KR100233067B1

KR100233067B1 - 엔진피스톤용 중공 링 그루브 삽입물을 제조하는 방법과 장치

Info

Publication number: KR100233067B1
Application number: KR1019970702421A
Authority: KR
Inventors: 겐지 나까지마
Original assignee: 유아사 히로시; 히노지도샤코교 가부시기가이샤
Priority date: 1995-08-14
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 1999-12-01
Also published as: US5903974A; WO1997007330A1; EP0791738A1; DE69634116T2; CN1074812C; CN1161077A; JPH0952136A; JP3349020B2; EP0791738B1; DE69634116D1; KR970707374A; EP0791738A4

Abstract

엔진용 피스톤의 상단 근처에 배치되어 링 그루브 및 상기 링 그루브에 인접한 냉각 통로를 구성하는 엔진피스톤용 중공 링 그루브 삽입물을 제조하는 방법은 원통부와 원통부 각각의 단부로부터 외부로 연장된 원형칼라를 갖는 성형된 링 본체(10)를 제조하고 내주면 및 피스톤 링 그루브를 갖는 링 본체를 제조하고, 성형된 박판링과 상기 링 본체를 함께 결합하여 성형된 박판링의 각각의 원형칼라의 외주부가 상기 링 본체의 내주면과 맞물리게 하고, 원형칼라의 상기 외주부분 및 상기 링 본체의 상기 내주부분을 함께 결합하고, 성형된 박판링을 제조하는 단계는, 박판링(11)을 제조하고 원주방향 성형 그루브(14)를 구비한 성형다이(2)와 플로팅 링의 구멍과 테이퍼를 갖는 중심부재를 맞물리거나 맞물림을 해제시키는 것에 의하여 성형 그루브에 배치되고 선택적으로 반경방향으로 이동 가능한 상태 또는 상기 성형다이의 축선 중심과 일치하여 중심에 놓여 고정되는 상태에 이를 수 있는 플로팅 링(4)과, 성형 그루브의 폭보다 더 작은 소정의 폭을 갖는 성형롤(5)과, 절단공구(8) 및 디버링 공구(9)를 갖는 제조장치를 마련하고, 박판링을 성형다이 상에 끼워맞추어 박판링이 성형 그루브(14)를 덮고, 반경방향으로 이동할 수 있는 플로팅 링과 함께 성형다이를 회전시키는 동안 성형롤을 박판링에 대하여 반경방향 내부로 가압하여 박판링 상에 원형칼라를 형성하고, 성형다이의 축선 중심과 일치하여 중심에 놓여 고정된 상태로 배치된 플로팅 링과 함께 성형다이를 회전시키는 동안 절단공구(8)를 원형칼라의 외주부분에 대해 가압하여 원형칼라의 외주부분을 선삭하고, 성형다이의 축선 중심과 일치하여 중심에 놓여 고정된 상태로 배치된 플로팅 링과 함께 성형다이를 회전시키는 동안 디버링도구(8)를 원형칼라의 외주부분에 대해 가압하여 원형칼라로부터 버르를 제거하는 중공 링 그루브 삽입물 제조방법.

Description

엔진피스톤용 중공 링 그루브 삽입물을 제조하는 방법과 장치{METHOD OF AND APPARATUS FOR PRODUCING HOLLOW RING GROOVE INSERT FOR ENGINE PISTON}

디젤 엔진의 연소실을 구성하는 실린더와 피스톤은 연소충격압력 및 열 등에 기인하는 높은 하중을 받기 쉬운 조건하에서 긴 시간의 내구성이 나타나는 것이 요구되는 기계적인 부품이다. 이러한 요구를 만족시키기 위해, 최근에는 링형 냉각통로가 피스톤의 상부 링 그루브 근처에 제공되고, 냉각제(엔진 오일)가 링형 냉각통로를 통해 순환되어 피스톤을 냉각시키는 형태의 피스톤이 개발되었다.

피스톤을 효과적으로 냉각시키기 위해서는 링형 냉각통로가 가능하면 링 그루브에 가깝게 제공되는 것이 필요하다. 도 15와 도 16에 도시된 바와 같이, 주조공정에 의해 알루미늄 합금으로 만들어진 피스톤(80)의 상부의 외주에 중공 링 그루브 삽입물(85)이 삽입되는 것이 제안되었다(예를 들어, JP-A-5-231539(일본 특허 출원 공표(미심사), KOKAI)).

도 15와 도 16에서, 중공 링 그루브 삽입물(85)은 U자형 단면을 갖도록 성형된 박판링(sheet ring)(10)과, 링(10)의 외주부분과 링(82)의 내주면(83)을 함께 용접하여서 일체화된 주조링(82)을 포함하는 구조를 갖는다. 성형된 박판링(10)은 피스톤 본체를 성형하는 데 사용되는 알루미늄 합금과 동일한 열팽창 계수를 갖는 금속의 박판을 롤성형 하여서 제조된다. 주조링(82)은 높은 내마모성과, 피스톤 본체를 구성하는 알루미늄 합금과 동일한 열팽창계수를 갖는 재료, 예를 들어 니레지스트 금속과 같은 재료로부터 제조된다. 냉각통로(86)는 성형된 박판링(10)과 주조링의 내주면(83)에 의해 정의된다. 주조링(82)은 상부 링을 수용하는 피스톤 링 그루브(81)를 갖는다.

U자형 단면의 금속박판인 성형된 박판링(10)은 지금까지는 다음과 같이 제조되었다. 예를 들어, 넓이 18 mm, 길이 290 mm, 두께 0.6 mm 를 갖는 스테인리스 스틸이 롤성형 기계에 의해 아치형으로 성형된다. 그 후, 아치형으로 성형된 금속박판은 용접장치의 원형단면을 갖는 지그에 고정되고 그 양단을 맞대기 용접하여 링(박판링)을 성형하고, 그리고 링은 U자형 단면을 갖는 부품으로 롤성형 된다.

