JP2021146400A - 冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間成形金型の作製時、内部に多数列の冷却水路を縁形状に沿って一定の深さ及び間隔に容易に形成して冷却効率と成形品質を高めることができ、漏水の恐れがなく、シーリングのための作業を省略する作製工数最小化でコスト（ｃｏｓｔ）節減及び生産性を高めることができる冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法に関するものであって、分割して材料を準備するステップ、ＮＣ加工機に予め入力されたセンターピラー設計情報及び冷却路設計情報により輪郭ライン範囲内で前面及び後面それぞれに冷却路を加工する冷却路加工ステップ、固相拡散接合ステップ、ＮＣ加工機を通して予め入力されたセンターピラー設計情報により輪郭ラインに沿って加工して金型に製造する金型加工ステップ及び金型を一定温度に加熱する熱処理ステップを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、センターピラー用熱間成形金型の製造方法に関する。より詳細には、冷却手段が備えられる熱間成形金型の製造方法に関する。

一般に、熱間成形金型は、成形される製品の熱を冷ましてその形態を維持するようにするために、金型の成形面の縁形状に沿ってその内部に冷却水路を備えなければならず、このような冷却水路（ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ）は、部位別の金型の冷却差が発生しないように成形面の形状に沿ってその縁に一定の深さに形成されなければならない。

一例として、素材を６００℃、詳細には９００℃以上の温度に加熱して成形した後、成形製品を急冷させるホットスタンピング方式は、成形製品を高強度の剛性に変わるようにするものであって、これに使用される熱間成形金型は、成形面の高低及び形状の縁に沿って内部に冷却水路が備えられる。ところが、このような冷却システムを要する熱間成形金型の作製時、従来は、ガンドリルで冷却水路を直線加工して連結する作製方式を主に採択していた。

ガンドリルで冷却水路を直線加工する方式は、成形面の縁に沿って深さを一定に冷却水路を形成しにくいため、成形製品の品質を均一にすることができない問題点がある。即ち、ガンドリル加工方式は、成形面の縁で、ある冷却水路は近く加工され、ある冷却水路は遠く離れて加工される等、冷却水路の深さが一定に加工され得ないことで部位別の冷却効率が異なり、このように冷却効率が異なると、冷却による時間が長くかかって製品の生産性に劣り、成形製品の変形が容易に発生して品質の均一性に劣るようになる。

これを解決するための先行技術としては、下記の特許文献１の「ホットスタンピング用金型」（以下、「先行技術１」と称する）がある。前記先行技術１は、順に重畳されてキャビティ面を形成する多数の金型プレートと；前記各金型プレートの少なくとも一つの重畳面に陥没するように形成されたプレート冷却ホールと；前記多数の金型プレートと垂直に結合されながら前記各プレート冷却溝に連通するベース冷却通路を備えたベース；を含んで構成され、前記金型プレートには、前記ベースが結合される反対方向の外郭線が前記キャビティ面の一部を形成するように構成されたホットスタンピング用金型である。即ち、前記先行技術１は、金型材料を多数個の金型素材に切断した後、それぞれ組み立て位置によって適した成形面を先に個別加工して多数個の金型プレートに作り、これらを重畳後、締結部材で締結してサブアセンブリをなすようにする方式であって、このような先行技術１は、下記のように様々な問題点を有している。

第一：各金型プレート素材の個別加工される成形面の形状や高低が重畳させた時に互いに精密に一致できるように精密な成形面の加工を要するので金型作製時間が多く必要とされ、第二：前記成形面が先に加工された多数の金型プレートは、重畳時に水密性の確保のために両方の重畳面を高精度にいちいち精密加工しなければならないので金型作製による生産性に劣り、第三：各金型プレート間の水密性の確保のための加圧手段として、各金型プレートをロングボルトの締結部材で締め付けたが、このような金型プレートで構成されたパンチとダイは、製品の成形時に相当な衝撃圧力を繰り返して受けることで水密性の維持が難しく、しばらくしたら漏水の恐れがある等、耐久性に劣る問題点がある。

また他の先行技術としては、本願の出願人が先に開発して登録を受けた特許文献２の「ホットスタンピング冷間トリム量産用プレス金型の製造方法」（以下、「先行技術２」と称する）がある。前記先行技術２は、超高硬度鋼と熱間合金工具鋼で異種であるスチール本体を拡散接合させて単一体の金型素材に形成する第１ステップと；金型素材の底面及び一側縁面を熱処理時の変形量を考慮して加工余裕をもって研磨加工する第２ステップと；金型素材の残りの縁面を加工する第３ステップと；基準ホールと基準面を加工する第４ステップと；ボルト孔を多数形成する第５ステップ；及び、一方面を基準ホールを中心に３次元形状加工する第６ステップと；金型素材を熱処理する第７ステップと；加工条件による測定値の数値表に基づく補正値適用して底面及び一側縁面は実寸法に研磨加工し、縁面は実寸法にワイヤー加工する第８ステップ；で構成し、より安価な価格で１５０ｋｇ級の鋼板製品を大量加工できるようにしたものであって、金型開発費の節減と耐久性が向上するようにしたものである。

