KR101575275B1

KR101575275B1 - 핫 스탬핑용 열처리 장치 및 이를 이용한 성형방법

Info

Publication number: KR101575275B1
Application number: KR1020140065256A
Authority: KR
Inventors: 황재련; 김병훈; 맹종호; 박장춘; 박형주
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2015-12-21
Also published as: US20150344986A1; DE102014222476B4; US9790564B2; DE102014222476A1; CN105268803B; CN105268803A

Abstract

핫 스탬팅용 열처리 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치는 프레임; 상기 프레임의 상,하부 양측에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 냉간 성형된 강판에 전류를 통전시켜 가열하는 가열유닛; 및 상기 프레임의 상,하부 중앙에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 가열된 상기 강판을 상,하측에서 가압하면서 냉각시키는 쿨링유닛을 포함한다.

Description

핫 스탬핑용 열처리 장치 및 이를 이용한 성형방법{HOT STAMPING HEAT TREATMENT APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 핫 스탬핑용 열처리 장치 및 이를 이용한 성형방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉간 성형된 강판을 초고강도가 확보되도록 가열 및 냉각하는 작업이 동일장치 내에서 순차적으로 이루어지도록 된 핫 스탬핑용 열처리 장치 및 이를 이용한 성형방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 산업에서는 차체의 경량화와 충돌 안전성을 동시에 개선하기 위한 여러 노력들이 이루어지고 있다.

최근에는 차체의 경량화와 강성을 동시에 만족시키기 위하여 보론강판을 이용한 열간 프레스 기술인 핫 스탬핑(hot stamping) 기술이 활발하게 사용되고 있다.

이러한 핫 스탬핑 기술은 보론강판을 성형 전에 별도의 가열로를 통해 가열(900℃~950℃)하고, 가열된 강판을 프레스 성형한 후, 금형 내에서 급속으로 냉각시킴으로써 마르텐사이트로의 상변태를 통해 1500MPa 이상의 초고강도 부품을 생산하는 방식이다.

그리고 상기와는 달리, 보론강판을 먼저 냉간 성형하고, 성형된 강판을 별도의 가열로를 통해 가열(900℃~950℃)한 후, 별도의 냉각금형 내에서 급속으로 냉각시킴으로써 마르텐사이트로의 상변태를 통해 1500MPa 이상의 초고강도 차체 부품을 생산하는 방식도 함께 사용되고 있다.

그런데 이러한 핫 스탬핑 기술에 의하면, 필수적으로 길이가 25m정도인 가열로가 설치됨에 따라 설치공간 상에 제약을 받고, 성형전의 강판 또는 성형된 강판이 가열로를 통과하면서 가열됨에 따라, 작업시간이 과다하게 소요되는 단점이 있다.

특히, 강판의 가열과 냉각 작업이 별도의 가열로와 냉각금형을 통해 각각 이루어짐에 따라서, 설비비가 과다하게 소요되는 단점이 있다.

이러한 단점들은 초고강도 부품의 전체적인 생산성을 저하시키는 단점으로 이어진다.

