KR101677429B1 - 차량용 임팩트빔의 열처리 장치 - Google Patents

차량용 임팩트빔의 열처리 장치 Download PDF

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Abstract

제조공정이 간소화되되 제품의 진직도가 개선되도록, 본 발명은 기설정된 열처리온도로 가열된 작업대상물이 연속 이송되도록 열처리 공정라인의 일측에 배치되되, 내부에 구획공간이 형성된 케이싱; 상기 케이싱의 내부로 반입된 상기 작업대상물을 회전시키기 위해, 상기 작업대상물의 하부를 지지하도록 한쌍으로 구비되어 병렬 배치되는 하부롤러와, 상기 하부롤러의 상부에 배치되되 상기 작업대상물이 가압되도록 승강되는 상부롤러를 포함하는 지그장치; 및 상기 구획공간의 내부에서 회전되는 상기 작업대상물이 급속 냉각되도록 상기 하부롤러 및 상기 상부롤러 사이 공간으로 기설정된 분사압력의 냉각유체를 공급하는 냉각부를 포함하는 차량용 임팩트빔의 열처리 장치를 제공한다.

Description

차량용 임팩트빔의 열처리 장치{apparatus for heat treatment of impact beam}
본 발명은 차량용 임팩트빔의 열처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조공정이 간소화되되 제품의 진직도가 개선되는 차량용 임팩트빔의 열처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 도어 내부에는 충돌시 차체의 변형 파손 및 탑승자의 인명피해를 최소화하기 위해 임팩트빔(impact beam)이라고 하는 보강부재가 설치된다.
여기서, 상기 임팩트빔은 도어의 인사이드 패널과 아웃사이드 패널 사이에 가로 방향으로 설치되며, 차체의 중량 증대를 유발하지 않으면서도 구조적으로 양호한 내충격성 및 충격흡수성을 갖도록 금속판재를 원형단면의 중공관체로 성형하고 열처리 및 기타 필요한 부가적인 가공을 가해 제작하고 있다.
이때, 상기 임팩트빔의 연신율이 낮은 경우에는 취성 파괴로 인해 충돌시 탑승자에게 심각한 인명 피해를 유발할 수 있으며, 상기 임팩트빔의 진직도(straightness)가 낮은 경우에는 각 패널 사이 공간에 안정적으로 장착되기 힘들고 충격에 쉽게 변형될 수 있다.
이에, 상기 임팩트빔은 고온 가열된 후 급냉되는 담금질(quenching) 처리와, 중온 가열로 잔류응력을 제거하는 뜨임(tempering) 처리를 통해 강도 및 연신율 등 기계적인 특성을 개선하여 사용되고 있다.
그러나, 종래에는 임팩트빔이 담금질 처리되는 과정에서 급격한 온도 변화로 인해 다량의 휨변형이 발생되었으며, 휨변형된 임팩트빔의 진직도를 개선하기 위해 별도의 교정 공정이 요구되어 공정 시간 및 비용의 증가로 제품의 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
더욱이, 가열된 임팩트빔의 각 부분이 균일하게 냉각되는 것이 어렵기 때문에 내부 조직이 불균일화되어 내부 결함 내지는 잔존 응력이 과다한 경우가 많아 용접 등 후속 가공 공정에서 크게 변형되거나 균열 파손이 발생되는 문제점이 있었다.
