KR20040095733A

KR20040095733A - 피스톤의 제조 방법

Info

Publication number: KR20040095733A
Application number: KR1020040032335A
Authority: KR
Inventors: 페테르비르스; 케랄트펜; 하산아사디
Original assignee: 체에프 작스 아게
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2004-11-15
Also published as: US20040221452A1; FR2854585A1; CN100415409C; CN1575883A; DE10320208B3

Abstract

본 발명은 액체 관류 채널(fluid penetrating channel)과 함께 피스톤 기체를 포함하는 피스톤을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 액체 관류 채널은 밸브 지지면(valve supporting surface)을 갖는 지지체(supporting body) 상에서 밸브 원판(valve plate)에 의해 가려진다. 상기 피스톤 기체는 원판형으로 일체로 스탬핑(stamping)에 의해 형성되고, 피스톤 측면에 돌출된 지지체는 피스톤 기체(piston basic body)에서 시작하여 축 방향으로 대향하는 피스톤 측면에 오목부(dent)로 형성되고, 피스톤은 밸브 원판을 위한 베어링(bearing)을 적어도 하나 구비하며, 상기 베어링은 양쪽 피스톤 측면에서 피스톤 기체로부터 만들어지고, 피스톤 기체의 베어링은 재료 흐름(material flow)이 다지기봉(stamping die)의 프레스 운동(pressing motion)과 반대로 이루어지는 가운데, 단조 공구(forging tool)에서 피스톤 기체로부터 형성된다.

Description

피스톤의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING PISTON}

본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따라 피스톤을 제조하는 방법에 관한 것이다.

DE 197 35 249 C1에 기재되어 있는 피스톤은 스탬핑(stamping)에 의해 만들어진다. 양쪽 측면으로 돌출된 밸브 지지면(valve supporting surface) 및 밸브 원판(valve plate)을 위한 중앙 서포트(central support)는 피스톤 기체(piston basic body)에서 시작되어 연장된다. 서포트뿐만 아니라 밸브 지지면 역시 피스톤 기체를 교대로 스탬핑함으로써 만들어진다. 그러나 DE 197 35 249 C1의 도 3에 나오는 폭이 좁은 세그먼트(segment)(37) 영역에서 알 수 있듯이, 두께 방향에서 베어링의 크기와 관련하여 볼 때, 변형 가능한 체적 백분율(volume percent)은 외경에 관해서도 제한을 받는다. 감쇠력을 정확하게 조정하기 위해, 베어링에 닿아 있는 밸브 원판 하부면은 밸브 원판 상부면에 있는 면판(face plate) 또는 인장 너트(tension nut)의 외경과 크기가 같거나 보다 큰 직경으로 지지되어야 한다. 밸브 원판 하부면이 제대로 지지되지 않으면 감쇠력이 분산되어 생산의 진행 중에 비용이 많이 들 수밖에 없으므로 선별 작업이 이루어져야 한다.

이에 대한 대안으로, 베어링은 또한 피스톤의 막힌 구멍(blind hole) 내에 압입되는 별도의 베어링 링(bearing ring)에 의해 만들어질 수도 있다. 그러나, 압입된 베어링 링은 밸브 원판을 피스톤 상에 고정시킬 때 안착 현상이 극히 작게 나타난다. 베어링 링의 안착 현상은 밸브 원판의 에지(edge)에서 부분적으로 뚜렷하게 심해질 수 있어서 누출 부위가 대단히 작아진다. 누출 부위는 특히 피스톤 밸브에서 감쇠력을 조정하기가 일반적으로 비교적 어려워질 때 부정적인 영향을 미친다.

본 발명의 목적은 스탬핑에 의해 제조 가능한 피스톤을 개선하여 밸브 원판을 위한 베어링의 문제를 최소한으로 줄인다는 데 있다.

본 발명의 목적은 재질 흐름(material flow)이 다지기봉(stamping die)의 프레스 운동(press motion)과 반대로 이루어지는 가운데 피스톤 기체의 베어링을 단조 공구(forging tool)에서 피스톤 기체로부터 형성함으로써 달성된다.

