KR101359055B1 - 열간 성형용 블랭크 열처리 장치 및 이를 이용한 열간 성형품 제조방법 - Google Patents

Abstract

블랭크를 열간 성형하여 부품을 제조하기 위한 방법에서, 열간 성형 전에 블랭크를 열처리하는 과정에서 블랭크에 온도 분포를 다양하게 함으로서, 영역별로 다른 강도 및 물성을 확보하는 것을 가능케 하는 열처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 1차 가열된 열간 성형용 블랭크(100)가 내부를 통과하는 장치 본체(10);
상기 장치 본체(10)에 블랭크를 승온 또는 보온토록 제공되는 열처리수단; 및,
상기 장치 본체(10)에 블랭크의 다분할 국부냉각을 가능토록 제공되는 냉각수단을 포함하는 열간 성형용 블랭크 열처리 장치 및 이를 이용한 열간 성형품 제조방법을 제공한다.

Description

열간 성형용 블랭크 열처리 장치 및 이를 이용한 열간 성형품 제조방법{APPARATUS FOR HEAT TREATMENT OF HOT FORMING BLANK AND METHOD FOR MANUFACTURING HOT FORMED PART USING THE SAME}

본 발명은 자동차 부품 등의 열간 성형품을 제조하기 위한 열처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간 성형전에 블랭크를 선택적으로 열처리하여 열간 성형품이 이종 강도 영역을 포함하도록 하는 열처리 장치와 이를 이용한 열간 성형품 제조방법에 관한 것이다.

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

이러한 성형상 문제점은 블랭크를 성형성이 좋은 고온에서 성형하고, 성형과 동시에 금형 내에서 급냉하여 고강도 부품을 제조하는 방식으로 해결 할 수 있다. 이러한 방식을 열간프레스 성형 공정이라고 한다. 이와 같은 공정에 의하면 통상 1500MPa의 강도를 갖는 부품을 성형할 수 있다.

그러나 열간프레스성형 공정을 통하여 단일 강도만을 갖는 부품은 충돌 성능 등의 요구 성능을 만족시키기 위한 설계 측면에서 자유도가 떨어지게 되고, 이를 해결하기 위하여 상온성형에서 많이 사용되고 있는 맞춤재단용접(Tailor Welded Blanks, TWB) 기술을 접목한 열간프레스성형 기술이 개발되기도 하였다. 그러나 이러한 TWB 방식은 블랭크를 용접하는 공정이 추가되는 단점이 있으며, 용접부의 건전성이 부품 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 공정 관리 측면에서 많은 어려움을 안고 있다.

한편, 상기와 같이 서로 다른 강도 영역을 갖는 부품을 제조하면서, 용도 내지 제품설계 과정에서 부품의 강도를 다양하고, 유연하게 변화시킬 경우가 있고, 이러한 경우에 열간 성형전 열처리 과정에서 유연하게 적용할 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 일측면은 블랭크를 열간 성형하여 부품을 제조하기 위한 방법에서, 열간 성형 전에 블랭크를 열처리하는 과정에서 블랭크에 온도 분포를 다양하게 함으로서, 영역별로 다른 강도 및 물성을 확보하는 것뿐만 아니라, 유연한 강도분포를 갖는 부품을 제조하기 위해서, 선택적으로 열처리 할 수 있는 열처리 장치와 이를 이용한 열간 성형품 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은 1차 가열된 블랭크(100)가 내부를 통과하는 장치 본체(10);

상기 장치 본체(10)에 블랭크를 승온 또는 보온토록 제공되는 열처리수단; 및,

상기 장치 본체(10)에 블랭크의 다분할 국부냉각을 가능토록 제공되는 냉각수단을 포함하는 열간 성형용 블랭크 열처리 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 열간 성형용 블랭크를 오스테나이트 변태 온도 이상으로 가열하는 1차 가열단계;

상기 1차 가열된 블랭크를 상기 열처리 장치를 사용하여 열처리하는 단계; 및

상기 열처리된 블랭크를 열간 성형 및 냉각하는 단계를 포함하는 열간 성형품의 제조방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 열간 성형전에 블랭크에 영역별로 온도 차이를 부여함으로서, 같은 냉각 조건하에서 서로 다른 강도 및 물성을 갖는 영역이 하나의 부품에 존재하도록 할 수 있어, 차량이 경량화 및 충돌 성능 최적화에 적용이 가능하다. 특히, 본 발명에서는 상기 강도 및 물성의 차이를 용도 내지 제품설계와 같은 상황변화에 따라 유연하게 변화시킬 수 있는 열처리 장치를 제공하는데 기술적 의의가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 블랭크 열처리 장치의 전체 구성을 도시한 구성도임.
도 2는 도 1의 정면 구성도임.

