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KR101101404B1 - 열간성형 제품용 냉각장치 - Google Patents

열간성형 제품용 냉각장치 Download PDF

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KR101101404B1 KR1020090039020A KR20090039020A KR101101404B1 KR 101101404 B1 KR101101404 B1 KR 101101404B1 KR 1020090039020 A KR1020090039020 A KR 1020090039020A KR 20090039020 A KR20090039020 A KR 20090039020A KR 101101404 B1 KR101101404 B1 KR 101101404B1
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Abstract

본 발명에 따른 열간성형 제품용 냉각장치는: 냉각수가 저장되는 냉각탱크와; 냉각수에 냉각되는 작업 대상물을 가압 지지하는 접촉부를 구비하는 지지장치; 및 작업 대상물에 냉각수가 공급되도록 접촉부에 구비되는 냉각수공급부;를 포함한다.
본 발명에 따른 열간성형 제품용 냉각장치는 작업 대상물에 냉각수를 공급하면서 냉각시킬 수 있으므로, 작업 대상물의 강도를 향상시킬 수 있어 작업 대상물의 파손을 방지할 수 있다.
자동차, 차량, 토션빔, 열간성형, 냉각장치

Description

열간성형 제품용 냉각장치 {COOLING APPARATUS FOR HOT FORMING BEAM}
본 발명은 열간성형 제품용 냉각장치에 관한 것으로서, 특히, 냉각작동 중에 제품이 변형되는 것을 억제하고, 냉각시간을 단축시킬 수 있는 열간성형 제품용 냉각장치에 관한 것이다.
자동차의 후륜 현가계에 적용되는 토션빔 등 열간성형 공정에 의해 제작되는 제품은 다양하다. 자동차 후륜 현가계의 토션빔은 크게 빔과, 빔 양측에 갖는 트레일링 암으로 구성되어 차량의 선회시 작용하는 원심력에 대한 빔의 비틀림으로 자세를 유지하도록 하는 기능을 담당하는 것으로서, 강한 비틀림강성과 벤딩강성이 요구된다. 초기에는 철판의 단면을 "U"형 내지는 "V"형으로 구부려서 빔을 구성하고 그 내측에는 토션바를 보강하며, 트레일링 암과는 별도의 보강판을 통한 용접으로 비틀림강성과 벤딩강성을 갖도록 하였다.
상기한 구조의 토션빔은 강도가 보강된 만큼 비틀림강성과 벤딩강성은 충분히 만족할 수 있으나 토션바와 보강판 등 늘어난 부품수와 조립 및 용접공정수 등 으로 인하여 현저한 생산성 저하를 가져오게 되고 또 용접공정시 공차관리의 어려움으로 불량 발생률이 매우 높으며 제품의 무게 가중으로 차량의 연비를 저하시키는 한 원인을 제공하는 등의 문제점들이 지적되고 있었다.
이에 근래에는 원통형 파이프를 프레스 가압 성형하여 중앙부는 비틀림강성을 위하여 두 겹의 "U"형 내지는 "V"형 단면을 갖도록 하고 양측부는 트레일링 암과의 넓은 용접면 확보와 벤딩강성을 위하여 "ㅁ"형 단면을 갖도록 한 빔이 이용되고 있다. 이는 토션빔의 빔으로서 비틀림과 벤딩에 대한 충분한 강성을 지니면서 부품수와 조립 및 용접공정수를 줄일 수 있어 종래에 비해 생산성 향상과 불량 발생률 감소 및 경량화로 차량의 연비를 개선해 줄 수 있는 것으로 평가받고 있다.
또한, 상기한 바와 같은 구조의 토션빔을 열간성형 공정에 의해 제조한 후에 설정 시간 이내에 냉각시켜 담금질하는 냉각장치가 구비된다.
종래 기술에 따른 열간성형 제품용 냉각장치는 제품을 지지하는 지그를 냉각수에 입수시켜 냉각작동을 행하기 때문에 제품과 지그 사이의 접촉 면적이 넓을수록 제품과 냉각수 사이의 접촉 면적이 감소되어 설정 시간 이내에 효과적인 냉각작동을 행할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 열간성형 제품용 냉각장치는 제품과 지그 사이의 접촉 면적이 좁을수록 냉각 성능은 향상되지만 냉각작동이 이루어지는 동안 제품에 변형이 발생되는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 제품과 냉각수 사이의 접촉 면적이 감소되지 않고, 냉각작동 중에 제품이 변형되는 것을 억제하는 열간성형 제품용 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 열간성형 제품용 냉각장치는: 냉각수가 저장되는 냉각탱크와; 상기 냉각수에 냉각되는 작업 대상물을 가압 지지하는 접촉부를 구비하는 지지장치; 및 상기 작업 대상물에 냉각수가 공급되도록 상기 접촉부에 구비되는 냉각수공급부;를 포함한다.
상기 지지장치는, 상기 작업 대상물이 안착되는 하부지그; 및 이동 가능하게 구비되어 상기 하부지그에 안착된 상기 작업 대상물을 가압하는 상부지그;를 포함 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 접촉부는 상기 하부지그에 구비되어 상기 작업 대상물이 안착되는 안착부; 및 상기 상부지그에 구비되어 상기 안착부에 안착된 상기 작업 대상물을 가압 지지하는 지지부;를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉각수공급부는 상기 작업 대상물 측으로 돌출되게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉각수공급부는 상기 작업 대상물과 점 접촉되거나 선 접촉되게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 안착부는, 상기 작업 대상물의 양 측부를 지지하는 제1안착부; 및 상기 작업 대상물의 중앙부를 지지하는 제2안착부를 포함하고; 상기 제1안착부와 상기 제2안착부 사이에는 통수홀부가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 