KR970001192B1 - 내연기관용 경금속피스톤 및 이 피스톤의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관용 경금속피스톤 및 이 피스톤의 제조방법

제1도는 본 발명에 따른 피스톤의 종단면도.

제2도는 제1도의 선 II-II에 따른 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 피스톤에서 사용하기 위한 인서트의 바람직한 제1실시예의 정면도.

제4도는 제3도의 인서트의 평면도.

제5도는 본 발명에 따른 피스톤에서 사용하기 위한 인서트의 바람직한 제2실시예의 정면도.

제6도는 제5도의 인서트의 평면도.

제7도는 본 발명에 따른 인서트를 몰드코어에 고정시키는 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피스톤 1a : 크라운

1e : 스커트 1f, 1g : 피스톤핀 보스

1h, 1i : 구멍 2, 4 : 인서트

2b, 4a : 밴트부 3 : 몰드코어

3a : 홈

본 발명은 피스톤 스커트의 열팽창을 제거하기 위해 피스톤 스커트의 내측에 주조되는 한쌍의 철재인서트를 갖는 내연기관용 경금속 피스톤과 이것의 제조방법에 관한 것이다.

내연기관에서 이런 타입의 피스톤은 크라운, 스커트, 한쌍의 피스톤핀 보스와 한쌍의 인서트를 구비하며, 한쌍의 인서트는 철재와 같이 경금속 보다 낮은 열팽창 재료로 만들어지고 적어도 인서트의 일부가 피스톤 스커트의 내측 형상에 적합하도록 형성되며, 이로써 피스톤이 엔진작동중 가열될 때 피스톤 스커트의 팽창을 제어하기 위하여 피스톤의 경금속으로 두금속요소를 형성하게 되고, 각 인서트는 피스톤핀 보스의 영역에서 피스톤 스커트의 내측 주위로 신장하는 한쌍의 밴드(band)를 구비하며, 상기 한쌍의 밴드는 피스톤핀 보스의 영역에서 인서트의 연결부에 의해 결합된다.

이런 피스톤을 만드는 종래 방법에서 영구자석은 인서트가 설치될 몰드코어의 리세스에 견고하게 고정되며, 인서트는 자력에 의하여 주조작업하는 동안에 몰드코어상에 견고하게 위치된다. 그러나 자력은 주조작업 중에 고온으로 인해 점차 감소되고, 따라서 인서트는 용융금속이 몰드 공동에 부어질 때 몰드코어로 부터 떨어지기 쉽다.

약 1000kg/cm²의 매우 높은 압력이 용융 금속에 가해지는 압착주조 공정으로 피스톤이 주조될 때 용융금속에서 몰드코어로의 열유동은 용융금속과 몰드코어 사이의 더 좋은 접촉에 의하여 가속된다. 따라서 자석은 고온에서 노출되며, 자력은 매우 빠르게 감소한다. 그 결과 압착주조를 위해 몰드코어상에 있는 자석은 매 500 내지 1000 주조 사이클마다 교체되어야 하고, 이것은 주조용의 철재 인서트로 인해 압착주조 피스톤의 제조원가를 현저하게 증가시킨다.

이런 피스톤을 만드는 둘째 종래방법에서 하나의 인서트마다 두개의 셋팅핀이 몰드코어안에 고정된다. 두 개의 셋팅구멍은 인서트의 대응위치에서 천공되며, 인서트는 인서트의 구멍과 몰드코어상의 셋팅핀의 결합에 의해 몰드코어상에 위치된다.

중력 다이 주조공정에서 피스톤용 몰드코어는 일반적으로 여러조각으로 분할되어서, 비록 피스톤 내부가 언더컷부를 갖거나 또는 인서트의 구멍과 셋팅핀이 결합된다고 할지라도 몰드코어는 용융금속의 응고후에 주조된 피스톤으로 부터 쉽게 분리될 수 있다.

압착주조 공정에서 몰드코어는 단일품으로 되어야 한다. 왜냐하면 용융금속의 매우 큰 압력이 분리된 몰드코어 조각 사이의 모든 틈으로 용융금속을 압축하고, 이에 따라 이것이 피스톤 주조물로 부터 몰드코어를 꺼내는데에 방해가 되기 때문이다. 그러므로 압축 주조공정에 의해 철재 인서트로 피스톤을 주조하기 위한 이런 셋팅핀을 응용하는 것은 불가능하다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 타입의 종래 내연기관용 경금속 피스톤과 이것을 만드는 방법에서 상기의 문제점 및 기타 단점들을 제거하는 것이다.

