KR20080015852A - 금속 가공물 열간 성형 시스템 - Google Patents

Abstract

1보다 더 큰 1차(N1)/2차(N2) 코일비를 갖는 변압기(1)와 1차 전류의 타이밍 및 크기를 제어하는데 사용되는 제어 유닛(9)을 구비한 장치는 연속된 성형 동작이 가해지는 금속 가공물(4)을 가열하는 데 사용된다. 또한, 단극 DC 발전기는 성형 동작을 위하여 준비된 가공물을 가열하는 전류를 위한 전류 공급원으로 사용될 수 있다. 금속 가공물의 연속된 가열, 성형 및 냉각 공정은 중앙 동기화 유닛에 의해 제어된 방법으로 수행된다. 이 공정은 열간 금속 벌크 단조, 시트 형성 및 열간 튜브 블로우포밍에 적용될 수 있다.

Description

금속 가공물 열간 성형 시스템{HOT FORMING SYSTEM FOR METAL WORKPIECES}

본 발명은 1보다 더 큰 1차/2차 코일비를 갖는 적어도 하나의 변압기 및 1차 회로에서 전류를 제어하는 제어 유닛을 구비한 전기 시스템에 관한 것이다; 이것은 전기회로를 닫아 금속 가공물을 통해 2차 코일에서 생성된 전류를 통과시키고 성형 동작 전에 또는 성형 동작과 동시에 가열함으로써 가공물을 준비한다.

열간 단조(hot forging), 압연(rolling), 압출 성형(extrusion) 등과 같은 성형 동작 전에 금속 가공물의 가열하는 것은 공정의 중요한 부분이다. 가공물의 가열은 일반적으로 노(furnace)에서 수행되며, 이어서, 가공물은 성형 기계 내에 배치된다. 이것은 가열, 핸들링 및 성형의 연속으로 이루어진 일련의 독립적인 동작들이다. 결합된 가열 및 성형에 대하여 개발된 다수의 등록특허 및 기술이 있다. 웰돈(Weldon) 및 제인스(Jains)의 발명(미국 등록특허 제5,515,705호)에서, 사이에서 빌렛(billet)을 단조하는 하부 및 상부 다이(die)가 전류를 공급하는 전극으로 사용된다. 이 발명은 가공물과 다이 사이의 상대적으로 작은 접촉, 다이와 가공물의 나카로운 형상에 의해 형성되는 전기 아크, 지역화된 과열 및 가공물 상 의 제어불가능한 변형 및 용융 때문에 실시상의 구현에 대한 소정의 기술적인 난점 및 한계를 갖는다. 전기 저항에 의한 가열 및 성형이 결합된 다른 특허(야스이(Yasui), 미국 등록특허 제5,737,954호)에서, 시트 금속 가공물은 초가소성(superplastic) 조건에서 성형되고 확산 용접을 이용하여 서로에 대하여 용접된다. 또한, 이 특허의 출원인은 이 기술에 대한 특허(테르지아킨(Terziakin), 미국 등록특허 제6,463,779호)를 보유한다. 제안된 장치에서, 전기 가열은 프레스 테이블(press table) 내에서 전도되고, 따라서 다이는 이에 따라 디자인되는 것이 요구된다. 시트 금속 부분이 전도된 전류를 통해 가열되고 가열이 완료된 직후에 성형 공정이 수행되는 동안, 프래스 램(press ram)은 수초 동안 중지한다. 따라서, 전극은 다이로부터 분리될 필요가 있으며, 전기 충전이 온(on)인 동안에는 가공물은 다이와 접촉하지 않아야만 한다.

본 발명은 금속 가공물의 성형가능성을 개선하고 성형된 부분의 강도를 증가시키는 역할을 하는 적어도 하나의 변압기를 포함한다. 이는 성형 공정 및 성형 후의 제어된 냉각 공정과 결합하여 금속 가공물을 가열하는 것을 가능하게 한다. 또한, 가공물에서의 열의 생성과, 가열, 성형 및 냉각(처리)의 짧은 지속 시간은 스케일(scale)을 감소시키거나 제거하는 것을 돕지만, 미세 구조에서의 중대한 변화는 발생하지 않는다. 한편, 적절한 성형 조건 하에서, 성형 공정 동안 또는 그 후에 금속 가공물을 경화시켜 마르텐사이트 강철(martenzitic steel) 또는 경화된 알루미늄 합금과 같이 더 높은 기계적 강도를 획득하는 것이 가능하다. 시스템은 1보다 더 큰 1차/2차 코일비를 가지며 전압을 감소시키고 전류를 증가시키는 적어도 하나의 변압기를 통해 선 에너지를 전달한다. 2차 코일에서 증폭된 전류는 금속 가공물 상으로 전달되며, 재료의 성형 가능성이 가장 높은 필요한 공정 온도가 획득된다. 이 전기 시스템은 기계적 성형 공정과 협조하여 동작하도록 조정된 타이밍에서 동작한다. 금속 성형 시스템과 연결되어, 이 시스템은 전체 공정의 효율적인 자동화를 제공한다. 다른 고전류 공급원은 단극(homopolar) 발전기를 사용하는 것이다. 또한, 이 DC 발전기 형태는 이와 같은 고전류를 생성할 수 있다. 단극 DC 발전기는 전류 공급원으로 사용될 수 있다. 이 경우에, 가공물을 가열시키는 전류 공급의 타이밍은 금속 가공물과 DC 발전기 사이의 개방 또는 단락 연결에 의해 제어된다. DC 발전기에 의해 생성된 전류의 이러한 타이밍 및 크기 제어는 일반적으로 다른 기계적인 성형 동작과 동기화되어야만 한다. 널리 알려져 있고 기초 기술이기 때문에, 어떠한 도면에서도 본 발명에 관한 DC 발전기를 포함하는 배치는 추가되지 않았다. DC 발전기가 전류 공급원으로 사용된다면, 본 발명은 재료 핸들링 시스템 상에 탑재될 시스템의 가능성을 포함한다. 이러한 방법으로, 부품은 저장 더미로부터 운송되는 동안 또는 연속된 동작들 사이에서 가열되며, 노(furnace)의 필요성이 제거된다. 알려진 바와 같이, 상승된 온도에서의 금속 성형은 각 금속 재료의 재결정화 온도에 따라 온간(warm) 또는 열간(hot) 성형으로 구현될 수 있다. 이에 따라, 열간 성형의 표현은 이 문서들에서 상승된 온도에서의 성형 공정에 대하여 사용된다.

본 발명에서, 전체 시스템은 기설정된 범위 사이에서 자신의 온도를 유지하는 능력을 갖는다. 냉각 시스템(또는 여러 시스템들)은 연속된 동작 동안 발생하는 상당하고 예측할 수 없는 열 입력에도 불구하고 전체 시스템을 충분하게 차갑게 유지시키도록 사용된다. 일부 보충 동작들이 열간 스탬핑(stamping) 동작 동안 적용될 수 있다. 가공물의 상승된 온도는 블랭킹(blanking), 펀칭(punching) 등과 같은 동작들을 단순하게 한다. 이러한 동작을 위한 적합한 장치가 다이에 부가될 수 있다. 또한, 공정은 적합한 재료 및 공정 특성을 위하여 다이를 담금질하면서 열간 성형된 부품의 강도를 증가시키는 효율적인 방법을 제공할 수 있다.

본 발명은 실시예들과 다음과 같은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다:

도 1은 3상을 이용하고 공정에 고전류를 제공하는 계단식 시스템의 전기 회로에 대한 개략적인 도면이다.

