KR100302852B1 - 압축기용 중공 피스톤 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화장치의 가변용량형 사판식 압축기용 피스톤 제조방법에 관한 것으로, 특히, 경량으로 관성이 매우 작아 압축기의 압축효율을 높일 수 있는 중공(中空) 피스톤을 제조하는 압축기용 중공 피스톤 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 압축기용 중공 피스톤 제조방법은, 소재 상태의 몸체부와 캡부를 단조 성형한 후 각 헤드형성부 선단을 절삭하여 접합면을 형성하고, 이들을 상온 대기중에서 행하는 마찰용접에 의해 두 소재를 결합한 다음 그 소재 상태의 피스톤(1) 외주면을 절삭하여 피스톤(1)의 외주면을 1 차 가공하고, 이어 피스톤 전체를 코팅처리한 후 연마가공을 통해 피스톤 외주면(1a)을 2 차 가공하고, 마지막으로 절삭과 절단가공을 통해 사판 수용홈(1b)과 슈안착부(1c) 그리고 피스톤의 선,후단면(1d)(1c)을 순차적으로 형성함으로써 피스톤을 완성하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 제조방법에 따르면, 분할 성형된 몸체부와 캡부를 고도의 가공정밀도를 요하지 않는 간단한 절삭가공만을 거친 후 상온의 대기중에서 행해지는 마찰용접을 통하여 결합할 수 있음으로써, 설비의 구성이 극히 단순해져 설비비 부담이 아주 적다는 장점이 있다.

Description

압축기용 중공 피스톤 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF HOLLOW PISTON FOR COMPRESSOR}

본 발명은 공기조화장치의 가변용량형 사판식 압축기용 피스톤 제조방법에 관한 것으로, 특히, 경량으로 관성이 매우 작아 압축기의 압축효율을 높일 수 있는중공(中空) 피스톤을 제조하는 압축기용 중공 피스톤 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 냉방장치를 구성하는 압축기는 풀리를 통하여 전달되는 엔진의 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받아 증발기로부터 공급되는 기상의 냉매를 압축하여 액화하기 쉬운 고온고압의 상태로 변화시켜 응축기로 토출하는 장치이다.

이러한 압축기의 한 형태인 사판식 압축기는 엔진의 동력을 전달받는 구동축에 경사지게 축설(軸設)된 디스크 형상의 사판(斜板)이 구동축에 의해 회전하고, 이 사판의 회전에 의하여 사판의 둘레를 따라 슈(shoe)들을 개재하여 결합된 다수의 피스톤들이 실린더에 형성된 다수의 보어 내부에서 직선왕복운동함으로써, 냉매가스를 흡입 및 압축하여 배출하도록 되어 있다.

첨부된 도면의 도 1은 이러한 가변용량형 사판식 압축기의 일 예를 보인 단면도이다.

도시된 바와 같이, 가변용량형 사판식 압축기는, 내부에 밀폐공간을 형성하는 전,후부하우징(51)(52)과, 상기 전,후부하우징(51)(52) 내에 내장되며 원주방향으로 배열되는 다수의 보어(53a)가 형성된 실린더(53)와, 상기 실린더(53)와 상기 전부하우징(51)에 회전가능하게 지지되는 구동축(54)과, 상기 구동축(54)에 고정되어 구동축(54)과 함께 회전하는 원판형 러그플레이트(55)와, 상기 구동축(54)에 끼워진 채로 상기 러그플레이트(55)의 일측에 힌지 결합되어 이 러그플레이트(55)와 함께 회전하고 축방향으로 슬라이딩되면서 그 경사각이 가변되는 사판(56)과, 상기 사판(56)의 외주를 따라 슈(57)를 개재하여 결합되어 상기 사판(56)의 회전에 따라상기 실린더(53)의 각 보어(53a) 내에서 왕복이동되는 다수의 피스톤(58), 그리고, 상기 피스톤(58)의 왕복에 따른 압력변화에 의하여 밸브 플레이트(59)의 흡입구(59a)와 배출구(59b)를 개폐하는 흡입리드밸브(60) 및 토출리드밸브(61) 등을 포함하며, 이외에도 전부하우징(51)의 크랭크실(51a), 후부하우징(52)의 흡입실(52a) 및 토출실(52b)의 압력을 조정하여 피스톤(58)의 이송량을 조정하는 제어밸브(62)와, 상기 러그플레이트(55)와 사판(56) 사이에 탄성적으로 설치되어 러그플레이트(55)의 비회전시 최소경사각으로 사판(56)을 탄성지지하는 스프링(63) 등을 포함하여 이루어진다.

