KR100769202B1 - 내연기관 피스톤의 환형 냉각 튜브를 형성하기 위하여 캐리어 후프 내에 조립 및 용접되는 금속 시트 링의 장착 방법, 및 캐리어 후프와 조립된 핀 금속 시트 링의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

장착부는 단면이 실질적으로 "U"자 형상인 금속 시트 링으로 구성되고, "U"자의 분기부의 자유 말단은 캐리어 후프의 내면에 형성된 환형 시트에 이 환형 시트의 내부 에지의 만곡부와 일치된 상태로 위치 및 결합되며, 상기 서포트 및 커플링은 상기 환형 시트를 따라 연장되며 상기 캐리어 후프의 몸체 상에 위치된 각각의 환형 용접 비드에 의하여 밀봉되어, 내면이 금속 시트 링으로 구성되는 내부 환형 냉각 튜브가 형성되고 캐리어 후프의 내부 직경방향 면이 두 개의 환형 시트 사이에 연장된다. 상기 방법은 원하는 두께의 편평한 금속 시트를 준비하는 단계, 상기 금속 시트를 원형 디스크 형상으로 커팅하는 단계, 상기 디스크 상에 스탬핑에 의하여 분기형 핀의 접힌 에지를 갖는 원주 벽을 생성하는 단계, 상기 원주 벽 생성 단계에서 구성된 부분 상에 스탬핑에 의하여 상기 원형 저면을 커팅 및 제거하는 단계, 상기 커팅 및 제거 단계에서 구성된 링을 취하고, 상기 제1의 분기형 핀에 이미 존재하는 에지에 대향하는 원형 에지 상에 스탬핑에 의하여 분기형 핀의 제2 접힌 에지를 형성하는 단계를 포함한다. 얻어진 상기 금속 시트 링은 분기형 핀이 미리 형성된 상이한 설계에 대응하는 단면이 "C"자 형상인 금속 시트의 일체로 된 몸체로 구성된다.

장착, 금속 시트 링, 분기부, 캐리어 후프, 환형 금속 시트, 내부 에지, 만곡부, 환형 용접 비드

Description

내연기관 피스톤의 환형 냉각 튜브를 형성하기 위하여 캐리어 후프 내에 조립 및 용접되는 금속 시트 링의 장착 방법, 및 캐리어 후프와 조립된 핀 금속 시트 링의 제조 방법 {METHOD OF A MOUNTING OF A METAL SHEET RING ASSEMBLED AND WELDED IN A CARRIER HOOP, TO CONFORM THE ANNULAR COOLING TUBE OF A PISTON OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE, AND METHOD TO MANUFACTURE A FIN METAL SHEET RING ASSEMBLED WITH A CARRIER HOOP}

본 발명의 주요 목적은, 본 명세서에 개시된 특정 조건에 있어서, 냉각 튜브의 불침투성의 안전성이 크게 향상되는 내연기관 피스톤의 환형 냉각 튜브를 형성하기 위하여 캐리어 후프 내에 조립 및 용접되는 금속 시트 링의 장착 방법, 및 캐리어 후프와 조립된 핀 금속 시트 링의 제조 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 일반적으로 냉각 갤러리라고 불리는 내부 냉각 튜브에 일치되도록 내연기관 피스톤에 결합될 수 있는, 캐리어 후프 내에 조립 및 용접되는 금속 시트 링 장착에 관한 것이다.

본 발명은, 일단 캐리어 후프 내에 조립 및 용접되면, 냉각 갤러리라고 또한 불리는 내부 냉각 튜브를 형성하는 내연기관 피스톤의 몸체에 결합되는 유형의 핀 금속 시트 링을 제조하는 방법에 관한 것이다.

공지된 바와 같이, 내연기관, 특히 디젤 엔진에 사용되는 피스톤은 심한 열 및 상당한 기계적 강도에 내성을 가져야 하므로, 이들 피스톤이 연소 충격의 압력 및 발생될 열로 인하여 큰 부하를 받을 때와 같은 심한 조건 하에서 내구성이 요구된다.

따라서, 피스톤의 상단 후프가 내장되는 환형 배관에 대체로 인접하여 위치되는 내부 냉각 튜브를 포함으로써, 일반적으로 오일인 냉각 유체가 피스톤 및 피스톤의 후프가 노출되는 높은 온도의 작용에 대항하도록 상기 내부 튜브를 순환하는 여러 가지 유형의 피스톤이 공지되어 있다. 상기 작용이 효과적이 되도록, 냉각로는 압착 후프를 포함하는 배관에 가능한 근접하여 위치되는 것이 필요하다.

실제로, 상기 심한 열 조건 및 기계적 응력으로, 전술한 이유 때문에, 손상또는 장애를 일으킬 수 있는 소정 강도를 피스톤의 소정 부분이 받을 수 있다. 가장 영향을 미치는 영역 또는 경로의 냉각은 냉각 오일이 순환될 수 있는 내부 냉각 갤러리를 구성하는 전술한 내부 냉각 튜브를 형성할 수 있다.

상이한 유형의 구조 및 설계로 한정된 이들 냉각 튜브를 제조하는 여러 가지 기술이 개발되었고, 상기 튜브는 대체로 환형이고 피스톤 몸체의 내부 공간을 향하여 연장되는 다른 튜브와 연통할 수 있다.

본 발명의 장착은 내연기관의 알루미늄 합금 피스톤에 응용가능하고, 상기 유형 중 한 가지는 상단 원형 헤드(피스톤 헤드) 및 상기 헤드로부터 하측방향으로 연장되는 원통형 벽을 갖는다. 이 경우, 헤드 내에 배열되며, 피스톤 몸체의 샤프트와 동축으로 반경방향으로 연장되는 캐리어 후프로 구성되는 환형 냉각 튜브를 형성하고, 상기 캐리어 후프에 조립 및 용접되며, U자와 유사하거나 또는 균등한 단면을 갖는 금속 시트 링을 지지하는 금속 인서트를 또한 포함한다.

본 발명은 특히 금속 시트 링을 캐리어 후프 상에 부착 및 결합시키는데 사용되는 기지있는 장착 리소스에 관한 신규성을 제공하는 것으로서, 상기 장착은 열 팽창으로 인한 차이 때문에 응력을 사용하지 않고 용접 비드에 간편한 서포트를 제공하면서 링을 제자리에 위치시키고 용접 전에 캐리어 후프 상에 확실하게 고정시킨다.

본 발명에 따른 장착의 장점은 특히 계속적인 용접 비드의 응용에도 결합 비용이 적게 들고 효율성 및 안전성이 높으므로 구성품 양자가 밀착 결합될 수 있다.

일반적으로, 피스톤 몸체는 알루미늄으로 구성되고, 태핑 전에, 상기 냉각 튜브가 피스톤 몸체 내에 배열되도록 구조 다이 내에 위치된 인서트가 되도록 성형 제조된다. 상기 인서트는 니켈 및 구리로 일반적으로 주조된 철로 구성된 캐리어 후프 및 핀이 상기 캐리어 후프의 자유 말단에 용접되어 배열된 U자 형상의 단면을 가진 금속 시트 링을 포함한다. 따라서, 피스톤의 일체성 및 그 구조가 유지된다.

따라서, 벽이 U자 형상 또는 이와 균등한 형상의 상기 금속 시트 링 및 용접으로 사전에 함께 결합된 캐리어 후프의 내부 반경방향면으로 구성된 내부 환형 튜브가 제공된다. 피스톤 성형 제조 공정 시 실행되는 알루미늄 태핑 도중에 냉각 튜브의 내부로 재료가 확실하게 유입되지 않도록 효과적인 접합부를 형성하는 것이다. 금속 시트 링과 캐리어 후프 사이에 효과적인 접합부를 달성하기 위하여, 밀봉 용접을 기밀적으로 하여, 튜브 내부로 알루미늄이 유입되고 태핑 공정 도중에 유출되는 고온 가스가 내부로부터 액체 알루미늄으로 확실하게 배출되지 않도록 하 는 것이 중요하다.

상기 용접이 기밀적으로 되는 것을 확보하기 위하여, 금속 시트 링은 이러한 용접에 영향을 미칠 수 있는 응력을 지지하지 않고 각각의 캐리어 후프에 결합시키는 것이 매우 중요하다. 따라서 매우 정밀한 치수를 갖고 최종 구성품이 용접 공정 도중에 캐리어 후프에 응력을 지지하지 않는 금속 시트 링을 제조하는 것이 매우 중요하다.

상기 환형 튜브는 여러 가지 포맷 및 설계 옵션을 생각할 수 있고, 상기 옵션은 냉각 튜브를 포함하는 피스톤이 갖는 최종 용도에 따라야 한다. 수많은 상기 여러 가지 설계는 핀 금속 시트 링 포맷의 변형예에 의하여 실현된다.

본 발명은 구체적으로 상기 핀 금속 시트 링을 제조하는 새로운 방법에 관한 것으로서, 최종 포맷 설계 변형예의 전술한 옵션 또한 포함된다.

