KR100656303B1 - 캐스트-인 대상판 부재, 흡기포트 분할판, 흡기포트 형성 샌드 코어, 및 실린더 헤드 - Google Patents

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Abstract

분할판(캐스트-인 대상판 부재)이 흡기포트 형성 샌드 코어에 미리 설치되고, 흡기포트를 분할하기 위하여 실린더 헤드의 주조동안 캐스트-인 된다. 분할판은 길이방향으로 이격된 단부를 갖는데, 그중의 적어도 하나는 흡기측 말단 단부에 인접한 영역에서 포트코어의 파손을 유도하도록 형성된 예각 단부 면이 있는 흡기측 말단 단부에 일치한다.

Description

캐스트-인 대상판 부재, 흡기포트 분할판, 흡기포트 형성 샌드 코어, 및 실린더 헤드{CAST-IN OBJECT PLATE MEMBER, PARTITION PLATE FOR INTAKE PORT, INTAKE-PORT FORMING SAND CORE AND CYLINDER HEAD}
도1은 엔진의 실린더 헤드를 도시하는 단부도,
도2는 흡기포트의 축에 수직인선을 따르는 단면도,
도3은 실린더 헤드내부의 유동 조건을 도시하는 개략도,
도4는 도3에 도시된 실린더 헤드의 평면도,
도5a는 본 발명의 실시예에 따른 텀블판을 도시하는 평면도,
도5b는 도5a에 도시된 텀블판의 측면도,
도6a는 샌드 리디드 공동부(sand-ridded cavity portion)와 용융금속 스토퍼 샌드벽이 형성되도록 텀블판이 미리 설치되는 본 발명의 포트 코어를 도시하는 개략도,
도6b는 포토코어를 샌드 리디드 공동부로부터 본 도6a의 포트코어를 도시하는 개략도,
도7a는 포트코어의 평면도,
도7b는 도7a의 측면도,
도8은 포트코어가 주조되는 샌드 코어 주형장치를 도시하는 단면도,
도9a는 어떻게 샌드 코어 주형장치의 루스 피스(loose piece)에 의해서 형성되는지를 도시하는 평면도,
도9b는 도9a의 IXB-IXB 선을 따라본 단면도이고, 루스 피스가 포트코어로부터 빠지는 상태를 도시하는 도면,
도10a는 용융금속 스토퍼 샌드 벽이 어떻게 샌드 코어 주형장치의 루스 피스에 의해 형성되는지를 보여주는 측면도,
도10b는 도10a의 선 XB-XB의 단면도,
도10c는 도10b의 XC에 의해서 둘러싸인 영역의 상세도,
도11a 내지 도11e는 도8에 도시된 샌드 코어 주형장치를 사용하는 포트코어의 주조 공정을 도시하는 개략도,
도12는 실린더 헤드 주조를 위하여 포트코어가 설치되는 조건하에서의 주형을 도시하는 단면도,
도13a는 실린더 헤드의 주조후의 후속하는 공정동안 흡기측 매니폴드가 접속되는 흡기측 말단 단부에 인접한 실린더 헤드의 단부를 가공하는 상태를 도시하는 개략도,
도13b 및 도13c는 텀블판의 예각 단부 면의 다른 실시예를 도시하는 개략도,
도14는 어떤 예각 단부 면도 갖지 않는 텀블판이 설치된 경우의 비교예와 관련하여 포트코어에서 발생하는 결점의 예를 도시하는 개략도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10: 실린더 헤드 13 : 실린더 보어
14 : 흡기포트 15 : 배기 포트
100 : 텀블판 150 : 예각 단부 면
200 : 포트 코어 210 : 샌드 코어
221 : 용융금속 스토퍼 샌드 벽 310 : 루스 피스
본 발명은 캐스트-인(cast in) 대상판 부재와, 흡기포트 분할판과, 흡기포트 형성 샌드 코어 및 실린더 헤드에 관한 것이다.
현대의 엔진은 분할판(partition plate, 텀블판(tumble plate))이 위치되는 흡기포트가 형성되는 실린더 헤드를 갖는 실린더를 포함한다. 흡기포트의 흡기측 말단 단부에 위치되는 공기 유동밸브는, 실린더 보어에서 텀블유동(소용돌이 유동)을 촉진시키어 연료 소비를 개선하기 위하여 분할판이 흡기포트로부터 실린더 보어로 흡입공기의 흐름을 편향시키도록 제어된다(일본국 미심사청구 특허출원 제 2001-193469호 참조).
또한, 명세서를 통하여 공기 및 연료가스와 같은 흡입공기가 유동하는 “분할판”의 한 측면을 “흡기측”이라고 하고, 반대 방향의 실린더 보어측을 “실린더 측”이라고 한다.
실린더를 주조할 때에, 주조동안 용융금속에 의해서 분할판이 부분적으로 캐스트-인 되도록 하는 흡기포트 샌드 코어를 미리 설치하는 것이 일반적이다. 실린더 헤드의 주조동안, 샌드 코어와 분할판은 용융금속으로부터 전달된 열로 인하여 열적으로 팽창한다. 여기서, 분할판의 열팽창 계수는 샌드 코어보다 매우 크다. 이런 이유로, 분할판이 샌드 코어를 변형시키는 것이 우려된다. 또한, 분할판의 열팽창으로 인하여 다른 실린더 헤드의 주조동안 분할판의 변위와 주조품으로서 실린더 헤드의 주조후에 분할판의 이완(looseness)이 일어 나는것이 또다른 우려이다.
