KR101767890B1 - 고강도 강부품용 가공장치 - Google Patents

Abstract

통전 소성을 이용하여 고강도 강부품을 손쉽게 성형, 절단 등의 가공을 하기 위한 장치가 소개된다. 그 가공장치는 대상물(W) 가공과정에 프레스(10)의 금형(20)에 설치된 전극(30)을 통해 전원장치(40)로부터 대상물(W)로 전류가 공급되도록 구성되며, 전원장치(40)의 제어를 위한 제어기(50)와 복수 개의 센서(60,70,80,90)를 구비한다.

Description

고강도 강부품용 가공장치{APPARATUS FOR MACHINING WORKPIECES MADE OF HIGH STRENGTH STEEL}

본 발명은 특히 통전 소성(electroplasticity)을 이용하여 고강도 강부품을 손쉽게 성형, 절단 등의 가공을 하기 위한 장치에 관한 것이다.

연비 규제나 안전법규의 강화 등으로 차량 부품의 경량화 및 고강도화에 대한 요구가 매우 높다. 그 결과 1 기가 파스칼(GPa)급의 초고강도강 부품이 상용화되어 있고 최근에는 2 기가급 강의 개발까지 추진되고 있다.

일반적으로 강판의 강도가 증가하면 연신율이 저하되어 가공성이 떨어진다. 이 문제의 해결을 위해 제안된 신기술이 핫스탬핑(hot stamping)이다. 핫스탬핑은 고강도 강판을 900℃ 정도로 가열한 후 프레스 성형 및 냉각을 하므로 성형성이 매우 우수하다.

그러나 핫스탬핑에 의해 성형성이 확보되었다고 하더라도 제품의 마감을 위한 트리밍이 또 문제된다. 통상적으로는 프레스를 이용한 트리밍이 이용되나, 초고강도 강에 적용할 경우 트리밍 툴의 잦은 파손으로 인하여 이의 양산에 적용하지 못한다. 현재 핫스탬핑된 고강도강의 트리밍에 레이저가 이용되고 있다.

한국등록특허 제1368276호 (2014년 2월 21일 등록)

본 발명은 지식경제부(현 산업통상자원부)의 "산업융합원천기술개발사업"의 지원을 받아 수행된 연구결과에 기초한 것이다.

위에서 언급된 레이저 커팅은 사이클타임이 길뿐만 아니라 작업환경으로 인한 버 발생으로 후가공까지 요구된다. 따라서 레이저 이외의, 초고강도강을 냉간 트림할 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있다.

통전 소성은 금속 소재에 전류를 인가할 때 일시적으로 소재의 강도가 감소하고 연신율이 변화하는 현상으로, 금속 소재의 가공에 이용할 수 있는 가능성이 있다는 점에서 최근 주목을 받고 있다. 다만 그 원리가 명확히 규명되지 않았고 상용화에 이를 정도의 체계적인 연구가 이루어지지는 못했다.

본 발명자들은 통전 소성을 이용한 초고강도 강의 가공방법에 관한 연구를 진행하였고 그 결과 중 하나로 초고강도강의 트림 방법에 관한 한국등록특허 제1368276호를 획득하기도 하였다. 이 특허에 소개된 발명은 개발 초기 단계의 것으로 실제로 제품 생산에 적용하기에는 한계가 있는 것이었다.

특히 한국등록특허 제1368276호에서는 상형의 패드가 대상물에 접촉한 후부터 상형의 커터가 대상물에 접촉하기 전까지의 일정시간 동안 대상물에 전류를 공급한다. 그러나 이에 의할 경우 원하는 수준의 강도 저하가 얻어지지 않았다. 프레스를 이용한 통전 소성 가공의 상용화를 위해서는 공정 개선이 필요했다.

또한 한국등록특허 제1368276호에 따른 가공장치는 프레스에 기본적으로 장착되어 있는 센서들과, 교류 전원을 직류로 변환하여 전극에 공급하기 위한 간단한 전원장치만을 이용한 것이었다. 공정의 개선과 더불어 이를 적용하기 위한 가공장치의 개선이 필요했다.

