KR101837056B1

KR101837056B1 - 스토퍼 센서를 이용한 멀티 캐비티 적용 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치 및 저감방법

Info

Publication number: KR101837056B1
Application number: KR1020160110903A
Authority: KR
Inventors: 김용중
Original assignee: 이래시에스 주식회사
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2018-03-12
Also published as: KR20180025417A

Abstract

본 발명에 따른 스토퍼 센서를 이용한 멀티 캐비티 적용 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치는 가열로에서 가열된 블랭크를 이송로봇에 부착된 그립퍼(gripper)에 의해 프레스로 이송하여 냉각 성형하는 핫스탬핑 장치에 있어서, 한번에 다수개의 블랭크가 가열로에서 가열되고 상기 가열로에서 가열되어 이송롤러를 타고 나오는 상기 다수의 블랭크를 정지시키기 위해 이송롤러의 끝단에는 스토퍼가 구비되고, 상기 이송롤러를 타고 나오는 각 블랭크의 스토퍼 도달을 감지하는 스토퍼 센서가 구비되어 상기 가열로에서 이송롤러를 타고 나오는 다수의 상기 블랭크가 상기 스토퍼 센서에 모두 감지되면 상기 이송로봇의 그립퍼로 다수의 상기 블랭크를 잡아 프레스로 이송하여 냉각성형하고, 상기 스토퍼 센서에 다수의 상기 블랭크가 일부라도 감지되지 않으면 이송로봇의 그립퍼가 블랭크를 잡아 프레스 금형위로 올리지 않고 웨이스트 처리하는 것을 특징으로 한다.

Description

스토퍼 센서를 이용한 멀티 캐비티 적용 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치 및 저감방법{Blank waste reducing apparatus in a hot stamping line of multi cavity using stopper sensor and black waste reducing method using the same}

본 발명은 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치 및 저감방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 스토퍼 센서를 이용한 멀티 캐비티 적용 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치 및 저감방법에 관한 것이다.

안전 및 충돌 성능 요구에 대한 충족을 위해 구조물 및 안전 부품에 대한 초고강도강의 사용이 증가하고 있다. 콜드 스탬핑(cold stamping)의 경우 제조 부품의 안전 및 충돌 성능을 높이기 위해서는 강판 두께의 증가나 덧대어지는 별도의 리인포스 부품을 필요로 한다.

상기 콜드 스탬핑에 비하여 핫 스탬핑은 1500Mpa 이상의 고강도 경량 부품을 단순한 공정을 통해 비교적 손쉽게 제조할 수 있으며 강도 증가를 위한 강판 두께의 증가나 리인포스 부품을 필요로 하지 않는다. 이는 소위 보론 강판을 고온에서 프레스 성형 및 냉각하기 때문인데, 이러한 핫 스탬핑은 1970년대 초반 스웨덴 Norrbottens Jarnverk A.B.사에 의해 제안되었으며, 이 회사의 영국특허 1490535호 공보에 핫 스탬핑 기술 및 보론강에 대하여 자세히 기술되어 있다.

도 1 및 2를 참조하면, 핫 스탬핑은 강판(블랭크,1)을 가열로(10)에서 Ac3 이상의 고온으로 가열한 후 프레스(20) 내에서 성형과 동시에 급속 냉각시켜 1500Mpa 이상의 고강도 강판 부품(2)을 제조하는 연속적인 공정으로 이루어진다. 이러한 핫 스탬핑은 핫포밍(Hot Forming), 핫프레싱(Hot Pressing) 등으로도 불리우며, 이의 소재로는 0.2중량% 내외의 탄소를 함유하며 열처리 성능 향상 위한 원소로서 Mn, B를 사용하는 보론강이 사용된다.

이와 같은 핫 스탬핑은 성형 및 열처리가 동시에 수행되므로 생산성이 우수할 뿐만 아니라 고온에서 강판을 성형하게 되므로 우수한 성형성 및 치수 정밀도를 얻을 수 있다. 또한 고강도 부품에서 특히 문제가 되는 스프링백이나 지연파괴가 현저하게 감소된다는 장점이 있다.

