KR100256706B1 - 경금속 주조물에 주조될 경금속 블랭크 및 이러한 블랭크제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초공정 알루미늄/실리콘 합금으로 구성되며 크랭크케이스로 주조될 수 있는 실린더-라이너 블랭크 및 상기 블랭크 제조방법에 관계한다. 크랭크 케이스에서 라이너의 더 양호한 재료 결합을 위해 특수 표면처리가 된다. 특히 피라미드 또는 란셋형 돌출재료 축적물 형태로 블랭크는 외부에 30 내지 60㎛의 거칠기를 가진다. 이것은 예리한 가장자리를 가지도록 깨어지고 약 70㎛의 평균 입자크기를 가지는 깨어지기 쉬운 경질 재료, 특히 고순도 크롬으로 구성된 입자를 표면에 발사하여 이루어진다. 형성된 미세한 파편은 분리되고 평균 입자크기는 새로운 입자 첨가에 의해 유지된다.

Description

경금속 주조물에 주조될 경금속 블랭크 및 이러한 블랭크 제조방법

본 발명은 청구항 1 의 서문에 따라 또다른 경금속 주조물에 주조될 경금속 블랭크와 청구항 2 의 서문에 따라 상기 블랭크 제조 방법에 관계하는데, 둘다 크랭크케이스에 주조된 실린더 라이너의 경우도 DE 44 38 550 A1 에 공지된다.

별도로 제조된 실린더 라이너를 경금속 크랭크케이스에 주조하는 것은 크랭크케이스 재료에 관계없이 실린더 라이너에서 왕복 운동하는 피스톤의 활주성질을 최적화시킬 수 있게 한다. 이와 관련해서 이미 상당한 성공을 거둔바 있다. 그러나 실린더 라이너를 경금속 크랭크케이스에 주조하는 데에는 라이너 외부와 크랭크케이스 재료와의 결합이 부적절하기 때문에 문제가 발생한다. 엔진이 가동중일 때 불완전한 재료 결합은 왕복 피스톤 기관으로부터 나오는 폐열 방출을 방해하며 크랭크케이스에서 실린더 라이너가 헐거워지게 할 수도 있다. 주조될 다른 부품, 예컨대 주조 피스톤에서 단조된 회전자 오목부에 관련해서 양호한 결합은 강도만을 고려해도 반드시 필요하다.

DE 43 28 619 C2 는 특히 주조될 실린더 라이너의 경우에 주조동안 경금속 성분의 양호한 재료결합에 관련된 문제를 다루며 실린더 라이너의 조절된 예열에 의해 라이너 외부와 케이스 재료간의 공극없는 재료결합 달성을 목적으로 한다. 특정온도, 예컨대 450℃로 예열되어 주형에 도입된 실린더 라이너 블랭크는 유입하는 케이스 재료 용융물에 의해 라이너 표면이 용융되므로 케이스 재료와의 친밀한 결합이 이루어진다. 접촉면에 평행하게 흐르는 용융물은 더 양호한 열교환에 의해 증가된 초기 용융을 초래하고 라이너의 접촉면으로부터 항상 존재하는 산화물 표면을 벗겨냄으로써 이러한 효과를 보조한다. 이러한 강렬한 용융물 흐름은 다양한 방법으로 보장될 수 있다. 이러한 측면에서 상기 문헌은 용융물에서 유체 흐름을 야기시키는 와류(eddy current)의 도입, 용융물의 교반, 게이트의 분포를 언급한다. 이러한 방법의 결점은 신뢰성 있는 초기 용융을 야기시키는 온도까지 예열된 라이너 블랭크를 특히 다중 실린더 크랭크케이스의 주조동안 취급하기가 곤란하다는 것이다. 각각의 예열된 라이너를 주조다이에 점차적으로 도입되므로 이미 도입된 라이너 블랭크가 고온 유지되도록 주조다이에 가열요소가 도입되거나 주조공정동안 냉각 때문에 상이한 라이너 온도가 허용되어야 한다. 따라서 주조다이는 더욱 복잡해지고 고형화되는 주조 작업편으로 부터의 열분산에 악영향을 준다. 모든 경우에 추가 투자비용 및 전력공급 비용을 발생시키는 예열로 설치가 필요하다. 게다가 높은 예열온도는 실린더 라이너 재료에 바람직하지 않은 구조 변화를 일으켜 실린더 라이너의 활주 성질에 악영향을 줄 수 있다. 어느 경우든 라이너 블랭크가 주조되는 동안 활주면 영역 가까이 용융되어 흘러내리면 마찰에 의한 구조 변화가 생긴다. 적어도 1㎜ 정도의 기계가공 오버사이즈가 라이너 블랭크 내부에 제공되어야 한다. 그러므로 라이너 블랭크가 모든 지점에서 용융하는 것을 막기 위해서 두꺼운 벽을 가진 블랭크가 제공되어야 한다. 그러나 가능한 작은 실린더 공간 때문에 가능한 얇은 벽의 실린더 라이너가 바람직하다. 다른 한편으로는 어떠한 이유에 의해 라이너가 바람직하다. 다른 한편으로는 어떠한 이유에 의해 라이너가 충분히 예열되지 않으면 적어도 다이주조시 매우 짧은 기간이 주형을 채우고 고형화가 시작될 때까지 이용 가능하므로 언급된 종류의 초기 용융방법은 이용가능한 짧은 기간에 영향을 줄 수 없거나 매우 불완전하게 영향을 준다.

