KR20220088292A

KR20220088292A - Contact heating apparatus for hot stamping process

Info

Publication number: KR20220088292A
Application number: KR1020210120318A
Authority: KR
Inventors: 서종덕; 조재동; 임정식; 이창린; 김태훈; 박준태; 배한욱
Original assignee: 주식회사 신영; (주)알텍
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2022-06-27

Abstract

본 발명은 열간 성형 공정용 전도 가열 장치에 관한 것이다. 상,하부 발열체는 목표 온도로 저항 발열된 상태로 소재의 상,하면에 각각 접촉되어 소재를 전도 가열하는 것으로, 각각 상,하부 분할편들이 일렬로 배열되어 조합된 형태로 이루어진다. 상,하부 단열재는 상,하부 발열체의 각 주변으로 열을 차단한다. 상,하부 장력 조정기구는 상,하부 발열체가 소재를 전도 가열하는 동안 상,하부 발열체의 장력을 각각 조정한다. 하부 승강기구는 하부 발열체를 승강시킨다. 상,하부 전류공급기는 상,하부 발열체로 전류를 인가한다. 제어반은 상,하부 장력 조정기구와 하부 승강기구 및 상,하부 전류공급기를 제어한다.The present invention relates to a conductive heating device for a hot forming process. The upper and lower heating elements are in contact with the upper and lower surfaces of the material in a state of resistance heating to a target temperature to conduct heating of the material. Upper and lower insulators block heat to each periphery of upper and lower heating elements. The upper and lower tension adjusting mechanism adjusts the tension of the upper and lower heating elements respectively while the upper and lower heating elements conduct and heat the material. The lower lifting mechanism raises and lowers the lower heating element. The upper and lower current supplies apply current to the upper and lower heating elements. The control panel controls the upper and lower tension adjusting mechanism, lower lifting mechanism, and upper and lower current supply.

Description

Conductive heating apparatus for hot stamping process

본 발명은 핫스탬핑 공정에서 블랭크(blank) 등의 소재를 열처리하기 위해 가열하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for heating a material such as a blank for heat treatment in a hot stamping process.

최근 차량 업계에서는 차량 경량화와 안정성 향상에 부합되는 중량 대비 강도가 높은 보론강 등의 고강도 강재가 확대 적용되고 있다. 하지만, 고강도 강재는 낮은 성형성을 지니고 과도한 스프링백을 일으키기 때문에, 고강도 강재를 성형하기 위한 금형을 제조하는데 어려움이 있다. 이러한 어려움을 해결하기 위한 성형 기술로서 핫스탬핑 공정이 사용될 수 있다. 핫스탬핑은 고강도 강재의 성형성을 향상시키며 스프링백을 최소한으로 줄일 수 있는다는 장점이 있다.In recent years, high-strength steel materials such as boron steel, which have a high strength-to-weight ratio, are being widely applied in the vehicle industry to reduce vehicle weight and improve stability. However, since high-strength steel has low formability and causes excessive springback, it is difficult to manufacture a mold for forming high-strength steel. A hot stamping process may be used as a forming technique to solve these difficulties. Hot stamping has the advantage of improving the formability of high-strength steel and reducing springback to a minimum.

핫스탬핑은 소재를 900℃ 이상 가열한 후 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각시켜 성형품을 제조하는 공정으로서, 소재 가열 및 냉각 기술이 핵심 기술이다. 현재 핫스탬핑 공정에서 고온의 분위기 가스를 이용하여 소재를 가열하는 구성의 가열 장치는 대형화로 인한 설치 면적이 과다하며, 소재의 가열 시간이 상당히 길기 때문에 에너지의 비효율적 사용이 문제되고 있다.Hot stamping is a process for manufacturing a molded product by heating a material to 900℃ or higher and then rapidly cooling it at the same time as molding in a mold. The core technology is material heating and cooling technology. In the current hot stamping process, a heating device configured to heat a material using a high-temperature atmospheric gas has an excessive installation area due to enlargement, and inefficient use of energy is a problem because the heating time of the material is quite long.

본 발명의 과제는 에너지 효율 증대 및 생산 사이클 타임 감소를 도모할 수 있고, 소재 형상과 무관하게 소재의 균일 가열이 가능할 수 있는 열간 성형 공정용 전도 가열 장치를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a conductive heating device for a hot forming process that can increase energy efficiency and reduce production cycle time, and can uniformly heat a material regardless of the shape of the material.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 열간 성형 공정용 전도 가열 장치는 상,하부 발열체와, 상,하부 단열재와, 상,하부 장력 조정기구와, 하부 승강기구와, 상,하부 전류공급기, 및 제어반을 포함한다. 상,하부 발열체는 목표 온도로 저항 발열된 상태로 소재의 상,하면에 각각 접촉되어 소재를 전도 가열하는 것으로, 각각 상,하부 분할편들이 일렬로 배열되어 조합된 형태로 이루어진다. 상,하부 단열재는 상,하부 발열체의 각 주변으로 열을 차단한다. 상,하부 장력 조정기구는 상,하부 발열체가 소재를 전도 가열하는 동안 상,하부 발열체의 장력을 각각 조정한다. 하부 승강기구는 하부 발열체를 승강시킨다. 상,하부 전류공급기는 상,하부 발열체로 전류를 인가한다. 제어반은 상,하부 장력 조정기구와 하부 승강기구 및 상,하부 전류공급기를 제어한다.Conductive heating device for a hot forming process according to the present invention for achieving the above object is an upper and lower heating element, upper and lower insulating materials, upper and lower tension adjusting mechanism, lower lifting mechanism, upper and lower current supply, and Includes control panel. The upper and lower heating elements are in contact with the upper and lower surfaces of the material in a state of resistance heating to a target temperature to conduct heating of the material. Upper and lower insulators block heat to each periphery of upper and lower heating elements. The upper and lower tension adjusting mechanism adjusts the tension of the upper and lower heating elements respectively while the upper and lower heating elements conduct and heat the material. The lower lifting mechanism raises and lowers the lower heating element. The upper and lower current supplies apply current to the upper and lower heating elements. The control panel controls the upper and lower tension adjusting mechanism, lower lifting mechanism, and upper and lower current supply.