이하, 본 발명의 블랭크 열처리 장치에 대하여 첨부된 도면에 따라 상세하게 설명한다. 상기 도면은 본 발명의 이해를 위한 것으로, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

도 1 및 도 2에서는 본 발명에 따른 블랭크 열처리 장치(1)의 전체 구성을 측면 및 정면 구성도로 각각 도시하고 있다. 이하의 본 실시예에서 본 발명의 열처리 장치로 열처리되는 블랭크(100)는 열간 성형에 사용되는 블랭크일 수 있다. 그러나, 이하에서는 블랭크로 일괄하여 설명한다.

즉, 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 열처리장치(1)는 그 구성 일예로서 크게, 1차 가열된 블랭크(100)가 내부를 통과하는 장치 본체(10)와, 상기 장치 본체(10)에 블랭크를 승온 또는 보온토록 제공되는 열처리수단 및, 상기 장치 본체(10)에 블랭크의 다분할 선택적 국부냉각을 가능토록 제공되는 냉각수단을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 1차 가열은 본 발명의 열처리장치(1)에 인입되기 전에 오스테나이트 변태온도(Ac3)이상으로 열처리되는 것일 수 있다. 즉, 본 발명은 도시하지 않은 가열로를 거치면서 소정 온도 예컨대, HPF 공정과 관련된 블랭크의 오스테나이트 변태 온도(Ac3) 이상으로 블랭크 전체 부위가 가열된 1차 가열된 블랭크가 장치 본체(10)를 통과한다.

이와 같은 본 발명의 장치 본체(10)는 열처리 되는 블랭크의 규격에 맞추어 사전에 정해진 크기의 내화체로 된 소정 길이와 폭을 갖는 내화 구조체일 수 있다.

그리고, 장치 본체(10)의 양측에는 블랭크 입,출구(10a)(10b)가 제공되고, 장치본체의 입측과 내부 및 출측에는 블랭크 이송을 위한 이송롤(12)들이 배열되고, 이와 같은 이송롤(12)들은 도 2에서와 같이, 구동모터(14)와 연계되고 구동모터(14)는 장치 제어부(CT)와 연계되어 제어 구동되고, 따라서 블랭크 이송속도나 장치 내부에서의 가동 중단에 따른 블랭크 정지 상태 유지등이 제어 구현된다.

한편, 상기 열처리수단은 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 1차 가열된 블랭크(100)가 장치본체의 내부에 진입되면 블랭크(100)를 설정온도 즉, 오스테나이트 변태 온도 이상으로 유지토록 장치 본체(10)에 소정의 패턴으로 구비되는 복수의 적외선램프(30)로 제공될 수 있다. 상기 열처리 수단을 통해 상기 블랭크에서 특정부분, 도 1에서의 B와 같은 부분은 오스테나이트 변태 온도 이상을 유지할 수 있게 됨으로서, 후속하는 성형 및 냉각공정을 통해 부품이 제조되면, 마르텐사이트의 조직을 보유하게 되어, 고강도를 유지할 수 있게 된다.

이때, 상기 적외선 램프(30)는 바람직하게는 블랭크 이동경로의 상측으로 장치본체(10)의 양측벽과 천장 측에 적당하게 제공될 수 있고, 이들 열처리수단인 적외선램프(30)들은 장치제어부(CT)와 전기적으로 제어되는 파워 공급기(SP)와 전기적으로 연결되어 그 작동이 제어될 수 있다.

그리고, 장치본체(10)의 상부측에는 내부 온도를 측정하는 알려진 온도센서(S)가 제공되고, 상기 온도센서(S)는 장치제어부(C)와 연계되어 있고, 따라서 장치 본체에서 적어도 블랭크 이동경로 상측의 온도가 블랭크 가공에 영향을 미치는 오스테나이트 변태 온도 이상으로 유지되는지 측정 제어될 수 있다.

이때, 도면에서는 개략적으로 도시하였지만, 상기 열처리수단의 적외선램프(30)는 램프 보호를 위한 셀의 내부에 내장되는 형태로 장치 본체(10)에 제공될 수 있다.

따라서, 본 발명의 블랭크 열처리수단인 적외선 램프(30)들은 기본적으로 1차 가열 열처리된 블랭크(100)가 장치 본체로 진입되면, 적외선 램프 가동제어를 통하여 적어도 블랭크가 오스테나이트 변태 온도 이상이 유지되도록 승온 또는 보온하게 된다.

