KR100605668B1 - 피스톤펌프 및 피스톤모터용 실린더블록의 용융착라이닝방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤펌프 및 피스톤모터용 실린더블록의 용융착 라이닝방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원통 형상의 몸통 원주 방향을 따라 적어도 2개 이상의 실린더가 형성되는 실린더블록에 있어, 각각의 실린더 구멍 상부측을 코어로 폐쇄시킨 상태에서 실린더블록을 뒤집어 실린더 구멍의 하부측으로 라이닝 소재의 용탕을 주입시키되, 용탕의 주입시 각각의 실린더 내부에 존재하는 공기 및 기타 이물질의 배출이 에어벤트홀에 의하여 개별적으로 이루어지도록 하여 용탕의 신속하고 정확한 주입이 가능하게 하고, 이와 같이 실린더의 내부로 주입 및 냉각되어 라이너 형상으로 고체화 된 용탕의 고화체에 보링가공을 하여 실린더의 내벽과 일체화 된 라이닝을 형성시킬 수 있도록 함으로서, 실린더블록의 라이닝에 따른 공정을 단순화시킴과 동시에 불량품의 발생률을 거의 제로(Zero)화시켜 실린더블록의 제조단가를 크게 절감시키면서도, 피스톤펌프나 피스톤모터의 사용과정에서 라이닝의 이탈이나 변형이 발생하지 않는 신뢰성과 내구성이 매우 우수한 실린더블록 제품을 제공토록 한 것이다.

피스톤펌프, 피스톤모터, 실린더블록, 부싱, 라이닝

Description

피스톤펌프 및 피스톤모터용 실린더블록의 용융착 라이닝방법{Melting bond type lining method of cylinder block for piston pump and piston motor}

도 1은 일반적인 피스톤펌프 또는 피스톤모터를 나타내는 측단면도.

도 2는 피스톤펌프 또는 피스톤모터에 사용되는 실린더블록의 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 실린더블록의 용융착 라이닝방법을 나타내는 공정블록도.

도 4의 (가) 및 (나)는 1차 가공품으로서의 실린더블록을 나타내는 사시도.

도 5의 (가) 및 (나)는 본 발명의 세팅단계에 있어 코어의 결합상태를 나타내는 사시도.

도 6의 (가) 및 (나)는 본 발명의 세팅단계에 있어 스트로우의 결합상태를 나타내는 사시도.

도 7의 (가) 및 (나)는 본 발명의 용탕주입단계를 나타내는 사시도.

도 8의 (가) 및 (나)는 본 발명의 제품화단계에 있어 2차 가공품으로서의 실린더블록을 나타내는 사시도.

도 9의 (가) 및 (나)는 최종 제품화된 실린더블록을 나타내는 사시도.

도 10의 (가) 및 (나)는 본 발명의 세팅단계에 사용되는 코어의 다른 실시예를 나타내는 사시도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 실린더블록 11 : 몸통 12 : 피스톤구멍

12a : 지지턱 13 : 라이닝 14 : 축삽입부

15 : 축공 16 : 코어구멍 17 : 누출방지벽

18 : 바닥부 18a : 에어벤트홀 18b : 주입공

19 : 코어 19a : 코어핀 20 : 스트로우

21 : 용탕 22 : 고화체 23 : 유압포트

101 : 1차 가공품 102 : 2차 가공품

본 발명은 오일(Oil)과 같은 각종 유체에 기계적 에너지를 공급하여 그 위치나 압력 및 속도를 높일 수 있도록 한 사축식 피스톤펌프나 피스톤모터(Bent axis type axial piston pump and motor), 또는 사판식 피스톤펌프나 피스톤모터(Swash plate type axial piston pump and motor)에 사용되는 실린더블록(Cylinder block)에 있어, 그 원주 방향을 따라 형성되는 2개 이상의 실린더 내벽을 따라 라이닝을 형성시키기 위한 피스톤펌프 및 피스톤모터용 실린더블록의 용융착 라이닝방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 원통 형상의 몸통 원주 방향을 따라 적어도 2개 이상의 실린더가 형성되는 실린더블록에 있어, 각각의 실린더 구멍 상부측을 코어로 폐쇄시 킨 상태에서 실린더블록을 뒤집어 실린더 구멍의 하부측으로 라이닝 소재의 용탕을 주입시키되, 용탕의 주입시 각각의 실린더 내부에 존재하는 공기 및 기타 이물질의 배출이 에어벤트홀에 의하여 개별적으로 이루어지도록 하여 용탕의 신속하고 정확한 주입이 가능하게 하고, 이와 같이 실린더의 내부로 주입 및 냉각되어 라이너 형상으로 고체화 된 용탕의 고화체에 보링가공을 하여 실린더의 내벽과 일체화 된 라이닝을 형성시킬 수 있도록 함으로서, 실린더블록의 라이닝에 따른 공정을 단순화시킴과 동시에 불량품의 발생률을 거의 제로(Zero)화시켜 실린더블록의 제조단가를 크게 절감시키면서도, 피스톤펌프나 피스톤모터의 사용과정에서 라이닝의 이탈이나 변형이 발생하지 않는 신뢰성과 내구성이 매우 우수한 실린더블록 제품을 제공토록 한 것이다.