도 2는 열간 튜브 하이드로포밍(hot tube hydroforming)에 대한 본 발명의 애플리케이션을 도시한다. 이 공정에서, 튜브는 전류 인가에 의해 가열되며 유체의 의해 내부적으로 가압되는 동안 외부 다이에 의해 성형된다.

도 3은 전기 가열 시스템이 재료 핸들링 시스템으로 통합된 벌크 금속 열간 단조 공정에 사용되는 애플리케이션을 도시한다.

도 4는 전기 가열, 성형 및 공기 또는 분사 냉각에 의한 경화의 조합을 도시한다.

도 5는 경화된 가공물을 형성하기 위한 금속 핸들링 동안의 가열, 성형 및 신속한 냉각의 통합을 도시한다. 또한, 도 5는 증가된 온도에서 다단계 또는 점진적으로 성형하는 공정에서 동작하는 재료 경화 장치에 전기 가열 시스템을 통합하는 것을 도시한다.

도 6은 증가된 온도에서 시트 성형 공정을 위한 원하는 온도 경사를 블랭크를 따라 제공하는 전류 가열 및 선택적 분사 냉각 시스템을 도시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 시스템에서의 전류 제어는 전류값이 더 작은 1차 코일에서 획득된다. 사이리스터 또는 스위칭 장치 등을 갖는 전자 회로(2, ECU)는 1차 회로의 입력에서 명령을 내린다. 또한, 열 스위치와 같은 전기 과충전에 대하여 보호하기 위한 장치가 1차 회로에 배치되어만 한다. 2차 회로에서의 전 류의 크기는 본 시스템에서 높아야만 한다; 따라서, 회로를 완성하는 금속들 사이의 접촉저항은 중요하다. 2차 회로(3)를 완성하는 모든 도전체를 포함하는 모든 연결부는 전극(7)과 금속 가공물(4) 사이의 하나를 제외하고는 저항을 최소화하기 위하여 납땜 또는 구리 납땜(copper brazing)을 이용하여 이루어질 수 있다.

도 1에서, 도시된 시스템은 3개의 필수 장치로 이루어진다. 이것들은, 보조부를 갖는 변압기(1), 전류 제어 장치(2), 및 변압기의 2차 코일 사이의 연결부(3)와, 가공물과 접촉하는 전극 세트(7)와 가공물(4) 그 자체로 이루어진 마지막 회로이다. 가공물(4)은 각 제조 사이클마다 배치되며, 시스템의 다른 모든 부분들은 제조하는 동안에 냉각되며, 그 부분들의 온도는 기설정된 온도 범위 내에서 유지된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 주에너지원으로 3상(U1, V1, W1)을 이용한 더 큰 가공물(4) 시스템 상에서 공정 사용을 가능하게 하기 위하여, 상들에 균일하게 부하를 가한다. 특히, 산업 규모의 애플리케이션에서, 시스템은 높은 전력을 요구할 수 있다. 제1 스테이지에서, 전류 제어 시스템(2)은 3상(U1, V1, W1)에 의해 충전된다. 이 3상 AC는 6펄스 브리지 정류기 장치(5)에 의해 DC로 변환된다. 제2 스테이지에서, 이 DC는 트랜지스터형 주파수 인버터(6)를 이용하여 3상의 주파수(50 또는 60Hz)보다 더 높은 주파수를 갖는 AC(U2, V2) 전류로 변환된다. 더 높은 주파수는 변압기 코어의 내부에서 유도를 증가시킴으로써 마지막 단계의 변압기(1)의 기능을 단순화한다. 이 경우에, 더 작은 규모의 변압기가 고전력에 대하여도 충분하다. 전류의 세기는 주파수 인버터(6)에서 펄스폭을 조정함으로써 제어될 수 있다. 이 펄스는 원하는 전류에 따라 전자 제어 유닛(9)에 의해 트리거링된다. 변압기(1)의 1차 또는 2차 회로에 위치한 하나 이상의 전류 측정 변압기(10)는 실제 전류를 측정하며 원하는 전류와 실제 전류 사이의 차이를 결정한다. 따라서, ECU(9)는 변압기(1)에 대한 적절한 펄스폭 공급을 결정하고, 트리거링 회로 및 사이리스터 세트(6)를 이용하여 전류 흐을 조정한다.

전류 제어 회로(2)에 의해 제공된 2상 AC(U2, V2)는 변압기 유닛(1)에 연결된다. 변압기의 1차 코일(N1)/2차 코일(N2)의 비는 1보다 더 크다. 이 AC(U2, V2) 충전의 전압은 감소하며, 전류는 변압기의 2차 코일에서 상당히 증가한다(U3, V3). 또한, 소정의 경우에, 병렬 또는 직렬로 연결된 변압기 그룹이 하나의 변압기 대신에 사용될 수 있다. 소정의 산업 애플리케이션에서, 원하는 전류는 하나의 변압기로는 너무 클 수 있다.

알려진 바와 같이, 교류는 회로 루프(3, 4)의 고전류에서 임피던스를 더 높게 한다. 전류가 증가함에 따라, 최종 회로(3, 4)의 임피던스 또한 증가하며, 원하는 고전류를 제공하기에는 장애가 된다. 이 이유 때문에, 가공물(4), 연결부(3), 전극(7) 등으로 이루어진 최종 회로의 임피던스를 감소하기 위하여, 변압기의 2차 코일에서 유도된 AC는 변압기의 출구에서 다이오드(8)에 의해 정류되어 DC 로 변환되어야만 한다. 이 장치의 온도를 허용가능한 범위 내에서 유지시키고 열 축적에 의한 손상을 방지하기 위하여 냉각시스템이 사용된다. 냉각제 유체가 이 장치의 냉각제 경로를 통과한다. 또한, 시스템의 전류 흐름을 제어하기 위한 다른 상이한 대체물을 배열하는 것이 가능하다.

소형 가공물에 대하여, 더 간단한 배치가 사용될 수 있다. 이 시스템에서, 3상 중 2상만이 1차 코일에 연결된다. 1차 회로 전류는 이 2상의 선을 통과한다. 사이리스터, 스위칭 장치 등이 포함된 제어 유닛은 1차 전류의 특성을 제어하는데 사용된다. 사이리스터를 갖는 제어 회로, 변압기, 연결부, 및 가공물과 접촉하는 전극 세트는 패쇠 회로 유체 냉각과 같은 적합한 냉각 시스템에 의해 냉각된다. 제어 시스템은 성형 공정의 동작과 1차 전류의 크기 및 타이밍을 동시에 조절한다. 선택적으로, 1차 전류는 상과 접지 사이에 형성된다. 변압기의 1차/2차 코일의 비는 1보다 더 크며, 전압을 감소시키고 공급받은 전력의 전류를 증가시키며, 열을 생성하기 위하여 가공물에 전류를 공급한다. 본 시스템은 매우 간단하여 도면에 도시되지 않는다.

도 2에서, 전술한 전기 시스템이 닫힌 단면을 갖는 튜브형 금속 가공물의 열간 또는 온간 하이드로포밍에 사용된다. 상기 시스템에 의해 제공된 전류에 의해 가열되기 때문에, 다이는 튜브형 가공물을 압축하고 성형하는데 사용된다. 점선으로 표시된 제어 시스템(2, CU)은 일련의 연속된 기계적인 성형 동작(들)에서 전기 가열 시스템의 타이밍 및 전류 크기를 제어한다. 아래의 몇 가지 예에서 예시된 기계적인 성형 동작의 제어는 유압식 및/또는 공기역학식 밸브 등을 제어하는 시스템 사이의 직접 통신을 통하여 본 시스템에 의해 수행된다. 예를 들어, 내부에서 가압된 유체를 이용하여 수행된 튜브 하이드로포밍 공정과 가열 및 성형 공정에서의 연속된 기계적 동작은 이 제어 장치와 동기화된 상태에서 수행된다.

