the shank at the same time the coolant in the diamond tip connected to the body portion of the shank By continuously spraying, it can improve the strength of the shank's body and prevent the heat effect on the diamond tip. It is suitable for mining tools such as reaming shells, casing shoes and casing bits. .
  • the drill bit for drilling produced by the method according to the present invention has a structure in which the body portion of the shank comprises at least one of bainite and martensite in which the microstructure up to 2 mm from the surface is a quench heat treatment structure, Since the tissue has a tissue containing at least one of ferrite and pearlite, which are microstructures in a non-heated state, the hardness of the shank's body surface has a higher value than the hardness of the shank's threaded joint surface, The body portion has a hardness of up to 2 mm from the surface of 300 Hv or more.
  • the drill bit for drilling according to the present invention has a hardness of 300 Hv or more from the surface of the shank body to 2 mm from the surface of the shank even when the surface of the shank is worn in the drilling of the rock in a harsh environment. Since the replacement cycle can be increased, the lifespan can be increased.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a drill bit for drilling according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a process flowchart showing a method for manufacturing a drill bit for drilling according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing a high frequency induction heating and cooling combined unit.
  • FIG. 7 is a graph showing the hardness measurement results according to the distance from the surface for Example 1.
  • FIG. 8 is a photograph showing the final microstructure of the body portion of the drill bit according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a drill bit for drilling according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG.
  • a drill bit 100 for drilling includes a shank 120 and a diamond tip 140 coupled to an upper end of the shank 120.
  • the material of the shank 120 is mainly a steel sheet, more specifically, carbon steel, alloy steel, etc. are used, the strength of the steel sheet is affected by the component, but in the case of a steel sheet having a carbon content of about 0.1% by weight or more After maintaining at high temperature, the strength is greatly influenced by the rate of cooling to room temperature.
  • the shank 120 is in weight percent, C: 0.10 to 0.70%, Si: 0.5% or less, Mn: 0.1 to 2.0%,, S: 0.02% or less, P: 0.03% or less, Mo: 0.05 to 0.50 %, Cr: 0.1% to 0.5%, B: 0.001% to 0.010%, and steel sheets composed of the remaining iron (Fe) and other unavoidable impurities may be used, but are not limited thereto, and various steel species may be applied.
  • Drill bit 100 for drilling the conventional matrix and the shank 120 is integrally produced after the infiltration process at a high temperature, and undergoes a cooling process, wherein the cooling is by the cooling (furnace cooling) or air cooling (air cooling) Proceed.
  • the cooling is performed by furnace cooling at a rate of 1 ° C./sec or less, or air cooling at a rate of 5 ° C./sec or less.
  • the strength of the steel sheet is reduced after the infiltration process. This is a common phenomenon in all alloy steels.
  • Drill bit 100 for drilling in accordance with the present invention is to drill a few hundred meters or more, and therefore it is very important to ensure the wear resistance of the shank 120, because it is used to be mounted on a high horsepower equipment, but integrally in the product characteristics In this case, the shank 120 will experience a high temperature and then due to the slow cooling rate will not be able to avoid a decrease in hardness.
  • the body portion 122 of the shank 120 is subjected to rapid high-frequency heat treatment after only the shank 120, in particular, the body portion 122 of the shank 120 after the infiltration process. It is possible to selectively improve the strength of.
  • the rapid cooling it is described that the rapid cooling, but this is illustrative and may be applied to laser heat treatment instead of high frequency heat treatment.
  • the heat treatment may be locally performed while rotating the shank 120 using a YAG laser, a CO 2 laser, or the like.
  • the surface hardness can be increased only within about 1 mm from the surface of the body portion 122 of the shank 120, it is more preferable to use high frequency heat treatment rather than laser heat treatment.
  • the shank 120 is connected to the lower end of the diamond tip 140 and has a body thickness 122 having a first thickness, and a second thickness integrally connected to the lower end of the body portion 122 and thinner than the first thickness. Having a screw engaging portion 124.
  • the hardness of the surface of the body portion 122 of the shank 120 is a screw of the shank 120. Compared to the hardness of the surface of the coupling portion 124 has a high value.
  • the body portion 122 of the shank 120 has a hardness of up to 2 mm from the surface of 300 Hv or more. More preferably, the body portion 122 of the shank 120 has a hardness of 300 to 700 Hv from the surface to 4 mm.
  • the body portion 122 of the shank 120, the microstructure up to 2mm from the surface has a quench heat treatment structure, the microstructure at the center of the thickness of the tissue containing at least one of ferrite and pearlite which is a microstructure of the non-heat treatment state
  • the body portion 122 of the shank 120 has a structure containing at least one of bainite and martensite, in which the microstructure up to 2 mm from the surface is a quench heat treatment tissue, wherein the quench heat treatment tissue has a cross-sectional area ratio. 50% or more.
  • the screw coupling portion 124 of the shank 120 has a structure in which the microstructure of the surface and the center of thickness includes at least one of ferrite and pearlite, which are microstructures in a non-heat treatment state.
  • the shank 120 has a hollow cylindrical structure, the thread 125 is provided inside the screw coupling portion 124, a plurality of cylindrical pipes (not shown) and screw coupling method for drilling a few hundred meters or more Used in combination.
  • the drill bit for drilling according to the embodiment of the present invention described above has a structure in which the body portion of the shank comprises at least one of bainite and martensite, in which the microstructure up to 2 mm from the surface is a quench heat treatment structure, and the microstructure of the thickness center.
  • the hardness of the shank's body surface not only has a higher value than the hardness of the shank's screw joint surface, but also the shank's body from the surface.
  • the hardness up to 2 mm has 300 Hv or more.
  • the drill bit for drilling according to an embodiment of the present invention has a hardness of 300 Hv or more from the surface of the shank body to 2mm from the surface of the shank body even if the surface of the shank body wears during the drilling of the rock in a harsh environment. Since the replacement cycle due to wear can be increased, the service life can be increased.
