KR101886456B1 - 내연기관용 피스톤 및 이를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

내연기관용 피스톤 및 이를 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 피스톤 스커트(15)를 가진 피스톤 본체(11)와, 적어도 하나의 피스톤 헤드(19), 환형의 탑랜드(21) 및 링홈이 형성되어 있는 환형의 링지대(22)를 가진 피스톤 링 부재(12)를 포함하고 피스톤 본체(11)와 피스톤 링 부재(12)가 환형의 폐쇄된 냉각 채널(23)을 형성하는 내연기관용 피스톤(10)을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 다음과 같은 공정 단계를 특징으로 한다: (a) 외측 접합면(29, 129, 229), 내측 접합면(31, 131, 231)과 2개의 접합면(29, 31; 129, 131; 229, 231) 사이에 환형의 하부 냉각 채널부(23a)를 가진 피스톤 본체(11)의 반가공품(11', 111', 211')을 제공하는 단계, (b) 외측 접합면(32, 132, 232), 내측 접합면(33, 133, 233)과 2개의 접합면(32, 33; 132, 133; 232, 233) 사이에 환형의 상부 냉각 채널부(23b)를 가진 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(12', 112', 212')을 제공하는 단계, (c) 해당 냉각 채널부(23a; 23b)로 연장되는 환형의 확장부(34a, 34b; 134b; 234a, 234b)를 적어도 하나의 접합면(29, 129, 229, 31, 131, 231; 32, 132, 232, 33, 133, 233)에 형성하는 단계, (d) 상기 반가공품의 접합면(29, 129, 229, 31, 131, 231; 32, 132, 232, 33, 133, 233)을 통한 마찰 용접에 의해 피스톤 본체(11)의 반가공품(11', 111', 211')과 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(12', 112', 212')을 피스톤 반가공품(10', 110')으로 결합시키는 단계, (e) 피스톤 반가공품(10', 110')을 피스톤(10)으로 후가공 및/또는 마무리 가공하는 단계. 본 발명은 또한 이러한 피스톤에 관한 것이다.

Description

내연기관용 피스톤 및 이를 제조하기 위한 방법{PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 적어도 하나의 피스톤 스커트를 가진 피스톤 본체와, 적어도 하나의 피스톤 헤드, 환형의 탑랜드 및 링홈이 형성되어 있는 환형의 링지대를 가진 피스톤 링 부재를 포함하고 상기 피스톤 본체와 피스톤 링 부재가 환형의 폐쇄된 냉각 채널을 형성하는 내연기관용 피스톤을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 내연기관용 피스톤에 관한 것이다.
피스톤 헤드에서 아래쪽으로 개방되어 있고 커버판에 의해 폐쇄된 냉각 채널이 구비되어 있는 마찰 용접된 피스톤이 예를 들면 DE 10 2004 019 012 A1과 WO 2007/128265 A1에 공지되어 있다. 이와 관련하여, 피스톤 본체와 피스톤 링지대는 각각 하나의 접합면 만을 갖고 있다. WO 2007/128265 A1에 따르면, 마찰 용접 전에 접합면들을 완전하게 접촉하지 않도록 하여 마찰 용접 후에 냉각 채널의 하부에 생성되는 마찰 용접 비딩부의 크기를 작게 제어함으로써 마찰 용접 후에 마찰 용접 비딩부를 더욱 쉽게 제거할 수 있다. DE 10 2004 019 012 A1에는 피스톤 본체와 피스톤 링 부재의 접합면이 중공을 형성하여 마찰 용접 중에 남은 재료를 수용할 수 있도록 하는 것이 개시되어 있다.
그러나 상기 2가지 방법은 마찰 용접시 형성된 한 쌍의 말려진 형태의 전형적인 마찰 용접 비딩부가 냉각 채널에서 반경방향으로 돌출하기 때문에 폐쇄된 환형의 냉각 채널을 구비한 피스톤의 경우에는 적합하지 않다. 상기 환형의 마찰 용접 비딩부는 냉각 채널에서 매우 많은 공간을 필요로 한다. 따라서 상기 냉각 채널의 체적이 과도하게 감소하게 되고 냉각 채널에서 냉각 오일의 흐름이 방해를 받는다. 비교적 큰 연소실 공동이 형성된 피스톤에서는 냉각 채널이 반경방향으로 매우 좁게 형성되기 때문에 상기 냉각 채널은 마찰 용접 비딩부를 실제로 수용할 수 없게 된다.