가변용량형 사판식 압축기는 이상과 같은 구성요소들로 이루어져 다음과 같은 과정을 통하여 증발기로부터 이송되어오는 냉매를 압축하여 응축기로 송출하게 된다.

구동축(54)이 엔진의 동력으로 회전하면, 구동축(54)에 고정된 러그플레이트(55)가 사판(56)과 함께 회전하고, 사판(56)의 외주에 방사상으로 결합된 피스톤(58)들이 사판(56)에 의해 사판(56)의 경사각 크기에 비례하는 거리만큼 왕복동한다. 이 때, 피스톤(58)이 후진하는 동안(사판(56)에 의해 끌어당겨지는 동안) 흡입구(59a)를 통하여 흡입실(52a)의 냉매가 보어(53a) 내로 유입되고, 피스톤(58)이 하사점에 이른 후 다시 전진하는 동안 보어(53a)에 유입된 냉매가 압축되어 높은 압력으로 토출구(59b)를 통해 토출실(52b)로 배출되며, 이어 토출실(52b)의 고압냉매는 냉매유로를 통하여 응축기(미도시)로 토출된다.

이상과 같은 압축기의 냉매압축과정에 있어서, 왕복동되면서 냉매를 직접적으로 흡입,압축하는 피스톤(58)은, 왕복동시에 피스톤(58)의 이송방향과 반대방향으로 작용하면서 중량에 비례하는 상당한 크기의 관성력을 받게 되므로, 그 중량이 크면 그에 비례하는 크기의 관성력으로 구동축의 회전력을 저하시키기 때문에 압축기의 압축효율을 떨어뜨리게 된다. 이러한 점 때문에 최근에는 도 2에 도시된 바와 같이 내부가 비어 중량을 아주 가벼운 중공의 피스톤들이 개발되어 가변용량식 압축기에 적용되고 있다.

도시된 바와 같이, 중공 피스톤(4)은 피스톤 부피의 대부분을 차지하는 원통부분에 중공부를 형성한 것으로서, 이러한 중공 피스톤(4)은 체적 대비 중량이 아주 가벼워 왕복동시 중량에 비례하여 발생하는 관성이 매우 작기 때문에, 압축기에 적용할 경우, 상대적으로 무거워 왕복동시 큰 관성이 발생되는 중실 피스톤을 적용하는 경우에 비해 압축기의 압축성능을 크게 높일 수 있다.

반면, 중공 피스톤은, 통상의 피스톤이 경량의 알루미늄 소재를 단조 또는 다이캐스팅하여 소재 피스톤을 성형한 후 그 소재 피스톤을 기계가공하는 방식으로 제조되는데 반해, 다이캐스팅에 의해서는 중공부를 갖는 일체형 소재 피스톤을 성형할 수 없기 때문에 부득이 두 부재로 분할,성형한 후 이들을 결합하여 중공부를 형성해야 하는 제조상의 큰 난점(難點)을 가지고 있었다. 이에 중공 피스톤은 제조단가가 높고 제조시 불량률이 매우 높다는 취약점을 가지고 있다.

그럼에도 불구하고, 중공의 피스톤은 압축기 효율 증진 효과가 매우 크다는 강점을 갖고 때문에 중공 피스톤을 보다 용이하게 제조할 수 있는 압축기용 중공 피스톤 제조방법들이 다양하게 강구되어 왔다.

그 대표적인 종래 압축기용 중공 피스톤 제조방법의 일 예가 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다.

이 종래 중공 피스톤 제조방법은 피스톤(4)을 몸체부(41)와 캡부(42)로 분리하여 성형한 후, 소재 상태의 이들을 기계가공하여 가결합하고, 이어 진공상태에서 상기 몸체부(41)와 캡부(42)를 전자빔 용접으로 고착하여 피스톤(4)을 형성하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 그 구체적인 제조과정은 다음과 같다.

