KR101313400B1 - 피스톤용 주조품 및 그것을 기계 가공한 피스톤 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피스톤의 소재를 이루는 주조품의 구조를 변경하여 추후 기계가공에 의해 피스톤을 완성하였을 때 헤드 상부의 오목부와 상단 기계 가공면이 만나는 모서리 부분에 첨단부와 버어 형성을 방지하기 위한 피스톤용 주조품 및 그것을 기계 가공하여 만든 피스톤에 관한 것이다. 본 발명에 따른 피스톤의 1차 소재로서의 피스톤 주조품은, 피스톤의 헤드부 상면에 오목부(112)가 형성되고; 상기 오목부(112) 둘레의 테두리에 최종적인 피스톤 제품의 헤드 상단 가공면에 대응하는 기계가공라인(M.L)보다 가공 여유만큼의 살 두께를 더 부여한 상부면(114)이 형성되고; 상기 오목부(112)와 상기 상부면(114)의 반경 방향 내측 단부를 연결하는 연결면은, 상기 오목부(112)의 바닥면으로부터 상기 상부면(114)을 향해 반경방향 외측으로 기울어진 형태로 연장되는 측벽면(116)과, 상기 측벽면(116)으로부터 시작하여 상기 기계가공라인(M.L)을 지나 상기 상부면(114)에 이르기까지 측벽면(116)보다 반경방향 외측으로 더 기울어진 형태로 연장되는 경사면(120)으로 이루어지며; 상기 상부면(114)을 상기 기계가공라인(M.L)까지 절삭하여 제거하였을 때 상기 경사면(120)의 중간 부분에서 상기 기계가공라인(M.L)의 반경방향 내측 단부가 만나 내측 모서리(EG)를 형성하도록 하는 구성을 가진다.

Description

피스톤용 주조품 및 그것을 기계 가공한 피스톤{A CASTING PRODUCT AND A PISTON MADE BY MACHINE WORK USING THEREOF}
본 발명은 내연기관용 피스톤에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피스톤의 소재를 이루는 주조품의 구조를 변경하여 추후 기계가공에 의해 피스톤을 완성하였을 때 헤드 상부의 오목부와 상단 기계 가공면이 만나는 모서리 부분에 첨단부나 버어 형성을 방지한 피스톤용 주조품 및 그것을 기계 가공하여 만든 피스톤에 관한 것이다.
내연기관용 피스톤은 실린더 내를 왕복하면서 헤드부와 함께 이루는 연소실에서의 가스 폭발에 의한 힘을 받아 커넥팅 로드를 통해 크랭크 축에 전달하는 역할을 한다.
피스톤의 헤드 상면은 실린더 헤드와의 사이에서 연소실 공간을 형성하는 중요한 부분으로서, 압축비의 설계에 따라 평평한 것부터 오목면(concave)이나 볼록면(convex)의 형태를 이루고 있다.
통상적으로 피스톤은 주조를 통해 제조된 1차 소재를, 헤드 상면, 탑 랜드부, 피스톤 링 홈 등의 중요 부분들을 기계가공(주로 절삭가공)을 통해 추가로 가공하여 사용한다.
도 1 및 도 2에는 종래의 오목면의 헤드부를 가지는 피스톤의 기계 가공 전의 1차 소재 상태를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 주조된 피스톤의 1차 소재(10)는, 헤드 상면에 오목부(12)가 형성되고, 오목부(12) 둘레의 테두리에 최종적으로 기계 가공할 기계가공라인(M.L)보다 가공 여유만큼의 살(肉) 두께를 더 부여한 상부면(14)이 형성되며, 오목부(12)의 바닥면과 상부면(14)은 측벽면(16)으로 연결된 형태로 이루어진다. 도 2에서 상부면(14)은, 가는 일점쇄선으로 도시한 바와 같이, 기계가공라인(M.L)과 일정한 간격을 유지하는 형태로도 이루어질 수 있는 등, 기계가공의 방법이나 주조 여건 등에 따라 다양한 두께로 형성된 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 피스톤의 1차 소재를 기계가공(절삭, 연삭 등을 포함한다) 하여 완성된 상태의 피스톤(10a)이 도시되어 있다.
기계 가공은, 통상적으로 피스톤의 1차 소재(10)의 상부면(14)을 기계가공라인(M.L)을 따라 절삭하여 제거함으로써 피스톤의 헤드 상단 가공면(14a)을 형성하고, 몸통 둘레에 홈을 절삭하여 피스톤 링을 끼우기 위한 링 홈(18)을 형성하며, 그리고 도시하지는 않았지만 피스톤 핀을 결합하기 위한 핀 홀을 형성하는 등의 가공을 수행한다.