ところが、前記先行技術２のように、異種スチール本体を先ず一つの金型素材に接合した後、その金型素材にホールを貫通加工する方式では、成形面の縁形状に沿って内部に一定間隔で多数個の冷却水路を一定の深さに形成することができず、内部に多数の冷却水路が備えられなければならない熱間成形金型の製造には不適であるといえる。

韓国登録特許第１０−１２８３９８３号（２０１３．０７．０９） 韓国登録特許第１０−１４０３６６８号（２０１４．０６．２０）

そこで、本発明は、前記の従来の技術及び先行技術の問題点を改善するために開発されたものであって、本発明の目的は、熱間成形金型の作製時、内部に多数列の冷却水路を縁形状に沿って一定の深さ及び間隔に容易に形成して冷却効率と成形品質を高めることができ、漏水の恐れがなく、シーリングのための作業を省略する作製工数最小化でコスト（ｃｏｓｔ）節減及び生産性を高めることができる冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、金型内部に多数列で備えられる冷却水路を、直線だけではなく、曲線または垂直加工等、必要な形態への全ての加工が可能であり、固相拡散接合される分割材料の厚さ調節で冷却速度調節が可能であるように設計が容易な冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法を提供することにある。

本発明の一様態によれば、金属材料を所定の厚さに切断して複数個の分割材料に分割して材料を準備するステップ、複数の前記分割材料が互いに重なる面にＮＣ加工機に予め入力されたセンターピラー設計情報及び冷却路設計情報により輪郭ライン範囲内で前面及び後面それぞれに冷却路を加工する冷却路加工ステップ、複数個の前記分割材料を順番によって冷却路が当接するように位置させた後、固相拡散接合して一体化した一体材料に形成する固相拡散接合ステップ、前記一体材料をＮＣ加工機を通して予め入力された前記センターピラー設計情報により前記輪郭ラインに沿って加工して金型に製造する金型加工ステップ、及び前記金型を一定温度に加熱する熱処理ステップを含むことを特徴とする、冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法を提供する。

本発明によれば、多数枚の分割材料を母材と同等な物性を有するようにする固相拡散接合を利用して金型を作製し、金型内部に多数列の冷却路を成形面の縁に沿って一定の深さ及び間隔に簡便かつ精密に作ることができ、金型のサイズの最小化及びコスト節減の効果があり、内部に備えられる多数の冷却路間の水密性に優れて漏水の恐れが全くなく、冷却効率を高めることができて成形製品の品質を向上させることができる。

また、各分割材料に冷却路を先に精密加工した後、固相拡散接合し、その後、外周の成形面を加工するものであるので、冷却水路を直線、曲線、垂直加工等、必要な全ての加工が可能であり、多数の分割材料の厚さを調節すれば部位別の冷却速度の調節が可能な金型作製が容易である。

本発明の第１実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法を示したフローチャートである。 本発明の第１実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の分割材料準備ステップを示した図である。 本発明の第１実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の冷却路加工ステップを示した図である。 本発明の第１実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の固相拡散接合ステップを示した図である。 同上。 同上。 本発明の第１実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の金型加工ステップを経た金型を示した図である。 本発明の第１実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法により製造された金型の多数個が一つの組をなしてセンターピラー製造用の最終金型として使用されることを示した図である。 本発明の第２実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の順序を示したフローチャートである。 本発明の第２実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の第１インサート及び第２インサートステップを示した図である。 本発明の第２実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の仮接合ステップを示した図である。 本発明の第３実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の冷却路についての説明をした図である。 本発明の第３実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の油圧制御部形成ステップを示したフローチャートである。 本発明の第３実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の油圧制御部を示した図である。 同上。 本発明の第４実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の冷却路を示した図である。 同上。 本発明に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型を通して製造されたものを一例として示したセンターピラーを示した図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態に具現され得、以下において開示される実施例に限定されない。また、図面において本発明を明確に開示するために本発明と関係ない部分は省略し、図面において同一または類似した符号は、同一または類似した構成要素を示す。

本発明の目的及び効果は、下記の説明によって自然に理解されるか、より明らかになり得、下記の記載だけに本発明の目的及び効果が制限されるものではない。

本発明の目的、特徴及び長所は、下記の詳細な説明を通してより明らかになるだろう。また、本発明を説明するにあたって、本発明と関連した公知の技術についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要に濁す恐れがあると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。以下、添付の図面を参照して本発明に係る実施例を詳細に説明する。

