KR20100064910A

KR20100064910A - 실린더 헤드 주조용 금형장치

Info

Publication number: KR20100064910A
Application number: KR1020080123561A
Authority: KR
Inventors: 이필기
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-06-15
Also published as: KR101055831B1; DE102009036393B4; DE102009036393A1

Abstract

본 발명은 일측부 금형에는 흡기 포트코어를 일체로 구성하고, 하형에는 원호 형상으로 형성되어 하형 내부로 슬라이드 삽입 가능한 배기 포트코어를 구성하여 실린더 헤드의 흡,배기 포트를 형성하는 포트코어가 용탕의 충진에 따른 부력과 금형의 열팽창 및 열변형에 의해 부상하는 것을 방지하고, 상기 흡,배기 포트의 표면 조도를 향상시킬 수 있도록 하는 실린더 헤드 주조용 금형장치를 제공한다.

주조용 금형, 포트코어, 실린더 헤드

Description

실린더 헤드 주조용 금형장치{A MOLD DEVICE FOR CYLINDER HEAD CASTING}

본 발명은 실린더 헤드 주조용 금형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기 포트와 연결되는 배기통로가 실린더 헤드의 일측 하면과 실린더 블록의 일측 상면 사이에 형성되는 엔진의 상기 실린더 헤드를 주조하기 위한 실린더 헤드 주조용 금형장치에 관한 것이다.

일반적으로 저압 주조 공법은 밀폐된 노(爐)내의 용탕 표면에 압축공기 혹은 불활성가스를 이용하여 압력을 가하여 상부에 설치된 금형 내에 용탕을 압상시켜 주입하는 주조법으로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 이를 이용한 실린더 헤드의 생산공정은, 먼저 용해로에서 잉곳(Al ingot)을 녹여 용탕(1)을 만들고, 이 용탕(1)을 히터(3)가 구비된 주조기(7)에 공급한다.

그런 후, 중자 삽입공정에서 실린더 헤드의 워터 재킷(water jacket)이나, 흡기 포트 및 배기 포트를 형성하는 포트코어(11), 및 오일 패시지 코어(13; oil passage core)를 하부 금형인 하형(15)에 세팅(setting)한다.

그 다음, 상형(17)과 하형(15)을 합형시키면 상기 포트코어(11)가 그 코어 프린트(19; core print)를 통하여 하형(15)과 측부 금형(21)에 의해 고정된다.

이와 같은 상태로 상기 금형 내부로 용탕을 주입하여 일정시간 냉각 후에는 금형을 열어 상형(17)과 하형(15)을 분리하고, 제품을 취출한 후, 실린더 헤드(10) 제품을 열처리, 후처리 과정을 거쳐 검사공정에서 검사한 후, 출고하게 된다.

그러나 상기에서 실린더 헤드 주조용 금형은 하형(15)과 양측부 금형(21) 사이에 코어 프린트를 통하여 설치되어 실린더 헤드의 흡,배기 포트를 형성하는 포트코어(11)는 주물사로 제작되어 조도 측면에서도 불리하고, 용탕(1)의 충진에 따른 부력과 금형의 열팽창 및 열변형에 의해 부상되어 연소실 부위(P)에 버어(burr)를 발생시키는 원인이 되며, 흡,배기 포트의 위치 공차, 밸브 시트 가공시 단차 발생 등, 별도의 가공 공정을 거쳐야 하는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 일측부 금형에는 흡기 포트코어를 일체로 구성하고, 하형에는 원호 형상으로 형성되어 하형 내부로 슬라이드 삽입 가능한 배기 포트코어를 구성하여 실린더 헤드의 흡,배기 포트를 형성하는 포트코어가 용탕의 충진에 따른 부력과 금형의 열팽창 및 열변형에 의해 부상하는 것을 방지하고, 상기 흡,배기 포트의 표면 조도를 향상시킬 수 있도록 하는 실린더 헤드 주조용 금형장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 실린더 헤드 주조용 금형장치는 실린더 헤드를 주조하기 위한 실린더 헤드 주조용 금형장치에 있어서,