한국 등록특허 제10-0353256호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 제조공정이 간소화되되 제품의 진직도가 개선되는 차량용 임팩트빔의 열처리 장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기설정된 열처리온도로 가열된 작업대상물이 연속 이송되도록 열처리 공정라인의 일측에 배치되되, 내부에 구획공간이 형성된 케이싱; 상기 케이싱의 내부로 반입된 상기 작업대상물을 회전시키기 위해, 상기 작업대상물의 하부를 지지하도록 한쌍으로 구비되어 병렬 배치되는 하부롤러와, 상기 하부롤러의 상부에 배치되되 상기 작업대상물이 가압되도록 승강되는 상부롤러를 포함하는 지그장치; 및 상기 구획공간의 내부에서 회전되는 상기 작업대상물이 급속 냉각되도록 상기 하부롤러 및 상기 상부롤러 사이 공간으로 기설정된 분사압력의 냉각유체를 공급하는 냉각부를 포함하되, 상기 하부롤러 및 상기 상부롤러의 외주에는 상기 작업대상물의 길이방향을 따라 다단의 지지돌기가 형성되도록 원주방향을 따라 냉각유체유동홈이 형성되고, 상기 지지돌기는 상기 하부롤러의 회전에 따라 상기 작업대상물의 외주와 접촉되는 부분이 점진적으로 변화되도록 나선형으로 구비되며, 상기 상부롤러는 승강수단에 연결되어 승강되는 승강프레임에 회전가능하게 결합되되, 상기 냉각부는 상기 승강프레임에 결합되되 상기 상부롤러의 일측부를 따라 기설정된 간격으로 상호 이격되도록 배치된 복수개의 제1분사노즐과, 상기 상부롤러의 타측부를 따라 상기 제1분사노즐 사이의 이격된 공간에 대향되도록 배치된 복수개의 제2분사노즐을 포함하며, 상기 각 분사노즐은 상기 상부롤러의 하부 외주면에 접하는 접선방향을 따라 하향 경사지게 구비되고, 상기 하부롤러 및 상기 상부롤러는 상기 작업대상물의 길이방향과 평행한 회전축을 따라 회전되도록 구비되며, 상기 상부롤러는 상기 각 하부롤러 사이 공간에 대향되도록 배치되되, 상기 지그장치는 상기 하부롤러를 회전구동하는 회전구동수단을 더 포함함을 특징으로 하는 차량용 임팩트빔의 열처리장치를 제공한다.
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상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명의 차량용 임팩트빔의 열처리 장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 한쌍으로 구비되어 병렬 배치된 하부롤러의 상부에 상부롤러가 승강되도록 구비됨에 따라 세개의 롤러 사이에 가압된 작업대상물의 형상이 고정되어 냉각시 급격한 온도 변화에 따른 변형이 방지되며 변형 교정을 위한 공정이 생략될 수 있어 제품의 생산성이 향상될 수 있다.
둘째, 상기 하부롤러 및 상부롤러의 회전에 따라 작업대상물이 회전되므로 작업대상물의 외주면이 균일하게 가압 및 냉각될 수 있어 길이방향 진직도가 정확하게 유지됨과 더불어, 내부 조직의 치밀화 및 안정화로 제품의 강도가 개선될 수 있다.
셋째, 상기 하부롤러 및 상부롤러의 외주에 길이방향을 따라 다단으로 돌설된 지지돌기가 형성되어 작업대상물의 외주를 안정적으로 지지하되, 원주방향으로 형성된 냉각유체유동홈을 통해 작업대상물의 표면 전체에 냉각유체가 원활하게 공급될 수 있으므로 신속한 냉각이 가능하다.
넷째, 상기 냉각부를 형성하는 분사노즐이 승강프레임에 결합되되, 상부롤러의 하부 외주면에 접하는 접선방향을 따라 하향 경사지게 구비되므로 승강프레임의 하강과 함께 냉각유체를 분사하는 냉각 공정이 즉시 수행될 수 있어 신속한 열처리가 가능하며, 설계 변경 없이도 승강프레임의 승강폭에 따라 다양한 직경의 작업대상물이 냉각될 수 있으므로 제품의 호환성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 임팩트빔의 열처리 공정라인을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 임팩트빔의 열처리 장치를 나타낸 정면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 임팩트빔의 열처리 장치를 나타낸 측면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 임팩트빔의 열처리 장치에서 하부롤러 및 상부롤러의 배치를 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 임팩트빔의 열처리 장치에서 냉각부를 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 임팩트빔의 열처리 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 임팩트빔의 열처리 공정라인을 나타낸 예시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 임팩트빔의 열처리 장치를 나타낸 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 임팩트빔의 열처리 장치를 나타낸 측면도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 임팩트빔의 열처리 장치에서 하부롤러 및 상부롤러의 배치를 나타낸 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 임팩트빔의 열처리 장치에서 냉각부를 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 상기 차량용 임팩트빔의 열처리 장치(100)는 케이싱(10), 지그장치(30), 그리고 냉각부(20)를 포함한다. 여기서, 상기 임팩트빔은 철을 주성분으로 하는 금속 합금으로 구비될 수 있으며, 원형 단면을 갖는 중공관체의 강재로 구비됨이 바람직하다.