본 발명에 따르면, 고온의 분위기 가스에 의해 대류 방식으로 소재를 가열하는 분위기 가열 장치보다 소재의 가열 시간을 단축시켜 에너지 효율 증대 및 생산 사이클 타임 감소를 도모할 수 있고, 공간 활용 효율 증가에 따른 설치 면적 축소에 유리한 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to increase energy efficiency and reduce production cycle time by shortening the heating time of a material compared to an atmospheric heating device that heats a material in a convection manner by a high-temperature atmospheric gas, and installation according to an increase in space utilization efficiency There is an advantageous effect of reducing the area.

또한, 본 발명에 따르면, 소재를 직접적으로 통전 가열하는 것보다 소재 형상과 무관하게 소재를 균일하게 가열할 수 있으므로, 적용 범위 확대에 유리한 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since it is possible to uniformly heat the material regardless of the shape of the material rather than directly energizing the material, there is an advantageous effect in expanding the application range.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 성형 공정용 전도 가열 장치에 대한 정면도이다.
도 2는 도 1에 대한 측면도이다.
도 3은 상,하부 발열체를 발췌하여 나타낸 측면도이다.
도 4는 하부 장력 조정기구에 대한 평면 구성도이다.
도 5는 도 1에 있어서, 하부 승강용 운동변환기의 일 예에 대한 평면도이다.
도 6은 하부 전류 공급기에 대한 정면 구성도이다.
도 7은 상부 발열체에 탄성수단이 채용된 예를 나타낸 도면이다.1 is a front view of a conductive heating apparatus for a hot forming process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of FIG. 1 ;
3 is a side view showing an extract of the upper and lower heating elements.
4 is a plan view of the lower tension adjusting mechanism.
FIG. 5 is a plan view of an example of a lower lifting motion converter in FIG. 1 .
6 is a front view of the lower current supply.
7 is a view showing an example in which an elastic means is employed in the upper heating element.

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.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings as follows. Here, the same reference numerals are used for the same components, and repeated descriptions and detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted. The embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 성형 공정용 전도 가열 장치에 대한 정면도이다. 도 2는 도 1에 대한 측면도이다. 도 3은 상,하부 발열체를 발췌하여 나타낸 측면도이다. 도 4는 하부 장력 조정기구에 대한 평면 구성도이다. 도 5는 도 1에 있어서, 하부 승강용 운동변환기의 일 예에 대한 평면도이다. 도 6은 하부 전류 공급기에 대한 정면 구성도이다.1 is a front view of a conductive heating apparatus for a hot forming process according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of FIG. 1 ; 3 is a side view showing an extract of the upper and lower heating elements. 4 is a plan view of the lower tension adjusting mechanism. 5 is a plan view of an example of the lower lifting motion converter in FIG. 1 . 6 is a front view of the lower current supply.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 열간 성형 공정용 전도 가열 장치(100)는 상,하부 발열체(111, 116)와, 상,하부 단열재(121, 126)와, 상,하부 장력 조정기구(131, 136)와, 하부 승강기구(140)와, 상,하부 전류공급기(151, 156), 및 제어반(160)을 포함한다.1 to 6 , the conductive heating apparatus 100 for the hot forming process includes upper and lower heating elements 111 and 116 , upper and lower heat insulators 121 and 126 , and upper and lower tension adjustment mechanisms 131 . , 136 ), and a lower lifting mechanism 140 , upper and lower current supplies 151 and 156 , and a control panel 160 .

상,하부 발열체(111, 116)는 목표 온도로 저항 발열된 상태로 소재(10)의 상,하면에 각각 접촉되어 소재(10)를 전도 가열한다. 여기서, 소재(10)는 브론강, 알루미늄, 마그네슘 등의 판재가 설정 크기로 재단된 블랭크일 수 있다.The upper and lower heating elements 111 and 116 are in contact with the upper and lower surfaces of the material 10 in a state of resistance heating to a target temperature to conduct heating of the material 10 . Here, the material 10 may be a blank in which a plate material such as bronze steel, aluminum, or magnesium is cut to a set size.

상,하부 발열체(111, 116)는 각각 판상 구조로 이루어질 수 있다. 상,하부 발열체(111, 116)는 각각 넓은 양쪽 면이 상하를 향하여 서로 마주보는 상태로 배치된다. 상,하부 발열체(111, 116)는 각각 소재(10)보다 넓은 면적을 가질 수 있다.The upper and lower heating elements 111 and 116 may each have a plate-shaped structure. The upper and lower heating elements 111 and 116 are disposed in a state in which both wide surfaces face each other in the vertical direction. The upper and lower heating elements 111 and 116 may each have a larger area than the material 10 .

따라서, 상,하부 발열체(111, 116)는 최대한 넓은 면적으로 소재(10)의 상,하면에 접촉되어 소재(10)를 열전도 원리로 전도 가열시킬 수 있다. 상부 발열체(111)는 복수의 상부 분할편(111a)들이 일렬로 배열되어 조합된 형태로 이루어진다. 하부 발열체(116)는 복수의 하부 분할편(116a)들이 일렬로 배열되어 조합된 형태로 이루어진다.Accordingly, the upper and lower heating elements 111 and 116 are in contact with the upper and lower surfaces of the material 10 in a wide area as possible to conduct and heat the material 10 in accordance with the heat conduction principle. The upper heating element 111 is formed in a form in which a plurality of upper division pieces 111a are arranged in a line and combined. The lower heating element 116 has a form in which a plurality of lower division pieces 116a are arranged in a line and combined.

상부 분할편(111a)은 두께와 폭과 길이가 일정한 판상 구조로 이루어질 수 있다. 하부 분할편(116a)도 두께와 폭과 길이가 일정한 판상 구조로 이루어질 수 있다. 상,하부 분할편(111a, 116a)들은 모두 동일한 형태로 이루어질 수 있다.The upper split piece 111a may have a plate-like structure having a constant thickness, width, and length. The lower divided piece 116a may also have a plate-like structure having a constant thickness, width, and length. The upper and lower division pieces 111a and 116a may all have the same shape.

