KR100226044B1 - 차량 엔진용 중공 칠드 캠 샤프트의 제조방법 - Google Patents

차량 엔진용 중공 칠드 캠 샤프트의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량엔진용 중공 칠드 캠 샤프트 및 그 제조방법에 관한 것으로서.
제1의 특징은 캠 샤프트의 내측에 중공부가 형성된 스틸파이프를 삽입융착시켜 구성함으로써 캠 샤프트의 경량화 및 강도상승을 꾀하고 오일 갤러리기능을 가지며 제조원가를 감소시킬수 있다.
제2의 특징은 스틸파이프 표면에 묻은 기름 및 이물질을 제거하고 스틸파이프의 표면을 거칠게하는 스틸파이프의 탈지 및 탈사처리와, 샌드에 가스를 이용하여 몰드를 성형시키는 몰드성형과, 열전도가 뛰어난 스틸봉을 스틸파이프 내경속에 넣어 몰드에 삽입하는 스틸파이프 및 스틸봉삽입단계와, 칠러를 몰드안에 설치하는 칠러 삽입단계와, 반중력 진공주조머시인에의해 주조하는 반중력 진공주조단계와, 스틸봉을 제거하고 소재탈사를 행하는 탈사단계를 순차적으로하여 스틸파이프의 변형 및 중공부가 막히는 불량을 방지하고, 융착성을 양호하게하며 표면을 청정하게하여 고급화를 기할 수 있는 발명이다.

Description

차량 엔진용 중공 칠드 캠 샤프트의 제조방법
제1a, b도는 본 발명에 따른 캠 새프트를 도시한 것으로서,
a도는 캠 샤프트의 정면도이고,
b도는 A-A선 단면도이다.
제2도는 본 발명의 캠 새프트에 대한 단면도이다.
제3도는 본 발명에 따른 단면된 캠 샤프트의 사진이다.
제4도는 본 발명에 따른 단면된 캠 샤프트이 부분 확대도이다.
제5도는 본 발명에 따른 캠 샤프트의 주철과 스틸 파이프(Steel Pipe) 융착부분을 조직을 현미경으로 본 사진이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 캠 샤프트 2 : 스틸파이프
2a : 중공부
본 발명은 차량 엔진용 차량 엔진용 중공 칠드 캠 샤프트(Hollow Chilled Cam Shaft)의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주철제의 캠 샤프트 중공부에 스틸파이프를 구성하여 캠 샤프트의 경량화 및 강도 상승을 꾀하고 오일경로로 사용 가능하며 제조원가 등을 절감하고, 또 캠 샤프트의 제조방법을 창안하여 제조시 스틸파이프의 변형과 불량을 방지하고 스틸파이프와 융착성을 양호하게 하며 제품의 고급화를 높일 수 있도록 하는 차량 엔진용 중공 칠드 캠 샤프트의 제조방법에 관한 것이다.
최근의 자동차용 엔진의 고속, 고출력화에 따라 더블 오버헤드 캠 샤프트(Double Overhead Cam Shaft: DOHC)엔진의 사용이 증가하고 따라서 자동차 엔진에 소요되는 캠 샤프트의 사용수량이 늘어나고 있다. 그러나, 엔진의 경량화 및 저코스트화도 함께 요구되고 있으므로, 이에 대응하기 위해 중공 칠드 캠 샤프트 개발이 진행되어져 왔다.
종래의 주철재 중공 칠드 캠 샤프트의 중공재료로서 쉘 샌드(Shell Sand), 또는 화이버 글라스(Fiber Glass)를 사용하여 왔으나 사용상 여러 문제점을 갖고 있었다.
즉, 중공재료로서 쉘 샌드일 경우에는 내경부의 잔존모래로 인해 오일갤러리(Oil Gallery)역할에 제약이 따르고 중공부의 치수가 정밀하지 못하므로 동축도가 좋지 않는 것이다.
