KR100453785B1 - 크랭크케이스와 주조결합되는 실린더 라이너의 생산방법 - Google Patents

Abstract

상당한 결합작용에 의해 경금속 크랭크케이스의 주조재료내에 실린더라이너가 고정될 수 있도록, 표면활성화작업이 이루어진다. 표면활성화작업을 위해 실린더라이너가 기계적으로 조대화 처리된다. 처리된 표면 내부로 동입자들이 이식되는 것이 유리하다. 표면활성화작업 및 주조작업 사이의 시간간격이 작게 하는 것이 필요하다. 또한 활성화된 표면은 가능한 멀리 손으로 접촉되지 않아야 한다.

Description

크랭크케이스와 주조결합되는 실린더라이너의 생산방법.{METHOD FOR PRODUCING A CYLINDER LINER BLANK TO BE CAST INTO A LIGHT-ALLOY CRANKCASE OF A RECIPROCATING ENGINE}

예를 들어, 독일특허공보 제 196 34 504 A1호에 공개된 크랭크케이스 내부에서 크랭크케이스와 주조결합되는 실린더라이너의 생산방법에 의하면, 우선 관형의 실린더라이너가 생산되고, 실린더라이너는 요구되는 형상 및 치수로 기계가공된다. 다음에 날카로운 칼날모양으로 절단되고 취성의 경질재료로 구성되며 약 70μm의 평균입자크기를 가진 입자들이 실린더라이너의 외측면에 블래스팅(blasting)되어, 실린더라이너의 외측면이 예를 들어, 피라미드형상 또는 란셋(lancet) 칼형상의 표면돌출부들을 가지도록 거칠게 가공되고, 실린더라이너의 외측면은 20μm 이상의 표면거칠기를 가진다. 다음에 실린더라이너가 크랭크케이스내부에 삽입되며 크랭크케이스와 실린더라이너의 외측면사이에 용융상태의 주조재료가 공급되고, 표면돌출부들이 용융상태의 주조재료와 접촉하면 표면돌출부에 존재하는 산화물피막에도 불구하고 주조재료가 가지는 고온의 열에너지에 의해 표면돌출부들이 용융되고 경금속합금의 실린더라이너가 크랭크케이스와 주조결합된다.상기 독일특허공보의 생산방법에 의하면, 실린더라이너가 크랭크케이스와 양호한 야금학적 결합을 형성하므로 실린더라이너는 원주방향 및 축방향으로 균일한 온도분포를 가지고, 균일한 열전도작용을 가져서, 실린더라이너의 열변형작용이 감소되는 유리한 효과들이 구해진다.상기 독일특허공보의 생산방법에 의해 종래기술의 방법이 개선될지라도, 상기 독일특허공보의 생산방법과, 상기 독일특허공보의 생산방법에 의해 생산되는 제품은 산업적으로 개선되어야 한다. 크랭크케이스내부에서 크랭크케이스와 실린더라이너의 외측면이 주조결합되기 전에, 실린더라이너의 외측면을 거친 표면형상으로 기계가공하는 방법이 기본적으로 유리한 과정이지만, 상기 독일특허공보의 생산방법을 최적화하기 위한 다른 과정들이 요구된다.

본 발명은 왕복운동기관을 구성하는 경금속의 크랭크케이스내에서 크랭크케이스와 주조결합되는 경금속합금의 실린더라이너를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.

도 1은 크랭크케이스와 주조결합되는 실린더라이너를 가진 왕복운동기관을 도시한 부분단면도.

도 2는 도 1의 왕복운동기관을 위한 실린더라이너의 일부분을 도시한 부분단면도.

도 3은 본 발명에 따라 실린더라이너의 외측면에 동입자들을 이식한 후 경과시간과 결합률의 관계를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따라 실린더라이너의 외측면에 동입자들을 이식한 후 경과시간과, 실린더라이너의 외측면에 형성되는 피막층두께사이의 관계를 도시한 도면.

*부호설명*

1 : 실린더헤드 2 : 크랭크케이스

3 : 피스톤 4 : 실린더자켓

6 : 실린더라이너

본 발명의 목적은 경금속재질의 크랭크케이스와 실린더라이너의 결합률을 증가시키는 방법을 제공하는 것이다. 크랭크케이스가 경금속으로 주조되고, 실린더라이너는 경금속합금으로 제조되므로, 크랭크케이스내부에서 실린더라이너를 크랭크케이스와 주조결합시키는 작업과 실린더라이너 자체의 제조작업은 별도의 개별과정들로 수행된다.

