KR20160002251A - 핫스탬핑용 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 핫스탬핑용 냉각 장치는 모재를 가열하고 가열된 모재를 상금형과 하금형에 공급해서 성형한 후 상금형과 하금형 내에서 성형품을 급냉시켜 성형품을 제조하는 핫스탬핑에 사용되는 것으로, 분사 유닛과, 이송 기구, 및 제어기를 포함한다. 분사 유닛은 성형품 취출 후 이형된 상태로 있는 상금형과 하금형 사이로 공급되어 상금형과 하금형으로 방청액과 함께 에어를 동시에 분사하는 분사기와, 분사기로 방청액을 공급하는 방청액 공급기, 및 분사기로 에어를 공급하는 에어 공급기를 구비한다. 이송 기구는 분사기를 이송시켜 상금형과 하금형 사이로 공급하거나 상금형과 하금형 사이로부터 배출시킨다. 제어기는 방청액 공급기와, 에어 공급기, 및 이송 기구를 제어한다.

Description

핫스탬핑용 냉각 장치{Cooling apparatus for hot stamping}
본 발명은 핫스탬핑용 냉각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 핫스탬핑 성형 후 성형품이 취출된 금형을 냉각시키는데 사용되는 냉각 장치에 관한 것이다.
최근 차량 업계에서는 차량 경량화와 안정성 향상에 부합되는 중량 대비 강도가 높은 초고강도 강재가 확대 적용되고 있다. 하지만, 초고강도 강재는 낮은 성형성을 지니고 과도한 스프링백을 일으키기 때문에, 초고강도 강재를 성형하기 위한 금형을 제조하는데 어려움이 있다. 이러한 어려움을 해결하기 위한 성형 기술로서 핫스탬핑 공정이 사용될 수 있다. 핫스탬핑은 초고강도 강재의 성형성을 향상시키며 스프링백을 최소한으로 줄일 수 있는다는 장점이 있다.
핫스탬핑은 강재를 900℃ 이상 가열하고 가열된 강재를 금형 내에 공급하고 성형한 후, 금형 내에서 성형품을 급냉시켜 성형품을 제조하는 공정이다. 그런데, 핫스탬핑은 금형 내에서 성형품을 급냉시키는 공정을 필요로 하므로, 냉간 스탬핑 대비 생산성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 가열된 성형품을 급냉시킴에 따라 발생하는 성형품 표면의 산화 스케일로 인해, 금형 수명이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 핫스탬핑 공정에 의해 하나의 성형품을 제조하는데 소요되는 1사이클 타임을 단축할 수 있고, 금형의 수명 저하를 방지할 수 있는 핫스탬핑용 냉각 장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 핫스탬핑용 냉각 장치는 모재를 가열하고 가열된 모재를 상금형과 하금형에 공급해서 성형한 후 상금형과 하금형 내에서 성형품을 급냉시켜 성형품을 제조하는 핫스탬핑에 사용되는 것으로, 분사 유닛과, 이송 기구, 및 제어기를 포함한다. 분사 유닛은 성형품 취출 후 이형된 상태로 있는 상금형과 하금형 사이로 공급되어 상금형과 하금형으로 방청액과 함께 에어를 동시에 분사하는 분사기와, 분사기로 방청액을 공급하는 방청액 공급기, 및 분사기로 에어를 공급하는 에어 공급기를 구비한다. 이송 기구는 분사기를 이송시켜 상금형과 하금형 사이로 공급하거나 상금형과 하금형 사이로부터 배출시킨다. 제어기는 방청액 공급기와, 에어 공급기, 및 이송 기구를 제어한다.
본 발명에 따르면, 상금형과 하금형으로부터 성형품을 취출한 후 상금형과 하금형을 냉각시킴으로써, 다음 성형품 제조시 상금형과 하금형을 냉각 매체에 의해 냉각시키는 시간을 감소시킬 수 있다. 따라서, 핫스탬핑 공정에 의해 하나의 성형품을 제조하는데 소요되는 1사이클 타임이 단축될 수 있으므로, 생산성이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 상금형과 하금형은 성형품 취출 후 각 표면이 세척될 수 있으므로, 수명 저하가 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 냉각 장치에 대한 구성도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 핫스탬핑용 냉각 장치의 작용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 있어서, 분사기의 다른 예를 도시한 사시도이다.
본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 냉각 장치에 대한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 핫스탬핑용 냉각 장치(100)는 모재를 가열하고 가열된 모재를 상금형(11)과 하금형(12)에 공급해서 성형한 후 상금형(11)과 하금형(12) 내에서 성형품(1)을 급냉시켜 성형품(1)을 제조하는 핫스탬핑에 사용되는 것으로, 분사 유닛(110)과, 이송 기구(120), 및 제어기(130)를 포함한다. 여기서, 모재는 초고강도 강재 등으로 이루어질 수 있다. 상금형(11)과 하금형(12)은 어느 하나가 승강 장치(미도시)에 의해 승강함에 따라 합형 또는 이형될 수 있다. 상금형(11)과 하금형(12)에는 성형품(1)을 급냉시키기 위한 냉각 매체가 공급되어 유동하는 냉각 채널이 형성될 수 있다.
분사 유닛(110)은 분사기(111)와, 방청액 공급기(114), 및 에어 공급기(115)를 구비한다.
분사기(111)는 성형품(1) 취출 후 이형된 상태로 있는 상금형(11)과 하금형(12) 사이로 공급되어 상금형(11)과 하금형(12)으로 방청액과 함께 에어를 동시에 분사한다. 분사기(111)로부터 상금형(11)과 하금형(12)으로 방청액이 분사되면, 방청액은 상금형(11)과 하금형(12)의 각 표면에 닿아 증발함에 따라 상금형(11)과 하금형(12)을 냉각시킬 수 있다. 방청액은 상금형(11)과 하금형(12)을 냉각시키도록 작용한 후 상금형(11)과 하금형(12)에 녹스는 것을 방지할 수 있다.
상금형(11)과 하금형(12) 내에서 성형품(1)을 급냉시키면 성형품(1)의 표면에 산화 스케일이 발생하며, 이러한 산화 스케일이 상금형(11)과 하금형(12)의 각 표면에 달라붙을 수 있다. 이 상태에서, 분사기(111)로부터 상금형(11)과 하금형(12)으로 에어가 방청액과 함께 분사되면, 에어는 상금형(11)과 하금형(12)의 각 표면에 달라붙은 산화 스케일을 분사압에 의해 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 상금형(11)과 하금형(12)은 각 표면이 세척되어 수명 저하가 방지될 수 있다. 도시하고 있지 않지만, 상금형(11)과 하금형(12) 주변에는 상금형(11)과 하금형(12)의 각 표면으로부터 떨어져 부유하는 산화 스케일을 흡입해서 배출하는 배출 장치가 구비될 수도 있다.
일 예로, 분사기(111)는 적어도 하나의 노즐 파이프(112), 및 노즐(113)들을 포함할 수 있다. 노즐 파이프(112)는 이송 기구(120)에 의해 상금형(11)과 하금형(12) 사이로 공급된다. 이때, 노즐 파이프(112)는 상금형(11)과 하금형(12) 사이를 가로질러 배치될 수 있다. 노즐 파이프(112)에는 파지부(112a)가 연결될 수 있다. 이송 기구(120)가 이송 로봇으로 이루어진 경우, 이송 로봇은 핸드에 의해 파지부(112a)를 파지해서 노즐 파이프(112)를 이송시킬 수 있다.
노즐(113)들은 노즐 파이프(112)의 상하측에 각각 복수 개씩 장착된다. 노즐 파이프(112)의 상측에 장착된 노즐(113)들은 노즐 파이프(112)로 공급된 방청액과 에어를 상금형(11)으로 동시에 분사할 수 있다. 노즐 파이프(112)의 하측에 장착된 노즐(113)들은 노즐 파이프(112)로 공급된 방청액과 에어를 하금형(12)으로 동시에 분사할 수 있다. 노즐(113)들은 노즐 파이프(112)에 일정 간격으로 배열될 수 있으나, 상금형(11)과 하금형(12)의 각 온도 분포에 따라 적절하게 배열되는 것도 가능하다.
방청액 공급기(114)는 노즐 파이프(112)로 방청액을 공급한다. 방청액 공급기(114)는 방청액을 저장하는 방청액 저장탱크(114a)와, 방청액 저장탱크(114a)로부터 노즐 파이프(112)로 방청액 공급 호스(114c)를 통해 압송하는 방청액 펌프(114b)를 포함할 수 있다.
에어 공급기(115)는 노즐 파이프(112)로 에어를 공급한다. 에어 공급기(115)는 에어를 압축해서 저장하는 에어 컴프레셔(air compressor, 115a)와, 에어 컴프레셔(115a)로부터 노즐 파이프(112)로 에어를 전달하는 에어 공급 호스(115b)를 포함할 수 있다.
이송 기구(120)는 분사기(111)를 이송시켜 상금형(11)과 하금형(12) 사이로 공급하거나 상금형(11)과 하금형(12) 사이로부터 배출시킨다. 일 예로, 이송 기구(120)는 이송 로봇을 포함할 수 있다. 이송 로봇은 분사기(111)를 핸드에 의해 파지해서 분사기(111)를 이송시킬 수 있다. 이송 로봇은 핸드에 의해 분사기(111)를 파지한 상태로부터 해지할 수 있다. 따라서, 이송 로봇은 분사기(111)가 상금형(11)과 하금형(12)의 크기에 맞게 변경되더라도, 변경된 분사기(111)를 용이하게 파지해서 이송시킬 수 있다.
이송 로봇은 핸드에 의해 노즐 파이프(112)의 파지부(112a)를 파지하여 노즐 파이프(112)를 상금형(11)과 하금형(12) 사이로 공급하거나 상금형(11)과 하금형(12) 사이로부터 배출시킬 수 있다. 이송 로봇은 노즐 파이프(112)를 상금형(11)과 하금형(12) 사이로 가로질러 삽입한 후 가로지른 방향과 교차하는 방향으로 노즐 파이프(112)를 수평 이송시킬 수 있다. 이 과정에서, 노즐(113)들은 방청액과 에어를 상금형(11)과 하금형(12)에 고르게 분사할 수 있다. 이송 로봇은 전술한 동작들을 수행할 수 있도록 충분한 자유도를 가질 수 있다.
제어기(130)는 방청액 공급기(114)와, 에어 공급기(115), 및 이송 기구(120)를 제어한다. 제어기(130)는 이송 기구(120)를 제어해서 분사기(111)를 상금형(11)과 하금형(12) 사이로 공급하거나 상금형(11)과 하금형(12) 사이로부터 배출시킨다. 제어기(130)는 노즐 파이프(112)가 이송 기구(120)에 의해 상금형(11)과 하금형(12) 사이로 공급된 것으로 판단되면, 방청액 공급기(114)의 방청액 펌프(114b)와 에어 공급기(115)의 에어 컴프레셔(115a)를 제어해서 노즐(113)들로부터 방청액과 에어를 동시에 분사시킬 수 있다. 이때, 제어기(130)는 상금형(1)과 하금형(12)에 설치된 온도센서로부터 감지된 온도 정보를 기초로 상금형(11)과 하금형(12)이 설정 온도로 낮아질 때까지 방청액과 에어를 상금형(11)과 하금형(12)으로 분사시킬 수 있다. 또한, 제어기(130)는 방청액과 에어를 간헐적으로 분사시킬 수 있다. 제어기(130)는 핫스탬핑 공정을 전반적으로 제어하는 제어기에 해당할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 냉각 장치(100)의 작용 예를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 가열된 모재를 상금형(11)과 하금형(12)에 공급하여 성형한 후 상금형(11)과 하금형(12) 내에서 성형품(1)을 급냉시킨 상태를 나타낸다. 이후, 도 3에 도시된 바와 같이, 상금형(11)과 하금형(12)을 이형시킨 후 성형품(1)을 취출 로봇(20)에 의해 취출한다. 이후, 제어기(130)는 이형된 상태로 있는 상금형(11)과 하금형(12) 사이로 이송 로봇(120)에 의해 분사기(111)를 공급한다.
이 상태에서, 제어기(130)는 방청액 공급기(114)와 에어 공급기(115)로부터 노즐 파이프(112)로 방청액과 에어를 공급한다. 그러면, 노즐(113)들로부터 방청액과 에어가 상금형(11)과 하금형(12)으로 동시에 분사된다. 이때, 제어기(130)는 노즐 파이프(112)를 상금형(11)과 하금형(12) 사이에서 이송 로봇(120)에 의해 수평 이송시키면서 노즐(113)들로부터 방청액과 에어를 상금형(11)과 하금형(12)으로 고르게 분사시킬 수 있다. 제어기(130)는 상금형(11)과 하금형(12)이 설정 온도로 낮아질 때까지 방청액과 에어를 상금형(11)과 하금형(12)으로 간헐적으로 분사시킬 수 있다.
그러면, 방청액은 상금형(11)과 하금형(12)의 각 표면에 닿아 증발함에 따라 상금형(11)과 하금형(12)을 냉각시킬 수 있다. 에어는 상금형(11)과 하금형(12)의 각 표면에 달라붙은 산화 스케일을 분사압에 의해 떨어뜨릴 수 있다. 즉, 상금형(11)과 하금형(12)은 방청액과 에어에 의해 냉각되고 세척될 수 있다. 이 과정이 완료되면, 새로운 모재를 가열된 상태로 상금형(11)과 하금형(12)에 공급한다. 이후의 과정들은 전술한 바와 같이 수행될 수 있다.
이와 같이, 상금형(11)과 하금형(12)을 성형품(1) 취출 후 냉각 장치(100)에 의해 냉각시킬 수 있으므로, 상금형(11)과 하금형(12)을 냉각 매체에 의해 냉각시키는 시간을 감소시킬 수 있다. 상술하면, 핫스탬핑 공정에 의해 성형품(1)을 연속적으로 제조할 때, 상금형(11)과 하금형(12)의 온도는 증가하게 되는데, 상금형(11)과 하금형(12)을 냉각 매체로만 냉각시키게 되면, 상금형(11)과 하금형(12)을 냉각시키는 시간이 증가하게 된다.
하지만, 상금형(11)과 하금형(12)으로부터 성형품(1)을 취출한 후 상금형(11)과 하금형(12)을 냉각 장치(100)에 의해 냉각시키게 되면, 다음 성형품 제조시 상금형(11)과 하금형(12)을 냉각 매체에 의해 냉각시키는 시간을 감소시킬 수 있다. 이때, 감소되는 시간은 냉각 장치(100)에 의해 상금형(11)과 하금형(12)을 냉각시키는 시간보다 짧게 되므로, 핫스탬핑 공정에 의해 하나의 성형품을 제조하는데 소요되는 1사이클 타임을 단축할 수 있다. 따라서, 생산성이 향상될 수 있다. 또한, 상금형(11)과 하금형(12)은 각 표면이 세척될 수 있으므로, 수명 저하가 방지될 수 있다.
다른 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 분사기(211)는 노즐 파이프(212)가 복수 개로 구비되어 내부 통로가 서로 통하게 격자 형태로 연결된 구조로 이루어질 수 있다. 노즐 파이프(212)들의 각 상하측에 노즐(213)들이 장착된다. 분사기(211)는 노즐 파이프(212)들이 상금형(11)과 하금형(12) 사이로 공급된 후 이동하지 않은 상태에서, 노즐(213)들로부터 방청액과 에어를 상금형(11)과 하금형(12)으로 고르게 분사할 수 있다. 한편, 노즐 파이프(212)와 노즐(213)들은 다양한 형태로 배치될 수 있으므로, 예시된 바에 한정되지 않는다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
11..상금형
12..하금형
110..분사 유닛
111,211..분사기
112,212..노즐 파이프
113,213..노즐
114..방청액 공급기
115..에어 공급기
120..이송 유닛
130..제어기

Claims (4)

  1. 모재를 가열하고 가열된 모재를 상금형과 하금형에 공급해서 성형한 후 상금형과 하금형 내에서 성형품을 급냉시켜 성형품을 제조하는 핫스탬핑에 사용되는 것으로,
    성형품 취출 후 이형된 상태로 있는 상기 상금형과 하금형 사이로 공급되어 상기 상금형과 하금형으로 방청액과 함께 에어를 동시에 분사하는 분사기와, 상기 분사기로 방청액을 공급하는 방청액 공급기, 및 상기 분사기로 에어를 공급하는 에어 공급기를 구비한 분사 유닛;
    상기 분사기를 이송시켜 상기 상금형과 하금형 사이로 공급하거나 상기 상금형과 하금형 사이로부터 배출시키는 이송 기구; 및
    상기 방청액 공급기와, 에어 공급기, 및 이송 기구를 제어하는 제어기;
    를 포함하는 핫스탬핑용 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분사기는,
    상기 이송 기구에 의해 상기 상금형과 하금형 사이로 공급되는 적어도 하나의 노즐 파이프, 및
    상기 노즐 파이프의 상하측에 각각 복수 개씩 장착되어 상기 노즐 파이프로 공급된 방청액과 에어를 상기 상금형과 하금형으로 동시에 분사하는 노즐들을 포함하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑용 냉각 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노즐 파이프는 복수 개로 구비되어 내부 통로가 서로 통하게 격자 형태로 연결된 것을 특징으로 하는 핫스탬핑용 냉각 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이송 기구는,
    상기 분사기를 핸드에 의해 파지해서 상기 분사기를 이송시키는 이송 로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑용 냉각 장치.
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