  • Figure 3 is a process flow chart showing a drill bit manufacturing method for drilling according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a perspective view showing a high frequency induction heating and cooling composite unit, will be described in connection with FIG.
  • the drill bit manufacturing method for drilling according to an embodiment of the present invention is a diamond tip bonding step (S110), shank surface rapid heating step (S120) and shank surface quenching step ( S130).
  • the shank 120 and the diamond tip 140 are integrally coupled to each other.
  • Joining the diamond tip to the shank (S110) is a step of inserting the shank 120 into a matrix (not shown) having a diamond molded body, and a backing portion connected to the diamond molded body, and the diamond molded body is infiltrated at 850-1300 ° C. Coupling the diamond tip 140 to the top of the 120, cooling the shank 120 to which the diamond tip 140 is coupled with furnace cooling, and subdividing the cooled shank 120 into a lathe process Can be.
  • a diamond molded body in which metal powders such as tungsten (W), molybdenum (Mo), and cobalt (Co) and diamond were mixed in a carbon mold and copper (Cu), tin (Sn),
  • a diamond tip on the top of the shank 120 is heated by heating a metal binder in a single metal or alloy state such as nickel (Ni) or manganese (Mn) to a melting point or more, so that the metal binder is filled inside the diamond molded body by capillary force. 140 will be combined.
  • the material of the shank 120 is mainly used as a steel sheet, more specifically carbon steel, alloy steel, etc., the strength of the steel sheet is affected by the component, but the steel sheet having a carbon content of about 0.1% by weight or more In the case of strength is strongly influenced by the rate of cooling to room temperature after maintaining at high temperature.
  • the shank 120 is in weight percent, C: 0.10 to 0.70%, Si: 0.5% or less, Mn: 0.1 to 2.0%,, S: 0.02% or less, P: 0.03% or less, Mo: 0.05 to 0.50 %, Cr: 0.1% to 0.5%, B: 0.001% to 0.010%, and steel sheets composed of the remaining iron (Fe) and other unavoidable impurities may be used, but are not limited thereto, and various steel materials may be applied.
  • Drill bit 100 for drilling the conventional matrix and the shank 120 is integrally produced after the infiltration process at a high temperature, and undergoes a cooling process, wherein the cooling is by the cooling (furnace cooling) or air cooling (air cooling) Proceed.
  • the cooling is performed by furnace cooling at a rate of 1 ° C./sec or less, or air cooling at a rate of 5 ° C./sec or less.
  • the strength of the steel sheet is reduced after the infiltration process. This is a common phenomenon in all alloy steels.
  • Drill bit 100 for drilling in accordance with the present invention is to drill a few hundred meters or more, and therefore it is very important to ensure the wear resistance of the shank 120, because it is used to be mounted on a high horsepower equipment, but integrally in the product characteristics In this case, the shank 120 will experience a high temperature and then due to the slow cooling rate will not be able to avoid a decrease in hardness.
  • the body portion 122 of the shank 120 can be improved by selectively performing high frequency heat treatment only on the body portion 122 of the shank 120 and then rapidly cooling. It has been proposed a method, a detailed description thereof will be described later.
  • the shank surface rapid heating step (S120) while rotating the shank 120 and the diamond tip 140, the surface of the body portion 122 of the shank 120 is rapidly heated to Ac 3 points to Ac 3 points + 200 ° C. by high frequency induction heating.
  • a cooling medium is sprayed on the surface of the diamond tip 140.
  • the cooling medium may be a cooling water, a fluid, a liquefied gas, etc., by spraying the cooling medium directly to the surface of the diamond tip 140, or by the cooling medium circulating the cooling medium supply line 220 Indirectly, the surface of the diamond tip 140 may be cooled.
  • the induction coil 210 is coiled to surround the outer circumferential surface of the shank 120, and is mounted on the lower side spaced apart from the induction coil 210, so as to surround the shank 120 and the diamond tip 140
  • the high frequency induction heating and cooling complex unit 200 having the cooling medium supply line 220 coiled to circulate the cooling medium therein may simultaneously perform high frequency induction heating and cooling.
  • the high frequency induction heating and cooling complex unit 200 is a high frequency control unit 2300 for controlling a high frequency signal applied to the induction coil 210 and for controlling the supply of the cooling medium flowing into the cooling medium supply line 220
  • the cooling medium supply control unit 240 may further include.
  • the high frequency induction heating and cooling composite unit 200 is mounted on the lower side of the shank 120 and the diamond tip 140 to control the lifting motion of the shank 120 and the diamond tip 140. It may further include a lifting unit (not shown). By this lifting unit, it is possible to selectively control the heat treatment position of the shank 120.
  • the Ac3 point at the high frequency induction heating temperature may be 740 ⁇ 880 °C. If the high frequency induction heating temperature is less than Ac3 point, it may be difficult to secure the target strength. On the contrary, when the high frequency induction heating temperature exceeds the Ac3 point + 200 °C may act as a factor to lower the internal toughness may cause a problem that causes failure after bonding with other components.
  • heat may be conducted to the diamond tip 140 to be affected by heat, which eventually affects the performance of the drill bit 100. It may act as a degrading factor, in order to prevent this, it is appropriate to continuously spray the cooling medium on the surface of the diamond tip 140 so as not to affect the heat.
  • the high frequency induction heating may be selectively performed only a portion of the body portion 122 of the shank 120 connected to the diamond tip 140.
  • the high frequency induction heating is performed from the upper portion of the body portion 122 of the shank 120 to the lower portion of the body portion 122 of the shank 120, which is connected to the lower portion of the body portion 122 of the shank 120.
  • the screw coupling portion 124 may not be heat treatment.
