KR20120103295A - 압축기용 중공 피스톤의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 또는 산업용 기기에 사용되는 압축기용 중공 피스톤의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 하나의 재료 금속으로 좌우 양측에 내부 중공의 헤드부를 가지는 쌍몸체부 반제품을 제조할 수 있어 제조 가공 후 버려지는 재료 금속의 손실을 줄여 제조원가를 절감할 수 있으며, 성형 제조되는 쌍몸체부의 좌우 양측에 구비되는 내부 중공의 헤드부 단부에 캡부를 최소한의 절삭가공만을 통해 결합할 수 있어 가공공정을 단순화할 수 있고, 이를 통해 압축기용 중공 피스콘의 생산성을 향상시킬 수 있는 압축기용 중공 피스톤의 제조방법에 관한 것으로,
본 발명에 의한 압축기용 중공 피스톤의 제조방법은, 압축기용 중공 피스톤의 제조방법에 있어서, 압축기의 하우징 내에서 구동축에 결합된 사판의 가장자리에 결합되는 브릿지부와 상기 하우징에 내장된 실린더 블록의 보어에 삽입되는 내부 중공의 헤드부가 구비되는 한 쌍의 몸체부가 상기 브릿지부에서 서로 맞대어져 대칭 형성되는 쌍몸체부를 프레스 단조로 성형 제조하는 단계;를 포함하여 구성되고, 상기 쌍몸체부 성형 제조단계에서, 재료 금속을 상부와 좌?우 측면의 세 방향에서 일시에 프레스로 가압하여, 서로 맞대어진 브릿지부와 좌?우 양측에 각각 상기 내부 중공의 헤드부가 구비되는 상기 쌍몸체부를, 성형 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

압축기용 중공 피스톤의 제조방법{The Manufacturing Method of Hollow Piston for Compressor}

본 발명은 자동차 또는 산업용 기기에 사용되는 압축기용 중공 피스톤의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 하나의 재료 금속으로 좌우 양측에 내부 중공의 헤드부를 가지는 쌍몸체부 반제품을 제조할 수 있어 제조 가공 후 버려지는 재료 금속의 손실을 줄여 제조원가를 절감할 수 있으며, 성형 제조되는 쌍몸체부의 좌우 양측에 구비되는 내부 중공의 헤드부 단부에 캡부를 최소한의 절삭가공만을 통해 결합할 수 있어 가공공정을 단순화할 수 있고, 이를 통해 압축기용 중공 피스톤의 생산성을 향상시킬 수 있는 압축기용 중공 피스톤의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 또는 산업용 기기의 공조 시스템에서 냉매를 순환시키는데 사용되는 압축기로는 사판식 압축기가 가장 널리 사용되고 있다. 사판식 압축기는 증발기로부터 증발이 완료되어 배출되는 냉매가스를 흡입하여 액화하기 쉬운 고온 고압의 상태로 변화시켜 응축기로 토출시키게 된다.

이러한 사판식 압축기는 그 구조가 복잡하고 중량이 무겁다는 단점은 있지만 형상이 원통형으로 이루어져 차량이나 산업용 기기에 장착하기가 용이하고, 그 내구성이 우수하며, 압축효율 및 작동효율이 우수한 장점이 있다. 또한, 기통수가 많기 때문에 회전중 토크 변동이 적을 뿐만 아니라 기계적인 조화를 효과적으로 이루게 되어 가동 중 진동 및 소음이 적고 고속운전이 가능하다는 장점이 있어 차량용 압축기로 많이 사용되고 있다.

차량에 사용되는 사판식 압축기는 엔진의 동력을 전달받아 회전하는 구동축에 결합된 원판 형상의 사판이 구동축과 함께 회동됨에 따라 사판에 연결되어 있는 피스톤들이 실린더 기통 내부에서 직선왕복운동 된다. 이때, 사판과 피스톤 사이에는 사판의 회전에 따라 피스톤이 원활하게 운동할 수 있도록 슈우(shoe)가 개재되어 있다. 그리고 이러한 피스톤의 직선왕복운동에 따라 실린더 기통 내부에서 냉매가 흡입 및 토출되어 냉매가 순환하게 되는 것이다.