접촉부 사이에는 통수홀부가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 작업 대상물은 차량의 토션빔을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열간성형 제품용 냉각장치는 작업 대상물에 냉각수를 공급하면서 냉각시킬 수 있으므로, 작업 대상물의 강도를 향상시킬 수 있어 작업 대상물의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 작업 대상물을 가압 지지한 상태로 냉각시킬 수 있으므로, 냉각시 발생되는 작업 대상물의 변형이나 파손 등과 같은 불량 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 냉각수 공급부에 의해 작업 대상물에 냉각수가 공급되므로, 작업 대상물을 급랭시킬 수 있어 필요한 강도를 확보할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 열간성형 제품용 냉각장치의 일 실시예를 설명한다. 설명의 편의를 위해 작업 대상물이 차량의 토션빔인 경우를 예로 들어 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형 제품용 냉각장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 열간성형 제품용 냉각장치의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 열간성형 제품용 냉각장치를 도시한 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 열간성형 제품용 냉각장치의 지지장치의 일 실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 열간성형 제품용 냉각장치의 지지장치가 결합된 상태를 도시한 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 열간성형 제품용 냉각장치의 지지장치의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이다. 설명의 편의를 위해 도 1 내지 도 5에 도시된 구성요소와 구성 및 기능이 유사한 구성요소는 도 6에서도 동일한 참조번호로 인용하였다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형 제품용 냉각장치는 냉각수가 저장되는 냉각탱크(10)와, 냉각탱크(10)에 구비되는 프레임(70)과, 냉각수에 냉각되는 작업 대상물(11)을 지지하는 지지장치(30)와, 작업 대상물(11)에 냉각수가 공급되도록 지지장치(30)에 구비되는 냉각수공급부(90)를 포함한다.
열간성형공정에 의해 작업 대상물(11)의 성형이 완료되면, 지지장치(30)에 작업 대상물(11)을 안착시킨 후 프레임(70)을 냉각탱크(10)에 입수시켜 작업 대상물(11)을 냉각한다. 이때, 냉각수공급부(90)에 의해 작업 대상물(11)과 지지장치(30) 사이에 소정 간격이 유지되므로, 작업 대상물(11)을 가압 지지하는 접촉부(60)에도 냉각수가 공급된다. 따라서 지지장치(30)와 작업 대상물(11) 사이의 간격으로 통과되는 냉각수에 의해 작업 대상물(11)이 효과적으로 냉각되고, 또한 냉각시 작업 대상물(11)을 가압 지지한 상태로 냉각시킬 수 있으므로 냉각시 발생되는 비틀림 등으로 인한 작업 대상물(11)의 변형이나 손상을 방지할 수 있다.
냉각탱크(10)는 상측이 개방된 모양으로 형성되며, 양측 내벽에는 가이드레일(12)이 형성된다. 프레임(70)은 가이드레일(12)에 수직 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치된다. 구동부(72)는 프레임(70)을 구동시켜 작업 대상물(11)을 냉각수에 투입하거나 냉각수로부터 인출한다.
지지장치(30)는 작업 대상물(11)이 안착되는 하부지그(32)와, 이동 가능하게 구비되어 하부지그(32)에 안착된 작업 대상물(11)을 가압하는 상부지그(36)를 포함한다. 상부지그(36)는 프레임(70)에 이동 가능하게 구비되어 하부지그(32)에 안착된 작업 대상물(11)을 선택적으로 가압 지지한다.
접촉부(60)는 지지장치(30)에 구비되어 작업 대상물(11)을 가압 지지한다. 접촉부(60)는 하부지그(32)에 구비되어 작업 대상물(11)이 안착되는 안착부(40) 및 상부지그(36)에 구비되어 안착부(40)에 안착된 작업 대상물(11)을 가압 지지하는 지지부(55)를 포함한다. 접촉부(60)는 도 6에 도시된 바와 같이 작업 대상물(11)의 길이 방향으로 길게 형성될 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 여러 개가 이격되게 형성될 수도 있다. 접촉부(60) 사이에는 냉각수가 유입될 수 있도록 통수홀부(65)가 관통되게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 냉각시 작업 대상물(11)의 비틀림 변형을 방지하기 위하여 접촉부(60)와 작업 대상물(11) 사이의 접촉 면적이 작업 대상물(11) 표면적의 40 ~ 90% 가 되도록 접촉부(60)가 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 접촉 면적이 40% 미만인 경우는 작업 대상물(11)에 비틀림이 발생될 수 있고, 접촉 면적이 90%를 초과하면 냉각 효율이 떨어진다. 여기서, 작업 대상물(11)의 표면적은 하부지그(32)와 상부지그(36)에 의해 지지되는 작업 대상물(11)의 외부 표면적을 의미한다.