주조링은 주조니레지스트(cast Niresist) 재료로부터 제조되며 그 내부직경은 U자형 단면을 갖는 박판링의 외부직경보다 약간 작다. 주조링은 가열되어 내부직경을 팽창시키고, 이 상태에서, 성형된 박판링은 주조링으로 열간 끼워맞춤 (warm-fitted) 된다. 그 다음에, 성형된 박판링의 이음새 표면과 주조링은 용접장치에 의해 서로 용접된다.

상술된 U자형 단면의 성형된 박판링은 지금까지는 다음의 단계를 수행하여 제조되어 왔다: 예를 들어, JP-A-6-210383(일본 특허출원 공표(미심사), KOKAI)과, JP-A-6-269882 에 설명된 바와 같이, 박판의 맞대어진 단부들을 용접하여 성형된 박판링은 롤성형장치에 의해 롤성형 되어 각각의 단부에 원형 칼라(collar)를 성형한다. 그 다음에, 성형된 박판링은 롤 성형장치에서 제거되고 선삭장치 위에 올려져 각 원형칼라의 외주부를 선삭함으로써, 주조링의 내경을 따르는 소정크기의 외경을 만들어 낸다. 또한, 성형된 박판링은 디버링장치(deburring device) 위에 올려져, 선삭공정중 성형된 원형 칼라의 단부에서 버르를 제거한다.

일반적으로, 통상적인 기술에서는, 성형된 박판링은 이동되고, 각 작업단계마다 독립적인 특수목적의 작업장치 위에 놓인다. 따라서, 이러한 제작은 긴 시간의 작업을 필요로 한다. 또한, 박판링이 놓여질 때 마다, 그 놓인 위치는 미묘하게 달라질 수 있다. 이것은 매우 정밀하게 박판링을 제조하는데 장애가 된다.

게다가, 통상적인 기술에서는 롤 성형장치, 선삭장치 및 디버링장치의 세 가지 특수목적의 장치가 요구된다. 이러한 일련의 공정장치는 통합되지 않고 여기 저기에 배치된다. 이 결과로, 전체적인 시스템의 크기가 커진다. 또한, 많은 수의 독립적인 장치가 요구되기 때문에 필요한 설비비가 매우 크다. 따라서, 통상적인 기술은 중공 링 그루브 삽입물이 효과적으로 제조될 수 없다는 불리함을 갖고 있다.

JP-6-269882(일본 특허 출원 공표(미심사), KOKAI)에서는 공작물을 다른 공작기계로 이동 시키지 않고도 롤성형과 선삭(turning)이 수행되는 기술을 제안한다. 그러나 이 제안된 기술에서는, 플로팅 링의 중심을 맞추고 고정시키는 동작이 원만하게 수행될 수 없었다. 따라서, 효과적인 작업이 실현될 수 없었다.

본 발명은 엔진피스톤용 중공 링 그루브 삽입물(hollow ring groove insert)의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 소형 디젤엔진용 피스톤에 구성요소로 삽입되는 중공 링 그루브 삽입물을 상부 링 그루브와 그루브 냉각용 환상 냉각 통로를 형성하도록 주조에 의해 효과적으로 또한 매우 정밀하게 제조하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 성형된 박판링을 제조하는 과정을 도시하는 사시도 및 부분수직 단면도,

도 2는 성형된 박판링을 제조하는 주요 부품을 도시하는 사시도,

도 3은 성형다이의 사시도,

도 4는 성형다이의 구조를 도시하는 부분절취 사시도,

도 5는 성형다이를 도시하는 분해사시도,

도 6은 성형다이와, 박판링에 맞추어진 박판링 리테이너(준비상태에서는 서로 분리되어 있음)를 도시하는 수직단면도,

도 7은 성형다이와 박판링 리테이너(성형다이 상에서 박판링과 결합된)를 도시하는 수직단면도,

도 8은 성형롤에 의해 박판링을 성형하는 초기상태를 도시하는 수직단면도,

도 9는 성형롤에 의해 성형된, 성형된 박판링의 상태를 도시하는 수직단면도,

도 10은 성형된 박판링의 원형칼라가 선삭장치에 의해 선삭되는 방법을 도시하는 수직단면도,

도 11은 선삭이 완료된 상태를 도시하는 수직단면도,

도 12는 버르가 디버링 장치에 의해 원형칼라로부터 제거되는 방법을 도시하는 수직단면도,

도 13은 성형된 박판링의 작업완료시, 성형다이 및 박판링 리테이너가 분리되는 방식을 도시하는 수직단면도,

도 14는 완전히 성형된 박판링이 성형다이밖으로 밀려 나오는 방식을 도시하는 수직단면도,

도 15는 주조에 의해 삽입된 중공 링 그루브 삽입물을 가지는 피스톤을 도시하는 부분단면도,

도 16은 중공 링 그루브 삽입물의 단면도이다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 불리함을 해결하는 엔진피스톤용 중공 링 그루브를 제조하는 장치와 방법을 제공하는 것이고, 특히 롤성형기, 선삭기 및 디버링기를 단일 공작장치로 통합시켜, 중공 링 그루브를 구성하는 성형된 박판링의 제조에 있어서 각 단계마다 공작장치로부터 공작물을 제거하고 그 다음 공작장치 위에 공작물을 올려놓을 필요가 없게 하여서, 성형된 박판링이 연속적으로 또한 효과적으로 제조될 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 롤성형기, 선삭기 및 디버링기를 단일 공작장치로 통합하여 소형구조를 실현하여 장치가 좁은 공간에 설치될 수 있도록 함으로써, 공장 내부의 공간을 효율적으로 활용할 수 있게 하고, 설치비를 감소시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 성형그루브 내에 느슨하게 끼워져 반경방향으로 자유롭게 이동하는 플로팅 링의 외주에 배치된 박판링이 성형롤에 의한 변형에 의해 매우 정밀하게 작업되게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은,단순히 중심 부재의 한쪽 단부에 테이퍼된 부분을 제공하고 상기 중심부재가 축방향으로 이동하여 상기 테이퍼된 부분이 플로팅 링의 구멍과 맞물리도록 하는 단순한 동작을 함으로써, 플로팅 링 및 성형된 박판링으로 하여금 성형다이의 축중심과 매우 정밀하게 중심이 일치할 수 있게 하며, 플로팅 링과 성형된 박판링이 성형다이의 축중심과 매우 정확하게 중심이 일치한다는 사실 덕분에 상시 성형된 박판링의 원형칼라가 높은 정밀도로 선삭될 수 있고 디버링 작업이 쉽고 연속적으로 수행될 수 있게 한다. 본 발명의 다른 목적과 장점은 다음의 설명으로 명백해진다.