이처럼 완제품의 피스톤은 제조방식에 따라, 오목부(12)와 같은 주조부분과, 헤드 상단 가공면(14a)이나 링 홈(18)과 같은 기계가공부분이 함께 존재하는 경우가 일반적인데, 그렇다 보니 주조부분과 기계가공부분의 경계 면인 헤드 상단 가공면(14a)과 측벽면(16)이 만나는 내측 모서리(EG) 부분이 지나치게 날카로운 이른바 '첨단부(sharpen edge part)'가 형성되거나 또는 내측 모서리(EG) 부분이 절삭공구에 의해 살(肉)이 미세하게 밀려나가서 거스러미(burr)와 같이 미세하고 날카롭게 돌출하는 부분이 생기게 된다.
피스톤의 크라운에 첨단부나 거스러미와 같은 부분이 생기면 이상연소나 토크 변동의 원인이 될 수 있다.
공개특허공보 공개번호 제10-2007-0020182호(2007.02.20.) 공개특허공보 공개번호 제10-2005-0068448호(2005.07.05.) 공개특허공보 공개번호 제10-2003-0005413호(2003.01.17.)
본 발명은 상기와 같은 문제를 개선하기 위해 창안한 것으로서, 피스톤 주조 시 헤드의 오목면과 상부면 사이에, 추후의 기계 가공을 대비하여 첨단부나 거스러미가 발생하기 어려운 형상을 가지도록 하여 헤드 상단 가공면을 기계 가공할 때 모서리에 첨단부나 거스러미가 발생하지 않도록 하는 1차 소재로서의 주조품을 제공함과 더불어, 해당 주조품에 의해 높은 품질을 유지하도록 제조되는 피스톤을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 피스톤용 주조품은, 피스톤의 1차 소재인 주조품으로서, 피스톤의 헤드부 상면에 오목부가 형성되고; 상기 오목부 둘레의 테두리에 최종적인 피스톤 제품의 헤드 상단 가공면에 대응하는 기계가공라인(M.L)보다 가공 여유만큼의 살 두께를 더 부여한 상부면이 형성되고; 상기 오목부와 상기 상부면의 반경 방향 내측 단부를 연결하는 연결면은, 상기 오목부의 바닥면으로부터 상기 상부면을 향해 반경방향 외측으로 기울어진 형태로 연장되는 측벽면과, 상기 측벽면으로부터 시작하여 상기 기계가공라인(M.L)을 지나 상기 상부면에 이르기까지 측벽면보다 반경방향 외측으로 더 기울어진 형태로 연장되는 경사면으로 이루어지며; 상기 상부면을 상기 기계가공라인(M.L)까지 절삭하여 제거하였을 때 상기 경사면의 중간 부분에서 상기 기계가공라인(M.L)의 반경방향 내측 단부가 만나 내측 모서리(EG)를 형성하도록 구성된다.
본 발명의 한 방향에 따른 최종 제품으로서의 피스톤은, 피스톤의 헤드부 상면에 주조 상태 그대로인 오목부가 형성되고; 상기 오목부 둘레의 테두리 상면을 절삭한 기계 가공면으로 이루어지는 헤드 상단 가공면이 형성되며; 상기 오목부와 상기 헤드 상단 가공면의 반경 방향 내측 단부를 연결하는 연결면은, 상기 오목부의 바닥면으로부터 상기 헤드 상단 가공면을 향하여 반경방향 외측으로 기울어져 연장되는 주조 상태 그대로의 측벽면과, 상기 측벽면으로부터 반경방향 외측으로 더 기울어져 연장되는 주조 상태 그대로의 경사면으로 이루어진다.
본 발명의 다른 방향에 따른 최종 제품으로서의 피스톤은, 피스톤의 헤드부 상면에 주조 상태 그대로인 오목부가 형성되고; 상기 오목부 둘레의 테두리 상부를 절삭하여 형성되는 기계 가공면으로서, 반경방향 내측 단부로부터 반경방향 외측 단부로 갈수록 하향 경사진 형태의 헤드 상단 가공면이 형성되며; 상기 오목부와 상기 헤드 상단 가공면의 반경 방향 내측 단부를 연결하는 연결면은, 상기 오목부의 바닥면으로부터 상기 헤드 상단 가공면을 향하여 반경방향 외측으로 기울어져 연장되는 주조 상태 그대로의 측벽면과, 상기 측벽면으로부터 반경방향 외측으로 더 기울어져 연장되는 주조 상태 그대로의 경사면으로 이루어진다.