이러한 핫스탬핑 공정에서 도2 및 도3에서와 같이 가열로(10)에서 가열된 블랭크(1)를 이송로봇(15)에 부착된 그립퍼(16, gripper)에 의해 프레스(20)로 이송하게 되는데 멀티 캐비티(multi cavity)가 적용되는 경우 예를 들어 4개의 캐비티가 적용되면 가열로(10)에서 가열되어 이송롤러(40)를 타고 나오는 4개의 블랭크(1)가 이송롤러(40)의 끝단에 설치된 스토퍼(45)에 도달하면 이송로봇(15)의 그립퍼(16)가 4개의 블랭크(1)를 잡아 이송로봇(15)에 의해 프레스(20)로 이송하게 된다. 그런데, 도4(a)에 도시된 바와 같이 4개의 블랭크(1)가 정렬된 상태로 나와서 이송로봇(15)의 그립퍼(16)가 4개의 블랭크(1)를 모두 잡아 프레스(20) 금형 위에 올리게 되는데 도4(b),(c)와 같이 가열로(10)에서 이송롤러(40)를 타고 나오는 4개의 블랭크(1)가 정렬되어 나오지 않는 경우가 있고 이러한 정렬되지 않은 블랭크(1)를 그립퍼(16)가 잡아 프레스(20) 금형 위에 올려놓으면 금형 위에 제대로 안착되지 않은 상태로 금형이 내려와 성형되기 때문에 금형에 제품이 끼여서 성형 후 취출이 안되고 작업이 중단되게 된다. 프레스 작업이 중단되면 가열로(10)에서 순차적으로 가열되어 이송롤러(40)를 타고 나오는 나머지 블랭크(약 50여개)가 가열시간 초과로 다 웨이스트(waste) 처리가 되어 폐기 비용이 크게 발생하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 멀티 캐비티 적용 핫스탬핑 라인에서 블랭크 웨이스트 처리비용을 저감시킬 수 있는 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치 및 저감방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 스토퍼 센서를 이용한 멀티 캐비티 적용 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치는 가열로에서 가열된 블랭크를 이송로봇에 부착된 그립퍼(gripper)에 의해 프레스로 이송하여 냉각 성형하는 핫스탬핑 장치에 있어서, 한번에 다수개의 블랭크가 가열로에서 가열되고 상기 가열로에서 가열되어 이송롤러를 타고 나오는 상기 다수의 블랭크를 정지시키기 위해 이송롤러의 끝단에는 스토퍼가 구비되고, 상기 이송롤러를 타고 나오는 각 블랭크의 스토퍼 도달을 감지하는 스토퍼 센서가 구비되어 상기 가열로에서 이송롤러를 타고 나오는 다수의 상기 블랭크가 상기 스토퍼 센서에 모두 감지되면 상기 이송로봇의 그립퍼로 다수의 상기 블랭크를 잡아 프레스로 이송하여 성형냉각하고, 상기 스토퍼 센서에 다수의 상기 블랭크가 일부라도 감지되지 않으면 이송로봇의 그립퍼가 블랭크를 잡아 프레스 금형위로 올리지 않고 웨이스트 처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스토퍼 센서는 상기 이송롤러에 양(+) 또는 음(-)의 전류를 걸어놓고, 상기 스토퍼에는 상기 이송롤러에 걸어놓은 전류와 반대 극성의 전류를 걸어놓아 상기 블랭크가 스토퍼에 닿아 통전됨으로써 블랭크의 스토퍼 도달을 감지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 스토퍼 센서를 이용한 멀티 캐비티 적용 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감방법은, 가열로에서 가열된 블랭크를 이송로봇에 부착된 그립퍼에 의해 프레스로 이송하여 냉각 성형하는 핫스탬핑 장치에서 한번에 다수개의 블랭크가 가열로에서 가열되고 상기 가열로에서 가열된 다수개의 블랭크가 이송롤러를 타고 나오는 단계와, 상기 이송롤러의 끝단에는 상기 다수의 블랭크를 정지시키기 위한 스토퍼가 설치되고, 상기 이송롤러를 타고 나오는 각 블랭크의 상기 스토퍼 도달을 감지하기 위한 스토퍼 센서가 구비되어 상기 스토퍼 센서로 각 블랭크의 스토퍼 도달을 감지하는 단계와, 상기 가열로에서 이송롤러를 타고 나오는 다수의 상기 블랭크가 상기 스토퍼 센서에 모두 감지되면 상기 이송로봇의 그립퍼로 다수의 상기 블랭크를 잡아 프레스로 이송하여 성형냉각하고, 상기 스토퍼 센서에 다수의 상기 블랭크가 일부라도 감지되지 않으면 이송로봇의 그립퍼가 블랭크를 잡아 프레스 금형위로 올리지 않고 웨이스트 처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 멀티 캐비티 적용 핫스탬핑 라인에서 블랭크 웨이스트 처리비용을 저감시킬 수 있는 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치 및 저감방법이 제공된다.