본 발명의 목적은 주조될 경금속 구조부의 블랭크를 개선하고 예열없이도 주조중인 블랭크가 넓은 영역에 걸쳐 주조될 부분의 주조재료와 친밀한 재료 결합을 하는 효과를 주는 제조방법에 관계한다.

도 1 은 실린더 라이너가 주조된 왕복 피스톤 기관의 부분 단면도.

도 2 는 도 1 에 따른 왕복 피스톤 기관용 실린더 라이너 블랭크의 상세도.

도 3 은 외부 표면에 거칠기의 성질을 보여주는 표면근처 지역(도 2 의 Ⅲ 지역)에서 블랭크 벽을 관통한 단면의 금속조직 사진.

도 4 는 표면 지형을 보여주는 도 2 에 따른 블랭크의 외부표면 (도 2 의 Ⅳ 지역)의 주사전자 현미경 사진.

도 5 는 실린더 라이너와 기본 케이스 재료간의 양호한 재료 결합이 있는 위치에서 주조된 실린더 라이너와 기본 케이스 재료간의 경계 지역(도 1 에서 Ⅴ 지역)에서 도 1 에 따른 크랭크케이스의 실린더 벽을 관통한 단면의 금속조직 사진.

도 6 은 도 5 와 유사하지만 도 5 보다 10배 더 낮은 비율로 실린더 라이너와 기본 케이스 재료간에 다공성 결합이 있는 위치를 보여주는 금속조직 사진.

도 7 은 도 6 과 유사하며 도 6 과 동일한 배율이지만 실린더 라이너와 기본 케이스 재료간에 어떠한 결합도 없는 위치를 보여주는 금속조직 사진.

도 8a 내지 도 8f 는 주조되기 전에 본 발명에 따라 외부가 울퉁불퉁해진 6개의 실린더 크랭크케이스의 주조된 실린더 라이너의 활주면의 초음파 굴절 사진으로 큰 표면적에 비례하여 양호한 재료 결합을 나타내는 교차선 지역과 실린더 라이너 표면상에 실린더 라이너와 기본 케이스 재료간의 결합분포를 보여준다.

도 9a 내지 9h 는 동일한 설계의 크랭크케이스의 초음파 굴절 사진이지만 라이너 블랭크가 종래의 방식으로 외부가 선반 가공된 8개의 실린더를 가지며 양호한 결합을 하는 교차선 지역이 비례적으로 작은 표면적을 가진다.

도 10 은 라이너 블랭크의 외부 표면에 입자를 발사하는 방법을 보여준다.

도 11 은 예리한 가장자리를 가지도록 깨어지고 본 발명에 따른 표면 블라스팅에 사용되는 몇 개의 경질 입자의 확대도이다.

도 12 는 사용후 그리고 블라스팅 재료가 처리된 이후에 블라스팅 입자의 크기 분포를 보여주는 그래프이다.