본 발명에 따른 피스톤용 주조품에 의하면, 피스톤 주조 시에 오목부와 상부면을 측벽면과 경사면으로 연결한 형태로 구성하면서, 경사면의 중간 지점에서 헤드 상단 가공면을 형성하기 위한 기계가공라인(M.L)이 만나도록 함으로써, 최종 기계 가공에 의해 형성되는 헤드 상단 가공면과 주조 상태의 경사면이 만나더라도 그 모서리에 경사면에 의해 미리 모따기 처리한 효과가 생겨 모서리의 날카로움이 무뎌지고 거스러미가 발생하는 현상이 줄어든다.
도 1은 종래의 일반적인 피스톤 주조품(1차 소재)의 해드 부분을 보여주는 사시도이다.
도 2는 종래의 일반적인 피스톤 주조품의 헤드 부분을 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2에서 기계가공라인(M.L)을 따라 가공한 피스톤 완성품의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 피스톤 주조품의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 피스톤 주조품의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 피스톤 완성품의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 피스톤 완성품의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 주조품과 종래의 비교예에 따른 피스톤 주조품의 내측 모서리 부분을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 완성품과 종래의 비교예에 따른 피스톤 완성품의 내측 모서리 부분을 비교하여 나타낸 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 피스톤 주조품의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 피스톤 주조품의 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 피스톤의 1차 소재인 주조품(110)은, 피스톤의 크라운부 상면에 오목부(112)가 형성되고, 그 오목부(112) 둘레의 상부 테두리에 최종 제품에서의 헤드 상단 가공면을 만들기 위한 기계가공라인(M.L)보다 가공 여유만큼의 살 두께를 더 부여한 상부면(114)이 형성된다.
그리고 상기의 오목부(112)와 상부면(114)의 반경방향 내측 단부를 연결하는 연결면은, 오목부(112)의 바닥으로부터 연장되는 측벽면(116)과, 상기 측벽면(116)으로부터 연장되는 경사면(120)으로 이루어진다.
측벽면(116)은, 오목부(112)의 바닥면으로부터 상부면(114)을 향해 반경방향 외측으로 기울어진 형태로 연장된다(도 5에 도시된 실시예에서는, 수직선에 대해 20도 각도를 유지하고 있다).
그리고 경사면(120)은, 최종적인 헤드 상단 가공면에 대응하는 기계가공라인(M.L)보다 낮은 지점에서 시작한다. 즉, 경사면(120)은 측벽면(116)으로부터 시작하여 상기 기계가공라인(M.L)을 지나 상부면(114)에 이르기까지 측벽면(116)보다 반경방향 외측으로 더 기울어진 형태로 연장된다(도 5에 도시된 실시예에서는, 수직선에 대해 45도 각도를 유지하고 있다).
이처럼 측벽면(116)보다 더 기울어진 경사면(120)을 주조 시 미리 형성하여, 경사면(120)의 중간 지점에서 기계가공라인(M.L)과 만나도록 함으로써, 상부면(114)을 기계가공라인(M.L)까지 절삭하여 제거하였을 때, 경사면(120)의 중간 부분과 헤드 상단 가공면(114a)(도 7 참조)이 만나 내측 모서리(EG)를 형성하도록 함으로써, 모서리(EG)의 날카로움을 줄이고 거스러미의 형성을 억제한 것이다.
도 6 및 도 7은 피스톤 주조품(110)의 상부면(114)을 기계가공라인(M.L)까지 절삭한 피스톤 완성품(110a)을 보여주는 것으로서, 전술한 상부면(114)을 기계가공라인(M.L)까지 절삭하여 최종적인 헤드 상단 가공면(114a)을 형성하면, 헤드 상단 가공면(114a)의 반경 방향 내측 단부가 경사면(120)과 만나는 지점에서 내측 모서리(EG)가 형성되게 된다.
즉, 피스톤의 헤드부 상면에 주조 상태 그대로인 오목부(112)가 형성되고, 오목부(112) 둘레의 상부 테두리 상면은 기계 가공면인 헤드 상단 가공면(114a)이 형성된다. 또한, 오목부(112)와 헤드 상단 가공면(114a)의 반경 방향 내측 단부의 연결면은, 오목부(112)의 바닥면으로부터 헤드 상단 가공면(114a)을 향하여 반경방향 외측으로 기울어져서 연장되는 주조 상태 그대로의 측벽면(116)과, 이의 측벽면(116)으로부터 반경방향 외측으로 더 기울어져 연장되는 주조 상태 그대로의 경사면(120)으로 이루어진다.