본 발명의 실시 예는 냉간 성형된 강판을 초고강도가 확보되도록 가열 및 냉각하는 작업이 동일장치 내에서 연속적으로 이루어지도록 된 핫 스탬핑용 열처리 장치 및 이를 이용한 성형방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치는 프레임; 상기 프레임의 상,하부 양측에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 냉간 성형된 강판에 전류를 통전시켜 가열하는 가열유닛; 및 상기 프레임의 상,하부 중앙에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 가열된 상기 강판을 상,하측에서 가압하면서 냉각시키는 쿨링유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 가열유닛은 상기 프레임의 상부 양측에 각각 설치되고, 제1 액추에이터의 작동에 따라 상,하로 이동되는 제1 및 제2 상부전극; 상기 프레임의 하부 양측에서 상기 상부전극과 대응되게 각각 설치되는 제1 및 제2 하부전극을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 상부전극은 서로 다른 극성으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 하부전극은 서로 다른 극성으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 하부전극은 상기 강판의 밑면 양측 단부를 지지하고, 상기 제1 및 제2 상부전극은 상기 강판의 윗면 양측 단부를 가압하면서 전류를 통전시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 하부전극은 상기 프레임 상에 고정설치 될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 상부전극은 상기 강판의 상단면 형상을 가지고, 상기 제1 및 제2 하부전극은 상기 강판의 하단면 형상을 갖을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 상부전극 및 하부전극은 좌,우로 이동 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 가열유닛은 상기 프레임의 양측으로부터 좌,우로 이동 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 가열유닛은 상기 쿨링유닛과 열교환을 통해 냉각될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 제1 액추에이터는 상기 제1 및 제2 상부전극의 상측에서 상기 프레임 상에 수직하게 각각 설치되고, 작동로드가 상기 제1 및 제2 상부전극과 연결되는 제1 실린더로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 쿨링유닛은 상기 프레임의 상부 중앙에 설치되고, 상부에 설치되는 제2 액추에이터와 연결되어 상,하로 이동되는 상형; 상기 프레임의 하부 중앙에서 상기 상형과 대응되게 설치되고, 하부에 설치되는 제3 액추에이터와 연결되어 상,하로 이동되는 하형; 을 포함하고, 상기 상형과 하형에는 각각 냉각수가 순환하는 냉각채널이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 상형은 상기 제1 및 제2 상부전극 사이에 배치되고, 상기 하형은 상기 제1 및 제2 하부전극 사이에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 제2 액추에이터는 상기 상형의 상측에서 상기 프레임 상에 수직하게 설치되는 제2 실린더; 상기 제2 실린더의 하측에서 작동로드를 통해 상기 제2 실린더와 상기 상형을 연결시키는 상형홀더; 및 상기 제2 실린더의 외측에 복수로 수직하게 구비되고, 상기 제2 실린더의 작동에 따라 상기 상형홀더 및 상형의 상,하 이동을 가이드 하는 상형 가이더를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 제3 액추에이터는 상기 하형의 하측에서 상기 프레임 상에 수직하게 설치되는 제3 실린더; 상기 제3 실린더의 상측에서 작동로드를 통해 상기 제3 실린더와 상기 하형을 연결시키는 하형홀더; 및 상기 제3 실린더의 외측에 복수로 수직하게 구비되고, 상기 제3 실린더의 작동에 따라 상기 하형홀더 및 하형의 상,하 이동을 가이드 하는 하형 가이더를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬팅용 열처리 장치에 있어서, 상기 냉각채널은 상기 강판의 상단면 형상을 따라 상기 상형의 내부에 형성되고, 상기 강판의 하단면 형상을 따라 상기 하형의 내부에 형성될 수 있다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 성형방법은, (a) 강판 시트로부터 절단된 강판을 제공하는 과정; (b) 상기 강판을 완제품에 대응하는 형상으로 냉간 성형하는 과정; (c) 상기 냉간 성형된 강판을 트리밍 및 피어싱하는 과정; (d) 상기 트링밍 된 강판을 동일 장치 내에서 가열 및 냉각시키면서 상변태 시키는 과정; 및 (e) 상기 상변태된 강판을 취출하는 과정을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 성형방법에 있어서, 상기 (d) 과정에서는 프레임; 상기 프레임의 상,하부 양측에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 냉간성형 된 강판에 전류를 통전시켜 가열하는 가열유닛; 및 상기 프레임의 상,하부 중앙에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 가열된 상기 강판을 상,하측에서 가압하면서 냉각시키는 쿨링유닛을 포함하는 핫 스탬팅용 열처리 장치가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 성형방법에 있어서, 상기 (d) 과정에서는 상기 가열유닛의 하부전극이 상기 강판의 밑면 양 측부를 지지하고, 상기 가열유닛의 상부전극이 상기 강판의 상측을 가압하며, 상기 상부 및 하부전극이 상호 전류를 통전하면서 상기 강판을 가열할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 성형방법에 있어서, 상기 (d) 과정에서는 상기 강판을 가열한 상태에서, 상기 쿨링유닛의 상형과 하형이 합형 되면서 내부에 구성되는 냉각채널을 통해 상기 가열된 강판을 냉각할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 냉간 성형된 강판을 초고강도가 확보되도록 가열 및 냉각하는 작업이 동일장치 내에서 연속적으로 이루어짐에 따라서, 초고강도 확보를 위한 작업시간을 단축시킬 수 있고, 전체적인 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는 동일장치 내에서 가열과 냉각작업이 연속으로 이루어짐에 따라서, 강판 이동에 따른 열손실을 최소화 할 수 있고, 작업시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는 동일장치 내에서 가열과 냉각작업이 이루어짐에 따라서, 종래 기술에서의 가열로 및 냉각을 위한 별도의 금형을 삭제할 수 있고, 설비비의 감소와 작업공간을 효율적으로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는 냉간 성형된 강판을 가열과 냉각 작업을 통해 스프링백 현상을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는 강판을 냉간 성형하고, 트리밍 작업을 거친 후에 가열 및 냉각 작업을 통해 초고강도가 확보되므로, 초고강도 강판의 레이저 트리밍 작업을 삭제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치의 정면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 확대 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치의 작동 상태도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 성형방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

단, 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

또한, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치는 핫 스탬핑 시스템 상에 설치되어 냉간 성형된 강판을 동일장치 내에서 가열 및 냉각을 시키는 것이며, 이를 통해 성형된 강판이 초고강도를 갖도록 하는 장치이다.

