KR101230882B1 - 프레스 경화 공정용 가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레스 경화 공정에서 사용되는 가열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프레스 경화 공정에서 프레스 경화용 강판을 900℃ 이상으로 가열하는 가열로의 구조를 원형(물레방아형)으로 구성하여, 기존의 직선형 가열로의 길이를 줄임과 함께 열손실 및 연료소모량을 감소시킬 수 있도록 한 프레스 경화 공정용 가열 장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 블랭크 강판을 전진시키는 공급측 컨베이어와; 가열 처리된 강판을 프레스로 이송시키는 배출측 컨베이어와; 상기 공급측 및 배출측 컨베이어 사이에 배치되며, 상기 공급측 컨베이어의 출구측으로부터 강판을 받아들이기 위한 인입구와 상기 배출측 컨베이어로 강판이 배출되기 위한 배출구가 형성된 원통형 가열로와; 상기 원통형 가열로의 중심부를 지나는 회전축 및 이 회전축 끝단에 연결되는 구동수단과; 상기 회전축의 외경면에 방사상 배열을 이루며 일체로 부착되는 복수개의 회전날개판과; 상기 각 회전날개판의 사이면에 배치되면서 그 내측단이 상기 회전축의 외경면에 고정 장착되는 지그와; 상기 지그의 개방면을 덮어줄 수 있도록 그 내측단이 상기 회전축의 외경면에 힌지로 장착되는 보호판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프레스 경화 공정용 가열 장치를 제공한다.

프레스 경화 공정용 가열 장치, 원통형 가열로, 회전날개판, 지그, 받침판, 강재

Description

프레스 경화 공정용 가열 장치{The Water-Mill-type furnace for Hot-stamping}

도 1은 본 발명에 따른 프레스 경화 공정용 가열 장치의 제1실시예를 나타내는 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 프레스 경화 공정용 가열 장치의 제2실시예를 나타내는 개략도,

도 3 및 도 4는 종래의 프레스 경화 공정용 가열로를 설명하는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 원통형 가열로 14 : 공급측 컨베이어

16 : 배출측 컨베이어 18 : 강판

20 : 인입구 22 : 배출구

24 : 회전축 26 : 회전날개판

28 : 지그 30 : 보호판

32 : 유압 또는 공압실린더 34a,34b : 안내판

36 : 로봇 38 : 프레스

40 : 받침판 42 : 경사판

본 발명은 프레스 경화 공정에서 사용되는 가열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프레스 경화 공정에서 프레스 경화용 강판을 900℃ 이상으로 가열하는 가열로의 구조를 원형(물레방아형)으로 구성하여, 기존의 직선형 가열로의 길이를 줄임과 함께 열손실 및 연료소모량을 감소시킬 수 있도록 한 프레스 경화 공정용 가열 장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 프레스 경화 부품의 제조 공법은 B, Mo, Cr 등을 첨가하여 경화능을 향상시킨 강재를 Ac3 변태점 이상인 900℃ 정도의 고온으로 가열하여 완전 오스테나이트화시킨 다음, 이 강판을 프레스 금형에서 한 번에 제품 형상으로 열간성형하면서 급속 냉각을 통해 마르텐사이트화시켜 고강도 제품을 제조하는 공법이다.

일반적으로 강판은 고온으로 가열되면 연성이 좋아지기 때문에 성형이 매우 쉬워지고, 그에 따라 프레스 경화 공정을 통하여 제조되는 강판은 일반 가공용 강판의 가공성보다 다소 우수할 뿐만 아니라 고강도강보다도 훨씬 우수하다.

또한, 프레스 경화 공정을 통해 제조된 강판은 그 강도(1,400MPa 이상)가 아주 높기 때문에 항복강도를 밀도로 나눈 비강도면에서 아주 우수하여 자동차의 경량화에 크게 기여할 수 있으며, 또한 가공후 형상변형(Spring-back)이 거의 없어서 성형이 어려운 초고강도 요구 부품에 적용되고 있다.

상기 프레스 경화 공정에서 강판을 완전 오스테나이트로 변태시키기 위해서 대략 900℃ 이상으로 수분 이상을 가열하는 조건이 필요하며, 공정의 효율을 위해 자동화가 이루어져야 한다.

종래의 프레스 경화 공정을 위한 가열로는 수분 이상 가열하면서 공정의 자동화를 위해 첨부한 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이 롤러 컨베이어를 포함한 직선형 가열로(200)로 구성되어 있다.