도1 및 도2는 일반적인 핫스탬핑 성형공정을 보여주는 도면이고,
도3은 종래 핫스탬핑 라인에서 가열로에서 프레스로 이송하는 이송로봇 및 그립퍼를 도시한 도면이고,
도4는 핫스탬핑 라인에서 가열로에서 이송롤러(40)를 타고 나오는 블랭크를 도시한 도면이며,
도5는 본 발명에 따른 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치에서 가열로에서 스토퍼 쪽으로 블랭크가 배출되는 것을 도시한 도면이고,
도6은 본 발명에 따른 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치에서 스토퍼 센서로 블랭크의 스토퍼 도달을 감지하는 것을 도시한 도면이다.

핫스탬핑 공법은 인장강도 1400~1500MPa의 강도로 주로 차체부품을 생산하기 위한 공법으로 고강도의 철판을 복잡한 형상의 자동차 부품으로 성형하기 어려운데 이는 강도가 높을수록 연신율이 낮기 때문이다. 따라서, 철판을 가열로(10)에 놓아 900도 이상으로 5분이상 가열하면 철의 조직이 페라이트에서 오스테나이트로 변하게 되는데 고열에서 오스테나이트로 변한 철은 연성이 좋아져 성형성이 좋아지게 된다. 오스테나이트로 변한 철을 공기 중에 서서히 공냉하면 다시 페라이트, 펄라이트 등으로 변태되고 담금질처럼 초당 30~50도 이하로 빠르게 냉각시키면 마르텐사이트 조직을 얻을 수 있고 이 마르텐사이트 조직은 인장강도가 1400~1500MPa의 강도를 지니게 된다. 따라서, 철판을 가열로에 넣어서 성형성이 좋게 만든 다음 빠르게 냉각금형으로 제품을 성형하면서 동시에 빠르게 냉각시켜 고강도의 차체부품을 만드는 방법이 핫스탬핑 공법이다.

이러한 핫스탬핑 라인의 전체 구성에 대해 도1 내지 3을 참조하여 설명하면 코일형태의 철판을 절단하여 이루어지는 블랭크(1)를 이송로봇에 의해 가열로(10)에 공급하면 가열로(10)에서 900도 이상으로 5분이상 가열하게 되고 가열로(10)에서 가열된 다음 이송롤러(40)를 타고 나오는 블랭크(1)는 이송로봇(15)에 의해 프레스(20)로 이송되는데, 이 때 이송로봇(15)의 그립퍼(16)(gripper)가 잡아 프레스(20) 금형 위로 올려놓게 된다. 프레스(20)에서는 상부 금형이 내려와 블랭크(1)를 성형함과 동시에 금형 내에 구비된 냉각채널에 의해 빠르게 냉각시켜 제품을 성형하게 된다.