일반적으로 피스톤펌프(Piston pump)나 피스톤모터(Piston motor)는 실린더블록에 형성된 다수 개의 실린더 내부를 왕복 운동하는 피스톤이 유체의 흡입과 압축작용을 수행하여 고압의 유압원을 발생시키도록 하고, 이와 같이 발생한 고압의 유압원을 이용하여 유압실린더 또는 유압기계 등에 작동유를 공급하거나, 각종 산업기계나 선박기자재 및 건설중장비 등의 작동을 위한 동력을 제공할 수 있도록 하는 펌프 및 모터의 역할을 수행하게 된다.

상기와 같은 피스톤펌프 또는 피스톤모터는 피스톤이 삽입된 실린더블록을 하우징의 내부에서 샤프트(shaft)와 함께 회전시켜 실린더블록을 따라 피스톤의 삽입깊이가 서로 다르게 되도록 한 사판식(斜板式), 또는 샤프트를 중심으로 실린더블록상에 각도를 부여하여 원주방향을 따라 피스톤이 왕복 운동되도록 한 사축식 (斜軸式), 편심캠을 중심으로 실린더와 피스톤을 방사상으로 배열시킴으로서 편심캠의 편심구동에 따라 각각의 피스톤이 전진 또는 후진하면서 흡입과 토출행정을 수행하도록 한 레이디얼식(Radial type)으로 크게 대별된다.

이중에서 사판식 피스톤펌프 또는 피스톤모터를 하나의 대표적인 예로 설명하면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 흡입포트와 토출포트가 구비된 하우징(2), 상기 하우징(2)내에서 회전 가능하게 설치되는 구동축(3), 상기 구동축(3)에 의하여 회전되며 소정의 경사각을 가지는 사판(4), 상기 사판(4)의 상부측에 설치되며 구동축(3)에 의하여 회전되는 실린더블록(10) 및 상기 실린더블록(10)에 형성되는 적어도 2개 이상의 실린더를 따라 복동 가능하게 삽입 설치되는 피스톤(7)으로 이루어진다.

또한, 하우징(2)의 내부 상,하측에는 구동축(3)의 회전을 지지하기 위한 베어링(3a)(3b)이 설치되고, 사판(4)의 하측에는 사판(4)의 회전을 지지하는 베어링블록(5)이 설치되며, 하우징(2)의 내부 양측에는 사판(4)의 경사각도 조절을 위한 액츄에이터(6)가 설치됨으로서, 사판(4)의 경사각도를 조절하는 것에 의하여 피스톤(7)의 스트로크(Stroke: 행정) 및 그에 따른 토출유량이 가변 제어되는 펌프 또는 모터로서의 기능을 발휘하게 되는 것이다.

상기와 같은 피스톤펌프 또는 피스톤모터(1)에 설치되어 피스톤(7)의 왕복운동을 안내하기 위한 실린더블록(10)은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 원통 형상으로 이루어지는 몸통(11)의 중앙부에 구동축(3)의 삽입을 위한 축공(15)과 축삽입부(14)가 형성되고, 몸통(11)의 원주 방향을 따라서는 2개 이상의 실린더(12)가 배 열 설치되는 데, 이와 같은 실린더블록(10)의 구조는 사축식 피스톤펌프나 피스톤모터에 있어서도 동일한 형태로 적용되는 것이다.

상기와 같은 구조를 가지는 실린더블록(10)에 있어 피스톤(7)의 왕복 운동에 의한 유체의 토출 압력을 높이기 위해서는 피스톤(7)과 실린더(12)의 사이에 해당하는 주요 습동부에서의 간극(Clearance)을 줄이는 것이 바람직하지만, 트라이볼로지(Tribology: 마찰공학) 측면과 관련하여 발생하는 많은 문제점들이 이러한 간극을 줄이는 데 장애요인으로 작용하고 있다.

특히, 피스톤(7)과 실린더(12) 사이의 간극은 윤활특성상 피스톤펌프나 피스톤모터(1)의 체적효율(Volumetric efficiency) 및 신뢰성과 같은 성능특성에 큰 영향을 미치므로 이에 대한 정확한 이해가 요구되는 데, 실린더(12) 및 실린더(12) 내부를 고속으로 왕복 운동하는 피스톤(7) 사이의 좁은 간극 내에서는 유압유(Hydraulic oil)의 박막유동(Thin film flow)에 의해서 피스톤(7)의 원주 방향으로 비대칭적인 압력 분포가 형성되며, 이는 결과적으로 피스톤(7)의 운동 방향에 수직인 측력(Hydraulic lateral force)으로 작용한다.

이러한 측력은 피스톤(7)에 작용하는 마찰력을 증대시키거나, 피스톤(7)과 실린더(12)의 내벽에 과도한 마모 혹은 피스톤(7)과 실린더(12)가 직접 접촉하게 되어 사용이 불가능한 상태에 이르게 되는 유체고착(Hydraulic locking)과 같은 악영향을 유발시키기도 하므로, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 각각의 실린더(12) 내벽을 따라서는 피스톤(7)의 왕복운동에 대한 내마모성 및 윤활성능을 부여할 수 있도록 하는 라이닝(13)이 형성되어 있다.

상기와 같이 실린더블록(10)상에 형성되는 각각의 실린더(12) 내벽을 따라 라이닝(13)을 형성시키도록 한 종래의 방법으로는, 내마모성과 윤활성능이 우수한 관(管)(liner) 형상의 부싱(Bushing: 통상적으로 동이나 동합금 재료를 이용한다)을 모재가 되는 실린더블록(10)의 실린더(12) 내측면에 직접 끼워 맞추도록 한 것이 대표적으로 사용되어져 왔다.

