KR101728342B1 - 중공밸브 제조방법 - Google Patents

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KR101728342B1
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    • F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements

Abstract

본 발명은 제조가 용이하고 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있도록 된 새로운 중공밸브 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 중공밸브 제조방법에 따르면, 밸브스템(12)과 가공블록(31)이 일체로 구비되고 상기 가공블록(31)에는 상기 공간부(13)가 상기 밸브스템(12)의 내부까지 연장되도록 오목하게 형성된 밸브바디(30)와, 밀폐블록(40)을 제작하고, 상기 가공블록(31)에 밀폐부재(11b)를 용접결합한 후, 상기 가공블록(31)과 밀폐부재(11b)의 둘레부를 절삭가공하여 상기 밸브헤드(11)를 성형한다.
따라서, 제조공정이 간단하여 제조효율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 각 부재에 1번만 열을 가하여 제작을 완료할 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 상승됨으로, 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.
한편, 이러한 중공밸브는 10-1998-068150호나 등록특허 10-1247896호를 비롯한 다양한 선행문건에 나타난 바와 같이, 다양한 방법을 이용하여 제작되는데, 이러한 방법을 이용할 경우, 제품을 열간가공하여 제작됨으로, 제품을 정확한 형태로 제작하기 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 출원인은 밸브헤드(11)와 밸브스템(12)이 구비된 1차 반제품과 상기 밸브헤드(11)의 하측면에서 상측으로 연장된 공간부(13)가 형성된 2차 반제품의 단부를 상호 용접한 후, 상기 1차 반제품의 단부면을 절단하여 중공밸브를 제조하는 방법을 개발하여 특허등록받은 바 있다.(등록특허 10-1458189호)
그런데, 이러한 방법에 따르면, 1차 반제품과 2차 반제품을 제작한 후, 1차 반제품과 2차 반제품을 상호 용접하고, 1차 반제품의 단부면을 절단하고, 이와 같이 단부면이 절단 1차 반제품에 상기 공간부(13)를 형성하여 2차 반제품을 제작하는 과정을 반복하게 됨으로, 공정이 복잡하고, 제품을 제작하는 과정중에 여러번 고온의 열이 가해져, 완성된 제품에 열변형이 가해질 가능성이 높은 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.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 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 중공밸브 제조방법에 있어서, 상기 밸브헤드(11)는 상기 공간부(13)가 형성된 헤드본체(11a)와, 상기 헤드본체(11a)에 용접결합되어 상기 공간부(13)의 단부를 밀폐하는 밀폐부재(11b)로 구성되고, 상기 밸브스템(12)을 가공하기 위한 축부재(32)와 상기 헤드본체(11a)를 가공하기 위한 가공블록(31)이 일체로 구비되고 상기 가공블록(31)에는 상기 공간부(13)가 상기 축부재(32)의 내부까지 연장되도록 오목하게 형성된 밸브바디(30)를 제작하는 밸브바디제작단계와, 상기 밀폐부재(11b)를 가공하기 위한 밀폐블록(40)을 제작하는 밀폐블록제작단계와, 상기 공간부(13)에 상기 열매체(20)를 주입한 후 상기 공간부(13)가 밀폐되도록 상기 가공블록(31)의 단부에 상기 밀폐블록(40)을 용접결합하는 용접단계와, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 둘레부를 절삭가공하여 상기 밸브헤드(11)를 성형하는 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공밸브 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 가공블록(31)은 상기 헤드본체(11a)에 비해 지름이 큰 원형의 블록형태로 구성되고, 상기 밀폐블록(40)은 상기 밀폐부재(11b)에 비해 지름이 크고 상하방향의 두께가 두꺼운 원판형태로 구성되어, 상기 용접단계에서 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 인접면을 상호 용접결합한 후, 상기 가공블록(31)의 둘레부와, 상기 밀폐블록(40)의 둘레부 및 단부면을 가공하여, 상기 밸브헤드(11)를 성형할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 중공밸브 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 인접면에는 상호 인접방향으로 연장된 링형상의 접합부(31a,41)가 형성되며, 상기 용접단계는 상호 대응되도록 구비된 척(1,2)에 상기 접합부(31a,41)가 상호 마주보도록 상기 밸브바디(30)와 밀폐블록(40)을 고정하고, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 접합부(31a,41)가 상호 밀착가압되도록 한 후, 상기 척(1,2)을 회전시켜, 상기 접합부(31a,41)가 상호 마찰되면서 발생되는 열에 의해 접합부(31a,41)가 상호 용융되면서 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)이 상호 용접되도록 하는 것을 특징으로 하는 중공밸브 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 중공밸브 제조방법에 따르면, 밸브스템(12)과 가공블록(31)이 일체로 구비되고 상기 가공블록(31)에는 상기 공간부(13)가 상기 밸브스템(12)의 내부까지 연장되도록 오목하게 형성된 밸브바디(30)와, 밀폐블록(40)을 제작하고, 상기 가공블록(31)에 밀폐부재(11b)를 용접결합한 후, 상기 가공블록(31)과 밀폐부재(11b)의 둘레부를 절삭가공하여 상기 밸브헤드(11)를 성형한다.