전술한 바와 같이, 피스톤에 적용된 여러 가지 인서트는 상기 환형의 냉각 튜브를 제공하기 위하여 이미 공지되어 있다. 안전성 및 내성 성능에 대한 요구 조건을 충족시키기 위하여 소정의 제조 방법 또한 개시되어 있다.

이를 위하여, 다음의 특허, 예를 들면, 미합중국 특허 제4,776,075호, 제4,586,553호, 또는 제3,991,811호를 참조하며, 이들 특허에는 내부 환형 냉각 갤러리를 가진 각기 다른 설계의 피스톤에 대하여 개시되어 있다.

또한, 본 출원인은 엔진 피스톤용의 그루브를 가진 중공 인서트를 제공하는 방법 및 장치에 관해 개시된 미합중국 특허 제5,903,974호를 참조하였으며, 상기 후프는 후프 슬롯에 인접한 냉각로용 내부 배관을 구성하도록 상단 또는 피스톤 헤드에 근접하여 배열된다. 따라서, U자 형상의 단면을 갖는 금속 시트 링 및 성형 캐리어 후프를 포함하는 구조체가 형성된다. 성형 캐리어 후프는 고내성 재료로 제조되고, 피스톤 몸체와 동일한 열팽창계수를 갖는 것이 바람직하다. 상기 부재 양자 모두는 용접 비드에 의하여 결합되고, 상기 비드는 U자 형상의 단면을 갖는 링의 외부 및 상기 캐리어 후프의 내부 반경방향 면을 고정시킨다. 따라서, 냉각 액체 순환용으로 조정된 튜브는 캐리어 후프의 상기 내부 반경방향 면 및 U자 형상의 단면을 갖는 금속 시트 링 중 하나에 의하여 형성된다.

이 경우, 사용 시 용접 비드에 의하여 결합된 이들 부재의 상대 운동 때문에 원하지 않는 균열이 발생하지 않도록 냉각 튜브를 정확하게 조정하는 상기 두 개의 부분의 상호 결합에 필요한 정밀도가 특히 단점이다.

실제로, 미합중국 특허 제5,903,974호에는 캐리어 후프의 내경이 조립될 금속 시트 링의 U자 분기부의 자유 말단의 직경보더 약간 작아야 하는 것으로 개시되어 있다. 결합체를 형성하도록, 캐리어 후프는, 이와 같이, U자 형상의 단면을 갖는 상기 시트가 압착하여 용접 작업 도중에 캐리어 후프가 제 자리에 위치되도록 미리 가열하여 내경을 팽창시켜야 한다.

베이스 또는 배킹 중 어느 것도 갖지 않는 상기 용접은 실행하기가 매우 곤란하다. 이것은 매우 고가의 조작 비용이 드는 복잡한 방법에 의해서만 가능하다.

또한, 조립될 경로는 어떤 경우이건 발생되는 끼워맞춤 공차가 항상 유지되도록 매우 낮은 공차로 기계 가공되어야 한다.

즉, 부분을 원하는대로 안정적으로 배치시키기 위하여 열 팽창이 사용되고, 이것은 또한 고비용이 드는 외에, 부분의 상기 결합이 적절하게 실행되지 않는 경우 피스톤을 사용하는 도중에 발생되는 장력으로 인해 원하지 않는 균열을 야기할 수 있는 위험이 있다.

전술한 바와 달리, 본 구조체는 여러 가지 요구 조건에 따른 다른 단면 포맷의 수많은 피스톤 설계가 존재하므로 냉각 튜브의 구성을 매우 제한적인 U자 형상의 단면을 갖는 평행면 패턴으로 한정시킬 수 있다.

이들 모든 실시예의 주요 과제는 매우 양호한 어셈블리 달성 및 U자 형상의 단면을 갖는 금속 시트를 캐리어 후프의 내면 상에 배치하는 것을 포함하고, 이것은 특히 미리 실행해야 되는 배치 및 또한 용접하는 어셈블리 작업에 있어서는 더 곤란하고 대체로 비용이 많이 든다.

상기 장착에 있어서는, 구성품 양자의 결합체를 정하는 용접 비드용 배킹 피팅이 필요하지 않고, 상기 공정은 실행이 곤란하고 요구되는 기밀성이 불안정한 것으로 특히 언급되어 있다.

상이한 특허 문서에서 상기 문제에 접근하고 있고, 그 중 한 가지는 평탄한 원형 크라운 형상의 금속 시트가 캐리어 후프가 상기 효과를 제공하는 환형의 캐버티 상에 위치되어 있는 구조에 대하여 개시된 DE 26 24 412(US 4,120,081)이다. 금속 시트는 후프에 겹쳐있고 적절한 도구로 내부에 조정된다. 다음에, 접촉 에지에 용접을 가하여 결합체를 밀봉한다.

상기 장착의 단점 또는 불편함은 금속 시트가 용접 전에 견고하게 조정되는 것을 방지하는 캐리어 후프의 몸체 자체에 의하여 폴딩의 조정이 제한된다는 점이다.

금속 시트는 용접 공정 전에, 상기 캐리어 후프의 몸체에 대하여 적당하게 압착하면서 원하는 위치에 적절하게 조립되는 것이 확보될 수 없다.

상기 특허에는 특히 본 출원을 고려한 다음의 4가지 양태에 대하여 개시되어 있지 않는 것이 확실하다.

말단(6, 7)을 갖는 금속 시트 링(5)이 용접에 의하여 밀봉에 영향을 미치는 응력을 지지하지 않고 노치 또는 얕은 리세스(4)에 걸쳐 적합하게 배치된다. 즉, 상기 링이 상기 리세스(4)의 시트 상에 최종적으로 위치될 때까지 핀(7)의 접는 공정에 의하여 발생되는 재료에 일반적으로 발생하는 응력을 제거하는 방법은 개시되어 있지 않다.

서포트 후프와 직각인 직선 핀을 가진 설계가 아닌 금속 시트 링의 다른 U자 형상의 단면을 갖는 설계를 얻는 방법에 대하여는 개시 또는 제안된 것이 없다.

상기 종래 기술에서는 여러 가지 요구 조건에 따른 유사한 단면을 갖는 수많은 피스톤 설계가 있으므로 매우 제한적인 평행면을 갖는 U자 형상의 단면을 갖는 구성에 한정되는 냉각 튜브에 부합되는 방식을 단지 부분적인 방식으로 개시되어 있다는 점에 특히 유의해야 한다.

전술한 특허 문서에 개시된 설명에서는 금속 시트 링의 말단(6, 7)을 용접 전에 견고하게 조정하고 적절하게 위치시키는 확실한 방법에 대하여는 개시되어 있지 않다. 최종 장착에 있어서, 용접 공정 전에, 정확하게 결합되고 임의 종류의 용접도 허용되도록 하기 위하여 상기 말단(6, 7)의 치수 정밀도를 높이는 것이 필수적이라는 점에 특히 유의해야 한다. 그렇지 않으면, 용접에 미미한 틈이 발생하게 되어 밀봉이 불완전하게 된다. 캐리어 몸체(1)가 링의 형상화를 위한 서포트로서 사용되기 때문에, 상기 금속 시트 링의 자유 말단의 최종 치수를 조정할 수 없다.

금속 시트 링의 단면을 도 4에 도시된 바와 같이 U자 형상의 단면을 갖도록 하기 위하여, 재료 변형을 크게 발생시키기 때문에 윤활유를 사용하는 것이 요구되는 스탬핑 공정이 필요하다는 사실에 유의하는 것이 매우 중요하다. 윤활유는 합치되는 핀의 두께에 크게 작용함으로써 발생된 커다란 마찰을 방지하고 구성 다이의 수명을 보장하기 위하여 필요하다.

그러나, 윤활유가 거의 사용되지 않지만, 사용된 윤활유는 서포트 후프 상에 밀봉부를 형성하는 용접 공정에 바람직하지 않게 영향을 미친다는 것이 문제이다.

윤활유는 서포트 후프 및 금속 시트 링 양자 모두의 벽을 오염시킨다. 윤활유는 용접 작업, 및 피스톤 내로 붓기 전에 실행되는 후속되는 알루미늄조(앨핀화 또는 알루미늄화)에 오염 물질이 생기는 것을 확실하게 방지하기 위하여 용접 이전에 세척 및 건조에 의하여 제거되어야 한다.

그러나, "세척"에 있어서, 두 가지 문제, 즉 a) 세척된 면, 즉 링 및 금속 시트 링 양자 모두의 내부 링에 영향을 미침으로써 후속의 "알루미늄화"에서 상당한 결함을 발생시키고, b) "세척"은 환경을 오염시키는 공정이기 때문에 현재는 허용되지 않는다는 문제가 있다.

이러한 이유로 상기 장착 수단은 폐기되었고, 미합중국 특허 제6,105,540호, 제5,903,974호, 제4,776,075호, 제4,586,553호 및 일본국 특허 JP-A-5-231539, 6-210383에 개시된 바와 같은 다른 해소책을 강구하고 있다.