한편, 본 실시예에서는 상기 열처리수단을 적외선램프(30)로 도시하고 설명하지만, 기타 다른 블랭크의 승온이나 보온이 가능한 가열수단의 사용도 가능함은 물론이다.

이때, 도 1과 같이, 상기 적외선 램프(30)의 주위에는 적외선 방향을 블랭크로 향하도록 하는 반사체(32)들이 더 제공될 수 있다.

다음, 본 발명 장치에서 실질적으로 블랭크 국부 냉각제어를 가능하게 하는, 본 발명 장치의 상기 블랭크 냉각수단은 블랭크의 원하는 하나 이상의 부위를 설정온도 즉, 오스테나이트 변태 온도 미만으로 냉각하도록 장치 본체(10)에 소정 패턴으로 배치되면서 냉매를 분사하는 냉매 분사수단(50)으로 제공될 수 있다.

즉, 본 발명의 상기 냉매 분사수단(50)은, 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 블랭크 이동경로의 하측에 소정 간격으로 배열되는 복수개로 구성되고, 특히 이들 각각의 냉매 분사수단(50)들은 장치 제어부(C)를 통하여 개별 제어되는 것이 필요하다.

상기 냉각수단은 블랭크의 원하는 하나 이상의 부위를 국부적으로 선택하여 냉각할 수 있다. 이러한 국부냉각을 통해 냉각된 영역은 오스테나이트 변태온도 미만으로 냉각되어, 이후 후속하는 열간 성형 및 냉각과정을 통해 얻어진 성형품의 미세조직이 페라이트, 펄라이트 등의 조직을 가져 강도는 낮아도, 높은 연성을 확보할 수 있다.

또한, 상기 냉각수단의 제어를 통해, 하나의 블랭크에서 다양한 온도구배를 형성할 수 있다. 이를 통해, 미세조직의 변화를 통해, 다양한 강도 등의 물성이 도출될 수 있다. 따라서, 상기 장치에 의하면, 성형품의 강도 설계시 유연한 대처가 가능하다는 장점이 있다.

이때, 상기 냉매는 기체 또는 액체일 수 있는데, 예를 들어 불활성가스, 공기 또는 미스트, 냉각수 등일 수 있고, 상기 냉매 분사수단(50)도 적외선 램프와 같이 장치 본체의 양측벽과 바닥측에 제공될 수 있고, 장치 본체의 길이방향으로 소정 간격으로 제공될 수 있다.

즉, 도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 블랭크 국부 냉각을 위한 냉매 분사수단(50)들은 블랭크 길이방향으로 배열되면서, 장치 제어부(CT)를 통하여 그 개별 냉매 분사가 제어되기 때문에, 블랭크를 A 에서 E 부위로 구분하면, 냉매가 분사된 부위와 분사되지 않는 부위의 온도는 다르게 된다.

그리고, 냉매 분사압력이나 분사량의 제어를 통하여도 블랭크의 국부적인 온도 편차를 제어할 수 있다.

예를 들어, 도 1에서 900℃로 1차 가열된 블랭크의 A -> E 부위의 온도를 600℃, 900℃, 700℃, 600℃, 550℃로 일부는 온도를 유지하고(B 부위), 다양한 온도로 냉각을 시키는(A, C 내지 E 부위) 것이 가능하다.

결국, 하나의 단위 블랭크에 부위별 온도가 원하는 상태로 제어한 후 장치에서 배출시키면 원하는 블랭크의 국부적인 부위별 강도 제어를 가능하게 할 것이다.

물론, 블랭크의 온도가 서로 다른 부위의 경계 부분인 온도 천이영역이 발생되지만, 적어도 블랭크의 가공전 온도 구배를 제어하는 것은 가능하게 한다.

한편, 바람직하게는 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명 장치에서 실제 블랭크 국부 냉각 제어를 가능하게 하는 상기 냉매 분사수단(50)들은, 냉매 공급라인(L)의 펌프(P)와 연계되는 냉매 공급관(52)들이 각각 개별적으로 연결되고, 상기 각각의 냉매 공급관(52)에 설치된 전기제어 개폐밸브(54)들은 장치 제어부(CT)와 전기적으로 연계되어 있고, 상기 펌프도 장치제어부와 연계되어 있다.

따라서, 장치 제어부(CT)는 이송롤(12)의 제어를 통하여 블랭크 이송을 제어하여 블랭크가 적정한 장치 본체의 내부에서 위치되도록 하고, 상기 전기제어 개폐밸브(V)들의 개별 제어 예컨대, 밸브의 개폐와 개도량 제어를 통하여 냉매의 분사량이나 분사 유무를 제어하면, 도 1과 같은 하나의 단위 블랭크(100)에 서로 다른 온도로 국부적인 냉각 제어를 용이하게 구현할 것이다.

