KR20070001144A

KR20070001144A - 형상화된 금속품의 연속 제조를 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20070001144A
Application number: KR1020067016618A
Authority: KR
Inventors: 태드 매크로비츠; 프랭크 맥널티; 제프 블래도우
Original assignee: 풀맨 인더스트리즈 인코포레이티드
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2007-01-03
Also published as: EP1711637A2; US20050252588A1; WO2005072232A2; JP2007526947A; US7503116B2; WO2005072232A3; BRPI0506528A

Abstract

편평한 금속 웨브를 포함하는 원자재로부터 형상화된 금속 부재를 연속으로 제조하는 방법은, 상기 웨브를 형상화하는 롤-성형 스테이션, 상기 형상화된 웨브를 개별 부재로 절단하는 절단 스테이션, 및 상기 부재를 포함하는 금속의 물리적 특성을 변화시키는 가공 스테이션을 포함한다. 상기 가공은 열처리 및/또는 형상화를 포함할 수 있다. 상기 방법은 마킹, 검사, 분류 등과 같은 추가의 가공을 수행하도록 작동 가능하다. 또한, 상기 방법을 수행하기 위한 장치를 개시한다.

형상화, 연속식, 금속 웨브, 코일, 가공, 가열, 열처리, 담금질, 롤-성형

Description

형상화된 금속품의 연속 제조를 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR THE CONTINUOUS FABRICATION OF SHAPED METAL ARTICLES}

본 출원은 2004년 1월 20일자로 출원된 미국특허 가출원 제60/537,695호인 "형상화되고 경화된 강철 물품의 연속 제조를 위한 방법 및 장치"의 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 금속품의 제조를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 금속품의 연속 제조를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 가장 구체적으로는, 본 발명은 금속품의 제조를 위한 롤-성형(roll-forming) 및 물품 취급의 조합 공정에 관한 것이다.

롤-성형(roll-forming)은 다양한 형상의 금속품 제조에 바람직하게 이용된다. 롤-성형 공정에서, 금속, 일반적으로 강철의 시트는 일련의 롤러 다이를 연속적으로 통과하여, 시트가 단계적으로 절곡, 연신, 및 형상화되어 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 연속체가 된다. 롤-성형 단계는 연속적인 제조 공정으로 미리 구성될 수 있으며, 이러한 기술은 다양한 자동차 부품의 제조에 널리 이용된다. 롤-성형 공정은, 일부를 제외하고, 일반적으로 물품의 길이방향 규격을 형상화하는데 이용될 수 없으며, 이것은 롤-성형 기술의 유용성을 어느 정도로 제한하게 된 다.

벤딩, 스탬핑, 단조, 하이드로포밍(hydroforming), 다이-포밍(die-forming), 포스트-포밍(post-forming) 등과 같은 다른 금속 성형 공정이 금속품의 형상화에 이용될 수 있다. 또한, 금속품의 경도 및 다른 특성을 조절하기 위해 열처리, 질화, 담금질, 뜨임과 같은 공정이 채용될 수 있다. 나중에 상세히 설명하겠지만, 본 발명은 롤-성형을 다른 금속 형상화 및 처리 공정과 조합하여 형상화된 금속품을 제조하기 위한, 통합된 연속 시스템 및 공정을 제공한다.

자동차 및 다른 모터 차량은 일반적으로, 범퍼 빔(bumper beam) 및 측부 충격빔(side intrusion beam)과 같은 다수의 보호 부재를 내부에 포함한다. 이들 부재는 고강도이어야 하며, 경량이고 저가인 것이 바람직하다. 그 결과, 범퍼 및 충격빔은, C자 형상, 폐쇄된 상자형, 또는 원형의 단면일 수 있는 단면 프로파일을 가지는, 절곡된 강판 부재로 제조되는 경우가 많다. 이상적으로, 이러한 부재는 비교적 경량이고, 고강도이며, 저가이다. 나중에 상세히 설명하겠지만, 본 발명의 일 측면은, 모터 차량용 범퍼빔 및 측부 충격바와 같은 특별한 구성의 고강도 강철품을 제조하기 위한 연속 제조 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 방법 및 장치는, 롤-성형과, 강판 코일을 이용하여 연속식으로 수행되는 다른 공정 조작을 조합한 것이다. 여러 롤-성형 공정과는 달리, 본 발명의 공정은 비교적 복잡한 형상의 제조에 이용될 수 있다. 본 발명의 이러한 세부 내용 및 다른 세부 내용은 이하의 설명 및 도면을 통해 명백해질 것이다.