이러한 본 발명에 의하면, 경사면(120)은 본래 측벽면(116)과 기계가공라인(M.L)이 만나는 모서리에 미리 모따기 처리한 효과를 주므로, 모서리(EG)의 날카로움은 무뎌지고 가공 시 모서리(EG)에서 거스러미가 발생하는 현상을 억제할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 경사면(120)에 대해 기계가공라인(M.L) 또는 헤드 상단 가공면(114a)이 만나는 각도(θ)는 100도 이상의 각도를 이루도록 하는 것이 상기의 효과를 증진할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 피스톤(110a)은, 상기 헤드 상단 가공면(114a)이 반경방향 내측 단부로부터 반경방향 외측 단부로 갈수록 하향 경사진 형태로 이루어진다. 본 발명은 이처럼 헤드 상단 가공면(114a)이 경사져서 내측 모서리(EG)가 더 날카로워질 수밖에 없는 형태의 피스톤에 적용하는 경우 더욱 효과적이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 주조품(100)과 종래의 비교예에 따른 피스톤 주조품(10)의 내측 모서리 부분을 비교하여 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 완성품(110a)과 종래의 비교예에 따른 피스톤 완성품(10a)의 내측 모서리 부분을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 피스톤 주조 시에 오목부와 상부면(114)을 측벽면(116)과 경사면(120)으로 연결하며, 경사면(120)의 중간 지점에서 헤드 상단 가공면을 이룰 기계가공라인(M.L)과 만나도록 함으로써, 최종 기계 가공에 의해 형성되는 헤드 상단 가공면(114a)과 주조 상태의 경사면(120)이 만나더라도 그 모서리에 미리 모따기 처리한 효과가 생겨 모서리의 날카로움이 무뎌지고 거스러미가 발생하는 현상이 줄어든다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
110 : 피스톤(주조품)
110a : 피스톤(완성품)
112 : 오목부
114 : 상부면
114a : 헤드 상단 가공면
116 : 측벽면
120 : 경사면
EG : 내측 모서리
M.L : (탑 랜드)기계가공라인

Claims (3)

  1. 피스톤의 1차 소재인 주조품으로서,
    피스톤의 헤드부 상면에 오목부(112)가 형성되고,
    상기 오목부(112) 둘레의 테두리에 최종적인 피스톤 제품의 헤드 상단 가공면에 대응하는 기계가공라인(M.L)보다 가공 여유만큼의 살 두께를 더 부여한 상부면(114)이 형성되고,
    상기 오목부(112)와 상기 상부면(114)의 반경 방향 내측 단부를 연결하는 연결면은, 상기 오목부(112)의 바닥면으로부터 상기 상부면(114)을 향해 반경방향 외측으로 기울어진 형태로 연장되는 측벽면(116)과, 상기 측벽면(116)으로부터 시작하여 상기 기계가공라인(M.L)을 지나 상기 상부면(114)에 이르기까지 측벽면(116)보다 반경방향 외측으로 더 기울어진 형태로 연장되는 경사면(120)으로 이루어지며,
    상기 상부면(114)을 상기 기계가공라인(M.L)까지 절삭하여 제거하였을 때 상기 경사면(120)의 중간 부분에서 상기 기계가공라인(M.L)의 반경방향 내측 단부가 만나 내측 모서리(EG)를 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 피스톤용 주조품.
  2. 피스톤의 헤드부 상면에 주조 상태 그대로인 오목부(112)가 형성되고,
    상기 오목부(112) 둘레의 테두리 상면을 절삭한 기계 가공면으로 이루어지는 헤드 상단 가공면(114a)이 형성되며,
    상기 오목부(112)와 상기 헤드 상단 가공면(114a)의 반경 방향 내측 단부를 연결하는 연결면은, 상기 오목부(112)의 바닥면으로부터 상기 헤드 상단 가공면(114a)을 향하여 반경방향 외측으로 기울어져 연장되는 주조 상태 그대로의 측벽면(116)과, 상기 측벽면(116)으로부터 반경방향 외측으로 더 기울어져 연장되는 주조 상태 그대로의 경사면(120)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  3. 피스톤의 헤드부 상면에 주조 상태 그대로인 오목부(112)가 형성되고,
    상기 오목부(112) 둘레의 테두리 상부를 절삭하여 형성되는 기계 가공면으로서, 반경방향 내측 단부로부터 반경방향 외측 단부로 갈수록 하향 경사진 형태의 헤드 상단 가공면(114a)이 형성되며,
    상기 오목부(112)와 상기 헤드 상단 가공면(114a)의 반경 방향 내측 단부를 연결하는 연결면은, 상기 오목부(112)의 바닥면으로부터 상기 헤드 상단 가공면(114a)을 향하여 반경방향 외측으로 기울어져 연장되는 주조 상태 그대로의 측벽면(116)과, 상기 측벽면(116)으로부터 반경방향 외측으로 더 기울어져 연장되는 주조 상태 그대로의 경사면(120)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤.
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