  • the shank 120 may be strengthened from immediately below the diamond tip 140 to just before the screw coupling part 124, where the reinforced shank 120 is in a state in which it is impossible to perform lathe machining or the like. Since high strength is exhibited, it is preferable to perform processing in the shape of the final product before performing high frequency induction heating.
  • the shank 120 and the diamond tip 140 is rotated at a speed of 10 ⁇ 200rpm It is preferable.
  • the surface of the body portion 122 of the heated shank 120 is quenched by forcibly cooling at a rate of 20 ° C./sec or more, more preferably 50 to 200 ° C./sec.
  • the quenching is preferably controlled so that the forced cooling is selectively performed only on the portion 122 of the body portion 122 of the shank 120 to which the rapid heating is selectively performed.
  • Such forced cooling may be any one method selected from water cooling, oil cooling, gas cooling, and the like, and any other method may be used as long as the cooling rate is 20 ° C./sec or more.
  • Drill bits for drilling produced by the above process is a high-frequency induction heating method after the infiltration process, and selectively heats and cools only the body part of the shank at the same time the diamond tip portion connected to the shank By continuously spraying the coolant, it is possible to improve the strength of the shank's body part and to prevent the heat effect on the diamond tip part, and to apply it to mining tools such as reaming shells, casing shoes and casing bits. Suitable for
  • the diamond shaped body was infiltrated at 1100 ° C. to bond the diamond tip to the top of the shank.
  • the shank combined with the diamond tip was cooled by furnace cooling at a rate of 0.5 ° C./sec, and the shank was then lathed.
  • the drill bit was prepared by quenching the surface of the body portion of the shank heated to 880 ° C. at a rate of 100 ° C./sec.
  • the diamond shaped body was infiltrated at 1100 ° C. to bond the diamond tip to the top of the shank.
  • the shank was subjected to lathe processing to prepare a drill bit.
  • a drill bit was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that alloy steel was used as the shank material.
  • Figure 6 is a graph showing the hardness measurement results for Comparative Examples 1 and 2 and Example 1.
  • Comparative Examples 1 and 2 had only 167 Hv and 200 Hv after infiltration, but in the case of the specimen according to Example 1, only the shank portion was selectively heated by high frequency induction heating, It can be confirmed that the hardness was greatly improved to 448 Hv by performing quenching by the forced cooling method.
  • FIG. 7 is a graph showing the hardness measurement results according to the distance from the surface for Example 1.
  • FIG 8 is a photograph showing the final microstructure of the body portion of the drill bit according to Example 1
  • Figure 9 is a photograph showing the final microstructure of the body portion of the drill bit according to Comparative Example 1.
  • the final microstructure has a martensite structure which is a quench heat treatment structure.
  • shank body portion 124 shank screw coupling
  • cooling water supply line 230 high frequency control unit

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Abstract

용침 공정이 완료된 이후, 샹크의 몸체부만을 선택적으로 고주파 유도가열 방식으로 급속가열을 실시한 후, 강제 냉각 방식으로 급속 냉각을 실시하여 샹크의 몸체부의 강도를 선택적으로 향상시킬 수 있는 천공용 드릴 비트 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.

Description

천공용 드릴 비트 및 그 제조 방법
본 발명은 천공용 드릴 비트 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용침 공정이 완료된 이후, 샹크의 몸체부에 대해서만 선택적으로 고주파 유도가열 방식으로 급속가열을 실시한 후, 강제 냉각 방식으로 급속 냉각을 실시하여 샹크의 몸체부 강도를 선택적으로 향상시킬 수 있는 천공용 드릴 비트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
광물자원의 분포 및 매장량 평가를 위해 직접 암반을 천공, 암반 코어샘플 (암추)을 채취하는 드릴 비트는 천공하려는 암반의 특성에 따라 매트릭스를 적절하게 설계하여 사용하고 있다. 이때, 드릴 비트의 매트릭스는 직접 암반에 접촉하여 천공하는 부분으로 내부에 다이아몬드 연마재가 포함되어 있다.
일반적으로, 드릴 비트의 제조는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co) 등의 금속분말과 다이아몬드를 혼합시킨 성형체에 구리(Cu), 주석(Sn), 니켈(Ni), 망간(Mn) 등의 단일 금속 또는 합금상태의 금속바인더를 융점 이상으로 가열시켜, 모세관력에 의해 금속바인더가 성형체의 내부에 채워지는 일명 '용침 공정'에 의해 매트릭스 부분이 제작된다. 이 매트릭스 부분은 샹크(steel body)를 고정하는 역할을 하는 백킹부에 의해 샹크와 연결되며, 1회의 용침 공정에 의해 일체형으로 제작되어 드릴 비트가 완성된다. 일반적으로, 드릴 비트 제작은 성형 상태의 매트릭스와 백킹부 상단에 샹크가 삽입된 상태에서 금속바인더의 융점인 대략 1,000℃ 이상의 온도로 유지되기 때문에, 코어 비트의 제작을 위해서 샹크는 부득이하게 고온을 경험할 수 밖에 없으며, 이 경우 샹크의 경도가 저하되는 요인으로 작용한다.
이와 같이, 다양한 종류의 암반을 천공하는 용도로 사용되는 드릴 비트에서 매트릭스를 견고하게 지지해야 하는 것이 샹크의 역할이며, 따라서 매트릭스가 완전히 소모될 때까지 샹크는 마모가 되지 말아야 한다. 그러나, 실제 작업현장에서는 샹크가 급격하게 마모되어 다이아몬드 팁을 다 소모하지 못하는 경우도 있고, 심한 경우에는 천공 도중 샹크와 매트릭스가 분리, 탈락되어 천공 홀 속에 남아있는 경우도 있어 드릴링 작업에 막대한 지장을 초래한다.
