KR810001148B1 - 피스톤링 성형 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

피스톤링 성형 장치

제1도는 본 발명에 따른 피스톤링 성형 장치의 도식적 평면도.

제2도는 제1도의 선 2-2를 따라 취한 확대 단면도.

제3도는 제1도의 일부분에 대한 확대 도면.

제4도는 본 발명에 의한 성형 공정에 따라 제작되는 피스톤링의 도식적 도면.

제5도는 제3도의 선 5-5를 따라 취한 단면도.

본 발명은 피스톤링의 성형장치에 관한 것으로서, 특히 피스톤링의 분할부분 양측에 내향 돌출점이라고 불리워지는 부가적인 내향 만곡을 부여하는 피스톤링 성형장치에 관한 것이다.

종래의 피스톤링은 실린더내에 설치되었을 경우 실린더벽에 균일한 압력을 발휘할 수 있도록 하기 위해 일반적으로 약간 타원형으로 되어 있다. 이러한 타원형의 링은 끝 부분이 나머지 부분에 비해 상당한 정도로 밖으로 튀어나가려는 경향이 많다. 이러한 경향은 실린더벽에 밸브공을 갖는 내연기관에 있어서 문제점이 되는 것이다. 즉 링의 끝부분은 밸브 공을 지날때 약간 밖으로 튀어나가게 되고, 피스톤이 운동함에 따라 밸브공의 상측 또는 하측가장 자리에 걸리게 된다. 이와 같은 걸림작용은 링 자체에는 그다지 큰 문제가 되지 않으나 실린더 내부에 금속 부스러기를 남겨서 치명적인 손상을 주어 조기 마모의 원인이 된다. 그러므로 피스톤의 분할부분에 이웃하는 양측 단부에 부가적인 내향 만곡을 주는 것이 바람직하다.

이와 같은 내향 돌출점을 만들어 줌으로써 링의 끝부분이 실린더 내면에서 약간 떨어지게 되어 밸브공의 가장자리에 걸리는 일이 없어진다.

종래에는 점화 실린더와 유사한 실린더에 링을 압입하여 미세한 연삭입자와 같이 왕복운동시켜 면 랩핑(face lapping)함으로써 상술한 바와 같은 링단이 걸리는 치명적 문제를 방지할 수 있었다. 링면 및 링단을 랩핑하여 큰 외향 압력을 일으키는 부분을 갈아냄으로써 링내의 응력을 어느 정도 균일하게 할 수 있었다. 그러나 일부 새로운 엔진에 있어서는 피스톤링에 보다 많은 조건이 요구되며 밸브공에 걸리는 일이 없도록 링단에 절취부를 만들어야 할 경우가 있다. 특히 터어브급 기관(turbocharged engine)의 경우, 피스톤링과 링 사이의 틈으로 들어가는 고압 가스로 인해 링에 외향 압력을 주고 이에 따라 실린더 벽에 큰 힘을 주게 된다. 그 결과 링단은 밖으로 밀려나가 실린더 벽상의 밸브공에 걸리게 되는 것이다.

캠을 사용한 모방 연삭과 같은 특수 연산 가공법을 이용하여 링단의 외면을 갈아내어 링 양단의 링면에 절취부를 만드는 방법도 사용되었다. 또한 냉각 굽힘에 의하여 내향 돌출점을 성형하는 경우도 있다. 그러나 이러한 방법은 표면 다듬질의 불균일, 굽힘의 불균일, 또는 링의 강도 저하등의 결점을 갖고 있으며, 아울러 본 발명에 의한 장치를 사용한 방법에 비해 비용이 많이 들게 된다.

본 발명의 분할 부분에 바로 인접한 영역에서 신속하고 효과적으로 피스톤링단부에 내향 만곡, 또는 내부 돌출점을 만들어 주는 피스톤링 성형장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 링의 분할부분 양측의 링 내면부분을 가열하되 일정한 시간 동안 링의 내면에 인접한 일정 깊이의 부분만을 국부적으로 가열하고 냉각시킴으로써 피스톤링에 내향 만곡을 부여하기 위한 장치가 제공된다.

본 발명에 의한 피스톤링 성형장치는 분할 피스톤링을 성형위치에 고정시키기 위한 피스톤링 고정구 및 피스톤링의 내면에 접촉하는 전기적 접촉장치로 구성된다.

