KR101125996B1 - 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열로의 컨베이어 벨트상에 적재된 소재를 프레스 하드닝용 성형 장치내로 이송하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 성형 장치의 상, 하부 플레이트상에 양단이 지지되도록 설치되는 샤프트와, 상기 샤프트상에 승강하도록 설치되는 제1구동박스와, 상기 제1구동 박스에 설치하되, 상기 제1구동박스에 의해 상기 가열로에서 상기 성형 장치까지 전, 후 직선 운동을 하도록 설치되는 일정 간격으로 이격된 일정 길이의 한 쌍의 지지바와, 상기 각 지지바의 하측에 설치되어 소재를 그립핑하는 적어도 하나의 소재 취부 장치 및 상기 지지바와 소재 취부 장치 사이에 개재되어 상기 소재 취부 장치를 구동시킴과 동시에 상기 지지바상에서 유동시키도록 설치되는 제2구동 박스를 포함하여, 체계적이고 적절한 동작으로 가열로내에서 성형 장치까지 비교적 빠른 시간내에 소재를 취부하여 이송하기 때문에 이송 중 냉각 작용에 따른 소재면상의 기공등의 결함이 발생하지 않으며, 결과적으로 제품이 수율이 증가하고, 신뢰성이 확보 된다.

프레스 하드닝, 소재 이송 장치, 소재 취부 장치, 그립퍼, 캠

Description

프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치{APPARATUS FOR LOADING BLANKS IN PRESS HAREDNING PROCESS}

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 가열로와 성형 장치간의 이송 장치의 구성 및 동작을 도시한 측면도;

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 가열로에서 이송된 소재를 성형 장치내에 위치시키는 구성 및 동작을 도시한 평면도;

도 3은 본 발명에 따라 다양한 소재가 이송 장치에 적용되는 상태를 도시한 도면;

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 소재 취부 장치의 구성 및 동작을 도시한 도면; 및

도 5는 본 발명에 따른 소재 이송 장치의 각 단계별에 따른 이송 속도를 나타낸 그래프.

본 발명은 자동차부품을 제조하기 위한 프레스하드닝 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 본 발명은 프레스하드닝 공정에 사용되는 소재 이송장치 및 방법에 관한 것으로, 고온가열과 성형과정의 급랭을 공정상의 특징으로 하는 프레스하드닝 공정에서 가열된 소재를 신속하게 이동할 수 있는 소재 이송장치 및 소재 이송방법에 관한 것이다.

최근들어 각 자동차 제조사들은 환경친화적 요소가 중요시됨에 따라 자동차에 부품을 적용함에 있어서 연비절감 및 경량화를 위한 사회적요구에 대응하기 위하여 고강도 소재의 이용을 늘려가고 있다. 하지만 고강도 소재의 경우 성형에 있어서 스프링백 및 치수동결성 등의 문제점을 안고 있다. 따라서 이러한 성형의 난해성으로 인하여 고강도 소재의 사용이 제한적일 수 밖에 없는 현실이다.

그런데 최근에는 프레스하드닝 기술을 이용하여 Bumper Impact Beam, Door Reinforcement 등의 자동차 부품을 제작하고 있다. 즉, 이러한 고강도 재료의 성형성 문제를 해결하는 방법으로 프레스하드닝 기술을 적용하고 있다. 이것은 고강도 재료를 고온에서 성형하며 성형과 동시에 금형(성형장치)사이에서 소재를 급랭하는 방식을 구성요소로 하는 프레스하드닝 기술에 의해 이러한 고강도재료의 성형성 문제를 해결하고자 하는 것이다. 그런데 이러한 프레스하드닝 기술을 적용하기 위해서는 가열로에서 고온으로 가열된 소재를 성형장치로 이동하는 것이 문제된다. 즉, 고온으로 가열된 소재를 수작업으로 이동하는 것은 불가능하므로 고온의 소재를 금형(성형장치)내의 정해진 위치에 이송하기 위한 장치가 필요하다. 또한, 그러한 이송장치는 소재의 이송을 신속하게 하는 것을 가능하게 하여야 한다. 왜냐하면 가열 된 소재의 이송이 신속하지 못하면 소재가 공기 중에 노출되는 시간이 많게 되고 이에 따라 소재의 표면에 결함이 생길 가능성이 많기 때문이다.

