KR20160003945A - 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블랭킹 소재를 가열하기 위한 가열 수단으로서 고주파 열처리 장치를 이용함으로써, 블랭킹 소재를 짧은 시간에 원하는 온도로 가열하여 핫 스탬핑에서 프레싱 가공할 수 있으므로 구조가 간단하면서 제작이 쉽고 특히 가열 시간을 줄여 생산성을 향상할 수 있게 한 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 열처리하고자 하는 블랭킹 소재에 대하여 그 표면 전체·일부 또는 국부적으로 가열할 수 있게 고주파 열처리 장치를 구성함으로써, 열처리가 필요한 곳에 열처리할 수 있게 하여 전체 크기를 줄이면서도 생산성을 향상할 수 있게 한 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 하나의 고주파 열처리 장치를 통해 블랭킹 소재의 표면 전체와 일부 그리고 국부적으로 선택하여 가열할 수 있게 구성함으로써, 하나의 고주파 열처리 장치로 블랭킹 소재를 원하는 곳에 가열하여 사용할 수 있게 한 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

Description

고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치{FORMING APPARATUS USING INDUCTION HARDENING AND HOT STAMPING}

본 발명은 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블랭킹 소재의 가열 장치로서 고주파 열처리 방식을 채택함으로써, 품질과 생산성을 향상할 수 있을 뿐만 아니라 블랭킹 소재의 원하는 부분에 대하여 열처리를 할 수 있게 하여 제품의 특성에 따라 부분 열처리나 국부 열처리를 할 수 있게 한 것이다.

일반적으로 강판은 그 자체로서 소정의 강도를 가지나 구조적 강성이 약하므로 다양한 형태로 접거나 덧대는 작업을 통해 원하는 강도의 부품을 얻는다. 이때, 강판을 성형하기 위해서 많이 사용하는 기법의 하나로 스탬핑(Stamping)을 예로 들 수 있다. 스탬핑은 요철(凹凸)이 가공된 상형과 하형 사이에 판금(강판)을 넣고 상형과 하형 사이에 소정의 압력을 가하여 판금 표면에 요철의 형상을 찍어내는 가공방법을 말하는 데, 크게 콜드 스탬핑(Cold Stamping)과 핫 스탬핑(Hot Stamping)으로 구분할 수 있다.

여기서, 콜드 스탬핑은 제조 부품의 안전과 충돌 성능 등을 높이려고 강판 두께의 증가나 덧대는 별도의 보강 부품이 필요하다. 핫 스탬핑은 판금(강판)을 고온으로 가열한 상태에서 프레스 성형과 함께 냉각하므로 1500Mpa 이상의 고강도 경량 부품을 단순 공정으로 비교적 손쉽게 제조할 수 있다. 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에는 가열로와 핫 스탬핑을 이용한 성형 장치가 개시된다.

특허문헌 1은 핫 스탬핑 소재 가열용 가열로 및 그 가열로가 구비된 가열 장치에 관한 것으로서, 자동차의 연비 개선의 목적으로 하는 고온 상태에서 성형하여 자동차 부품을 생산하기 위한 강판을 신속하게 가열할 수 있는 핫 스탬핑 소재 가열용 가열로 및 그 가열로가 구비된 가열 장치에 관한 것이다.

특허문헌 2는 가열된 블랭크 소재를 프레스 금형을 이용하여 성형함과 동시에 냉각하여 고강도의 부품을 제조하는 핫 스탬핑 성형을 위한 핫 스탬핑 블랭크 국부 가열 장치에 관한 것으로, 블랭크 소재를 국부적으로 온도 편차를 가지도록 가열한 후 성형함으로써 국부 연화 핫 스탬핑 부품을 제조할 수 있도록 한 핫 스탬핑 블랭크 국부 가열 장치에 관하여 개시한다.

이런 기존의 가열로와 핫 스탬핑 방식의 성형 장치는, 도 1과 같이, 롤(R)에 감긴 소재(강판)를 커터(C)로 미리 정한 크기로 절단한 다음 블랭킹 공정을 통해 블랭크 소재(W)를 가공하고, 가열로(H)에서 미리 정한 온도로 블랭크 소재(W)를 가열한다. 가열한 블랭크 소재(W)는 핫 스템핑(S)을 통해 제품(A)의 형상대로 프레스 가공한 다음 냉각하여 완제품을 만든다.