상기와 같은 일반적인 사판식 압축기에 사용되는 피스톤은, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기의 사판에 슈우(shoe)를 통해 장착되는 피스톤(1)은 헤드부(10)와, 상기 헤드부(10)에 연결되는 브릿지부(20)로 구성되어 있다. 피스톤(1)의 부피 대부분을 차지하는 헤드부(10)는 그 외면이 실린더실의 내면에 접촉되도록 원통형으로 형성되어 있으며, 브릿지부(20)에는 상기 슈우가 삽입되도록 반원형으로 함몰된 형태의 소켓부(30)가 각각 형성되어 있다.

일반적인 종래의 피스톤(1)은 그 무게를 경량화할 수 있도록 알루미늄에 의하여 제작되며, 단조공정 및 중간열 처리공정을 통해 그 기계적 성질을 향상시키고 있다. 또한, 피스톤(1)은 실린더실에서 직선왕복 운동될 때 헤드부(10)의 마찰을 줄일 수 있도록 그 외면을 코팅처리하거나, 또는 헤드부(10) 외면에 테프론링을 조립하여 사용하기도 한다. 그리고 상기와 같은 피스톤(1)은 상기 사판에 의해 왕복 운동될 때 그 중량에 비례하는 관성이 운동방향과 그 반대방향으로 작용하기 때문에 그 중량이 무거울수록 압축기의 압축효율이 떨어지게 된다. 이에, 최근에는 피스톤의 무게를 경량화 할 수 있도록 그 내부가 중공화(中空化)되어 있는 중공피스톤이 개발되어 압축기에 사용되고 있다.

종래 중공피스톤의 제조방법은, 알루미늄을 소재로 하여 가공 제조되는 헤드 연결부 및 브릿지부가 구비되는 한 쌍의 몸체부가, 상기 브릿지부에서 서로 맞대어져 대칭 형성되는 쌍몸체부를 단조 등의 방법으로 형성한 후, 상기 쌍몸체부와는 별도로 일측이 개방되는 내부 중공의 캡부를 형성하고, 상기 캡부를 상기 헤드 연결부에 용접 등의 방법으로 결합시킴으로써, 내부 중공의 헤드부를 형성하게 된다.

이후, 상기 용접 부분을 연삭하여 표면을 매끈하게 가공하는 공정과, 상기 피스톤의 윤활성 확보를 위해 표면에 폴리테트라 플로오르에틸렌(PTFE)을 코팅하는 공정과, 상기 코팅된 피스톤의 표면을 경화하는 공정과, 상기 경화된 피스톤의 표면을 윤활이 용이하도록 연마하는 공정을 통해 압축기용 중공 피스톤을 제작하게 된다.

이와 같이 구성되는 종래 압축기용 중공 피스톤의 제조방법에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 중공의 헤드부(10)를 형성하기 위해 헤드 연결부(11)가 양측으로 구비되는 쌍몸체부(2)를 일방향 프레스 단조로 가공하고, 상기 쌍몸체부(2)와는 별도로, 다시 일방향 프레스 단조로 내부 중공의 캡부(12)를 형성한 후, 상기 캡부(12)를 헤드 연결부(11)에 용접 결합시키게 되어 내부 중공의 헤드부(10)를 제조하는 공정에 많은 작업과 시간이 소요되는 문제점이 있으며,

