KR20030016696A - 엔진용 실린더 블록 제조방법 - Google Patents

엔진용 실린더 블록 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 예비성형체를 이용하여 복합재료의 실린더 라이너가 설치되는 엔진용 실린더 블록 제조방법에 관한 것으로서, 실린더 라이너 제조를 위한 다공성 강화재인 예비성형체를 제작하는 단계와, 이 예비성형체를 이용하여 스퀴즈 캐스팅의 주조방법으로 복합재료의 실린더 라이너를 제작하는 단계와, 실린더 블록의 주조를 위한 금형 내에 상기 복합재료의 실린더 라이너를 설치하는 단계와, 고속ㆍ고압의 다이캐스팅 주조방법을 이용하여 실린더 블록을 주조하는 단계를 포함하여 이루어진 엔진용 실린더 블록 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 실린더 라이너가 미리 복합재료화되어 균일한 품질의 실린더 라이너를 제작할 수 있고, 이에 따라 실린더 블록의 품질향상이 기대될 수 있으며, 실린더 블록 주조시 고속ㆍ고압의 다이캐스팅 주조방법이 적용되므로 생산성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

엔진용 실린더 블록 제조방법{Manufacturing method of cylinder block for engine}
본 발명은 예비성형체를 이용하여 복합재료의 실린더 라이너가 설치되는 엔진용 실린더 블록 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더 라이너 제조를 위한 다공성 강화재인 예비성형체를 제작하는 단계와, 이 예비성형체를 이용하여 스퀴즈 캐스팅의 주조방법으로 복합재료의 실린더 라이너를 제작하는 단계와,실린더 블록의 주조를 위한 금형 내에 상기 복합재료의 실린더 라이너를 설치하는 단계와, 고속ㆍ고압의 다이캐스팅 주조방법을 이용하여 실린더 블록을 주조하는 단계를 포함하여 이루어진 엔진용 실린더 블록 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량 엔진용 실린더 블록은 차량을 구성하는 부품 중 가장 큰 주물 부품 중 하나이며, 엔진 몸체를 구성시켜주는 모든 내연기관의 핵심부품이다.
현재 많이 사용되는 실린더 블록의 재질로서, 회주철(FC25) 또는 합금주철 (FCH4) 등과 같은 주철재가 있으나, 차량의 경량화 요구나 성능향상을 위하여 가솔린용 엔진을 대상으로 점차 알루미늄 합금의 사용이 늘어가고 있는 추세이다.
또한, 실린더 블록의 보어 내면상에 외주면이 밀착 고정되는 실린더 라이너는 통상 피스톤과의 마찰 및 마모에 견딜 수 있도록 제조되어야 한다.
상기와 같이 알루미늄 합금을 재질로 한 실린더 블록의 제조방법은 크게 주철의 라이너를 삽입한 상태에서 다이캐스팅(die casting) 주조방법을 이용하여 실린더 블록을 주조하는 방법과, 실린더 블록을 먼저 제조 및 가공한 후 라이너를 보어에 압입하여 제조하는 방법으로 대별된다.
여기서, 다이캐스팅 주조방법을 이용한 실린더 블록의 제조방법은 중력금형주조나 저압주조에 비해 생산성이 월등히 우수한 제조 방법으로 최근 양산 적용되기 시작한 기술이며, 주철 라이너를 금형에 설치한 후, 알루미늄 합금 용탕을 고속ㆍ고압 다이캐스팅 머신을 통해 금형 내 캐비티로 사출하여, 실린더 블록을 제조하는 방법이다.
최근에는 주철 라이너에 비해 내마모성이 좋은 복합재료(Metal MatrixComposite)의 라이너가 개발되어 실린더 블록 제조시 설치되고 있는 바, 이는 실린더 블록의 성능향상 뿐만 아니라 실린더 블록의 경량화에 매우 유리하다.
