KR101605154B1 - 사형 주형을 이용한 라이너리스 실린더 블록의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

사형 주형을 이용한 라이너리스 실린더 블록의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 라이너리스 실린더 블록의 제조방법은 실린더 블록의 실린더 보어를 형성하기 위하여 사형 코어의 주위에 복수개의 칠러 부재를 형성하고, 상기 칠러 부재는 표면에 길이 방향 또는 폭 방향으로 복수개의 그루브가 형성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 사형 코어에 그루브가 형성된 복수개의 칠러 부재를 부착함으로써 실린더 보어에 매우 치밀한 주조조직을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 용탕이 사형코어와 양호한 밀착성을 유지할 수 있다.

Description

사형 주형을 이용한 라이너리스 실린더 블록의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING LINERLESS CYLINDER BLOCK USING SILICA MOLD}
본 발명은 라이너리스 실린더 블록에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면부에 복수개의 그루브가 형성된 칠러 부재가 부착된 사형 코어를 이용한 라이너리스 실린더 블록의 제조방법에 관한 것이다.
자동차등의 내연기관용 실린더 블록은 주철재의 라이너를 사형주형에 매립한 후 용탕을 주입하여 실린더 블록을 제조하거나 용탕을 주입하여 실린더 블록을 제조한 후 라이너를 압입등에 의해 형성하는 방법이 사용되어 왔다.
종래기술인 한국 공개특허 KR2012-0046545A의 경우 일체형 라이너를 블록 금형의 소정 위치에 삽입한 후 알루미늄 합금을 충진시켜 차량용 실린더 블록을 제조하는 방법을 개시하고 있다.
최근에는 실린더 블록의 경량화를 위하여 주철재의 라이너가 사용되지 않는 라이너리스 실린더 블록을 제조하는 방법이 연구되어 왔으며, 현재 일부 양산차에 적용되고 있다.
양산차에 적용되는 라이너리스 실린더 블록은 먼저 실린더 블록을 주조한 후, 실린더 보어를 정밀가공하고 보어의 표면에 철을 용사코팅(spray coating)을 하는 방법으로 제조를 하고 있다.
그러나, 용사코팅을 위해 실린더 보어를 가공시 실린더 블록의 주조조직이 치밀하지 않을 경우 가공면에 균열이나 구멍(void) 등이 존재할 수 있으며 이 경우, 균일한 용사코팅이 이루어지지 못하며 제품 파손(failure)의 원인이 될 수 있다.
따라서, 양질의 라이너리스 실린더 블록제조를 위해서는 주조품의 주조조직이 미세한 조직을 가져야 하나, 주조품의 미세조직을 치밀하게 하기 위해서는 일부 합금원소를 첨가하거나 실린더 블록 전체의 냉각속도를 조절해야 하는데 이는 비용효과적이지 않은 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 라이너리스 실린더 블록의 제조시에 사형 코어에 분할결합되는 칠러 부재를 도입하고, 칠러 부재의 표면에 복수의 그루브를 형성함으로써 실린더 보어의 주조조직이 미세할 뿐만 아니라 양호한 주조작업이 가능하고 양질의 용사코팅층을 형성할 수 있는 라이너리스 실린더 블록의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 사형주형을 이용한 라이너리스 실린더 블록의 제조방법은 상기 실린더 블록의 실린더 보어를 형성하기 위하여 사형 코어의 주위에 복수개의 칠러 부재를 형성하고, 상기 칠러 부재는 표면에 폭방향 또는 길이 방향으로 복수개의 그루브가 형성된다.
상기 사형 코어는 길이방향으로 복수개의 돌출부가 형성되며, 상기 칠러 부재는 상기 사형 코어의 돌출부 사이에 밀착이 될 수 있다.
상기 칠러 부재는 상기 사형 코어에 접착제에 의해 결합될 수 있다.
상기 복수개의 칠러 부재는 길이 방향의 양단부가 와이어에 의해 결합될 수 있다.
상기 칠러 부재는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 및 구리합금 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 라이너리스 실린더 블록은 실린더 보어의 표면을 2mm 가공한 후 연마한 부위에 기공이 존재하지 않는다.
상기 실린더 보어의 응고 조직에서 덴드라이트 암 스페이싱은 26㎛ 이내일 수 있다.
상기 라이너리스 실린더 블록의 재질은 알루미늄-실리콘 합금일 수 있다.
본 발명에 의한 사형주형을 이용한 실린더 블록의 제조방법에 의하면, 사형 코어에 복수개의 칠러 부재를 부착함으로써 주조된 실린더 블록의 보어 내경의 표면부에 매우 치밀한 주조조직을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 주조완료후 칠러 부재의 분리회수를 용이하게 할 수 있다.
또한, 복수개의 칠러 부재 표면에 다수의 그루브(groove)를 형성함으로써, 그루브에 유입된 용탕이 먼저 응고함으로써 용탕이 칠러 부재가 부착된 사형코어와 양호한 밀착성을 유지함으로써 주조품의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실린더 보어의 정밀가공후 용사코팅을 실시할 때, 가공면의 표면이 균일하고 치밀함으로써 양질의 용사코팅층을 용이하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이너리스 실린더 블록의 제조를 위한 복수개의 칠러 부재가 결합된 사형 코어의 상면도이다.
도 2는 도 1에 의한 사형 코어의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 실린더 블록의 물성평가를 위한 보어 표면부 및 보어 표면의 가공부위를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 표시된 보어 표면의 가공부위에 대응되는 시제품의 표면사진을 나타낸 도면이다.