이 구성에서, 금속 가공물(4) 및 전극 세트(5) 사이의 접촉 저항을 줄이기 위하여, 전극과 접촉하는 가공물의 접촉면을 깨끗하게 하는 것이 바람직하다. 권취된 시트 금속 또는 금속 빌렛, 바(bar) 등을 압연하는 동안, 재료는 마찰과 부식을 감소시키기 위하여 압연기 오일을 이용하여 윤활된다. 더하여, 금속의 외부 표피는 산화 및 공기와 성형 동작의 다른 효과 때문에 더 높은 전기 저항과 더 낮은 표면 특성을 갖는 재료로 이루어진다. 재료의 종류에 따라 화학적 및/또는 기계적 세정/개선이 가공물의 전극 접촉 영역에서 처리된다.

상승된 온도에서의 방식(anti-corrosion) 코팅된 금속의 성형 동작에서 고온 때문에 코팅이 손상될 수 있다. 특히, 코팅은 전기아연도금되거나(electrogalvanize) 용융아연도금된(galvannealled) 강철 시트에서 벗겨질 수 있다. 그러나, 증가된 온도 및 더 높은 크롬 함유를 갖는 방부식성 강철에서는 유동 응력(flow stress)은 감소될 것이며, 코팅은 본 발명과는 가능하지 않다. 이러한 방법으로, 더 높은 강도 및 방부식성을 모두 갖는 부분이 생성된다. 가공물을 윤 활하는 대신에, 다이 부품이 윤활될 수 있으며, 그리고/또는 다이 부품은 내열성 세라믹 코팅 또는 금속 합금으로 코팅될 수 있다.

도 2에서, 제안된 발명을 이용하여 상승된 온도에서 내부 압력 하에서 닫힌 단면을 갖는 용접되거나 심리스(seamless)인 튜브, 파이프 등의 성형이 도시된다. 냉간 튜브 하이드로포밍을 이용하여 성형된 튜브에 비하여, 더 높은 강도 및/또는 낮은 성형 가능성이 있는 금속으로 이루어진 튜브는 본 발명을 이용하여 성형될 수 있다. 본 시스템은 2차 코일 크기보다 더 큰 1차 코일 크기를 갖는 변압기(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전류가 증가하는 반면 전압은 감소한다. 이 장치에서, 사이리스터(들)을 이용한 전자 제어 회로(2)는 기계적 성형 동작을 전류 공급과 동기화시키며, 그 크기 및 그에 따른 가공물(4)의 가열을 조정한다. 도 2에 도시된 가공물(4)은 닫힌 윤곽을 갖는 금속 튜브 또는 파이프이다. 도면에서, 이 부분은 초기에 벤딩(bending) 동작을 받는다. 다음으로, 내부 유체 가압과 동시에 하는 전기 가열 동작 및 다이를 이용한 외부 성형 동작을 결합한 공정은 동기화된 방법으로 수행된다. 바람직하게는, 내부 압력은 절연체인 액체 종류 뿐만 아니라 가압된 기체를 이용하여 인가될 수 있다.

성형 공정에서, 전술한 전기 시스템(1, 2)을 이용한 전류(21)의 공급에 의한 가열 동작, 가공물 온도 제어의 획득, 액체 또는 기체 압력에 의한 튜브의 가압, 및 다이를 이용한 이어지는 튜브 성형이 얻어진다. 튜브의 양단은 가압된 유체 공 급기(21) 뿐만 아니라 전극으로 기능하는 플러그(11)에 의해 닫힌다. 이 플러그는 가압된 유압 실린더(13)에 의해 지지된다. 플러그를 튜브의 양단에 배치한 후에, 유압 실린더는 가압된 유압 유체로 펌핑되며, 이에 따라 실린더는 필요한 힘으로 플러그를 압축한다.

이 도면에서, 성형 동작은 연결된(20) 상부 다이(23) 및 하부 다이(22)를 포함하는 2개의 다이 세트에 의해 수행되고 몇 개의 유압 실린더(17)를 이용하여 동작되도록 설계된다.

원칙적으로, 이 공정을 이용한 튜브 성형에는 다음의 3개의 기본 파라미터가 있다: 내부 압력(12), 재료의 성형 특성을 결정하고 공급된 전류(21)에 의해 제어되는 가공물 온도, 및 가공물을 둘러싸는 성형 다이(14, 15, 16, 18)의 변위 및 압력. 이 3개의 공정 파라미터의 순서와 크기는 임의의 주어진 튜브의 기하학적 구조 및 다른 특성에 대하여 적절하게 설계된다. 내부 압력을 획득하기 위하여, 가압된 유체(12)는 도면 부호 11을 통해 펌핑된다. 전하는 전극(11)에 의해 공급되며, 튜브는 성형가능성이 성형 동작을 위한 만족스러운 레벨로 증가되는 온도로 가열된다. 도면 부호 11은 전체적으로 또는 접촉 부분에서 부분적으로 양호한 전도도와 높은 강도를 갖는 적합한 구리 합금과 같은 재료로 이루어진다. 과도한 내부 압력(12) 및/또는 전류(21)에 의한 지역화된 과열로 인한 폭발을 방지하기 위하여 둘러싸는 성형 다이 부품(14, 15, 16, 18)은 튜브 표면에 가깝게 위치하여야만 한 다. 둘러싸는 다이 부품(14)은 튜브에 접근하고 접촉한다. 하부 다이(22) 및 상부 다이(23) 부품은 기계적 연결부(20)에서 유압 실린더(17)에 의해 눌러져서 양방향으로 서로 접근한다. 이 동작과 동시에, 내부 압력 및/또는 가공물에 공급된 전류는 점차 증가할 수 있다. 결과적으로, 튜브의 최종/필요한 기하학적 구조는 내부 유체 압력과 다이에 의해 형성된다.

필요하다면, 측면으로 움직이는 다이 부품(14)은 하부 다이(22 또는 23)에 장착된 슬라이드에 의해 안내되며, 후방측(17, 19)에서 유압 실린더에 의해 동력을 공급받는다. 이 채널은 도면을 더 복잡하게 만들지 않게 하기 위하여 도면에서 도시되지 않았다. 바람직하게는, 다이 부품의 모든 접촉 표면(구성요소)는 세라믹 인서트(18)에 의해 만들어진다.

또한, 튜브(15, 17, 16)의 초기 형태 및 최종 기하학적 구조에 따라, 측면 다이 부품은 선택적일 수 있다. 이전에 벤딩된 튜브가 측면 부품(14)에 의해 지지된 다이 케비티 내에 피팅되면, 이러한 부품들은 고정된 구성으로 설계될 수 있으며, 하부 다이(22) 및/또는 상부 다이(23) 만이 이동하여(18) 튜브를 형성할 수 있다. 튜브 재질은 알루미늄, 마그네슘, 또는 금속 합금 및 기타 더 비싸거나 다른 금속일 수 있다.

0.35 또는 이 이상의 카본을 갖는 이러한 금속 합금에서, 열간 성형 온도에 서의 성형 동작 후에, 물, 오일 또는 공기를 이용한 신속한 냉각이 마르텐사이트 미세 구조 및 이에 따른 더 높은 기계적 강도를 제공한다. 본 발명은 이 목적을 위하여 2가지 상이한 방법을 제안한다. 첫번째는, 다이는 성형 동작 후에 제자리로 돌아오고, 가압된 공기 또는 에어미스트(air-mist) 혼합물이 부품에 분사되고, 이에 따라 튜브는 즉시 냉각된다. 두번째는, 튜브 내의 가압된 유체는 성형 동작 후에 플러그(11, 12)를 통해 즉시 배출되고 신속한 냉각을 위하여 냉각 유체 또는 에어미스트 혼합물이 채워져 튜브를 통해 통과한다. 이 냉각 시스템의 상세는 도면에 도시되지 않는다.

