KR20200040377A - 굴착기의 버킷용 투스 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마모 현상이 발생하는 투스 포인트의 굴착부 내에 경질입자를 포함하여 표면 경화를 통해 내마모성 및 내충격성이 향상된 굴착기의 버킷용 투스 및 이의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 경질입자가 투스 포인트와 일체로 매립됨에 따라 강한 힘과 마모작용을 받는 경우에도 경질입자가 탈락되지 않아 긴 수명을 유지할 수 있는 굴착기의 버킷용 투스 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

굴착기의 버킷용 투스 및 이의 제조방법{TOOTH FOR BUCKET OF EXCAVATOR AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 굴착기의 버킷용 투스 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내충격성 및 내마모성이 향상되어 강한 힘과 마모작용을 받는 경우에도 긴 수명을 유지할 수 있는 굴착기의 버킷용 투스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
공공작업이나 광산에서 사용되는 굴착기 등의 굴착 장치는 흙과 돌을 파내고, 파낸 흙이나 돌을 다른 위치나 차량의 적재함 등으로 퍼 날라 쌓아 놓는데 사용된다. 이러한 굴착 장치는 일반적으로 기계적인 암(arm)에 결합되어 흙이나 돌을 퍼 나르는데 사용되는 버킷(bucket)을 구비한다.
버킷의 단부에는 흙이나 돌을 파내고 파쇄시키는데 사용되는 복수개의 투스 포인트(tooth point)가 장착되어 있다. 이때, 투스 포인트는 버킷과 연결되어 있는 투스 어댑터(tooth adaptor)를 통하여 버킷과 연결되므로, 실질적으로 복수 개의 투스 포인트는 투스 어댑터에 연결된다.
이러한 굴착 장치를 통한 굴착 동작이 이루어질 경우, 굴착지를 파고, 흙과 돌을 퍼내는 등과 같이 직접적인 굴착 동작은 투스 포인트에 의해 행해지므로 투스 포인트는 사용 시간이 경과함에 따라 마모 현상이 발생한다.
투스 포인트의 마모 정도가 설정 상태를 넘어서게 되면, 원활한 굴착 동작과 굴착기를 보호하기 위해 투스 포인트를 교체해야 한다. 한국등록특허 제10-0615524호에서는 소모품인 투스 포인트의 결합이 보다 용이하게 이루어지는 굴삭기의 버킷용 투스를 제공하여 마모 현상에 대한 대안책을 제시하였다. 그러나, 투스 포인트의 내마모성 및 내충격성이 낮아 굴착 공정 수행 시 투스 포인트의 마모 현상이 빈번하게 발생하고, 이에 따라 교체 주기가 짧아져 자주 교체하여야만 하는 한계점이 있었다.
이에 한국등록특허 제10-1638365호는 초경합금 성형체 파쇄 입자를 모재에 용융시켜 용접에 의해 초경합금층을 형성하였다. 그러나, 이 경우에도 용접된 부분이 떨어져 나가기가 쉽고, 용융 단계에서 모재와 초경합금 성형체 파쇄입자가 무분별하게 혼합되어 투스 포인트의 표면의 내마모성을 향상시키기 어려운 한계점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0615524호 대한민국 등록특허공보 제10-1638365호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 마모 현상이 발생하는 투스 포인트의 표면 경화(hard facing)를 통해 내마모성 및 내충격성이 향상된 굴착기의 버킷용 투스 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 굴착기의 버킷에 결합되는 투스 어댑터 및 상기 투스 어댑터에 결합되어 굴착지면을 굴착하는 투스 포인트로 이루어지고, 상기 투스 포인트는 투스 어댑터에 연결되는 연결부 및 굴착 동작이 이루어지는 경우 굴착지와 맞닿게 되는 굴착부를 포함하는 굴착기의 버킷용 투스에 있어서, 상기 굴착부의 적어도 하나의 일면에는 내마모성을 향상시키기 위하여 적어도 하나의 경질입자를 포함하고, 상기 경질입자의 적어도 일부가 굴착부 내에 매립되어 있는 굴착기의 버킷용 투스를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 경질입자는 굴착부 내에 완전히 매립되어 굴착부의 외부로 노출되지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 경질입자는 굴착부 내에 완전히 매립되고, 경질입자의 표면 중 적어도 일부가 굴착부의 외부로 노출될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 경질입자 체적의 일부가 굴착부 내에 매립되고, 일부는 굴착부의 외부로 돌출되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 경질입자가 굴착부 내에 완전히 매립되어 굴착부의 외부로 노출되지 않거나 상기 경질입자가 굴착부 내에 완전히 매립되고 경질입자의 표면 중 적어도 일부가 굴착부의 외부로 노출되는 경우에, 상기 경질입자의 평균입경은 4mm 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 경질입자 체적의 일부가 굴착부 내에 매립되고, 일부는 굴착부의 외부로 돌출되어 있는 경우, 상기 경질입자의 평균입경은 4mm를 초과할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 경질입자는 텅스텐, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬 및 몰리브덴 중 1종 이상의 카바이드 또는 니트라이드의 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 굴착부의 적어도 하나의 일면에는 복수개의 경질입자가 포함되고, 상기 복수개의 경질입자는 굴착부 내에서 다층 구조를 이루고 있을 수 있다.