図１を参考にすると、本発明の第１実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法は、分割材料２０準備ステップ（Ｓ１００）、冷却路１００加工ステップ（Ｓ２００）、固相拡散接合ステップ（Ｓ３００）、金型４０加工ステップ（Ｓ４００）、熱処理ステップ（Ｓ５００）を含むことができる。各ステップについての説明は、図面を参考にして詳細に説明する。

＜１−分割材料準備ステップ（Ｓ１００）＞
図１及び図２を参考にすると、分割材料２０準備ステップは、一定の大きさの四角六面体となった金属材料１０を一定の厚さに切断して複数個の分割材料２０に準備するステップである。分割材料２０の厚さは、予め設計されたセンターピラーの形状と必要な冷却路１００の形状／個数によって異にすることができる。

＜２−冷却路加工ステップ（Ｓ２００）＞
図３を参考にすると、冷却路１００加工ステップは、四角の板に分割された複数個の分割材料２０の前面及び後面それぞれに冷却路１００を形成するステップである。詳細に、冷却路１００は、ＮＣ加工機に予め入力されたセンターピラー設計情報及び冷却路１００設計情報により輪郭ラインＬ範囲内で前面及び後面それぞれに冷却路１００を加工するステップである。センターピラー設計情報は、輪郭ラインＬについての設計情報であり、冷却路１００設計情報は、輪郭ラインＬ内の区間に形成される冷却路１００についての設計情報である。

冷却路１００加工ステップにおいて、複数の分割材料２０の中で両端エッジに位置される分割材料２０は、前面冷却路１００ａまたは後面冷却路１００ｂのうち一つだけ加工され、エッジの分割材料２０以外の残りの分割材料２０は、前面に前面冷却路１００ａ、後面には後面冷却路１００ｂが加工形成される。

冷却路１００加工ステップにおいて、一つの分割材料２０を基準に検討すると、一分割材料２０の前面冷却路１００ａは、前側に接する分割材料２０の後面冷却路１００ｂと同じ形状を有するように対称となるように加工され、一分割材料２０の後面冷却路１００ｂは、後側に接する分割材料２０の前面冷却路１００ａと同じ形状を有するように対称となるように加工される。前記のように対称となるように冷却路１００を加工すると、後行過程を通して一体材料３０に合わせられたとき、冷却路１００の外郭線が互いに一致し水密性が高くなって冷却効率が高くなる。

また、冷却路１００加工ステップにおいては、通孔１５０加工ステップをさらに含むことができる。通孔１５０は、前面冷却路１００ａと後面冷却路１００ｂを互いに連結する構成であって、予め設計された冷却路１００設計情報により多様に位置／具現され得る。通孔１５０と併せて、冷却路１００に冷却水が外部から供給され得る供給ラインや排出される排出ライン等の設計も、通孔１５０のように冷却効率を考慮して冷却路１００設計情報により多様に具現され得る。

＜３−固相拡散接合ステップ（Ｓ３００）＞
図４ａ、図４ｂ、図４ｃを参考にすると、固相拡散接合ステップは、複数個の分割材料２０を順番によって冷却路１００が互いに当接するように位置させた後、固相拡散接合して一体化した一体材料３０に形成するステップである。

固相拡散接合ステップは、複数個の分割材料２０を必要な温度（１０００〜１１００℃）で一定時間の間所定圧力で加圧して一つの本体をなすようにすることで一体化した一体材料３０に形成するステップである。

固相拡散接合とは、融点以下の温度と塑性変形量の最小化圧力で加圧して原子の移動と拡散がなされるようにする方法である。詳細に、同種または異種材料を弾性変形領域内で熱と圧力を加え、その接合面に発生する原子の拡散を利用して固相の状態で接合する方法を意味し、これは真空中の原子の拡散現象を利用して凝固亀裂及び気孔等の結合がなく、母材と同等な物性確保が可能であり、性質が異なる材料とも接合が可能であるという特徴がある。

これにより複数個の分割材料２０を固相拡散接合すると、その複数個の分割材料２０は、塑性変形により固相状態の一つの本体をなす形態に原子が拡散され、一つの本体に一体化した直方体の一体材料３０をなすようになる。

即ち、固相拡散接合された直方体の一体材料３０は、最初の材料準備ステップで準備される直方体の材料のように外面は全く加工されていない本体の形状をなしているが、その内部には、多数の冷却路１００及び通孔１５０が形成されたことが特徴である。