그러므로, 버르(burr)가 일어나는 영역에 따라서 후속의 가공 작업에서 버르 제거 작업이 요구되므로 매우 성가시게 될 뿐만 아니라, 분할판의 위치 변위 또는 이완으로 인하여 주조품의 품질이 나빠지는 문제가 있다. 그러므로 분할판에 작용하는 열의 영향에 대한 고려가 필요하다.
종래 기술에 개시된 분할판에서는, 실린더 헤드의 주조동안 분할판이 캐스트-인 될때에 발생하는 열팽창에 의해서 변형을 해결하기 위한 방법을 제공하기 위하여 분할판이 파형 프로화일(wave profile) 형태로 제조된다. 그러나, 파형 프로화일의 분할판이 흡기포트의 방사 방향 열팽창에서 야기되는 변형을 흡수하는데 효과적일지라도, 축 방향(흡기포트의 길이 방향)에서의 열팽창으로부터의 변형을 흡수하는 것은 어렵다. 따라서, 열팽창의 상이함에서 오는 코어의 파손에서 발생하는 버르를 일정 영역에서만 발생케 하는 것은 어렵고, 그러므로 분할판의 위치 변위와 주조품의 이완을 최소화하는 문제가 있다.
본 발명은 코어의 파손에서 야기되는 버르가 일정영역에서 발생하도록 하여 후 공정에서 버르 제거 작업을 용이하게 할 수 있다.
이런 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 주조품을 주조하는 동안 샌드 코어에 미리 설치되는 캐스트-인 대상판 부재에 관한 것으로서, 제1 말단 단부와, 제2 말단 단부와, 상기 제1 및 제2 말단 단부에 연속하고 주조가 이루어지는 동안 용융금속에 의하여 캐스트-인 되는 한 쌍의 측면 에지와, 상기 측면 에지 사이에서 형성되고 제1 및 제2 말단 단부를 갖는 분할 섹션을 포함하고, 상기 제1 및 제2 말단 단부 중의 적어도 하나는 샌드 코어에서 파손을 촉진시키기 위하여 하나의 예각 단부 면을 포함한다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 흡기포트를 다수의 포트로 분할하기 위하여 실린더 헤드의 주조동안 캐스트-인 되고 흡기포트 형성 샌드 코어에 미리 위치되는 실린더 헤드의 흡기포트용 분할판에 관한 것으로서, 상기 분할판이, 흡기측 말단 단부와, 실린더측 말단 단부와, 상기 실린더측 말단 단부와 흡기측 말단 단부에 연속하고 주조가 수행될 때에 용융금속에 의해서 캐스트-인 되는 한 쌍의 측면 에지와, 상기 측면 에지 사이에 형성되고 흡기측 말단 단부와 실린더측 말단 단부를 갖는 분할 섹션을 포함하고, 상기 흡기측 말단 단부와 실린더측 말단 단부 중의 적어도 하나가 흡기포트 형성 샌드 코어에서 파손을 촉진시키기 위한 예각 단부 면을 갖는다.
더욱이, 전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 실린더 헤드 주조를 위해서 주형에 미리 설치되고 실린더 헤드의 흡기포트 형성을 위한 흡기포트 형성 샌드 코어에 관한 것으로서, 샌드 코어 몸체와, 상기 샌드 코어 몸체에 미리 설치되고 실린더 헤드의 주조동안 캐스트-인 되어 흡기포트를 다수의 포트로 분할하기 위한 실린더 헤드의 흡기포트용 분할판을 포함하고, 상기 분할판은 흡기측 말단 단부와, 실린더측 말단 단부와, 상기 흡기측 말단 단부와 실린더측 말단 단부 사이에 형성되는 분할 섹션과, 주조가 이루어 질때에 용융금속에 의하여 캐스트-인 되는 분할 섹션으로부터 외측으로 돌출하는 한 쌍의 에지를 포함하고, 상기 흡기측 말단 단부와 실린더측 말단 단부 중의 적어도 하나가 샌드 코어 몸체에서 파손을 촉진시키기 위한 예각 단부 면을 갖는다.
더욱이, 전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 엔진용 실린더 헤드에 관한 것으로서, 흡기포트를 갖는 실린더 헤드 몸체와, 흡기포트를 다수의 포트로 분할하기 위하여, 흡기포트 형성 샌드 코어에 미리 설치되고 실린더 헤드 주조동안 캐스트-인 되는 분할판을 포함하고, 상기 분할판이 길이 방향으로 이격되는 말단 단부를 갖고, 상기 흡기포트에 인접한 위치의 먼 단부 중의 하나에 형성되어 흡기포트 형성 샌드 코어에 위치되는 예각 단부 면을 포함하고, 측면 에지는 상기 말단 단부에 연속하며, 실린더 헤드와 일체로 주조되도록 용융금속에 의해 캐스트-인 된다.
