KR20140029438A - 후속 프레스 경화작업을 위한 성형 부품의 가열방법 및 소정 온도로 예열된 성형 부품을 보다 높은 온도로 국부적으로 가열하기 위한 연속로 - Google Patents

후속 프레스 경화작업을 위한 성형 부품의 가열방법 및 소정 온도로 예열된 성형 부품을 보다 높은 온도로 국부적으로 가열하기 위한 연속로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 후속 프레스 경화작업을 위한 성형 부품의 가열방법 및 소정 온도로 예열된 성형 부품을 보다 높은 온도로 국부적으로 가열하기 위한 연속로에 관한 것이다.
본 발명은 후속 프레스 경화 공정을 위한 성형 부품(2)의 가열방법에 관한 것으로, 상기 성형 부품(2)은 먼저 소정 온도로 예열되고 이어서 서로 독립적으로 구동가능한 가열 요소 패널(10)의 가열 요소(7)에 의해서 보다 높은 온도로 국부적으로 가열된다. 바람직한 온도 프로파일을 확보하기 위하여, 가열 요소(7)로 지원되는 가열 요소 패널(10)을 통해서 이송 간에 성형 부품(2)에 대한 가열이 이루어지는바, 이때 상기 가열 요소(7)는 컨베이어(11)의 이송방향(3)에 대하여 종방향 및 횡방향 열(8,9)을 이루어 배열됨과 아울러 상이한 가열원을 사용하여 종방향 및 횡방향으로 적어도 그룹으로 구동가능하게 된다.

Description

후속 프레스 경화작업을 위한 성형 부품의 가열방법 및 소정 온도로 예열된 성형 부품을 보다 높은 온도로 국부적으로 가열하기 위한 연속로{Method for heating a shaped component for a subsequent press hardening operation and continuous furnace for regionally heating a shaped component preheated to a predetermined temperature to a higher temperature}
본 발명은 후속 프레스 경화작업을 위한 성형 부품(shaped component)의 가열방법에 관한 것으로, 이때 상기 성형 부품은 소정의 온도로 사전에 가열되고, 이어서 서로 독립적으로 구동가능한 가열요소 패널의 가열요소에 의해 보다 높은 온도로 국부적으로 가열된다.
미리 정해진 온도로 가열된 성형 부품에 대한 프레스 경화작업의 경우에는 냉각된 프레싱 툴(pressing tools)에 대한 불균일한 냉각에 기인하여, 오스테나이트 강의 경우에 6% 범위의 연신에서 1500MPa 이상의 인장강도를 낳을 수 있다. 그와 같은 높은 인장강도는 작업물의 소구역에만 종종 필요로 할 뿐으로 다른 영역들에서는 일예로 15 내지 17%의 높은 연신율이 요구된다. 이러한 재료들의 특성이 영역별로 상이하게 되도록 하기 위해서, 성형 부품에 대하여 프레스 경화를 하기 전에 각각의 소구역에 대한 상이한 열처리를 수행함으로써, 성형 부품이 보다 높은 인장강도의 영역에서 합금의 AC3 점 이상의 온도로 가열되도록 하여 후속되는 프레스 경화의 조건하에서 상응하는 미세조직 전환이 이루어지도록 하는 기술이 제안된 바 있다. 이를 위해서 낮은 인장강도의 영역에 냉각체(cooling body)가 제공되는 바(DE 10 2006 018 406 A1), 이때 냉각체는 성형 부품에 공급된 열의 일부를 분산시켜서 냉각체 부근의 성형 부품 영역이 오스테나이트 미세조직의 형성에 필요로 하는 온도 이하로 유지된다. 그러나 상기 방법은 많은 전력을 필요로 한다는 단점이 있다. 상기의 전력 사용이 각각의 필요량으로 제한되도록 하기 위해서, 연속로의 진행방향에 대한 횡방향으로 적어도 두 영역으로 분할해서 서로 독립적으로 가열이 이루어질 수 있도록 한 기술이 알려져 있다(EP 1 426 454 A1). 상기 적어도 두 영역에 걸쳐진 이송 방향에 대하여 횡방향으로 연장된 성형 부품은 상이한 처리온도로 국부적으로 가열이 이루어질 수 있긴 하나, 가열될 성형 부품의 서로 다른 소구역에 대한 보다 정밀한 온도 제어는 거의 불가능하다.
