KR20100138496A

KR20100138496A - 진공을 가하기 위한 엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어 및 중공지지핀 구조

Info

Publication number: KR20100138496A
Application number: KR1020090057056A
Authority: KR
Inventors: 주대헌; 송권혁; 이정근; 김기현; 문중화; 이의원
Original assignee: 동양피스톤 주식회사
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2010-12-31

Abstract

본 발명은 피스톤의 주조를 위하여 용탕을 공급받아 피스톤을 주조하는 피스톤 주조 금형의 내부에 고정핀에 의해 고정되어 오일갤러리를 주조하는 솔트코어 및 상기 솔트코어에 끼워지는 중공지지핀에 관한 것으로,

상기 솔트코어는 미세분말상태의 염을 소결하여 링형상의 염소결체를 형성하도록 한 것으로, 상기 고정핀이 끼워질 수 있는 핀홀을 구비하고, 상기 핀홀의 하단부에는 상기 중공지지핀의 상단이 끼워질 수 있는 끼움홈을 구비하며,

상기 중공지지핀은, 상단은 상기 끼움홈에 상응하는 형상이고, 하단은 진공배기관에 연결되어 오일갤러리 주조시 진공배기용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 진공을 가하기 위한 엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어 및 중공지지핀 구조를 제공한다.

본 발명에 의하면, 용탕과 솔트코어 간의 반응 및 온도차에 의해 주조 후 솔트코어 주변에 발생하던 가스결함 및 산화물의 생성을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 솔트코어 주위를 진공감압 함에 의해 표면장력을 제거할 수 있게 되므로 용탕의 완전한 밀착이 가능하여 냉각기능을 위한 오일갤러리의 주조품질을 크게 향상시킬 수 있다.

솔트코어, 오일갤러리, 진공

Description

진공을 가하기 위한 엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어 및 중공지지핀 구조{Salt core and vacuum support pin structure for making oil gallery}

본 발명은 주조품질 향상을 위한 엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진피스톤을 주조하는 과정에서 오일갤러리 주조에 사용되는 솔트코어에 진공배기를 부가하여 주조되는 오일갤러리에 생길 수 있는 탕경결함 및 기포결함을 최소화하여 더욱 피로강도가 높은 엔진피스톤을 주조할 수 있도록 한 진공을 가하기 위한 엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어 및 중공지지핀 구조에 관한 것이다.

일반적으로 중력주조법은 용탕을 중력에 의해 금형에 주입하여 주물을 만드는 주조방법을 말하며, 현재 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 등의 비철합금, 주철 또는 강철을 소재로 하여 피스톤, 슬리브, 크랭크 케이스, 실린더, 베어링 등을 제조하는데 널리 이용되고 있다.

이러한 중력주조법에 사용되는 피스톤 제조장치는 래들을 이용하여 주조기의 금형에 용탕을 주입하고, 일정 시간 동안 성형/응고시킨 다음, 금형을 개방시켜 성 형된 제품을 수조에서 냉각시키며, 제품이 냉각된 후에는 절단기를 이용하여 압탕부와 제품을 분리시킨다.

이러한 방식으로 생성된 차량용 엔진피스톤은 일반적으로 실린더 내에서 발생한 연소 폭발력을 받아 실린더 내부를 왕복운동하면서 커넥팅로드에 운동에너지를 전달하여 크랭크샤프트에 회전력을 발생시키는 일을 하는 장치이다. 이 장치의 설계시에는 피스톤의 상부에 형성되는 연소실의 주변을 냉각시켜 피스톤의 과열을 막을 수 있도록 하기 위한 중공형상의 오일갤러리(Oil Gallery)를 설치하는 경우가 많다.

오일갤러리는 엔진피스톤의 제작시 피스톤 주조 금형 내부에 지지되는 솔트코어(salt core)를 이용한 주조 방식에 의해 피스톤의 내부에 형성되어 진다.

도 1은 종래의 엔진피스톤 구성을 나타내는 개략도이고, 도 2는 종래 기술에서 엔진피스톤을 주조하는 과정에서 사용되는 솔트코어를 나타내는 사시도이다.