상부 분할편(111a)들은 열팽창시 상호 간섭을 일으키지 않게 일정 간격으로 배열될 수 있다. 또한, 하부 분할편(116a)들도 열팽창시 상호 간섭을 일으키지 않게 일정 간격으로 배열될 수 있다. 상,하부 발열체(111, 116)는 인접한 2개의 상부 분할편(111a)들 사이에 1개의 하부 분할편(116a)이 배치되는 방식으로 구성될 수 있다. 따라서, 소재(10)는 상,하부 발열체(111, 116)에 의해 균일하게 가열될 수 있다.The upper partition pieces 111a may be arranged at regular intervals so as not to cause mutual interference during thermal expansion. Also, the lower partition pieces 116a may be arranged at regular intervals so as not to cause mutual interference during thermal expansion. The upper and lower heating elements 111 and 116 may be configured in such a way that one lower divided piece 116a is disposed between two adjacent upper divided pieces 111a. Accordingly, the material 10 may be uniformly heated by the upper and lower heating elements 111 and 116 .

상,하부 발열체(111, 116)는 최대 1,800℃ 이내 범위에서 사용 가능한 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상,하부 발열체(111, 116)는 각각 칸탈(Kanthal) 등과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있다. 칸탈은 철을 주체로 하고 크로뮴, 알루미늄 등이 합해진 합금의 상품명이다. 칸탈은 높은 온도에 잘 견디고 전기저항력이 큰 특성을 갖는다. 따라서, 상,하부 발열체(111, 116)는 통전 가열에 의한 소재의 전도 가열을 효과적으로 수행할 수 있게 한다.The upper and lower heating elements 111 and 116 may be made of a material that can be used within a maximum range of 1,800°C. For example, the upper and lower heating elements 111 and 116 may be made of a metal material such as Kanthal, respectively. Kanthal is a brand name for an alloy composed mainly of iron and chromium and aluminum. Kanthal can withstand high temperatures and has high electrical resistance. Accordingly, the upper and lower heating elements 111 and 116 enable effective conduction heating of materials by energizing heating.

하부 발열체(116)는 한쪽으로부터 투입되는 소재(10)를 상면에 얹어서 적재한다. 상부 발열체(111)는 하면이 소재(10)의 상면과 마주한 상태로 하부 발열체(116)의 상측에 배치된다. 이 상태에서, 하부 발열체(116)가 하부 승강기구(140)에 의해 근접되게 수직 운동해서 소재(10)의 상,하면에 접촉된 상태로 유지될 수 있다.The lower heating element 116 is loaded by placing the material 10 input from one side on the upper surface. The upper heating element 111 is disposed above the lower heating element 116 with the lower surface facing the upper surface of the material 10 . In this state, the lower heating element 116 may be maintained in contact with the upper and lower surfaces of the material 10 by vertically moving in proximity by the lower lifting mechanism 140 .

상,하부 단열재(121, 126)는 상,하부 발열체(111, 116)의 각 주변으로 열을 차단한다. 상,하부 단열재(121, 126)는 상,하부 발열체(111, 116)에 의한 복사 및 대류열이 주변 기기에 영향을 주는 것을 최소화한다.The upper and lower insulators 121 and 126 block heat to the periphery of the upper and lower heating elements 111 and 116, respectively. The upper and lower insulators 121 and 126 minimize the effect of radiation and convective heat generated by the upper and lower heating elements 111 and 116 on peripheral devices.

상,하부 단열재(121, 126)는 상,하부 발열체(111, 116)가 열손실이 최소화된 상태로 각 소재(10) 접촉 부위를 통해 소재(10)를 더욱 효과적으로 전도 가열시킬 수 있게 한다. 또한, 상,하부 단열재(121, 126)는 상,하부 발열체(111, 116)의 가열을 위해 전류가 인가되는 동안 주변을 절연할 수 있다.The upper and lower insulators 121 and 126 allow the upper and lower heating elements 111 and 116 to more effectively conduct and heat the material 10 through the contact portion of each material 10 in a state where heat loss is minimized. In addition, the upper and lower insulators 121 and 126 may insulate the periphery while current is applied to heat the upper and lower heating elements 111 and 116 .

상부 단열재(121)는 상부 발열체(111)의 상면에 배치될 수 있다. 하부 단열재(126)는 하부 발열체(116)의 하면에 배치될 수 있다. 상,하부 단열재(121, 126)는 상,하부 발열체(111, 116)의 상면을 최대한 넓게 덮을 수 있는 크기로 이루어진다. 상,하부 단열재(121, 126)는 내화 벽돌로 각각 이루어질 수 있다. 물론, 상,하부 단열재(121, 126)는 내열/절연 성능이 우수한 세라믹 등의 다양한 재질로 이루어질 수 있다.The upper insulator 121 may be disposed on the upper surface of the upper heating element 111 . The lower insulator 126 may be disposed on a lower surface of the lower heating element 116 . The upper and lower insulators 121 and 126 are sized to cover the upper surfaces of the upper and lower heating elements 111 and 116 as wide as possible. The upper and lower insulating materials 121 and 126 may be made of fire bricks, respectively. Of course, the upper and lower insulating materials 121 and 126 may be made of various materials such as ceramics having excellent heat resistance/insulation performance.

상,하부 장력 조정기구(131, 136)는 상,하부 발열체(111, 116)가 소재(10)를 전도 가열하는 동안 상,하부 발열체(111, 116)의 장력을 각각 조정한다. 상,하부 발열체(111, 116)는 저온에서 고온으로 높아짐에 따라 열팽창하고 고온에서 저온으로 낮아짐에 따라 열수축하게 된다. 이 과정에서, 상,하부 발열체(111, 116)의 평탄도가 변화된다.The upper and lower tension adjusting mechanisms 131 and 136 respectively adjust the tension of the upper and lower heating elements 111 and 116 while the upper and lower heating elements 111 and 116 conduct and heat the material 10 . The upper and lower heating elements 111 and 116 thermally expand as the temperature increases from a low temperature to a high temperature, and thermally contract as the temperature decreases from a high temperature to a low temperature. In this process, the flatness of the upper and lower heating elements 111 and 116 is changed.