또한 멀티 캐비티(multi cavity)가 적용되는 핫스탬핑 라인의 경우 한번에 다수개의 블랭크(1)가 가열로(10)로 이송되고 가열로(10)에서 가열된 다음 다수개의 블랭크(1)가 동시에 이송롤러(40)를 타고 나오게 되는데 도4와 같이 예를 들어 4개의 가열된 블랭크(1)가 동시에 이송롤러(40)의 끝단에 설치된 스토퍼(45)로 나오면 이송로봇(15)의 그립퍼(16)가 4개의 블랭크(1)를 모두 잡아 프레스(20) 금형 위로 이송하게 된다. 그런데, 도4(b),(c)와 같이 가열로(10)에서 이송롤러(40)를 타고 나오는 4개의 블랭크(1)가 정렬되어 나오지 않는 경우 이러한 블랭크(1)를 그립퍼(16)가 잡아 프레스(20) 금형 위에 올려놓으면 금형 위에 제대로 안착되지 않은 상태로 금형이 내려와 성형되기 때문에 금형에 제품이 끼여서 성형 후 취출이 안되고 작업이 중단되며 그 다음 가열로(10)에서 순차적으로 나오는 블랭크(1)들은 가열시간 초과로 웨이스트 처리해야 하는 문제점이 발생한다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 본 발명에서는 가열로(10)에서 가열된 블랭크(1)를 이송로봇(15)에 부착된 그립퍼(16)에 의해 프레스(20)로 이송하여 냉각 성형하는 핫스탬핑 장치에 있어서, 한번에 다수개의 블랭크(1)가 가열로(10)에서 가열되고 상기 가열로(10)에서 가열되어 이송롤러(40)를 타고 나오는 상기 다수의 블랭크(1)를 정지시키기 위해 이송롤러(40)의 끝단에 설치되는 스토퍼(45)가 구비되고, 상기 이송롤러(40)를 타고 나오는 각 블랭크(1)의 상기 스토퍼(45) 도달을 감지하는 스토퍼 센서(50)가 구비되어 상기 가열로(10)에서 이송롤러(40)를 타고 나오는 다수의 상기 블랭크(1)가 상기 스토퍼 센서(50)에 모두 감지되면 상기 이송로봇(15)의 그립퍼(16)로 다수의 상기 블랭크(1)를 잡아 프레스(20)로 이송하여 냉각성형함으로써 멀티 캐비티가 적용되는 핫스탬핑 라인에서 블랭크 웨이스트 비용을 저감시키는 것을 특징으로 한다.

도5는 본 발명에 따른 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치에서 가열로에서 스토퍼 쪽으로 블랭크가 배출되는 것을 도시한 도면이고, 도6은 본 발명에 따른 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감장치에서 스토퍼 센서로 블랭크의 스토퍼 도달을 감지하는 것을 도시한 도면이다.

상기 스토퍼(45)는 가열로(10)에서 가열되어 이송롤러(40)를 타고 나오는 다수의 블랭크(1)를 정지시키기 위한 것으로 이송롤러(40)의 끝단에 일자로 배치되어 이루어진다.

상기 스토퍼 센서(50)는 이송롤러(40)를 타고 나오는 각 블랭크(1)의 스토퍼(45) 도달을 감지하기 위한 것으로 본 발명에서 스토퍼 센서(50)는 도5,6에 도시된 바와 같이 이송롤러(40)에 음(-)의 전류를 걸어놓고 스토퍼(45)에는 양(+)의 전류를 걸어놓아 블랭크(1)가 스토퍼(45)에 닿으면 통전되어 블랭크(1)의 접촉을 감지하게 된다. 핫스탬핑 공정에서 가열로에서 가열된 블랭크는 온도가 약 800~900도의 고온이기 때문에 접촉식 센서 또는 온도센서는 열내구성을 충족하지 못하는데 본 발명에서는 전술한 바와 같은 구성으로 열내구성을 충족할 수 있게 된다.

도5 및 도6은 편의상 2개의 블랭크를 도시한 것이며 캐비티 수에 따라 3개 또는 4개가 될 수 있고 이와 같이 캐비티에 따라 2개, 3개 또는 4개의 블랭크(1)가 모두 스토퍼(45)에 닿아 스토퍼 센서(50)에 의해 감지되면 전기신호로 이송로봇(15)을 제어하여 이송로봇(15)의 그립퍼(16)로 블랭크(1)를 모두 잡아 프레스(20)로 이송하고 프레스(20)에서 그 다음 냉각성형 공정을 진행하게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 핫스탬핑 웨이스트 저감방법을 설명하면, 먼저 가열로(10)에서 가열된 블랭크(1)를 이송로봇(15)에 부착된 그립퍼(16)에 의해 프레스(20)로 이송하여 냉각 성형하는 핫스탬핑 장치에서 한번에 다수개의 블랭크(1)가 가열로(10)에서 가열되고 상기 가열로(10)에서 가열된 다수개의 블랭크(1)가 이송롤러(40)를 타고 나오는 단계와, 상기 이송롤러(40)의 끝단에는 상기 다수의 블랭크(1)를 정지시키기 위한 스토퍼(45)가 설치되고, 상기 이송롤러(40)를 타고 나오는 각 블랭크(1)의 상기 스토퍼(45) 도달을 감지하기 위한 스토퍼 센서(50)가 구비되어 상기 스토퍼 센서(50)로 각 블랭크(1)의 스토퍼(45) 도달을 감지하는 단계와, 상기 가열로(10)에서 이송롤러(40)를 타고 나오는 다수의 상기 블랭크(1)가 상기 스토퍼 센서(50)에 모두 감지되면 상기 이송로봇(15)의 그립퍼(16)로 다수의 상기 블랭크(1)를 잡아 프레스(20)로 이송하여 성형냉각하고, 상기 스토퍼 센서(50)에 다수의 상기 블랭크(1)가 감지되지 않으면 이송로봇(15)의 그립퍼(16)가 블랭크(1)를 잡아 프레스(20) 금형위로 올리지 않고 웨이스트 처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.