프레스 단조를 통해 상기 헤드 연결부(11)가 좌우 양측으로 구비되는 쌍몸체부를 제조한 후, 상기 내부 중공의 캡부(12)를 상기 헤드 연결부(11)에 용이하게 용접 결합시키기 위해 상기 쌍몸체부(2)의 헤드 연결부(11) 및, 상기 캡부(12)를 각각 절삭 가공하게 되며, 상기 절삭 가공으로 인해 버려지는 재료 금속의 낭비로 생산원가가 상승하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 하나의 재료 금속으로 좌우 양측에 내부 중공의 헤드부를 가지는 쌍몸체부 반제품을 한번의 프레스 단조를 통해 제조할 수 있도록 하여 좌우 양측으로 내부 중공의 헤드부를 가지는 쌍몸체부 반제품의 제조공정을 단순화시킬 수 있도록 하고, 제조 가공 후 버려지는 재료 금속의 손실을 줄여 제조원가를 절감할 수 있도록 하며,

또한, 쌍몸체부 반제품의 좌우 양측에 구비되는 내부 중공의 헤드부 단부에 캡부를 최소한의 절삭가공만을 통해 결합할 수 있도록 하여 가공공정을 단순화할 수 있도록 하고, 이를 통해 압축기용 중공 피스콘의 생산성을 향상시킬 수 있도록 한다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 형태에서는, 압축기용 중공 피스톤의 제조방법에 있어서, 압축기의 하우징 내에서 구동축에 결합된 사판의 가장자리에 결합되는 브릿지부와 상기 하우징에 내장된 실린더 블록의 보어에 삽입되는 내부 중공의 헤드부가 구비되는 한 쌍의 몸체부가 상기 브릿지부에서 서로 맞대어져 대칭 형성되는 쌍몸체부를, 프레스 단조로 성형 제조하는 단계;를 포함하여 구성되고, 상기 쌍몸체부 성형 제조단계에서, 재료 금속을 상부와 좌?우 측면의 세 방향에서 프레스로 가압하여, 서로 맞대어진 브릿지부와 좌?우 양측에 각각 상기 내부 중공의 헤드부가 구비되는 상기 쌍몸체부를, 성형 제조하는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공 피스톤의 제조방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 쌍몸체부 성형 제조단계에서, 상기 쌍몸체부에 구비되는 상기 내부 중공의 헤드부와 브릿지부가 일체로 성형 제조될 수 있으며,

좀 더 바람직하게는, 상기 쌍몸체부 성형 제조단계 후, 상기 쌍몸체부의 좌?우 양측에 각각 구비되는 상기 내부 중공의 헤드부 단부에 원판 형상의 캡부를 용접 결합시키는 헤드부 조립 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 압축기용 중공 피스톤의 제조방법은, 하나의 재료 금속으로 좌우 양측에 내부 중공의 헤드부를 가지는 쌍몸체부 반제품을 한번의 프레스 단조작업을 통해 제조할 수 있어 좌우 양측으로 내부 중공의 헤드부를 가지는 쌍몸체부 반제품을 용이하게 제조할 수 있고, 제조 가공 후 버려지는 재료 금속의 손실을 줄여 제조원가를 절감할 수 있으며,

또한, 쌍몸체부 반제품의 좌우 양측에 구비되는 내부 중공의 헤드부 단부에 캡부를 최소한의 절삭가공만을 통해 결합할 수 있어 가공공정을 단순화할 수 있고, 이를 통해 압축기용 중공 피스콘의 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 쌍몸체부(100)의 좌우에 각각 내부 중공의 캡부(130)를 결합시켜 두 개의 중공 피스톤을 형성하는 것을 나타내는 정면도;
도 2는 본 발명에 따른 압축기용 중공 피스톤의 제조방법에 있어서, 내부 중공의 헤드부(120)를 가지는 쌍몸체부(100)를 프레스(200) 단조로 성형하기에 앞서 하부 금형(230) 지그에 원통형의 재료 금속(240)이 올려진 것을 나타내는 제조 상태도;
도 3은 도 2에서 하부 금형(230) 지그의 중앙부에 올려진 원통형의 재료 금속(240)을 상부 및 좌우 프레스로 일시에 가압 소성변형시켜 좌우측에 대칭하여 내부 중공의 헤드부(120)를 가지는 쌍몸체부(100)를 성형 제조하는 것을 나타내는 제조 상태도;
도 4는 프레스(200) 단조로 형성된 쌍몸체부(100)의 좌우 양측에 구비되는 내부 중공의 헤드부(120) 단부에 원판 형상의 캡부(130)를 결합하여 밀폐시키는 것을 나타내는 제조 상태도; 및,
도 5는 프레스(200) 단조로 형성된 쌍몸체부(100)의 좌우 양측에 구비되는 내부 중공의 헤드부(120) 단부의 내주면에 형성된 결합홈(121)에 캡부(130)의 결합돌기(131)를 결합시켜 헤드부(120) 단부를 캡부(130)로 밀폐시키는 것을 나타내는 제조 상태도이다.