상기 복합재료의 라이너가 설치된 실린더 블록의 제조방법으로서, 실린더 보어 내면상에 복합재료를 형성하기 위하여, 세라믹 파이버(또는 입자)형태의 알루미나 또는 멀라이트(mullite, 그 예로서, Al2O3와 SiO2의 몰비가 95:5인 것, 또는 48:52인 것 등) 재질의 다공성 강화재인 예비성형체(preform)를 미리 제작하고, 실린더 블록 주조시 금형에 상기 예비성형체를 설치한 후, 알루미늄 합금 용탕을 고압 사출하여 실린더 블록을 제조하는 방법이 공지된 바 있다.
여기서, 상기 예비성형체에 알루미늄 합금 용탕이 침투되도록 하여 실린더 보어 내면상의 라이너 부위를 복합재료화하는 바, 이는 실린더 블록 주조시 일반 다이캐스팅(HPDC:High Pressure Die Casting)과 같이 고속ㆍ고압으로 용탕을 사출하는 방법으로는 불가능하기 때문에 저속과 고압으로 용탕을 사출하여 제조하는 방법이 이용되고 있다.
그러나, 저속ㆍ고압의 사출방법은 고속ㆍ고압의 사출방법에 비하여 생산성이 많이 떨어지며, 특히 예비성형체를 금형에 직접 설치하여 주조함으로써, 주조시 실린더 블록의 보어 위치에 따른 용탕의 온도 및 속도차가 발생하여, 복합재료로써 강화된 실린더 라이너의 균일한 품질을 기대하기 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 실린더 라이너가 미리 복합재료화되어 균일한 품질의 실린더 라이너를 제작할 수 있고, 이에 따라 실린더 블록의 품질향상이 기대될 수 있으며, 실린더 블록 주조시 고속ㆍ고압의 다이캐스팅 주조방법이 적용되어 생산성이 향상될 수 있는 엔진용 실린더 블록 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실린더 블록 제조방법을 나타내는 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 제조방법에서 복합재료의 실린더 라이너가 주조되는 상태를 개략적으로 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 라이너 주조용 금형3 : 예비성형체
5 : 알루미늄 합금 용탕
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은: 실린더 라이너 제조를 위한 다공성 강화재인 예비성형체를 제작하는 단계(S1)와, 이 예비성형체를 이용하여 스퀴즈 캐스팅(squeeze casting)의 주조방법으로 복합재료의 실린더 라이너를 제작하는 단계(S2)와, 실린더 블록의 주조를 위한 금형 내에 상기 복합재료의 실린더 라이너를 설치하는 단계(S3)와, 고속ㆍ고압의 다이캐스팅 주조방법을 이용하여 실린더 블록을 주조하는 단계(S4)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 실린더 라이너 제작을 위한 스퀴즈 캐스팅 주조방법은 상기 예비성형체(3)를 라이너 주조를 위한 금형(1) 내에 미리 장입해두고, 이 금형(1) 내로 알루미늄 합금 용탕(5)을 저속ㆍ고압으로 주입하여 용탕(5)을 상기 예비성형체(3)의 미세공 내로 침투시킨 후, 이를 응고시켜 탈형하도록 된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 실린더 블록 제조방법을 나타내는 순서도로서, 본 발명은 예비성형체를 이용하여 복합재료의 실린더 라이너를 실린더 보어 내면에 설치하되, 실린더 블록 주조시 알루미늄 합금을 재질로 한 고속ㆍ고압의 다이캐스팅 주조방법이 이용될 수 있도록 한 엔진용 실린더 블록의 제조방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 제조방법은 종래기술에서 설명한 바의 재료, 즉 세라믹 파이버(또는 입자)형태의 알루미나 또는 멀라이트를 재질로 하여 실린더 라이너 제조를 위한 다공성 강화재인 예비성형체를 제작하는 단계(S1)와, 이 예비성형체를 이용하여 스퀴즈 캐스팅(squeeze casting)의 주조방법으로 복합재료의 실린더 라이너를 제작하는 단계(S2)와, 실린더 블록의 주조를 위한 금형 내에 상기 복합재료의 실린더 라이너를 설치하는 단계(S3)와, 고속ㆍ고압의 다이캐스팅 주조방법을 이용하여 실린더 블록을 주조하는 단계(S4)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 예비성형체를 제작하는 단계(S)는 공지된 바이며, 상기 스퀴즈 캐스팅은 금형 내에 용탕을 주입하여 높은 압력을 가하면서 응고시키는 주조방법으로서, 금속 바탕의 복합재료를 제조하는 경우에는 금형 내에 강화재를 미리 장입해두고, 용탕을 주입, 강화재 내에 침투시킨다.