먼저, 알루미늄 소재를 다이캐스팅공정 또는 단조공정을 통하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 브릿지형성부(41a)와 이 브릿지형성부(41a)의 일측과 타측의 헤드형성부(41b) 및 파지부(41c)로 이루어진 소재 상태의 몸체부(41)과, 일측의 파지부(42c)와 타측의 헤드형성부(42b)로 이루어진 소재 상태의 캡부(42)를 각각 성형한다(단조성형단계). 이어, 상기 몸체부(41)와 캡부(42)의 각 헤드형성부(41b)(42b) 선단면을 도 2의 점선을 따라 절삭하여 서로 대응하는 억지끼움식의 가결합구조인 접합면(40a)(40c)을 각각 형성한다.(용접전 절삭가공단계). 그리고, 그 접합면들(40a)(40c)을 이용하여 상기 몸체부(41)와 캡부(42)를 도 3과 같이 가결합(假結合)하고, 그 가결합된 상기 몸체부(41)와 캡부(42)를 지그(미도시)에 고정한 다음, 진공상태에서 이들 양자의 접합면(40a)(40c)을 전자빔용접으로 몸체부(41)과 캡부(42)를 일체로 접합시킨다(전자빔용접단계). 다음으로, 접합된 소재 상태의 피스톤(4)의 외주를 선삭하여 피스톤의 헤드 외주면(4a)을 1 차 형성한 후(용접후 절삭가공단계), 피스톤(4) 표면 전체에 테프론을 코팅하여 내마모층을 형성한다(코팅단계). 다음에 테프론 코팅된 헤드 외주면(4a)을 연마하고 그 몸체부(41)의 브릿지형성부(41a) 일측을 절삭하여 사판수용홈(4b)와 슈안착홈(4c)을 차례로 형성하고나서(절삭가공단계), 마지막으로 양측의 파지부(41c)(42c)를 절단하여 피스톤의 선,후단면(4d)(4e)을 각각 형성함으로써, 도 4와 같은 피스톤(4)의 제조를 완료하게 된다.

이와 같은 종래 압축기용 중공 피스톤 제조방법은 중공부(4f)를 형성해야 하기 위해 분할성형되는 몸체부(41)와 캡부(42)의 각 접합면(40a)(40c)에 대한 정밀한 가공이 요구되고, 용접에 소요되는 시간이 10 초 이상으로 비교적 길며, 또한 조립 및 가공절차가 까다롭고 복잡하기 때문에 피스톤 전체의 제조공정이 상당히 복잡하게 되어 생산성 저하는 물론 피스톤 불량 발생률이 매우 높다는 등의 제반 문제점을 가지고 있었다. 또한, 알루미늄재인 몸체부(41)와 캡부(42) 사이를 접합하는 전자빔 용접은 소재 산화방지를 위하여 진공환경하에서 행해져야 하기 때문에, 진공환경을 조성한 다음 전자빔 용접을 행할 수 있는 고가(高價)의 장비를 필요로 하여 설비비 부담이 과중하다는 문제점도 있었다.

뿐만 아니라, 이 종래 중공 피스톤 제조방법에 의하여 제조된 피스톤(4)은, 전자빔 용접과정에서 발생한 미세한 구멍들을 그 조직내에 함유하여 내구성이 떨어지고, 또, 그 미세한 구멍들을 통해 냉매와 오일이 침투하여 냉매량과 오일량 부족상태를 유발하는 문제점을 가지고 있었다. 또한 그 미세한 구멍들이 피스톤과 보어 사이에 리크(leak)를 발생시키고 또 그 구멍들이 중공부(4f) 내외를 관통하는 경우 그 구멍을 통해 냉매나 오일이 중공부(4f)에 충전되어 피스톤(4) 중량을 증대시키기 때문에 압축기의 성능을 크게 떨어뜨리는 문제점도 가지고 있었다.

이에, 본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 압축기용 중공 피스톤 제조방법이 가진 문제점들을 일소할 수 있는 것으로서, 중공 피스톤 소재를 소재 피스톤와 소재 캡부로 분할성형하여 결합하되 그 두 분할소재를 간단한 절삭가공만을 거친 후 상온의 대기중에서 마찰용접하는 간단한 용접작업을 통하여 결합할 수 있음으로써, 피스톤 불량발생률이 낮을 뿐만 아니라 설비비와 가공비 부담이 적어 피스톤 제조원가를 크게 낮출 수 있으며, 또 용접시 피스톤 조직내에 미세한 구멍을 생성치 않음으로써 압축기 성능 저하를 유발하는 피스톤의 양산도 방지할 수 있는 압축기용 중공 피스톤 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 일반적인 자동차 공기조화장치용 압축기의 구성을 나타내는 압축기 단면도.

도 2는 종래 압축기용 중공 피스톤 제조방법에 따라 단조성형된 소재 상태의 피스톤 구성을 보인 단면도.

