KR102546980B1 - 실린더 라이너의 내경 가공방법 - Google Patents

실린더 라이너의 내경 가공방법 Download PDF

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KR102546980B1
KR102546980B1 KR1020230011532A KR20230011532A KR102546980B1 KR 102546980 B1 KR102546980 B1 KR 102546980B1 KR 1020230011532 A KR1020230011532 A KR 1020230011532A KR 20230011532 A KR20230011532 A KR 20230011532A KR 102546980 B1 KR102546980 B1 KR 102546980B1
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홍현우
박수용
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인트라정공 주식회사
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Abstract

본 발명은 내연기관 내벽에 설치되어 피스톤 왕복운동에 의한 실린더 마모를 방지하기 위한 실린더 라이너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 내경가공은 황삭과 정삭이 동시에 이루어지는 절삭가공과, 절삭가공된 실린더 라이너 몸체의 내경을 다듬질하는 호닝가공으로 이루어지는 것으로, 상기 절삭가공은 실린더 라이너 몸체의 중공홀로 일단이 삽입될 수 있게 길이가 길게 형성되어 있는 보링바의 끝단부에 절삭툴을 장착하고, 상기 절삭툴의 상면에는 황삭용 인서트와 정삭용 인서트를 황삭용 인서트와 정삭용 인서트 순으로 실린더 몸체의 중공홀로 삽입될 수 있도록 장착하여 절삭툴이 실린더 라이너 몸체의 중공홀로 삽입되어 회전운동시, 실린더 라이너 몸체는 직선운동을 하게됨으로써 황삭과 정삭이 동시에 진행되는 것이 특징인 실린더 라이너의 내경 가공방법에 관한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법은 황삭과 정삭의 공정을 동시에 진행하고, 또한 호닝가공시 웨이브 컷(Wave Cut) 형상가공을 통한 절삭량을 최소화함으로서 전체적인 가공시간을 단축시킬 수 있다는 등의 현전한 효과가 있다.

Description

실린더 라이너의 내경 가공방법{Method for machining inner diameter of clinder liner}
본 발명은 실린더 라이너의 내경 가공방법에 것으로, 더욱 상세하게는 실린더 라이너의 내경을 가공시간 단축을 통한 공정효율을 개선할 수 있는 실린더 라이너의 내경 가공방법에 관한 것이다.
실린더 라이너는 내연기관 내벽에 설치되어 피스톤 왕복운동에 의한 실린더 마모를 방지하고 엔진의 안전과 성능을 좌우하는 핵심부품이다.
그러나, 기존의 가공공정(내경정삭,호닝)은 과도한 시간이 소요됨에 따라 생산효율의 저하와 생산원가 상승의 문제가 대두되고 있었다.
이에, 실린더 라이너의 가공시간 단축을 통한 공정효율 개선과 더불어 내마모성을 향상시킬 수 있는 공정방법이 다양하게 연구되고 있는 실정이다.
상기 라이너 제조방법 또는 라이너 내경 가공방법에 관련된 종래기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1171022호에 실린더 라이너를 제조하는 방법에 있어서, 주철재 재질의 내관과, 상기 내관의 둘레에 구비되는 강재 재질의 외관을 제조하는 단계와; 상기 외관에 대해 상기 내관이 소정의 죔쇄량이 발생하도록 상기 내관과 외관을 기계 가공하는 단계와; 상기 외관의 내경에 상기 내관을 열간압입, 냉간압입, 상온압입 중 어느 하나의 방법으로 강제 압입하는 단계와; 서로 결합된 상기 내관과 외관 사이의 틈새에 브레이징 합금, 동용침 분말 중 어느 하나의 접합제를 침투시켜 상기 내관과 외관을 접합시키는 단계와; 상기 외관의 외면에 크롬도금층, 알루미늄 도금층, 수지코팅층 중 어느 하나로 구성된 부식방지막을 코팅하는 단계를 포함하며; 상기 외관을 기계 가공하는 단계에서, 상기 외관의 내경에 환형의 홈부를 형성하여 상기 내관과 외관의 사이에 환형의 냉각수 유로가 형성될 수 있게 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너 제조방법이 등록공개되어 있다.
