KR101809696B1 - 피스톤 링 생산 방법 - Google Patents

Abstract

복수의 피스톤 링들, 특히 압축 피스톤 링들이 어셈블리로 결합되어 원주면 영역에서 원통형으로 가공되며, 이미 가공된 원통형 원주면에 내마모성 갈바닉 크롬 층이 적용되어, 상기 내 마모성 층이 상기 전체 어셈블리 내에서 인정한 층 두께를 갖고 이어지는 층이 최대 층 두께의 영역 및 적어도 하나의 최소 층 두께의 영역을 갖는 활주면이 형성되도록 가공되는 방법이 제안된다.

Description

피스톤 링 생산 방법{Method for producing piston rings}

본 발명은 피스톤 링의 생산 방법에 관한 것이며, 특히 청구항 제1항의 전제부에 따른 압축 피스톤 링의 생산 방법에 관한 것이다.

피스톤 링들은 외측 원주면 영역에서 원통형으로 가공되도록 생산된다. 그 후, 예컨대 외경 절삭 (outer diameter cutting)에 의해 추후 필요한 윤곽 (contour), 소위 활주면 (running surface) 윤곽의 생산이 이루어진다. 미리 주어진 이 원통형이 아닌 활주면 상에 내 마모성 코팅, 예컨대 생산된 윤곽에 크롬 코팅이 이루어지는데, 상기 코팅은 생산된 윤곽 위에 증착되고 동일한 층이 뒤따른다. 최종적인 활주면의 형상 (geometry)는 예컨대 원통형 래핑 (cylindrical lapping)에 의해 생산된다. 이 작업 과정을 적절한 시간에 정확한 볼록면 (convexity)을 형성할 수 있도록 수행하기 위해서, 활주면이 완성된 윤곽에 매우 가까운 윤곽을 이미 포함해야만 한다.

외측 원주면의 각각 소망하는 윤곽을 생산하기 위한 외경 절삭 과정은 매우 시간 및 비용 소모적인 일이다.

DE 31 44 335 C2는 내 마모성 층이 마련되는 회전 대칭형 워크 피스 (workpiece)들, 특히 피스톤 링의 제조 방법을 개시하는데, 상기 워크 피스들은 어셈블링 (assembling) 되어 바 (bar) 상에 클램핑되며, 상기 워크 피스들은 외측 원주면을 내 마모성 층으로 덮은 후 이어서 패킷은 다시 개별 워크피스들로 분리된다. 코팅 전에 어셈블링된 워크 피스들이 축 방향으로 스캐닝되어, 각 개별 워크 피스들 간의 각 접촉 영역의 축 방향 위치가 확정되고 저장되며, 이 데이터가 워크 피스 코팅 후에 하나 이상의 공작 기구에서 접촉 영역을 찾는데 사용되어질 수 있다.

DE 198 09 6595 C1에는 피스톤 링, 특히 내연 기관을 위한 피스톤을 금속 워크 피스들로 이루어진 원형이 완전하지 않은 (out of round) 부쉬로 이루어진 개별 링의 캐스팅에 의해 제조하는 방법이 개시된다. 상기 부쉬들은 스프레이 물질을 열 스프레이함으로써 몰드로 사용되는 바의 외측면 상에 생산되며, 여기서 상기 바는 원주면 상에 충돌 표시 (impact mark)를 포함하며 상기 부쉬의 표면에 슬라이딩 면으로 기능하는 층이 적용되며 뒤이어 피스톤 링이 부쉬에 의해 캐스팅된다.

본 발명은 종래의 사용된 제조 방법에 비하여 최적화되며 비용이 절감되는 피스톤 링, 특히 압축 피스톤 링의 단순화된 제조 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.

본 발명의 다른 과제는 최적화된 층 구조를 활주면 영역에 포함하는, 상기 방법에 의해 생산된 피스톤 링을 제공하는 것이다.

상기 과제는 복수의 피스톤 링들, 특히 압축 피스톤 링들이 어셈블리로 결합되어 원주면 영역에서 원통형으로 가공되며, 이미 가공된 원통형 원주면에 내마모성 갈바닉 크롬 층이 적용되어, 상기 내 마모성 층이 상기 전체 어셈블리 내에서 인정한 층 두께를 갖고 이어지는 층이 최대 층 두께의 영역 및 적어도 하나의 최소 층 두께의 영역을 갖는 활주면이 형성되도록 가공되는 것에 의해 해결된다.