형상화된 금속 부재의 제조를 위한 연속 공정을 개시한다. 공정은 실질적으로 납작한 금속 웨브의 코일로 시작된다. 통과되는 금속 웨브를 단계적으로 형상화하도록 조합되어 작동 가능한 복수의 롤러 다이를 포함하는 롤-성형 스테이션이 제공된다. 금속 웨브는 롤-성형 스테이션에 이송되어서 롤러 다이가 웨브를, 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 연속된 기다란 연속체로 형상화한다. 연속된 기다란 연속체는 복수의 부재로 절단되고, 각각의 부재는 미리 선택된 단면 프로파일을 갖는다. 가공 스테이션이 제공되고, 부재들은 가공 스테이션에 이송되어 부재들을 포함하는 금속의 물리적 특성이 변경되도록 가공된다. 구체적인 실시예에서, 가공 스테이션은 가열 스테이션이다. 다른 실시예에서, 부재를 가공 스테이션에 이송하는 단계는, 복수의 부재를 수집하는 단계, 이를 부재를 적어도 2개의 부재로 된 그룹으로 분류하는 단계, 및 분류된 부재들을 가공 스테이션에 집합적으로 이송하는 단계를 포함한다. 상기 부재들은, 일부의 경우, 그 길이에 따라 분류된다. 가공 단계는 금속학적 변태를 일으키기에 충분한 시간 및 온도로 상기 부재를 가열하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 부재는 가열된 후에 성형 공정을 이용함으로써 형상화될 수 있다.

가공 스테이션이 가열 스테이션인 특정의 실시예에서, 가열 스테이션의 분위기는 예를 들어, 불활성 분위기, 환원 분위기, 질화 분위기, 또는 산화 분위기를 제공하도록 제어될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 웨브에는, 롤-성형 스테이션에서 형상화되기 전에, 개구부나 융기된 돌출부 등이 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 웨브는 롤-성형 전에 에지 컨디셔닝(edge conditioning) 단계를 거칠 수 있다. 구체적인 실시예에서, 상기 방법은 형상화되고 경화된 강철품을 제공하는데 이용된다.

또한, 상기 방법을 수행하기 위한 장치를 개시한다.

도 1은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치의 일 실시예의 일부분을 나타내는 개략도이다.

도 2는 상기 장치의 다른 일부분을 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명의 장치를 통과하는 다수의 롤-성형된 부재를 나타내는 개략도이다.

도 4는 상기 장치의 또 다른 일부분을 나타내는 개략도이다.

도 5는 상기 장치에서 롤-성형 및 다이-성형된 부품이 통과되는 최종 부분을 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실제 이용될 수 있는 담금질 유체 이송 시스템의 개략도이다.

본 발명의 가장 일반적인 형태는, 형상화된 금속 부재의 연속 제조를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 부품은 금속 자재의 웨브 코일로부터 연속식으로 바람직하게 제조된다. 상기 장치는 금속 웨브 코일을 지지하고 상기 웨브를 시스템의 다른 스테이션에 이송하는 배급(payout) 스테이션을 포함한다. 배급 스테이션의 하류는 복수의 롤-성형 다이를 포함하는 롤-성형 스테이션이다. 롤-성형 스테이션은 상기 웨브를 연속적으로 수취하여 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 기다란 연속체로 성형하도록 작동 가능하다. 상기 시스템은, 롤-성형 스테이션의 하류이며 기다란 연속체를 각각이 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 복수의 부재로 절단하도록 작동 가능한 절단 스테이션을 포함한다. 가열 스테이션 또는 이러한 다른 가공 스테이션은 절단 스테이션의 하류이며, 물품을 포함하는 강철의 물리적 특성을 변경시키도록 작동 가능하다. 예를 들어, 형성되는 금속이 강철이고 가공 스테이션이 가열 스테이션인 경우, 예를 들어 오스테나이트화(austenizing) 온도 이상으로 가열함으로써 강을 금속학적 변태를 일으키기에 충분한 온도로 가열하는 기능을 할 수 있다. 예시된 실시예에서, 다이-성형 스테이션은 가열 스테이션의 하류에 배치되며, 가열 스테이션으로부터 가열된 부재를 수취하여 성형 작업을 수행하도록 작동 가능하다. 성형 작업은 물품의 형상을 변경시킬 수 있거나, 담금질 작업 등을 하는 동안에 기존의 형상을 유지시키도록 작업 가능하다. 금속은 비교적 고온이며 상당히 소성 상태이기 때문에, 이러한 작업은 매우 용이하게 이루어질 수 있다. 다이-성형 스테이션은 또한 가열되어 성형된 부재를 담금질하는 작업을 한다. 이러한 담금질은 수계(water-based) 유체와 같은 냉각 유체를 이용하여 다이 내에서 이루어진다. 담금질은 강을 마르텐사이트 상태와 같은 특정의 금속 상태로 고정시켜서, 적어도 부분적으로 경화시킴으로써 경화된 강철 부품을 제공한다.

본 발명의 이러한 일반적인 시스템은 다양한 부품을 제조하는데 채용될 수 있으며, 시스템의 특정 구성은 제조되는 부품에 따라 다소 좌우된다. 예시의 목적으로, 본 발명의 방법을, 경화된 강철 범퍼빔의 제조를 위한 하나의 특정한 장치 및 공정과 관련하여 상세하게 설명한다. 이러한 유형의 시스템은 도어빔, 프레임 부재, 좌석 등받이, 및 다른 구조적인 부품과 같은 다른 물품을 제조하는데 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 상기 시스템은 알루미늄과 같은 다른 금속으로 물품을 제조하는데 이용될 수 있다.