＜４−金型加工ステップ（Ｓ４００）＞
図５を参考にすると、金型４０加工ステップは、一体材料３０をＮＣ加工機を通して予め入力されたセンターピラー設計情報により輪郭ラインＬに沿って加工することで金型４０に加工するステップである。このような過程を経ると、立体感のある成形面が屈曲した形態に加工され、成形面の内部には、輪郭ラインＬに沿って冷却路１００が一定間隔で備えられる金型４０を得ることができる。

＜５−熱処理ステップ（Ｓ５００）＞
熱処理ステップは、金型４０を所定温度（１０００〜１１００℃）に一定時間加熱して熱処理する過程であって、熱処理を遂行することで金型４０はより高い強度を有するようになる。さらなる一例として、熱処理ステップ以前に、より精密な加工のために定数値に従って金型４０の追加加工がさらになされ、その後、熱処理ステップを通して仕上げを遂行するように具現され得る。

前記のような過程を通して製造された金型は、一つが単独で使用されるか、図６のように多数個が一つの組をなして使用されることもある。

図７を参考にすると、本発明の第２実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法は、前記第１実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法で仮結合ステップ及び検査ステップがさらに追加され得る。

詳細に、第２実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法は、分割材料２０準備ステップ、冷却路１００加工ステップ、固相拡散接合ステップ、金型４０加工ステップ、熱処理ステップを含み、冷却路１００加工ステップと固相拡散接合ステップとの間に仮結合ステップ及び検査ステップをさらに含むことができる。

＜１ 分割材料準備ステップ（Ｓ１００）＞
第１実施例の分割材料２０準備ステップ（Ｓ１００）と同じ。

＜２ 冷却路加工ステップ（Ｓ２００）＞
第１実施例の冷却路１００加工ステップ（Ｓ２００）と同じ。

＜３ 仮結合ステップ（Ｓ２５０）＞
図８を参考にすると、前記第１実施例の冷却路１００加工ステップ以後に仮結合ステップが加えられ、仮結合ステップは、第１インサートステップ、第２インサートステップ、液相拡散接合ステップ及び検査ステップをさらに含む。ここで、インサート材は、母材である分割材料２０の融点より低い融点を有する金属材であって、融点降下元素であるＢ、Ｓｉ及びＰの少なくとも一つを含むようにすることができる。

＜３−１ 第１インサートステップ（Ｓ２５１）＞
図８を参考にすると、第１インサートステップは、冷却路１００加工ステップで形成された冷却路１００の外郭線に沿ってインサート材（第１インサート材）２００を介在させるステップである。第１インサートステップにおいて、インサート材２００は、あたかもパッキングのように冷却路１００の外郭線に沿ってつながるように形成される。

＜３−２ 第２インサートステップ（Ｓ２５２）＞
図８を参考にすると、第２インサートステップは、輪郭ラインＬ内に輪郭ラインＬに沿ってインサート材（第２インサート材）２１０を介在させるステップである。第２インサートステップにおいて、インサート材２１０は、あたかもパッキングのように輪郭ラインＬに沿ってつながるように形成される。ここで、前記各インサート材２００，２１０は、被接合材である分割材料２０の融点より低い融点を有する。

＜３−３ 仮接合ステップ（Ｓ２５３）＞
図９を参考にすると、仮接合ステップは、各分割材料２０の間に介在されたインサート材を溶融させることで各分割材料２０を仮結合させるステップであって、複数個の分割材料２０を順番によって冷却路１００が当接するように配列させた後、分割材料２０及びインサート材を含む接合面の面圧を維持しながら、インサート材が溶融され、分割材料２０は溶融されない温度に加熱して仮接合するステップである。液相拡散接合は、接合界面にインサート材が一時的に液相に形成され、接合温度で等温凝固するため、分割材料２０である母材とほぼ同一の物理的、化学的及び機械的性質を有する接合ジョイントを得ることができる。液相拡散接合ステップは、インサート材の溶融過程、インサート材による分割材料２０の溶融過程、溶融された液相の消滅過程及び成分元素の均一化過程に分類され得る。

３−３ 仮接合ステップは、下記のように配列ステップ、面圧維持ステップ及び液相拡散接合ステップで詳細に構成され得る。

＜３−３−１ 配列ステップ（Ｓ２５３１）＞
図９を参考にすると、配列ステップは、複数個の分割材料２０を順番によって冷却路１００が当接するように配列させるステップである。配列ステップにおいては、各分割材料２０の間にインサート材が定位置されるようにしなければならない。