본 발명에 따른 방법의 기타 유리한 특징들은 종속항들로부터 도출될 수 있다.

상기 과제는 본 발명에 따른 방법으로 생산되는 피스톤 링, 특히 압축 피스톤 링에 의해서도 해결되는데, 상기 피스톤링은 원통형 외측 원주면을 갖는 기본 몸체를 가지며, 이 원주면에 내마모 층이 적용되어, 오직 이 층에만 미리 주어진 윤곽 (contour)의 활주면 윤곽이 마련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 피스톤 링의 기타 유리한 특징들은 종속항들로부터 도출될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의해 외측 윤곽 회전 (outer contour turning)의 작업 공정이 생략될 수 있으며, 이에 의해 종래의 방법에 비하여 시간 및 비용을 줄일 수 있다. 상기 피스톤 링들, 특히 압축 피스톤 링들이 예컨대 바에서 어셈블리로 결합되어, 이 어셈블리가 나중에 활주면을 형성하는 외측 원주면 영역에서 원통형으로 가공될 수 있다면 유리하다.

통상의 종래 기술에서처럼, 상기 어셈블리의 외측 원주면은 선삭 (turning)에 의해 원통형으로 가공될 수 있다. 상기 가공된 외측 원주면은 필요에 따라 재료가 감소된 추가 원통형 원주면의 생산을 위해 연삭 가공될 수 잇다. 이 추가 연삭 가공이 필연적으로 요구되지 않는다 하여도, 윤곽 회전 가공이 생략됨으로써 얇은 크롬 층 두께에서 갈바닉하게 크롬이 적용된 층 및 이어지는

얇은 표면으로 인해 평평한 원통이 미리 프로필이 형성된 링으로 이루어진 기존의 바보다 더 낮은 전류로 갈바닉하게 크롬이 코팅된다. 이로 인해 더 작은 전류 소모 뿐 아니라 원통형으로 가공되는 외측 원주면 상의 더 나은 층 두께 분포가 기대될 수 있다.

상기 내마모성 층만이 기계적 가공, 특히 프로필 연삭에 의해 가공에 의해 최종적인 활주면 윤곽을 조정하게 된다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기 내 마모성 층에는 볼록면 가공이 이루어지며, 상기 내 마모성 층은 그것이 대향하는 실린더의 활주면에 접하는 상기 활주면의 베어링 영역에서 최대 층 두께를 가지며, 이 층 두께는 피스톤 링의 고리형 평면에 인접한 에지 영역에서 최소 층 두께를 갖도록 에지 영역 방향으로 감소한다.

사용 상황에 따라, 이 베어링 영역은 중간에, 즉, 상기 피스톤 링의 약 중간의 축방향 높이에 마련되거나 상기 에지 영역의 하나에 마련된다.

적절한 프로필 연삭 공구에 의해, 피스톤 링의 에지 영역에 피스톤 링 재료를 투입하는 위험 없이, 각각의 요구되는 활주면 윤곽이 생산될 수 있다.

본 발명의 대상은 도면의 실시예에 의해 도시되며 이하에 설명된다.
본 발명의 유일한 도면은 피스톤 링, 특히 압축 피스톤 링을 제조하기 위한 2개의 예들을 도시한다.

상기 2가지 예에서, 기본 몸체 (1)는 예컨대 회주철 (grey cast iron)로 만들어지며 암시만 되어 있는 어셈블리(P)로 결합되고 몰드 회전 가공이 수행되어 외측 원통형 원주면 (2)이 형성되도록 구성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 복수의 피스톤 링들의 기본 몸체(1)는 고리형 평면에서 서로 접촉함으로써 어셈블리(P)를 구성한다.

좌측 예에서는 미리 주어질 수 있는 층 두께 a를 갖는, 갈바닉하게 적용된 크롬의 내 마모성 층 (3)이 원통형 원주면 (2)에 적용된다. 오직 이 내 마모성 층 (3)만이 프로필 연삭 공구 (Profile grinding tool:미도시)에 의해 볼록한 윤곽 (4)이 생산되도록 가공되며, 이 예에서 상기 볼록한 윤곽 (4)은 활주면 에지 영역 (5)에 최대 층 두께 a'를 가지며, 층 강도는 다른 활주면 에지 영역 (6)으로 가면서 감소되도록 마련된다.

