KR101369014B1 - 일체형 피스톤의 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤 헤드(11)에서 둘레로 진행하며 아래로 개방된 환형 냉각 채널(15) 및 피스톤 헤드(11)와 피스톤 스커트(13) 사이에 형성된 환형 홈(16)을 구비한, 피스톤 블랭크(10)에서 내연 기관용 일체형 피스톤(20)을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 피스톤 헤드(11) 및 피스톤 스커트(13)는 피스톤 보스(14)를 통해 서로 결합되며 환형 홈(16) 및 냉각 채널(15)은 절삭 가공을 통해 피스톤 블랭크(10)에 형성된다. 본 발명에서는, 냉각 채널(15)의 절삭 가공을 위하여 공구(17)가 아치 형태의 선회 동작(A)을 하면서 냉각 채널(15)의 구역으로 진입하며 냉각 채널(15)이 절삭된다.

Description

일체형 피스톤의 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 피스톤{METHOD FOR THE PRODUCTION OF A SINGLE PART PISTON AND A PISTON PRODUCED BY SUCH A METHOD}

본 발명은 청구항 1항의 전제부에 따른 내연 기관용 일체형 피스톤의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 피스톤에 관한 것이다.

주조법으로 제조된 이러한 유형의 강 재질 피스톤은 현장에서 잘 알려져 있다. 밀폐된 냉각 채널을 얻기 위하여, 용해 가능한 주조 코어가 사용되어야 하는데, 이로 인해 제조 방법이 복잡하게 되고 고비용이 요구된다.

단조 피스톤 블랭크로 가공된 일체형 피스톤은 독일 특허 공보 DE 100 13 395 C1에 공개되어 있다. 냉각 채널의 제조를 위하여 피스톤 회전 상태에서 서로 다른 절삭공구를 통해 수행되어야 하는 두 개의 서로 다른 작업 단계가 요구된다. 제1 작업 단계에서는 환형 홈이 가공되는데, 이 홈은 다른 축방향 홈만큼 연장된다. 이어지는 제2 작업 단계에서는 이 축방향 홈이 완성된 냉각 채널에서 끝까지 가공된다. 이와 관련된 단점은, 절삭공구의 삽입을 위하여 피스톤이 그 회전 동작 중에 특정한 위치에서, 즉 절삭공구가 피스톤 스커트 사이로 삽입될 수 있는 위치에서 정지되어야 하는 것이다. 절삭공구가 삽입된 후에 비로소 피스톤이 다시 회전되고 냉각 채널이 가공된다.

이때 절삭공구는 오로지 피스톤 축에 대해 방사상 및 축방향으로만 동작한다. 그 결과로서, 이런 방식으로 제조된 냉각 채널의 높이가 피스톤 헤드와 박스 형태의 피스톤 스커트 사이에 있는 홈의 높이에 따라 결정된다. 냉각 채널의 높이는 항상 피스톤 헤드와 피스톤 스커트 사이에 있는 홈의 높이의 두 배보다 약간 낮은데, 그 이유는 이 홈의 높이 뿐 아니라 사용된 소재의 두께도 냉각 채널의 달성 가능한 높이를 한정하기 때문이다.

본 발명의 목적은, 냉각 채널의 높이가 피스톤 헤드와 피스톤 스커트 사이에 있는 홈의 높이에 상관 없이 형성될 수 있고 피스톤 회전 동작의 중단 없이 실시될 수 있는 일체형 피스톤의 제조 방법 및 그러한 피스톤을 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 1항의 특징을 포함하는 방법 및 본 발명에 따른 방법으로 제조된 피스톤을 통해 달성된다. 본 발명에서는, 냉각 채널의 절삭 가공을 위하여 공구가 피스톤 회전 상태에서 아치 형태의 선회 동작을 하면서 냉각 채널의 구역에 있는 홈을 통과하여 진입하며 냉각 채널이 절삭된다.

본 발명에 따른 방법은, 냉각 채널의 높이가 피스톤 헤드와 피스톤 스커트 사이에 있는 홈의 높이에 상관 없이 형성되는 것을 가능하게 한다. 피스톤 보스 면에 대해 평행하게 실시되지 않는, 본 발명에 따른 공구의 아치 형태의 선회 동작으로 인하여, 사용된 공구의 치수는 피스톤 헤드와 피스톤 스커트 사이에 있는 홈의 높이에 의해 한정되지 않는다. 이로써 냉각 채널의 높이는 제조할 해당 피스톤의 요건에 맞게 항상 조정될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 방법은 다양한 타입의 피스톤에 사용될 수 있다.