따라서, 제조공정이 간단하여 제조효율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 각 부재에 1번만 열을 가하여 제작을 완료할 수 있는 장점이 있다
도 1은 종래의 중공밸브를 도시한 측단면도,
도 2는 본 발명에 따른 중공밸브 제조방법에 의해 제조된 중공밸브를 도시한 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 중공밸브 제조방법에 의해 제조된 중공밸브의 분해상태를 도시한 측단면도,
도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 중공밸브 제조방법을 도시한 참고도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 중공밸브 제조방법을 도시한 것으로, 상기 중공밸브는 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, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 밸브헤드(11)는 상기 공간부(13)가 형성된 헤드본체(11a)와, 상기 헤드본체(11a)에 용접결합되어 상기 공간부(13)의 단부를 밀폐하는 밀폐부재(11b)로 구성된다.
그리고, 상기 중공밸브는 축부재(32)와 가공블록(31)이 일체로 구비된 밸브바디(30)를 제작하는 밸브바디제작단계와, 밀폐블록(40)을 제작하는 밀폐블록제작단계와, 상기 밸브바디(30)의 단부에 상기 밀폐부재(11b)를 용접결합하는 용접단계와, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 둘레부를 절삭가공하여 상기 밸브헤드(11)를 성형하는 성형단계를 통해 제조된다.
이를 자세히 설명하면, 상기 밸브바디제작단계는 금속재질의 부재를 정밀한 형태로 절삭하여 상기 축부재(32)와 가공블록(31)이 일체로 구비된 밸브바디(30)를 제작하는 단계이다.
이때, 상기 축부재(32)는 도 4에 도시한 바와 같이, 제작하고자 하는 밸브스템(12)과 동일한 지름과 길이를 갖도록 구성되어, 별도의 후가공을 통해 상기 밸브스템(12)을 제작할 수 있다.
그리고, 상기 가공블록(31)은 상기 헤드본체(11a)에 비해 지름이 큰 원형의 블록형태로 구성되어, 상기 축부재(32)의 상단에 일체로 연결되도록 형성되는 것으로, 후술하는 성형단계에서 상기 헤드본체(11a)와 동일한 형태로 절삭가공된다.
즉, 도 4에 점선과 실선으로 비교하여 도시한 바와 같이, 상기 가공블록(31)은 상기 헤드본체(11a)에 비해 충분히 크게 구성된다.
또한, 상기 가공블록(31)의 상면에서 상기 공간부(13)가 상기 축부재(32)의 중간부까지 연장되도록 오목하게 형성된다.
상기 밀폐블록제작단계는 상기 가공블록(31)의 상면에 용접결합되어 상기 공간부(13)의 상단을 밀폐하는 밀폐블록(40)을 제작하는 단계이다.
상기 밀폐블록(40)은 상기 밀폐부재(11b)에 비해 지름이 크고 상하방향의 두께가 두꺼운 원판형태로 구성되는 것으로, 후술하는 성형단계에서 상기 밀폐부재(11b)와 동일한 형태로 절삭가공된다.
측, 상기 밀폐부재(11b)는 도 4에 점선과 실선으로 비교하여 도시한 바와 같이, 상기 밀폐블록(40)은 상기 밀폐부재(11b)에 비해 충분히 크게 구성된다.
이때, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 인접면에는 상호 인접방향으로 연장된 링형상의 접합부(31a,41)가 형성된다.
상기 용접단계는 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 상호 대응되도록 구비된 척(1,2)에 상기 접합부(31a,41)가 상호 마주보도록 상기 밸브바디(30)와 밀폐블록(40)을 고정하고, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 접합부(31a,41)가 상호 밀착가압되도록 한 후, 상기 척(1,2)을 회전시켜, 상기 접합부(31a,41)가 상호 마찰되면서 발생되는 열에 의해 접합부(31a,41)가 상호 용융되면서, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)이 상호 용접되도록 하는 단계이다.
