KR20030048704A - High strength semi solid aluminum tappet and its production process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고강도 반응고 알루미늄 태핏 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성형성이 우수하고 태핏 제조용 재질의 기계적 물성에 상당하는 반응고 알루미늄 태핏 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-strength reaction solid aluminum tappet and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a solid-state aluminum tappet excellent in formability and corresponding to the mechanical properties of a material for producing a tappet and a method of manufacturing the same.
일반적으로 자동차의 엔진에는 실린더 블럭과 흡배기 장치 등과 같은 정지 부품과 연소로 실제 움직이게 되는 운동 부품으로 나뉘어진다. 특히, 상기 운동 부분으로는 혼합기의 연소로 회전력을 발생시켜 주는 피스톤 및 크랭크 기구와, 이 기구의 운동에 따라 흡배기 밸브를 개폐시켜 주는 밸브 개폐 기구로 구분하고 있다.In general, an engine of a vehicle is divided into a stationary part such as a cylinder block and an intake and exhaust device, and a moving part which is actually moved by combustion. In particular, the moving part is divided into a piston and a crank mechanism for generating rotational force by combustion of the mixer, and a valve opening / closing mechanism for opening and closing the intake / exhaust valve according to the movement of the mechanism.
밸브 개폐 기구는, 첨부도면 도 4에서 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(100)의 밸브 시트(110)에 장착되는 흡배기 밸브(10)와, 이 흡배기 밸브(10)를 개폐시켜 주는 캠 샤프트(20)를 포함하여 이루어진다. 특히, 상기 흡배기 밸브(10)의 상단에는 캠 샤프트의 캠(21)과 직접 접촉가능하도록 태핏(tappet)(11)이 구비되어 있다. 또한, 특히, 상기 태핏(11)은 캠 샤프트의 구동으로 캠 부분이 접촉과 비접촉을 반복하는 부분으로, 밸브 간극 조절이 자동으로 이루어지도록 유압식을 많이 사용하고 있다.As shown in FIG. 4, the valve opening / closing mechanism includes an intake / exhaust valve 10 mounted on the valve seat 110 of the cylinder head 100, and a cam shaft 20 that opens and closes the intake / exhaust valve 10. ) In particular, a tappet 11 is provided at the upper end of the intake and exhaust valve 10 so as to be in direct contact with the cam 21 of the cam shaft. In addition, in particular, the tappet 11 is a portion in which the cam portion repeats contact and non-contact by driving the cam shaft, and uses a lot of hydraulic pressure to automatically adjust the valve gap.
이러한 태핏은 보통 스틸재로 제작하여 사용하게 되는데 그 제조 방법은 첨부도면 도 5에서 도시한 바와 같다.Such tappets are usually made of steel and used for the manufacturing method thereof as shown in FIG. 5.
그러나, 종래의 태핏은 스틸재로 이루어져 있으며 상술한 바와 같이 여러 단계의 제조 공정을 거치기 때문에 다음과 같은 문제가 발생하게 되었다.However, the conventional tappet is made of a steel material, and the following problems occur because the manufacturing process of the various steps as described above.
1) 밸브 간극 조절이 자동으로 이루어지도록 하기 위해 오일 유로가 복잡해지게 되어 태핏 전체 무게가 커지게 되었다.1) The oil passage is complicated to allow automatic valve clearance adjustment, resulting in an increase in the overall weight of the tappet.
2) 이는 고속으로 상하 반복 운동을 하는 태핏이 무게에 따른 관성모멘트 성능에 영향을 미치게 되어 결국 엔진의 성능을 떨어뜨리게 되는 문제가 발생하게 된다.2) This results in a problem that the tappet, which repeats the vertical movement at high speed, affects the moment of inertia according to the weight, which in turn lowers the engine performance.
