KR100759214B1 - 열간 프레스 성형용 금형의 스케일 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 프레스 성형 장치의 상, 하부 금형에 발생하는 스케일 제거 장치에 관한 것으로서, 상기 금형의 근처에 설치되는 로봇과, 상기 로봇에 의해 상기 상, 하부 금형내로 전후 유동 가능하도록 설치되는 지지바와, 상기 지지바의 단부에 설치되어 상기 로봇 근처에 설치되는 흡입부에 의해 상, 하부 금형 표면에 잔존하는 스케일을 진공 흡입하기 위한 흡입 장치를 포함하되, 상기 흡입 장치는 상기 흡입부와 연결되어 외부 공기를 흡입하기 위한 흡입부를 포함하는 일정 길이의 가이드와 상기 가이드가 관통되는 방식으로 설치하되, 상기 흡입구와 연통되는 흡입구를 포함하는 다수의 중공형 내부링과, 상기 내부링과 가이드가 관통되는 방식으로 설치하되, 상기 내부링과 상응하는 갯수로 설치되는 소정의 흡입구를 갖는 다수의 외부링을 포함하되, 상기 외부링은 상기 내부링의 주연부를 따라 직경 방향으로 유동가능하도록 설치되어, 복잡한 형상의 금형 표면에 발생한 스케일도 항상 효율적이고 자동으로 제거할 수 있기 때문에 생산성이 향상되며, 고품질의 소재를 생산할 수 있는 효과가 있다.

열간 프레스 성형, 스케일, 흡입 장치, 외부링, 내부링, 가이드

Description

열간 프레스 성형용 금형의 스케일 제거 장치{DEVICE FOR REMOVING SCALE IN HOT PRESS FORMING DIE}

도 1a 및 도 1b는 열간 프레스 성형용 크롬함유강판의 열간 프레스 성형후 금형 표면 및 제품에 잔류하는 스케일의 모습을 보여주는 사진;

도 2는 일반적인 열간 프레스 성형 장치를 도시한 개략도;

도 3은 본 발명에 따른 금형의 스케일 제거 장치를 도시한 도면;

도 4는 본 발명에 따른 스케일 제거 장치의 흡입 장치를 도시한 분리 사시도 및 결합된 상태를 도시한 요부 사시도; 및

도 5는 본 발명에 따른 스케일 제거를 위한 금형 상부에서의 흡입 장치의 동작을 도시한 도면.

본 발명은 자동차 부품 성형에 사용되는 열간 프레스 성형 공정에서 고온 상태로 가열된 소재의 이송 및 금형내 냉각 시 금형 표면에 발생하는 스케일 생성을 억제하는 방법에 관한 것으로서 금형의 손상을 방지하면서 복잡한 구조의 금형 상부에 생성되는 스케일을 효과적으로 제거하기 위한 열간 프레스 성형용 금형의 스케일 제거 장치에 관한 것이다.

근래 들어, 각 자동차 제조사들은 자동차에 부품을 적용함에 있어서 환경친화적인 연비절감 및 경량화를 위한 사회적 요구에 대응하기 위하여 고강도 소재의 이용을 늘려가고 있다. 하지만 고강도 소재의 성형은 스프링백 및 치수동결성 등의 문제점을 안고 있으며 이러한 성형의 난해성으로 인하여 그 사용이 제한적일 수 밖에 없는 현실이다.

상기의 성형상 문제점은 성형성이 좋은 고온에서 성형하며 성형과 동시에 금형 내에서 소재를 급랭하여 고강도 부품을 얻는 방식으로 해결 할 수 있으며 이러한 것을 열간 프레스 성형 공정이라고 한다. 고온의 소재는 이송이나 금형내 냉각 중 산소와 접촉하면 필연적으로 스케일이 발생하게 되는데 이렇게 발생된 스케일이 금형에 잔류하게 되면 성형 중 고온의 소재의 표면에 흠집을 만들어 최종 부품의 표면 품질에 문제를 야기하는 문제점이 있으며, 제품에 잔류하는 스케일은 성형 후 숏블라스트 같은 디스케일 공정을 요구한다.