도 1 내지 6은 이러한 특정 시스템을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 강철 웨브(14)를 시스템의 나머지 부분에 연속식으로 이송하는 배급 스테이션에 강철 코일(10)이 지지된, 시스템의 제1 부분이 도시되어 있다. 강철은, 일부의 경우, 하류 가공, 특히 가열 및 담금질 단계에서 부식을 조절하도록 코팅될 수 있다. 이 코팅은 유기물 또는 무기물일 수 있으며, 알루미늄 코팅된 강철이 바람직한 하나의 소재이다.

예시된 실시예에서, 강철 웨브(14)는 일반적으로 한 쌍의 롤러를 이용함으로써 웨브(14)를 평활화시키는 평활화 스테이션(16)을 통과한다. 평활화 스테이션(16)은 사용되는 강의 품질 및/또는 하류 가공 조건에 따라 구성될 수 있다. 평활화 스테이션(16)을 빠져나간 후, 웨브는, 본 실시예에서, 펀칭 및 형상화 스테이션(18)으로 전진한다. 이 스테이션은 선택적이며, 웨브(14) 상에서 하나 이상의 형상화 작업을 수행한다. 이들 작업은 웨브 상에 다수의 개구부 펀칭 및/또는 웨브 상에 오목부 또는 볼록부와 같은 요철부 또는 동전 형상의 형성을 포함할 수 있 다. 이들 개구부 및 형상은 부착 포인트, 나사 구멍, 보강부, 또는 하류의 절단 작업 등을 용이하게 하는 관통 포인트 등을 제공할 수 있다. 이들 형상은 또한 완성된 제품의 탄성, 파쇄성(crushability), 및/또는 물리적 파라미터를 조정하도록 이용될 수 있다. 이들 형상의 형태 및 배치를 조절함으로써, 정밀하게 형상화되어 배치된 형상 및/또는 물리적 파라미터를 가지는 완성 부품이 제조될 수 있다.

소재에는 마킹(marking)이 가해질 수 있다. 이들 마킹은 부품 번호, 로고, 상표 등을 포함한다. 이들 마킹은 레이저 마킹, 잉크젯 프린팅, 조각 등과 같은 공지된 기술에 의해 가해질 수 있다. 마킹 스테이션은 펀칭 및 형상화 스테이션과 연관될 수 있거나, 별도로 배치될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 웨브에는 제1 슬랙 루프(slack loop)(20a) 및 제2 슬랙 루프(20b)가 형성된다. 이들 루프는, 본 실시예에서 펀칭 및/또는 형상화 작업이 수행 중일 때 웨브가 고정되는 것이 요구되는 펀칭 및 형상화 스테이션을 보조한다. 이러한 슬랙 루프(20a, 20b)를 이용함으로써, 웨브(14)는 연속적으로 이송될 수 있으면서 펀칭 및 형상화를 위한 부분을 정지시킬 수 있다. 웨브의 일부분이 공정 중에 정지될 수 있다는 사실은 이것이 연속적인 공정이라는 사실을 부정하는 것이 아니다. 다른 실시예에서는, 롤러 다이 또는 유사한 장치를 이용하여 이동 중인 웨브 상에서 펀칭 및 형상화 작업이 수행될 수 있다.

도시하지는 않았지만, 상기 시스템은 듀얼 배급 스테이션을 포함할 수 있어서, 한쪽 강철 코일의 말단부가 다른 쪽 강철 코일의 시작부에 용접 또는 부착될 수 있다. 이러한 구성은 코일의 "가동 중" 교체를 가능하게 하며, 슬랙 루프는 코 일의 교체 중에 시스템이 연속적으로 가동되는 것을 허용한다.

펀칭 및 형상화 스테이션(18)의 하류는 에지 컨디셔닝 스테이션(22)이다. 이 스테이션은 웨브(14)의 에지를 다듬질하여 불규칙한 부분을 제거한다. 이 스테이션은 펀칭 및 형상화 스테이션(18)의 상류에 배치될 수 있거나, 강의 품질 및 작업 조건에 따라 완벽하게 구성될 수 있다.

상기 시스템은 바람직하게, 웨브의 중심선이 다른 여러 스테이션의 중심선과 정렬을 유지하도록 하는 하나 이상의 센터링 스테이션을 포함한다. 이 센터링은 , 웨브에 펀칭되거나 형상화된 형상이 포함되는 경우에 이들 형상이 완성된 물품에 적절하게 배치되는 것을 보장하기 때문에 특히 중요하다. 상기 센터링은 웨브의 에지와 맞물리는 기계적 부재에 의해 이루어질 수 있다. 상기 센터링은 광학식 센서, 전기식 센서, 또는 다른 비접촉 센서를 가지는 시스템에 의해 이루어질 수도 있다. 센터링 스테이션(19)은 펀칭 및 형상화 스테이션(18)은 물론, 에지 컨디셔닝 스테이션(22)과 롤-성형 스테이션(24)과도 연관될 수 있다.