＜３−３−２ 面圧維持ステップ（Ｓ２５３２）＞
図９を参考にすると、面圧維持ステップは、配列された分割材料２０を導電性材質の管形状を有する誘導部３００の内側に位置させる。その後、誘導部３００の外周面方向を囲むように位置され、導電性材質で備えられる螺旋形状のコイル部３１０を位置させる。その後、コイル部３１０に電流Ｅを加えて誘導電流Ｍを発生させる。発生した誘導電流Ｍによって分割材料２０及びインサート材それぞれが磁性を帯び、磁力を有する各構成が互いに磁力により引力が作用することで分割材料２０及びインサート材それぞれの接合面に所定の面圧を加える。

＜３−３−３ 液相拡散接合ステップ（Ｓ２５３３）＞
図９を参考にすると、液相拡散接合ステップは、面圧が維持された分割材料２０を所定の溶融温度に加熱して分割材料２０の間に介在されたインサート材を溶融させるステップである。このとき、真空状態で溶融されるようにすることが好ましく、液相拡散接合は、接合界面にインサート材が一時的に液相に形成され、接合温度で等温凝固するため、分割材料２０である母材とほぼ同一の物理的、化学的及び機械的性質を有する接合ジョイントを得ることができる。液相拡散接合ステップは、インサート材の溶融過程、インサート材による分割材料２０の溶融過程、溶融された液相の消滅過程及び成分元素の均一化過程に分類され得る。

＜３−４ 検査ステップ（Ｓ２５４）＞
検査ステップは、仮接合された分割材料２０の輪郭ラインＬ及び冷却路１００を超音波スキャンして検査するステップであって、液相拡散接合が不良になされたものを選別するためのステップである。液相拡散接合ステップで輪郭ラインＬと冷却路１００の外郭線が仮結合されたため、これを検査することで不良なものを選別し、一部分が不良接合である場合、以後の固相拡散ステップで加えられる圧力の方向や大きさ等を調節するための根拠資料として使用される。しかし、このような検査ステップは、必要に応じて省略され得る。液相拡散接合ステップを行う作業者の熟練度が高く不良率があまりなければ、仮結合された分割材料２０をそのまま固相拡散接合ステップで行うこともできる。

＜４ 固相拡散接合ステップ（Ｓ３００）＞
第１実施例の固相拡散接合ステップと同じであるが、検査ステップ（Ｓ２５４）で検査された資料に基づいて加えられる圧力の大きさや方向を調節して圧入し、仮結合ステップで結合されない残りの部位を固相拡散接合する過程である。

＜５−金型加工ステップ（Ｓ４００）＞
第１実施例の金型４０加工ステップと同じ。

＜６−熱処理ステップ（Ｓ５００）＞
第１実施例の熱処理ステップと同じ。

図１０、図１１、図１２、図１３を参考にすると、本発明の第３実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法は、前記第１実施例に係る成形金型の製造方法と第２実施例に係る成形金型の製造方法に加えられ得る過程であって、冷却路１００加工ステップを具体化した過程である。

図１０を参考にすると、第３実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法の冷却路１００は、輪郭ラインＬの内側中心方向に形成される第１冷却区間１０１、輪郭ラインＬに沿って形成される第２冷却区間１０２、第１冷却区間と第２冷却区間１０２を連結するブリッジ区間１０３及び第２冷却区間１０２の末端に形成される仕上げ区間１０４を含むことができる。

前記のように、冷却路１００は、冷却路１００に沿って流れる冷却水が第１冷却区間１０１、ブリッジ区間１０３、第２冷却区間１０２及び仕上げ区間１０４を順に通過するようにすることが好ましい。

＜Ａ−油圧制御部形成ステップ＞
図１１を参考にすると、油圧制御部４００形成ステップは、ブリッジ区間１０３または仕上げ区間１０４単独や、ブリッジ区間１０３及び仕上げ区間１０４それぞれに油圧制御部４００を形成する過程であって、油圧制御部４００は、冷却路１００に沿って流れる冷却水の圧力を制御することで冷却効率をより高める構成である。

このとき、第１冷却区間１０１及び第２冷却区間１０２に対応する冷却路１００は、断面が半円形状に加工されることで向かい合う分割材料２０が合わせられることで断面が円形を有するようにし、ブリッジ区間１０３及び仕上げ区間１０４に対応する冷却路１００は、断面が矩形状を有するようにすることで分割材料２０が合わせられることで断面が四角形をなすようにするものであってよい。このとき、円形断面を有する区間の流量を考慮して矩形断面大きさを設定することで矩形断面を有する区間の冷却水の流量と円形断面を有する区間の流量を同一にすることができる。断面を四角形状となすようにすることは、後述する制御片設置過程以後、制御片が分割材料２０に接合されることを防止するためである。