부품의 재료, 크기 및 기하학적 구조, 내부 압력, 성형 온도 및 냉각 방법과 같은 전술한 공정 파라미터는 신중하게 계획된 공학적 실험에 의해 결정된다.

열간 및 온간 (빌렛) 성형 동작에서의 본 발명의 애플리케이션이 도 3에 도시된다. 이 공정은 신속한 가열 및 성형 동작을 결합하여 좁은 단면을 갖는 긴 가공물에 대하여 특히 유익하다. 컨베이어 상의 단조 다이로 이동되는 동안, 빌렛 또는 바 형태의 가공물(25)은 2개의 전극/클램프(28, 24)에 의하여 변압기(1)의 2차 코일에서 생성된 전류로 충전된다. 따라서, 가공물은 이어지는 성형 동작 전에 필요한 온도를 획득한다.

이러한 종류의 성형은 첫번째 다이 또는 스테이션에서 시작하여 n번째 다이 또는 스테이션에서 종료하도록 설계된 연속된 동작(1.프레스에서 N.프레스까지)에서 다중 다이 또는 연속적인 다이 세트(26, 27)에서 수행될 수 있다. 전기 가열시스템인 본 발명의 특성 원리는 연속된 성형 단계 사이에서의 신속한 초기 가열 및 신속한 중간 가열로서 이러한 배치에 사용된다. 다른 애플리케이션과 유사하게, 변압기(1)의 1차 코일에 연결된 사이리스트형 제어 장치(2)가 가열 및 성형 동작의 설계된 순서에 따라 조정된 전류의 크기 및 타이밍을 제어한다. 가공물(25) 상의 전극(24)의 접촉 영역은 접촉 저항을 줄이기 위하여 화학적 및/또는 기계적 세정이 되어야만 한다. 또한, 이 세정 동작은 필요하다면 시스템에 통합될 수 있다. 이송 중에 가공물을 가열하는 것; 즉, 전극(24)을 따라 가공물의 이동시키는 것은 전체 공정 시간을 감소시키는데 도움을 준다. 이 구성에서, 변압기(1)의 2차 코일과 전극(24) 사이의 연결부(28)는 충분히 길고 유연하여야하며, 클램프형 전극(24)은 가공물을 단단하게 붙잡아야 하며, 임의의 단락을 방지하기 위하여 컨베이어 시스템은 전극으로부터 분리되어야 한다. 또한, 연결부는 바람직하게 유체 순환 또는 공기 송풍으로 열을 분산시키기 위하여 냉각 시스템을 갖는다. 운송 시스템은 가공물을 이동시키며, 전기 가열 시스템은 다음의 성형 동작 전에 이를 가열시킨다. 이러한 방법으로, 이전 가공물의 성형과 다음 가공물의 가열을 동시에 수행할 수 있으며, 따라서, 가열 시간은 성형 동작 (사이클) 시간에 부가되지 않는다. 이 시스템에서, 우수한 마찰 조건을 개선하기 위하여 다이 표면은 적합한 세라믹으로 코팅된다.

바람직하게는, 이 시스템은 자동화된 컨베이어 시스템을 갖는 성형 설비에 사용된다. 도면에서, 가열 및 성형 동작은 빌렛 또는 바의 한 끝단에서 발생하며, 빌렛/바의 나머지는 성형된 부분이 절단된 후에 다음 가공물(29)을 위하여 다이 세트로 공급된다. 전류 가열, 운송 및 성형 동작과 같은 공정의 전체 동작 파라미터는 동기식으로 수행되어야만 하며, 중앙 제어 유닛에 의해 제어되어야만 한다. 동일한 열간 또는 온간 성형 공정은 스크류, 리벳, 너트 등의 제품과 같이 특히 고강도의 금속 합금으로 이루어진 상대적으로 큰 크기의 부품에 적용가능할 수 있다. 이러한 시스템들에서의 성형 동작은 생산될 부품에 따라 단조, 태핑(tapping), 스레트 롤링(threat rolling), 터닝(turning), 벤딩(bending) 등으로서 획득될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전기 가열 시스템이 핸들링 로봇(10) 또는 재료 처리 시스템에 구현될 수 있다. 이 구성에서, 블랭크 시트(37)는 처리되는 동안 가열되며, 이전의 것(33)이 스탬핑된다(stamped). 전류 가열 및 열간 또는 온간 성형 공정을 포함하는 전체 시스템은 동시에 동작될 수 있으며, 이에 따라 각 생산 사이클은 시간이 덜 걸린다. 시트 금속 가공물(37)을 유지하고 이동시키는 전극(38, 39)은 충분한 전기 전도도를 위하여 긴 스트립의 접촉 표면을 갖는다. 이 접촉 표면(39)은 전극 재료로 이루어지며, 높은 전도도의 케이블 및/또는 바가 2차 코일 출력 단자에 연결된다. 전술한 바와 같이, 고전류가 변압기(1)의 2차 코일에 의해 제공된다. 이 전기 전송선은 힌지(31)와 연결된 가요성 케이블 또는 단단한 구리 바 등으로 이루어진다. 전기 전도체는 시스템의 캐리어 암(30) 등에 피팅되며, 또한 유체 순환에 의해 냉각되어야 한다. 블랭크 시트는 저장 더미(32)로부터 이송되는 동안 또는 이어지는 성형 동작을 기다리는 동안 가열된다.

클램프형 전극의 상부 및 하부 부품(38, 39)은 서로 힌지결합된다. 개폐 기능이 유압식 또는 바람직하게는 공기역학식 실린더(36)의 상호 동작에 의해 수행된다. 상부 클램프(38) 또는 하부 클램프(39), 또는 이 모두는 전극으로 이용될 수 있다. 도면에서, 움직이는 하부 클램프를 전극으로 사용하는 것은 어렵다; 따라서, 고정된 것(39)이 전극이 되기에는 더 적합하다. 이 장비에서, 클램프가 아래쪽 방향으로 개방되고 시트 가공물이 하강하면, 이것은 측면 방향으로의 움직임을 방지하고 이에 따라 다이 상의 바른 위치에 배치시키기 위하여 부품을 안내한다.

고온의 가공물(33)과 다이(34) 사이의 열전달은 열간 성형 공정에 영향을 미친다. 그러나, 이 영향은 일반적으로 유익하며 다이와 고온의 시트 사이의 소정의 임계 접촉 영역에서 지역적인 강도를 증가시킨다. 이 접촉 영역에서 지역 스트레스는 강화되며, 이러한 지역 냉각은 강도 증가에 의해 지역적인 스트레인(strain)을 개선할 수 있다. 공정이 반복적이어야 하고 너무 낮거나 너무 높은 온도는 열간 성형 특성 및 부품의 치수를 변형할 수 있기 때문에 다이의 평균 온도는 기설정된 범위 사이에 유지되어야만 한다. 다른 이유는, 다이 재료는 과열에 의해 손상될 수 있다는 것이다. 대량 생산에서, 다이 주위에 배치될 수 있는 송풍기 또는 다이와 접촉하는 경로 또는 파이프를 포함하는 유체 순환 시스템과 같은 적합한 냉각 수단이 이 시스템에서 사용되어야 한다. 다이의 온도가 측정되어, 상한 근처에서 송풍기 또는 유체 순환이 다이로부터 열을 분산하기 위하여 사용된다. 도 5에 이러한 시스템의 일례가 도시된다. 송풍기 또는 물 분사기(35)는 다이 주변에 배치되어 열을 분산시키는데 사용된다. 예를 들어, 다이는 100 내지 150℃의 범위 사이에서 유지될 수 있다. 또한, ECU, 변압기, 캐리어 및 커넥터 암(30, 31), 및 전극 세트는 냉각 유체 순환과 같은 적절한 냉각 수단에 의해 냉각된다. 이에 따라, 이 부품들은 대량 생산에 있어서 기설정된 온도 범위 내에서 유지되며, 과열에 의한 손상이 방지된다.