도 2를 참조하면, 공정의 다른 부분이 도시되어 있으며, 펀칭 및 형상화 스테이션에서 형성된 형상을 가지는 웨브(14)가 롤-성형 스테이션(24)으로 전진한다. 롤-성형 스테이션(24)은 개략적인 형태로 도시되었으나, 웨브(14)가 통과될 때 단계적으로 절곡 및 형상화하는 복수의 롤-성형 다이를 포함한다는 것을 당업자들은 이해하여야 한다. 전술한 바와 같이, 롤-성형 스테이션은 일반적으로, 웨브(14)가 통과될 때 롤러 상에서 중심이 유지되도록 하는 스테이션과 연관되거나 그 상류의 센터링 장치를 포함한다. 이것은, 웨브에 형성된 구조적 형상이 완성된 제품에 포 함되는 경우에 특히 중요하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 웨브(14)는 롤-성형 스테이션으로 들어가서 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 기다란 연속체(26)로서 빠져나간다. 상기 단면 프로파일은, 본 실시예에서는 C자형 프로파일이다. 롤-성형 스테이션(24)의 하류는, 2개의 자유 에지 또는 형상화된 기다란 연속체(26)의 다른 부분을, 서로 또는 롤-성형된 연속체의 다른 부분에 접합하여 폐쇄된 단면 프로파일을 형성하도록 하는 접합 스테이션이다. 본 실시예에서, 접합은 용접 스테이션(28)에 서 이루어지지만, 납땜, 접착, 기계적 결합 등에 의해서도 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 용접 스테이션은 별도로 구성되거나 장치의 다른 부분에 배치될 수 있다. 용접은 이동하는 연속체에 적용 가능한 임의의 여러 기술에 의해 이루어질 수 있다. 이들 중 바람직한 기술은, 유도 용접, 아크 용접(TIG, MIG), 스폿 용접, 가스 용접, 레이저 용접, 및 저항 용접이다.

일부의 경우, 상기 시스템은, 형성되는 프로파일의 구성에 따라 다수의 용접 스테이션 및 롤-성형 스테이션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 롤-성형 스테이션은 프로파일의 일부분을 형상화하고, 중간의 제1 용접 스테이션은 프로파일의 일부분을 서로 접합하며, 그 후에 제2 롤-성형 스테이션은 추가로 프로파일을 형상화하고, 제2 용접 스테이션은 프로파일의 나머지 부분을 접합하게 된다. 명백하게, 상기 시스템에는 다른 스테이션들이 포함될 수 있다. 접합 후에, 형상화된 기다란 연속체(26)는 절단 스테이션(30)으로 보내져서 소정의 길이로 절단되어, 각각이 기다란 연속체(26)의 소정의 프로파일을 가지는 다수의 부재를 형성하도록 한다. 절 단은 펀칭 및 형상화 스테이션(18)에서 웨브에 형성되는 관통공 또는 별도의 상류 스테이션(미도시)에서 형성되는 관통공에 의해 용이해질 수 있다. 절단은 이용 가능한 기술을 이용하여 "이송 중에(on the fly)" 이루어질 수 있다. 절단 스테이션은 공정 조건에 따라 모든 부재를 동일한 길이로 절단하도록 프로그래밍 되어 있거나, 부재들을 다양한 길이로 절단하도록 작동될 수 있다. 일부의 경우, 라인에 추가의 스테이션을 포함시킴으로써 절단의 이전, 도중, 이후에 가공물에 펀칭, 스탬핑 등과 같은 추가의 작업이 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예에서, 부재들은 용접되기 전에 절단될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 장치를 직렬로 통과하는 복수의 절단된 부재(32a-32d)가 도시되어 있다. 부재(32a, 32b)는 부재(32c, 32d)보다 길이가 짧다. 이들 부재(32)는, 직렬로 배치된 부재들을 수집하여 각각이 적어도 2개의 부재를 가지는 그룹으로 분류하는 직렬/병렬 피더 스테이션(34)을 통과한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 직렬/병렬 피더는 부재(32)들을 2개의 별도 그룹(36a, 36b)으로 분류하였으며, 각각의 그룹(36a, 36b)은 4개의 부재를 포함하고 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 시스템은 그룹(36a, 36b)을 수취하여 부재들이 미리 선택된 기준에 부합되는지를 판단하도록 검사한다. 이들 기준에 부합되지 않는 부재들은 퇴출되며, 도 4에서 부재(32h)는 퇴출된 것이다. 검사 스테이션은 또한 마킹 기능을 수행하여 부품 상에 식별 표시를 하도록 작동된다. 이러한 마킹은 부품 번호, 추적 번호, 부품이 만들어진 날짜, 고객 번호, 품질관리 마크 등, 강철 코일의 근거를 나타낼 수 있다. 마킹 스테이션은 임의의 다른 마킹 스테이션에 추가되 거나 단독의 마킹 스테이션일 수 있다. 마킹은 고온 잉크, 에칭, 펀칭, 스크라이빙(scribing), 또는 조각과 같은 기계적 수단을 이용하거나, 레이저 용접, 전기 용접 등을 이용하여 이루어질 수 있다.

