KR100261757B1 - Method for processing the surface of a cylinder bore of an engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 엔진의 실린더보어 표면처리방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 라이너가 설치되지 않는 라이너리스(Linerless)형 실린더보어를 전자빔발생기에 의해 표면처리하여 기밀성의 증대로 출력을 향상시키고, 마모가 감소되어 내구성이 향상되도록 발명된 것이다.The present invention relates to a method for surface treatment of a cylinder bore of an engine. More specifically, a linerless cylinder bore without a liner is surface-treated by an electron beam generator to improve output by increasing airtightness, and to reduce wear. It is invented to be reduced to improve durability.
일반적으로 디젤엔진은 실린더 내벽에 원심주조법으로 제조된 주철제에 Mn계 인산염을 처리한 라이너를 실린더 보어의 내부에 삽입하여 피스톤링과 맞닿게 되어 있다.In general, a diesel engine is in contact with a piston ring by inserting a liner treated with Mn-based phosphate in a cast iron manufactured by centrifugal casting on an inner wall of a cylinder in a cylinder bore.
그러나, 최근에는 엔진의 경량화와 아울러 고성능화를 위해 라이너가 설치되지 않는 라이너리스(Linerless)형의 실린더보어가 실용화되고 있다.However, in recent years, a linerless cylinder bore, in which a liner is not installed for light weight and high performance of an engine, has been put into practical use.
이때, 실린더보어의 표면정도가 매우 중요하다.At this time, the surface accuracy of the cylinder bore is very important.
즉, 피스톤과의 기밀성과 내마모성에 따른 수명을 고려해야 한다.That is, the service life due to the airtightness and abrasion resistance with the piston should be considered.
종래, 실린더보어의 표면처리방법으로는 스프레이법과 화염경화법, 고주파경화법등이 이용되고 있다.Conventionally, as the surface treatment method of a cylinder bore, the spray method, the flame hardening method, the high frequency hardening method, etc. are used.
그러나, 이 종래 처리방법에 의하면 급가열 및 급냉이 이루어 지지 않아 처리속도가 매우 늦다.However, according to this conventional treatment method, rapid heating and quenching are not performed, so the processing speed is very slow.
또, 표면정도가 거칠어 후가공이 필요하므로 코스트가 상승된다.In addition, since the surface accuracy is rough and post-processing is required, the cost is increased.
또, 기밀성이 불량하여 출력이 쉽게 저하되고, 내마모성이 약하여 수명이 짭게 되는 등의 폐단이 있었던 것이다.In addition, the airtightness is poor, the output is easily lowered, the wear resistance is weak, and the service life is shortened.
본 발명의 목적은 처리속도를 증대시키고 후가공이 없이 보다 미려한 표면을 얻을 수 있도록 한 엔진의 실린더보어 표면처리방법를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for surface treatment of a cylinder bore of an engine that increases the processing speed and obtains a more beautiful surface without post processing.
본 발명의 목적은 내마모성이 우수하여 내구성과 출력을 향상시킬 수 있도록 한 엔진의 실린더보어 표면처리방법를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a cylinder bore surface treatment method for an engine that is excellent in wear resistance so as to improve durability and power.
도 1은 엔진의 사시도1 is a perspective view of an engine
도 2는 본 발명의 전자빔발생기에 의해 실린더보어를 표면처리하는 방법을 보인 장치도Figure 2 is an apparatus showing a method for surface treatment of a cylinder bore by the electron beam generator of the present invention
도 3은 고에너지 가속전자빔 장치도3 is a high energy accelerated electron beam device diagram
도 4는 도 3의 분출구를 확대하여 보인 장치도4 is an enlarged view of the apparatus shown in FIG.