따라서, 전술한 바와 같은 본 발명의 스토퍼 센서(50)에 의해 캐비티에 따라 2개, 3개 또는 4개의 블랭크(1)가 모두 감지되면 전기신호로 이송로봇(15)을 제어하여 이송로봇(15)의 그립퍼(16)로 블랭크(1)를 모두 잡아 프레스(20)로 이송하여 프레스(20)에서 그 다음 냉각성형 공정을 진행하게 되고, 만약 일부 블랭크(1)의 정렬 불량으로 스토퍼 센서(50)에 4개의 블랭크(1)가 일부라도 감지되지 않으면 블랭크(1)가 정렬이 되지 않은 상태이기 때문에 그립퍼(16)가 블랭크(1)를 잡아 프레스(20) 금형위로 올리지 않고 웨이스트 박스(미도시)에 버려 웨이스트 처리하게 된다. 그리고, 그 다음 가열로(10)에서 정상적으로 나오는 블랭크(1)들은 그 다음 프레스(20)로 정상 진행하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 전술한 바와 같은 구성을 가짐으로써 정렬되지 않은 블랭크(1)는 프레스(20) 작업으로 진행시키지 않고 웨이스트 처리를 함으로써 해당 미정렬된 블랭크(1) 4개만 웨이스트되고 나머지 가열로(10)에서 나오는 블랭크(1)는 계속 작업을 진행할 수 있게 되어 웨이스트 비용을 현저히 줄일 수 있을 뿐만 아니라 핫스탬핑 라인을 계속 가동하여 작업을 진행할 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

1 : 블랭크 10 : 가열로
15 : 이송로봇 16 : 그립퍼
20 : 프레스 40 : 이송롤러
45 : 스토퍼 50 : 스토퍼 센서

Claims

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가열로(10)에서 가열된 블랭크(1)를 이송로봇(15)에 부착된 그립퍼(16)에 의해 프레스(20)로 이송하여 냉각 성형하는 핫스탬핑 장치에서 한번에 다수개의 블랭크(1)가 가열로(10)에서 가열되고 상기 가열로(10)에서 가열된 다수개의 블랭크(1)가 이송롤러(40)를 타고 나오는 단계와,
상기 이송롤러(40)의 끝단에는 상기 다수의 블랭크(1)를 정지시키기 위한 스토퍼(45)가 설치되고, 상기 이송롤러(40)를 타고 나오는 각 블랭크(1)의 상기 스토퍼(45) 도달을 감지하기 위한 스토퍼 센서(50)가 구비되어 상기 스토퍼 센서(50)로 각 블랭크(1)의 스토퍼(45) 도달을 감지하는 단계와,
상기 가열로(10)에서 이송롤러(40)를 타고 나오는 다수의 상기 블랭크(1)가 상기 스토퍼 센서(50)에 모두 감지되면 상기 이송로봇(15)의 그립퍼(16)로 다수의 상기 블랭크(1)를 잡아 프레스(20)로 이송하여 성형,냉각하고, 상기 스토퍼 센서(50)에 다수의 상기 블랭크(1) 중 일부라도 감지되지 않으면 이송로봇(15)의 그립퍼(16)가 다수의 블랭크(1)를 모두 잡아 프레스(20) 금형위로 올리지 않고 웨이스트 박스로 이송 처리하는 단계를 포함하여 이루어지고,
상기 스토퍼 센서(50)는 상기 이송롤러(40)에 양(+) 또는 음(-)의 전류를 걸어놓고, 상기 스토퍼(45)에는 상기 이송롤러(40)에 걸어놓은 전류와 반대 극성의 전류를 걸어놓아 상기 블랭크(1)가 스토퍼(45)에 닿아 통전됨으로써 블랭크(1)의 스토퍼(45) 도달을 감지하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 센서를 이용한 멀티 캐비티 적용 핫스탬핑 라인의 블랭크 웨이스트 저감방법.
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