KR101277120B1 - Manufacturing method of forged piston - Google Patents
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Abstract
본 발명은 헤드부와 스커트부를 포함하는 단조 피스톤의 제조방법에 있어서, 상기 스커트부를 형성하기 위한 소정의 합금 절단편을 제조하는 단계와 상기 헤드부를 형성하기 위한 소정의 합금 분말을 제조하는 단계와 소정의 몰드에 상기 절단편과 상기 분말을 투입하고 열과 압력을 가하여 상기 절단편과 상기 분말을 확산 접합시킴으로써 예비성형체(Preform)를 형성하는 소결단계 및 상기 예비성형체를 단조하는 단계를 포함하고, 상기 절단편과 상기 분말은 성형성과 강도 및 내열성이 다른 이종재료인 것을 특징으로 하는 단조 피스톤 제조방법에 관한 것으로서 본 발명에 따르면 고온물성이 우수한 고강도 재질을 사용하면서도, 단조성형성이 우수한 피스톤을 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a forged piston including a head portion and a skirt portion, the method comprising the steps of manufacturing a predetermined alloy cut piece for forming the skirt portion and a predetermined alloy powder for forming the head portion; And a sintering step of forming a preform by injecting the cut piece and the powder into a mold, applying heat and pressure to diffusely bond the cut piece and the powder, and forging the preform. The piece and the powder relates to a forging piston manufacturing method characterized in that the heterogeneous material different in formability and strength and heat resistance, according to the present invention, while using a high-strength material excellent in high temperature properties, it is possible to manufacture a piston excellent in forging formation have.
Description
본 발명은 단조 피스톤 제조방법에 관한 것으로서, 고온물성 및 단조성형성을 동시에 만족시킬 수 있는 단조 피스톤 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a forged piston manufacturing method, and relates to a forged piston manufacturing method that can satisfy both high temperature properties and forging formation.
일반적으로 자동차 등 내연기관의 엔진의 실린더 내에는 고속으로 왕복운동을 하는 피스톤이 설치되고 있으며, 이 피스톤은 연소실에서 발생한 고온, 고압의 연소가스압을 받아 커넥팅 로드를 통해 크랭크 축을 회전시키는 일을 한다.In general, a piston for reciprocating at high speed is installed in a cylinder of an engine of an internal combustion engine such as an automobile, and the piston receives a high temperature and high pressure combustion gas generated in a combustion chamber to rotate a crank shaft through a connecting rod.
이와 같이 피스톤은 고온의 연소가스에 피스톤 헤드가 노출되고, 또한 고압을 충격적으로 받으며, 실린더 내에서의 고속왕복운동으로 큰 마찰이 생기는 등 가혹한 조건 하에서 구동된다.In this way, the piston is driven under severe conditions such that the piston head is exposed to high-temperature combustion gas, is subjected to high pressure shocks, and large friction is generated by the high-speed reciprocating motion in the cylinder.
따라서, 피스톤은 위의 가혹한 조건하에서도 그 기능을 충분히 발휘할 수 있도록 제조되어야 함은 물론 가벼우면서도 견고할 뿐만 아니라 열전도성 및 내열성이 좋은 재질로 제조되어야 한다.Therefore, the piston should be made of a material that is not only light and durable, but also has good thermal conductivity and heat resistance.
특히, 최근에 개발되는 자동차용 엔진은 연비 및 환경규제를 달성하기 위하여 연소압과 출력의 증가 및 경량화가 함께 이루어지고 있고, 이러한 차세대 자동차용 엔진의 요구를 만족시키기 위해서는 엔진의 피스톤이 i) 우수한 고온피로강도, ii) 우수한 고온 인장강도 및 항복강도, iii) 낮은 열팽창계수 및 밀도, iv) 경량화 설계와 같은 특성을 가지고 있어야 한다.In particular, recently developed automotive engines are combined with increased combustion pressure, increased power, and reduced weight in order to achieve fuel efficiency and environmental regulations. High temperature fatigue strength, ii) good high temperature tensile and yield strength, iii) low coefficient of thermal expansion and density, and iv) lightweight design.