본 발명에 따른 엔진 중공 링 그루브 삽입물 제조 방법과 장치에 의해 제조되는 엔진피스톤용 중공 링 그루브 삽입물은, 원통부와 원통부의 각 단부로부터 외부로 연장하는 원형칼라를 갖는 성형된 박판링과, 내주면과 피스톤 링 그루브를 갖는 링 본체를 포함하며, 성형된 박판링의 각 원형칼라의 외주부분은 링 본체의 내주면에 결합된다. 중공 링 그루브 삽입물은 엔진용 피스톤의 상단근처에 배치되어 링 그루브와 링 그루브에 근접한 냉각통로를 형성한다.

본 발명에 따르는 제조방법은 원통부와 원통부의 각 단부로부터 외부로 연장하는 원형칼라를 갖는 성형된 박판링을 제조하는 단계와; 내주면과 피스톤 링 그루브를 갖는 링 본체를 제조하는 단계와; 성형된 박판링과 링 본체를 서로 결합시켜 상기 성형된 박판링의 각 원형칼라의 외주부분과 링 본체의 내주면이 맞물리게 하는 단계와; 원형칼라의 외주부분과 링 본체의 내주면을 서로 결합하는 단계를 포함한다.

성형된 박판링을 제조하는 단계는 박판링을 제조하는 단계와, 성형된 박판링을 제조하기 위한 제조장치를 준비하는 단계를 포함한다. 성형된 박판링을 제조하기 위한 제조장치는 원주 성형그루브를 갖는 성형다이, 플로팅 링, 성형롤, 절단도구 및 디버링도구를 갖는다.

성형된 박판링을 제조하는 상기 단계는 박판링이 성형그루브를 덮도록 박판링을 성형다이 상에 맞추는 단계와, 반경방향으로 움직일 수 있는 이동가능상태로 플로팅 링과 함께 성형다이를 회전시키는 동안 박판링에 대해 성형롤을 반경 안쪽 방향으로 가압함으로써 박판링 상에 원형칼라를 성형하는 단계와, 성형다이의 축선 중심과 일치하게 중심이 맞춰지고 고정되는 상태로 배치된 플로팅 링과 함께 성형다이를 회전시키는 동안 원형칼라의 외주부분에 대하여 절단공구를 누름으로써 원형칼라의 위주부분을 회전시키는 단계와, 성형다이의 축선 중심과 일치하게 중심이 맞춰지고 고정된 상태로 배치된 플로팅 링과 함께 성형다이를 회전시키는 동안 원형칼라의 외주부분에 대하여 디버링공구를 누름으로써 원형칼라로부터 버르를 제거하는 단계를 더욱 포함한다.

본 발명에 따른 성형된 박판링을 제조하는 공정의 세 가지 단계 즉, 박판링 상에 원형칼라를 성형하는 단계와, 원형칼라의 외주부분을 선삭하는 단계와, 버르를 제거하는 단계는 연속적인 공정으로 수행된다. 이러한 세 단계가 수행되는 동안, 성형된 박판링은 제조장치로부터 제거되지 않는다. 버르를 제거하는 단계는 원형칼라의 외주부분을 디버링 롤 원주의 그루브형 절단에지로 각각 삽입하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 엔진피스톤용 중공 링 그루브 삽입물의 구성요소로서 성형된 박판링을 제조하는 장치는, 원주의 성형그루브를 갖는 성형다이와; 한 단부에 성형된 테이퍼부를 가지고 있고 축방향으로 미끄러질 수 있는 중심부재와; 플로팅 링과; 박판링이 성형그루브를 덮도록 성형다이 상에 박판링을 위치시키고, 성형다이의 외주부분에 배치된 작업홀더와 협력하여 박판링을 조이기 위한 박판링 리테이너와; 성형 그루브의 폭보다 작은 소정의 폭을 가지며, 성형롤이 박판링의 반경내부로 성형그루브를 가압하기 위해 배열됨으로써 박판링 상에 원형칼라를 성형하는 성형롤과; 회전되는 성형된 박판링의 원형칼라의 외주부분을 절단하기 위한 절단도구와; 회전되는 성형된 박판링의 원형칼라와 접촉하여 절단공정 중 형성된 버르를 제거하는 디버링 도구를 갖는다.

플로팅 링은 성형된 박판링의 내경과 동일한 외경을 가지며 성형그루브 내에 배치된다. 플로팅 링의 내주면의 한 에지는 다소 깎여나가며 중심부재의 테이퍼부로부터 선택적으로 맞물리거나 떨어져 있다. 에지가 테이퍼부와 맞물려 있을 때는 플로팅 링은 성형다이의 축선 중심과 일치한 중심을 갖는 고정된 위치를 취하고, 에지가 테이퍼부로부터 떨어져 있을 때는 플로팅 링은 성형그루브 내에서 반경방향으로 움직일 수 있는 이동 가능한 위치를 취한다. 원형칼라가 성형롤에 의해 박판링 상에 성형될 때 플로팅 링은 성형그루브 내에서 반경방향으로 움직일 수 있는 이동 가능한 상태에 위치한다. 절단도구가 성형된 박판링의 원형칼라의 외주부분을 절단하는 동안 및 디버링도구가 버르를 제거하는 동안, 플로팅 링은 중심이 맞추어진 상태에 고정된다.

