KR102379461B1 - 초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법 - Google Patents

초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102379461B1
KR102379461B1 KR1020160043705A KR20160043705A KR102379461B1 KR 102379461 B1 KR102379461 B1 KR 102379461B1 KR 1020160043705 A KR1020160043705 A KR 1020160043705A KR 20160043705 A KR20160043705 A KR 20160043705A KR 102379461 B1 KR102379461 B1 KR 102379461B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ultra
strength steel
steel sheet
laser
unit
Prior art date
Application number
KR1020160043705A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170116316A (ko
Inventor
정우영
Original Assignee
한국자동차연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국자동차연구원 filed Critical 한국자동차연구원
Priority to KR1020160043705A priority Critical patent/KR102379461B1/ko
Publication of KR20170116316A publication Critical patent/KR20170116316A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102379461B1 publication Critical patent/KR102379461B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D43/00—Feeding, positioning or storing devices combined with, or arranged in, or specially adapted for use in connection with, apparatus for working or processing sheet metal, metal tubes or metal profiles; Associations therewith of cutting devices
    • B21D43/28—Associations of cutting devices therewith
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • H01L35/30—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 초고강도 강판용 가열장치는: 초고강도 강판을 향하여 레이저를 조사하며 초고강도 강판을 국부 가열시키는 빔가열부 및 빔가열부에서 발생된 레이저가 초고강도 강판의 설정구역에 조사되도록 레이저의 이동을 안내하며 초고강도 강판에 마주하는 상태로 설치되는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법{HEATING DEVICE FOR HIGH STRENGTH STEEL SHEETS AND FORMING METHOD OF HIGH STRENGTH STEEL SHEETS USING THEREOF}
본 발명은 초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉간 프레스 방식으로 초고강도 강판을 성형할 수 있는 초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법에 관한 것이다.
일반적으로, 핫프레스포밍(HOT PRESS FORMING) 공정으로 생산된 초고강도강 부품은, 950℃의 열처리로에서 강판을 열처리한 후, 프레스에서 성형과 동시에 냉각하는 방식으로 생산된다. 핫포밍 또는 핫스탬핑 공정은 생산 라인당 50억에서 100억 정도의 장비가 필요한 고가의 장비이다.
열처리 전 400~500MPa인 보론강은 900~950℃에서 열처리되어지며 열처리된 초고강도 강판은1,000~1500MPa의 강도를 가지며 성형성이 10%이하로 기존의 강판이 가지고 있는 40%이상의 성형성이 나오지 않는다.
그러므로 기존에 널리 이용하고 있는 냉간 프레스 방식을 그대로 사용하여 열처리된 초고강도강 부품을 생산하는 경우, 성형성이 많이 필요한 부분에서는 초고강도 강판이 깨지거나 찢겨짐이 발생하는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2014-0057098호(2014.05.12 공개, 발명의 명칭: 핫 스탬핑 프레스용 단열 장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 냉간 프레스 방식으로 초고강도 강판을 성형할 수 있는 초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 초고강도 강판용 가열장치는: 초고강도 강판을 향하여 레이저를 조사하며 초고강도 강판을 국부 가열시키는 빔가열부 및 빔가열부에서 발생된 레이저가 초고강도 강판의 설정구역에 조사되도록 레이저의 이동을 안내하며 초고강도 강판에 마주하는 상태로 설치되는 가이드부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 빔가열부의 동작을 제어하는 제어부 및 초고강도 강판의 온도를 실시간으로 측정하여 제어부로 측정값을 전달하는 온도측정센서부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 빔가열부는, 초고강도 강판의 일측 또는 양측에 설치되어 초고강도 강판을 가열시키는 것이 바람직하다.
또한 빔가열부는 단수 또는 복수로 설치되는 것이 바람직하다.
또한 빔가열부는, 복수로 구비되어 일렬로 설치되며 레이저가 조사되는 영역이 서로 겹치는 것이 바람직하다.