후속 검사에서, 부품의 그룹, 예를 들어 그룹(36a, 36b)은 순차적으로 열처리로(40)에 이송된다. 열처리로(40)는 장입된 금속 부재에서 금속학적 변태를 가져오기에 충분히 상승된 온도로 부품을 유지시킨다. 예시된 특정 공정에서, 상기 금속학적 변태는 오스테나이트화 변태이며, 이와 관련하여, 부품은 900℃를 초과하는 온도로 가열된다. 용어 "열처리로"는 본 명세서에서 부품을 상승된 온도로 유지시키는 모든 유형의 가열 스테이션을 포함하도록 광범위하게 사용되는 것으로 이해되어야 한다. 이와 같이, 상기 열처리로는, 연소식 가열로, 아크로, 저항식 가열로, 및 유도가열이나 방사가열에 의해 부품을 가열하는 스테이션을 포함할 수 있다.

예시한 바와 같이, 상기 열처리로는, 체류 시간 및 열처리로로부터의 부품 배출을 조절하도록 작동하는 시퀀스 컨트롤러(42)를 포함한다. 또한, 열처리로(40)는 로 내에 소정의 분위기를 제공하기 위한 분위기 컨트롤러(44)를 포함한다. 일반적으로, 이러한 분위기는, 아르곤 분위기, 환원 분위기, 또는 질화 분위기와 같은 불활성 가스 분위기일 수 있다. 일부의 작업에서는, 성형되는 금속의 성질에 따라, 로 내부가 산화 분위기일 필요가 있으며, 이것 또한 분위기 컨트롤러(44)에 의해 이루어질 수 있다.

일부의 경우, 가열은 제조되는 특정 부품에 따라 조절될 수 있다. 예를 들 어, 컨트롤러는 검사 스테이션과 함께 작동하여, 소정 온도 처리를 필요로 하는 부품을 식별하고 부품이 열처리될 온도를 조절한다. 이러한 방식에서, 시스템은 상이한 부품을 상이한 온도로 가열하도록 연속식으로 작동될 수 있다. 마찬가지로, 가열 시간은 조절될 수 있다.

도 5를 참조하면, 열처리로(40)에서의 적절한 열처리 후에, 가열된 부품, 예를 들어 부품(36a, 36b)은 로에서 배출되어 상승된 온도로 유지되어 한 쌍의 담금질 다이(46a, 46b)로 이송된다. 이송은 바람직하게 로봇식 이송 피더(52)에 의해 이루어진다. 이들 다이는 가열된 부품을 수취하여 형상화한다. 다이는 도시된 것과 같이 부품의 기다란 프로파일을 형상화하거나, 담금질 중에 롤-성형된 프로파일을 홀딩하고 안정화시킬 수 있다. 금속이 가열되고 형상화된다는 사실은 비교적 용이하게 이루어지며, 이 사실은 다이의 설계 및 제작에 반영된다. 일부의 경우, 열처리로(40)와 다이(46) 사이의 분위기는 가열된 부품의 산화 또는 다른 원하지 않는 반응이 방지되도록 조절될 수 있다. 또 다른 경우에, 부품이 여전히 상승된 온도를 유지하고 있는 동안에 용접 작업이 수행될 수 있다. 용접은 로 내에서 수행되거나, 부품이 로를 빠져나온 후에 수행되거나, 다이에서 수행될 수 있다.

후속의 형상화에서, 부품은 다이 내에서, 일반적으로 주입구(54)를 통해 다이에 담금질 유체를 투입함으로써 담금질된다. 담금질 유체는 일반적으로 유체이며, 대개 수계 액체이지만, 종래 기술에 공지된 바와 같이 다른 담금질 매체가 채용될 수도 있다. 담금질 단계는 금속을 경화시키며 다이-성형 단계에 의해 정해진 형상을 고정시킨다. 도 5에 도시된 바와 같이, 성형되어 경화된 최종 금속 부 품(50a, 50b)은 성형 다이(46a, 46b)로부터 배출된다.

본 발명의 범위 내에서, 다이에 담금질 유체를 이송하기 위해 여러 상이한 시스템이 채용될 수 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 채용될 수 있는 하나의 특정 시스템이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 담금질 유체는 유체 주입구(54)를 통해 다이(46)에 투입되고, 배출구(56)로 빠져나간다. 이 실시예에서, 주입구(54) 및 배출구(56)는 신속 연결 커플링(58)에 의해 담금질 유체 시스템과 접속되며, 이것은 다이 유닛의 제거 및 교체를 용이하게 한다. 도 6의 담금질 시스템은 홀딩 탱크(60)를 포함하며, 홀딩 탱크(60)는 유체를 소정의 온도로 유지시키기 위한 히터 또는 쿨러(미도시)를 포함할 수 있다. 담금질 유체는 배출구(62)를 통해 홀딩 탱크를 빠져나간다. 이 실시예에서는, 한 쌍의 펌프(64a, 64b)가 배치되어 홀딩 탱크(60)로부터 배출되는 유체를 시스템의 나머지 부분으로 이송한다. 펌핑은 하나의 펌프에 의해 이루어질 수도 있지만, 시스템의 예비용 제2 펌프를 포함함으로써 신뢰성을 높이고 가동 정지 없이도 정비가 가능하다. 이러한 시스템의 일 작동 모드에서, 대부분 및 일부의 경우, 펌핑 기능은 소정의 시점에는 하나의 펌프에 의해 수행되며, 제2 펌프는 예비용으로 대기한다. 하나의 펌프가 고장나는 경우, 제2 펌프가 가동되어 냉매 유동을 유지시키고, 이 동안에 제1 펌프는 수리되거나 교체될 수 있다.