油圧制御部４００形成ステップは、制御片４１０を準備するステップ、制御溝４２０形成ステップ、制御片４１０介在ステップを含むことができる。

＜Ａ１−制御片準備ステップ（Ｓ２１０）＞
図１１及び図１２を参考にすると、制御片４１０準備ステップは、金属材の四角の板形状に備えられ、互いに異なる熱膨張率を有する第１片４１１と第２片４１２とを接触させるステップである。詳細に、制御片４１０準備ステップは、一熱膨張率を有する第１片４１１と第１片４１１より低い熱膨張率を有する第２片４１２とを接触させるステップである。より詳細に、制御片４１０は、後述する制御溝４２０に挿入時、制御溝４２０から離脱しないように制御溝４２０の末端へ行くほど厚くなるように形成し得る。また、制御片４１０は、板形状に備えられるものと説明したが、制御溝４２０に挿入される部分は、一字状の板形を有し、制御溝４２０から外部に突出する部分は、制御溝４２０が形成される壁面１１０方向に反るように形成され得る。

＜Ａ２−制御溝形成ステップ（Ｓ２２０）＞
図１１及び図１２を参考にすると、制御溝４２０形成ステップは、ブリッジ区間１０３と仕上げ区間１０４の矩形状に加工された冷却路１００の壁面１１０に制御片４１０を介在する制御溝４２０を形成するステップである。詳細に、矩形状の冷却路１００の壁面１１０方向に制御片４１０が挿入され得る制御溝４２０を形成し、冷却路１００の壁面１１０と鋭角をなす方向に制御溝４２０を形成するステップである。また、制御片４１０が離脱しないように制御溝４２０の場合も制御片４１０と同じ脈絡で制御溝４２０の深さ方向末端へ行くほど制御溝４２０の幅が広くなるように形成し得る。

＜Ａ３−制御片介在ステップ（Ｓ２３０）＞
図１１及び図１２を参考にすると、制御片４１０介在ステップは、制御溝４２０に制御片４１０の一部を挿入させるステップであって、第１片４１１が壁面１１０方向に向かい、第２片４１２が冷却路１００方向に向かうように位置させて介在させるステップである。また、制御片４１０を挿入介在時、制御片４１０が後行される拡散接合過程で制御片４１０が分割材料２０と接合されないように制御溝４２０に挿入される制御片４１０の周面にカーボンシートを形成して挿入し得る。このような場合、カーボンシートが拡散接合過程で熱を遮断／吸収して制御片４１０が分割材料２０と接合されない。

図１２及び図１３を参考にすると、前記のように油圧制御部４００形成ステップを経ると、制御片４１０は、金型４０の温度が高温である場合、第１片４１１及び第２片４１２の互いに異なる熱膨張率によって制御片４１０が冷却路１００方向に反る。このとき、反った制御片４１０により冷却路１００の通路が狭くなって該当区間を通る冷却水の圧力は高くなり、該当区間を通過した後には冷却水の圧力が低くなる。これによって圧力が低くなった冷却水により相変化または分子密度が低くなった第２冷却区間等では冷却効率がさらに高くなり得る。一方、油圧制御部４００が形成される区間の冷却路１００では、一般的な冷却水が使用され得るが、温度変化に相変化が可能な冷媒が使用されてもよい。

また、金型作業中または金型作業が完了した後、制御片４１０は、低くなった温度（常温）によりまた元の位置に位置されて冷却路１００の圧力を均一に復旧する。

このように制御片４１０を形成するようになると、急激な冷却が必要な時点に制御片４１０の変化を通して第２冷却区間１０２の冷却効率を高め、冷却が完了した時点には第２冷却区間１０２の圧力をまた戻すことで冷却路１００に加えられるストレスを最小化できる効率の高い冷却システムを使用できるようになる。

一方、図１４及び図１５を参考にすると、本発明の第４実施例に係る冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法は、第１実施例または第２実施例に係る冷却路加工ステップ（Ｓ２００）で冷却路１００に対する加工を具体化したものであって、輪郭ラインＬの内側中心方向に形成される第１冷却区間１０１、輪郭ラインＬに沿って形成される第２冷却区間１０２、第１冷却区間と第２冷却区間１０２を連結するブリッジ区間１０３及び第２冷却区間１０２の末端に形成される仕上げ区間１０４を含むことができる。

前記のような冷却路１００においては、冷却路１００に沿って流れる冷却水が第１冷却区間１０１、ブリッジ区間１０３、第２冷却区間１０２及び仕上げ区間１０４を順に通過するようにすることが好ましい。

一方、第４実施例に係る冷却路１００は、各冷却路区間によって、冷却路の幅（直径）を互いに異にすることで該当区間を通過する冷却水の移動速度を制御することができ、このような構成により集中的な冷却が必要な区間では冷却水の移動速度を相対的に遅らせ、相対的に集中的な冷却を要しない区間では冷却水の移動速度を相対的に高めることを特徴とする。

