KR20110040437A - 열간 프레스 성형용 롤러유닛 - Google Patents

Abstract

소재 이송을 위해 롤러테이블의 길이 방향으로 안내롤러가 이격되어 배치되는 열간 프레스 성형용 롤러유닛이 소개된다. 이 열간 프레스 성형용 롤러유닛의 안내롤러(100) 외면에는 소재와 반응성이 낮은 코팅 파우더가 용사 코팅되는 용사 코팅층(110)이 형성된다. 본 발명에 따르면, 안내롤러의 외면이 알루미늄에 의해 소착되는 것을 방지하여, 안내롤러의 수명을 전체적으로 향상시키고, 안내롤러의 교체비용을 절감할 수 있다.

안내롤러, 용사 코팅층

Description

열간 프레스 성형용 롤러유닛{ROLLER UNIT FOR OF HOT PRESS-FORMING}

본 발명은 열간 프레스 성형용 롤러유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 안내롤러 표면에 알루미늄에 의해 소착되는 것을 방지하는 열간 프레스 성형용 롤러유닛에 관한 것이다.

일반적으로 열간 프레스 성형(Hot Press Forming)은 냉간 상태의 소재를 오스테나이트 온도까지 가열시킨 후, 프레스에 장착된 금형을 통해 소재를 성형하고 동시 냉각하여 고강도 제품을 생산한다.

열간 프레스 성형에서 산화 스케일 방지를 위해 소재에 알루미늄-실리콘 도금재가 적용되는 경우, 소재의 이송과정에서 알루미늄의 용융 현상 및 Fe과의 합금화 현상이 진행되는데, 이때, 용융 알루미늄 성분이 롤러에 소착되어 롤러 외경 치수가 증가하게 된다.

도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 이러한 현상이 반복되면 롤러(10)의 외경이 커지게 되어 롤러(10)의 수평도가 완곡되고, 소재의 진행시 상대적으로 높이가 높은 소착층(20)과의 충돌이 발생되고, 롤러 상에서 소재의 직진도를 저하시키기도 하며, 결국, 연속생산이 불가능하여 라인이 정지되거나, 롤러의 교체 시가 가 짧아져 운용 비용이 증가된다는 문제가 있었다.

특히, 열간 프레스 성형에서 열효율 증대를 위해 사용되는 세라믹 재질의 롤러를 사용하는 경우, 이 롤러에 알루미늄층이 소착되면, 연마(grinding)를 통해 세라믹 롤러에 소착된 알루미늄 층을 제거하여 왔으나, 세라믹 재질은 충격으로 인한 취성에 취약하므로, 연마 작업시 롤러 내부에 미세 균열이 발생되어 수명이 줄어들고, 결국 롤러 전체를 새로 교체하여야 한다는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 안내롤러에 용사 코팅층을 형성하여 소착을 방지하는 열간 프레스 성형용 롤러유닛을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 소재 이송을 위해 롤러테이블의 길이 방향으로 안내롤러가 이격되어 배치되는 열간 프레스 성형용 롤러유닛으로서, 상기 안내롤러(100)의 외면에는 상기 소재와 반응성이 낮은 코팅 파우더가 용사 코팅되는 용사 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 소재의 표면에는 열간 프레스 성형에 따른 산화 스케일을 방지하기 위해 알루미늄-실리콘 도금재가 형성되고, 상기 안내롤러는 세라믹 재질로 구성되고, 상기 용사 코팅은 상기 안내롤러의 외면에 용융 분사시켜 고밀도의 코팅막을 형성하는 플라즈마 용사 코팅이고, 상기 코팅 파우더는 850도 이상의 분위기에서 우수한 내열성 및 내부식성을 구현하는 지르코니아(ZrO₂)인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 안내롤러의 외면에 형성되는 용사 코팅층을 통해, 안내롤러의 외면이 알루미늄에 의해 소착되는 것을 방지할 수 있다는 이점이 있다. 이로써, 안내롤러의 수명을 전체적으로 향상시키고, 안내롤러의 교체비용을 절감할 수 있다.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 열간 프레스 성형용 롤러유닛은, 롤러테이블(300)에 설치되는 안내롤러(100)의 외면에 용사 코팅층(110)을 형성함으로써, 안내롤러(100) 상에 알루미늄 용융으로 인한 소착을 방지할 수 있다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

본 실시예에 적용되는 용사(Thermal Spray, 溶射) 코팅은, 분말 혹은, 선형재료를 고온열원으로부터 용융액적으로 변화시켜 고속으로 기재에 충돌시켜 급냉응고 적층한 피막을 형성하는 기술이다.