이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 2는 본 발명에 따른 압축기용 중공 피스톤의 제조방법에 있어서, 내부 중공의 헤드부(120)를 가지는 쌍몸체부(100)를 프레스(200) 단조로 성형하기에 앞서 하부 금형(230) 지그에 원통형의 재료 금속(240)이 올려진 것을 나타내는 제조 상태도이고, 도 3은 도 2에서 하부 금형(230) 지그의 중앙부에 올려진 원통형의 재료 금속(240)을 상부 및 좌우 프레스로 일시에 가압 소성변형시켜 좌우측에 대칭하여 내부 중공의 헤드부(120)를 가지는 쌍몸체부(100)를 성형 제조하는 것을 나타내는 제조 상태도로 도시된 도면을 참조하면,

본 발명에 따른 압축기용 중공 피스톤의 제조방법은, 자동차 또는 산업용 기기의 공조 시스템에 설치되어 냉매를 순환시키는 사판식 압축기에 사용되는 중공 피스톤의 제조방법에 있어서, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 압축기의 하우징 내에서 구동축에 결합된 사판의 가장자리에 결합되는 브릿지부(110)와 상기 하우징에 내장된 실린더 블록의 보어에 삽입되는 내부 중공의 헤드부(120)가 구비되는 한 쌍의 몸체부가 상기 브릿지부(110)에서 서로 맞대어져 대칭 형성되는 쌍몸체부(100)를 프레스(200) 단조로 성형 제조하는 단계를 포함하여 구성되며, 특히, 상기 쌍몸체부(100) 성형 제조단계에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 재료 금속(240)을 상부와 좌?우 측면의 세 방향에서 일시에 프레스(200)로 가압하여, 서로 맞대어진 브릿지부(110)와 좌?우 양측에 각각 상기 내부 중공의 헤드부(120)가 구비되는 상기 쌍몸체부(100)를, 성형 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 쌍몸체부(100)의 성형제조를 위한 상기 프레스 단조 과정을 좀 더 상세하게 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 금형(230) 지그의 중앙부에 재료 금속(240)이 되는 알루미늄 재질의 원통 형상의 재료를 위치시키고, 상기 재료 금속(240)의 상측 및, 좌우 양측에는 각각 재료 금속(240)을 가압 성형하기 위한 금형 프레스가 구비된다.

상기 재료 금속(240)의 상부에 위치한 상부 가압 프레스에는 상기 쌍몸체부(100)의 대칭되는 브릿지부(110)와 헤드부(120)의 상부 외형을 형성하는 상부 금형(210) 프레스가 마련되며, 하부에는 하부 외형을 형성하는 하부 금형(230) 지그가 고정 위치하게 된다. 또한, 상기 재료 금속(240)의 좌우 양측에 각각 위치하는 좌우 측면 가압 프레스는 상기 쌍몸체부(100)의 대칭되는 내부 중공의 헤드부(120)를 형성하기 위한 코어 금형(220) 프레스가 좌우에 각각 구비된다.