상,하부 장력 조정기구(131, 136)는 상,하부 발열체(111, 116)의 열팽창/열수축에 따른 상,하부 발열체(111, 116)의 장력을 조정함으로써, 상,하부 발열체(111, 116)의 평탄도를 일정 수준으로 유지할 수 있게 한다. 따라서, 상,하부 발열체(111, 116)는 소재(10)를 전도 가열하는 동안 소재(10)의 상,하면에 균일하게 접촉되어 효과적으로 전도 가열할 수 있다.The upper and lower tension adjusting mechanisms 131 and 136 adjust the tension of the upper and lower heating elements 111 and 116 according to the thermal expansion/thermal contraction of the upper and lower heating elements 111 and 116, thereby adjusting the tension of the upper and lower heating elements 111 and 116. ) to maintain the flatness at a certain level. Accordingly, the upper and lower heating elements 111 and 116 are uniformly in contact with the upper and lower surfaces of the material 10 while conducting heating of the material 10 to effectively conduct heating.

하부 장력 조정기구(136)는 하부 발열체(116)의 영역별로 장력을 독립되게 조정하는 복수의 하부 장력 조정부(137)들을 포함할 수 있다. 하부 장력 조정부(137)들은 하부 분할편(116a)들에 일대일 대응되게 배열되어 하부 분할편(116a)들의 장력을 조정할 수 있다.The lower tension adjusting mechanism 136 may include a plurality of lower tension adjusting units 137 for independently adjusting the tension for each region of the lower heating element 116 . The lower tension adjusting units 137 may be arranged to correspond one-to-one to the lower divided pieces 116a to adjust the tension of the lower divided pieces 116a.

각각의 하부 장력 조정부(137)는 하부 서보 모터(137a)와, 하부 장력 조정용 운동변환기(137b), 및 하부 로드셀(137c)을 포함할 수 있다. 하부 서보 모터(137a)는 회전력을 출력한다. 하부 서보 모터(137a)는 제어반(160)에 의해 구동 제어된다.Each lower tension adjusting unit 137 may include a lower servo motor 137a, a lower tension adjusting motion converter 137b, and a lower load cell 137c. The lower servo motor 137a outputs a rotational force. The lower servo motor 137a is driven and controlled by the control panel 160 .

하부 장력 조정용 운동변환기(137b)는 하부 서보 모터(137a)의 회전운동을 선형운동으로 변환해서 하부 분할편(116a)을 신장 또는 수축시킨다. 하부 장력 조정용 운동변환기(137b)는 공지의 다양한 구성으로 이루어질 수 있다.The lower tension adjustment motion converter 137b converts the rotational motion of the lower servo motor 137a into a linear motion to extend or contract the lower split piece 116a. The motion converter 137b for adjusting the lower tension may be configured in various known configurations.

하부 로드셀(137c)은 하부 분할편(116a)에 대한 응력을 측정해서 제어반(160)으로 제공한다. 제어반(160)은 하부 로드셀(137c)로부터 측정된 응력 값을 기반으로 하부 서보 모터(137a)를 피드백 제어해서 하부 분할편(116a)의 장력을 조정함으로써, 하부 분할편(116a)이 일정 수준의 평탄도를 유지할 수 있게 한다.The lower load cell 137c measures the stress on the lower split piece 116a and provides it to the control panel 160 . The control panel 160 feedback-controls the lower servo motor 137a based on the stress value measured from the lower load cell 137c to adjust the tension of the lower segment 116a, so that the lower segment 116a is at a certain level. to maintain flatness.

제어반(160)은 하부 분할편(116a)의 열팽창시 하부 로드셀(137c)로부터 측정된 응력 값이 기준 응력 값에 도달할 때까지 하부 분할편(116a)을 신장시키도록 하부 서보 모터(137a)를 구동시킬 수 있다. 그리고, 제어반(160)은 하부 분할편(116a)의 열수축시 하부 로드셀(137c)로부터 측정된 응력 값이 기준 응력 값에 도달할 때까지 하부 분할편(116a)을 수축시키도록 하부 서보 모터(137a)를 구동시킬 수 있다.The control panel 160 controls the lower servo motor 137a to extend the lower segment 116a until the stress value measured from the lower load cell 137c reaches the reference stress value during thermal expansion of the lower segment 116a. can be driven In addition, the control panel 160 lowers the servo motor 137a to contract the lower segment 116a until the stress value measured from the lower load cell 137c reaches the reference stress value during thermal contraction of the lower segment 116a. ) can be driven.

상부 장력 조정기구(131)는 상부 발열체(111a)의 영역별로 장력을 독립되게 조정하는 복수의 상부 장력 조정부들을 포함할 수 있다. 상부 장력 조정부들은 상부 분할편(111a)들에 일대일 대응되게 배열되어 상부 분할편(111a)들의 장력을 조정할 수 있다. 상부 장력 조정부는 하부 장력 조정부(137)와 동일하게 구성되어 제어반(160)에 의해 제어될 수 있다.The upper tension adjusting mechanism 131 may include a plurality of upper tension adjusting units for independently adjusting the tension for each region of the upper heating element 111a. The upper tension adjusting units may be arranged in a one-to-one correspondence with the upper divided pieces 111a to adjust the tension of the upper divided pieces 111a. The upper tension adjusting unit may be configured in the same manner as the lower tension adjusting unit 137 and controlled by the control panel 160 .