여기서, 상기 케이싱(10)은 기설정된 열처리온도로 가열된 작업대상물(s)이 연속 이송되도록 열처리 공정라인(1)의 일측에 배치된다. 이때, 상기 작업대상물(s)은 상기 임팩트빔을 포함하되, 일정한 길이와 원형 단면을 갖고 열처리 대상이 되는 다양한 금속 부품을 포괄하는 의미로 이해함이 바람직하다.
상세히, 상기 열처리 공정라인(1)은 상기 작업대상물(s)을 기설정된 열처리온도로 가열한 후 냉각하는 담금질(quenching)을 수행하는 자동화된 시스템을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하며, 상기 열처리 공정라인(1)에는 담금질된 작업대상물(s)을 상기 열처리온도 이하의 온도로 재가열하는 템퍼링(tempering) 장치 등이 연계되어 구성되는 것도 가능하다.
이때, 상기 작업대상물(s)은 1.6~3.5t의 압연강판이 롤포밍 성형된 후 용접되어 형성될 수 있으며, 조관된 후 일정한 규격으로 커팅되어 적치된다. 그리고, 스텝피터(step feeder) 등의 공급수단에 의해 상기 열처리 공정라인(1)의 이송수단(3)으로 순차 공급될 수 있다.
여기서, 상기 이송수단(3)은 컨베이어 밸트 내지는 체인벨트, 이송롤러 등으로 구비될 수 있으며, 상기 작업대상물(s)은 이송수단(3)을 따라 가열장치(2), 열처리 장치(100)로 이동되어 열처리된 후 정해진 장소로 최종 이송될 수 있다. 물론, 상기 작업대상물(s)은 템퍼링 장치가 추가 구성된 경우에 열처리 후 템퍼링 장치(4)를 거쳐 정해진 장소로 최종 이송될 수도 있다.
이하에서는, 상기 열처리 공정라인(1)에 템퍼링 장치(4)가 추가된 것을 예로서 설명한다.
또한, 상기 이송수단(3)에는 상기 가열장치(2), 열처리 장치(100), 템퍼링 장치(4)와 연결된 부분을 따라 작업대상물(s)을 상기 각 장치 내부로 반입시키기 위한 실린더 등의 반입수단이 구비될 수 있으며, 상기 각 장치의 내부에는 반입된 작업대상물(s)을 이송수단으로 반출하기 위한 반출수단이 구비됨이 바람직하다.
물론, 상기 작업대상물(s)이 상기 가열장치(2)로 반입되기 전 단계에서, 중공관체로 구비된 작업대상물(s)의 내부에 폴리우레탄폼(PUR foam), 에폭시폼(EPOXY foam), 폴리프로필렌폼(EPP foam) 등의 발포성 수지가 충진되는 것도 가능하며, 상기 발포성 수지는 가열장치(2) 내부에서 작업대상물(s)과 함께 가열되어 발포됨에 따라 상기 작업대상물(s)의 전체적인 중량 증가를 최소화하면서도 강도 및 비틀림, 굽힙 저항성 등의 특성을 개선할 수 있다.
그리고, 상기 가열장치(2)에는 고주파의 유도전류를 형성하는 유도가열코일이 구비될 수 있으며, 상기 가열장치(2) 내부로 반입된 상기 작업대상물(s)은 고주파의 유도전류를 통해 기설정된 열처리온도로 가열될 수 있다.
이때, 상기 열처리온도는 상기 작업대상물(s)의 조성에 따라 상이하게 구비될 수 있으나, 일반적인 강재의 상변태 온도에 따라 800℃~950℃로 설정됨이 바람직하며, 상기 열처리온도에 따른 가열로 작업대상물(s)의 내부 조직이 마르텐사이트화되어 제품의 경도 및 강도가 현저히 증가될 수 있다.
여기서, 상기 작업대상물(s)의 가열시간은 60초 이하로 설정될 수 있으며, 마르텐사이트 외의 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 등의 상이 형성되지 않도록 30초 이하로 설정됨이 바람직하다.
그리고, 상기 가열된 작업대상물(s)은 상기 이송수단(3)에 의해 상기 케이싱(10)의 내부로 연속 이송된다.