AC3 점 이상의 온도로 성형 부품의 바람직한 국부가열이 이루어질 수 있도록 하는 기술이 추가적으로 제안되고 있는 바(EP 2, 143 808 A1), 이에 따르면 오스테나이트 미세구조의 형성을 위해 제공된 영역 만에 대하여 AC3 점 이상의 온도로 가열하기 전에 성형 부품은 일차적으로 공통 가열공정을 통해서 AC3 점 이하의 온도로 가열되고, 서로 독립적으로 스위칭될 수 있는 적외선 램프 패널을 통해서 적외선 램프가 켜진 영역 내에 위치하는 성형 부품으로만 추가적인 열에너지가 공급된다. 그러나, 그와 같은 성형 부품의 추가적인 국부 가열로 인해서 성형 부품의 열처리를 연속 공정으로 수행하는 것이 불가능하게 된다.
마지막으로, 연속로에서 노즐 패널을 이용하여 성형 부품에 고온 가스를 적용하는 기술이 알려지고 있는바(EP 2 090 667 A1), 이때 상기 노즐 패널의 각 노즐은 이송방향에 대해 종방향과 횡방향으로 열을 이루어 배열되고 서로 독립적으로 구동된다. 이와 같은 상호 독립적인 노즐 구동을 통해서 성형 부품의 외곽 형태에 적합한 노즐 선정이 가능하게 됨으로써 고온 가스의 적용이 각 성형 부품 영역으로만 제한될 수 있게 된다.
본 발명은 성형 부품이 연속적으로 이송되는 상황하에서, 성형 부품에 대해 상이한 온도로 가열하기 위한 방법을 구현함에 있어서 발생되는 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 후속 프레스 경화작업에서 필요로 하는 성형 부품에 대한 열처리가 가열될 서로 다른 구역들 내에서 개선된 온도 제어하에서 이루어질 수 있도록 함에 기술적 목적이 있다.
후속 프레스 경화작업을 위한 성형 부품에 대한 상기 형태의 가열 방법의 수행 중에 발생되는 문제점은 성형 부품이 가열 요소 패널을 통과하는 동안에 가열 요소의 지원으로 가열됨으로써 해결되는바, 이때 상기 가열 요소들은 이송방향에 대해 종방향 및 횡방향으로 열을 이루어 배열됨과 아울러 서로 다른 가열원 (heating power)을 이용하여 적어도 그룹으로 구동이 이루어지게 된다.
이와 같은 수단을 통해서, 가열 요소들은 구동원을 달리하여 구동될 수 있으므로 해서 성형 부품에 대한 개선된 온도 제어에 필요로 하는 주된 요건의 충족이 이루어지게 된다. 종방향 열과 횡방향 열 양쪽 모두의 가열 요소들을 적어도 그룹 단위로 서로 독립적으로 구동시킬 수 있을 가능성을 통해서, 성형 부품의 온도는 그 종방향 스트립 연장선상에서 부품의 이송 간에 이송방향으로 영향으로 받을 수 있으며, 그에 따라 그와 같은 길이방향 스트립 구역에서 소정의 설정 온도 수준에 도달할 뿐만 아니라 소정의 시간 동안 유지할 수 있게 된다. 따라서 일예로 성형 부품의 치수 및 질량 분포에 기초하여, 성형 부품을 소정의 시작온도로 가열하는 동안 상이한 온도 구역을 보상하거나 또는 필요에 따라 그들을 증폭시킬 수 있으며, 각각의 처리 온도에 도달한 후에, 구역별로 상이한 이 처리온도는 소정의 처리 시간 동안 유지될 수도 있다.
상이하게 열처리가 행해질 성형 부품의 구역들에 있어서 온도 제어 상의 추가적인 영향을 위하여, 상기 성형 부품들은 이송 방향을 따라 선택적으로 구동가능한 냉각 장치에 의해서 냉각이 이루어질 수 있는바, 이때 상기 냉각 장치는 가열 요소의 종방향 열을 따라서 배치된다. 이와 같은 선택적으로 사용가능한 냉각을 통해서 기존에 알려진 바와 같은 추가적인 열 분산이 가능해지고, 필요에 따라서는 성형 부품의 국부적인 열처리 동안에 보다 용이하게 기 설정된 온도 범위를 유지할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 가열방법을 수행하기 위하여, 더 높은 온도로 가열되도록 소정의 온도로 예열된 성형 부품의 국부적인 가열을 위한 연속로는, 성형 부품들을 탑재한 상태로 노 하우징을 통과하는 컨베이어와 서로 독립적으로 구동가능한 가열 요소들로 이루어져서 컨베이어 상에 배치된 가열 요소 패널을 구비한다. 이송 방향에 대해 종방향 및 횡방향 열을 이루어 배치된 가열 요소들이 가열원을 달리한 가운데 종방향 및 횡방향으로 적어도 그룹 단위로 동작하게 되면, 상기 가열 요소 패널의 전체 길이에 걸쳐 가열 요소의 길이방향 열 내에서 형성 부품으로 추가적인 열이 도입되어 정밀하게 처리됨으로써 성형 부품의 각 길이방향 스트립에서는 연속로의 길이에 걸쳐서 인접하는 종방향 스트립에서의 온도 제어와는 거의 독립적으로 소정의 온도 제어가 유지될 수 있게 된다.
이는 처리될 성형 부품으로 각기 필요로 하는 추가적인 양의 열을 조절하여 공급함으로써 서로 다른 가열 요소가 사용될 수 있는 것이기는 하나, 가열 요소가 전기 저항 히터로 이루어지는 설계 조건이 한층 유리한바, 그 이유는 가열 요소의 가열원에 대한 콘트롤러가 매우 간단하게 제작될 수 있기 때문이다.
필요로 하는 열을 성형 부품의 종방향 스트립 영역 내로 발산시키기 위해서, 가열 요소의 종방향 열을 따라서 선택적으로 구동가능한 냉각 장치가 배치될 수 있다. 이들 잠재적인 냉각 영역에 대한 부가적인 경계설정은 분할 웹(partition web)에 의해서 달성될 수 있는바, 상기 분할 웹은 가열 요소들의 길이방향 열 사이에 단열을 형성하게 된다.
이들 냉각장치의 효과는 냉각될 성형 부품의 구역으로부터의 거리에 의존한다. 이와 같은 이유로 해서, 가열 요소들이 냉각 에어팬에 연결가능한 재킷 파이프 내에 배치되도록 제작하는 것이 특히 바람직한바, 그 이유는 냉각될 성형 부품들의 길이방향 스트립과 냉각 장치 사이의 거리가 가열원을 손상시킴이 없이 적게 유지될 수 있기 때문이다. 상기 재킷 파이프는 가열 요소의 구동 동안에는 당연히 냉각 에어팬으로부터 분리된다. 한편, 가열 요소의 재킷 파이프를 통해서 냉각 가스가 처리될 성형 부품 위로 송풍되는 때에 냉각 효과가 증가될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 아래의 도면에 기초한 설명에 의해서 보다 자세하게 이해될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 연속로에 대한 종단면도이고,
도2는 연속로의 가열요소 패널에서 가열요소들의 배치를 보여주는 블록도이며,
도3은 연속로 내부를 이송하는 동안의 성형 부품의 각 종방향 스트립 영역의 온도 거동을 보인 그래프이다.
도2의 블록도는 성형 부품(2)의 열처리를 위한 연속로(1)를 보여주는 것으로서, 그 내부로 쉬트메탈 블랭크의 장입이 이루어진다. 상기 연속로(1)는 노의 전체 폭에 걸쳐 형성되어 소정의 온도로 성형 부품(2)을 가열하기 위한 가열 영역(4)과, 이송방향(3)에 대한 종방향 스트립에서의 성형 부품(2)의 국부 가열을 위한 가열 영역(5)과, 후속되는 프레스 경화 공정 동안에 개개의 길이방향 스트립에 서로 다른 미세구조를 형성하도록 온도 프로파일을 달리하여 사용할 수 있는 유지 영역(6)을 포함하여 이루어진다. 가열 영역(5)과 가열 영역(6)에는 가열 요소 패널(10)의 종방향 열(8)과 횡방향 열(9) 내의 가열 요소(7)가 제공된다. 성형 부품(2)은 컨베이어(11) 장치에 의해서 연속로 내부로 이송되는바, 이때 컨베이어 롤러는 도1에서 도면부호 12로 표시되고 있다. 상기 가열 요소(7)는 컨베이어(11)의 위쪽과 아래쪽에 구비된다. 단열재(13)와 일직선을 이루는 노 하우징(14)은 가열 요소(7)의 종방향 열(8)의 영역 내에 냉각 파이프 형태를 이루며 냉각 팬에 선택적으로 연결될 수 있는 냉각 장치(15)를 구비한다. 상기 냉각 파이프는 도1에 도시된 실시예의 변형예로서 가열 요소(7)의 재킷 파이프로 구성될 수 있는바, 이와 같이 냉각 장치(15)를 구성하게 되면 냉각 장치(15)가 성형 부품(2)과 한층 가까워지게 되어 주어진 냉각능(cooling power)에서 냉각 효과를 증진시키게 된다. 단열을 형성하는 분할 웹(16)은 냉각 영역들 사이의 경계를 보다 확실하게 하기 위하여 또는 인접하는 가열 영역과의 관계에서 경계를 확실하게 하기 위해서 냉각 장치(15)에 의해 제공된 각각의 냉각 영역 사이에 제공될 수 있다.
상기 가열 요소(7)는 상이한 가열원을 사용하여 적어도 그룹 내에서 서로 독립적으로 구동될 수 있는 전기저항 히터로 구성하는 것이 바람직하다. 도2에는 개개의 가열 요소(7)가 구동되는 때의 가열원의 퍼센트 비율이 나타나 있다. 지수 100은 가열 요소(7)가 가열원을 완전하게 사용하여 구동되는 것을 의미하며, 지수 0은 가열 요소(7)가 꺼져 있음을, 그리고 지수 50은 가열 요소(7)가 절반의 가열원으로 구동되고 있음을 나타낸다.
도3은 각각의 가열 요소(7) 별로 특정된 가열원을 사용하여 가열 요소(7)의 구동을 행하는 경우에 있어서 노를 통과하는 동안에 성형 부품(2)의 이송 방향과 관련하여 선택된 종방향 스트립 a, b, c, d 내의 온도 프로파일을 보여주고 있다. 공통 가열 영역(4) 내에서, 성형 부품(2)은 AC3 점에 상당하는 온도 T1 아래의 소정 온도로 가열됨을 보여주고 있다. 질량 분포에 기인하여 성형 부품(2)의 각 종방향 스트립 a, b, c, d에 대한 가열 영역(4)의 출구에서의 온도는 Ta, Tb, Tc, Td로 다른 결과를 낳는다. 가열 영역(5) 내에서 종방향 스트립 a, b 및 d의 온도는 AC3 점의 온도 T1 보다 높게 증가됨에 반해서, 종방향 스트립 c의 영역 내에서의 온도는 온도 T1 아래로 유지된다. 이같은 결과는, 종방향 스트립 c와 결합된 가열 요소 패널(10)의 길이방향 열(8)의 가열 요소(7)가 가열 영역(5) 내에서 오프된 상태에서 절반의 가열원으로 구동되는 인접하는 종방향 열(8)의 가열 요소(7)에 의해 약간의 열이 도입되었음에 기인한다. 이와 같은 종방향 스트립 c에 대한 온도 프로파일 Tc 는 상기 과정의 상태를 보여 있다. 온도 프로파일 Ta 는 가열 영역(5)의 출구에서 높은 처리온도로 연속적으로 가열한 경우의 결과라고 할 수 있다. 이와 같은 이유로, 종방향 스트립 a의 영역 내에서는 가열 요소 패널(10)의 인접하는 종방향 열(8)의 가열 요소(7)만으로 조절된 열공급이 이루어짐을 가열 영역(5)의 구역 내에서의 온도 프로파일 Ta 에 근거하여 알 수 있다. 종방향 스트립 b와 d에 대한 가열 영역(4)의 초기 온도가 비교적 낮기 때문에, 가열 영역(5)의 출구에서 각각의 유지 온도를 확보하기 위해서는 이들 종방향 스트립 b와 d로 가열 영역(5)의 구역에서 보다 많은 열 공급을 할 필요가 있다. 따라서, 가열 영역(5) 내의 종방향 스트립 b와 d에 결합된 가열 요소(7)는 종방향 스트립 b의 구역에서 100%의 가열원(heating power)이 인가됨과 아울러 종방향 스트립 d 구역에서 60%의 가열원이 인가되어 각기 곡선 프로파일 tb 또는 td의 결과를 나타내어 종방향 스트립 b, d에 대한 가열 영역(5)의 출구에서 유지 온도의 확보가 이루어지게 된다.
가열 영역(5)의 출국에서 처리 온도를 유지하기 위해서, 각각의 종방향 스트립과 결합된 유지 영역(6)의 가열 요소(7)는 상응하는 파워를 사용하여 구동된다. 인접하는 종방향 열(8)의 가열 요소(7)의 각 가열원을 고려하여, 각각 50%의 가열원은 마지막 가열 요소의 구역에서 60%로 상승되어 온도 프로파일 ta를 유지하는 결과를 낳는다. 온도 프로파일 tb는 종방향 열(8)에 결합되어 각각 80% 또는 70%의 가열원으로 구동되는 가열 요소(7)의 연속에 의해서 확보된다. 성형 부품(2)의 종방향 스트립 d를 위하여, 유지 영역(6) 내의 가열 요소(7)는 초기에 60%의 가열원으로 구동되고 이어서 70%의 가열원으로 구동된다. 성형 부품의 스트립 내로 공급되는 열량에 대한 정밀한 제어로 인해서 바람직한 온도 프로파일의 유지가 가능해지게 되며, 이때 소정의 온도 프로파일이 스트립 구역의 부가적인 냉각을 필요로 하는 경우에는 도1에 도시된 바의 부가적인 냉각능의 지원이 이루어지도록 할 수도 있다. 따라서 연속로(1)를 통과하여 연속적으로 이송되는 성형 부품임에도 불구하고 후속 프레스 경화 공정에서 필요로 하는 서로 다른 미세조직이 얻어지도록 성형 부품의 상이한 구역 내에 상이한 열 조건이 달성될 수 있게 된다. 성형 부품에 대한 국부적인 가열 이전에 전체 부품 영역이 소정의 초기온도로 되도록 공통 예열을 함에 따라, 성형 부품에 대한 상이한 가열을 행하여 양호한 효율을 거둘 수 있음은 물론, 도금된 성형 부품의 열처리에도 바람직한바, 그 이유는 성형 부품 내부로의 코팅층의 확산이 공통 예열에 의해 부품의 전체 영역에서 확실하게 이루어지 기 때문이다.

Claims (6)

  1. 성형 부품(2)이 먼저 소정의 온도로 가열되고, 이어서 서로 독립적으로 구동가능한 가열 요소 패널(10)의 가열 요소(7)에 의해 보다 높은 온도로 국부적으로 가열이 이루어지는 후속 프레스 경화작업을 위한 성형 부품(2) 가열방법에 있어서,
    상기 성형 부품(2)은 이송 간에 가열 요소(7)의 지원으로 가열 요소 패널 (10)을 통해서 가열되되, 이때 상기 가열 요소(7)는 이송 방향(3)에 대하여 종방향 열 및 횡방향 열(8 및 9)로 배열됨과 아울러 상이한 가열원을 사용하여 적어도 그룹으로 구동가능함을 특징으로 하는 성형 부품의 가열방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 성형 부품(2)은, 가열 요소(7)의 종방향 열(8)에 배치되어 선택적으로 구동가능한 냉각장치(15)를 통해서 이송방향(3)에서 스트립들로 냉각되어지는 것을 특징으로 하는 성형 부품의 가열방법.
  3. 노 하우징(14)을 관통하여 성형 부품(2)을 이송시키는 컨베이어(11)와 서로 각기 독립적으로 구동가능한 가열 요소(7)로 형성되어 컨베이어(11)에 배치된 가열 요소 패널(10)이 구비되어, 소정의 온도로 예열된 성형 부품(2)을 보다 높은 온도로 국부적으로 가열하기 위한 연속로(1)에 있어서,
    상기 가열 요소(7)는 컨베이어(11)의 이송방향(3)에 대하여 종방향 및 횡방향 열(8,9)을 이루어 배열됨과 아울러 상이한 가열원을 사용하여 종방향 및 횡방향으로 적어도 그룹으로 구동가능함을 특징으로 하는 연속로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가열 요소(7)는 전기 저항 히터로 이루어짐을 특징으로 하는 연속로.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 선택적으로 작동가능한 냉각장치(15)가 가열 요소(7)의 종방향 열(8)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연속로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가열 요소(7)는 냉각 에어 팬에 연결가능한 재킷 파이프 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 연속로.
KR1020137029593A 2011-06-30 2011-06-30 후속 프레스 경화작업을 위한 성형 부품의 가열방법 및 소정 온도로 예열된 성형 부품을 보다 높은 온도로 국부적으로 가열하기 위한 연속로 KR20140029438A (ko)

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