본 발명은 위와 문제점에 대한 인식과 통전 소성을 고강도 강부품용 가공에 실제로 적용하고 상용화 하기 위한 연구개발의 결과로 얻어진 것으로, 고강도 강부품의 트리밍이나 기타 강부품의 성형, 가공에 이용할 수 있는 신규의 강부품 가공장치를 제공하고자 한다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고강도 강부품용 가공장치는, 상형과 하형을 포함하는 프레스; 하형에 설치된 복수의 전극에 전류를 공급하기 위한 전원장치; 전원장치를 제어하기 위한 제어기; 및 상형 또는 하형에 장착되어 대상물에 가해지는 힘 또는 대상물이 외력에 저항하는 힘을 측정하고 그 값을 제어기로 송출하는 제1 센서;를 포함한다.

본 발명의 한 실시예에 의하면 프레스는 이동하던 상형을 일정 위치에서 일시 정지시킬 수 있도록 구성된다. 그리고 제어기는 제1 센서로부터의 입력값을 이용하여 전원장치의 통전 개시 시점을 제어하며, 상형의 날부(edge)에 의해 대상물이 가압되어 변형이 발생된 이후의 어느 시점을 통전 개시 시점으로 결정하도록 구성된다.

또한 본 발명의 한 실시예에 의하면, 전원장치는 하형 혹은 대상물의 부위별 또는 구간별로 각각 독립적으로 통전 소성용 전류를 공급할 수 있도록 복수 개 마련된다. 이는 대상물의 특정 부위의 두께나 소재 성분이 다른 부위와 다르거나 기타 이유로 공급 전류를 달리할 필요가 있을 때 유용하며, 또한 안정적인 전류 공급이 가능하게 한다.

또한 본 발명의 한 실시예에 의하면 가공장치는 통전 개시 시점 또는 그 전에 하강하던 상형의 움직임을 정지시키고, 통전 종료 시점 이전에 상형의 하강 움직임이 재개하도록 구성된다. 그리고 상형이 하사점에 이른 시점까지 전극들로의 통전이 지속되도록 구성된다. 이러한 통전 가공 조건은 제어기에 의해 개별적으로 제어되거나, 또는 미리 설정된 시간 순서에 따라 전원장치와 프레스가 작동하도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 한 실시예에 의하면 가공장치는, 전원장치로부터 전극들에 공급되는 전류를 측정하고 그 값을 제어기로 송출하기 위한 제2 센서를 더 포함한다. 제어기는 제1, 2 센서를 함께 사용함에 의해 통전 소성 가공을 정밀하게 제어 또는 감시하고, 그 결과 고품질의 제품을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 강부품 가공장치는, 상형과 하형을 포함하며, 하형에는 그 위에 로딩된 대상물에 전류를 공급하기 위해 복수 개의 전극이 설치되며, 이동하던 상형을 일정 위치에서 일시 정지시킬 수 있도록 구성된 프레스; 상기 전극들에 전류를 공급하기 위한 복수 개의 전원장치; 상기 전원장치를 제어하기 위한 제어기; 및 상기 상형에 장착되어 대상물에 가해지는 힘 또는 대상물이 외력에 저항하는 힘을 측정하고 그 값을 제어기로 송출하기 위한 제1 센서;를 포함하며, 상기 전극들은 그루핑되어 하형에 배치되며, 상기 전원장치들은 그루핑된 전극 그룹들 중 어느 하나의 전극 그룹에 연결되어 다른 전극 그룹과는 독립적으로 전류를 공급할 수 있도록 구성되고, 상기 전원장치들은 각각, 교류의 외부 전원을 직류로 변환하여 전류를 공급하는 TC부와, 상기 하형에 설치되고 TC부로부터 공급 받은 전류를 통전 성형에 필요한 전류값으로 변환하여 상기 전극 그룹들 중 어느 하나의 전극 그룹에 공급하는 TR부를 포함하며, 상기 TR부는 하형을 냉각시키기 위한 냉각수 라인으로부터 분기된 냉각라인에 의해 냉각될 수 있도록 구성되고, 상기 제어기는 제1 센서로부터의 입력값을 이용하여 전원장치의 통전 개시 시점을 제어하며, 상형의 날부(edge)에 의해 대상물이 가압되어 변형이 발생된 이후의 어느 시점을 통전 개시 시점으로 결정하도록 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 강부품 가공장치의 상형은, 날부를 갖는 어퍼 다이와, 날부가 대상물과 접촉하기 전 대상물을 홀딩할 수 있도록 어퍼 다이에 의해 탄성 지지되는 패드를 포함할 수 있으며, 어퍼 다이는 베이스면 상에 서로 이격되어 복수 개 세워진 칼럼들을 가지며, 날부는 각 칼럼의 선단에 마련되며, 패드는 칼럼들이 마련된 어퍼 다이의 베이스면을 덮으며 대상물의 형상으로 형성된 대상물과의 접촉면을 가지며, 대상물과의 접촉면 주변에 날부의 출몰을 허용하기 위한 관통홀들이 마련될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 고강도 강부품용 가공장치는 고강도 강부품의 트리밍이나 기타 고강도 강부품의 성형, 가공에 이용할 수 있다.