그러나, 상기와 같은 종래의 라이닝 방법에 의하면, 부싱 자체가 실린더(12)의 내벽과 일체로 형성되지 못하기 때문에, 피스톤(7)의 고압식 왕복운동에 의하여 상기 부싱이 모재인 실린더블록(10)으로부터 쉽게 이탈되거나 또는 부싱 자체의 변형이 쉽게 발생하는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 실린더블록(10) 제품의 신뢰성이나 내구성이 저하되고 강한 압력을 발휘할 수 없는 등의 문제점을 야기시키게 되어 특히 선박기자재나 방위산업용에는 적합하지 못한 것이었다.

상기와 같은 문제점을 보완하여 내구성과 신뢰성이 향상된 실린더블록(10) 제품을 제공할 수 있도록 한 것으로서, 피스톤펌프용 실린더블록의 부싱부재 확산융착 접합방법이 국내 특허공보 제 10-0281183호(2000년 11월 15일 등록)에 기재되어 알려져 있다.

상기와 같은 종래의 부싱부재 확산융착 접합방법은, 모재와 부싱부재를 진공로내에서 진공을 유지하며 예열하는 예열단계와, 예열 상태에서 부싱부재의 융착온도에 도달하도록 로내를 가스분위기로 전환시킨 다음 모재와 부싱부재를 프레스등으로 압착하는 가열압착단계와, 가열압착단계에서 모재와 부싱부재의 경계에서 동일 조직으로 확산 및 융착접합이 이루어진 후 안정온도를 유지하는 안정단계와, 이 안정단계에 이어서 서냉이 이루어지며 강재의 조직이 경도를 가지도록 경화가스를 투입하여 냉각시키는 가스냉각단계를 거쳐서 이루어지게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 부싱부재 확산융착 접합방법은 모재가 되는 실린더블록(10)과 부싱부재를 일체로 접합시키기 위하여 사용되는 설비 자체가 매우 고가일 뿐만 아니라, 실린더블록(10)과 부싱부재의 접합을 위하여 로내의 상태를 진공하에서의 예열, 가스분위기하에서의 가열 및 프레스 압착, 경화가스의 투입에 따른 냉각과 같은 매우 까다롭고 번거러운 절차를 거쳐야 함으로서, 실린더블록(10) 제품의 제조단가를 크게 상승시키는 문제점이 있었다.

또한, 로내의 온도조건과 진공조성을 포함하여 투입되는 가스의 종류 및 그 투입량과 같은 여러 가지 조건을 최적으로 만족시키지 못할 경우에는, 모재가 되는 실린더블록(10)과 부싱부재간의 정확한 확산융착 접합을 보장할 수 없기 때문에, 실린더블록(10) 제품의 제조시 불량품의 발생률이 매우 높게 되는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 실린더블록(10) 제품의 제조단가를 더욱 크게 상승시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 피스톤펌프 및 피스톤모터용 실린더블록의 용융착 라이닝방법은 원통 형상의 몸통 원주 방향을 따라 적어도 2개 이상의 실린더가 형성되는 실린더블록에 있어, 각각의 실린더 구멍 상부측을 코어로 폐쇄시킨 상태에서 실린더블록을 뒤집어 실린더 구멍의 하부측으로 라이닝 소재의 용탕을 주입시키되, 용탕의 주입 시 각각의 실린더 내부에 존재하는 공기 및 기타 이물질의 배출이 에어벤트홀에 의하여 개별적으로 이루어지도록 하여 용탕의 신속하고 정확한 주입이 가능하게 하고, 이와 같이 실린더의 내부로 주입 및 냉각되어 라이너 형상으로 고체화 된 용탕의 고화체에 보링가공을 하여 실린더의 내벽과 일체화 된 라이닝을 형성시킬 수 있도록 함으로서, 실린더블록의 라이닝에 따른 공정을 단순화시킴과 동시에 불량품의 발생률을 거의 제로(Zero)화시켜 실린더블록의 제조단가를 크게 절감시키면서도, 피스톤펌프나 피스톤모터의 사용과정에서 라이닝의 이탈이나 변형이 발생하지 않는 신뢰성과 내구성이 매우 우수한 실린더블록 제품을 제공토록 하는 것을 그 기술적인 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 사판식 또는 사축식 피스톤펌프나 피스톤모터에 사용되는 실린더블록의 실린더에 내마모성 및 윤활성능을 부여할 수 있도록 실린더의 내벽을 따라 라이닝을 형성시키는 방법에 있어서, 원통 형상의 몸통 중앙부에 축공과 축삽입부를 형성시키고, 몸통의 원주 방향을 따라서는 2개 이상의 실린더를 코어구멍과 함께 형성시키며, 몸통의 바닥부에는 외주면을 따라 누출방지벽을 형성시킨 상태에서, 각각의 실린더측으로 에어벤트홀과 주입공을 관통 형성시키는 1차 가공품 제조단계와, 실린더의 상부측에 형성된 상기 코어구멍으로 실린더의 덮개 역할을 하는 코어를 압입시킴과 동시에, 몸통의 바닥부에 형성된 에어벤트홀에는 파이프 형상의 스트로우를 연결시키는 세팅단계와, 몸통의 바닥부가 상부를 향하도록 한 상태에서 몸통의 바닥부측으로 라이닝 소재의 용탕을 부어, 상기 용탕이 주입공을 통하여 각각의 실린더 내부로 충진되도록 함과 동시 에, 실린더의 내부공기는 에어벤트홀과 연결된 스트로우를 통하여 배출되도록 한 다음, 용탕을 냉각시키는 용탕주입 및 냉각단계와, 제조하고자 하는 실린더블록의 치수와 형상에 맞추어 몸통과 축공을 2차 가공함과 동시에, 실린더에 충진된 용탕의 고화체에 보링가공을 행하여 실린더의 내벽을 따라 라이닝을 형성시키는 제품화단계를 거쳐서 이루어지며, 상기 세팅단계에 사용되는 코어는 그 몸체의 하부측에 실린더의 내벽과 일정한 간격을 두고 실린더측으로 삽입되는 코어핀이 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 실린더블록의 용융착 라이닝방법을 나타내는 공정블록도이고, 도 4의 (가) 및 (나)는 1차 가공품으로서의 실린더블록을 나타내는 사시도이며, 도 5의 (가) 및 (나)는 본 발명의 세팅단계에 있어 코어의 결합상태를 나타내는 사시도이고, 도 6의 (가) 및 (나)는 본 발명의 세팅단계에 있어 스트로우의 결합상태를 나타내는 사시도이다.