따라서 스케일 발생을 억제할 수 있는 열간프레스성형용 표면처리강판인 Al 도금재(US6296805, PCT/JP02/05978)나 Zn 도금재(KR2000-0071931, PCT/JP02/10972, US6564604) 등이 크롬함유강판 외에 사용되고 있기도 하다. 그러나 표면처리강판은 기존 크롬함유강판에 비하여 가격이 비싸거나 용접성 등의 문제가 있을 수 있다. 따라서, 가격적인 면에서 장점이 있는 크롬함유강판를 사용하기 위해서는 열간프레스성형 공정에서 스케일 발생을 억제하는 것이 중요하다. 스케일 발생을 억제하기 위하여 가열 중에는 가열로 내 분위기를 불활성 혹은 환원성 분위기 등을 적용하여 스케일 발생을 막는 방법이 많이 사용되고 있지만 이송 및 냉각 과정에서 산소와 접촉하여 발생하는 스케일 문제는 해결하기 쉽지 않다. 한편 열간 슬라브의 표면 스케일 발생을 억제하기 위하여 산화방지제를 적용하는 경우가 있다.

한편, 소재에 발생하는 스케일은 숏 블라스트나 산화방지제등을 도포하여 디스케일 공정을 거치나 금형 상부에 잔존하는 스케일은 별도로 제거하여야 한다.

도 1a 및 도 1b는 열간프레스성형용 크롬함유강판를 사용하여 열간프레스성형 후 금형 표면(도 1a) 및 제품 표면(도 1b)에 잔류하는 스케일을 보여주는 그림이다. 도 1a와 같이 금형 표면에 스케일이 잔류하면 다음 번 성형시 고온 블랭크 소재에 흠집을 생성시켜 부품 표면 품질 저하를 가져오게 되어 크롬함유강판 사용시, 매 성형 마다 금형 표면의 스케일을 제거해 주어야 하는 문제점이 있다.

도 2는 일반적인 열간프레스성형 공정에 대한 개략도이다. 먼저 인입장치(10)가 냉간의 소재를 가열로(20)에 인입하고 가열로(20)에서 소재가 900도 이상으로 가열되고 이 가열된 소재를 이송 장치 혹은 로봇(30)이 상, 하부 금형(1) 사이로 이송하면 프레스(40)가 작동하여 성형을 실시한다. 성형 후 가압을 유지하여 금형(1) 내에서 소재가 빠른 속도로 냉각되어 고강도의 부품을 얻을 수 있도록 한다. 냉각이 완료된 후 치출 장치 혹은 로봇(50)이 성형된 부품을 금형(1)에서 제거함으로써 일반적인 열간 프레스 성형의 한 사이클은 완료하게 된다.

상기 공정 후에 금형내에 발생된 스케일을 제거하기 위하여, 미도시 되었으 나 별도의 진공 치구를 사용하여 스케일을 흡입하는 방식으로 디스케일 공정을 수행하고 있다.

그러나 상술한 바와 같은 진공 치구를 사용하게 되면 비교적 간단한 금형의 형상에 대해서는 스케일이 제거되나, 복잡한 형상의 금형의 경우에는 복잡한 요철 부분 등에는 스케일이 그대로 잔존하게 되어, 다음번 성형시 고품질의 소재를 생산하기 어렵고 이는 생산성 저하를 유발시키는 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 열간 프레스 공정 중 발생되는 금형 표면의 스케일을 원활하게 제거하기 위하여 구성되는 열간 프레스 성형용 금형의 스케일 제거 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 비교적 복잡한 금형의 형상에도 불구하고 그 상부면에 발생되는 스케일을 효과적으로 제거할 수 있도록 구성되는 열간 프레스 성형용 금형의 스케일 제거 장치를 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 열간 프레스 성형 장치의 상, 하부 금형에 발생하는 스케일 제거 장치에 있어서, 상기 금형의 근처에 설치되는 로봇과, 상기 로봇에 의해 상기 상, 하부 금형내로 전후 유동 가능하도록 설치되는 지지바와, 상기 지지바의 단부에 설치되어 상기 로봇 근 처에 설치되는 흡입부에 의해 상, 하부 금형 표면에 잔존하는 스케일을 진공 흡입하기 위한 흡입 장치를 포함함을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 흡입 장치는 상기 흡입부와 연결되어 외부 공기를 흡입하기 위한 흡입부를 포함하는 일정 길이의 가이드와 상기 가이드가 관통되는 방식으로 설치하되, 상기 흡입구와 연통되는 흡입구를 포함하는 다수의 중공형 내부링과, 상기 내부링과 가이드가 관통되는 방식으로 설치하되, 상기 내부링과 상응하는 갯수로 설치되는 소정의 흡입구를 갖는 다수의 외부링을 포함하되, 상기 외부링은 상기 내부링의 주연부를 따라 직경 방향으로 유동가능하도록 설치됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 금형의 스케일 제거 장치를 도시한 도면으로써, 스케일 제거 장치(1)는 소정의 로봇(2)에 의해 전후로 동작되는 지지바(3)가 설치되며, 상기 지지바(3)의 단부에는 본 발명에 따른 흡입 장치(10)가 설치됨으로써 로봇(2) 근처에 설치되는 흡입부(4)에 의해 금형(6, 7) 상부의 스케일을 흡입하도록 한다. 더욱 상세하게는, 상기 지지바(3)의 단부는 'U'자형 지지체로 형성되어, 각각의 흡입 장치(10)가 상기 지지바(3)의 U자형 단부에 각각 설치되어 각각 상, 하부 지지체(5, 8)에 고정된 상, 하부 금형(6, 7)의 표면에 접촉하도록 할 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 스케일 제거 장치의 흡입 장치(10)를 도시한 분리 사 시도 및 결합된 상태를 도시한 요부 사시도이다.

도 4에 있어서, (a)는 흡입 장치(10)의 분리 사시도이며, (b)는 흡입 장치(10)가 조립되어 지지바(3)에 고정된 상태를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 흡입 장치(10)는 일정 길이의 가이드(20)와, 상기 가이드(20)가 관통되는 방식으로 고정되는 적어도 하나의 내부링(30)과, 상기 내부링(30)이 관통되는 방식으로 설치되는 외부링(40)을 포함한다.

상기 가이드(20)는 도시된 바와 같이 단면이 원형으로 형성되었으나, 여타 다른 형상으로 형성되어도 무방하다. 상기 가이드(20)는 상술한 제거 장치(1)의 흡입부(4)와 연결되어 외부의 공기를 흡입하기 위한 흡입구(21)가 형성된다. 더욱 상세하게는 상기 흡입구(21)는 상기 가이드의 길이 방향으로 연속 형성되는 관통 슬릿이 될 수 있을 것이다.

상기 내부링(30)은 중공형으로 형성하여 상기 가이드(20)가 관통되도록 할 수 있으며, 상기 내부링(30)의 적소에 흡입구(31)가 형성되어 상기 가이드(20)에 형성된 흡입구(21)와 연통되도록 한다. 상기 내부링(30)의 외주면에는 소정의 돌출핀(32)이 형성되는데 본 발명에서는 각각 등간격으로 4개소가 형성되었다. 그러나 이에 국한되지 않으며, 필요에 따라 2, 3개소 또는 4개소 이상 형성하도록 무방하다. 상기 돌출핀(32)은 중공형으로 형성되어 후술된 외부링(40)에 고정 관통되는 고정핀(43)이 삽입되는 삽입 공간으로서 사용될 수 있을 것이다.

상기 외부링(40) 역시 상기 내부링(30)의 외주면을 감싸도록 설치되며, 상기 내부링(30)의 흡입구(31)와 연통되는 흡입구(41)가 형성될 것이다. 상기 외부링 (40)의 내주면은 상기 내부링의 외주면과 항상 일정 간격을 유지하도록 설치되는데, 이는 상기 외부링(40)을 직경 방향으로 관통하여 고정되는 다수의 고정핀(43)이 상기 중공형 돌출핀(32)에 삽입되고, 상기 돌출핀(32)과 고정핀(43)이 관통되는 방식으로 각각 스프링(33)에 의해 지지받기 때문이다. 즉, 상기 스프링(33)의 일단은 상기 내부링(30)의 외주면을 가압하고, 타단은 상기 외부링(40)의 내주면을 가압하기 때문이다. 따라서, 상기 외부링(40)은 상기 스프링(33)의 지지를 받으면서 항상 내부링(30)의 외주면과 일정 간격을 유지할 수 있는 것이다. 더욱 상세하게도, 상기 외부링(40)은 외부의 가압력에 의해 상기 내부링(30)의 외주면과의 간격이 일정하지 않도록 변형될 수 있을 것이다.