여기서, 연속 이송된다는 말은 작업대상물(s)이 가열되고 케이싱(10)의 내부로 이송되는 과정이 복수개의 작업대상물에 대해 연속적으로 이루어진다는 의미로 이해함이 바람직하다.
즉, 하나의 작업대상물이 가열되어 케이싱(10)의 내부로 이송되면 다음 작업대상물이 가열되어 케이싱(10)의 내부로 이송되는 과정이 반복적으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 케이싱(10)은 상기 열처리 공정라인(1)에서 상기 가열장치(2)와 인접한 위치에 구비됨이 바람직하며, 가열된 작업대상물(s)이 이송수단(3) 상에서 불균일한 냉각 환경 하에 노출되는 것을 최소화할 수 있다.
그리고, 도 2를 참조하면, 상기 케이싱(10)의 내부에는 이송수단(3)을 통해 이송되는 작업대상물(s)이 반입되되, 반입된 작업대상물(s)이 외부공간과 구획될 수 있는 구획공간(k)이 형성된다.
여기서, 상기 케이싱(10)의 일면에는 상기 이송수단(3)을 따라 이송되는 작업대상물(s)이 통과할 수 있는 개구(11)가 형성되며, 상기 개구(11)를 개폐하기 위한 차폐커버(12)가 구비될 수 있다.
즉, 상기 케이싱(10)의 내부로 상기 작업대상물(s)이 반입되면 상기 차폐커버(12)가 상기 개구(11)를 차단하여 구획공간(k)을 외부공간으로부터 차단함으로써 상기 케이싱(10)의 내부로 분출된 냉각유체가 케이싱(10) 외부로 누출되는 것이 방지될 수 있다.
그리고, 상기 작업대상물(s)의 냉각이 종료되면 상기 차폐커버(12)가 개방되어 개구(11)의 반대측에 구비된 반출실린더(14)의 구동을 통해 작업대상물(s)이 이송수단(3)측으로 반출될 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 3을 참조하면, 상기 지그장치(30)는 한쌍의 하부롤러(30b)와, 상기 하부롤러(30b)의 상부에 배치되는 상부롤러(30a)를 포함한다. 여기서, 상기 지그장치(30)는 상기 케이싱(10)의 내부로 반입된 상기 작업대상물(s)이 일정한 높이에서 회전되도록 지지할 수 있다.
이때, 상기 하부롤러(30b) 및 상기 상부롤러(30a)는 강도 및 내열성이 뛰어난 금속 내지는 세라믹을 소재로 한 원기둥 형상으로 구비될 수 있으며, 상기 케이싱(10)의 내부로 반입된 작업대상물(s)의 외주면을 일체로 지지하도록 상기 하부롤러(30b) 및 상기 상부롤러(30a)의 길이는 상기 작업대상물(s)의 길이를 초과하도록 구비됨이 바람직하다.
여기서, 상기 하부롤러(30b)는 상기 작업대상물(s)의 하부를 지지하도록 한쌍으로 구비되어 병렬 배치된다. 즉, 상기 각 하부롤러는 동일한 직경의 단면을 갖도록 구비되며, 동일한 높이에 배치되되, 측방향으로 상호 인접하도록 배치됨이 바람직하다.
그리고, 상기 각 하부롤러 사이의 이격 간격은 상기 작업대상물(s)의 직경보다 좁게 설정됨이 바람직하며, 상기 작업대상물(s)은 상기 각 하부롤러에서 상호 대향되는 상부측 외주면 사이의 공간에 안착되어 지지될 수 있다.
여기서, 상기 각 하부롤러(30b)는 측방향으로 평행 이동되어 상호 간의 이격 간격이 조절되도록 구비되는 것도 가능하며, 상기 작업대상물(s)에 직경에 따라 하부롤러(30b)의 상부에서 지지되는 높이를 조절하여 개구(11)를 통한 반입 및 반출이 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.
이때, 상기 상부롤러(30a)는 상기 하부롤러(30b)의 상부에 배치되되, 상기 안착된 작업대상물(s)이 가압되도록 승강된다. 즉, 상기 각 하부롤러(30b) 사이에 형성된 공간에 작업대상물(s)이 안착되면, 상기 상부롤러(30a)가 하강하여 작업대상물(s)의 상부 외주면를 가압할 수 있다.
