KR101458189B1 - 중공밸브 제조방법 - Google Patents

중공밸브 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제조가 용이하고 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있도록 된 새로운 중공밸브 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 내연기관용 중공밸브 제조방법에 따르면, 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 가공하여 상기 밸브헤드(11)의 하측면으로부터 상기 밸브스템(12)의 중간부까지 연장된 공간부(13)가 형성된 2차 반제품(40)을 형성한 후, 용접단계와 절단단계를 통해, 공간부(13)를 밀폐함으로, 상기 공간부(13)의 형태를 자유롭게 조절할 수 있으면서 중공밸브를 정확한 사이즈로 제작할 수 있을 뿐 아니라, 작업이 매우 용이하고, 작업시간이 짧아서 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

중공밸브 제조방법{the method of manufacturing hallow valve}
본 발명은 제조가 용이하고 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있도록 된 새로운 중공밸브 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 내연기관에는 연소실을 개폐하는 밸브가 구비된다.
상기 밸브는 밸브헤드와, 상기 밸브헤드의 후측면에서 상측으로 연장된 밸브스템으로 구성되어, 내연기관에 구비된 캠에 의해 빠르게 승강하면서 연소실에 형성된 흡기구와 배기구를 개폐할 수 있도록 구성된다.
그런데, 이러한 밸브는 내연기관의 연소실에서 연료가 연소되면서 발생되는 열에 의해 밸브헤드가 지속적으로 가열되어 온도가 상승되므로, 이와 같이 가열된 밸브에 의해 연소실의 내부로 공급된 연료가 정해진 연소시점보다 이른 시점에 연소되어, 노킹이 발생되는 경우가 자주 발생되었다.
특히, 엔진에서 노킹이 발생될 경우, 내연기관의 연비가 저하될 뿐 아니라, 엔진의 내구성 역시 급속하게 저하되는 문제점이 발생된다.
따라서, 최근에는 이와 같은 문제점을 방지할 수 있도록 된 중공밸브가 개발되어 널리 사용되고 있다.
상기 중공밸브는 도 1에 도시한 바와 같이, 밸브헤드(11)와 밸브스템(12)으로 구성되며 내부에 공간부(13)가 형성된 밸브본체(10)와, 상기 밸브본체(10) 내부의 공간부(13)에 저장된 열매체(20)로 구성된다.
이때, 상기 공간부(13)는 밸브헤드(11)와 밸브스템(12)의 내부에 형성되며, 상기 열매체(20)는 나트륨과 같이 용융온도가 낮은 금속으로 구성된다.
따라서, 연소실에서 연료가 연소되면서 발생된 열에 의해 밸브본체(10)가 가열되면 상기 나트륨이 액체형태로 용융되고, 밸브본체(10)가 빠르게 승강함에 따라 상기 나트륨이 밸브헤드(11)와 밸브스템(12)의 내부로 왕복하면서 밸브헤드(11)에 가해진 열이 상기 밸브스템(12)으로 빠르게 전달되도록 한다.
그리고, 이와 같이 밸브스템(12)으로 전달된 열은 외부로 방열되어, 상기 밸브헤드(11)가 가열되어 노킹이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 공개특허 10-1998-068150호에 나타난 중공밸브의 제조방법을 도시한 것으로, 상기 밸브스템(12)의 후단부를 드릴가공하여 상기 밸브헤드(11)까지 연장되는 공간부(13)를 형성한 후, 상기 밸브스템(12)의 단부를 밀봉하는 것이다.
도 3은 등록특허 10-1247896호에 나타난 중공밸브의 제조방법을 도시한 것으로, 후측에 공간부(13)가 형성되고 선단부의 외경이 큰 봉체를 네킹다운(후단부의 직경이 좁아지도록 가압 또는 인발하는 과정)을 하여 공간부(13)의 후단부가 개방된 밸브본체(10)를 제조하고, 상기 밸브본체(10)의 내부에 열매체(20)를 공급한 후 밸브본체(10)의 후단부를 밀봉하는 방법이 이용된다.