또한, 본 발명은 굴착기의 버킷에 결합되는 투스 어댑터 및 상기 투스 어댑터에 결합되어 굴착지면을 굴착하는 투스 포인트로 이루어지고, 상기 투스 포인트는 투스 어댑터에 연결되는 연결부 및 굴착 동작이 이루어지는 경우 굴착지와 맞닿게 되는 굴착부를 포함하는 굴착기의 버킷용 투스 제조방법에 있어서, (1) 투스 포인트 제조용 플라스크를 제조하는 단계; (2) 상기 플라스크 내에 적어도 하나의 경질입자를 투입하는 단계; (3) 상기 플라스크 내에 모재 성형용 스트림을 주입하여 투스 포인트를 주조하는 단계; 및 (4) 상기 플라스크로부터 주물인 투스 포인트를 수득하는 단계;를 포함하는 굴착기의 버킷용 투스 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계는 상기 플라스크 내의 일면에 경질입자를 배치할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계는 상기 플라스크 내의 일면에 경질입자를 가압하여 삽입하고, 상기 삽입은 경질입자 체적의 일부만이 삽입되도록 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (3) 단계에서 경질입자의 비중은 모재의 비중보다 커서 경질입자가 가라앉은 상태로 주물인 투스 포인트가 형성되고, 상기 모재 성형용 스트림은 플라스크 내의 일면과 경질입자 사이로 주입되지 않을 수 있다.
본 발명은 마모 현상이 발생하는 투스 포인트의 굴착부 내에 경질입자를 포함하여 표면 경화를 통해 내마모성 및 내충격성이 향상된 굴착기의 버킷용 투스 및 이의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 경질입자가 투스 포인트와 일체로 매립됨에 따라 강한 힘과 마모작용을 받는 경우에도 경질입자가 탈락되지 않아 긴 수명을 유지할 수 있는 굴착기의 버킷용 투스 및 이의 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스를 이루는 투스 포인트(20)의 일부확대 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스를 이루는 투스 포인트(20)의 굴착부에 대한 일부 확대 도면이다.
도 4는 종래의 표면 경화된 굴착기의 버킷용 투스 및 본 발명의 굴착기의 버킷용 투스의 비교측면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 투스 포인트의 굴착부 내부 측면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스 제조공정에 대한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스 제조를 위한 플라스크 내부도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스 제조과정을 도시한 측면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이 기존의 굴착기의 버킷용 투스는 투스 포인트의 내마모성 및 내충격성이 낮아 굴착 공정 수행 시 투스 포인트의 마모 현상이 빈번하게 발생하고, 이에 따라 교체 주기가 짧아져 자주 교체하여야만 하였다. 또한, 용접을 통해 표면 경화를 하는 경우에도 강한 힘 또는 마모작용을 받는 경우에는 용접부가 탈락되는 한계점이 있었다.
이에 본 발명에서는 굴착기의 버킷에 결합되는 투스 어댑터 및 상기 투스 어댑터에 결합되어 굴착지면을 굴착하는 투스 포인트로 이루어지고, 상기 투스 포인트는 투스 어댑터에 연결되는 연결부 및 굴착 동작이 이루어지는 경우 굴착지와 맞닿게 되는 굴착부를 포함하는 굴착기의 버킷용 투스에 있어서, 상기 굴착부의 적어도 하나의 일면에는 내마모성을 향상시키기 위하여 적어도 하나의 경질입자를 포함하고, 상기 경질입자의 적어도 일부가 굴착부 내에 매립되어 있는 굴착기의 버킷용 투스를 제공한다.
이를 통해 굴착 수행 시 마모 현상이 발생하는 투스 포인트의 굴착부 내에 경질입자를 포함하여 표면 경화(hard-facing)를 통해 내마모성 및 내충격성을 향상시킬 수 있다. 또한, 경질입자는 투스 포인트와 일체로 매립되므로, 강한 힘과 마모작용을 받는 경우에도 탈락되지 않아 긴 수명을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 굴착기의 버킷용 투스는 투스 어댑터(10) 및 이에 연결되는 투스 포인트(20)로 이루어진다. 투스 포인트(20)는 투스 어댑터에 연결되는 연결부(21) 및 굴착지와 맞닿는 굴착부(22)를 포함한다.
투스 포인트(20)는 연결부(21)를 통해 투스 어댑터(10)에 연결되어 있고, 투스 어댑터(10)를 통해 버킷에 연결될 수 있다. 투스 포인트(20)는 굴착지를 굴착하기 위한 것으로서, 굴착 동작이 이루어지는 경우 굴착부(21)가 굴착지와 맞닿아 굴착 동작이 이루어진다.