그리고, 도 7의 (가) 및 (나)는 본 발명의 용탕주입단계를 나타내는 사시도이며, 도 8의 (가) 및 (나)는 본 발명의 제품화단계에 있어 2차 가공품으로서의 실린더블록을 나타내는 사시도이고, 도 9의 (가) 및 (나)는 최종 제품화된 실린더블록을 나타내는 사시도이며, 도 10의 (가) 및 (나)는 본 발명의 세팅단계에 사용되는 코어의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.

본 발명의 전체적인 공정은 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 실린더블록의 제조를 위한 1차 가공품을 제조하는 단계(A)와, 1차 가공품상에 실린더의 라이닝에 필요한 세팅을 행하는 단계(B)와, 1차 가공품의 실린더 내부로 라이닝 소재의 용탕을 주입 및 냉각시키는 단계(C)와, 냉각된 용탕의 고화체에 보링가공을 행하여 라이닝을 형성시킴과 동시에 요구하는 실린더블록의 치수와 형상에 맞도록 제품을 최종 가공하는 단계(D)를 거쳐서 이루어진다.

먼저, 상기 1차 가공품 제조단계(A)는 도 4의 (가) 및 (나)에 도시되어 있는 바와 같이, 소정의 직경을 가지는 금속봉이나 강봉 등을 원재료로 하여 이를 일정한 길이만큼 절단시킴으로서 실린더블록의 몸통(11)을 형성시킨 다음, 원통 형상으로 이루어지는 상기 몸통(11)의 중앙부에 축공(15)과 축삽입부(14)를 형성시키고, 몸통(11)의 원주 방향을 따라서는 2개 이상(도면상에는 9개)의 실린더(12)를 코어구멍(16)과 함께 형성시키게 된다.

상기와 같이 몸통(11)의 중앙부와 원주 방향에 형성되는 축공(15)과 실린더(12)는 몸통(11)을 그 수직 방향으로 완전히 관통하지 않고 바닥부(18)와 근접하는 위치까지 일차적으로 관통 형성되며{도 5의 (나)에 보다 명확하게 도시되어 있음}, 상기 코어구멍(16)은 실린더(12)의 상부측에서 실린더(12)보다 약간 큰 직경으로 형성됨으로서, 코어구멍(16)과 실린더(12)의 사이에 코어(Core)의 지지턱(12a)이 형성된다.

그리고, 상기 몸통(11)의 바닥부(18)는 축공(15)과 실린더(12)가 관통되지 아니하는 평활면으로 일차 형성시키되, 바닥부(18)의 외주면을 따라서는 용탕의 주 입과정에서 용탕이 누출되는 것을 방지토록 하는 누출방지벽(17)을 형성시키게 되며, 각각의 실린더(12) 하측에 해당하는 바닥부(18)에는 공기의 배출을 위한 에어벤트홀(18a)과 용탕의 주입을 위한 주입공(18b)으로 이루어지는 2개의 구멍을 실린더(12)와 연통되도록 관통 형성시키게 된다.

상기와 같은 1차 가공품(101)의 제조를 위하여 금속봉이나 강봉 등의 원자재를 절단하는 가공, 축삽입부(14)와 누출방지벽(17)을 포함하는 몸통(11)의 외형을 형성하는 CNC 선반가공, 축공(15)과 실린더(12) 및 에어벤트홀(18a)과 주입공(18b)을 형성시키기 위한 보링가공과 같은 기계가공이 행하여지는 데, 실린더(12)의 보링가공시에 실린더(12)의 내벽을 따라 어느 정도의 표면거칠기나 표면조도(Surface roughness)를 부여하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 실린더(12)의 보링가공시에 그 내벽을 따라 어느 정도의 표면거칠기나 표면조도가 부여되도록 하면, 실린더(12)의 내부로 주입된 용탕이 냉각 및 고화되는 과정에서 실린더(12)의 내벽과 더욱 견고하게 밀착될 수 있으며, 이로 인하여 용탕의 고화체에 보링가공을 행하여 실린더(12) 내벽을 따라 라이닝을 형성시키는 작업의 편의성 및 라이닝의 접합강도를 향상시키는 측면에서 크게 기여할 수 있게 된다.