또한 빔가열부는 초고강도 강판의 표면을 비스듬하게 조사하며, 레이저의 조사로 인한 초고강도 강판의 에너지 분포를 선형적으로 변화시키는 것이 바람직하다.
또한 가이드부는, 빔가열부와 초고강도 강판의 사이에 설치되며 설정구역의 일측과 마주하는 위치에 설치되어 설정구역의 외측으로 레이저가 조사됨을 차단하는 제1차단부 및 설정구역의 타측과 마주하는 위치에 설치되어 설정구역의 외측으로 레이저가 조사됨을 차단하는 제2차단부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 가이드부는, 빔가열부와 초고강도 강판의 사이에 설치되며 초고강도 강판을 커버하는 가이드몸체 및 설정구역과 마주하는 가이드몸체에 통공을 형성하여 빔가열부에서 조사된 레이저가 초고강도 강판에 조사됨을 안내하는 안내홀부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 가이드부는, 가이드몸체의 내측에 설치되며 가이드몸체가 설정온도 이상으로 과열됨을 방지하는 냉각부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 냉각부는, 가이드몸체의 내측으로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관로 및 가이드몸체의 외측으로 배출되는 냉각수의 이동을 안내하는 냉각수배출관로를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 냉각부는, 가이드몸체의 내측에 설치되며 전류의 공급으로 열을 흡수하여 가이드몸체를 냉각시키는 펠티에소자를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초고강도 강판용 가열장치를 이용한 초고강도 강판의 성형방법은: 빔가열부에서 레이저가 조사되어 초고강도 강판의 설정구역을 가열하는 가열단계와, 초고강도 강판을 냉간 프레스 성형하는 성형단계 및 프레스 성형된 초고강도 강판을 레이저를 이용해 절단하는 트리밍단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 가열단계에서, 빔가열부와 초강도 강판의 사이에 가이드부를 설치하여 빔가열부에서 발생된 레이저가 초고강도 강판의 설정구역에만 조사되도록 레이저의 이동을 안내하는 것이 바람직하다.
또한 트리밍단계 후에 초고강도 강판에서 강화가 필요한 부분을 따라 레이저를 조사하는 하드닝단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법은, 초고강도 강판의 설정구역에만 레이저를 조사하여 가열한 후, 일반 프레스 성형으로 초고강도 강판을 성형하므로 생산라인의 설치비를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판용 가열장치의 주요구성을 분해 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔가열부에서 조사된 레이저가 가이드부를 통과하여 초고강도 강판에 조사되는 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판의 가열이 완료된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형제품을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판의 양측에 가이드부와 빔가열부가 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판의 일측에 제1,2차단부가 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판의 양측에 제1,2차단부가 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판의 양측에 복수의 빔가열부가 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔가열부가 복수로 구비되어 연이어 설치된 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔가열부가 초고강도 강판을 비스듬하게 조사하는 상태를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판용 가열장치의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판용 가열장치를 이용한 초고강도 강판의 성형방법을 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판용 가열장치의 주요구성을 분해 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔가열부에서 조사된 레이저가 가이드부를 통과하여 초고강도 강판에 조사되는 상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판의 가열이 완료된 상태를 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형제품을 도시한 사시도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판용 가열장치의 블록도이다.
도 1 내지 도 4 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판용 가열장치(1)는, 빔가열부(10)와 가이드부(30)와 제어부(40)와 온도측정센서부(50)와 제품측정센서부(55)를 포함한다.
400~500MPa 인 보론강은 900~950℃에서 열처리되며, 열처리된 초고강도 강판(60)은 1,000~1500MPa의 강도를 가지고 성형성이 10% 이하이며, 기존의 강판이 가지고 있는 40% 이상의 성형성은 나오지 않는다. 레이저(65)를 이용하여 열처리된 초고강도 강판(60)의 설정구역(70)을 가열하는 작업에 의해, 기존의 금형 프레스 공정에서도 초고강도 강판(60)의 성형이 가능하다.