이러한 샹크의 마모를 억제하기 위해, 샹크 표면에 강도가 높은 입자를 띠 형태로 부착시켜 샹크 마모 정도를 개선할 수 있으나, 그 정도는 크지 않다. 또한, 샹크의 소재로 고강도의 합금강을 사용하여 마모 정도를 완화시킬 수는 있으나, 강종 변경에 의한 강도개선 폭은 한계가 있어 궁극적으로 이러한 문제를 해결하기에는 곤란한 실정이다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0022287호(2014.02.24. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 코어드릴용 코어비트가 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 용침 공정이 완료된 이후, 샹크의 몸체부에 대해서 선택적으로 고주파 유도가열 방식으로 급속가열을 실시한 후, 강제 냉각 방식으로 급속 냉각을 실시하여 샹크의 몸체부 강도를 선택적으로 향상시킬 수 있는 천공용 드릴 비트 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 천공용 드릴 비트는 샹크 및 상기 샹크의 상단에 결합되는 다이아몬드 팁을 포함하는 천공용 드릴 비트로서, 상기 샹크는 상기 다이아몬드 팁의 하단에 연결되며 제1 두께를 갖는 몸체부와, 상기 몸체부의 하단에 일체로 연결되며 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 갖는 나사 결합부를 가지며, 상기 샹크의 몸체부 표면의 경도가 상기 샹크의 나사 결합부 표면의 경도에 비하여 높은 값을 갖되, 상기 샹크의 몸체부는 표면으로부터 2mm까지의 경도가 300Hv 이상을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 천공용 드릴 비트 제조 방법은 (a) 샹크와 다이아몬드 팁을 일체로 결합하는 단계; (b) 상기 샹크의 몸체부 표면을 고주파 유도가열로 Ac3점 ~ Ac3점 + 200℃까지 급속 가열한 직후, 상기 다이아몬드 팁의 표면에는 냉각매체를 분사하는 단계; 및 (c) 상기 가열된 샹크의 몸체부 표면을 20℃/sec 이상의 속도로 강제 냉각하여 급냉시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 천공용 드릴 비트 및 그 제조 방법은 용침 공정 후, 고주파 유도가열 방식을 이용하여 샹크의 몸체부만을 선택적으로 급속 가열 및 냉각함과 동시에 샹크의 몸체부와 연결되는 다이아몬드 팁 부분에는 냉각수를 지속적으로 분사시킴으로써, 샹크의 몸체부의 강도를 향상시키면서도 다이아몬드 팁 부분에 열 영향이 미치는 것을 미연에 방지할 수 있는바, 리밍쉘, 케이싱슈, 케이싱 비트 등의 마이닝용 공구에 적용하기에 적합하다.
따라서, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 천공용 드릴 비트는 샹크의 몸체부가 표면으로부터 2mm까지의 미세조직이 급냉 열처리 조직인 베이나이트 및 마르텐사이트 중 1종 이상을 포함하는 조직을 갖고, 두께 중심의 미세조직이 비열처리 상태의 미세조직인 페라이트 및 펄라이트 중 1종 이상을 포함하는 조직을 가짐으로써, 샹크의 몸체부 표면의 경도가 샹크의 나사 결합부 표면의 경도에 비하여 높은 값을 가질 뿐만 아니라, 샹크의 몸체부가 표면으로부터 2mm까지의 경도가 300Hv 이상을 갖는다. 이 결과, 본 발명에 따른 천공용 드릴 비트는 열악한 환경에서 암반에 대한 드릴링을 실시하는 과정에서 샹크의 몸체부 표면이 마모되더라도 샹크 몸체부의 표면으로부터 2mm까지는 300Hv 이상의 경도를 갖기 때문에 샹크의 마모에 의한 교체 주기를 증가시킬 수 있으므로 수명 증대 효과를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 천공용 드릴 비트를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 천공용 드릴 비트 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 4는 고주파 유도가열 및 냉각 복합 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 5는 비교예 1 ~ 2에 대한 경도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1에 대한 경도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 1에 대한 표면으로부터의 거리에 따른 경도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 1에 따른 드릴 비트의 몸체부의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 9는 비교예 1에 따른 드릴 비트의 몸체부의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 천공용 드릴 비트 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 천공용 드릴 비트를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 천공용 드릴 비트(100)는 샹크(120) 및 샹크(120)의 상단에 결합되는 다이아몬드 팁(140)을 포함한다.
샹크(120)의 재질로는 주로 철강 소재인 강판, 보다 구체적으로는 탄소강, 합금강 등이 사용되며, 강판의 강도는 성분에 따라 영향을 받으나, 대략 0.1 중량% 이상의 탄소 함량을 갖는 강판의 경우 고온에서 유지한 후 상온으로 냉각되는 속도에 의해 강도가 크게 좌우된다.
일 예로, 샹크(120)는 중량%로, C : 0.10 ~ 0.70%, Si : 0.5% 이하, Mn : 0.1 ~ 2.0%, , S : 0.02% 이하, P : 0.03% 이하, Mo : 0.05 ~ 0.50%, Cr : 0.1 ~ 0.5%, B : 0.001 ~ 0.010% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강판이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 강종이 적용될 수 있다.
통상의 매트릭스와 샹크(120)가 일체형으로 제작되는 천공용 드릴 비트(100)는 고온에서 용침 공정이 진행된 후, 냉각 과정을 거치게 되며, 이때 냉각은 로냉(furnace cooling) 또는 공냉(air cooling)으로 진행된다.
즉, 냉각은 1℃/sec 이하의 속도로 로냉을 실시하거나, 또는 5℃/sec 이하의 속도로 공냉을 실시하게 되는데, 이 경우 용침 공정 후에 강판의 강도를 저하시키게 되며, 이러한 현상은 탄소강이나 합금강 모두에서 공통적으로 일어나는 현상이다.