경질입자는 굴착부(21)의 적어도 하나의 일면에 포함된다.이 때, 적어도 하나의 일면이란 굴착지와 맞닿는 표면 중 적어도 하나의 일면을 의미한다. 도 1을 참조하면, 투스 포인트(20)의 굴착부(21)는 직육면체와 유사한 형상을 가지고, 그 중 넓은 면적을 형성하는 일면(21a)과 그에 대응하는 면이 굴착지와 맞닿는 표면이다. 상기 양면 중 적어도 일면에 적어도 하나의 경질입자가 포함되고, 경질입자의 적어도 일부가 굴착부 내에 매립된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 경질입자는 굴착부(21) 중 선단부의 양각면에 집중되어 포함될 수 있다. 이 때, 선단부라 함은 투스 포인트(20)의 일면 중 투스 어댑터(10)와 반대 방향의 표면부를 의미한다. 이를 통해 마모현상이 발생하기 쉬운 굴착부(21) 중 선단부의 양각면의 내마모성 및 내충격성을 향상시킬 수 있어, 투스 포인트(20)가 긴 수명을 유지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스를 이루는 투스 포인트(20)의 굴착부 및 경질입자에 대한 일부확대 도면이다. 도 2를 참조하면, 굴착부(21)의 선단부의 양각면 내에 하나 이상의 경질입자가 집중적으로 포함될 수 있다. 굴착 동작을 수행하는 경우, 굴착부(21) 중 선단부가 굴착면과 가장 직접적으로 맞닿게 되어 마모 현상에 취약할 수 있다. 특히, 선단부의 양각면은 보다 직접적으로 굴착면에 맞닿는 부분이므로 해당 위치에 물성이 강한 경질입자를 매립하여 포함하는 경우 내마모성 및 내충격성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 경질입자의 적어도 일부가 굴착부 내에 매립된다. 본 발명의 굴착기의 버킷용 투스는 경질입자가 다양한 형태로 굴착부 내에 매립될 수 있다. 이는 후술하는 바와 같이 경질입자의 투입 방식에 따라 달라질 수 있다.
먼저 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 경질입자는 굴착부 내에 완전히 매립되어 굴착부의 외부로 노출되지 않을 수 있다. 이 때, 경질입자가 '굴착부 내에 완전히 매립'된다는 의미는 경질입자가 굴착부의 외부 표면에서는 보이지 않을 정도로 완전히 굴착부 내부에 존재한다는 의미이다.
이와 관련하여 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스를 이루는 투스 포인트(20)의 굴착부에 대한 일부 확대 도면이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 좌측 이미지는 경질입자를 포함하는 굴착부의 측면도이고, 우측 이미지는 굴착부의 상면도이다. 도 3을 참조하면, 하나 이상의 경질입자가 굴착부의 내부에 포함되어 있고, 상기 경질입자들은 굴착기의 내부에 완전히 매립된 상태로 포함되므로 굴착부의 외부에는 일절 노출되지 않는다.
이 경우 경질입자가 굴착부 내에 완전히 매립됨에 따라, 굴착기의 버킷용 투스를 사용하여 굴착 동작을 수행하는 경우에도 경질입자가 쉽게 탈락하지 않는 효과가 있다. 이에 따라 보다 수명이 길고, 내마모성이 강한 굴착기의 버킷용 투스를 제공할 수 있다.
또한, 경질입자는 굴착부 내에 완전히 매립되고, 경질입자의 표면 중 적어도 일부가 굴착부의 외부로 노출되어 있을 수 있다. 즉, 경질입자가 굴착부 내에 완전히 매립되면서도 일부 표면은 굴착부의 외부에서 보았을 때 관측될 수 있다.
구체적으로 도 3의 (b)를 참조하면, 하나 이상의 경질입자가 굴착부의 내부에 완전히 매립되어 있다. 그러나, 상술한 도 3의 (a)와 달리 경질입자의 표면 중 일부가 굴착부의 표면과 맞닿은 채로 굴착부에 포함될 수 있다. 이 경우, 굴착부의 상면도를 참조하면, 경질입자들의 표면 중 적어도 일부가 굴착부의 외부로 노출되어 있음을 알 수 있다.
이 경우 경질입자의 단단한 표면이 굴착부의 표면과 함께 일체화됨에 따라, 굴착기의 버킷용 투스의 내마모성 및 내저항성이 향상하게 된다. 또한, 경질입자는 일부 표면만이 노출되어 있을 뿐 체적의 대부분이 굴착부 내에 매립되어 있으므로, 굴착 동작의 반복 수행에도 불구하고 경질입자가 쉽게 탈락하지 않는 장점이 있다.
또한, 경질입자 체적의 일부가 굴착부 내에 매립되고, 일부는 굴착부의 외부로 돌출될 수도 있다. 이 때, '경질입자 체적의 일부가 굴착부 내에 매립'된다는 의미는 경질입자의 일부만이 굴착부 내에 매립되고 일부는 매립되지 않음을 의미한다.
경질입자는 굴착부 내에 일부가 매립되고, 일부가 외부로 돌출되어 굴착부에 고정된 채로 굴착 동작을 반복 수행할 수 있는 정도로 매립 또는 돌출될 수 있다. 바람직하게는, 경질입자의 5 ~ 60 부피%가 굴착부의 외부로 돌출될 수 있고, 보다 바람직하게는 5 ~ 50 부피%가 굴착부의 외부로 돌출될 수 있다.
구체적으로 도 3의 (c)를 참조하면, 하나 이상의 경질입자가 일부는 굴착부에 매립되고 일부는 굴착부의 외부로 돌출된 상태로 굴착부에 포함될 수 있다. 굴착부의 상면도를 참조하면, 상술한 다른 형태에 비하여 경질입자가 더 넓은 범위로 굴착부의 외부에 노출되어 있음을 알 수 있다.