* 부호설명

1...실린더 헤드 2...다이캐스트 크랭크케이스

3...피스톤 4...실린더 재킷

5...물 재킷 6...실린더 라이너

9...블랭크 10...외부표면

11...돌출부 12...공기기류

13...경질입자 14...좌측지대

15...실린더 라이너 재료 16...크랭크케이스 재료

17...접촉지대 18...노즐

19, 20...빈도 분포

이러한 목적은 청구항 1 의 특징부와 청구항 6 의 특징부에 의해 고유한 블랭크를 기초로 하여 달성된다. 블랭크의 외부 접촉면은 넓은 영역에 걸쳐서 이의 베이스에서 블랭크의 기본 재료로 합쳐지는 피라미드형 또는 란셋형의 뾰족한 재료돌출부 다수를 가진 지형을 가진다. 기존의 산화물 표면에도 불구하고 블랭크의 접촉면상의 다수의 작은 피라미드형 또는 란셋형 재료 돌출부의 끝은 이러한 작은 접촉지대상에서 용융물과 접촉에 의해 공급된 열에너지가 충분히 높고 재료의 깊이로 열분산이 초기에 낮아서 산화물 표면의 장벽을 국부적으로 극복하기 위해서 충분한 에너지밀도가 국부적으로 이용가능하므로 주조되는 부위의 용융물과 접촉시 블랭크 돌출부의 끝 부근에서 즉시 용융하기 시작한다. 개시된 초기 용융은 블랭크의 접촉면상의 표면 근처층에 빠르게 확산한다. 따라서 피라미드형 또는 란셋형 재료 돌출부는 초기 용융공정의 초기 지점을 구성한다. 개시된 초기 용융공정의 빠른 진행과 이러한 초기지점에 의해 접촉면이 밀도있게 덮히므로 초기 용융이 개시되는 지점은 연속하는 인근 표면의 초기 용융 지대에 응집된다. 그러므로 초기 용융은 전체 표면적상에 빠르게 확산하지만 블랭크 벽의 깊이로는 적게 침투하므로 블랭크 벽의 대향면, 예컨대 피스톤 활주면상에서 구조는 영향받지 않는다.

도 1 에 도시된 왕복운동 피스톤 엔진은 다이캐스트 크랭크케이스(2)를 포함하며 소위 오픈 덱(open-deck)의 상부에 버팀없이 서있는 실린더 재킷(4)이 피스톤(3)이 상하 이동 가능하도록 안내되는 실린더 라이너(6)를 수용하기 위해 배열된다. 전하 교환 및 전하 점화 장치를 가지는 실린더 헤드(1)가 크랭크케이스(2)의 상부에 장착되고 실린더 헤드 가스킷이 삽입된다. 실린더 냉각을 위한 물재킷(5)을 형성하는 공동기 크랭크케이스 내부의 실린더 재킷(4) 둘레에 제공된다.

실린더 라이너(6)는 초공정 알루미늄/실리콘 합금으로부터 개별부품으로 사전 제조되며 이후에 블랭크로서 크랭크케이스(2)에 주조되고 크랭크케이스와 함께 마무리 기계가공된다.

실린더 라이너가 크랭크케이스에 주조될 때 양호하고 교란되지 않은 재료결합이 가능한 넓은 표면영역에 걸쳐서 라이너 재료와 케이스 재료간에 이루어지는 것이 중요하다. 이를 위해 블랭크(9)는 경금속 크랭크 케이스(2)의 재료(16)에 의해 둘러싸이는 외부 표면(10)상에 최소 20㎛, 특히 30 내지 60㎛의 거칠기를 가지며 이러한 표면의 지형은 피라미드형 또는 란셋형 돌출부(11)를 뾰족하게 하게 함으로써 형성된다. 무작위 형태 및 크기이며 표면(10)상에 거의 균일하게 분포된 외향으로 끝이 뾰족한 재료 돌출부(11)는 넓은 영역에 걸쳐 교란되지 않은채 실린더 라이너의 기본 재료에 합쳐진다. 케이스 재료의 용융물이 실린더 라이너의 외부표면(10)과 만날 때 산화물 표피에도 불구하고 다수의 작은 재료돌출부의 끝이 이러한 작은 접촉지대상에서 용융물과 접촉에 의해 공급된 열에너지가 충분히 높고 재료 깊숙이 열의 분산은 초기에 낮으므로 충분한 에너지 밀도가 산화물 표피의 장벽을 국부적으로 극복할 수 있도록 국부적으로 이용가능하기 때문에 즉시 용융하기 시작한다. 개시된 초기 용융은 라이너 블랭크의 접촉면에 가까운 표면층에 급속히 확산한다. 개시된 초기용융 과정의 신속한 진행과 접촉면이 이러한 초기 지점에 의해 밀도있게 덮히기 때문에 초기 용융이 시작된 지점은 급속히 연속하는 인근 표면의 초기 용융지대로 응집한다. 그러므로 초기용융은 전체 표면영역으로 신속 확산하지만 라이너 벽내로는 작게 침투하므로 라이너의 피스톤 활주면 근처의 구조는 영향받지 않으며 적어도 1㎜의 기계가공 오버사이즈는 고려되어야 한다. 주조공정동안 주조다이로 도입된 실린더 라이너의 온도가 낮을지라도 실린더 라이너와 크랭크 케이스간의 넓은 영역에 걸쳐 양호한 재료 결합이 이루어진다. 낮은 온도, 예컨대 실온 덕택에 실린더 라이너는 어려움 없이 취급 및 저장될 수 있다. 주조다이에 도입된 실린더 라이너가 다이측부 중심 맨드릴(mandrel)(실린더 라이너가 특징위치로 미끄러지는)을 통해 간접적으로 냉각될 때 조차도 주조동안 양호한 결합이 일어난다. 이러한 냉각 때문에, 예컨대 중심 맨드릴을 통한 물의 흐름 때문에 주조물의 냉각시간이 감소되어서 생산성이 증가할 뿐만 아니라 라이너 구조가 구조의 변화를 초래하는 용융온도 아래로 가열되는 것을 막을 수 있다.