그러나, 종래의 직선형 가열로는 완전 오스테나이트 변태를 이루기 위하여 일정온도와 일정시간을 유지하고자 수십 미터의 직선형 장비로 구성되어 있기 때문에, 희망 온도로 가열하기 위한 효율이 낮고, 설비 면적의 확보를 위해 대면적의 공장 부지를 필요로 하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 감안하여 안출한 것으로서, 프레스 경화 공정을 위한 가열로를 원형(물레방아형)으로 구성하여, 기존의 직선형 가열로에 비하여 그 설비 길이 및 면적을 크게 줄임으로써, 공장의 가용면적을 늘리는 수 있고, 강판에 대한 성능에 꼭 맞는 가열온도를 만들어 내는 동시에 이를 유지할 수 있으며, 보다 효율적인 열전달을 제공할 수 있도록 한 프레스 경화 공정용 가열 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일구현예는: 블랭크 강판을 전진시키는 공급측 컨베이어와; 가열 처리된 강판을 프레스로 이송시키는 배출측 컨베이어와; 상기 공급측 및 배출측 컨베이어 사이에 배치되며, 상기 공급측 컨베이어의 출구측으로부터 강판을 받아들이기 위한 인입구와 상기 배출측 컨베이어로 강판이 배출되기 위한 배출구가 형성된 원통형 가열로와; 상기 원통형 가열로의 중심부를 지나는 회전축 및 이 회전축 끝단에 연결되는 구동수단과; 상기 회전축의 외경면에 방사상 배열을 이루며 일체로 부착되는 복수개의 회전날개판과; 상기 각 회전날개판의 사이면에 배치되면서 그 내측단이 상기 회전축의 외경면에 고정 장착되는 다공 구조의 지그와; 상기 지그의 개방면을 덮어줄 수 있도록 그 내측단이 상기 회전축의 외경면에 힌지로 장착되는 보호판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프레스 경화 공정용 가열 장치를 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 공급측 컨베이어의 바로 위쪽에는 상기 강판을 지그의 내부로 밀어줄 수 있는 유입 또는 공압실린더가 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 원통형 가열로의 배출구 내경쪽에는 강판의 낙하 배출 방향을 안내할 수 있는 안내판이 더 부착된 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 블랭크 강판을 전진시키는 공급측 컨베이어와; 가열 처리된 강판을 프레스로 이송시키는 배출측 컨베이어와; 상기 공급측 및 배출측 컨베이어 사이에 배치되며, 상기 공급측 컨베이어의 출구측으로부터 강판을 받아들이기 위한 인입구와 상기 배출측 컨베이어로 강 판이 배출되기 위한 배출구가 형성된 원통형 가열로와; 상기 원통형 가열로의 중심부를 지나는 회전축 및 이 회전축 끝단에 연결되는 구동수단과; 상기 회전축의 외경면에 방사상 배열을 이루며 일체로 부착되는 복수개의 회전날개판과; 상기 각 회전날개판의 자유단쪽에 힌지로 매달리며 장착되는 받침판과; 상기 원통형 가열로의 바닥면에 장착되어 가장 아래쪽에 위치하는 받침판의 저면 일측단을 쳐주어 강판이 상기 배출구로 배출되게 하는 경사판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프레스 경화 공정용 가열 장치를 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 원통형 가열로의 인입구 내경면에는 강판이 받침판에 안착되게 하는 안내판이 더 부착된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 프레스 경화 공정용 가열 장치의 제1실시예를 나타내는 개략도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 가열 장치는 원통형 가열로(10) 구조이며, 블랭크 강판(18)을 전진시키는 공급측 컨베이어(14)와 가열 처리된 강판(12)을 프레스(38)로 이송시키는 배출측 컨베이어(16) 사이에 배치된다.

상기 원통형 가열로(10)는 일측 바닥쪽에 인입구(20)가 형성되고, 타측 바닥쪽에 배출구(22)가 형성된 원통형 구조로서, 기존의 직선 가열로에 비하여 그 길이가 현격히 단축되어 설비 면적을 줄일 수 있게 된다.

상기 원통형 가열로(10)의 중심부에는 회전축(24)이 가로질러 설치되고, 이 회전축(24) 끝단에는 모터와 같은 구동수단(미도시됨)이 연결 장착된다.