이 경우, 단단한 경질입자가 외부에서 관측 가능함과 동시에 굴착부에 일체로 결합되어 있다. 따라서, 굴착 동작을 수행하는 경우에 내마모성 및 내저항성이 향상될 수 있음과 동시에 경질입자가 굴착 동작의 반복 수행 시에도 쉽게 탈락하지 않아 교체주기가 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 굴착기의 버킷용 투스는 상술한 다양한 형태들이 혼재될 수도 있다. 구체적으로, 도 3의 (d)를 참조하면 일부 경질입자는 굴착부 내에 완전히 매립되어 굴착부의 외부로 노출되지 않을 수 있고, 일부 경질입자는 굴착부 내에 완전히 매립되면서 경질입자의 표면 중 적어도 일부는 굴착부의 외부로 노출될 수 있으며, 일부 경질입자는 체적의 일부가 굴착부 내에 매립되고 일부는 굴착부의 외부로 돌출된 상태로 존재할 수 있는 것이다. 또한, 상기 3가지 매립 형태가 혼재되어 존재할 수도 있지만, 상기 3가지 매립 형태 중 임의의 2가지 매립 형태가 혼재되어 존재할 수도 있다. 즉, 목적하는 투스 포인트의 물성 및 특성에 따라 경질입자의 매립 정도 및 매립 형태를 선택할 수 있다.
한편, 경질입자는 높은 경도, 강도 및 내마모성을 갖는 소결재를 의미한다. 즉, 굴착 수행 시 굴착지와 맞닿아 직접적인 굴착 동작을 수행하는 투스 포인트의 굴착부(21)의 표면을 경화하기 위하여, 굴착부(21)의 적어도 하나의 일면 내에 강도 및 내마모성이 우수한 경질입자를 포함하도록 한 것이다.
경질입자는 전이금속인 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐 중 1종 이상의 융점이 높은 카바이드 또는 니트라이드의 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는 전이금속 중 하나의 카바이드일 수 있고, 보다 바람직하게는 텅스텐 카바이드(WC)일 수 있다. 텅스텐 카바이드는 화학적으로 대단히 안정하고, 녹는점이 2870℃로 높아 내열성이 우수하다. 또한, 내마모성, 압축강도 및 경도가 커서 효과적으로 투스 포인트(20)의 표면이 경화될 수 있다.
경질입자의 평균입경은 굴착부의 일면에 포함되어 투스 포인트(20)의 표면 경화 효과를 발현할 수 있는 정도의 것이면 제한없이 사용할 수 있다. 바람직하게는, 경질입자의 평균입경은 1 ~ 20mm일 수 있다. 보다 바람직하게는 2 ~ 10mm일 수 있다.
한편 상술한 바와 같이 경질입자는 다양한 형태로 굴착부 내에 매립될 수 있는데, 경질입자의 평균입경과 매립 형태는 관련이 있을 수 있다. 바람직하게는, 상대적으로 평균입경이 큰 경질입자는 체적의 일부가 굴착부 내에 매립되고 일부는 굴착부의 외부로 돌출될 수 있다. 또한, 상대적으로 평균입경이 작은 경질입자는 굴착부 내에 완전히 매립되어 굴착부의 외부로 노출되지 않거나, 경질입자의 표면 중 적어도 일부가 굴착부의 외부로 노출될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 굴착부 내에 완전히 매립되어 굴착부의 외부로 노출되지 않거나, 경질입자의 표면 중 적어도 일부가 굴착부의 외부로 노출되도록 경질입자가 매립되는 경우엔 경질입자의 평균입경이 4mm이하일 수 있다. 보다 바람직하게는 1 ~ 4mm일 수 있고, 더욱 바람직하게는 2 ~ 3mm일 수 있다. 경질입자의 평균입경이 상기 범위를 만족하는 경우에는 경질입자가 굴착부 내에 완전히 매립되어 굴착부와 일체화될 수 있어 보다 교체주기가 긴 굴착기의 버킷용 투스를 제공할 수 있다.
또한, 경질입자 체적의 일부가 굴착부 내에 매립되고 일부는 굴착부의 외부로 돌출되는 경우엔 경질입자의 평균입경이 4mm를 초과할 수 있다. 보다 바람직하게는 4mm 초과 10mm이하일 수 있다. 경질입자의 평균입경이 상기 범위를 만족하는 경우에는 단단한 경질입자가 외부로 돌출되어 내마모성 및 내저항성을 효율적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
만일 상술한 바와 같이 본 발명의 굴착기의 버킷용 투스에 경질입자들의 다양한 매립 형태들이 혼재되어 있는 경우에는, 해당 형태에는 상기의 바람직한 평균입경을 만족하는 경질입자가 포함될 수 있다. 즉, 본 발명의 굴착기의 버킷용 투스에 포함되는 경질입자들은, 평균입경이 상기 범위를 만족하는 범위 내에서 다양하게 혼재되어 존재할 수 있다.
한편, 본 발명의 경질입자는 굴착부의 내부에 적어도 일부가 매립되어 투스 포인트와 일체로 형성될 수 있다. 이 때, 투스 포인트(20)와 일체로 형성된다는 의미는 경질입자가 투스 포인트(20)의 굴착부의 표면 내에 매립되어 포함된다는 의미이다. 즉, 투스 포인트(20)의 표면 상에 별도의 초경층이나 표면 개질층을 형성하는 것이 아니라, 투스 포인트(20)의 굴착부 표면 내에 경질입자의 적어도 일부가 매립된 상태로 포함되어 육안으로 보았을 때 일체로 보이도록 형성되는 것을 의미하는 것이다.