한편, 본 발명은 이와 같은 열간 또는 온간 스탬핑 공정을 제어하기 위한 다른 중요한 설비를 제안한다. 온간 성형과 비교하여, 상승된 온도에서의 금속은 스트레인에 대해 매우 민감한 특성을 갖는다. 낮은 성형 속도에서, 가열된 금속의 연신율은 심각하게 증가될 수 있다. 이러한 열간 스탬핑 시스템이 대양한 재료, 온도 및 여러 다이에 대하여 사용되어야만 하기 때문에, 이들의 조합 각각은 상이한 성형 속도를 필요로 할 수 있다. 조정가능한 속도로 프레스를 수행하는 여러 방법이 있다. 본 발명에서, 이 특징은 유압 프레스에서 주 유압 펌프의 전기 모터에 전기를 공급하는 주파수 인버터(미도시)와 같은 속도 제어를 할 수 있는 속도 제어 수단을 채용함으로써 용이하게 사용될 수 있다. 이러한 전류 가열 수단이 성형 단계에서 적용가능할 수 있기 때문에(비전도성 다이가 사용된다면), 온도 및 성 형 속도는 함께 제어될 수 있다. 또한, 주파수 인버터를 갖는 속도 제어 수단은 공정의 전체 가열 및 성형 파라미터를 제어하는 중앙 제어 유닛에 의해 제어되어야 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안된 시스템은 가공물 컨베이어와 결합되어 사용될 수 있으며, 이중 동작 유압 프레스에서의 기본 공정 스테이지가 계속해서 도시된다. 금속 가공물(시트, 플레이트, 빌렛, 바, 등)은 저장소 또는 팔렛(pallet)에서 성형 다이로 운반되는 동안 가열된다. 가열 및 성형 동작 사이의 시간 간격이 최소이기 때문에, 특히, 시트, 플레이트, 바 등과 같이 자신의 단면적과 비교하여 큰 표면적을 갖는 가공물에서의 열손실 및 공정 동작의 가능성은 훨씬 더 높다. 이 시스템에서의 시트 성형 동작은 종래의 시스템과 유사한 장비에서 수행된다. 그러나, 가공물 상에서 발생할 수 있는 더 낮은 항복 강도(yield strength), 더 높은 연성 및 스트레인 민감도, 및 온도 경사 때문에, 소정의 공정 및 다이 디자인 수정이 필요할 수 있다. 예를 들어, 하부의 블랭크 홀더가 사용될 수 있다. 전류 가열은 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 주 시스템에 의해 공급될 수 있다.

이 장비에서, 가공물(41)은 프레스 상에서 성형 다이 세트(45)로 운반되는 동안 2개의 클램프형 전극에 의해 양단에서 지지되며, 정류된 낮은 전압의 전류를 공급함으로써 수초 내에 가열되며, 원하는 성형 온도에서 다이에 배치된다. 전류 는 가공물에 클램프(41)를 유지시키는 가동 암에 연결된 케이블 또는 도전체에 의해 변압기(1)의 2차 코일로부터 공급된다. 운반 시스템의 가동 암(41)은 기계적 연결부(42)를 포함할 수 있다. 이 연결부(42)의 움직임은 종래의 유압 또는 전기(스템 또는 서보 모터와 같은) 시스템에 의해 획득될 수 있다. 전도체의 길이를 짧게 유지하고, 전기 시스템의 임피던스는 낮게 유지하여 시스템의 전기 효율을 높게하기 위하여, 이 연결부(41)는 서로 가깝게 그리고 가능한 한 짧게 설계될 수 있다.

본 발명은 많은 상이한 구성으로 적용될 수 있다. 이 대체물 중의 하나는 다이 근처에서 고정된 위치에 전극 클립을 위치시키는 것이다. 특히, 성형 동작까지 충분이 그 온도를 유지하면서 핸들링 동작을 허용하는 상대적으로 두꺼운 재료에 대하여는, 이 구성은 적용하기 쉬우며 비용이 적게 드는 것일 수 있다. 도면에서는 특별히 도시되지 않았지만, 이 구성과 도 5에 도시된 구성 사이의 유일한 차이점은 변압기(1)의 2차 코일에 연결된 이러한 클립들(38, 39)이며, 성형 툴에 인접한 고정된 장소에 위치한다. 가공물이 충분한 온도에 이르렀을 때, 성형 위치로 운반된다.

고온에 기인하는 스케일의 형성을 제거하기 위하여, 가공물은 적합한 금속 코팅, 열 저항 오일 또는 세라믹 코팅 등과 같은 보호층으로 코팅될 수 있다.

이중 동작 유압 프레스에서 수행된 이러한 공정의 이어지는 동작이 도 5에 도시된다. 제1 부분에서(도 5A), 시트 금속 가공물은 진공 컵을 이용하여 시트 적층으로부터 취해지고 운반되며, 동일한 시간에 다이(33, 44)는 가압된 공기(35) 또는/및 분무된 물 송풍에 의해 냉각되고 세정된다. 또한, 적합한 윤활제가 다이 표면을 향하여 분사될 수 있다. 시트가 지지 위치에 있을 때, 2개의 클램프형 전극은 시트를 2개의 서로 대향하는 측에서 지지하고 재료를 가열하도록 전류를 인가한다. 도 5B에 도시된 바와 같이, 동시 성형 동작은 완료되고, 다이 세트는 비어져 다음 사이클에 대하여 준비되고, 가공물은 원하는 온도에서 준비되어 클램프를 풀어서 블랭크 홀더(41)상에 위치되며, 클램프는 원래 자리도 돌아간다. 평면이 아니라 작은 점 또는 직선 접촉 영역이 생성되어 이에 따라 가공물로부터의 열 손실이 최소화되도록 시트 금속 가공물의 제1 콘택 지점은 비드(bead)로 설계될 수 있다. 도 5C에서, 상부 다이(34)는 아래로 움직여 블랭크 홀드 위에 놓이고, 이에 따라 고온 시트(37)는 단단히 지지되며, 그 다음 하부 다이(33)의 상부로의 동작에 의해 스탬핑된다. 그 다음, 경화되도록 열간 스탬핑된 시트는 공기 송풍(33)이나 분무된 물의 분사에 의해 담금질된다. 도 5D에서, 성형되고 경화된 부품(37)은 다이로부터 제거되고, 다음 블랭크가 다음 사이클을 위하여 준비된다.

이 동작이 연속된 동작들의 중간 단계라면, 부품은 유사한 가열 장비 및 성형 다이를 갖는 다음 스테이션으로 이송된다. 경화된 시트 금속 부품이 공정의 종료 시점에서 요구될 때, 공기 또는 분사를 이용한 담금질 동작은 전술한 바와 같이 최종 단계이다. 분사하는 것은 열간 마무리 성형 동작의 직후에 일어날 수 있거나, 재결정화 온도까지 가열된 후에 수행될 수 있다. 가공물이 다이 세트로부터 꺼내어지면, 다이 상의 남아있는 물방울은 수작업으로 제거되거나 가압된 공기에 의해 자동으로 제거된다. 이 공정에서, 가공물이 아니라 다이 부품이 윤활될 수 있다. 이 방법에서, 윤활제는 성형 동작 동안에만 고온의 가공물을 접촉한다. 그러나, 성형 다이는 경험으로 결정되는 다수의 사이클 후에 세정되고 다시 윤활될 필요가 있다. 세정 및 재윤활은 수작업으로 또는 자동화 시스템에 의해 수행될 수 있다.