도 5는 사형 코어에 칠러 부재를 도입하지 않고 주조한 실린더 블록의 미세조직으로 덴드라이트 암 스페이싱(Dendrite Arm Spacing; DAP)을 보여주는 미세조직 사진이다.
도 6은 사형 코어에 칠러 부재를 도입하여 주조한 실린더 블록의 미세조직으로 덴드라이트 암 스페이싱(Dendrite Arm Spacing; DAP)을 보여주는 미세조직 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일부 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접합하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 사형 주형을 이용한 라이너리스 실린더 블록의 제조시에 금형에 형성되는 사형 코어(110)의 형상을 도시한 상면도 및 사시도이다.
내연기관용 실린더 블록의 제조는 모래로 만든 사형주형에 용융금속을 주입하여 제조하며, 본 발명은 이러한 사형주형을 이용한 실린더 블록의 주조시 실린더 보어(100)의 형성을 위한 사형 코어(110)의 구성에 주요한 기술적 특징이 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 실린더 블록의 제조시 실린더 보어(100)의 형성을 위한 사형 코어(110)는 복수개의 분할결합이 가능한 칠러 부재(120)가 밀착이 된다.
사형 코어(110)는 길이 방향으로 복수개의 돌출부(140)가 형성됨으로써, 돌출부의 사이에 상기 칠러 부재(120)가 밀착될 수 있도록 구성된다.
상기 사형 코어(110)와 칠러 부재(120)는 접착제(본드)에 의해 결합이 될 수 있으며, 사형 코어(110)와 칠러 부재(120)의 결합을 공고하게 하기 위하여, 상기 칠러 부재(120)의 길이 방향의 양단부를 스틸 와이어(150)를 이용하여 이음으로써 복수개의 칠러 부재(120)가 사형 코어(110)에 양호하게 밀착될 수 있다.
상기 칠러 부재(120)는 용탕의 응고시에 응고열이 신속하게 전달될 수 있도록 하기 위한 부재로, 이에는 열전도도가 높은 물질이 사용된다.
칠러 부재(120)로는 알루미늄이나 알루미늄 합금, 구리 및 구리합금이 사용될 수 있다.
또한, 상기 칠러 부재(120)의 표면부(용탕과 접하게 되는 부위)에는 복수개의 그루브(130)가 칠러 부재의 폭 방향으로 형성될 수 있다. 칠러 부재(120)의 표면에 복수개의 그루브(130)를 형성함으로써, 실린더 블록의 주형내에 주입되는 용탕이 그루부에 유입되면서 응고가 신속하게 진행되며, 응고된 부위가 응고가 진행되는 용탕의 교란을 방지함으로써 주형내에서 주조품이 양호하게 밀착성을 유지하도록 함으로써 최종 주조품의 품질 및 수율을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 칠러 부재(120)의 표면부에 형성되는 그루브(130)는 칠러 부재(120)의 길이방향으로도 형성이 가능하며, 칠러 부재(120)의 표면부에 길이방향 및 폭방향으로 동시에 형성이 되어도 무방하다.
한편, 상기 라이너리스 실린더 블록의 재질은 경량화를 위하여 알루미늄-실리콘 합금이 사용될 수 있으며, 이에 따라 상기 사형 코어에 결합되는 칠러 부재(120)도 알루미늄 혹은 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 라이너리스 실린더 블록(200)은 실린더 보어(100)의 표면을 2mm 가공한 후 연마한 부위에 기공이 존재하지 않는 것을 특징으로 한다. 이는 사형 코어에 분할 결합되는 칠러 부재(120)를 도입하고, 칠러 부재(120)의 표면에 복수개의 그루브(130)를 형성하였기 때문에, 용탕의 응고시 열이 신속하게 전달되기 때문에 매우 치밀한 응고조직을 형성하기 때문이다.
도 3에서는 실린더 보어(100)의 표면을 2mm 가공하여 연마한 부위를 나타내고 있으며, 도 4는 실제 주조품의 연마부위에 기공이 존재하지 않음을 도시한 사진이다.
또한, 상기 라이너리스 실린더 블록(200)의 보어의 표면부 응고 조직은 덴드라이트 암 스페이싱(Dendrite Arm Spacing; DAP)은 26㎛ 이내인 것을 특징으로 하며, 분할결합된 칠러 부재와 칠러 부재에 형성된 복수개 그루부의 상승효과에 의한 것이다.
도 3에서는 실린더 보어의 표면부의 주조조직의 검사부위를 나타내고 있으며, 도 5 및 도 6은 각각 실제 주조품의 주조조직을 광학현미경(배율 100배)으로 확인한 미세조직을 나타낸 것으로 도 5는 본 발명에 의한 칠러 부재를 도입하지 않고 주조를 한 실린더 블록의 덴드라이트 암 스페이싱을 나타내고 있으며, 도 6은 본 발명에 의한 칠러 부재를 도입한 후 주조한 실린더 블록의 덴드라이트 암 스페이싱을 나타내고 있다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 칠러 부재를 도입한 후 제조한 실린더 블록의 주조조직 내의 덴드라이트 암 스페이싱이 3배 가까이 미세한 것을 알 수 있다.
실린더 블록의 보어내부의 주조조직이 미세함으로 인하여, 보어 가공시 가공면에 기공이나 균열등이 존재하지 않음으로 인하여, 후속공정인 용사코팅시 균일한 품질의 용사코팅층을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 칠러 부재는 상기 사형 코어에 분할결합되기 때문에 용탕의 주조가 완료된 후에 사형 코어를 분쇄하여 제거함으로써 칠러 부재를 용이하게 분리회수가 용이하므로 재활용 및 관리가 용이할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실린더 블록 중의 한 부분인 보어내부의 냉각속도를 금속 칠러를 이용하여 빠르게 가져가 미세조직의 치밀함과 결함을 배제할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 실린더 보어
110 : 사형 코어
120 : 칠러 부재
140 : 돌출부
150 : 와이어
200 : 라이너리스 실린더 블록