이와 관련하여, 도 4는 종래의 표면 경화된 굴착기의 버킷용 투스 및 본 발명의 굴착기의 버킷용 투스의 비교측면도이다. 도 4(a)는 종래의 표면 경화된 굴착기의 버킷용 투스 포인트이고, 도 4(b)는 본 발명의 일실시예에 따라 표면 경화된 굴착기의 버킷용 투스 포인트(20)이다. 상기 도면을 살펴보면, 도 3(a)와 같이 표면용접 등을 통해 투스 포인트(20)의 표면 상에 별도의 초경층 또는 표면 개질층이 형성됨을 알 수 있다. 반면, 도 4(b)의 경우 투스 포인트(20)의 굴착부 내에 경질입자가 매립되어 포함됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 버킷용 투스 포인트는 경질입자가 매립되어 굴착부와 일체화된 상태로 존재한다.
이와 같이 경질입자가 투스 포인트(20)의 굴착부 내에 포함되어 일체화된 상태로 포함되는 경우, 내마모성이 현저히 향상되는 효과가 있다. 구체적으로, 용접 등을 통해 별도의 초경층이 형성되는 경우에는, 강한 힘과 마모작용에 의하여 초경층이 탈락되는 결함이 발생할 수 있다. 반면, 경질입자가 굴착부 내에 매립되어 굴착부와 일체화된 경우에는 강한 힘과 연속적인 마모작용을 받더라도 경질입자가 탈락되는 등의 결함이 발생하지 않는 장점이 있다. 이에 따라, 보다 긴 수명 및 긴 교체주기를 가지는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 복수개의 경질입자는 굴착부 내에서 다층 구조를 이룰 수 있다. 즉, 본 발명의 굴착기의 버킷용 투스는 굴착부의 표면에 하나 이상의 경질입자를 포함하고, 상기 경질입자는 굴착부 내에 적어도 일부가 매립되어 포함된다. 이 때, 복수개의 경질입자들이 굴착부 내에서 다층 구조를 형성할 수도 있는 것이다.
구체적으로 도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 투스 포인트의 굴착부 내부 측면도이다. 도 5의 (a)를 참조하면, 복수개의 경질입자가 굴착부 내에 완전히 매립되어 굴착부의 외부로 노출되지 않도록 포함될 수 있다. 이 때, 복수의 경질입자들은 단층으로 이격하여 배치될 수도 있으나, 도 5 (a)와 같이 다층으로 포함될 수도 있다. 또한, 도 5의 (b)를 참조하면, 복수개의 경질입자가 굴착부 내에 완전히 매립되면서, 경질입자의 표면 중 적어도 일부가 굴착부의 외부로 노출되도록 포함될 수 있다. 이 때, 복수의 경질입자들이 단층으로 이격하여 배치될 수도 있으나, 도 5 (b)와 같이 완전히 매립되어 굴착부의 외부로 노출되지 않는 층을 하나 이상 더 포함할 수도 있다. 또한, 도 5의 (c)를 참조하면, 복수개의 경질입자 체적의 일부는 굴착부 내에 매립되고 일부는 굴착부의 외부로 돌출될 수도 있다. 이 때, 복수의 경질입자들이 단층으로 이격하여 배치될 수도 있으나, 도 5 (c)와 같이 완전히 매립되어 굴착부의 외부로 노출되지 않는 층을 하나 이상 더 포함할 수도 있다.
이와 같이, 굴착부 내에서 복수의 경질입자가 다층 구조를 이루는 경우에는 투스포인트의 굴착부의 내마모성 및 내저항성 등의 물성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 굴착 동작을 반복하여 수행함으로써 최외층에 존재하는 경질입자들이 탈락되거나 소실되는 경우에도, 내부에 매립되어 있는 다른 복수개의 경질입자들에 의하여 투스포인트의 표면이 경화되는 효과가 발현될 수 있다.
또한, 본 발명은 굴착기의 버킷에 결합되는 투스 어댑터 및 상기 투스 어댑터에 결합되어 굴착지면을 굴착하는 투스 포인트로 이루어지고, 상기 투스 포인트는 투스 어댑터에 연결되는 연결부 및 굴착 동작이 이루어지는 경우 굴착지와 맞닿게 되는 굴착부를 포함하는 굴착기의 버킷용 투스 제조방법에 있어서, (1) 투스 포인트 제조용 플라스크를 제조하는 단계; (2) 상기 플라스크 내에 적어도 하나의 경질입자를 투입하는 단계; (3) 상기 플라스크 내에 모재 성형용 스트림을 주입하여 투스 포인트를 주조하는 단계;및 (4) 상기 플라스크로부터 주물인 투스 포인트를 수득하는 단계;를 포함하는 굴착기의 버킷용 투스 제조방법을 제공한다.
이를 통해 간단하고 용이한 공정으로 굴착 수행 시 마모 현상이 발생하는 투스 포인트(20)의 굴착부 내에 경질입자가 포함되어 투스 포인트(20)의 표면을 경화할 수 있다. 또한, 하나 이상의 경질입자가 투스 포인트(20)의 굴착부 내에 매립되어 일체로 포함될 수 있어 교체 주기가 향상될 수 있고, 내마모성 및 내충격성이 현저히 향상되는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스 제조공정에 대한 모식도이다. 도 6을 참조하면, (a) 굴착기의 버킷용 투스의 투스 포인트 제조용 플라스크(flask)(2)를 제조하고, (b) 투스 포인트 제조용 플라스크(2) 내에 적어도 하나의 경질입자를 투입한 후, (c) 플라스크 내에 모재 성형용 스트림을 주입하여 투스 포인트를 주조한다. 그 후 (d) 절삭 등의 추가 공정을 수행하여 (e) 경질입자의 적어도 일부가 굴착부 내에 매립되어 있는 투스 포인트를 수득할 수 있다.