이하에서, 본 발명의 다양한 실시예가 도면을 참조하여 기술될 것이다.
먼저, 흡기포트(14)용 분할판(100)을 갖는 실린더 헤드(10)에 대하여 본발명이 이루어 졌다. 또한, 다음의 기술을 통하여, 흡기포트(14)용 분할판(100)이 텀블판(100)으로도 언급된다. 이 텀블판은 캐스트-인 대상판 부재에 해당한다.
도1 및 도3을 참조하면, 실린더 헤드(10)가 실린더 블럭(11)의 상부에 형성되고, 공기와 연료가스로 이루어진 흡입공기 유동을 실린더 보어(13)내로 유도하기 위한 흡기 매니폴드에 접속된 흡기포트(14)와, 실린더 보어(13)에서의 연소결과 발생하는 배출가스를 배출하기 위한 배출 포트(15)를 포함한다. 또한, 도면에 도시된 엔진은 네 개의 밸브를 갖는 하나의 실린더이고, 두개의 흡기밸브(16)와 두개의 배기 밸브(17)가 합체된다.
분할판(텀블판, 100)이 흡기포트(14)의 내부에 형성되고, 분할판(100)은 흡입공기가 흡기측(도3의 우측 단부)으로부터 실린더 보어(13)를 향하여 유동하는 화살표 방향을 따라서 연장된다. 흡기매니폴드(12)는 분할판(100)의 흡기측에서 실린더 블럭(110에 접속되고, 제어 밸브(18)가 도3 및 도4에 도시된 바와 같이 흡기 매니폴드(12)에 위치된다. 흡기포트(14)는 분할판(100)에 의하여 상부 포트(14u)와 하부 포트(14d)로 분할된다. 제어 밸브(18)에 의하여 밀폐된 하부 포트(14d) 때문에 흡입공기는 상부 포트(14u)를 통하여 빠른 속도로 유동하고, 실린더 보어(13)에서 강한 텀블 유동(수직 소용돌이 유동)을 형성한다.
흡기포트(14)는, 보다 크게 만곡되고 텀블판(100)의 실린더측 말단 단부 위치에 의존하는 실린더 보어(13)에 근접한 영역을 갖는데, 흡입공기 유동의 특성이 변화하고, 텀블 유동이 발생하는 상태에 영향을 미친다. 이런 이유로, 텀블판(100)의 실린더측 말단 단부(Ta)의 위치는 극히 중요하게 된다. 한편, 텀블판(100)의 흡기측 말단 단부(Tb)가 흡입공기 유동을 스플릿시키는 한 사이드로 작용하고 제어 밸브에 가까운 위치가 되므로, 말단 단부(Tb)의 위치가 변하는 경우에도 공기 유동의 특성에 어떤 변화도 생기지 않는다. 그러므로 일반적으로, 실린더측 말단 단부(Ta)에서 요구되는 것보다 더 정확한 위치설정이 흡기측 말단 단부(Tb)에 요구되지 않는다.
본 발명의 주조되는 실린더 헤드(10)의 실시예에서, 실린더 헤드(10)는 텀블판(100)의 실린더 헤드 말단 단부(Ta)가 정위치에 고정되는 구조 형태를 취하는 반면, 흡기측 말단 단부(Tb)는 자유롭게 제조되어서 텀블판(100)이 용융금속을 유입할때에 열적 영향을 받는 경우에 열적 효과가 흡기측 말단 단부에서 흡수된다. 즉, 적어도 실린더측 먼 단부(Tb)의 위치 정확도는 원하는 정확성에 놓이도록 설계된다.
도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이, 본 발명 실시예의 텀블판(100)은 아래에 기술되는 바와 같이 실린더 헤드(10)의 흡기포트(14) 형성을 위하여 흡기포트 성형 샌드 코어(200)에 미리 위치되고(도6a 및 도7b 참조), 주조동안 용융금속에 의해 캐스트-인 되고, 실린더 헤드(10)의 흡기포트(14)는 다수의 포트(상부 포트(14u)와 하부 포트(14d))로 분할된다. 또한, 다음 기술을 통하여 텀블판(100)이 미리 위치되는 흡기포트 성형 샌드 코어(200)를 “포트코어(200)”라고 한다.
도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이, 특히, 텀블판(100)이 직사각형 형상을 하고, 실린더 헤드(10) 주조시에 용융금속에 의하여 캐스트-인 되도록 설계된 양측 에지(Tc)와, 양측 에지(Tc)와 접하고 흡입공기 유동의 하류에 위치되는 실린더측 말단 단부(Ta)로 구성된다. 도5a에 도시된 바와 같이, 텀블판(100)은 흡기측 말단 단부(Tb)로부터 실린더측 말단 단부(Ta)를 향하여 넓어진다.
