KR101376412B1 - 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치 및 이를 이용한 핫스탬핑 블랭크 가열방법 - Google Patents

Abstract

가열된 블랭크 소재를 프레스 금형을 이용하여 성형함과 동시에 냉각하여 고강도의 부품을 제조하는 핫스탬핑 성형을 위한 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 블랭크 소재를 국부적으로 온도 편차를 가지도록 가열한 후 성형함으로써 국부 연화 핫스탬핑 부품을 제조할 수 있도록 한 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치에 관하여 개시한다.
본 발명은 블랭크 소재를 수용하고 가열하는 1차 가열로; 및 상기 1차 가열로에서 배출된 블랭크 소재를 공급받아 유도 가열방식으로 추가가열하되 국부적으로 가열량을 달리할 수 있도록 형성되는 2차 유도가열로;를 포함하는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치를 제공한다.

Description

핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치 및 이를 이용한 핫스탬핑 블랭크 가열방법{PARTIAL HEATING DEVICE OF HOT STAMPING BLANK AND HEATING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 가열된 블랭크 소재를 프레스 금형을 이용하여 성형함과 동시에 냉각하여 고강도의 부품을 제조하는 핫스탬핑 성형을 위한 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 블랭크 소재를 국부적으로 온도 편차를 가지도록 가열한 후 성형함으로써 국부 연화 핫스탬핑 부품을 제조할 수 있도록 한 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치에 관한 것이다.

차량에는 다양한 강도를 갖는 부품들이 사용된다. 예를 들어 차량 충돌 또는 전복시 에너지를 흡수해야 하는 부분들은 비교적 약한 강도가 요구되며, 탑승자의 생존공간 확보를 위해 형상유지가 필요한 부분은 강한 강도가 요구된다.

충돌시 에너지를 흡수해야 하는 부분이 강도가 지나치게 높으면 충격에너지를 적절하게 흡수하지 못하고 다른 부분으로 그대로 전달하게 되어, 오히려 탑승객과 차량의 다른 부품들에 과도한 충격을 전달하는 문제점을 가져오기 때문이다.

차량은 지속적으로 경량화와 원가절감이 요구 되고 있으며, 이에 따라 하나의 부품이 부분적으로 서로 다른 이종강도를 갖는 것이 필요하게 되었다.

부품의 일부 구간은 탑승자 보호를 위해 고강도가 요구되지만, 일부 구간은 충격 에너지 흡수를 위해 상대적으로 낮은 강도가 요구되는 것이다.

이러한 부품에는 대표적으로 승용차의 B 필러를 예로 들 수 있다.

도 1은 자동차의 차체 구조와 B 필러 부분을 확대해서 나타낸 사시도이다.

차량의 B 필러(1)는 승용차량의 프런트 도어(front door)와 리어 도어(rear door) 사이에서 차체의 바닥면과 루프(roof)를 연결하는 부분을 말한다.

B 필러(1)는 하부(1b)는 상대적으로 낮은 인장강도가 요구되고, 상부(1a)는 높은 인장강도가 요구된다. 강도의 차이가 필요한 이유는 차량 충돌시 고강도로 형상이 유지되어야 하는 부분(전복시 루프를 지탱해야 하는 상부)과 찌그러지면서 충격을 흡수해야 하는 부분(타 차량과 측면 충돌 가능성이 높이 하부)이 동시에 필요하기 때문이다.

탑승객의 부상을 방지할 수 있는 안정된 공간을 확보하기 위하여 B 필러(1)의 상부(1a)는 형상이 유지되어야 하므로 고강도가 요구된다. B 필러(1)의 상부(1a) 강도가 확보되지 않으면 차량 전복될 경우 루프가 내려 앉아 탑승객의 안전에 큰 위협이 된다. 그러나 B 필러(1)의 하부(1b)는 변형이 되면서 충격에너지를 흡수해야 하므로 상대적으로 낮은 강도가 요구된다. B 필러(1)의 하부(1b)도 고강도를 가지게 되면 측면 충돌시 충돌에너지의 흡수가 이루어지지 않아 다른 구조재에 충격이 전달되기 때문이다.

