KR101289105B1 - 소재 가열로 및 이를 이용한 소재 가열 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 소재 가열로는 소재를 가열하는 가열챔버; 상기 가열챔버에서 가열된 소재의 온도를 유지시키는 균열챔버; 상기 가열챔버 및 상기 균열챔버에 연속되게 제공되어 상기 소재를 이동시키는 소재운송부; 및 상기 가열챔버와 상기 균열챔버 사이를 구획토록 제공되며 상기 소재운송부의 작동에 연계하여 상기 가열챔버와 상기 균열챔버 사이를 개방하는 차단유닛;을 포함한다.

Description

소재 가열로 및 이를 이용한 소재 가열 방법 {FURNACE FOR HEATING MATERIAL AND HEATING METHOD OF USE IT}
본 발명은 핫 프레스 포밍으로 제품을 성형하기 위해 소재를 일정한 온도로 가열 유지하는 소재 가열로 및 이를 이용한 소재 가열 방법에 관한 것이다.
일반적으로 핫 프레스 포밍(Hot Press Forming) 제품의 제작방법은 소재를 가열로 내부에서 일정한 온도와 시간으로 가열한 후, 소재를 신속하게 이송하여 금형에 안착하고, 안착된 소재의 온도가 떨어지기 전에 급속으로 제품을 성형하여 제작하게 되며, 이때, 금형이 소재에 있는 열을 제품 성형과 동시에 뺏으며 제품의 강도를 증가시킨다.
이를 위해 다수의 히터에 의해 가열로 내부의 온도를 일정한 온도로 승온하여 유지시키고, 이러한 가열로로 소재를 인입하여 소재의 내부가 균일하게 가열되도록 일정한 시간 동안 대기한다. 이후, 제품의 모양으로 가공된 소재를 이송하여 가열로 내부에 안착하고, 가열로 내부에서 일정시간 가열후 소재가 균일하게 가열되면 이를 이송하여 제품을 성형한다.
도 1은 종래 기술에 따른 소재 가열로를 도시한 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 소재 가열로의 내부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 종래의 소재 가열로(10)의 일례로, 배치(Batch) 형식의 소재 가열로(10)는 내부에 내화물이 구비된 본체(12)를 포함한다. 그리고, 이 본체(12)의 내측에 상, 하로 소재를 가열하기 위한 히터(14)가 제공된다. 또한, 본체(12)에는 인입된 소재(S)를 안착하기 위한 지지대(16)가 구비된다.
이러한 소재 가열로(10)는 전원이 인가됨에 따라 히터(14)가 가열되며 가열로 본체(12)의 내부를 미리 설정된 온도로 가열하여 분위기 온도를 유지시킨다.
종래의 소재 가열로(10)는 핫 프레스 포밍으로 제품을 성형하기 위해 가공된 소재(S)를 소재운송유닛(20)을 이용하여 가열로 본체(12)로 이송한 후, 지지대(16)에 안착시킨다.
또한, 소재 가열로(10)는 소재(S)의 이동선상의 일측이 개방된 개방부(18)가 형성될 수 있으며, 개방부(18)를 개폐하기 위한 도어(19)가 구비될 수 있다.
이러한 소재 가열로(10)는 소재(S)가 소재운송유닛(20)에 의해 개방부(18)를 통해 지지대(16)에 안착되면, 도어(18)를 닫아 가열준비를 하고, 히터(14)를 작동하여 소재(S)의 표면과 내부가 균일하게 가열되도록 일정한 시간 동안 가열로 본체(12) 내부에서 가열 상태유지를 한 후, 이를 인출하여 제품의 성형을 완료한다.
도 3은 종래 기술에 따른 핫 프레스 포밍을 위하여 사용되는 각종 소재의 열처리 온도 변화를 도시한 그래프이다. 여기서, x1은 크롬(Cr) 소재의 가열시 온도-시간 그래프이고, x2은 알루미늄(Al) 소재의 가열시 온도-시간 그래프이며, x3은 유리섬유(GI) 소재의 가열시 온도-시간 그래프이다. 여기서, 유리섬유는 폴리이미드 유리섬유 적층판(Polyimide Glass fabric Laminate sheet)을 포함할 수 있다.