텀블판(100)은 양측 에지부(Tc)보다 안쪽에 흡기포트를 분할시키는 분할부(103)를 형성하는 내측부를 갖는다. 부호 102는 주조가 수행되는 때에 용융금속에 의해 캐스트-인 되는 분할부(103)로부터 외측으로 돌출하는 한 쌍의 측면 에지를 나타낸다. 또한 번호 101은 두께(d)인 텀블판(100)의 측면을 나타낸다. 텀블판(100)은 또한 상부면(102a)와 하부면(102b)를 포함한다. 반면에, 도5a로부터 이해할 수 있듯이, 측면 에지 돌출부(102)는 상부면(102a)과 하부면(102b)의 일부이다.
텀블판(100)은 재생 가능성을 고려하여 알루미늄 합금과 같은 재료로 제조된다.
텀블판(100)의 측면(101) 두께는 흡기포트(14)를 통과하는 흡입공기의 저항을 감소시키는 것을 고려하여 작게 제조된다. 그러나, 텀블판(100)이 알루미늄 합금으로 제조되는 경우에는 측면(101)의 두께는 실린더 헤드(10) 주조품의 열처리로 야기되는 열변형을 방지할 필요성을 고려하여 1.5 mm보다 큰 것이 양호하다.
도5b에 도시된 바와 같이, 실린더측 말단 단부(Ta)와 흡기측 말단 단부(Tb)는 텀블판(100)의 길이 방향으로 이격되고, 텀블판(100)의 흡기측 말단 단부(Tb)는 예각 단부 면(150)을 갖도록 형성된다. 흡기측 말단 단부(Tb)상에 예각 단부 면(150)을 형성함으로써, 포트코어(200)의 파손이 예각 단부 면(150)에서 이루어진다.
또한, 상부면(101a)과 예각 단부 면(150)은 캐트부(cat, C)를 포함하고, 예각 단부 면(150)이 상부면(102a)과 반대방향에 하부면(102b)이 놓이도록 형성되는데, 이것을 통하여 컷터(cutter)와 같은 가공 공구가 연속 공정에서 도입될수 있다. 이러한 구조를 통하여, 흡기 매니폴드가 접속되는 실린더 헤드(10)의 단부 면을 가공할 때에 실린더 헤드(10)의 주조를 완성한 후에 연속 공정에서 컷터를 이용하여 텀블판(100)의 흡기측 말단 단부(Tb)가 완만하게 절삭될 수 있고, 연속 공정에서 텀블판(100)에서 발생하는 버르를 배제시킬 수 있다.
또한, 텀블판(100)의 제조방법에 어떠한 제한이 없지만, 텀블판(100)은 저렴한 비용으로 대량 생산을 고려하면 압출 성형으로 제조하는 것이 바람직하다.
이하에서, 포트 코어(200)가 주조되는 샌드 코어 주형기의 주형을 “코어 주형(300)”라고 한다.
주조되는 실린더 헤드(10)에 대하여, 도8에 도시된 코어 주형을 사용하여 도6a 내지 도7b에 도시된 포트 코어(200)를 주조 할수 있다. 도6a 및 도6b에 도시된 바와 같이, 포트코어(200)는 일반적으로 분할판(100)이 전술한 방법으로 미리 위치되는 샌드 코어 몸체를 포함한다.
포트 코어(200)는 주형(400)에 설치되고(도12 참조), 그것에 의해서 실린더 헤드(10)가 실린더 헤드(10)의 흡기포트(14)를 형성하기 위하여 주조된다. 포트 코어(200)는 코어 주형(300)에 미리 설치되는 샌드 코어 몸체를 구비하여, 전술한 텀블판(100)의 양 측 에지(Tc)가 외측으로 돌출하여 용융금속에 의해서 캐스트-인 되고, 예각 단부 면(150)이 샌드 코어 내부에 위치한다.(도 7a 참조)
포트코어(200)는 흡기포트(14)가 주조되는 내측 영역( 이하 “제품 프로화일 내측부”, product-profile inside part) 보다는 외측영역( 이하 “제품-프로화일 외측부” product-profile outside part)에 위치되는 코어 프린트(201)를 갖는다. 비록 제품 프로화일 내측부가 용융금속과의 증가되는 접촉으로 야기되는 열 열화(thermal degradation)와 같은 역효과를 격기 쉽지만, 용융금속과 코어 프린트(201) 사이의 적은 접촉이 이루어지고 샌드 코어(210)의 결합부상에서 열 열화에 의해 야기되는 역효과가 감소되고, 이런 것에 의해서 주조시에 코어 프린트(201)는 제품-프로화일 내측부의 강도보다 큰 코어 강도를 제공하는 부재로 작용한다. 이런 이유로, 실린더 헤드(10)의 주조시에 텀블판(100)의 열 팽창 때문에 실린더측 말단 단부(Ta)가 제품-프로화일 내측부에 손상 또는 크랙을 야기시키는 포트 코어(200)를 가압하는 것이 우려된다. 샌드 코어의 파손이 제품-프로화일 내측부에서 발생하면, 연속되는 다음 공정에서 버르 제거 작업에 극단적인 어려움이 따른다.