상승된 온도에서의 성형 공정에서 주의해야할 한가지 중요한 점은 다이 온도는 최적 범위 내로 제어되어야만 한다는 것이다. 다이 부품이 더 낮은 온도에 있으면 가열되어야만 한다; 더 높은 온도에 있으면, 과도한 열은 다이 부품 내부에 형성된 냉각 채널을 통해 펌핑된 냉각제(물, 기름 또는 공기)에 의해 제거되어야만 하며, 또는 냉각제가 다이 표면에 분사될 수 있으며, 이에 따라 다이의 온도가 설계된 범위로 제어된다.

자동차 업계의 복잡한 시트 성형 애플리케이션에서, 다이의 기하학적 구조는 부품의 한 영역에서 다른 영역으로의 금속의 용이한 흐름에 제한을 가하며, 이에 따라 심하게 연장된 영역에 인접하는 상대적으로 늘어나지 않는 영역을 남겨둔다. 이러한 경우에, 금속의 성형 가능성은 스트레인의 불균일성 때문에 열악하게 이용 되며, 파손되는 성질이 증가한다. 이것은, 높은 마찰 저항 또는 시트 금속 가공물의 소정의 영역에서의 더 넓은 단면적에 의하여 이 영역에 스트레스를 전송하는 것이 힘들기 때문에 발생한다. 블랭크의 전체 성형가능성을 강화하기 위하여, 일부 지역 영역은 연화될 필요가 있으며, 일부 다른 임계 영역은 고온의 블랭크를 따라 적절한 온도 경사에 의해 상대적으로 더 단단하게 유지되는 것이 필요하다.

한편, 이러한 열간 스탬핑 및 다이 담금질이 전술한 (적합한 강철 블랭크에 대한 마르텐사이트 구조 생성)경화 공정을 포함한다면, 일부 소정의 영역은 가공하기 쉽게 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 다른 말로 하면, 경화 동작은 블랭크의 소정의 영역에 대하여 획득되는 것이 바람직할 수 있다. 블랭킹, 펀칭, 벤딩 등과 같은 연속된 냉간 성형 동작이 부품의 다른 소정의 영역에 대하여 가해질 수 있다.

도 6에서, 본 발명의 다른 애플리케이션이 상기 문제점을 해결하기 위하여 도시된다. 본 발명은 이와 같은 복잡한 부품의 열간 스탬핑에 대한 전체적인 성형 가능성을 강화시키기 위하여 가공물을 따라 2차원적으로 (표면을 따라) 수정된 선택적인 온도를 이용하여 재료 흐름을 개선시키는데 사용될 수 있다. 이 선택 가열 동작의 목적은 소정의 임계 영역(49-50과 같은)에서 파손 및 과도하게 얇아지는 것을 야기하는 지역적으로 과도하게 늘어지는 것을 방지하기 위한 것이다. 이 선택 가열 공정은 매우 짧은 시간 사이클 동안 분무된 물을 가압된 공기 또는 순수한 공기 흐름과 함께 이 영역들(46)을 향해 분사함으로써 전류 가열 동안 또는 그 후에 블랭크(44)의 이 영역을 내부적으로 냉각함으로써 수행된다. 스프레이 노즐(45)은 블랭크의 주위에 배치되며, 블랭크(44)의 46과 같은 임계 영역을 향한다. 이에 따라, 블랭크의 전류 가열 동안 또는 그 후에 원하는 부분이 노즐(45)의 스프레이 펄스에 의해 냉각된다. 스탬핑 순간에, 이 블랭크 시트는 상대적으로 고온이며 용이하게 성형 가능한 영역(47, 48)에 의해 둘러싸이는 이러한 임계 부분에서 상대적으로 냉각된/소정의 영역을 포함한다. 부품의 형상에 따라 상대적으로 높고 낮은 강도 영역을 생성함으로써 블랭크의 전체 성형가능성을 수 초 내에서 수정하는 것은 매우 용이하다.

도 6A에 도시된 선택 가열 공정에서, 초기에 전체 가공물(44)은 변압기(1)의 2차 코일로부터 연결된(42, 43) 고전류의 인가에 의해 균일하게 가열된다. 전류 및 타이밍은 변압기(1)의 1차 코일에 위치한 제어 유닛(2)에 의해 제어된다. 도 6B에 도시된 바와 같이 제2 스테이지에서, 심각한 스트레인을 포함할 블랭크의 소정의 영역(46)은 에어 제트(45)에 의해 지역적으로 냉각된다. 이 영역(46)은 2개의 대향하는 다이의 2개의 예리한 에지 사이에서 늘어난다. 도 6C에서 도시된 바와 같이, 스탬핑 스테이지에서 원하는 온도 경사 및 더 단단한 영역(46)과 더 부드러운 영역(47, 48)은 온도 경사에 의해 획득된다. 이러한 더 차갑고 이에 따라 더 단단한 영역(46)은 상부 다이(51) 및 하부 다이(52)의 대향하는 에지(49, 50) 사이에서 있다. 따라서, 매우 중요한 설비가 어느 영역이 더 늘어나고 어느 영역이 덜 늘어나는지를 결정하기 위하여 제공된다. 다이 설계 스테이지에서, 원하는 온도 경사 맵은 적절한 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 계산된다.

도 6에 도시된 고정된 노즐 대신에 움직일 수 있는 노즐이 사용될 수 있다. 이러한 움직일 수 있는 노즐은 내부 냉각 스테이지 동안 이 영역들을 향해 접근할 수 있으며, 좁은 영역이 더욱 정밀하게 냉각될 수 있다. 이 노즐들의 운동은 공기 역학 또는 유압 장치에 의해 제공될 수 있다. 결과적으로 블랭크 시트를 따른 임의의 원하는 온도 및 성형 가능성 경사가 수 초 내에 달성될 수 있다. 예를 들어, 본 800℃에서의 강철 합금의 항복 강도는 발명자의 이전 실험에서의 1000℃에서 보다 대략 2.5배인 것이 관찰된다.

예를 들어, 열간 성형될 강철 블랭크 시트는 950℃까지 균일하게 가열될 수 있으며, 그 다음, 소정의 임계 영역의 온도는 전술한 방법에 의해 지역적으로 750℃까지 감소될 수 있고, 날카로운 코너, 에지 등과 같은 임계 부분은 파손이나 과도하게 얇아지는 것으로 되기 쉬운 것이 방지된다. 스프레이 노즐의 방향, 분사 각도, 공기 및 분사될 물의 양 및 그 펄스 사이클은 부품의 형상 및 기타 성형 파라미터에 따라 결정되고 조정된다.

고온 블랭크 시트의 소정 부분에 대하여 지역적인 냉각을 하는 다른 중요한 애플리케이션 분야는 공정의 마지막에서 소정의 연성(경화되지 않은) 부분을 획득하는 것이다. 예를 들어, 열처리 가능한(경화가능한) 강철 시트(실제로 자동차 업 계에서의 보론 합금된 경화가능한 시트)는 오스테나이트(austenite) 온도 이상으로 가열되고 그 다음 다이 사이에서 담금질 될 때 경화될 수 있다. 전술한 지역 냉각 공정이 전류 가열 사이클 동안 적용되고(이러한 구역들이 오스테나이트 온도까지 가열되기 전에), 이러한 소정 영역의 최대 온도가 오스테너이트 온도 이하(850 내지 900℃)를 유지할 때, 이 영역들은 공정의 종료 시점에서 가공하기 쉬운 상태를 유지한다(페라이트를 가지고 있으며 마르텐나이트를 가지고 있지 않으면서, 또는 2상 구조의).