성형롤의 폭은 성형그루브의 폭보다 작고, 그들 사이의 차이는 성형된 박판링의 판 두께의 대략 두 배이다. 디버링도구는 성형된 박판링의 판 두께와 대략 같은 폭의 원주의 그루브형 절단에지를 가지므로, 원형칼라의 외주부분은 디버링도구의 그루브형 절단에지로 각각 삽입되고, 따라서 버르는 원형칼라로부터 제거된다. 성형다이는 중심부재와 동일 축선방향의 원통형 본체와, 칼라에 칼라붙이 축, 및 본체의 외주표면에 미끄러질 수 있게 고정된 작업 홀더를 가진다. 성형그루브는 본체와 칼라 사이에서 성형된다.

박판링 리테이너는 지지부에 미끄러질 수 있게된 축과, 성형다이에 축방향으로 면하는 축에 고정되고 그 외주면상에 다수의 방사상 돌출부를 가지는 링 리테이닝 부재와, 지지부의 외주면 상에 미끄러질 수 있게 되어 있으며 방사상 돌출부의 각각에 대응하도록 성형된 릴리프 그루브를 갖는 링 홀더를 구비한다. 다수의 방사상 돌출부의 박판링의 내경과 같은 외경을 가진다.

본 발명에 따르는 제조장치는, 박판링 리테이닝 부재와 링 홀더가 성형다이로부터 축방향으로 분리된 상태에서, 박판링이 공급기구로부터 공급되고 링 리테이닝 부재의 외주표면 위에 맞추어져, 그 후에, 박판링 리테이닝 부재와 성형다이는 축방향으로 이동하여 서로가 맞물림으로써, 박판링이 성형그루브 위에 위치되게 하여, 링 홀더와 작업 홀더 사이에서 조여지도록 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 통해 설명될 것이다. 도 2내지 도 5에서는, 성형다이(2), 중심부재(3), 플로팅 링(4), 성형롤(5), 박판링 리테이너(6), 선삭장치(8) 및 디버링 장치(9)를 갖는 본 발명에 따르는 성형된 박판링을 제조하는 장치(1)를 도시한다.

먼저, 성형된 박판링(10)을 제조하는 작업의 순서는 도 1에 대하여 간략하게 설명될 것이다. 예를 들어, 폭 18 mm, 길이 290 mm, 두께 0.6 mm 를 갖는 스테인리스 스틸은 아크형상으로 성형되고, 아크형상으로 성형된 스테인리스 스틸 박판은 양단부가 맞대기 용접되어 박판링(11)을 성형하고(도 1(a)), 박판링은 롤성형 장치 (도시되지 않음)위에 올려져 양 단부에 원형칼라(10a)를 성형하여, 성형된 박판링 (10)을 제조한다(도 1b).

다음으로, 성형된 각 원형칼라(10a)의 외주부분은 선삭장치(8)에 의해 선삭되어 원형칼라(10a)의 외경을 소정의 크기로 만든다(도 1(c)과 도 1(d)). 선삭공정중, 버르(10b)는 원형칼라(10a)의 단부에 형성된다(도 1(e)와 도 1(f)).

선삭공정에 의해 소정의 외경을 갖도록 마무리된 성형된 박판링(10)의 원형칼라(10a)는 디버링 장치(9)의 그루브형 절단에지(28a)로 삽입되어 버르(10b)를 제거함으로써, 성형된 박판링(10)을 완성한다. 디버링 장치(9)의 그루브형 절단에지 (28a)는 JP-A-7-237021(일본 특허출원 공표(미심사),KOKAI), 또는 JP-A-71846에 언급된 바와 같은 에지부분을 가질 수 있다.

성형다이(2)는 롤성형에 의해 박판링(11)의 양단부 상에 원형칼라(10a)를 성형하는데 사용된다. 도 2내지 도 5에서, 성형다이(2)는 롤성형 공정에 기인한 마모를 방지하기 위해 경화된 금속 원통형 본체(12)를 가진다. 본체(12)는 본체의 중심에 성형된 끼워맞춤구멍(12a)을 가지며 또한 본체의 한 단부에 중심부재 수용 챔버(12b)를 가진다. 이 챔버(12b)는 끼워맞춤구멍(12a)보다 직경이 크다.

끼워맞춤구멍(12a)은 본체(12)의 외경과 동일한 직경을 갖는 칼라(13a)가 성형된, 칼라붙이 축(13)에 끼워맞춰진다. 칼라붙이 축(13)은 방사상 정사각형 구멍 (13c)이 성형된 축부분(13b)을 갖는다. 칼라(13a)와 본체(12)는 성형된 박판링 (10)이 작업되는 폭과 같은 거리만큼 서로로부터 이격되도록 단일 유닛으로 통합되어 고정된다. 본체(12)와 칼라(13a)는 성형 그루브(14)를 형성한다.

오목부(13e)는 칼라붙이 축(13)의 칼라(13a)의 외측단부 표면(13d)에 성형된다. 이와 같은 배치에 의해, 후에 설명되는 바와 같이 오목부(13e)가 박판링 리테이너(6)의 돌출부(21b)와 맞물려 성형다이(2)와 박판링 리테이너(6)를 서로에 대해 위치시킨다.

플로팅 링(4)은 박판링(11)의 롤성형 동안 박판링(11)을 지지하여, 성형된 박판링(10)이 높은 정확도로 원하는 내경을 성형하도록 한다. 플로팅 링(4)은 성형된 박판링(10)과 동일한 폭을 갖는 링형 부재이다. 플로팅 링(4)의 외경은 본체 (12)의 외경과 동일하다. 플로팅 링(4)은 중심에 성형된 구멍(4a)을 갖는다. 구멍(4a)의 직경은 중심부재 수용챔버(12b)의 내경보다 작게 설정된다. 플로팅 링(4)은 성형 그루브(14)에 끼워맞춰진다. 플로팅 링(4)은 성형그루브(14)내에서 방사상으로 움직일 수 있도록 배열된다. 플로팅 링의 구멍(4a)의 에지는 구멍(4a)이 중심부재(3)의 테이퍼부(3a)에 맞물릴 때 발생하는 응력을 완화하기 위하여 약간 홈이 파인다.