구체적인 요구 강도는 차량의 종류나 형태에 따라 다르겠지만, B 필러(1)의 상부(1a)의 경우 약 1500MPa의 인장강도가 요구되는 반면에, B 필러(1)의 하부(1b)의 경우에는 약 600MPa정도의 인장강도와 상부(1a)보다 더 높은 연성이 요구된다.

종래에는 저강도의 소재로 부품을 형성한후, 고강도가 요구되는 부분에 별도의 보강재를 부착하는 방식을 사용하기도 하였으나, 하나의 부품이 구간적으로 다른 강도가 요구되는 경우 상부는 경화능이 높은 소재를 사용하고, 하부는 강도가 낮고 경화능이 낮은 소재를 사용하여 두 소재를 레이저로 용접하여 블랭크를 만들고 핫스탬핑 공정을 거쳐 최종 제품을 제작하고 있었다.

그런데, 이렇게 이종의 소재를 용접하여 사용하는 것은 용접공정 추가에 의한 제조비용 상승이 불가피하며, 특히 핫스탬핑 후 용접부에서 강도가 저하되거나 터짐이 발생하는 등의 심각한 문제발생 우려가 잔존하게 된다.

본 발명의 목적은 핫스탬핑 블랭크가 국부적으로 다른 온도를 가지도록 가열할 수 있는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 국부적으로 인성을 향상시켜 부품의 충돌 안전성을 향상시킬 수 있는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 블랭크의 국부가열을 신속하게 수행할 수 있으며, 생산성이 우수하고 제조원가 절감에 도움이 되는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 블랭크 소재를 수용하고 가열하는 1차 가열로; 및 상기 1차 가열로에서 배출된 블랭크 소재를 공급받아 유도 가열방식으로 추가가열하되 국부적으로 가열량을 달리할 수 있도록 형성되는 2차 유도가열로;를 포함하는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치를 제공한다.

이 때, 상기 블랭크를 상기 2차 유도가열로 내부에 이송시키는 이송수단을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 2차 유도가열로는 상기 블랭크의 이송방향과 평행한 방향으로 복수의 구간으로 분할되어 각 구간의 가열량이 각각 설정되거나 조절될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 각 구간의 경계는 자기장을 차단하는 차폐판이 형성되며, 상기 차폐판은 세라믹 재질인 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명은 블랭크 소재를 수용하고 가열하는 1차 가열로; 상기 1차 가열로에서 배출된 블랭크 소재를 공급받아 유도 가열방식으로 추가가열하되 국부적으로 가열량을 달리할 수 있도록 형성되는 2차 유도가열로; 및 상기 블랭크 소재가 순차적으로 상기 1차 가열로와 상기 2차 유도가열로를 순차적으로 통과하도록 이송하는 이송수단;을 포함하는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치를 제공한다.