그러나, 공개특허 10-1998-068150호에 나타난 방법은 드릴을 이용하여 공간부(13)를 형성함으로, 밸브본체(10)의 내부에 형성되는 공간부(13)의 체적, 특히, 상기 밸브헤드(11) 내부에 형성된 공간부(13)의 체적이 매우 좁아서 밸브헤드(11)에 가해진 열을 효과적으로 냉각시킬 수 없는 문제점이 발생되었다.
반대로, 등록특허 10-1247896호에 나타난 방법은 밸브본체(10)의 내부에 형성된 공간부(13)의 체적, 특히, 상기 밸브헤드(11)의 내부에 형성된 공간부(13)의 체적을 확대시킬 수 있는 장점이 있으나, 정확한 사이즈로 제조하는 것이 매우 어려울 뿐 아니라, 제조에 소요되는 시간이 길어서 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방법이 필요하게 되었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제조가 용이하고 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있도록 된 새로운 중공밸브 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 밸브헤드(11)와 밸브스템(12)으로 구성되며 내부에 공간부(13)가 형성된 밸브본체(10)와, 상기 밸브본체(10) 내부의 공간부(13)에 저장된 열매체(20)를 포함하는 내연기관용 중공밸브를 제조하는 방법에 있어서, 밸브헤드(11)와 밸브스템(12)이 구비된 1차 반제품(30)을 제조하는 1차 가공단계와, 상기 밸브헤드(11)의 하측면에서 상측으로 연장된 공간부(13)가 형성된 2차 반제품(40)을 제조하는 2차 가공단계와, 상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 상기 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면에 밀착하여 상기 공간부(13)가 밀폐되도록 용접하는 용접단계와, 상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 절단하는 절단단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 중공밸브 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 용접단계는 상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 상기 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면에 밀착한 후, 상기 1차 반제품(30) 또는 2차 반제품(40)을 회전시켜 발생되는 열에 의해 1차 반제품(30)과 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면이 상호 용접되도록 하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 중공밸브 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 내연기관용 중공밸브 제조방법에 따르면, 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 가공하여 상기 밸브헤드(11)의 하측면으로부터 상기 밸브스템(12)의 중간부까지 연장된 공간부(13)가 형성된 2차 반제품(40)을 형성한 후, 용접단계와 절단단계를 통해, 공간부(13)를 밀폐함으로, 상기 공간부(13)의 형태를 자유롭게 조절할 수 있으면서 중공밸브를 정확한 사이즈로 제작할 수 있을 뿐 아니라, 작업이 매우 용이하고, 작업시간이 짧아서 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 중공밸브의 일예를 도시한 측단면도,
도 2 및 도 3은 종래의 중공밸브의 제조방법을 도시한 참고도,
도 4는 본 발명에 따른 중공밸브 제조방법에 따라 제작된 중공밸브를 도시한 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 중공밸브 제조방법에 따라 제작된 1차 반제품을 도시한 측단면도,
도 6은 본 발명에 따른 중공밸브 제조방법에 따라 제작된 2차 반제품을 도시한 측단면도,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 중공밸브 제조방법의 용접단계를 도시한 측단면도,
도 9는 본 발명에 따른 중공밸브 제조방법의 절단단계를 도시한 측단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 내연기관용 중공밸브 제조방법을 도시한 것으로, 상기 중공밸브는 도 4에 도시한 바와 같이, 밸브헤드(11)와 밸브스템(12)으로 구성되며 내부에 공간부(13)가 형성된 밸브본체(10)와, 상기 밸브본체(10) 내부의 공간부(13)에 저장된 열매체(20)로 구성된 것은 종래와 동일하다.
그리고, 본 발명에 따르면, 상기 중공밸브를 제조하는 방법은, 밸브헤드(11)와 밸브스템(12)이 구비된 1차 반제품(30)을 제조하는 1차 가공단계와, 상기 밸브헤드(11)의 하측면에서 상측으로 연장된 공간부(13)가 형성된 2차 반제품(40)을 제조하는 2차 가공단계와, 상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 상기 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면에 밀착하여 상기 공간부(13)가 밀폐되도록 용접하는 용접단계와, 상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 절단하는 절단단계로 구성된다.