빔가열부(10)는 초고강도 강판(60)을 향하여 레이저(65)를 조사하며, 초고강도 강판(60)을 국부 가열시키는 기술사상 안에서 다양한 종류의 가열장치가 사용될 수 있다.
빔가열부(10)는 초고강도 강판(60)의 일측에 설치되어 초고강도 강판(60)의 설정구역(70)을 가열한다. 빔가열부(10)는 단수 또는 복수로 설치되어 레이저(65)를 조사하며, 빔가열부(10)에서 조사된 레이저(65)는 가이드부(30)를 통과하여 초고강도 강판(60)의 설정구역(70)에 조사된다.
빔가열부(10)를 사용하여 레이저(65)로 풀림(ANNEALING)을 하기 위해서는 900도에서 상온까지 100초 이상의 시간으로 서서히 냉각시킨다.
빔가열부(10)는 가이드부(30)의 전면적을 조사하지는 않으며, 안내홀부(34)가 형성된 부분만 집중적으로 레이저(65)를 조사한다. 빔가열부(10)가 한개이면, 일측에 설치된 안내홀부(34)를 가열하여 열처리를 한 후, 이웃한 안내홀부(34)로 이동되어 안내홀부(34)의 내측으로 레이저(65)를 조사하여 열처리 작업을 수행한다.
일 실시예에 따른 빔가열부(10)는 레이저 빔 광학계를 사용하며, 레이저 발전기(도시생략)와 광파이버로 연결되어 레이저(65)를 전달받는다. 레이저 발전기는 제어부(도시생략)에 연결되므로, 제어부의 제어신호로 레이저 발전기가 동작된다. 또한 제어부는 빔가열부(10)에 내장된 적외선온도센서의 측정값을 전달받아 레이저발전기 및 빔가열부(10)를 파지하여 이동시키는 로봇의 이동을 제어한다.
적외선온도센서는 안내홀부(34)의 내측의 온도를 실시간으로 측정하거나 가열영역(75)의 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 적외선온도센서의 측정값을 전달받는 제어부가 레이저발전기와 빔가열부(10)를 동작시키므로 가열영역(75)의 온도를 실시간 제어할 수 있다.
빔가열부(10)가 복수로 구비된 경우, 각 빔가열부는 복수로 구비된 안내홀부와 마주하는 상측에 위치하며, 마주하는 안내홀부의 내측으로 레이저(65)를 조사하여 열처리 작업을 동시에 수행한다.
빔가열부(10)는 고정식으로 설치되며, 하나의 빔가열부(10)에서 조사된 레이저(65)가 설정구역(70) 전체를 조사 가능하면 단일의 빔가열부(10)를 사용한다.
강화된 초고강도 강판(60)을 풀림처리 하기 위해서는 베이나이트(BAINITE), 페라이트(FERRITE), 펄라이트(PEARLITE) 상이 나와야 하므로 고온에서 온도를 서서히 냉각해야 한다. 그러므로 레이저(65)로 초고강도 강판(60)의 풀림을 하기 위해서는, 그에 맞는 레이저(65)의 광학계 에너지 설계 및 조건이 필요하다.
레이저(65)를 이용하여 초고강도 강판(60)을 풀림처리하기 위해서는, 설정된 온도로 가열된 후 100초 이상의 시간으로 초당 10℃ 이상의 하강속도를 갖도록 열처리가 요구되며, 열처리에 해당하는 면적에는 적외선 센서인 온도측정센서부(50)를 이용하여 온도를 실시간으로 측정한다.
온도측정센서부(50)의 측정값은 제어부(40)로 전달되며, 제어부(40)는 온도측정센서부(50)의 측정값을 바탕으로 빔가열부(10)의 출력과 동작을 제어한다. 제어부(40)는 100초 동안 초고강도 강판(60)의 온도를 적외선 센서인 온도측정센서부(50)를 이용하여 모니터링 하며, 빔가열부(10)에서 조사된 레이저(65)에 의한 가열정도를 피드백하여 설정구역(70)의 온도를 서서히 하강시킨다.
