KR20030024305A - 엔진용 밸브 태핏 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진용 밸브 태핏 제조방법에 관한 것으로서, 알루미늄 합금 소재를 압출가공하여, 소정 직경의 봉형 알루미늄 합금 빌렛과, 소정 내경의 튜브를 성형하는 단계와; 알루미늄 합금 빌렛을 디스크 형상으로 절단하고, 튜브를 소정 길이로 절단하는 단계와; 절단된 튜브 일측 개구부에 디스크를 용접하여 태핏 본체를 제작하는 단계와; 밸브 접촉부위인 디스크 내면에 칩을 압입ㆍ조립하는 단계와; 캠 접촉부위인 디스크 외면을 내마모 코팅 처리하여 밸브 태핏을 완성하는 단계;를 포함하여 이루어진 엔진용 밸브 태핏 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 압출 및 절단가공, 용접공정을 거치는 일 공정을 통해 상대적으로 많은 양의 태핏 본체를 성형할 수 있게 되므로 제조비용의 절감이 가능하다. 또한, 태핏 본체의 캠 접촉부위에 내마모 코팅 처리를 함으로써, 심이 삭제될 수 있고, 태핏의 경량화가 가능하며, 심 장착을 위한 공정이 삭제될 수 있어 공정의 단순화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

Description

엔진용 밸브 태핏 제조방법{Method for manufacturing valve tappet for engine}

본 발명은 엔진용 밸브 태핏 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 합금 소재를 압출가공하여, 소정 직경의 봉형 알루미늄 합금 빌렛과, 소정 내경의 튜브를 성형하는 단계와; 알루미늄 합금 빌렛을 디스크 형상으로 절단하고, 튜브를 소정 길이로 절단하는 단계와; 절단된 튜브 일측 개구부에 디스크를 용접하여 태핏 본체를 제작하는 단계와; 밸브 접촉부위인 디스크 내면에 칩을 압입ㆍ조립하는 단계와; 캠 접촉부위인 디스크 외면을 내마모 코팅 처리하여 밸브 태핏을 완성하는 단계;를 포함하여 이루어진 엔진용 밸브 태핏 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 엔진은 차량을 구동시키기 위하여 동력을 발하는 부분으로서, 실린더 블록과, 실린더 헤드와, 실린더 헤드 커버 등을 포함하고 있다.

상기 실린더 블록에는 피스톤이 삽입, 왕복운동을 하게 되는 다수개의 실린더 보어가 형성되어 있고, 상기 실린더 헤드에는 연소실에 흡ㆍ배기포트로 연통되는 흡ㆍ배기장치가 결합된다.

상기한 바의 흡ㆍ배기포트는 밸브 트레인(valve train)에 의해 개폐제어되어, 흡ㆍ배기장치를 통한 흡기와 배기가 원활히 이루어지도록 하고 있다.

상기 밸브 트레인 구조는 밸브의 설치위치에 따라, 캠축이 밸브밑에 놓여지는 오버헤드밸브식(Over Head Valve Type)과, 캠축이 밸브의 윗부분에 놓여지는 오버헤드캠축식(Over Head Camshaft Type:'OHC식'으로 약칭함)으로 대별된다.

상기 밸브 트레인 구조에 있어서, 가솔린 엔진의 경우에는 OHC식이 주로 채택되고 있고, 이 OHC식에서도 실린더 헤드의 공간확보 및 고속운전성이 우수한 밸브 태핏(tappet)이 설치된 직동식, 즉 캠축이 태핏을 통해 밸브 바로 위에서 구동되는 방식이 주로 채택되고 있는 추세이다.

종래에는 상기 태핏의 재질 또한 특수강으로 제조되어 알루미늄 합금을 재질로 한 실린더 헤드 내에 조립되었다.

따라서, 알루미늄 합금 재질의 실린더 헤드와 이에 삽입된 특수강 재질의 태핏간에는 열팽창계수 차이에 따른 문제점이 발생하는 바, 엔진 운전 중 밸브 트레인의 온도가 상승하면서 실린더 헤드의 태핏 조립내경이 태핏에 비해 크게 팽창하여 초기 조립시 유지된 조립여유공간이 증가되고, 결국, 실린더 헤드와 태핏간의 간극이 증가되어 엔진의 고속운전시 태핏이 떨리게 되는 채터링(chattering) 현상이 발생, 엔진 소음이 증가되는 것이다.

따라서, 최근에는 고강도 알루미늄 합금을 재질로 한 밸브 태핏의 제조방법이 공지된 바 있다.