접촉부(60)가 작업 대상물(11)과 면접촉되면 면접촉되는 부분에는 냉각수가 공급되지 못하므로, 작업 대상물(11)을 냉각시키더라도 냉각수가 원활하게 공급되지 않아 접촉되는 부분이 강도가 향상되는 마르텐사이트 조직 등으로 변환되지 않을 수 있다. 냉각수공급부(90)는 작업 대상물(11)에 냉각수가 공급되도록 작업 대상물(11)과 접촉되는 접촉부(60)에 구비된다. 냉각수공급부(90)는 작업 대상물(11) 측으로 돌출되게 형성되거나, 작업 대상물(11)에 냉각수가 원활하게 공급되도록 작업 대상물(11)과 점 접촉되거나 선 접촉되도록 형성될 수 있다. 일 실시예로서, 냉각수공급부(90)는 엠보싱 형상의 돌기를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 작업 대상물(11)과 접촉되는 냉각수공급부(90)는 작업 대상물(11) 쪽으로 돌출되게 형성 되어, 작업 대상물(11)과 접촉되는 부분이 점 접촉되거나 선 접촉될 수도 있고, 접촉되는 부분의 형상이 다각형이나 원 형상으로 면 접촉될 수도 있는 등 다양한 변형실시가 가능하다.
안착부(40)는 하부지그(32)에 구비되어 작업 대상물(11)을 지지한다. 본 실시예에서, 안착부(40)는 작업 대상물(11)의 양 측부를 지지하는 제1안착부(42)와, 작업 대상물(11)의 중앙부를 지지하는 제2안착부(44)를 포함한다. 냉각 효율이 향상되도록 제1안착부(42)와 제2안착부(44) 사이 또는 제2안착부(44) 사이에는 냉각수가 공급되는 통수홀부(65)가 관통되게 형성되는 것이 바람직하다.
냉각시 작업 대상물(11)의 비틀림 변형을 방지하기 위하여 제2안착부(44)의 길이는 작업 대상물(11) 길이의 40 ~ 90% 로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 제2안착부(44)의 길이가 작업 대상물(11) 길이의 40% 미만인 경우는 작업 대상물(11)에 비틀림이 발생될 수 있고, 90%를 초과하면 냉각 효율이 떨어진다. 여기서, 제2안착부(44)의 길이는 통수홀부(65)를 제외한 길이를 의미한다. 제2안착부(44)는 도 4에 도시된 바와 같이 이격되게 형성될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 일체로 길게 형성될 수도 있다. 작업 대상물(11)의 비틀림 변형 등을 방지하기 위하여 제2안착부(44)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 작업 대상물(11)의 길이 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.
상부지그(36)는 프레임(70)에 설치되는 액추에이터(50)에 의해 수직 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되고, 작업 대상물(11)을 가압 지지하는 지지부(55)를 구비한다. 지지부(55)는 안착부(40)와 대응되게 형성되는 것이 바람직하다. 일 실 시예로서, 지지부(55)는 제1안착부(42)에 대응되는 제1안착부(43)와, 제2안착부(44)에 대응되는 제2안착부(45) 및 통수홀부(65)를 구비하는 것이 바람직하다.
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형 제품용 냉각장치의 동작을 상세하게 설명한다.
먼저, 열간성형장치에 의해 작업 대상물(11)이 성형되면 작업 대상물(11)을 하부지그(32)의 안착부(40)에 안착시킨 후, 액추에이터(50)의 구동에 의해 상부지그(36)가 하강하여 하부지그(32)와 결합되어 작업 대상물(11)을 가압 지지한다. 작업 대상물(11)은 접촉부(60)에 접촉되어 가압 지지되고, 지지장치(30)에 장착된 작업 대상물(11)은 구동부(72)에 의해 냉각탱크(10)로 이동되어 냉각수에 침수된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 침수된 작업 대상물(11)과 접촉부(60) 사이에는 냉각수공급부(90)에 의해 이격된 틈이 형성되고, 이 틈을 통해 냉각수가 작업 대상물(11)에 공급되어 작업 대상물(11)을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 열간성형 제품용 냉각장치는 작업 대상물(11)과 냉각수 사이의 접촉 면적이 감소되지 않고, 작업 대상물(11)을 안정적으로 가압하면서 냉각시킬 수 있으므로 냉각 효율을 확보하면서 제품이 변형되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한, 본 실시예에서는 작업 대상물(11)로 차량에 사용되는 토션빔을 예로 들어 설명 하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 토션빔 뿐 아니라 다른 열간성형 제품에도 본 발명에 따른 냉각장치가 사용될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형 제품용 냉각장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열간성형 제품용 냉각장치의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 열간성형 제품용 냉각장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열간성형 제품용 냉각장치의 지지장치의 일 실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 열간성형 제품용 냉각장치의 지지장치가 결합된 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열간성형 제품용 냉각장치의 지지장치의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10 : 냉각탱크 12 : 가이드레일
30 : 지지장치 32 : 하부지그
36 : 상부지그 40 : 안착부
42 : 제1안착부 44 : 제2안착부
50 : 액추에이터 55 : 지지부
60 : 접촉부 90 : 냉각수공급부