상기 스퀴즈 캐스팅의 주조방법을 이용하여 복합재료의 실린더 라이너를 제작하는 과정을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 제조방법에서 복합재료의 실린더 라이너가 주조되는 상태를 개략적으로 도시한 도면으로서, 먼저 상기 예비성형체(3)를 라이너 주조를 위한 금형(1) 내에 미리 장입해두고, 이 금형(1) 내로 알루미늄 합금 용탕(5)을 저속ㆍ고압으로 주입하여 용탕(5)을 예비성형체(3)의 미세공 내로 침투시킨 후, 이를 응고시켜 탈형시키면, 복합재료의 실린더 라이너가 완성된다.
본 발명의 제조방법에 의해 실린더 블록을 완성하기 위해서는, 상기와 같이 복합재료로 제조된 실린더 라이너를 실린더 블록의 주조시 사용되는 금형 내에 설치한 후, 다이캐스팅 머신을 통해 금형 내 캐비티로 알루미늄 합금 용탕을 고속ㆍ고압으로 사출하고, 이를 응고시켜 탈형시키면, 복합재료의 실린더 라이너가 설치된 알루미늄 합금 재질의 실린더 블록이 완성된다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진용 실린더 블록 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
1) 실린더 라이너가 미리 복합재료화되어 균일한 품질의 실린더 라이너를 제작할 수 있고, 이에 따라 실린더 블록의 품질향상이 기대될 수 있다.
2) 실린더 블록 주조시 고속ㆍ고압의 다이캐스팅 주조방법이 적용되므로 생산성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
3) 고속ㆍ고압의 주조방법에 의해 제조된 실린더 블록은 제조특성상 그 내부에 존재하는 기공으로 열처리가 불가능하나, 미리 제작된 복합재료의 실린더 라이너는 열처리가 가능하므로, 실린더 라이너의 물성향상을 통한 실린더 블록의 성능향상을 기대할 수 있다.
4) 실린더 라이너의 물성향상으로 라이너 자체의 두께도 얇게 설계될 수 있어 원가절감의 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 실린더 라이너 제조를 위한 다공성 강화재인 예비성형체를 제작하는 단계(S1)와, 이 예비성형체를 이용하여 스퀴즈 캐스팅(squeeze casting)의 주조방법으로 복합재료의 실린더 라이너를 제작하는 단계(S2)와, 실린더 블록의 주조를 위한 금형 내에 상기 복합재료의 실린더 라이너를 설치하는 단계(S3)와, 고속ㆍ고압의 다이캐스팅 주조방법을 이용하여 실린더 블록을 주조하는 단계(S4)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 실린더 블록 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 실린더 라이너 제작을 위한 스퀴즈 캐스팅 주조방법은 상기 예비성형체(3)를 라이너 주조를 위한 금형(1) 내에 미리 장입해두고, 이 금형(1) 내로 알루미늄 합금 용탕(5)을 저속ㆍ고압으로 주입하여 용탕(5)을 상기 예비성형체의 미세공 내로 침투시킨 후, 이를 응고시켜 탈형하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 실린더 블록 제조방법.
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