KR20180017257A - 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템 - Google Patents

고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템은 작업대; 상기 작업대의 일부에 배치되어 막대 형상을 가진 금속 재료를 유도 가열하여 열처리하는 유도 가열 열처리 장치; 상기 유도 가열 열처리 장치의 일 측에 배치되어 상기 금속 재료를 상기 유도 가열 열처리 장치로 안내하는 금속 재료 안내 장치; 및 상기 유도 가열 열처리 장치의 타 측에 배치되어 조오를 이용하여 상기 금속 재료을 잡아 이송하는 금속 재료 이송 장치를 포함한다.

Description

고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템{System for heat treatment using high frequency magnetic field}
본 발명은 열처리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 재료에 고주파 자기장을 인가하여 재료를 열처리하는 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 길이가 긴 파이프, 봉과 같은 막대 형상의 재료에 대해서 경도, 강도와 같은 기계적 성질을 향상시키거나 설계된 형상으로 성형을 위하여 열처리하는 경우가 있다. 열처리 방법에는 다양한 방법이 있다. 막대 형상을 가진 재료의 경우 재료를 일정한 속도로 이송하면서 표면에 화염을 분사하거나 고주파 자기장을 인가하여 열처리 하는 열처리 방법이 있다.
한편, 한국공개특허공보 제10-2003-0060217호에 고주파 자기장을 인가하여 열처리하는 종래의 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템의 일례가 개시되어 있다.
이하, 종래의 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 고주파를 이용한 열처리 장치(1)는 구동장치(3)에 의해 작동하는 제 1 안내 수단(11)으로 막대 형상을 가진 재료(21)를 지면에 대해 수평으로 진행되어 워크 코일(31)로 안내되게 하고, 재료(21)가 워크 코일(31)을 통과하는 동안 열처리되게 하고, 열처리된 재료(21)를 제 2 안내 수단(41)으로 계속 진행되게 함으로써, 재료(21)의 표면 전체를 한 번에 열처리한다.
한편, 종래의 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템(1)의 제1 안내 수단(11)은 롤러를 이용하여 막대 형상을 가진 재료(21)를 이송한다.
그런데 재료(21)의 직경이 작은 경우에는 제1 안내 수단(11)의 롤러의 표면과 재료(21)의 표면의 접촉 면적이 작아, 재료(21)가 제1 안내 수단(11)의 롤러에서 미끄러질 수 있다.
이에 따라, 재료(21)가 제1 안내 수단(11)의 롤러에서 미끄러지는 경우, 재료(21)가 가속도 운동(accelerated motion)으로 이송됨으로써, 재료(21)가 불균일하게 열처리되는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2003-0060217호(공개일자: 2003년07월16일)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 재료의 직경이 작은 경우에도 재료가 등속 운동으로 이송되게 함으로써, 재료가 균일하게 열처리될 수 있게 하는 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템은 작업대; 작업대의 일부에 배치되어 막대 형상을 가진 금속 재료를 유도 가열하여 열처리하는 유도 가열 열처리 장치; 유도 가열 열처리 장치의 일 측에 배치되어 금속 재료를 유도 가열 열처리 장치로 안내하는 금속 재료 안내 장치; 및 유도 가열 열처리 장치의 타 측에 배치되어 조오를 이용하여 금속 재료를 잡아 이송하는 금속 재료 이송 장치를 포함한다.
여기서, 유도 가열 열처리 장치는, 워킹 코일이 설치되고, 냉각수 유로가 형성되고, 금속 재료가 통과하는 통과 홀이 형성된 워킹 코일 본체; 통과 홀의 내주 면에 형성되어 냉각수 유로를 흐르는 냉각수를 분사하는 복수의 노즐; 외부에서 냉각수를 공급 받아 냉각수 유로에 공급하는 냉각수 공급관; 및 외부에서 고주파 교류 전원을 인가 받아 워킹 코일에 인가하는 전극을 포함할 수 있다.
또한, 금속 재료 이송 장치는, 작업대에 설치되는 레일; 레일을 따라 이동 가능한 이동 대차; 이동 대차를 이동시키기 위한 구동 장치; 이동 대차의 상면에 결합되는 주축대; 주축대에 회전 가능하게 결합되고 회전 축을 중심으로 방사상으로 형성되는 슬라이딩 홈이 형성된 척 바디; 및 슬라이딩 홈에 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩 부와 슬라이딩 부의 외측으로 돌출되어 금속 재료의 외면을 지지하기 위한 지지부를 포함한 복수의 조오를 포함할 수 있다.