이러한 핫 스탬핑용 열처리 장치는 열처리성이 우수한 보론 강판을 냉간 성형하고, 냉간 성형된 상기 강판을 열처리 및 냉각하여 1500MPa급 이상의 초고강도 차체 부품을 제조할 수 있다.

여기서, 상기 차체 부품은 센터 필러, 루프 레일, 범퍼, 임팩트 빔 등과 같은 충돌부재 등을 예로 들 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치의 일부 프레임을 제외한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치의 정면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치(1)는 프레임(3), 가열유닛(5), 및 쿨링유닛(7)을 포함한다.

상기 프레임(3)은 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치(1)의 전체적인 외곽 틀을 이루는 것으로, 복수의 프레임(3)들이 상호 연결되어 구성된다.

이러한 프레임(3)은 판상으로 이루어진 플레이트 등으로도 구성이 가능한 것이며, 다양한 종류 및 형태를 갖는 프레임들이 사용될 수 있는 것이다.

상기 가열유닛(5)은 상기 프레임(3)의 상,하부 양측에서 상,하로 이동 가능하게 각각 설치되고, 완제품에 대응하는 형상으로 냉간 성형되어 핫 스탬핑용 열처리장치(1) 내로 투입된 강판(P)에 전류를 통전시키면서 900℃가량으로 가열한다.

상기 쿨링유닛(7)은 상기 프레임(3)의 상,하부 중앙에서 상,하로 이동 가능하게 각각 설치되고, 상기 가열유닛(5)을 통해 가열된 강판(P)을 설정온도로 급속하게 냉각시킨다.

이러한 가열유닛(5) 및 쿨링유닛(7)을 통해 가열과 냉각과정을 거치는 성형된 상기 강판(P)은 상변태를 통해 1500MPa 이상의 초고강도를 갖는다.

이하, 상기한 가열유닛(5)과 쿨링유닛(7)에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

상기 가열유닛(5)은 제1 및 제2 하부전극(9,10) 및 제1 및 제2 상부전극(11,12)을 포함한다.

상기 제1 및 제2 하부전극(9,10)은 상기 프레임(3)의 하부 양측에 각각 고정설치 되고, 상기 강판(P)의 밑면 양측 단부를 지지한다. 이때, 상기 제1 및 제2 하부전극(9,10)은 상기 강판(P)의 하단면 형상을 갖는다.

이러한 제1 및 제2 하부전극(9,10)은 서로 다른 극성을 갖는다. 즉, 제1 하부전극(9)은 극성이 양극(+)이고, 제2 하부전극(10)은 그 극성이 음극(-)으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기에서는 상기 제1 및 제2 하부전극(9,10)이 상기 프레임(3)에 고정 설치되는 것으로 설명을 하였으나, 상기 프레임(3) 상에 설치되는 설치위치는 가변될 수 있다.

즉, 상기 제1 및 제2 하부전극(9,10)은 상기 강판(P)의 크기에 따라서 상기 프레임(3)에 대하여 그 설치위치가 좌,우측으로 가변설치 되면서 강판(P)의 크기에 대응할 수 있다.

상기 제1 및 제2 상부전극(11,12)은 상기 프레임(3)의 상부 양측에서 상기 제1 및 제2 하부전극(9,10)과 대응되게 각각 설치되고, 제1 액추에이터(13)의 작동에 따라 상,하로 이동된다.

그리고 상기 제1 및 제2 상부전극(11,12)은 상기 강판(P)의 윗면 양측 단부를 가압하면서 상기 제1 및 제2 하부전극(9,10)과 전류를 통전하고, 강판(P)을 가열시킨다.

이때, 상기 제1 및 제2 상부전극(11,12)은 상기 강판(P)의 상단면 형상을 갖는다.

