KR20100034470A - 압축기용 일체형 중공 피스톤 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

주물의 융점보다 낮고 고압의 다이캐스팅 공법이 적용될 수 있는 저융점 용융 코어를 이용하여 제조 원가를 절감한 압축기용 일체형 중공 피스톤 및 그 제조방법이 소개된다.
압축기, 중공, 일체, 피스톤, 저융점

Description

압축기용 일체형 중공 피스톤 및 그 제조방법 {ONE-PIECE HOLLOW PISTON FOR COMPRESSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 압축기용 일체형 중공 피스톤에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저융점 용융코어를 이용한 다이캐스팅 공법을 이용하여 압축기용 중공 피스톤을 일체형으로 제조함으로써 제조 원가를 절감시킨 압축기용 일체형 중공 피스톤 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 압축기용 피스톤은 압축기 효율을 개선하기 위해 경량화하는 추세이고, 이러한 추세에 맞추어 피스톤 내부는 중공으로 제조되는 것이 일반적이다.
도 1에는 압축기의 일반적인 형상이 도시되어 있다. 이러한 압축기(1)에는 압축기용 중공 피스톤(P)이 장착되는데, 이러한 압축기용 중공 피스톤(P)은 내부를 중공으로 만들기 위해서 단조 가공하여 몸통부(B) 및 캡부(C)의 2 piece로 제조되고, 이것을 용접 또는 접합하여 생산하는 것이 일반적이었다. 용접 또는 접합은 접자빔 용접, 마찰압접, 마찰교반 용접 등이 사용되고 있는데, 이러한 용접들은 모두 가공부의 치수 정밀도가 높게 요구될 뿐만 아니라, 접합을 위한 전용 지그 및 전용 장비들이 요구되어 제조 원가를 크게 향상시킨다.
다이캐스팅 공법에 의해 2 piece로 제조하여 용접 또는 접합하는 경우 공법 특성상 접합 부위에 기포가 생겨서 결함이 발생되고, 일체형으로 제조할 경우 내부가 중공된 피스톤을 제조할 수 없었다. 또한 다이캐스팅 공법에 의하는 경우, 종래의 사형코어는 압력에 버티는 힘이 약하기 때문에 고압 다이캐스팅 압력을 견디지 못하고 파괴될 수 있었고, 이러한 문제점 개선을 위해 NaCl을 주성분으로 하고 고압에도 견딜 수 있는 고융점(약 800도 이상) 용융 코어를 이용하여 다이캐스팅하면 피스톤을 일체형으로 제조할 수도 있으나, NaCl은 고융점 화학염이므로 분말 상태의 염을 고압 고화 성형하여 제조하여야 하기 때문에 코어 형상에 한계가 있으며 제조 비용이 고가라는 문제 및 제품에서 코어를 탈사하기 위해 고온으로 가열하면 주물이 용해될 수 있고 코어를 수용액에 녹이는 경우 시간이 오래 걸리고, 코어의 재활용이 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 저융점 용융 코어 제조단계를 포함하여 다이캐스팅 압력에도 견딜 수 있고, 가열에 의한 탈사 가능하여 재활용 가능한 코어를 이용할 수 있어서 제조 원가가 절감되고 품질이 개선된 압축기용 일체형 피스톤 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압축기용 일체형 중공 피스톤 제조방법은 고압의 다이캐스팅 공법이 적용 가능하고 주물의 융점보다 낮은 코어를 제조하는 저융점 용융 코어 제조단계; 상기 저융점 용융 코어 제조단계에서 제조된 코어를 다이캐스팅 금형 내에 장착하는 세팅단계; 코어가 장착된 금형에 주물을 투입하고 고압을 가하는 고압 다이캐스팅 단계; 금형에서 주물을 분리하는 취출 단계; 및 취출된 주물에서 코어를 제거하는 코어 제거단계를 포함한다.
코어제거단계는 저융점 용융 코어를 가열하여 제거하는 것이 바람직하다.
저융점 용융 코어 제조단계에서 사용되는 코어의 성분은 NaNo3: 30-50wt%, NaCl; 20-30wt%, ZrO2: 30-40wt%, 나머지는 기타성분으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
저융점 용융 코어 제조단계에서 사용되는 코어는 중력주조에 의해서 제작되는 것이 바람직하다.
압축기용 일체형 중공 피스톤은 고압의 다이캐스팅에 적용 가능하고 주물의 융점보다 낮은 코어를 제조하는 저융점 용융 코어 제조단계; 상기 저융점 용융 코어 제조단계에서 제조된 코어를 다이캐스팅 금형 내에 장착하는 세팅단계; 코어가 장착된 금형에 주물을 투입하고 고압을 가하는 고압다이캐스팅단계; 금형에서 주물을 분리하는 취출단계; 및 취출된 주물에서 코어를 제거하는 코어 제거단계를 포함하는 압축기용 일체형 중공 피스톤 제조방법에 의해 생산된다.
