KR20130019825A

KR20130019825A - 레이저 열처리용 지그

Info

Publication number: KR20130019825A
Application number: KR1020110082039A
Authority: KR
Inventors: 김경보
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2013-02-27
Also published as: KR101272917B1

Abstract

본 발명은 레이저를 소재의 표면에 조사한 후, 열원을 제거하여 신속하게 소재의 냉각이 이루어져서 펄라이트 또는 베이나이트와 같은 중간상이 형성되지 않고 바로 마르텐사이트가 형성되어 원하는 수준의 표면 경화가 원활하게 이루어질 수 있도록 한 레이저 열처리용 지그를 제공한다.

Description

레이저 열처리용 지그{JIG FOR RASER HEAT TREATMENT}

본 발명은 레이저 열처리용 지그에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 제작에 필요한 부품들의 강도를 향상시키기 위한 국부 열처리 공정에 사용될 수 있는 레이저 열처리용 지그의 구성에 관한 기술이다.

차체의 경량화는 차량의 연비향상에 큰 영향을 미친다. 차체 경량화를 위해 초고장력강으로 차체를 구성하여 경량화와 요구 강도를 모두 만족시킬 필요가 있지만, 기존 냉간 프레스 적용 시 성형성 및 스프링백 문제로 980MPa급 이상의 초고장력강판의 적용이 어려우므로, 차체 경량화를 위해서는 새로운 가공기술이 필요하다.

따라서, 종래에는 이러한 가공기술로서 다이오드 레이저를 이용해 열처리용 소재인 보론강에 국부적으로 열처리를 하여 고강도화 시키는 방법을 사용하고 있는데, 상기 국부강화 레이저 열처리 기술은 590MPa급 보론강을 냉간 성형 후 충돌성능 향상을 위하여 강화가 필요한 부분에 국부적으로 레이저를 조사하여 1,100℃ 온도로 가열과 동시에 급냉시켜 1,400MPa급 수준의 부품을 제조하는 공정이다.

즉, 도 1에 예시된 바와 같이 소재(500)를 블랭킹하여 프레스 성형으로 반제품을 만든 후 이를 지그(502)상에 올리고 레이저를 조사한 후 냉각하는 열처리 공정으로 고강도화를 이루는 것이다.

여기서, 상기 열처리 기술에 있어서는, 표면 경화를 위해 가열 후 보론강의 마르텐사이트화를 위해 급냉을 시키는 것이 중요한 요소이다. 즉, 레이저 조사 후, 소재(500)와 지그(502)간 열전도에 의해 급격한 온도 구배가 형성되어 재료 표면이 자체 냉각(self-quenching)에 의해 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변태되도록 하는데, 이때 신속한 냉각이 이루어져야 펄라이트 또는 베이나이트와 같은 중간상이 형성되지 않고 바로 마르텐사이트가 형성되는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 열처리 기술을 향상시키기 위한 것으로서, 레이저를 소재의 표면에 조사한 후, 열원을 제거하면 급냉이 이루어져서 펄라이트 또는 베이나이트와 같은 중간상이 형성되지 않고 바로 마르텐사이트가 형성되어 원하는 수준의 표면 경화가 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 레이저 열처리용 지그를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 레이저 열처리용 지그는

반제품의 일측면에 면착할 수 있는 형상으로 이루어진 표면을 가진 지그베이스와;

상기 지그베이스 보다 열전도도가 우수한 소재로 이루어져서, 상기 지그베이스의 표면으로부터 상기 지그베이스의 내부로 연결되도록 삽입되는 다수의 전열체와;

상기 다수의 전열체가 냉각수에 접촉할 수 있도록 상기 지그베이스의 내부에 구비된 냉각수챔버를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 레이저를 소재의 표면에 조사한 후, 열원을 제거하면 신속하게 소재의 냉각이 이루어져서 펄라이트 또는 베이나이트와 같은 중간상이 형성되지 않고 바로 마르텐사이트가 형성되어 원하는 수준의 표면 경화가 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 열처리 공정을 설명한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 레이저 열처리용 지그의 구성도,
도 3은 도 2의 우측에서 본 측면도,
도 4는 본 발명 레이저 열처리용 지그의 작용을 설명한 도면이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 반제품(1)의 일측면에 면착할 수 있는 형상으로 이루어진 표면을 가진 지그베이스(3)와; 상기 지그베이스(3) 보다 열전도도가 우수한 소재로 이루어져서, 상기 지그베이스(3)의 표면으로부터 상기 지그베이스(3)의 내부로 연결되도록 삽입되는 다수의 전열체(5)와; 상기 다수의 전열체(5)가 냉각수에 접촉할 수 있도록 상기 지그베이스(3)의 내부에 구비된 냉각수챔버(7)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 반제품(1)은 프레스로 성형이 완료된 부품으로서 아직 열처리가 완료되지 않은 것을 칭하는 의미로 사용된다.