따라서, 본 발명 실시예의 포트 코어(200)는 다양한 특징을 갖는데, (1) 샌드 코어(210)가 흡기측 말단 단부(Tb)에 인접한 영역, 즉, 포트코어(200)가 샌드 코어(210)의 주위에서 얇은 벽 두께를 갖는 영역으로보터 제거되는 구조를 띠고, (2) 열 열화 때문에 강도가 감소되어 제품-프로화일 내측부의 강도보다 적은 강도를 갖는 영역, 즉, 포트 코어(200)에서 가장 작은 강도를 갖는 영역이 안정적인 방법으로 제품-프로화일 외측부에 설치된다. 그러한 구조는 텀블판(100)과 코어샌드(210)사이에서 열 팽창의 차이로 야기된 잔류응력(주조 응력)을 제품-프로화일 외측부에 안정적으로 전이 시킨다.
즉, 포트코어(200)는 샌드 코어 몸체의 내측 말단 단부(Tb)에 인접한 부분의 두께를 감소시킴으로써 형성된 샌드-리디드 공동부(sand-ridded cavity portion, 오목부, 220)와, 용융금속이 샌드-리디드 공동부(오목부, 220)내로 유입되는 것을 막아주는 용융금속 스토퍼 샌드 벽(221)을 갖는다. 샌드-리디드 공동부(220)는 텀블판(100)의 팽창으로 야기되는 길이의 증가를 흡수하기 때문에 용융금속의 열로 야기되는 텀블판(100)의 열 팽창을 허용하는 공동영역 역할을 한다. 또한, 용융금속 스토퍼 샌드 벽(221)은, 단지 샌드 코어(210)에 의해서 형성된 신장된 벽인데, 용융금속이 샌드-리디드 공동부로 유입되는 것을 배제하는 하나의 둑(weir)종류의 역할을 한다. 샌드-리디드 공동부(220)와 용융금속 스토퍼 샌드벽(221)과 이들의 기능은 이하에서 상술될 것이다.
텀블판(100)으로부터 외측으로 돌출하는 양측 에지(Tc)는 용융금속에 의해서 캐스트-인 되어, 텀블판(100)이 신뢰할만하게 유지되도록 한다. 양측 에지(Tc)의 캐스트-인 폭에는 어떤 특별한 제한은 없는데, 캐스트-인 폭은 양호하게는 약 2 mm 정도이다.
예각 단부 면(150)이 샌드 코어(200)에 위치되어 포트코어로부터 볼때에 포트코어가 예각 단부 면(150)에 인접한 영역에 형성된 컷아웃부(C, 도5b에 도시됨)를 갖는 방법으로, 텀블판(100)은 본 발명 실시예의 포트 코어(200)에 미리 설치된다. 이런 이유로 컷아웃 형상의 그러한 영역에서의 응력 집중으로 포트코어(200)가 파손되기 쉽다. 실린더 헤드(10)의 주조시에 텀블판(100)의 열팽창의 존재는 텀블판(100)의 예각 단부 면(150)이 연장되도록 하고 그러한 연장으로부터 일어나는 반응 응력은 컷아웃부(C)에 관련된 영역에 집중된다. 이것은 포트 코어(200)에 크랙을 발생시키어 예각 단부 면(150)을 갖는 흡기측 말단 단부(Tb)에 인접한 영역에 유도된다.
포토코어(200)에서의 크랙으로 생기는 버르는 실린더 헤드(10)의 내측에서는 발생하지 않으나 제품-프로화일 외측에서는 발생한다. 그 결과, 주조후의 버르 제거 작업이 용이하게 수행되거나 또는 번거로운 버르 제거 작업이 필요하지 않게 된 다.
다시 도8을 참조하면, 코어 주형(300)이 코어-성형 상부 반부(301)와, 코어 성형 하부 반부(302)와, 루스 피스(loose piece, 310)와 같은 다수의 부분 주형 세그먼트로 구성된다. 이러한 부분 주형 세그먼트를 서로 각각 인접하게 접촉하도록 배열하는 것은 포트코어(200)가 형성되는 주형 공동(303)의 형성을 초래한다. 샌드 코어가 이 공동에 취입되고 포트코어(200)를 이루도록 적재된다.
본 실시예에서, 이동성 루스 피스(moveable loose piece, 310)와 같은 판이 도9a 및 도9b(번호 320은 샌드 코어가 취입되는 불로잉 포트를 나타냄) 및 도10에 도시된바와 같은 샌드-리디드 공동부(220)와 용융금속 스토퍼 샌드벽(221)을 형성할 목적으로 사용될 수 있다. 루스 피스(310)는 주형에 위치된 텀블판(100)의 흡기측 말단 단부(Tb)를 향하는 방향에서 자유롭게 이동할수 있도록 제조되고 흡기측 말단 단부(Tb)에 인접한 영역에서 코어샌드(210)의 오목부(220)를 형성하도록 샌드 리딩부(sand ridding portion, 311)를 갖는다. 또한, 용융 금속 스토퍼 샌드벽(221)형성를 위한 샌드 벽 형성면(312)이 루스 피스(310)와 함께 형성된다. 용융 스토퍼 샌드벽(221)은 용융금속이 포트코어(200)에 형성되는 샌드-리디드 공동부(오목부, 220)내로 유입되는 것을 방지한다.