이때, 복수의 조오들이 금속 재료를 잡은 경우 복수의 조오 각각의 지지부들이 이루는 외경은 유도 가열 열처리 장치의 통과 홀의 내경보다 작을 수 있다.
한편, 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템은 유도 가열 열처리 장치의 타 측에 배치되어 금속 재료 이송 장치에 의해 이송된 금속 재료를 지지하는 보조 금속 재료 안내 장치를 더 포함하고, 보조 금속 재료 안내 장치는, 금속 재료가 이송되는 경로의 일 측에 일렬로 배치되는 제3 롤러; 제3 롤러와 쌍을 이루며 금속 재료 이송되는 경로의 타 측에 일렬로 배치되는 제4 롤러; 상부에 제3 및 제4 롤러가 회전 가능하게 결합된 보조 안내 장치 롤러 지지대; 작업대에 결합되어 보조 안내 장치 롤러 지지대를 승강시키는 승강 부재; 승강 부재의 일 측에 배치되어 상 측에 금속 재료 이송 장치의 유무를 감지하는 금속 재료 이송 장치 감지 센서; 및 금속 재료 이송 장치 감지 센서가 금속 재료 이송 장치의 없음을 감지하면 승강 부재를 제어하여 보조 안내 장치 롤러 지지대를 상승시키는 제어 부를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 고주파 열처리 장치에 의하면, 재료의 직경이 작은 경우에도 재료가 등속 운동으로 이송되어 재료가 균일하게 열처리될 수 있게 된다.
도 1은 종래의 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 가열 열처리 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 재료 안내 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 재료 이송 장치의 척 바디와 복수의 조오를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 재료 이송 장치의 척 바디와 복수의 조오를 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보조 금속 재료 안내 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보조 금속 재료 안내 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템을 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 가열 열처리 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 재료 안내 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 재료 이송 장치의 척 바디와 복수의 조오를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 재료 이송 장치의 척 바디와 복수의 조오를 나타낸 측면도이다.
도 2내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템(100)는 작업대(200), 작업대(200)의 일부에 배치되어 막대 형상을 가진 금속 재료(M)를 유도 가열하여 열처리하는 유도 가열 열처리 장치(300), 유도 가열 열처리 장치(300)의 일 측에 배치되어 금속 재료(M)를 유도 가열 열처리 장치(300)로 안내하는 금속 재료 안내 장치(400) 및 유도 가열 열처리 장치(200)의 타 측에 배치되어 조오(jaw)(550)를 이용하여 금속 재료(M)을 잡아 이송하는 금속 재료 이송 장치(500)를 포함할 수 있다.
작업대(200)는 상면에 유도 가열 열처리 장치(300), 금속 재료 안내 장치(400) 및 금속 재료 이송 장치(400)가 안정적으로 설치될 수 있게 하기 위해 널판지 또는 테이블로 구현될 수 있다.
유도 가열 열처리 장치(300)는 내부에 도면에 도시 되지 않은 워킹 코일이 설치되며 도면에 도시 되지 않은 냉각수 유로가 형성되고 금속 재료(M)가 통과하는 통과 홀(340)이 형성된 워킹 코일 본체(310), 통과 홀(340)의 내주 면에 형성되어 냉각수 유로를 흐르는 냉각수를 분사하는 복수의 노즐(350), 외부에서 냉각수를 공급 받아 냉각수 유로에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(360) 및 외부에서 고주파 교류 전원을 인가 받아 워킹 코일에 인가하는 전극(371, 372)를 포함할 수 있다. 이러한 유도 가열 열처리 장치(300)는 금속 재료(M)가 통과 홀(340)을 통과하는 경우, 금속 재료(M)에 워킹 코일을 이용하여 고주파 자기장을 인가하여 통과 홀(340)을 통과하는 금속 재료(M)에서 와전류 손실(eddy current loss)과 히스테리시스 손실(hysteresis loss)에 의한 열이 발생하게 함으로써, 금속 재료(M)를 가열한다. 그리고 유도 가열 열처리 장치(300)는 복수의 노즐(350)을 이용하여 통과 홀(340)을 통과한 금속 재료(M)에 분사하여 금속 재료(M)을 냉각시킨다. 이에 따라, 통과 홀(340)을 통과한 금속 재료(M)가 열처리 된다.
금속 재료 안내 장치(400)는 금속 재료(M)가 이송되는 경로(P)의 일 측에 일렬로 배치되는 제1 롤러(410), 제1 롤러(410)와 쌍을 이루며 금속 재료(M)가 이송되는 경로(P)의 타 측에 일렬로 배치되는 제2 롤러(420) 및 상부는 제1 및 제2 롤러(410, 420)가 회전 가능하게 결합되고 하부는 작업대(200)에 결합되는 롤러 지지대(430)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 롤러(410) 및 제2 롤러(420)는 제1 롤러(410) 및 제2 롤러(420)의 회전축(S)이 금속 재료(M)가 이송되는 경로(P)의 법선(PX)에 대해 대략 45ㅀ로 경사지도록 배치될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 금속 재료 안내 장치(400)는, 제1 롤러(410) 및 제2 롤러(420)에 금속 재료(M)가 안치된 상태에서 금속 재료(M)가 유도 가열 열처리 장치(300)로 이송되는 경우, 금속 재료(M)가 유도 가열 열처리 장치(300)로 안정적으로 이송되도록, 금속 재료(M)를 안내한다. 그리고 금속 재료 안내 장치(400)는 복수 개로 이루어질 수 있다.
금속 재료 이송 장치(500)는 작업대(200)에 설치되는 레일(510), 레일(510)을 따라 이동 가능한 이동 대차(520), 이동 대차(520)를 이동시키기 위한 구동 장치(560), 이동 대차(520)의 상면에 결합되는 주축대(530), 주축대(530)에 회전 가능하게 결합되고 회전 축(RS)을 중심으로 방사상으로 형성되는 슬라이딩 홈(541)이 형성된 척 바디(540) 및 슬라이딩 홈(541)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩 부(551)와 슬라이딩 부(551)의 외측으로 돌출되어 금속 재료(M)의 외면을 지지하기 위한 지지부(552)를 포함한 복수의 조오(550)를 포함할 수 있다. 이러한 금속 재료 이송 장치(500)는, 복수의 조오(550) 각각의 지지부(552)들 사이에 금속 재료(M)가 위치한 상태에서 복수의 조오(550) 각각이 회전 축(RS) 쪽으로 슬라이딩되어 고정되게 하고, 금속 재료(M)를 잡은 상태에서 이동 대차(520)가 이동하게 함으로써, 금속 재료(M)을 이송한다.
한편, 도 6에서 도시되는 바와 같이, 복수의 조오(550)들이 금속 재료(M)을 금속 재료(M)을 잡은 경우 복수의 조오(550) 각각의 지지부(552)들이 이루는 외경(D1)은 유도 가열 열처리 장치(300)의 통과 홀(340)의 내경(D2)보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라, 금속 재료 이송 장치(500)는 금속 재료(M)가 통과 홀(340)을 통과하기 전부터 금속 재료(M)을 잡아 이송할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보조 금속 재료 안내 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보조 금속 재료 안내 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템(100)는 유도 가열 열처리 장치(300)의 타 측에 배치되어 금속 재료 이송 장치(500)에 의해 이송된 금속 재료(M)를 지지하는 보조 금속 재료 안내 장치(600)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 보조 금속 재료 안내 장치(600)는 금속 재료(M)가 이송되는 경로(P)의 일 측에 일렬로 배치되는 제3 롤러(610), 제3 롤러(610)와 쌍을 이루며 금속 재료(M)가 이송되는 경로(P)의 타 측에 일렬로 배치되는 제4 롤러(620), 상부에 제3 및 제4 롤러(610, 620)가 회전 가능하게 결합된 보조 안내 장치 롤러 지지대(630), 작업대(200)에 결합되어 보조 안내 장치 롤러 지지대(630)을 승강시키는 승강 부재(640), 승강 부재(640)의 일 측에 배치되어 상 측에 금속 재료 이송 장치(500)의 유무를 감지하는 금속 재료 이송 장치 감지 센서(650) 및 금속 재료 이송 장치 감지 센서(650)가 금속 재료 이송 장치의 있음을 감지하면 승강 부재(640)를 제어하여 보조 안내 장치 롤러 지지대(630)를 하강시키고, 금속 재료 이송 장치 감지 센서(650)가 금속 재료 이송 장치의 없음을 감지하면 승강 부재(640)를 제어하여 보조 안내 장치 롤러 지지대(630)를 상승시키는 제어 부(660)를 포함할 수 있다.
승강 부재(640)는 일반적으로 알려진 전동 유압 승강 장치로 구현되고, 금속 재료 이송 장치 감지 센서(650)는 일반적으로 알려진 근접센서와 같이 물건을 감지할 수 있는 센서로 구현될 수 있다.
상기와 같은 보조 금속 재료 안내 장치(600)는 열처리된 금속 재료(M)가 처져서 변형되는 것을 방지한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템
200: 작업대
300: 유도 가열 열처리 장치
400: 금속 재료 안내 장치
500: 금속 재료 이송 장치
600: 보조 금속 재료 안내 장치

Claims (5)

  1. 작업대;
    상기 작업대의 일부에 배치되어 막대 형상을 가진 금속 재료를 유도 가열하여 열처리하는 유도 가열 열처리 장치;
    상기 유도 가열 열처리 장치의 일 측에 배치되어 상기 금속 재료를 상기 유도 가열 열처리 장치로 안내하는 금속 재료 안내 장치; 및
    상기 유도 가열 열처리 장치의 타 측에 배치되어 조오를 이용하여 상기 금속 재료를 잡아 이송하는 금속 재료 이송 장치를 포함하는 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열 열처리 장치는,
    워킹 코일이 설치되고, 냉각수 유로가 형성되고, 상기 금속 재료가 통과하는 통과 홀이 형성된 워킹 코일 본체;
    상기 통과 홀의 내주 면에 형성되어 상기 냉각수 유로를 흐르는 냉각수를 분사하는 복수의 노즐;
    외부에서 냉각수를 공급 받아 상기 냉각수 유로에 공급하는 냉각수 공급관; 및
    외부에서 고주파 교류 전원을 인가 받아 상기 워킹 코일에 인가하는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 재료 이송 장치는,
    상기 작업대에 설치되는 레일;
    상기 레일을 따라 이동 가능한 이동 대차;
    상기 이동 대차를 이동시키기 위한 구동 장치;
    상기 이동 대차의 상면에 결합되는 주축대;
    상기 주축대에 회전 가능하게 결합되고 회전 축을 중심으로 방사상으로 형성되는 슬라이딩 홈이 형성된 척 바디; 및
    상기 슬라이딩 홈에 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩 부와 상기 슬라이딩 부의 외측으로 돌출되어 상기 금속 재료의 외면을 지지하기 위한 지지부를 포함한 복수의 조오를 포함하는 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 조오들이 상기 금속 재료를 잡은 경우 상기 복수의 조오 각각의 상기 지지부들이 이루는 외경은 상기 유도 가열 열처리 장치의 통과 홀의 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열 열처리 장치의 타 측에 배치되어 상기 금속 재료 이송 장치에 의해 이송된 상기 금속 재료를 지지하는 보조 금속 재료 안내 장치를 더 포함하고,
    상기 보조 금속 재료 안내 장치는,
    상기 금속 재료가 이송되는 경로의 일 측에 일렬로 배치되는 제3 롤러;
    상기 제3 롤러와 쌍을 이루며 상기 금속 재료 이송되는 경로의 타 측에 일렬로 배치되는 제4 롤러;
    상부에 상기 제3 및 제4 롤러가 회전 가능하게 결합된 보조 안내 장치 롤러 지지대;
    상기 작업대에 결합되어 상기 보조 안내 장치 롤러 지지대를 승강시키는 승강 부재;
    상기 승강 부재의 일 측에 배치되어 상 측에 상기 금속 재료 이송 장치의 유무를 감지하는 금속 재료 이송 장치 감지 센서; 및
    상기 금속 재료 이송 장치 감지 센서가 상기 금속 재료 이송 장치의 없음을 감지하면 상기 승강 부재를 제어하여 상기 보조 안내 장치 롤러 지지대를 상승시키는 제어 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 자기장을 이용한 열처리 시스템.
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