KR20090127955A - 피스톤 금형 조립체 및 피스톤 금형 조립체로 피스톤을 제작하는 방법 - Google Patents

피스톤 금형 조립체 및 피스톤 금형 조립체로 피스톤을 제작하는 방법 Download PDF

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KR20090127955A
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티모시 디 프랭크
크리스토퍼 티 숍토
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페더럴-모걸 파워트레인, 인코포레이티드
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Abstract

피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체 이 금형 조립체로 피스톤을 성형하는 방법을 개시한다. 상기 금형 조립체는 피스톤의 외주부를 형성하기 위한 금형 캐버티의 적어도 일부분을 제공하는 결합 위치와 금형 캐버티로부터 피스톤을 꺼낼 수 있는 분리 위치 사이에서 피스톤의 길이방향의 중심축에 대체로 수직인 직선 경로를 따라서 서로 가까워지거나 멀어지도록 이동가능한 한 쌍의 금형을 포함하고 있다. 상기 금형 조립체는 또한 피스톤의 언더컷 냉각 통로를 형성하기 위해 한 쌍의 금형 사이에서 직선 경로를 따라 결합 위치로 이동가능한 한 쌍의 냉각 통로 맨드릴을 포함하고 있다. 한 쌍의 냉각 통로 맨드릴은 상기 중심축을 따라서 수직으로 피스톤을 꺼낼 수 있도록 하는 분리 위치로 이동할 수 있다.
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피스톤, 금형 조립체, 금형 캐버티, 결합 위치, 분리 위치, 냉각 통로 맨드릴, 가이드 부재, 핀 보스, 링 벨트

Description

피스톤 금형 조립체 및 피스톤 금형 조립체로 피스톤을 제작하는 방법{PISTON MOLD ASSEMBLY AND METHOD OF CONSTRUCTING A PISTON THEREWITH}
본 발명은 대체로 피스톤 및 피스톤의 제작 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 피스톤 금형 조립체 및 피스톤 금형 조립체로 성형된 피스톤에 관한 것이다.
피스톤 링 벨트의 반경방향 바로 안쪽에 배치된 외측 언더컷(undercut)을 가지고 있는 환형 냉각 통로를 가진 피스톤을 제작하는 것은 알려져 있다. 상기 언더컷은 링 벨트의 돌출부를 제공하는데, 이것은 피스톤을 주조하는데 있어서 여러가지 문제점을 발생시킨다. 주조후에 상기 언더컷을 기계가공하는 것을 피하기 위해서, 금형 캐버티가 원하는 언더컷의 부의 형상(negative shape)을 가진 돌출부 또는 패널을 가지고 있어야 한다. 그러나, 금형 캐버티로부터 성형된 피스톤을 꺼내거나 제거하기 위해서, 상기 패널이 상기 언더컷과 금형 캐버티의 외측으로 완전히 이동되어야 한다. 링 벨트가 상기 언더컷으로부터 반경방향으로 바깥쪽에 형성되어 있기 때문에, 상기 패널은 완전 수평 방향으로 반경방향 바깥쪽으로 간단히 이동될 수 없다. 또한, 링 벨트에 달려 있는 복수의 핀 보스가 성형 프로세스에서 형성된다. 이 복수의 핀 보스는 서로 이격되어 있으며 피스톤의 중심축에 대하여 측방향 바깥쪽으로 벌어져 있다. 이로 인해, 상기 핀 보스는 상기 언더컷을 형성하는 패널이 완전 수직 방향으로 아래쪽으로 이동하지 못하게 한다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 기존의 금형 조립체는 금형 캐버티의 외측으로 피벗되어야 하는 패널을 포함하고 있다. 그러나, 패널의 이러한 피벗 운동은 금형 캐버티의 외피(envelope) 치수에 따라 형성될 수 있는 이용가능한 언더컷의 크기를 제한한다.