도 6의 시스템은 펌프(64a, 64b)의 하류에 전환 밸브(68)를 포함한다. 전환 밸브(68)는 담금질 유체를 선택적으로 다이(46) 또는 바이패스 회수 라인(70)에 이송하도록 작동한다. 밸브(68)가 제1 포지션으로 있는 경우, 담금질 유체는 펌 프(64)로부터, 본 실시예에서는 프리히터(74)를 포함하는 주입 라인(72)을 통해 다이(46)로 이송된다. 프리히터는 담금질 유체를 적정 온도가 되도록 하여 다이(46)에서의 담금질 작업이 효과적으로 수행되도록 보장한다. 담금질 유체는 다이(46)를 통과한 후에 다이 배출구(56)를 통해 빠져나가 회수 라인(76)을 통해 홀딩 탱크(60)로 복귀된다. 도 6의 실시예에서는, 열교환기(78)가 회수 라인(76)과 연관되어 있으며, 복귀되는 담금질 유체가 홀딩 탱크(60)로 들어가기 전에 담금질 유체로부터 열을 회수하도록 작동된다. 상기 시스템의 다른 변형에서는, 열교환기(78)가 생략되거나 홀딩 탱크(60)에 배치될 수 있다. 열교환기(78)에서 회수된 폐열은 다른 공정 유체의 가열 및/또는 작업 공간의 난방에 이용될 수 있다.

전환 밸브(68)가 제2 포지션으로 있는 경우, 담금질 유체는 다이를 바이패스하여 전환 라인(70)을 통해 직접 홀딩 탱크로 복귀된다. 이러한 유형의 구성을 이용함으로써, 시스템은 펌프(64)가 유체의 유동을 유지시키기 위해 연속적으로 가동되도록 작동될 수 있다. 이것은 시스템의 압력을 일정하고 평형으로 유지시키며, 펌프의 수명을 좌우하는 펌프의 기동 및 정지는 물론 시스템이나 다이를 손상시킬 수 있는 유체 해머링(hammering)을 방지한다. 또한, 신속한 유체 유동의 온/오프 제어가 가능하여 담금질 작업의 정밀도를 향상시킨다. 유체 유동은 또한 다이의 주입구(54) 및 배출구(56)의 조정에 의해 매끄러운 유체 유동이 될 수 있다.

담금질 시스템의 작동은 펌프(64a, 64b), 밸브(68), 및 프리히터(74)의 작동을 직접 제어하는 마이크로프로세서 기반의 담금질 컨트롤러(80)에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 컨트롤러(80)는 바람직하게, 시스템에 포함되는 다이(46), 프리 히터(74), 홀딩 탱크(60), 펌프(64a, 64b), 및 밸브(68)와 같은 여러 부품으로부터 압력 및/또는 온도 데이터를 얻는다. 도 6의 시스템의 다른 버전 및 변형도 마찬가지로 본 발명의 실시예로 고려될 수 있다.

전술한 실시예는 본 발명의 특정한 하나의 실시예에 불과하다. 따라서, 이에 대하여 여러 변경 및 변형이 가해질 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 직렬/병렬 피더는, 부품을 길이에 따른 그룹으로 분류하여 열처리로에 투입한다. 이들 그룹은 모두 동일한 길이를 가지는 부품을 포함하거나, 상이한 길이의 특정 패턴을 가지는 부품을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 열처리로(40)는, 투입되는 상이한 부품에 대하여 상이한 체류 시간을 제공하도록 프로그래밍될 수 있으며, 이와 관련하여, 서로 독립적으로 작동하는 복수의 공급 및 배출 시스템을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 열처리로는 폐열 회수기를 구비할 수 있다. 이 회수기는, 예를 들어 열처리로의 인접 주변으로부터 가열된 공기를 회수하여 공정 용수(process water)의 가열이나 작업 공간의 난방에 이용한다. 또한, 다이-성형 및 담금질 스테이션은 복수의 상이한 다이를 포함할 수 있으며, 상기 시스템은 부품의 길이 및/또는 프로파일에 따라 특정의 부품을 특정의 다이에 투입하도록 작동될 수 있다. 이러한 실시예에서는, 다이 또는 다른 툴의 치수가 표준화되어 동시에 다른 툴이 시스템에 채용되도록 할 필요가 있다. 예를 들어, 성형 다이가 모두 동일한 높이 및 이동 길이를 가지면, 다이가 바뀌거나 동시에 여러 상이한 다이가 이용되는 경우에도 프레스의 조정이 필요하지 않다.