특히 본 발명의 목적은 철재 인서트를 위한 종래의 셋팅장치를 더이상 필요로 하지 않으며 철재 인서트를 쉽고 또 신뢰할 수 있도록 셋팅하게 하는 팽창제어의 철재 인서트를 가지고 경금속 피스톤을 만드는 개량되고 전혀 새로운 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 내연기관용 경금속 피스톤은 하나의 크라운과, 하나의 스커트 및 피스톤핀 보스와, 한쌍의 인서트를 구비하고, 이 인서트는 강판재료와 같이 경금속 보다 낮은 열팽창계수의 재료로 만든다. 각 인서트는 피스톤핀 보스의 영역에서 인서트의 연결부에 의해 결합되는 한쌍의 밴드를 갖는다. 이 밴드는 피스톤 스커트의 열팽창을 제어하도록 피스톤핀 보스로 부터 원주방향으로 이격되어 신장된다. 밴드의 자유단은 약 90도의 각도로 내측을 향하여 이격되어 신장된다. 밴드의 자유단은 약 90도의 각도로 내측을 향하여 굽은 밴트부(bent portion)를 갖는다.

몰드코어상에는 인서트의 밴트부를 수용하도록 제공된 홈이 있다.

인서트는 몰드코어에 대해 압착되고, 밴트부의 내측면이 몰드코어상의 홈에 끼워 물려지고, 이로써 용융금속이 몰드공동으로 부어질 때 철재 인서트의 탄력성에 의해 인서트가 홈에 견고하게 유지된다.

따라서 본 발명에서 주조작업중에 인서트의 탈락 현상이 완전히 제거된다. 더욱이 몰드의 유지비는 현저하게 감소될 수 있으며, 그 이유는 종래 방법에서 인서트를 몰드코어에 고정시키기 위한 자석이나 셋팅핀을 교체할 필요가 없기 때문이다. 그리고 인서트를 자동셋팅할 수 있도록 유도함으로서 생산원가를 감소시키고, 따라서 셋팅작업이 매우 간단하고 높은 신뢰성을 갖게 된다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 장점은 실시예를 예로써 도시한 첨부도면에 의한 설명에 따라 명백해질 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부도면을 참고하여 설명한다.

제1도에 도시한 바와같이 피스톤(1)은 크라운(1a)과 크라운(1a)의 원주둘레에 있는 링홈밴드(band)(1b),(1c),(1d)와, 크라운(1a)에 일체로 연결된 스커트(1e)를 구비한다. 피스톤(1)은 피스톤 스커트(1e)로 부터 내향으로 신장되어 형성되고 피스톤 스커트(1e)상의 필러에 의해 크라운(1a)에 연결되는 한쌍의 피스톤핀보스(1f),(1g)를 구비한다. 피스톤핀을 수용하는 구멍(1h),(1i)은 보스(1f),(1g)에 각각 형성된다. 피스톤(1)은 경금속 예를 들어 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금으로 만들어지고, 강판으로 만들어진 한쌍의 인서트(insert)(2)를 가지며, 이 인서트들은 실온에서 기관의 작동온도까지 피스톤(1)이 가열됨으로써 생기는 피스톤 스커트(1e)의 열팽창을 제어하도록 피스톤핀 보스(1f)(1g)로 부터 원주방향으로 신장한다.

제3도 및 제5도에 도시한 인서트(2),(4)는 피스톤 스커트(1e)의 내측 주위에서 원주방향으로 신장되는 한 쌍의 밴드와, 두 밴드를 결합시키는 연결부로 구성된다.

각 밴드(band)(2a)의 자유단의 적어도 일부는 약 90도의 각도로 내측을 향하여 구부러진다.

밴트부(bent portion)(2b),(4a)의 반경방향 길이는 인서트의 두께보다 작지 않아야 한다. 왜냐하면 인서트의 밴딩이 어려워지고 주조중에 밴트부(2b),(4a)의 지지력이 약하게 되기 때문이다. 밴트부(2b),(4a)의 최대 반경방향 길이는 인서트(2),(4)의 두께의 10배를 초과하지 않아야 한다. 만일 최대반경방향 길이가 두께의 10배를 초과하게 되면 밴트부(2b),(4a)의 지지하는 힘이 감소되고, 따라서 몰드코어의 스냅핑을 어렵게 할 뿐이며 몰드코어에서 인서트(2),(4)를 끼워물리기가 매우 어렵게 되기 때문이다. 밴트부(2b),(4a)의 수직 길이는 상황에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어 자유단의 단지 일부만이 굽힘조작을 쉽게 하기 위해 굽혀질 수 있다.

만일 자유단의 상반부(2b)만이 제3도에 도시한 바와 같이 굽혀진다면, 피스톤(1)에 균열이 발생될 수 있는 경계 영역에서 예각연부를 제거하고 밴딩조작을 용이하게 하기 위하여 밴트부(2b)와 비밴트부(2c) 사이의 영역을 절제하는 것이 좋을 것이다.