도 3을 참고하면, 종래의 가열로는 작업온도를 약 800도로 세팅하여 소재의 가열시 소재의 특성에 따라 다소 차이가 있으나 약 300 내지 640초 정도의 많은 시간이 소요된다.
통상적으로 소재의 가열 유지시간은 동일한 타입의 가열로를 사용할 경우, 실제 다수의 실험에 의해서 만들어진 열처리 데이터를 활용한다.
그러나, 종래의 가열로는 소재의 가열 유지시간이 과다하면 작업시간이 과다 소요되어 작업능률과 실수율이 저하되며, 소재를 빨리 인출하면 내부까지 가열이 이루어지지 않아 가열로 외부로 인출하여 이동시 온도가 급격히 떨어지므로 제품을 만들면 온도가 저하된 부분의 경도가 떨어져 제품의 불량이 발생한다.
또한, 종래에는 소재의 인출입 작업시 외부의 공기가 가열로 내부로 침입하여 가열로의 내부 온도가 저하되고, 공기의 침입에 의하여 산화분위기가 형성되지 않아 소재의 표면 스케일이 발생하는 요인이 되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 소재의 가열이 이루어지는 가열챔버와 가열된 소재를 일정한 온도로 유지하는 균열챔버로 구분되도록 하여, 소재의 가열을 신속하게 이루어지며, 가열된 소재의 온도가 일정하게 유지되도록 한 소재 가열로 및 이를 이용한 소재 가열 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 소재 가열로는 소재를 가열하는 가열챔버; 상기 가열챔버에서 가열된 소재의 온도를 유지시키는 균열챔버; 상기 가열챔버 및 상기 균열챔버에 연속되게 제공되어 상기 소재를 이동시키는 소재운송부; 및 상기 가열챔버와 상기 균열챔버 사이를 구획토록 제공되며 상기 소재운송부의 작동에 연계하여 상기 가열챔버와 상기 균열챔버 사이를 개방하는 차단유닛을 포함하고, 상기 가열챔버 및 상기 균열챔버는 상기 소재의 이송 방향에 대해 폭방향으로 관통부가 형성되고, 상기 가열챔버 및 상기 균열챔버에 각각 제공되어 상기 소재의 인입 또는 인출시 상기 소재운송유닛에 연계하여 상기 관통부를 개방되는 도어부를 포함하고, 상기 가열챔버 또는 상기 균열챔버로 상기 소재를 인입 또는 인출토록 제공되는 소재운송유닛을 더 포함하고, 상기 소재가 상기 가열챔버 또는 상기 균열챔버에서 가열 또는 이송하는 사이에 상기 가열챔버 또는 상기 균열챔버를 상기 소재운송유닛의 인입 또는 인출위치에 위치하도록 이동시키는 이동유닛을 더 포함한다.
여기서, 상기 소재운송부는 상기 가열챔버 또는 상기 균열챔버에 연속되게 설치되는 복수의 롤러부와, 상기 복수의 롤러부를 구동시키도록 연계되는 구동모터를 포함할 수 있다.
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여기서, 상기 이동유닛은 상기 가열챔버 및 상기 균열챔버의 이동선상에 제공되는 레일부와, 상기 레일부와 상기 가열챔버 또는 상기 균열챔버 사이에 제공되어 신축에 의해 상기 가열챔버 및 상기 균열챔버를 이동시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
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또한, 상기 차단유닛은 상기 가열챔버와 상기 균열챔버 사이에 제공된 격벽부재와, 상기 격벽부재를 승강토록 제공된 승강 액츄에이터를 포함할 수 있다.
더불어, 상기 차단유닛은 상기 격벽부재에 제공된 냉각수단을 포함할 수 있다.
일례로, 상기 냉각수단은 상기 격벽부재의 내부에 제공된 냉각유로와, 상기 냉각유로에 연계되어 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환유닛을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 소재 가열 방법은 전술된 소재 가열로를 이용하여 소재를 가열하는 방법으로, 소재를 상기 가열챔버로 인입한 후 핫-프레스 포밍 성형용 작업온도보다 높은 온도로 초기 가열하는 급속가열단계; 및 상기 가열단계에서 소재의 초기 가열이 완료되면, 상기 가열챔버와 상기 균열챔버 사이를 차단하던 차단유닛을 열고, 상기 소재운송부를 이용하여 소재를 상기 균열챔버로 이동한 후 상기 차단유닛을 닫고 작업온도로 가열하여 상기 소재의 내부온도를 작업온도로 균일화하는 균열가열단계;를 포함한다.