또한, 다이-성형 스테이션 및 방법과 관련하여 전술한 시스템을 설명하였지 만, 벤딩, 스탬핑, 단조, 하이드로포밍, 포스트-포밍 등과 같은 성형 공정도 적용될 수 있다. 또 다른 실시예에서도, 성형된 부재는 공정 스테이션에서 처리되어 그 형상의 추가적인 변경 또는 변경 없이 강의 물리적 특성을 변화시키도록 할 수 있다. 예를 들어, 물품은 열처리, 질화, 경화 등으로 가공될 수 있다. 당업자들은 본 명세서에서 설명한 것 이외의 또 다른 변경 및 변형을 가할 수 있다.

이상과 같이, 본 명세서에 기재된 도면, 설명 등은 본 발명의 특정 실시예에 불과하며, 본 발명을 실질적으로 한정하는 것을 의미하는 것이 아니다. 이하의 특허청구범위 및 모든 동등물은 본 발명의 범위에 속한다.

Claims

형상화된 강철 부재를 연속으로 제조하는 방법에 있어서,

실질적으로 납작한 강철 웨브의 코일을 제공하는 단계,

상기 강철 웨브가 통과되면서 단계적으로 형상화되도록, 조합되어 작동 가능한 복수의 롤러 다이를 포함하는 롤-성형 스테이션을 제공하는 단계,

상기 롤러 다이가 상기 웨브를 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 기다란 연속체로 형상화하도록, 상기 웨브를 상기 롤-성형 스테이션에 이송하는 단계,

상기 기다란 연속체를 각각이 상기 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 복수의 부재로 절단하는 단계,

가열 스테이션을 제공하는 단계,

상기 부재를 상기 가열 스테이션에 이송하는 단계, 및

상기 부재의 물리적 성질이 변화되도록 상기 부재를 상기 가열 스테이션에서 가열하는 단계

를 포함하는 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 부재를 상기 가열 스테이션에 이송하는 단계는, 복수의 부재를 수집하는 단계, 상기 부재를 2개 이상의 부재로 된 그룹으로 분류하는 단계, 상기 부재의 그룹을 상기 가열 스테이션에 집합적으로 이송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 부재를 분류하는 단계는 상기 부재의 길이에 따라 상기 부재를 분류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 부재를 가열하는 단계는, 상기 부재를 포함하는 강철에 금속학적 변태를 일으키기에 충분한 시간 및 온도로 상기 부재를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제4항에 있어서,

상기 금속학적 변태는 오스테나이트화 변태(austenizing transition)인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제4항에 있어서,

상기 부재를 가열한 후에 형상화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제4항에 있어서,

상기 부재를 가열하고 금속학적 변태가 이루어진 후에 담금질하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제4항에 있어서,

상기 가열 스테이션에서 상기 부재를 가열하는 단계가 수행되는 동안에 상기 가열 스테이션의 분위기를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제8항에 있어서,

상기 가열 스테이션의 분위기를 제어하는 단계는, 불활성 분위기, 환원 분위기, 질화 분위기, 및 산화 분위기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 분위기를 제공하도록 상기 분위기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 부재가 상기 가열 스테이션으로부터 제거되어 상기 형상화 단계에 도달될 때까지 상기 부재 주위에 제어된 분위기를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 웨브를 상기 롤-성형 스테이션에 이송하는 단계 전에, 상기 웨브에 하 나 이상의 형상부를 성형하는 단계를 더 포함하며,

상기 하나 이상의 형상부는, 상기 웨브에 형성되는 개구부, 또는 상기 웨브의 평면에 볼록부 또는 오목부를 포함하는

것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 웨브의 에지를 컨디셔닝(conditioning)하는 단계를 더 포함하며,

상기 컨디셔닝 단계는, 상기 웨브를 롤-성형 스테이션에 이송하는 단계 전에 수행되는

것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항에 있어서,

기다란 연속체의 단면 프로파일이 적어도 부분적으로 폐쇄된 프로파일(closed profile)이 되도록 상기 웨브가 상기 롤-성형 스테이션의 적어도 일부분을 통과한 후에 상기 웨브의 부분들을 서로 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 접합 단계에서 접합은 용접에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 기다란 연속체를 복수의 부재로 절단하는 단계는, 상기 기다란 연속체를 2개 이상의 상이한 길이를 가지는 부재로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
형상화된 강철 부재를 연속으로 제조하는 시스템에 있어서,

강철 웨브 코일을 지지하고 상기 웨브를 상기 시스템의 다른 스테이션에 이송하는 배급 스테이션,

복수의 롤-성형 다이를 포함하며, 상기 웨브를 연속적으로 수취하여 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 기다란 연속체로 성형하는 롤-성형 스테이션,