화이버 글라스의 경우에는 주철과 융착된 후 글라스를 제저해야 하는 공정이 따르며, 가격이 고가이다.
상기 두 종류의 중공재료 모두 축부의 강도가 낮은 결점이 있는 것이다
그리고, 상기와 같은 종래의 캠 샤프트를 제조하는 방법으로서, 그 제조공정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 쉘 코아(Shell Core)를 성형하는데 이 경우 샌드 핀(Sand Fin)이 발생하고, 표면이 거칠어지며, 변형발생이 일어날 수 있다. 이어서 쉘 코아에 흑연분을 도포하게 되는데 이 공정에서 흑연분을 도포한 후 수분잔존이 가능하게 된다.
이후, 쉘 몰드를 성형하고 쉘 코아를 삽입하게 되는데 쉘 코아를 삽입할 경우 코아 파손이 발생할 우려가 있다. 이어서 칠러(Chiller) 삽입과 중력식 주입이 순차적으로 이루어지는데, 중력식 주입단계에서 쉘 코아의 가스가 발생하고 용탕과 쉘 코아의 소착이 발생하는 결점이 있다.
다음 공정으로서 소재탈사를 하게 되는데. 이 경우 코아 내경부에 규사분진 또는 세사(細砂)의 잔존으로 인해 엔진기능 및 수명에 피해를 발생시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 주철재의 캠 샤프트의 경량화 및 강도상승을 꾀하고, 캠 샤프트 중공부는 캠부에 급유하는 오일경로로 사용가능하며, 제조원가를 감소시킬 수 있는 차량엔진용 중공 칠드 캠 샤프트를 제공한다.
본 발명의 다른 목적으로서, 중공 칠드 캠 샤프트의 제조시 스틸파이프의 변형을 막고, 스틸파이프가 국부적으로 용해되어 공부를 막아버리는 불량을 방지하며, 스틸파이프가 주철간이 용착성을 양호하게 유지시켜주고, 용탕과 공기와의 접촉을 막아 산화물 생성을 방지하여 주물의 표면을 청정하게 하며 칠(Chill)재질을 고급화시켜주는 차량 엔진용 중공 칠드 캠 샤프트의 제조방법을 제공한다.
이하, 바람직한 실시예로서 도시하여 첨부된 도면과, 제조된 제품을 촬영하여 첨부한 사진을 참고로하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도시된 제1도 내지 제4도에 따라 설명한다.
제1a도는 본 발명에 따른 캠 샤프트를도시한 정면도이고, 제1b는 제1a도의 A-A선 단면도이다.
제2도는 본 발명의 샤프트에 대한 단면도이다.
제3도는 본 발명에 따른 단면된 캠 새프트의 사진이다.
제4도는 본 발명에 따른 단면된 캠 샤프트의 부분 확대도이다.
도면 및 사진으로 제시된 바와 같이 주철재로 되고 다수의 캠부를 가진 차량 엔진용 캠 샤프트(1)의 내측에 중공부(2a)를 갖는 스틸 파이프(2)를 삽입 설치하여 구성한다.
상기 스틸 파이프(2)를 삽입 설치하는 수단으로서 주철재로 된 캠 샤프트(1)와 스틸 파이프(2)간에 융착하여 구성한다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 캠 샤프트(1)내에 중공부(2a)를 갖는 스틸 파이프(2)를 구성함에 따라 중공부(2a)에 잔존모래가 없어 중공부(2a)의 탈사 및 가공이 필요없게 되어 제조원가를 절감할 수 있다. 또한 주철로 된 캠 샤프트(1)와 강관인 스틸 파이프(2)의 복합 재료구성이기 때문에 강도를 높일 수 있고, 중공부(2a)의 치수가 정밀하므로 동축도가 양호하다.
그리고, 본 발명의 캠 샤프트는 경량화가 이루어지고, 중공부(2a)에 의해 오일 갤러리(Oil Gallery)로 사용가능하다.