종래의 기술과 비교할 때 본 발명의 커다란 장점은, 피스톤 블랭크(piston blank)로부터 볼륨(volume)이 "흘러나옴"으로써 베어링이 확실히 커질 수 있고, 특히 외경이 커질 수 있다는 데 있다. 이로써 종래의 기술이 지닌 중요한 두 가지문제점이 해결되었다. 한편으로는 전체적으로 확실히 보다 큰 베어링이 있음으로써 밸브 원판의 예압(preload)이 보다 잘 이루어질 수 있고, 베어링이 피스톤 기체와 일체이므로 압입된 베어링 링이 가지는 단점들을 피할 수 있게 되었다. 상기 흘러나옴은 피스톤의 변형 경화(strain hardening)를 나타내므로, 지금까지 현존하는 베어링에서 안착 효과는 최소화되어 왔다.

이와 같이 베어링으로 둘러싸이는 제조될 데이라이트(daylight) 영역에 다지기봉(stamp)이 눌리고, 피스톤 기체에 있는 다지기봉의 용적 볼륨(positive displacement volume)은 베어링 영역으로 흘러 들어간다. 지금까지는 데이라이트는 구멍이 완전히 뚫렸다. 스탬핑 볼륨은 폐물을 의미한다. 본 제조 방법을 이용하여 종래에 낭비된 볼륨을 활용할 수 있게 되었다.

이 경우 다지기봉의 직경은 소정의 데이라이트보다 작다. 그리고 나머지 볼륨이 남게 되어, 데이라이트의 스탬핑이 끝나면 표면은 질적으로 우수하게 되고 특히 형태와 위치가 정확하게 맞게 된다.

양쪽 측면에서 밸브 원판용 베어링이 제조되어야 한다. 의도적인 재료 흐름을 위해, 각각 하나의 다지기봉이 양쪽 피스톤 측면으로부터 동시에 피스톤 기체 내로 압입된다.

또한 피스톤 기체용 스탬프 블랭크(stamp blank)의 재질 강도는 최종 상태의 피스톤 기체보다 크고, 재료 흐름을 통해 업세팅(upsetting) 때문에 발생하는 볼륨 차이가 베어링을 형성할 수 있다. 베어링은 피스톤 기체와 연관하여 특별히 큰 높이를 필요로 하지 않는다. 예를 들어 스탬프 블랭크를 피스톤의 전체 높이보다 1㎜ 두껍게 선택하고 피스톤 기체를 양 측면에서 0.5㎜ 정도 압축한다면, 그것만으로도 양 측면에 각각 베어링을 얻을 수 있다.

스탬프 블랭크 및 최종 상태의 피스톤 기체 사이에서 차이가 나는 볼륨이 베어링 쪽으로 흐르는 것 또한 예상할 수 있다. 이로써 베어링의 직경 및/또는 높이는 확대될 수 있다.

본 발명은 하기의 도면에 의거하여 보다 상세히 설명된다.

도 1은 피스톤을 제진기에 활용하는 예를 보여준다.

도 2는 피스톤을 위에서 본 도면이다.

도 3은 반쪽 단조 공구 내의 피스톤을 보여준다.

도 1은 피스톤 실린더 어셈블리(1)의 예를 단일관 제진기(single-tube vibration damper) 형태로 보여준다. 본 발명은 원칙적으로 또한 다른 피스톤 실린더 어셈블리에도 적용될 수 있다.

단일관 제진기(1)는 대체로 하나의 압력관(pressure pipe)(3)으로 이루어진다. 이 경우 피스톤(5)은 피스톤 로드(7)에 축 방향으로 이동 가능하게 배열된다. 피스톤 로드(7) 출구면에 있는 피스톤 로드 가이드(piston rod guide)(9)는 감쇠제(retardant)로 채워지는 구동실(11)을 폐쇄하고, 구동실은 분리 피스톤(separating piston)(13)에 의해 가스실(15)로부터 분리되며, 가스실은 바닥(bottom)(17)의 단부면에 아이(eye)(19)를 구비한다.

피스톤 로드가 움직일 때 감쇠제는 밸브 원판(23)에 의해 형성되는 피스톤(5)의 감쇠 밸브(21)에 의해 밀려난다. 피스톤(5)의 원주면을 덮고 있는 피스톤 링(25)은 피스톤의 측면 환류를 방지하고, 마찰을 줄인 채 피스톤을 유도한다.