도 3은 종래 압축기용 중공 피스톤 제조방법에 따라 전자빔 용접된 피스톤의 단면도.

도 4는 종래 압축기용 중공 피스톤 제조방법에 따라 완성된 피스톤 단면도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 단조성형된 소재 상태의 피스톤 구성을 보인 단면도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 마찰용접된 소재 상태의 피스톤 단면도.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 헤드의 외주부가 절삭가공된 피스톤의 단면도

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 헤드의 외주부가 연마가공완료된 피스톤의 단면도.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 가공 완료된 피스톤의 단면도.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소재 상태의 피스톤의 구성을 보인 단면도.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조 완료된 중공 피스톤 단면도.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 소재 상태의 피스톤의 구성을 보인 단면도.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조 완료된 중공 피스톤 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1, 2, 3 : 피스톤 1a, 2a, 3a : 헤드 외주면

1b, 2b, 3b : 사판 수용홈 1c, 2c, 3c : 슈안착홈

1d, 2d, 3d : 선단면 1e, 2e, 3e : 후단면

10a, 10b, 20a, 20b, 30a, 30b : 접합면

11, 21, 31 : 몸체부 12, 22, 32 : 캡부

11a, 21a, 31a : 브릿지형성부 11b, 21b, 31b : 헤드형성부

11c, 21c, 31c : 파지부 12b : 캡부의 헤드형성부

12c : 캡부의 파지부

상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 압축기용 중공 피스톤 제조방법은, 브릿지형성부와 그 브릿지형성부 일측에 성형된 중공원통형(中空圓筒形)의 헤드형성부 그리고 브릿지형성부 타측에 성형된 파지부(把持部)로 이루어진 소재 몸체부와, 일측의 중공원통형(中空圓筒形) 헤드형성부와 타측의 파지부로 이루어진 소재 캡부를 각각 단조에 의해 성형하는 단조성형단계와; 상기 소재 몸체부와 상기 소재 캡부의 각 헤드형성부 선단면을 절삭하여 각각 접합면을 형성하는 용접전 절삭가공단계와; 상기 소재 몸체부의 파지부와 상기 소재 캡부의 파지부를 지그에 고정하고, 각 접합면을 서로 맞댄 후 그 두 접합면을 마찰용접하여, 소재 피스톤을 형성하는 마찰용접단계와; 상기 소재 피스톤을 지그에 고정한 상태에서 그 소재 피스톤 외주면을 절삭하여 피스톤의 외경을 형성하는 용접후 절삭가공단계와;상기 소재 피스톤의 표면을 코팅하여 그 표면에 내마모층을 형성하는 코팅단계와; 상기 소재 몸체부와 상기 소재 캡부의 각 헤드형성부 외주면을 동시에 연마하여 피스톤 외주면을 형성하는 연마가공단계와; 상기 브릿지형성부의 일측면을 절삭하여 사판 수용홈을 형성하고, 그 수용홈 양측 내벽을 절삭하여 반구면 형상의 슈안착부를 형성하는 절삭가공단계와; 상기 소재 몸체부와 상기 소재 캡부의 각 파지부를 절단하여, 피스톤의 선,후단면을 각각 형성하는 절단단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 압축기용 중공 피스톤 제조방법은 다이캐스팅 또는 단조공정을 통해 몸체부와 캡부를 성형한 후 그 두 소재를 가공정밀도를 요하지 않는 상온의 대기중에서 행하는 마찰용접에 의해 결합함으로써 용접 전에 간단한 절삭가공만이 필요하고 소재 몸체부와 소재 캡부를 결합하는 용접공정이 매우 간편해져 피스톤 불량발생률이 매우 낮다. 또한 설비비와 가공비 부담이 적어 피스톤 제조원가를 크게 낮출 수 있으며, 또 용접과정에서, 피스톤 조직 내에 압축기의 성능저하를 유발하는 미세한 구멍도 생성하지 않는다.

이하, 첨부도면의 바람직한 실시예들을 통하여 본 발명에 따른 압축기용 중공 피스톤 제조방법을 보다 구체적으로 살펴본다.

도 5 에서부터 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기용 중공 피스톤 제조방법의 공정을 순차적으로 보여주는 공정도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기용 중공 피스톤 제조방법은 피스톤(1)을 몸체부(11)와 캡부(12)의 2 개 소재로 분할성형한 후, 상온 대기중에서 행하는 마찰용접과 그 용접 전,후에 행하는 소정의 절삭공정을 통하여 피스톤(1)을 완성하는 바, 그 두 분할 소재(11)(12)를 성형하는 다이캐스팅 또는 단조성형단계에서부터 시작된다.