달성될 수 있는 양호한 재료결합의 품질은 도 5 내지 도 9 를 참조로 상술될 것이다. 도 5, 도 6 및 도 7 은 주조될 실린더 라이너와 기본 케이스 재료간의 접촉지대(17)로부터 취한 단면, 도 1 에 따르면 지역 V 의 금속조직 사진에서 3개의 구별가능한 결합 품질을 보여준다.

도 5 는 매우 높은 배율로 실린더 라이너와 기본 케이스 재료간의 양호한 재료 결합을 보여주며 상기 결합은 도 8a 내지 8f 및 9a 내지 9h 에서 교차선으로 표시된다. 도 5 는 접촉지대(17)에서 실린더 라이너 재료(15)가 크랭크케이스 재료(16)에 교란되지 않은채 전이됨을 보여준다.

도 6 은 도 5 와 유사하지만 10배만큼 낮은 배율로 금속조직 사진을 보여주며 실린더 라이너와 케이스 기본 재료간에 다공성 결합이 있는 지점이 있으며 결합의 정도는 도 8a 내지 8f 및 9a 내지 9h 에서 점선으로 도시된다. 양호한 결합이 있는 작은 지점이 상이한 재료간의 더 광대한 프런트형 대조지역과 교대하며 이러한 지역에 공기가 포함된다.

도 6 과 동일한 배율로 도시된 도 7 의 금속조직 단면 사진에서, 실린더 라이너와 케이스 기본재료간에 어떠한 결합도 없는 지역이 도시되며 도 8a 내지 8f 및 도 9a 내지 9h 에서 이러한 지역은 좌측이 백색이다. 적어도 1㎛의 폭을 가진 작은 갭과 다수의 공기 개재물이 접촉지대(17)에 도시된다.

도 8a 내지 8f 와 도 9a 내지 9h 는 각각 6-실린더 크랭크케이스와 8-실린더 크랭크케이스의 주조된 실린더 라이너의 활주면의 초음파 반사 사진을 보여주며 상기 실린더 라이너는 주조전에 다르게 처리되며 도 8a 및 9a 는 제 1 실린더에 할당되고 도 8b 및 9b 는 제 2 실린더에 할당되며 도 8f 는 크랭크케이스의 6번째 실린더, 도 9h 는 8번째 실린더에 할당된다. 두 경우 모두 실린더 블랭크의 V형 배치를 한 엔진에 관련되므로 개별 실린더의 반사 사진이 2행으로 배열된다. 직사각형의 긴면은 각각 실린더 활주면의 상부 및 하부 단부에 해당한다. 더 짧은 면은 내연기관의 전방면 또는 제어 하우징면을 향하는 활주면의 모면에 해당한다; 직사각 표면의 수직 중심선은 엔진의 배면을 향하며 여기에 변속기가 배열된다. 사진의 수직 1/4 분할선과 3/4 분할선은 실린더면에 놓인다. 특히 도 8 및 도 9 의 중앙을 향하는 반사사진의 상기 분할선은 V-엔진의 중심을 향하는 모면에 해당한다(즉, 입력면상의 모면). 반면에 도면의 가장자리를 향하는 분할선은 외부면상의 모면에 해당한다.