Claims (8)

  1. 사형 주형을 이용한 라이너리스 실린더 블록의 제조방법에 있어서,
    상기 실린더 블록의 실린더 보어를 형성하기 위하여 사형 코어의 주위에 복수개의 칠러 부재를 형성하고,
    상기 칠러 부재는 표면에 폭방향 또는 길이 방향으로 복수개의 그루브가 형성되고,
    상기 사형 코어는 길이방향으로 복수개의 돌출부가 형성되며, 상기 칠러 부재는 상기 사형 코어의 돌출부 사이에 밀착이 되는 것을 특징으로 하는 사형 주형을 이용한 라이너리스 실린더 블록의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 칠러 부재는 상기 사형 코어에 접착제에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 사형 주형을 이용한 라이너리스 실린더 블록의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 칠러 부재는 길이 방향의 양단부가 와이어에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 사형 주형을 이용한 라이너리스 실린더 블록의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 칠러 부재는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 및 구리합금 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 사형 주형을 이용한 라이너리스 실린더블록의 제조방법.
  6. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 의해 제조된 라이너리스 실린더 블록에 있어서,
    실린더 보어의 표면을 2mm 가공한 후 연마한 부위에 기공이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 라이너리스 실린더 블록.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 실린더 보어의 응고 조직에서 덴드라이트 암 스페이싱은 26㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 라이너리스 실린더 블록.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 라이너리스 실린더 블록의 재질은 알루미늄-실리콘 합금인 것을 특징으로 하는 라이너리스 실린더 블록.



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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100380075B1 (ko) * 2000-12-19 2003-04-11 현대자동차주식회사 실린더 헤드 제작방법 및 주조틀

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