하부 승강기구(140)는 하부 발열체(116)를 승강시킨다. 하부 승강기구(140)는 상,하부 발열체(111, 116)를 상호 간에 수직 방향으로 근접시키거나 이격시킨다. 따라서, 소재(10)는 상,하부 발열체(111, 116)의 이격된 사이로 투입되어 하부 발열체(116)에 얹어져 적재된 상태에서 상,하부 발열체(111, 116)의 근접 이동에 따라 상,하부 발열체(111, 116)에 접촉된 상태로 유지할 수 있게 된다. 이 상태에서, 소재(10)는 가열 상태의 상,하부 발열체(111, 116)에 의해 전도 가열된다.The lower lifting mechanism 140 raises and lowers the lower heating element 116 . The lower lifting mechanism 140 vertically approaches or separates the upper and lower heating elements 111 and 116 from each other in a vertical direction. Therefore, the material 10 is inserted between the upper and lower heating elements 111 and 116 spaced apart, and in a state in which it is placed on and loaded on the lower heating element 116, as the upper and lower heating elements 111 and 116 move close to each other, It is possible to maintain a state in contact with the lower heating elements (111, 116). In this state, the material 10 is conductively heated by the upper and lower heating elements 111 and 116 in the heated state.

하부 승강기구(140)는 하사점에 위치한 하부 발열체(116)를 수초 내로 신속하게 거시적으로 상부 발열체(111)에 근접시키도록 구성될 수 있다. 일 예로, 하부 승강기구(140)는 스크류 모터(141)와, 하부 승강용 운동변환기(142)를 포함할 수 있다.The lower elevating mechanism 140 may be configured to quickly and macroscopically bring the lower heating element 116 located at the bottom dead center to the upper heating element 111 within a few seconds. For example, the lower lifting mechanism 140 may include a screw motor 141 and a lower lifting motion converter 142 .

스크류 모터(141)는 제어반(160)에 의해 제어된다. 제어반(160)은 스크류 모터(141)의 엔코더나 위치센서로부터 감지된 정보를 기반으로 스크류 모터(141)를 구동시킴에 따라 하부 발열체(116)의 승강 위치를 제어할 수 있다. 스크류 모터(141)는 양쪽에 회전 구동하는 구동 스크류(141a)들을 구비한 형태로 이루어진다. 스크류 모터(141)는 정,역 회전력을 발생시키도록 구성된다.The screw motor 141 is controlled by the control panel 160 . The control panel 160 may control the elevation position of the lower heating element 116 by driving the screw motor 141 based on information sensed from an encoder or a position sensor of the screw motor 141 . The screw motor 141 is formed with driving screws 141a for rotationally driving on both sides. The screw motor 141 is configured to generate forward and reverse rotational force.

하부 승강용 운동변환기(142)는 스크류 모터(141)의 회전운동을 선형운동으로 변환해서 하부 발열체(116)를 승강시킨다. 하부 승강용 운동변환기(142)는 랙 잭(rack jack)으로 구성될 수 있다. 랙 잭은 하부 지지프레임(101)에 지지된 상태로 승강봉(142e)들이 하부 승강프레임(102)에 고정된다. 랙 잭은 스크류 모터(141)의 회전운동을 승강봉(142e)들의 선형운동으로 변환하여 하부 승강프레임(102)을 승강시킴에 따라 하부 발열체(116)를 승강시킬 수 있다.The lower elevating motion converter 142 converts the rotational motion of the screw motor 141 into a linear motion to elevate the lower heating element 116 . The lower movement converter 142 for lifting may be configured as a rack jack (rack jack). The rack jack is supported by the lower support frame 101 , and the lifting rods 142e are fixed to the lower lifting frame 102 . The rack jack converts the rotational motion of the screw motor 141 into the linear motion of the lifting rods 142e to elevate the lower heating element 116 by elevating the lower lifting frame 102 .

랙 잭은 2개의 베벨 기어세트(142a)들이 제1 회전 샤프트(142b)들에 의해 스크류 모터(141)의 구동 스크류(141a)들에 연결되고, 4개의 잭 모듈(142c)들이 제2 회전 샤프트(142d)들에 의해 베벨 기어세트(142a)들에 2개씩 연결된 형태로 이루어진다. 여기서, 제1 회전 샤프트(142b)들은 구동 스크류(141a)들에 각각 동축으로 고정되어 수평 배열되고, 제2 회전 샤프트(142d)들은 제1 회전 샤프트(142b)들과 직교한 상태로 수평 배열된다.In the rack jack, two bevel gear sets 142a are connected to the drive screws 141a of the screw motor 141 by first rotation shafts 142b, and four jack modules 142c are the second rotation shafts. (142d) is made in a form connected to the bevel gear sets (142a) by two. Here, the first rotation shafts 142b are respectively fixed to the driving screws 141a and are horizontally arranged, and the second rotation shafts 142d are horizontally arranged in a state perpendicular to the first rotation shafts 142b. .

베벨 기어세트(142a)들은 스크류 모터(141)를 사이에 두고 하부 지지프레임(101)에 지지된다. 베벨 기어세트(142a)들은 제1 회전 샤프트(142b)들의 회전운동을 제2 회전 샤프트(142d)들의 회전운동으로 전달하도록 구성된다. 잭 모듈(142c)들은 하부 지지프레임(101)의 4개 코너 부위들에 각각 지지된다.The bevel gear sets 142a are supported by the lower support frame 101 with the screw motor 141 interposed therebetween. The bevel gear sets 142a are configured to transmit the rotational motion of the first rotational shafts 142b to the rotational movement of the second rotational shafts 142d. The jack modules 142c are respectively supported at the four corner portions of the lower support frame 101 .

잭 모듈(142c)들은 제2 회전 샤프트(142d)들의 회전운동을 승강봉(142e)의 선형운동으로 변환하도록 구성된다. 각각의 잭 모듈(142c)은 제2 회전 샤프트(142d)에 동축으로 고정되는 피니언 기어와, 피니언 기어와 치합된 상태로 승강 동작함에 따라 승강봉(142e)을 승강시키도록 승강봉(142e)에 형성된 랙 기어를 포함한다.The jack modules 142c are configured to convert the rotational motion of the second rotational shafts 142d into a linear motion of the lifting rod 142e. Each jack module 142c has a pinion gear coaxially fixed to the second rotation shaft 142d, and the lifting rod 142e to elevate the lifting rod 142e as it moves in a state meshed with the pinion gear. formed rack gears.