열처리되는 영역인 설정구역(70)이 작은 경우에는 빔가열부(10)를 고정식으로 설치하여 초고강도 강판(60)을 가열한다. 또한 열처리되는 영역인 설정구역(70)이 넓은 경우에는 레이저(65)에 의한 에너지 분포를 다르게 하면서 빔가열부(10)를 이동시키는 방법이 사용된다.
가이드부(30)는 빔가열부(10)에서 발생된 레이저(65)가 초고강도 강판(60)의 설정구역(70)에 조사되도록 레이저(65)의 이동을 안내하며, 초고강도 강판(60)에 마주하는 상태로 설치되는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
빔가열부(10)에서 레이저(65)가 조사되어 초고강도 강판(60)의 설정구역(70) 온도가 상승하는 경우, 설정구역(70) 주변부의 온도도 상승하게 된다. 이를 방지하기 위해 냉각이 이루어지는 가이드부(30)를 설정구역(70) 외측에 있는 초고강도 강판(60)의 측면에 설치하므로 설정구역(70) 주변의 온도상승을 방지한다. 일 실시예에 따른 가이드부(30)는 가이드몸체(32)와 안내홀부(34)와 냉각부(36)를 포함한다.
가이드몸체(32)는 빔가열부(10)와 초고강도 강판(60)의 사이에 설치되며, 초고강도 강판(60)을 커버하는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성된다. 일 실시예에 따른 가이드몸체(32)의 내측에는 냉각부(36)가 위치하며, 설정구역(70)을 포함한 초고강도 강판(60)의 전면을 커버하는 판 형상으로 형성된다. 성형제품(80)을 성형하기 위해 초고강도 강판(60)을 절단한 경우, 가이드몸체(32)의 크기도 초고강도 강판(60)의 크기에 대응하는 크기로 성형된다.
가이드몸체(32)는 레이저(65)가 조사되는 동안, 가열영역(75)으로 조사되는 레이저(65)로 인한 열이 주위로 확산됨을 차단한다.
안내홀부(34)는 설정구역(70)과 마주하는 가이드몸체(32)에 통공을 형성하여 빔가열부(10)에서 조사된 레이저(65)가 초고강도 강판(60)에 조사됨을 안내한다. 안내홀부(34)의 개구된 일측은 초고강도 강판(60)의 설정구역(70)과 마주하며 안내홀부(34)의 개구된 타측은 빔가열부(10)를 향하여 설치된다.
냉각부(36)는 가이드몸체(32)의 내측에 설치되며, 가이드몸체(32)가 설정온도 이상으로 과열됨을 방지한다. 일 실시예에 따른 냉각부(36)는 가이드몸체(32)의 내측으로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관로(37)와, 가이드몸체(32)의 외측으로 배출되는 냉각수의 이동을 안내하는 냉각수배출관로(38)를 포함한다.
냉각수배출관로(38)를 통하여 공급된 냉각수는 가이드몸체(32)의 내측을 순환하며 가이드몸체(32)를 냉각시킨 후 냉각수배출관로(38)를 통해 가이드몸체(32)의 외측으로 배출된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각부(36)는, 가이드몸체(32)의 내측에 설치되며 전류의 공급으로 열을 흡수하여 가이드몸체(32)를 냉각시키는 펠티에소자(도시생략)를 포함한다. 펠티에소자는 전류의 흐름을 이용하여 냉각과 발열을 한다. 펠티에소자와 냉각수에 의한 냉각이 동시에 이루어질 수 있으며, 펠티에소자 또는 냉각수에 의한 냉각이 별도로 이루어질 수도 있다.
제어부(40)는 제품측정센서부(55)와 온도측정센서부(50)의 측정값을 전달받으며, 빔가열부(10)와 냉각부(36)의 동작을 제어한다.