상기와 같은 1차 가공품 제조단계(A)를 거친 후에는, 도 5의 (가) 및 (나)에 도시되어 있는 바와 같이 실린더(12)의 상부측에 형성된 상기 코어구멍(16)으로 실린더(12)의 덮개 역할을 하는 코어(19)를 압입(壓入)시켜 지지턱(12a)상에 지지되도록 함과 동시에, 도 6의 (가) 및 (나)에 도시되어 있는 바와 같이 몸통(11)의 바 닥부(18)에 형성된 에어벤트홀(18a)에는 파이프 형상의 스트로우(Straw)(20)를 연결시키는 세팅단계(B)를 거치게 된다.

상기 세팅단계(B)에 사용되는 코어(19)는 몸통(11)과 동일 또는 유사한 재질을 사용하는 것이 바람직하고, 코어구멍(16)을 통하여 끼움식으로 삽입시킴으로서 용탕의 누출을 방지함과 동시에 코어구멍(16)으로부터 코어(19)가 쉽게 이탈되지 않도록 하며, 경우에 따라서는 상기 코어(19)의 외주면과 코어구멍(16)의 내주면에 각각 나사부를 형성시키고, 코어(19)의 몸체에는 나사홈이나 렌치구멍 등을 형성시켜 코어(19)를 코어구멍(16)에 나사식으로 체결시킬 수도 있다.

또한, 상기 세팅단계(B)에 사용되는 스트로우(20)의 경우에도 몸통(11)과 동일 또는 유사한 재질을 사용하는 것이 바람직하고, 그 하단부가 에어벤트홀(18a)을 통하여 끼움식으로 삽입되거나 나사식으로 체결되도록 할 수 있으며, 각각의 실린더(12) 하측에 형성된 2개의 구멍(18a)(18b) 중 어느 하나의 구멍에만 스트로우(20)를 연결시키면 된다.

따라서, 상기 2개의 구멍을 에어벤트홀(18a)과 주입공(18b)으로 특별히 구분지어 한정할 필요성은 없게 되는 데, 이는 각각의 실린더(12) 하측에 형성된 2개의 구멍(18a)(18b) 중 스트로우(20)가 연결되는 임의의 구멍이 에어벤트홀(18a)의 역할을 하게 되는 것이고, 스트로우(20)가 연결되지 아니하는 나머지 구멍이 용탕의 주입공(18b) 역할을 하게 된다는 의미이다.

상기와 같은 세팅단계(B)를 거친 후에는, 도 7의 (가) 및 (나)에 도시되어 있는 바와 같이 몸통(11)의 바닥부(18)가 상부를 향하도록 한 상태에서 몸통(11)의 바닥부(18)측으로 라이닝 소재의 용탕(21)을 부어, 상기 용탕(21)이 주입공(18b)을 통하여 각각의 실린더(12) 내부로 충진되도록 함과 동시에, 실린더(12)의 내부공기 및 기타 이물질 등은 에어벤트홀(18a)과 연결된 스트로우(20)를 통하여 배출되도록 한 다음, 실린더(12)의 내부에 충진된 용탕(21)을 냉각시키는 용탕주입 및 냉각단계(C)를 거치게 된다.

상기와 같은 방식으로 용탕(21)을 주입시키게 되면, 각각의 실린더(12) 내부공간을 통한 용탕(21)의 주입과 실린더(12) 내부공기(이물질 포함)의 배출이 서로 간섭을 일으키지 않는 상태에서 독립적으로 이루어지게 되어 용탕(21)의 연속적이고 원활한 주입이 가능하게 되고, 이로 인하여 각각의 실린더(12) 내부공간을 따라 용탕(21)을 신속하고 정확하게 주입시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 각각의 실린더(12) 내부공간을 통한 용탕(21)의 주입이 실린더(12) 내부공기의 배출에 영향을 받지 않도록 하여, 실린더(12)의 내부공간에 라이닝 소재의 용탕(21)을 신속하고 빈틈없이 충진시킬 수 있도록 한 것이 본 발명을 이루는 공정에 있어 가장 핵심적인 요소라 할 수 있으며, 이를 달성하는 것에 의하여 종래의 경우보다 획기적인 피스톤펌프 및 피스톤모터용 실린더블록의 라이닝방법을 제공할 수 있게 되는 것이다.

상기 용탕(21)은 실린더블록의 실린더(12) 부싱소재로서 일반적으로 널리 사용되는 동이나 동합금을 그 용융온도(개략 1,100℃ ~ 1,300℃ 정도가 된다) 이상으로 가열 및 용융시킨 것으로서, 이러한 용탕(21)을 상온(실내온도) 조건 또는 실린더블록의 예열(60℃ ~ 100℃ 정도가 바람직하다) 조건하에서 바닥부(18)와 누출방 지벽(17)이 형성하는 공간으로 부어서 실린더(12)의 라이닝에 적용시키게 된다.

또한, 상기 용탕(21)을 바닥부(18)와 누출방지벽(17)이 형성하는 공간으로 부어서 각각의 실린더(12) 내부공간에 용탕(21)이 충진되도록 한 다음에도, 바닥부(18)와 누출방지벽(17)이 형성하는 공간에 일정량 만큼의 용탕(21)이 추가적으로 저장되도록 하여, 각각의 실린더(12) 내부공간에 용탕(21)이 빈틈없이 치밀하고 견고하게 압밀(壓密) 충진되도록 하는 것이 바람직하다.