상기 2차 유도가열로는 상기 이송수단의 이송방향과 평행하게 형성되는 복수개의 차폐판을 구비하며,,

상기 차폐판으로 구획되는 각각의 공간에 유도가열 코일이 구비되고, 각각의 유도가열 코일의 자기장이 독립적으로 제어되도록 하거나,

각각의 유도가열 코일의 길이가 독립적으로 설정되도록 하거나,

각각의 유도가열 코일은 권선수가 독립적으로 설정되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 블랭크 소재를 수용하고 가열하는 1차 가열로와, 상기 1차 가열로에서 배출된 블랭크 소재를 공급받아 유도 가열방식으로 추가가열하되 국부적으로 가열량을 달리할 수 있도록 형성되는 2차 유도가열로를 포함하는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치를 이용한 핫스탬핑 블랭크 가열 방법으로, 상기 1차 가열로에서 상기 핫스탬핑 블랭크를 500~600℃ 범위로 가열하고, 상기 2차 유도가열로에서 상기 핫스탬핑 블랭크를 국부적으로 온도편차를 두고 추가가열하되 최종가열온도가 720~950℃ 범위가 되도록 가열하는 것을 특징으로 핫스탬핑 블랭크 가열 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 핫스탬핑 블랭크 가열 장치는 블랭크를 1차가열로에서 예비적으로 가열한후, 2차 유도가열로에서 국부적으로 편차를 두고 가열함으로써 국부적으로 연화된 핫스탬핑 부품을 제조할 수 있는 효과를 가져온다.

국부적으로 연화된 핫스탬핑 부품은 필요 부위의 인성을 향상시켜 충돌시 부품이 파손되는 가능성을 감소시켜 줌으로써 충돌 안전성을 개선하는 효과를 가져온다.

도 1은 자동차의 차체 구조와 B 필러 부분을 확대해서 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치의 2차 유도가열로의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치의 2차 유도가열로의 제 1 실시예를 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치의 2차 유도가열로의 제 2 실시예를 나타낸 구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치의 2차 유도가열로의 제 3 실시예를 나타낸 구성도임.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 국부가열 장치 및 이를 이용한 핫스탬핑 성형 방법의 실시예를 설명한다.

이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 핫스탬핑 국부 가열 장치(100)는 블랭크 소재를 수용하고 가열하는 1차 가열로(120)와, 상기 1차 가열로(120)에서 배출된 블랭크 소재를 공급받아 유도 가열방식으로 추가가열하되 국부적으로 가열량을 달리할 수 있도록 형성되는 2차 유도가열로(140)를 포함한다.

1차 가열로(120)는 챔버 내부 공간을 가열함으로써 챔버에 수용된 블랭크를 가열하는 방식의 일반적 형태의 가열로를 사용할 수 있다.

핫스탬핑 성형방법은 상변태온도(AC3 온도, 약 723℃) 이상으로 가열된 블랭크를 열간성형함과 동시에 급냉하여, 소재의 형상을 가공하고 강도를 향상시키는 방법인데, 본 발명은 일부 구간은 상변태 온도 이하로 가열하고 일부 구간은 상변태 온도 이상으로 가열할 수 있도록 함으로써, 성형 부품의 필요 부위의 인성을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명은 1차 가열로(120)에서는 블랭크 전체를 균일하게 가열하고, 2차 유도가열로(140)에서는 블랭크를 국부적으로 추가가열하는 방식을 취한다.

이를 위해 본 발명은, 1차 가열로(120)에서는 상변태 온도 이하까지만 가열하고, 2차 유도가열로(140)에서 추가 가열량을 조절하여 국부적인 온도 편차를 가지도록 가열하게 된다.

블랭크는 1차 가열로(120)에서 500~600℃ 범위로 가열하는 것이 바람직하다. 핫스탬핑 소재의 도금층에는 있는 Al이 녹아서 이송수단(142)에 소착되는 현상을 최소화 하기 위해서는 서서히 가열 시켜야 하므로 가열로(120)를 통해서 Al의 융점인 500~600℃ 까지는 서열 시키고, 이후 2차 가열단계에서 급가열이 가능한 유도가열로(140)를 통하여 국부적인 온도 편차를 갖도록 추가 가열 하여야 한다. 또한 1차 가열로(120)에서 500℃ 미만으로 가열하게 되면, 2차 유도가열로(140)의 가열량이 증가하여 2차 유도가열로(140)의 장비가 비대해지는 문제점을 가져오며, 1차 가열로(120)에서 600℃ 초과로 가열하게 될 경우, 2차 유도가열로(140)에서의 추가 가열량의 편차가 커져 2차 유도가열로(140)의 제어가 어려운 문제점을 가져온다.