상기 알루미늄 합금 재질의 태핏은 경량화로 인하여 관성모멘트를 줄일 수 있고, 이에 따른 연비개선의 효과가 좋은 것으로 알려져 있다.

상기 알루미늄 합금 재질의 태핏(10)에서는 반복적인 캠(20) 접촉으로 인한 태핏(10) 상부면의 마모를 방지하기 위하여, 태핏(10) 상부면의 캠 접촉부위에 특수강을 재질로 한 심(shim)(14)이 압입방식으로 삽입ㆍ조립되고 있는 바, 첨부한 도 3과 도 4에 잘 도시되고 있다.

상기 도 3에서 도면부호 30과 32는 각각 밸브와 밸브 스프링을 나타낸다.

이하, 상기 알루미늄 합금을 재질로 한 종래의 밸브 태핏 제조방법을 첨부한도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 태핏(10)의 소재가 되는 초기 알루미늄 합금 소재를 가열하여 소성을 크게 한 후, 5 ~ 6단계의 열간단조공정(hot forging process)을 거쳐 태핏 본체(12)를 성형제작한다.

다음으로, 캠 접촉부위인 태핏 본체(12)의 외측 상부면과, 내측의 밸브 접촉부위를 소정 형태로 가공한 후, 상기 외측 상부면에는 압입방식으로 심(14)을 삽입ㆍ조립하고, 내측의 밸브 접촉부위에는 특수강 재질의 칩(chip)(16)을 삽입ㆍ조립하여 밸브 태핏(10)을 완성시키게 된다.

그러나, 상기한 바의 태핏 제조방법은 다단계로 이루어진 복잡한 열간단조공정을 거쳐야 하므로 복잡한 제조설비가 필요하고, 제조비용이 큰 문제점이 있었다.

또한, 종래의 태핏 제조방법에서는 알루미늄 합금 재질의 태핏 본체 외에, 특수강 재질의 심이 그대로 적용되고 있는 바, 그 구조가 복잡하고, 태핏을 압입ㆍ조립하는 공정이 반드시 필요하며, 특수강 심의 장착으로 태핏이 무거워지는 단점이 있었다.

또한, 상기 특수강 심은 알루미늄 합금 재질의 태핏 본체와 접합이 안정되게 이루어지지 않아 엔진의 성능이 저하되거나, 연비가 나빠지는 문제점도 발생시킨다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,낱개의 태핏 본체를 성형하기 위하여 다단계로 실시되는 복잡한 단조공정을 대체할 수 있고, 캠 접촉부위에 압입되는 심의 삭제가 가능한 엔진용 밸브 태핏 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브 태핏 제조방법을 나타내는 공정순서도,

도 2는 종래의 밸브 태핏 제조방법을 나타내는 공정순서도,

도 3은 일반적인 오버헤드캠축식의 밸브 트레인을 나타내는 분해사시도,

도 4는 일반적인 오버헤드캠축식의 밸브 트레인을 나타내는 조립단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

3 : 봉형 알루미늄 합금 빌렛4 : 디스크

5 : 압출된 튜브6 : 절단된 튜브

10 : 태핏12 : 태핏 본체

14 : 심16 : 칩

20 : 캠30 : 밸브

32 : 밸브 스프링

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 알루미늄 합금 소재를 압출가공하여, 소정의 직경을 갖는 봉형의 알루미늄 합금 빌렛(3)과, 소정의 내경을 갖는 튜브(5)로 성형제작하는 단계(S1)와; 상기 알루미늄 합금 빌렛(3)을 소정 두께의 디스크(4) 형상으로 절단하고, 상기 튜브(5)를 소정 길이로 절단하는 단계(S2)와; 절단된 튜브(6) 일측 개구부(6a)에 상기 디스크(4)를 용접하여 이 일측 개구부(6a)가 상기 디스크(4)로 닫힌 형상의 태핏 본체(12)를 제작하는 단계와(S3); 상기 태핏 본체(12) 내측으로 밸브 접촉부위인 상기 디스크(4) 내면을 가공하여 소정의 직경을 갖는 칩(16)을 압입ㆍ조립하는 단계(S4)와; 상기 태핏 본체(12) 외측으로 캠 접촉부위인 상기 디스크(4) 외면을 내마모 코팅 처리하여 밸브 태핏(10)을 완성하는 단계(S5);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 밸브 태핏 제조방법을 개략적으로 도시한 공정순서도로서, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명은, 낱개의 태핏 본체를 성형하기위하여 다단계로 실시되는 복잡한 단조공정을 배제하고, 압출 및 절단가공, 용접공정, 내마모 코팅공정을 거쳐 고강도 알루미늄 합금 재질의 태핏을 완성하게 되는 엔진용 밸브 태핏 제조방법에 관한 것이다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 먼저 알루미늄 합금 소재를 각각 압출가공하여, 소정의 직경을 갖는 봉형의 알루미늄 합금 빌렛(3)과, 소정의 내경을 갖는 튜브(5)를 성형제작한다(S1).