다시 말해서, 동이나 동합금의 경우 그 비중이 약 8.92 정도가 되어 물보다 약 9배 정도 무거운 물질이기 때문에, 바닥부(18)와 누출방지벽(17)이 형성하는 공간에 저장된 용탕(21)의 무게가 각각의 실린더(12) 내부공간으로 충진된 용탕(21)을 더욱 압밀시키게 되며, 이로 인하여 실린더(12)의 내벽과 용탕(21)과의 밀착력을 증대시킴과 동시에 용탕(21)의 냉각에 따른 수축을 보상하는 측면에서 유리하게 된다.

위에서 설명되어진 용탕(21)의 주입과정은 각각의 실린더(12) 상부측을 코어(19)에 의하여 폐쇄시킨 상태에서, 실린더(12) 하부측에 형성된 에어벤트홀(18a)과 주입공(18b)을 이용하여 용탕(21)의 주입 및 실린더(12) 내부공기의 배출을 행하도록 한 것이나, 이와는 달리 각각의 실린더(12) 상부측만을 코어(19)에 의하여 폐쇄시킨 상태에서 해당 실린더(12)의 내부공간을 통하여 용탕(21)을 노즐방식으로 주입시킬 수도 있다.

즉, 도 4의 (가)에 도시된 1차 가공품(101)의 몸통(11) 원주 방향을 따라 몸통(11) 전체를 수직 방향으로 관통하는 실린더(12)를 형성시키게 되면, 도 4의 (나)에서는 몸통(11)의 바닥부(18)를 통하여 2개의 작은 구멍(18a)(18b) 대신에 해당 실린더(12) 구멍이 노출될 것이므로, 도 5에 도시된 바와 같이 실린더(12)의 상부측만을 코어(19)로 폐쇄시킨 상태에서 그 바닥부(18)가 상부를 향하도록 하게 되면, 몸통(11)의 바닥부(18)를 통하여 각각의 실린더(12) 구멍 하단측이 노출되는 상태가 된다.

상기와 같은 상태에서 실린더(12) 구멍의 직경보다 가늘게 되는 용탕(21)의 주입노즐이 실린더(12)의 개수만큼 형성된 용탕(21)의 저장조를 1차 가공품(101)의 상부측에 위치시킨 다음, 각각의 주입노즐이 실린더(12) 구멍을 향하도록 하여 실린더(12)의 내부로 용탕(21)을 주입시키도록 할 수도 있으며, 이 또한 용탕(21)의 주입이 실린더(12) 내부공기의 배출에 간섭을 받지 않게 되므로 본 발명이 추구하고자 하는 목적을 달성할 수 있는 것이다.

그러나, 후자의 경우는 용탕(21)의 주입을 위한 노즐의 관리가 매우 까다롭게 되고, 노즐의 고장 및 막힘 현상이 빈번히 발생할 뿐만 아니라 저장조의 내부에 용융상태의 동이나 동합금을 지속적으로 저장 및 관리하여야 하기 때문에, 상기 세팅단계(B)를 거친 후의 용탕(21) 주입과정이 비록 수작업으로 이루어진다 하더라도 가급적 전자의 경우를 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 용탕(21)의 주입이 완료된 후 용탕(21)을 냉각시키는 것은, 급속한 냉각에 따른 용탕(21)의 수축 및 이로 인하여 발생하는 용탕(21) 고화체의 결함을 최대한으로 방지할 수 있도록, 용탕(21)의 주입이 완료된 1차 가공품(101)을 상온 조건하에서 서서히 공냉시키는 것이 바람직하며, 이와 같은 냉각단계를 거치게 되면 각각의 실린더(12) 내부에 충진된 용탕(21)이 실린더(12) 내벽과 단일화 및 일체화 된 라이너(Liner) 형상의 고화체를 형성하게 되는 것이다.

상기와 같은 용탕주입 및 냉각단계(C)를 거친 후에는, 코어(19)와 스트로우(20)를 제거한 상태에서 제조하고자 하는 실린더블록(10)의 치수와 형상에 맞추어 몸통(11)과 축공(15)을 2차 가공함과 동시에, 실린더(12)에 충진된 용탕(21)의 고화체(22)에 보링가공을 행하여 실린더(12)의 내벽을 따라 라이닝(13)을 형성시키는 제품화단계(D)를 거치게 된다.

먼저, 용탕(21)의 주입을 위하여 설치된 코어(19)와 스트로우(20)를 코어구멍(16)과 에어벤트홀(18a)로부터 분리시켜 재이용토록 하게 되는 데, 스트로우(20)의 경우는 용탕(21)의 냉각전 또는 냉각후에라도 에어벤트홀(18a)로부터 비교적 용이하게 분리할 수 있고, 코어(19)의 경우에도 코어구멍(16)으로부터 분리가능한 것은 몸통(11)의 2차 가공전에, 코어구멍(16)으로부터 쉽게 분리되지 않는 것은 몸통(11)의 2차 가공과정에서 분리시킬 수 있다.