본 발명에 의하면, 날카로운 칼날모양의 거친 표면형상을 가진 경질재료의 롤러가 실린더라이너의 외측면을 압축하며 회전운동하는 동안 롤러가 접촉하는 실린더라이너의 외측면위에 다량의 미세한 동(銅)입자들을 공급하여, 실린더라이너의 외측면상에 동입자들을 기계적으로 이식한다. 다음에 크랭크케이스내부에서 실린더라이너의 외측면이 크랭크케이스와 일체로 주조결합되고, 상기 동입자들이 외측면의 주조결합작용에 유리하게 작용한다. 실린더라이너의 외측면상에 동입자들을 기계적으로 이식하는 작업을 완료한 후, 크랭크케이스내에서 실린더라이너의 외측면을 크랭크케이스와 주조결합하는 작업이 즉시 수행되는 것이 중요하다. 실린더라이너의 외측면에 동입자들을 기계적으로 이식하기 위한 작업시간은 상기 외측면을 주조 결합하기 위한 작업의 사이클시간과 대략 동일하다.

도 3을 참고할 때, 상기 경과시간이 증가함에 따라 크랭크케이스와 결합되는 실린더라이너의 결합률이 감소하기 때문에, 상기 경과시간은 가능한 감소되어야 한다. 본 발명에 의해 실린더라이너가 크랭크케이스와 주조결합되는 결합률이 증가하면, 실린더라이너가 균일한 온도분포를 가지고 균일한 열전도작용을 가지므로 실린더라이너의 열변형이 감소된다.

본 발명에 따라 생산되는 실린더라이너이외에 실린더라이너와 주조결합되는 크랭크케이스의 목표품질을 구하기 위하여, 크랭크케이스와 실린더라이너가 용융상태의 경금속에 의해 일체로 주조결합될 때까지, 동(銅)입자들이 이식된 실린더라이너의 외측면상태는 손상되지 않아야 한다. 크랭크케이스와 주조결합되도록 주조몰드내부로 실린더라이너가 운반될 때에도, 실린더라이너의 외측면상태는 손상되지 않아야 한다. 실린더라이너의 외측면에 동입자들을 이식한 후에 주조결합을 위하여 크랭크케이스내부에 실린더라이너를 그립퍼(gripper)로 고정시킬 때, 실린더라이너와 접촉하는 그립퍼의 해당 부분이 동(銅)으로 제조된다.

도면들을 참고하여 본 발명이 설명된다.

도 1에서 부분단면으로 도시된 왕복운동기관은 다이캐스팅공정으로 제조된 크랭크케이스(2)를 가지고, (개방데크구조를 가지며) 상측으로 개방된 실린더자켓(4)들이 상기 크랭크케이스내부에 배열되어 실린더라이너(6)를 수용하며, 충진물을 교환하고 점화하기 위한 장치들을 가진 실린더헤드(1)가 크랭크케이스(2)의 상부에 장착되며, 실린더헤드의 가스켓이 크랭크케이스(2)와 실린더헤드(1)사이에 삽입된다. 실린더의 냉각을 위한 물자켓(5)을 형성하는 공동이 크랭크케이스(2)내부의 실린더자켓(4)주위에 제공된다.

종래기술에 의해 알루미늄과 실리콘의 경금속합금으로 실린더라이너(6)가 별도로 미리 생산되고, 다음에 본 발명의 특징에 따라 날카로운 칼날모양의 거친 표면형상을 가진 경질재료의 롤러가 실린더라이너의 외측면(10)을 회전운동하는 동안 롤러와 접촉하는 실린더라이너의 외측면(10)위에 다량의 미세한 동(銅)입자들을 공급하여, 실린더라이너의 외측면(10)상에 동입자들을 기계적으로 이식한다. 실린더라이너(6)의 외측면에 동입자들을 기계적으로 이식하는 작업은, 크랭크케이스내부에서 실린더라이너(6)의 외측면이 크랭크케이스(2)와 주조결합되기 바로 전에 수행된다. 따라서 실린더라이너의 외측면이 크랭크케이스(2)와 주조결합되는 동안, 실린더라이너의 재료와 크랭크케이스의 재료가 균일하게 일체결합되는 면적은 증가된다. 마지막으로 실린더라이너(6)가 크랭크케이스(2)와 함께 최종 기계가공된다.