이러한 제1 및 제2 상부전극(11,12)은 서로 다른 극성을 갖는다. 즉, 제1 상부전극(11)은 극성이 양극(+)이고, 제2 상부전극(12)은 그 극성이 음극(-)으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 상부전극(11,12)은 상기 프레임(3)에 대하여 좌,우로 이동 가능하게 설치될 수 있다.

즉, 상기 강판(P)의 크기에 따라서 상기 프레임(3)에 대하여 그 설치위치가 좌,우측으로 가변될 수 있으며, 이때, 설치위치는 통전을 위하여 상기 제1 및 제2 하부전극(9,10)의 위치와 대응되게 설치된다.

이러한 제1 및 제2 하부전극(9,10)과 제1 및 제2 상부전극(11,12)은 냉간 성형된 상기 강판(P)의 형상에 따라 교체하면서 사용될 수 있는 것이다.

한편, 상기 제1 액추에이터(13)는 상기 제1 및 제2 상부전극(11,12)의 상측에서 각각 설치되는 제1 실린더(15)로 이루어진다.

상기 제1 실린더(15)는 상기 프레임(3)과 연결되는 고정 브라켓(17)을 통해 수직하게 고정 설치되고, 작동로드(15a)가 상기 제1 및 제2 상부전극(11,12)과 연결된다.

이때, 상기 작동로드(15a)와 제1 및 제2 상부전극(11,12) 사이에는 이동 브라켓(19)이 구비될 수 있다.

상기 이동 브라켓(19)은 상측이 상기 작동로드(15a)의 선단과 연결되고, 하측이 상기 제1 및 제2 상부전극(11,12)과 연결되어 상기 제1 실린더(15)와 상기 제1 및 제2 상부전극(11,12)을 연결시킨다.

이때, 상기 제1 실린더(15)는 유압 또는 공압 실린더 중, 선택되는 어느 하나의 실린더로 이루어질 수 있다.

이러한 제1 액추에이터(13)에 따르면, 상기 제1 실린더(15)가 작동하고, 상기 작동로드(15a)가 하측으로 이동되면서 상기 제1 및 제2 상부전극(11,12)을 상기 강판(P)에 가압시키고, 이와 함께, 상기 제1 및 제2 하부전극(9,10)과 통전시킨다.

한편, 상기에서는 제1 및 제2 하부전극(9,10)과 제2 및 제2 상부전극(11,12)이 프레임(3)에 대하여 좌,우측으로 설치위치가 가변되는 것으로 설명하였으나, 상기 가열유닛(5)의 전체 설치위치가 가변될 수도 있다.

즉, 상기 프레임(3)의 양측에 각각 설치되는 가열유닛(5)은 강판(P)의 크기에 따라서 상기 프레임(3)에 대하여 좌,우측으로 그 설치위치가 가변될 수 있다.

이에 따라서, 상기 가열유닛(5)은 냉간 성형된 상기 강판(P)의 크기에 유연하게 대처하면서 상기 강판(P)을 가열시킬 수 있다.

한편, 상기 쿨링유닛(7)은 냉각채널(20)이 각각 형성되는 상형(21) 및 하형(23)을 포함한다.

상기 상형(21)은 상기 프레임(3)의 상부 중앙 즉, 상기 제1 및 제2 상부전극(11,12)의 사이에 설치되고, 상측으로 설치되는 제2 액추에이터(25)와 연결되어 냉간 성형된 상기 강판(P)의 상측에서 상,하로 이동된다.

이때, 상기 상형(21)은 상기 강판(P)의 상단면 형상을 가지고, 상기 제2 액추에이터(25)의 작동에 따라 강판(P)의 윗면 외측둘레를 가압한다.

상기 상형(21)을 상,하로 이동시키는 상기 제2 액추에이터(25)는 제2 실린더(27), 상형홀더(29), 및 상형 가이더(30)를 포함한다.

상기 제2 실린더(27)는 상기 상형(21)의 상측에서 상기 프레임(3)을 통해 수직하게 설치되고, 이때, 상기 제2 실린더(27)는 유압 또는 공압 실린더 중, 선택되는 어느 하나의 실린더로 이루어질 수 있다.

상기 상형홀더(29)는 상기 제2 실린더(27)와 상기 상형(21)의 상단면을 연결시켜 주는 것으로, 제2 실린더(27)의 하측에서 작동로드(27a)의 선단과 연결되고, 상기 상형(21)의 상측면과 연결된다.