온도측정센서부(50)는 초고강도 강판(60)의 온도를 실시간으로 측정하여 제어부(40)로 측정값을 전달한다. 온도측정센서부(50)는 적외선의 조사를 통해 초고강도 강판(60)의 온도를 실시간으로 측정한다. 따라서 제어부(40)는 실시간으로 초고강도 강판(60)의 온도를 적외선 센서인 온도측정센서부(50)를 이용하여 모니터링하여 설정구역(70)의 온도를 서서히 감소시킨다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판의 양측에 가이드부와 빔가열부가 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 초고강도 강판(60)의 양측에 가이드부(30)를 위치시키며, 빔가열부(10)도 초고강도 강판(60)의 양측에 각각 위치시킨다. 따라서 빔가열부(10)에서 조사된 레이저(65)는 가이드부(30)를 통과하여 초고강도 강판(60)의 양측을 동시에 가열하므로 설정구역(70)의 가열이 보다 신속하게 이루어질 수 있다.
즉 레이저(65)에 의해 가열되는 설정구역(70)의 크기에 따라 빔가열부(10)는 단수 또는 복수로 설치되어 설정구역(70)을 가열한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판의 일측에 제1차단부와 제2차단부가 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 가이드부(20)는 제1차단부(22)와 제2차단부(24)를 포함한다. 초고강도 강판(60)과 마주하는 일측에 빔가열부(10)가 설치된 경우, 바 형상의 제1차단부(22)와 제2차단부(24)가 초고강도 강판(60)의 일측에 설치된다. 빔가열부(10)에서 조사된 레이저(65)는 제1차단부(22)와 제2차단부(24)의 사이에 위치한 설정구역(70)으로 조사되므로 설정구역(70)을 가열시킬 수 있다.
이러한 가이드부(20)는, 빔가열부(10)와 초고강도 강판(60)의 사이에 설치되며 설정구역(70)의 일측과 마주하는 위치에 설치되어 설정구역(70)의 외측으로 레이저(65)가 조사됨을 차단하는 제1차단부(22)와, 설정구역(70)의 타측과 마주하는 위치에 설치되어 설정구역(70)의 외측으로 레이저(65)가 조사됨을 차단하는 제2차단부(24)를 포함한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판의 양측에 제1,2차단부가 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 가열이 이루어지는 설정구역(70)이 상하방향으로 연장되며, 초고강도 강판(60)의 양측면에 설정구역(70)이 위치하는 경우에는, 제1차단부(22)와 제2차단부(24)를 구비한 가이드부(20)가 초고강도 강판(60)의 양측에 설치된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판의 양측에 복수의 빔가열부가 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1차단부(22)와 제2차단부(24)를 구비한 가이드부(20)가 초고강도 강판(60)의 양측에 설치된 상태에서 하나의 빔가열부(10)로 넓은 면적을 조사하기 어려운 경우에는 복수의 빔가열부(10)를 설치하여 설정영역으로 레이저(65)를 조사한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔가열부가 복수로 구비되어 연이어 설치된 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 초고강도 강판(60)의 크기가 단일의 빔가열부(10)를 사용하여 가열하기 어려운 경우, 복수의 빔가열부(12)를 1열로 설치하여 초고강도 강판(60)을 가열한다. 큰 면적을 갖는 초고강도 강판(60)을 이동하면서 초고강도 강판(60)을 열처리하는 경우, 레이저(65)의 에너지 분포가 앞부분은 강하고 뒷부분은 약해지는 에너지 분포가 된다. 이를 위하여 여러개의 레이저(65)를 중첩하여 에너지 분포를 변화시키는 방법을 사용하거나, 광학계 초점 및 기울기를 변화하여 에너지 분포를 변화시키는 방법을 사용한다.