또한 본 발명의 가공장치는 통전 소성 가공 과정을 정밀하게 제어하거나 또는 감시할 수 있고, 그 결과 고품질의 고강도 강부품을 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 가공장치는 대상물에 공급되는 전류의 공급 및 종료 타이밍, 전류량, 전류 공급시간 등을 목표로 하는 수치로 정확히 관리할 수 있고, 따라서 다양한 통전 가공방법의 테스트는 물론 공정 제어 조건이 도출된 가공방법에 대해서는 상용화 실증도 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강부품용 가공장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금형을 보인 도면,
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 상부 금형을 보인 도면,
도 4은 도 3에 도시된 상부 금형 중 패드를 보인 도면,
도 5는 도 4에 도시된 상부 금형 중 다이를 보인 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하중 센서의 장착구조를 설명하기 위한 도면,
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 하부 금형을 보인 도면,
도 8은 도 7의 하부금형 중 스틸 어셈블리를 보인 도면,
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 통전 소성 가공의 조건을 설명하기 위한 도면,
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 통전 소성 가공의 공정 순서도를 보인 도면이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도면들에서 동일한 구성요소 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시된다.

도 1에는 실시예에 따른 고강도 강부품용 가공장치의 각 구성부가 블럭으로 도시되어 있으며, 도 2에는 금형의 예가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 가공장치는 대상물(W) 가공과정에 프레스(10)의 금형(20)에 설치된 전극(30)을 통해 전원장치(40)로부터 대상물(W)로 전류가 공급되도록 구성되며, 전원장치(40)의 제어를 위한 제어기(50)와 복수 개의 센서(60,70,80,90)를 구비한다.

프레스(10)는 슬라이드, 즉 상형(100)을 일시 정지시킬 수 있도록 구성될 필요가 있다. 실시예에 의하면 프레스(10)는 서보모터(servomotor)가 장착되어 원하는 위치에서 상형(100)의 움직임을 정지시킬 수 있으며, 재작동될 때 프레스(10)의 토크 변화가 없도록 구성된다.

금형(20)은 프레스(10)에 장착된다. 금형(20)은 슬라이더에 해당하는 상형(100)과 볼스터에 해당하는 하형(200)을 포함하며, 하형(200)에는 그 위에 로딩된 대상물(W)에 통전 소성 가공용 전류를 공급하기 위한 전극(30)이 설치된다.

전극(30)은 양극과 음극의 쌍으로 배치되며, 하형(200)에 한 쌍 이상 설치된다. 트림장치의 경우 트림 위치별로 설치되어야 하기에 다수의 전극(30)을 필요로 한다.

전원장치(40)는 통전 소성을 이용한 대상물(W) 가공을 위해 외부전원으로부터 공급되는 교류를 직류로 변환하여 전극(30)으로 공급한다. 일례로서 외부전원은 380~440V의 3상 전류이며 전원장치(40)에서 이 전류는 8V, 40,000A의 저전압, 고전류로 변환되어 전극(30)으로 공급된다.