본 실시예에서 상기 각 전열체(5)는 구리 소재로 이루어진 봉의 형상을 가진 것으로 하였다. 물론, 상기 전열체(5)는 구리 이외에 알루미늄이나 기타 상기 지그베이스(3)보다는 열전도도가 높아서 지그베이스(3)의 표면의 열전달에 효과적으로 기여할 수 있는 다른 소재를 사용하여도 무방할 것이며, 그 형상도 단순한 원형 봉이나 각봉 등 다양한 형태가 사용될 수 있을 것이지만, 일정한 원형 단면의 봉 형상이 가장 유리할 것이다.

상기 전열체(5)는 하단부 일부가 상기 냉각수챔버(7)의 내부로 돌출되도록 형성된다. 즉, 상기 전열체(5)로 전달된 열이 상기 냉각수로 전달되기 위한 전열면적을 크게 확보하기 위하여, 상기 전열체(5)의 하단부가 일정량 이상 상기 냉각수챔버(7)의 내부로 돌출되도록 하는 것이다.

상기 지그베이스(3)에는 상기 반제품(1)과의 면접촉 상태를 향상시키기 위한 흡착수단을 더 구비한다. 즉, 지그베이스(3)의 표면에 상기 반제품(1)이 보다 잘 밀착되어, 레이저 조사 후, 상기 반제품(1)으로부터의 열이 상기 지그베이스(3)를 통해 신속히 전달되어 상기 반제품(1)의 급속 냉각성이 확보될 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 실시예에서 상기 흡착수단은 상기 지그베이스(3)의 표면 근처에 자기력을 발생시키도록 상기 지그베이스(3) 내부에 구비된 전자석(9)으로 구성되고, 상기 전자석(9)은 컨트롤러(11)에 의해 온오프 조작이 이루어질 수 있도록 되어 있다.

따라서, 상기 전자석(9)이 작동되어 도 4에 도시된 바와 같이 상기 반제품(1)이 상기 지그베이스(3)에 강하게 당겨져서 밀착된 상태에서 레이저에 의한 열처리가 이루어지고 나면, 상기 반제품(1)의 열은 상기 밀착되어 있는 지그베이스(3)의 표면 및 상기 전열체(5)를 통해 신속하게 전달되어, 상기 반제품(1)의 급속 냉각이 이루어질 수 있게 되고, 이는 상기 반제품(1)이 펄라이트 또는 베이나이트와 같은 중간상이 형성되지 않고 바로 마르텐사이트가 형성되어 원하는 수준의 표면 경화 상태를 얻을 수 있도록 한다.

상기 흡착수단으로는 공압으로 상기 반제품(1)을 지그베이스(3)쪽으로 흡착하도록 하거나 하는 다른 수단이 사용될 수도 있을 것인 바, 궁극적으로 상기 반제품(1)과 지그베이스(3)의 접촉면적을 극대화 및 긴밀화할 수 있는 어떤 수단도 가능할 것이다.

상기한 바와 같은 구조의 레이저 열처리용 지그를 사용하여, 상기 반제품(1)을 레이저를 통한 열처리 후, 신속한 급냉각을 도모함으로써, 상기 반제품(1)은 그 강도가 크게 향상된 완성품으로 생산되게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 반제품
3; 지그베이스
5; 전열체
7; 냉각수챔버
9; 전자석
11; 컨트롤러

Claims

반제품(1)의 일측면에 면착할 수 있는 형상으로 이루어진 표면을 가진 지그베이스(3)와;
상기 지그베이스(3) 보다 열전도도가 우수한 소재로 이루어져서, 상기 지그베이스(3)의 표면으로부터 상기 지그베이스(3)의 내부로 연결되도록 삽입되는 다수의 전열체(5)와;
상기 다수의 전열체(5)가 냉각수에 접촉할 수 있도록 상기 지그베이스(3)의 내부에 구비된 냉각수챔버(7);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 열처리용 지그.
청구항 1에 있어서,
상기 각 전열체(5)는 구리 소재로 이루어진 봉의 형상을 가진 것
을 특징으로 하는 레이저 열처리용 지그.
청구항 1에 있어서,
상기 전열체(5)는 하단부 일부가 상기 냉각수챔버(7)의 내부로 돌출되도록 형성된 것
을 특징으로 하는 레이저 열처리용 지그.
청구항 1에 있어서,
상기 지그베이스(3)에는 상기 반제품(1)과의 면접촉 상태를 향상시키기 위한 흡착수단을 더 구비한 것
을 특징으로 하는 레이저 열처리용 지그.
청구항 4에 있어서,
상기 흡착수단은 상기 지그베이스(3)의 표면 근처에 자기력을 발생시키도록 상기 지그베이스(3) 내부에 구비된 전자석(9)으로 구성된 것
을 특징으로 하는 레이저 열처리용 지그.