본 발명에 따른 천공용 드릴 비트(100)는 대략 수 백m 이상을 천공하게 되며, 이렇기 때문에 고마력 설비에 장착되어 사용되기 때문에 샹크(120)의 내마모성 확보는 매우 중요하나, 제품 특성상 일체형으로 제작해야 하며, 이 경우 샹크(120)는 고온을 경험하게 되고 이후 느린 냉각속도에 기인해 경도의 저하를 피할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명에서는 용침 공정 후에 샹크(120), 특히 샹크(120)의 몸체부(122)에 대해서만 선택적으로 고주파 열처리한 후, 급속 냉각을 실시하는 것에 의해 샹크(120)의 몸체부(122)의 강도를 선택적으로 향상시키게 된다. 본 발명에서는 고주파 열처리한 후, 급속 냉각을 실시하는 것으로 기재하였으나, 이는 예시적인 것으로 고주파 열처리 대신 레이저 열처리를 적용할 수도 있다. 이때, 레이저 열처리의 경우, YAG 레이저, CO2 레이저 등을 이용하여 샹크(120)를 회전시키면서 국부적으로 열처리를 진행할 수 있다. 다만, 레이저 열처리를 이용할 경우, 샹크(120)의 몸체부(122)의 표면으로부터 대략 1mm 이내에 대해서만 표면경도를 증가시킬 수 밖에 없다는 제약이 있으므로 레이저 열처리보다는 고주파 열처리를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
특히, 샹크(120)는 다이아몬드 팁(140)의 하단에 연결되며 제1 두께를 갖는 몸체부(122)와, 몸체부(122)의 하단에 일체로 연결되며 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 갖는 나사 결합부(124)를 갖는다.
이때, 본 발명에서는 샹크(120)의 몸체부(122)에 대해서만 선택적으로 고주파 열처리 후 급속 냉각을 실시하는 것에 의해, 샹크(120)의 몸체부(122) 표면의 경도가 샹크(120)의 나사 결합부(124) 표면의 경도에 비하여 높은 값을 갖는다.
특히, 샹크(120)의 몸체부(122)는 표면으로부터 2mm까지의 경도가 300Hv 이상을 갖는다. 보다 바람직하게, 샹크(120)의 몸체부(122)는 표면으로부터 4mm까지의 경도가 300 ~ 700Hv를 갖는다.
또한, 샹크(120)의 몸체부(122)는 표면으로부터 2mm까지의 미세조직이 급냉 열처리 조직을 갖고, 두께 중심의 미세조직이 비열처리 상태의 미세조직인 페라이트 및 펄라이트 중 1종 이상을 포함하는 조직을 갖는다. 보다 구체적으로, 샹크(120)의 몸체부(122)는 표면으로부터 2mm까지의 미세조직이 급냉 열처리 조직인 베이나이트 및 마르텐사이트 중 1종 이상을 포함하는 조직을 갖되, 상기 급냉 열처리 조직이 단면적율로 50% 이상을 갖는다.
그리고, 샹크(120)의 나사 결합부(124)는 표면 및 두께 중심의 미세조직이 비열처리 상태의 미세조직인 페라이트 및 펄라이트 중 1종 이상을 포함하는 조직을 갖는다.
이러한 샹크(120)는 중공형 원통 구조를 가지며, 나사 결합부(124)의 내부에는 나사산(125)이 구비되며, 수 백m 이상을 천공하기 위해 복수의 원통형 파이프(미도시)와 나사 결합 방식으로 결합되어 사용된다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 천공용 드릴 비트는 샹크의 몸체부가 표면으로부터 2mm까지의 미세조직이 급냉 열처리 조직인 베이나이트 및 마르텐사이트 중 1종 이상을 포함하는 조직을 갖고, 두께 중심의 미세조직이 비열처리 조직인 페라이트 및 펄라이트 중 1종 이상을 포함하는 조직을 가짐으로써, 샹크의 몸체부 표면의 경도가 샹크의 나사 결합부 표면의 경도에 비하여 높은 값을 가질 뿐만 아니라, 샹크의 몸체부가 표면으로부터 2mm까지의 경도가 300Hv 이상을 갖는다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 천공용 드릴 비트는 열악한 환경에서 암반에 대한 드릴링을 실시하는 과정에서 샹크의 몸체부 표면이 마모되더라도 샹크 몸체부의 표면으로부터 2mm까지는 300Hv 이상의 경도를 갖기 때문에 샹크의 마모에 의한 교체 주기를 증가시킬 수 있으므로 수명 증대 효과를 도모할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 천공용 드릴 비트 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 천공용 드릴 비트 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 4는 고주파 유도가열 및 냉각 복합 유닛을 나타낸 사시도로, 도 1과 연계하여 설명하도록 한다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 천공용 드릴 비트 제조 방법은 샹크에 다이아몬드 팁 결합 단계(S110), 샹크 표면 급속 가열 단계(S120) 및 샹크 표면 급냉 단계(S130)를 포함한다.
샹크에 다이아몬드 팁 결합
샹크에 다이아몬드 팁 결합 단계(S110)에서는 샹크(120)와 다이아몬드 팁(140)을 일체로 결합한다.
샹크에 다이아몬드 팁 결합 단계(S110)는 다이아몬드 성형체와, 다이아몬드 성형체에 연결되는 백킹부를 갖는 매트릭스(미도시)에 샹크(120)를 삽입하는 단계와, 다이아몬드 성형체를 850 ~ 1300℃에서 용침시켜 샹크(120)의 상단에 다이아몬드 팁(140)을 결합시키는 단계와, 다이아몬드 팁(140)이 결합된 샹크(120)를 로냉으로 냉각하는 단계와, 냉각된 샹크(120)를 선반가공 처리하는 단계로 세분화될 수 있다.