특히, 루스피스(310)는 도9a 및 도9b에서 2점 쇄선으로 표시되고, 말단 단부를 갖는데, 이것은 도면의 좌측에 도시되고, 샌드 리디드 공동부(오목부, 220)에 대응하는 크기를 갖는 샌드리딩부(311)과 함께 형성된다. 루스 피스(310)는 테이퍼 형상으로 형성되는 상부면(311a)과 하부면(310b)을 갖는다. 루스 피스(310)의 하부면(310b)은 루스피스(310)가 코어 하부 반부(302)의 상부면에 대하여 자유롭게 활주 하도록 수평면으로 형성된다. 포트코어(200)가 주조되고, 루스피스(310)는 샌드 리딩부(311)가 텀블판(100)의 흡기측 말단 단부(Tb)와 인접하여 접촉하도록 하는 조건하에 위치되도록 설치된다.
도10b를 참조하면, 샌드벽 형성면(312)이 테이퍼 단부를 갖고 루스 피스(310)와 함께 형성된다. 도10c에 도시된 바와 같이, 샌드 벽 형성면(312)은 용융금속 스토퍼 샌드벽(221) 형성을 위하여 공간(S)을 이룬다(도6a 참조).
도11a 및 도11b를 참조하면, 포트코어(200)가 주조될 때에, 먼저, 텀블판(100)이 루스 피스(310)가 코어 형성 하부반부(302)의 후방으로 수축되는 상태에서 코어 형성하부 반부(302)의 레스트(333, rest)상에 설치된다.
이어서, 루스피스(310)는, 샌드 리딩부(311)의 말단 단부가 텀블판(100)의 흡기측 말단 단부(Tb)와 접촉하도록 방향(AR1)을 따라서 이동한다(도11c 참조).
다음에, 코어 형성 상부 반부(301)가 주형공동(303)을 형성하도록 코어형성 하부반부(302)위에 위치되고, 그곳에 샌드취입 포트(320)를 통하여 샌드 코어(210)가 취입된다(도11d 및 도11e 참조).
그 후에, 코어샌드(210)가 적재되고, 코어형성 상부 반부(301)가 코어 주형(300)의 분리를 위하여 개방된다. 이것이 일어나면, 루스피스(310)는 코어주형(300)이 분할되는 방향과 수직인 방향으로 이동하고(화살표 AR2로 표시됨), 코어형성 하부반부(302)로부터 분리된다(도9a 및 도9b 참조). 이것은 주조 포트 코어(200)를 코어 주형(300)으로부터 뺄 수 있게 한다.
루스피스(310)의 샌드 리딩부(311)에 의한 샌드 리디드 공동부(오목부, 220)와, 루스피스(310)의 샌드벽 형성면(312)에 의한 용융금속 스토퍼 샌드벽(221)과 함께 포트코어(200)가 형성된다. 또한, 샌드리디드 공동부(오목부, 220)는 루스피스(310)의 변위를 통하여 텀블판(100)의 흡기측 말단 단부(Tb)로부터 수평방향으로 연장되도록 형성된다. 여기에서, 도9b의 선B-B는 후에 이루어지는 가공면이다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 포트 코어(200)는 일정한 영역을 갖도록 설계되는데, 가공을 통하여 리디드(ridded) 되는데 비교적 쉽게 파손된다. 즉, 포트코어(200)가 용이하게 파손될수 있는 한 파트를 가지고, 가공이 되는 다른 파트를 가지므로, 포트코어(200)는 제품결함을 감소시키는 반면에 주조후에 보정(correct)하는 것이 용이하다.
도12를 참조하면, 주형 포트코어(200)가 실린더 헤드(10)를 주조하기 위하여 주형내에 설치된다. 주형(400)은 상부 반부(401)와 하부 반부(402)와, 측면 주형 세그먼트(403)로 이루어진다. 포트코어(200)는 하부 반부(402)와 측면 주형 세그먼트(403)사이에서 지지되고, 이들 주형 세그먼트(402, 403)가 상부 반부(403)로 덮힐때에 주형(400)이 내부적으로 실린더 헤드(10)를 주조하기 위하여 공동부(404)를 형성한다. 또한, 도면부호 405는 수냉 자켓 형성을 위한 코어를 나타낸다. 주형방법의 예로서 저압력 다이주조법(LPDC)를 들 수 있다.
이러한 조건하에서, 알루미늄 합금 등과 같은 금속을 (도시되지 않은) 취입포트를 통하여 주형 공동(404)내로 취입하면 도1에 도시된 실린더 헤드(10)가 주조된다. 이러한 취입동안, 포트코어(200)에 구비된 텀블판(100)은 용융금속에서 전달된 열로 인하여 열적으로 팽창된다.