이때 빔가열부(12)는 복수로 구비되어 1열로 설치되며, 일측에서 타측으로 갈수록 빔가열부(12)의 높이가 점차로 낮아지는 것을 특징으로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔가열부가 초고강도 강판을 비스듬하게 조사하는 상태를 도시한 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 빔가열부(10)가 초고강도 강판(60)의 표면을 비스듬하게 조사하면, 레이저(65)의 조사로 인한 초고강도 강판(60)의 에너지 분포가 선형적으로 변화된다.
초고강도 강판(60)의 가열의 조건에 따라 빔가열부(10)는 초고강도 강판(60)의 일측에만 설치될 수 있으며, 필요에 따라 초고강도 강판(60)의 양측에 설치되어 초고강도 강판(60)을 가열하는 시간을 단축시킬 수 있다. 이때 초고강도 강판(60)을 기준으로 경사를 이루며 설치된 빔가열부(10)가 초고강도 강판(60)을 따라 이동될 수 있으며, 빔가열부(10)는 정지되고 초고강도 강판(60)이 이동될 수도 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판용 가열장치(1)를 이용한 초고강도 강판(60)의 성형방법을 상세히 설명한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 강판용 가열장치를 이용한 초고강도 강판의 성형방법을 도시한 도면이다.
도 11과 도 12에 도시된 바와 같이, 초고강도 강판(60)의 성형 전에 제품측정센서부(55)가 동작되어 초고강도 강판(60)의 성형하고자 하는 부분에 대한 형상을 영상으로 측정한다. 제품측정센서부(55)의 측정값은 제어부(40)로 전달되어 초고강도 강판(60)의 어느 부분이 성형성이 많이 필요한 부분인지 해석을 통하여 파악한다. 이를 바탕으로 성형성이 필요한 부분을 초고강도 강판(60)의 판재 상태에서 미리 열처리 풀림을 하여 성형성을 높게 한다.
우선 초고강도 강판(60)은 미리 열처리로에서 나온 열처리 강화된 강판을 준비한다. 이러한 강판은 1,000~1,700MPa의 강도를 가지고 성형성은 10% 이하이다. 제어부(40)는 성형해석 및 프레스 시험을 통해 측정된 값을 입력받아, 초고강도 강판(60)에서 성형성이 많이 필요하거나 파단이 난 부분을 파악한다.
그리고, 빔가열부(10)에서 레이저(65)가 조사되어 초고강도 강판(60)의 설정구역(70)을 가열하는 가열단계를 갖는다.(S10)
프레스 작업 전 초고강도 강판(60)인 판재 상태에서 프레스 성형시 문제가 될 부분을 레이저(65)를 이용하여 풀림 처리한다.
빔가열부(10)에서 조사된 레이저(65)는 가이드부(30)를 통과하며 초고강도 강판(60)의 설정구역(70)으로 조사된다. 레이저(65) 조사를 통하여 성형성이 많이 필요한 초고강도 강판(60)을 국부적으로 풀림처리하여 성형성을 높인다.
가열단계에서, 빔가열부(10)와 초강도 강판의 사이에 가이드부(30)를 설치하여 빔가열부(10)에서 발생된 레이저(65)가 초고강도 강판(60)의 설정구역(70)에만 조사되도록 레이저(65)의 이동을 안내한다.
초고강도 강판(60)을 냉간 프레스 성형하는 성형단계를 갖는다.(S20) 설정구역(70)을 레이저(65)로 가열하여 가열영역(75)을 형성한 후 기존의 냉간 프레스를 이용하여 초고강도 강판(60)을 성형한다. 즉 가열된 초고강도 강판(60)을 냉간 성형하면 레이저(65) 처리한 부분은 성형성이 향상되어 기존 강판과 같이 프레스 작업이 가능하다.
그리고 프레스 성형된 초고강도 강판(60)을 레이저(65)를 이용해 절단하는 트리밍단계를 갖는다.(S30)
트리밍단계 후에 초고강도 강판(60)에서 강화가 필요한 부분을 따라 레이저(65)를 조사하는 하드닝단계를 갖는다.(S40)
초고강도 강판(60)은 프레스 작업을 통해 성형제품(80)의 형상으로 형성되며, 성형제품(80)의 외각선 중 꺽임이 이루어진 부분에 레이저(65)를 설정 시간만 조사하여 소재의 강성을 강화시킨다.