이처럼, 상기 작업대상물(s)은 하부 외주 양측이 한쌍의 하부롤러(30b)에 의해 지지되되 상부 외주가 상부롤러(30a)에 의해 가압됨에 따라 삼각형을 이루도록 배치된 세개의 롤러 사이에서 형상이 고정되어 냉각시 급격한 온도 변화로 발생될 수 있는 변형이 방지될 수 있다.
이에 따라, 냉각 후 변형을 교정하기 위한 별도의 교정 공정이 요구되지 않아 생산 공정이 간소화될 수 있으며, 공정 비용 및 시간의 절감을 통해 제품의 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 상부롤러(30a)의 승강에 따라 다양한 직경의 작업대상물(s)이 하부롤러(30b)의 상부에 고정 및 회전될 수 있으므로 제품의 호환성이 향상될 수 있다.
여기서, 도 3 내지 도 4를 참조하면, 상기 상부롤러(30a)는 상기 각 하부롤러(30b) 사이의 공간에 대향되도록 배치됨이 바람직하다. 즉, 상기 상부롤러(30a)는 그의 폭방향 중심선이 상기 하부롤러 사이의 공간의 폭방향 중심선의 상부에 정렬되도록 배치된다.
이에 따라, 상기 상부롤러(30a)가 하강하여 상기 작업대상물(s)의 상부 외주면를 가압하면, 상기 각 하부롤러(30b)의 상부측 외주면이 상기 작업대상물(s)의 하부 외주면 양측을 동일한 힘으로 지지할 수 있으며, 상기 작업대상물(s)이 세개의 롤러 사이에서 안정적으로 지지될 수 있다.
또한, 상기 하부롤러(30b) 및 상기 상부롤러(30a)는 상기 작업대상물(s)의 길이방향과 평행한 회전축을 따라 회전되도록 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 하부롤러(30b) 및 상기 상부롤러(30a) 중 적어도 어느 하나는 회전 구동되도록 구비됨이 바람직하다.
즉, 상기 하부롤러(30b) 및 상기 상부롤러(30a)가 상기 작업대상물(s)의 외주에 밀착된 상태에서 하부롤러(30b) 및 상부롤러(30a) 중 어느 하나가 회전구동되면, 상기 작업대상물(s) 및 상기 작업대상물(s)의 외주에 밀착된 다른 롤러가 회전될 수 있다.
이처럼, 상기 작업대상물(s)이 상부롤러(30a) 및 하부롤러(30b) 사이에서 가압되어 냉각시 온도 변화에 따른 변형이 방지되되, 가압시 회전됨에 따라 작업대상물(s)의 외주면 각 부분이 균일한 힘으로 가압될 수 있으므로 길이방향의 진직도가 정확하게 유지될 수 있다.
또한, 변형을 교정하기 위한 별도의 교정 공정이 없이도 높은 진직도의 제품의 생산될 수 있으므로 제품의 생산성 및 품질성이 개선될 수 있다. 그리고, 상부롤러(30a)의 승강폭에 따라 별도의 금형이나 설계변경 없이도 다양한 직경의 작업대상물(s)에 적용될 수 있어 제품의 호환성이 향상될 수 있다.
더욱이, 가열된 상태에서 케이싱(10)의 내부로 반입된 작업대상물(s)이 냉각유체의 분출과 함께 회전되므로 균일한 냉각이 가능할 뿐만 아니라, 냉각과 함께 표면에 가해지는 균일한 압력으로 인해 내부 조직이 치밀화될 수 있으며, 공동 등의 결함 감소와 균일한 조직 분포를 통해 조직이 안정화되어 제품의 강도가 개선될 수 있다.
여기서, 상기 지그장치(30)는 상기 하부롤러(30b)를 회전구동하는 회전구동수단을 더 포함함이 바람직하다. 상세히, 상기 회전구동수단은 케이싱(10)의 일측에 구비된 유압모터(35)로 구비될 수 있다.