상기 상형 가이더(30)는 상기 제2 실린더(27)의 외측에 복수로 수직하게 구비되고, 일측이 상기 제2 실린더(27)와 제1 고정 플레이트(31)를 통해 고정되며, 타측이 상기 상형홀더(29)를 관통한다.

이에 따라서, 상기 상형홀더(29) 및 상형(21)은 상기 제2 실린더(27)가 작동하면 상기 상형 가이더(30)를 따라서 상,하로 이동된다.

상기 하형(23)은 상기 프레임(3)의 하부 중앙 즉, 상기 제1 및 제2 하부전극(9,10)의 사이에서 상기 상형(21)과 대응되게 설치되고, 하측에 설치되는 제3 액추에이터(33)와 연결되어 상기 강판(P)의 하측에서 상,하로 이동된다.

이때, 상기 하형(23)은 상기 강판(P)의 하단면 형상을 가지고, 상기 제3 액추에이터(33)의 작동에 따라 강판(P)의 밑면 외측둘레를 가압한다.

이러한 상형(21) 및 하형(23)은 냉간 성형된 상기 강판(P)의 형상에 따라 교체하면서 사용될 수 있는 것이다.

상기 하형(23)을 상,하로 이동시키는 상기 제3 액추에이터(33)는 제3 실린더(35), 하형홀더(37), 및 하형 가이더(39)를 포함한다.

상기 제3 실린더(35)는 상기 하형(23)의 하측에서 상기 프레임(3)을 통하여 수직하게 즉, 상기 제2 실린더(27)와 동일 센터 상에 설치된다. 이때, 상기 제3 실린더는 유압 또는 공압 실린더 중, 선택되는 어느 하나의 실린더로 이루어질 수 있다.

상기 하형홀더(37)는 상기 제3 실린더(35)와 상기 하형(23)의 밑면을 연결시켜 주는 것으로, 제3 실린더(35)의 하측에서 작동로드(35a)와 연결되고, 상기 하형(23)의 밑면과 연결된다.

상기 하형 가이더(39)는 상기 제3 실린더(35)의 외측에 복수로 수직하게 구비되고, 일측이 상기 제3 실린더(35)와 제2 고정 플레이트(40)를 통해 고정되며, 타측이 상기 하형홀더(37)를 관통한다.

이에 따라서, 상기 하형(23) 및 하형홀더(37)는 상기 제3 실린더(35)가 작동하면 상기 하형 가이더(30)를 따라서 상,하로 이동된다.

한편, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 확대 단면도이다. 도 4를 참조하면, 상기 냉각채널(20)은 상기 강판(P)의 상단면 형상을 따라 상기 상형(21)의 내부에 복수로 형성되고, 상기 강판(P)의 하단면 형상을 따라 상기 하형의 내부에 복수로 형성될 수 있다.

이에 따라서, 상기 냉각채널(20)을 냉각수가 순환하면서 상형(21) 및 하형(23)을 급속으로 냉각시킬 수 있다.

이러한 쿨링유닛(7)에 의하면, 상기 제2 및 제3 액추에이터(25,33)의 작동에 따라, 상기 상형(21)과 하형(23)이 상기 가열유닛(5)을 통해 가열된 상기 강판(P)을 상,하측에서 가압 하면서 급속으로 냉각시킬 수 있다.

이에 따라서, 냉간 성형된 상기 강판(P)은 가열과 냉각과정을 거치면서 상변태를 통해 1500MPa 이상의 초고강도를 확보할 수 있고, 이 과정에서 스프링백 현상이 저감될 수 있다.

여기서, 상기 스프링백이 저감되는 것은 냉간 성형된 상기 강판(P)이 가열과 냉각을 거치면서 자연스럽게 이루어지는 것으로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 가열유닛(5)은 상기 쿨링유닛(7)이 상기 강판(P)을 냉각하는 과정에서 냉각 될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 상부전극(11,12) 사이에 설치되는 상형(21)과, 제1 및 제2 하부전극(9,10) 사이에 설치되는 하형(23)을 통해 열교환하면서 냉각될 수 있다.

이에 따라서, 상기 제1 및 제2 하부전극(9,10)과 제1 및 제2 상부전극(11,12)이 전류 통전 시, 발생되는 열로 인해 손상되는 것이 방지될 수 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 핫 스탬핑용 열처리장치(1)의 작동을 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치의 작동 상태도이다.

먼저, 상기한 도 3의 상태에서 상기 가열유닛(5)의 제1 및 제2 하부전극(9,10)에 냉간 성형된 강판(P)이 투입된다. 이때, 상기 쿨링유닛(7)의 상형(21)은 상기 강판(P)의 상측에 위치되고, 상기 하형(23)은 강판(P)의 하측에 배치된다.