제7도에 도시한 바와 같이 몰드코어(3)에서 홈(3a)은 인서트(2)의 밴트부(2b)를 수용하도록 되어 있다. 인서트(2)는 몰드코어(3)에 대해 압착되며, 밴트부(2b)의 내측면은 몰드코어(3)의 홈(3a)에서 코어를 끼워물고, 이로써 철재인서트(2)의 탄성으로 몰드코어(3)상에 인서트(2)가 견고하게 지지되며, 용융금속이 피스톤(1)을 형성하기 위해 몰드에 부어진다.

제5도는 자유단의 전체 수직길이가 내측으로 굽혀진 것을 제외하고는 제3도의 것과 동일한 것으로, 본 발명에 따른 인서트(4)의 적합한 제2실시예이다.

상기 설명에서와 같이 본 발명에 따라 주조작업 동안에 인서트(2),(4)의 탈락현상이 완전히 제거되고, 주조몰드의 유지비가 현격이 감소된다.

왜냐하면 인서트를 몰드코어에 고정시키기 위한 자석이나 셋팅핀을 교체할 필요가 없기 때문이다. 그리고 인서트의 셋팅작업이 매우 간단하고 신뢰할 수 있는 자동셋팅 작업으로 하기 때문에 제조비가 감소된다.

또한 몰드코어상에 인서트를 지지하는 방법이 압착주조 또는 중력단이 주조에 의해서 피스톤 주조를 하는데에 적용할 수 있으나, 압착주조 공정에 적용시키는 것이 더 유리하다. 왜냐하면 주조동안에 몰드코어상에 인서트를 지지하는 종래방법은 피스톤 제조에 경제적으로 적용될 수 없기 때문이다.

분명히 본 발명의 여러 변형 및 변화는 상기 설명에 비추어 가능하다.

이와 같은 변형 및 변화도 다음 청구범위의 기재에 의해 본 발명의 권리내에 속함은 물론다.

Claims (8)

1. 크라운과, 상기 크라운에 일체로 연결된 스커트와, 한쌍의 피스톤핀 보스와, 피스톤 스커트의 내부형상에 각각 적합하고 경금속 보다 낮은 열팽창 계수의 재료로 만들어진 한쌍의 팽창 제어 인서트를 구비한 내연기관용 경금속 피스톤에 있어서, 상기 각 인서트가 피스톤핀 보스에 파묻힌 연결부와, 상기 연결부에 의해 결합되고 두금속 요소를 형성하도록 상기 스커트의 내부형상에 적합한 연결부로 부터 각각 신장되는 한쌍의 밴드와, 상기 밴드의 자유단에서 내측을 향하여 굽혀있는 한쌍의 밴트부로 구성된 것을 특징으로 하는 내연 기관용 경금속 피스톤.
2. 제1항에 있어서, 상기 인서트의 밴트부가 상기 자유단의 상부 절반부에서 내측을 향하여 굽혀 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 경금속 피스톤.
3. 제1항에 있어서, 상기 인서트의 밴트부가 상기 자유단의 전체길이에 걸쳐 내측을 향하여 굽혀있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 경금속 피스톤.
4. 제2항 또는 3항에 있어서, 상기 피스톤의 반경방향에 있는 상기 밴트부의 반경방향 길이가 상기 인서트의 두께보다 작지 않은 것을 특징으로 하는 내연기관용 경금속 피스톤.
5. 제2항 또는 3항에 있어서, 상기 피스톤의 반경방향에 있는 상기 밴트부의 최대반경방향 길이가 상기 인서트의 두께의 10배를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 내연기관용 경금속 피스톤.
6. 제2항에 있어서, 상기 인서트의 자유단이 밴트부와 비밴트부 사이의 경계구역에서 절제된 것을 특징으로 하는 내연기관용 경금속 피스톤.
7. 피스톤의 제조방법에 있어서, 자유단에서 밴트부를 갖도록 한쌍의 인서트를 준비하는 단계와, 상기 밴트부를 수용하기 위해 다수의 홈을 갖도록 몰드코어를 준비하는 단계와, 상기 몰드코어에 상기 인서트를 압착하는 단계와, 상기 몰드코어 상의 상기 홈내에 밴트부의 내부면을 스냅하는 단계와, 상기 인서트의 탄성에 의해 상기 인서트를 몰드코어에 셋팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 경금속 피스톤의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 피스톤을 주조하는 수단이 압착주조 공정인 것을 특징으로 하는 내연기관용 경금속 피스톤의 제조방법.

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