이와 같이 구비되는 상부 금형(210) 프레스와, 좌우 측면의 코어 금형(220) 프레스를, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 금형(230) 지그의 중앙부에 놓여진 재료 금속(240)을 향해 서서히 이송 가압하게 되면 상부 금형(210) 프레스와 하부 금형(230) 지그 사이에 개재되는 원통형의 재료 금속(240)에 있어서, 상부 금형(210) 프레스의 가압 과정에서 상기 쌍몸체부(100)의 브릿지부(110)을 형성하는 재료 이외의 부가적인 재료 금속(240)이, 상부 금형(210) 프레스와 하부 금형(230) 지그 사이의 가압력에 의해, 상기 상부 금형(210)과 하부 금형(230) 지그의 좌우 측면에 마련되는 상기 쌍몸체부(100)의 헤드부(120)를 형성하기 위한 빈 금형 공간을 따라 서서히 소성 변형하여 유동하게 된다. 상기 쌍몸체부(100)의 좌우 양측의 헤드부(120)를 형성하기 위해 마련된 금형의 좌우 공간으로 소성 변형하며 유입된 재료 금속(240)은 좌우 측면에서 각각 이송 가압되는 코어 금형(220)의 외주면과 상기 상?하부 금형(210, 230) 사이의 빈 공간으로 소성 변형하며 유입되어 내부 중공의 헤드부(120)를 형성하게 된다.

이처럼, 하부 금형(230) 지그에 놓여진 재료 금속(240)을 상부 금형(210)과 좌우 양측에 각각 구비되는 코어 금형(220)을 통해 세 방향에서 일시로 프레스(200)로 가압함으로써, 브릿지부(110)와 내부 중공의 헤드부(120)를 일체로 가지는 한 쌍의 몸체부가 상기 브릿지부(110)에서 서로 맞대어져 대칭 형성되는 쌍몸체부(100) 반제품을, 하나의 재료 금속(240)을 이용하여 한번의 프레스 단조작업을 통해 용이하게 성형 제조할 수 있게 되는 것이다.

도 4는 프레스(200) 단조로 형성된 쌍몸체부(100)의 좌우 양측에 구비되는 내부 중공의 헤드부(120) 단부에 원판 형상의 캡부(130)를 결합하여 밀폐시키는 것을 나타내는 제조 상태도이고, 도 5는 프레스(200) 단조로 형성된 쌍몸체부(100)의 좌우 양측에 구비되는 내부 중공의 헤드부(120) 단부의 내주면에 형성된 결합홈(121)에 캡부(130)의 결합돌기(131)를 결합시켜 헤드부(120) 단부를 캡부(130)로 밀폐시키는 것을 나타내는 제조 상태도로 도시된 도면를 참조하면,

상기와 같이, 한번의 프레스(200) 단조를 통해 쌍몸체부(100)를 성형 제조한 후에는, 금형들의 맞대어진 빈틈으로 새어나와 돌출되게 소성변형된 재료들을 절삭 가공하고 원하는 치수로 재가공하는 후가공 공정을 거치며, 이 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 좌우 양측으로 개방된 내부 중공의 헤드부(120)의 단부를 밀폐시키기 위해 원판 형상의 캡부(130)를 상기 내부 중공의 헤드부(120) 단부에 용접 결합시키게 된다. 즉, 종래에 내부 중공의 헤드부(120)를 형성하기 위한 캡부(130)에 대한 단조 등의 별도 가공 공정없이 내부 중공의 헤드부(120)가 일체로 형성된 쌍몸체부(100)의 좌우 양단부에 원판 형상의 캡부(130)만을 용접 결합시킴으로써, 용이하게 내부 중공의 헤드부(120) 일체형의 쌍몸체부(100)를 제조할 수 있게 되는 것이다. 바람직하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 헤드부(120) 단부의 내부면에 결합홈(121)을 형성하고, 캡부(130)에는 상기 결합홈(121)에 대응하는 결합돌기(131)를 형성한 후, 상기 결합홈(121)에 상기 결합돌기(131)를 끼워 결합시킴으로써, 내부 중공의 헤드부(120) 단부와 캡부(130)를 보다 견고하게 용접 결합시킬 수 있게 한다.