여기서, 상기 급속가열단계는 상기 소재의 작업온도보다 0 초과 30% 이하 높은 온도로 가열할 수 있다.
또한, 상기 급속가열단계 및 상기 균열가열단계는 상기 소재의 가열시 불활성 분위기로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소재를 가열하는 가열챔버 및 가열된 소재의 온도를 유지하는 균열챔버의 2단 구조로 이루어져 소재의 온도에 따른 온도차 가열이 가능하며, 이에 따라 소재의 가열에 소요되는 에너지의 소모량을 줄일 수 있다. 이러한 가열로는 가열챔버에서 소재의 작업온도보다 고온으로 가열된 후, 균열챔버로 공급되어 소재의 내부가 충분히 작업온도로 균일하게 유지되도록 할 수 있다.
따라서, 본 실시예의 소재 가열로는 소재가 상온에서 작업온도로 가열되는데 소비되는 에너지를 줄일 수 있고, 소재의 가열에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 또한, 본 실시예의 소재 가열로는 균열챔버에 의해 소재의 내부의 온도를 균일하게 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 소재 가열로는 소재의 가열 및 대기, 유지에 소요되는 시간을 단축하여 제품의 생산속도 및 실수율을 향상시킬 수 있고, 소재의 균열가열에 의한 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 소재 가열로를 도시한 사시도.
도 2는 종래 기술에 따른 소재 가열로의 내부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 종래 기술에 따른 핫 프레스 포밍을 위하여 사용되는 각종 소재의 열처리 온도 변화를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 가열로의 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 가열로의 내부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 가열로의 격벽부재를 분리하여 도시한 사시도.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 가열로의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 가열로의 내부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4와 도 5를 참고하면, 본 실시예에서 소재 가열로(110)는 핫 프레스 포밍(Hot Press Forming)작업을 위한 프레스장치의 전단에 설치되어, 소재를 가열한 상태로 프레스장치로 공급하여 소재의 성형 및 냉각을 동시에 진행할 수 있다.
이를 위해 소재 가열로(110)는 가열본체(112)를 포함할 수 있다.
가열본체(112)는 소재의 온도를 신속하게 올리기 위해 소재를 적정 작업온도보다 고온인 온도로 가열하는 가열챔버(120)와, 상기 가열챔버(120)에서 가열된 소재(S)의 내, 외부가 균일한 온도로 유지되도록 가열하여 온도를 유지시키는 균열챔버(130)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 가열본체(112), 즉 가열챔버(120)와 균열챔버(130)는 내부에 내열 및 단열을 위한 내화재가 제공될 수 있다. 이러한 내화재로는 내화벽돌 또는 세라크 울(Cerak Wool) 등이 주로 사용될 수 있다.
또한, 가열챔버(120)와 균열챔버(130)에는 각각의 상, 하부에 가열 및 온도 유지를 위한 가열수단, 일례로 적어도 하나의 히터(Heater)(124, 134)가 구비될 수 있다.
또한, 가열챔버(120)와 균열챔버(130) 사이에는 소재(S)의 이동을 위해 개방된 개방부가 형성된다.
더불어, 가열챔버(120)와 균열챔버(130)는 프레임(114)에 의해 일체로 제공될 수 있다. 그리고, 이 프레임(114)에는 가열챔버(120)와 균열챔버(130)를 위치 이동시키기 위한 이동유닛(140)이 제공될 수 있다.
일례로, 이동유닛(140)은 가열챔버(120) 및 균열챔버(130)의 이동선상에 제공되는 레일부(142)를 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 가열챔버(120)와 균열챔버(130)는 프레임(114)을 매개로 레일부(142)에 안착될 수 있다.
일례로, 프레임(114)에는 레일부(142)에 안착시 슬라이딩 이동을 위한 (도시되지 않은) 구름부재가 더 구비될 수 있다. 구름부재는 통상의 롤러, 바퀴 등으로 제공될 수 있다.