3) 보통 알루미늄 합금으로 제조하는 실린더 블록과 다른 스틸재로 태핏이 제조되기 때문에, 차량을 장시간 주행하게 되면 서로 다른 이들 재질의 열팽창 계수 차이(알루미늄 재질의 경우 24, 스틸의 경우 약 9)로 3배 차이가 나고, 이를 없애기 위해 조립 여유 공간을 크게 제작하게 되는데 엔진의 고속 주행시 태핏이 떨리는 채터링(chattering) 현상이 발생하게 된다.3) Since tappets are made of steel blocks and other steel blocks, which are usually made of aluminum alloys, when the vehicle is driven for a long time, the difference in coefficient of thermal expansion of these different materials (24 for aluminum, about 9 for steel) In order to eliminate this, the assembly space is largely manufactured to eliminate this problem, and the chattering phenomenon occurs when the tappet vibrates during high speed driving of the engine.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 기계적 물성값이 스틸재에 상당하는 반응고용 알루미늄 합금을 사출성형하여 태핏을 제조함으로써 전체 중량감소로 관성 모멘트를 줄여 연비 개선 및 소음감소 효과를 얻을 수 있는 고강도 반응고 알루미늄 태핏 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of this point, by producing a tappet by injection-molding reaction-alloy aluminum alloy whose mechanical properties are equivalent to steel material, the moment of inertia can be reduced by reducing the overall weight, thereby improving fuel efficiency and reducing noise. It is an object of the present invention to provide a high strength reaction solid aluminum tappet and its manufacturing method.
도 1은 (1) 일반 조직(수지상 조직)과 (2) 본 발명에 따르는 반응고 조직(구상화 조직)을 나타내는 도면,BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram showing (1) general tissue (dendritic tissue) and (2) reactive solid tissue (sphered tissue) according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따르는 금속 슬러지 상태를 보여주는 사진,2 is a photograph showing a metal sludge state according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따르는 열처리 후 반응고 조직 상태를 보여주는 사진,Figure 3 is a photograph showing the reaction solid state after heat treatment according to the present invention,
도 4는 종래의 밸브 장치를 개략적으로 나타내는 단면도,4 is a cross-sectional view schematically showing a conventional valve device;
도 5는 종래의 태핏 제조 방법을 나타내는 플로우 챠트.5 is a flowchart showing a conventional tappet manufacturing method.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]
10 : 흡배기 밸브 11 : 태핏(tappet)10: intake and exhaust valve 11: tappet
20 : 캠 샤프트 21 : 캠20: cam shaft 21: cam
100 : 실린더 헤드 110 : 밸브 시트100: cylinder head 110: valve seat
이를 실현하기 위한 본 발명에 따르는 제조 방법은, 하기표와 같은 조성을 갖는 알루미늄 합금을 턴디쉬(Turndish)에서 온도 650 ∼ 610℃로 수직 혹은 수평 방향으로 연속 주조 하는 동안 주형 외부에 설치된 전자 교반 장치의 회전력을 이용하여 냉각과정 동안에 구상화 처리후 반응고 알루미늄 빌렛을 제조하는 과정과; 저주파 유도 가열 장치를 이용하여 575 ∼ 585℃로 상기 반응고 알루미늄 빌렛을 급속 균일 재가열하는 과정과; 슬러리 상태의 반응고 슬러그를 사출성형하는 과정과; 그리고, 온도 T6에서 520℃×4h, 160℃×8h 동안 열처리하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The manufacturing method according to the present invention for realizing this is an electronic stirring device installed outside the mold during continuous casting of aluminum alloy having a composition as shown in the following table at a temperature of 650 to 610 ° C. in a tundish. Preparing a solid aluminum billet after spheroidizing during the cooling process by using the rotational force; Rapidly and uniformly reheating the reaction solid aluminum billet at 575 to 585 ° C. using a low frequency induction heating apparatus; Injection molding the slurry solids slug; And, it characterized in that the process consisting of a heat treatment for 520 ℃ × 4h, 160 ℃ × 8h at a temperature T6.