도면으로 상세히 나타내지는 않았지만, 용침 공정시에는 카본 몰드 내에 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co) 등의 금속분말과 다이아몬드를 혼합시킨 다이아몬드 성형체에 구리(Cu), 주석(Sn), 니켈(Ni), 망간(Mn) 등의 단일 금속 또는 합금상태의 금속바인더를 융점 이상으로 가열시켜, 모세관력에 의해 금속바인더가 다이아몬드 성형체의 내부에 채워지도록 하여 샹크(120)의 상단에 다이아몬드 팁(140)을 결합시키게 된다.
이때, 샹크(120)의 재질로는 주로 철강 소재인 강판, 보다 구체적으로는 탄소강, 합금강 등이 사용되며, 강판의 강도는 성분에 따라 영향을 받으나, 대략 0.1 중량% 이상의 탄소 함량을 갖는 강판의 경우 고온에서 유지한 후 상온으로 냉각되는 속도에 의해 강도가 크게 좌우된다.
일 예로, 샹크(120)는 중량%로, C : 0.10 ~ 0.70%, Si : 0.5% 이하, Mn : 0.1 ~ 2.0%, , S : 0.02% 이하, P : 0.03% 이하, Mo : 0.05 ~ 0.50%, Cr : 0.1 ~ 0.5%, B : 0.001 ~ 0.010% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강판이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 강 종이 적용될 수 있다.
통상의 매트릭스와 샹크(120)가 일체형으로 제작되는 천공용 드릴 비트(100)는 고온에서 용침 공정이 진행된 후, 냉각 과정을 거치게 되며, 이때 냉각은 로냉(furnace cooling) 또는 공냉(air cooling)으로 진행된다.
즉, 냉각은 1℃/sec 이하의 속도로 로냉을 실시하거나, 또는 5℃/sec 이하의 속도로 공냉을 실시하게 되는데, 이 경우 용침 공정 후에 강판의 강도를 저하시키게 되며, 이러한 현상은 탄소강이나 합금강 모두에서 공통적으로 일어나는 현상이다.
본 발명에 따른 천공용 드릴 비트(100)는 대략 수 백m 이상을 천공하게 되며, 이렇기 때문에 고마력 설비에 장착되어 사용되기 때문에 샹크(120)의 내마모성 확보는 매우 중요하나, 제품 특성상 일체형으로 제작해야 하며, 이 경우 샹크(120)는 고온을 경험하게 되고 이후 느린 냉각속도에 기인해 경도의 저하를 피할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명에서는 용침 공정 후에 샹크(120)의 몸체부(122)에 대해서만 선택적으로 고주파 열처리한 후, 급속 냉각을 실시하는 것에 의해 샹크(120)의 몸체부(122)의 강도를 향상시킬 수 있는 방법을 제안하게 되었으며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
샹크 표면 급속 가열
샹크 표면 급속 가열 단계(S120)에서는 샹크(120) 및 다이아몬드 팁(140)을 회전시키면서, 샹크(120)의 몸체부(122) 표면을 고주파 유도가열로 Ac3점 ~ Ac3점 + 200℃까지 급속 가열한 직후, 다이아몬드 팁(140)의 표면에는 냉각매체를 분사한다. 이때, 냉각매체로는 냉각수, 유체, 액화 기체 등이 이용될 수 있으며, 다이아몬드 팁(140)의 표면에 직접적으로 냉각매체를 분사하거나, 또는 냉각매체 공급 라인(220)을 순환하는 냉각매체에 의해 간접적으로 다이아몬드 팁(140)의 표면을 냉각시킬 수 있다.
특히, 본 발명에서는 샹크(120)의 외주면을 감싸도록 코일링되는 유도 코일(210)과, 유도 코일(210)과 이격된 하측에 장착되며, 샹크(120) 및 다이아몬드 팁(140)을 감싸도록 코일링되어 내부로 냉각매체가 순환하는 냉각매체 공급 라인(220)을 갖는 고주파 유도가열 및 냉각 복합 유닛(200)을 이용하여 고주파 유도가열과 냉각을 동시에 실시하게 된다.
이러한 고주파 유도가열 및 냉각 복합 유닛(200)은 유도 코일(210)로 인가되는 고주파 신호를 제어하는 고주파 제어부(2300)와, 냉각매체 공급 라인(220)으로 유입되는 냉각매체의 공급을 제어하기 위한 냉각매체 공급 제어부(240)를 더 포함할 수 있다.
또한, 도면으로 도시하지는 않았지만, 고주파 유도가열 및 냉각 복합 유닛(200)은 샹크(120) 및 다이아몬드 팁(140)의 하측에 장착되어 샹크(120) 및 다이아몬드 팁(140)의 승강 운동을 제어하기 위한 승강 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이러한 승강 유닛에 의해, 샹크(120)의 열처리 위치를 선택적으로 제어할 수 있게 된다.
이때, 고주파 유도가열 온도에서 Ac3점은 740 ~ 880℃일 수 있다. 고주파 유도가열 온도가 Ac3점 미만일 경우에는 목표로 하는 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 고주파 유도가열 온도가 Ac3점 + 200℃를 초과할 경우에는 내부 인성을 저하시키는 요인으로 작용하여 다른 부품과의 결합 후 파손 불량을 야기하는 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 천공용 드릴 비트(100)의 경우 다이아몬드 팁(140)의 하단에 연결되어 있는 샹크(120)의 몸체부(122) 부분이 가장 마모가 많이 진행되기 때문에, 이 부분을 적절하게 강화하는 것이 가장 중요하다.
다만, 샹크(120)의 몸체부(122) 부분을 선택적으로 고주파 유도가열을 실시하더라도 다이아몬드 팁(140) 부분에 열이 전도되어 열 영향을 받을 수 있으며, 이는 결국 드릴 비트(100)의 성능을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있는바, 이를 방지하기 위해 다이아몬드 팁(140)의 표면에는 냉각매체를 지속적으로 분사하여 열 영향이 미치지 않도록 하는 것이 적절하다.