상기 실린더 헤드의 하면 형상을 성형하기 위한 성형면이 상부면 중앙에 형성되고, 배기측 내부에는 원호 형상의 각각의 코어 삽입홀이 형성되는 하형; 상기 하형의 각 코어 삽입홀 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입되며, 후단부 일측에는 고정홈이 형성되어 각 배기 포트를 성형하기 위한 원호 형상의 배기 포트코어; 상기 실린더 헤드의 상면 형상을 성형하기 위한 성형면이 하부면에 형성되는 상형; 상기 실린더 헤드의 배기측 측면 형상을 성형하기 위한 성형면이 내측면에 형성되는 배기측 금형; 상기 실린더 헤드의 흡기측 측면 형상을 성형하기 위한 성형면이 내측면에 형성되며, 내측면 일측에는 각 흡기 포트를 성형하기 위한 흡기 포트코어가 일체로 구성되는 흡기측 금형을 포함한다.

상기 각 코어 삽입홀의 내단면에는 상기 배기 포트코어의 후단을 지지하기 위한 탄성부재가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 하형의 성형면 양측에는 상기 흡기 포트코어와 상기 배기 포트코어의 각 선단이 삽입되어 안착되는 안착홈이 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 하형의 배기측 내부에는 상기 배기 포트코어의 고정홈에 작용하여 배기 포트코어의 설치상태를 고정하는 고정수단이 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 고정수단은 상기 하형의 배기측 내부에 수평방향으로 배치되어 선단이 상기 배기 포트코어의 고정홈에 삽입 가능하도록 구성되며, 일측에는 디텐트 홈이 형성되는 고정핀; 상기 하형의 배기측 내부 일측에 구성되어 상기 고정핀의 디텐트 홈에 디텐트 볼이 작용하여 상기 고정핀의 작동방향으로 절도감을 제공하는 디텐트 유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 디텐트 유닛은 하우징 내부에서 상기 디텐트 볼을 탄성적으로 지지하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실린더 헤드 주조용 금형장치에 의하면, 일측부 금형에는 흡기 포트코어를 일체로 구성하고, 하형에는 원호 형상으로 형성되어 하형 내부로 슬라이드 삽입 가능한 배기 포트코어를 구성하여 실린더 헤드의 흡,배기 포트를 형성하는 포트코어가 용탕의 충진에 따른 부력과 금형의 열팽창 및 열변형에 의해 부상하는 것을 방지하여 실린더 블록의 연소실 부위에 버어(burr)를 발생시키지 않게 되며, 이에 따른 흡,배기 포트의 위치 공차 및 밸브 시트 가공시 단차 발생 등 종래의 문제점을 해소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 흡기 포트코어와 배기 포트코어를 주물사가 아닌 금형으로 구성함으로써 흡,배기 포트의 표면 조도를 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 주조용 금형장치에 의해 주조되는 실린더 헤드와 이에 조립되는 실린더 블록의 조립 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 주조용 금형장치의 단면도이다.

먼저, 본 실시예에 따른 실린더 헤드 주조용 금형장치를 통하여 주조되는 실린더 헤드(101)는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 배기 포트(103)와 연결되는 배기통로(105)가 실린더 헤드(101)의 배기측 하면과 실린더 블록(107)의 일측 상면 사이에 형성되는 엔진(100)을 구성하게 된다.

이러한 실린더 헤드(101)를 주조하기 위한 본 실시예에 따른 실린더 헤드 주조용 금형장치(110)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 기본적으로 하형(111)과 상형(113) 및 양측부 금형으로 배기측 금형(115)과 흡기측 금형(117)을 구비하게 된다.

먼저, 상기 하형(111)은 그 상부면 중앙에 실린더 헤드(101)의 하면 형상을 성형하기 위한 성형면(121)이 형성되고, 배기측 내부에는 원호 형상의 각각의 코어 삽입홀(123)이 형성된다.

그리고 상기 하형(111)의 각 코어 삽입홀(123) 내부에는 배기 포트코어(119)가 슬라이딩 가능하게 삽입되는데, 상기 배기 포트코어(119)는 주조 시, 각 배기 포트(103)를 형성하도록 원호 형상으로 구성되며, 그 후단부 일측에는 고정홈(125)이 형성된다.