이때, 상기 척(1,2)에는 도시 안된 가압수단과 구동모터가 구비되어, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 척(1,2)에 상기 밸브바디(30)와 밀폐블록(40)을 각각 고정시킨 후 척(1,2)을 가동시키면, 상기 가압수단에 의해 상기 척(1,2)이 상호 인접방향으로 근접되어, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 밸브바디(30)와 밀폐블록(40)의 접합부(31a,41)가 상호 밀착가압되도록 하며, 상기 구동모터에 의해 각각의 척(1,2)이 상호 반대방향으로 회전되어, 상기 접합부(31a,41)가 상호 마찰되어 상호 용융되도록 한다.
그리고, 상기 척(1,2)은 상기 가압수단에 의해 상호 인접방향으로 가압됨으로, 상기 접합부(31a,41)가 용융됨에 따라 밸브바디(30)와 밀폐블록(40)이 상호 점차 인접되는 방향으로 전진되며, 도 7에 도시한 바와 같이, 최종적으로 상기 접합부(31a,41)가 완전히 용융되면 상기 척(1,2)이 정지되어, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)이 완전히 용접결합되도록 한다.
이때, 상기 접합부(31a,41)가 용융되면서 발생된 버(burr,3)는 상기 공간부(13)의 내부와 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 용접부위의 외측둘레부로 밀려나가게 된다.
따라서, 상기 공간부(13)의 내부에 열매체(20)를 공급한 후, 상기 척(1,2)을 이용하여 가공블록(31)과 밀폐블록(40)이 용접되도록 하면, 상기 공간부(13)의 내부에 열매체(20)가 저장되도록 상기 공간부(13)의 상단이 밀폐된다.
상기 성형단계는 도 8에 도시한 바와 같이, 상호 용접결합된 가공블록(31)의 둘레부와 상기 밀폐블록(40)의 둘레부 및 단부면을 가공하여, 상기 밸브헤드(11)를 성형하는 단계이다.
즉, 상기 가공블록(31)은 상기 헤드본체(11a)에 비해 지름이 큰 원형의 블록형태로 구성되고, 상기 밀폐블록(40)은 상기 밀폐부재(11b)에 비해 지름이 크고 상하방향의 두께가 두꺼운 원판형태로 구성됨으로, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)을 상호 용접결합한 후, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)을 연삭가공함으로써, 목적하는 형태의 밸브헤드(11), 즉, 상기 헤드본체(11a)와 밀폐부재(11b)가 용접결합된 형태의 밸브헤드(11)를 성형할 수 있다.
그리고, 이와 같이 밸브헤드(11)를 성형한 후, 별도의 후가공을 통해 상기 축부재(32)를 가공하여 상기 밸브스템(12)을 완성함으로써, 중공밸브를 제조할 수 있다.
이와 같은 중공밸브 제조방법에 따르면, 밸브스템(12)과 가공블록(31)이 일체로 구비되고 상기 가공블록(31)에는 상기 공간부(13)가 상기 밸브스템(12)의 내부까지 연장되도록 오목하게 형성된 밸브바디(30)와, 밀폐블록(40)을 제작하고, 상기 가공블록(31)에 밀폐부재(11b)를 용접결합한 후, 상기 가공블록(31)과 밀폐부재(11b)의 둘레부를 절삭가공하여 상기 밸브헤드(11)를 성형한다.
따라서, 제조공정이 간단하여 제조효율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 각 부재에 1번만 열을 가하여 제작을 완료할 수 있는 장점이 있다
그리고, 상기 밸브헤드(11)는 상기 공간부(13)가 형성된 헤드본체(11a)와, 상기 헤드본체(11a)에 용접결합되어 상기 공간부(13)의 단부를 밀폐하는 밀폐부재(11b)로 구성되고, 상기 가공블록(31)은 상기 헤드본체(11a)에 비해 지름이 큰 원형의 블록형태로 구성되고, 상기 밀폐블록(40)은 상기 밀폐부재(11b)에 비해 지름이 크고 상하방향의 두께가 두꺼운 원판형태로 구성되어, 상기 용접단계에서 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 인접면을 상호 용접결합한 후, 상기 가공블록(31)의 둘레부와, 상기 밀폐블록(40)의 둘레부 및 단부면을 가공하여, 상기 밸브헤드(11)를 성형할 수 있다.
따라서, 가공블록(31)과 밀폐부재(11b)를 상호 용접하는 중에 열변형이 발생되더라도, 상기 가공블록(31)과 밀폐부재(11b)의 둘레부를 절삭함으로서, 변형을 수정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 인접면에는 상호 인접방향으로 연장된 링형상의 접합부(31a,41)가 형성되며, 상기 용접단계는 상호 대응되도록 구비된 척(1,2)에 상기 접합부(31a,41)가 상호 마주보도록 상기 밸브바디(30)와 밀폐블록(40)을 고정하고, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 접합부(31a,41)가 상호 밀착가압되도록 한 후, 상기 척(1,2)을 회전시켜, 상기 접합부(31a,41)가 상호 마찰되면서 발생되는 열에 의해 접합부(31a,41)가 상호 용융되면서 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)이 상호 용접되도록 할 수 있다.
따라서, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)을 상호 용접할 때, 별도의 용접봉을 이용하지 않고도 상기 접합부(31a,41)가 용융되면서 가공블록(31)과 밀폐블록(40)이 상호 견고하게 용접결합되도록 할 수 있는 장점이 있다.
본 실시예의 경우, 상기 축부재(32)는 밸브스템(12)과 동일한 지름과 길이로 구성되어, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 둘레부를 가공하여 밸브헤드(11)를 성형한 후, 별도의 후가공을 통해 상기 축부재(32)를 가공하여 상기 밸브스템(12)을 제작할 수 있도록 된 것을 예시하였으나, 상기 밸브헤드(11)를 성형하기 전에 미리 상기 축부재(32)를 가공하여 밸브스템(12)을 제작하는 것도 가능하다.
10. 밸브본체 20. 열매체
30. 밸브바디 40. 밀폐블록

Claims (3)

  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 포함하고,
    상기 밸브헤드(11)는 상기 공간부(13)가 형성된 헤드본체(11a)와, 상기 헤드본체(11a)에 용접결합되어 상기 공간부(13)의 단부를 밀폐하는 밀폐부재(11b)로 구성되고, 상기 밸브스템(12)을 가공하기 위한 축부재(32)와 상기 헤드본체(11a)를 가공하기 위한 가공블록(31)이 일체로 구비되고 상기 가공블록(31)에는 상기 공간부(13)가 상기 축부재(32)의 내부까지 연장되도록 오목하게 형성된 밸브바디(30)를 제작하는 밸브바디제작단계와, 상기 밀폐부재(11b)를 가공하기 위한 밀폐블록(40)을 제작하는 밀폐블록제작단계와, 상기 공간부(13)에 상기 열매체(20)를 주입한 후 상기 공간부(13)가 밀폐되도록 상기 가공블록(31)의 단부에 상기 밀폐블록(40)을 용접결합하는 용접단계와, 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 둘레부를 절삭가공하여 상기 밸브헤드(11)를 성형하는 성형단계를 포함하는 중공밸브 제조방법에 있어서,
    상기 가공블록(31)은 상기 헤드본체(11a)에 비해 지름이 큰 원형의 블록형태로 구성되고,
    상기 밀폐블록(40)은 상기 밀폐부재(11b)에 비해 지름이 크고 상하방향의 두께가 두꺼운 원판형태로 구성되어,
    상기 용접단계에서 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 인접면을 상호 용접결합한 후, 상기 가공블록(31)의 둘레부와, 상기 밀폐블록(40)의 둘레부 및 단부면을 가공하여, 상기 밸브헤드(11)를 성형할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 중공밸브 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 인접면에는 상호 인접방향으로 연장된 링형상의 접합부(31a,41)가 형성되며,
    상기 용접단계는 상호 대응되도록 구비된 척(1,2)에 상기 접합부(31a,41)가 상호 마주보도록 상기 밸브바디(30)와 밀폐블록(40)을 고정하고,
    상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)의 접합부(31a,41)가 상호 밀착가압되도록 한 후, 상기 척(1,2)을 회전시켜,
    상기 접합부(31a,41)가 상호 마찰되면서 발생되는 열에 의해 접합부(31a,41)가 상호 용융되면서 상기 가공블록(31)과 밀폐블록(40)이 상호 용접되도록 하는 것을 특징으로 하는 중공밸브 제조방법.
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