이러한 초음파 반사 사진은 물에서 수행되며 물은 초음파원 또는 초음파 수신기와 조사될 물체간의 전파 및 접촉매체로 작용한다. 물과 벽 재료는 말하자면 초음파에 대한 다소 균질한 전파매체를 구성하며 상기 전파매체는 금속 내 결합, 예컨대 전파방향에 가로로 놓인 갭이나 재료결합이 없는 접촉 지점에 의해 교란된다. 단지 작은 비율의 초음파가 이러한 종류의 결합을 극복할 수 있고 대부분의 음파 에너지는 이러한 결함에서 반사된다. 초음파 수신이기도 한 초음파 송신기는 특정 높이, 특정 방향으로 테스트될 실린더 라이너의 중심에 집중 배열된다. 초음파 송신기는 방향성 있게 매우 짧은 초음파 신호를 방출하고 초음파 수신기는 실린더벽으로부터 반사된 반향음을 수신하고 전파시간보다 반향음 세기가 기록된다. 이러한 형태의 초음파 검사에 의해 테스트될 물체내의 비금속 개재물이 먼지입자, 연기등이 밝은 광선에 의해 가시화될 수 있는 방법과 유사하게 반사된 음파 세기 증가로 탐지된다. 도 5 에 따르면 주조된 실린더 라이너와 크랭크케이스간의 결함없는 양호한 재료결합이 있는 지점에서 방출된 초음파 펄스는 어떠한 반향음도 없이 결함없는 벽을 수직으로 통과하고 반향음의 세기는 매우 낮다. 도 6 에 따르면 공기 개재물 및 작은 갭에 의해 교란받는 지점에서 반사된 초음파의 세기는 훨씬 더 높고 도 7 에 따르면 넓은 영역에 걸쳐 분포된 갭의 경우에 방출된 초음파의 높은 비율이 반사된다. 이러한 시험에 의해 실리니더 라이너의 전체 표면이 높은 국지 해상도로 주사될 수 있어서 도 8a 내지 8f 및 9a 내지 9h 에 도시된 바와 같이 실린더 라이너 전체 표면에 걸쳐 초음파 반사사진을 얻을 수 있다.

도 8a 내지 8f 에 따른 초음파 반사 사진은 실린더 라이너와 케이스 재료간의 양호한 결합을 보여준다. 이러한 실린더 라이너는 주조되기전에 외부면(10)이 본 발명에 따라 거칠게 된다. 양호한 재료결합을 나타내는 교차선 지역은 80 내지 95%의 넓은 표면적을 차지한다. 몇 개의 실린더의 경우에 변속기면이나 입력면에 위치한 지대는 빈약한 결합을 가지는 지점을 포함하며 이러한 비교적 작은 지점은 허용가능한 크기이다. 케이스재료에 재료결합이 전혀없는 실린더 라이너 외주상의 지점은 없다. 만약 재료결합 지역이 축방향에서만 짧다면 이것은 소수의 실린더 외주상의 단일한 국부적으로 작은 지점에 국한된다. 게다가, 이들은 단일 크랭크케이스의 실린더나 주조된 크랭크케이스 측면에서 연속으로 반복되지 않는다. 특히 용융물 안내를 고려하여 방법을 최적화함으로써 더욱 향상시킬 수 있다.

도 8 의 각 반사사진의 상부 가장자리 지역에서 어떠한 재료 결합도 없는 좁은 띠가 있는데 그 이유는 주조작업이 주조위치 및 용융물 안내에 따라 저부에서 상향으로 수행되며 상부지역이 용융물이 미치는 마지막 지역이기 때문이다. 그러나, 이러한 빈약하게 결합된 지역이 피스톤링 위의 피스톤의 소위 상부 착륙지역에 위치하므로 낮은 오염물 방출을 이유로 이러한 지역에서 더 높은 실린더벽 온도가 바람직하며 실린더 어셈블리의 왜곡이 무시가능하다.