본 발명은 상기한 제조 방법으로 일체화된 압축기용 중공 피스톤을 제조할 수 있고 저융점 용융 코어를 재활용 할 수 있어서 제조 원가가 절감된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압축기용 일체형 중공 피스톤 제조방법에 대하여 살펴본다.
압축기의 피스톤은 기계적 성질이 우수하고 대량 생산 가능하며 정밀한 치수로 정확하게 가공 가능한 정밀 주조 방법인 다이캐스팅 주조법이 이용되는데, 주물로는 일반적으로 알루미늄이 사용된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압축기용 일체형 중공 피스톤 제조방법은 피스톤의 형상을 갖는 금형(M) 외에 금형(M)에 장착되는 코어를 필요로 한다. 이러한 코어의 제조를 위하여 저융점 용용 코어 제조단계 거친다. 이러한 저융점 용융 코어(10)는 후술할 코어제거단계를 거쳐서 주물에서 제거되기 때문에 중공의 형상을 갖는 압축기용 일체형 중공 피스톤(P)의 제조가 가능하다.
제조된 저융점 용융 코어(10)를 다이캐스팅 금형(M) 내에 세팅한다. 세팅 후 에 용융된 알루미늄이 주입되고 이 상태에서 고압의 다이캐스팅 작업을 통하여 압축기용 일체형 중공 피스톤(P)이 제조된다. 압축기용 일체형 중공 피스톤(P)의 외형을 갖는 금형(M)에서 주물을 분리하는 취출단계를 거쳐 취출된 주물로부터 저융점 용융 코어(10)를 제거하는 코어제거단계를 거치면 압축기용 일체형 중공 피스톤(P)이 제조된다. 이렇게 제조된 압축기용 일체형 중공 피스톤을 물로 세척하여 내부의 잔존 코어를 제거하고 이 후 가공 공정을 거치면 압축기용 일체형 중공 피스톤의 제조가 완성된다.
코어제거단계를 거치면서 탈사된 저융점 용융 코어(10)는 인체에 무해하고 재활용 가능하며, 이렇게 완성된 압축기용 일체형 중공 피스톤은 일체형으로 제조된 것이기 때문에 접합이나 용접이 불필요하다. 따라서, 압축기용 일체형 중공 피스톤 제조 원가가 절감된다.
코어제거단계는 저융점 용융 코어를 가열하는 방법에 의하는 것이 바람직하다. 취출된 주물을 320-400℃에서 1~2분간 가열하면 내부의 저융점 용융 코어가 용융되어 취출구를 통해 흘러나온다. 일반적으로 주물인 알루미늄의 융점은 대략 660℃ 정도이기 때문에 주물을 320-400℃에서 1~2분간 가열하더라도 주물은 녹지 않고, 저융점을 갖는 코어만이 녹아서 취출구를 통해 흘러나온다.
한편, 저융점 용융 코어의 성분은 NaNo3: 30-50wt%, NaCl; 20-30wt%, ZrO2: 30-40wt%, 나머지는 기타성분으로 이루어지는 것이 바람직하다.
NaNo3는 320-400℃에서 용융되는 성질을 갖기 때문에 NaNo3가 30wt% 이하일 경우, 상대적으로 고융점을 갖는 NaCl이 차지하는 비율이 높아지기 때문에 저융점 용융 코어의 성질을 가질 수 없다. 또한 이것이 50wt% 이상인 경우 저융점 용융 코어가 너무낮은 온도에서 미리 녹아 버리기 때문에 주물이 저융점 용융 코어와 접하는 표면이 거칠어진다.
한편, NaCl이 20wt% 이하인 경우, 상대적으로 NaNo3이 차지하는 비율이 높아지기 때문에 저융점 용융 코어가 너무 낮은 온도에서 미리 녹아 버리기 때문에 주물이 저융점 용융 코어와 접하는 표면이 거칠어지고, 30wt% 이상인 경우, 융점이 800℃ 이상인 NaCl의 고융점 특성이 발현되어 저융점을 갖는 본 발명의 특성이 소멸된다.
ZrO2는 융점이 매우 높고 급격한 온도 변화에 견딜 수 있는 성질을 갖기 때문에 저융점 용융 코어의 형상을 유지하는 기능을 갖는다. 이러한 ZrO2는 30-40wt%인 것이 바람직한데, 30wt%이하인 경우 그것의 특성이 발현되기 어려워 코어의 형상을 유지하는 기능을 기대할 수 없고, 40wt% 이상인 경우 상대적으로 NaNo3, NaCl의 함량 비율이 증가하기 때문에 NaNo3, NaCl의 비율 증가시에 발생되는 상술한 문제점이 발생될 수 있다. 특히, ZrO2의 함량 비율은 간단한 에어컨 컴프레서의 압축기의 피스톤에 적용 때 최적의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 저융점 용융 코어는 NaNo3, NaCl, ZrO2의 성분 외에 나머지 기타성분(FeO 등)이 포함된다.
저융점 용융 코어는 중력주조에 의해서 제작될 수 있다. 중력주조에 의하는 경우 설비 투자 비용을 절감 할 수 있어서, 제조 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 압축기를 나타낸 도면;
도 2는 종래 압축기에 장착되는 중공 피스톤을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 압축기용 일체형 중공 피스톤의 제조방법을 나타낸 도면이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1: 압축기 B: 몸통부
C: 캡부 M: 금형
P: 피스톤 10: 저융점 용융 코어