상기 쌍몸체부(100)의 좌우 양단부에 상기 캡부(130)를 각각 용접 결합시킨 후에는, 상기 브릿지부(110)에 압축기의 사판 슈우(shoe)에 결합될 수 있도록 반원형으로 함몰된 형태의 소켓부를 절삭 가공하게 된다. 이 후에는, 돌출되는 용접부위나 가공부위를 연삭하여 표면을 매끈하게 가공하는 공정과, 상기 피스톤의 윤활성 확보를 위해 표면에 폴리테트라플로오르에틸렌(PTFE)을 코팅하는 공정과, 상기 코팅된 피스톤의 표면을 경화하는 공정과, 상기 경화된 피스톤의 표면을 윤활이 용이하도록 연마하는 공정 및, 쌍몸체부(100)의 중앙부를 절단하여 두 개의 내부 중공의 피스톤을 분리하고 각 피스톤의 선?후단면을 가공하는 공정을 통해 두 개의 중공 피스톤을 제작하게 된다.

상기 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 압축기용 중공 피스톤의 제조방법은, 하나의 재료 금속(240)으로 좌우 양측에 내부 중공의 헤드부(120)를 가지는 쌍몸체부(100) 반제품을 한번의 프레스(200) 단조작업을 통해 제조할 수 있어 좌우 양측으로 내부 중공의 헤드부(120)를 가지는 쌍몸체부(100) 반제품을 용이하게 제조할 수 있고, 제조 가공 후 버려지는 재료 금속(240)의 손실을 줄여 제조원가를 절감할 수 있으며,

또한, 쌍몸체부(100) 반제품의 좌우 양측에 구비되는 내부 중공의 헤드부(120) 단부에 캡부(130)를 최소한의 절삭가공만을 통해 결합할 수 있어 가공공정을 단순화할 수 있고, 이를 통해 압축기용 중공 피스콘의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.

100 : 쌍몸체부 110 : 브릿지부
120 : 헤드부 121 : 결합홈
130 : 캡부 131 : 결합돌기
200 : 프레스 210 : 상부 금형
220 : 코어 금형 230 : 하부 금형 지그
240 : 재료 금속

Claims (3)

1. 압축기용 중공 피스톤의 제조방법에 있어서,
   압축기의 하우징 내에서 구동축에 결합된 사판의 가장자리에 결합되는 브릿지부와 상기 하우징에 내장된 실린더 블록의 보어에 삽입되는 내부 중공의 헤드부가 구비되는 한 쌍의 몸체부가 상기 브릿지부에서 서로 맞대어져 대칭 형성되는 쌍몸체부를 프레스 단조로 성형 제조하는 단계;를 포함하여 구성되고,
   상기 쌍몸체부 성형 제조단계에서,
   재료 금속을 상부와 좌?우 측면의 세 방향에서 프레스로 가압하여, 서로 맞대어진 브릿지부와 좌?우 양측에 각각 상기 내부 중공의 헤드부가 구비되는 상기 쌍몸체부를, 성형 제조하는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공 피스톤의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 쌍몸체부 성형 제조단계에서,
   상기 쌍몸체부에 구비되는 상기 내부 중공의 헤드부와 브릿지부가 일체로 성형 제조되는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공 피스톤의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 쌍몸체부 성형 제조단계 후,
   상기 쌍몸체부의 좌?우 양측에 각각 구비되는 상기 내부 중공의 헤드부 단부에 원판 형상의 캡부를 용접 결합시키는 헤드부 조립 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 압축기용 중공 피스톤의 제조방법.

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