대조적으로 기본적으로 동일하지만 8개의 실린더를 가진 크랭크케이스에서 취한 도 9a 내지 9h 에 따른 초음파 반사사진은 선형 블랭크가 종래의 방식으로 외부에 절단부를 갖게 선반가공될 때 비교적 빈약한 결합이 얻어짐을 보여준다. 주조될 부분의 양호한 결합과 빈약한 결합의 분포는 비교적 균일하게 재생될지라도 그럼에도 불구하고 결과는 나쁘다. 특히 도 9 에 따른 반사사진에서 양호한 결합을 가진 교차선 지역은 단지 20% 정도의 작은 표면적을 차지한다. 양호한 결합이 있는 지점은 모두 용융물의 안내에 따라서 크랭크케이스에서 출력면상에 위치된다. 결합이 없거나 교란된 결합을 갖는 비율은 매우 높고 어떤 상황에서는 적어도 특정부하 및/또는 실온 상태에서 내연기관으로부터 나오는 폐열의 냉각수로의 적절한 분산에 해를 준다. 게다가 원주방향 및 축방향으로 실린더 라이너의 온도 분포가 불균일하므로 라이너가 매우 불규칙적인 열적 변형을 하므로 피스톤 틈새가 더 커질 필요가 있어서 피스톤 외주와 실린더 활주면 간의 더 큰 갭 부피로 인한 배기가스 내 비연소 탄화수소 비율을 높인다. 게다가 도 9a 내지 9h 에 따르면 불완전하게 주조된 실린더 라이너로 제조되어야 한다면 이들은 상당한 외주지역에 걸쳐 케이스 재료에 축방향으로 연결되지 않으며 이들 지역에서 실린더 헤드 가스킷의 압력하에서 축방향으로 왜곡되어 실린더 헤드 가스킷의 압축력을 불균등 배분시킬 뿐만아니라 실린더 라이너의 불균등 변형을 증가시킨다. 활주면의 불균등 모양, 즉 원형 형채 및 직사각 형태로부터 수 ㎛로 왜곡된 실린더 모양은 매끄러운 피스톤 활주에 악영향을 주며 피스톤링의 양호한 밀폐작용에 악영향을 미친다. 실린더 라이너가 초기 용융 없이 주조되는 경우에 유지 칼라가 라이너의 단부면상에 외부에서 형성되고 상기 칼라는 라이너를 크랭크케이스에 안전한 축방향 연결을 시켜서 라이너가 축방향으로 헐거워지는 것을 막아준다. 그러나 이러한 칼라는 칼라간의 지역에서 추가 기계가공 작업, 즉 선반가공 및 추가 원료를 사용함으로써 통상 제저될 수 있다.

본 발명에 따른 거칠기 작업이 주조될 실린더 라이너 블랭크상에서 이루어질 수 있도록 먼저 관형 블랭크가 제조되고 필요한 모양 및 크기로 기계가공된다. 표면이 경금속 크랭크케이스(2) 재료(16)에 의해 둘러싸이는 블랭크(9)의 외부 표면(10)을 거칠게 하기 위해서 예리한 모서리를 가지도록 깨어지고 깨어지기 쉬운 경질재료, 특히 고급 강목으로 구성되며 노즐(18)에 의해 안내된 공기기류(12)와 함께 운반되는 입자(13)가 표면에 발사된다. 공기에 실린 입자는 블랭크(9) 표면(10)의 처리지점에 가로로, 즉 90±45°의 각도(α)로 발사된다. 입자가 블랭크(9)에 충돌할 때 입자는 블랭크 표면(10)을 거칠게 하며 피라미드형 또는 란셋형으로 재료를 밀어올려 재료 돌출부(11)를 형성시켜 넓은 영역에 걸쳐 베이스에서 기본재료와 합쳐지는 예리한 모서리의 재료 상승부를 형성시킨다. 입자를 운반하는 공기 기류는 특히 입자의 유속이나 입자가 외부표면에 충돌하는 속도 및 공기 흐름에서 입자 밀도에 따라 최적화되어야 하며 울퉁불퉁해진 외부표면의 원하는 표면지형과 라이너의 주조받는 재료에 대한 최적의 야금학적 결합은 최적화의 결과이다. 그러나 입자 블라스팅 분야의 평균 숙련자에 의해 매개변수 최적화를 기대할 수 있다.