또 다른 종래기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-2048454호에 실린더 라이너(10) 제조 방법으로서, 내마모 및 내부식성의 제 1 내부층(2)을 형성하기 위해서 모울드 바디 상에 제 1 재료를 열용사하는 단계로서, 상기 용사된 제 1 재료는 99 %의 철(Fe), 08 %의 탄소(C), 및 잔부(balance)로서 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 니켈(Ni)을 함유하는 불순물인, 제 1 재료를 열용사하는 단계; 상기 제 1 내부층(2) 상에 제 2 외부층(4)을 형성하도록 AlSi12인 제 2 재료를 열용사하는 단계; 형성된 실린더 라이너(10)를 노출시키기 위해서 모울드 바디를 제거하는 단계; 및 선삭에 의해 제 2 외부층(4)을 처리하는 단계;를 포함하는 실린더 라이너 제조 방법이 등록공개되어 있다.
그러나 종래의 실린더 라이너는 대부분 황삭과 정삭으로 나누어진 공정 및 열처리 또는 열용사와 같은 특수코팅처리를 통해 내마모성 및 윤활성을 향상시키기 때문에 공정시간이 매우 길며, 이로 인한 공정효율이 좋치 못하다는 단점이 지적되어 왔다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 황삭과 정삭의 공정을 동시에 진행하고, 또한 호닝가공시 웨이브 컷(Wave Cut) 형상가공을 통한 절삭량을 최소화함으로서 전체적인 가공시간을 단축시킬 수 있는 실린더 라이너의 내경 가공방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 내연기관 내벽에 설치되어 피스톤 왕복운동에 의한 실린더 마모를 방지하기 위하여 주조공정을 통해 관상 원통형 형상의 실린더 라이너 몸체를 형성하고, 상기 실린더 라이너 몸체의 외경황삭가공과 내경가공 그리고 외경정삭가공, 사상, 세척, 방청의 공정을 통해 제조되는 실린더 라이너에 있어서, 상기 내경가공은 황삭과 정삭이 동시에 이루어지는 절삭가공과, 절삭가공된 실린더 라이너 몸체의 내경을 다듬질하는 호닝가공으로 이루어지는 것으로, 상기 절삭가공은 실린더 라이너 몸체의 중공홀로 일단이 삽입될 수 있게 길이가 길게 형성되어 있는 보링바의 끝단부에 절삭툴을 장착하고, 상기 절삭툴의 상면에는 황삭용 인서트와 정삭용 인서트를 황삭용 인서트와 정삭용 인서트 순으로 실린더 몸체의 중공홀로 삽입될 수 있도록 장착하여 절삭툴이 실린더 라이너 몸체의 중공홀로 삽입되어 회전운동시, 실린더 라이너 몸체는 직선운동을 하게됨으로써 황삭과 정삭이 동시에 진행되는 것이 특징이다.
상술한 바와 같이 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법은 황삭과 정삭의 공정을 동시에 진행하고, 또한 호닝가공시 웨이브 컷(Wave Cut) 형상가공을 통한 절삭량을 최소화함으로서 전체적인 가공시간을 단축시킬 수 있다는 등의 현전한 효과가 있다.
도 1은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법의 절삭가공 개요도.
도 2는 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 절삭툴 측면 개요도.
도 3은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 절삭툴 정면 개요도.
도 4는 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법의 호닝가공 개요도.
도 5는 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 호닝툴 측면 개요도.
도 6은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 호닝툴 정면 개요도.
도 7은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법의 호닝공정에 따른 실린더 라이너의 내경 표면 비교 사진.
도 8은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법의 호닝공정에 따른 실린더 라이너의 내경 표면 형상 측정방법을 나타낸 개요도.
도 9는 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 절삭툴의 또 다른 실시에 따른 측면 개요도.
도 10은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 호닝툴의 또 다른 실시에 따른 측면 개요도.