또한, 본 발명에 따르는 태핏은 상기 [표 1]의 조성의 알루미늄 합금을 턴디쉬(Turndish)에서 온도 650 ∼ 610℃로 수직 혹은 수평 방향으로 연속 주조 하는 동안 주형 외부에 설치된 전자 교반 장치의 회전력을 이용하여 냉각과정 동안에 구상화 처리하고, 저주파 유도 가열 장치를 이용하여 575 ∼ 585℃로 상기 반응고 알루미늄 빌렛을 급속 균일 재가열한 다음 슬러리 상태의 반응고 슬러그를 사출성형하고 나서 T6에서 520℃×4h, 160℃×8h 동안 열처리하여 이루어진다.In addition, the tappet according to the present invention is the rotational force of the electronic stirring device installed outside the mold during continuous casting in the vertical or horizontal direction of the aluminum alloy of the composition of [Table 1] at a temperature of 650 ~ 610 ℃ in the tundish (Turndish) Spheroidizing process during the cooling process, rapid homogeneous reheating of the reaction solid aluminum billet to 575-585 ° C. using a low frequency induction heating device, and then injection molding the reaction slurry slug in slurry state at 520 ° C. × 4 h, Heat treatment at 160 ° C. for 8 h.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and effect of the present invention will be described.
본 발명은 알루미늄 합금으로 태핏을 제조하여 그 전체 중량을 줄임과 동시에 제조 과정을 간단하게 하기 위한 것이다.The present invention aims to simplify the manufacturing process while producing a tappet from an aluminum alloy to reduce its overall weight.
이를 위한 본 발명의 제조 과정에서, 첫번째 과정으로 상기한 표 1과 같은 조성을 갖는 알루미늄 합금을 턴디쉬에서 온도 650 ∼ 610℃로 수직 혹은 수평 방향으로 연속 주조 하는 동안 주형 외부에 설치된 전자 교반 장치의 회전력을 이용하여 냉각 과정 동안에 진행된다.In the manufacturing process of the present invention, the rotational force of the electronic stirring device installed outside the mold during the continuous casting in the vertical or horizontal direction of the aluminum alloy having the composition shown in Table 1 in the tundish at a temperature of 650 ~ 610 ℃ in the first process Proceeds during the cooling process.
첨부도면 도 1에는 일반 주조 조직과 본 발명에 따르는 반응고 조직을 보여고 있는데, (1)은 일반 주조 조직(수지상 조직, Dendrite)를 보여주고 있으며, (2)는본 발명에 따르는 반응고 조직(구상화 조직, Globular Structure)를 보여준다. 여기서, 상기 반응고 조직은 일반 주조 조직에 비해 수축공(shrinkage)이 없으며 균일하다는 것을 알 수 있다.1 shows a general casting structure and the reaction structure according to the present invention, (1) shows a general casting structure (resin structure, Dendrite), (2) the reaction structure according to the present invention ( Demonstrate Globular Structure. Here, it can be seen that the reaction solid structure is uniform and has no shrinkage (shrinkage) compared to the general cast structure.
이어, 두번째 과정은 상기 구상화 빌렛을 급속 균일하게 재가열하는 과정이다. 이 과정에서는 저주파 유도 가열 장치를 이용하여 575 ∼ 585℃로 상기 반응고 알루미늄 빌렛을 급속 균일 재가열하는 조건에서 실시하게 된다. 이러한 재가열 과정으로 첨부도면 도 1의 (2)에서 공정조직(도면의 검정색)이 액상화되어 고상과 액상(liquid-solid)이 공존하는 알루미늄 금속 슬러리(slurry)를 얻게 된다.The second process is then a process of rapidly reheating the spheroidizing billet. In this process, a low-frequency induction heating apparatus is used at 575-585 ° C. under the condition of rapidly and uniformly reheating the reaction high aluminum billet. In this reheating process, the process structure (black in the drawing) is liquefied in (2) of the accompanying drawings to obtain an aluminum metal slurry in which a solid phase and a liquid-solid coexist.