미합중국 특허 제6,105,540호는 또한 종래 기술의 일부이고, 서포트 캐리어 후프에 용접된 금속 시트에 의하여 합치된 냉각 튜브를 포함하는 내연기관에 응용가능한 냉각 환형 장착부에 대하여 개시되어 있다.

상기 미합중국 특허에 소개된 신규성은, 이 경우 U자 형상의 단면을 갖는 금속 시트는 캐리어 후프의 내부 환형면 상에 압착된 상태로 유지되고 후프와 냉각 튜브 사이의 온도차에 의하여 수축되지 않는다. 즉, 팽창 차이는 캐리어 링 내에 금속 후프의 장착을 고려하지 않았다는 점이 전술한 실시예의 장점이다.

상기 미합중국 특허 제6,105,540호의 목적은 용접 공정 전에 캐리어 링 상에 금속 후프의 적절한 배치를 확실하게 하기 위하여 냉각 튜브를 조정하는 인서트를 제공함으로써, 캐리어 후프와 금속 시트 링 사이에 견고하고 확실한 용접 조인트가 형성된다.

상기 발명에서는 온도차의 적용이 생략될 수 있는 것으로 언급되어 있지만 금속 시트 링 상에 온도를 가하는 도구를 사용하여 정밀하고 안정적인 어셈블리가 제공되어야 하는 것으로 제안하고 있다.

상기 미합중국 특허 제6,105,540호에 개시된 기본 아이디어는 용접 공정이 적절하게 실행될 수 있도록 후프의 내부 반경방향 면에 맞대어 소정의 압력을 유지하면서 캐리어 후프 내에 시트의 배치를 보조하도록 금속 시트의 "소정의 탄성" 성 질을 이용하는 것이다.

이로써 캐리어 후프의 내면과 금속 시트 링의 U자 형상의 분기부 사이의 각도는, 상기 각도가 지나치게 큰 경우, 장착이 전술한 "탄성"의 이득을 얻지 못하기 때문에 45도 이하로 되어야 한다.

상기 장착 구성 원리로부터, 자체를 분석함으로써 공지된 장착에 비하여 바람직하지만, 본 발명의 장착을 명확하게 극복하는 일부 단점이 나타날 수 있다.

실제로, 미합중국 특허 제6,105,540호에 개시된 장착에 있어서, 금속 시트 링에 형성되는 U자 형상은 캐리어 후프의 내면 상에 가해지는 압력이 정확한 배치를 방해하기 때문에 대칭으로 되어야 하는 것으로 제안하고 있다.

또한, 금속 시트 링을 형성하는 채널의 벽이 압착 응력을 항상 유지해야 한다는 조건이 상기 배경을 한정하는 것으로 생각된다. 상기 조건이 용접 공정 이전 및 도중에 부합되지 않는 경우, 상기 공정은 영향을 받을 수 있다.

또한, 금속 시트 링의 U자 형상의 핀 양자 모두는 이들 핀을 지지하는 캐리어 후프 내면의 평면에 대하여 45도 이하의 각도를 이루어야 한다는 조건에 한정되는 것으로 생각할 수 있다.

캐리어 후프의 내면은 금속 시트 링과 일치되는 U자 형상의 핀의 말단을 위한 절두 원추 시트를 발생하지 않아야 한다는 조건에 한정된다는 점에 유의해야 한다.

캐리어 후프에는 핀의 자유 말단과 서포트 후프의 내면 사이의 직경 차이가 최소로 유지되어야 하기 때문에 금속 시트 U자 형상 핀의 자유 말단에 대하여 시트 단차를 형성하는 한 쌍의 내부 반경방향 면이 존재하지 말아야 한다는 점에 특히 유의해야 한다. 상기 단차가 존재하지 않는 경우, 핀은 확실하게 고정되어 있지 않은 서포트없이 용접된다.

특허 제6,105,540호에 개시된 장착으로 달성되는 어셈블리로 실행될 때마다, 상기 어셈블리를 고정시키는 용접 비드는 금속 시트 링의 U자 형상의 핀의 자유 말단의 서포트가 줄어든 면을 갖기 때문에 안정적인 배킹을 갖지 않고, 이 경우 용접은 많은 재료를 공급함으로써 단지 실행될 수 있다.

따라서, 온도 변화로 인해 발생될 수 있는 형성된 압착 응력에 대한 임의의 변경은 용접 비드에 직접적으로 영향을 미친다.

상기 종래의 기술에 있어서, 이들 금속 시트 링을 제조하는 공정을 개시하는 배경이 있다.

일본국 특허 JP-A-5-231539는 상기 기술의 배경이 되고, 상기 특허에는 금속 시트 링의 말단과 서포트 후프의 내부를 용접하여 결합되는 U자 형상의 단면을 가진 금속 시트 링 및 성형 서포트 후프를 포함하는 구조체에 대하여 개시되어 있다.

상기 특허에는 금속 시트 링이 피스톤 몸체의 재료와 동일한 열 팽창계수를 갖는 금속 시트를 회전시킴으로써 형성되는 것으로 개시되어 있다.

실제로, 켄지 나카지마에게 허여된 미합중국 특허 제5,903,974호에 또한 개시된 바와 같이, 롤링 제조 기계를 사용하여 만곡된, 예를 들면, 폭 18mm, 길이 290mm, 두께 0.6mm의 스텐인레스 시트강으로 제조된 U자 형상의 단면을 가진 금속 시트 링이 현재까지 제조되었다. 일단 만곡되면, 상기 시트는 원형 단면의 탬플레 이트 상에 위치되고 자신의 자유 말단이 용접되어 원형 링을 구성한다. 이들 회전 제조 기계에 의하여, 상기 링은 U자형 단면을 얻는다.

전술한 바와 같이, 일본국 특허출원 JP-A-6-210383에는 만곡된 시트의 자유 말단을 용접하여 얻어진 원통형 시트는 롤 제조 기계에 권취되어 원형 칼라의 U자 단면 포맷으로 형성된다. 다음에, 상기 칼라는 후프의 내경에 따라 소정의 직경을 얻도록 회전 기계에 배열된다. 다른 단계에서, 링 형상의 시트는 상기 공정 도중에 형성된 원형의 칼라 말단의 에지로부터 거친면을 제거하는 기계를 통과한다.

미합중국 특허 제5,903,974호에는 상기 시트 금속 링을 제조하는 종래의 기술로서 롤, 회전 장치 및 커팅 장치(표면의 거친 부분 또는 불균일한 부분을 제거하기 위한 연마 장치)의 세 가지 상이한 기계를 사용하는 기술에 관하여 또한 개시되어 있다. 이들 기계는 조립되지는 않고 넓은 공간에 하나씩 차례로 배치된다. 이는 설치 비용이 많이 든다는 걸 나타낸다. 나카지마의 특허에는 종래의 기술로는 금속 시트 링이 효과적으로 제조될 수 없는 것으로 개시되어 있다.

미합중국 특허 제5,903,974호에 개시된 신규성은, 다이가 이동 위치에 있는 원통형 후프와 함께 회전하는 동안, 롤이 U자형 포맷을 후프에 제공하는 칼라를 형성하는 상기 후프 상에 압력을 가하도록 원통형 후프를 수신 장치 슬롯 내에 위치시키는 단계를 포함하는 상기 금속 시트 링의 제조 기계를 제공하는 것이다. 이렇게 실행된 각각의 링은 커팅 기계가 자유 에지 상에 작용하여, 링을 지지하는 다이가 회전하는 동안, 일어날 수 있는 접힌 부분 및 거친 에지를 제거하며 에지를 매끈하게 하도록 배열된다.

상기 미합중국 특허 제5,903,974호에는 하나의 단일 기계로 금속 시트 링을 충분히 형성할 수 있는 신규성이 개시되어 있다. 즉, 3대의 기계를 사용하던 방법이 이제는 1대의 기계로 달성될 수 있고, 제조 방법 및 단계는 전술한 일본국 특허에 개시된 내용과 기본적으로는 여전히 동일하다. 따라서, 이것도 비용이 많이 들고 수많은 공구를 필요로 한다.

또한, 직선 핀을 가진 U자 형상의 링을 제조하도록 특별히 설계된 기계 및 공정에 관한 것이다. 다른 형상 및 단면을 필요로 하는 경우, 각 경우 용도로 특별히 설계된 다른 구성의 다이를 도입해야 하고, 이로써 제조 비용이 상당히 증가하게 된다.

또한, 각각의 경우, 원통형 링을 U자 형상의 링으로 변경시키는 압력 롤을 구비한 회전 다이와 결합된 공정에 관한 것이다.

또한, 상기 상세 모두는 자신들의 자유 말단이 용접되는 만곡된 시트로 구성된 원통형 링에 관한 것이다.

또한, 미합중국 특허 제1,428,777호에는 상기 링이 본 출원에서 언급하는 응용이나 목적에 적합하지 않을 수 있으나 금속 시트 링을 형성하는 최종 단계에 관하여 개시되어 있다.

또한, 상기 특허에 개시된 방법으로는, 본 출원에 개시된 바와 같은 장착에 필요한 금속 시트 링을 형성할 수 없다.