따라서, 벤딩, 블랭킹, 칼라 성형(collor forming), 펀칭 등의 마지막 스테이지의 성형 동작은 이러한 소정 영역에 대하여 나중에 수행될 수 있다.

결과적으로, 공정의 종료 시점에서 단단한 마르텐나이트 구조를 획득하기 위하여 경화가능한 강철로 이루어진 가공물의 소정 부분에 대한 최대 온도는 오스테나이트 이상에 이르러야한다. 다른 말로 하면, 블랭크의 소정 구역이 전류 가열 사이클 동안 지역적인 냉각제 분사에 의해 오스테나이트 온도에 도달하는 것이 방지된다면, 이 구역들은 공정의 종료 시점에서 연성 부분을 유지할 것이다.

2가지 상이한 지역 냉각 종류 모두가 하나의 제작 사이클에서 적용가능할 수 있다. 이러한 지역 냉각 공정의 주요 인자를 결정하는 것은 다음과 같다:

1) 지역적인 파손 또는 과도하게 얇게 되는 것이 발생하기 쉬운 블랭크의 소정 구역이 있다면, 이 구역은 전체 블랭크가 오스테나이트 온도 한계 이상으로 가열된 후에 (지역적으로 냉각제를 분사하는 것에 의해) 지역적으로 냉각되어야만 한다. 스탬핑 순간에서, 이 구역은 전체 블랭크의 평균 온도를 가지고 있는 구역보다 상당히 더 냉각되어야만 한다. 이 경우에, 임계 영역은 스탬핑동안 조금 늘어나며, 또한 공정의 종료 시점에 경화된 구역이 된다.

2) 열간 스탬핑 사이클 후에 냉간 성형 동작을 받는 것이 바람직한 블랭크의 소정 구역이 있다면, 이 구역은 전류를 이용한 가열 스테이지 동안 분사 등에 의해 냉각되어야만 하며, 블랭크가 오스테나이트 온도 한계 이상으로 블랭크가 가열되는 동안에는 이러한 구역은 오스테나이트 온도 한계에 도달하는 것이 허용되어서는 안된다.

이러한 2가지 냉각 종류는 동일한 열간 스탬핑 사이클에서 적용가능할 수 있다. 예를 들어, 열처리 가능한 강철 블랭크 시트는 전류 인가에 의해 10초 내에 가열되며, 그 온도는 1000℃까지 도달한다. 블랭크의 실제 온도가 대략 500℃인 동안, 가압된 공기 및/또는 냉각제 노즐은 5초의 전류 인가(동안)에 사용된다. 10초의 가열 구간의 종료 시점에서, 블랭크의 일반적인 온도는 1000℃이며, 지역적으로 냉각된 영역의 온도는 750℃이다. 그러나, 과도하게 얇아지거나 파손되기 쉬운 블랭크의 다른 종류의 임계 구역이 있다. 이 영역들은 오스테나이트 온도가 도달 되고 그 다음 그 온도가 700℃까지 감소된 후에 냉각된다. 그 다음, 블랭크는 스탬핑되고 다이에 의해 3초동안 압축되며 담금질된다.

이 경우에 3가지 종류의 구역이 공정의 종료 시점에서 발생한다.

1) 전류에 의해 가열되고 어떠한 지역 냉각 공정에도 관여되지 않은 구역: 이 구역은 스탬핑 순간 동안 많이 늘어나며 동작의 종료 시점에서 경화된 영역이 된다.

2) 전류에 의해 가열되고 전류 가열 동안 지역적으로 냉각된 구역: 이 구역이 오스테나이트 온도 상한 구역까지 가열되지 않기 때문에, 이 구역은 공정의 종료 시점에서 가공하기 쉬운 영역이 된다. 블랭킹, 펀칭, 벤딩 등과 같은 냉간 성형 동작은 열간 스탬핑 후에 이러한 구역에 적용될 수 있다.

3) 전류에 의해 가열되고 전류 가열 후에 지역적으로 냉각된 구역: 이 구역도 스탬핑 동안에 약간 늘어나며 공정의 종료 시점에서 경화된 영역이 된다.

Claims (15)

1. 다이 세트 사이에서 압축됨으로써 상승된 온도에서 연속된 성형 동작에 의해 가공물이 성형되도록 상기 가공물에 대한 전류 인가를 이용하여 금속 가공물(4)의 성형가능성을 강화시키는 방법에 있어서,

   전자 제어 유닛(2)을 이용하여 1보다 큰 1차/2차 코일비를 갖는 적어도 하나의 변압기(1)의 1차 코일에 공급하는 전류의 크기 및 타이밍을 제어하는 단계;

   상기 변압기(들)의 2차 코일에서의 전류를 제어된 방법으로 생성하는 단계;

   상기 가공물에서 기설정된 온도가 획득될 때까지 전기 에너지를 열 에너지로 변환함으로써 상기 가공물 내부에서 열이 발생하도록 2세트의 연결부를 통해 상기 가공물의 성형 영역의 2개의 대향하는 측과 접촉하는 2개의 전극 세트(7)에 상기 전류를 연결하는 단계;

   상기 다이로부터 열을 제어된 방법으로 제거함으로써 상기 다이의 온도를 기설정된 온도 범위 사이에 유지시키는 단계;

   상기 다이 사이에서 압축됨으로써 적어도 2개의 다이 사이에서 상기 가공물을 성형하는 단계;

   상기 가공물이 다이 사이에서 압축되는 동안 상기 가공물로부터 상기 다이로의 소정의 범위 내에서의 열 전달량을 획득하는 단계;

   냉각 유체 흐름에 의해 상기 가공물과 접촉하는 전극(7)을 포함하는 상기 변압기로부터 상기 가공물로의 전기 연결부(3)를 냉각하는 단계; 및

   상기 연결부 및 도구로부터 제거된 열의 양을 그 실제 온도의 변동만큼 가변시켜 그 온도를 상기 기설정된 범위 내에 유지시키는 단계;

   를 포함하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
2. 제1항에서 청구된 공정에서 상기 변압기 대신에 단극 DC 발전기가 기계적 성형 동작과 동기화되는 방법으로 제어되는 이어지는 기계적 성형 동작을 준비하기 위하여 상기 가공물을 가열하도록 상기 금속 가공물(4)을 따라 통과하는 전류의 공급원으로서 사용되며,

   상기 단극 발전기에 의해 제어된 방법으로 전류를 생성하는 단계;

   상기 가공물에서 기설정된 온도가 획득될 때까지 전기 에너지를 열 에너지로 변환함으로써 상기 가공물 내부에서 열이 발생하도록 2세트의 연결부(3)를 통해 상기 가공물의 성형 영역의 2개의 대향하는 측과 접촉하는 2개의 전극 세트(7)에 상기 전류를 연결하는 단계;

   상기 다이와 접촉하는 유체 흐름을 제어된 방법으로 냉각하여 획득되는 냉각 수단에 의해 상기 다이의 온도를 기설정된 온도 범위 사이에 유지시키는 단계;

   상기 다이 사이에서 압축됨으로써 적어도 2개의 다이 사이에서 상기 가공물을 성형하는 단계;

   상기 가공물이 다이 사이에서 압축되는 동안 상기 가공물로부터 상기 다이로의 소정의 범위 내에서의 열 전달량을 획득하는 단계;