또한, 이동유닛(140)은 가열챔버(120)와 균열챔버(130)를 레일부(142)를 따라 이동시키는 액츄에이터(144)를 포함할 수 있다. 액츄에이터(144)는 실린더(144a) 및 이 실린더(144a)에 제공된 유체의 압력에 의해 신축되는 피스톤 로드(144b)를 포함하며, 이 피스톤 로드(144b)의 신축에 의해 가열챔버(120)와 균열챔버(130)를 소재(S)의 인입 또는 인출 위치로 이동할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 가열챔버(120) 및 균열챔버(130)에는 소재를 이동시키는 소재운송부가 연속적으로 제공될 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 소재운송부는 가열챔버(120) 및 균열챔버(130)에 연속하여 설치되는 복수의 롤러부(126, 136)를 포함할 수 있다. 또한 소재운송부는 복수의 롤러부(126, 136)를 구동시키도록 연계되는 (도시되지 않은) 구동모터를 포함할 수 있다.
이를 위해 복수의 롤러부(126, 136)는 회전축의 일단부가 가열챔버(120) 또는 균열챔버(130)의 외측으로 연장되며, 연장된 회전축들에는 기어 등의 연결부재를 매개로 구동모터와 연결되어 회전력을 전달할 수 있다.
이에 따라 가열챔버(120) 또는 균열챔버(130)로 인입된 소재(S)는 롤러부(126, 136)에 안착된 상태에서 구동모터가 작동함에 따라 롤러부(126, 136)의 회전에 연계하여 이동될 수 있다.
즉, 본 실시예에서 소재(S)는 가열챔버(120)로 투입되어 급속 가열이 이루어진 후, 롤러부(126, 136)의 회전에 의해 균열챔버(130)로 이동할 수 있다.
또한, 롤러부(126, 136)는 소재(S)의 가열 및 균열과정에서 전, 후로 왕복 회전 운동할 수 있으며, 이에 따라 롤러부(126, 136)의 특정부위가 지속적으로 열에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 소재(S)는 소재운송유닛(150)에 의해 가열챔버(120) 또는 균열챔버(130)로 인입되거나 인출될 수 있다.
이를 위해, 가열챔버(120) 또는 균열챔버(130)의 일측에는 소재의 인입 또는 인출을 위해 개방된 관통부(128, 138)가 제공되고, 이 관통부(128, 138)는 일측에 제공되는 도어부(129, 139)에 의해 개폐가 이루어질 수 있다.
도어부(129, 139)는 소재운송유닛(150)이 소재(S)를 가열챔버(120) 또는 균열챔버(130)로 인입 또는 인출함에 연계하여 가열챔버(120) 또는 균열챔버(130)의 관통부(128, 138)를 개방하거나 폐쇄할 수 있다.
이때, 도어부(129, 139)는 상, 하로 슬라이딩 이동하며 관통부(128, 138)를 개폐토록 제공되는 것도 가능하다. 일례로, 도어부(129, 139)는 가열챔버(120) 또는 균열챔버(130)의 일측에 제공된 (도시되지 않은) 액츄에이터에 연계하여 상, 하로 이동할 수 있으며, 이외에도 도어부(129, 139)의 일측에 기어 등을 매개로 연결되는 구동유닛에 의해 상, 하로 이동하는 것도 가능하다.
또한, 도어부(129, 139)는 가열챔버(120) 또는 균열챔버(130)의 일측에 회전연결부재를 매개로 설치되어 회전에 의해 관통부(128, 138)를 개폐토록 제공되는 것도 가능하다.
또한, 가열챔버(120)와 균열챔버(130)는 소재(S)의 가열시 소재가 산화되는 것을 방지하기 위해 불활성 분위기로 유지되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 가열챔버(120)와 균열챔버(130)의 일측에는 내부의 공기를 배기하기 위한 진공배기장치(160) 및 내부로 불활성가스를 공급하는 (도시되지 않은) 불활성가스 공급부가 구비될 수 있다. 일례로, 본 실시예에서 불활성가스는 질소(N2)가스 또는 아르곤(Ar)가스가 대표적으로 사용될 수 있다.