피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체로서, 피스톤의 외주부를 형성하기 위한 금형 캐버티의 적어도 일부분을 제공하는 결합 위치와 금형 캐버티로부터 피스톤을 꺼낼 수 있는 분리 위치 사이에서 피스톤의 길이방향의 중심축에 대체로 수직인 직선 경로를 따라 서로 가까워지거나 멀어지도록 이동가능한 한 쌍의 금형을 가지고 있다. 상기 금형 조립체는 또한 피스톤의 언더컷 냉각 통로를 형성하기 위해 한 쌍의 금형 사이에서 상기 중심축에 대해 경사져 있는 수렴하는 직선 경로를 따라 결합 위치로 서로 가까워지게 이동가능한 한 쌍의 냉각 통로 맨드릴을 가지고 있다. 이 한 쌍의 냉각 통로 맨드릴은 상기 중심축을 따라서 수직으로 피스톤을 꺼낼 수 있도록 하는 분리 위치로 상기 중심축에 대해 발산하는 직선 경로를 따라 서로 멀어지게 이동할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 피스톤을 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 한 쌍의 제 1 맨드릴을 피스톤의 중심축에 대해 경사진 수렴하는 직선 경로를 따라서 결합 위치로 이동시키는 단계를 포함한다. 또한, 금형 캐버티의 적어도 일부분에 상기 금형 캐버티 내에 수용되는 한 쌍의 제 1 맨드릴을 제공하기 위해서 한 쌍의 금형을 서로 가까워지게 결합 위치로 이동시킨다. 그 다음에, 일정량의 유체 피스톤 재료를 금형 캐버티 속으로 도입하고 이 유체 피스톤 재료를 경화시켜서 한 쌍의 금형에 의해 형성된 상부 크라운과 한 쌍의 제 1 맨드릴에 의해 형성된 냉각 통로를 가진 일체 피스톤(solid piston)을 형성하는데, 냉각 통로는 상부 크라운에서 언더컷된다. 또한, 한 쌍의 제 1 맨드릴을 중심축에 대해 경사진 발산하는 직선 경로를 따라서 서로 멀어지게 금형 캐버티로부터 상당히 이동된 분리 위치로 이동시킨다. 또한, 금형을 분리 위치로 이동시키고, 경화된 피스톤을 금형 캐버티로부터 제거한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 피스톤을 형성하는 방법이 한 쌍의 제 1 맨드릴을 직선 경로를 따라서 결합 위치로 이동시키는 단계를 포함한다. 또한, 한 쌍의 금형이 결합 위치에 있는 동안 금형 캐버티의 적어도 일부분에 금형 캐버티 내에 수용되는 한 쌍의 제 1 맨드릴을 제공하기 위해서 한 쌍의 금형을 결합 위치로 이동시킨다. 그 다음에, 일정량의 유체 피스톤 재료를 금형 캐버티 속으로 도입하고 이 유체 피스톤 재료를 경화시켜서 한 쌍의 금형에 의해 형성된 상부 크라운과 한 쌍의 제 1 맨드릴에 의해 형성된 냉각 통로를 가진 일체 피스톤을 형성하는데, 냉각 통로는 상부 크라운의 링 벨트로부터 반경방향 안쪽으로 언더컷된다. 그 다음에, 한 쌍의 제 1 맨드릴을 금형 캐버티로부터 상당히 이동된 분리 위치로 직선이동시키고, 한 쌍의 금형을 분리 위치로 이동시킨다. 마지막으로, 경화된 피스톤을 금형 캐버티로부터 제거한다.
바람직한 실시예와 최적의 실시형태의 상세한 설명, 첨부된 청구항 및 도면과 함께 고려하면 본 발명의 상기 실시형태, 특징 및 장점과 본 발명의 다른 실시형태, 특징 및 장점을 쉽게 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 금형 조립체의 사시도;
도 2는 분리하여 도시된 도 1의 금형 조립체의 패널 및 가이드의 사시도; 그리고
도 3은 금형 조립체의 단면 사시도이다.
도면을 보다 상세하게 살펴보면, 여러 도면에 걸쳐서 동일한 도면번호는 동일한 부분을 나타내며, 도 1 내지 도 3은 도면번호 20으로 표시된 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따라 제작된 금형 조립체를 나타내고 있다. 금형 조립체(20)는 이하에서 지지 표면(24)이라고 지칭하는 베이스에 고정된 이하에서 플랫폼(22)이라고 지칭하는 슬라이드를 가지고 있다. 이하에서 왼쪽 금형(26)이라고 지칭하는 제 1 금형은 플랫폼(22)에 작동가능하게 연결되어 금형 캐버티의 왼쪽 부분을 제공한다. 이하에서 오른쪽 금형(28)이라고 지칭하는 제 2 금형은 플랫폼(22)에 작동가능하게 연결되어 상기 왼쪽 부분에 반대쪽인 금형 캐버티의 오른쪽을 제공한다. 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)은 결합된 폐쇄 위치와 분리된 개방 위치 사이에서 플랫폼(22)을 따라서 서로 가까워지거나 멀어지게 직선 슬라이딩 운동으로 이동가능하다. 결합 위치에 있을 때, 왼쪽 금형 캐버티 및 오른쪽 금형 캐버티는 협력하여 길이방향의 중심축(A) 둘레로 대체로 원주방향으로 폐쇄된 금형 캐버티를 제공한다. 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)은 중심축(A) 둘레로 반경방향으로 뻗어 있는 링 벨트를 가진 피스톤 크라운을 포함하는 피스톤(21)의 외주부를 형성하도록 구성된 내측 금형 표면(27, 29)(링 그루브가 없는 것으로 도시되어 있지만, 금형에 링 그루브가 형성되어 있는 것으로 간주함)을 가지고 있다. 분리된 개방 위치에 있을 때, 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)은 완성된 피스톤을 금형 조립체(20)로부터 수직방향으로 제거하거나 꺼낼 수 있을 정도로 충분한 거리만큼 서로 측방향으로 이격되어 있다.
