KR20120072369A

KR20120072369A - 내연기관용 피스톤을 제조하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20120072369A
Application number: KR1020127008481A
Authority: KR
Inventors: 필리프 랄; 요아힘 찬더; 라이너 오트뮐러; 스테판 쉐다이
Original assignee: 말레 인터내셔널 게엠베하
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-07-03
Also published as: WO2011026481A1; CN102574209A; US20130031782A1; DE102009040084A1

Abstract

본 발명은 피스톤 헤드(2), 환형부(4) 및 서로 대향 위치되어 있는 2개의 피스톤 핀 보스(6, 6')를 갖는 피스톤 스커트(5)를 구비한 내연기관용 피스톤(1)을 제조하기 위한 방법으로서, 피스톤 반제품의 외면을 마무리 가공하는 중에 핀 보스(6, 6')의 반경 방향 외측 단부면(8, 8')의 영역에 반경 방향으로 연장되어 있는 스커트 홈이 제조되는 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 의하면 링지대(4)에 홈을 성형하고 피스톤 스커트(5)에 스커트 홈(9, 9')을 성형하는 것을 포함하는 피스톤 반제품의 외면의 마무리 가공을 회전 공구의 위치가 피스톤(1)의 회전 위치에 따라 자유롭게 프로그램될 수 있는 선반(26)을 이용하여 수행함으로써 단순하면서 비용면에서 유리하다.

Description

내연기관용 피스톤을 제조하기 위한 방법{METHOD FOR PRODUCING A PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 피스톤 헤드, 링지대와 서로 대향 위치되어 있는 2개의 핀 보스를 갖는 피스톤 스커트를 구비하는 내연기관용 피스톤을 제조하기 위한 방법으로서,

- 상기 피스톤 스커트와 핀 보스를 위한 영역을 가진 싱글-파트 피스톤 반제품(블랭크) 또는 피스톤 헤드를 위한 부분과 피스톤 스커트를 위한 부분에 핀 보스가 형성되어 있는 2-파트 피스톤 반제품을 제조하고,

- 상기 핀 보스의 영역에 핀 홀을 형성하고,

- 상기 피스톤 반제품의 외면을 마무리 가공하는 중에 핀 보스의 반경 방향 외측 단부면의 영역에 반경 방향으로 연장되어 있는 스커트 홈을 성형하여 피스톤을 제조하는 공정 단계를 갖는 방법에 관한 것이다.

유럽특허출원 EP 0 167 791 A2에는 핀 보스의 영역에 피스톤 스커트의 전체 축 길이에 걸쳐 연장되어 있는 스커트 홈을 구비하는 상술한 기술의 둥근 스커트 피스톤이 공지되어 있다. 상기 영역을 선반에 의해 피스톤 스커트에 성형하는데, 피스톤을 그 길이 방향으로 선반 위에 편심 파지한다. 이 경우, 종래기술로부터 알려진 회전 방법에 의하면 깊이가 스커트 홈의 모서리를 향해 바깥쪽으로 연속 감소하여 단면이 타원형인 스커트 홈만을 형성할 수 있다는 단점이 있다. 상기 피스톤 스커트에 단면이 타원형이 아닌 스커트 홈의 형성은 밀링 머신, 예를 들면 회전 밀링 머신에 의해서만 가능하여 종래의 선반 이외에 피스톤을 마무리 가공하기 위해서는 밀링 머신이 추가로 필요하게 되는데, 이는 피스톤의 제조 비용을 상당히 증가시킨다.

이에 따라 본 발명의 과제는 임의 형상으로 형성할 수 있는 스커트 홈을 가진 피스톤을 제조하기 위한 단순하면서 비용면에서 유리한 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제는 링지대에 홈을 성형하고 피스톤 스커트에 스커트 홈을 형성하는 것을 포함하는 피스톤 반제품의 외면의 마무리 가공을 회전 공구의 위치가 피스톤의 회전 위치에 따라 자유롭게 프로그램될 수 있는 선반에 의해 수행함으로써 해결된다.

회전 공구의 위치가 피스톤의 회전 위치에 따라 자유롭게 프로그램될 수 있는 선반을 이용하면 피스톤 반제품을 제조하고 핀 홀을 형성한 후 상기 선반에 의해 링지대의 홈과 임의 형상의 스커트 홈을 형성하고 피스톤 외면의 나머지 부분을 마무리 가공하는 하나의 추가 공정으로 한정할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예들을 설명한다. 도면에서
도 1은 핀 보스의 단부면 영역에서 피스톤 스커트에 홈이 형성되어 있는 피스톤의 측면도이고,
도 2는 도 1의 AA 선에 따른 피스톤의 단면도이며,
도 3A와 3B는 홈이 형성되어 있는 스커트 영역과 홈이 형성되어 있지 않은 스커트 영역 사이의 경계에 대한 2개의 실시형태를 도시하는 도면이고,
도 4는 회전 공구의 위치를 자유롭게 프로그램할 수 있는 선반의 개략도이다.