본 발명의 과제는 최종 제조된 피스톤에서 체적을 과도하게 감소시키지 않은 폐쇄형 냉각 채널을 구비한 피스톤을 제조하기 위한 마찰 용접 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 다음과 같은 단계를 포함하는 방법이 제공된다: a) 외측 접합면, 내측 접합면과 상기 2개의 접합면 사이에 환형의 하부 냉각 채널부를 미리 가공한 피스톤 본체의 반가공품을 제공하는 단계; (b) 외측 접합면, 내측 접합면과 상기 2개의 접합면 사이에 환형의 상부 냉각 채널부를 미리 가공한 피스톤 링 부재의 반가공품을 제공하는 단계; (c) 해당 냉각 채널부로 연장되는 환형의 확장부를 적어도 하나의 접합면에 형성하는 단계; (d) 상기 반가공품의 접합면을 통한 마찰 용접에 의해 피스톤 본체의 반가공품과 피스톤 링 부재의 반가공품을 피스톤 반가공품으로 결합시키는 단계; (e) 상기 피스톤 반가공품을 피스톤으로 후가공 및/또는 마무리 가공하는 단계. 본 발명에 따른 피스톤은 상기 피스톤 본체와 피스톤 링 부재가 마찰 용접에 의해 서로 결합되고 냉각 채널에는 마찰 용접 비딩부가 가능하면 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 한다.
말려진 형태의 비딩부가 출현하면 예리한 노치의 원인이 되는 매우 높은 노치 응력이 나타난다는 것이 재료 강도 시험을 통해 밝혀졌다. 새로 개발한 상기 방법은 예리한 노치를 방지한다. 이로 인해 기본 재료 강도의 85 내지 100% 사이에서 강도가 크게 상승하여 각각의 구성부를 매우 자유롭게 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 사상은 접합면을 냉각 챔버측 접합면의 영역에 마찰 용접 중에 남은 재료를 수용할 수 있도록 구성하는데 있다. 이로 인해 마찰 용접 중에 마찰 용접 이음부의 영역에서 냉각 채널의 반경방향 확장부는 실질적으로 변하지 않게 된다. 본 발명에 따른 방법에 의하면, 마찰 용접법에 의해 폐쇄된 형태로 작동하는 환형의 냉각 채널이 구비된 멀티-파트 피스톤을 제조할 수 있다.
유리한 실시형태들은 종속항으로부터 명확해진다.
본 발명은 모든 청구항에 따른 피스톤의 구조 변형예에 적합하다. 상기 피스톤 링 부재 또는 그의 반가공품은 특히 연소실 공동을 가질 수 있다. 대신에 상기 피스톤 링 부재 또는 그의 반가공품은 연소실 공동의 적어도 하나의 벽 영역을 가질 수도 있다. 이 경우에 상기 피스톤 본체 또는 그의 반가공품은 연소실 공동의 적어도 하나의 바닥 영역을 가져 2개의 구성부가 함께 완전한 형태의 연소실 공동을 형성하게 된다.