이와 관련해서, 피스톤 제조방법 중 주조방식은 녹인 합금을 금형에 주입해 모양을 만든 후 이를 식혀 가공하는 방식으로서 이에 의할 경우 부품의 재질에 기포가 생기거나 치밀하지 못하기 때문에 내구성이 떨어지게 되는 문제가 있다. 이와 달리, 높은 압력의 프레스로 눌러서 피스톤을 만들어 내는 단조방식을 사용하면 높은 압력 및 소성변형에 의해 조대한 재질이 치밀하고 미세하게 변화되어 매끄러운 표면과 뛰어난 내구성을 가지는 피스톤을 제조할 수 있는 이점이 있다.In this regard, the casting method of the manufacturing method of the piston is a method of injecting the molten alloy into the mold to form a shape and then cooled and processed, whereby there is a problem that the durability of the material due to the lack of air bubbles or compactness of the parts due to lack of durability There is. On the other hand, by using the forging method that presses the press with high pressure to make the piston, the coarse material is changed finely and finely by high pressure and plastic deformation, which makes it possible to manufacture a piston with smooth surface and excellent durability. have.
그러나 통상적으로 우수한 고온물성을 갖는 재질은 고온에서 변형이 어렵기 때문에 단조성형성이 매우 어려운 문제가 있었다.However, in general, a material having excellent high temperature properties has a problem that it is difficult to form forging because it is difficult to deform at a high temperature.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 고온물성이 우수한 고강도 재질을 사용하면서도, 단조성형성이 우수한 단조 피스톤 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a forged piston manufacturing method excellent in forging formation while using a high-strength material having excellent high temperature properties.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,The present invention as a means for solving the above problems,
헤드부와 스커트부(이하, 핀보스부를 포함함)를 포함하는 단조 피스톤의 제조방법에 있어서, 상기 스커트부를 형성하기 위한 소정의 합금 절단편을 제조하는 단계; 상기 헤드부를 형성하기 위한 소정의 합금 분말을 제조하는 단계; 소정의 몰드에 상기 절단편과 상기 분말을 투입하고 열과 압력을 가하여 상기 절단편과 상기 분말을 확산 접합시킴으로써 예비성형체(Preform)를 형성하는 소결단계; 및 상기 예비성형체를 단조하는 단계;를 포함하고, 상기 절단편과 상기 분말은 성형성과 강도 및 내열성이 다른 이종재료인 것을 특징으로 하는 단조 피스톤 제조방법을 제공한다.A method of manufacturing a forged piston comprising a head portion and a skirt portion (hereinafter comprising a pin boss portion), the method comprising the steps of: manufacturing a predetermined alloy cut piece for forming the skirt portion; Preparing a predetermined alloy powder for forming the head portion; A sintering step of forming a preform by injecting the cut pieces and the powder into a predetermined mold and applying heat and pressure to diffusely bond the cut pieces and the powder; And forging the preform; wherein the cut piece and the powder are heterogeneous materials having different formability, strength, and heat resistance.
여기서, 상기 절단편은 상기 분말보다 성형성이 높은 합금으로 형성되며, 상기 분말은 상기 절단편의 보다 강도 및 내열성이 높은 합금으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the cut pieces may be formed of an alloy having a higher moldability than the powder, and the powder may be formed of an alloy having a higher strength and higher heat resistance of the cut pieces.
여기서, 상기 절단편을 제조하는 단계는, 상기 절단편의 원재료가 되는 스커트 인고트를 준비하는 단계; 상기 스커트 인고트를 용해하여 합금화한 후 연속주조법을 통해 빌렛(billet)을 제조하는 단계; 및 상기 빌렛을 절단하여 상기 절단편을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the step of manufacturing the cut piece, the step of preparing a skirt ingot to be a raw material of the cut piece; Dissolving and alloying the skirt ingot to produce a billet through a continuous casting method; And cutting the billet to form the cut pieces.
여기서, 상기 분말을 제조하는 단계는, 상기 분말의 원재료가 되는 헤드 인고트를 준비하는 단계; 및 상기 헤드 인고트를 용해하여 급냉응고법(atomization)에 의해 상기 분말로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The preparing of the powder may include preparing a head ingot to be a raw material of the powder; And dissolving the head ingot to produce the powder by rapid cooling and solidification (atomization).
여기서, 상기 스커트 인고트는 성분 조성으로 Al, Si, Ni, Cu 및 Mg를 포함하고, 상기 Si 비율이 10~13 중량%인 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the skirt ingot may be Al, Si, Ni, Cu and Mg as a component composition, the Si ratio may be characterized in that 10 to 13% by weight.