도 1은 알루미늄으로 이루어지고 단조법에 의해 제조되는 둥근 스커트 피스톤으로서 구성된 내연기관용 피스톤(1)을 도시하고 있다. 피스톤(1)은 피스톤 헤드(2), 탑랜드(3), 링지대(4) 및 핀 보스(6, 6')와 핀 홀(7, 7')이 형성되어 있는 피스톤 스커트(5)를 포함한다.

피스톤 스커트(5)는 핀 보스(6, 6')의 단부면(8, 8')의 영역에 스커트 홈(9, 9')를 갖는데, 즉 상기 영역에서 피스톤 스커트(5)에는 반경 방향으로 0.5 mm 내지 2 mm 만큼 홈이 형성되어 있고 이 영역(9, 9')은 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11')보다 피스톤 축(10)으로부터의 거리가 0.5 mm 내지 2 mm 만큼 작다.

이 경우, 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11') 사이의 경계 영역(12, 12')은 도 1에 따른 실시예에서와 같이 서로 평행하거나 또는 (도 1에 도시되어 있지 않은) 피스톤 헤드(2)의 방향으로 서로 원뿔 형태를 이룬다. 더욱이 스커트 홈(9, 9')은 원형 실린더의 외면과 같이 형성될 수 있다. 상기 스커트 홈은 피스톤 축(10)에 수직인 단면이 타원형을 갖는 것도 고려될 수 있는데, 이때 핀 홀(7)의 축(13)(도 2)은 타원의 단축이 된다.

본 실시예에서 스커트 홈(9, 9')의 높이(14)는 피스톤 스커트(5)의 전체 축 방향 길이, 즉 링지대(4)로부터 피스톤 헤드에 대향하는 피스톤 스커트(5)의 하부 단부(15)에 이른다. 높이(14)는 피스톤(1)의 제조방법에 따라 자유로이 선택할 수 있다.

도 2에는 도 1의 AA 선에 따른 피스톤(1)의 단면도로서, 핀 홀(7)의 축(13)과 피스톤 축(10) 모두에 대해 수직인 직선(16)과 피스톤 축(10)을 경계 영역(12')과 연결하는 직선(17) 사이의 각(α)에 따라 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11')의 둘레방향 연장부가 한정될 수 있음이 도시되어 있다. 본 실시예에서 각(α)은 32˚의 값을 갖는다. 상기 각은 5˚ 내지 85˚일 수 있다.

도 3A와 3B는 스커트 홈(9)과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11) 사이의 경계 영역(12a, 12b)에 대한 2개의 실시형태를 도시하고 있다. 도 3A에 따른 경계 영역(12a)은 영역(9, 11)으로부터 스커트 홈(9)의 전체 높이(14)를 따라 모서리(18, 19)를 갖는다. 도 3B에 따른 경계 영역(12b)은 경사와 모서리 없이 2개의 영역(9, 11)을 연결한다.

영역(11, 9)의 모서리가 (도 3에는 도시되어 있지 않은) 피스톤 축(10)과 연결되고 피스톤 축(10)에 대해 수직인 직선(27, 28) 사이의 각(β, β')을 통해 경계 영역(12a, 12b)의 둘레방향 연장부가 한정될 수 있다. 각(β, β')은 5˚ 내지 20˚ 사이일 수 있다.

피스톤 반제품의 제조는 종래기술(예를 들면 DE 10 2005 041 000 A1)에 공지되어 있으므로 본 명세서에서는 더 이상 설명하지 않기로 한다. 본 발명에서는 만드렐(심봉)을 이용하여 피스톤 내부공간을 형성하고 단조 다이를 이용하여 피스톤 외면을 형성하여 반제품을 단조한다는 점을 명심해야 한다. 이어서 보링 머신에 의해 핀 홀을 형성한다.

링지대(4)의 홈과 스커트 홈(9, 9')의 형성 및 피스톤 외면의 마무리 가공과 같은 피스톤 외면의 나머지 부분의 가공은 회전 공구(24)의 위치가 피스톤(1)의 회전 위치에 따라 자유롭게 프로그램될 수 있는 도 4에 개략적으로 도시되어 있는 선반(26)에 의해 수행된다.

회전 구동부(20) 위에서 회전 가능하게 체결되어 있는 피스톤 반제품(1)이 도시되어 있다. 전진 슬라이드(21)에 체결되고 피스톤 축(10)에 평행에 평행한 화살표(22)의 방향과 피스톤 축(10)에 수직인 화살표(23)의 방향으로 위치 이동할 수 있도록 지지되어 있는 회전 공구(24)에 의해 피스톤(1), 예를 들면 피스톤 스커트(5)의 외면이 가공될 수 있다.

이 경우, 피스톤 반제품(1)은 회전 구동부(20)에 의해 회전 방향 화살표(25)의 방향으로 회전이동된다. 회전 구동부(20) 내에 배치되어 있는 회전 위치 변환기를 통해 피스톤 반제품(1)의 회전 위치가 감지되고 도면에 도시되어 있지 않은 제어부에 보고된다. 피스톤 반제품(1)의 회전 위치와 피스톤 축(10) 방향의 회전 공구(24)의 위치에 따라 회전 공구(24)가 제어부에 의해 화살표(23) 방향으로 피스톤(1)으로 이동되어 재료의 절삭을 개시함으로써 피스톤 반제품(1)의 외면 둘레를 따라 스커트 홈과 홈을 형성한다.