사용된 경질재료 입자(13)는 약 70㎛의 평균 입자크기(d)를 가진다. 이러한 평균크기는 달성된 거칠기 정도를 결정한다. 평균 입자크기는 추구하는 거칠기보다 커야한다. 예리한 모서리를 가지도록 깨어진 약 70㎛의 블라스팅 재료 평균입자크기를 사용하여 약 30 내지 60㎛의 거칠기가 얻어진다. 도 12 에 따른 그래프와 같이 평균입자크기는 통계적 평균이며 종모양의 빈도 분포(9)에 따라 상향 및 하향으로 초과될 수 있다. 외부표면(10)상에 입자(13)의 충돌은 입자상에 힘이 발휘되게 하여서 적어도 이들의 몇 개가 깨어진다. 결과적으로 입자 블라스팅동안 사용된 경질재료의 입자의 크기는 점선으로 도시된 빈도분포(20)로 도 12 에 표시한 대로 더 작은 평균 입자 크기(d″) 방향으로 이동된다. 입자 흐름으로부터 새로운 입자 혼합물을 대략 동일한 질량으로 주입하여 도 12 에 따른 분포곡선에서 좌측 지역(14)에 있는 미세한 파편을 걸러냄으로써 최초 평균 직경(d)보다 약간 작은 평균 입자직경(d') 부근의 빈도 분포(21)를 달성할 수 있다. 이 방식으로 입자 혼합물을 처리함으로써 대략 일정한 입자크기 및 일정한 표면거칠기가 달성될 수 있다.

블라스팅 재료를 선택 및 처리할 때 입자크기와 모양이 최적화되며 적당한 처리 방법에 의해 최적상태를 유지시키는 것이 중요하다. 뾰족한 모서리를 가진 스프린터(splinter)형 란셋(lanset)형, 사면체형, 피라미드형 입자가 선호되며 입방체 또는 균일한 구형입자는 본 발명에서는 적합하지 않다. 입자가 작업편을 충돌시켜 깨지는 한 여러번 사용된 후 입자를 완전히 미세한 파편으로 파괴 및 해체하여 분리해 내는 것이 좋다. "둥글해진" 입자는 원하는 거칠기 효과를 줄 수 없으며 블라스팅된 표면상에 매끈한 구조를 남긴다. 원하는 파괴 거동은 깨어지기 쉬운 재료에서 관측된다.

다음의 효과가 본 발명에 의해 달성된다.

· 주조부, 특히 주조될 라이너 블랭크를 예열시킬 필요가 없고 관련 투자 및 작동 비용 및 취급 문제를 제거;

· 주조부의 외부 또는 접촉면을 울퉁불퉁하게 하는 것은 어느 경우에는 필요한 세정 효과를 동시에 주어서 별도의 세정작업이 불필요하고 울퉁불퉁하게 하는데 투자비용은 세정작업과 대략 유사하므로 이러한 거칠게 하는 작업은 사실상 추가 비용을 필요로 하지 않는다;

· 주조될 라이너 블랭크의 경우에 라이너 블랭크상의 마찰에 의한 구조변화가 높은 신뢰도로 방지될 수 있다;

· 주조부가 더 적은 벽 두께를 가질 수 있고, 더 적은 벽두께를 주조물의 예열을 사용한 주조작업에 비해 더 높은 신뢰도로 조절 가능함;

· 더 적은 실린더 벽 두께는 더 작은 실린더 공간을 허용하므로 피스톤 용량은 동일하고 더 짧고 더 가볍고 더 저렴한 엔진을 가능하게 한다. 따라서 자동차에서 엔진공간이 더 작아질 수 있고 관련된 질량 때문에 구동된 자동차의 연료소모가 더 작아진다;

· 거칠기 작업이 안된 주조부의 주조에 비해서 접촉면상에 균일하게 높은 품질의 더 양호한 야금학적 결합이 주조할 부분과 주조될 부분간에 이루어진다;

· 따라서 실린더 라이너에 관계되는 한 더 높은 제조정확성, 특히 제조된 실린더의 더 낮은 왜곡이 달성되는데, 그 이유는 크랭크케이스와 양호한 재료결합을 하는 실린더는 단지 잘 에워싸인 라이너 보다 더 강직하기 때문이다;

· 라이너가 케이스 재료에 더 양호한 야금학적 결합을 하기 때문에 더 높은 강성을 얻을 수 있고 실린더 벽이 원주 및 축방향으로 균일해지며 실린더 헤드가 조립되고 가스킷(gasket)이 삽입될 때 실린더 어셈블리의 왜곡이 작다;

· 실린더 라이너가 크랭크케이스에 높은 강도의 재료 결합을 하므로 라이너의 단부면상에 칼라를 유지할 필요가 없어서 제조측면에서 라이너 설계가 단순해지고 저렴해진다;

· 실린더 라이너 측면에서 라이너가 케이스 재료에 더 양호한 야금학적 결합을 하므로 표면영역상에 열전도가 더 균일해지고 원주 및 축방향으로 실린더 라이너의 온도 프로파일이 더 균일해지고 엔진이 가동될 때 실린더의 열적 왜곡이 더 적다;