바람직한 일 실시형태에 따르면, 단계 (d)에서 상기 피스톤 본체의 반가공품 또는 피스톤 링 부재의 반가공품을 회전 이동시키고, 피스톤 본체의 반가공품과 피스톤 링 부재의 반가공품을 회전수 1,500 U/분 내지 2,500 U/분에서 접합면 기준으로 10 N/mm2 내지 30 N/mm2의 압착력으로 함께 압축하며, 상기 압착력을 유지하면서 1초 내지 3초 후에 회전을 정지시킨 다음, 피스톤 본체의 반가공품과 피스톤 링 부재의 반가공품을 접합면 기준으로 100 N/mm2 내지 140 N/mm2의 접합 압력으로 함께 압착한다. 상기 공정 파라미터들은 전형적인 마찰 용접 비딩부가 형성되는 것을 방지하는데 유리하므로 환형의 확장부의 치수가 작은 경우에는 특히 적은 가공비용으로 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 확장부는 다양한 방법으로 형성할 수 있다. 특히 단계 (c)에서 확장부를 피스톤 본체의 반가공품의 내측 접합면과 외측 접합면 및/또는 피스톤 링 부재의 반가공품의 내측 접합면과 외측 접합면에 형성할 수 있다. 또한 환형의 확장부는 임의 형태, 예를 들면 경사면, 챔퍼 또는 공동으로 형성할 수 있다. 상기 확장부는 예를 들면 1.0 mm 내지 1.5 mm의 축방향 연장 길이 및/또는 적어도 0.5 mm의 반경방향 연장 길이로 형성할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 도면은 실제 크기와 다르게 개략적으로 도시되어 있다:
도 1은 본 발명에 따른 피스톤을 제조하기 위한 피스톤 본체의 반가공품과 피스톤 링 부재의 반가공품의 일 실시예를 도시하고 있는 단면도이고;
도 2는 도 1에 따른 접합면 영역의 확대 상세도이고;
도 3a는 본 발명에 따른 피스톤용으로 도 1에 따른 구성부로부터 제조한 피스톤 반가공품의 단면도이고;
도 3b는 도 3a에 따른 접합 영역의 확대 상세도이고;
도 4a는 도 3a에 따른 피스톤 반가공품으로부터 제조한 본 발명에 따른 피스톤이고;
도 4b는 도 4a에 따른 피스톤의 접합 영역의 확대 상세도이고;
도 5는 본 발명에 따른 피스톤을 제조하기 위한 피스톤 본체의 반가공품과 피스톤 링 부재의 반가공품의 또 다른 실시예를 도시하고 있는 단면도이고;
도 6은 본 발명에 따른 피스톤을 제조하기 위한 피스톤 본체의 반가공품과 피스톤 링 부재의 반가공품의 또 다른 실시예를 도시하고 있는 단면도이고;
도 7a는 본 발명에 따른 피스톤용으로 도 5 또는 도 6에 따른 구성부로부터 제조한 피스톤 반가공품의 단면도이고;
도 7b는 도 7a에 따른 피스톤의 접합 영역의 확대 상세도이다.
도 4a 및 4b는 최종 제조된 본 발명에 따른 피스톤(10)을 도시하고 있다. 피스톤(10)은 피스톤 본체(11)와 피스톤 링 부재(12)로 이루어져 있다. 상기 2개의 구성부는 각각 금속 재료, 예를 들면 열처리가 가능하고 마찰 용접에 적합한 DIN EN 10083 또는 DIN EN 10267에 따른 금속 재료로 구성될 수 있다.
본 실시예에서 상기 피스톤 본체는 강철 재료, 예를 들면 AfP-강으로 구성된다. 피스톤 본체(11)는 실제로 공지된 방법으로 보스(16), 피스톤 핀(미도시)을 수용하기 위한 핀홀(17) 및 주행면(미도시)이 형성되어 있는 스커트 영역(18)이 마련되어 있는 피스톤 스커트(15)를 포함하고 있다. 본 실시예에서 피스톤 링 부재(12)도 마찬가지로 강철 재료, 예를 들면 42CrMo4로 제조된다. 피스톤 링 부재(12)는 피스톤 헤드(19)와 환형의 탑랜드(21)를 포함하고 있다. 피스톤 본체(11)와 피스톤 링 부재(12)는 피스톤 링(미도시)을 수용하기 위한 환형의 링지대(22), 환형의 폐쇄된 냉각 채널(23)과 연소실 공동(24)을 형성한다.
피스톤 본체(11)와 피스톤 링 부재(12)를 마찰 용접에 의해 서로 결합한다. 특히 도 4b로부터 알 수 있는 바와 같이 마찰 용접에도 불구하고 환형의 폐쇄된 냉각 채널(23)은 전형적인 마찰 용접 비딩부를 갖지 않는다. 따라서 엔진 작동시 본 발명에 따른 피스톤(10)을 냉각하기 위해서 냉각 채널(23)의 처음에 마련된 전체 체적을 그대로 이용할 수 있다. 또한 상기 냉각 채널에서 냉각 오일의 흐름도 방해받지 않는다.
본 발명에 따른 피스톤(10)은 후술하는 방법으로 제조된다.