현재 Bumper Impact Beam, Door Reinforcement 등의 자동차 부품을 프레스하드닝 공정을 이용하여 제작하는 경우에 사용되는 이송방식의 경우 종래의 냉간성형에서 사용되는 방식을 그대로 사용하고 있어 문제점이 많으므로 소재이송장치의 개발이 절실한 상황이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 가열로에서 가열된 소재를 성형장치까지 표면 결함없이 빠른 시간내에 이송할 수 있도록 구성되는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 가열로에서 성형 장치까지 적절한 시간내에 이송하여 소재의 변형없이 원활한 성형공정을 수행할 수 있도록 구성되는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가열로와 성형 장치간의 연계된 이송 수단을 제공함으로써 효율적이고 체계적인 소재 이송을 도모할 수 있도록 구성되는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 더욱 더 다른 목적은 가열로와 성형 장치간의 빠른 소재 이송을 통한 결함을 미연에 방지하여 수율을 증가시키고, 제품 신뢰성을 확보할 수 있도록 구성되는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치를 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 가열로의 컨베이어 벨트상에 적재된 소재를 프레스 하드닝용 성형 장치내로 이송하기 위한 장치에 있어서, 상기 성형 장치의 상, 하부 플레이트상에 양단이 지지되도록 설치되는 샤프트와, 상기 샤프트상에 승강하도록 설치되는 제1구동박스와, 상기 제1구동 박스에 설치하되, 상기 제1구동박스에 의해 상기 가열로에서 상기 성형 장치까지 전, 후 직선 운동을 하도록 설치되는 일정 간격으로 이격된 일정 길이의 한 쌍의 지지바와, 상기 각 지지바의 하측에 설치되어 소재를 그립핑하는 적어도 하나의 소재 취부 장치 및 상기 지지바와 소재 취부 장치 사이에 개재되어 상기 소재 취부 장치를 구동시킴과 동시에 상기 지지바상에서 유동시키도록 설치되는 제2구동 박스를 포함함을 특징으로 한다.

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

도 1a 내지 도 2b는 본 발명에 따른 가열로와 성형 장치간의 이송 장치의 구성 및 동작을 도시한 측면도로써, 본 발명에 따른 소재 이송 장치(30)는 소재를 일정 온도로 가열하는 가열로(10)와, 가열된 소재를 일정 형상으로 성형하는 프레스 하드닝용 성형 장치(20)(이하 '성형 장치'라 함) 사이에 설치된다. 그러나 상기 이송 장치(30)는 상기 가열로(10)와 성형 장치(20)와 별도로 설치되는 것은 아니며, 성형 장치에서 가열로까지 연계되도록 설치될 것이다.

상기 가열로(10)에는 공지의 컨베이어 벨트(11)가 설치된다. 상기 컨베이어 벨트(11)의 상부에는 다수매의 소재(50)가 일정 간격으로 이송되면서 적정 온도로 가열될 것이다. 상기 컨베이어 벨트(11)상에는 소재(50)를 벨트면과 일정 간격으로 이격시키기 위한 다수의 지지 돌기(12)가 돌출 설치된다. 바람직하게도, 상기 지지 돌기(12)는 100 ~ 150mm의 간격을 갖도록 설치된다. 더욱 바람직하게도, 상기 지지 돌기(12)는 내열강으로 형성시킬 수 있을 것이다.

상기 성형 장치(20)는 상부 다이(23)를 지지하는 상부 플레이트(21)와, 상기 하부 다이(24)를 지지하는 하부 플레이트(22)를 포함한다. 상기 상부 플레이트(21)는 승강 동작을 수행하여 그 사이에 개제되는 소재(50)를 소망하는 형상의 제품으로 성형하게 된다.