도 3을 참고할 때, 실린더라이너의 외측면이 크랭크케이스와 주조결합되는 동안 실린더라이너의 재료와 크랭크케이스의 재료가 일체로 주조결합되는 결합률이 수직축에 표시되고, 실린더라이너의 외측면에 동(銅)입자들이 기계적으로 이식된 후에 크랭크케이스와 실린더라이너의 외측면이 주조결합작업을 수행하기 전까지의 경과시간이 수평축에 표시된다. 결합률은 실린더라이너의 전체 표면적에 대한 실제 결합면적의 비율 또는 백분율로서 표시된다. 경과시간은 분단위로 표시된다. 상기 경과시간이 짧을수록 결합률이 증가한다. 또한 도 3을 참고할 때, 실린더라이너의 외측면에 동입자들이 이식된 후에 즉시 실린더라이너의 외측면을 크랭크케이스와 일체로 주조결합시키면 결합률은 90%이다. 예를 들어, 경과시간이 1 일이라면 결합률은 30%에 불과하다. 시험에 의하면, 실린더라이너의 외측면에 동입자들을 기계적으로 이식한 후 실린더라이너를 크랭크케이스와 주조결합하기까지 최대경과시간은 5시간이하이어야 함이 밝혀졌다.경과시간이 증가함에 따라 결합률이 감소하는 것은 피막층의 두께증가와 관련되며, 피막층의 두께증가와 경과시간의 관계가 도 4에 도시되고, 도 4에서 피막층의 두께가 수직축에 표시되며, 경과시간이 수평축에 표시된다. 도 4의 수평축에 도시된 경과시간은 도 3의 경과시간과 동일한 정량적 수치로 고려될 수 있고, 분단위로 표시된다. 경과시간이 증가함에 따라 산화단계동안 대기중의 산소가 실린더라이너의 외측면과 결합하여 피막층을 형성한다. 상기 경과시간이 짧을수록 실린더라이너의 외측면에 형성되는 피막층의 두께는 감소하고 결합률이 증가된다. 도 4의 산화단계동안 피막층의 두께는 단시간내에 급격히 증가한다. 산화단계다음에 계속되는 흡착단계동안에도 피막층의 두께는 급격히 증가한다. 그러나 흡착단계이후에 피막층의 두께는 단지 경미하게 증가할 뿐이다. 크랭크케이스내부에서 실린더라이너의 외측면(10)을 크랭크케이스와 주조하는 작업을 수행하기 바로 전에, 실린더라이너의 외측면에 동입자들을 기계적으로 이식하는 작업이 완료되어야만 가장 양호한 결합률을 구할 수 있다.

Claims (10)

1. 실린더라이너(6)를 요구되는 형상 및 치수로 기계가공한 후,

   실린더라이너의 외측면이 란셋(lancet)칼형상의 표면돌출부들을 가지도록 실린더라이너의 외측면을 거칠게 가공하고, 다음에

   경금속의 크랭크케이스와 크랭크케이스내부에 삽입된 실린더라이너사이에 용융경금속을 공급하여 크랭크케이스와 주조결합되는 실린더라이너의 생산방법에 있어서,

   실린더라이너(6)의 외측면(10)이 크랭크케이스(2)와 주조결합되기 전에, 날카로운 칼날모양의 거친 표면형상을 가진 경질재료의 롤러가 실린더라이너(6)의 외측면(10)을 압축하며 회전운동하는 동안 롤러가 접촉하는 실린더라이너의 외측면상에 동(銅)입자들을 공급하여, 실린더라이너의 외측면상에 동입자들을 기계적으로 이식하고,

   실린더라이너의 외측면에 동입자들을 기계적으로 이식하기 위한 작업시간이 상기 외측면(10)을 크랭크케이스와 주조결합하기 위한 작업의 사이클시간과 동일한 것을 특징으로 하는 크랭크케이스와 주조결합되는 실린더라이너의 생산방법.
2. 제 1항에 있어서, 실린더라이너의 외측면(10)에 동입자들을 이식한 후에 주조결합을 위하여 크랭크케이스내부에 실린더라이너를 그립퍼(gripper)로 고정시킬 때, 실린더라이너(6)와 접촉하는 그립퍼의 해당 부분이 동(銅)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 크랭크케이스와 주조결합되는 실린더라이너의 생산방법.
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