※ 도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code about main part of drawing
1 - 실린더블록 2 - 실린더보어1-Cylinder Block 2-Cylinder Bore
10 - 전자빔발생기 11 - 가이드10-Electron Beam Generator 11-Guide
이러한 본 발명의 목적은, 실린더블록(1)에 각 기통수에 따라 라이너가 설치되지 않은 피스톤이 승강되도록 실린더보어(2)가 파여지는 것에 있어서;The object of the present invention is that the
상기 실린더보어(2)의 내벽을 향해 전자빔발생기(10)로 부터 가이드(11)로 전자빔을 가이드하여 그 표면이 가공되도록 하는 것에 의해 달성된다.This is accomplished by guiding the electron beam from the
따라서, 처리속도가 증대되고 후가공이 없어 코스트를 저하시킬 수 있다.Therefore, the processing speed is increased and there is no post-processing, so that the cost can be reduced.
또, 보다 미려하고 정밀한 표면을 얻을 수 있다.In addition, a more beautiful and precise surface can be obtained.
그리고, 내마모성이 우수하여 엔진의 내구성과 출력을 향상시킬 수 있는 것이다.In addition, the wear resistance is excellent to improve the durability and output of the engine.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의해 상세하 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 실린더보어(2)들이 기통수에 맞게 파여진 실린더블록(1)을 사시도로 도시하고, 도 2에서는 본 발명의 장치를 도시하고 있다.FIG. 1 shows a
이 도면에서와 같이 실린더블록(1)에 각 기통수에 따라 실린더보어(2)가 복수로 파여져 그 내부로 피스톤이 승강되도록 가이드하게 된다.As shown in the figure, a plurality of
이때 본 발명에서는 피스톤에 라이너가 설치되지 않은 라이너리스타입을 위해 실린더보어(2)의 내벽에 전자빔에 의해 표면처리하게 된다.In this case, in the present invention, the inner wall of the
즉, 실린더보어(2)의 내벽을 향해 전자빔발생기(10)로 부터 가이드(11)로 전자빔을 가이드하여 그 표면이 가공되도록 하는 것이다.That is, the electron beam is guided from the
전자빔에 의해 투사된 실린더보어(2)의 표면은 전자의 운동에너지를 그대로 받기 때문에 열 효율이 매우 높다.The surface of the cylinder bore 2 projected by the electron beam receives the kinetic energy of electrons as it is, and therefore the thermal efficiency is very high.
예를 들어 전자빔과 유사한 레이저 빔의 경우 재료 표면에서의 반사율이 매우 높아 열 효율이 최대 40%를 넘지 않지만 전자빔의 경우는 최대 80%까지 이른다.For example, laser beams similar to electron beams have very high reflectance at the material surface, with thermal efficiencies of up to 40%, while electron beams can reach up to 80%.
그 결과 비교적 짧은 시간 동안의 빔 주사만으로도 충분한 입열량(heat input)을 얻을 수 있어 공정 시간이 단축된다.As a result, sufficient heat input can be obtained only by beam scanning for a relatively short time, thereby shortening the processing time.
뿐만 아니라 처리 시간이 짧기 때문에 재료 표면의 산화를 방지할 수 있어 빔 처리 후 별도의 후속처리 없이도 깨끗한 표면을 얻을 수 있다.In addition, due to the short processing time, oxidation of the material surface can be prevented, so that a clean surface can be obtained after the beam treatment without additional post-treatment.
전자빔의 에너지는 모두 1.4 MeV로 전자가속기를 이용하여 빔 처리하는 데, 이때 전자빔의 크기 d는 전자가 속기의 최종 발진자로부터의 거리 h에 따라 변화하는데 ELV-6 가속장치에 대해서는 다음과 같은 관계가 성립함을 실험적으로 구하였다.The energy of the electron beam is all 1.4 MeV, and the beam is processed using an electron accelerator. The size d of the electron beam changes with the distance h from the final oscillator of the accelerator. The relationship is as follows for the ELV-6 accelerator. The establishment was experimentally obtained.