이때, 상기 회전축(24)의 외경면에는 방사상 배열을 이루며 복수개의 회전날개판(26)이 일체로 부착되며, 이 회전날개판(26)은 상기 구동수단의 구동에 의하여 회전축(24)과 함께 회전을 하게 된다.

특히, 상기 각 회전날개판(26)의 사이면에 지그(28)가 장착되는 바, 이 지그(28)는 강판(12)이 안착 수용되는 오목한 수용공간이 형성된 사각틀 형상으로서, 그 내측단이 상기 회전축(24)의 외경면에 고정 장착되고, 외측단은 자유단으로서 원통형 가열로(10)의 내경면과 인접되는 위치까지 연장된다.

또한, 상기 지그(28)의 개방면을 덮어줄 수 있도록 보호판(30)이 장착되는 바, 이 보호판(30)의 내측단은 상기 회전축(10)의 외경면에 힌지로 장착되며, 이 보호판(30)의 자유단은 힌지 고정점을 중심으로 회전축(24)의 회전에 따라 그 자중에 의하여 각회전을 하게 된다.

또한, 상기 공급측 컨베이어(14)의 바로 위쪽에는 유압 또는 공압실린더(32)가 장착되는 바, 이 유압 또는 공압실린더(32)의 피스톤은 상기 원통형 가열로(10)의 인입구(20)를 통하여 강판(18)을 지그(28)의 내부로 밀어주는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 원통형 가열로(10)의 배출구(22) 내경쪽에는 강판(18)의 자유낙하에 따른 그 배출 방향을 안내할 수 있는 경사진 형태의 안내판(34a)이 일체로 더 부착된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 프레스 경화 공정용 가열 장치의 제1실시예에 대한 작동 상태를 순서대로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 원통형 가열로(10)의 회전축(24)이 정지된 상태에서 블랭크 강판(18)이 공급측 컨베이어(14)를 따라 원통형 가열로(10)의 인입구(20)로 전진 이송된다.

다음으로, 상기 유압 또는 공압실린더(32)의 구동에 의거 피스톤이 상기 강판(18)을 밀게 되고, 이 강판(18)은 원통형 가열로(10)의 인입구(20)를 통과하여 지그(28)의 내부에 안착된다.

따라서, 상기 회전축(24)의 회전과 함께, 회전날개판(26)과 지그(28)가 회전을 하게 되며, 1회전을 하는 동안 상기 강판(18)은 수분 동안 가열되며, 이때 완성부품의 균일한 경도를 얻기 위하여 강판(18)의 모든 부분이 균일하게 가열되도록 하는 것이 좋으며, 이에 상기 지그(28)는 열전달을 막지 않도록 강판의 접촉을 최소화하는 다공 형성 구조로 적용하는 것이 바람직하다.

이러한 가열 과정이 종료되면, 즉 해당 지그(28)가 상기 원통형 가열로(10)의 배출구(22)쪽에 위치하게 되고, 연이어 상기 보호판(30)이 자중에 의하여 열리면서 강판(18)이 지그(28)로부터 자유 낙하하게 되며, 이와 동시에 원통형 가열로(10)의 배출구(22) 내경쪽에 부착된 안내판(34a)의 안내를 받으면서 배출구(22)로 빠져나가게 된다.

최종적으로, 상기 원통형 가열로(10)의 배출구(22)를 빠져나온 강판(18)은 배출측 컨베이어(16)를 따라 이송한 후, 로봇(36)에 의하여 프레스(38)로 공급되는 바, 가열로에서 나온 강판 소재는 대기중에 놓이면 초당 섭씨 20도 정도의 속도로 떨어지므로, 냉각프레스 과정으로 이송시까지 열보존이 이루어지도록 신속하게 이 송하는 것이 바람직하다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 프레스 경화 공정용 가열 장치의 제2실시예를 나타내는 개략도이다.

제2실시예에 따른 가열 장치도 제1실시예와 같이 원통형 가열로(10) 구조이며, 블랭크 강판(18)을 전진시키는 공급측 컨베이어(14)와 가열 처리된 강판(18)을 프레스(38)로 이송시키는 배출측 컨베이어(16) 사이에 배치된다.

제1실시예와 같이, 상기 원통형 가열로(10)는 일측 바닥쪽에 인입구(20)가 형성되고, 타측 바닥쪽에 배출구(22)가 형성된 원통형 구조로서, 기존의 직선 가열로에 비하여 그 길이가 현격히 단축되어 설비 면적을 줄일 수 있게 된다.