상,하부 전류공급기(151, 156)는 상,하부 발열체(111, 116)로 전류를 인가하여 상,하부 발열체(111, 116)를 통전 가열한다. 즉, 상,하부 전류공급기(151, 156)는 전기저항력을 갖는 상,하부 발열체(111, 116)에 전류를 흘렸을 때 발생하는 줄(joule) 열에 의해 상,하부 발열체(111, 116)를 가열한다.The upper and lower current supply units 151 and 156 apply current to the upper and lower heating elements 111 and 116 to energize and heat the upper and lower heating elements 111 and 116 . That is, the upper and lower current supplies 151 and 156 heat the upper and lower heating elements 111 and 116 by joule heat generated when current flows through the upper and lower heating elements 111 and 116 having electrical resistance. do.

하부 전류공급기(156)는 하부 봉 부스바(157)들과, 하부 전극(158)들, 및 하부 편조 부스바(159)들을 포함할 수 있다. 하부 봉 부스바(157)들은 전류 공급원(미도시)으로부터 전류를 공급받는다. 전류 공급원은 제어반(160)에 의해 제어될 수 있다.The lower current supply 156 may include lower bar busbars 157 , lower electrodes 158 , and lower braided busbars 159 . The lower rod busbars 157 receive current from a current source (not shown). The current source may be controlled by the control panel 160 .

하부 봉 부스바(157)들은 하부 편조 부스바(159)들을 통해 하부 전극(158)들에 전류를 인가함으로써, 하부 발열체(116)가 저항 발열할 수 있게 한다. 하부 봉 부스바(157)들은 수냉 재킷에 의해 수냉될 수 있다. 하부 봉 부스바(157)는 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어진다.The lower bar busbars 157 apply current to the lower electrodes 158 through the lower braided busbars 159 so that the lower heating element 116 can resist heat generation. The lower bar busbars 157 may be water cooled by a water cooling jacket. The lower bar bus bar 157 is made of a conductive metal material.

하부 전극(158)들은 하부 발열체(116)의 양단에 각각 전기적으로 접속되어 하부 발열체(116)에 전류를 인가시킨다. 하부 전극(158)들은 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어진다. 하부 전극(158)들은 하부 분할편(116a)들에 일대일 대응되게 배열되어 전류를 인가할 수 있다. 따라서, 하부 발열체(116)는 균일하게 가열될 수 있다.The lower electrodes 158 are electrically connected to both ends of the lower heating element 116 to apply a current to the lower heating element 116 . The lower electrodes 158 are made of a conductive metal material. The lower electrodes 158 may be arranged in a one-to-one correspondence with the lower split pieces 116a to apply a current. Accordingly, the lower heating element 116 may be uniformly heated.

하부 전극(158)들 중 하부 발열체(116a)의 한쪽 단에 위치한 제1 하부 전극들은 하부 장력 조정기구(136)의 하부 로드셀(137c)에 연결된다. 하부 전극(158)들 중 하부 발열체(116)의 다른 쪽 단에 위치한 제2 하부 전극들은 하부 승강프레임(102)에 고정된다. 따라서, 제1,2 하부 전극들은 하부 발열체(116)의 양단에 접속된 상태로 하부 장력 조정기구(136)에 의해 하부 발열체(116)의 장력을 조정할 수 있게 한다.Among the lower electrodes 158 , first lower electrodes located at one end of the lower heating element 116a are connected to the lower load cell 137c of the lower tension adjusting mechanism 136 . Among the lower electrodes 158 , second lower electrodes located at the other end of the lower heating element 116 are fixed to the lower lifting frame 102 . Accordingly, the first and second lower electrodes are connected to both ends of the lower heating element 116 , and the tension of the lower heating element 116 can be adjusted by the lower tension adjusting mechanism 136 .

하부 편조 부스바(159)들은 하부 전극(158)들을 하부 봉 부스바(157)들에 각각 전기적으로 접속시킨다. 하부 편조 부스바(159)들은 하부 봉 부스바(157)들로 공급된 전류를 하부 전극(158)들에 전달한다.The lower braided busbars 159 electrically connect the lower electrodes 158 to the lower bar busbars 157 , respectively. The lower braided busbars 159 transmit current supplied to the lower bar busbars 157 to the lower electrodes 158 .

하부 편조 부스바(159)는 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어진다. 하부 편조 부스바(159)는 탄성 변형될 수 있는 구조로 이루어진다. 따라서, 하부 편조 부스바(159)들은 하부 발열체(116)의 장력 조정시 그에 따라 탄성 변형됨으로써, 하부 발열체(116)가 원활하게 신축될 수 있게 한다. 상부 전류공급기(151)는 하부 전류공급기(156)와 동일한 구성을 갖고 쌍을 이룰 수 있다.The lower braided bus bar 159 is made of a conductive metal material. The lower braided bus bar 159 has a structure that can be elastically deformed. Accordingly, the lower braided busbars 159 are elastically deformed accordingly when the tension of the lower heating element 116 is adjusted, so that the lower heating element 116 can be smoothly expanded and contracted. The upper current supply 151 may be paired with the same configuration as the lower current supply 156 .

제어반(160)은 상,하부 장력 조정기구(131, 136)와 하부 승강기구(140) 및 상,하부 전류공급기(151, 156)를 제어한다. 즉, 제어반(160)은 상,하부 장력 조정기구(131, 136)를 제어해서 상,하부 발열체(111, 116)의 각 장력을 조정한다. 제어반(160)은 하부 승강기구(140)를 제어해서 하부 발열체(116)를 승강시킨다. 제어반(160)은 상,하부 전류공급기(151, 156)를 제어해서 상,하부 발열체(111, 116)에 대한 전류를 공급 또는 차단한다.The control panel 160 controls the upper and lower tension adjustment mechanisms 131 and 136 , the lower lifting mechanism 140 , and the upper and lower current supplies 151 and 156 . That is, the control panel 160 controls the upper and lower tension adjusting mechanisms 131 and 136 to adjust the respective tensions of the upper and lower heating elements 111 and 116 . The control panel 160 controls the lower lifting mechanism 140 to raise and lower the lower heating element 116 . The control panel 160 controls the upper and lower current supplies 151 and 156 to supply or block current to the upper and lower heating elements 111 and 116 .

한편, IR 온도 센서(170)가 상,하부 발열체(111, 116)의 가열 온도를 측정해서 제어반(160)으로 제공할 수 있다. IR 온도 센서(170)는 상,하부 발열체(111, 116)의 온도를 실시간으로 모니터링하여 제어반(160)으로 제공할 수 있다.Meanwhile, the IR temperature sensor 170 may measure the heating temperature of the upper and lower heating elements 111 and 116 and provide it to the control panel 160 . The IR temperature sensor 170 may monitor the temperature of the upper and lower heating elements 111 and 116 in real time and provide it to the control panel 160 .

제어반(160)은 IR 온도 센서(170)로부터 측정된 정보를 기반으로 상,하부 장력 조정기구(131, 136)를 제어함으로써, 상,하부 발열체(111, 116)의 열변형 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제어반(160)은 IR 온도 센서(170)로부터 측정된 정보를 기반으로 공정 조건에 따라 상,하부 전류공급기(151, 156)를 제어해서 상,하부 발열체(111, 116)의 온도를 정밀하게 조절할 수 있다.The control panel 160 controls the upper and lower tension adjustment mechanisms 131 and 136 based on the information measured from the IR temperature sensor 170, thereby improving the precision of thermal deformation of the upper and lower heating elements 111 and 116. have. In addition, the control panel 160 controls the upper and lower current supplies 151 and 156 according to process conditions based on the information measured from the IR temperature sensor 170 to precisely control the temperature of the upper and lower heating elements 111 and 116 . can be adjusted to

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 발열체(111)에는 탄성수단(180)이 설치될 수 있다. 탄성수단(180)은 상부 발열체(111)와 상부 단열재(121) 사이에 배치되어 상부 발열체(111)를 탄성력으로 지지할 수 있다. 여기서, 탄성수단(180)은 상부 분할편(111a)들에 일대일 대응되는 스프링(181)들을 포함할 수 있다. 스프링(181)들은 인장 코일 스프링 등으로 이루어져, 상부 분할편(111a)들을 각각 탄성력으로 지지할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 7 , the elastic means 180 may be installed in the upper heating element 111 . The elastic means 180 may be disposed between the upper heating element 111 and the upper heat insulating material 121 to support the upper heating element 111 with elastic force. Here, the elastic means 180 may include springs 181 corresponding to the upper split pieces 111a one-to-one. The springs 181 may be made of a tensile coil spring, etc., and may support the upper split pieces 111a by elastic force, respectively.

따라서, 상부 발열체(111)는 열팽창시 스프링(181)들에 의해 처짐 방지되면서 소재(10)에 균일하게 접촉될 수 있다. 그 결과, 상부 발열체(111)의 수평 장력 조정시, 상부 발열체(111)의 상하 변형이 보완되므로, 상부 발열체(111)의 열변형이 정밀하게 제어될 수 있다.Accordingly, the upper heating element 111 may be uniformly in contact with the material 10 while being prevented from sagging by the springs 181 during thermal expansion. As a result, when the horizontal tension of the upper heating element 111 is adjusted, the vertical deformation of the upper heating element 111 is compensated, so that the thermal deformation of the upper heating element 111 can be precisely controlled.

또한, 상부 발열체(111)에 스프링(181)들이 채용될 경우, 상부 발열체(111)를 별도의 구동수단에 의해 승강시킬 필요가 없게 되므로, 상부 발열체(111)를 지지하는 지지대를 고정식으로 구성해서 구성을 간소화할 수 있다. 스프링(181)들은 상부 발열체(111)의 고온 환경에 강건하게 내열 특성을 갖도록 구성될 수 있다.In addition, when the springs 181 are employed in the upper heating element 111, there is no need to elevate the upper heating element 111 by a separate driving means. The configuration can be simplified. The springs 181 may be configured to have strong heat resistance characteristics in a high-temperature environment of the upper heating element 111 .

이와 같이, 본 실시예의 열간 성형 공정용 전도 가열 장치(100)는 상,하부 발열체(111, 116)를 통전 가열을 통해 목표 온도까지 승온시킨 후, 상,하부 발열체(111, 116)의 열을 소재에 전도시키는 방식으로 소재(10)를 가열한다.In this way, the conductive heating device 100 for the hot forming process of this embodiment raises the temperature of the upper and lower heating elements 111 and 116 to a target temperature through electric heating, and then heats the upper and lower heating elements 111 and 116. The material 10 is heated in such a way that it is conducted to the material.

따라서, 본 실시예의 열간 성형 공정용 전도 가열 장치(100)는 고온의 분위기 가스에 의해 대류 방식으로 소재(10)를 가열하는 분위기 가열 장치보다 소재(10)의 가열 시간을 단축시켜 에너지 효율 증대 및 생산 사이클 타임 감소를 도모할 수 있고, 공간 활용 효율 증가에 따른 설치 면적 축소에 유리할 수 있다.Therefore, the conductive heating apparatus 100 for the hot forming process of this embodiment shortens the heating time of the material 10 than the atmospheric heating apparatus that heats the material 10 in a convection manner by a high-temperature atmospheric gas, thereby increasing energy efficiency and It may be possible to reduce the production cycle time, and it may be advantageous to reduce the installation area according to the increase in space utilization efficiency.