이때, 상기 유압모터(35)는 벨트 내지 체인을 통해 상기 하부롤러(30b)에 회전력을 제공할 수 있다. 이처럼, 상기 유압모터(35)가 승강 구동되는 상부롤러(30a)가 아닌 케이싱(10)의 내부에 고정된 하부롤러(30b)에 연결됨에 따라 유압모터와 하부롤러 사이의 벨트나 체인의 연결구조가 간소화될 수 있으며, 벨트나 체인의 고장 없이 안정적으로 연결을 유지할 수 있어 제품의 내구성이 향상될 수 있다.
한편, 상기 냉각부(20)는 상기 구획공간(k)의 내부에서 회전되는 상기 작업대상물(s)이 급속 냉각되도록 상기 하부롤러(30b) 및 상기 상부롤러(30a) 사이 공간으로 기설정된 분사압력의 냉각유체를 공급한다.
이때, 상기 냉각유체는 20~30℃의 온도를 갖는 물, 수용성유, 광물유 등으로 구비될 수 있으며, 상기 냉각유체에는 부식방지를 위한 방청제가 첨가되는 것도 가능하다.
그리고, 상기 분사압력은 3~5kg/㎠으로 설정됨이 바람직하며, 상기 작업대상물(s)이 설정된 시간 이내에 100℃ 이하로 냉각되도록 하여 마르텐사이트상을 이룬 내부 조직이 다른 상으로 전이되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 하부롤러(30b) 및 상기 상부롤러(30a)의 외주에는 상기 작업대상물(s)의 길이방향을 따라 다단의 지지돌기(34a.36a)가 형성되도록 원주방향을 따라 냉각유체유동홈(34,36)이 형성됨이 바람직하다.
즉, 상기 하부롤러(30b) 및 상기 상부롤러(30a)의 외주에는 원주방향을 따라 함몰된 냉각유체유동홈(34,36)이 형성되되, 상기 냉각유체유동홈(34,36)은 상기 하부롤러(30b) 및 상기 상부롤러(30a)의 길이방향을 따라 다단으로 형성되며, 다단 형성된 냉각유체유동홈(34,36) 사이는 지지돌기(34a,36a)에 의해 구획될 수 있다.
이때, 상기 지지돌기(34a,36a)는 돌출된 외면을 통해 상기 작업대상물(s)의 외주면을 지지하며, 상기 냉각유체유동홈(34,36)은 지지돌기(34a,36a) 사이로 작업대상물(s)의 외주면이 노출되는 공간을 형성함으로써 냉각유체와의 접촉면적을 증가시켜 작업대상물(s)의 신속한 냉각을 가능하게 한다.
여기서, 상기 냉각유체유동홈(34,36) 및 상기 지지돌기(34a,36a)는 나선형으로 구비됨이 바람직하다. 상세히, 상기 작업대상물(s)은 일단 및 타단이 차폐커버(12) 및 반출실린더(14)에 의해 구속된 상태에서 하부롤러(30b) 및 상부롤러(30a)의 회전에 연동하여 회전될 수 있다.
이때, 상기 작업대상물(s)의 외주에서 상기 지지돌기(34a,36a)와 접촉되는 부분은 상기 하부롤러(30b) 및 상기 상부롤러(30a)의 회전에 따라 점진적으로 변화하게 된다.
즉, 상기 작업대상물(s)의 외주에서 상기 지지돌기(34a,36a)와 접촉되는 부분은 각 롤러(30a,30b)의 회전에 따라 냉각유체유동홈(34,36)측에 배치되어 냉각유체에 노출되고, 냉각유체유동홈(34,36)에 배치되어 노출된 부분은 각 롤러(30a,30b)의 회전에 따라 지지돌기(34a,36a)에 접촉되며 상기 작업대상물(s)의 표면 전체가 균일하게 가압 및 냉각될 수 있다.
이에 따라, 작업대상물(s)의 외주면이 균일한 속도로 냉각될 수 있으며, 가압에 따른 조직의 치밀화 및 안정화가 작업대상물(s)의 표면 전체에 균일하게 이루어질 수 있어 제품의 열처리 품질이 향상될 수 있다.
물론, 상기 하부롤러(30b) 및 상기 상부롤러(30a)의 지지돌기 및 냉각유체유동홈이 모두 나선형으로 구비되는 것이 가장 바람직하나, 도시된 바와 같이 하부롤러(30b)의 지지돌기 및 냉각유체유동홈만 나선형으로 구비되는 것도 가능하다.