중심부재(3)는 성형다이(2)의 축선 중심과 일치하여 플로팅 링(4)에 중심이 맞춰진다. 중심부재(3)는 일 단부에 성형된 테이퍼부(3a)를 가지며, 또한 그 중심에 성형된 구멍(3b)을 가진다. 구멍(3b)은 칼라붙이 축(13)의 축 부분(13b)에 끼워맞춰져 중심부재(3)는 축 부분(13b)상에서 축방향으로 미끄러질 수 있다.

리테이닝 부재(15)는 나사(16)에 의해 중심부재(3)의 반대측 단부에 고정된다. 리테이닝 부재(15)는 칼라붙이 축(13)의 정사각형 구멍(13c)에서 축방향으로 이동 가능하다. 리테이닝 부재(15)는 칼라붙이 축(13)의 축 부분(13b)에 미끄러질 수 있게 끼워맞춰진 구동축(18)에 핀(19)으로 연결된다. 이러한 배열은 구동축 (18)을 축 방향으로 이동시킴으로써, 중심부재(3)가 플로팅 링(4)에 근접하게 되고 테이퍼부(3a)는 플로팅 링(4)의 구멍(4a)으로 밀려지고, 이에 따라 성형다이(2)의 축선 중심과 일치하도록 플로팅 링(4)의 중심을 맞춘다. 구동축(18)의 축방향의 이동은 테이퍼부(3a)와 플로팅 링(4a)의 구멍사이의 가압 맞물림을 상쇄하기 위해 플로팅 링(4)으로부터 중심부재(3)를 분리시키며, 이것에 의해 플로팅 링(4)이 성형 그루브(14)내에서 반경방향으로 자유롭게 이동하게 한다.

박판링 리테이너(6)는 성형다이(2)의 성형그루브(14)위에 박판링(11)을 공급하고 또한 성형된 박판링(10)의 원형칼라(10a)를 선삭하기전에 성형된 박판링(10)을 조인다. 박판링 리테이너(6)는 축방향으로 성형다이(2)에 면하도록 배치된다. 박판링 리테이너(6)는 베이스(도시되지 않음)에 고정된 지지대(20)를 가지며, 축 (22)은 지지대(20)내에 성형된 끼워맞춤구멍(20a)에 미끄러질 수 있게 맞추어진다. 축(22)의 말단부는 링 리테이닝 부재(21)에 고정된다.

링 리테이닝 부재(21)는 그 단부에 성형된 여섯 개의 방사상으로 연장하는 돌출부(21a)를 가진다. 돌출부(21a)의 외경은 박판링(11)의 내경과 같게 설정되어, 링 리테이닝 부재(21)가 자동공급기(도시되지 않음)에서 공급되는 박판링(11)을 리테이닝 부재 위에 끼워맞춰서 지지한다.

원통형 링 홀더(23)는 지지대(20)의 외주에 미끄러질 수 있게 끼워진다. 링 홀더(23)의 내경은 칼라붙이 축(13)의 칼라(13a)의 외경과 같게 설정된다. 링 홀더(23)는 링 리테이닝 부재(21)의 여섯 개의 돌출부(21a)에 면하도록 성형된 릴리프 그루브(23a)를 가진다. 이 배열은, 링 리테이닝 부재(21)가 링 홀더(23)내로 물러나게 될 때, 돌출부(21a)가 릴리프 그루브(23a)내에 수납되도록 하며, 링 리테이닝 부재(21)가 간섭을 발생시키지 않고 이동할 수 있게 한다.

또한 작업 홀더(24)는 박판링 리테이너의 경우와 마찬가지로, 성형다이(2)의 본체(12)의 외주에 축방향으로 이동할 수 있도록 끼워져, 링 홀더(23)와 협력하여 그 양 단부를 조임으로써 박판링(11)을 붙든다.

성형롤(5)은 박판링(11)을 롤성형 하는데 사용된다. 도 2에서, 성형롤(5)은 성형다이(2)쪽 또는 그 반대쪽으로 이동할 수 있게 되어 있다. 롤(25)은 성형 그루브(14)에 면할 수 있도록 홀더(26)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 롤성형중, 회전되는 동안, 롤(25)은 성형그루브(14)안으로 가압됨으로써, 박판링(11)이 롤성형 된다.

선삭장치(8)는 롤성형된 박판링(10)의 원형칼라(10a)를 선삭한다. 도 2에서, 선삭공구(27)는 성형다이(2)와 면하게 배치되어 선삭공구(27)가 성형다이(2)의 축선방향으로 이동 가능하게 한다. 선삭공구(27)는 박판링이 링 홀더(23)와 작업 홀더(24)에 의해 붙들려 회전하는 동안 성형된 박판링(10)과 접촉하게 됨으로써 원형칼라(10a)의 외주부분을 선삭한다.

디버링 장치(9)는 선삭공정에 의해 형성된 버르(10b)를 원형칼라(10a)로부터 제거한다. 디버링 롤(28)은 성형그루브(14)쪽으로나 반대쪽으로 이동할 수 있게 지지홀더(29)에 의해 회전 가능하게 유지된다.

디버링 롤(28)은 성형된 박판링(10)의 박판 두께와 같은 폭의 그루브형 절단에지를 가지며, 원형칼라(10a)를 그루브형 절단에지(28a)로 각각 삽입함으로써 원형칼라(10a)의 단부들로부터 버르를 제거한다.