도 1 및 2에 따르면, 먼저 피스톤 본체(11)의 미리 가공한 반가공품(11')과 피스톤 링 부재(12)의 미리 가공한 반가공품(12')을 제공한다. 반가공품(11', 12')은 실질적으로 최종 제조된 피스톤 본체(11) 또는 최종 제조된 피스톤 링 부재(12)에 상응하므로 동일한 구조에는 동일한 도면부호가 제공되고 이와 관련한 설명은 도 4a에 대한 상술한 기재내용을 참조하기로 한다. 실질적인 차이점은 링지대가 가공되어 있지 않는 대신에 피스톤 본체(11)의 반가공품(11')에는 평활한 외면(25)이 마련되어 있고 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(12')에는 평활한 외면(26)이 마련되어 있다는 점이다.
반가공품(11', 12')은 재료의 선택에 따라 주조, 단조 또는 분말야금학적으로 소결될 수 있다. 본 실시예에서 피스톤 본체(11)의 반가공품(11')에 있는 바닥 영역(27)을 미리 가공, 예를 들면 홈을 형성하여 연소실 공동(24)의 벽 영역의 일부(28)를 형성한다. 또한 냉각 채널(23)의 환형의 하부 냉각 채널부(23a)를 미리 가공한다. 이로부터 외측 접합면(29)과 내측 접합면(31)이 얻어진다. 본 실시예에서는 연소실 공동의 벽 영역의 잔부(28')를 가공에 의해 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(12')에 포함, 예를 들면 홈을 형성한다. 또한 냉각 채널(23)의 환형의 상부 냉각 채널부(23b)을 가공에 의해 형성한다. 이로부터 외측 접합면(32)과 내측 접합면(33)이 얻어진다. 반가공품(11')의 외측 접합면(29)은 반가공품(12')의 외측 접합면(32)에 대응된다. 유사한 방식으로 반가공품(11')의 내측 접합면(31)은 반가공품(12')의 내측 접합면(33)에 대응된다. 이러한 대응은 2개의 반가공품(11', 12')이 접합면(29, 31 또는 32, 33)을 따라 피스톤 반가공품(10')으로 서로 결합될 수 있음을 의미한다.
본 실시예에서 반가공품(11')의 2개의 접합면(29, 31)과 반가공품(12')의 2개의 접합면(32, 33)에는 각각 환형의 확장부(34a, 34b)가 챔퍼 형태로 형성되어 있다. 확장부(34a, 34b)는 반가공품(11')의 냉각 채널부(23a) 방향으로 연장되어 있다. 유사한 방식으로 확장부(34b)는 반가공품(12')의 냉각 채널부(23b) 방향으로 연장되어 있다. 본 실시예에서 확장부(34a, 34b)의 최대 축방향 연장 길이는 각각 약 1.0 mm인 반면에, 확장부(34a, 34b)의 반경방향 연장 길이는 각각 약 0.5 mm이다. 마찰 용접 공정(아래 참조) 초기에 반가공품(11', 12')의 접합면(29, 31 또는 32, 33)을 서로 접촉시킬 때, 본 실시예에서 확장부(34a, 34b)는 약 2 mm의 최대 축방향 연장 길이를 갖고 용접하고 남은 재료를 수용할 수 있는 2개의 서로 대향하는 접합부를 형성한다. 다양한 기하구조를 가진 확장부들을 서로 조합할 수도 있음은 물론이다.
2개의 반가공품(11', 12')을 결합하기 위해서 상기 반가공품들을 실제로 공지된 방법으로 직선으로 끼운다. 다음, 2개의 반가공품(11', 12') 중 하나를 1,500 U/분 내지 2,500 U/분의 회전수까지 회전 이동시킨다. 반가공품(11', 12')은 접합면(29, 31 또는 32, 33)을 통해서만 서로 접촉하게 되고 접합면(29, 31 또는 32, 33) 기준으로 10 N/mm2 내지 30 N/mm2의 일정한 초기 압착력으로 서로 압착한다. 상기 회전 이동과 일정한 압착력에 의해 발생된 마찰은 접합면(29, 31 또는 32, 33)을 가열시킨다. 상기 회전수와 압착력은 사용 재료에 따라 접합면(29, 31 또는 32, 33)이 재료 또는 재료들의 융점에 가까운 온도까지 가열되도록 적절히 선택된다. 상기 온도에 도달하면(재료 또는 재료들에 따라 1 내지 3초 후), 초기 압착력을 유지하면서 회전을 정지, 즉 회전을 위해 사용한 스핀들을 가능한 한 단시간(최대한 1초 미만)에 감속 및 정지시킨다. 상기 공정 중에 압착력은 유지한다. 정지 후에 압착력을 접합면(29, 31 또는 32, 33) 기준으로 초기 압착력의 수 배인 접합 압력 100 N/mm2 내지 140 N/mm2까지 증가시키고, 반가공품(11', 12')을 약 5초간 상기 접합 압력에서 서로 압착시킨다. 이와 관련하여 상술한 이음부에는 용접하고 남은 재료가 수용된다.