실제로, 종래 기술을 분석하는 경우, 개시된 형성 방법은 도 3 및 도 4를 참조해 볼 때 칼럼(1, 2)(라인 53 내지 57)에 명료하게 개시되어 있다. 특히 마지막 스테이지(라인 53 내지 57): "도 3에 도시된 부재 또는 요소를 형성한 후, 와셔(6)를 실린더(9) 상에 플랜지(10)에 맞대어 위치시킨 다음, 실린더를 선회시켜 도 4에 도시된 바와 같은 개스킷을 완성한다."

전술한 바와 같이, 상기 와셔(6)는 링의 내부에 개스킷의 일체부로서 위치된다. 따라서, 와셔(6)를 제거할 수 없다.

상기 와셔(6)는 링을 형성하는 내부 다이로서 작용한다는 점이 명확하다.

상기 와셔(6)는 링이 냉각 유체가 통과하며 자유롭게 순환할 수 있는 튜브 또는 폐쇄된 갤러리의 횡방향 벽에 일치하도록 가해지는 것을 방지하도록 링의 내부 공간을 점유한다는 점이 명확하다.

전술한 바와 같이, 본 명세서에 언급한 장착은 상단의 원형 헤드(피스톤 헤드) 및 상기 헤드로부터 하측방향으로 연장되는 원통형 벽을 갖는 유형의 내연기관용 알루미늄 합금 피스톤에 응용가능하다. 상기의 경우, 상기 헤드는 헤드 내에 배열되며, 피스톤 몸체의 샤프트와 동축이며 반경방향으로 연장되는 캐리어 후프로 구성된 환형의 냉각 튜브를 형성하고, 상기 캐리어 후프에 조립 및 용접된 U자와 유사한 단면을 가진 금속 시트 링을 지지하는 금속 인서트를 또한 포함한다.

본 발명에 따른 신규성은, 특히 바인딩용으로 사용되는 공지된 장착부 리소스 및 캐리어 후프 상의 금속 시트 링의 어셈블리에 관한 것으로서, 상기 어셈블리로 인하여 링은 열 팽창의 차이로 인한 응력을 사용하지 않고 매우 간편하고 확실한 배킹을 용접 비드에 제공하면서 확실하게 제위치에 유지되고 용접하기 전에 캐 리어 후프 상에 고정된다.

따라서, 금속 시트 링의 핀이 이들을 설계하는데 사용된 각도에 상관없이 매우 정밀하게 위치되도록 미미한 최종 변형만을 필요로 하는 장착이다.

임의 종류의 윤활유없이 후속하는 용접 공정이 오염물질이 없는 면, 즉 금속 시트 링 및 서포트 후프 양자 모두에 확실하게 실행되는 건조하고 세균이 없는 조건으로 완전하게 장착됨으로써, 알루미늄화 및 알루미늄 합금 피스톤의 후속하는 캐스팅이 효과적이 된다.

임의의 종류의 세척 등이 필요없이 최종적으로 청결하고 세균이 없는 부분으로 결합되는 장착이다.

본 실시예가 이미 공지된 기술에 비하여 우수한 제1의 신규성은 캐리어 후프가, 금속 시트 링의 환형 에지 경로 각각의 시트용으로 직경방향 면에 형성된 지지면 및 축방향 면에 형성되는 지지면을 제공한다는 점이다. 서로에 대하여 각도를 구성하는 캐리어 후프의 내면인 지지면 양자 모두의 직경은 이들 양자 사이에 형성되는 동일한 후프의 내면 직경보다 더 크다.

상기 구성 원리로부터, 본 발명은 상기 시트가 원하는 금속 시트 링이 원뿔대를 구성하는 핀을 갖는 경우(각도 설정에 대한 제한없이)에 경사진 배향을 나타낼 수 있다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 상기 금속 시트 링 시트를 형성하는 이들 면은 후프의 내부 공간을 향하여 연장되는 경로에 의하여 서로 분리된 상태로 배열되고, 이로써 냉각 튜브의 내면 중 하나가 일치된다.

전술한 바와 같이, 용접 비드를 일부분으로서 지지하도록 이중 지지 시트가 형성된다는 점이 명백하다.

이것은 캐리어 후프 상에 금속 시트 링을 장착하기 위한 신규의 구조적인 해소책 때문에 바람직할 수 있다. 실제로, 적절하고 안정적인 장착을 위하여, 링은 최종 포맷없이 캐리어 후프 몸체에 제공되어 배치된다.

U자 형상의 단면을 가진 핀 중 하나가 다른 하나보다 더 큰 각도로 개방되는 소정의 링이 형성된다. 따라서, 핀 하나의 자유 말단의 직경은, 적어도, 상기 핀이 정지하는 캐리어 후프의 내면 직경과 유사한 반면, 다른 핀의 자유 말단 직경은 상기 핀이 정지하는 캐리어 후프 내면 직경보다 실질적으로 더 작다.

따라서, 소정의 링이 위치될 때, 핀 중 하나는 시트 위치에 배열되는 한편, 다른 하나는 직경이 작은 시트와 약간 분리된 상태를 유지한다. 적절한 공구를 사용하여, 링에 압착 작용을 가하여 상기 핀이 캐리어 후프의 대응하는 시트에 위치되어 정지될 때까지 상기 핀을 개방시킨다.

이미 실행된 시험에서는, 전술한 바와 같이, 상기 장착은 금속 시트 링이 응력없이 배치된 상태로 유지될 때, 매우 효과적이고 용접 공정이 실행될 수 있도록 매우 안정적인 것을 알 수 있다. 이상적인 배치는 결합될 때 열 팽창 및 원하지 않는 응력을 발생시키지 않고 달성된다.

본 발명의 장착은 금속 시트 링의 형상 또는 단면이 전술한 방식으로 링 프리폼을 발생시키는 구조상의 조건을 도입함으로써 캐리어 후프에 결합할 수 있도록 상이한 설계 및 치수에 응답할 수 있고, 추가적 및 최종 용접 공정을 위한 원하는 조건으로 장착을 실행할 수 있다는 점에 특히 유의해야 한다.

따라서, 본 발명의 장착은 U자 단면 또는 균등물의 금속 시트 링을 장착할 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이며, U자 형상의 핀은 이들을 바인딩하는 크로스 웹을 갖는 예각을 형성하고, 이들은 한 곳으로 모이는 핀이다.

본 발명은 핀 중 하나가 다른 하나보다 더 긴 금속 시트 링을 형성될 냉각 튜브의 폭이 캐리어 후프의 높이 또는 두께보다 더 크게 장착할 수 있다는 점에 또한 유의해야 한다.

본 발명의 장착에 있어서, 핀의 자유 말단을 지지하도록 캐리어 후프에 의하여 형성되는 시트는 어셈블리의 수평면, 즉 원뿔대 시트와 평행이거나 또는 경사질 수 있다는 점에 또한 유의해야 한다.

본 발명의 장착에 있어서, U자 단면의 금속 시트 또는 균등물이 상이한 비율 및 각도를 가진 상이한 곡률각을 갖는 핀으로 형성될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

본 발명의 장착에 있어서, "U"자 형상의 단면을 갖는 금속 시트 또는 균등물은 냉각 튜브가 캐리어 후프의 대칭 축에 대하여 정렬되지 않은 상태로 배열되도록 설계될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

시트 핀의 이중 서포트는 제3의 재료 공급 유무에 상관없이 임의 유형의 용접에 매우 안정적인 배킹을 구성한다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 내연기관 피스톤의 환형 튜브에 일치하도록 캐리어 후프 내에 조립 및 용접되는 금속 시트 링 장착을 제공하는 것으로서, 상기 장착은 단면이 캐리어 후프를 향하여 돌출하는 두 개의 핀 사이에 연장되며, 자유 말단이 캐리어 후프의 내면에 형성된 환형 시트에 이들 시트의 내부 에지 커브와 일치된 상태로 배치 및 결합되는 웹을 포함하는 금속 시트 링으로 구성되고, 상기 서포트 및 커플링은 상기 환형 시트를 따라 연장되며 캐리어 후프 몸체에 배치되고 내면이 금속 시트 링으로 구성되는 내부 환형 냉각 튜브를 형성하며 캐리어 후프의 내부 직경방향 면이 상기 두 개의 환형 시트 사이에 연장되는 각각의 환형 용접 비드에 의하여 밀봉된다.

본 발명은 금속 시트 링의 핀이 캐리어 후프를 향하여 한 곳으로 수렴되는 방향으로 배향되어야 한다.

금속 시트 링의 핀은 캐리어 후프와 직각으로 배향되어야 한다.

캐리어 후프 몸체는 단면이 원뿔대형이어야 하고, 금속 시트 링의 핀은 캐리어 후프의 각각의 환형 시트를 향하여 한 곳으로 수렴되는 방향으로 배향되어야 한다.

금속 시트 링의 핀 중 하나는 캐리어 후프 몸체와 직각을 이루는 방향으로 배향되어야 하고, 다른 하나는 곡선을 따라간 다음 캐리어 후프의 단면 방향인 시트까지 연장되는 최종 직선 경로에 도달한다.