상기 내부링(30)과 외부링(40)은 인접하게 또는/및 일정 간격을 두고 상기 가이드(20)가 관통되는 방식으로 다수개가 설치되어 하나의 흡입 장치(10)를 구성한다. 따라서, 상기 U자형 지지바(3))의 상, 하 단부에 각각 흡입 장치(30)가 설치될 경우 상부 흡입 장치(10)는 상부 금형(6)의 표면에 접촉할 것이고, 하부 흡입 장치(10)는 하부 금형(7)의 표면에 접촉하게 될 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 스케일 제거를 위한 금형 상부에서의 흡입 장치의 동작을 도시한 도면으로써, 다수의 요철이 존재하는 금형(7)의 표면에 스케일을 제거하고자 할 경우, 로봇(2)을 구동시켜, 상기 지지바(3)를 상, 하부 금형의 표면으로 상기 흡입 장치(10)를 접촉시킨다. 이때, 상기 금형 표면(7)에는 외부링(40)의 외주면이 직접 접촉하게 된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 금형(7)의 표면이 일정할 경우 도 5의 왼쪽에 도시한 바와 같이, 상기 내부링(30)과 외부링(40)은 항상 일정한 간격을 유지하게 되나, 오른쪽에 도시한 바와 같이, 금형(7)의 돌출된 부분에서는 상기 내부링(30)의 외주면과 외부링(40)의 내주면의 간격이 서로 다르게 가압되어, 결과적으로 금형(7)의 요철 형상, 요철 정도에 따라 외부링(40)의 항상 일정한 접촉력으로 금형 표면과 긴밀히 접촉하게 되고, 상기 외부링(40)의 흡입구를 통하여 상기 금형 표면의 스케일이 효과적으로 흡입 제거될 수 있는 것이다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구항 들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 스케일 제거 장치는 복잡한 형상의 금형 표면에 발생한 스케일도 항상 효율적이고 자동으로 제거할 수 있기 때문에 생산성이 향상되며, 고품질의 소재를 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 열간 프레스 성형 장치의 상, 하부 금형에 발생하는 스케일 제거 장치에 있어서,

   상기 금형의 근처에 설치되는 로봇;

   상기 로봇에 의해 상기 상, 하부 금형내로 전후 유동 가능하도록 설치되는 지지바;

   상기 지지바의 단부에 설치되어 상기 로봇 근처에 설치되는 흡입부에 의해 상, 하부 금형 표면에 잔존하는 스케일을 진공 흡입하기 위한 흡입 장치를 포함함을 특징으로 하는 열간 프레스 성형용 금형의 스케일 제거 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 지지바의 단부는 'U'자형 형상으로 성형되고, 상기 흡입 장치를 상기 U자형 지지바의 단부에 각각 설치되어 상, 하부 금형의 상부면과 접촉하면서 흡입 기능을 수행함을 특징으로 하는 열간 프레스 성형용 금형의 스케일 제거 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 흡입 장치는,

   상기 흡입부와 연결되어 외부 공기를 흡입하기 위한 흡입부를 포함하는 일정 길이의 가이드;

   상기 가이드가 관통되는 방식으로 설치하되, 상기 흡입구와 연통되는 흡입구를 포함하는 다수의 중공형 내부링;

   상기 내부링과 가이드가 관통되는 방식으로 설치하되, 상기 내부링과 상응하는 갯수로 설치되는 소정의 흡입구를 갖는 다수의 외부링을 포함하되, 상기 외부링은 상기 내부링의 주연부를 따라 직경 방향으로 유동가능하도록 설치됨을 특징으로 하는 열간 프레스 성형용 금형의 스케일 제거 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 가이드에 형성된 흡입구는 상기 가이드의 길이 방향으로 형성되는 관통 슬릿임을 특징으로 하는 열간 프레스 성형용 금형의 스케일 제거 장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 내부링의 외주면에는 적어도 두 개의 돌출된 중공형 돌출핀이 형성되어 상기 외부링에 관통되도록 고정되는 고정핀이 상기 돌출핀의 중공 부분에 삽입되는 방식으로 고정되되, 상기 고정핀과 돌출핀이 삽입되는 방식으로 스프링이 각각 개재되도록 함을 특징으로 하는 열간 프레스 성형용 금형의 스케일 제거 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 스프링의 일단은 상기 내부링의 외주면을 가압하며, 타단은 상기 외부링의 내주면을 가압하도록 설치함을 특징으로 하는 열간 프레스 성형용 금형의 스케일 제거 장치.

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