하드닝단계 이후 제품의 외형을 정리하여 성형제품(80)의 생산을 완료하는 생산완료단계를 갖는다.(S50)
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 초고강도 강판(60)의 설정구역(70)에만 레이저(65)를 조사하여 가열한 후, 일반 프레스 성형으로 초고강도 강판(60)을 성형하므로 생산라인의 설치비를 절감할 수 있다. 또한 1,000MPa급의 초고강도 강 부품을 생산하기 위해서는 고온 열처리로와 냉각 기능이 있는 프레스가 동시에 필요하였으나, 본 발명에 의한 초고강도 강판용 가열장치(1)를 이용하면 생산공정 중에 열처리로와 냉각 프레스가 필요없어지므로 생산비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 초고강도 강판용 가열장치
10,12: 빔가열부 20,30: 가이드부
22: 제1차단부 24: 제2차단부
30: 가이드부 32: 가이드몸체
34: 안내홀부 36: 냉각부
37: 냉각수공급관로 38: 냉각수배출관로
40: 제어부 50: 온도측정센서부
55: 제품측정센서부 60: 초고강도 강판
65: 레이저 70: 설정구역
75: 가열영역 80: 성형제품

Claims (14)

  1. 초고강도 강판을 향하여 레이저를 조사하며 상기 초고강도 강판을 국부 가열시키는 빔가열부;
    상기 빔가열부에서 발생된 레이저가 상기 초고강도 강판의 설정구역에 조사되도록 레이저의 이동을 안내하며, 상기 초고강도 강판에 마주하는 상태로 설치되는 가이드부;
    상기 빔가열부의 동작을 제어하는 제어부;
    상기 초고강도 강판의 온도를 실시간으로 측정하여 상기 제어부로 측정값을 전달하는 온도측정센서부; 및
    상기 초고강도 강판의 성형 전에 상기 초고강도 강판의 성형하고자 하는 부분의 형상을 영상으로 측정하여 상기 제어부로 측정값을 전달하는 제품측정센서부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔가열부는, 상기 초고강도 강판의 일측 또는 양측에 설치되어 상기 초고강도 강판을 가열시키는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 빔가열부는 단수 또는 복수로 설치되는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔가열부는, 복수로 구비되어 일렬로 설치되며 레이저가 조사되는 영역이 서로 겹치는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔가열부는 상기 초고강도 강판의 표면을 비스듬하게 조사하며, 레이저의 조사로 인한 상기 초고강도 강판의 에너지 분포를 선형적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드부는, 상기 빔가열부와 상기 초고강도 강판의 사이에 설치되며, 상기 설정구역의 일측과 마주하는 위치에 설치되어 상기 설정구역의 외측으로 레이저가 조사됨을 차단하는 제1차단부; 및
    상기 설정구역의 타측과 마주하는 위치에 설치되어 상기 설정구역의 외측으로 레이저가 조사됨을 차단하는 제2차단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드부는, 상기 빔가열부와 상기 초고강도 강판의 사이에 설치되며, 상기 초고강도 강판을 커버하는 가이드몸체; 및
    상기 설정구역과 마주하는 상기 가이드몸체에 통공을 형성하여 상기 빔가열부에서 조사된 레이저가 상기 초고강도 강판에 조사됨을 안내하는 안내홀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가이드부는, 상기 가이드몸체의 내측에 설치되며 상기 가이드몸체가 설정온도 이상으로 과열됨을 방지하는 냉각부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 가이드몸체의 내측으로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관로; 및
    상기 가이드몸체의 외측으로 배출되는 냉각수의 이동을 안내하는 냉각수배출관로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 가이드몸체의 내측에 설치되며 전류의 공급으로 열을 흡수하여 상기 가이드몸체를 냉각시키는 펠티에소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치.