또한, 가열챔버(120)와 균열챔버(130)에는 내부의 온도를 측정하기 위한 온도센서(121, 131)가 구비될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 가열본체(112)는 가열챔버(120)와 균열챔버(130) 사이에 개방부를 차폐하기 위한 차단유닛(170)이 제공될 수 있으며, 이 차단유닛(170)에 의해 개방부가 차폐되며 가열챔버(120)와 균열챔버(130)로 구획될 수 있다.
여기서, 차단유닛(170)은 가열챔버(120)와 균열챔버(130) 사이에 제공된 격벽부재(172)를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 가열로의 격벽부재를 분리하여 도시한 사시도이다.
도 6를 참고하면, 격벽부재(172)는 가열챔버(120) 또는 균열챔버(130)의 일측에 제공된 액츄에이터(174)와 연결되며, 액츄에이터(174)의 작동에 연계하여 격벽부재(172)가 승강하며 가열챔버(120)와 균열챔버(130) 사이의 개방부를 개방할 수 있다.
한편, 격벽부재(172)는 개방부를 개방 또는 폐쇄하는데 소요되는 시간을 줄이기 위해 개방면적으로 최소화시킬 수 있다.
이를 위해, 본 실시예는 가열챔버(120)와 균열챔버(130)의 사이에서 롤러부의 하부에 고정되어 위치하는 하부격벽부재(176)를 더 포함할 수 있으며, 그 상부에 위치되는 격벽부재(172)는 상부격벽부재(172)로 구분하여 부를 수 있다.
이때, 상부격벽부재(172)는 하부격벽부재(176)의 상부에 위치되며 액츄에이터(174)에 의해 상하로 승강될 수 있다.
또한, 상부격벽부재(172)와 하부격벽부재(176)의 연결부는 롤러부(126, 136)에 의해 이송되는 소재(S)의 이동선상과 인접한 지점에서 소재(S)의 이동선상 보다 하측에 위치될 수 있다.
또한, 상부격벽부재(172)는 하부격벽부재(176)와의 틈새를 밀폐하기 위한 차단판(178)을 더 포함할 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 차단판(178)은 상부격벽부재(172)의 하부에 볼트(179) 등의 체결부재 또는 용접이나 압입 등에 의해 결합될 수 있다.
또한, 하부격벽부재(176)는 상부격벽부재(172), 보다 상세하게는 차단판(178)과 접촉하는 상부면이 하측으로 오목한 형태로 제공될 수 있다.
또한, 차단판(178)은 하부격벽부재(176)의 상부면과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 상부격벽부재(172)가 하부격벽부재(176)에 밀착되어 개방부를 폐쇄시 차단판(178)에 의해 상부격벽부재(172)와 하부격벽부재(176)의 틈새가 밀폐되어 열기의 이동을 차단할 수 있다.
본 실시예에서 하부격벽부재(176)의 상부면은 하측으로 오목한 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 다양한 형태로 변형될 수 있다. 일례로, 하부격벽부재(176)의 상부면에는 적어도 하나의 요철부가 형성될 수 있으며, 차단판에는 이 요철부를 수용하기 위한 요철홈부가 제공될 수 있다.
본 실시예에서 차단유닛(170)은 가열챔버(120)와 균열챔버(130)의 열에 의해 상부격벽부재(172) 및 하부격벽부재(176)가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 고온에도 견딜 수 있는 구조와 재질로 제공될 수 있다.
또한, 차단유닛(170)은 상대적으로 고온인 가열챔버(120)의 열이 균열챔버(130)로 전달되는 것을 방지하기 위한 냉각수단을 포함할 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 냉각수단은 상부격벽부재(172) 및 하부격벽부재(176)의 내부에 제공된 냉각유로를 포함할 수 있다.
냉각유로는 상부격벽부재 또는 하부격벽부재의 내측에 각각 다수로 굴곡되어 연장되는 파이프(173, 177)를 포함할 수 있다.
이때, 상부격벽부재(172) 또는 하부격벽부재(176)에 각각 제공되는 파이프(173, 177)는 적어도 하나의 입수구(173a, 177a) 및 출수구(173b, 177b)를 각각 가질 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 상부격벽부재(172)는 상부의 일측에 입수구(173a)가 제공되고, 출수구(173b)는 상부의 타측에 제공될 수 있다.
또한, 하부격벽부재(176)는 적어도 하나의 입수구(177a) 또는 출수구(177b)가 각각 측방향으로 연결될 수 있다. 또한, 하부격벽부재(176)에 제공되는 입수구(177a) 또는 출수구(177b)는 다른 부품들과의 결합관계 등을 고려하여 하부격벽부재(176)의 하측으로 제공되는 것도 가능하다.
한편, 본 실시예에서 상부격벽부재(172) 또는 하부격벽부재(176)에 제공되는 파이프(173, 177)는 단일 유로를 갖는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 다양한 형태로 변형될 수 있다.
일례로, 본 실시예에서, 파이프(173, 177)는 각각의 입수구(173a, 177a) 및 출수구(173b, 177b)를 갖는 복수개로 제공될 수 있다. 또한, 파이프(173, 177)는 하나로 제공되되, 입수구 또는 출수구가 다수개로 제공될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서 파이프(173, 177)는 냉각수의 순환율을 향상시켜 상부격벽부재(172, 176)의 온도를 더욱 신속하게 냉각 또는 균일하게 유지할 수 있다.
또한, 이러한 냉각유로에는 냉각수를 순환시키기 위한 (도시되지 않은) 냉각수 순환유닛이 연결될 수 있다.
본 실시예에서 냉각수 순환유닛은, 상부격벽부재(172) 또는 하부격벽부재(176)의 입수구(173a, 177a) 또는 출수구(173b, 177b)에 별도의 연장 파이프 등을 통해 연결되어 냉각수를 순환시킬 수 있다.
일례로, 냉각수 순환유닛을 순환펌프를 더 포함할 수 있으며, 냉각수가 입수구(173a, 177a)를 통해 유입된 후 내부유로와, 출수구(173b, 177b)를 순차적으로 순환하며 상부격벽부재(172) 및 하부격벽부재(176)를 냉각하도록 할 수 있다.
또한, 상부격벽부재(172) 및 하부격벽부재(176)를 순환하는 과정에서 가열된 냉각수는 열교환기 등을 거쳐 냉각이 이루어지도록 할 수 있으며, 다른 후속 공정 등으로 공급하여 활용하거나, 폐수 등으로 처리될 수 있다.
전술된 바와 같이 구성된 본 실시예의 소재 가열로를 이용한 가열방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 본 실시예의 소재 가열 방법은 소재(S)를 핫-프레스 포밍 성형을 위해 가열하는 것으로서, 최적의 핫-프레스 포밍 성형 조건을 얻기 위해 소재(S)를 핫-프레스 포밍 성형용 작업온도보다 높은 온도로 급속 가열하는 급속가열단계를 포함할 수 있다.
급속가열단계는 소재(S)의 공급을 위해 가열챔버(120)와 균열챔버(130)를 작업시작 위치에 위치시킨다.
일례로, 급속가열단계는 소재(S)의 작업온도보다 0 초과 30% 이하 정도 높은 온도로 가열이 이루어질 수 있다. 이때, 급속가열단계에서 소재의 작업온도보다 30% 초과하여 가열될 경우, 소재(S)에 변형이 발생할 수 있으므로, 소재(S)의 급속가열시 고온의 온도로 짧은 시간이 가열이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 실시예에서 가열챔버(120)는 히터(124)에 전원을 인가하여 소재(S)의 작업온도보다 고온, 일례로 20% 정도 고온인 약 1,000도 정도로 설정하여 가열한다.
또한, 균열챔버(130)는 히터(134)에 전원을 인가하여 소재(S)의 작업온도인 약 800도 정도로 설정하여 가열한다.
이때, 가열챔버(120) 및 균열챔버(130)는 소재(S)의 산화를 막기 위해 내부를 진공 배기한 후, 내부를 불활성 가스분위기로 유지한다.
이와 같이, 소재 가열로의 작업준비가 완료되면, 핫 프레스 포밍 작업을 위하여 일정한 모양으로 가공된 소재(S)를 소재이송유닛(150)을 이용하여 가열챔버(120)의 롤러부(126)에 안착한다.
이때, 가열챔버(120)는 관통부(128)를 막고 있던 도어(129)를 개방한 후, 소재(S)를 가열챔버(120) 내부로 인입한다. 이때, 소재운송부는 롤러부(126)의 열적 손상을 방지하기 위해 구동모터를 작동시켜 롤러부(126)를 전, 후진 왕복운동을 지속한다.
그리고, 가열챔버(120)에 투입된 소재(S)의 온도를 온도센서(121)를 이용하여 감지하며, 소재(S)의 온도가 약 1,000도에 도달할 때까지 가열을 지속한다. 일례로, 본 실시예에서 가열챔버(120)는 소재(S)의 온도가 약 1,000도에 도달할 때까지 약 60초 정도 소요될 수 있다.
다음으로, 가열단계에서 초기 가열된 소재(S)가 설정온도, 즉 약 1,000도에 도달하면, 소재(S)의 내부온도가 작업온도로 균일하게 유지되도록 가열하는 균열가열단계가 진행될 수 있다.
이를 위해, 본 실시예는 차단유닛(170)의 액츄에이터(174)를 작동시켜 가열챔버(120)와 균열챔버(130) 사이의 개방부가 개방되도록 격벽부재(172)를 상승시킨다.
그리고, 소재운송부의 구동모터는 롤러부(126, 136)를 회전시켜 가열챔버(120)에 위치한 소재(S)를 균열챔버(130)로 이송한다.
또한, 소재(S)가 균열챔버(130)로 이송되면, 차단유닛(170)의 액츄에이터(174)를 작동시켜 격벽부재(172)를 하강시킨 후, 온도센서(131)에 의해 소재(S)의 온도를 측정하며 소정시간 가열상태를 유지한다. 이때, 소재(S)는 균열챔버(130)에서 약 140초 정도 유지되면, 핫 프레스 포밍 작업을 위한 최적의 작업조건과 물성값(강도, 경도 등)을 얻을 수 있다.
일례로, 소재(S)는 균열챔버(130)에서 약 800도로 140초간 유지되면, 소재(S)의 내부온도가 약 800도로 균일화될 수 있다.
한편, 소재(S)가 균열챔버(130)에서 작업온도로 유지되는 동안 이동유닛(140)의 액츄에이터(144)는 가열챔버(120) 및 균열챔버(130)를 이동시킨다. 이에 따라 균열챔버(130)는 소재운송유닛(150)이 위치한 소재 인출위치로 위치된다.
이후, 균열챔버(130)에서 설정된 조건에 따라 소재(S)의 급속가열 및 균열가열작업이 완료되면, 균열챔버(130)의 도어(139)를 열고, 소재운송유닛(150)을 균열챔버(130) 내부로 진입시켜 소재(S)를 인출한다.
이와 같이 소재운송유닛(150)에 의해 인출된 소재(S)는 핫 프레스 포밍을 위한 프레스로 이동되어 작업이 진행된다.
본 실시예의 소재 가열 방법은 전술된 과정을 반복하여 소재를 가열한 후, 프레스 성형하는 작업을 연속적으로 진행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 소재(S)는 가열챔버(120)에서 균열챔버(130)로 이동시 롤러부(126, 136)를 회전시켜 이동하는 것으로 설명하고 있으나, 소재(S)를 가열챔버(120)에서 균열챔버(130)로 위치시키는 구성은 한정되지 않으며 다양하게 변형될 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 소재 가열로(110)는 가열챔버(120) 또는 균열챔버(130)에 도 1, 2에 도시된 16과 유사한 형태의 안착부가 위치될 수 있으며, 이 안착부에 소재(S)를 안착한 후 가열이 이루어질 수 있다.
여기서, 가열챔버(120)와 균열챔버(130)는 이동유닛(140)의 액츄에이터(144)에 의해 소재(S)의 인입 또는 인출위치로 이동할 수 있다. 이와 같이 가열챔버(120)와 균열챔버(130)가 이동함에 따라 소재(S)에 대해 상대 이동이 이루어질 수 있다.
이때, 소재(S)는 안착부에 안착된 상태일 수 있으며, 가열챔버(120)와 균열챔버(130)가 이동함에 따라 가열챔버(120)로 진입되어 가열되거나, 균열챔버(130)로 진입되어 온도유지될 수 있다.