통전 소성 가공을 위해서는 적어도 전원장치(40)로부터 전극(30)으로의 통전 개시 시점이 정확히 제어될 필요가 있다. 금형(20)에는 여러 센서들(60,70,80,90)이 배치되는데, 이들 센서의 측정값은 제어기(50)의 데이터로거(51)로 수집된다. 제어기(50)는 하중센서(60)로부터 수신된 측정값을 이용하여 통전 개시 시점을 결정하고 이를 전원장치(40)로 송출한다.

통전 개시 시점 이외에 통전시간 혹은 통전 종료 시점, 전류량, 통전 개시 시점들 간의 간격 등이 제어될 필요가 있다. 이들에 대한 제어는 직접 제어기(50)에 의해 이루어질 수 있으나, 제어기(50)가 통전 개시를 명령하면 전원장치(40)가 전류량, 통전시간 등 미리 설정된 값들에 따라 전극(30)으로 전류를 공급하도록 구성하는 것이 편리하다.

전원장치(40)와 전극(30) 사이에 전원장치(40)로부터 공급되는 전류량, 통전시간 등을 측정하고 그 측정값들을 제어기(50)로 송출하기 위한 전류센서(70)가 마련된다. 따라서 제어기(50)는 전류센서(70)의 측정값들을 이용하여 상기 미리 설정된 값들에 따라 통전 소성 가공이 원활하게 이루어지고 있는지를 점검할 수 있다.

통전 완료 시 전원장치(40)에서 제어기(50)로 통전 완료 신호를 송출하도록 하면, 제어기(50)는 다음 대상물에 대한 통전 가공을 준비할 수 있다. 통전 완료 여부나 시점의 판정 또는 점검에 전류센서(70)로부터 수신된 측정값이 이용될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예들에서 설명되는 전원장치(40)나 제어기(50)는 통전 가공을 위한 것이다. 상형(100)의 승강운동 등 프레스(10)의 작동에 필요한 제어부와 전원부는 별도로 마련된다.

프레스(10)에는 변위센서 등 기본적인 센서류가 마련되기도 한다. 그러나 예로서 프레스(10)의 변위센서는 캠 각도로 제공되기에 불편하며 또 상형(100) 날부(121)의 모션을 정확히 읽어내기에는 미흡하다. 상형(100) 날부(121)의 움직임을 측정하고 그 값을 제어기(50)로 송출하기 위해 금형(20)에 별도로 변위센서(70)가 마련되는 것이 바람직하다.

한편 프레스(10)에 설치된 센서들에서 측정된 값들은 제어기(50)로 수집될 수 있다. 이들로부터 프레스(10)의 운전준비 상태나, 대상물(W) 로딩 여부 등에 관한 정보를 얻을 수 있고, 이 정보를 이용하여 통전 소성 가공을 대기하거나 프레스(10) 이상 여부 등을 판정할 수 있다.

실시예에 의하면 전원장치(40)는 TC(time contact)부와 TR(transformer)부를 구비할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, TC부(41)는 교류의 외부 전원을 직류로 변환하며 전극(30)으로의 전류량, 통전 시간, 통전 반복 주기 등을 제어하기 위한 모듈이다. 제어기(50)로부터의 통전 개시 명령은 TC부(41)로 입력되고, 그 명령에 따라 TC부(41)는 통전을 개시하고, 미리 설정된 전류량, 통전 시간에 따라 전극(30)으로 전류를 공급한다.

도 2에서 보듯이, TR부(42)는 TC부(41)로부터 공급되는 전류 및 전압을 통전 성형에 필요한 값들로 변경하여 대상물(W)로 공급하기 위한 모듈이다. 예로서 TR부(42)는 TC부(41)로부터 받은 전류를 8~16v, 1,000~40,000A의 저전압, 고전류로 변환하여 전극(30)으로 공급한다.

TR부(42)는 하형(200)에 직접 장착된다. 전극(30)과의 거리가 증가할수록 저항으로 인한 손실이 커지기 때문이다. 한편 TR부(42)와 전극(30)은 절연튜브로 보호된 버스바(bus-bar)로 연결된다.