より詳細に説明すると、比較的に遅い冷却水の移動及び高い冷却効率を要する区間である第１冷却区間１０１及び第２冷却区間１０２の場合、予め指定された第１直径ｄ１（大きさ）に加工し、比較的に速い冷却水の移動を要する区間であるブリッジ区間１０３は、第１直径ｄ１より相対的に小さな大きさの第２直径ｄ２に加工されるようにすることができる。

一方、前記のように冷却路を設計、加工する場合、相対的に集中的な冷却が必要な区間である第１冷却区間１０１及び第２冷却区間１０２を通る冷却水は、ブリッジ区間１０３に対比して同じ長さ区間当たりの冷却水の流量が相対的に多く、該当区間通過速度は、ブリッジ区間１０３に対比して相対的に遅いため、十分な熱交換がなされ得る。

一方、ブリッジ区間１０３では、狭い冷却路幅により、冷却水（および／または冷媒）が相対的に速い流速を有するようにすることができるので、該当区間を速く通過できるようになり、これによって不要な周辺との熱交換作用が最小化され、冷却水の温度の不要な上昇を防ぐことができる。

さらに、冷却水が冷却路を通過する時間もまた全体的に短縮されるので、工程時間短縮による単位時間当たりの製品生産量増大効果を得ることができ、工程経済性向上を期待することができる。

一方、前記の各実施例によって製造された金型４０は、一つが単独で使用され得るが、比較的に長い長さを有するセンターピラーのような場合、図６のように多数個が一組をなして使用されてもよい。

上述した本発明の好ましい実施例は、例示の目的で開示されたものであり、本発明について通常の知識を有する当業者であれば本発明の思想と範囲内で多様な修正、変更及び付加が可能であり、このような修正、変更及び付加は、前記の特許請求の範囲に属するものとみなすべきである。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を外れない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、本発明は、前述した実施例及び添付の図面により限定されるものではない。上述した例示的なシステムにおいて、方法は一連のステップまたはブロックでフローチャートに基づいて説明されているが、本発明は、ステップの順序に限定されるものではなく、あるステップは、上述と異なるステップと異なる順序で、または同時に発生し得る。また、当業者であれば、フローチャートに示したステップが排他的ではなく、他のステップが含まれるか、フローチャートの一つまたはそれ以上のステップが本発明の範囲に影響を及ぼさずに削除され得ることが理解できるだろう。

１０：金属材料 ２０：分割材料
３０：一体材料 ４０：金型
１００：冷却路
１００ａ：前面冷却路 １００ｂ：後面冷却路
１０１：第１冷却区間 １０２：第２冷却区間
１０３：ブリッジ区間 １０４：仕上げ区間
１１０：壁面 １５０：通孔
２００：第１インサート材 ２１０：第２インサート材
３００：誘導部 ３１０：コイル部
４００：油圧制御部 ４１０：制御片
４１１：第１片 ４１２：第２片
４２０：制御溝
Ｌ：輪郭ライン Ｅ：電流
Ｍ：誘導電流

Claims (9)