여기서, 상기 튜브(5)는 태핏 본체(12)의 측벽을 이루게 되는 것으로서, 그 내경이 태핏 본체(12)의 내경과 일치되어야 함은 당연하다.

이후, 상기 알루미늄 합금 빌렛(3)을 소정 두께의 디스크(4) 형상으로 절단하고, 상기 튜브(5)를 소정 길이로 절단하게 된다(S2).

여기서, 절단된 디스크(4)의 두께와 튜브(6)의 길이는 각각 가공여유를 포함한 태핏(10) 상부면의 두께와 태핏 본체(12)의 길이가 되며, 상기 디스크(4)는 그 일면이 캠과의 접촉부가 되는 태핏(10) 상부면이 되고, 그 이면이 밸브 접촉부위로서 특수강 재질의 칩(16)이 압입되는 태핏(10) 내면이 된다.

따라서, 상기 디스크(4)의 직경, 즉 알루미늄 합금 빌렛(3)의 직경은 태핏의 직경에 따라 결정되어야 함은 당연하다.

다음으로, 소정 두께로 절단된 상기 디스크(4)를 소정 길이로 절단된 상기 튜브(6) 일측 개구부(6a)에 용접하여 부착한다.

여기서, 압접하여 용접된 상기 디스크(4)는 상기 튜브(6) 일측 개구부를 막고 있는 구조가 되며, 이로써 태핏 본체(12)가 완성되는 것이다(S3).

다음으로, 상기 태핏 본체(12) 내측으로 밸브 접촉부위에 해당하는 디스크 내면에 칩 삽입홈을 가공하고, 이에 특수강을 재질로 하여 소정 직경으로 제작된 칩(16)을 압입ㆍ조립한다(S4).

이후, 종래의 밸브 태핏에서 심이 장착되던 캠 접촉부위, 즉 디스크(4) 외면에는 경도를 보다 크게 하기 위하여 캠 접촉에 견딜 수 있는 내마모 코팅 처리를 함으로써, 밸브 태핏(10)이 완성된다(S5).

이와 같이 하여, 본 발명의 제조방법에서는 밸브 태핏 상부면을 내마모 코팅 처리함으로써, 반복적인 캠 접촉으로 인한 밸브 태핏 상부면의 마모를 방지하고, 결국, 태핏의 캠 접촉부위에 장착되던 특수강 재질의 심이 삭제될 수 있는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진용 밸브 태핏 제조방법에 의하면, 낱개의 태핏 본체를 성형하기 위해 다단계의 복잡한 단조공정을 거치는 종래의 태핏 제조방법에 대비하여, 압출 및 절단가공, 용접공정을 거치는 일 공정을 통해 상대적으로 많은 양의 태핏 본체를 성형할 수 있게 되므로 제조비용의 절감이 가능하다.

또한, 태핏 본체의 캠 접촉부위에 내마모 코팅 처리를 하여 표면 경도를 높임으로써, 특수강 재질의 심이 삭제될 수 있고, 결국, 태핏의 경량화가 가능하며, 심 장착을 위한 별도의 삽입홈 가공 및 압입공정 등이 삭제될 수 있어 공정의 단순화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 알루미늄 합금 소재를 압출가공하여, 소정의 직경을 갖는 봉형의 알루미늄 합금 빌렛(3)과, 소정의 내경을 갖는 튜브(5)로 성형제작하는 단계(S1)와;

   상기 알루미늄 합금 빌렛(3)을 소정 두께의 디스크(4) 형상으로 절단하고, 상기 튜브(5)를 소정 길이로 절단하는 단계(S2)와;

   절단된 튜브(6) 일측 개구부(6a)에 상기 디스크(4)를 용접하여 이 일측 개구부(6a)가 상기 디스크(4)로 닫힌 형상의 태핏 본체(12)를 제작하는 단계와(S3);

   상기 태핏 본체(12) 내측으로 밸브 접촉부위인 상기 디스크(4) 내면을 가공하여 소정의 직경을 갖는 칩(16)을 압입ㆍ조립하는 단계(S4)와;

   상기 태핏 본체(12) 외측으로 캠 접촉부위인 상기 디스크(4) 외면을 내마모 코팅 처리하여 밸브 태핏(10)을 완성하는 단계(S5);

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진용 벨브 태핏 제조방법.