KR20110027887A - 중대형선박엔진 및 연료펌프용 태핏의 정밀단조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박엔진 및 연료펌프에 설치되는 태핏에 관한 것으로, 상세하게는 중대형선박의 선박엔진 및 연료펌프의 태핏을 좀더 저렴한 제조 비용으로 제조할 수 있는 정밀단조방법인 정밀단조방법 즉 3단계 구성되는 정밀단조(엡셋팅-블로커-피니셔)의 공정을 적용하여 원소재의 중량이나 피로한도 및 내마모성 등의 품질을 향상시켜 태핏의 교체주기를 늘릴 수 있어 유지보수비용을 절감할 수 있고, 기계가공시 재료의 손실을 줄여 제조단가를 절감시키는 정밀단조방법을 제공하는데 특징이 있다.

정밀단조, 태핏, 업셋팅, 블로커, 피니셔

Description

중대형선박엔진 및 연료펌프용 태핏의 정밀단조방법{Tappet precision forging method for marine engine and fuel pump}

본 발명은 선박엔진 및 연료펌프에 설치되는 태핏에 관한 것으로, 상세하게는 중대형선박의 선박엔진 및 연료펌프의 태핏을 좀더 저렴한 제조 비용으로 제조할 수 있는 정밀단조방법에 관한 것이다.

선박엔진 및 연료펌프용 태핏의 종래기술로는 도 1에서 도시한 바와 같이, 캠축(1) 상에 설치된 다수의 캠(2)과, 캠(2)과 면접촉하며 캠(2)의 회전 운동에 따라 시소 운동을 하는 로커암(3)과, 로커암(3)의 시소 운동에 의해 상하 직선운동을 하는 밸브 태핏(4)과, 밸브 태핏(4)의 하부에 설치되어 연소실(5) 내부를 개폐시키는 밸브(6)를 포함하며, 여기서 밸브 태핏(4)은 크라운부(crown section, 4a)와, 크라운부(4a)의 내부 중앙부분에 형성되어 밸브(6)의 스템단부(6a)와 접촉하는 접촉 돌기부(4b)와, 크라운부(4a)의 측면을 이루는 스커트부(skirt section, 4c)가 일체로 형성된다.

태핏은 선박엔진 및 연료펌프의 연료공급장치로 공급되는 연료를 고압으로 토출하는 장치로서, 선박엔진의 성능을 좌우하는 매우 중요한 구성이다.

태핏을 제조하는 종래의 방법을 간략하게 나타낸 것이 도 2의 플로우챠트와 같이, 환봉의 원자재를 소정의 길이로 절단한 잉곳트(Ingot)를 가열하는 단계와, 용질이 용매 속으로 확산되고 섞기면서 녹이는 용해단계와, 원하는 모형(模型)으로 만들어진 주형의 공동(空洞)에 용해된 금속을 주입하여 성형시키는 과정 즉, 주형에 붓는 주조단계와, 주조품을 기계가공하는 단계와, 완제품으로 생산되는 단계로 이루어지는 방법이 있었다.

또 다른 종래기술로는 특허출원 10-2001-0075532호로서 도 3에서 도시한 바와 같이, 자동차용 엔진 밸브의 밸브 태핏을 보다 저렴하며 용이하게 제조하기 위한 방법이며 종래의 밸브 태핏 제조 방법에 있어서 일반적인 크롬 몰리브덴강 재질은 스탬핑 공정상의 드로잉 작업의 적용이 곤란하였던 점을 개선한 것으로, 상세하게는 밸브 태핏 제조방법은 환봉 형상의 원자재를 연질화시키도록 풀림 처리를 수행하는 제 1차 풀림 처리단계; 환봉 형상의 원자재를 소정 치수로 절단하여 기초부 및 접촉돌기부를 구비한 밸브 태핏 부재로 가압 성형하는 단조 단계; 단조된 밸브 태핏 부재를 연질화시키도록 풀림 처리를 수행하는 제 2차 풀림 처리단계; 풀림 처리된 밸브 태핏 부재의 기초부를 드로잉하여 스커트부 및 크라운부를 형성하는 단계; 스커트부 및 크라운부가 형성된 밸브 태핏 부재를 소정의 두께 만큼 반복적으로 가압하여 최종 형태의 밸브 태핏 부재로 성형하는 스탬핑 단계; 최종 형태의 밸브 태핏 부재에 내마모성 및 인성을 부여하기 위한 열처리 단계; 열처리된 최종 형태의 밸브 태핏 부재를 연마하는 단계; 및 완성된 최종 형태의 밸브 태핏 부재를 검사하여 출시하는 단계로 이루어진 구성이 있었다.

그리고 상기 구성에 부가하여 스탬핑 단계의 가공 공정상의 소정 두께는 상기 밸브 태핏의 스커트부 두께가 1mm로 설계되어질 경우 0.2 내지 0.4mm의 두께인 자동차용 엔진밸브의 밸브 태핏 제조방법과 상기 스탬핑 단계 후에 상기 밸브 태핏 중량의 경량화를 달성하기 위하여, 상기 밸브 태핏 부재의 스커부 및 크라운부를 원설계 치수보다 내측으로 함몰시키는 단계를 더 포함하는 자동차용 엔진밸브의 밸브 태핏 제조방법이 있었다.

그러나 상기의 종래기술의 태핏 제조방법은 완제품 단계에서 선박엔진 침 연료펌프용으로 적용하기 위한 피로한도 및 내마모성에 의한 교체비용이 증가하며, 소재의 중량도 완제품의 약 3배가 되어 가공시 재료의 손실이 증가하고, 이로 인한 제조단가가 상승한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중대형선박의 선박엔진 및 연료펌프의 태핏을 저렴하게 제조할 수 있는 정밀단조방법 즉, 3단계 구성되는 정밀단조(엡셋팅-블로커-피니셔)의 공정을 적용하여 원소재의 중량이나 피로한도 및 내마모성 등의 품질을 향상시켜 태핏의 교체주기를 늘릴 수 있어 유지보수비용을 절감할 수 있고, 기계가공시 재료의 손실을 줄여 제조단가를 절감시키는 정밀단조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 중대형선박의 선박엔진 및 연료펌프의 태핏을 저렴하게 제조할 수 있는 3단계의 정밀단조방법을 제공하여 원소재의 중량이나 피로한도 및 내마모성 등의 품질을 향상시켜 태핏의 교체주기를 늘릴 수 있어 유지보수비용을 절감할 수 있는 효과와, 가공시간을 줄일 수 있고 기계가공시 재료의 손실을 줄여 제조단가를 절감시키는 효과가 있다.

본 발명은 선박엔진 및 연료펌프에 설치되는 태핏에 관한 것으로, 구성의 상세한 설명은 첨부되는 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명 선박엔진 및 연료펌프용 태핏의 정밀단조에 대한 전체공정도이고, 도 5는 본 발명 정밀단조의 상세구성도이며, 도 6은 본 발명의 가공여유에 대한 구성도이다.

본 발명은 도 4에서 도시한 바와 같이 환봉 형상의 소재를 절단하는 단계와, 정밀단조를 위하여 가열하는 단계와, 태핏에 이형재를 도포하는 윤활 단계와, 정밀단조 1차 공정인 태핏 형상을 만들기 위한 업셋팅 단계와, 정밀단조 2차 공정인 블로커 단계와, 정밀단조 3차 공정인 태핏 성을 위한 피니셔 단계와, 단조시 발생하는 응력을 없애기 위한 열처리단계(Normalizing)와, 기계가공단계와, 검사 후 출시하는 완제품 단계로 구성된다.

각 단계의 구성을 좀더 상세하게 살펴보면 아래와 같다.

가. 절단단계는 환봉소재(SCM440F)를 절단하되 정밀단조를 위한 여유를 두고 절단한다.

나. 가열단계는 절단된 환봉소재를 열간 단조하기 위하여 인덕션 히터에 소재를 1100℃~1200℃로 가열한다.