(1) 투스 포인트 제조용 플라스크(flask)(2)를 제조하는 단계에 대해 설명한다. 플라스크는 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 통해 제조할 수 있으나, 바람직하게는 셸-몰드법(shell molding process)을 활용하기 위하여 규사와 수지 분말 등을 이용하여 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계는 (1-1) 투스 포인트 금형을 제조하는 단계 및 (1-2) 상기 금형 상에 규사와 수지 분말의 혼합물을 가한 후 양생하여 플라스크를 제조하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
먼저, (1-1) 투스 포인트 금형을 제조하는 단계에서는 본 발명을 통해 제조하고자 하는 투스 포인트와 동일한 형상으로 금형을 제조할 수 있다. 또한, 추후 주물을 제조하기 위하여 스트림을 주입할 것을 고려한 형상으로 제조할 수도 있다. 이와 관련하여, 도 6의 (a)를 참조하면 투스 포인트와 동일한 형상을 포함하되 스트림의 주입로 등이 추가로 부착되어 있는 금형(1)을 이용할 수 있음을 확인할 수 있다.
다음으로, (1-2) 상기 금형 상에 규사와 수지 분말의 혼합물을 투입한 후 양생하여 플라스크를 제조하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 (1-1) 단계를 통해 제조한 금형을 가열한 후, 규사와 수지의 혼합물을 가열한 금형에 가할 수 있다. 바람직하게는, 규사와 수지의 혼합물을 가열한 금형에 뿌린 후 일정 시간 유지할 수 있다. 그 후, 미결합 혼합물을 제거하고 양생하여 강도를 부여함으로써 플라스크를 제조할 수 있다.
이와 같은 방법으로 제조한 플라스크는 치수의 정도가 우수하며, 복잡한 형상의 주물을 쉽게 주조할 수 있으며, 주조한 주물의 표면이 매끄러운 장점이 있다.
다음으로, (2) 상기 플라스크 내에 적어도 하나의 경질입자를 투입하는 단계에 대해 설명한다. 경질입자는 경질합금을 분쇄 또는 파쇄하여 준비할 수 있다. 도 6의 (b)를 참조하면 적어도 하나의 경질입자를 플라스크 내에 투입함으로써 경질입자의 적어도 일부가 매립된 굴착부를 포함하는 투스 포인트 주물을 제조할 수 있다.
바람직하게는, 경질입자는 투스 포인트 제조용 플라스크 내에 굴착부가 형성되는 위치에 투입될 수 있다. 보다 바람직하게는 경질입자는 투스 포인트 제조용 플라스크 내의 굴착부(21) 중 선단부의 양각면이 형성되는 위치 상에 투입될 수 있다. 이 경우, 경질입자는 모재에 비하여 비중이 높으므로 추후 주물을 형성하는 과정에서도 투입된 위치 또는 이와 인접한 위치를 유지할 수 있게 된다. 이에 따라 투스 포인트(20)는 굴착부(21)의 적어도 하나의 일면에 경질입자의 적어도 일부가 매립될 수 있는 것이다.
이와 관련하여, 도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스 제조를 위한 플라스크 내부도이다. 도 7을 참조하면, 투스 포인트 제조용 플라스크 내에 복수의 경질입자들이 먼저 투입되고, 이후 모재 성형용 스트림이 주입될 수 있다. 또한, 복수의 경질입자들이 플라스크 내 굴착부(21) 중 선단부의 양각면이 형성되는 음각부에 집중적으로 배치될 수 있다. 이를 통해 굴착부(21) 중 선단부의 양각면에 경질입자의 적어도 일부가 매립되어, 굴착부와 일체화되어 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 경질입자를 투입하는 단계는 상기 플라스크 내의 일면에 경질입자를 배치함으로써 수행될 수 있다. 즉, 경질입자를 별도의 가압 등의 외부의 힘을 가하거나 하지 않고도 단순히 배치하는 방식으로 투입할 수 있다. 경질입자의 비중은 모재에 비하여 높기 때문에, 추후 모재 스트림을 주입하더라도 경질입자들이 플라스크 내부 표면에 가까운 상태로 존재하게 된다. 이 경우, 상술한 바와 같이 경질입자가 굴착부 내에 완전히 매립되어 굴착부의 외부에 노출되지 않거나, 경질입자의 표면 중 적어도 일부만이 굴착부의 외부에 노출되는 형태로 투스 포인트가 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 경질입자를 투입하는 단계는 상기 플라스크 내의 일면에 경질입자를 가압하여 삽입하고, 상기 삽입은 경질입자 체적의 일부만이 삽입되도록 수행될 수 있다. 즉, 경질입자를 플라스크 내에 투입하되, 바람직하게는 굴착부가 형성되는 위치의 플라스크 내부 표면에 경질입자 체적의 일부만이 삽입되도록 경질입자를 가압할 수 있다. 상기 가압은 수작업을 통해 수행될 수도 있으며, 입자를 가압하여 삽입할 수 있는 장치를 통해 수행될 수도 있다. 이 경우, 경질입자 체적의 일부가 굴착부 내에 매립되고, 일부는 굴착부의 외부로 돌출된 상태의 투스 포인트가 제조될 수 있다.