2차 유도가열로(140)는 1차 가열로(120)에서 전체적으로 균일하게 가열된 블랭크를 추가적으로 편차를 두고 유도가열 방식으로 가열하기 위한 것이다.

2차 유도가열로(140)는 내부에 블랭크를 이송시키는 이송수단(160)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이송수단(142)은 도시된 바와 같이, 블랭크가 1차 가열로(120)에서 2차 유도가열로(140)까지 연속적으로 이송되도록 구성될 수도 있다.

이송수단(160)은 도시한 바와 같이, 복수개의 롤러를 이용하거나 벨트나 체인 등을 이용할 수도 있다.

상기 2차 유도가열로(140)는 블랭크의 최종온도가 상변태온도(AC3) 이하인 영역과, 상변태온도(AC3) 이상인 영역이 공존하도록 가열하는 것이 바람직하다.

보다 상세하게는 상기 2차 유도가열로(140)는 최종온도가 720~950℃ 범위가 되도록 추가 가열하는 것이 바람직하다.

최종온도가 720℃ 미만인 경우 블랭크 소재의 성형성 확보가 곤란하며, 최종온도가 950℃ 를 초과하는 경우에는 950℃ 이하인 경우와 성형성과 강도향상에 있어서는 차이점이 미약하나, 소모되는 에너지가 많아 원가가 상승하게 되는 문제점을 가져온다.

도 3은 본 발명에 따른 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치의 2차 유도가열로의 내부 구성을 나타낸 도면이다.

2차 유도가열로(140)는 블랭크의 이송방향과 평행한 방향으로 복수의 구간으로 분할되어 각 구간의 가열량이 각각 설정되거나 조절될 수 있도록 한다.

이를 위해, 각 구간의 경계는 자기장을 차단하는 차폐판(142)이 형성된다.

상기 차폐판은 자기장을 차단하며 고온에서 견딜 수 있는 세라믹 재질을 사용할 수 있다.

차폐판(142)으로 구획되는 각각의 구간에는 유도가열 코일(144)이 구비된다.

유도가열 코일(144)은 전자기장을 형성하여, 블랭크를 유도가열 시키는 것으로, 각각의 구간에서 유도가열량이 차등 될 수 있도록 구성된다. 유도가열 코일(144)로 인한 유도가열량의 차등을 위한 상세구조는 도 4 내지 도 6을 참조하여 후술한다.

차폐판(142)는 각각의 구간의 전자기장이 인접 구간에 영향을 미치지 않도록 자기장을 차단하는 역할을 수행한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치의 2차 유도가열로의 제1 실시예를 나타낸 구성도이다.

제 1 실시예에 따른 2차 유도가열로(300)는 차폐판(310)으로 구획된 각각의 구간에 동일한 유도가열 코일(320)을 구비하되, 각각의 유도가열 코일(320)이 제어부(330)에 의하여 개별적으로 제어될 수 있도록 함으로써 유도가열량을 조절하는 것을 특징으로 한다.

다시말해. 본 실시예는 각각의 구간에 동일한 규격과 길이를 가지는 유도가열 코일(320)을 배치하되, 제어부(330)에서 각각의 유도가열 코일(320)에 인가되는 교류전원의 전류를 달리하거나, 교류전원의 주파수를 달리하는 방법으로 자기장의 발생량에 차등을 둠으로써 구간별 유도가열량을 다르게 하는 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치의 2차 유도가열로의 제 2 실시예를 나타낸 구성도이다.

제 2 실시예에 따른 2차 유도가열로(400)는 차폐판(410)으로 구획된 각각의 구간에 동일한 규격을 가지는 유도가열 코일(420)을 길이를 달리함으로써, 블랭크 소재가 유도가열 코일(420)에 의하여 가열되는 시간을 조절함으로써, 각각의 구간의 유도가열량을 다르게 하는 것이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치의 2차 유도가열로의 제 3 실시예를 나타낸 구성도이다.