본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법은 내연기관 내벽에 설치되어 피스톤 왕복운동에 의한 실린더 마모를 방지하기 위하여 주조공정을 통해 관상 원통형 형상의 실린더 라이너 몸체(10)를 형성하고, 상기 실린더 라이너 몸체(10)의 외경황삭가공과 내경가공 그리고 외경정삭가공, 사상, 세척, 방청의 공정을 통해 제조되는 실린더 라이너에 있어서, 상기 내경가공은 황삭과 정삭이 동시에 이루어지는 절삭가공과, 절삭가공된 실린더 라이너 몸체(10)의 내경을 다듬질하는 호닝가공으로 이루어지는 것으로, 상기 절삭가공은 실린더 라이너 몸체(10)의 중공홀로 일단이 삽입될 수 있게 길이가 길게 형성되어 있는 보링바(1)의 끝단부에 절삭툴(2)을 장착하고, 상기 절삭툴(2)의 상면에는 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(22)를 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(22) 순으로 실린더 몸체(10)의 중공홀로 삽입될 수 있도록 장착하여 절삭툴(2)이 실린더 라이너 몸체(10)의 중공홀로 삽입되어 회전운동시, 실린더 라이너 몸체(10)는 직선운동을 하게됨으로써 황삭과 정삭이 동시에 진행되는 것이 특징이 특징이다.
그리고 상기 절삭툴(2)의 상면에는 정삭용 인서트(22)의 길이가 황삭용 인서트(21)의 길이보다 상대적으로 길게 장착되어 있기에 황삭용 인서트(21)에 의해 실린더 라이너 몸체(10)의 내경을 황삭가공한 후에도, 정삭용 인서트(22)가 실린더 라이너 몸체(10)의 내경에 접촉가능하여 절삭가공도 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(22)의 길이는 0.15mm 차이가 나는 것이 특징이다.
또한, 상기 호닝가공은 실린더 라이너 몸체(10)의 내경표면에 파형형상(Wave-Cut)이 연속적으로 형성되게 가공함으로써 가공시간 단축과 절삭량이 최소화되는 것이 특징이다.
이하, 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법의 절삭가공 개요도, 도 2는 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 절삭툴 측면 개요도, 도 3은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 절삭툴 정면 개요도, 도 4는 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법의 호닝가공 개요도, 도 5는 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 호닝툴 측면 개요도, 도 6은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 호닝툴 정면 개요도, 도 7은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법의 호닝공정에 따른 실린더 라이너의 내경 표면 비교 사진, 도 8은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법의 호닝공정에 따른 실린더 라이너의 내경 표면 형상 측정방법을 나타낸 개요도이다.
도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명은 내연기관 내벽에 설치되어 피스톤 왕복운동에 의한 실린더 마모를 방지하기 위하여 주조공정을 통해 관상 원통형 형상의 실린더 라이너 몸체(10)를 형성하고, 상기 실린더 라이너 몸체(10)의 외경황삭가공과 내경가공 그리고 외경정삭가공, 사상, 세척, 방청의 공정을 통해 제조되는 실린더 라이너에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명의 상기 내경가공은 황삭과 정삭이 동시에 이루어지는 절삭가공과, 절삭가공된 실린더 라이너 몸체(10)의 내경을 다듬질하는 호닝가공으로 이루어지는 것이다.
특히, 상기 절삭가공은 실린더 라이너 몸체(10)의 중공홀로 일단이 삽입될 수 있게 길이가 길게 형성되어 있는 보링바(1)의 끝단부에 절삭툴(2)을 장착하고, 상기 절삭툴(2)의 상면에는 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(22)를 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(22) 순으로 실린더 몸체(10)의 중공홀로 삽입될 수 있도록 장착하였다.
이에, 절삭툴(2)이 실린더 라이너 몸체(10)의 중공홀로 삽입되어 회전운동시, 실린더 라이너 몸체(10)는 천전히 직선운동을 하게됨으로써 황삭과 정삭이 동시에 진행되게 된다.
즉, 먼저 접촉되는 황삭용 인선트(21)에 의해 확삭가공이 먼저되고, 뒤이어 접촉되는 정삭용 인선트(22)에 의해 정삭가공이 되는 것이다.
상기 보링바(1)에 절삭툴(2)을 장착하는 방법과 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(22)를 절삭툴(2)에 장착하는 방법은 널리공지된 수단 또는 방법이기에 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 상기 절삭툴(2)의 상면에는 정삭용 인서트(22)의 길이가 황삭용 인서트(21)의 길이보다 상대적으로 길게 장착되어 있기에 황삭용 인서트(21)에 의해 실린더 라이너 몸체(10)의 내경을 황삭가공한 후에도, 정삭용 인서트(22)가 실린더 라이너 몸체(10)의 내경에 접촉가능하여 절삭가공도 이루어지게 된다.
바람직하게는 상기 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(22)의 길이는 0.15mm 차이가 나도록 한다.
또한, 본 발명의 호닝가공은 실린더 라이너 몸체(10)의 내경표면에 오목한 홈형상의 골이 즉, 파형형상(Wave-Cut)이 연속적으로 형성되게 가공함으로써 가공시간 단축과 절삭량이 최소화되도록 하였다.
호닝가공은 실린더 라이너 몸체(10)는 고정하고, 호닝툴(3)을 직선왕복 시킴으로써 실린더 라이너 몸체(10)의 내부 표면을 가공하는 것이다.
호니가공을 위해 보링바(1)에 호닝툴(3)을 장착하는 방법과 호닝툴(3)에 호닝용 인서트(31)를 장착하는 방법도 널리공지된 수단 또는 방법이기에 역시 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 7을 비교하여 보면 실린더 라이너의 내부 전체를 매끄럽게 호닝가공하는 시간보다 실린더 라이너의 내부 표면을 간헐적으로 호닝가공하는 시간이 덜 소요되는 것은 일반적인 상식일 것이다.
그러나 실린더 라이너의 내마모성을 고려한 웨이브 컷(Wave Cut)의 피치(P), 깊이(T), 곡률반지름(R)의 최적조건은 성능평가에 의해 그 값을 취할 수 있을 것이다.
바람직하게는 본 발명의 호닝가공에 의해 형성되는 파형의 피치(P) 즉, 골의 너비는 0.1 ∼ 0.2mm, 곡률반지름(R)은 4.5mm 공차 ±0.05mm 정도로 형성되도록 하고, 깊이(T)는 0.02∼0.05mm 정도로 형성되도록 한다.
골의 너비 등을 측정시 사용되는 명칭과 용어는 도 8을 참조하도록 한다.
본 발명의 공정을 통해 내경 500mm의 실린더 라이너의 내경을 가공시 기존 정삭가공시간이 320분 걸렸던 것이 230분 이하로 기존대비 30% 이상 단축되었으며, 기존 내경호닝 가공시간이 330분 걸렸던 것이 170분 이하로 기존대비 50% 이하 단축되었다.
또한, 기존의 평평한 형태의 내경표면 형상에 비해 웨이브 컷(Wave Cut) 형상의 표면 내마모성이 15% 이상 향상되었다.
도 9는 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 절삭툴의 또 다른 실시에 따른 측면 개요도이고, 도 10은 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법에 사용되는 호닝툴의 또 다른 실시에 따른 측면 개요도이다.
도 9에 도시된 바와 같이 절삭툴(2)에 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(22) 사이에 황삭용 보조 인서트(21-1)를 체결함으로써 실린더의 내경을 가공함에 있어서 절삭해야할 절삭량이 많을 경우에 단계적으로 황삭가공에서 정삭가공으로 자연스럽게 가공작업이 이루어지도록 하였다.
보다 상세하게는 절삭툴(2)에 하나의 황삭용 인서트(21)가 체결되어 있다면 실린더의 내경을 가공해야할 절삭량이 많기 때문에 황삭용 인서트(21)에 과도한 부하가 작용하게 될 것이며, 또 다르게는 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(21)의 길이차이가 크게 장착되어 있으면 정삭용 인서트(21)에 상대적으로 과도한 부하가 작용하게 될 것이다.
이에, 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(21) 사이에 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(21)가 돌출된 길이의 갭을 줄여주기 위해서 황삭용 보조 인서트(21-1)를 장착함으로써 실린더의 내경을 가공시 발생하는 부하를 줄여줄 수 있도록 하였다.
이때, 황삭용 보조 인서트(21-1)를 절삭툴(2)에 체결하기 위해서는 황삭용 보조 인서트 체결공(21-2)이 절삭툴(2)에 형성되어야 하는데, 상기 황삭용 보조 인서트 체결공(21-2)은 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(21) 사이에 복수 개가 서로 일정간격 이격되게 형성하여 가공하고자 하는 절삭량 등에 따라 황삭용 인서트(21)와 황삭용 보조 인서트(21-1)의 간격을 유연하게 조절할 수 있도록 하였다.
또한, 호닝툴(3)에는 호닝용 인서트(31)가 체결하는 호닝용 인서트 체결공(31)는 수직방향으로 복수 개를 서로 일정간격 이격되게 형성함으로써 역시 호닝가공시 절삭량에 따라 유연하게 조절할 수 있도록 하였다.