박판링(10)(도 1(a))으로부터 그 양단에 원형칼라를 갖는 성형된 박판링 (11)(도 1(g))을 제조하는 방법은, 한쪽 단부에 테이퍼부(3a)를 갖는 중심부재(3)를 환상의 플로팅 링(4)의 구멍(4a)으로부터 분리해 플로팅 링(4)을 반경방향으로 이동할 수 있는 곳에 이동 가능한 상태로 가져가는 단계와, 박판링(11)이 원주방향으로 성형된 성형그루브(14)위로 끼워지는 단계와, 성형그루브(14)의 폭 보다 작은 폭을 갖는 롤(25)이 박판링(11)에 대하여 가압되어 박판링을 성형그루브(14)내로 밀어냄으로써 박판링(11)의 양단에 원형칼라(10a)를 성형하는 단계를 포함한다.

전술한 방법은 또한 중심부재(3)의 테이퍼부(3a)를 눌러 플로팅 링(4)의 구멍(4a)에 맞물리도록 함으로써 플로팅 링(4)과 함께 성형다이(2)의 축선 중심과 일치하여 성형된 박판링(10)의 중심을 맞추는 단계와, 원형칼라(10a)의 외주부분 (10a)이 선삭되는 단계와, 박판링(11)의 두께와 같은 폭을 갖는 절단에지가 원주방향으로 성형된 디버링 장치(9)의 그루브형 절단에지(28a)가, 선삭공정중 버르(10b)를 형성된 원형칼라(10a)의 단부로부터 제거하기 위해 원형칼라(10a)와 접촉을 하게 되는 단계를 더욱 포함한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 성형된 박판링(10)을 제조하는 방법에서, 박판링 (11)은 자동공급기(도시되지 않음)로부터 공급되고, 성형다이(2)로부터 분리된 박판링 리테이너(6)의 링 리테이닝 부재(21)의 여섯 개 돌출부로 끼워진다. 도 7에 도시된 바와 같이, 성형다이(2)는 화살표(A) 방향으로 이동하고, 따라서 돌출부 (21a)상에 지지된 박판링(11)은 칼라붙이 축(13)의 칼라(13a)상으로 끼워지기 위해 이동된다. 더 나아가, 링 리테이닝 부재(21)가 화살표(B) 방향으로 눌리는 동안 성형다이(2)가 화살표(A) 방향으로 이동됨으로써, 링 리테이닝 부재(21)의 돌출부 (21b)를 오목부(13e)로 끼우고, 따라서 성형다이(2)와 박판링 리테이너(6)를 각기 서로에 대하여 위치시킨다.

리테이닝 부재(21)로부터 칼라붙이 축(13)으로 이동된 박판링(11)은 링 홀더 (23)에 의해 눌려지고 링 홀더(23)와 작업 홀더(24)사이에 조여짐으로써 성형그루브(14)상에 붙들린다. 이 때, 중심부재(3)는 화살표(A) 방향으로 눌려서 테이퍼부 (3a)가 플로팅 링(4)의 구멍(4a)과 가압 맞물림 상태에 있게된다. 따라서, 플로팅 링(4)의 외주부분은 칼라붙이 축(13)의 칼라(13a)와 일치하는 곳에 중심이 맞춰진 상태에 있다. 따라서, 박판링(11)은 성형그루브(14)상의 위치로 어디에도 걸리지 않고 원활히 이동한다.

그리고, 도 8에서, 구동축(18)은 플로팅 링(4)으로부터 중심부재(3)를 떨어뜨리기 위해 화살표(C) 방향으로 이동함으로써, 구멍(4a)과 테이퍼부(3a)사이의 가압 맞물림을 상쇄하고, 따라서 플로팅 링(4)이 성형그루브(14)내에서 반경방향으로 자유롭게 이동하게 한다. 그 후 축(22)은 박판링(11)과 함께 화살표(F) 방향으로 회전하는 반면, 화살표(D) 방향으로 화전하는 롤(25)은 화살표(E) 방향으로 이동하여 박판링(11)과 접촉하게 된다. 그 후에, 롤(25)은 박판링(11)을 성형그루브(14)내로 가압하기 위해 화살표(E) 방향으로 더 이동함으로써, 박판링(11)을 롤성형 하여 원형칼라(10a)의 양 단부를 성형한다.

이 때, 성형된 박판링(10)의 내주부분은 플로팅 링(4)과 접촉하고, 이렇게 조절된 상태에서, 성형된 박판링(10)은 플로팅 링(4)이 반경방향으로 이동하는 동안 롤성형 된다. 따라서, 성형된 박판링(10)은 플로팅 링(4)의 외주직경과 일치하여 성형되고 변형이 없이 매우 정교하게 완성된다.

롤성형 후, 도 9에서, 롤(25)은 화살표(G) 방향으로 이동됨으로써, 성형다이 (2)로부터 롤(25)을 분리시킨다. 그 다음으로, 도 10에서, 링 홀더(23)는 화살표 (J) 방향으로 이동되고, 작업 홀더(24)는 화살표(J) 방향과 반대방향으로 이동된다. 즉, 링 홀더(23)와 작업 홀더(24)가 서로를 향해 이동하여 롤성형된 박판링 (10)의 양 측면을 단단히 조인다. 더 나아가, 구동축(18)은 화살표(H) 방향으로 이동하여 중심부재(3)의 테이퍼부(3a)를 플로팅 링(4)의 구멍(4a)과 맞물리게 함으로써, 성형된 박판링(10)과 함께 성형다이(2)의 축선 중심과 일치하도록 플로팅 링 (4)의 중심을 맞춘다. 그 후에, 축(22)은 화살표(F) 방향으로 회전되어 성형된 박판링(10)을 회전시키고, 선삭공구(27)는 성형다이(2)와 가까워지게 되고 화살표 (I) 방향으로 이동됨으로써, 성형된 박판링(10)의 원형칼라(10a)를 선삭한다(도 11).