  12. 제 1 항의 초고강도 강판용 가열장치를 이용한 초고강도 강판의 성형방법으로서,
    상기 빔가열부에서 레이저가 조사되어 상기 초고강도 강판의 설정구역을 가열하는 가열단계;
    상기 초고강도 강판을 냉간 프레스 성형하는 성형단계; 및
    프레스 성형된 상기 초고강도 강판을 레이저를 이용해 절단하는 트리밍단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치를 이용한 초고강도 강판의 성형방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가열단계에서, 상기 빔가열부와 상기 초강도 강판의 사이에 가이드부를 설치하여 상기 빔가열부에서 발생된 레이저가 상기 초고강도 강판의 설정구역에만 조사되도록 레이저의 이동을 안내하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치를 이용한 초고강도 강판의 성형방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 트리밍단계 후에 상기 초고강도 강판에서 강화가 필요한 부분을 따라 레이저를 조사하는 하드닝단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고강도 강판용 가열장치를 이용한 초고강도 강판의 성형방법.
KR1020160043705A 2016-04-08 2016-04-08 초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법 KR102379461B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160043705A KR102379461B1 (ko) 2016-04-08 2016-04-08 초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160043705A KR102379461B1 (ko) 2016-04-08 2016-04-08 초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170116316A KR20170116316A (ko) 2017-10-19
KR102379461B1 true KR102379461B1 (ko) 2022-03-29

Family

ID=60298525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160043705A KR102379461B1 (ko) 2016-04-08 2016-04-08 초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102379461B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010044875A (ja) * 2008-08-08 2010-02-25 Aisin Takaoka Ltd 局所的加熱装置及び方法
KR101033361B1 (ko) * 2010-06-30 2011-05-09 현대하이스코 주식회사 생산성을 향상시킨 열간 프레스 성형체 제조방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3585208B2 (ja) * 1997-10-03 2004-11-04 株式会社チューブフォーミング 中空一体型カムシャフトの製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010044875A (ja) * 2008-08-08 2010-02-25 Aisin Takaoka Ltd 局所的加熱装置及び方法
KR101033361B1 (ko) * 2010-06-30 2011-05-09 현대하이스코 주식회사 생산성을 향상시킨 열간 프레스 성형체 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170116316A (ko) 2017-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108138249B (zh) 用于生产压制硬化部件的局部辐射加热方法和用于这种生产的装置
US8847126B2 (en) Heating device and heating method
CN106564187B (zh) 一种制造三维物体的方法和设备
KR102201434B1 (ko) 핫 스탬핑 부품 제조장치 및 이를 이용한 핫 스탬핑 부품 제조방법
US20190119768A1 (en) Hot forming tool with infrared light source
US20120097298A1 (en) Method for producing partially hardened steel components
JP5937524B2 (ja) 赤外炉、赤外線加熱方法およびそれを用いて製造された鋼板
EP3640353A1 (en) Hot-stamped components
US20180327872A1 (en) Device and method for providing a selective heat treatment on a metal sheet
KR102379461B1 (ko) 초고강도 강판용 가열장치 및 이를 이용한 초고강도 강판의 성형방법
KR101149732B1 (ko) 금형의 열처리방법
JP5123345B2 (ja) 鋼板の焼き入れ方法及び鋼板の焼き入れ装置
KR20110040021A (ko) 다이오드 레이저를 이용한 자동차용 차체부품의 국부 열처리장치 및 그 열처리방법
CN108698335A (zh) 用于焊接连接第一模制部件的第一接合面与第二模制部件的第二接合面的方法和相关装置
KR101758517B1 (ko) 강판 열처리 장치 및 방법
KR101501476B1 (ko) 열간 프레스 성형방법
KR20150080353A (ko) 핫 스탬핑 소재 가열장치
KR20170076847A (ko) 강판의 표면처리 장치 및 표면처리 방법
US20080009924A1 (en) Locally heating objects

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant