KR20170093981A - 코어 드릴 비트용 연속 드릴 링을 제조하는 방법 - Google Patents

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마티아스 뮐러
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힐티 악티엔게젤샤프트
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Abstract

코어 드릴 비트용 연속 드릴 링(51)을 제조하는 방법으로서, 설정 패턴으로 배치된 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 층과 분말 혼합물의 분말 층을 연속적으로 적용함으로써 적어도 2개의 성형체가 형성 방향으로 바닥면과 상단면 사이에 층을 이루어 형성되고, 성형체가 압력의 작용 하에 링 세그먼트(62, 63)로 성형되고, 상기 링 세그먼트(62, 63)는 링 형상으로 조립되고, 온도의 작용 하에 연속적인 드릴 링(51)으로 소결되는 단계를 포함한다.

Description

코어 드릴 비트용 연속 드릴 링을 제조하는 방법
본 발명은 청구항 제1항의 상위 개념에 따른 코어 드릴 비트용 연속 드릴 링을 제조하는 방법에 관한 것이다.
코어 드릴 비트로서 형성되는 다이아몬드 공구에서는, 연속 드릴 링을 구비하는 코어 드릴 비트와 개별 절삭 세그먼트를 구비하는 분할형 코어 드릴이 구별된다. 코어 드릴 비트는 가공 세그먼트, 실린더 형상의 드릴 샤프트 그리고 삽입 단부가 있는 수용 세그먼트로 이루어진다. 코어 드릴 비트는 삽입 단부를 통해 코어 드릴 장치의 공구 수용부에 고정되고, 코어 드릴 장치의 드릴 작동 시 회전축을 중심으로 작동된다.
연속 드릴 링은 통계적으로 분포된 다이아몬드 입자를 포함하는 분말 혼합물로 제조된다. 분말 혼합물이 공구 몰드에 채워지고, 성형체로 압축되며, 성형체는 온도 및 압력의 작용 하에 연속 드릴 링으로 소결된다. US 5,316,416호는 연속 드릴 링의 구조를 개시하고 있고, 상기 연속 드릴 링은 드릴 링의 전체 높이를 통해 양호한 제거 속성을 갖는다. 드릴 링은 복수의 상부 슬롯 및 하부 슬롯을 포함하고, 이들 슬롯은 드릴 링의 원주 방향을 따라 분포된다. 상부 슬롯은 드릴 링의 절반 높이에 걸쳐서 연장되고, 드릴 링의 드릴 샤프트 반대쪽의 가공 표면으로 이어진다. 하부 슬롯은 드릴 링의 원주 방향을 따라 각각 상부 슬롯 사이에 배치되고, 드릴 링의 드릴 샤프트 대면측의 연결 표면으로 이어진다. 상부 슬롯 및 하부 슬롯은 드릴 링의 높이에서 중첩된다. 드릴 링의 전체 높이에 걸쳐 상부 슬롯 및 하부 슬롯을 분포시킴으로써, 드릴 링의 전체 작동 시간에 걸쳐 냉각 및 세정용 액체가 가공 위치로 운반되고, 제거된 물질은 드릴 영역으로부터 제거된다.
분할형 코어 드릴 비트용 절삭 세그먼트의 제조 시 다이아몬드 입자들이 소정의 설정 패턴으로 배치되는 방법이 관련 분야에서 확립되어 왔다. 성형체는 분말 혼합물을 포함하는 분말 층, 및 설정 패턴으로 배치되는 다이아몬드 입자를 가진 다이아몬드 층으로 층을 이루어 형성되고, 이어서 온도 및 압력의 작용 하에 절삭 세그먼트로 소결된다. 절삭 세그먼트는 실린더 형상의 드릴 샤프트의 원주 방향을 따라 배치되고, 드릴 샤프트에 용접되고, 납땜되고, 그리고 다른 방법으로 고정된다. 분할형 코어 드릴 비트에 의해 달성될 수 있는 절삭 속도는 본질적으로 절삭 세그먼트에서의 다이아몬드의 배치에 의해 좌우된다. 층을 이루는 구조의 형성 시, 다이아몬드 입자의 배치는 다이아몬드 층의 개수, 다이아몬드 층들 사이의 간격 및 다이아몬드 입자의 크기에 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 과제는, 설정된 다이아몬드 입자의 기술을 연속 드릴 링에 적용하고, 이와 같이 제조된 드릴 링으로 달성될 수 있는 가공 품질을 향상시키는 데에 있다.
이러한 과제는 언급된 상기 코어 드릴 비트용 연속 드릴 링의 제조 방법에서 본 발명에 따라 독립 청구항 제1항의 특징을 통해 달성된다. 유리한 개발예들이 종속항들에 개시된다.
본 발명에 따른 연속 드릴 링을 제조하는 방법은,
· 설정 패턴으로 배치된 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 층과 분말 혼합물의 분말 층을 연속적으로 적용함으로써 적어도 2개의 성형체를 형성 방향으로 바닥면과 상단면 사이에 층을 이루어 형성하는 단계,
· 압력의 작용 하에 성형체를 링 세그먼트로 성형하는 단계, 및
· 상기 링 세그먼트를 링 형상으로 조립하고, 온도의 작용 하에 연속적인 드릴 링으로 소결하는 단계
를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 다양한 기술을 사용하는 3개의 방법 단계를 포함한다. 제1 방법 단계에서, 복수의 성형체가 분말 혼합물을 포함하는 분말 층 및 다이아몬드 입자를 포함하는 다이아몬드 층으로 층을 이루어 형성된다. "분말 혼합물" 개념에는 미립자의 분말 혼합물 및 입자화된(granulated) 분말 혼합물이 포함되고, 입자화된 분말 혼합물의 사용은 부피 냉간 프레스를 위한 전제 조건이다. 분말 혼합물로서 철, 코발트 및/또는 청동 분말이 사용될 수 있고, 예를 들어 텅스텐 카바이드와 같은 첨가제의 혼합을 통해, 드릴 링의 특성(마모 저항, 내구성, 단면성)이 영향을 받을 수 있다. 또한 상기 분말 혼합물의 조성은 소결 온도에 영향을 준다. "다이아몬드 입자" 개념에는 개별 다이아몬드 입자뿐만 아니라 케이스에 둘러싸인 다이아몬드 입자 또는 코팅된 다이아몬드 입자도 포함된다.
성형체는 층을 이루는 구조에 따라 다각형 베이스 표면을 갖는 직선 프리즘의 기하학적 형태를 갖는다. 프리즘 형상의 성형체는 제2 방법 단계에서 압력의 작용 하에 링 세그먼트로 성형된다. 성형체의 성형은 분말 혼합물의 용융 온도 이하의 온도에서 행해진다. 제3 방법 단계에서 링 세그먼트는 링 형상으로 조립되어, 온도의 작용 하에 연속 드릴 링으로 소결된다. 링 세그먼트의 소결 시 한편으로는 개별 링 세그먼트의 압축이 다른 한편으로는 다른 인접한 링 세그먼트 사이의 접합이 이루어진다.
성형 방법으로서 냉간 프레스, 고온 프레스 및 유사한 방법이 적합하다. 냉간 프레스에서 성형체는 높은 압력 하에 소정 형상으로 된다. 냉간 프레스에서 재료는 가열되지만, 그러나 성형은 재결정이 발생하지 않는 온도 범위에서 행해진다. 재료는 강도의 현저한 감소 없이 성형된다. 낙하 단조(drop forging)로도 불리는 고온 프레스에서는, 성형체가 높은 압력 및 열의 추가 하에 최종적인 형상으로 형성된다. 형상 외에도 단조품은 재료 구조를 변화시킨다. 이는 더 단단해져서 보다 조밀한 구조와 균일한 표면이 얻어진다.
소결은 개별 분말 입자들의 결합을 통해 강도를 증가시키기 위해 분말 또는 성형체(가압된 분말)가 용융 온도 이하의 온도로 가열되는 재료의 제조 방법이다. 소결 과정은 성형체의 다공성 및 부피가 명확하게 감소되는 세 단계로 이루어진다. 소결의 제1 단계에서 오직 성형체의 압축만이 이루어지고, 반면 제2 단계에서는 개방된 다공성이 명확하게 감소된다. 소결체의 강도는 제3 단계에서 분말 입자 사이의 표면 확산을 통해 발생하여 형성된 소결 결합(분말 입자 사이의 융합)에 기초한다. 고온 프레스는 온도 외에 외부 압력도 가해지는 특별한 소결 방법이다.
본 발명에 따른 방법에서 드릴 링은 연속 드릴 링으로 형성되지 않고, 소결을 통해 결합되는 2개 이상의 링 세그먼트들로 구성된다. 성형체의 층을 이룬 구조에서는 분할형 코어 드릴 비트용 절삭 세그먼트의 제조에서 알려진 기술이 적용된다.
상기 방법의 바람직한 변형예에서, 드릴 링이 제1 링 세그먼트로 성형되는 n≥1인 n개의 제1 성형체와, 제2 링 세그먼트로 성형되는 n개의 제2 성형체로 이루어지는 복수의 성형체로 형성되고, 제1 링 세그먼트 및 제2 링 세그먼트는 드릴 링의 원주 방향을 따라 서로 교대로 배치된다. 제1 성형체 및 제2 성형체로 이루어진 드릴 링의 제조는 다양하게 가공되는 기재에 대한 드릴 링의 적응을 가능하게 한다. 철근 콘크리트 재료라고도 지칭하는 철근이 내장된 콘크리트 재료에 코어 드릴링을 행할 때, 드릴 링은 예를 들어 콘크리트 및 철근의 형태의 다양한 기재에 적용된다.
특히 바람직하게도 제1 링 세그먼트는 제1 분말 혼합물 및 제1 다이아몬드 입자로 형성되고, 제2 링 세그먼트는 제2 분말 혼합물 및 제2 다이아몬드 입자로 형성된다. 가공되는 기재에 대한 드릴 링의 적응은 분말 혼합물의 선택 및 다이아몬드 입자의 선택을 통해 이루어질 수 있다. 분말 혼합물에서 재료의 조성은 변경될 수 있다. 다이아몬드 입자에서 평균 다이아몬드 직경, 다이아몬드 분포 및 다이아몬드 입자의 개수는 변경될 수 있다.
대안적인 바람직한 방법의 변형예에서, 상기 드릴 링은 n≥1인 복수의 2n개의 동일한 성형체로 형성되고, n개의 성형체가 압력의 작용 하에 볼록한 곡률을 구비하여 제1 링 세그먼트로 성형되고, n개의 성형체가 압력의 작용 하에 오목한 곡률을 구비하여 제2링 세그먼트로 성형된다. 동일한 성형체의 사용을 통해 성형체의 적층 형성 시 장치의 비용이 감소될 수 있다. 이는 분말 혼합물 및 다양한 다이아몬드 입자만이 요구된다.
특히 바람직하게는 성형체의 상단면이 제1 링 세그먼트에서는 외측면 상에 배치되며 제2 링 세그먼트에서는 내측면 상에 배치되고, 상기 제1 링 세그먼트 및 제2 링 세그먼트는 드릴 링의 원주 방향을 따라 서로 교대로 배치된다. 링 세그먼트의 다양한 곡률을 통해 동일한 성형체들로부터 2개의 상이한 링 세그먼트가 제조될 수 있다. 성형체는, 제1 링 세그먼트에서 외측 쉘에 배치되고 제2 링 세그먼트에서 내측 쉘에 배치되는 다이아몬드 층을 상단면에 포함한다.
특히 바람직하게 다이아몬드 층의 개수 및 다이아몬드 입자의 크기는, 상기 다이아몬드 입자의 평균 다이아몬드 직경이 드릴 링의 폭과 상기 다이아몬드 층의 개수의 몫(quotient)의 적어도 45%가 되도록 설정된다. 철근 콘크리트 재료의 가공에서, 가공 과정 시 다이아몬드 입자들이 나타내는 링 형상의 제거 트랙은 가능한 한 서로 인접하고, 철근은 다이아몬드 입자들에 의해 거의 완전히 제거되는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 가공 과정에서 다이아몬드 입자가 생성하는 제거 트랙의 개수는, 교대로 배치되는 것을 통해 동일한 개수의 다이아몬드 입자에 대해 두 배가 될 수 있다.
성형체는 적층 구조에 따라 다각형 베이스 표면을 구비하는 직선 프리즘의 기하학적 형태를 갖는다. 다각형 베이스 표면으로서는 직사각형 베이스 표면, 오각형 베이스 표면 및 육각형 베이스 표면이 적합하다.
제1 변형예에서 성형체는 직사각형 베이스 표면을 갖는 분말 층으로 형성된다. 직사각형 베이스 표면은 복수의 링 세그먼트로 이루어진 드릴을 제조하기 위한 가장 간단한 기하학적 형태를 나타낸다. 링 세그먼트는 인접한 링 세그먼트와 측면 에지에서 결합된다.
제2 변형예에서 성형체는 오각형 베이스 표면을 갖는 분말 층으로 형성되고, 베이스 표면은 2개의 직각의 내각을 갖는 사다리꼴 및 직사각형을 포함한다. 사다리꼴의 경사진 변의 영역에서 인접한 링 세그먼트의 소결 동안 물 슬롯이 생성된다. 이러한 오각형 베이스 표면에 의해, n≥1인 2n개의 링 세그먼트를 구비하는 드릴 링에서 복수의 n개의 물 슬롯이 생성된다.
제3 변형예에서 성형체는 육각형 베이스 표면을 갖는 분말 층으로 형성되고, 베이스 표면은 직사각형과 등변 사다리꼴을 포함한다. 사다리꼴의 경사진 변의 영역에서 인접한 링 세그먼트의 소결 동안 물 슬롯이 생성된다. 이러한 육각형 베이스 표면에 의해, n≥2인 n개의 링 세그먼트를 구비하는 드릴 링에서 복수의 n개의 물 슬롯이 생성된다.
특히 바람직하게는 사다리꼴의 높이는 성형체의 전체 높이의 1/3과 5/6 사이에서 설정된다. 드릴 샤프트와 용접되는 드릴 링에서, 연결 영역은 다이아몬드 없이 형성되고, 가공에는 부적합하다. 기재의 가공을 위해서는, 다이아몬드 입자가 제공되고 성형체의 전체 높이의 약 5/6 정도인 매트릭스 영역이 적합하다. 특히 바람직하게는 사다리꼴의 높이가 성형체의 전체 높이의 2/3로 설정된다. 전체 높이의 2/3 부분에서 완성된 드릴 링의 충분한 강도가 보장될 수 있다. 드릴 링으로 가공을 하는 동안, 냉각제는 가공 위치로 운반되어야 한다. 따라서 물 슬롯이 드릴 링에서 가능한 한 길게 형성된다.
바람직한 개발예에서 링 세그먼트는 소결 동안 온도 및 압력의 작용을 받는다. 고온 프레스와 같은, 온도 및 압력의 작용을 갖는 소결 방법에서, 소결은 프리 소결과 같은 압력의 작용이 없는 소결 방법보다 더 신속하게 그리고 더 낮은 온도에서 진행된다. 600℃일 때 이미 다이아몬드의 열적 손상이 발생하기 때문에, 더 낮은 소결 온도는 품질면의 장점이 될 수 있다.
특히 바람직하게는, 링 세그먼트는 소결 동안 압력의 작용에 의해 추가적인 외부 성형을 받는다. 다양한 기재의 가공을 위해 특수한 지붕 형상이 적합한 것으로 입증되었다. 이러한 지붕 형상은 소결 시 압력의 작용을 통해 생성될 수 있다.
본 발명의 실시예는 이하에서 도면을 참조하여 설명된다. 이는 실시예를 반드시 축척에 따라 도시하는 것은 아니고, 도면은, 설명을 위해 적절하다면, 개략으로 그리고/또는 약간 변형된 형태로 도시된다. 도면으로부터 직접적으로 인식 가능한 교시의 보충과 관련해서는, 관련 종래 기술을 참조한다. 여기서 실시예의 형태 및 상세 내용과 관련하여 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 일반적인 개념에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 주목해야 한다. 본 발명의 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 개시되어 있는 특징은 본 발명의 개선을 위해 개별적으로 그 자체로 그리고 임의의 조합으로도 필수적일 수 있다. 또한, 상세한 설명, 도면 및/또는 청구항에서 개시된 특징 중 적어도 2개로 이루어진 모든 조합들이 본 발명의 범위 내에 속한다. 본 발명의 일반적인 개념은 이하에서 도시되고 설명되는 바람직한 실시예의 정확한 형태 또는 상세 내용에 한정되거나 또는 청구범위에서 청구되는 대상에 비해 제한되는 대상으로 한정되지 않는다. 소정의 측정 범위의 경우 명시된 한계 내에 존재하는 값들은 한계값으로서 개시되고, 임의적으로 사용 및 청구될 수 있다. 간략화를 위하여 이하에서는 동일하거나 유사한 부분 또는 동일하거나 유사한 기능을 가진 부분에 대해 동일한 참조 부호가 사용된다.
도 1은 드릴 링, 실린더 형상의 드릴 샤프트 및 수용 세그먼트로 이루어진 코어 드릴 비트를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 4개의 링 세그먼트로 형성된 본 발명에 따른 드릴 링의 제1 실시예를, 3차원 도면(도 2a)으로, 드릴 링의 실린더 축에 수직인 횡단면도(도 2b)로 그리고 상세한 확대도(도 2c)로 도시한다.
도 3은 물 슬롯이 장착된 4개의 링 세그먼트로 형성된 본 발명에 따른 드릴 링의 제2 실시예를 도시한다.
도 4a 내지 도 4d는 육각형의 베이스 표면(도 4a)을 가진 4개의 동일한 성형체로 이루어진 도 3의 드릴 링의 제조를 도시하는 도면으로서, 2개의 성형체가 오목한 제1 링 세그먼트로 성형되며 2개의 성형체가 볼록한 제2 링 세그먼트로 성형되고(도 4b), 제1 링 세그먼트 및 제2 링 세그먼트가 원주 방향을 따라 서로 교대로 배치되고(도 4c), 온도 및 압력의 작용 하에 연속 드릴 링으로 접합된다(도 4d).
도 5a 내지 도 5c는 직사각형 베이스 표면(도 5a), 오각형 베이스 표면(도 5b), 및 육각형 베이스 표면(도 5c)을 구비하는 성형체를 도시한다.
도 1은 드릴 링(11), 실린더 형상의 드릴 샤프트(12) 및 삽입 단부(14)를 가진 수용 구간(13)을 구비한 코어 드릴 비트(10)를 도시한다. 코어 드릴 비트(10)는 코어 드릴 장치의 도구 수용부에 삽입 단부(14)를 통해 고정되고, 코어 드릴 장치의 드릴 작동 시 회전축(16)을 중심으로 회전 방향(15)으로 작동되고, 회전축(16)은 코어 드릴 비트(10)의 실린더 축에 동축으로 진행된다.
드릴 링(11)은 드릴 샤프트(12)와 용접되고, 납땜되고, 나사 고정되거나 또는 다른 적합한 고정 방식으로 드릴 샤프트(12)에 고정된다. 드릴 링(11)을 드릴 샤프트(12)에 용접할 수 있도록 하기 위해, 드릴 링(11)과 드릴 샤프트(12) 사이의 접합 영역은 용접 가능한 재료로 구성되어야 하고, 다이아몬드 입자는 용접될 수 없기 때문에 다이아몬드 입자를 포함하지 않아야 한다.
도 2a 내지 2c는, 복수의 링 세그먼트로 구성되고 도 1의 코어 드릴 비트(10)의 드릴 링(11)을 대체할 수 있는 본 발명에 따른 드릴 링(21)의 제1 실시예를 도시한다. 여기서 도 2a는 드릴 링(21)을 3차원적 도면으로 도시하고, 도 2b는 드릴 링(21)을 회전축(16)에 수직인 횡단면으로 도시하며, 도 2c는 2개의 링 세그먼트 사이의 접합 영역에서 도 2b의 횡단면의 일부를 도시한다.
드릴 링(21)은 측면 가장자리에서 함께 연결되어 원주 방향으로 연속된 링을 형성하는 4개의 링 세그먼트로 조립된다(도 2a). 드릴 링(21)의 링 세그먼트는 드릴 링(21)의 원주 방향에 따라 서로 교대로 배치되는 2개의 제1 링 세그먼트(22.1, 22.2) 및 2개의 제2 링 세그먼트(23.1, 23.2)로 분할된다. 제1 링 세그먼트(22.1, 22.2)는 제1 분말 혼합물(24) 및 제1 다이아몬드 입자(25)로 이루어지고, 제2 링 세그먼트(23.1, 23.2)는 제2 분말 혼합물(26) 및 제2 다이아몬드 입자(27)로 이루어진다(도 2b).
도 2c는 제1 링 세그먼트(22.1)와 제2 링 세그먼트(23.1) 사이의 접합 영역에서 도 2b의 횡단면의 일부를 도시한다. 제1 링 세그먼트(22.1)는 제1 분말 혼합물(24)로 된 m1개의 분말 층 및 제1 다이아몬드 입자(25)로 된 m1개의 다이아몬드 층으로 이루어진 복수의 층으로 형성된다. 제2 링 세그먼트(23.1)는 제2 분말 혼합물(26)로 된 m2개의 분말 층 및 제2 다이아몬드 입자(27)로 된 m2개의 다이아몬드 층으로 이루어진 복수의 층으로 형성된다. 도 2의 실시예에서 제1 링 세그먼트(22.1)는 m1=3의 분말 층(28.1, 29.1, 30.1) 및 m1=3의 다이아몬드 층(32.1, 33.1, 34.1)을 포함하고, 제2 링 세그먼트(23.1)는 m2=3의 분말 층(35.1, 36.1, 37.1) 및 m2=3의 다이아몬드 층(38.1, 39.1, 30.1)을 포함한다.
다이아몬드 층(32.1, 33.1, 34.1)의 제1 다이아몬드 입자(25)는 다양한 제1 곡률 반경(R1i)(i=1, 2, 3임)을 갖는 3개의 원 형상으로 된 제1 제거 트랙(42.1, 43.1, 44.1) 상에 배치된다. 다이아몬드 층(38.1, 39.1, 40.1)의 제2 다이아몬드 입자(27)는 다양한 제2 곡률 반경(R2i)(i=1, 2, 3임)을 갖는 3개의 원 형상으로 된 제2 제거 트랙(45.1, 46.1, 47.1) 상에 배치된다. 제1 분말 혼합물(24) 및 제2 분말 혼합물(26)을 위한 재료의 선택, 제1 다이아몬드 입자(25) 및 제2 다이아몬드 입자(27)를 위한 다이아몬드 분포 및 크기의 선택 그리고 다이아몬드 층과 제거 트랙의 개수(m1, m2)는 가공되는 다양한 기재에 대한 드릴 링(21)의 적응을 가능하게 한다.
링 세그먼트(22.1, 22.2, 23.1, 23.2)는 3개의 분말 층 및 3개의 다이아몬드 층으로 층을 이루어 형성된다. 층을 이루는 구조를 형성할 때 분말 혼합물은 몰드에 채워지고, 제1 분말 층을 형성한다. 다이아몬드 입자는 제1 다이아몬드 층으로서 제1 분말 층 상에 또는 제1 분말 층에 설정 패턴으로 배치된다. 층 구조를 압축하기 위해, 다이아몬드 입자의 배치 후에 중간 압축이 이루어진다. 이어서 분말 혼합물이 몰드에 채워지고, 제2 분말 층을 형성한다. 다이아몬드 입자는 제2 다이아몬드 층으로서 제2 분말 층 상에 또는 제2 분말 층에 설정 패턴으로 배치된다. 이러한 과정은 성형체의 원하는 구조 높이에 도달될 때까지 반복된다. 마지막 층으로서 다이아몬드 층이 사용된다.
도 3은 4개의 링 세그먼트로 구성되고 코어 드릴 비트(10)의 드릴 링(11)을 대체할 수 있는 본 발명에 따른 드릴 링(51)의 제2 실시예를 도시한다. 링 세그먼트 사이에는, 냉각제가 가공 위치로 운반되게 하는 4개의 물 슬롯(52.1, 52.2, 52.3, 52.4)이 형성된다. 링 세그먼트는 드릴 링(51)이 내측면(53) 및 외측면(54) 상에 교대로 다이아몬드가 채워진 영역(55) 및 다이아몬드가 없는 영역(56)을 포함하도록 배치된다.
물 슬롯(52.1, 52.2, 52.3, 52.4)은 드릴 링(51)의 전체 높이의 약 2/3 높이에 걸쳐 연장된다. 드릴 링(51)의 기능성을 보장하기 위해, 물 슬롯(52.1, 52.2, 52.3, 52.4)이 제거되면, 2개의 링 세그먼트는 냉각제가 가공 위치로 운반되게 하는 보어(57.1, 57.2)를 포함한다.
도 4a 내지 도 4d는 육각형의 베이스 표면(도 4a)을 가진 4개의 동일한 성형체(61)로 이루어진 드릴 링(51)의 제조를 도시한다. 2개의 성형체(61)는 오목한 제1 링 세그먼트(62)로, 2개의 성형체(61)는 볼록한 제2 링 세그먼트(63)로 성형된다(도 4b). 제1 링 세그먼트(62) 및 제2 링 세그먼트(63)가 드릴 링(51)의 원주 방향을 따라 서로 교대로 배치되고(도 4c), 온도 및 압력의 작용 하에 연속된 드릴 링으로 소결된다(도 4d).
도 4a는 분말 혼합물(64)의 분말 층 및 다이아몬드 입자(65)의 다이아몬드 층으로 층을 이루어 제조된 성형체(61)의 구조를 도시한다. 성형체(61)는 풋 영역이라고도 지칭되는 연결 영역(66) 및 매트릭스 영역이라고도 지칭되는 가공 영역(67)으로 이루어진다. 연결 영역(66) 및 가공 영역(67)은 공동으로 층을 이루어 형성될 수 있고, 연결 영역에는 다이아몬드 입자(65)가 배치되지 않는다. 대안으로 연결 영역은 분리된 영역으로 제조될 수 있고, 소결 동안 가공 영역에 연결될 수 있다.
성형체(61)의 베이스 표면은 육각형으로 형성되고, 직사각형(68) 및 인접한 등변 사다리꼴(69)로 이루어지며, 성형체(61)의 연결 영역(66)은 직사각형(68)에 위치한다. 사다리꼴의 영역에서 소결 동안 추가적인 압력의 작용을 통해, 냉각제가 가공 위치로 운반되게 하는 물 슬롯(52.1, 52.2, 52.3, 52.4)이 형성된다. 성형체에서 사다리꼴(69)의 높이(h)는 물 슬롯(52.1, 52.2, 52.3, 52.4)의 높이를 결정한다. 실시예에서 사다리꼴(69)의 높이(h)는 성형체(61)의 전체 높이(H)의 절반에 해당한다.
도 4b는 도 4a의 성형체(61)로부터 압력의 작용 하에 볼록한 곡률을 구비하도록 생성된 제1 링 세그먼트(62), 및 도 4a의 성형체(61)로부터 압력의 작용 하에 오목한 곡률을 구비하도록 생성된 제2 링 세그먼트(63)를 도시한다. 제1 링 세그먼트(62)에서는 다이아몬드 층으로 형성된 성형체(61)의 상단면이 외측면(54) 상에 배치되고 제2 링 세그먼트(63)에서는 성형체(61)의 상단면이 내측면(53) 상에 배치된다.
제1 링 세그먼트(62)는 제1 측면 에지(71) 및 제2 측면 에지(72)를 포함하고, 이 측면 에지는 소결 동안 제2 링 세그먼트(63)의 제1 측면 에지(73) 및 제2 측면 에지(74)와 연결된다. 여기서 제1 링 세그먼트(62)의 제1 측면 에지(71)는 제2 링 세그먼트(63)의 제2 측면 에지(74)와 연결되고 그리고 제1 링 세그먼트(62)의 제2 측면 에지(72)는 제2 링 세그먼트(63)의 제1 측면 에지(73)와 연결된다. 2개의 제1 링 세그먼트(62.1, 62.2) 및 제2 링 세그먼트(63.1, 63.2)를 가진 드릴 링(51)에서 각각 인접한 링 세그먼트의 제1 측면 에지 및 제2 측면 에지가 서로 연결된다.
도 4c는 드릴 링(51)의 원주 방향을 따라 서로 교대로 배치된 제1 링 세그먼트(62.1, 62.2) 및 제2 링 세그먼트(63.1, 63.2)를 도시한다. 링 세그먼트(62.1, 63.1, 62.2, 63.2)는 연속 드릴 링을 형성하고, 도 4c에 도시된 배치에서 고온 가압으로 더 가공된다. 도 4d는 고온 가압 후의 연속 드릴 링을 도시한다. 고온 가압 동안 링 세그먼트(62.1, 63.1, 62.2, 63.2)는 온도 및 압력의 작용을 받는다. 온도 작용은, 분말 혼합물이 링 세그먼트에서 소결되고 링 세그먼트가 측면 에지에서 서로 연결되도록 한다. 축의 방향으로, 즉 드릴 링의 회전축에 평행한 압력 작용을 통해 링 세그먼트의 압착이 이루어지고, 이는 링 세그먼트의 압축을 발생시킨다. 고온 가압은 드릴 링의 최종 형태를 결정하는 몰드에서 이루어진다.
본 발명에 따른 방법에서 드릴 링은 복수의 성형체로 형성되며, 상기 복수의 성형체는 링 세그먼트로 성형되어 연속 드릴 링으로 소결된다. 성형체의 기하학적 형상으로서 다각형의 베이스 표면이 적합하다. 도 5a 내지 도 5c는 직사각형의 베이스 표면(도 5a)을 가진 성형체(81), 오각형의 베이스 표면(도 5b)을 가진 성형체(82) 그리고 육각형의 베이스 표면(도 5c)을 가진 성형체(83)를 도시한다.
성형체(81)의 직사각형의 베이스 표면(84)은 복수의 링 세그먼트로 이루어진 드릴 링을 제조하기 위한 가장 간단한 기하학적 형상을 나타낸다. 도 5a의 실시예에서 연속 드릴 링을 제조하기 위해 3개의 동일한 성형체(81.1, 81.2, 81.3)가 사용된다.
성형체(82)의 오각형의 베이스 표면은 2개의 직각인 내각을 갖는 사다리꼴(86) 및 직사각형(85)으로 세분될 수 있다. 사다리꼴의 경사진 변의 영역에서 인접한 링 세그먼트의 소결 동안 물 슬롯(87)이 생성된다. 이러한 오각형의 베이스 표면에서는, n≥1인 2n개의 링 세그먼트를 구비하는 드릴 링에서 복수의 n개의 물 슬롯(87)이 생성된다.
성형체(83)의 육각형의 베이스 표면은 직사각형(88) 및 등변 사다리꼴(89)로 세분될 수 있다. 사다리꼴의 경사진 변의 영역에서 인접한 링 세그먼트의 소결 동안 물 슬롯(90)이 생성된다. 이러한 육각형 베이스 표면에서는, n≥2인 n개의 링 세그먼트를 구비하는 드릴 링에서 복수의 n개의 물 슬롯(90)이 생성된다.
10: 코어 드릴 비트
11: 드릴 링
12: 드릴 샤프트
13: 수용 구간
14: 삽입 단부

Claims (12)

  1. 코어 드릴 비트(10)용 연속 드릴 링(21; 51)을 제조하는 방법에 있어서,
    · 설정 패턴으로 배치된 다이아몬드 입자(25, 27; 65)를 포함하는 다이아몬드 층(32, 33, 34, 38, 39, 40)과 분말 혼합물(24, 26; 64)의 분말 층(28, 29, 30, 35, 36, 37)을 연속적으로 적용함으로써 적어도 2개의 성형체(61; 81, 82, 83)를 형성 방향으로 바닥면과 상단면 사이에 층을 이루어 형성하는 단계;
    · 압력의 작용 하에 상기 성형체(61; 81 , 82, 83)를 링 세그먼트(22, 23; 62, 63)로 성형하는 단계;
    · 상기 링 세그먼트(22, 23; 62, 63)를 링 형상으로 조립하고, 온도의 작용 하에 연속적인 드릴 링(21, 51)으로 소결하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 드릴 링(21)은 제1 링 세그먼트(22.1, 22.2)로 성형되는, n≥1인 n개의 제1 성형체와, 제2 링 세그먼트(23.1, 23.2)로 성형되는 n개의 제2 성형체로 이루어지는 복수의 성형체로 형성되고, 상기 제1 링 세그먼트(22.1, 22.2) 및 제2 링 세그먼트(23.1, 23.2)는 상기 드릴 링(21)의 원주 방향을 따라 서로 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 링 세그먼트(22.1 , 22.2)는 제1 분말 혼합물(24) 및 제1 다이아몬드 입자(25)로 형성되고, 상기 제2 링 세그먼트(23.1, 23.2)는 제2 분말 혼합물(26) 및 제2 다이아몬드 입자(27)로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 드릴 링(51)은, n≥1인 복수의 2n개의 동일한 성형체(61)로 형성되고, n개의 성형체(61)가 압력의 작용 하에 볼록한 곡률을 구비하여 제1 링 세그먼트(62.1, 62.2)로 성형되고, n개의 성형체(61)가 압력의 작용 하에 오목한 곡률을 구비하여 제2 링 세그먼트(63.1, 63.2)로 성형되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 성형체(61)의 상기 상단면은, 상기 제1 링 세그먼트(62.1, 62.2)에서 외측면(54) 상에 배치되며 상기 제2 링 세그먼트(63.1, 63.2)에서는 내측면(53) 상에 배치되고, 상기 제1 링 세그먼트(62.1, 62.2) 및 제2 링 세그먼트(63.1, 63.2)는 상기 드릴 링(51)의 원주 방향을 따라 서로 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다이아몬드 층의 개수(m1, m2) 및 상기 다이아몬드 입자(25, 27; 65)의 크기는, 상기 다이아몬드 입자(25, 27; 65)의 평균 다이아몬드 직경이 상기 드릴 링(21; 51)의 폭과 상기 다이아몬드 층의 개수(m1, m2)의 몫(quotient)의 적어도 45%가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형체(81)는 직사각형 베이스 표면(84)을 갖는 분말 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형체(82)는 오각형 베이스 표면을 갖는 분말 층으로 형성되고, 상기 베이스 표면은 2개의 직각인 내각을 갖는 사다리꼴(86) 및 직사각형(85)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형체(83)는 육각형 베이스 표면을 갖는 분말 층으로 형성되고, 상기 베이스 표면은 직사각형(88) 및 등변 사다리꼴(89)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 사다리꼴(86, 89)의 높이는 상기 성형체(82, 83)의 전체 높이(H)의 1/3과 5/6 사이에서 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 링 세그먼트(22, 23, 62, 63)는 소결 동안 온도 및 압력의 작용을 받는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 링 세그먼트(62, 63)는 소결 동안 압력 작용에 의해 추가적인 외부 성형을 받는 것을 특징으로 하는 방법.
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