금형 조립체(20)는 왼쪽 금형(26)으로부터 대체로 수평방향으로 뻗어 있는 아래에서 왼쪽 돌출부(30)라고 지칭하는 왼쪽 핀 보어 맨드릴과, 오른쪽 금형(28)으로부터 대체로 수평방향으로 뻗어 있는 아래에서 오른쪽 돌출부(32)라고 지칭하는 오른쪽 핀 보어 맨드릴을 포함하는 한 쌍의 제 2 맨드릴(제 1 맨드릴은 이후에 도입됨)을 포함하고 있다. 왼쪽 돌출부 및 오른쪽 돌출부(30, 32)는 돌출된 결합 위치와 후퇴된 분리 위치 사이에서 이동가능하다. 결합 위치에 있을 때에느, 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)이 결합하여 왼쪽 핀 보스의 왼쪽 핀 보어 및 오른쪽 핀 보스의 오른쪽 핀 보어를 각각 형성할 때 왼쪽 돌출부 및 오른쪽 돌출부(30, 32)는 금형 캐버티 속으로 돌출한다. 분리 위치에 있을 때에는, 피스톤을 금형 조립체(20)로부터 중심축(A)을 따라서 완전 수직 방향으로 꺼내는 것을 보다 용이하게 하기 위해서, 왼쪽 돌출부 및 오른쪽 돌출부(30, 32)는 금형 캐버티로부터 충분 히 벗어나도록 서로 멀어지게 이동된다. 왼쪽 돌출부 및 오른쪽 돌출부(30, 32)는 임의의 크기의 핀 보어를 형성하도록 제공될 수 있으며 돌출 이동과 후퇴 이동의 전체 범위에 걸쳐서 서로 동축 관계로 유지될 수 있다.
금형 조립체(20)는 또한 아래에서 하부 금형 돌출부(34)라고 지칭하는 제 3 맨드릴 즉 핀 보스 맨드릴을 포함하고 있고, 상기 하부 금형 돌출부(34)는 플랫폼(22)에 작동가능하게 연결되어 있으며 중심축(A)을 따라 동축으로 이동하기 위해 왼쪽 금형(26)과 오른쪽 금형(28) 사이에서 대체로 중심에 배치되어 있다. 하부 금형 돌출부(34)는 상승된 결합 위치와 하강된 분리 위치 사이에서 플랫폼(22)에 대하여 이동가능한다. 결합 위치에 있을 때에는, 하부 금형 돌출부(34)가 금형 캐버티 속으로 위쪽으로 상승하여 피스톤(21)의 왼쪽 핀 보스와 오른쪽 핀 보스 사이에 하부 금형 돌출부(34)에 의해 점유된 공간을 형성한다. 분리 위치에 있을 때에는, 피스톤(21)를 금형 조립체(20)로부터 꺼내는 것을 더욱 더 용이하게 하기 위해서 하부 금형 돌출부(34)가 아래쪽으로 하강하여 금형 캐버티로부터 벗어난다. 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 하부 금형 돌출부(34)가 분리된 거울상의 왼쪽 부분과 오른쪽 부분으로 형성되어 있고, 필요에 따라, 분리된 왼쪽 부분과 오른쪽 부분은 결합 위치와 분리 위치 사이에서 서로에 대해 이동가능하다. 하부 금형 돌출부(34)와 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)은 협력하여 피스톤 크라운에 달려 있는 핀 보스를 형성하고, 이 핀 보스는 중심축(A)에 대해 일정한 각도로 바깥쪽으로 벌어지게 형성될 수 있다.