도 3a와 3b는 이렇게 제조된 피스톤 반가공품(10')을 도시하고 있다. 피스톤 반가공품(10')은 실질적으로 최종 피스톤(10)에 상응하므로 동일한 구조에는 동일한 도면부호가 제공되고 이와 관련한 설명은 도 4a에 대한 상술한 기재내용을 참조하기로 한다. 피스톤 반가공품(10')은 마찰 용접 이음부를 따라 상술한 마찰 용접 공정을 실시한 결과로서 반가공품(11' 또는 12')의 외면(25, 26)과 벽 영역(28, 28') 각각에는 전형적인 마찰 용접 비딩부(35)가 형성되지 않는다. 특히 도 3b로부터 알 수 있는 바와 같이, 반가공품(11' 또는 12')의 냉각 채널부(23a, 23b)로부터 형성된 냉각 채널(23)은 마찰 용접 이음부를 따라서 말려진 형태의 전형적인 마찰 용접 비딩부를 갖지 않는다. 종래기술에서는 상술한 마찰 용접 공정에서 남은 용융 재료는 말려진 형태의 마찰 용접 비딩부를 형성하지만, 본 발명에서는 마찰 용접 공정 중에 남은 용융 재료는 확장부(34a, 34b)로부터 형성된 이음부에 수용된다.
반가공품(11', 12')의 완성에 따라 실제로 공지된 방법으로 피스톤 반가공품(10')을 후가공 또는 마무리 가공한다. 예를 들면 외형, 표면, 연소실 공동, 핀홀 등을 마무리 가공할 수 있다. 특히 링지대(22)를 가공에 의해 포함시키고 마찰 용접 비딩부(35)를 제거한다. 최종적으로 도 4a와 4b에 따른 상술한 최종 피스톤이 제조된다.
도 5는 본 발명에 따른 피스톤(10)을 제조하기 위한 피스톤 본체(11)의 반가공품(111')과 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(112')의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 반가공품(111', 112')은 실질적으로 도 1에 따른 반가공품(11', 12')에 상응하므로 동일한 구조에는 동일한 도면부호가 제공되고 이와 관련한 설명은 도 1에 대한 상술한 기재내용을 참조하기로 한다. 도 5의 도면은 도 1의 도면을 90° 회전한 것임을 명심해야 한다.
도 1에 따른 반가공품(11', 12')과 유사하게 반가공품(111')은 외측 접합면(129)을 갖고 반가공품(112')은 이에 대응하는 외측 접합면(132)을 갖고 있다. 마찬가지로 도 1에 따른 반가공품(11', 12')과 유사하게 반가공품(111')은 내측 접합면(131)을 갖고 반가공품(112')은 이에 대응하는 내측 접합면(133)을 갖고 있다. 이러한 대응은 2개의 반가공품(111', 112')이 접합면(129, 131 또는 132, 133)을 따라 피스톤 반가공품(110')으로 서로 결합될 수 있음을 의미한다.
