KR100781188B1 - 피스톤링의 표면 열처리 방법 및 그 피스톤링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤링의 표면 열처리 방법 및 그 피스톤링에 관한 것으로서, 상기 피스톤링을 회전체의 외주면에 고정시킨 후 회전시키는 제1단계(S1)와; 상기 회전 중인 피스톤링의 외주면를 860 ~ 910℃로 가열시키는 제2단계(S2)와; 상기 가열된 피스톤링의 외주면에 냉각수를 분사하는 동시에 고압에어를 분사하여 상기 냉각수를 비산시켜 상기 가열된 피스톤링을 냉각시키는 제3단계(S3)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피스톤링의 표면 열처리 방법에 의해 제조된 피스톤링을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 피스톤링은 피스톤링의 외주면을 가열시키면서 냉각수를 비산시켜 열처리함으로써, 균열의 발생을 방지하면서도 향상된 경도값을 갖게 되어 피스톤 및 실린더의 수명을 연장시키는 동시에 엔진 출력을 높일 수 있는 효과가 있다.

피스톤, 피스톤링, 열처리, 경도

Description

피스톤링의 표면 열처리 방법 및 그 피스톤링{Heating processing method for surface of piston ring and A Piston ring}

도 1은 일반적인 피스톤의 분해사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 피스톤링의 표면 열처리 방법을 설명하는 개략도이고,

도 3은 본 발명에 따른 피스톤링의 표면 열처리 방법을 설명하는 요부 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 피스톤링 1a : 열처리부위

2 : 피스톤 3 : 링그로브

4 : 회전체 5 : 고주파 가열코일

6 : 냉각수 파이프 7 : 에어 파이프

본 발명은 피스톤링의 표면 열처리 방법 및 그 피스톤링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피스톤의 링그로브에 끼워져서 사용되는 피스톤링을 가열하는 동시에 냉각수 및 고압에어를 이용하여 냉각시킴으로서 피스톤링의 외주부를 열처리하여 균열의 방지 및 높은 경도를 얻을 수 있도록 하는 피스톤링의 표면 열처리 방법 및 그 피스톤링에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진 및 가솔린 엔진과 같은 내연기관의 실린더 내에는 피스톤(1)이 삽입되어 상하 왕복운동을 주기적으로 반복하게 되는데, 피스톤링(1)은 피스톤(2)의 외주면에 형성되는 링그로브(3)에 끼워져서 실린더 내벽과 피스톤(2) 외벽과의 기밀을 유지시켜주는 것으로서, 내연기관의 작동으로 인해 실린더 내부에 위치된 피스톤(2)은 폭발압을 받게 되고, 이러한 폭발압에 의해 피스톤(2)이 왕복운동을 하게 되면 피스톤(2)에 끼워진 피스톤링(1)은 실린더 내벽과 마찰하게 된다.

상기와 같은 마찰이 오랫동안 지속되면 피스톤링이 마모되는 현상이 발생되고, 이러한 피스톤링의 마모에 의해 실린더 내벽과 피스톤의 기밀도가 낮아져 엔진의 출력이 낮아지거나 엔진의 수명이 단축되는 문제점이 발생된다.

그래서 피스톤링의 마모를 방지하기 위하여, 주철 혹은 강의 기지조직으로 제조되는 피스톤링의 외주면을 크롬도금 또는 세라믹코팅을 하는 방법이 가장 일반적으로 사용되고 있으나, 이러한 도금 또는 코팅의 박리에 의해 실린더의 내벽에 스크래치 및 스카핑(scuffing)현상이 발생되었다.