실린더 내면과 접촉하는 피스톤 스커트(5)의 면(11, 11')이 스커트 홈(9, 9')에 의해 감소하여 피스톤의 미끄럼성이 개선된다는 장점이 있다. 게다가 스커트 홈이 형성된 둥근 스커트 피스톤은 링지대의 후방에 위치한 핀 보스의 단부면을 구비하고 있는 박스형 피스톤에 비해 반경 방향으로 핀 홀의 길이가 더 길고 이에 따라 피스톤 핀에 대한 접촉면이 더 커진다.

본 발명에 따른 방법을 이용하여 알루미늄으로 단조된 싱글-파트 피스톤을 제조하는 것 외에도 2개의 부분이 서로 용접, 납땜 또는 나사결합되는 2-파트 피스톤을 제조하기 위해 이용될 수도 있다. 이 경우 상기 부분들은 강철로 단조되거나 알루미늄 또는 주철로 주조되고 각 부분은 선반(26)에 의해 회전 가공될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 방법은 추형 스커트 피스톤의 스커트 부분을 제조하기에 적합할 수 있다. 모든 경우에 있어서 본 발명에 따른 방법은 핀 보스를 위해 제공되는 피스톤 부분에 스커트 홈을 성형하는데 매우 적합하다.

더욱이 본 발명에 따른 방법은 상기 스커트 홈을 임의의 형상으로 형성할 수 있다는 장점이 있다. 피스톤 축(10) 방향으로 스커트 홈(9)과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11) 사이의 경계 영역(12)은 임의의 모든 형태를 가질 수 있으며 예를 들면 파형으로 형성될 수 있다.

참조부호 리스트
α, β, β' 각
1 피스톤, 피스톤 반제품
2 피스톤 헤드
3 탑랜드
4 링지대
5 피스톤 스커트
6, 6' 핀 보스
7, 7' 핀 홀
8, 8' 핀 보스(6, 6')의 단부면
9, 9' 스커트 홈
10 피스톤 축
11, 11' 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역
12, 12' 스커트 홈(9)과 영역(11) 사이의 경계 영역
12a, 12b 스커트 홈(9)과 영역(11) 사이의 경계 영역
13 핀 홀(7)의 축
14 스커트 홈(9)의 높이
15 피스톤 스커트(5)의 하부 단부
16 연결 직선
17 연결 직선
18, 19 경계 영역(12a)과 스커트 홈(9) 또는 홈이 형성되어 있지 않은
피스톤 스커트(5)의 영역(11) 사이의 모서리
20 회전 구동부
21 전진 슬라이드
22, 23 화살표
24 회전 공구
25 회전 방향 화살표
26 선반
27, 28 직선

Claims

피스톤 헤드(2), 링지대(4)와 서로 대향 위치되어 있는 2개의 핀 보스(6, 6')를 갖는 피스톤 스커트(5)를 구비하는 내연기관용 피스톤(1)을 제조하기 위한 방법으로서,
- 피스톤 스커트(5)와 핀 보스(6, 6')를 위한 영역을 가진 싱글-파트 피스톤 반제품 또는 피스톤 헤드(2)를 위한 부분과 피스톤 스커트(5)를 위한 부분에 핀 보스(6, 6')가 형성되어 있는 2-파트 피스톤 반제품을 제조하고,
- 핀 보스(6, 6')의 영역에 핀 홀(7, 7')을 형성하고,
- 피스톤 반제품의 외면을 마무리 가공하는 중에 핀 보스(6, 6')의 반경 방향 외측 단부면(8, 8')의 영역에 반경 방향으로 연장되어 있는 스커트 홈을 성형하여 피스톤(1)을 제조하는 공정 단계를 갖되,
링지대(4)에 홈을 성형하고 피스톤 스커트(5)에 스커트 홈(9, 9')을 성형하는 것을 포함하는 피스톤 반제품의 외면의 마무리 가공을 회전 공구의 위치가 피스톤(1)의 회전 위치에 따라 자유롭게 프로그램될 수 있는 선반(26)을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 스커트 홈(9, 9')이 0.5 mm 내지 2 mm의 깊이로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11') 사이에 형성되는 경계 영역(12a)이 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 영역(11, 11')으로부터 각각 스커트 홈(9, 9')의 전체 높이(14)를 따라 모서리(18, 19)를 갖고 모서리(18, 19) 사이에 평면을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11') 사이에 형성되는 경계 영역(12b)이 스커트 홈(9, 9')을 경사와 모서리 없이 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11')과 연결하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 경계 영역(12a, 12b)이 피스톤 축(10)에 평행하게 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 경계 영역(12a, 12b)이 피스톤 헤드(2) 방향으로 서로 원뿔 형태를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 경계 영역(12a, 12b)이 피스톤 헤드에 대향하는 피스톤 스커트(5)의 단부(15) 방향으로 서로 원뿔 형태를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.