한편, 전자빔의 전류밀도는 빔의 중심 축으로부터 멀어질수록 감소하면서 가우스(Gauss) 분포를 갖게 된다.On the other hand, the current density of the electron beam decreases as it moves away from the central axis of the beam, and has a Gaussian distribution.
즉, 중심 축에서는 최대 전류밀도 Jo를 갖고 중심으로부터 멀어질수록 지수적으로 감소하게 된다.That is, the central axis has the maximum current density Jo and decreases exponentially as it moves away from the center.
중심축으로부터의 거리 r에 따른 전류밀도 J(r)은,The current density J (r) along the distance r from the central axis is
여기서 rb는 전자빔의 반경이다.Where r b is the radius of the electron beam.
따라서, 빔을 고정시켜 주사하게 되면 빔의 중심부와 가장자리부의 전류밀도의 차이로 인해 재료 표면에 투입되는 입열량도 불균일하게 된다.Therefore, when the beam is fixed and scanned, the amount of heat input to the surface of the material is also uneven due to the difference in current density at the center and the edge of the beam.
이러한 입열량의 불균일성을 피하고 빔 처리면적을 넓게 하기 위해서 빔을 Bx나 By 방향, 혹은 두 방향 모두로 결정하여 준다.In order to avoid the nonuniformity of heat input and widen the beam processing area, the beam is determined in the Bx, By direction, or both directions.
한편, 전자빔과 같이 높은 에너지를 갖는 입자가 재료에 투사되는 경우에는 일반적인 히트 프럭스(heat flux)가 유입되는 경우와 두가지 측면에서 다른 점이 있다.On the other hand, when high energy particles such as electron beams are projected onto the material, there are differences in two aspects from the case where a general heat flux is introduced.
첫번째는 투사되는 재료의 종류에 따라 표면에서는 전자빔 반사율이 각각 다르게 나타나는 것이다.The first is that the electron beam reflectance is different on the surface depending on the type of material being projected.
두번째로는 높은 에너지를 갖는 전자가 재료에 투사될 때 재료 표면에서 자신의 운동에너지를 모두 재료에 전가하고 소멸하는 것이 아니라 어느 정도의 깊이까지는 자신의 에너지를 보존한 채 재료속으로 침투한다.Secondly, when electrons with high energy are projected onto the material, they do not transfer all of their kinetic energy to the material at the surface of the material, but instead penetrate into the material, preserving their energy to some degree.
이와 같은 전자의 침투 깊이를 일렉트론 랜지-electron range- (S)라고 하며 그 크기는 재료의 밀도와 전자의 에너지에 따라 다음과 같이 변화한다.The penetration depth of this electron is called the electron range (S), and its size changes as follows depending on the density of the material and the energy of the electron.
시험에서 가장 적합한 전자빔발생기(10)의 셋팅조건은 다음과 같았다.The setting conditions of the most suitable
전자에너지 : 1-10 MeVElectronic energy: 1-10 MeV
빔사이즈 : 1-30 CmBeam size: 1-30 Cm
빔이동속도 : 1-10 Cm/secBeam moving speed: 1-10 Cm / sec
전자노즐과 표면처리면거리 : 1-30 CmElectronic nozzle and surface treatment surface distance: 1-30 Cm
전자 전류량 : 1-10 mAElectronic current amount: 1-10 mA
상기와 같은 본 발명은, 라이너리스 엔진에 있어서 전자빔발생기(10)에 의해 표면처리하는 것에 의해 처리속도가 증대되고 후가공이 없어 코스트를 저하시킬 수 있다.According to the present invention as described above, in the linerless engine, the treatment speed is increased by the surface treatment by the
또, 보다 미려하고 정밀한 표면을 얻을 수 있다.In addition, a more beautiful and precise surface can be obtained.
그리고, 내마모성이 우수하여 엔진의 내구성과 출력을 향상시킬 수 있는 등의 매우 유용한 발명인 것이다.And, it is a very useful invention, such as to improve the durability and output of the engine is excellent in wear resistance.
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