다음으로, 도 12에서, 디버링 롤(28)이 화살표(K)의 방향으로 회전되면서, 디버링 장치(9)는 화살표(L) 방향으로 이동되어 원형칼라(10a)를 그루브형 절단에지(28a)내로 삽입하고, 따라서 버르(10b)는 선삭에 의해 원형칼라(10a)의 단부로부터 제거된다. 그리고, 도 13에서, 성형다이(2)는 화살표(M) 방향으로 이동되어 박판링 리테이닝 부재(6)로부터 분리된다. 이 때에, 링 리테이닝 부재(21)는 이전의 위치로 복귀하려는 탄성력에 의해 화살표(N) 방향으로 돌출 되고, 완전히 성형된 박판링(10)은 플로팅 링(4)에 끼워진 상태에서 성형다이(2)에 남겨진다.

다음으로, 도 14에서, 작업 홀더(24)는 화살표(O) 방향으로 이동하여 플로팅 링(4)에 끼워진 성형된 박판링을 누르고 화살표(P)의 방향으로 떨어뜨린다. 따라서, 성형된 박판링(10)의 제조는 완료된다. 그 후에, 상술된 단계가 계속적으로 반복됨으로써, 성형된 박판링(10)을 자동적으로 또한 효율적으로 제조할 수 있게 한다.

본 발명에 따르면, 성형된 박판링을 제조하기 위한 롤성형 기구, 선삭기구 및 디버링 기구는 단일 작업 장치로 통합되고, 따라서, 중공 링 그루브 삽입물을 구성하는 성형된 박판링은, 각 단계마다 공작장치에서 공작품을 제거하고 그 다음 작업 장치에 올려놓을 필요없이도 제조될 수 있다. 따라서, 성형된 박판링은 자동적으로, 연속적으로 또한 효율적으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따르는 제조장치에서, 롤성형 기구, 선삭 기구 및 디버링 기구는 단일 작업 장치로 통합되어 소형 구조를 실현하여, 이 장치가 좁은 공간에 설치될 수 있도록 한다. 따라서, 공장내부의 공간을 효율적으로 활용하고 설치비를 감소시키는 것이 가능해진다.

본 발명에 따르면, 플로팅 링과 성형된 박판링은 단순히 중심부재의 단부에 있는 테이퍼부를 제공함으로써 성형다이의 축선 중심과 일치하도록 매우 정교하게 중심이 맞추어지고, 중심부재가 축방향으로 이동하는 작동을 수행하여 테이퍼부는 플로팅 링의 구멍과 맞물린다. 따라서, 플로팅 링의 중심맞추기 작업과 고정작업을 비교적 용이하게 짧은 시간 내에 충분히 이루어진다.

본 발명에 따르면, 성형된 박판링의 내경과 같은 외경을 갖는 플로팅 링은 성형그루브 안에 느슨하게 끼워진다. 박판링의 롤성형 중에, 플로팅 링은 반경방향으로 이동할 수 있게 하고, 박판링은 성형된 박판링의 외주와 접촉되는 동안 변형됨으로써, 박판링은 U자형 단면을 갖는 형상으로 롤성형 된다. 따라서, 성형된 박판링의 원하는 내경은 매우 높은 정확도로 얻어질 수 있다.

더 나아가, 중심부재의 테이퍼부가 성형다이의 축선방향으로 이동시키고, 플로팅 링과 성형된 박판링은 성형다이의 축선 중심과 일치하게 중심이 맞춰짐으로써 테이퍼부가 플로팅 링의 구멍과 맞물린다. 그리고, 원형칼라의 연속적인 선삭은 높은 정확도로 수행되고, 디버링은 성형된 박판링을 다른 장치에서 이동하지 않고도 선삭공정에서 연속적으로 수행될 수 있다.

Claims

엔진용 피스톤의 상단 근처에 배치되어 링 그루브 및 이 링 그루브에 인접한 냉각 경로를 구성하는 엔진피스톤용 중공 링 그루브 삽입물을 제조하는 방법에 있어서,

상기 방법은,

원통부와, 상기 원통부의 각각의 단부로부터 외부로 연장된 원형칼라를 갖는 성형된 박판링(10)를 제조하는 단계;

내주면 및 피스톤 링 그루브를 갖는 링 본체를 제조하는 단계;

상기 성형된 박판링과 상기 링 본체를 함께 결합하여, 상기 성형된 박판링의 각각의 원형칼라의 외주부가 상기 링 본체의 내주면과 맞물리는 단계; 및

상기 원형칼라의 상기 외주부분 및 상기 링 본체의 상기 내주표면을 함께 결합시키는 단계를 포함하고,

상기 성형된 박판링을 제조하는 단계는,

박판링(11)을 제조하는 단계;

원주방향 성형 그루브(14)를 구비한 성형다이(2)와, 상기 성형그루브 내에 배치되고, 테이퍼를 갖는 중심부재와 플로팅 링의 구멍을 맞물리거나 맞물림을 해제시킴으로서 반경방향으로 이동 가능한 상태 또는 상기 성형다이의 축선 중심과 일치하도록 중심이 잡히고 고정되는 상태에 선택적으로 이를 수 있는 플로팅 링(4)과, 상기 성형 그루브의 폭보다 더 작은 소정의 폭을 갖는 성형롤(5)과, 절단공구 (8)와, 디버링 공구(9)를 갖는 제조장치를 준비하는 단계;

상기 박판링이 상기 성형 그루브(14)를 덮도록 상기 성형다이 상에 박판링을 끼워맞추는 단계;

반경방향으로 이동할 수 있는 이동가능상태에 놓인 플로팅 링과 함께 상기 성형 다이를 회전시키면서 상기 성형롤을 상기 박판링에 대하여 반경 안쪽 방향으로 가압하여, 상기 박판링 상에 원형칼라를 형성하는 단계;

상기 성형다이의 축선 중심과 일치하여 중심이 놓이고 고정된 상태로 배치된 상기 플로팅 링과 함께 상기 성형다이를 회전시키면서 상기 절단공구(8)를 상기 원형칼라의 외주부에 대해 가압하여 원형칼라의 외주부를 선삭하는 단계; 및