위와 같은 전원장치(40)는 가공장치에 2개 이상 마련될 수 있다. 도 1을 참조하면, 전원장치(40)는 3개의 전원장치(41a와 42a, 41b와 42b, 42c와 42c)로 구성될 수 있다. 3개의 전원장치 하형(200)이나 대상물(W)의 부위별 또는 구간별로 각각 독립적으로 통전 소성용 전류를 공급할 수 있도록 구성된다.

전류를 공급받는 전극(30)도 하형(200)에 2개 이상 마련될 수 있으며, 상기 전원장치들(40) 중 어느 것으로부터 전류를 공급받을 것인지 그룹핑될 수 있다. 예로서 앞서 3개의 전원장치(40)에 대응하여 전극들(30)은 각각은 하나 이상의 전극(30)을 포함하는 3개의 그룹 중 어느 하나의 그룹으로 분류될 수 있다.

위와 같이 복수 개의 전원장치(40)를 사용하는 것은, 대상물(W)의 어느 특정 부위의 두께나 소재 성분이 다른 부위와 다르거나 기타 어떤 이유로, 해당 부위에는 다른 부위와는 전류량이나 통전시간 등을 달리 해야 할 필요가 있을 때 유용하다. 더구나 복수 개의 전원장치(40)에 의해 분담되므로, 부하가 크더라도 안정적인 전류 공급이 가능하다.

도 1을 참조하면, 센서들(60,70,80,90)은 프레스(10)에 기본적으로 설치된 센서와는 달리 통전 소성 가공을 위해 별도로 장치에 마련된다. 이들 센서(60,70,80,90)는 정확한 위치에서 값을 측정할 수 있도록 금형(20)이나 그 주변에 설치된다.

금형(20)에는 하중센서(60)가 설치될 필요가 있으며, 이에 더하여 변위센서(70)도 설치될 수 있다. 가공장치는 하중센서(60)와 변위센서(70)를 모두 구비하는 것이 바람직하다.

한편 가공장치에는 대상물(W)의 온도를 측정하기 온도센서(90)가 설치될 수 있다. 온도센서(90)는 측정값을 제어기(50)로 송출하며, 제어기(50)는 통전되는 부위에서의 대상물 온도가 특정 값 이상으로 상승하는 경우, 통전 종료 신호를 전원장치(40)로 송출한다. 대체로 180℃ 이상으로 상승하는 경우, 대상물(W)이 변색되는 등의 문제가 발생한다.

도 1과 함께 도 2 내지 도 8을 참조하여 실시예에 따른 고강도 강부품 가공장치를 살펴본다. 이들 도시된 가공장치는 트림장치이다.

도 2를 참조하면, 금형(20)은 기본적인 상형(100)과 하형(200)으로 구성된다. 하형(200) 측부에는 전극(30)으로 전류를 공급하기 위한 전원장치(40)의 TR부(42)가 장착된다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 상형(100)은 날부(121)를 갖는 어퍼 다이(120)와, 날부(121)가 대상물(W)과 접촉하기 전 대상물(W)을 홀딩할 수 있도록 어퍼 다이(120)에 의해 탄성 지지되는 패드(110)로 구성된다. 트림장치이므로 날부는 트림커터에 해당한다.

패드(110)에는 대상물(W)이 접촉되는 면(101)과, 날부(121)의 출몰을 허용하기 위한 관통홀들(102)이 마련된다. 어퍼 다이(120)에는 선단에 날부(121)가 배치된 칼럼들(122)과, 패드(110)를 탄성적으로 지지하기 위한 부재들(123)이 마련된다. 날부들(121)은 관통홀들(102)에 대응하는 위치에 배치된다.
칼럼들(122)은 어퍼 다이(120)의 베이스면 상에 서로 이격되어 복수 개 세워진다. 날부(121)는 각 칼럼들(122)의 선단에 마련된다.
패드(110)는 칼럼들(122)이 마련된 어퍼 다이(120)의 베이스면을 덮는다. 패드(110)가 대상물(W)과 접촉되는 면(101)은 대상물의 형상으로 형성된다. 따라서 트리밍 과정에 패드(110)는 대상물을 밀착 가압할 수 있다. 날부들(121)의 출몰을 허용하기 위한 관통홀들(102)는 대상물(W)과의 접촉면(101) 주변에 마련된다.