특히, 앞에서 설명되어진 바와 같이 상기 코어(19)와 스트로우(20)를 코어구멍(16)과 에어벤트홀(18a)에 나사식으로 체결시킨 경우에는 코어(19)와 스트로우(20)의 분리 작업을 보다 용이하게 수행할 수 있으며, 이와 같이 분리된 코어(19)와 스트로우(20)의 일부 표면에 부착되는 용탕(21)의 고화체를 다듬질 가공 등에 의하여 제거시킨 다음 상기 세팅단계(B)에 다시 사용토록 하게 된다.

상기와 같이 용탕(21)의 주입 및 냉각이 완료된 1차 가공품(101)으로부터 코어(19)와 스트로우(20)를 제거한 다음, 코어구멍(16)이 형성되었던 몸통(11)의 상 부측 및 그 바닥면(18)에 형성되었던 누출방지벽(17)을 CNC 선반에 의한 절삭가공이나 선삭가공으로 제거시킴과 동시에, 상기 축공(15)이 몸통(11)을 수직 방향으로 관통하도록 보링가공하게 되면, 도 8의 (가) 및 (나)에 도시되어 있는 바와 같은 2차 가공품(102)으로서의 실린더블록이 완성된다.

상기와 같이 2차 가공품(102)으로서의 실린더블록을 제조한 후, 도 9의 (가) 및 (나)에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 실린더(12) 내부에서 모재인 몸통(11)과 일체로 고화된 용탕(21)의 고화체(22)에 보링가공을 행함으로서, 실린더(12)의 내벽을 따라 일정한 두께를 가지는 라이닝(13)을 형성시키고, 몸통(11)의 바닥부(18)에 형성된 용탕(21)의 고화체(22)에는 각각의 실린더(12)와 연통되어 유압통로를 형성하는 유압포트(23)를 관통시킴과 동시에, 상기 축공(15)의 내측에는 구동축의 동력전달을 위한 기어부를 형성시키게 되면, 피스톤펌프 및 피스톤모터용 실린더블록(10)의 제조가 완료되는 것이다.

상기와 같이 용탕(21)의 고화체(22)에 보링가공을 행하는 것은 실린더(12)의 내벽을 따라 피스톤의 부싱 역할을 수행하는 라이닝(13)을 형성시키는 것이므로 비교적 정밀한 보링가공이 요구되며, 필요에 따라서는 보링가공에 의하여 라이닝(13)을 1차적으로 형성시킨 후, 라이닝(13)의 내부를 통하여 회전식 다듬질 기구를 삽입시키는 것과 같은 추가적인 다듬질 가공을 행함으로서 라이닝(13)의 내부 표면을 높은 정밀도로 조성시키도록 할 수도 있다.

상기와 같이 본 발명의 라이닝방법에 따라 제조된 피스톤펌프 및 피스톤모터용 실린더블록(10)은 부싱 역할을 하는 라이닝(13) 자체가 실린더(12)의 내벽과 일 체로 견고히 부착되어 있기 때문에, 피스톤펌프 및 피스톤모터의 사용시 발생하는 피스톤의 고압 왕복운동에 의하여 라이닝(13)이 실린더블록(10)으로부터 이탈되거나 또는 라이닝(13) 자체가 변형되는 것과 같은 현상이 발생하지 않게 되며, 이로 인하여 실린더블록(10) 제품의 신뢰성 및 내구성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 피스톤펌프 및 피스톤모터의 사용시 강한 펌핑능력에 의한 고압의 유압원을 확보할 수 있게 된다.

특히, 실린더블록(10)의 실린더(12) 내벽을 따라 라이닝(13)을 형성시키기 위하여 실린더(12) 구멍의 상부측을 코어(19)로 폐쇄시킨 상태에서, 스트로우(20)가 연결된 에어벤트홀(18a) 및 용탕(21)의 주입공(18b)이 형성된 바닥부(18)를 통하여 라이닝 소재의 용탕(21)을 부어 각각의 실린더(12) 내부로 용탕(21)을 주입 및 냉각시킨 다음, 실린더(12)의 내부에 충진된 용탕(21)의 고화체(22)에 보링가공을 행하는 간단한 공정만으로도 우수한 라이닝(13)을 형성시킬 수 있게 된다.

따라서, 종래의 부싱부재 확산융착 접합방법에 비하여 라이닝(13)의 성형에 고가의 설비가 필요하지 않을 뿐만 아니라, 진공하에서의 예열, 가스분위기하에서의 가열 및 프레스 압착, 경화가스의 투입에 따른 냉각과 같은 매우 까다롭고 번거러운 절차를 거치지 않더라도 실린더(12)의 내벽과 일체화 된 라이닝(13)을 형성시킬 수 있게 됨으로서, 실린더블록(10) 제품의 제조단가를 크게 절감시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 세팅단계(B)를 거친 후, 1차 가공품(101)의 바닥부(18)를 통하여 용탕(21)을 부어 넣기만 하면, 실린더(12)의 내부공간을 통한 용탕(21)의 주입이 실린더(12) 내부공기의 배출에 영향을 받지 않고 신속하고 정확하며 치밀하게 이루어지기 때문에, 라이닝(13)이 형성된 실린더블록(10) 제품의 불량률을 거의 제로(Zero)화시킬 수 있게 되며, 이로 인하여 실린더블록(10) 제품의 제조단가 절감에 더욱 크게 기여할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 도 10의 (가) 및 (나)에 도시되어 있는 것은 상기 세팅단계(B)에 사용되는 코어(19)의 다른 실시예를 나타내는 것으로서, 코어(19)의 몸체 하부측에 실린더(12)의 내벽과 일정한 간격을 두고 실린더(12)측으로 삽입되는 코어핀(19a)을 일체로 형성시켜, 라이닝(13)의 보링가공 과정에서 제거되는 용탕(21)의 고화체(22) 즉, 동이나 동합금의 낭비를 최소화시키도록 한 것을 제외하고는 본 발명의 일실시예에 의한 방법과 동일하게 이루어지는 것이다.