한편, 상기 상부롤러(30a)는 승강수단에 연결되어 승강되는 승강프레임(31)에 회전가능하게 결합됨이 바람직하다.
상세히, 상기 승강프레임(31)은 상기 케이싱(10)의 내부에 상하 방향으로 구비된 가이드부(13)에 결합되어 안내되며, 상기 승강수단은 상기 케이싱(10)의 상부에 구비된 유압실린더(33)로 구비됨이 바람직하다.
여기서, 상기 가이드부(13)는 상기 케이싱(10)의 상면 및 하면을 수직방향으로 연결하도록 구비되며, 상기 하부롤러(30b)가 설치된 부분의 외곽 영역을 따라 복수개로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 승강프레임(31)은 상기 케이싱(10)의 상부에 구비된 유압실린더(33)에 연결되어, 상기 유압실린더(33)의 신축에 따라 상하 이동될 수 있다. 이때, 상기 승강프레임(31)에는 상기 각 가이드부(13)에 대응되는 부분을 따라 가이드연결부(32)가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 가이드연결부(32)는 내부에 가이드부(13)의 외경에 대응되는 상하 방향의 중공이 형성되며, 상기 가이드부(13)를 감싸도록 결합될 수 있다.
이때, 상기 승강프레임(31)은 상기 가이드연결부(32)를 통해 각 가이드부(13)에 승강 가능하도록 결합될 수 있으며, 승강시 상기 가이드부(13)의 형성방향을 따라 수직방향으로 안내될 수 있다. 이에 따라, 상기 상부롤러(30a)가 상기 작업대상물(s)의 상부 외주면을 정확한 방향으로 가압할 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 냉각부(20)는 상기 상부롤러(30a)의 양측부에 배치되도록 상기 승강프레임(31)에 결합됨이 바람직하다.
이때, 상기 냉각부(20)는 상기 상부롤러(30a)의 일측부를 따라 기설정된 간격으로 상호 이격되도록 배치된 복수개의 제1분사노즐(20a)과, 상기 상부롤러(30a)의 타측부를 따라 상기 제1분사노즐(20a) 사이의 이격된 공간에 대향되도록 배치된 복수개의 제2분사노즐(20b)을 포함함이 바람직하다.
이처럼, 상기 제1분사노즐(20a) 및 제2분사노즐(20b)이 상호 어긋난 형상으로 배치되므로 각 분사노즐에서 분사되는 냉각유체 간의 중첩이 최소화된 상태에서 작업대상물(s)에 균일하게 분사될 수 있으며, 냉각유체의 낭비 없이 효율적인 냉각이 가능하다.
또한, 상기 분사노즐(20a,20b)은 상기 상부롤러(30a)의 하부 외주면에 접하는 접선방향을 따라 하향 경사지게 구비됨이 바람직하다. 즉, 상기 분사노즐(20a,20b)은 분사방향이 상부롤러(30a) 최하단의 하부를 향하도록 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 승강프레임(31)이 하강하여 상기 상부롤러(30a)의 하부 외주면에 상기 작업대상물(s)이 접하면 별도의 조작 없이도 상기 분사노즐(20a,20b)이 상기 작업대상물(s)의 상부 외주면 양측을 향하게 되고, 상기 하부롤러(30b)와 상부롤러(30a) 사이의 공간에 배치된 작업대상물(s)의 외주측으로 냉각유체를 정확하게 분사할 수 있다.
이처럼, 상기 분사노즐(20a,20b)이 승강프레임(31)에 결합되되, 상부롤러(30a)의 하부 외주면에 접하는 접선방향을 따라 하향 경사지게 구비되므로 승강프레임(31)의 하강과 함께 냉각유체를 분사하는 냉각 공정이 즉시 수행될 수 있어 신속한 열처리가 가능하다.