상기 성형다이의 축선 중심과 일치하여 중심이 잡히고 고정된 상태로 배치된 상기 플로팅 링과 함께 상기 성형다이를 회전시키면서 상기 디버링공구(9)를 상기 원형칼라의 외주부분에 대해 가압하여, 상기 원형칼라로부터 버르를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 링 그루브 삽입물의 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 박판링 상에 원형칼라를 형성하는 단계, 상기 원형칼라의 외주부를 선삭하는 단계 및 상기 버르를 제거하는 단계는 연속적인 공정으로서 수행되고, 이들 단계가 수행되는 동안 상기 성형된 박판링은 상기 제조장치로부터 제거되지 않는 것을 특징으로 하는 중공 링 그루브 삽입물의 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 버르를 제거하는 단계는 상기 원형칼라의 상기 외주부를 각각 상기 디버링 공구(9)를 구성하는 디버링 롤(28)의 원주방향 그루브 형상 절단에지(28a)로 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 링 그루브 삽입물의 제조 방법.
원통부와 상기 원통부의 각각의 단부로부터 외부로 연장된 원형칼라를 갖는 성형된 박판링(10)과, 내주표면과 피스톤 링 그루브를 갖는 링 본체를 포함하고, 상기 성형된 박판링의 각각의 원형칼라의 외주부는 상기 링 본체의 내주면에 결합되고, 엔진용 피스톤의 상단 근처에 배치되어 링 그루브와 상기 링 그루브에 인접한 냉각 경로를 구성하는 엔진 피스톤용 중공 링 그루브 삽입물의 성형된 박판링(10)을 제조하는 장치에 있어서,

상기 장치는,

원주방향으로 형성된 그루브(14)를 갖는 성형다이(2);

일 단부에 테이퍼부(3a)가 형성되어 있고, 축방향으로 미끄러질 수 있는 중심부재(3);

상기 성형 그루브(14) 내에 배치되고, 상기 성형된 박판링의 내부 직경과 동일한 외부 직경을 갖고, 상기 중심부재의 테이퍼부와 선택적으로 맞물리거나 맞물림을 해제함으로서 상기 성형다이의 축선 중심과 일치하여 중심이 잡히고 고정되는 상태로 또는 상기 성형 그루브(14) 내에서 반경방향으로 이동 가능한 상태에 이르게 하는 플로팅 링(4);

상기 박판링이 상기 성형 그루브를 덮도록 상기 성형다이 상에 상기 박판링을 위치시키고, 상기 성형다이의 외주부 상에 배치된 작업 홀더(24)와 협력하여 상기 박판링을 고정시키기 위한 박판링 리테이너(6);

상기 성형 그루브의 폭보다 더 작은 소정의 폭을 갖고, 상기 박판링을 상기 성형 그루브의 반경 안쪽 방향으로 가압하도록 배치되어, 상기 박판링 상에 원형칼라를 성형하는 성형롤(5);

회전하고 있는 상기 원형칼라의 외주부를 절단하기 위한 절단공구(8); 및

회전하고 있는 상기 원형칼라와 접촉하여 절단으로 형성된 버르를 상기 원형칼라로부터 제거하는 디버링공구(9)를 포함하며,

상기 성형롤(5)이 상기 박판링 상에 상기 원형칼라를 형성하는 동안에는, 상기 플로팅 링(4)은 상기 성형 그루브 내에서 반경방향으로 이동 가능하고, 상기 절단공구가 상기 성형된 박판의 상기 원형칼라의 외주부를 절단하고 있는 동안 및 상기 디버링공구(9)가 상기 버르를 제거하는 동안에는, 상기 플로팅 링(4)이 상기 중심에 위치한 상태로 고정되는 것을 특징으로 하는 중공 링 그루브 삽입물의 제조 장치.
제 4항에 있어서,

상기 성형롤(5)의 소정의 폭은 성형 그루브의 폭 보다 대략 성형된 박판링의 박판 두께의 두 배정도로 작고, 상기 디버링 공구(9)는 성형된 박판링의 박판 두께와 대략 같은 폭을 갖는 원주방향의 그루브 형상 절단에지(28a)를 가져, 원형칼라의 외주부분이 디버링공구의 그루브형 절단에지로 각각 삽입되어, 원형칼라로부터 버르가 제거되는 것을 특징으로 하는 중공 링 그루브 삽입물의 제조 장치.
제 4항에 있어서,

상기 성형다이(2)는 중심부재(3)와 동축인 원통형 본체(12)와, 칼라(13a)가 있는 칼라붙이 축(13)과, 본체의 외주면 상에 미끄러질 수 있게 끼워진 작업 홀더 (24)와, 본체(12)와 칼라(13a) 사이에 성형된 성형 그루브를 가지며,

상기 박판링 리테이너(6)는 지지부(20)에 미끄러질 수 있게 끼워진 축(22)과, 축선방향으로 성형다이(2)를 향하게 고정되며 그것의 외주면 상에 다수의 방사상 돌출부(21a)를 갖는 링 리테이닝 부재(21)와, 지지부(20)의 외주표면에 미끄러질 수 있게 끼워지고 돌출부(21a) 각각에 대응하도록 성형된 릴리프 그루브(23a)를 갖는 링 홀더(23)와, 박판링의 내경과 동일한 외경을 갖는 다수의 방사상 돌출부 (21a)를 가지며;

박판링 리테이닝 부재와 링 홀더가 성형다이(2)로부터 축방향으로 분리되어 있는 상태에서, 공급기구를 통해 박판링이 공급되고 링 리테이닝 부재의 외부면 상에 끼워지며, 그 후에, 박판링 리테이닝 부재와 성형다이(2)는 축방향으로 이동하여 서로가 맞물려, 박판링은 성형 그루브(14) 위에 위치되며, 링 홀더(23)와 작업 홀더(24)에 의해 조여지는 것을 특징으로 하는 중공 링 그루브 삽입물의 제조장치.