첨부도면 도 2에는 두번째 과정에서 얻은 금속 슬러리를 보여주고 있다. 상기 금속 슬러리는 자체적으로 형상을 유지할 수 있는 상태이며, 폴리머와 같이 점도가 급격히 낮아지는 의가소성(pseudo-plastisity) 상태로 슬러그(slug)로 절단가능한 상태가 된다.Figure 2 shows the metal slurry obtained in the second process. The metal slurry is in a state capable of maintaining its own shape and becomes a state capable of being cut into slugs in a pseudo-plastisity state in which viscosity is sharply lowered like a polymer.
세번째 단계로, 상기 반응고 슬러리를 사출 성형하는 단계를 거치게 된다. 이 사출 성형은 통상의 기술과 동일한 방법으로 슬러그를 슬리브에 집어 넣어 소정의 압력으로, 바람직하기로는 압력 700 ∼ 1200MPa, 금형의 캐비티(cavity)에 충진시켜 제품을 얻게 된다.In the third step, the reaction slurry is subjected to injection molding. In the injection molding, the slug is put in the sleeve in the same manner as in the conventional art, and filled into the cavity at a predetermined pressure, preferably at a pressure of 700 to 1200 MPa and a cavity of the mold to obtain a product.
이와 같이 얻어진 제품은 마지막 단계로 열처리를 하게 된다. 이때 열처리 온도는 T6에서 520℃×4h, 160℃×8h 동안 열처리를 하게 된다. 첨부도면 도 3은 이러한 열처리 과정을 끝낸 제품의 반응고 조직 상태를 보여주고 있다. 열처리 후 반응고 조직 상태에서 알 수 있듯이, 초정 알루미늄(구형)이 더욱 구상화되어 T6열처리 과정을 통해 기계적 물성치가 더욱 높여주고 있다.The product thus obtained is subjected to heat treatment as the last step. At this time, the heat treatment temperature is a heat treatment for 520 ℃ × 4h, 160 ℃ × 8h at T6. Figure 3 shows the reaction solid tissue state of the product that has completed this heat treatment process. As can be seen from the reaction solid structure after heat treatment, primary aluminum (spherical) is more spheroidized, and the mechanical properties are further improved through the T6 heat treatment process.
다음 표 2는 본 발명에 따르는 반응고용 알루미늄 합금과 종래 스틸재의 기계적 물성치를 비교한 것이다.Table 2 compares the mechanical properties of the reaction solid aluminum alloy according to the present invention with conventional steel materials.
따라서, 본 발명에 따르는 태핏 및 그 제조 방법으로 반응고 알루미늄 합금을 이용하여 단조 소재에 상당하는 수준의 태핏을 사출성형 방법으로 제조가 가능하게 된다.Therefore, the tappet according to the present invention and the manufacturing method thereof can be produced by the injection molding method of the tappet of a level corresponding to the forged material using the high-alloy aluminum alloy.
이상에서 본 바와 같이 본 발명은 반응고용 알루미늄 합금으로 사출 성형하여 태핏을 제조함으로써 다음과 같은 효과를 얻게 된다.As described above, the present invention obtains the following effects by manufacturing a tappet by injection molding into a reactive solid aluminum alloy.
1) 스틸재에 비해 중량이 가벼운 알루미늄 합금으로 태핏을 제조할 수 있게 되어 연비 감소는 물론이고 소음(채터링 현상 저감)을 줄일 수 있는 효과가 있다.1) As it is possible to manufacture tappets from aluminum alloy, which is lighter in weight than steel, it has the effect of reducing fuel consumption and reducing noise (reducing chattering phenomenon).
2) 제조 공정수의 단축으로 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.2) Cost savings can be achieved by shortening the number of manufacturing processes.
3) 엔진 성능을 향상시킬 수 있게 된다.3) Engine performance can be improved.
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