   냉각 유체 흐름에 의해 상기 가공물과 접촉하는 전극을 포함하는 상기 단극 발전기로부터 상기 가공물로의 전기 연결부를 냉각하는 단계; 및

   상기 연결부 및 도구로부터 제거된 열의 상기 연결부 및 도구의 양을 실제 온도의 변동만큼 가변시켜 온도를 상기 기설정된 범위 내에 유지시키는 단계;

   를 포함하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
3. 제1항에 있어서,

   3상을 단상 또는 2상의 전류로 변환하는 단계; 및

   상기 변압기(들)(1)의 1차 회로에 상기 단상 또는 2상의 전류를 공급하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 변압기(1)의 2차 코일에서 유도된 교류를 직류(8)로 변환하는 단계;

   상기 직류를 상기 가공물(4)에 인가하는 단계; 및

   상기 가공물(4)과 상기 연결부(3)를 포함하는 최종 회로의 임피던스를 감소시키는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
5. 제1항에 있어서,

   공정의 전류 공급원과 동일한 특성을 갖는 2개 이상의 변압기(1)를 사용하는 단계;

   상기 2개 이상의 변압기의 2차 전류를 모으는 단계; 및

   상기 가공물(4)에 상기 2개 이상의 변압기의 전체 전류를 인가하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
6. 제1항에 있어서,

   공정의 상기 가공물로 닫힌 단면을 갖는 튜브형 금속 부품을 이용하고, 상기 튜브형 금속 가공물의 내부에 내부 압력(12)을 인가하고, 2개의 대향하는 에지와 접촉하는 2세트의 전극(21)을 통한 전류 인가에 의해 상기 튜브형 금속 가공물을 가열하는 단계;

   기설정된 범위 내에서 상기 튜브형 가공물에 적합한 온도를 제공하는 단계;

   적어도 하나의 다이에 의해 압축됨으로써 적어도 2개의 다이 세트(14, 15, 16, 18) 사이에서 상기 튜브형 가공물을 성형하는 단계;

   충분한 크기의 안정도가 얻어지도록 상기 튜브형 가공물에서 기설정된 온도가 도달될 때 까지 다이 세트와 내부 압력 사이에서 상기 튜브형 가공물을 유지하는 단계; 및

   상기 다이 세트 사이에서 상기 성형된 튜브형 가공물을 제거하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
7. 제1항에 있어서,

   온도 센서(들)를 이용하여 상기 다이의 실제 온도를 측정하는 단계;

   상기 다이(들)의 온도가 기설정된 온도 상한보다 더 높은지 상기 기설정된 온도 상한과 비교하는 단계; 및

   다이 온도가 상기 상한 이상인 경우에, 상기 다이(들)의 표면을 향하여 냉각제(35)를 분사하거나 상기 다이 본체의 내부에 배치된 경로로 흐르는 냉각 유체의 흐름에 의해 상기 다이(들)를 냉각하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
8. 제1항에 있어서,

   성형 동작은 압축 사이클 동안 상기 가공물에 대항하여 적어도 하나의 다이의 이동 속도를 가변하는 것에 의해 가변 성형 속도를 갖도록 동작할 수 있는 능력을 구비한 기계에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
9. 제1항에 있어서,

   변압기, 연결부 및 클램프형 전극의 온도는 냉각제 흐름에 의해 열을 분산시킴으로써 기설정된 범위 내에 유지되는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
10. 제1항에 있어서,

    성형, 피어싱 및 블랭킹 스테이지를 포함하는 순차적인 방법에서 연속적으로 일련의 성형 스테이션에서 수행되는 다중 스테이지 성형 공정에 적용되고, 성형 스테이지 사이의 전류 인가에 의해 내부 가열 공정을 적용하며,

    가열된 영역의 2개의 대향하는 측을 접촉하는 2개의 클램프형 전극(24)으로 빌렛 또는 블랭크 형태의 금속 가공물(25)을 지지하는 단계;

    2개의 클램프형 전극을 통해 전류를 인가함으로써 상기 가공물의 성형 부분 내부에 열을 생성하는 단계;

    상기 성형 스테이션의 2개의 다이 사이에 상기 가공물의 가열된 부분을 배치하는 단계;

    상기 가공물의 가열된 부분을 2개의 다이 사이에서 압축하는 단계;

    상기 성형 기계로부터 상기 가공물을 분리하는 단계;

    상기 가공물의 성형 부분의 내부에 열을 생성하도록 전류를 인가하는 단계;

    다음 성형 스테이션의 2개의 다이 사이에 상기 가공물의 가열된 부분을 배치하는 단계;

    각각의 이어지는 성형 스테이션에 대하여 가열 및 성형 사이클을 반복하는 단계; 및

    마지막 스테이션에서 피어싱 및 블랭킹에 의해 완성된 부품을 마감질하는 단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
11. 제1항에 있어서,

    지지 도구로서 상기 블랭크(37)의 2개의 대향하는 에지와 접촉하는 움직일 수 있는 클램프형 전극 세트(38, 39)를 갖는 캐리어 암(31)을 이용하여 상기 가열 수단을 상기 가공물의 핸들링 수단과 결합하고, 핸들링 공정 동안 상기 블랭크의 내부에 열을 생성하도록 상기 변압기(1)의 2차 코일의 양단으로부터 나오는 전류를 연결하는 단계;

    이전에 가열된 가공물이 프레스 테이블에서 성형되는 동안 상기 프레스 테이블로부터의 전류 인가에 의해 상기 가공물을 동시에 가열함으로써 공정 사이클을 가속하는 단계; 및

    냉각 수단에 의해 상기 캐리어 암, 연결부 및 전극에서 과열을 방지하는 단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
12. 제1항에 있어서,

    열처리 공정은 상기 다이(34)가 제자리로 복귀한 이후에 가공물 표면(33)을 향하여 냉각제 유체(35)를 분사함으로써, 열간 성형 공정 다음에 상기 가공물을 제어된 방법으로 성형한 후에 증가된 냉각 사이클로서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
13. 제1항에 있어서,

    상기 변압기의 2차 코일에 의해 공급된 전류 인가에 의하여 표면을 통해 균 일하게 상기 가공물을 가열하는 단계;

    다이의 형상에 따라 잠재적인 파손에 노출된 임계 영역 또는 과도한 스트레인이 있는 영역으로 이전에 결정된 소정 부분을 향하여 노즐(45)에 의해 냉각제 제트를 분사함으로써 상기 가공물의 표면의 선택된 부분(46)을 냉각하는 단계;

    상기 가공물의 표면 상에 2차원적으로 기설정된 온도 경사를 획득하고, 상기 가공물을 통해 선택적인 스테레인 스트레스 특성 경사를 제공함으로써 상기 임계 영역을 강화하는 단계;

    2개의 다이(51, 52) 사이에서 압축됨으로써 상기 가공물을 성형하는 단계;

    강도를 증가시키고, 스트레인을 감소시키고, 둘러싸는 영역으로부터 상기 임계 부분으로의 재료 흐름을 용이하게 함으로써, 상기 임계 영역에서 파손 및 과도하게 얇아지는 것을 방지하는 단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
14. 제1항에 있어서,

    상기 가공물의 2개의 대향하는 측을 지지하는 클램프형 전극(38, 39)은 상기 전류 인가 전에 닫히며, 중앙 제어 유닛의 제어 하에서 전류 인가와 성형 스테이지 사이에서 열리는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.
15. 제1항에 있어서,

    상기 스탬핑 사이클 사이에서 유체를 분사함으로써 상기 다이 표면을 세정하고 윤활하는 단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물의 성형가능성을 강화시키는 방법.

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