본 실시예에서 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(112')의 2개의 접합면(132, 133)에는 각각 환형의 확장부(134b)가 경사부 형태로 형성되어 있다. 확장부(134b)는 반가공품(112')의 냉각 채널부(23b) 방향으로 연장되어 있다. 확장부(134b)의 최대 축방향 연장 길이는 각각 약 1 mm이다. 마찰 용접 공정 초기에 반가공품(111', 112')의 접합면(129, 131 또는 132, 133)을 서로 접촉시킬 때, 본 실시예에서 확장부(134b)는 약 1 mm의 최대 축방향 연장 길이를 갖고 그 안에 용융 재료가 분배되는 직각 삼각형 형태의 개방 공간을 형성한다. 다양한 기하구조를 가진 확장부들을 서로 조합할 수도 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명에 따른 피스톤(10)을 제조하기 위한 피스톤 본체(11)의 반가공품(211')과 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(212')의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 반가공품(211', 212')은 실질적으로 도 1에 따른 반가공품(11', 12')에 상응하므로 동일한 구조에는 동일한 도면부호가 제공되고 이와 관련한 설명은 도 1에 대한 상술한 기재내용을 참조하기로 한다. 도 6의 도면은 도 1의 도면을 90° 회전한 것임을 명심해야 한다.
도 1에 따른 반가공품(11', 12')과 유사하게 반가공품(211')은 외측 접합면(229)을 갖고 반가공품(212')은 이에 대응하는 외측 접합면(232)을 갖고 있다. 마찬가지로 도 1에 따른 반가공품(11', 12')과 유사하게 반가공품(211')은 내측 접합면(231)을 갖고 반가공품(212')은 이에 대응하는 내측 접합면(233)을 갖고 있다. 이러한 대응은 2개의 반가공품(211', 212')이 접합면(229, 231 또는 232, 233)을 따라 피스톤 반가공품(110')으로 서로 결합될 수 있음을 의미한다.
본 실시예에서 반가공품(211')의 2개의 접합면(229, 231)과 반가공품(212')의 2개의 접합면(232, 233)에는 각각 환형의 확장부(234a, 234b)가 경사부 형태로 형성되어 있다. 확장부(234a)는 반가공품(211')의 냉각 채널부(23a) 방향으로 연장되어 있다. 유사한 방식으로, 확장부(234b)는 반가공품(212')의 냉각 채널부(23b) 방향으로 연장되어 있다. 확장부(234a, 234b)의 최대 축방향 연장 길이는 각각 약 1 mm이다. 마찰 용접 공정 초기에 반가공품(211', 212')의 접합면(229, 231 또는 232, 233)을 서로 접촉시킬 때, 본 실시예에서 확장부(234a, 234b)는 약 2 mm의 최대 축방향 연장 길이를 갖고 그 안에 용융 재료가 분배되는 이등변 삼각형 형태의 개방 공간을 형성한다. 다양한 기하구조를 가진 확장부들을 서로 조합할 수도 있음은 물론이다.
도 7a와 7b에 도시되어 있는 바와 같이, 상술한 마찰 용접법에 의해 도 5에 따른 반가공품(111', 112')과 도 6에 따른 반가공품(211', 212')으로부터 실질적으로 동일한 피스톤 반가공품(110')이 얻어진다. 피스톤 반가공품(110')은 도 3a와 3b에 따른 피스톤 반가공품(10')과 실질적으로 상응하므로 동일한 구조에는 동일한 도면부호가 제공되고 이와 관련한 설명은 도 3a에 대한 상술한 기재내용을 참조하기로 한다. 피스톤 반가공품(110')은 상술한 마찰 용접 공정의 결과로서 도 7b에 도시되어 있는 마찰 용접 비딩부 또는 비후부를 갖는다. 상술한 바와 같이, 반가공품(111' 또는 112') 또는 반가공품(211' 또는 212')의 냉각 채널부(23a, 23b)로부터 형성된 냉각 채널(23)에는 마찰 용접 비딩부 또는 비후부가 포함되기도 한다. 종래기술에서는 상술한 마찰 용접 공정에서 남은 용융 재료는 마찰 용접 비딩부를 형성하지만, 본 실시예에서는 마찰 용접 공정 중에 남은 용융 재료는 확장부(134b 또는 234a, 234b)로부터 형성된 개방 공간에 수용되어 분배되기 때문에 냉각 챔버까지 형성되어 있는 마찰 용접 비딩부 또는 비후부는 냉각 챔버 대향면에 형성되어 있는 마찰 용접 비딩부 또는 비후부보다 작게 된다.