상기 원통형 가열로(10)의 중심부에는 회전축(24)이 설치되고, 이 회전축(24) 끝단에는 모터와 같은 구동수단(미도시됨)이 연결 장착된다.

마찬가지로, 상기 회전축(24)의 외경면에는 방사상 배열을 이루며 복수개의 회전날개판(26)이 일체로 부착되어, 상기 구동수단의 구동에 의하여 회전축(24)과 함께 회전을 하게 된다.

이때, 상기 각 회전날개판(26)의 자유단쪽이 2개의 벌어진 형태로 분기되는 동시에 그 분기된 사이에 소정 면적의 다공 구조로 된 받침판(40)이 힌지로 장착되는 바, 이 받침판(40)의 상단 중앙부가 힌지로 장착되어 매달린 상태가 된다.

한편, 상기 원통형 가열로(10)의 바닥면에는 별도의 또 다른 경사판(42)이 부착되는 바, 이 경사판(42)은 가장 아래쪽에 위치하는 받침판(40)의 저면 일측단을 쳐주어 강판(18)이 상기 배출구(22)로 슬라이드 이동하며 배출되게 하는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 원통형 가열로(10)의 인입구(20) 내경면에는 강판(18)이 받침판(40)에 안착되게 하는 경사진 형태의 안내판(34b)이 부착된다.

여기서, 제2실시예에 따른 가열 장치의 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.

제1실시예와 같이, 상기 원통형 가열로(10)의 회전축(24)이 정지된 상태에서 블랭크 강판(18)이 공급측 컨베이어(14)를 따라 원통형 가열로(10)의 인입구(20)로 전진 이송된다.

다음으로, 상기 공급측 컨베이어(14)가 하향 경사지게 설치됨에 따라, 강판(18)이 상기 원통형 가열로(10)의 인입구(20)를 낙하하듯이 통과하는 동시에 상기 원통형 가열로(10)의 인입구(20) 내경면에 일체로 부착된 경사진 안내판(34b)을 따라 상기 받침판(40) 상에 올려지며 안착되어진다.

따라서, 상기 회전축(24)의 회전과 함께, 회전날개판(26)과 받침판(40)이 회전을 하게 되며, 1회전을 하는 동안 상기 강판(18)은 수분 동안 가열되며, 이때 완성부품의 균일한 경도를 얻기 위하여 강판의 모든 부분이 균일하게 가열되도록 하는 것이 좋으며, 이에 상기 받침판(40)은 열전달을 막지 않도록 강판의 접촉을 최소화하는 다공 형성 구조로 적용하는 것이 바람직하다.

이러한 가열 과정이 종료되면, 즉 해당 받침판(40)은 상기 원통형 가열로(10)의 배출구(22)쪽에 위치하게 되고, 연이어 해당 받침판(40)이 상기 원통형 가열로(10)의 배출구(22)쪽 내경면에 장착된 경사판(42)을 타고 넘을 때 한쪽으로 기울어지게 되는 작동을 하게 되며, 다시 말해서 경사판(42)이 해당 받침판(40)의 저면 일측을 쳐주게 되는 상태가 된다.

그에따라, 상기 받침판(40)상의 강판(18)이 상기 원통형 가열로(10)의 배출구(22)쪽으로 슬라이딩되면서 낙하하게 되는 동시에 배출측 컨베이어(16)상에 안착된다.

최종적으로, 상기 원통형 가열로(10)의 배출구(22)를 빠져나온 강판(18)은 배출측 컨베이어(16)를 따라 이송한 후, 로봇(36)에 의하여 프레스(38)로 공급되는 바, 가열로에서 나온 강판 소재는 대기중에 놓이면 초당 섭씨 20도 정도의 속도로 떨어지므로, 냉각프레스 과정으로 이송시까지 열보존이 이루어지도록 신속하게 이송하는 것이 바람직하다.

여기서, 본 발명에 따른 원통형 가열로의 장점을 종래의 직선형 가열로와 비교하여 설명하면 다음과 같다.

종래의 직선형 가열로(200)의 길이를 약 20m라 가정하고, 라인의 이동속도를 약 17m/min으로 가정하면, 하나의 강판이 나오는 시간은 약 1.2분이 걸린다.