또한, 본 실시예의 열간 성형 공정용 전도 가열 장치(100)는 소재(10)를 직접적으로 통전 가열하는 것보다 소재(10) 형상과 무관하게 소재(10)를 균일하게 가열할 수 있으므로, 적용 범위 확대에 유리할 수 있다.In addition, the conduction heating apparatus 100 for the hot forming process of this embodiment can uniformly heat the material 10 regardless of the shape of the material 10 rather than directly heating the material 10 by electricity, so the range of application It can be advantageous for magnification.

전술한 열간 성형 공정용 전도 가열 장치(100)에 의해 소재(10)를 전도 가열 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.A method for conductive heating of the material 10 by the conductive heating device 100 for the above-described hot forming process will be described as follows.

먼저, 상호 이격된 상,하부 발열체(111, 116)에 상,하부 전류공급기(151, 156)에 의해 전류를 공급하여 상,하부 발열체(111, 116)를 목표 온도까지 통전 가열한다. 이때, 상,하부 전류공급기(151, 156)에 의해 30분 내로 상,하부 발열체(111, 116)를 1,200℃까지 통전 가열할 수 있다.First, electric current is supplied to the upper and lower heating elements 111 and 116 spaced apart from each other by the upper and lower current supplies 151 and 156 to energize and heat the upper and lower heating elements 111 and 116 to a target temperature. At this time, the upper and lower heating elements 111 and 116 can be heated to 1,200° C. by the upper and lower current supplies 151 and 156 within 30 minutes.

그 다음, 상,하부 발열체(111, 116)에 전류 공급을 차단한 상태로 상,하부 발열체(111, 116)의 이격된 사이에 소재(10)를 투입한다. 소재(10)는 하부 발열체(116)에 안착된 상태로 하부 발열체(116)에 의해 전도 가열되고 상부 발열체(111)에 의해 복사 가열된다.Next, the material 10 is inserted between the upper and lower heating elements 111 and 116 spaced apart in a state in which the supply of current to the upper and lower heating elements 111 and 116 is cut off. The material 10 is conductively heated by the lower heating element 116 while seated on the lower heating element 116 and radiatively heated by the upper heating element 111 .

이후, 소재(10)가 균일 열팽창하게 되면, 하부 발열체(116)를 하부 승강기구(140)에 의해 상승시켜 상,하부 발열체(111, 116)의 양쪽 면에 접촉시킨 상태로 설정 시간 동안, 예컨대 12~15초 동안 소재(10)를 전도 가열한다. 그러면, 소재(10)는 900℃까지 승온되도록 가열될 수 있다.Thereafter, when the material 10 is uniformly thermally expanded, the lower heating element 116 is raised by the lower lifting mechanism 140 and brought into contact with both surfaces of the upper and lower heating elements 111 and 116 for a set time, for example, Conduction heating of the material 10 for 12 to 15 seconds. Then, the material 10 may be heated to raise the temperature to 900 ℃.

소재(10)를 전도 가열하는 동안, 상,하부 발열체(111, 116)의 각 장력을 상,하부 장력 조정기구(131, 136)에 의해 조정하여 상,하부 발열체(111, 116)를 소재(10)에 균일한 상태로 접촉시키도록 할 수 있다. 또한, 소재(10)를 전도 가열하는 동안, 상부 발열체(111)는 스프링(181)들에 의해 처짐 방지되면서 소재(10)에 균일하게 접촉될 수 있다.During the conduction heating of the material 10, the respective tensions of the upper and lower heating elements 111 and 116 are adjusted by the upper and lower tension adjusting mechanisms 131 and 136, so that the upper and lower heating elements 111 and 116 are heated to the material ( 10) can be brought into contact in a uniform state. In addition, while the material 10 is conductively heated, the upper heating element 111 may be in uniform contact with the material 10 while being prevented from sagging by the springs 181 .

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. Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, it will be understood that this is merely exemplary, and that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom by those skilled in the art. will be able Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

111..상부 발열체 116..하부 발열체
121..상부 단열재 126..하부 단열재
131..상부 장력 조정기구 136..하부 장력 조정기구
140..하부 승강기구 151..상부 전류공급기
156..하부 전류공급기 160..제어반
170..IR 센서 180..탄성수단111..Upper heating element 116..Lower heating element
121..Upper insulation 126..Lower insulation
131..Upper tension adjustment mechanism 136..Lower tension adjustment mechanism
140..Lower lifting mechanism 151..Upper current supply
156..Lower current supply 160..Control panel
170..IR sensor 180..Elastic means

Claims

An upper and lower heating element that is in contact with the upper and lower surfaces of the material in a state of resistance heating to a target temperature to conduct heating of the material, each of a plurality of upper and lower division pieces arranged in a line and formed in a combined form;
Upper and lower insulating materials for blocking heat to each periphery of the upper and lower heating elements;
an upper and lower tension adjusting mechanism for respectively adjusting the tension of the upper and lower heating elements while the upper and lower heating elements conduct and heat the material;
a lower elevating mechanism for elevating the lower heating element;
upper and lower current supplies for applying current to the upper and lower heating elements; and
a control panel for controlling the upper and lower tension adjustment mechanisms, the lower lifting mechanism, and the upper and lower current supplies;
Conductive heating device for a hot forming process comprising a.

The method of claim 1,
The conduction heating device for a hot forming process, characterized in that the upper and lower heating elements are configured in such a way that one lower segment is disposed between two adjacent upper segments.

The method of claim 1,
the upper tension adjusting mechanism includes upper tension adjusting units arranged in a one-to-one correspondence with the upper divided pieces to adjust the tension of the upper divided pieces;
Conduction heating apparatus for a hot forming process, characterized in that the lower tension adjusting mechanism includes lower tension adjusting units arranged to correspond one-to-one to the lower segmented pieces to adjust the tension of the lower segmented pieces.

The method of claim 1,
Conductive heating apparatus for a hot forming process, comprising an elastic means disposed between the upper heating element and the upper insulating material to support the upper heating element with an elastic force.

The method of claim 1,
Conductive heating apparatus for hot forming process, characterized in that it comprises an IR temperature sensor that measures the heating temperature of the upper and lower heating elements and provides the measurement to the control panel.