본 발명의 실시예에서, 예각 단부 면(150)이 포트코어(200)가 파손되어지는 측면을 형성하는 흡기측 말단 단부(Tb)에 형성된다. 포트코어(200)로부터 볼수 있는 바와 같이, 포트코어(200)는 컷아웃(cutout)형으로 이루어지는 예각 단부 면에 인접한 영역을 갖는데, 용융금속으로부터의 열로 인하여 텀블판(100)이 열적으로 팽창되는때에 예각 단부 면(150)이 팽창하고 그러한 팽창으로 인한 잔류응력이 컷아웃부(C)주위에 집중하게 된다. 이것은 포트코어(200)의 파손이 예각 다면(150)에 형성된 흡기측 말단 단부(Tb)에 인접한 영역에 유입되거나 안내된다. 포트코어(200)의 파손으로부터 야기되는 버르는 주조후에 제품으로서 실린더 헤드(10) 내측에는 발생하지 않으나, 제품성능에 영향이 없는 흡기 매니폴드에 인접한 제품-프로화일 외측부(product-profile outside)에 발생한다. 따라서, 다음의 버르 제거 작업이 용이하거나 최종 작업과 동시에 버르가 제거되고 어떠한 버르 제거 작업이 필요하지 않다.
또한, 흡기측 말단 단부(Tb)에 인접한 영역에 포트코어의 얇은 벽이 형성되는 상태로 샌드 리디드 공동부(오목부, 220)와 포토코어(200)가 형성되는 것에 의하여, 흡기측 말단 단부(Tb)에 인접한 영역의 강도가 샌드 리디드 공동부(220)의 존재로 인하여 실린더측 말단 단부(Ta)에 인접한 영역의 강도보다 낮다. 이런 이유로, 용융금속의 열전달로 인한 텀블판(100)의 열적 팽창이 실린더측 말단 단부(Ta)로부터 흡기측 말단 단부(Tb)를 향하는 한 방향으로 제한 되는 것이 가능해진다. 텀블판(100)의 열적 팽창이 흡기측 말단 단부(Tb)에 집적되기 때문에 주조응력이 전술한 작용으로 커풀효과(coupled-effect)에 의해 예각측 말단 단부(Tb)에 인접한 영역에 집중되고, 이것은 예각 단부 면(150)에 형성된 흡기측 말단 단부(Tb)에 인접한 영역에 파손이 이루어 지도록 할수 있다. 이러한 구조를 통하여 코어의 파손으로 생기는 버르가 보다 제한된 영역, 즉, 제품-프로화일 외측 영역에서 발생하게 하여 뒤의 버르 제거 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 텀블판(100)의 열적 팽창이 존재하는 경우에도, 텀블판(100)이 실린더측 말단 단부벽에서 용융금속으로 캐스트-인 되고, 원하는 정확도로 중요한 위치를 형성할 수 있다. 따라서 텀블판(100)의 변위와 제품-프로화일 내측 파트에서 제품의 완만도(looseness)는 최소화되고 이것은 제품의 품질을 개선시킨다. 또한, 포트코어의 파손으로 생기는 버르가 제한된 영역에서 발생하고 이것은 그후의 가공작업에서 버르 제거 작업을 용이하게 한다.
도13a에 도시된 바와 같이, 텀블판(150)의 예각 단부 면(150)은 컷터와 같은 가공 공구가 통과하는 상부면(102a)의 반대 방향인 하부면(102b)에 형성된다. 예각 단부 면(150)과 가공공구 사이의 그러한 위치 관계로 텀블판(100)의 흡기측 말단 단부(Tb)의 연마와 같은 가공동안 가공저항이 감소되고, 이것은 텀블판(100)의 변형과 소음의 발생을 압도한다. 또한, 가공 공구가 통과하는 대향으로 구비된 편평면을 갖는 예각 단부 면(150)의 존재는 가공으로부터 발생하는 버르를 압도하게 한다.
본 발명에 따르면, 또한, 도13a의 것과 대향에 예각 단부 면(151, 도13b 참조)과 두께 방향으로 단부 면의 양측이 테이퍼된 예각 단부 면(152, 도13c 참조) 중의 어느 하나를 사용할수 있다. 이들 실시예의 어느 구조에서, 코어 파손(230)이 흡기측 말단 단부(Tb)에 유도되고 또한, 연속되는 가공동안 흡기측 말단 단부(Tb)를 가공할 때에 발생하는 가공저항을 감소시키고 변형과 소음의 발생을 방지할 수 있다.
반면에 도14에 도시된 바와 같이, 샌드 리디드 공동부(오목부, 220)를 형성시키는 루스 피스(310)의 변위로 인하여, 코어 주형(300)의 마모, 텀블판(100) 치수의 변화, 텀블판(153)의 흡기측 말단 단부(Tb)와 샌드 리디드 공동부(220) 사이의 샌드 코어(210)의 잔류부피(231)를 증가시킬 수 있는 가능성이 있다.
샌드 코어(210)의 저항이 흡기측 말단 단부(Tb)에 인접한 영역에서 증가할 때에 텀블판(153)상에 어떤 예각 단부 면도 형성되지 않는 기술을 통하여, 텀블판(153)은 흡기측 말단 단부(Tb)를 향하여 열적으로 팽창하고, 이것은 제품 프로화일 내측 파트의 내부에서 코어 파손을 이루고 이것은 다음의 버르 제거 작업을 성가시게 만든다.