금형 조립체(20)는 언더컷 냉각 통로를 가지고 있는 피스톤(21)을 형성하는 데, 언더컷이 링 벨트의 반경방향 바로 안쪽에 형성되어 있어서, 냉각 통로와 링 벨트의 적어도 일부분이 반경방향으로 정렬된다. 따라서, 링 벨트의 적어도 일부분은 냉각 통로의 외측으로부터 직접 반경방향으로 접근하는 것에 대해 장애물을 형성한다. 대체로 환형상의 언더컷 냉각 통로는 피스톤(21)의 중심축(A) 둘레로 뻗어 있다. 이 냉각 통로는 피스톤 크라운의 상부 표면에 형성된 연소 공간으로부터의 열을 흡수한다. 피스톤(21)의 언더컷을 성형하는 것을 용이하게 하기 위해, 금형 조립체(20)가 아래에서 왼쪽 패널(36)이라고 지칭하는 하나의 냉각 통로 맨드릴과 아래에서 오른쪽 패널(40)이라고 지칭하는 다른 하나의 냉각 통로 맨드릴을 포함하는 한 쌍의 제 1 맨드릴 즉 냉각 통로 맨드릴을 포함하고 있다. 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)은 부차적인 기계가공을 요하지 않고서 완성된 언더컷 냉각 통로의 절반을 각각 제공하는 부의 형상부(negative form)(42, 43)를 가지도록 구성되어 있다. 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)은 플랫폼(22)에 대하여 이동가능하고, 또한 돌출된 결합 위치와 후퇴된 분리 위치 사이에서 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)에 대하여 이동가능하다. 결합 위치에 있을 때에는, 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)이 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)과 협력하여 언더컷 냉각 통로를 포함하는 피스톤의 형상을 형성한다. 분리 위치에 있을 때에는, 완성된 피스톤(21)을 금형 조립체(20)로부터 꺼낼 수 있도록 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)이 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)의 각각과 피스톤(21)에 대하여 아래쪽으로 변위된다. 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)은 수직방향으로 30 밀리미터이상 깊이의 언더컷을 만들고 수평방향으로 12 밀리미터이상의 언더컷을 만들 수 있다. 언더컷의 크기는 다른 주조 치수(casting dimension)와 무관하다.
링 벨트의 반경방향 안쪽에 형성된 언더컷과 바깥쪽으로 벌어지는 핀 보스로 인해, 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)은 완전 수평 방향 또는 완전 수직 방향으로 피스톤(21)으로부터 멀어지게 이동될 수 없다. 따라서 왼쪽 패널(36)의 분리 위치는 결합 위치의 아래쪽이고 반경방향 바깥쪽(상기 중심축(A)에 대해)에 위치하고 있다. 오른쪽 패널(40)의 분리 위치는 결합 위치의 아래쪽이고 반경방향 바깥쪽에 위치하고 있다. 따라서, 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)는 분리 위치로부터 결합 위치로 이동할 때 서로를 향해 수렴하는 직선 경로를 따라 이동되고, 반대로, 결합 위치로부터 분리 위치로 이동할 때 서로 멀어지게 발산하는 직선 경로를 따라서 이동된다. 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)은, 결합 위치와 분리 위치 사이에서 이동할 때 왼쪽 돌출부 및 오른쪽 돌출부(30, 32)을 미끄럼이동가능하게 수용하기 위해 적절한 크기의 보어를 형성하도록 대향하는 거울상의 개구(45, 47)를 포함하고 있다.
왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)의 미끄럼이동을 용이하게 하기 위해서, 왼쪽 패널(36)은 측방향으로 뻗어 있는 왼쪽 베이스 리브(44)를 가지고 있고, 오른쪽 패널(40)은 측방향으로 뻗어 있는 오른쪽 베이스 리브(48)를 가지고 있으며, 왼쪽 베이스 리브(44)는 단지 하나의 예로서 왼쪽 베이스 리브(44)에 형성된 왼쪽 노치(46)로 나타내어진 가이드 부재를 가지고 있고, 오른쪽 베이스 리브(48)는 단지 하나의 예로서 오른쪽 베이스 리브(48)에 형성된 오른쪽 노치(50)로 나타내어진 가이드 부재를 가지고 있다. 아래에서 가이드(52)라고 지칭하는 가이드 설비는 왼쪽 패널(36)과 오른쪽 패널(40) 사이의 중심에 배치되어 있다. 가이드(52)는 단지 하나의 예로서 왼쪽 슬라이드 레일 및 오른쪽 슬라이드 레일(54, 56)로 나타내어진 반대쪽에 있는 2개의 가이드 부재를 포함하고 있다. 왼쪽 노치(46)는 왼쪽 레일(54)을 미끄럼이동가능하게 수용하고, 오른쪽 노치(50)는 오른쪽 레일(56)을 미끄럼이동가능하게 수용한다. 왼쪽 노치(46)와 왼쪽 슬라이드 레일(54) 그리고 오른쪽 노치(50)와 오른쪽 슬라이드 레일(56)은 각각 왼쪽 패널(36)과 오른쪽 패널(40)이 결합 위치와 분리 위치 사이에서 원활하게 미끄럼이동할 수 있게 한다.
왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)의 미끄럼이동을 더욱 용이하게 하기 위해서, 왼쪽 패널 로드(58)가 왼쪽 패널 로드(58)의 제 1 단부에서 왼쪽 패널(36)에 연결되어 있다. 왼쪽 패널 로드(58)는 왼쪽 패널 로드(58)의 제 2 단부에서 왼쪽 액추에이터(60)에 연결되어 있다. 왼쪽 액추에이터(60)는 왼쪽 패널(36)을 왼쪽 패널(36)의 결합 위치와 분리 위치 사이에서 이동시킨다. 왼쪽 패널 로드(58)를 왼쪽 액추에이터(60)로부터 선택적으로 분리시키기 위해서 왼쪽 릴리스(66)가 왼쪽 패널 로드(58)의 제 2 단부에 제공되어 있다. 마찬가지로, 오른쪽 패널 로드(62)가 오른쪽 패널 로드(62)의 제 1 단부에서 오른쪽 패널(40)에 연결되어 있다. 오른쪽 패널 로드(62)는 오른쪽 패널 로드(62)의 제 2 단부에서 오른쪽 액추에이터(64)에 연결되어 있다. 오른쪽 액추에이터(64)는 오른쪽 패널(40)을 오른쪽 패널(40)의 결합 위치와 분리 위치 사이에서 이동시킨다. 오른쪽 패널 로드(62)를 오른쪽 액추에이터(64)로부터 선택적으로 분리시키기 위해서 오른쪽 릴리스(68)가 오른쪽 패널 로드(62)의 제 2 단부에 제공되어 있다. 왼쪽 릴리스 및 오른쪽 릴리 스(66, 68)는 수리, 유지보수 또는 교체를 위해 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)이 금형 조립체(20)로부터 용이하게 분리되는 것을 가능하게 한다.
왼쪽 액추에이터 및 오른쪽 액추에이터(60, 64)는 예를 들면, 유압식, 공압식, 또는 기계식 왼쪽 액추에이터 및 오른쪽 액추에이터(60, 64)와 같은 직선 운동을 야기시킬 수 있는 임의의 적절한 타입의 액추에이터로 제공될 수 있다. 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)이 주조 사이클의 초기에 결합 위치에 있는 동안 왼쪽 패널 로드 및 오른쪽 패널 로드(58, 62)를 이용하면, 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)을 금형 캐버티로부터 빼낼 수 있다. 이로 인해, 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)과 그 주위에서 주조 피스톤 수축에 의해 초래될 수 있는 스크랩(scrap) 발생의 가능성이 감소된다. 왼쪽 액추에이터 및 오른쪽 액추에이터(60, 64)는 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)을 주조를 하기 위한 위치에 배치시키도록 작용한다. 피스톤을 성형하기 위해 확실하고 반복가능하며 정확한 최종 위치에 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)를 배치시키기 위해, 금형이 폐쇄되는 동안 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)이 분리 위치로부터 결합 위치로 이동될 때 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)에 의해 왼쪽 리브 및 오른쪽 리브(44, 48)가 맞물려서 고정된다.
링(70)이 플랫폼(22)에 결합되어 있으며 가이드(52)와 동축으로 가이드(52) 아래에 배치되어 있다. 링(70)은 가이드(52)를 지지하고 있으며 왼쪽 패널 로드 및 오른쪽 패널 로드(58, 62)를 수용하는 한 쌍의 관통 보어를 포함하고 있다. 왼쪽 패널 로드 및 오른쪽 패널 로드(58, 62)는 상기 관통 보어를 통하여 원활한 미 끄럼 이동을 하기 위해 부싱 또는 베어링에 의해 가이드된다. 부싱 또는 베어링은 비틀리고 움직이지 못하게 고정되는 경향을 제거함으로써 왼쪽 레일 및 오른쪽 레일(54, 56)과 왼쪽 노치 및 오른쪽 노치(46, 50) 사이의 연결부에 대한 부하를 크게 감소시킨다. 레일, 노치 및 부싱/베어링을 통하여 3개의 지지 포인트를 제공하면 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)의 미끄럼 이동의 안정성 및 제조시에 에러없이 작용하는 능력을 증진시킨다.