제1도에는 본 발명에 의한 피스톤링 성형 장치(10)가 도시되어 있다. 이 장치는 기판(基板)(11), 가동피스톤링 고정구(14), 이를 작동시키는 결속장치(16), 그리고 기판(11)에 부착되어 있는 링 가열장치(18)로 구성되어 있다. 고정구 결속장치(16)는 공기 또는 수압 실린더(도시되지 않았음)에 연결되어 있는 연결봉(17)을 포함하는 것이 바람직하다. 가동 피스톤링 고정구(14)는 구멍(19) 및 기판(11)으로 부터 상향 연장되어 구멍(19)내에 밀접하게 끼워져 있는 핀(21) 또는 기타 적당한 안내 장치에 의해 기판(11)위에서 안내되도록 되어 있다. 제1도에서 피스톤링(22)은 분할부분(23)이 우측으로 향하도록 놓여져 있고, 제1도의 우측 점선은 고정구(14)가 비결속 위치에 있을 때를 표시한다. 피스톤링(22)을 고정구(14)의 환형개구(24)에 삽입하면, 개구(24)는 피스톤링(22)의 비압축 반경보다 약간 작게 되어 있기 때문에 압축상태가 된다. 다음 결속 장치(16)로 고정구(14)를 왼쪽으로 당겨 제2도에 실선으로 표시한 위치로 가게 하면, 피스톤링(22)의 내면이 가열장치(18)에 접촉한다. 고정구(14)는 최소한 링(22)에 접촉하는 부분이 비금속 재료로 되어 있는 것이 좋다. 피스톤링(22)은 종래의 방법에서와 같이 면 랩핑을 거쳐 완성된 것이며, 따라서 본 발명의 성형작업 이전에 이미 링 내면은 매끈하게 가공되어 있는 것이다.

가열장치(18)는 반대극성의 전극(26)(27)에 의한 저기 저항열을 이용한 것이 좋다. 피스톤링(22)과 결속된 형태로 제1도에 도시되어 있는 전극은 약 10파운드 정도의 편심력으로 링에 접촉한다. 이 편심력은 결속장치(16)에 의해 발생된다.

가열장치(18)와 링(22)과의 접촉방식은 제3도 및 제5도에 더욱 상세히 도시되어 있다. 스프링 힘을 받는 브리지 접점(28)은 경사진 모양으로 되어 있는 것이 바람직하며, 링의 분할부분 양측 내면에 접촉하여 양쪽 링단에 의해 형성되는 모서리에 접촉되도록 되어 있다. 브리지 접점(28)의 목적은 링의 양쪽 가열단부 사이를 전기적으로 연결하여 전극(26)(27)중의 하나로 부터의 전류가 링의 내부표면(22a)을 지나 다른 쪽단부로 흐를 수 있도록 하기 위한 것이다. 전극(26)(27)은 제3도 및 제5도에 도시한 바와 같이 링(22)의 내면 하부에 좁은 접촉선을 형성한다. 각 전극(26)(27)은 전기 양도체인 접점 받침대(29)(30)에 받쳐져 있다. 접점 받침대(29)(30)는 링(22)의 곡률과 같은 곡률로 형성되어 있고, 제3도에 도시된 바와 같이 링에서 약간 떨어져 있으며, 가열된 링(22)으로 부터의 대류 및 복사열을 흡수하는 열 흡수체로 작용한다.

받침대(29)(30)는 절연체(33)에 의해 서로 분리되어 있는 전기 양도체인 설치대(31)(32)에 전기적으로 부착되어 있다.전력은 설치대(31)(32)와 전원(도시되지 않았음)에 연결되어 있는 한쌍의 반대극성의 전도체(도시되지 않았음)를 통해 가열장치 (18)에 공급되며, 설치대(31)(32)는 절연판(34)에 의해 기판(11)과 절연되어 있다.

받침대(29)(30)를 포함한 전체 가열장치(18)를 냉각시키기 위해, 설치대 (31)(32)에 냉각제 통로가 마련되어 있다. 물이나 기타 냉각제를 주입구(35)(제1도 및 2도 참조)를 통해 받침대 내로 주입하고 배출구(36)(제2도에만 도시되어 있음)로 방출한다.

제2도에 도시된 바와 같이, 브리지 접점(28)은 전기 절연재료로 되어 있는 플란저 슬리브(plunger sleeve)(38)내에서 가동하는 플란저(37)에 연결되어서 양쪽 설치대(31)(32)사이의 공간에 놓여져 있다. 플란저 슬리브(38)내에는 압축 스프링(39)이 있고, 이에 의한 편심력으로 접점(28)이 피스톤링(22)이 양단에 대해 밀리게 된다. 이힘은 전극(26)(27)이 약 10파운드 이상으로 링 내면에 밀려질 정도가 바람직하다.