또한, 상기 각 코어 삽입홀(123)의 내단면에는 상기 배기 포트코어(119)의 후단을 지지하여 상기 하형(111)의 코어 삽입홀(123)로부터 선단 일부분이 돌출되도록 탄성부재(127)인 스프링이 설치된다.

그리고 상기 상형(113)은 그 하부면에 실린더 헤드(101)의 상면 형상을 성형하기 위한 성형면(131)이 형성된다.

상기 배기측 금형(115)은 그 내측면에 상기 실린더 헤드(101)의 배기측 측면 형상을 성형하기 위한 성형면(133)이 형성되고, 상기 흡기측 금형(117)은 그 내측면에 상기 실린더 헤드(101)의 흡기측 측면 형상을 성형하기 위한 성형면(135)이 형성된다.

여기서, 상기 흡기측 금형(117)은 그 내측면 일측에는 각 흡기 포트(109)를 성형하기 위한 흡기 포트코어(118)가 경사방향으로 일체로 구성된다.

즉, 상기한 배기 포트코어(119)와 흡기 포트코어(118)는 그 각각의 선단이 상기 하형(111)의 성형면(121) 중앙의 양측에 안착되는데, 그 안착 상태를 안정적으로 유지하도록 상기 하형(111)의 성형면(121) 양측에는 상기 흡기 포트코어(118)와 상기 배기 포트코어(119)의 각 선단이 삽입되어 안착되는 안착홈(G)이 형성된 다.

그리고 상기 하형(111)의 배기측 내부에는 상기 배기 포트코어(119)의 고정홈(125)에 작용하여 배기 포트코어(119)의 설치상태를 고정하는 고정수단(140)이 구성된다.

상기 고정수단(140)은 상기 하형(111)의 배기측 내부에 수평방향으로 배치되어 선단이 상기 배기 포트코어(119)의 고정홈(125)에 삽입 가능하도록 고정핀(141)이 구성되며, 이 고정핀(141)은 일측에는 디텐트 홈(143)이 형성된다.

또한, 상기 하형(111)의 배기측 내부 일측에는 디텐트 유닛이 구성되어 상기 고정핀(141)의 디텐트 홈(143)에 디텐트 볼(145)이 작용하여 상기 고정핀(141)의 작동 중에 그 작동방향으로 절도감을 제공한다.

이러한 디텐트 유닛은 하우징(149) 내부에서 상기 디텐트 볼(145)을 탄성적으로 지지하는 스프링(147)을 포함하여 구성된다.

따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 실린더 헤드 주조용 금형장치(110)를 이용한 주조 공정은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 하형(111) 상에 실린더 헤드(101)의 워터 재킷(water jacket) 코어(150)를 먼저 세팅(setting)한다.(S1)

그 다음, 작업자가 하형(111)의 포트 삽입홀(123) 내부에 삽입된 배기 포트코어(119)를 빼내어 그 선단을 상기 하형(111)의 배기측 성형면 상에 형성된 안착홈(G)에 삽입하여 안착시킨 상태로 고정수단(140)을 통하여 고정한다.(S2)

즉, 상기 고정수단(140)을 통한 배기 포트코어(119)의 고정은 상기 배기 포트코어(119)를 셋팅한 상태로, 고정핀(141)을 밀어 넣어 고정핀(141)의 선단이 상 기 배기 포트코어(119)의 고정홈(125)에 삽입되도록 함으로써 이루어진다.

이러한 상태로, 상기 상형(113)과 배기측 금형(115) 및 흡기측 금형(117)을 상기 하형(111)에 합형시킨다.(S3)

이때, 상기 흡기측 금형(117)의 합형으로 상기 흡기측 금형(117)의 내측면에 일체로 구성된 흡기 포트코어(118)가 동시에 셋팅되는데, 상기 흡기 포트코어(118)의 선단은 상기 하형(111)의 흡기측 성형면 상에 형성된 안착홈(G)에 삽입되어 안착된다.

이와 같이, 상호 합형된 하형(111), 상형(113) 및 흡, 배기측 금형(117,115)에 의해 형성되는 캐비티 내부로 용탕을 주입하여 일정시간 냉각 후,(S4) 상기 하형(111)으로부터 상기 상형(113) 및 흡,배기측 금형(117,115)을 이형(분리)시키고, 제품을 취출한 후, 실린더 헤드(101) 제품을 열처리, 후처리 과정을 거쳐 검사공정에서 검사한 후, 도 4에서 도시한 바와 같은 실린더 헤드(101) 제품을 출고하게 된다.

여기서, 상기 흡기 포트코어(118)는 상기 흡기측 금형(117)과 함께 이형되며, 상기 배기 포트코어(119)는 상기 상형(113)과 흡,배기측 금형(117,115)의 이형 이후에, 배기 포트코어(119) 상의 고정홈(125)으로부터 고정핀(141)을 뽑은 후, 배기 포트코어(119)를 하형(111)의 코어 삽입홀(123) 내부로 밀어 넣어 삽입된 상태로 상기 실린더 헤드(101) 제품을 취출 가능하게 한다.(S5)

또한, 상기 실린더 헤드 제품은 후처리 공정에서, 도 4에서 도시한 바와 같이, 흡,배기 밸브시트 부위(P1)와 배기통로(105)의 연결부(P2) 등을 가공하여 완제 품으로 생산하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 주조용 금형장치에 의해 주조되는 실린더 헤드와 이에 조립되는 실린더 블록의 조립 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 주조용 금형장치의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 주조용 금형장치의 단계별 공정도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 주조용 금형장치에 의해 주조된 실린더 헤드의 단면도이다.

도 5는 일반적인 저압 주조 공법에서 소재의 생산공정을 도시한 개략적인 공정도이다.

Claims

실린더 헤드를 주조하기 위한 실린더 헤드 주조용 금형장치에 있어서,

상기 실린더 헤드의 하면 형상을 성형하기 위한 성형면이 상부면 중앙에 형성되고, 배기측 내부에는 원호 형상의 각각의 코어 삽입홀이 형성되는 하형;

상기 하형의 각 코어 삽입홀 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입되며, 후단부 일측에는 고정홈이 형성되어 각 배기 포트를 성형하기 위한 원호 형상의 배기 포트코어;

상기 실린더 헤드의 상면 형상을 성형하기 위한 성형면이 하부면에 형성되는 상형;

상기 실린더 헤드의 배기측 측면 형상을 성형하기 위한 성형면이 내측면에 형성되는 배기측 금형;

상기 실린더 헤드의 흡기측 측면 형상을 성형하기 위한 성형면이 내측면에 형성되며, 내측면 일측에는 각 흡기 포트를 성형하기 위한 흡기 포트코어가 일체로 구성되는 흡기측 금형을 포함하는 실린더 헤드 주조용 금형장치.
제1항에서,

상기 각 코어 삽입홀의 내단면에는

상기 배기 포트코어의 후단을 지지하기 위한 탄성부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 주조용 금형장치.
제1항에서,

상기 하형의 성형면 양측에는

상기 흡기 포트코어와 상기 배기 포트코어의 각 선단이 삽입되어 안착되는 안착홈이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 주조용 금형장치.
제1항에서,

상기 하형의 배기측 내부에는

상기 배기 포트코어의 고정홈에 작용하여 배기 포트코어의 설치상태를 고정하는 고정수단이 구성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 주조용 금형장치.
제4항에서,

상기 고정수단은

상기 하형의 배기측 내부에 수평방향으로 배치되어 선단이 상기 배기 포트코어의 고정홈에 삽입 가능하도록 구성되며, 일측에는 디텐트 홈이 형성되는 고정핀;

상기 하형의 배기측 내부 일측에 구성되어 상기 고정핀의 디텐트 홈에 디텐트 볼이 작용하여 상기 고정핀의 작동방향으로 절도감을 제공하는 디텐트 유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 주조용 금형장치.
제5항에서,

상기 디텐트 유닛은

하우징 내부에서 상기 디텐트 볼을 탄성적으로 지지하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 주조용 금형장치.