가이드(52)는 링(70)을 따라서 원주방향으로 뻗어 있는 베이스를 가지고 있다. 가이드(52)와 경사진 왼쪽 레일 및 오른쪽 레일(54, 56)은 중심축(A) 둘레로 약 180도 만큼 이격되어서 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)의 대향하는 단부를 지지한다. 하부 금형 돌출부(34)는 링(70) 중심의 개구(71)를 통하여 위쪽으로 뻗어 있다. 왼쪽 레일 및 오른쪽 레일(54, 56)은 링(70)으로부터 위쪽으로 뻗어 있으며 서로를 향해 수렴하는 일정 각도로 경사져서 사다리꼴 형상을 형성하고 있다. 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)을 왼쪽 레일 및 오른쪽 레일(54, 56)의 경사를 따라 피스톤(21)으로부터 멀어지게 직선상으로 이동시키면, 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)에 의해 형성된 언더컷으로부터 바로 반경방향 바깥쪽에 위치되어 있는 링 벨트의 손상을 회피할 수 있고, 또한 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)을 향하여 피스톤(21)의 중심으로부터 바깥쪽으로 벌어져 있는 핀 보스의 손상을 회피할 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서 왼쪽 레일 및 오른쪽 레일(54, 56)의 경사 각도는 중심축(A)에 대해 예각을 이루어, 링 벨트와 간섭하는 것을 회피하기 위한 충분한 수직방향의 이동 성분과, 핀 보스와 간섭하는 것을 회피하기 위한 충분한 수평방향의 이동 성분을 제공한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 금형 조립체(20)로 피스톤(21)을 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 왼쪽 레일 및 오른쪽 레일(54, 56)을 따라서 직선상으로 원하는 언더컷 형상을 가지고 있는 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)을 중심축(A)에 대해 경사져 있는 수렴하는 경로를 따라서 결합 위치로 이동시킴으로써 피스톤(21)을 성형하는 것을 포함하고 있다. 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)의 상기와 같은 이동에 의해 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)은 금형 캐버티에 수용되는 위치로 이동된다. 상기 방법은 원하는 피스톤 형상의 외형을 가지는 금형 캐버티의 적어도 일부분을 제공하기 위하여 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)을 중심축(A)에 대체로 수직인 방향으로 결합 위치로 서로 근접하게 직선상으로 이동시키는 단계를 더 포함하고 있다. 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)은 금형 캐버티 내에 적절하게 위치되는 것을 확실하게 하기 위해서 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)과 맞물리게 된다. 이러한 맞물림 공정은 금형이 폐쇄되는 동안 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)이 분리 위치로부터 결합 위치로 이동될 때 왼쪽 리브 및 오른쪽 리브(44, 48)를 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)으로 포착하는 단계를 포함한다. 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)과 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)의 이동 타이밍은 역으로 될 수 있고, 필요에 따라, 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)과 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28) 사이의 포착 메카니즘(capturing mechanism)이 변경될 수 있다. 또한, 상기 방법은 피스톤(21)의 왼쪽 핀 보스를 통하여 왼쪽 핀 보어를 제공하기 위해 중심축(A)에 대해 대체로 수직인 왼쪽 패널(36)에 형성된 보어(45)를 통하여 왼쪽 돌출부(30)를 이동시키고, 피스톤(21)의 오른쪽 핀 보스를 통하여 오른쪽 핀 보어를 제공하기 위하여 왼쪽 돌출부(30)와 대체로 동축으로 오른쪽 패널(40)에 형성된 보어(47)를 통하여 오른쪽 돌출부(32)를 이동시키는 단계를 포함한다. 부가적으로, 상기 방법은 왼쪽 핀 보스와 오른쪽 핀 보스 사이에 공간을 제공하기 위해서 하부 금형 돌출부(34)를 중심축(A)과 동축인 관계로 위쪽으로 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)과 근접하게 그리고 왼쪽 패널(36)과 오른쪽 패널(40) 사이로 이동시키는 단계를 포함한다. 그 다음에, 상기 방법은 용융 금속과 같은 소정량의 유체 피스톤 재료를 금형 캐버티 속으로 주입하는 단계를 포함한다. 그리고 나서 상기 방법은 일체 피스톤(solid piston)(21)을 형성하기 위하여 상기 유체 피스톤 재료를 경화시키는 단계로 이어진다. 용융 금속이 경화되면, 그 다음에 상기 방법은 성형된 피스톤(21)을 금형 캐버티로부터 제거하는 단계를 포함한다.
피스톤(21)를 금형 캐버티로부터 제거하기 위해서, 상기 방법은 왼쪽 돌출부 및 오른쪽 돌출부(30, 32)를 금형 캐버티로부터 분리 위치로 이동시키는 단계를 포함하고, 바람직하게는 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)을 서로 근접해 있는 상태로부터 직선 경로를 따라서 측방향으로 분리 위치쪽으로 적어도 부분적으로 이동시키는 단계를 포함한다. 또한, 피스톤(21)을 금형 캐버티로부터 제거하는 공정은 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)을 아래쪽으로 직선으로 그리고 왼쪽 레일 및 오른쪽 레일(54, 56)에 의해 제공된 발산하는 경로를 따라서 중심축(A) 및 일체 피스톤으로부터 멀어지게 반경방향 바깥쪽으로 측방향으로 이동시켜서, 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)을 금형 캐버티로부터 벗어나게 그리고 왼쪽 금형 및 오른쪽 금형(26, 28)과의 맞물림 상태로부터 벗어나게 이동시키는 단계를 포함한다. 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40)의 이동은 왼쪽 패널 및 오른쪽 패널(36, 40) 각각에 연결된 왼쪽 패널 로드 및 오른쪽 패널 로드(58, 62)를 지지 링(70)의 보어를 통하여 미끄럼이동시킴으로써 시작된다. 상기한 바와 같이, 상기의 다양한 금형 구성요소를 이동시키기 위해서 임의의 적절한 리니어 액추에이터가 사용될 수 있다는 사실을 알아야 한다. 마지막으로, 상기 방법은 일체 피스톤(21)을 금형 조립체(20)로부터 꺼집어내는 단계를 포함한다.