도 2에 도시된 대로 링 형상을 구비하는 솔트코어(10)를 만들고, 이의 몸체에 핀홀(11)을 형성하여 고정핀(20)이 삽입될 수 있게 한다. 고정핀(20)이 삽입된 솔트코어(10)가 피스톤 주조 금형 내부에 고정지지된 상태로 주형 내로 용탕을 공급하여 피스톤 성형체를 형성한 후에, 물로 솔트코어(10)를 녹이는 등의 후처리 과정을 거쳐 솔트코어(10)를 제거하여 링 형상의 빈공간을 형성함으로써 엔진피스톤 내부에 오일갤러리(31)를 형성하게 된다.

도 1을 간략히 설명하면, 오일갤러리(31)는 오일주입구(32) 및 오일배출구(33)와 연통 되게 하여 오일분사구(34)에서 분사되는 오일이 오일유입구(31)를 통해 유입하여 오일을 상기 오일갤러리(31)에 순환시킴으로써 피스톤(20)의 상부에 형성된 연소실 주변을 냉각시키게 된다. 이때, 상기 오일갤러리(31)로 유입되어 순환된 오일은 오일배출구(33)를 통해 배출된다.

하지만, 이러한 오일갤러리(31)는 종래 기술에서 주조 방식에 의해 제조되었고, 이에는 몇 가지 문제점이 있었다. 즉, 종래 솔트코어(10)는 소금(염)에 화학성분이나 합성수지 및 바인더를 혼합한 것을 주로 사용함에 따라 주조법에 의해 오일갤러리를 형성하는 과정에서 솔트코어의 건조 또는 용탕과 솔트코어의 반응 등에 의해 미세가스가 솔트코어 주위에 발생되고 이에 따라 오일갤러리 주위에 기공 또는 산화물 또는 미소크랙 등을 발생시키는 요인이 되었으며, 금형 내로 주입되는 용탕과 솔트코어(10)는 온도, 밀도 등 성질의 차이에 의해 표면장력의 발생으로 상호 간에 완벽하게 밀착 결합되지 못해 오일갤러리의 주조 품질을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 엔진피스톤의 주조시 솔트코어를 진공배기를 가능하게 하여 주조시 용탕충진 전 후 솔트코어에서 발생하는 미세가스의 악영향을 근본적으로 제거할 뿐만 아니라 솔트코어와 주입되는 용탕의 밀착도를 높여 주조되는 오일갤러리의 주조품질을 향상시킬 수 있도록 하는 진공을 가하기 위한 엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어 및 중공지지핀 구조를 제공하고자 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.

상기와 같은 목적 달성을 위해 본 발명은 피스톤의 주조를 위한 용탕을 공급받아 피스톤을 주조하는 피스톤 주조 금형의 내부에 고정핀에 의해 고정되어 오일 갤러리를 주조하는 솔트코어 및 상기 솔트코어에 끼워지는 중공지지핀에 관한 것으로,

또한, 본 발명에서 상기 솔트코어는 링형상이되 웨이브구조 또는 웨이브구조를 갖는 한 쌍의 트윈몸체로 구성되게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중공지지핀의 상단은 단차를 준 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 고정핀의 상단에는 상기 고정핀이 상기 끼움홈에 걸리도록 핀머리를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 솔트코어 및 진공형성부를 포함하는 피스톤 주조 금형을 나타내는 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 3의 'A' 부분의 확대도이며, 도 5 는 도 3의 'A' 부분의 확대 분해도이다. 또한, 도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 솔트코어의 다양한 실시예를 나타내는 사시도이다.

도 3에서 보듯이, 엔진피스톤을 주조하는 피스톤 주조 금형(500)은 상부다이(510), 측부다이(520), 및 하부다이(530)가 결합되어 내부에 용탕을 주입할 수 있는 공간인 용융주입부(540)를 형성한다. 용융주입부(540)에는 오일갤러리를 형성하기 위해 고정핀(200) 및 중공지지핀(300)에 의해 지지되는 솔트코어(110, 120, 130)가 설치되며, 주입구(550)를 통해 용탕이 주입되게 된다. 고정핀(200) 및 중공지지핀(300)은 하부다이(530)에 고정설치되어 솔트코어(110, 120, 130)를 정해진 위치에 고정시킨다. 또한, 상기 중공지지핀(300)의 하단은 진공배기관(560)과 연결되고, 상기 진공배기관(560)은 진공펌프(570)와 연결되게 된다. 그리하여, 상기 주입구(550)를 통해 용탕을 주입할 때, 상기 진공펌프(570)를 작동시켜 솔트코어(110, 120, 130)를 이용하여 오일갤러리 주조시 진공배기를 할 수 있게 한다. 이러한 진공배기에 의해 솔트코어에서 발생되는 가스의 완전제거는 물론 솔트코어의 표면으로 용탕의 완전 밀착을 가능하게 한다. 주입구(550)는 상부다이(530)에 용융주입부(540)와 연통하는 구멍을 뚫는 것이 바람직하나, 특별히 정해진 것은 아니며, 측부다이(520)에 구멍을 뚫는 것도 가능하다.

본 발명에서 용탕은 통상 알루미늄 용융액을 의미하나, 한정된 것은 아니며 다양한 금속의 용융액이 이에 해당할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 요지인 솔트코어(110, 120, 130) 및 중공지지 핀(300)의 연결구조를 나타낸 것이다.

솔트코어(110, 120, 130)는 미세분말상태의 염을 소결하여 링형상의 염소결체를 형성하도록 한 것으로, 도 4에서 보듯이 이하 설명할 고정핀(200)이 끼워질 수 있도록 핀홀(111, 121, 131)을 구비하며, 상기 핀홀(111, 121, 131)의 하단부에는 이하 설명할 중공지지핀(300)의 상단이 끼워질 수 있는 끼움홈(112, 122, 132)을 구비한다. 물론, 끼움홈(112, 122, 132)의 형상은 중공지지핀(300)의 상단 형상에 상응해야 한다.

솔트코어(110, 120, 130)는 피스톤 주조 금형(500)의 용융주입부(540)에 설치되어 오일갤러리를 형성할 수 있도록 하는 것으로, 내부 공간에 설치되어야 한다. 내부 공간에 설치되기 위해서는 솔트코어(110, 120, 130)를 지지해주는 장치가 필요하며 이 역할을 하는 것이 고정핀(200) 및 중공지지핀(300)이다.

고정핀(200)의 상단에는 상기 고정핀(200)이 상기 끼움홈(112, 122, 132)에 걸리도록 핀머리(210)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

중공지지핀(300)은 내부에 연통홀(310)을 구비하여 솔트코어(110, 120, 130)와 진공배기관을 연통시켜주는 것으로 상단은 상기 끼움홈(112, 122, 132)에 상응하는 형상이며, 하단은 진공배기관에 연결되어 오일갤러리 주조시 진공배기용으로 사용되는 것을 특징으로 한다. 즉, 진공펌프(570)와 연결된 진공배기관(560)과 상기 중공지지핀(300)의 하단을 연결시켜 오일갤러리 주조시 진공배기를 하게 된다.

상기 고정핀(200)과 중공지지핀(300)은 모두 하부다이(530)에 단단히 고정된다.

즉, 고정핀(200)은 솔트코어(110, 120, 130)가 상부로 떠오르지 않도록 핀머리(210)를 이용하여 하부로 눌러주는 역할을 하며, 중공지지핀(300)은 하부에서 솔트코어(110, 120, 130)를 받쳐주는 역할 및 진공배기의 통로 역할을 동시에 한다.

피스톤 주조 금형(500) 내부로의 용탕 주입은 용융주입부(540)의 하부에서 상부로 채워가는 하주법을 기본적으로 이용하게 된다. 하주법을 사용하면, 하부로부터 채워지는 용탕에 의해 상기 솔트코어(110, 120, 130)가 상부로 밀려 올려지는 힘이 발생하게 되어 상기 솔트코어(110, 120, 130)를 상부에서 눌러주는 장치가 없으면 지정된 위치보다 위쪽으로 오일갤러리가 주조되거나, 오일갤러리가 경사지게 주조될 수 있다. 그러므로, 상기 설명한 고정핀(200)을 이용하여 상부에서 하부로 단단하게 고정시켜주는 장치는 매우 중요하다.

그리고, 중공지지핀(300)은 엔진피스톤이 완성된 후에는 제거된다. 중공지지핀(300)은 오일갤러리와 연결되어 주조되어 주조가 완료된 후에는 오일갤러리와 연통되기 때문에, 중공지지핀(300)이 제거된 후에 생성된 구멍은 오일주입구 및 오일배출구로 사용되게 된다.

여기서, 상기 중공지지핀(300)의 상단은 상기 솔트코어(110, 120, 130)에 끼워지기 편리하고, 솔트코어와 지지핀 사이로 진공이 쉽게 새어나오지 않도록 단차(320)를 준 것을 특징으로 한다(도 5 참조). 통상적으로 단차를 주지 않는 경우 솔트코어와 지지핀 사이로 진공이 쉽게 흡입되어 용탕이 그 사이로 빨려 들어와 중공지지핀을 막히게 함으로써 최종적으로 진공흡입의 효과를 없어지게 하는 경우가 흔히 발생된다.

또한, 본 발명에 사용되는 솔트코어는 다양한 형상을 구비할 수 있다. 즉, 솔트코어는 단순한 링 형상(110)일 수 있으며, 링 형상이되 웨이브구조(120) 또는 웨이브구조를 갖는 한 쌍의 트윈몸체(130)로 구성되는 것을 특징으로 한다(도 6 내지 도 8 참조).

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 엔진피스톤의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이고,

도 2는 종래기술에 따른 솔트코어의 구조를 나타내는 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 솔트코어 및 진공형성부를 포함하는 피스톤 주조 금형을 나타내는 개략적인 단면도이고,

도 4는 도 3의 'A' 부분의 확대도이며,

도 5는 도 3의 'A' 부분의 확대 분해도이다.

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 솔트코어의 다양한 실시예를 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 기호의 설명>

110, 120, 130 : 솔트코어

111, 121, 131 : 핀홀

112, 122, 132 : 끼움홈

200 : 고정핀

210 : 핀머리

300 : 중공지지핀

310 : 연통홀

320 : 단차

500 : 피스톤 주조 금형

510 : 상부다이

520 : 측부다이

530 : 하부다이

540 : 용융주입부

550 : 주입구

560 : 진공배기관

570 : 진공펌프

Claims

피스톤의 주조를 위한 용탕을 공급받아 피스톤을 주조하는 피스톤 주조 금형의 내부에 고정핀에 의해 고정되어 오일갤러리를 주조하는 솔트코어 및 상기 솔트코어에 끼워지는 중공지지핀에 관한 것으로,

상기 솔트코어는 미세분말상태의 염을 소결하여 링형상의 염소결체를 형성하도록 한 것으로, 상기 고정핀이 끼워질 수 있는 핀홀을 구비하고, 상기 핀홀의 하단부에는 상기 중공지지핀의 상단이 끼워질 수 있는 끼움홈을 구비하며,

상기 중공지지핀은, 상단은 상기 끼움홈에 상응하는 형상이고, 하단은 진공배기관에 연결되어 오일갤러리 주조시 진공배기용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 진공을 가하기 위한 엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어 및 중공지지핀 구조.
제1항에 있어서,

상기 솔트코어는 링형상이되 웨이브구조인 것을 특징으로 하는 진공을 가하기 위한 엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어 및 중공지지핀 구조.
제1항에 있어서,

상기 솔트코어는 링형상이되 웨이브구조를 갖는 한 쌍의 트윈몸체로 구성되게 하는 것을 특징으로 하는 진공을 가하기 위한 엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어 및 중공지지핀 구조.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중공지지핀의 상단은 단차를 준 것을 특징으로 하는 진공을 가하기 위한 엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어 및 중공지지핀 구조.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 고정핀의 상단에는 상기 고정핀이 상기 끼움홈에 걸리도록 핀머리를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어 및 중공지지핀 구조.