제 3 실시예에 따른 2차 유도가열로(500)는 차폐판(510)으로 구획된 각각의 구간에 상이한 규격(권선수, 코일 직경 등)을 가지는 유도가열 코일(520)을 배치하여, 각각의 구간에서 발생하는 자기장을 달리함으로써, 각각의 구간의 유도가열량을 다르게 하는 것이다.

각 구간의 유도가열량을 달리하기 위한 대표적인 경우를 3가지 실시예로 들었으나, 이들중 2가지 이상의 구성을 혼합하여 사용할 수도 있다.

즉, 코일의 길이를 다르게 하는 제 2 실시예와, 각 코일에 인가되는 전원에 차별성을 두는 제 1 실시예를 혼합하여, 코일의 길이를 다르게함과 동시에 각각의 코일에 인가되는 전류나 주파수를 달리할 수도 있고, 세가지 실시예를 모두 혼합하여 각각의 코일의 규격(권선수, 직경 등)과 길이를 달리하고, 각각의 코일에 인가되는 전류나 주파수를 달리 제어할 수도 있다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 핫스탬핑 블랭크 국부 가열장치는 핫스탬핑 블랭크를 상변태 온도 이상인 구간과 상변태 온도 이하인 구간이 공존하도록 가열할 수 있게 해준다. 핫스탬핑 블랭크에서 상변태 온도 이하로 가열된 영역의 경우 최종제품에서 다른 구간에 비하여 높은 인성을 가지게 된다.

따라서, 본 발명을 이용하면 핫스탬핑 부품의 필요 부위에 인성을 향상시켜 충돌 안전성을 개선할 수 있는 효과를 가져온다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100 : 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치
120 : 1차 가열로
140 : 2차 유도가열로
160 : 이송수단
142 : 차폐판
300, 400, 500 : 2차 유도가열로
310, 410, 510 : 차폐판
320, 420, 520 : 유도가열코일
330, 430, 530 : 제어부

Claims (12)

1. 블랭크 소재를 수용하고 가열하는 1차 가열로; 및
   상기 1차 가열로에서 배출된 블랭크 소재를 공급받아 유도 가열방식으로 추가가열하되 국부적으로 가열량을 달리할 수 있도록 형성되는 2차 유도가열로;를 포함하며,
   상기 2차 유도가열로는
   상기 블랭크의 이송방향과 평행한 방향으로 복수의 구간으로 분할되어 각 구간의 가열량이 각각 설정되거나 조절되도록 형성되고,
   상기 각 구간의 경계는 자기장을 차단하는 차폐판이 형성되는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 블랭크를 상기 2차 유도가열로 내부에 이송시키는 이송수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 차폐판은 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 국부 가열 장치.
   
6. 블랭크 소재를 수용하고 가열하는 1차 가열로;
   상기 1차 가열로에서 배출된 블랭크 소재를 공급받아 유도 가열방식으로 추가가열하되 국부적으로 가열량을 달리할 수 있도록 형성되는 2차 유도가열로; 및
   상기 블랭크 소재가 순차적으로 상기 1차 가열로와 상기 2차 유도가열로를 순차적으로 통과하도록 이송하는 이송수단;을 포함하며,
   상기 2차 유도가열로는 상기 이송수단의 이송방향과 평행하게 형성되는 복수개의 차폐판을 구비하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치.
   
7. 삭제
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 차폐판으로 구획되는 각각의 공간에 유도가열 코일이 구비되고,
   각각의 유도가열 코일의 자기장이 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치.
   
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 차폐판으로 구획되는 각각의 공간에 유도가열 코일이 구비되고,
   각각의 유도가열 코일의 길이는 독립적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치.
   
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 차폐판으로 구획되는 각각의 공간에 유도가열 코일이 구비되고,
    각각의 유도가열 코일은 권선수가 독립적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 블랭크 국부 가열 장치.
    
11. 제 6 항에 있어서,
    상기 차폐판은 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 국부 가열 장치.
    
12. 삭제

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