반면에, 본 발명에 의한 원통형 가열로(10)의 최대 길이를 약 4m로 가정하고, 강판을 고정하는 지그의 길이를 1m로 가정할 경우에 분당 약 1/4 바퀴의 속도로 회전하면 3/4 바퀴 회전후(약 3분후) 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 원통형 가열로(10)는 종래의 직선형 가열로(200)에 비하여 그 길이는 약 1/5 로 줄어들며, 직선형에 비해 열로스가 적은 장점을 제공할 수 있으며, 원의 반지름(지그의 길이)을 조정하면 공정의 진행속도를 조정할 수 있다.

또한, 종래 및 본 발명에 따른 가열로의 내부는 단열되어 있는 바, 연료소모량이 체적에 비례한다고 가정하면, 종래의 가열로의 경우 길이 20m, 폭 3m, 높이 1m로 가정시에 체적은 60㎥ 이 되고, 반면에 본 발명에 의한 원통형 가열로는 반지름 2m, 폭 3m 로 가정할 경우 체적은 약 37㎥이 되므로, 종래의 가열로 체적을 100으로 잡을 경우 본 발명의 가열로 체적은 60이 되므로, 연료소모량을 약 40% 감소시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 프레스 경화 공정용 가열 장치에 의하면, 프레스 경화 공정을 위한 가열로를 원형(물레방아형)으로 구성하여, 기존의 직선형 가열로에 비하여 그 설비 길이 및 면적 그리고 체적을 크게 줄임으로써, 공장의 가용면적을 늘리는 수 있다.

또한, 강판에 대한 성능에 꼭 맞는 가열온도를 만들어 내는 동시에 이를 유지할 수 있으며, 보다 효율적인 열전달을 제공할 수 있다.

또한, 가열로의 체적 감소에 따른 연료소모량을 줄일 수 있다.

Claims (5)

1. 블랭크 강판을 전진시키는 공급측 컨베이어와;

   가열 처리된 강판을 프레스로 이송시키는 배출측 컨베이어와;

   상기 공급측 및 배출측 컨베이어 사이에 배치되며, 상기 공급측 컨베이어의 출구측으로부터 강판을 받아들이기 위한 인입구와 상기 배출측 컨베이어로 강판이 배출되기 위한 배출구가 형성된 원통형 가열로와;

   상기 원통형 가열로의 중심부를 지나는 회전축 및 이 회전축 끝단에 연결되는 구동수단과;

   상기 회전축의 외경면에 방사상 배열을 이루며 일체로 부착되는 복수개의 회전날개판과;

   상기 각 회전날개판의 사이면에 배치되면서 그 내측단이 상기 회전축의 외경면에 고정 장착되는 다공 구조의 지그와;

   상기 지그의 개방면을 덮어줄 수 있도록 그 내측단이 상기 회전축의 외경면에 힌지로 장착되는 보호판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프레스 경화 공정용 가열 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 공급측 컨베이어의 바로 위쪽에는 상기 강판을 지그의 내부로 밀어줄 수 있는 유압 또는 공압실린더가 배치되는 것을 특징으로 하는 프레스 경화 공정용 가열 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 원통형 가열로의 배출구 내경쪽에는 강판의 낙하 배출 방향을 안내할 수 있는 안내판이 더 부착된 것을 특징으로 하는 프레스 경화 공정용 가열 장치.
4. 블랭크 강판을 전진시키는 공급측 컨베이어와;

   가열 처리된 강판을 프레스로 이송시키는 배출측 컨베이어와;

   상기 공급측 및 배출측 컨베이어 사이에 배치되며, 상기 공급측 컨베이어의 출구측으로부터 강판을 받아들이기 위한 인입구와 상기 배출측 컨베이어로 강판이 배출되기 위한 배출구가 형성된 원통형 가열로와;

   상기 원통형 가열로의 중심부를 지나는 회전축 및 이 회전축 끝단에 연결되는 구동수단과;

   상기 회전축의 외경면에 방사상 배열을 이루며 일체로 부착되는 복수개의 회전날개판과;

   상기 각 회전날개판의 자유단쪽에 힌지로 매달리며 장착되는 받침판과;

   상기 원통형 가열로의 바닥면에 장착되어 가장 아래쪽에 위치하는 받침판의 저면 일측단을 쳐주어 강판이 상기 배출구로 배출되게 하는 경사판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프레스 경화 공정용 가열 장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 원통형 가열로의 인입구 내경면에는 강판이 받침판에 안착되게 하는 안내판이 더 부착된 것을 특징으로 하는 프레스 경화 공정용 가열 장치.

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