하지만, 이런 기존의 가열로와 핫 스탬핑 방식을 통한 성형 장치는 다음과 같은 문제가 있다.

(1) 가열로를 이용하여 블랭크 소재를 가열하는 데 많은 시간이 걸린다. 이는 결과적으로 완제품을 생산하는 데 따른 생산 시간이 길어지므로 생산성을 떨어뜨린다.

(2) 특히, 가열로는 블랭크 소재의 표면이 노 내부에 노출한 상태에서 가열해야 하므로 가열로를 밀폐된 형태로 제작하는 경우가 많다. 이는 가열로의 크기가 가열에 필요한 공간 이상으로 제작해야 하므로 성형 장치의 전체 크기가 커진다.

(3) 이는 성형 장치를 제작하는 데에도 큰 비용이 들뿐만 아니라 성형 장치를 장착하기 위해서도 큰 장착 공간을 차지하므로 초기 설비 비용이 많이 요구된다.

(4) 때에 따라 블랭크 소재를 일부만 가열하거나 국부적으로 가열할 필요가 있는 데, 기존의 가열로는 가열 부분을 가열로 내부에 노출해야 하므로 이에 맞게 가열로를 제작하는 데 어려움이 있다.

(5) 특히, 국부나 부분적인 가열을 위한 가열로를 제작하는 데 블랭크 소재 전체를 감싸는 형태로 성형 장치를 제작해야 하므로 불필요하게 성형 장치가 커지는 문제가 발생한다.

한국등록특허 제0907265호 (등록일 : 2009.07.03) 한국등록특허 제1376412호 (등록일 : 2014.03.13)

본 발명은 이러한 점을 고려하여 발명한 것으로, 블랭킹 소재를 가열하기 위한 가열 수단으로서 고주파 열처리 장치를 이용함으로써, 블랭킹 소재를 짧은 시간에 원하는 온도로 가열하여 핫 스탬핑에서 프레싱 가공할 수 있으므로 구조가 간단하면서 제작이 쉽고 특히 가열 시간을 줄여 생산성을 향상할 수 있게 한 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 열처리하고자 하는 블랭킹 소재에 대하여 그 표면 전체·일부 또는 국부적으로 가열할 수 있게 고주파 열처리 장치를 구성함으로써, 열처리가 필요한 곳에 열처리할 수 있게 하여 전체 크기를 줄이면서도 생산성을 향상할 수 있게 한 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 하나의 고주파 열처리 장치를 통해 블랭킹 소재의 표면 전체와 일부 그리고 국부적으로 선택하여 가열할 수 있게 구성함으로써, 하나의 고주파 열처리 장치로 블랭킹 소재를 원하는 곳에 가열하여 사용할 수 있게 한 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치는, 미리 정한 형태로 절단한 블랭킹 소재(W)를 가열하기 위한 가열 수단(10) 및 이 가열 수단(10)으로 가열한 블랭킹 소재(W)를 핫 스탬핑(S)을 이용하여 미리 정한 형태로 프레스 성형한 다음, 냉각하여 고강도의 부품을 성형하는 성형장치에 있어서, 상기 가열 수단(10)은 고주파 열처리 장치인 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 가열 수단(10)은 블랭킹 소재(W)에 대하여 전체 면적을 열처리하거나 부분적으로 열처리하거나 국부적으로 선택하여 열처리할 수 있게 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열 수단(10)은 블랭킹 소재(W)에 대하여, 전체 면적을 한 번에 열처리할 수 있는 가열 수단이거나, 부분적으로 열처리할 수 있는 가열 수단이거나, 국부적으로 열처리할 수 있는 가열 수단인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 블랭킹 소재를 가열하는 데 고주파 열처리 장치로 가열하므로 짧은 시간에 원하는 부분에 대하여 원하는 온도로 가열할 수 있다.

(2) 이에 블랭킹 소재를 빨리 가열할 수 있어 성형 작업에 따른 작업 효율을 향상할 수 있다.

(3) 특히, 고주파 열처리 장치의 구조가 간단하여 쉽고 저비용으로 제작하여 사용할 수 있다.

(4) 그리고, 고주파 열처리 장치는 가열하려고 하는 블랭킹 소재의 표면에 대하여 다양한 형태로 제작하여 사용할 수 있다. 즉, 고주파 열처리 장치를 블랭킹 소재의 표면 전체에 대하여 열처리할 수 있게 제작하거나, 일부분 또는 국부적으로 열처리할 수 있게 제작하여 사용할 수 있다.

(5) 게다가, 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치는, 블랭킹 소재의 표면에 대하여 전체 표면과 일부 그리고 국부적으로 선택하여 가열할 수 있게 구성함으로써, 하나의 블랭킹 소재에 대하여 여러 가지 형태로 원하는 부분에 대한 열처리를 선택적으로 쉽게 할 수 있다.

(6) 마지막으로, 고주파 열처리 장치를 간단하고 작게 제작할 수 있으므로 본 발명에 따른 성형 장치의 전체 크기를 줄일 수 있어 설치 공간에 대한 공간 활용도를 향상할 수 있다.

도 1은 기존 가열로와 핫 스탬핑을 이용한 성형 장치의 전체 구성을 보여주기 위한 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형 장치의 전체 구성을 보여주기 위한 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 가열 수단인 고주파 열처리 장치(유도 코일)의 한가지 예를 보여주기 위한 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 가열 수단인 고주파 열처리 장치(유도 코일)의 다른 예를 보여주기 위한 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 가열 수단인 고주파 열처리 장치(유도 코일)의 또 다른 예를 보여주기 위한 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 가열 수단인 고주파 열처리 장치(유도 코일)를 보여주기 위한 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 실시예 1에 따른 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치는, 도 2 내지 도 5와 같이, 블랭킹 소재(W)를 가열 수단(10)으로 가열하고, 가열한 블랭킹 소재(W)를 핫 스탬핑(S)으로 원하는 형태로 프레스 가공하여 성형하되, 이때의 가열 수단(10)으로서 고주파 열처리 장치를 이용한 것이다.

특히, 고주파 열처리 장치는 가열하고자 하는 블랭킹 소재(W)의 형상에 알맞게 다양한 형태로 쉽게 제작할 수 있고, 단시간에 원하는 가열 온도로 블랭킹 소재(W)를 가열할 수 있어 작업 효율을 향상할 수 있다.

이하, 이러한 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 성형 장치는, 도 2와 같이, 롤러(R)에 감긴 판재를 커터(C)로 미리 정한 크기로 절단한 다음 블랭킹 공정을 수행한 블랭킹 소재(W)를 가열 수단(10)으로 가열한 다음, 핫 스탬핑(S)으로 프레싱 가공한 뒤에 냉각하여 고강도의 부품(A)을 성형한다.

여기서, 커터(C)는 강판과 같은 판재를 프레스 가공하기 위한 부품의 크기를 고려하여 미리 정한 크기로 절단하기 위한 통상의 기술을 이용한다. 또한, 블랭킹 소재(W)는 이렇게 절단한 판재를 블랭킹(Blanking) 가공한 소재로서, 펀칭과 같이 판재에서 분리한 부분이나 반대로 판재에서 펀칭하고 남은 스트랩 부분일 수도 있다.

또한, 핫 스탬핑(S)은, 도 2와 같이, 미리 정한 온도로 가열한 블랭킹 소재(W)를 금형에 넣고 프레스로 성형한 뒤 금형 내에서 급속 냉각하는 통상의 기술로 제작한 장치를 말한다. 이러한 핫 스탬핑(S)은 블랭킹 소재(W)를 인장 강도 150kg/㎟ 이상의 초고강력 강으로 만들 수 있고 복잡한 형태로 가공할 수 있으며, 우수한 치수정밀도로 가공할 수 있다.

한편, 본 발명에 따라 블랭킹 소재(W)를 가열하기 위한 가열 수단(10)으로는, 도 1과 같이, 고주파 열처리 장치를 이용한다. 고주파 열처리는 강(鋼)의 기계적 성질을 향상 및 개선하기 위해 강 표층에 유도전류를 가하여 가공품 표면에 국부적인 열을 발생시키는 통상의 기술로 제작한 고주파 증폭장치를 말한다. 이러한 고주파 열처리 장치는 유도 코일 내에 열처리하고자 하는 대상물을 집어넣거나 접촉하게 하여 가열하는 데, 이때 그 대상물에 따라 유도 코일을 다양한 형태로 제작하여 사용할 수 있다.

즉, 도 3과 같이 블랭킹 소재(W)의 한 면 전체에 대하여 가열할 수 있는 유도 코일(10a) 형태로 제작할 수도 있고, 도 4와 같이 블랭킹 소재(W)의 한 면의 일부분에 대하여 가열할 수 있는 유도 코일(10b) 형태로 제작할 수도 있으며, 도 5와 같이 블랭킹 소재(W)의 테두리 부분과 같이 국부적으로 가열할 수 있도록 유도 코일(10c) 형태로 제작할 수도 있다. 도 3 내지 도 5에서 해칭한 부분은 각 유도 코일(10a,10b,10c)로 가열한 부분을 나타낸다.

여기서, 상기 각 유도 코일(10a,10b,10c)은 블랭킹 소재(W)의 한 면과 접하는 형태로 제작한 것을 예로 보여주고 있으나, 유도 코일 내에 블랭킹 소재(W)를 끼운 다음 열처리할 수 있게 구성할 수도 있음은 이 분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

이처럼 이루어진 본 발명에 따른 성형 장치는 구조가 간단하여 쉽게 원하는 형태로 제작할 수 있는 고주파 열처리 장치를 가열 수단으로 사용함으로써, 짧은 시간에 블랭킹 소재를 원하는 온도로 가열할 수 있어 작업 효율을 향상할 수 있다.

특히, 본 발명은 이러한 고주파 열처리 장치에서 실질적으로 발열 작용을 하는 유도 코일을 다양한 형태로 구성함으로써, 완제품의 형상이나 가열이 필요한 부분에 대하여 원하는 부분을 쉽고 신속하게 가열할 수 있다.

본 발명의 실시예 2에 따른 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치는, 도 6과 같이, 고주파 열처리 장치를 구성하는 유도 코일(10d)의 구성에서 차이가 있다. 이에, 여기서는 실시예 1과 비교하여 같은 구성에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략하고, 유도 코일(10d)에 대해서만 설명한다.

실시예 2는, 도 6과 같이, 가열 수단(10)으로 이용하는 고주파 열처리 장치로서 구성하는 유도 코일(10d)를 여러 개로 나눈 형태로 구성한다. 예를 들어서, 도 6과 같이, 세 개의 유도 코일(10d)로 나눈 형태로 구성함으로써, 블랭킹 소재(W)에 따라 필요한 부분에 대해서만 가열할 수 있다. 즉, 표면 전체에 대하여 가열하고자 할 때는 세 개의 유도 코일(10d)을 모두 사용하고, 부분적으로 가열할 때는 그 가열 위치에 알맞게 세 개의 유도 코일(10d) 중에서 선택하여 가열하게 한다.

따라서, 본 발명의 실시예 2에 따른 성형 장치는 하나의 가열 수단(10)을 가지고 필요에 따라 다른 부분을 가열하여 다른 강성을 가진 완제품을 얻을 수 있게 한 것이다.

10 : 가열 수단
10a, 10b, 10c, 10d : 유도 코일

Claims (3)

1. 미리 정한 형태로 절단한 블랭킹 소재(W)를 가열하기 위한 가열 수단(10) 및 이 가열 수단(10)으로 가열한 블랭킹 소재(W)를 핫 스탬핑(S)을 이용하여 미리 정한 형태로 프레스 성형한 다음, 냉각하여 고강도의 부품을 성형하는 성형장치에 있어서,
   상기 가열 수단(10)은 고주파 열처리 장치인 것을 특징으로 하는 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가열 수단(10)은 블랭킹 소재(W)에 대하여 전체 면적을 열처리하거나 부분적으로 열처리하거나 국부적으로 선택하여 열처리할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가열 수단(10)은 블랭킹 소재(W)에 대하여, 전체 면적을 한번에 열처리할 수 있는 가열 수단이거나, 부분적으로 열처리할 수 있는 가열 수단이거나, 국부적으로 열처리할 수 있는 가열 수단인 것을 특징으로 하는 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치.

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