도 6을 참조하면, 하중센서(60)는 날부(121) 아래에서 날부(121)의 진행방향과 평행한 면(124), 즉 날부(121)에 의해 대상물(W)에 가해지는 힘 또는 대상물(W)이 외력에 저항하는 힘을 보다 정확히 측정할 수 있도록 트림커터(121)의 측면에 하중방향으로 부착된다.

실시예에 의하면 하중센서(60)는 스트레인게이지이다. 날부(121)가 대상물(W)을 가압하는 경우 그 가압력에 대항하는 힘이 날부(121)에 전달되고 그 힘에 의해 미세하지만 스트레인게이지의 변형이 발생된다. 스트레인게이지의 변형량은 신호선(61)을 통해 제어기(50)로 송출되며 제어기(50)에서 하중으로 환산될 수 있다.

통전 소성을 위해 전극(30)으로 공급되는 전류로 인한 노이즈가 혼입되지 않도록 적어도 장착홈(125) 표면은 절연 코팅되는 것이 좋다.

도 7을 참조하면, 하형(200)은 로워 다이(220)와 대상물(W)이 접촉하는 스틸 어셈블리(210)로 구성된다. 로워 다이(220)에는 전극(30)으로 전류를 공급하기 위한 TR부(42)가 장착된다. 로워 다이(220)에는 하형(200)의 냉각을 위한 냉각수 라인이 형성되는데, 이 냉각수 라인을 분기시켜 TR부(42)를 냉각시킨다.

도 8을 참조하면, 스틸 어셈블리(210)에는 전극들(30)이 설치된다. 전극들(30)은 스틸 어셈블리(210)에 형성된 안착홈들(211)에 설치되며, 전극(30)과 스틸 어셈블리(210) 사이에는 탄성을 갖는 절연체(212)가 개재된다.

실시예에 의하면 전극들(30)은 스틸 어셈블리(210)의 대상물(W) 접촉면보다 돌출되어 있도록 안착홈들(211)에 설치된다. 바람직하게는 각 전극은 스틸 어셈블리(210)의 대상물(W) 접촉면보다 1~2mm 높이 위치된다. 스틸 어셈블리(210)와 접촉 가능한 전극(30)의 측면은 상기 절연체(212)에 의해 보호된다.

상형(100)의 패드(110)나 날부(121)가 대상물(W)을 가압할 때, 상기 절연체(212)는 압축되고 전극(30)과 대상물(W) 간의 접촉이 원활하게 이루어진다.

이하 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통전 소성을 이용한 고강도 강부품의 가공방법을 살펴본다.

도 9에는 최적의 트림 조건이, 그리고 도 10에는 이의 구현을 위한 트림공정의 순서대로 도시되어 있다. 트림 공정의 예이나 기본적인 프로세스는 다른 가공방법에도 적용 가능할 것이다. 설명에서 앞서 설명된 가공장치 구성부의 도면부호는 그대로 사용된다.

도 9를 참조하면, 통전 소성(electroplasticity)의 효과를 고강도 강부품의 가공에 이용하기 위해서는, 통전 개시 시점은 상형(100)의 날부(121)에 의해 대상물(W)이 가압되어 변형이 발생된 이후의 어느 시점으로 선택되어야 한다. 대상물(W)이 가압되어 스트레스가 축적된 이후 통전을 개시해야 강도 저하의 효과를 충분히 얻을 수 있다.

통전은 적어도 프레스(10)의 모션, 즉 날부(121)의 움직임이 정지된 시점, 좋게는 정지된 이후에 개시되는 것이 바람직하다. 이에 의해 안정적으로 전류를 전극(30)으로 공급할 수 있으며 공정과정 중 통전 전류로 인한 스파크의 발생을 방지할 수 있다.

0.7~1.5mm 정도의 자동차용 강판 두께 범위의 핫스탬핑된 고강도 강판을 기준으로 통전시간은 400ms 이상 유지하는 것이 바람직하다. 통전 시간이 400ms보다 적을 경우 적정한 강도 저하 효과를 얻기 어렵고, 1500ms 이상으로 통전을 하는 경우 강판의 가열로 인한 색상 변화가 발생된다.