이를 자세히 설명하면, 상기 1차 가공단계는 블록을 정밀한 형태로 절삭하여 도 5에 도시한 바와 같이, 밸브헤드(11)와 밸브스템(12)이 구비된 1차 반제품(30)을 제조하는 것으로, 이러한 1차 가공단계를 거쳐 제작되는 1차 반제품(30)은 일반적인 밸브본체(10)의 형태와 동일하게 구성된다.
이때, 상기 밸브헤드(11)는 단부로 갈수록 외경이 넓어지는 경사면부(11a)와, 직경이 일정하도록 상기 경사면부(11a)의 단부에서 전방으로 연장된 원판형태로 구성된 디스크부(11b)로 구성된다.
상기 2차 가공단계는 상기 1차 가공단계를 통해 제조된 1차 반제품(30)을 절삭하여, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 밸브헤드(11)의 하측면으로부터 상기 밸브스템(12)의 중간부까지 연장된 공간부(13)를 형성하는 것이다.
이때, 상기 밸브헤드(11)의 하측면에 공간부(13)를 형성할 때는 상기 밸브헤드(11)의 디스크부(11b)는 제거된다.
상기 용접단계는 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 상기 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면에 밀착한 후, 상기 1차 반제품(30) 또는 2차 반제품(40)을 회전시켜 발생되는 열에 의해 1차 반제품(30)과 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면이 상호 용접되도록 하는 것이다.
이를 위해, 상기 1차 반제품(30)과 2차 반제품(40)을 밸브헤드(11)의 단부가 상호 밀착되도록 척(51,52)에 고정한 상태에서, 일측의 척(51,52)을 고속으로 회전시켜 진행된다.
바람직하게는 상기 척(51,52)은 도 7에 도시한 바와 같이, 상호 상하방향으로 이격되도록 배치된 상, 하부척(51,52)으로 구성되고, 상기 2차 반제품(40)은 상기 2차 가공단계에서 형성된 공간부(13)의 내부에 나트륨이 공급된 상태에서, 상기 밸브헤드(11)가 상측을 향하도록 밸브스템(12)이 상기 하부척(52)에 고정된다.
그리고, 상기 1차 반제품(30)은 밸브헤드(11)가 하측을 향하도록 밸브스템(12)이 상기 상부척(51)에 고정된 상태에서, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 상, 하부척(51,52)을 상호 밀착시킨 후 상기 상부척(51)을 고속회전시킴으로써, 상기 2차 반제품(40)의 공간부(13)에 열매체(20)인 나트륨이 저장되도록 상기 1차 반제품(30)과 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11)의 단부면을 용접시킬 수 있다.
상기 절단단계는 도 9에 도시한 바와 같이, 다이아몬트커터 또는 와이어커터를 이용하여 상기 밸브헤드(11)의 경사면부(11a)와 디스크부(11b)의 사이를 절단함으로써, 상기 1차 반제품(30)의 디스크부(11b)가 절단되어 상기 2차 반제품(40)의 공간부(13)를 막는 덮개의 기능을 하도록 한다.
그리고, 상기 절단단계를 통과하면서 디스크부(11b)가 절단된 1차 반제품(30)을 상기 하부척(52)으로 옮겨 고정한 후, 전술한 단계를 반복하여, 반복적으로 중공밸브를 제작할 수 있다.