또한 본 발명의 특징은, 냉각 채널이 단 하나의 작업 단계에서 단 하나의 공구를 통해 피스톤 헤드와 피스톤 스커트 사이의 환형 홈에서부터 제조될 수 있는 것이다. 이로써 작업 시간 및 공구 비용가 절감되며 따라서 전체적으로 제조 비용이 낮아질 수 있다.

바람직한 개선된 형태는 종속항에 설명된다.

바람직한 실시 형태에서는 공구의 아치 형태의 선회 동작이 냉각 채널 구역의 홈에서 피스톤 블랭크 회전 상태로 이루어진다. 즉 피스톤 블랭크는 지속적으로 회전 동작 상태로 유지될 수 있고, 이로써 본 발명에 따른 방법의 진행이 더욱 용이해지고 시간 및 에너지가 절감된다.

다른 바람직한 형태에서는, 냉각 채널의 절삭 가공이 이미 공구의 아치 형태의 선회 동작 중에 이루어진다. 이로써 상응하게 시간 및 비용 절감이 이루어지는 연속적인 제조 공정이 가능할 뿐 아니라 본 발명에 따른 방법은 피스톤 헤드와 피스톤 스커트 사이의 홈의 높이에 대한 의존성을 배제한다.

본 발명에 따른 방법에 적합한 공구는 예를 들어 선삭 공구, 특히 후크 형태의 선삭 공구이다.

하기에서 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 근거로 상세히 설명된다. 도면은 개략도이며 현척이 아니다.

도 1은 쇄선으로 표시된 본 발명에 따른 피스톤을 구비한 피스톤 블랭크에 대한 측단면도를 나타낸다.

도2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 냉각 채널의 구역에서 홈을 통과하는 선삭 공구의 아치 형태의 선회 동작을 나타낸다.

도 1에는 이 실시예에서 기존의 알려진 형 단조 공정에 따라 제조된 일체형 단조 피스톤 블랭크(10)를 나타낸다. 완성된 피스톤(20)의 윤곽은 쇄선으로 표시되어 있다. 피스톤 블랭크(10)는 차후의 피스톤 링 지대(12)를 구비한 피스톤 헤드(11), 피스톤 스커트(13) 및 피스톤 헤드(11)에 형성된 피스톤 보스(14)를 포함하며 예를 들어 단조 가능한 강 또는 예를 들어 알루미늄 합금과 같은 경금속 합금으로 제조될 수 있다.

도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6에는 피스톤 링 지대(12)의 구역에서 본 발명에 따른 냉각 채널(15) 제조를 위한 공정 단계가 도시되어 있다.

제1 공정 단계에서는, 이 실시예에서 선삭에 해당하는 절삭 가공을 통해 환형 홈(16)이 피스톤 블랭크(10)에 형성된다. 홈(16)의 높이는, 이 실시예에서 후크 형태의 선삭 공구(17)에 해당하는 공구가 피스톤 회전 상태에서 아치 형태의 선회 동작을 하면서 제조할 냉각 채널(15)의 구역으로 진입할 수 있을 정도로 높게 형성되어야 한다. 이 홈(16)때문에 피스톤 헤드(11)는 피스톤 보스(14)로만 피스톤 스커트(13)와 결합된다.

피스톤 링 지대(12)의 구역에서 둘레로 진행하는 환형 냉각 채널(15)의 제조를 위하여 후크 형태의 선삭 공구(17)가 피스톤 회전 상태에서 아치 형태의 선회 동작(A)을 하면서 제조할 냉각 채널(15)의 구역으로 진입된다. 이 아치 형태의 선회 동작으로 인해 홈(16)의 높이가 후크 형태의 선삭 공구(17)의 높이(h)보다 현저히 낮을 수 있다. 그 결과로서 선삭 공구(17)의 높이(h)가 홈(16)의 높이보다 더 높게 선택될 수 있고, 따라서 축방향에서 냉각 채널(15)이 절삭될 수 있는데, 그 깊이는 홈(16)의 높이보다 현저하게 높을 뿐 아니라 그 깊이는 홈(16)의 깊이와 전혀 상관 없이 선택될 수 있다. 최적으로 형성된 선삭 공구(17)의 안내를 통하여 전혀 한정되지 않는 임의의 냉각 채널(15) 깊이가 달성될 수 있다. 이로써 본 발명에 따른 방법을 통하여, 각 엔진 타입의 요건에 맞게 형성될 수 있는 매우 다양한 타입의 일체형 피스톤의 제조가 가능하다.

또한 냉각 채널(15)은 단 하나의 작업 단계에서 예를 들어 전술된 후크 형태의 선삭 공구와 같은 단 하나의 공구(17)를 통해 피스톤 회전 상태에서 제조된다.

도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6에는 이 실시예에서는 후크 형태의 선삭 공구(17)에 해당하는 공구의 아치 형태의 선회 동작에 대한 각각의 단계가 도시되어 있다. 도면에서는 이해를 돕기 위하여 피스톤 블랭크(10)가 완성된 피스톤(20)으로 대체되었다.

도 2는 선삭 공구(17)가 기울어진 각도로 피스톤 블랭크에 접근하는 단계를 나타낸다.

도 3은 선삭 공구(17)가 냉각 채널(15)의 구역에 있는 홈(16)에 삽입되는 것을 나타낸다. 이 단계에서 선삭 공구(17)는 방사상 및 축방향 동작만 수행하는 것이 아니라 피벗 포인트(S)를 중심으로 한 선회 동작도 수행한다.

도 4는 냉각 채널(15)의 형태가 절삭되는, 피벗 포인트(S)를 중심으로 한 아치 형태의 선회 동작 중에 있는 선삭 공구(17)를 나타낸다.

도 5는 다른 축방향 동작으로 전환되는, 피벗 포인트(S)를 중심으로 한 그 선회 동작의 종료 시점에 있는 선삭 공구(17)를 나타낸다. 이 도시에서는 선삭 공구(17)가 홈(16)보다 더 높은 높이(h)를 갖는 것을 분명하게 알 수 있다.

마지막으로 도 6은 어떻게 선삭 공구(17)가 그 최종 위치에 도달되며 냉각 채널(15)이 그 최종 형태 및 깊이를 갖는지를 도시한다.

전술된 제조 과정에서, 공구 헤드에 고정된 선삭 공구(17)에 의한 피벗 포인트(S)를 중심으로 한 그 아치 형태의 선회 동작을 통해 임의의 깊이를 갖는 냉각 채널(15)이 제조될 수 있다는 것을 분명히 알 수 있다.

냉각 채널(15)이 완성된 후에 허브 구멍(18)이 알려진 방법으로 형성되며 피스톤(20)의 외측 윤곽이 절삭 가공을 통해 완성된다.

아래 방향으로 열린 냉각 채널(15)을 밀폐하기 위하여 알려진 방식에 따라 투피스형 커버 링(예를 들어 분할된 판 스프링)이 예하중 상태에서 피스톤 헤드(11)의 해당 서포트에 삽입된다. 커버 링에는 냉각 오일을 위한 주입구 및 방출구가 존재한다(도시되지 않음).

본 발명에 따른 방법을 통하여 매우 간단하고 저렴한 방식으로 큰 체적의 냉각 채널을 구비한 본 발명에 따른 일체형 피스톤이 제조되는데, 이 피스톤은 단조 가능한 강 또는 단조 가능한 경금속 합금과 같은 그 자유로운 소재 선택으로 인하여 주조법으로 제조된 피스톤에 비해 예를 들어 더 강한 강도를 가지며, 따라서 이 런 피스톤은 특히 고부하 디젤 엔진에 매우 적합하다.

본 발명은 내연 기관용 피스톤에 이용될 수 있다.

Claims (6)

1. 피스톤 헤드(11)에서 둘레로 진행하며 아래로 개방된 환형 냉각 채널(15) 및 피스톤 헤드(11)와 피스톤 스커트(13) 사이에 형성된 환형 홈(16)을 구비한, 피스톤 블랭크(10)로부터 내연 기관용 일체형 피스톤(20)을 제조하기 위한 방법으로서, 피스톤 헤드(11) 및 피스톤 스커트(13)는 피스톤 보스(14)를 통해 서로 결합되며 환형 홈(16) 및 냉각 채널(15)은 절삭 가공을 통해 피스톤 블랭크(10)에 형성되고 이어서 외측 윤곽이 완성 가공되며 냉각 채널이 닫히게 되는 방법에 있어서,

   냉각 채널(15)의 절삭 가공을 위하여 공구(17)가 피스톤 블랭크가 회전하는 상태에서 기울어진 각도로 피스톤 블랭크에 접근하고, 홈(16)을 통해 냉각 채널(15)의 구역으로 방사상 동작, 축방향 동작, 및 피벗 포인트(S)를 중심으로 한 아치 형태의 선회 동작으로 이동하여, 냉각 채널(15)이 가공되는 것을 특징으로 하는 일체형 피스톤의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 공구(17)로서 선삭 공구가 사용되는 것을 특징으로 하는 일체형 피스톤의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 후크 형태의 선삭 공구가 사용되는 것을 특징으로 하는 일체형 피스톤의 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 내연 기관용 피스톤(10).
5. 제4항에 있어서, 냉각 채널(15)의 축방향 높이가 상기 홈(16)의 축방향 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 피스톤.
6. 삭제

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