프레스(10)의 모션을 멈추고 통전을 하는 시간은 400~1,000ms 정도가 바람직하며, 통전이 종료되기 전에 상형(100)을 다시 하강시키면서 트림가공을 재개하여, 트림이 완료된 후 통전이 종료되도록 하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 프레스(10)의 모션을 멈추고 일정시간 통전을 하고 계속 통전을 유지한 상태에서 가공을 완료하는 것이 바람직하다는 것이 결론이다.

도 10을 참조하여 실시예에 따른 트림공정을 살펴본다.

도 10을 참조하면, 실시예에 따른 트림 공정은 대상물 로딩 단계(S1), 통전 개시 위치까지 슬라이드를 이동하는 단계(S2~S6) 및 통전 및 트림 단계(S7~S10)로 구분될 수 있다.

대상물 로딩 단계(S1)에서 대상물(W)은 전극(30)이 설치된 하형(200)의 스틸 어셈블리(210)에 로딩된다.

다음 단계로, 프레스(10)의 슬라이드가 하강시작(S2)하며, 상형(100)의 패드(110)가 대상물(W)에 접촉된 이후 계속 슬라이드 하강이 이루어지면 패드(110)가 대상물(W)을 가압(S3)한다. 도 9에서 전단력이 점차 증가하는 ①의 영역은 대상물(W)이 패드(110)에 의해 가압되는 상태가 아니다. 전단력의 증가는 날부(121)가 대상물(W)을 가압함에 의해 발생된다.

S4 단계에서 슬라이드가 계속 하강하면, 트림 커터(121)가 대상물(W)과 접촉하며, S5 단계에서 미리 정해진 하중 셋팅값에 도달하면, S6 단계로 제어기(50)는 정지 명령을 프레스(10)로 송출하여 슬라이드를 일시 정지시킨다. 슬라이드 정지시간은 프레스(10)의 제어부에 미리 셋팅할 수 있다.

S7 단계에서 제어기(50)는 전원장치(40)에 통전 개시 명령을 송출하여 전극(30)으로의 통전을 시작하며, 일정 시간 후 프레스(10)의 제어부에 의해 혹은 제어기(50)로부터의 명령에 의해 슬라이드는 하강을 재개(S8)한다.

S9 단계에서 트림이 완료, 즉 상형(100)이 하사점에 이른 후, 전원장치(40)는 통전을 완료하고 완료 신호를 제어기(50)로 송출하여, 다음 차례의 트림을 준비한다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있고 또 이것이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다는 것이 이해될 필요가 있다.

또한, 하기의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 도면에 도시된 실시예를 통해 본 발명의 구성을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위하여 기재된 것일 뿐, 이에 한정되지 않는다.

10: 프레스 20: 금형
30: 전극 40: 전원장치
50: 제어기 60: 하중센서
70: 변위센서 80: 전류센서
100: 상형 110: 패드
120: 어퍼 다이 121: 날부
200: 하형 210: 스틸 어셈블리
220: 로워 다이 212: 절연체

Claims (13)