이때, 고주파 유도가열은 다이아몬드 팁(140)과 연결되는 샹크(120)의 몸체부(122) 부분만을 선택적으로 실시할 수 있다.
이와 달리, 고주파 유도가열은 샹크(120)의 몸체부(122) 상단 부분부터 샹크(120)의 몸체부(122) 하단 부분까지 실시하여, 샹크(120)의 몸체부(122) 하단에 연결되는 나사 결합부(124)는 열처리가 실시되지 않도록 할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 다이아몬드 팁(140)의 직하에서부터 나사 결합부(124) 직전까지 샹크(120)를 강화시킬 수 있는데, 여기서 강화된 샹크(120)는 선반가공 등의 작업이 불가한 상태의 고강도를 나타내기 때문에, 고주파 유도가열을 실시하기 전에 최종 제품의 형상으로 가공 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
이때, 나사 결합부(124) 부분까지 고주파 유도가열 열처리가 실시되는 경우, 강도 및 경도는 높지만 충격 인성이 감소하여 파단될 수 있는 가능성이 있는바, 나사 결합부(124) 이전까지로 열처리 영역을 제한하는 것이 바람직하다.
특히, 전체적으로 균일한 강도 강화 특성을 얻기 위해 샹크(120)는 회전시키면서 고주파 유도가열 열처리를 실시하는 것이 바람직하며, 구체적으로 샹크(120) 및 다이아몬드 팁(140)은 10 ~ 200rpm의 속도로 회전시키는 것이 바람직하다.
샹크 표면 급냉
샹크 표면 급냉 단계(S130)에서는 가열된 샹크(120)의 몸체부(122) 표면을 20℃/sec 이상의 속도, 보다 바람직하게는 50 ~ 200℃/sec의 속도로 강제 냉각하여 급냉시킨다. 이때, 급냉은 선택적으로 급속 가열이 실시된 샹크(120)의 몸체부(122) 부분에 대해서만 선택적으로 강제 냉각이 이루어지도록 제어하는 것이 바람직하다.
이러한 강제 냉각은 수냉, 유냉, 가스 냉각 등에서 선택된 어느 하나의 방식이 이용될 수 있으며, 20℃/sec 이상의 냉각 속도를 확보할 수 있는 방식이라면, 이 외의 다른 방식을 적용하는 것도 무방하다.
이때, 냉각 속도가 20℃/sec 미만일 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 냉각 속도가 200℃/sec를 초과할 경우에는 강도 및 경도 확보에는 유리하나, 저온 조직의 다량 생성으로 인해 충격인성이 저하되는 문제가 있다.
상기의 과정(S110 ~ S130)으로 제조되는 천공용 드릴 비트는 용침 공정 후, 고주파 유도가열 방식을 이용하여 샹크의 몸체부에 대해서만 선택적으로 급속 가열 및 냉각함과 동시에 샹크와 연결되는 다이아몬드 팁 부분에는 냉각수를 지속적으로 분사시킴으로써, 샹크의 몸체부 부분의 강도를 향상시키면서도 다이아몬드 팁 부분에 열 영향이 미치는 것을 미연에 방지할 수 있는바, 리밍쉘, 케이싱슈, 케이싱 비트 등의 마이닝용 공구에 적용하기에 적합하다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 드릴 비트 제조
실시예 1
다이아몬드 성형체와, 다이아몬드 성형체에 연결되는 백킹부를 갖는 매트릭스에 탄소강 재질의 샹크를 삽입시켜 결합한 후, 다이아몬드 성형체를 1100℃에서 용침시켜 샹크의 상단에 다이아몬드 팁을 결합하였다. 다음으로, 다이아몬드 팁이 결합된 샹크를 0.5℃/sec의 속도로 로냉으로 냉각한 후, 샹크를 선반가공 처리하였다.
다음으로, 샹크 및 다이아몬드 팁을 100rpm의 속도로 회전시키면서, 샹크의 몸체부의 표면만을 고주파 유도가열로 880℃까지 급속 가열하였다. 이때, 다이아몬드 팁의 표면에는 냉각수를 지속적으로 분사하였다. 다음으로, 880℃로 가열된 샹크의 몸체부의 표면을 100℃/sec의 속도로 급냉하여 드릴 비트를 제조하였다.
비교예 1
다이아몬드 성형체와, 다이아몬드 성형체에 연결되는 백킹부를 갖는 매트릭스에 탄소강 재질의 샹크를 삽입시켜 결합한 후, 다이아몬드 성형체를 1100℃에서 용침시켜 샹크의 상단에 다이아몬드 팁을 결합하였다. 다음으로, 다이아몬드 팁이 결합된 샹크를 0.5℃/sec의 속도로 로냉으로 냉각한 후, 샹크를 선반가공 처리하여 드릴 비트를 제조하였다.
비교예 2
샹크의 재질로 합금강을 이용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방식으로 드릴 비트를 제조하였다.
2. 물성 평가
도 5는 비교예 1 ~ 2에 대한 경도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 비교예 1 ~ 2에 대한 샹크의 강도 변화를 나타내고 있다. 이때, 비교예 1 ~ 2에 대한 샹크의 용침 공정 전과 후의 경도를 각각 나타내고 있다.
소재 상태에서 보이는 강도 대비 용침 공정을 실시한 후의 강도가 감소하는 것을 볼 수 있으며, 즉 비교예 1(탄소강)의 경우 215Hv에서 165Hv로 경도가 감소하였다. 또한, 비교예 2(합금강)의 경우, 소재 상태에서는 345Hv로 높은 경도를 나타내나, 용침 후 222Hv로 경도가 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1 ~ 2의 경우, 용침 공정 후에 나타나는 경도 범위는 실제 드릴링 과정에서 샹크 마모를 방지할 수 없는 수준으로 다이아몬드 팁은 남아있는데 샹크 마모가 심해 더 이상의 드릴링 작업이 불가하거나, 또는 심하게는 다이아몬드 팁과 샹크가 서로 분리되는 것을 피할 수 없게 된다.