Claims (8)

  1. 냉각수가 저장되는 냉각탱크;
    상기 냉각수에 냉각되는 작업 대상물을 가압 지지하는 접촉부를 구비하는 지지장치; 및
    상기 작업 대상물에 냉각수가 공급되도록 상기 접촉부에 구비되는 냉각수공급부;를 포함하고;
    상기 지지장치는,
    상기 작업 대상물이 안착되는 하부지그; 및
    이동 가능하게 구비되어 상기 하부지그에 안착된 상기 작업 대상물을 가압하는 상부지그;를 포함하고;
    상기 접촉부는,
    상기 하부지그에 구비되어 상기 작업 대상물이 안착되는 안착부; 및
    상기 상부지그에 구비되어 상기 안착부에 안착된 상기 작업 대상물을 가압 지지하는 지지부;를 포함하고;
    상기 냉각수공급부는 상기 작업 대상물 측으로 돌출되게 형성되고;
    상기 안착부는,
    상기 작업 대상물의 양 측부를 지지하는 제1안착부; 및
    상기 작업 대상물의 중앙부를 지지하는 제2안착부를 포함하고;
    상기 제1안착부와 상기 제2안착부 사이에는 통수홀부가 형성되고;
    상기 냉각수공급부는 엠보싱 형상의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간성형 제품용 냉각장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수공급부는 상기 작업 대상물과 점 접촉되거나 선 접촉되게 형성되는 것을 특징으로 하는 열간성형 제품용 냉각장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접촉부 사이에는 통수홀부가 형성되는 것을 특징으로 하는 열간성형 제 품용 냉각장치.
  8. 제1항, 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 대상물은 차량의 토션빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 열간성형 제품용 냉각장치.
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