1. 상형과 하형을 포함하며, 하형에는 그 위에 로딩된 대상물에 전류를 공급하기 위해 복수 개의 전극이 설치되며, 이동하던 상형을 일정 위치에서 일시 정지시킬 수 있도록 구성된 프레스;
   상기 전극들에 전류를 공급하기 위한 복수 개의 전원장치;
   상기 전원장치를 제어하기 위한 제어기; 및
   상기 상형에 장착되어 대상물에 가해지는 힘 또는 대상물이 외력에 저항하는 힘을 측정하고 그 값을 제어기로 송출하기 위한 제1 센서;를 포함하며,
   상기 전극들은 그루핑되어 하형에 배치되며,
   상기 전원장치들은 그루핑된 전극 그룹들 중 어느 하나의 전극 그룹에 연결되어 다른 전극 그룹과는 독립적으로 전류를 공급할 수 있도록 구성되고,
   상기 전원장치들은 각각, 교류의 외부 전원을 직류로 변환하여 전류를 공급하는 TC부와, 상기 하형에 설치되고 TC부로부터 공급 받은 전류를 통전 성형에 필요한 전류값으로 변환하여 상기 전극 그룹들 중 어느 하나의 전극 그룹에 공급하는 TR부를 포함하며,
   상기 TR부는 하형을 냉각시키기 위한 냉각수 라인으로부터 분기된 냉각라인에 의해 냉각될 수 있도록 구성되고,
   상기 제어기는 제1 센서로부터의 입력값을 이용하여 전원장치의 통전 개시 시점을 제어하며, 상형의 날부(edge)에 의해 대상물이 가압되어 변형이 발생된 이후의 어느 시점을 통전 개시 시점으로 결정하도록 구성된 고강도 강부품용 가공장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 전원장치들로부터 전극들에 공급되는 전류를 측정하고 그 값을 제어기로 송출하기 위한 제2 센서를 더 포함하는 고강도 강부품용 가공장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 상형의 날부 움직임을 측정하고 그 값을 제어기로 송출하기 위한 변위센서를 더 포함하는 고강도 강부품용 가공장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 통전 개시 시점 또는 그 전에 대상물 가공을 위해 하강하던 상형의 움직임이 정지되며, 통전이 종료되기 전 상형의 하강 움직임이 재개되도록 구성된 고강도 강부품용 가공장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 상형이 하사점에 도달하는 시점까지 전극들로의 통전이 지속되도록 구성된 고강도 강부품용 가공장치.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 대상물은 두께 0.7~1.5mm의 핫스탬핑된 고강도 강판이며,
   상기 전원장치들로부터 전극들로의 전류 공급이 적어도 400ms 이상 유지되도록 구성된 고강도 강부품용 가공장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상형은, 날부를 갖는 어퍼 다이와, 날부가 대상물과 접촉하기 전 대상물을 홀딩할 수 있도록 어퍼 다이에 의해 탄성 지지되는 패드를 포함하며,
   상기 어퍼 다이는 베이스면 상에 서로 이격되어 복수 개 세워진 칼럼들을 가지며, 날부는 각 칼럼의 선단에 마련되며,
   상기 패드는 칼럼들이 마련된 어퍼 다이의 베이스면을 덮으며 대상물의 형상으로 형성된 대상물과의 접촉면을 가지며, 대상물과의 접촉면 주변에 날부의 출몰을 허용하기 위한 관통홀들이 마련된 것을 특징으로 하는 고강도 강부품용 가공장치.
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 센서는,
   상형의 날부 아래에서 날부 진행방향과 평행한 면에 형성된 장착홈에 설치된 스트레인게이지이며, 장착홈의 표면은 절연 코팅이 된 고강도 강부품용 가공장치.
10. 청구항 1에 있어서, 상기 상형은,
    날부를 갖는 어퍼 다이와, 날부가 대상물과 접촉하기 전 대상물을 홀딩할 수 있도록 어퍼 다이에 의해 탄성 지지되는 패드를 포함하는 고강도 강부품용 가공장치.
11. 청구항 1에 있어서, 상기 전극들은 하형의 대상물 접촉면보다 돌출되어 있도록 하형에 설치된 고강도 강부품용 가공장치.
12. 청구항 11에 있어서, 상기 하형은 로워 다이와, 로워 다이 상에 장착되며 대상물이 접촉되는 스틸 어셈블리를 포함하며,
    상기 전극들은 스틸 어셈블리의 대상물 접촉면보다 1~2mm 돌출되도록 스틸 어셈블리에 설치되며, 전극과 스틸 어셈블리 사이에는 탄성을 갖는 절연체가 개재된 고강도 강부품용 가공장치.
13. 청구항 1에 있어서, 상기 대상물의 온도를 측정하기 그 측정값을 제어기로 송출하는 제4 센서를 더 포함하며,
    상기 제어기는 통전되는 부위에서의 대상물 온도가 180℃ 이상인 경우 통전 종료 신호를 전원장치로 송출하는 고강도 강부품용 가공장치.

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