이와 같이 경질입자를 플라스크 내에 투입하는 단계는 경질입자를 간단한 방식으로 이격하여 배치하거나 가압하여 일부만을 삽입하는 방법을 통해 용이하게 수행될 수 있다. 즉, 본 발명의 굴착기의 버킷용 투스 제조방법은 간단한 공정을 통해서 굴착부와 경질입자를 일체화하여 형성할 수 있으므로, 공정의 효율성 및 경제성이 우수한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 경질입자는 목적하는 경질입자를 매립하고자 하는 굴착부가 형성되는 플라스크 내부 표면의 일부에 집중적으로 투입할 수 있다. 이 때 집중적으로 투입할 수 있다는 의미는, 복수의 경질입자들이 특정 위치 내에서 서로가 인접하도록 배치 또는 삽입할 수 있고, 복수의 경질입자들이 굴착부 내부에서 다층을 형성할 수 있음을 의미한다. 또한, 바람직하게는 경질입자는 각각 이격하여 배치 또는 삽입될 수 있다. 즉, 본 발명의 경질입자를 복수 개 배치 또는 삽입하는 경우엔 경질입자를 매립하고자 하는 위치 내에서 서로가 인접하되, 각각 이격하여 배치 또는 삽입되도록 함이 바람직하다.
플라스크 내에 배치 또는 삽입되는 경질입자가 플라스크 내의 투스 포인트(20)가 제조되는 표면에 대해 차지하는 표면적은 0.02 ~ 0.2% (100의 표면적을 가지는 플라스크 내 투스 포인트가 제조되는 표면 상에 0.05 ~ 0.2의 표면적만큼 경질입자를 배치하였다는 의미)일 수 있고, 바람직하게는 0.05 ~ 0.15%일 수 있다. 만일 경질입자가 차지하는 표면적이 상기 범위를 초과하는 경우에는 투스 포인트(20)의 모재가 제대로 형성되지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 만일 경질입자가 차지하는 표면적이 상기 범위 미만인 경우에는 경질입자들이 지나치게 성기게 매립되어 경질입자로서의 성질을 상실하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
다음으로, (3) 상기 플라스크 내에 모재 성형용 스트림을 주입하여 투스 포인트를 주조하는 단계에 대해 설명한다. 적어도 하나의 경질입자가 배치되어 있는 투스 포인트 제조용 플라스크 내로 모재 성형용 스트림을 주입하여, 상기 플라스크로부터 투스 포인트(20) 주물을 얻을 수 있다. 모재 성형용 스트림은 굴착기의 버킷용 투스의 주요 재질인 금속 또는 합금이 용융용해된 것을 의미한다. 모재는 경질입자보다 비중이 낮은 것으로, 굴착기의 버킷용 투스로 통상적으로 이용되는 재질이면 제한 없이 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 모재 성형용 스트림을 주입하는 경우에 경질입자의 비중은 모재의 비중보다 크고, 주물인 투스 포인트(20)의 굴착부의 일면 내에 경질입자의 적어도 일부가 매립될 수 있다. 즉, 모재 성형용 스트림이 주입되는 경우에도 비중이 큰 경질입자는 내열성이 우수하여 용해되지 않고, 가라앉은 상태로 플라스크의 표면 상에 위치하게 된다. 그 결과 제조되는 굴착기의 버킷용 투스 포인트(20)의 굴착부의 일면 내에 경질입자의 적어도 일부가 매립되어, 일체화될 수 있는 것이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 굴착기의 버킷용 투스 제조과정을 도시한 측면도이다. 도 8을 참조하면, 투스 포인트 제조용 금형 내에 복수의 경질입자들이 플라스크 내 굴착부(21) 중 선단부의 양각면이 형성되는 음각부에 집중적으로 배치될 수 있다. 그 후 모재 성형용 스트림이 상기 플라스크 내로 주입된다. 도 8의 측면도를 참조하면, 모재 성형용 스트림이 주입되는 경우에 모재보다 경질입자의 비중이 크고, 이에 따라 경질입자들이 가라앉은 채로 금형의 하부면에 존재하게 됨을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 모재 성형용 스트림은 플라스크 내의 일면과 경질입자 사이로 주입되지 않을 수 있다. 이 경우, 경질입자들은 플라스크 내의 일면에 가라앉아 경질입자의 일면과 플라스크의 일면에 맞닿아 있다. 이에 따라 추후 주물인 투스 포인트를 수득하는 경우, 굴착부의 외부에 경질입자의 표면 중 적어도 일부가 노출된 형태가 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 모재 성형용 스트림은 플라스크 내의 일면과 경질입자 사이로 주입될 수 있다. 이 경우, 경질입자들은 플라스크 내의 일면에 가라앉지 않은 상태로 주물인 투스 포인트가 제조된다. 이에 따라 굴착부 내에 경질입자들이 완전히 매립되어 굴착부 외부로 노출되지 않는 형태의 투스 포인트가 제조될 수 있다.
만일 모재 성형용 스트림이 플라스크 내의 일면과 일부 경질입자 사이로 주입되지 않으면서, 플라스크 내의 일면과 일부 경질입자 사이로는 주입될 수도 있다. 이 경우 복수개의 경질입자 중 일부는 굴착부 내에 완전히 매립되어 굴착부의 외부로는 노출되지 않고, 일부는 표면 중 적어도 일부만이 굴착부의 외부로 노출될 수도 있는 혼재된 형태의 투스 포인트가 제조될 수 있다.