여기서, 상기 헤드 인고트는, 성분 조성이 Si 비율이 12~17 중량%, Fe 비율이 4.5~5.5 중량%, Cu 비율이 1.5~2.5 중량%, Mg 비율이 0.5~1.5 중량%이며, 나머지는 Al으로 채워진 것을 특징으로 할 수 있다.Herein, the head ingot has a Si composition of 12-17 wt%, a Fe ratio of 4.5-5.5 wt%, a Cu ratio of 1.5-2.5 wt%, and a Mg ratio of 0.5-1.5 wt%, with the remainder being Al. It can be characterized in that filled with.
여기서, 상기 헤드 인고트 중의 Zr 비율이 0.1~1.5 중량% 추가되고 Al 비율이 이에 상응하는 비율로 감소된 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the Zr ratio in the head ingot may be 0.1 to 1.5% by weight is added and the Al ratio may be characterized in that reduced to a corresponding ratio.
여기서, 상기 혼합물 중의 Ni 비율이 0.1~1.5 중량% 추가되고 Al 비율이 이에 상응하는 비율로 감소된 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the Ni ratio in the mixture may be characterized in that 0.1 to 1.5% by weight is added and the Al ratio is reduced to the corresponding ratio.
여기서, 상기 예비성형체를 단조하는 단계 이후에 절삭가공 및 표면처리 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the step of cutting and surface treatment after the step of forging the preform; it may be characterized in that it further comprises.
본 발명에 따른 단조 피스톤 제조방법에 의하면, 피스톤의 헤드부는 고온의 환경에 잘 견딜 수 있는 재질로 형성되고, 스커트부의 재질은 성형성이 우수한 재질로 형성됨으로써, 단조 가공을 용이하게 하면서도 고온의 환경에도 잘 견딜 수 있는 피스톤을 제조할 수 있는 효과가 있다. According to the method for manufacturing a forged piston according to the present invention, the head portion of the piston is formed of a material that can withstand a high temperature environment well, the material of the skirt portion is formed of a material having excellent formability, thereby facilitating forging processing and high temperature environment Edo is able to produce a piston that can withstand well.
또한, 본 발명에 따르면 헤드부를 형성하기 위하여 합금 분말을 이용하여 별도의 빌렛을 형성하는 단계를 거치지 않아도 되므로 작업시간과 비용이 감축되는 효과가 있다.In addition, according to the present invention does not have to go through the step of forming a separate billet using the alloy powder to form the head portion has the effect of reducing the work time and cost.
또한, 본 발명에 따르면 고온인장강도, 고온피로강도 및 경도가 높고, 열팽창계수 및 비중은 더 낮은 피스톤 헤드부를 형성할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention has a high temperature tensile strength, high temperature fatigue strength and hardness, the thermal expansion coefficient and specific gravity has the effect of forming a lower piston head portion.
도 1은 본 발명에 따른 단조 피스톤 제조방법의 흐름을 도시한 순서도,
도 2는 도 1의 제조방법의 흐름을 그림으로 표현한 순서도,
도 3은 도 1의 제조방법에 따라 제조된 피스톤을 도시한 단면도.1 is a flow chart showing the flow of the forged piston manufacturing method according to the present invention,
Figure 2 is a flow chart representing the flow of the manufacturing method of FIG.
3 is a sectional view showing a piston manufactured according to the manufacturing method of FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in this specification and claims should not be construed in a common or dictionary sense, and the inventors will be required to properly define the concepts of terms in order to best describe their invention. Based on the principle that it can, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.
Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents may be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that there may be water and variations.
도 1은 본 발명에 따른 단조 피스톤 제조방법의 개략적인 흐름을 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 단조 피스톤 제조방법의 흐름을 그림으로 표현한 순서도이며, 도 3은 본 발명의 단조 피스톤 제조방법에 따라 제조된 피스톤을 도시한 단면도이다.1 is a flow chart showing a schematic flow of the forged piston manufacturing method according to the invention, Figure 2 is a flow chart showing the flow of the forged piston manufacturing method according to the present invention, Figure 3 is a forged piston production of the present invention A cross section showing a piston manufactured according to the method.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 단조 피스톤 제조방법은 크게 피스톤의 스커트(Skirt)부(420)를 형성하기 위하여 소정의 합금 절단편(100)을 제조하는 단계(S10)와 피스톤의 헤드(Head)부(410)를 형성하기 위하여 소정의 합금 분말(200)을 제조하는 단계(S20)와 소정의 몰드에 상기 절단편(100)과 상기 분말(200)을 투입하고 열과 압력을 가하여 상기 절단편(100)과 상기 분말(200)을 확산 접합시킴으로써 예비성형체(Preform)(300)를 형성하는 소결단계(S30)와 상기 예비성형체(300)를 단조하는 단계(S40) 및 단조된 예비성형체(300)를 절삭가공 및 표면처리하는 가공단계(S50)을 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIGS. 1 to 3, a method of manufacturing a forged piston according to an embodiment of the present invention includes manufacturing a predetermined
한편 본 발명의 경우 피스톤의 스커트부(420)에는 피스톤의 핀보스부(430)도 포함되는 것으로 한다.
Meanwhile, in the case of the present invention, the
우선, 본 발명은 피스톤의 스커트부와 헤드부를 형성하기 위하여 스커트부를 형성하기 위한 소정의 합금 절단편(100)과 헤드부를 형성하기 위한 소정의 합금 분말(200)을 각각 별도의 공정을 통해 형성하고, 합금 분말(200)의 재료(고온 물성이 우수한 재료)와 스커트부의 재료(성형성이 우수한 재료)를 이종재료로 형성하는 것을 특징으로 한다.First, the present invention forms a predetermined
이는 종래의 주조방식의 피스톤 제조방법 또는 단조방식의 피스톤 제조방법과 차별화되는 것으로서 헤드부와 스커트부의 재질을 다르게 형성함으로써 고온의 환경에 잘 견디면서도 단조 성형성(제조성)이 우수한 피스톤 제조방법을 제공하게 된다. This is different from the conventional casting method of the piston manufacturing method or forging method of the piston manufacturing method by forming the material of the head portion and the skirt portion differently, it is a piston manufacturing method excellent in forging formability (manufacturability) with good forging in high temperature environment. Will be provided.
이를 위해, 상기 합금 절단편(100)은 상기 합금 분말(200)보다 성형성이 우수한 합금으로 형성하고, 상기 분말(200)은 상기 절단편(100)의 보다 강도 및 내열성이 우수한 합금으로 형성하는 것이 바람직하며 피스톤의 헤드부의 경우에는 고온의 환경에서 잘 견딜 수 있도록 고온피로강도, 고온인장강도, 항복강도, 낮은 열팽창계수 및 밀도, 고강도의 경량화 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 피스톤의 스커트부의 경우에는 이와 달리 고온물성보다는 단조가공을 용이하게 하기 위하여 성형성이 우수한 재료를 사용하여 형성할 수 있다.To this end, the
이를 위해서, 상기 스커트부를 형성하기 위한 소정의 합금 절단편(100)을 형성하는 단계(S10)와 상기 헤드부를 형성하기 위한 소정의 합금 분말(200)을 제조하는 단계(S20)를 거치게 된다.To this end, a step (S10) of forming a predetermined
상기 합금 절단편(100)을 형성하는 단계(S10)는 구체적으로 상기 절단편(100)의 원재료가 되는 스커트 인고트를 준비하는 단계(S11)와 상기 스커트 인고트를 용해하여 합금화한 후 연속주조법을 통해 빌렛(billet)을 제조하는 단계(S12) 및 상기 빌렛을 절단하여 상기 절단편(100)을 형성하는 단계(S13)를 포함하여 구성될 수 있다.The step (S10) of forming the
스커트 인고트를 준비하는 단계(S11)는 상기 절단편(100)의 원재료를 준비하는 단계로서 스커트 인고트는 스커트부의 단조 성형성을 우수하게 할 수 있는 재료로 형성되어야 하며, 그 성분 조성으로 Al, Si, Ni, Cu 및 Mg를 포함할 수 있다. 일 실시예로 스커트 인고트에서 Si 비율이 10~13 중량% 정도가 되도록 하고, Ni, Cu 및 Mg의 경우에는 각각 6% 이하의 중량% 범위에서 포함되도록 하며, 나머지 대부분은 Al로 채워지도록 하는 것이 바람직하다. 다만 이는 바람직한 일 실시예일 뿐이므로 이러한 성분조성으로 한정되는 것은 아니다.Preparing the skirt ingot (S11) is a step of preparing the raw material of the
그 다음 상기 스커트 인고트를 소정의 금형에 넣고 연속주조법을 사용하여 용해하고 합금화여 빌렛(billet)을 제조한다(S12). 빌렛(billet)은 도 2에 도시된 바와 같이 봉 형상으로 주조되며 이후 빌렛(billet)을 소정 크기로 절단하는 단계(S13)을 거치게되면 합금 절단편(100)이 형성된다.
Then, the skirt ingot is placed in a predetermined mold, and melted and alloyed using a continuous casting method to prepare a billet (billet) (S12). The billet is cast in a rod shape as shown in FIG. 2, and then after the step S13 of cutting the billet to a predetermined size, an
한편, 본 발명은 상술한 바와 같이 합금 절단편(100)과 별도의 재료로 합금 분말(200)을 제조하는 단계(S20)를 거치게 된다.On the other hand, the present invention is subjected to the step (S20) of manufacturing the
합금 분말(200)을 제조하는 단계(S20)는 구체적으로 상기 분말(200)의 원재료가 되는 헤드 인고트를 준비하는 단계(S21) 및 상기 헤드 인고트를 용해하여 급냉응고법(atomization)에 의해 분말(200)로 제조하는 단계(S22)를 포함할 수 있다.Step (S20) of preparing the
헤드 인고트의 경우 스커트 인고트와 다른 성분 조성으로 구성되거나 같은 성분 조성이라도 조성비를 달리함으로써 상기 절단편(100)과 다른 종류의 합금을 형성하는데 사용된다.In the case of the head ingot is composed of a different composition of the skirt ingot or even the same composition is used to form a different type of alloy with the
이를 위해서, 상기 헤드 인고트는, 성분 조성이 Si 비율이 12~17 중량%, Fe 비율이 4.5~5.5 중량%, Cu 비율이 1.5~2.5 중량%, Mg 비율이 0.5~1.5 중량%이며, 나머지는 Al으로 채워진 것을 특징으로 할 수 있다.To this end, the head ingot, the composition of the Si ratio of 12 to 17% by weight, the Fe ratio of 4.5 to 5.5% by weight, the Cu ratio of 1.5 to 2.5% by weight, the Mg ratio of 0.5 to 1.5% by weight, the rest is It may be characterized by being filled with Al.
여기서, 상기 헤드 인고트 중 Zr 비율이 0.1~1.5 중량% 추가되고 Al 비율이 이에 상응하는 비율로 감소될 수 있으며, 나아가 상기 혼합물 중의 Ni 비율이 0.1~1.5 중량% 추가되고 Al 비율이 이에 상응하는 비율로 감소될 수 있다.Here, the Zr ratio of the head ingot may be added 0.1 to 1.5% by weight and the Al ratio may be reduced to a corresponding ratio, and further, the Ni ratio of the mixture is added to 0.1 to 1.5% by weight and the Al ratio is corresponding thereto. Can be reduced in proportion.
먼저, Al의 함유량은 가장 많은 부분을 차지하게 되며, 70~85 중량% 정도를 차지할 수 있다. 본 발명에서는 알루미늄 합금을 만드는 것으로 Al은 본 발명에서 주요한 성분에 해당한다.First, the Al content occupies the largest portion, and may occupy about 70 to 85 wt%. In the present invention, the aluminum alloy is made, and Al corresponds to the main component in the present invention.
다음으로, Si의 함유량은, 상술한 합금 분말(200)의 조성비를 감안하여 12~17 중량% 정도가 함유되게 하는 것이 바람직하다. 이때 Si은 합금의 내마모성을 향상시킬 뿐만 아니라 열팽창계수를 감소시키는 역할을 하지만, Si의 함량이 많을수록 단조 성형성을 감소키기 때문에 요구하는 물성 및 피스톤의 디자인을 고려하여 범위내에서 선택적으로 사용될 수 있다.Next, it is preferable that content of Si is made to contain about 12 to 17 weight% in view of the composition ratio of the
나아가, 고온 물성을 향상시키는 원소인 Fe의 함유량은, 상술한 합금 분말(200)의 조성비를 감안하여 4.5~5.5 중량% 정도가 필수적으로 함유되게 하는 것이 바람직하며, 조성범위의 산정은 합금 분말(200)의 제조 과정에서 Fe 함량이 변화할 수 있기 때문이다.Further, the content of Fe, which is an element that improves high temperature properties, is preferably such that about 4.5 to 5.5 wt% is essentially contained in consideration of the composition ratio of the
그리고, Cu의 함유량은 1.5~2.5 중량%, Mg 의 함유량은 0.5~1.5 중량% 정도로 하여 합금 분말(200)의 제조 과정에서 함량이 변화되는 것에 대비할 수 있다.And, the content of Cu is 1.5 to 2.5% by weight, the content of Mg is about 0.5 to 1.5% by weight can be prepared to change the content in the manufacturing process of the
또한, Zr 의 함유량은, 본 발명의 실시예에서는 Zr을 함유할 수 있도록 하며, Zr을 함유하는 것과 그렇지 않은 것으로 분류하도록 한다. In addition, content of Zr makes it possible to contain Zr in the Example of this invention, and to classify as containing and not containing Zr.
여기서, Zr을 함유하는 경우에는 비율은 0.1~1.5 중량%이며, 이 또한 합금 분말(200)의 제조 과정에서 함량의 감소에 대비하기 위함이다.In the case of containing Zr, the ratio is 0.1 to 1.5% by weight, which is also to prepare for the reduction of the content in the manufacturing process of the
나아가, Ni 의 함유량은, Ni을 함유한 것과 그렇지 않은 것으로 분류하여, Ni을 함유하는 경우에 그 비율은 0.1~1.5 중량%로 하여 합금 분말(200)의 제조 과정에서 함량의 감소에 대비할 수 있다.
Furthermore, the content of Ni is classified as containing and not containing Ni, and in the case of containing Ni, the ratio is 0.1 to 1.5% by weight to prepare for a decrease in content during the manufacturing process of the
그 다음, 상기 헤드 인고트를 용해하여 급냉응고법(atomization)에 의해 분말(200)로 제조하는 단계(S22)를 실시한다.Then, the head ingot is dissolved and manufactured into
상기 합금 분말(200)의 제조를 위해 급냉응고법 중 기체분사법을 사용하는 것이 바람직하며, 이를 사용하여 이하 설명할 구 형상 또는 불규칙 형상의 합금 분말(200)을 제조하게 된다.In order to manufacture the
본 발명은 합금 분말(200) 제조시 아토마이저(atomizer)의 분위기는 진공 또는 불활성가스 분위기로 조절될 수 있으며, 진공의 경우 진공도는 5×10-2torr로 설정될 수 있다. 아울러 분사되는 분무 가스로 분말(200)의 산화를 방지하기 위해 불활성 가스(아르곤 또는 질소)를 사용한다. 급속응고시 불활성가스의 압력은 약 10~15bar로 나타난다. 또한 분말 제조시 제조원가를 절감하기 위하여 건조된 압축공기를 분무가스로 이용하는 방법 및 물이 흐르는 회전 챔버 벽면으로 액적(droplet)을 분무시킴으로 분말의 크기에 상관없이 급냉응고 조직을 얻을 수 있는 방법(SWAP공법) 또한 본 발명에서 배제되지 않는다.In the present invention, when the
또한, 용탕의 분무 중 노즐 끝 부분에서 용탕의 응고가 발생되어 노즐 막힘 현상이 나타나는 것을 방지하고자 노즐의 직경은 2mm를 사용하도록 한다. In addition, in order to prevent the solidification of the melt occurs at the nozzle end during the spraying of the melt to prevent clogging of the nozzle to use the nozzle diameter of 2mm.
그리고, 합금 분말(200) 제조용 혼합물의 용해는 고융점 합금원소의 원활한 용해를 위해 유도로 또는 아크로를 사용하여 약 800~1000℃의 온도로 합금 분말(200) 제조용 혼합물을 용해한 후 용탕을 약 10~20분간 유지한 뒤 급냉응고를 통해 합금 분말(200)을 제조한다.
The dissolution of the mixture for preparing the
그 다음, 상기와 같이 형성된 합금 절단편(100)과 합금 분말(200)을 소정의 몰드에 투입하고 열과 압력을 가하여 상기 절단편(100)과 상기 분말(200)을 확산 접합시킴으로써 예비성형체(Preform)(300)를 형성하는 소결단계(S30)를 실시한다.Then, the preform (Preform) by inserting the
이 역시 본 발명의 특징적인 단계로서 본 발명의 경우에는 합금 분말(200)을 용해하거나 이를 이용하여 별도의 빌렛(billet) 등으로 제조하지 않고, 합금 분말(200) 자체를 바로 몰드에 투입하여 합금 절단편(100)과 확산접합시킴으로써 제조공정을 간소화시켜 작업시간과 비용을 감축하게 되는 효과가 있다.This is also a characteristic step of the present invention, in the case of the present invention does not dissolve the
이때 스커트부가 될 합금 절단편(100)을 상기 몰드의 하부에 위치시키고 그 상부로 합금 분말(200)을 투입하여 열과 압력을 가하여 상호간에 확산 접합되도록 함으로써 예비성형체(Preform)(300)을 형성하는 것이 바람직하다. 열 및 압력을 손쉽게 가하기 위한 본 발명의 일예로써 급속소결원리(통전가압소결법 또는 방전플라즈마소결법)를 이용할 경우 더욱 유용하게 이종재질의 예비성형체(Preform)(300) 제작목적을 달성 할 수 있다.
At this time, the
그 다음, 상기 예비성형체(300)를 소정의 단조기 등을 이용하여 단조함으로써 피스톤을 제작하게 된다(S40). 높은 압력의 프레스로 눌러서 피스톤을 만들어 내는 단조방식을 사용하면 높은 압력 및 소성변형에 의해 조대한 재질이 치밀하고 미세하게 변화되어 매끄러운 표면과 뛰어난 내구성을 가지는 피스톤을 제조할 수 있다.Thereafter, the
본 발명에 따른 단조 피스톤 제조방법으로 제조된 피스톤(400)의 경우 도 3에 도시된 바와 같이 높은 온도 및 압력을 받는 피스톤(400)의 헤드부(410)는 고온물성이 우수한 고강도의 재질로 형성되고, 비교적 높은 온도와 압력을 덜 받는 피스톤(400)의 스커트부(420)는 성형성이 우수한 재질로 형성되기 때문에 고온물성과 피스톤 제조 용이성을 동시에 달성하게 된다. 여기서, 피스톤의 핀보스부(430)는 상기 스커트부(420)에 포함되기 때문에 마찬가지로 성형성이 우수한 재질로 형성된다.In the case of the
또한, 상기 단조단계(S40)를 통해 제작된 피스톤을 절삭 가공하고, 소정의 표면처리하는 가공단계(S50)를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해 단조된 피스톤의 표면을 더욱 매끄럽게 함으로써 피스톤이 수명과 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
In addition, by cutting the piston produced through the forging step (S40), and may further include a processing step (S50) for a predetermined surface treatment, thereby making the surface of the forged piston more smooth through The reliability can be further improved.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 단조방식을 사용하여 피스톤을 제작하는 방법에 관한 것으로서, 주조방식에 비하여 가벼운 무게와 뛰어난 내구성을 가지는 피스톤을 제작할 수 있는 이점이 있으며, 특히 피스톤의 헤드부와 스커트부의 재료를 달리하여 피스톤의 헤드부는 고온의 환경에 잘 견딜 수 있는 재질로 형성하고, 스커트부의 재질은 성형성이 우수한 재질로 형성함으로써, 단조 가공을 용이하게 하면서도 고온의 환경에도 잘 견딜 수 있는 피스톤을 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 헤드부를 형성하기 위하여 합금 분말(200)을 소정의 몰드에 투입하고 소결하여 바로 예비성형체(300)를 형성하게 되므로 합금 분말(200)을 통해 별도의 빌렛을 형성하는 단계를 거치지 않아도 되므로 작업시간과 비용이 감축되는 효과가 있다.As described above, the present invention relates to a method of manufacturing a piston using a forging method, and has an advantage of manufacturing a piston having a light weight and excellent durability compared to a casting method, and in particular the head and skirt of the piston. By varying the material, the head of the piston is formed of a material that can withstand high temperature environments. The material of the skirt is formed of a material that is excellent in formability, thereby facilitating forging and making it possible to withstand high temperatures. There is an effect that can be produced. In addition, in order to form the head portion, the
100: 합금 절단편
200: 합금 분말
300: 예비성형체(Preform)
400: 단조 피스톤
410: 피스톤 헤드부
420: 피스톤 스커트부
430: 피스톤 핀보스부100: alloy cutting pieces
200: alloy powder
300: Preform
400: forged piston
410: piston head
420: piston skirt
430: piston pin boss
Claims (9)
상기 스커트부를 형성하기 위한 소정의 합금 절단편을 제조하는 단계;
상기 헤드부를 형성하기 위한 소정의 합금 분말을 제조하는 단계;
소정의 몰드에 상기 절단편과 상기 분말을 투입하고 열과 압력을 가하여 상기 절단편과 상기 분말을 확산 접합시킴으로써 예비성형체(Preform)를 형성하는 소결단계; 및
상기 예비성형체를 단조하는 단계;를 포함하고,
상기 절단편과 상기 분말은 성형성과 강도 및 내열성이 다른 이종재료인 것을 특징으로 하는 단조 피스톤 제조방법.In the manufacturing method of the forged piston comprising a head portion and a skirt portion (hereinafter, including a pin boss portion),
Manufacturing a predetermined alloy cut piece for forming the skirt portion;
Preparing a predetermined alloy powder for forming the head portion;
A sintering step of forming a preform by injecting the cut pieces and the powder into a predetermined mold and applying heat and pressure to diffusely bond the cut pieces and the powder; And
Forging the preform;
The cutting piece and the powder is a forging piston manufacturing method characterized in that the heterogeneous material different in formability and strength and heat resistance.
상기 절단편은 상기 분말보다 성형성이 높은 합금으로 형성되며, 상기 분말은 상기 절단편 보다 강도 및 내열성이 높은 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 단조 피스톤 제조방법.The method of claim 1,
The cutting piece is formed of an alloy having a formability higher than the powder, the powder is a forging piston manufacturing method, characterized in that formed with an alloy of higher strength and heat resistance than the cutting piece.
상기 절단편을 제조하는 단계는,
상기 절단편의 원재료가 되는 스커트 인고트를 준비하는 단계;
상기 스커트 인고트를 용해하여 합금화한 후 연속주조법을 통해 빌렛(billet)을 제조하는 단계; 및
상기 빌렛을 절단하여 상기 절단편을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단조 피스톤 제조방법.The method of claim 1,
The step of manufacturing the cut piece,
Preparing a skirt ingot to be a raw material of the cut piece;
Dissolving and alloying the skirt ingot to produce a billet through a continuous casting method; And
Cutting the billet to form the cutting piece; forging piston manufacturing method comprising a.
상기 분말을 제조하는 단계는,
상기 분말의 원재료가 되는 헤드 인고트를 준비하는 단계; 및
상기 헤드 인고트를 용해하여 급냉응고법(atomization)에 의해 상기 분말로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단조 피스톤 제조방법.The method of claim 1,
Preparing the powder,
Preparing a head ingot to be a raw material of the powder; And
And dissolving the head ingot to produce the powder by quenching and solidification (atomization).
상기 스커트 인고트는 성분 조성으로 Al, Si, Ni, Cu 및 Mg를 포함하고, 상기 Si 비율이 10~13 중량%인 것을 특징으로 하는 단조 피스톤 제조방법.The method of claim 3,
The skirt ingot comprises Al, Si, Ni, Cu and Mg as a component composition, the Si ratio is 10 to 13% by weight manufacturing method of the forged piston.
상기 헤드 인고트는,
성분 조성이 Si 비율이 12~17 중량%, Fe 비율이 4.5~5.5 중량%, Cu 비율이 1.5~2.5 중량%, Mg 비율이 0.5~1.5 중량%이며, 나머지는 Al으로 채워진 것을 특징으로 하는 단조 피스톤 제조방법.5. The method of claim 4,
The head ingot,
The component composition is Si to 12 to 17% by weight, Fe to 4.5 to 5.5% by weight, Cu to 1.5 to 2.5% by weight, Mg to 0.5 to 1.5% by weight, the remainder is filled with Al forging Piston manufacturing method.
상기 헤드 인고트 중의 Zr 비율이 0.1~1.5 중량% 추가되고 Al 비율이 이에 상응하는 비율로 감소된 것을 특징으로 하는 단조 피스톤 제조방법.The method according to claim 6,
Zr ratio of the head ingot is added 0.1 to 1.5% by weight and Al ratio is reduced to a corresponding ratio.
상기 헤드 인고트 중의 Ni 비율이 0.1~1.5 중량% 추가되고 Al 비율이 이에 상응하는 비율로 감소된 것을 특징으로 하는 단조 피스톤 제조방법.The method of claim 7, wherein
The forged piston manufacturing method, characterized in that the Ni ratio in the head ingot is added 0.1 to 1.5% by weight and the Al ratio is reduced to the corresponding ratio.
상기 예비성형체를 단조하는 단계 이후에 절삭가공 및 표면처리 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단조 피스톤 제조방법.The method of claim 1,
And forging and surface treatment after the forging of the preform.
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