그후, 상기 상부 플레이트(21)와 하부 플레이트(22) 사이에는 일정 길이의 샤프트(31)가 설치된다. 상기 샤프트(31)는 단면이 사각형, 원형등 다양한 형상으로 형성될 수 있을 것이다. 그러나 상기 샤프트(31)는 상기 상, 하부 플레이트(21, 22)가 성형 동작을 수행할 때 간섭받지 않는 구조 및 형상으로 형성될 것이다. 상기 샤프트(31)상에는 소정의 제1구동박스(32)가 설치된다. 상기 제1구동박스(32)는 미도시된 제어 프로그램에 의해 상기 샤프트(31)를 타고 승강 동작을 수행할 수 있도록 설치된다. 상기 제1구동 박스(32)에는 일정 간격으로 이격된 한 쌍의 지지바(33)가 설치된다. 상기 지지바(33)는 상기 가열로(10)의 컨베이어 벨트(11)까지 전, 후 직선 운동을 수행하게 될 것이다. 상기 지지바는 역시 상기 제1구동박스에 의 해 그 동작이 구현될 수 있다. 따라서, 상기 제1구동박스(32)에는 미도시된 적어도 두 개의 구동 모터 및 링크, 기어등의 동력 전달 수단이 설치될 수 있다. 따라서, 상기 하나의 구동 모터는 상기 제1구동 박스(32)를 샤프트(31)상에서 자체 승강운동을 위한 동력원으로 사용할 것이며, 나머지 하나의 구동 모터는 상기 제1구동박스(32)를 관통하는 지지바(33)의 전, 후 직선 운동에 기여할 수 있을 것이다.

그후, 상기 각 지지바(33)상에는 적어도 하나의 소재 취부 장치(34)가 설치된다. 상기 소재 취부 장치(34)가 각 지지바(33)상에서 다수개가 설치될 경우 그 간격은 약 100 ~ 150mm 전후의 간격을 갖도록 설치될 수 있다. 상기 소재 취부 장치(34)와 지지바(33) 사이에는 제2구동박스(35)가 설치된다. 상기 제2구동박스(35)는 소재 취부 장치(34)를 구동시킴과 동시에 소재 취부 장치(34) 자체를 상기 지지바(33)상에서 이동시킬 수 있을 것이다. 바람직하게도 상기 지지바의 길이 방향과 직교하는 방향(도 2b의 ②방향)따라서, 상기 제2구동박스(35) 역시 적어도 두 개의 구동 모터를 사용할 것이며, 역시 링크, 기어등의 공지의 동력 전달 수단이 사용될 수 있다.

상술한 구성을 갖는 이송 장치의 소재 이송 과정은 하기와 같다.

우선, 도 1a에 도시한 바와 같이, 지지바(33)는 제1구동박스(32)의 구동에 의해 소재 취부 장치(34)가 가열로 내부의 소재 상부에 위치 하도록 직선운동을 할 것이다. 소재 취부 장치(34)가 소재(50)를 그립핑한 후, 지지바(33)는 빠른 속도로 성형 장치내로 다시 직선운동을 하여(도 1b의 화살표 방향) 소재를 이송시킬 것이다. 상기 지지바의 이송 거리는 3m내외로 하는 것이 바람직하다. 그후, 도 2a에 도 시한 바와 같이, 제1구동 박스(32)는 성형 장치(20)에 설치된 샤프트(31)를 타고 하부 다이(24)까지 하강한다(도 2a의 화살표 방향). 그후, 소재 취부 장치(34)에 의해 하부 다이(24)위로 소재(50)를 올려 놓은 후, 상기 소재 취부 장치(34)는 제2구동박스(35)에 의해 도 2b의 ②방향으로 후퇴함과 동시에 제1구동박스(32)는 샤프트(31)를 타고 ①방향으로 상승할 것이다. 상술한 일련의 동작들은 서로 간섭되지 않는 한도내에서 시간의 단축을 위하여 동시에 수행될 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명에 따라 다양한 소재가 이송 장치에 적용되는 상태를 도시한 도면으로써, 직사각형 또는 변형된 직사각형 등 다양한 형상의 소재(50, 50')에 대하여 적용 가능한 소재 취부 장치(34)와 지지바(33)를 포함하는 소재 이송 장치(30)를 나타내었다. 예를 들어, 컨베이어 벨트의 폭이 1600~1700mm 일때, 소재는 최대 1500mm × 900mm 에서 최소 500mm × 200mm 범위의 것을 사용할 수 있을 것이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 소재 취부 장치의 구성 및 동작을 도시한 도면으로써, 상기 소재 취부 장치(34)는 상기 제2구동박스(35)의 일측에 설치되며, 내부에 일정 공간을 갖도록 형성하되 외부에 상부 그립퍼(342)가 돌출되는 하우징(341)과, 상기 하우징(341)상에 설치되어 일정 피봇축(344)을 중심으로 회전하여 일단이 상기 상부 그립퍼(342)와 선택적으로 마주보도록 동작하는 하부 그립퍼(343)와, 상기 하부 그립퍼(343)의 타단을 가압하는 탄성수단 및 상기 탄성 수단의 복원력을 이용하여 선택적으로 상기 하부 그립퍼(343)를 상기 상부 그립퍼(342)에 맞물리도록 동작시키는 상기 제2구동박스(35)의 구동 모터에 의해 회전되는 캠 (345)을 포함한다.