또한, 금속 시트 핀 양자 모두는 이들의 말단 경로가 캐리어 후프를 향하여 단면 방향으로 배향된 상태로 만곡된다.

한편, 금속 시트 링의 높이는 캐리어 후프의 높이보다 더 높을 수 있다.

캐리어 후프 상에 배치된 환형의 용접 비드는 이중 배킹 서포트 내에 포함된 상기 후프의 환형 시트 상에 형성된다.

또한, 금속 시트 링을 캐리어 후프 내에 결합시키기 위하여, 상기 링은 핀 중 다른 하나보다 더 큰 각도를 갖는 하나를 자유 말단의 직경이 다른 핀의 자유 말단의 직경보다 더 작도록 미리 갈라 놓은 다음, 상기 갈라진 핀이 캐리어 후프 몸체에 맞대어 압착되어 최종 위치 및 포맷을 취하게 된다.

금속 시트 링을 캐리어 후프 내에 결합시키기 위하여, 핀 중 하나의 자유 말단의 직경은 캐리어 후프의 내경보다 더 작다.

또한, 전술한 핀 금속 시트 링의 제조 방법은 상기 링이 공지된 종래의 다이 및 공구를 사용하여 구성되기 때문에 고가의 기계가 필요하지 않으므로 잘 알려진 현재의 다른 기계 모두와는 분명하게 구별된다.

형성될 피스를 형성된 롤과 함께 회전시키기 위하여 기계, 고정구 및 인력에 드는 많은 비용을 필요로 하는 수단을 사용할 필요가 없다.

원통형 링을 용접에 의하여 부착된 말단을 갖는 만곡된 시트로 구성할 필요가 없다. 용접을 하지 않음으로써, 불량 용접으로 인해 발생할 수 있는 손상 및 결함 또한 방지된다.

본 발명의 링을 구성하는데는, 시판 중인 편평한 금속 시트가 사용된다.

이로써, "C"자형 채널 벽을 형성하기 위한 원하는 두께에 대하여 상이한 두께의 시트를 아무 불편없이 선택할 수 있다는 것이 장점이다.

상이한 유형의 재료, 예를 들면, 상이한 품질의 스테인레스강 및/또는 탄소강을 선택할 수 있다.

본 발명의 공정은 형성될 냉각 채널의 최종 설계를 결정할 필요성에 대하여 링의 형상을 조정할 수 있다.

링의 제조하기 위하여 사전에 용접할 필요가 없으므로, 용접으로 인해 발생할 수 있는 결함을 시작부터 방지할 수 있다.

편평한 금속 시트, 바람직하기로는 원형 시트를 사용하는 스탬핑 방법이 사용되므로 완전히 새롭게 실행되는 것이다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 캐리어 후프에 결합될 수 있고 내연기관 피스톤의 환형 냉각 튜브에 일치되는 핀 금속 시트 링의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 원하는 두께의 편평한 금속 시트를 준비하여 이 시트를 커팅하여 원형 디스크를 형성하는 단계, 상기 디스크 상에 스탬핑에 의하여 분기 핀의 접힌 에지를 갖는 원주방향 벽을 생성하는 단계, 이전 단계에서 구성되는 디스크를 스탬핑에 의하여 원형 저면을 커팅 및 제거하는 단계, 이전 단계에서 구성된 링을 취하여 제1의 분기 핀에 이미 존재하는 에지 하나에 대향하는 원형 에지를 스탬핑하여 분기 핀의 제2 접힌 에지를 형성하는 단계, 이전 단계에서 생성된 핀 링을 회전식 서포트에 배치하고 상기 링을 핀 양자 모두의 원주 에지 상에 작용하는 커팅 공구에 의하여 최종 조정을 거치는 단계를 포함한다.

스탬핑 다이는 서포트부 및 스탬핑 공구를 포함하고, 작용하는 금속부를 로크하는 협동하는 활성면은 형성될 금속 시트용 예상가능한 설계에 응답하는 구조를 갖는 외주 경로를 제공한다.

최종 단계에서 금속 시트 상에 생성된 커팅 작용은 스탬핑에 의하여 원형 커 팅-다이로 실행된다는 점에 유의해야 한다.

본 발명은, 제2 목적으로서, 전술한 방법에 의하여 얻어지고, 단면이 상이한 소정의 설계에 응답하는 분기 핀을 갖는 "C"자 형상인 금속 시트 몸체로 구성되는 금속 시트 핀 링에 관한 것이다.

금속 시트 링의 분기 핀용의 상이한 소정의 설계는 상이한 배향, 곡률 반경 및 직경을 가질 수 있다.

전술한 장점을 달성하기 위하여, 사용자 및 본 발명에 따른 장착의 구조, 구성 및 기능 특징부를 용이하게 이해하도록 수많은 다른 사람이 포함될 수 있는 당업자를 위하여, 개략적으로 도시된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 예로 들어 후술하고, 이것은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 기본 원리를 단지 예시하려는 것이다.

도 1은 내연기관의 피스톤을 구성하는 몸체의 수직부 일부분의 횡방향 단면도이다.

도 2는 "U"자 형상의 단면을 갖는 금속 시트 링의 핀이 직선이고 서로 평행인 경우를 도시하는 본 발명에 따른 장착의 단면도이다.

도 3은 "U"자 형상의 단면을 갖는 금속 시트 링의 핀이 수렴되는 경우를 도시하는 본 발명에 따른 장착의 단면도이다.

도 4는 금속 시트 링의 핀이 시트를 향하여 수렴되기 때문에 캐리어 후프의 몸체가 경사지게 배향된 시트(원뿔대형 구성)를 제공하는 경우를 도시하는 본 발명 에 따른 장착의 단면도이다.

도 5는 금속 시트 링에 맞는 냉각 튜브의 높이가 캐리어 후프 몸체의 높이보다 더 높은 경우를 도시하는 경우를 도시하는 본 발명에 따른 장착의 단면도로서, 상기 튜브는 캐리어 후프의 대칭 축에 대하여 정렬되지 않은 상태로 배열된다.

도 6은 금속 시트 링의 핀이 만곡된 경우를 도시하는 본 발명에 따른 장착의 수직 단면도이다.

도 7은 도 2에 도시된 "U"자 형상의 금속 시트 링 및 평행 핀을 도시하는 수직 단면도로서, 이 경우 최종 조립 전에 서로 상이한 핀의 자유 말단의 직경으로 캐리어 후프 내의 배치가 미리 형성된다.

도 8은 상기 도면 중 하나와 유사하며, 도 3에 도시된 금속 시트 링의 형상을 도시하는 수직 단면도로서, 이 경우 최종 조립 전에 서로 상이한 핀의 자유 말단 직경으로 캐리어 후프 내의 배치가 미리 형성된다.

도 9는 상기 도면 중 하나와 유사하며, 캐리어 몸체의 시트가 경사지고 수렴되는 방향으로 배향되며, 도 4에 도시된 바와 같은 금속 시트 링이 서로 상이한 핀의 자유 말단의 직경으로 캐리어 후프 내의 배치가 미리 형성된 상태로 배열된 경우를 도시하는 수직 단면도이다.

도 10은 상기 도면 중 하나와 유사하며, 도 5에 도시된 바와 같은 금속 링을 도시하는 수직 단면도로서, 이 경우 서로 상이한 핀의 자유 말단의 직경으로 캐리어 후프 내의 배치가 미리 형성된다.

도 11은 상기 도면 중 하나와 유사하며, 도 6에 도시된 바와 같은 "치아" 형 상(연속 커브)의 금속 시트 링을 도시하는 수직 단면도로서, 이 경우 서로 상이한 핀의 자유 말단의 직경으로 캐리어 후프 내의 배치가 미리 형성된다.

도 12는 본 발명에 따라 장착된 냉각 튜브를 구성하는 부분의 최종 배치 방식을 도시하는 수직 단면도이다.

도 13은 이미 배치된 부분 상에 용접 공정을 실행하는 방식을 도시하는 수직 단면도이다.

도 14는 금속 시트 링의 핀의 자유 말단 에지를 캐리어 후프를 형성하는 대응하는 어셈블리 시트 상에 결합시켜 용접 공정이 실행될 수 있는 방법을 도시하는 수직 단면 확대도이다.

도 15는 상기 도면 중 하나와 유사하며, 환형 용접 비드가 양 부분을 고정되고 안정적인 방식으로 바인딩하는 구성을 도시하는 경우의 수직 단면 확대도이다.

도 16은 본 발명의 방법에 의하여 형성될 수 있는 핀 금속 시트 링의 사시도이다.

도 17은 내연기관의 피스톤을 구성하는 몸체 수직 단면의 측면도이다.

도 18은 환형 냉각 튜브를 구성하도록 피스톤 몸체에 삽입되는 인서트의 단면 상세도이다.

도 19는 본 발명의 방법에 따라 핀 금속 시트 링을 형성하는 제1 단계를 도시하는 개략도로서, 형성될 핀 링의 단면은 직선 분기부를 갖는 "U"자 형상이다.