도 5는 그 단조성형단계에서 성형된 두 소재(11)(12)를 보인 것이다.

도시된 바와 같이, 단조성형단계에서는 브릿지형성부(11a)와 그 브릿지형성부 일측에 성형된 중공원통형(中空圓筒形)의 헤드형성부(11b) 그리고 브릿지형성부 타측에 성형된 파지부(把持部)(11c)로 이루어진 알루미늄 소재의 몸체부(11)와, 중공원통형 헤드형성부(12b)와 그 헤드형성부(12b) 일측의 파지부(12c)로 이루진 동일 재질의 캡부(12)를 각각 다이캐스팅 또는 단조(鍛造)를 통하여 가공여유를 갖도록 두껍게 성형한다.

이어, 도 5에 도시된 바와 같이, 용접전 절삭가공단계에서 상기 두 소재(11)(12)의 각 헤드형성부(11b)(12b) 선단부(도 5의 점선)를 따라 절삭하여 각각 접합면(10a)(10b)을 형성한다. 이 절삭가공은 마찰용접을 위하여 각 소재의 접합면(10a)(10b)의 평편도와 표면 조도를 다듬는 단순 평삭가공으로서, 서두의 종래 압축기용 중공 피스톤 제조방법에 있어서 가결합을 위한 접합면(40a)(40c)을 형성하는 용접전 절삭가공단계 보다 공정이 훨씬 단순하여 피스톤 불량률을 낮추고 제조원가를 낮추는데 지대한 영향을 미치게 된다. 이 단계에서 몸체부(11)의 헤드형성부(11b)를 선단면 중앙부를 도 5의 점선(10c)을 따라 오목하게 절삭하면 중공부(1f)를 확대할 수 있어 피스톤(1)을 더욱 경량화할 수 있다.

다음의 도 6의 마찰용접단계에서는 앞서 용접전 절삭가공단계에서접합면(10a)(10b)을 갖게 된 몸체부(11)와 캡부(12)를 각각 그 파지부(11c)(12c)를 이용하여 지그(미도시)에 고정한 후 각 접합면(10a)(10b)들을 서로 맞대고 두 소재(11)(12)를 대치하는 방향으로 가압하면서 상대회전시킴으로써 접합면(10a)(10b) 사이에서 발생하는 마찰열로 두 접합면(10a)(10b)이 서로 용착하게 하여 피스톤(1)의 상태로 결합한다. 이 마찰용접은 그 접합강도가 우수한 반면에 상온 대기중에서 단순 상대회전운동만으로도 용접이 가능하여 두 소재(11)(12)를 가압하면서 상대회전시킬 수 있는 기계적 운동요소만을 갖는 단순 구성의 용접설비에 의해서도 실시될 수 있다. 따라서, 진공 환경에서만 두 소재의 결합할 수 있는 전자빔용접을 이용하는 종래 중공 피스톤 제조방법에 비하여 설비비 부담을 크게 낮출 수 있다. 또한 공정시간도 5 초 내외로서 10 초 전후의 공정시간을 요하는 전자빔용접을 사용할 때 보다 피스톤의 생산성도 향상할 수 있다.

한편, 마찰용접단계에 있어서, 두 소재 접합면(10a)(10b) 사이의 마찰은 상기 몸체부(11)와 상기 캡부(12)를 맞댄 상태에서 이들을 동일방향으로 회전시킨 다음 그 중 하나를 정지시킴으로써 두 접합면(10a)(10b) 사이에서 발생되는 상대속도 차이나, 또는 상기 몸체부(11)와 상기 캡부(12) 중 한 소재를 고정한 다음 다른 소재에 대하여 상대회전시킴에 따라 발생하는 두 접합면(10a)(10b) 사이의 마찰을 이용하는 것이 바람직하다.

용접 후의 절삭가공단계에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 마찰용접단계에서의 두 소재 결합으로 이루어진 소재 상태의 피스톤(1)을 지그(미도시)에 고정한 상태에서 그 외주면을 선삭 가공하여 피스톤의 헤드면(1a)을 형성한다.