따라서, 별도의 재료를 도금 및 코팅하는 방법에 의하지 않고, 피스톤링의 외주면 경도를 높일 수 있는 방법이 요구되는 실정이다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 피스톤링에 별도의 도금 및 코팅을 하지 않고, 피스톤링의 외주면을 고주파 또는 레이져로 가열시키면서 냉각수를 고압에어로 비산시킴으로써 열처리하여, 냉각시 발생되는 증발잠열을 이용하여 균열을 방지하는 한편 높은 경도를 얻을 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 피스톤링의 표면 열처리 방법은 상기 피스톤링을 회전체의 외주면에 고정시킨 후 회전시키는 제1단계(S1)와; 상기 회전 중인 피스톤링의 외주면을 고주파 가열, 레이져 가열 및 수소+산소의 혼합가스 가열 중 선택되는 하나의 수단에 의해 860 ~ 910℃로 가열시키는 제2단계(S2)와; 상기 가열된 피스톤링의 외주면에 냉각수를 분사하는 동시에 고압에어를 분사하여 상기 냉각수를 비산시켜 상기 가열된 피스톤링을 냉각시키는 제3단계(S3)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 표면 열처리된 피스톤링은 피스톤링의 외주면을 고주파 가열, 레이져 가열 및 수소+산소의 혼합가스 가열 중 선택되는 하나의 수단에 의해 860 ~ 910℃로 가열시키는 동시에 냉각수를 분사하고, 상기 냉각수를 고압에어로 비산시켜 상기 가열된 피스톤링의 외주면이 냉각됨으로써 열처리 되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 표면 열처리된 피스톤링(1)은 피스톤링(1)의 외주면을 860 ~ 910℃로 가열시키는 동시에 냉각수를 분사하고, 상기 냉각수를 고압에어로 비산시켜 상기 가열된 피스톤링(1)의 외주면을 냉각시킴으로써 이루어진다.

이때 상기 피스톤링(1)은 고주파 가열, 레이져 가열 및 수소+산소의 혼합가스 가열 중 선택되는 하나의 수단에 의해 가열되는 것이 바람직할 것이고, 상기 냉각수의 분사는 직경 2 ~ 4mm의 냉각수 파이프(6)를 사용하여 2 ~ 4Kgf/㎠의 압력으로 이루어지고, 상기 고압에어의 분사는 직경 2 ~ 4mm의 에어 파이프(7)를 사용하여 5 ~ 7Kgf/㎠의 압력으로 이루어진다.

상기와 같은 표면 열처리된 피스톤링의 열처리방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 피스톤링의 표면 열처리 방법은 피스톤링(1)을 회전시키는 제1단계(S1)와; 상기 회전 중인 피스톤링(1)의 외주면을 가열시키는 제2단계(S2)와; 상기 가열된 피스톤링(1)의 외주면에 냉각수를 분사하는 동시에 고압에어를 분사하여 상기 냉각수를 비산시켜 상기 가열된 피스톤링을 냉각시키는 제3단계(S3)로 이루어진다.

상기와 같은 본 발명에 따른 피스톤링의 표면 열처리 방법은 열처리 되지 않은 피스톤링(1)을 회전체(4)에 위치시킨 상태에서 이루어지는 것으로 열처리 방법을 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.

제 1단계( S1 ) : 피스톤링의 회전단계

피스톤링(1)을 회전체(4)에 끼워서 고정시키고, 상기 회전체(4)를 회전시켜 열처리 하고자 하는 피스톤링(1)을 회전시킨다.

이때 회전되는 회전체(4)의 회전속도를 조절하여 열처리 속도를 조절할 수 있다. 하지만, 바람직한 열처리 온도의 조성 및 열처리 속도를 고려하여 회전체(4)의 이송 속도는 8 ~ 13mm/sec를 유지하여야 할 것이다.

제 2단계( S2 ) : 피스톤링의 가열단계

상기 제 1단계(S1)에서 회전체(4)에 의해 회전되는 피스톤링(1)의 외주면을 가열시킨다.

이때 사용되는 가열방법은 고주파 가열, 이산화탄소 가스 가열 및 수소가스 가열 중 선택되는 하나의 수단에 의해 가열되는 것이 바람직할 것이다.

본 발명에서는 고주파 가열을 실시예로 예시하였다.

고주파 가열 방법은 고주파 가열코일(5)을 피스톤링(1)의 외주면에 근접시켜 피스톤링(1)을 가열하는 방법으로서, 고주파 가열코일(5)을 피스톤링(1)의 외주면에 0.3 ~ 1.0mm 간격으로 접근시켜 860 ~ 910℃로 가열한다.