도 2는 완성 상태의 피스톤을 위에서 본 도면이다. 빗금 처리되어 있는 돌출된 밸브 지지면(5V)은 피스톤 기체(5G)로부터 밸브 개구 채널(valve opening channel)(27; 29) 주위로 연장되고, 밸브 원판(23)은 밸브 지지면(5V)에 고정된다. 피스톤 측면에 돌출된 밸브 지지면(5V)은 피스톤의 다른 측면에서 볼륨이 동일하게 오목부(dent)로 형성된다. 피스톤 로드(7)를 위한 중앙 데이라이트(31)의 주위에 양쪽으로 링 형태의 베어링(33)이 피스톤 기체로부터 일체로 형성된다.

피스톤(5)은 스탬핑 방법에 의해 제조된다. 피스톤 기체를 하나의 재료 스트립(material strip)으로부터 똑같이 완벽하게 잘라낼 수 있는데, 그 다음에 비교적 작은 이 부품을 별도로 다른 스탬핑 방법들을 통해 처리해야 하거나, 아니면 피스톤의 표면 윤곽이 완성된 후에나 마무리 스탬핑 단계에서 피스톤 기체를 잘라낼 수 있다. 그러나 이러한 처리 방법의 경우, 하나의 피스톤에서 이루어지는 스탬핑 방법들 때문에 인접한 피스톤이 비록 그 정도가 약할지라도 함께 성형된다는 점을 완전히 배제할 수는 없다. 피스톤 기체를 이처럼 절단하면, 설명된 두 가지 문제를 피할 수 있게 된다.

도 3에는 링 형태의 베어링(33)을 제조하는 기능을 하는 축 방향으로 나뉘어진 단조 공구(43a; 43b)가 파선으로 도시되어 있다. 단조 공구는 감쇠 밸브의 밸브 원판을 위해 피스톤 기체 및 양 측면 베어링(33)의 네거티브 윤곽(negative contour)을 갖는다. 예컨대 베어링(33)이 스탬핑 다이의 프레스 운동 및 프레스 운동과 반대로 이루어지는 피스톤 기체로부터의 재료 흐름에 의해 형성될 수 있는 것처럼, 일반적으로 본 발명에 의한 방법의 변형에는 두 가지가 있다. 두 가지 방법적 변형은 서로 결합하여 활용될 수도 있다.

특히 경제적인 방법에서 활용되는 스탬프 블랭크(37)의 재질 강도는 피스톤 기체(5G)의 높이(H)에 상응한다. 이러한 경우, 두 개의 반쪽 단조 공구(43a; 43b)는 외부 에지에 밀착된 채 겹쳐져 있다. 두 개의 반쪽 단조 공구에 있는 개구(opening)를 통해 다지기봉(45, 47)은 축 방향으로 피스톤 기체 내로 밀려들어갈 수 있다. 제조될 피스톤 로드를 위한 데이라이트(31) 영역에서 다지기봉들 때문에 야기된 용적 볼륨은 소정의 베어링(33) 영역 내로 흘러 들어간다. 반쪽의 단조 공구들은 베어링(33)의 상부면 윤곽 및 직경과 경계를 이룬다. 이러한 흐름 태양은 피스톤 기체(5G) 및 베어링(33) 사이의 서로 다른 빗금에 의해 분명해진다. 양 측면에서부터 다지기봉(45, 47)이 피스톤 기체 내로 밀려들어가면, 나머지 횡단면(49)이 다지기봉들 사이에서 조정된다. 상기 나머지 횡단면은 대단히 견고하며, 또 다른 재질 흐름을 위해 더 이상 고비용을 필요로 하지 않는다. 다지기봉들의 전면들 사이에 있는 이러한 나머지 횡단면은 교차 빗금으로 표시되어 있다.

다지기봉(45, 47)의 직경이 소정의 데이라이트(31)보다 작음으로써 또 다른 나머지 횡단면이 생겨난다. 베어링(33)이 재료 흐름을 통해 형성된다면, 나머지 횡단면(49) 전체는 데이라이트를 위한 피스톤 로드의 공칭 직경(nominal diameter)으로 구멍이 뚫린다.