이어서, 코팅단계에서는 상기 피스톤(1)의 표면을 코팅하여 그 표면에 내마모층을 형성한다. 이 내마모층은 테프론과 같은 윤활성 내마모재로서, 피스톤(1)의 마모속도를 크게 완화시켜 피스톤(1)의 내구수명을 연장하고 또 압축성능 저하의 요인으로 작용할 수 있는 피스톤 조직의 미세한 구멍을 제거하는 역할을 한다.

연마가공단계에서는 상기 코팅단계에서 표면전체가 코팅된 피스톤(1)의 헤드(1b) 외주면을 연마하여 왕복동시 보어 내면과의 마찰력이 최소화되도록 조도(調度)를 균일하게 형성한다.

그리고, 다음의 절삭가공단계에서는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 브릿지형성부(11a)의 일측면을 절삭하여 사판(도 1의 부호 56)에 끼워지는 사판 수용홈(1b)을 형성하고, 이어 그 수용홈(1b) 양측 내벽을 서로 대향되게 절삭하여 사판과 상기 사판 수용홈(1b) 내벽사이에 개재되어 마찰을 줄이고 사판의 경사각 변위를 수용할 수 있는 슈(도 1의 부호 57)가 안착되는 반구면 형상의 슈안착부(1c)를 형성한다.

마지막으로 도 8의 절단단계에서, 앞서의 공정들에서 이용되었던 피스톤(1)의 양측단의 파지부(11c)(12c)를 도면의 점선을 따라 절단하여 피스톤의 선,후단을 각각 형성하면, 피스톤(1)이 선단면에 가압면(1d)을 갖고 매끄러운 외주면(1a)로 실린더 보어(도 1의 부호 53a)내에서 마찰없이 왕복동할 수 있는 완전한 피스톤(1)으로서 완성된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 이 실시예에 의한 압축기용 중공 피스톤 제조방법은 용접전 단조성형된 소재 상태의 몸체부(11)와 캡부(12)를 최소한의 용접전 절삭가공만 한 후 마찰용접하여 결합할 수 있으므로, 용접전 행해지는 두 소재(11)(12)에 대한 가공공정을 크게 단순화할 수 있다. 아울러 마찰용접은 상온 대기중에서 두 소재(11)(12)를 상대회전시키는 단순 회전운동만으로 결합할 수 있으므로, 마찰용접에 사용되는 설비의 구성이 단순해져 설비비 부담이 아주 적다.

이와 같은 장점은 종래 압축기용 중공 피스톤 제조방법이 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체부(41)와 캡부(42)를 용접결합하기 전에 각 소재(41)(42)에 가결합구조(도 2의 점선) 형성을 위한 정밀한 가공공정이 필요하고, 또 알루미늄재인 소재(41)(42)의 산화방지를 위해 진공상태에서 용접봉을 사용하여 용접을 해야 하는 복잡한 구성을 요하는 전자빔 용접공정 채택하고 있는 것과 비교해 보면 더욱 부각된다.

또한, 용접과정에서 산화현상이 없어 피스톤 조직 내에 미세한 구멍을 발생치 않음으로써 종래 압축기용 중공 피스톤 제조방법에 의해 양산된 피스톤과 비교하여 볼 때 내구수명이 길고 압축성능의 저하를 유발하지 않는 피스톤을 제조할 수 있다. 또한, 그 공정이 단순한데다 용접공정시간도 5 초 내외로 짧아져 피스톤의 불량률을 낮출 수 있으며 피스톤 생산성도 크게 높일 수 있다.

한편, 도 10과 도 11, 그리고, 도 12와 도 13은 본 발명의 압축기용 중공 피스톤 제조방법에 따른 두 가지 다른 실시예에 따른 공정도를 각각 보인 것이다.

도 9와 10에 도시된 실시된 다른 실시예의 압축기용 중공 피스톤 제조방법은 앞서 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같은 일 실시예의 동일한 제조과정에 따라 중공 피스톤을 제조하는 것으로서, 다만, 도 10과 도 5의 비교로서 알 수 있는 바와같이, 일 실시예와는 피스톤의 헤드부의 분할비에서 차이를 갖는 몸체부(21)와 캡부(22)를 가지고 피스톤(2)을 완성한다는 점에서만 다르다.