위와 같은 스틸 파이프(2)가 구성된 본 발명의 중공 칠드 캠 샤프트를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
공정순서로서 전처리, 조형, 주입 및 후처리의 순서로 이루어지는데, 상기 전 처리단계에서 스틸 파이프의 탈지 및 탈사를 한다. 이는 탈지기 및 드라이호닝머시인{Dry Honing Machine)으로 스틸 파이프 표면에 묻은 기름 및 이물질을 제거하고, 또 스틸 파이프의 표면을 거칠게 하여 주철과의 융착을 향상시키게 한다.
상기, 조형단계에서 먼저 몰드성형을 하게 되는데 이는 쉘 몰딩(Shell Molding) 또는 콜드 박스 머시인(Cold Box Machine)에 의해 샌드(Sand)에 가스를 이용하여 몰드를 성형시킨다.
이어서 스틸봉이 삽입딘 스틸 파이프를 몰드에 삽입한다. 상기 스틸봉은 열전도가 뛰어난 봉을 사용하여 삽입한다.
다음 칠러(Chiller)를 몰드안에 삽입설치한다. 칠러는 캠 로브(Cam Lobe) 또는 전체 켐원주를 따라 칠(Chill)을 성형시키게 한다.
상기 주입단계에서 반중력 진공주조를 하게 되는데. 이는 통상의 반중력 진공주조머시인에 의해 진공(Vacuum)압력을 이용한 반중력 주입을 행한다.
이때, 주입온도는 1300℃~1550℃로 하며, 화학성분은 GC 20~35, 주입속도는 1~2초(Sec)로 한다.
상기, 후처리 단계에서 탈사를 하게 되고, 이는 행거 블라스트(Hanger Blast)에 의해 스틸 파이프속에 삽입한 스틸봉을 제거하고 쇼트 볼(Shot Ball)을 사용하여 소재를 탈사한다.
위와 같이 하여 스틸 파이프가 삽입 구성된 차량 엔진용 중공 칠드 캠 샤프트를 제조한다.
상기와 같은 본 발명의 중공 칠드 캠 샤프트의 제조방법은 조형단계에서 열전도가 높은 스틸봉을 스틸 파이프의 내경속에 삽입함으로써 스틸 파이프의 열을 흡수하여 스틸 파이프의 변형을 방지한다.
그리고, 스틸 파이프가 국부적으로 용해되어 중공부를 막아버리는 불량을 방지한다.
반중력(Counter-Gravity) 진공 주조법에 의해 용융금속의 주입속도가 약 1~2초(Sec)내에 이루어지므로 국부적인 용탕온도 저하를 방지하고 따라서 제5도에서 첨부된 사진에서와 같이 스틸 파이프와 주철간의 융착성을 양호하게 한다.
제5도는 본 발명에 따른 캠 샤프트의 주철부분과 스틸 파이프 융착부분의 현미경조직(Etched,X100)을 촬영한 사진이다.
그리고 주조시 용탕과 공기와의 접촉을 막아 산화물생성을 방지하여 주물의 표면을 청정하게 하고 칠(Chill)재질을 고급화시켜주는 등의 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 스틸 파이프 표면에 묻은 기름 및 이물질을 제거하고 스틸 파이프의 표면을 거칠게 하는 스틸 파이프의 탈지 및 탈사처리와, 샌드에 가스를 이용하여 몰드를 성형시키는 몰드성형과, 열전도가 뛰어난 스틸봉을 스틸 파이프 내경속에 넣어 몰드에 삽입하는 스틸 파이프 및 스틸봉 삽입단계와, 칠러를 몰드안에 설치하는 칠러삽입단계와 반중력 진공주조머시인에 의해 주조하는 반중력 진공주조단계와, 스틸봉을 제거하고 소재탈사를 행하는 탈사단계를 순차적으로 하여 주공 칠드 샤프트를 제조함을 특징으로 하는 차량 엔진용 중공 칠드 캠 샤프트의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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