제 3단계( S3 ) : 피스톤링의 냉각단계

상기 제 2단계(S3)에서 가열된 피스톤링(1)의 외주면에 냉각수를 분사하는 동시에 고압에어를 분사하여 냉각수를 비산시킴으로서 냉각수의 비산에 의해 피스톤링의 외주면이 냉각되면서 열처리하게 된다.

이렇게 냉각수의 비산에 의하여 냉각을 시키면 냉각시 냉각수의 증발잠열에 의해 피스톤링(1)에 발생될 수 있는 균열을 방지하면서 원하는 높은 경도를 얻을 수 있다.

냉각과정을 설명하면, 먼저 피스톤링(1)은 회전되면서 고주파 가열코일(5)에 의해 가열되고, 상기 고주파 가열코일(5)에 의해 가열되는 피스톤링(1)의 가열지점을 지향하도록 냉각수 파이프(6) 및 에어 파이프(7)가 설치된다.

그리고, 냉각수 파이프(6)에서 냉각수를 분사하는 동시에 에어 파이프(7)에서 고압에어를 분사하여 냉각수를 비산시킨다.

이때 냉각수의 분사는 직경 2 ~ 4mm의 냉각수 파이프(6)를 사용하여 2 ~ 4Kgf/㎠의 압력으로 분사시키고, 고압에어의 분사는 직경 2 ~ 4mm의 에어 파이프(7)를 사용하여 5 ~ 7Kgf/㎠의 압력으로 분사시키는 것이 바람직할 것이다.

상기의 냉각수 및 고압에어의 공급 파이프(6, 7) 직경 및 분사 압력값은 피스톤링(1)의 냉각속도를 결정하는 중요한 요소로 상기의 조건에 의한 냉각수의 비산으로 말미암아 균열의 방지 및 경도의 향상을 얻을 수 있다. 만약 가열된 피스톤링(1)을 냉각수로만 냉각시킬 경우 균열이 발생되고, 에어로만 냉각시킬 경우 원하는 경도가 나오지 않는 문제점이 발생된다.

상기와 같이 S1 내지 S3의 과정을 거친 피스톤링(1)은 외주면으로 열처리부위(1a)가 형성되고, 열처리전과 열처리후의 경도를 비교하면 다음의 표 1과 같다.

구 분	열처리 전 (피스톤링(1))	열처리 후 (열처리부위(1a))
경도(HrC)	20	55 ~ 64

표 1에 나타난 바와같이 열처리 후의 경도가 약 3배 정도 향상된 것을 확인할 수 있었으며, 열처리에 의한 균열은 발생되지 않은 것으로 확인되었다.

상기한 바와같이 본 발명에 따른 피스톤링은 피스톤링의 외주면을 가열시키면서 냉각수를 비산시켜 열처리함으로써, 균열의 발생을 방지하면서도 향상된 경도값을 갖게 되고, 피스톤링의 오일 흡착 능력이 좋게 되며, 블로우 바이(Blow By) 현상도 예방할 수 있어 피스톤 및 실린더의 수명을 연장시키는 동시에 엔진 출력을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 피스톤에 끼워져서 사용되는 피스톤링의 표면 열처리 방법에 있어서,

   상기 피스톤링을 회전체의 외주면에 고정시킨 후 회전시키는 제1단계(S1)와;

   상기 회전 중인 피스톤링의 외주면을 고주파 가열, 레이져 가열 및 수소+산소의 혼합가스 가열 중 선택되는 하나의 수단에 의해 860 ~ 910℃로 가열시키는 제2단계(S2)와;

   상기 가열된 피스톤링의 외주면에 냉각수를 분사하는 동시에 고압에어를 분사하여 상기 냉각수를 비산시켜 상기 가열된 피스톤링을 냉각시키는 제3단계(S3)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤링의 표면 열처리 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 피스톤에 끼워져서 사용되는 피스톤링에 있어서,

   상기 피스톤링의 외주면을 고주파 가열, 레이져 가열 및 수소+산소의 혼합가스 가열 중 선택되는 하나의 수단에 의해 860 ~ 910℃로 가열시키는 동시에 냉각수를 분사하고, 상기 냉각수를 고압에어로 비산시켜 상기 가열된 피스톤링의 외주면이 냉각되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 열처리된 피스톤링.
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