즉, 이 실시예에 따른 압축기용 중공 피스톤 제조방법은, 도 9에 도시된 바와 같이, 단조성형단계에서 몸체부(21)를 앞서 실시예의 몸체부(도 5의 부호 11)의 헤드형성부(도 2의 부호 11b)에 비해 상당히 긴 헤드형성부(21b)를 가지도록 성형한 반면 캡부(22)는 몸체부(21)의 헤드형성부(21b)와 일 실시예의 그것(도 5의 부호 12b)보다 보다 짧은 헤드형성부(22b)를 가지도록 성형하여, 이들을 단지 규격만 달리하는 지그(미도시)를 사용하여 고정할 뿐, 각 소재(21)(22)의 헤드형성부(21b)(22b) 선단에 접합면(20a)(20b)을 형성하여 두 소재(21)(22)를 상온 대기중에서 행하는 마찰용접에 의해 피스톤(2)을 형성하고, 그 소재 상태의 피스톤(2) 외주면을 절삭하여 피스톤(2)의 헤드 외주면(2a)을 1 차 형성한 후 피스톤(2) 전체를 코팅처리하여 내마모층을 형성하며, 아울러, 연마가공을 통해 피스톤(2) 외주면(2a)을 연마한 후, 마지막으로 절삭과 절단가공을 통해 사판 수용홈(2b)과 슈안착부(2c) 그리고 피스톤(2)의 선,후단면(2d)(2e)을 각 형성하는 일 실시예의 제조공정과 동일한 일련의 공정을 통하여 피스톤(2)을 제조한다.

따라서, 이 실시예에 따른 압축기용 중공 피스톤 제조방법은 앞서의 일 실시예의 중공피스톤 제조방법과 동일한 효과를 가질 수 있다.

그리고, 또 다른 실시예인 도 12와 도 13의 압축기용 중공 피스톤 제조방법은, 도시된 바와 같이, 다이캐스팅 또는 단조성형된 몸체부(31)와 캡부(32)의 각 헤드형성부(31b)(32b) 선단 외경부를 절삭하여 그 각 헤드형성부(31b)(32b) 선단에각각 대략 철(凸)자형과 요(凹)자형의 단차진 결합구조(30a)(30b)를 형성한 후 상대회전시켜 그에 따른 마찰열에 의해 두 소재(31)(32)의 단차부위를 마찰용접한다. 그리고 앞서의 두 실시예의 제조과정과 동일한 제조과정에 따라 소재 상태의 피스톤(3)을 용접 후 절삭가공단계, 코팅단계, 연마가공단계, 수용홈과 슈안착부 절삭가공단계, 그리고, 절단단계 등을 거쳐 외주면(3a)과 수용홈(3b)과 슈안착부(3c) 그리고 선,후단면(3d)(3e)을 각각 형성하여 피스톤(3)을 완성한다.

이 또다른 실시예의 압축기용 중공 피스톤 제조방법에 의해 제조된 피스톤(3)은 앞서의 두 실시예에 의해 제조된 피스톤(1)(2)에 비해 몸체부(31)와 캡부(32) 사이의 접합강도가 다소 떨어지기는 하나 끼움식 구조의 결합구조가 그 단점을 어느 정도 보완할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 압축기용 중공 피스톤 제조방법에 따르면, 용접전 단조성형된 소재 상태의 몸체부와 캡부를 최소한의 용접전 절삭가공만 한 후 마찰용접하여 결합할 수 있으므로, 용접전 소재에 대한 절삭가공공정을 단순화할 수 있다. 아울러 마찰용접은 상온 대기중에서 두 소재를 가압한 상태에서 상대회전시키는 단순 회전운동만으로 결합할 수 있으므로, 마찰용접에 사용되는 설비의 구성이 단순하여 설비비 부담이 아주 적다.

뿐만 아니라, 마찰용접의 용접강도가 우수한데다 용접과정에서 산화현상이 없어 피스톤 조직 내에 미세한 구멍을 발생치 않음으로써, 종래 압축기용 중공 피스톤 제조방법에 의해 양산된 피스톤과 비교하여 볼 때, 내구수명이 길고 압축성능의 저하를 유발하지 않는 피스톤을 제조할 수 있다. 더욱이 그 공정이 단순한데다가 용접공정시간도 5 초 내외로 단축할 수 있으므로 피스톤의 불량률을 크게 낮출 수 있음과 아울러 피스톤 생산성을 크게 높일 수 있게 되어 피스톤 제조비용을 대폭 낮출 수 있다.