또한, 분사노즐(20a,20b)을 통한 냉각유체의 분사와 함께 작업대상물(s)이 회전됨에 따라 분사노즐(20a,20b)의 각도를 조절하거나 각 롤러의 직경을 변경하는 등의 설계 변경 없이도 상부롤러(30a) 내지는 승강프레임(31)의 승강폭에 따라 다양한 직경의 작업대상물(s)이 냉각될 수 있으므로 제품의 호환성이 향상될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구한 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
100: 열처리 장치 1: 열처리 공정라인
2: 가열장치 3: 이송수단
4: 템퍼링 장치 10: 케이싱
13: 가이드부 20: 냉각부
20a: 제1분사노즐 20b: 제2분사노즐
30: 지그장치 30a: 상부롤러
30b: 하부롤러 31: 승강프레임
32: 가이드연결부 33: 유압실린더
34,36: 냉각유체유동홈 34a,36a: 지지돌기
35: 유압모터

Claims (5)

  1. 철을 주성분으로 하는 금속 합금의 재질을 갖는 중공관체인 작업대상물이 800℃~950℃로 가열된 후 담금질을 수행하는 차량용 임팩트빔의 열처리장치로서,
    기설정된 열처리온도로 가열된 작업대상물이 연속 이송되도록 열처리 공정라인의 일측에 배치되되, 내부에 구획공간이 형성된 케이싱;
    상기 케이싱의 내부로 반입된 상기 작업대상물을 회전시키기 위해, 상기 작업대상물의 하부를 지지하도록 한쌍으로 구비되어 병렬 배치되는 하부롤러와, 상기 하부롤러의 상부에 배치되되 상기 작업대상물이 가압되도록 승강되는 상부롤러를 포함하는 지그장치; 및
    상기 구획공간의 내부에서 회전되는 상기 작업대상물이 급속 냉각되도록 상기 하부롤러 및 상기 상부롤러 사이 공간으로 기설정된 분사압력의 냉각유체를 공급하는 냉각부를 포함하되,
    상기 하부롤러 및 상기 상부롤러의 외주에는 상기 작업대상물의 길이방향을 따라 다단의 지지돌기가 형성되도록 원주방향을 따라 냉각유체유동홈이 형성되고, 상기 지지돌기는 상기 하부롤러의 회전에 따라 상기 작업대상물의 외주와 접촉되는 부분이 점진적으로 변화되도록 나선형으로 구비되며,
    상기 상부롤러는 승강수단에 연결되어 승강되는 승강프레임에 회전가능하게 결합되고, 상기 냉각부는 상기 승강프레임에 결합되되 상기 상부롤러의 일측부를 따라 기설정된 간격으로 상호 이격되도록 배치된 복수개의 제1분사노즐과, 상기 상부롤러의 타측부를 따라 상기 제1분사노즐 사이의 이격된 공간에 대향되도록 배치된 복수개의 제2분사노즐을 포함하며, 상기 각 분사노즐은 상기 상부롤러의 하부 외주면에 접하는 접선방향을 따라 하향 경사지게 구비되고,
    상기 하부롤러 및 상기 상부롤러는 상기 작업대상물의 길이방향과 평행한 회전축을 따라 회전되도록 구비되며, 상기 상부롤러는 상기 각 하부롤러 사이 공간에 대향되도록 배치되되, 상기 지그장치는 상기 하부롤러를 회전구동하는 회전구동수단을 더 포함하고,
    상기 임팩트빔은 차량의 도어 내부에 배치되어 충돌시 차체의 변형 파손을 최소화하기 위함이고,
    상기 제1분사노즐 및 상기 제2분사노즐은 상기 작업대상물이 기설정된 시간 이내에 100℃ 이하로 냉각되도록 하여 상기 작업대상물의 마르텐사이트상을 이룬 내부 조직이 다른 상으로 전이되는 것을 방지하고,
    상기 작업대상물의 하부 외주 양측은 한쌍의 상기 하부롤러에 의해 지지되면서 상기 작업대상물의 상부 외주는 상기 상부롤러에 의해 가압됨에 따라 삼각형을 이루도록 배치된 한쌍의 상기 상부롤러 및 상기 하부롤러 사이에서 상기 작업대상물의 형상이 고정되어 냉각시 온도 변화로 발생될 수 있는 변형이 방지될 수 있고,
    상기 승강프레임은 가이드연결부를 통하여, 상기 케이싱의 상면 및 하면을 수직방향으로 연결하도록 구비된 가이드부를 따라 승강 가능하도록 결합되고
    상기 제1분사노즐과 상기 제2분사노즐은 상호 어긋난 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 임팩트빔의 열처리장치.
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