이와 같은 내연기관용 중공밸브 제조방법에 따르면, 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 가공하여 상기 밸브헤드(11)의 하측면으로부터 상기 밸브스템(12)의 중간부까지 연장된 공간부(13)가 형성된 2차 반제품(40)을 형성한 후, 용접단계와 절단단계를 통해, 공간부(13)를 밀폐함으로, 상기 공간부(13)의 형태를 자유롭게 조절할 수 있으면서 중공밸브를 정확한 사이즈로 제작할 수 있을 뿐 아니라, 작업이 매우 용이하고, 작업시간이 짧아서 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
특히, 상기 2차 반제품(40)의 공간부(13)를 1차 반제품(30)의 단부면에 형성되는 디스크부(11b)를 이용하여 밀폐함으로, 공간부(13)를 막기 위한 별도의 마개부재를 제작할 필요가 없어서, 제조비용과 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 용접단계에서는 상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 상기 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면에 밀착한 후, 상기 1차 반제품(30) 또는 2차 반제품(40)을 회전시켜 발생되는 열에 의해 1차 반제품(30)과 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면이 상호 용접되도록 함으로, 상기 공간부(13)를 견고하게 밀폐할 수 있을 뿐 아니라, 용접작업이 매우 용이해지는 장점이 있다.
본 실시예의 경우, 상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 상기 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면에 밀착한 후, 상기 1차 반제품(30) 또는 2차 반제품(40)을 회전시켜 발생되는 열에 의해 1차 반제품(30)과 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면이 상호 용접되도록 하는 것을 예시하였으나, 상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 상기 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면에 용접하는 방법은 레이저용접을 비롯한 다양한 방법으로 변경될 수 있다.
10. 밸브본체 11. 밸브헤드
12. 밸브스템 20. 열매체
30. 1차 반제품 40. 2차 반제품

Claims (2)

  1. 밸브헤드(11)와 밸브스템(12)으로 구성되며 내부에 공간부(13)가 형성된 밸브본체(10)와, 상기 밸브본체(10) 내부의 공간부(13)에 저장된 열매체(20)를 포함하는 내연기관용 중공밸브를 제조하는 방법에 있어서,
    밸브헤드(11)와 밸브스템(12)이 구비된 1차 반제품(30)을 제조하는 1차 가공단계와,
    상기 밸브헤드(11)의 하측면에서 상측으로 연장된 공간부(13)가 형성된 2차 반제품(40)을 제조하는 2차 가공단계와,
    상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 상기 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면에 밀착하여 상기 공간부(13)가 밀폐되도록 용접하는 용접단계와,
    상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 절단하는 절단단계를 포함하고,
    상기 1차 반제품(30)은, 상기 밸브헤드(11)의 단부로 갈수록 외경이 넓어지는 경사면부(11a)와, 직경이 일정하도록 상기 경사면부(11a)의 단부에서 전방으로 연장된 원판형태로 구성된 디스크부(11b)로 구성되고,
    상기 2차 가공단계는, 상기 1차 가공단계를 통해 제조된 1차 반제품(30)을 절삭하여 밸브헤드(11)의 하측면으로부터 상기 밸브스템(12)의 중간부까지 연장된 공간부(13)를 형성하고,
    상기 밸브헤드(11)의 하측면에 공간부(13)를 형성할 때는, 상기 밸브헤드(11)의 디스크부(11b)가 제거되고,
    상기 절단단계는, 상기 1차 반제품(30)의 상기 밸브헤드(11) 경사면부(11a)와 디스크부(11b)의 사이를 절단함에 따라, 절단된 상기 1차 반제품(30)의 디스크부(11b)는 상기 2차 반제품(40)의 공간부(13)를 막는 덮개의 기능을 하고,
    상기 디스크부(11b)가 절단된 1차 반제품(30)은, 상기 2차 가공단계를 거쳐 밸브스템(12)의 중간부까지 연장된 공간부(13)가 형성된 2차 반제품(40)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 중공밸브 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 용접단계는 상기 1차 반제품(30)의 밸브헤드(11) 단부면을 상기 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면에 밀착한 후, 상기 1차 반제품(30) 또는 2차 반제품(40)을 회전시켜 발생되는 열에 의해 1차 반제품(30)과 2차 반제품(40)의 밸브헤드(11) 단부면이 상호 용접되도록 하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 중공밸브 제조방법.
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