전극 배치의 한가지 다른 배열은 중앙 접점(28)을 적절히 연결함으로써 한 극성의 전극 즉 ＂접지＂전극이 되도록 하고, 바깥쪽 전극(26)(27)을 반대 극성으로 사용하는 것이다. 이 때 피스톤링(22)을 통하는 전류는 필요시 개별적으로 분할부분(23)의 양측에서 조정될 수 있다.

전기 에너지가 전극(26)(27)을 통해 피스톤링(22)에 가해지면 전류가 링(22)의 내면(22a)을 따라 전극 사이로 흐르며, 이때 그 통과 깊이는 아주 얇게 된다. 따라서 전류의 유로는 급격히 가열되어 팽창한다. 그러나 링의 나머지 두께 부분에 의해 팽창이 방지되므로, 링의 내면(22a)은 압축상태로 된다. 가열되지 않는 두께 부분의 억제 효과로서도 팽창을 충분히 방지할 수 있지만, 아울러 링이 고정되어 있으므로, 부가적인 억제 효과가 생긴다. 링은 팽창할 수 없도록 되어 있으므로, 링의 내부 조직이 항복하여 가열된 부분은 압축 상태로 부터 풀려나게 된다. 링을 냉각하면 가열된 부분(22b)은 수축하려고 하며 따라서 응력이 발생한다. 제4도에 도시한 바와 같이 형상이 변경된 링(22') 및 전극을 고정구(14)에서 제거하면, 링의 내면(22a)에 발생한 응력이 링단을 안쪽으로 당기게 됨으로써 링(22')의 나머지 부분의 반경(R₁)보다 작은 일정 반경(R₂)을 형성한다. 변형된 링의 형상은 제4도에 확대 도시되어 있다.

피스톤 링의 내향 돌출량은 여러가지 인자에 의해 결정된다. 이들 인자를 열거해 보면 링의 직경, 전극 사이의 거리 즉 가열된 링단의 길이, 링의 두께, 가열시간, 가열시의 가열 부분의 온도 등이다. 가열에 의해 얻어지는 온도는 인가된 전류의 크기 및 지속 시간에 따라 조절된다.

9.0625인치 직경 및 0.300인치 두께를 갖는 피스톤링에 본 발명의 성형장치에 의한 방법을 적용한 실시예를 소개하면 다음과 같다. 전극을 분할부분에서 1.25인치 떨어진 위치에 놓고, 내향 돌출량이 0.0015인치 내지 0.0035인치로 되도록 전력을 조정하고, 전력 공급시간을 0.5초 내지 2초 정도로 한 결과, 링의 가열 부분 온도는 약 400℉로 되었다.

직접 접촉 저항열에 의한 내향 돌출점 형성 시험을 여러번 해본 결과, 온도는 200℉내지 1,500℉정도의 범위가 되고 500℉내지 1,000℉가 될때 가장 좋은 결과가 나타남을 알았다. 0.150인치 두께의 피스톤링에서는 가열깊이가 약 0.030인치이어야 한다. 가열 깊이는 항상 링 두께의 반 보다 작아야 하며, 두께의 20퍼센트 범위내인 것이 좋다. 이것은 온도뿐만아니라 가열시간에 의해 조절된다.

가열시간은 0.5초 내지 10초 정도이어야 하며, 바람직하게는 0.5초 내지 2초 정도가 좋다. 각 전극과 링단 사이의 거리는 링 직경의 5내지 20퍼센트가 되어야 한다. 가열에 필요한 전력은 450KHz에서 3내지 5kw정도이다. 요구되는 내향 돌출량은 보통 0.001내지 0.002인치 정도이다.

화염이나 전기 유도열을 이용하여 내향 돌출량을 제작할 수도 있다. 이 두가지 가열법은 소정의 링형상 변화를 제공하기는 하나, 직접 접촉 저항열에 의한 방법처럼 결과가 일정하지는 못하다.

Claims (1)

1. 분할 피스톤링(22)을 고정시키기 위한 피스톤링 고정구(14), 상기 피스톤링의 분할부분(23)의 어느 한쪽에서 피스톤링의 내면(22a)과 접촉하도록 위치하고 있는 양극(26)과 피스톤링의 분할부분의 다른 쪽에서 피스톤링의 내면과 접촉하도록 위치하고 있는 음극(27) 및 피스톤링의 분할부분 양쪽에서 이 피스톤링과 접촉되도록 되어 있는 브리지 도체 접점(28)으로 이루어지며 상기 양극과 음극이 피스톤링의 내면에 연결됨에 의해 피스톤링의 분할부분의 양쪽에서 이 피스톤링의 내면의 일부분을 가열시키기 위한 직접 접촉 전기 저항식 가열장치(18)로 구성되는 피스톤링 성형장치.

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