우측 예에서는 상기 원통형 몰드 회전에 뒤이어 추가 가공 공정, 즉, 원통형 연삭 가공 공정이 더 수행되며, 이 공정에 의해 몰드 회전되는 원통형 원주면 (2)이 더욱 최소화된 재료 절삭에 의해 재료가 준 (reduced) 추가 원통형 외측 원주면 (2')이 형성된다. 좌측 예와 유사하게, 이제 주어진 외측 원주면 (2')에 갈바닉하게 생산된 크롬의 내 마모성 층 (3)이 마련되는데, 이 크롬 층은 좌측예에 비하여 줄어든 층 두께 (b)를 갖는다. 좌측예와 유사하게, 이 내 마모성 층 (3)만이 적절한 프로필 연삭 공구 (Profile grinding tool:미도시)에 의해 볼록한 윤곽 (4)이 생성되도록 가공된다. 좌측 예에서와 유사하게, 상기 층 강도 (b')는 좌측 활주면 에지 영역 (5)에서 우측 활주면 에지 영역 (6)보다 더 크도록 형성된다.

상기 에지 영역 (6)에서도 최소 내마모 층이 마련되는 것을 보장하기 위해, 갈바닉하게 적용되는 층 강도 (a, b)를 구성할 때 이어지는 이 내 마모성 층 (3)의 프로필 가공시 에지 영역 (6)에서 상기 기본 몸체 (1)의 기본 물질을 연삭하지 않도록 연삭 여유 (grinding allowance)가 주어져야 한다. 상기 크롬의 내 마모성 층 (3)의 최소 두께 (a', b')는 베어링 위치에, 즉 상기 볼록면의 피크 상에서 측정된다. 이 지점에서의 이론적인 최소 두께 (a', b')는 상기 볼록면의 값 및 에지 영역 (6)에서의 지정된 안전도 값으로부터 나온다.

Claims (7)

1. 피스톤 링의 제조 방법으로서,
   활주면 (running surface)으로 사용되는 외측 원주면 (2,2')에 미리 주어질 수 있는 층 두께 (a, b)를 갖는 내 마모성 층 (3)이 마련되도록, 적어도 하나의 기본 몸체 (1)가 가공되며,
   복수의 피스톤 링들은 기본 몸체 (1)의 고리형 평면들이 서로 접촉함으로써 이루어진 어셈블리 (P)로 결합되고, 외측 원주면 (2,2') 영역에서 원통형으로 가공됨으로써 완성된 원통형 외측 원주면 (2,2')에 내 마모성 층 (3)이 적용되어, 상기 내 마모성 층 (3)이 상기 어셈블리 (P) 전체에서 일정한 층 두께를 가지며, 뒤이어 내 마모성 층(3)의 최대 층 두께 및 내 마모성 층(3)의 적어도 하나의 최소 층 두께를 갖는 활주면 (4)이 형성되도록 상기 내 마모성 층 (3)이 가공되고,
   상기 내 마모성 층 (3)에는 볼록면 가공이 이루어지며, 대향하는 실린더의 활주면 (opposite running surfce of cylinder)에 접하는 상기 활주면 (4)의 베어링 영역에서 상기 내 마모성 층(3)은 최대 층 두께를 가지며, 피스톤 링의 고리형 평면에 인접한 에지 영역 (6)에서 최소 층 두께를 갖도록 내 마모성 층(3)의 두께가 에지 영역 (6) 방향으로 감소되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 어셈블리 (P)의 외측 원주면 (2)은 선삭 (turning)에 의해 생산되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 미리 가공된 외측 원주면 (2)은 연삭(grinding)에 의해 외측 원주면의 재료를 감소시킴으로써 원통형 외측 원주면 (2')이 생산되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 내 마모성 층 (3)만이 기계적 가공에 의해 가공되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
5. 삭제
6. 제 1항 또는 제 2 항의 제조 방법으로 생산되는 피스톤 링으로서,
   원통형 외측 원주면 (2)을 갖는 기본 몸체 (1)를 포함하며, 상기 외측 원주면에 내 마모성 층(3)이 적용되어, 미리 주어진 윤곽(contour)을 가진 활주면(4)이 상기 내 마모성 층 (3)에만 제공되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 링.
7. 제 6항에 있어서, 상기 활주면 (4)은 볼록하게 구현되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 링.

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