특히, 본 발명에서는 안내롤러(100)의 외면에 용사 코팅층(110)이 형성됨으로써, 안내롤러(100)의 외면에 고속으로 두꺼운 코팅층을 형성할 수 있고, 안내롤러(100)의 수명을 연장할 수 있다. 이는 용사 코팅이 다른 코팅 방법에 비하여, 피막속도가 빠르고, 두꺼운 피막형성이 가능하고, 재료의 열변형 산화 및 열분해에 의한 소재 변형을 작게 할 수 있다는 장점을 갖기 때문이다.

이러한 용사 코팅은 기공이 적고 접착력이 우수한 플라즈마 용사와, 고밀도 의 피막을 형성할 수 있는 고속 용사와, 모재에 적은 열 영향을 주는 와이어 용사와, 후막 코팅이 가능한 화염파우더 용사와, 치밀한 세라믹 코팅 피막을 형성하는 화염봉 용사 등이 있다.

본 실시예에서는 가열로에 의한 열간 프레스 성형 조건을 고려하여, 고열에서 고밀도 코팅이 가능하고 접착력이 우수한 코팅을 얻을 수 있는 플라즈마 용사가 적용되었다.

이 플라즈마 용사 코팅에 사용되는 코팅 파우더는 지르코니아(ZrO₂)가 사용된다. 이 지르코니아는 850도 이상의 분위기에서 우수한 내열성 및 내부식성을 구현할 수 있는 코팅 파우더이다.

이와 같이, 코팅 파우더가 가지고 있는 특성을 살리면서 안내롤러(100)의 외면에 용사 코팅층(110) 형성이 가능하다면, 안내롤러(100)의 결함, 예컨대, 안내롤러(100)의 표면에 알루미늄이 소착되는 것을 미연에 방지할 수 있는 것이다.

이와같은 구성으로 이루어진 본 발명의 코팅 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 코팅 처리할 안내롤러(100)의 외면에 묻어있는 버(burr)나 이물질을 깨끗하게 제거한다. 안내롤러(100)의 외면에서 이물질이 제거되면, 코팅할 면을 제외한 안내롤러(100)의 비코팅면에 오버스프레이(Over Spray)를 방지하기 위한 차단재를 선택적으로 제공하여 용사 코팅 과정에서 발생될 수 있는 손상을 미연에 방지할 수 있다.

상기의 작업이 완료되면, 플라즈마 용사 코팅을 통해 지르코니아 코팅 파우더를 안내롤러(100)의 외면에 코팅 처리한다. 예컨대, 전기 아크 에너지가 노즐과 전극봉으로 형성된 특수 챔버내에서 불활성 가스를 이온화시켜 프라즈마를 형성하고, 이온화된 플라즈마가 재결합하면서 고온, 고열, 고속의 플라즈마 화염을 챔버외부로 분출하는데, 이 화염속에 지르코니아 코팅 파우더를 균일한 속도로 이송시키고 안내롤러(100) 외면에 용융분사함으로써, 안내롤러(100)의 외면에 고밀도의 코팅막을 형성한다.

이와 같이, 안내롤러(100)의 외면에 지르코니아로 구성된 용사 코팅층(110)이 완료되면, 코팅된 안내롤러(100)를 건조시키고, 건조가 완료되면 상온에서 서서히 냉각한 후 표면을 연마하여 안내롤러(100)의 용사 코팅 작업을 완료한다.

상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 롤러테이블 상에 열간 프레스 성형용 롤러유닛이 설치된 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 열간 프레스 성형용 롤러유닛을 도시한 구성도.

도 3은 도 2의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 단면도.

도 4a는 종래 기술에 따른 열간 프레스 성형용 롤러에 소착이 형성된 사진.

도 4b는 종래 기술에 따라 소착이 형성된 열간 프레스 성형용 롤러를 절개하여 도시한 구성도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호설명※

100 :안내롤러 110 :용사 코팅층

Claims (3)

1. 소재 이송을 위해 롤러테이블의 길이 방향으로 안내롤러가 이격되어 배치되는 열간 프레스 성형용 롤러유닛으로서,

   상기 안내롤러(100)의 외면에는 상기 소재와 반응성이 낮은 코팅 파우더가 용사 코팅되는 용사 코팅층(110)이 형성되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형용 롤러유닛.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 소재의 표면에는 열간 프레스 성형에 따른 산화 스케일을 방지하기 위해 알루미늄-실리콘 도금재가 형성되고, 상기 안내롤러(100)는 세라믹 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형용 롤러유닛.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 용사 코팅은 상기 안내롤러(100)의 외면에 용융 분사시켜 고밀도의 코팅막을 형성하는 플라즈마 용사 코팅이고, 상기 코팅 파우더는 850도 이상의 분위기에서 우수한 내열성 및 내부식성을 구현하는 지르코니아(ZrO₂)인 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형용 롤러유닛.

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