그 후, (4) 상기 플라스크로부터 주물인 투스 포인트를 수득하는 단계를 수행한다. 상술한 바와 같이 본 발명은 모재 성형용 스트림을 주입하여 투스 포인트 제조용 플라스크를 충진시킨다. 이를 응고시킨 후 주물을 플라스크과 분리하여 투스 포인트(20)를 수득할 수 있다. 수득된 투스 포인트(20)의 표면에는 경질입자의 적어도 일부가 매립되어 있다.
또한, 도 6의 (d) 및 (e)를 참조하면, 모재 성형용 스트림을 주입한 후, 절삭 등의 추가 공정을 수행하여 주물인 투스 포인트를 수득할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 모재 성형용 스트림을 주입하여 투스 포인트를 주조하고, 절삭 또는 절단을 통해 목적하는 주물인 투스 포이트 외의 구성은 제거할 수 있다. 그 후 쇼팅, 사상 공정, 열처리, 쇼팅, 도장 공정을 추가로 수행하여 본 발명의 투스 포인트를 제조할 수 있다.
즉, 본 발명은 별도의 용접 등의 공정 없이도 주물을 제조하는 과정에서 경질입자 및 모재의 비중 차를 이용하여 경질입자가 투스 포인트의 굴착부 내에 매립되어 일체화되도록 공정을 용이하게 형성할 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 경질입자는 투스 포인트 제조용 플라스크 내에서 모재와 함께 성형되므로 투스 포인트의 굴착부에 적어도 일부가 매립되어 일체형으로 형성된다. 이에 따라 큰 힘이나 마모 작용을 받는 경우에도 경질입자가 탈락될 염려가 없어, 내마모성 및 내충격성이 향상되는 효과가 있다.
결국, 본 발명의 굴착기의 버킷용 투스 및 이의 제조방법은 마모 현상이 발생하는 투스 포인트(20)의 표면에 경질입자의 적어도 일부를 매립하는 표면 경화를 통해 내마모성 및 내충격성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 굴착기의 버킷용 투스 및 이의 제조방법은 간단한 공정만으로 경질입자가 투스 포인트(20)와 일체로 포함되도록 할 수 있어, 굴착기의 버킷용 투스가 긴 교체주기를 유지하도록 할 수 있다.

Claims (12)

  1. 굴착기의 버킷에 결합되는 투스 어댑터 및 상기 투스 어댑터에 결합되어 굴착지면을 굴착하는 투스 포인트로 이루어지고, 상기 투스 포인트는 투스 어댑터에 연결되는 연결부 및 굴착 동작이 이루어지는 경우 굴착지와 맞닿게 되는 굴착부를 포함하는 굴착기의 버킷용 투스에 있어서,
    상기 굴착부의 적어도 하나의 일면에는 내마모성을 향상시키기 위하여 적어도 하나의 경질입자를 포함하고,
    상기 경질입자의 적어도 일부가 굴착부 내에 매립되어 있는 굴착기의 버킷용 투스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경질입자는 굴착부 내에 완전히 매립되어 굴착부의 외부로 노출되지 않는 것을 특징으로 하는 굴착기의 버킷용 투스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경질입자는 굴착부 내에 완전히 매립되고, 경질입자의 표면 중 적어도 일부가 굴착부의 외부로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 굴착기의 버킷용 투스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 경질입자 체적의 일부가 굴착부 내에 매립되고, 일부는 굴착부의 외부로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 굴착기의 버킷용 투스.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 경질입자의 평균입경은 4mm 이하인 것을 특징으로 하는 굴착기의 버킷용 투스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 경질입자의 평균입경은 4mm를 초과하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 버킷용 투스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 경질입자는 텅스텐, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬 및 몰리브덴 중 1종 이상의 카바이드 또는 니트라이드의 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 굴착기의 버킷용 투스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 굴착부의 적어도 하나의 일면에는 복수개의 경질입자가 포함되고,
    상기 복수개의 경질입자는 굴착부 내에서 다층 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 굴착기의 버킷용 투스.
  9. 굴착기의 버킷에 결합되는 투스 어댑터 및 상기 투스 어댑터에 결합되어 굴착지면을 굴착하는 투스 포인트로 이루어지고, 상기 투스 포인트는 투스 어댑터에 연결되는 연결부 및 굴착 동작이 이루어지는 경우 굴착지와 맞닿게 되는 굴착부를 포함하는 굴착기의 버킷용 투스 제조방법에 있어서,
    (1) 투스 포인트 제조용 플라스크를 제조하는 단계;
    (2) 상기 플라스크 내에 적어도 하나의 경질입자를 투입하는 단계;
    (3) 상기 플라스크 내에 모재 성형용 스트림을 주입하여 투스 포인트를 주조하는 단계;및
    (4) 상기 플라스크로부터 주물인 투스 포인트를 수득하는 단계;를 포함하는 굴착기의 버킷용 투스 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (2) 단계는 상기 플라스크 내의 일면에 경질입자를 배치하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 버킷용 투스 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 (2) 단계는 상기 플라스크 내의 일면에 경질입자를 가압하여 삽입하고, 상기 삽입은 경질입자 체적의 일부만이 삽입되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 굴착기의 버킷용 투스 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 (3) 단계에서 경질입자의 비중은 모재의 비중보다 커서 경질입자가 가라앉은 상태로 주물인 투스 포인트가 형성되고, 상기 모재 성형용 스트림은 플라스크 내의 일면과 경질입자 사이로 주입되지 않는 것을 특징으로 하는 굴착기의 버킷용 투스 제조방법.
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