상기 기다란 연속체를, 각각이 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 복수의 부재로 절단하는 절단 스테이션,

상기 부재의 물리적 특성이 변화되도록, 상기 부재를 가열하는 가열 스테이션, 및

상기 가열 스테이션과 연관되며, 상기 절단된 부재를 수취하여 상기 가열 스테이션에 전달하는 피더(feeder)

를 포함하는 시스템.
제16항에 있어서,

상기 롤-성형 스테이션의 상류에 배치되는 형상화 스테이션을 더 포함하고,

상기 형상화 스테이션은 상기 웨브 상에 하나 이상의 형상화 작업을 수행하도록 작동 가능하며,

상기 형상화 작업은, 상기 웨브에 개구부를 형성하는 단계, 및 상기 웨브에 상기 웨브의 평면에 볼록부 또는 오목부를 형성하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함하는

것을 특징으로 하는 시스템.
제17항에 있어서,

상기 형상화 작업은 주기적으로 수행되고, 상기 시스템은 상기 형상화 스테이션의 상류에 상기 웨브의 제1 루프를 제공하고 상기 형상화 스테이션의 하류에 상기 웨브의 제2 루프를 제공하도록 구성되며, 상기 루프가 제공된 부분은 상기 주기적인 성형 작업 중에 상기 웨브의 일부분이 정지될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제16항에 있어서,

상기 롤-성형된 기다란 연속체의 단면 프로파일이 적어도 폐쇄된 프로파일이 되도록, 상기 웨브의 부분들을 접합하는 접합 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제16항에 있어서,

상기 절단 스테이션은, 상기 기다란 연속체를 상이한 길이의 부재로 절단하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
제16항에 있어서,

상기 피더는, 상기 절단된 부재를 수취하고, 상기 절단된 부재를 2개 이상의 부재로 된 그룹으로 분류하고, 상기 그룹을 하나씩 가열로에 이송하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
제21항에 있어서,

상기 피더는, 상기 부재를 상기 부재의 길이에 따라 그룹으로 분류하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
제17항에 있어서,

상기 절단 스테이션의 하류에 배치되어, 상기 부재를 검사하고 미리 선택된 기준에 부합되지 않는 부재를 퇴출시켜서 상기 퇴출된 부재가 상기 가열 스테이션에 들어가지 않도록 작동 가능한, 검사 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제16항에 있어서,

상기 부재 상에 표시를 하도록 작동 가능한 마킹 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제16항에 있어서,

상기 시스템은, 상기 부재가 가열된 후에 형상화를 위해 추가로 작동 가능한 것임을 특징으로 하는 시스템.
제16항에 있어서,

상기 가열 스테이션은, 상기 가열 스테이션 내에 제어된 분위기를 제공하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
제26항에 있어서,

상기 제어된 분위기는, 불활성 분위기, 환원 분위기, 질화 분위기, 및 산화 분위기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 시스템.
형상화된 금속 부재를 연속으로 제조하는 방법에 있어서,

실질적으로 납작한 강철 웨브의 코일을 제공하는 단계,

상기 금속 웨브가 통과되면서 단계적으로 형상화되도록, 조합되어 작동 가능한 복수의 롤러 다이를 포함하는 롤-성형 스테이션을 제공하는 단계,

상기 롤러 다이가 상기 웨브를 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 기다란 연속체로 형상화하도록, 상기 웨브를 상기 롤-성형 스테이션에 이송하는 단계,

상기 기다란 연속체를 각각이 상기 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 복수의 부재로 절단하는 단계,

가열 스테이션을 제공하는 단계,

상기 부재를 상기 가열 스테이션에 이송하는 단계, 및

상기 부재의 물리적 성질이 변화되도록 상기 부재를 상기 가열 스테이션에서 가공하는 단계

를 포함하는 제조 방법.
제28항에 있어서,

상기 부재를 상기 가열 스테이션에 이송하는 단계는, 복수의 부재를 수집하는 단계, 상기 부재를 2개 이상의 부재로 된 그룹으로 분류하는 단계, 상기 부재의 그룹을 상기 가공 스테이션에 집합적으로 이송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제29항에 있어서,

상기 부재를 분류하는 단계는 상기 부재의 길이에 따라 상기 부재를 분류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
형상화된 금속 부재를 연속으로 제조하는 시스템에 있어서,

강철 웨브 코일을 지지하고 상기 웨브를 상기 시스템의 다른 스테이션에 이송하는 배급 스테이션,

복수의 롤-성형 다이를 포함하며, 상기 웨브를 연속적으로 수취하여 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 기다란 연속체로 성형하는 롤-성형 스테이션,

상기 기다란 연속체를, 각각이 미리 선택된 단면 프로파일을 가지는 복수의 부재로 절단하는 절단 스테이션,

상기 부재를 포함하는 상기 금속의 물리적 특성이 변화되도록, 상기 부재를 가공하는 가공 스테이션, 및

상기 가열 스테이션과 연관되며, 상기 절단된 부재를 수취하여 상기 가열 스테이션에 전달하는 피더

를 포함하는 시스템.