여기서 인덕션 히터(Induction Heater)란, 고주파나 저주파 유도전류로 발열시키는 가열기인데 고주파 교류전류가 통과할 수 있는 전자석으로 구성되어 있으며, 전자기유도현상에 의해 금속 내부에 생긴 소용돌이 전류가 줄열을 발생시켜 금속용기를 가열한다.

다. 금형 윤활단계는 정밀단조 시 태핏부재의 이형을 용이하게 하기 위하여 이형재를 도포한다.

라. 정밀단조 단계는 3단계로 구성되며 도 5를 참조하여 설명하자면, 1단계는 a)의 환봉을 b)의 형상으로 업셋팅하는 것이고, 2단계는 b)의 업셋팅된 형상을 태핏 형상 전단계인 c)의 형상인 블로커형상으로 단조하는 것이며, 3단계는 기계가공 전에 태핏을 최종형상으로 단조하는 d)의 피니셔 단계이다.

마. 열처리 단계는 단조 후 생기는 응력을 제거하기 위하여 모멀라이징(Normalizing) 처리를 하는데, 노멀라이징 처리를 하면 기계가공이 용이하게 이루어진다.

바. 기계가공단계는 열처리된 태핏부재를 완성하는 단계이다.

사. 완제품 단계는 최종형태의 태핏을 검사하여 출시하는 단계이다.

도 6은 본 발명의 가공여유에 대한 설명도로서, 종래의 단조에서는 정밀한 단조가 이루어 지지 않기 때문에 후가공 단계인 기계가공시에 많은 소재를 절삭해야하고 이로 인하여 가공여유를 최소한 1.5mm이상의 살두께로 가공하였으나, 본 발명의 정밀단조를 이용할 경우 후가공 단계인 기계가공시에 소재 절삭을 최소화할 수 있는 정밀도를 가지기 때문에 가공여유를 1.0mm이하의 살두께로 가공할 수 있다.

그리고 본 발명의 정말단조를 이용하면 무절삭가공부를 이룰 수 있으며 무절삭가공부에서는 단조 후 후가공이 필요 없다는 장점이 있고, 또한 단조품을 빼기위한 구배도 1°이하로 구비할 수 있는데 그 이유는 정밀단조로 인하여 정밀한 가공 이 가능하므로 빼기구배도 최소한의 여유인 1°이하로 구비할 수 있는 구성이다.

도 1은 종래 선박엔진 및 연료펌프용 태핏의 단면도

도 2는 종래 태핏의 제조공정도

도 3은 또 다른 종래기술인 태핏의 제조공정도

도 4는 본 발명 선박엔진 및 연료펌프용 태핏의 정밀단조에 대한 전체공정도

도 5는 본 발명 정밀단조의 상세구성도

도 6은 본 발명의 가공여유에 대한 구성도

Claims (2)

1. 선박엔진 및 연료펌프에 설치되는 태핏을 가공하는 방법에 있어서,

   환봉소재를 절단하되 정밀단조를 위한 여유를 두고 절단하는 단계와, 절단된 환봉소재를 열간 단조하기 위하여 인덕션 히터에 소재를 1100℃~1200℃로 가열하는 단계와, 정밀단조 시 태핏부재의 이형을 용이하게 하기 위하여 이형재를 도포하는 금형 윤활단계와, 환봉을 업셋팅형상으로 단조하는 1차 단조와 업셋팅된 형상을 블로커형상으로 단조하는 2차 단조와 블로커형상을 기계가공에 최종형상으로 단조하는 피니셔인 3차 단조로 정밀단조하는 단계와, 정밀가공 후 노멀라이징으로 열처리하는 단계와, 열처리 후 기계가공하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중대형선박엔진 및 연료펌프용 태핏의 정밀단조방법.
2. 제 1항에 있어서, 기계가공시에 가공여유를 1.0mm 이하의 살두께로 가지며, 무절삭가공부가 구비되는 것을 특징으로 하는 중대형선박엔진 및 연료펌프용 태핏의 정밀단조방법.

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