상기 탄성 수단으로는 상기 하부 그립퍼(343)의 상부에 설치되어 항상 상기 하부 그립퍼(343)의 타단을 하측으로 가압하는 압축 코일 스프링(348)을 사용할 수 있다. 또한, 상기 캠(345)은 상기 하부 그립퍼(343)를 사이에 두고 상기 압축 코일 스프링(348)과 대향되도록 설치하여, 상기 캠(345)의 회전축(349)과 가장 먼 거리에 있는 부분(346)이 하부 그립퍼(343)의 타단을 가압할 경우 상부 그립퍼(342)와 하부 그립퍼(343)는 최대로 벌어진 상태가 되며, 상기 캠(345)의 회전축(347)과 가장 가까운 거리에 있는 부분(347)이 하부 그립퍼(343)의 타단을 가압할 경우 상부 그립퍼(342)와 하부 그립퍼(343)는 맞물려진 상태가 되도록 구성한다.

도 5는 본 발명에 따른 소재 이송 장치의 각 단계별에 따른 이송 속도를 나타낸 그래프로써, 본 발명에 따른 소재 이송 장치의 동작에 따른 3가지 단계에 대하여 그립부의 시간에 따른 이동속도를 도시한 그림이다. 제1단계는 소재 취부 장치를 포함하는 지지바가 가열로 출구문이 열린 후 가열로 내로 직선 이동을 하여 기 설정된 제어 프로그램에 의해 미리 정해진 위치(소재의 상부)에 안착하는 단계이다. 본 발명의 실시예에서는 여기에 소요되는 시간을 2초로 한다.

제2단계는 정지 상태에서 소재 취부 장치를 구성하는 압축 코일 스프링의 복원력 및 캠의 작동으로 상, 하부 그립퍼를 사용하여 가열된 소재를 취입하는 단계이며, 최대속도는 1000mm/s이며 최대 가속도는 1000mm/s²인 상태로 가속을 하여 3축 동시 이동으로 성형 장치내로 이동한 후 감속하여 성형 장치내의 하부 다이의 상부 까지 취입한 소재를 이송하는 단계이다. 소재를 취입한 후 가속하고 다음으로 하부다이내의 정위치에 취입한 소재를 놓기까지의 시간은 5초 이내로 한다. 제3단계는 그 위치에서 취입한 소재를 놓고 초기 위치로 이동하는 단계이다. 즉, 전체적으로 하나의 소재를 성형 장치내의 하부 다이까지 이송하는데 걸리는 시간이 약 7초로 상당히 빠른 시간내에 소재를 가열로에서 성형 장치내로 이송시킬 수 있는 것이다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 소재 이송 장치는 체계적이고 적절한 동작으로 가열로내에서 성형 장치까지 비교적 빠른 시간내에 소재를 취부하여 이송하기 때문에 이송 중 냉각 작용에 따른 소재면상의 기공등의 결함이 발생하지 않으며, 결과적으로 제품이 수율이 증가하고, 신뢰성이 확보되는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 가열로의 컨베이어 벨트상에 적재된 소재를 프레스 하드닝용 성형 장치내로 이송하기 위한 장치에 있어서,