이와 같이, 가열챔버(120)와 균열챔버(130)는 소재의 이동을 위한 별도의 소재운송부가 구비되지 않을 수도 있으며, 소재(S)의 국부적인 가열에 의한 온도편차 등을 방지하기 위해 이송유닛(140)의 액츄에이터(144)가 가열챔버(120) 및 균열챔버(130)를 일정 간격 또는 지속적으로 전, 후진 이동시키는 것도 가능하다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
110 : 소재 가열로 112 : 가열본체
114 : 프레임 120 : 가열챔버
121, 131 : 온도센서 124, 134 : 히터
126, 136 : 롤러부 128, 138 : 관통부
129, 139 : 도어부 130 : 균열챔버
140 : 이동유닛 142 : 레일부
144 : 액츄에이터 144a : 실린더
144b : 피스톤 로드 150 : 소재운송유닛
170 : 차단유닛 172 : 격벽부재
173, 177 : 파이프 174 : 액츄에이터
176 : 하부격벽부재 178 : 차단판
179 : 볼트

Claims (12)

  1. 소재를 가열하는 가열챔버;
    상기 가열챔버에서 가열된 소재의 온도를 유지시키는 균열챔버;
    상기 가열챔버 및 상기 균열챔버에 연속되게 제공되어 상기 소재를 이동시키는 소재운송부; 및
    상기 가열챔버와 상기 균열챔버 사이를 구획토록 제공되며 상기 소재운송부의 작동에 연계하여 상기 가열챔버와 상기 균열챔버 사이를 개방하는 차단유닛을 포함하고,
    상기 가열챔버 및 상기 균열챔버는 상기 소재의 이송 방향에 대해 폭방향으로 관통부가 형성되고,
    상기 가열챔버 및 상기 균열챔버에 각각 제공되어 상기 소재의 인입 또는 인출시 상기 소재운송유닛에 연계하여 상기 관통부를 개방되는 도어부를 포함하고,
    상기 가열챔버 또는 상기 균열챔버로 상기 소재를 인입 또는 인출토록 제공되는 소재운송유닛을 더 포함하고,
    상기 소재가 상기 가열챔버 또는 상기 균열챔버에서 가열 또는 이송하는 사이에 상기 가열챔버 또는 상기 균열챔버를 상기 소재운송유닛의 인입 또는 인출위치에 위치하도록 이동시키는 이동유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 가열로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소재운송부는 상기 가열챔버 또는 상기 균열챔버에 연속되게 설치되는 복수의 롤러부와,
    상기 복수의 롤러부를 구동시키도록 연계되는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 가열로.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 이동유닛은
    상기 가열챔버 및 상기 균열챔버의 이동선상에 제공되는 레일부와,
    상기 레일부와 상기 가열챔버 또는 상기 균열챔버 사이에 제공되어 신축에 의해 상기 가열챔버 및 상기 균열챔버를 이동시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 가열로.
  6. 삭제
  7. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차단유닛은
    상기 가열챔버와 상기 균열챔버 사이에 제공된 격벽부재와,
    상기 격벽부재를 승강토록 제공된 승강 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 가열로.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 차단유닛은 상기 격벽부재에 제공된 냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 가열로.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 냉각수단은
    상기 격벽부재의 내부에 제공된 냉각유로와,
    상기 냉각유로에 연계되어 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 가열로.
  10. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 소재 가열로를 이용하여 소재를 가열하는 방법으로,
    소재를 상기 가열챔버로 인입한 후 핫-프레스 포밍 성형용 작업온도보다 높은 온도로 초기 가열하는 급속가열단계; 및
    상기 가열단계에서 소재의 초기 가열이 완료되면, 상기 가열챔버와 상기 균열챔버 사이를 차단하던 차단유닛을 열고, 상기 소재운송부를 이용하여 소재를 상기 균열챔버로 이동한 후 상기 차단유닛을 닫고 작업온도로 가열하여 상기 소재의 내부온도를 작업온도로 균일화하는 균열가열단계;
    를 포함하는 소재 가열 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 급속가열단계는 상기 소재의 작업온도보다 0 초과 30% 이하 높은 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 소재 가열 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 급속가열단계 및 상기 균열가열단계는 상기 소재의 가열시 불활성 분위기로 유지되는 것을 특징으로 하는 소재 가열 방법.
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