이후, 도 5를 참조하면, 상기 제1 액추에이터(13)가 작동하면 상기 가열유닛(5)의 제1 및 제2 상부전극(11,12)이 하강되면서 상기 강판(P)을 가압하고, 제1 및 제2 하부전극(9,10)과 전류를 통전한다.

이때, 상기와 제1 및 제2 하부전극(9,10)과 제1 및 제2 상부전극(11,12)이 통전하면서 상기 강판(P)을 가열시킨다.

상기와 같이 강판(P)이 설정온도로 가열되면, 이를 급속으로 냉각시키고자 상기 쿨링유닛(7)이 작동한다.

도 6을 참조하면, 상기 쿨링유닛(7)은 상기 제2 및 제3 액추에이터(25,33)가 작동하면서 상형(21) 및 하형(23)이 가열된 상기 강판(P)의 외측면 둘레를 가압한다.

이때, 상기 상형(21) 및 하형(23)의 냉각채널(20)에 냉각수가 순환되면서 가열된 상기 강판(P)을 설정온도로 급속하게 냉각시킨다.

이후, 도 7을 참조하면, 냉각작업의 종료와 함께 상기 상형(21)과 하형(23)은 제2 및 제3 액추에이터(25,23)의 역방향 작동에 의해 상기 강판(P)의 상,하측으로 각각 이동된다.

이와 함께, 상기 가열유닛(5)의 제1 및 제2 상부전극(11,12)도 제1 액추에이터(13)의 역방향 작동에 의해 상기 강판(P)의 상측으로 각각 이동된다.

이어서, 상기 강판(P)은 제1 및 제2 하부전극(9,10)에 밑면이 지지된 상태에서 로봇 등을 이용하여 외부로 취출함으로 작업이 종료된다.

이에 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치(1)는 냉간성형 된 강판(P)을 초고강도가 확보되도록 가열 및 냉각하는 작업이 동일장치 내에서 연속적으로 이루어짐에 따라서, 초고강도 확보를 위한 작업시간의 단축과 전체적인 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 가열과 냉각을 위해 다른 장치로 상기 강판을 이동시킬 필요가 없어지고, 이로 인해 열손실을 최소화시킬 수 있으며, 작업시간을 더욱 단축시킬 수 있다.

또한, 종래 기술에서 강판(P)을 가열 및 냉각시키기 위한 가열로 및 냉각장치를 삭제시킬 수 있어 설비비의 감소와 공간을 효율적으로 사용할 수 있다.

또한, 냉간 성형된 강판(P)을 일반적인 트리밍 작업을 거친 후에, 초고강도를 확보하는 작업이 이루어질 수 있어, 초고강도 강판의 레이저 트리밍 작업을 삭제시킬 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑용 열처리 장치(1)를 이용한 핫 스탬핑 성형방법을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 성형방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

상기한 도 1 내지 도 7과 함께 도 8을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 코일 형태의 강판 시트를 프레스 성형이 가능한 크기로 절단한 강판을 제공한다(S11 단계).

여기서, 상기 강판 시트로는 냉연 강판, 열연 강판, 아연 도금 냉연 강판, Al-Si Boron 첨가 코팅 강판을 예로 들 수 있다.

상기 블랭킹 공정(S11 단계)에서는 최종 완제품의 순(net) 중량 보다 상대적으로 큰 설정 중량을 지니도록 강판을 준비한다.

여기서, 상기 강판은 설정 중량 보다 작은 범위이면 프레스 설비에 홀딩되는 부분이 부족하여 완전한 성형이 이루어지지 않을 수 있으며, 설정 중량 보다 큰 범위이면 소재의 낭비가 심하여 원가 상승요인으로 작용하게 된다.

상기에서는 최종 완제품의 순 중량을 기준할 때 이 보다 큰 설정 중량으로 강판을 제공하는 것으로 설명되었으나, 본 발명에서는 반드시 이에 한정되지 않고 최종 완제품의 크기를 기준으로 그 기준을 초과하는 여유 분을 둔 크기의 강판을 제공할 수도 있다.

이후, 본 발명의 실시 예에서는 프레스 장치를 통해 상기 강판을 완제품에 대응하는 형상으로 냉간 성형한다(S12 단계).

이어서 본 발명의 실시 예에서는 완제품에 대응하는 형상으로 냉간 성형된 강판(P)을 트리밍 장치 또는 피어싱 장치를 통해 가공한다(S13 단계).

이때, 냉간 성형된 강판(P)에 대하여 일반적인 트리밍 작업이 수행됨에 따라, 마지막 공정으로 행해지던 초고강도가 확보된 강판의 레이저 트리밍 작업이 삭제될 수 있다.

그리고 본 발명의 실시 예에서는 트리밍 가공된 강판(P)을 가열 및 냉각시키면서 상변태 시키는 과정을 수행한다(S14 단계).

여기서, 상기 상변태 공정(S14 단계)에서는 프레임(3), 상기 프레임(3)의 상,하부 양측에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 냉간성형 된 상기 강판(P)에 전류를 통전시켜 가열하는 가열유닛(5)을 포함하는 핫 스탬팅용 열처리 장치(1)가 제공될 수 있다.

또한, 상기 핫 스탬팅용 열처리 장치(1)는 상기 프레임(3)의 상,하부 중앙에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 가열된 상기 강판(P)을 상,하측에서 가압하면서 냉각시키는 쿨링유닛(7)을 포함한다.(도 1 내지 도 3참조)

이에 의하면, 상기 가열유닛(5)의 하부전극(9,10)이 상기 강판(P)의 밑면 양 측부를 지지하고, 상기 가열유닛(5)의 상부전극(11,12)이 상기 강판(P)의 상측을 가압하며, 상기 상부전극(11,12) 및 하부전극(9,10)이 상호 전류를 통전하면서 상기 강판(P)을 가열한다.(도 5참조)

그리고 가열된 강판(P)은 상기 쿨링유닛(7)의 상형(21)과 하형(23)이 강판(P)의 상측과 하측에서 합형되고, 내부에 구성되는 냉각채널(20)을 통해 가열된 강판(P)을 급속으로 냉각시키면서 냉간 성형된 상기 강판(P)은 마르텐사이트 조직으로 상변태가 이루어지고, 초고강도가 확보된다.(도 6참조)

최종적으로, 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같이 초고강도가 확보된 강판(P)을 상기 핫 스탬핑용 열처리 장치(1)로부터 로봇을 통해 외부로 추출한다(S15 단계).

이러한 일련의 공정으로 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 성형방법에 의하면, 상기 냉간 성형된 강판(P)을 초고강도를 갖도록 가열과 냉각시키는 작업이 핫 스탬팅용 열처리 장치(1) 내에서 순차적으로 진행이 됨에 따라서, 초고강도 확보를 위한 작업시간의 단축과 전체적인 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 강판(P)을 가열과 냉각을 위해 다른 장치로의 이동이 필요가 없게 되어, 열손실을 최소화시키면서 가열작업이 수행될 수 있고, 작업시간을 더욱 단축시킬 수 있다.

또한, 종래 기술에서 강판(P)을 가열 및 냉각시키기 위해 설치되던 가열로 및 냉각장치를 삭제시킬 수 있어 설비비의 감소와 설치공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

1: 핫 스탬핑용 열처리 장치 3: 프레임
5: 가열유닛 7: 쿨링유닛
9: 제1 하부전극 10: 제2 하부전극
11: 제1 상부전극 12: 제2 상부전극
13: 제1 액추에이터 15: 제1 실린더
15a: 작동로드 17: 고정 브라켓
19: 이동 브라켓 20: 냉각채널
21: 상형 23: 하형
25: 제2 액추에이터 27: 제2 실린더
27a: 작동로드 29: 상형홀더
30: 상형 가이더 31: 제1 고정 플레이트
33: 제3 액추에이터 35: 제3 실린더
35a: 작동로드 37: 하형홀더
39: 하형 가이더 40: 제2 고정 플레이트

Claims

프레임의 상,하부 양측에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 냉간 성형된 강판에 전류를 통전시켜 상기 강판이 자체적으로 열을 발생시키도록 하는 가열유닛; 및
상기 프레임의 상,하부 중앙에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 가열된 상기 강판을 상,하측에서 가압하면서 냉각시키는 쿨링유닛; 을 포함하고,
상기 가열유닛은
상기 프레임의 상부 양측에 각각 설치되고, 제1 액추에이터의 작동에 따라 상,하로 이동되는 제1 및 제2 상부전극; 및
상기 프레임의 하부 양측에서 상기 상부전극과 대응되게 각각 설치되는 제1 및 제2 하부전극; 을 포함하고,
상기 제1 및 제2 상부전극은 상기 강판이 성형된 완성품의 형태에 대응하는 굴곡 형상을 가지고, 상기 제1 및 제2 하부전극은 상기 강판이 성형된 완성품의 형태에 대응하는 굴곡 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 상부전극은
서로 다른 극성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 하부전극은
서로 다른 극성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 하부전극은 상기 강판의 밑면 양측 단부를 지지하고,
상기 제1 및 제2 상부전극은 상기 강판의 윗면 양측 단부를 가압하면서 전류를 통전시키는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 하부전극은
상기 프레임 상에 고정설치 되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 상부전극 및 하부전극은
좌,우로 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 가열유닛은
상기 프레임의 양측으로부터 좌,우로 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 가열유닛은
상기 쿨링유닛과 열교환을 통해 냉각되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 액추에이터는
상기 제1 및 제2 상부전극의 상측에서 상기 프레임 상에 수직하게 각각 설치되고, 작동로드가 상기 제1 및 제2 상부전극과 연결되는 제1 실린더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 쿨링유닛은
상기 프레임의 상부 중앙에 설치되고, 상부에 설치되는 제2 액추에이터와 연결되어 상,하로 이동되는 상형;
상기 프레임의 하부 중앙에서 상기 상형과 대응되게 설치되고, 하부에 설치되는 제3 액추에이터와 연결되어 상,하로 이동되는 하형; 을 포함하고,
상기 상형과 하형에는 각각 냉각수가 순환하는 냉각채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
제12항에 있어서,
상기 상형은 상기 제1 및 제2 상부전극 사이에 배치되고,
상기 하형은 상기 제1 및 제2 하부전극 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
제12항에 있어서,
상기 제2 액추에이터는
상기 상형의 상측에서 상기 프레임 상에 수직하게 설치되는 제2 실린더;
상기 제2 실린더의 하측에서 작동로드를 통해 상기 제2 실린더와 상기 상형을 연결시키는 상형홀더; 및
상기 제2 실린더의 외측에 복수로 수직하게 구비되고, 상기 제2 실린더의 작동에 따라 상기 상형홀더 및 상형의 상,하 이동을 가이드 하는 상형 가이더;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
제12항에 있어서,
상기 제3 액추에이터는
상기 하형의 하측에서 상기 프레임 상에 수직하게 설치되는 제3 실린더;
상기 제3 실린더의 상측에서 작동로드를 통해 상기 제3 실린더와 상기 하형을 연결시키는 하형홀더; 및
상기 제3 실린더의 외측에 복수로 수직하게 구비되고, 상기 제3 실린더의 작동에 따라 상기 하형홀더 및 하형의 상,하 이동을 가이드 하는 하형 가이더;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
제12항에 있어서,
상기 냉각채널은
상기 강판의 상단면 형상을 따라 상기 상형의 내부에 형성되고, 상기 강판의 하단면 형상을 따라 상기 하형의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑용 열처리 장치.
(a) 강판 시트로부터 절단된 강판을 제공하는 과정;
(b) 상기 강판을 완제품에 대응하는 형상으로 냉간 성형하는 과정;
(c) 상기 냉간 성형된 강판을 트리밍 및 피어싱하는 과정;
(d) 상기 트리밍 된 강판을 동일 장치 내에서 상기 강판 양단에 전류를 인가하여, 가열하고, 상형 또는 하형에 형성된 냉각채널에 냉각수를 흘려서 냉각시키면서 상변태 시키는 과정; 및
(e) 상기 상변태된 강판을 취출하는 과정;을 포함하고,
상기 (d) 과정에서는
프레임의 상,하부 양측에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 냉간성형 된 강판에 전류를 통전시켜 가열하되, 전류를 인가하는 전극은 상기 강판의 성형완성품에 대응하는 형태를 갖는 가열유닛; 및
상기 프레임의 상,하부 중앙에서 상,하로 이동 가능하게 설치되고, 가열된 상기 강판을 상,하측에서 가압하면서 냉각시키는 쿨링유닛;
을 포함하는 핫 스탬팅용 열처리 장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 성형방법.
삭제
제17항에 있어서,
상기 (d) 과정에서는
상기 가열유닛의 하부전극이 상기 강판의 밑면 양 측부를 지지하고,
상기 가열유닛의 상부전극이 상기 강판의 상측을 가압하며,
상기 상부 및 하부전극이 상호 전류를 통전하면서 상기 강판을 가열하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 성형방법.
삭제