KR20160035628A - 초고장력 강판 열처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초고장력 강판 열처리 시스템에 관한 것으로, 트레이(100,100')와 슬라이딩 테이블(200,200'), 고주파 가열기(300,300'), 성형 프레스(400,400') 및 제1,2로봇(500,500',600,600')이 좌우에 회전대칭이 되도록 배치되어 있어 제1로봇(500,500') 2대가 각각 트레이(100,100')에서 슬라이딩 테이블(200,200')로의 강판 투입, 가열된 강판을 투출하여 다시 성형 프레스(400,400')에 투입하는 동작을 교대로 반복하도록 함으로써 4대의 로봇만을 사용하여 2대의 강판 성형 설비를 운용할 수 있게 됨으로써 로봇의 소요대수도 줄여 설비 비용의 최소화 도모 및 공간활용도의 극대화가 가능하다.

Description

초고장력 강판 열처리 시스템 {A System for heating ultra high tensile steel plate}

본 발명은 자동차 차체 등에 사용되는 초고장력 강판을 열처리하기 위한 시스템에 관한 것으로, 상세히는 강판을 소정의 온도로 가열하여 성형 프레스에 투입하여 성형한 후 금형 내부에서 급랭시켜 초고장력 강판을 성형하기 위한 것으로, 2개의 강판 안치대가 구비된 슬라이딩 테이블 상부 측에 고주파 가열기를 고정 설치하고, 이들 슬라이딩 테이블과 고주파 가열기 세트를 좌우에 회전대칭 방향으로 배치하며, 양측 슬라이딩 테이블의 일측에 각각 투입 및 투출용 로봇을 배치하여 트레이에 안치된 강판을 집어올려 슬라이딩 테이블의 강판 안치대에 투입하는 동작과, 고주파 가열기에 의해 가열된 강판을 투출하여 성형 프레스에 투입하는 동작을 교대로 반복함으로써 대기시간의 최소화가 가능하도록 함과 더불어 공간 활용도의 극대화를 도모할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 초고장력 강판은 일반강판을 적용할 경우보다 차량을 경량화시킬 수 있고, 충돌시의 안전성을 향상시킬 수 있으므로, 차량의 연비 향상을 도모하고 운전자를 보호하기 위해 차체에 부분적으로 적용된다. 특히, 운전자 보호를 위한 안전기준이 전 세계적으로 점차 엄격해지고 있는 상황에서 각국의 안전기준을 충족하기 위해서 차체의 샤시 분야에 있어서 초고장력강의 사용범위는 증가하고 있다.

이와 같은 초고장력 강판은 차량 내부의 좌석 공간이 다양한 외부 충격에서도 무너져 들어오는 것을 최대한 방지하도록 다양한 부분에서 사용된다. 차체 제작에 있어 상기 초고장력강의 적용은 예를 들면, 차체의 프런트 필러(A필러), 센터필러(B필러), 사이드 및 프런트 루프레일, 도어빔, 플로워 터널, 크로스맴버 등의 전체 또는 일부분의 재질이 초고장력 강판으로 구성되도록 제작되거나 초고장력강으로 제조된 보강재를 차체에 추가적으로 결합시킴으로써 이루어진다.

차체에 사용되는 초고장력 강판은 일반적으로 보론강(Boron steel)이나 알루미늄 도금 강판을 핫스탬핑(Hot stamping) 공법으로 가공하여 제조된다.

핫스탬핑 공법은 소입성(燒入性, quality of quenching)이 우수한 보론강을 블랭크 상태(열처리 및 프레스 가공을 위해 보론강을 소정의 크기로 절단한 상태)에서 (변태점 이상의) 고열로 가열하여 연성(ductility)을 부여한 후 냉각 채널이 삽입된 금형을 통해 프레스 성형하는 기술로서, 프레스 성형 후 금형 내에서 블랭크를 급속 냉각시킴으로써 인장강도를 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 상술한 바와 같은 자동차용 초고장력 강판을 성형하기 위한 종래의 성형 설비는 선행기술문헌 1 내지 4 등에 예시된 바와 같이 직선형으로 형성된 가열로에 강판을 투입하여 이송시키면서 소정의 온도까지 가열한 후 이를 후속 설치된 성형 프레스에 투입하여 성형하도록 되어 있는바, 이와 같은 인라인형 성형 설비에 있어서는 설비의 전체 길이가 과도하게 길어져 기존 공장 내부에 설치하기 어려워 별도의 공장을 신설하여야 하거나, 필요로 하는 수율을 맞추기 위하여 성형 설비를 여러 대 병렬로 설치하여야 했었으므로 공장 내부의 공간을 효과적으로 활용하지 못하게 되는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-1125069호(2012.03.02.등록) 발명의 명칭: 핫 스탬핑용 가열로 장치 및 블랭크 가열방법 한국등록특허 제10-1278967호(2013.06.20.등록) 발명의 명칭: 핫 스탬핑용 가열장치, 고주파 가열로 및 롤러기구 한국등록특허 제10-1286674호(2013.07.10.등록) 발명의 명칭: 고주파 열간 프레스 장치 한국등록특허 제10-1315491호(2013.09.30.등록) 발명의 명칭: 차량의 센터필러용 보강재의 제조방법

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 비교적 협소한 공간에서도 설치가 가능하며, 한 세트의 설비를 갖고도 기존의 인라인형 성형 설비 여러 대에서 산출되는 수율과 맞먹는 생산성을 갖는 초고장력 강판 열처리 시스템을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 강판을 소정의 온도로 가열하여 성형 프레스에 투입하여 성형한 후 금형 내부에서 급랭시켜 초고장력 강판을 성형하기 위한 것으로, 복수의 강판 안치대가 구비된 슬라이딩 테이블 상부 측에 고주파 가열기를 고정 설치하고, 이들 슬라이딩 테이블과 고주파 가열기 세트를 좌우에 회전대칭 방향으로 배치하며, 양측 슬라이딩 테이블의 일측에 각각 투입 및 투출용 로봇을 배치하여 트레이에 안치된 강판을 집어올려 슬라이딩 테이블의 강판 안치대에 투입하는 동작과, 고주파 가열기에 의해 가열된 강판을 투출하여 성형 프레스에 투입하는 동작을 교대로 반복하도록 한 초고장력 강판 열처리 시스템을 제공한다.

본 발명에 의한 초고장력 강판 열처리 시스템은 좌우에 회전대칭되도록 1쌍의 슬라이딩 테이블 및 고주파 가열기를 배치하고, 로봇에 의해 좌우측의 슬라이딩 테이블에 강판을 투입하거나 가열된 강판을 투출하여 성형 프레스에 투입하도록 되어 있어 기존의 단순 인라인형 성형 설비에서의 대기 시간을 없앨 수 있음은 물론 한 세트의 설비가 기존 설비의 몇 배의 생산성을 발휘함에도 불구하고 공간 점유는 상대적으로 적어 공장 내의 공간 활용도를 극대화할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 의한 초고장력 강판 열처리 시스템의 개략구성을 도시한 평면도,
도 2는 본 발명에 의한 초고장력 강판 열처리 시스템의 개략구성을 도시한 정면도이다.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 4에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 초고장력 강판 열처리 시스템이 도시되어 있는데, 이는 강판(P)이 적치된 2개의 트레이(100,100')와, 상기 각 트레이(100,100')의 전방에 설치되며 상부에 2개의 강판 안치대(210,220)가 구비된 슬라이딩 테이블(200,200')과, 상기 슬라이딩 테이블(200,200') 상부 측에 고정 설치된 고주파 가열기(300,300')와, 상기 고주파 가열기(300,300')에 의해 가열된 강판(P)을 소정의 형태로 성형하기 위한 성형 프레스(400,400')와, 상기 강판(P)을 트레이(100,100')에서 슬라이딩 테이블(200,200')에 투입하고 상기 고주파 가열기(300,300')에 의해 가열된 강판(P)을 슬라이딩 테이블(200,200')에서 투출하여 상기 성형 프레스(400,400')에 투입하기 위한 2대의 제1로봇(500,500')과, 상기 성형 프레스(400,400')에서 성형 완료된 초고장력 강판(P)을 취출하기 위한 2대의 제2로봇(600,600')으로 이루어져 있다.

즉, 본 실시 예에서는 트레이(100,100')와 슬라이딩 테이블(200,200'), 고주파 가열기(300,300'), 성형 프레스(400,400') 및 제1,2로봇(500,500',600,600')이 좌우에 회전대칭이 되도록 배치되어 있어 제1로봇(500,500') 2대가 각각 트레이(100,100')에서 슬라이딩 테이블(200,200')로의 강판 투입, 가열된 강판을 투출하여 다시 성형 프레스(400,400')에 투입하는 동작을 교대로 반복하도록 함으로써 대기 시간의 최소화를 도모할 수 있도록 하여 생산성을 극대화할 수 있도록 되어 있으며, 하나의 제1로봇(500 또는 500')이 각각 슬라이딩 테이블(200,200')로의 강판 투입과, 가열된 강판의 성형 프레스(400,400')에의 투입을 겸하게 됨으로써 기존 인라인형 성형 설비에서는 1대의 설비에서 최소 3대의 로봇(가열기로의 투입용, 성형 프레스로의 투입용, 성형 프레스에서 배출 슈트로의 취출용)이 필요했으나, 본 실시 예에서는 4대의 로봇만을 사용하여 2대의 성형 설비를 운용할 수 있게 됨으로써 로봇의 소요대수도 줄여 설비 비용의 최소화 도모 및 공간활용도의 극대화가 가능한 이점이 있다.

본 실시 예에 의한 열처리 시스템은 슬라이딩 테이블과 로봇 및 성형 프레스의 배치 즉, 레이아웃에 주요한 특징이 있는바, 이를 다른 관점에서 설명하면 아래와 같다.

즉, 본 실시 예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 베이스 프레임(10) 위에 2대의 슬라이딩 테이블(200,200')이 좌우 평행한 상태를 유지하도록 배치되되, 서로 회전 대칭 상태 즉, 도 1의 평면도에서 파악되는 바와 같이 슬라이딩 테이블의 앞,뒤가 반대 방향을 향하도록 배치되어 있으며, 양측의 슬라이딩 테이블(200,200')은 유압 또는 공압 실린더로 이루어진 액추에이터(20,20')에 의해 전,후 방향으로 슬라이딩 동작이 이루어질 수 있도록 되어 있고, 상기 슬라이딩 테이블(200,200')의 상부에는 전,후 방향으로 2개의 강판 안치대(210,220)가 설치되어 있다.

또, 상기 양측 슬라이딩 테이블(200,200')의 상부 측에는 상기 강판 안치대(210,220) 위에 안치된 강판을 소정의 온도로 가열하기 위한 고주파 가열기(300,300')가 고정 설치되어 있어 슬라이딩 테이블(200,200')을 전후로 슬라이딩 시키는 것에 의해 강판 안치대(210,220) 상에 안치된 강판을 교대로 가열시킬 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 양측 슬라이딩 테이블(200,200')의 전방에는 각각 열처리를 요하는 강판(P)이 적치된 트레이(100,100')가 각각 배치되어 있고, 양측 슬라이딩 테이블(200,200')의 후방에는 상기 트레이(100,100')에 적치된 강판(P)을 슬라이딩 테이블(200,200') 위의 강판 안치대(210,220)에 투입하고, 강판 안치대(210,220)에 안치된 상태에서 고주파 가열기(300,300')에 의해 가열된 강판(P)을 성형 프레스(400,400')에 투입하기 위한 제1로봇(500,500')이 각각 배치되어 있다.

이를 다시 설명하면, 도 2에서 하부 측에 위치한 제1로봇(500)은 좌측의 슬라이딩 테이블(200)에 강판(P)을 투입하는 작업과, 우측의 슬라이딩 테이블(200')에서 가열된 강판(P)을 우측의 성형 프레스(400')에 투입하는 작업을 수행하고, 상부 측에 위치한 제1로봇(500')은 우측의 슬라이딩 테이블(200')에 강판(P)을 투입하는 작업과, 좌측의 슬라이딩 테이블(200)에서 가열된 강판(P)을 좌측의 성형 프레스(400)에 투입하는 작업을 수행함으로써 2대의 로봇이 좌,우측의 슬라이딩 테이블 전,후측에서 강판의 투입과 투출을 교대로 반복하는 것에 의해 기존의 인라인형 설비에서 가열로로의 강판 투입용과 투출용 로봇이 각각 배치되었던 것과 대비할 때 로봇의 소요 대수도 절감하는 것은 물론 로봇이 아무런 작업을 하지 않고 대기하던 시간을 최소화함으로써 설비 운용의 효율성을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

한편, 상기 고주파 가열기(300,300')는 슬라이딩 테이블(200,200')의 상부 측에 슬라이딩 테이블(200,200') 위의 강판 안치대(210,220)에 안치된 강판(P)과 근접된 상태에서 전기가 공급되어 강판(P)을 단시간 내에 소정의 온도가 되도록 가열하게 된다.

도면 중 부호 30,30'은 상기 액추에이터(20,20')와 평행하게 배치된 가이드 레일로, 슬라이딩 테이블(200,200')의 슬라이딩 동작을 안정적으로 가이드 하게 된다.

한편, 본 실시 예에서 상기 성형 프레스(400)는 금형(410,420) 내부에 냉매 순환 라인(도시 생략됨)이 구비되어 상,하 금형(410,420)이 형합(closed)된 상태에서 냉매가 공급되어 열간 성형 후 급랭이 이루어질 수 있도록 열처리가 이루어지게게 된다.

상술한 실시 예에 의한 초고장력 강판 열처리 시스템에서는 좌우에 회전대칭되도록 1쌍의 슬라이딩 테이블 및 고주파 가열기를 배치하고, 로봇에 의해 좌우 측의 슬라이딩 테이블에 강판을 투입하거나 가열된 강판을 투출하여 성형 프레스에 투입하도록 되어 있어 기존의 인라인형 설비에서 가열로로의 강판 투입용과 투출용 로봇이 각각 배치되었던 것과 대비할 때 로봇의 소요 대수도 절감하는 것은 물론 로봇이 아무런 작업을 하지 않고 대기하던 시간을 최소화함으로써 설비 운용의 효율성을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

10 : 베이스 프레임
20,20' : 액추에이터
30,30' : 가이드 레일
100,100' : 트레이
200,200' : 슬라이딩 테이블
210,220 : 강판 안치대
300,300' : 고주파 가열기
400,400' : 성형 프레스
410,420 : 금형
500,500' : 제1로봇
600,600' : 제2로봇
P : 강판

Claims (3)

1. 강판(P)이 적치된 2개의 트레이(100,100')와, 상기 각 트레이(100,100')의 전방에 설치되며 상부에 2개의 강판 안치대(210,220)가 구비된 슬라이딩 테이블(200,200')과, 상기 슬라이딩 테이블(200,200') 상부 측에 고정 설치된 고주파 가열기(300,300')와, 상기 고주파 가열기(300,300')에 의해 가열된 강판(P)을 소정의 형태로 성형하기 위한 성형 프레스(400,400')와, 상기 강판(P)을 트레이(100,100')에서 슬라이딩 테이블(200,200')에 투입하고 상기 고주파 가열기(300,300')에 의해 가열된 강판(P)을 슬라이딩 테이블(200,200')에서 투출하여 상기 성형 프레스(400,400')에 투입하기 위한 2대의 제1로봇(500,500')과, 상기 성형 프레스(400,400')에서 성형 완료된 초고장력 강판(P)을 취출하기 위한 2대의 제2로봇(600,600')을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고장력 강판 열처리 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   트레이(100,100')와 슬라이딩 테이블(200,200'), 고주파 가열기(300,300'), 성형 프레스(400,400') 및 제1,2로봇(500,500',600,600')이 좌우에 회전대칭이 되도록 배치되어 제1로봇(500,500') 2대가 각각 트레이(100,100')에서 슬라이딩 테이블(200,200')로의 강판 투입, 가열된 강판을 투출하여 다시 성형 프레스(400,400')에 투입하는 동작을 교대로 반복하도록 된 것을 특징으로 하는 초고장력 강판 열처리 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 성형 프레스(400,400')는 금형 내부에 냉매 순환 라인이 구비되어 상,하 금형이 형합된 상태에서 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고장력 강판 열처리 시스템.

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