상기의 상세한 설명은 몇 가지 바람직한 실시예에 관한 것인데, 동일한 기능을 수행하는 다른 실시예도 최종적으로 허용된 특허 청구범위의 영역내에 포함된다.

Claims (22)

  1. 피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체로서,
    피스톤의 외주부를 형성하기 위한 금형 캐버티의 적어도 일부분을 제공하는 결합 위치와 금형 캐버티로부터 피스톤을 꺼낼 수 있는 분리 위치 사이에서 피스톤의 길이방향의 중심축에 대체로 수직인 직선 경로를 따라서 서로 가까워지거나 멀어지도록 이동가능한 한 쌍의 금형; 그리고
    피스톤의 언더컷 냉각 통로를 형성하기 위해 상기 한 쌍의 금형 사이에서 상기 중심축에 대해 경사져 있는 수렴하는 직선 경로를 따라 결합 위치로 서로 가까워지게 이동가능한 한 쌍의 냉각 통로 맨드릴을 포함하고 있고,
    상기 한 쌍의 냉각 통로 맨드릴은 상기 중심축을 따라서 수직으로 피스톤을 꺼낼 수 있도록 하는 분리 위치로 상기 중심축에 대해 발산하는 직선 경로를 따라 서로 멀어지게 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금형은 상기 냉각 통로로부터 반경방향으로 바깥쪽으로 링 벨트를 형성하도록 구성된 내측 금형 표면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 금형은 피스톤의 상기 중심축에 대해 일정한 각도로 뻗어 있는 측방향으로 이격된 핀 보스를 형성하고, 상기 각도는 상기 중심축으로부터 바깥쪽으로 벌어져서 상기 냉각 통로 맨드릴이 피스톤으로부터 완전 수직 방향으로 멀어지게 이동되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 냉각 통로 맨드릴은 각각 측방향으로 바깥쪽으로 뻗어 있는 리브를 가지고 있고 상기 리브는 가이드 부재를 가지고 있으며, 상기 리브는 상기 냉각 통로 맨드릴을 금형 캐버티에 대해 위치시키기 위해서 상기 한 쌍의 금형의 각각의 금형에 의해 포착되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 한 쌍의 냉각 통로 맨드릴 사이의 중심에 배치된 가이드를 더 포함하고 있고, 상기 가이드는 반대쪽으로 향하는 한 쌍의 가이드 부재를 가지고 있고, 상기 한 쌍의 냉각 통로 맨드릴을 상기 결합 위치와 분리 위치 사이에서 직선으로 가이드하기 위해 상기 한 쌍의 냉각 통로 맨드릴 가이드 부재의 각각이 상기 반대쪽으로 향하는 한 쌍의 가이드 부재에 미끄럼이동으로 수용되는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 냉각 통로 맨드릴의 상기 가이드 부재는 상기 리브에 형성된 노치로 이루어지고, 상기 가이드의 상기 가이드 부재는 상기 노치에 미 끄럼이동으로 수용될 수 있는 크기의 레일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 피스톤의 왼쪽 핀 보스와 오른쪽 핀 보스 사이에 공간을 제공하는 상기 금형 캐버티 내의 결합 위치와 피스톤을 꺼낼 수 있게 하는 상기 금형 캐버티의 외측의 분리 위치 사이에서 상기 한 쌍의 금형 사이의 상기 중심축을 따라서 이동가능한 핀 보스 맨드릴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 핀 보스 맨드릴은 상기 결합 위치와 분리 위치 사이에서 서로에 대해 이동가능한 거울상의 왼쪽 부분 및 오른쪽 부분을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체.
  9. 제 7 항에 있어서, 한 쌍의 핀 보스에 핀 보어를 형성하기 위해 피스톤의 상기 길이방향의 중심축에 대체로 수직인 직선 경로를 따라서 상기 금형 캐버티 내의 결합 위치로 서로 가까워지게 이동가능하고, 금형 캐버티로부터 피스톤을 꺼낼 수 있도록 하기 위해 상기 금형 캐버티 외측의 분리 위치로 서로 멀어지게 이동가능한 한 쌍의 핀 보어 맨드릴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 냉각 통로 맨드릴은 상기 핀 보어 맨드릴을 미끄럼이동가능하게 수용하기 위한 관통 보어를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하기 위한 금형 조립체.