대안이 되는 변형 형태에서는 피스톤 기체를 위한 스탬프 블랭크가 최종 상태의 피스톤 기체(5G)의 표준보다 큰 재질 강도(R)를 갖는다. 이러한 방법에서는 치수 s를 갖는 반쪽 단조 공구들의 축 방향 업세팅 운동으로 베어링(33)을 간단하게 제조할 수 있는데, 이는 소정의 베어링과 비교할 때 피스톤 기체(5G)의 나머지 표면을 스탬프 블랭크의 업세팅을 통해 간단히 낮춤으로써 가능하다. 베어링 및 피스톤 기체 사이에 필요한 높이 차이는 그다지 크지 않다. 불필요한 볼륨은 그 다음에 외부로 밀려나고, 피스톤의 마무리 블랭킹을 통해 스탬프 블랭크로부터 제거된다. 그러나 반쪽 단조 공구들의 축 방향 업세팅 운동 때문에 스탬프 블랭크 및 최종 상태의 완성된 피스톤 기체 사이에 발생하는 차이 볼륨이 베어링 쪽으로 흘러간다면, 이는 대단히 중요하다. 이를 위해 반쪽 단조 공구들(43a; 43b)은 피스톤의 두께가 치수 s에 이를 때까지 피스톤 기체를 둘러싼다. 이러한 방법을 사용하면 제조되는 피스톤 기체의 형상에 따라, 경우에 따라서는 다지기봉을 사용함으로써 추가로 재료 흐름을 활용할 수 있다.

종래의 기술과 비교할 때 본 발명의 커다란 장점은, 피스톤 블랭크(piston blank)로부터 볼륨(volume)이 "흘러나옴"으로써 베어링이 확실히 커질 수 있고, 특히 외경이 커질 수 있다는 데 있다. 또한 전체적으로 확실히 보다 큰 베어링이 있음으로써 밸브 원판의 예압(preload)이 보다 잘 이루어질 수 있고, 베어링이 피스톤 기체와 일체이므로 박아 넣어진 베어링 링이 가지는 단점들도 피할 수 있게 되었다.

Claims

액체 관류 채널, 피스톤 기체(basic body), 및 적어도 하나의 밸브 원판을 위한 베어링을 포함하는 피스톤으로서,

상기 액체 관류 채널은 밸브 지지면을 갖는 지지체 상에서 상기 밸브 원판에 의해 가려지며,

상기 피스톤 기체는 원판형으로 스탬핑(stamping)에 의해 일체로 형성되며,

상기 피스톤의 측면에 돌출된 상기 지지체는 상기 피스톤 기체에서 시작하여 축 방향으로 대향하는 상기 피스톤의 측면에 오목부로 형성되고,

상기 베어링은 상기 피스톤의 양 측면에서 상기 피스톤 기체(29)로부터 만들어지는

피스톤을 제조하는 방법에 있어서,

상기 피스톤 기체(5G)의 베어링(33)은 재료 흐름이 다지기봉(45; 47)의 프레스 운동과 반대로 이루어지는 가운데, 단조 공구(43a; 43b)에 의해 상기 피스톤 기체로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤의 제조방법.
제1항에서,

상기 베어링(33)으로 둘러싸이는 데이라이트(31)를 제조하는 영역에서 다지기봉(45; 47)이 눌리고, 상기 피스톤 기체에 존재하는 상기 다지기봉의 용적 볼륨이 상기 베어링(33) 영역 내로 흘러 들어가는 것을 특징으로 하는 피스톤의 제조방법.
제2항에서,

상기 다지기봉(45; 47)의 직경이 상기 데이라이트(31)보다 작은 것을 특징으로 하는 피스톤의 제조방법.
제2항에서,

각각 하나의 상기 다지기봉(45; 47)이 상기 피스톤의 양 측면으로부터 동시에 상기 피스톤 기체 내로 압입되는 것을 특징으로 하는 피스톤의 제조방법.
제1항에서,

상기 피스톤 기체를 위한 스탬프 블랭크(37)의 재질 강도(R)는 최종 상태의 피스톤 기체(5G)보다 크고, 재료 흐름을 통해 업세팅 때문에 발생하는 볼륨 차이가 상기 베어링(33)을 결정하는 것을 특징으로 하는 피스톤의 제조방법.
제5항에서,

상기 스탬프 블랭크 및 상기 최종 상태의 피스톤 기체(5G) 사이에서 차이가 나는 볼륨이 상기 베어링(33)으로 흘러가는 것을 특징으로 하는 방법.