도 20은 상기 도면 중 하나와 유사한 도면으로서, 핀 링을 형성하는 단계를 나타내는 수직 단면도이다.

도 21은 상기 도면 중 하나와 유사한 도면으로서, 핀 링을 형성하는 다른 단계를 나타내는 수직 단면도이다.

도 22는 상기 도면 중 하나와 유사한 도면으로서, 핀 링을 형성하는 다른 단계를 나타내는 수직 단면도이다.

도 23은 본 발명의 방법에 따라 핀 금속 시트 링을 형성하는 제1 단계를 도시하는 개략도로서, 형성될 핀 링의 단면은 만곡된 분기부를 갖는 "U"자 형상이다.

도 24는 상기 도면 중 하나와 유사한 도면으로서, 핀 링을 형성하는 단계를 나타내는 수직 단면도이다.

도 25는 상기 도면 중 하나와 유사한 도면으로서, 핀 금속 시트 링을 형성하는 단계를 나타내는 수직 단면도이다.

도 26은 상기 도면 중 하나와 유사한 도면으로서, 핀 링을 형성하는 단계를 나타내는 수직 단면도이다.

도 27은 상기 도면 중 하나와 유사한 도면으로서, 핀 링을 형성하는 단계를 나타내는 수직 단면도이다.

도 28은 본 발명에 따라 형성되는 핀 링의 "U"자 채널 핀의 직경을 필요한 경우 조절 또는 조정하는 단계를 나타내는 수직 단면도이다.

도 29는 본 발명의 방법에 따라 도 31 및 도 32에 도시된 바와 같은 서포트 후프에 결합할 수 있는 핀 링을 형성할 수 있는 방법을 도시하는 수직 단면도이다.

도 30은 상기 도면 중 하나와 유사하며, 핀 링을 형성하는 단계를 나타내는 수직 단면도이다.

도 31은 캐리어 후프를 장착부로서 제공할 때, 도 14 및 도 15에 따라 형성된 핀 링의 수직 단면도이다.

도 32는 본 발명의 방법에 따라 바람직한 캐리어 후프로서 핀 금속 시트 링을 최종적으로 장착하는 방법을 도시하는 수직 단면도이다.

각각의 도면에 있어서, 본 발명의 제조 방법에 대한 상세한 설명을 위하여 선택된 예에 따라, 동일 부재에는 동일 도면 부호를 부가하였음에 유의해야 한다.

도 1에서 잘 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 장착은 내연기관에 사용되는 피스톤(1)에 응용하려는 것이다.

공지된 바와 같이, 후프(도시되지 않음)와 함께 피스톤은 임의의 작업 조건에서도 고온 가스 및 윤활유가 유입되지 않도록 연소실을 효과적으로 밀봉해야 한다. 한편, 피스톤 헤드(2)라고 일반적으로 불리는 부분은 열적 및 기계적 요구 조건에 더 많이 노출된 부분으로 이미 공지되어 있다. 따라서, 현재는 각각의 피스톤 헤드(2)의 몸체에 배열된 환형 냉각 튜브(3)를 포함하는 각종의 피스톤이 있다.

이들 환형 냉각 튜브(3)의 목적은 온도가 과다하게 높을 때 상기 영역의 가열을 방지하려는 것이다. 따라서, 엔진 오일과 같은 냉각 액체가 피스톤의 내부와 연통하는 관통 튜브(4)를 통과하여 환형 냉각 튜브(3)를 지나 순환한다. 즉, 피스톤 이동으로 휘저어지는 소정량의 윤활유 또한 환형 냉각 튜브(3) 내로 유입되어 피스톤 헤드(2)의 내부 열을 흡수한다.

일반적으로, 피스톤 몸체는 알루미늄으로 구성되며 주조 성형법으로 제조되는 반면, 상기 냉각 튜브(3)는 일반적으로 니켈 및 구리를 함유한 주철인 캐리어 후프(6)에 용접된 금속 시트 링(5)으로 형성되고, 상기 냉각 튜브는 태핑 전에 피스톤 몸체의 내부에 위치되도록 구성 다이 내에 배치된다. 따라서, 피스톤 자체 및 그 구조가 유지된다.

상기 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각 튜브(3)는 그 벽이 상기 금속 시트 링 및 캐리어 후프(6)의 반경방향 내면(7)으로 구성된 환형 튜브이다.

본 발명의 목적은 구체적으로 금속 시트 링(5)을 캐리어 후프(6)와 함께 용접하여 환형 냉각 튜브(3)가 저비용 및 특히 피스톤 태핑의 모든 공정 도중에 알루미늄이 확실하게 유입되지 않도록 매우 효과적으로 구성되도록 형성된 장착을 제공하는 것이다.

본 발명의 장착을 구성하는 부분 세트는 알루미늄과 동일한 팽창 계수를 갖는 것이 바람직하다.

실제로, 도 2 및 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 달성된 장착은 캐리어 후프(6)가 내면과 일치되는 두 개의 환형 시트(8, 9)를 제공하기 때문에 중요하다. 이들 환형 시트는 유사하고, 서로 대향하여 대칭이며, 구성될 환형 냉각 튜브(3)의 반경방향 내면(7)을 형성하는 동일한 캐리어의 몸체 경로에 의하여 서로 분리된 상태를 유지한다.

이들 시트(8, 9)가 실재한다는 점이 흥미로운데, 그 이유는 시트 각각에 있어서 접힌 금속 시트 링(5)의 핀(10, 11)의 자유 말단에 대하여 이중 서포트가 형 성되기 때문이다. 서포트 중 하나는 직경 방향의 환형 면이고 다른 하나는 환형 시트(8, 9)와 일치되는 축 방향의 환형 면이다.

이와 같이, 양 부분(5, 6)을 용접 및 단일체로 형성하여, 알루미늄이 환형 냉각 튜브(3)로 유입되거나 또는 고온 가스가 상기 냉각 튜브(3)로부터 몰드 내에 최근에 부어진 액체 알루미늄을 향하여 배출되면 구성될 피스톤이 거절되기 때문에 이들 유입 및 배출을 방지하는 기밀 클로저를 제공한다.

도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 환형 시트(8, 9)를 위한 상기 이중 서포트는 용접을 확실하게 하는 상기 환형 시트가 캐리어 후프의 몸체 상에 지지되기 때문에 중요하고, 이것은 임의의 유형의 기계적인 결함은 물론 온도 변화가 일어날 때마다 발생되는 응력에 내성을 가질 수 있다는 점이 매우 바람직하다. 즉, 용접 비드(12)는 항상 밀봉 수단으로서 작용하고 캐리어 후프의 몸체는 기계적인 저항을 제공한다.

상기 문단에 개시된 내용은 링(5)의 핀의 자유 말단이 용접 비드가 클로저 배킹이 되어 구성된 밀봉부가 잘 형성되도록 캐리어 후프(6)의 축방향 면 상에 위치되어 선형의 서포트를 구성하는 여러 경우가 있기 때문에 상당히 주목할 만하고, 그렇지 않으면 고온으로 인하여 재료의 성질에 의하여 발생되는 임의의 상대 이동이 균열을 발생시킬 수 있다.

이들 6개의 도면에는, 전술한 두 문단에 개시된 구성 원리에 응답하는 상이한 설계 옵션이 도시되어 있고, 또한 이들 각각은 공급자가 필요로 하는 환형 냉각 튜브(3)를 위한 상이한 구성 표준에 적합하다. 이들 도면은 본 발명의 장착으로 인하여 환형 냉각 튜브(3)를 상이하게 설계할 수 있다는 점을 도시한다. 따라서, 상이한 시장 수요에 응용가능하다.

도 2의 경우, 금속 시트 링(5)은 캐리어 후프(6)와 직각인 직선 핀의 "U"자형 부분의 도면으로서, 핀(10, 11)의 자유 말단은 캐리어 후프(6)에 의하여 제공된 전술한 시트(8, 9)에 위치 및 정지된 상태가 도시되어 있다.

도 3은 이 경우 금속 시트 링(5a)이 캐리어 후프 몸체를 향하여 수렴되는 방향으로 핀(10, 11)을 가져서, 구성될 환형 냉각 튜브(3)가 사다리꼴 단면으로 된 상태가 도시되어 있다.

도 4는 금속 시트 링(5b)이, 이 경우, 끝이 잘린 단면의 캐리어 후프(6) 상에 위치되고, 이로써 상기 후프의 환형 시트(8, 9)는 구성될 환형 냉각 튜브(3)가 사다리꼴 단면을 갖고 상기 캐리어 후프(6)의 높이보다 더 높게 되도록 분기 방향으로 배향되는 상태가 도시되어 있다.

도 5는 본 발명의 장착으로 달성될 수 있는 환형 냉각 튜브(3)의 다른 변형예의 도면이다. 이 경우, 링(5c)의 핀(11)은 직선이며 캐리어 후프(6)의 시트(9)와 직각으로 배향되는 반면, 핀(10)은 만곡된 경로에서 시작하여 시트(8)를 구성하는 양면의 직경방향 면과 직각으로 종료된다. 이 경우, 환형 냉각 튜브(3)는 캐리어 후프(6)의 높이보다 더 높게 또한 구성된다.