반면에, 본 발명의 실시예에서, 샌드 코어(210)의 잔류 응력의 증가로 야기되는 샌드 코어(210)의 저항의 증가가 있는 경우에도, 제품변형 원인으로서 텀블판(100)의 열팽창으로부터 증가되는 응력이 예각 단부 면(150)의 말단 단부(Tb)에 집중된다. 이것은 예각 단부 면(150)을 구비한 포트코어(200)의 파손이 흡기측 말단 단부에 인접한 (Tb)측면에서 일어나도록 하고 그 뒤의 버르 제거 작업을 용이하게 수행할 수 있도록 한다.
따라서 본 발명은, 갑작스런 파열 또는 연속 공정에서 시간의 경과에 따른 열화(deterioration)로 인한 잔류 샌드 부피의 변화가 존재하는 경우에도 제품-프로화일 상에 어떤 역효과도 일으키지 않는 곳인 흡기측 말단 단부에 인접한 영역에 코어 파손을 안정적으로 유도할 수 있다.
또한, 본 발명이 텀블판(100)이 캐스트-인 대상판 부재로 사용되는 예시적인 구조로 기술되었지만, 본 발명은 이러한 구조에 제한되지 않고, 코어의 파손으로 발생하는 버르가 생기는 영역을 제한하고 따라서 뒤의 버르 제거 작업을 용이하게 하기 위하여 주조품의 주조동안 샌드 코어가 미리 설치되는 캐스트-인 대상판 부재를 광범위하게 사용할 수 있다.
2003년 10월 20일 출원된 일본국 특허출원 제P2003-359941호의 전체 내용이 여기에 참조를 위해 포함되었다.
본 발명이 전술한 실시예를 참조하여 기술되었지만 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 당업자에게 본 발명의 사상의 범위에서 다양한 변화와 변형이 가능하다. 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위를 참조하여 정해질 것이다.
본 발명에 의하면, 코어의 파손에서 야기되는 버르가 일정영역에서 발생하도록 하여 후 공정에서 버르 제거 작업을 용이하게 할 수 있다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 실린더 헤드의 주조를 위한 주형에 설치되는, 실린더 헤드의 흡기포트 형성용 흡기포트 형성 샌드 코어에 있어서, 상기 흡기포트 형성 샌드 코어는:
    샌드 코어 몸체; 및
    상기 샌드 코어 몸체에 미리 설치되고 실린더 헤드의 주조시에 캐스트-인(cast in)되어 흡기포트를 복수의 포트로 분할하는, 실린더 헤드의 흡기포트용 분할판을 포함하고;
    상기 분할판은:
    흡기측 말단 단부;
    실린더측 말단 단부;
    상기 흡기측 말단 단부와 실린더측 말단 단부 사이에 형성되는 분할 섹션;
    상기 분할 섹션으로부터 외측으로 돌출하여 주조가 수행될 때에 용융금속에 의해 캐스트-인 되는 한 쌍의 측면 에지를 포함하고,
    상기 분할 섹션의 흡기측 말단 단부와 실린더측 말단 단부 중의 적어도 하나가, 상기 샌드 코어 몸체에서 파손을 촉진시키기 위한 예각 단부 면을 포함하고,
    상기 샌드 코어 몸체가 샌드 코어 몸체 부분의 두께를 감소시킴으로써 형성되는 오목부를 포함하는, 흡기포트 형성 샌드 코어.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분할판은 두께 방향으로 단부 면들을 갖고, 흡기측 말단 단부에서 상기 단부 면들 중 하나에 상기 예각 단부 면이 형성되고, 반대 방향의 상기 단부 면의 다른 하나에 가공 공구가 도입되도록 하는, 흡기포트 형성 샌드 코어.
  6. 실린더 헤드 몸체;
    샌드 코어 몸체 부분의 두께를 감소시킴으로써 형성되는 오목부를 포함하는 샌드 코어 몸체를 구비한 흡기포트 형성 샌드 코어에 의해 형성되는 흡기포트; 및
    상기 흡기포트를 복수의 포트로 분할하도록, 상기 샌드 코어 몸체에 미리 설치되어 실린더 헤드의 주조시 캐스트-인 되고, 또한 흡기측 말단 단부, 실린더측 말단 단부, 상기 흡기측 말단 단부와 실린더측 말단 단부의 사이에 형성된 분할 섹션, 및 상기 분할 섹션으로부터 외측으로 돌출되어 주조가 수행될 때에 용융금속에 의하여 캐스트-인 되는 한 쌍의 측면 에지를 구비한 분할판을 포함하고,
    상기 분할 섹션의 흡기측 말단 단부와 실린더측 말단 단부 중의 적어도 하나가 예각 단부 면을 구비하고,
    상기 분할판의 예각 단부 면과 상기 샌드 코어의 오목부가, 상기 흡기측 말단 단부에 인접한 영역에서, 상기 흡기포트 형성 샌드 코어의 파손에 기인하는 버르(burr)를 유도하는, 엔진의 실린더 헤드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분할판이 두께 방향으로 단부 면들을 갖고, 흡기측 말단 단부에서 상기 단부 면들 중 하나에 상기 예각 단부 면이 형성되고, 반대 방향의 상기 단부 면의 다른 하나에 가공 공구가 도입되도록 하는, 실린더 헤드.
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