   상기 성형 장치의 상, 하부 플레이트상에 양단이 지지되도록 설치되는 샤프트;

   상기 샤프트상에 승강하도록 설치되는 제1구동박스;

   상기 제1구동 박스에 설치하되, 상기 제1구동박스에 의해 상기 가열로에서 상기 성형 장치까지 전, 후 직선 운동을 하도록 설치되는 일정 간격으로 이격된 일정 길이의 한 쌍의 지지바;

   상기 각 지지바의 하측에 설치되어 소재를 그립핑하는 적어도 하나의 소재 취부 장치;

   상기 지지바와 소재 취부 장치 사이에 개재되어 상기 소재 취부 장치를 구동시킴과 동시에 상기 지지바상에서 유동시키도록 설치되는 제2구동 박스를 포함함을 특징으로 하는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 샤프트는 상기 성형 장치의 상, 하부 플레이트 사이에 설치하되, 성형 동작을 위한 상기 상부 플레이트의 승강에 제한하지 않도록 설치함을 특징으로 하 는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제1구동박스는 자체 구동 및 지지바를 구동시키기 위하여 적어도 두 개의 구동 모터를 포함함을 특징으로 하는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제2구동박스는 소재 취부 장치를 구동시킴과 동시에 지지바상에서 지지바의 길이 방향과 직교하는 방향으로 구동이 가능하도록 적어도 두 개의 구동 모터를 포함함을 특징으로 하는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 가열로내의 컨베이어 벨트상에는 벨트면과 소재의 하측면을 일정 간격으로 이격시켜 소재 취부 장치에 의한 소재의 용이한 취부를 위하여 일정 간격으로 돌출된 다수의 지지 돌기가 형성됨을 특징으로 하는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 지지 돌기는 내열강을 사용함을 특징으로 하는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 소재 취부 장치는 지지바상에서 100 ~ 150mm의 간격을 두고 설치됨을 특징으로 하는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 소재 취부 장치는,

   상기 제2구동박스의 일측에 설치되며, 내부에 일정 공간을 갖도록 형성하되 외부에 상부 그립퍼가 돌출되는 하우징;

   상기 하우징상에 설치되어 일정 피봇축을 중심으로 회전하여 일단이 상기 상부 그립퍼와 선택적으로 마주보도록 동작하는 하부 그립퍼;

   상기 하부 그립퍼의 타단을 가압하는 탄성수단;

   상기 탄성 수단의 복원력을 이용하여 선택적으로 상기 하부 그립퍼를 상기 상부 그립퍼에 맞물리도록 동작시키는 상기 제2구동박스의 구동 모터에 의해 회전되는 캠을 포함함을 특징으로 하는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 탄성 수단으로는 상기 하부 그립퍼의 상부에 설치되어 항상 상기 하부 그립퍼의 타단을 하측으로 가압하는 압축 코일 스프링임을 특징으로 하는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 캠은 상기 하부 그립퍼를 사이에 두고 상기 압축 코일 스프링과 대향되도록 설치함을 특징으로 하는 프레스 하드닝 공정을 위한 소재 이송 장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 캠의 회전축과 가장 먼 거리에 있는 부분이 하부 그립퍼의 타단을 가압할 경우 상부 그립퍼와 하부 그립퍼는 최대로 벌어진 상태가 되며, 상기 캠의 회전축과 가장 가까운 거리에 있는 부분이 하부 그립퍼의 타단을 가압할 경우 상부 그립퍼와 하부 그립퍼는 맞물려진 상태가 되도록 구성함을 특징으로 하는 프레스 하 드닝 공정을 위한 소재 이송 장치.

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