도 6은 본 발명의 장착으로 달성될 수 있는 환형 냉각 튜브(3)의 다른 변형예의 도면이다. 이 경우, 링(5d)의 상기 핀(10, 11)은 캐리어 후프(6)의 상기 시트(8, 9)를 구성하는 양면의 직경방향 면과 직각으로 배향된 수렴 라인에서 종료되는 각각의 만곡부를 따라 연장된다.

다음에 도 7 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 장착을 저비용 및 안전한 방식으로 간단하고, 신속하게 제조할 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

도 7에 있어서, 핀(10)의 자유 말단을 형성하는 직경은 핀(11)의 자유 말단을 형성하는 직경보다 더 짧고 핀(10)이 돌출하는 메인 웹에 대하여 곡률 각도는 핀(11)이 돌출하는 곡률 각도보다 더 크다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

핀(10) 돌출부의 길이가 핀(11) 돌출부의 길이보다 더 짧은 금속 시트 링(5)이 미리 형성되고, 상기 구성은 캐리어 후프(6)를 상기 금속 시트 링(5)에 결합시키는데 매우 유용하다.

실제로, 도 7 내지 도 11을 참조하면, 전술한 문장에서 설명한 치수 관계로 인하여 링(5)이 캐리어 후프(6)의 내부 환형면과 대면하도록 들어갈 수 있다. 이것은 핀(10)의 자유 말단의 직경이 캐리어 후프(6)에 대하여 환형 시트(8, 9) 사이에 연장되는 반경방향 내면(7)의 경로의 직경보다 항상 약간 짧기 때문이다.

상기 간단한 구성 방법으로 부분(5, 6)의 결합이 매우 효과적인 방식으로 달성된다.

도 12는 일단 링(5) 및 캐리어 후프(6) 양자가 결합되면, 단지 핀(10) 상에만 최종 스탬핑을 실행하는 것이 필요하다는 점을 도시하는 도면이다. 핀(11)은 자유 말단이 시트(9) 상에 위치된 상태로 유지되는 반면, 공구(H)는 핀(10)을 압착하여 자유 말단이 환형 시트(8) 상에 적절하게 위치되도록 한다.

도 12는 금속 시트 링(5)이 캐리어 후프(6) 상에 매우 양호하게 위치된 상태 로 안정적이어서 최종 구성이 응력없이 환형 냉각 튜브(3), 즉 핀(10, 11)으로 된도면이다.

도 13의 확대도는 부분(5, 6) 양자 사이를 최종 결합체로 형성하기 위하여 용접 공정(13)이 실행되는 방법을 정확하게 도시하는 도면이다.

실제로, 도 14 및 도 15의 확대도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장착이 현재 공지된 장착과 상이한 점은 캐리어 후프의 몸체가 용접 비드(14)에 서포트로서 사용되고, 이로써 장착이 매우 안정적으로 견고하게 될 수 있다는 점이다.

상기 바람직한 예에 있어서, 용접 비드(14)(도 15 참조)가 도시되어 있고, 상기 비드는 가스 함유된 동전기 아크에 의하여 제조된다. 따라서, 핀(10)의 지유 말단, 및 환형 시트(8)를 포함하는 캐리어 후프(6)의 일부분으로 구성된 비드(14)가 생성된다(도 14 참조). 환형 밀봉부는 상기 결합된 경로에 의하여 제공된 재료에 의하여 구성되고, 또한 제3의 재료도 필요한 경우 포함될 수 있다.

상기 유형의 결합은 다른 유형의 결합, 즉 전기 빔, 고주파, 마이크로플라즈마 등을 각각의 경우에 재료를 공급하거나 공급하지 않고 사용될 수 있다.

본 명세서에 개시된 제조 방법은 도 16에 도시된 핀 링(5)을 형성하기 위한 것이다. 본 발명의 장착을 설명하기 위하여 전술한 바와 같은 금속 시트 링이다.

다음에, 본 발명에 따른 상기 링의 제조 방법을 상세하게 설명하기 위하여, 각각의 핀(10, 11)이 돌출하여 환형 냉각 튜브로 구성될 기본 구조를 형성하는 치수 및 포맷을 갖는 환형 채널을 형성하는 웹(15)을 포함하는 링에 대하여 설명한다.

도 17은 내연기관용 피스톤(1)의 도면이다. 상기 피스톤은 일반적으로 알루미늄으로 주조 성형 제조되고, 피스톤 헤드(2)의 상단부와 일치되도록 연장되는 환형 냉각 튜브(3)를 포함한다.

전술한 바와 같이, 상기 환형 냉각 튜브의 목적은 온도가 지나치게 상승할 때 상기 상단 영역이 가열되는 것을 방지하기 위한 것이다. 따라서, 냉각 액체가 피스톤의 이동으로 휘저어지는 윤활유와 같은 냉각 액체가 상기 튜브를 통과하며 순환한다.

도 18에 도시된 부분은 상기 환형 냉각 튜브가 종래 기술 및 현재 시판 중인 실시예에 따라 구성되는 방식을 도시하는 도면이다. 캐리어 후프(6)에 부착된 핀 금속 시트 링(5)으로 이해될 수 있다.

도 18에는 형성될 환형 냉각 튜브가 명확하게 도시되어 있고, 상기 튜브는 캐리어 후프의 반경방향 내면(7), 핀(10, 11), 및 금속 시트 링(5)의 웹(15)을 포함한다.

본 발명의 목적은 상기 핀 금속 시트 링(5)을 피스톤 몸체의 내부에 효과적일 수 있도록 용접에 의하여 캐리어 후프(6)에 부착되는 구성으로 제조하는 새로운 방법을 제공하는 것이다.

상기 바람직한 실시예에 있어서, 핀 링(5)이 직선이고 평행인 분기부를 갖는 "U"자 형상의 단면을 갖는 패턴인 경우가 도시되어 있다. 그러나, 본 발명의 제조 방법은 여러 가지 포맷 및 설계로 된 다른 핀 링을 형성하는데 응용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 후술하는 기능에 대한 설명에 개시된 바와 같이, 단지 스탬핑 다이만 변경시키는 것이 필요하다.

도 19 내지 도 22는 직선이며 서로 평행인 분기부를 갖는 링(5)을 형성하는 공정 단계를 도시하는 도면이다.

도 19에는 편평한 금속 시트(16)를 커팅 공구(17)에 의하여 다이 내에서 스탬핑하여 링(5)에 일치되는 편평한 디스크(18)를 얻는 공정으로 이루어지는 제1 단계가 도시되어 있다.

상기 제1 구성 단계는 상기 금속 시트 링에 있어서, 이 단계는 편평한 금속 디스크를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있다는 점에서 매우 중요하다.

실제로, 대부분의 경우, 말단이 용접으로 부착된 접힌 금속 시트로 구성되는 원통형 링으로 시작한다. 실제로, 본 발명의 방법에 있어서, 링이 용접에 의하여 일체로 구성되지 않도록 하는 방법을 알았다. 용접부가 보이지 않게 상기 부분에 필요한 특성에 매우 중요한 하나의 환형 몸체가 얻어진다.

도 20은 제2 구성 단계가 제1 구성 스탬핑 또는 딥 스탬핑에 의하여 실행되는 도면이다. 이전 단계에서 이미 구성된 디스크(18)를 장착하고 다이(19, 20)를 통해 제1 환형 폴드를 생성하며, 여기서 다이(19)는 핀을 형성하는 설계를 제공한다. 도 21은 제3 구성 단계가 이전 단계에서 처리된 부분에 제공된 원형 저면(21)을 커팅 및 제거함으로써 금속 시트 링을 구성하는 단계를 포함하는 도면이다. 따라서, 커팅 다이(22) 및 대응하는 서포트(23)가 사용된다. 동시에, 이들 다이의 협동 작용으로 인하여, 형성될 링의 핀(11)이 생성된다.

도 22는 전술한 단계에서 형성된 링을 역전시켜 환형 핀(11)의 포맷 및 치수에 따라 시트로부터 제공된 베이스 서포트(24)에 배치시키는 반면, 핀(10)은 상기 도면에 도시된 바와 같이, 상기 핀(10)의 원하는 구성을 제공하도록 특히 설계된 활성 경로(26)를 포함하는 공구(25)를 사용하여 스탬핑에 의하여 형성되는 다른 단계가 도시되어 있다.

이 점에 있어서, 핀(11)이 형성될 수 있도록 폴드를 발생시키는 경로와 일치되는 상기 커팅 다이(22)의 활성면의 설계를 변경시킴으로써, 각각의 핀에 대하여 다른 포맷, 배향 또는 치수를 설계할 수 있다는 점이 전술한 방법의 다른 장점이라고 할 수 있다.

도 22에 도시된 스탬핑 다이(25)에서도 동일하며, 전술한 활성면(26)은 생산하려는 냉각 채널의 설계에 대하여 제조자에 의하여 설정된 치수, 배향 또는 전이 곡률 각도에 따른 설계를 가질 수 있다.