반가공품(111', 112') 또는 반가공품(211', 212')의 완성에 따라 실제로 공지된 방법으로 피스톤 반가공품(110')을 후가공 또는 마무리 가공한다. 예를 들면 외형, 표면, 연소실 공동, 핀홀 등을 마무리 가공할 수 있다. 특히 링지대(22)를 가공에 의해 포함시킨다. 최종적으로 도 4a와 4b와 관련하여 상술한 바와 동일한 최종 피스톤(10)이 제조된다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 피스톤 스커트(15)를 가진 피스톤 본체(11)와, 적어도 하나의 피스톤 헤드(19), 환형의 탑랜드(21) 및 링홈이 형성되어 있는 환형의 링지대(22)를 가진 피스톤 링 부재(12)를 포함하고 피스톤 본체(11)와 피스톤 링 부재(12)가 환형의 폐쇄된 냉각 채널(23)을 형성하는 내연기관용 피스톤(10)을 제조하기 위한 방법으로서, 다음과 같은 공정 단계를 특징으로 하는 방법:
    (a) 외측 접합면(29, 129, 229), 내측 접합면(31, 131, 231)과 2개의 접합면(29, 31; 129, 131; 229, 231) 사이에 환형의 하부 냉각 채널부(23a)를 미리 가공한, 강철 재료로 제조된 피스톤 본체(11)의 반가공품(11', 111', 211')을 제공하는 단계,
    (b) 외측 접합면(32, 132, 232), 내측 접합면(33, 133, 233)과 2개의 접합면(32, 33; 132, 133; 232, 233) 사이에 환형의 상부 냉각 채널부(23b)를 미리 가공한, 강철 재료로 제조된 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(12', 112', 212')을 제공하는 단계,
    (c) 피스톤 본체(11)의 반가공품(11', 111', 211')의 내측 접합면(31, 131, 231)과 외측 접합면(29, 129, 229) 상에, 그리고 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(12', 112', 212')의 내측 접합면(33, 133, 233)과 외측 접합면(32, 132, 232) 상에, 환형의 확장부(34a, 34b; 134b; 234a, 234b)를 형성하는 단계로서, 상기 환형의 확장부(34a, 34b; 134b; 234a, 234b)는 해당 냉각 채널부(23a; 23b)로 연장되며 경사면의 형태로 형성되는 단계,
    (d) 상기 반가공품의 접합면(29, 129, 229, 31, 131, 231; 32, 132, 232, 33, 133, 233)을 통한 마찰 용접에 의해 피스톤 본체(11)의 반가공품(11', 111', 211')과 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(12', 112', 212')을 피스톤 반가공품(10', 110')으로 결합시키되, 피스톤 본체(11)의 반가공품(11', 111', 211') 또는 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(12', 112', 212')을 1,500 U/분 내지 2,500 U/분의 회전수로 회전 이동시키고, 피스톤 본체(11)의 반가공품(11', 111', 211')과 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(12', 112', 212')을 접합면(29, 31; 32, 33) 기준으로 10 N/mm2 내지 30 N/mm2의 초기 압착력 하에서 함께 압축하며, 상기 초기 압착력을 유지하면서 1초 내지 3초 후에 회전을 정지시키고, 회전 정지 직후에 100 N/mm2 내지 140 N/mm2의 접합 압력으로 압착력을 증가시켜 피스톤 본체(11)와 피스톤 링 부재(12)의 반가공품을 야금학적으로 결합시키는 단계, 및
    (e) 피스톤 반가공품(10', 110')을 피스톤(10)으로 후가공 및/또는 마무리 가공하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 연소실 공동을 가진 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(12', 112', 212')을 사용하는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 피스톤(10)을 제조하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 연소실 공동(24)의 적어도 하나의 벽 영역(28')을 가진 피스톤 링 부재(12)의 반가공품(12', 112', 212')을 사용하고, 연소실 공동(24)의 적어도 하나의 바닥 영역(27)을 가진 피스톤 본체(11)의 반가공품(11', 111', 211')을 사용하는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 피스톤(10)을 제조하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 1.0 mm 내지 1.5 mm의 축방향 연장 길이 및/또는 적어도 0.5 mm의 반경방향 연장 길이를 가진 확장부(34a, 34b; 134b; 234a, 234b)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 피스톤(10)을 제조하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 피스톤(10).
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