Claims (5)

  1. 고압의 다이캐스팅 공법이 적용 가능하고 주물의 융점보다 낮은 코어를 제조하는 저융점 용융 코어 제조 단계;
    상기 저융점 용융 코어 제조단계에서 제조된 코어를 다이캐스팅 금형 내에 장착하는 세팅 단계;
    코어가 장착된 금형에 주물을 투입하고 고압을 가하는 고압 다이캐스팅 단계;
    금형에서 주물을 분리하는 취출 단계; 및
    취출된 주물에서 코어를 제거하는 코어 제거 단계를 포함하는 압축기용 일체형 중공 피스톤 제조방법
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 코어 제거 단계는 저융점 용융 코어를 가열하여 제거하는 것을 특징으로 하는 압축기용 일체형 중공 피스톤 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 저융점 용융 코어 제조 단계에서 사용되는 코어의 성분은 NaNo3: 30-50wt%, NaCl; 20-30wt%, ZrO2: 30-40wt%, 나머지는 기타성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 압축기용 일체형 중공 피스톤 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 저융점 용융 코어 제조단계에서 사용되는 코어는 중력주조에 의해서 제작되는 것을 특징으로 하는 압축기용 일체형 중공 피스톤 제조방법.
  5. 고압의 다이캐스팅에 적용 가능하고 주물의 융점보다 낮은 코어를 제조하는 저융점 용융 코어 제조 단계; 상기 저융점 용융 코어 제조단계에서 제조된 코어를 다이캐스팅 금형 내에 장착하는 세팅 단계; 코어가 장착된 금형에 주물을 투입하고 고압을 가하는 고압 다이캐스팅 단계; 금형에서 주물을 분리하는 취출 단계; 및 취출된 주물에서 코어를 제거하는 코어 제거 단계를 포함하는 압축기용 일체형 중공 피스톤 제조방법에 의해 생산된 압축기용 일체형 중공 피스톤.
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