· 잘 결합된 실린더 라이너의 온도가 거칠기 작업 없이 주조된 실린더 라이너보다 낮기 때문에 엔진이 작동할 때 오일증발속도에 호의적인 영향을 주므로 오일 소모 및 윤활유에 의해 생성된 탄화수소 배기가스 내용물에도 좋은 영향을 준다;

· 칫수 정확도가 더 커지고 실린더 어셈블리 왜곡이 더 작고 작동으로 인한 실린더 라이너의 열적 왜곡이 더 작기 때문에 더 작은 피스톤 틈새 달성이 가능하여 연료에 의해 발생된 탄화수소 배기가스 내용물에 호의적인 영향을 준다;

· 활주면의 칫수 정확도가 높기 때문에 피스톤 진동이 더 작아서 엔진의 더 부드러운 작동이 가능하다;

· 활주면의 더 높은 칫수 정확도는 피스톤링의 더 양호한 밀봉효과를 가져오므로 손실 및 오일 소모를 낮추고 오일에 의해 발생된 탄화수소 방출량을 낮추고 에너지 소모를 줄인다.

Claims (9)

1. 또다른 경금속 주조물(2)에 주조되며 외부표면(10)상에 20㎛이상의 거칠기를 가지며 경금속 주조물(2) 재료(16)에 의해 둘러싸일 경금속 블랭크(9)로서 블랭크 표면의 지형에 돌출부의 베이스에서 블랭크의 기본 구조를 직접 합쳐지는 피라미드형 또는 란셋형 재료 돌출부(11)가 형성되는 경금속 블랭크(9).
2. 제 1 항에 있어서, 무작위 모양 및 크기의 피라미드형 또는 란셋형 재료돌출부(11)가 표면(10)상에 균일하게 분포됨을 특징으로 하는 블랭크.
3. 제 1 항에 있어서, 외부표면상에서 블랭크(9)의 골에서 마루까지의 높이는 30 내지 60㎛임을 특징으로 하는 블랭크.
4. 제 1 항에 있어서, 주조될 경금속이 실린더 라이너이며 이러한 경금속을 수용하는 경금속 주조물이 왕복운동 피스톤 기관(8)의 다이캐스트 크랭크케이스(2)임을 특징으로 하는 블랭크.
5. 제 4 항에 있어서, 실린더 라이너(9) 재료(15)가 초공정 알루미늄/실리콘 합금임을 특징으로 하는 블랭크.
6. 블랭크가 제조되고 필요한 모양 및 크기로 기계가공되고 이후에 표면이 주조물 재료에 의해 둘러싸이는 블랭크의 외부표면에 흐르는 가스에 함께 운반되고 경질 재료로된 입자가 충돌되는 청구항 1 에 따른 블랭크 제조를 위해 주조물에 주조될 금속 블랭크 제조방법에 있어서,

   예리한 모서리를 가지며 70㎛의 평균 입자 크기(d)를 가지도록 깨어진 고급 강옥이 경금속 합금(15)으로 구성되며 경금속(16)으로 구성된 주조물(2)에 주조될 블랭크(10)에 블라스팅하기 위한 입자(13)로 사용되어 입자 블라스팅된 블랭크(9) 표면(10)이 거칠어지고 표면 근처에 있는 블랭크(9)의 재료가 피라미드형 또는 란셋형 돌출부(11)를 갖게 됨을 특징으로 하는 금속 블랭크 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 공기에 실린 입자가 블랭크(9) 표면(10)의 처리지점에 90±45°의 각도(α)로 발사됨을 특징으로 하는 방법.
8. 제 6 항에 있어서, 블라스팅동안 사용된 경질재료 입자(13)의 파괴로 인해 형성된 미세한 파편(14)이 연속적으로 입자(13)로부터 분리되어서 공정에 사용하는블라스팅 재료의 평균 입자크기(d')가 평균 입자크기(d)와 동일한 질량을 가진 새로운 입자(13)의 첨가에 의해 유지됨을 특징으로 하는 방법.
9. 제 6 항에 있어서, 왕복운동 피스톤 기관의 경금속 크랭크케이스(2)에 주조될 실린더 라이너 블랭크 제조를 위해 먼저 관형 블랭크(9)가 제조됨을 특징으로 하는 방법.

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