물론, 블랭크는 기본적으로 핫 프레스 포밍의 가공 조건을 만족하도록 열처리수단(30)이 블랭크 전체 온도를 설정온도 이상으로 적어도 유지하도록 승온과 보온하지만, 원하는 블랭크 부위만을 설정온도 이하로 유지하도록 하는 경우, 냉매 분사수단(50)의 개별 제어를 수행하면 된다.

이때, 상기 냉매 분사수단(50)들은 도면에서는 개략적으로 도시하였지만, 냉매헤더에 분사구나 노즐이 구비되는 형태로서, 분사구나 노즐은 블랭크를 향하여 냉매를 분사하도록 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 장치를 이용하여 열간 성형품을 제조하는 방법을 제공한다. 먼저, 열간 성형용 블랭크를 오스테나이트 변태 온도 이상으로 가열하는 1차 가열하고, 상기 가열된 블랭크를 전술한 열처리 장치에 장입하여 온도 유지 및 국부냉각의 열처리를 행하고, 이후, 금형으로 이송하여 성형하고 급냉하여 제조된다.

본 발명의 제조방법에 의한 열간 성형품은 설계에 따라, 강도를 다양하고 유연하게 형성할 수 있는 장점을 갖는다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

1.... 열처리 장치 10....장치 본체
12....블랭크 이송롤 30....열처리수단(적외선램프)
50....블랭크 냉각수단(냉매 분사수단) 52....냉매 공급관
100...블랭크 A - E..블랭크의 온도별 부위
V.... 냉매 공급관 전기제어 개폐밸브
CT.... 장치 제어부

Claims (8)

1차 가열된 열간 성형용 블랭크(100)가 내부를 통과하는 장치 본체(10);
상기 장치 본체(10)에 블랭크를 승온 또는 보온토록 제공되는 열처리수단; 및,
상기 장치 본체(10)에 블랭크의 다분할 국부냉각을 가능토록 제공되는 냉각수단을 포함하는 열간 성형용 블랭크 열처리 장치.

청구항 1에 있어서,
상기 열처리수단은 블랭크를 설정 온도 이상으로 유지토록 장치 본체(10)에 배치되는 복수의 적외선램프(30)로 제공되고,
상기 블랭크 냉각수단은 블랭크의 원하는 하나 이상의 부위를 설정온도 이하로 유지토록 장치 본체(10)에 배치되면서 냉매를 분사하는 냉매 분사수단(50)으로 제공된 것을 특징으로 하는 열간 성형용 블랭크 열처리 장치.

청구항 2에 있어서,
상기 설정온도는 블랭크의 오스테나이트 변태 온도 이상인 열간 성형용 블랭크 열처리 장치.

청구항 2에 있어서,
상기 적외선 램프(30)와 냉매 분사수단(50)은 블랭크 이동경로(PT)의 상,하측에 소정패턴으로 배열되어 제공되는 것을 특징으로 하는 열간 성형용 블랭크 열처리 장치.

청구항 2에 있어서,
상기 적외선 램프(30)의 주위에는 적외선 방향을 블랭크로 향하도록 하는 반사체(32)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 성형용 블랭크 열처리 장치.

청구항 2에 있어서,
상기 냉매 분사수단(50)들은 블랭크의 국부적인 온도제어를 위하여 장치 제어부(C)를 통하여 개별 제어되는 것을 특징으로 하는 열간 성형용 블랭크 열처리 장치.

청구항 6에 있어서,
상기 냉매 분사수단(50)들은 냉매 공급라인(L)의 펌프(P)와 연계되는 냉매 공급관(52)들이 연결되고,
상기 각각의 냉매 공급관(52)에 설치된 전기제어 개폐밸브(54)들은 장치 제어부(C)와 전기적으로 제어토록 연계되어 각각의 냉매 분사수단(50)들은 개별 제어되는 것을 특징으로 하는 열간 성형용 블랭크 열처리 장치.

열간 성형용 블랭크를 오스테나이트 변태 온도 이상으로 가열하는 1차 가열단계;
상기 1차 가열된 블랭크를 청구항 1 내지 7중 어느 한 항의 열처리 장치를 사용하여 열처리하는 단계; 및
상기 열처리된 블랭크를 열간 성형 및 냉각하는 단계
를 포함하는 열간 성형품의 제조방법.

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