상기 두 문장에 개시된 바에 따라, 고객이 요구하는 상이한 환형 냉각 튜브에 따른 다이 세트로 시판 중인 설계로 제조할 수 있고, 상기 신규의 방법에 따른 단계 모두를 실행할 때마다 금속 시트 편평한 디스크로부터 시작한다는 점을 이해해야 한다.

상기 문장에 개시된 바와 같이, 도 23 내지 도 27은 본 발명의 방법으로 "C"자 형상의 만곡된 핀에 대응하는 형상의 금속 시트 링을 형성할 수 있는 방법이 도시되어 있다.

도 23은 제1 구성 단계는 각각의 경우에 동일함을 나타낸다(도 19 참조).

금속 디스크(18)를 얻게 되면, 도 24에 도시된 바와 같이 제2 형성 단계를 시작하고, 여기서 스탬핑 다이(28)가 핀(11')과 핀(11)이 상이한 사전-포맷이 되도 록 예상된 패턴에 대응하는 활성면의 환형 경로(27)를 제공하는 반면, 베이스(29)는 환형 경로(27')에서와 같은 설계와 협동하는 패턴에 대응한다.

저면(21)의 제거 단계 또한 도 21에 도시된 단계와 유사한 반면, 도 26 및 도 27에 도시된 단계에서는 스탬핑 다이(30, 31, 32, 33)는 최종 형태가 만곡된 핀(10'. 11')의 "C"자 형상에 따른 단면 금속 시트 링이 형성되도록 도시되어 있다.

도 28을 참조하면, 후속하는 조정 단계에서는, 미리 형성된 금속 시트 링(5)을 커팅 공구(35)에 의하여 핀(10, 11)의 자유 말단의 직경이 정밀하게 결정될 뿐만 아니라 최종적으로 거친 에지 또는 표면의 울퉁불퉁함이 제거될 수 있도록 회전 서포트(34) 상에 장착된다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 도 31 및 도 32에 도시된 바와 같은 어셈블리에 결합될 수 있는 금속 시트 링을 제조하는데 특히 바람직하다.

캐리어 후프(6)가 핀(10'. 11')의 자유 말단을 내장하도록 형성된 한 쌍의 환형 시트(8, 9)를 포함하는 어셈블리이고, 상기 결합 영역은 기밀 결합체 밀봉부를 형성하도록 용접 공정이 실행되는 위치이다.

링(5)을 캐리어 후프(6)에 삽입하기 위하여, 상기 핀(10')은 상기 캐리어 후프(6)의 반경방향 내면(7)의 직경보다 더 작은 말단 직경을 갖는 것이 필요하다(도 31 참조).

일단 위치되면, 외부 스탬핑 다이(36, 37)에 의하여 최종 스탬핑이 실행된다(도 32 참조).

이 경우, 스탬핑 다이(32)(도 30 참조)는 말단 직경을 추가의 위치결정에 필 요한 측정치로 제한하여 상기 핀(10')을 미리 형성하는 것이 필요하다.

Claims (12)

1. 내연기관 피스톤의 환형 냉각 튜브에 부합하도록 캐리어 후프 내에서 조립 및 용접되는 금속 시트 링의 장착 방법에 있어서,

   금속 시트 링(5)을 사용하되, 상기 금속 시트 링의 단면이 상기 캐리어 후프(6)를 향하여 돌출하는 두 개의 핀(10, 11) 사이에 연장되는 웹(15)을 포함하고,

   상기 핀의 자유 말단은 상기 캐리어 후프의 내측 에지의 만곡부와 일치된 상태로 상기 캐리어 후프의 내면에 형성된 환형 시트(8, 9) 상에 위치되어 결합되며,

   상기 결합은 상기 환형 시트를 따라 연장되는 각각의 환형 용접 비드(14)에 의하여 밀봉되고, 상기 핀의 자유 말단이 상기 캐리어 후프의 몸체 상에 위치되어, 금속 시트 링과, 상기 캐리어 후프의 두 개의 상기 환형 시트 사이에서 연장되는 반경방향 내면(7)으로 내부면이 구성되는 환형 냉각 튜브(3)에 부합하며,

   상기 결합에 대하여, 다른 하나의 핀(11)보다 더 큰 각도로 개방된 "U"자 형상의 단면을 갖는 핀(10')을 구비하는 상기 금속 시트 링(5)의 프리폼을, 상기 프리폼의 핀(10')의 자유 말단이 상기 캐리어 후프(6)의 상기 반경방향 내면(7)의 직경보다 더 작은 반면, 상기 다른 하나의 핀(11)의 자유 말단의 직경이 상기 캐리어 후프(6)의 상기 반경방향 내면(7)의 직경보다 더 크도록 제공하여, 상기 금속 시트 링(5)의 상기 핀(10)에 최종적인 지지 형상을 제공하는 외부 다이(36, 37)를 갖는 공구(H)에 의한 최종 스탬핑 작업으로 장착이 완료되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 링의 장착 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 금속 시트 링은 상기 캐리어 후프보다 더 높은 높이를 갖고, 상기 금속 시트 링의 핀(10, 11)은 상기 캐리어 후프(6)의 각각의 환형 시트(8, 9)를 향하여 수렴되는 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 링의 장착 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 캐리어 후프의 몸체는 단면이 원뿔대 형상이고, 상기 금속 시트 링의 상기 핀은 상기 캐리어 후프의 각각의 환형 시트를 향하여 수렴되는 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 링의 장착 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 금속 시트 링 중 하나의 핀(11)은 상기 캐리어 후프의 몸체와 직각인 방향으로 배향되고, 다른 하나의 핀(10)은 곡선을 따라간 다음 상기 캐리어 후프에 대하여 교차하는 방향인, 상기 시트까지 연장되는 최종 직선 경로에서 종단되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 링의 장착 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 금속 시트 링은 상기 캐리어 후프보다 더 높은 높이를 갖고, 상기 금속 시트 링의 상기 핀 양자 모두는 종단 경로가 상기 캐리어 후프에 대하여 교차하는 방향으로 배향되도록 만곡되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 링의 장착 방법.
6. 캐리어 후프와 조립된 핀 금속 시트 링의 제조 방법에 있어서,

   적당한 두께의 편평한 금속 시트를 준비하여 상기 금속 시트를 원형 디스크 형상으로 커팅하는 단계,

   상기 디스크 상에 스탬핑에 의하여 분기형 핀(diverging fin)(11)의 접힌 에지가 보다 크게 형성된 원주 벽을 생성하는 단계,

   상기 원주 벽 생성 단계에서 구성된 부품 상에 스탬핑에 의하여 상기 부품의 원형 저면을 커팅 및 제거하는 단계,

   상기 커팅 및 제거 단계에서 구성된 링을 준비하고, 상기 제1의 분기형 핀에 이미 존재하는 에지에 대향하는 원형 에지 상에 스탬핑에 의하여 분기형 핀의 제2의 접힌 에지를 일치시키는 단계

   를 포함하고,

   상기 제2의 분기형 핀(10')의 접힌 에지는 상기 제1의 분기형 핀(11)의 접힌 에지보다 더 작은 각도 및 더 큰 각도 모두로 형성된 다음, 상기 분기형 핀(10', 11')의 상기 에지 직경을 정확하게 형성하는 단계로 구성되는 조정 단계(calibrating step)를 거치고, 상기 제1의 분기형 핀(11)의 접힌 에지는 환형 시트(9) 상에 위치되는 반면 상기 제2의 분기형 핀(10')의 접힌 에지는 환형 시트(8)와 대면하여 배치되는 것을 보장하도록 상기 금속 시트 링(5)의 프리폼을 상기 캐리어 후프(6) 내에 결합시킨 다음, 상기 제2의 분기형 핀(10)에 최종적인 지지 형상을 제공하는 최종 스탬핑 공정을 실행하는 것을 특징으로 하는 캐리어 후프와 조립된 핀 금속 시트 링의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 조정 단계는 상기 조정 단계의 전 단계에서 프리폼으로 형성된 상기 핀 링을 회전 서포트에 배치시키고, 상기 핀 양자 모두의 원주 에지 상에 작용하는 커팅 공구에 의하여 최종 조정을 거치도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 후프와 조립된 핀 금속 시트 링의 제조 방법.
8. 제6항에 있어서,

   최종 스탬핑 다이는 서포트 부분 및 스탬핑 공구를 포함하되, 상기 스탬핑 공구의 협동 작용하는 활성면이 상기 스탬핑 공구가 작용하는 상기 프리폼으로 형성된 금속 시트 링(5)을 둘러싸서, 구성하려는 최종 설계에 대응하는 형태의 활성 외주 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 캐리어 후프와 조립된 핀 금속 시트 링의 제조 방법.
9. 제6항에 있어서,

   상기 커팅하는 단계에서 상기 금속 시트에 대해서 실행되는 커팅은 원형 커팅-다이에 의하여 스탬핑으로 실행되는 것을 특징으로 하는 캐리어 후프와 조립된 핀 금속 시트 링의 제조 방법.
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