마지막으로, 위에서 이미 언급되어진 바와 같이, 본 발명에 의한 실린더블록의 용융착 라이닝방법에 있어 가장 핵심적인 구성요소는 상기 세팅단계(B)에 의한 용탕주입 및 냉각단계(C)와 라이닝(13)의 보링가공으로서, 그 이외에 몸통(11)이나 축공(15) 및 축삽입부(14)의 외형 가공과 같이 라이닝(13)의 성형과는 무관한 기계가공은 그 순서나 가공의 형태를 임의대로 변경하여 적용시킬 수 있으며, 이는 실린더블록(10)의 제조에 따른 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항일 뿐만 아니라, 본 발명이 추구하고자 하는 기술적 사상의 범위내에 당연히 포함되는 것임을 밝혀두는 바이다.

상기와 같이 본 발명에 의한 피스톤펌프 및 피스톤모터용 실린더블록의 용융 착 라이닝방법은, 몸통의 원주 방향을 따라 적어도 2개 이상의 실린더가 형성되는 실린더블록에 있어, 각각의 실린더 구멍 상부측을 코어로 폐쇄시킨 상태에서 실린더블록을 뒤집어 실린더 구멍의 하부측으로 라이닝 소재의 용탕을 주입시키되, 용탕의 주입시 각각의 실린더 내부에 존재하는 공기 및 기타 이물질의 배출이 에어벤트홀에 의하여 개별적으로 이루어지도록 하여 용탕의 신속하고 정확한 주입이 가능하게 하고, 이와 같이 실린더의 내부로 주입 및 냉각되어 라이너 형상으로 고체화 된 용탕의 고화체에 보링가공을 하여 실린더의 내벽과 일체화 된 라이닝을 형성시키도록 하는 효과가 있으며, 실린더블록의 라이닝에 따른 공정을 단순화시킴과 동시에 불량품의 발생률을 거의 제로(Zero)화시켜 실린더블록의 제조단가를 크게 절감시키면서도, 피스톤펌프나 피스톤모터의 사용과정에서 라이닝의 이탈이나 변형이 발생하지 않는 신뢰성과 내구성이 매우 우수한 실린더블록 제품을 제공토록 하는 효과가 있으며, 특히 선박용 기자재나 방위산업분야에 적용되는 고속고압용 실린더블록에 최적으로 적용 가능한 제품을 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 사판식 또는 사축식 피스톤펌프나 피스톤모터에 사용되는 실린더블록(10)의 실린더(12)에 내마모성 및 윤활성능을 부여할 수 있도록 실린더(12)의 내벽을 따라 라이닝(lining)(13)을 형성시키는 방법에 있어서,

   원통 형상의 몸통(11) 중앙부에 축공(15)과 축삽입부(14)를 형성시키고, 몸통(11)의 원주 방향을 따라서는 2개 이상의 실린더(12)를 코어구멍(16)과 함께 형성시키며, 몸통(11)의 바닥부(18)에는 외주면을 따라 누출방지벽(17)을 형성시킨 상태에서, 각각의 실린더(12)측으로 에어벤트홀(18a)과 주입공(18b)을 관통 형성시키는 1차 가공품 제조단계(A)와,

   상기 1차 가공품 제조단계(A)를 거친 후, 실린더(12)의 상부측에 형성된 상기 코어구멍(16)으로 실린더(12)의 덮개 역할을 하는 코어(19)를 압입시킴과 동시에, 몸통(11)의 바닥부(18)에 형성된 에어벤트홀(18a)에는 파이프 형상의 스트로우(Straw)(20)를 연결시키는 세팅단계(B)와,

   상기 세팅단계(B)를 거친 후, 몸통(11)의 바닥부(18)가 상부를 향하도록 한 상태에서 몸통(11)의 바닥부(18)측으로 라이닝 소재의 용탕(21)을 부어, 상기 용탕(21)이 주입공(18b)을 통하여 각각의 실린더(12) 내부로 충진되도록 함과 동시에, 실린더(12)의 내부공기는 에어벤트홀(18a)과 연결된 스트로우(20)를 통하여 배출되도록 한 다음, 용탕(21)을 냉각시키는 용탕주입 및 냉각단계(C)와,

   상기 용탕주입 및 냉각단계(C)를 거친 후, 제조하고자 하는 실린더블록(10) 의 치수와 형상에 맞추어 몸통(11)과 축공(15)을 2차 가공함과 동시에, 실린더(12)에 충진된 용탕(21)의 고화체(22)에 보링가공을 행하여 실린더(12)의 내벽을 따라 라이닝(13)을 형성시키는 제품화단계(D)를 거쳐서 이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤펌프 및 피스톤모터용 실린더블록의 용융착 라이닝방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 세팅단계(B)에 사용되는 코어(19)는 그 몸체의 하부측에 실린더(12)의 내벽과 일정한 간격을 두고 실린더(12)측으로 삽입되는 코어핀(19a)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤펌프 및 피스톤모터용 실린더블록의 용융착 라이닝방법.

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