한편, 도 6은 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1에 대한 경도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 전술한 바와 같이 비교예 1 ~ 2는 용침 후의 경도가 167Hv 및 200Hv에 불과한 반면, 실시예 1에 따른 시편의 경우에는 샹크 부분만을 선택적으로 고주파 유도가열로 급속 가열한 후, 강제 냉각 방식으로 급냉을 실시하는 것에 의해, 경도가 448Hv로 크게 향상된 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 7은 실시예 1에 대한 표면으로부터의 거리에 따른 경도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따른 시편의 경우, 샹크 몸체부의 표면으로부터 4.0mm까지는 300Hv 이상의 경도를 갖는 것을 알 수 있다.
도 8은 실시예 1에 따른 드릴 비트의 몸체부의 최종 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 9는 비교예 1에 따른 드릴 비트의 몸체부의 최종 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 경우 최종 미세조직이 급냉 열처리 조직인 마르텐사이트 조직을 갖는 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 9에 도시된 바와 같이, 비교예 1의 경우 최종 미세조직이 비열처리 조직인 펄라이트 조직을 갖는 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
100 : 천공용 드릴 비트 120 : 샹크
122 : 샹크의 몸체부 124 : 샹크의 나사 결합부
125 : 나사산 140 : 다이아몬드 팁
200 : 고주파 유도가열 및 냉각 복합 유닛 210 : 유도 코일
220 : 냉각수 공급 라인 230 : 고주파 제어부
240 : 냉각수 공급 제어부
S110 : 샹크에 다이아몬드 팁 결합 단계
S120 : 샹크 표면 급속 가열 단계
S130 : 샹크 표면 급냉 단계

Claims (13)

  1. 샹크 및 상기 샹크의 상단에 결합되는 다이아몬드 팁을 포함하는 천공용 드릴 비트로서,
    상기 샹크는
    상기 다이아몬드 팁의 하단에 연결되며 제1 두께를 갖는 몸체부와,
    상기 몸체부의 하단에 일체로 연결되며 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 갖는 나사 결합부를 가지며,
    상기 샹크의 몸체부 표면의 경도가 상기 샹크의 나사 결합부 표면의 경도에 비하여 높은 값을 갖되,
    상기 샹크의 몸체부는 표면으로부터 2mm까지의 경도가 300Hv 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샹크의 몸체부는
    표면으로부터 2mm까지의 미세조직이 급냉 열처리 조직을 갖고, 두께 중심의 미세조직이 비열처리 상태의 미세조직인 페라이트 및 펄라이트 중 1종 이상을 포함하는 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 샹크의 몸체부는
    상기 표면으로부터 2mm까지의 미세조직이 급냉 열처리된 조직인 베이나이트 및 마르텐사이트 중 1종 이상을 포함하는 조직을 갖되, 상기 급냉 열처리된 조직이 단면적율로 50% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 샹크의 나사 결합부는
    표면 및 두께 중심의 미세조직이 비열처리 상태의 미세조직인 페라이트 및 펄라이트 중 1종 이상을 포함하는 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 샹크의 몸체부는
    표면으로부터 4mm까지의 경도가 300 ~ 700Hv를 갖는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트.
  6. (a) 샹크와 다이아몬드 팁을 일체로 결합하는 단계;
    (b) 상기 샹크의 몸체부 표면을 고주파 유도가열로 Ac3점 ~ Ac3점 + 200℃까지 급속 가열한 직후, 상기 다이아몬드 팁의 표면에는 냉각매체를 분사하는 단계; 및
    (c) 상기 가열된 샹크의 몸체부 표면을 20℃/sec 이상의 속도로 강제 냉각하여 급냉시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 다이아몬드 성형체와, 상기 다이아몬드 성형체에 연결되는 백킹부를 갖는 매트릭스에 샹크를 삽입하는 단계;
    (a-2) 상기 다이아몬드 성형체를 850 ~ 1300℃에서 용침시켜 상기 샹크의 상단에 다이아몬드 팁을 결합시키는 단계; 및
    (a-3) 상기 다이아몬드 팁이 결합된 샹크를 로냉으로 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-4) 상기 냉각된 샹크를 선반가공 처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (a-3) 단계에서,
    상기 냉각은
    1℃/sec 이하의 속도로 로냉을 실시하거나, 또는 5℃/sec 이하의 속도로 공냉을 실시하는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 샹크 및 다이아몬드 팁은
    10 ~ 200rpm의 속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 고주파 유도가열은
    상기 샹크의 몸체부의 상단 부분부터 상기 샹크의 몸체부의 하단 부분까지 실시하며, 상기 샹크의 몸체부의 하단에 연결되는 나사 결합부는 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트 제조 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 샹크의 외주면을 감싸도록 코일링되는 유도 코일과, 상기 유도 코일과 이격된 하측에 장착되며, 상기 샹크 및 다이아몬드 팁을 감싸도록 코일링되어 내부로 냉각매체가 순환하는 냉각매체 공급 라인을 갖는 고주파 유도가열 및 냉각 복합 유닛을 이용하여 고주파 유도가열과 냉각을 동시에 실시하는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 고주파 유도가열 및 냉각 복합 유닛은
    상기 유도 코일로 인가되는 고주파 신호를 제어하는 고주파 제어부와,
    상기 냉각매체 공급 라인으로 유입되는 냉각매체의 공급을 제어하기 위한 냉각매체 공급 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천공용 드릴 비트 제조 방법.
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