Claims (9)

1. 브릿지형성부와 그 브릿지형성부 일측에 성형된 중공원통형(中空圓筒形)의 헤드형성부 그리고 브릿지형성부 타측에 성형된 파지부(把持部)로 이루어진 몸체부와, 일측의 중공원통형(中空圓筒形) 헤드형성부와 타측의 파지부로 이루어진 캡부를 각각 단조에 의해 성형하는 단조성형단계와;

   상기 몸체부와 상기 캡부의 각 헤드형성부 선단면을 절삭하여 각각 접합면을 형성하는 용접전 절삭가공단계와;

   상기 몸체부의 파지부와 상기 캡부의 파지부를 지그에 고정하고, 각 접합면을 서로 맞댄 후 그 두 접합면을 마찰용접하여, 피스톤을 형성하는 마찰용접단계와;

   상기 피스톤을 지그에 고정한 상태에서 그 피스톤 외주면을 절삭하여 피스톤의 외경을 형성하는 용접후 절삭가공단계와;

   상기 피스톤의 표면을 코팅하여 그 표면에 내마모층을 형성하는 코팅단계와;

   상기 몸체부와 상기 캡부의 각 헤드형성부 외주면을 동시에 연마하여 피스톤 외주면을 형성하는 연마가공단계와;

   상기 브릿지형성부의 일측면을 절삭하여 사판 수용홈을 형성하고, 그 수용홈 양측 내벽을 절삭하여 반구면 형상의 슈안착부를 형성하는 절삭가공단계와;

   상기 몸체부와 상기 캡부의 각 파지부를 절단하여, 피스톤의 선,후단면을 각각 형성하는 절단단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공피스톤 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마찰용접단계에서의 마찰용접은 상온의 대기 중에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공 피스톤 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 마찰용접단계에서의 마찰용접은 상기 몸체부와 상기 캡부를 맞대어 동일방향으로 회전시킨 다음 그 중 하나를 정지시킴에 따라 발생하는 두 접합면 사이의 마찰에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공 피스톤 제조방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 마찰용접단계에서의 마찰용접은 상기 몸체부와 상기 캡부 중 한 소재를 고정하고 다른 소재를 회전시킴에 따라 발생하는 두 접합면 사이의 마찰에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공 피스톤 제조방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 용접전 절삭가공단계에서 몸체부와 캡부의 각 접합면을 평삭(Planning)에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공 피스톤 제조방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 단조성형단계의 상기 몸체는 그 헤드형성부의 길이가 상기 캡부의 헤드 형성부 길이에 비해 상대적으로 길게 성형되어 이루어진 것을 특징으로 하는 압축기용 중공 피스톤 제조방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 단조성형단계의 상기 몸체는 그 헤드형성부의 길이가 상기 캡부의 헤드 형성부 길이에 비해 상대적으로 짧게 성형되어 이루어진 것을 특징으로 하는 압축기용 중공 피스톤 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 용접전 절삭가공단계에서 상기 몸체부의 헤드형성부 선단면 내부를 동시에 절삭하여 상기 몸체부의 내면을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공 피스톤 제조방법.
9. 일측에 파지부(把持部)를 갖는 브릿지형성부와 반대면 중앙에서 중실원통형(中實圓筒形)으로 돌기된 내입부로 이루어진 몸체부와, 일측에 중공원통형(中空圓筒形) 헤드형성부를 가지고 타측에 파지부를 갖는 캡부를 각각 단조에 의해 성형하는 단조성형단계와;

   상기 몸체부의 타측면과, 내입부 외주면, 그리고, 상기 캡부의 헤드형성부선단면을 절삭하여 각각 접합면을 형성하는 용접전 절삭가공단계와;

   상기 몸체부의 파지부와 상기 캡부의 파지부를 지그에 고정하고, 상기 몸체부의 내입부를 상기 캡부의 헤드형성부 선단을 통해 내입한 후 서로 맞대어진 각 접합면을 마찰용접하여, 피스톤을 형성하는 마찰용접단계와;

   상기 피스톤을 지그에 고정하고 그 외주면을 절삭하여 피스톤 외경을 형성하는 용접후 절삭가공단계와;

   상기 피스톤의 표면을 코팅하여 그 표면에 내마모층을 형성하는 코팅단계와;

   상기 피스톤의 외주면을 연마하여 피스톤 외주면을 형성하는 연마가공단계와;

   상기 몸체형성부의 일측면을 절삭하여 사판 수용홈을 형성하고, 이어, 그 수용홈 양측 내벽을 절삭하여 반구면 형상의 슈안착부를 형성하는 절삭가공단계와;

   상기 몸체형성부와 상기 캡부의 각 파지부를 절단하여, 피스톤의 선,후단면을 형성하는 절단단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공 피스톤 제조방법.