  11. 피스톤을 형성하는 방법으로서,
    한 쌍의 제 1 맨드릴을 피스톤의 중심축에 대해 경사진 수렴하는 직선 경로를 따라서 결합 위치로 이동시키는 단계;
    한 쌍의 금형을 서로 가까워지게 결합 위치로 이동시켜서 금형 캐버티의 적어도 일부분에 상기 금형 캐버티 내에 수용되는 상기 제 1 맨드릴을 제공하는 단계;
    일정량의 유체 피스톤 재료를 금형 캐버티 속으로 주입하는 단계;
    상기 유체 피스톤 재료를 경화시켜서 상기 금형에 의해 형성된 상부 크라운과 상기 상부 크라운에 언더컷되어 있는 상기 제 1 맨드릴에 의해 형성된 냉각 통로를 가진 일체 피스톤을 형성하는 단계;
    상기 제 1 맨드릴을 상기 중심축에 대해 경사진 발산하는 직선 경로를 따라서 서로 멀어지게 금형 캐버티로부터 상당히 이동된 분리 위치로 이동시키는 단계;
    상기 금형을 분리 위치로 이동시키는 단계; 그리고
    경화된 피스톤을 금형 캐버티로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 금형을 상기 중심축에 대체로 수직인 직선 경로를 따라서 상기 결합 위치와 분리 위치 사이로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 금형을 상기 결합 위치에서 상기 제 1 맨드릴과 맞물려 고정되게 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 한 쌍의 제 2 맨드릴을 상기 제 1 맨드릴 내의 개구를 통하여 상기 중심축에 대체로 수직인 직선 경로를 따라서 서로 가까워지게 이동시키고 상기 제 2 맨드릴 둘레의 한 쌍의 핀 보스에 핀 보어를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 제 3 맨드릴을 상기 중심축을 따라 동축으로 금형 캐버티 속으로 이동시키고 상기 한 쌍의 핀 보스 사이에 상기 제 3 맨드릴에 의해 점유된 공간을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하는 방법.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 중심축을 따라서 중심을 두고 있으며, 상기 중심축을 가로질러서 거울상이며 상기 중심축에 대해 경사진 가이드 부재를 가진 가이드 를 제공하고, 상기 제 1 맨드릴을 상기 가이드 부재를 따라서 상기 결합 위치와 분리 위치 사이로 미끄럼이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 맨드릴에 상기 가이드상의 상기 가이드 부재와 미끄럼이동식으로 결합되는 가이드 부재를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 형성하는 방법.
  18. 피스톤을 주조하는 방법으로서,
    한 쌍의 제 1 맨드릴을 직선 경로를 따라서 결합 위치로 이동시키는 단계;
    한 쌍의 금형을 결합 위치로 이동시켜서 이 금형이 결합 위치에 있는 동안 금형 캐버티의 적어도 일부분에 상기 금형 캐버티 내에 수용되는 상기 제 1 맨드릴을 제공하는 단계;
    일정량의 유체 피스톤 재료를 금형 캐버티 속으로 주입하는 단계;
    상기 유체 피스톤 재료를 경화시켜서 상기 금형에 의해 형성된 상부 크라운과 상기 상부 크라운의 링 벨트로부터 반경방향 안쪽에 언더컷되어 있는 상기 제 1 맨드릴에 의해 형성된 냉각 통로를 가진 일체 피스톤을 형성하는 단계;
    상기 제 1 맨드릴을 금형 캐버티로부터 상당히 이동된 분리 위치로 직선으로 이동시키는 단계;
    상기 금형을 분리 위치로 이동시키는 단계; 그리고
    경화된 피스톤을 금형 캐버티로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 주조하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 맨드릴을 피스톤의 중심축에 대해 경사진 수렴하는 직선 경로를 따라서 상기 결합 위치로 이동시키고 상기 중심축에 대해 경사진 발산하는 직선 경로를 따라서 상기 분리 위치로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 주조하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 금형을 상기 중심축에 대체로 수직인 직선 경로를 따라서 상기 결합 위치와 분리 위치 사이로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 주조하는 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 한 쌍의 제 2 맨드릴을 상기 제 1 맨드릴 내의 개구를 통하여 상기 중심축에 대체로 수직인 직선 경로를 따라서 서로 가까워지게 이동시키고 상기 제 2 맨드릴 둘레의 한 쌍의 핀 보스에 핀 보어를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 주조하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 제 3 맨드릴을 상기 중심축을 따라 동축으로 금형 캐버티 속으로 이동시키고 상기 한 쌍의 핀 보스 사이에 상기 제 3 맨드릴에 의해 점유된 공간을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤을 주조하는 방 법.
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