상술한 바와 같이 본 발명 실린더 라이너의 내경 가공방법은 황삭과 정삭의 공정을 동시에 진행하고, 또한 호닝가공시 웨이브 컷(Wave Cut) 형상가공을 통한 절삭량을 최소화함으로서 전체적인 가공시간을 단축시킬 수 있다는 등의 현전한 효과가 있다.
1. 보링바
2. 절삭툴
21. 황삭용 인서트 21-1. 황삭용 보조 인서트
21-2. 황삭용 보조 인서트 체결공
22. 정삭용 인서트
3. 호닝툴
31. 호닝용 인서트 31. 호닝용 인서트 체결공
10. 실린더 라이너 몸체

Claims (3)

  1. 내연기관 내벽에 설치되어 피스톤 왕복운동에 의한 실린더 마모를 방지하기 위하여 주조공정을 통해 관상 원통형 형상의 실린더 라이너 몸체(10)를 형성하고, 상기 실린더 라이너 몸체(10)의 외경황삭가공과 내경가공 그리고 외경정삭가공, 사상, 세척, 방청의 공정을 통해 제조되는 실린더 라이너의 내경가공은 황삭과 정삭이 동시에 이루어지는 절삭가공과, 절삭가공된 실린더 라이너 몸체(10)의 내경을 다듬질하는 호닝가공으로 이루어지도록 하되,
    상기 절삭가공은 실린더 라이너 몸체(10)의 중공홀로 일단이 삽입될 수 있게 길이가 길게 형성되어 있는 보링바(1)의 끝단부에 절삭툴(2)을 장착하고, 상기 절삭툴(2)의 상면에는 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(22)를 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(22) 순으로 실린더 몸체(10)의 중공홀로 삽입될 수 있도록 장착하여 절삭툴(2)이 실린더 라이너 몸체(10)의 중공홀로 삽입되어 회전운동시, 실린더 라이너 몸체(10)는 직선운동을 하게됨으로써 황삭과 정삭이 동시에 진행되도록 한 실린더 라이너의 내경 가공방법에 있어서,
    상기 상기 절삭툴(2)의 상면에는 정삭용 인서트(22)의 길이가 황삭용 인서트(21)의 길이보다 상대적으로 길게 장착되어 있기에 황삭용 인서트(21)에 의해 실린더 라이너 몸체(10)의 내경을 황삭가공한 후에도 정삭용 인서트(22)가 실린더 라이너 몸체(10)의 내경에 접촉가능하여 절삭가공도 이루어지는 것으로,
    상기 절삭툴(2)에 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(22) 사이에 황삭용 보조 인서트(21-1)를 체결하여 단계적으로 황삭가공에서 정삭가공으로 자연스럽게 가공작업이 이루어지게 하되, 상기 황삭용 인서트(21)와 정삭용 인서트(21) 사이에 복수 개의 황삭용 보조 인서터 체결공(21-2)을 서로 일정간격 이격되게 형성하여 상기 황삭용 보조 인서터 체결공(21-2)에 가공하고자 하는 절삭량에 따라 황삭용 인서트(21)와 황삭용 보조 인서트(21-1)의 간격을 유연하게 조절할 수 있도록 황삭용 인서트(21)를 체결하며,
    상기 호닝가공은 실린더 라이너 몸체(10)의 내경표면에 파형형상(Wave Cut) 연속적으로 형성되게 가공함으로써 가공시간 단축과 절삭량이 최소화되는 것으로,
    호닝툴(3)에는 호닝용 인서트(31)가 체결되는 호닝용 인서트 체결공(31)을 수직방향으로 복수 개를 서로 일정간격 이격되게 형성함으로써 호닝가공시 절삭량에 따라 유연하게 조절할 수 있도록 하되, 호닝가공에 의해 파형의 피치(P)인 골의 너비는 0.1 ∼ 0.2mm, 곡률반지름(R)은 4.5mm 공차 ±0.05mm 정도로 형성되도록 하고, 깊이(T)는 0.02∼0.05mm 정도로 형성되도록 하는 것이 특징인 실린더 라이너의 내경 가공방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010029205A (ko) * 1999-09-30 2001-04-06 류정열 실린더헤드의 캠저어널 가공구멍용 가공공구
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KR102189810B1 (ko) * 2020-01-07 2020-12-11 주식회사 한국이엔씨 선박 엔진 실린더 라이너 가공용 고정 지그 장치

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