1. 冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法において、
   金属材料（１０）を所定の厚さに切断して複数個の分割材料（２０）に分割して材料を準備するステップ（Ｓ１００）；
   複数個の前記分割材料（２０）が互いに重なる面にＮＣ加工機に予め入力されたセンターピラー設計情報及び冷却路（１００）設計情報により輪郭ライン（Ｌ）範囲内で前面及び後面それぞれに冷却路（１００）を加工する冷却路（１００）加工ステップ（Ｓ２００）；
   複数個の前記分割材料（２０）を順番によって冷却路（１００）が当接するように位置させた後、固相拡散接合して一体化した一体材料（３０）に形成する固相拡散接合ステップ（Ｓ３００）；
   前記一体材料（３０）をＮＣ加工機を通して予め入力された前記センターピラー設計情報により前記輪郭ライン（Ｌ）に沿って加工して金型（４０）に製造する金型（４０）加工ステップ（Ｓ４００）；及び
   前記金型（４０）を一定温度に加熱する熱処理ステップ（Ｓ５００）；を含むことを特徴とする、冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法。
2. 前記冷却路（１００）加工ステップ（Ｓ２００）において、前記分割材料（２０）の前面及び後面の前記冷却路（１００）は、
   前面冷却路（１００ａ）は、前側に接する冷却路（１００）と対称となるように同一加工され、
   後面冷却路（１００ｂ）は、後側に接する冷却路（１００）と対称となるように同一加工されることを特徴とする、請求項１に記載の冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法。
3. 前記前面冷却路（１００ａ）と前記後面冷却路（１００ｂ）を連結する通孔（１５０）をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法。
4. 前記冷却路（１００）加工ステップ（Ｓ２００）と前記固相拡散接合ステップ（Ｓ３００）との間に、
   前記冷却路（１００）の外郭線に沿って第１インサート材（２００）を介在させる第１インサートステップ（Ｓ２５１）；
   前記輪郭ライン（Ｌ）内に前記輪郭ライン（Ｌ）に沿って第２インサート材（２１０）を介在させる第２インサートステップ（Ｓ２５２）；
   複数個の前記分割材料（２０）を順番によって冷却路（１００）が当接するように配列させた後、前記分割材料（２０）及び各前記第１インサート材（２００）及び前記第２インサート材（２１０）を含む接合面の面圧を維持しながら前記第１インサート材（２００）及び前記第２インサート材（２１０）が溶融される温度に加熱して液相拡散接合させる仮接合ステップ（Ｓ２５３）；
   仮接合された前記分割材料（２０）の前記輪郭ライン（Ｌ）及び前記冷却路（１００）を超音波スキャンして検査するステップ（Ｓ２５４）；をさらに含み、
   前記固相拡散接合ステップで仮接合された前記分割材料（２０）を一体材料（３０）に形成することを特徴とする、請求項１に記載の冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法。
5. 前記仮接合ステップ（Ｓ２５３）は、
   複数個の前記分割材料（２０）を順番によって冷却路（１００）が当接するように配列させるステップ（Ｓ２５３１）；
   配列された前記分割材料（２０）を導電性材質の管形状を有する誘導部（３００）の内側に位置させ、前記誘導部（３００）の外周面方向を囲むように位置され、導電性材質の螺旋形状を有するコイル部（３１０）を位置させ、コイル部（３１０）に電流（Ｅ）を加えて誘導電流（Ｍ）を発生させて配列された前記分割材料（２０）それぞれが磁性を有するようにすることで前記分割材料（２０）及び前記インサート材の接合面に所定の面圧を加える面圧維持ステップ（Ｓ２５３２）；及び
   真空状態で前記インサート材が溶融される温度に加熱して液相拡散接合させる液相拡散接合ステップ（Ｓ２５３３）；を含むことを特徴とする、請求項４に記載の冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法。
6. 前記冷却路（１００）は、
   前記輪郭ライン（Ｌ）の内側中心方向に形成される第１冷却区間（１０１）；
   前記輪郭ライン（Ｌ）に沿って形成される第２冷却区間（１０２）；
   前記第１冷却区間（１０１）と前記第２冷却区間（１０２）を連結するブリッジ区間（１０３）；及び
   前記第２冷却区間（１０２）の末端に形成される仕上げ区間（１０４）；を含み、
   前記冷却路（１００）に沿って流れる冷却水は、前記第１冷却区間（１０１）、前記ブリッジ区間（１０３）、前記第２冷却区間（１０２）及び前記仕上げ区間（１０４）を順に通過することを特徴とする、請求項２に記載の冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法。
7. 前記冷却路（１００）加工ステップ（Ｓ２００）において、
   前記第１冷却区間（１０１）及び前記第２冷却区間（１０２）に対応する冷却路（１００）は、断面が半円形状に加工され、
   前記ブリッジ区間（１０３）及び前記仕上げ区間（１０４）に対応する冷却路（１００）は、断面が矩形状を有し、
   前記ブリッジ区間（１０３）及び前記仕上げ区間（１０４）それぞれに油圧制御部（４００）を形成するステップをさらに含み、
   前記油圧制御部（４００）形成ステップは、
   四角の板形状に備えられ、一熱膨張率を有する第１片（４１１）と、前記第１片（４１１）より低い熱膨張率を有する第２片（４１２）とを接触させた制御片（４１０）を準備するステップ（Ｓ２１０）；
   前記冷却路（１００）の壁面（１１０）方向に前記制御片（４１０）が介在される制御溝（４２０）を形成し、前記冷却路（１００）の壁面（１１０）と鋭角をなす方向に前記制御溝（４２０）を形成するステップ（Ｓ２２０）；及び
   前記制御片（４１０）を前記制御溝（４２０）に一部挿入し、前記第１片（４１１）が前記壁面（１１０）方向に向かい、前記第２片（４１２）が冷却路（１００）方向に向かうように位置させるステップ（Ｓ２３０）；を含み、
   前記制御片（４１０）は、前記金型（４０）の温度が高温である場合、前記第１片（４１１）及び前記第２片（４１２）の互いに異なる熱膨張率によって前記制御片（４１０）が冷却路（１００）方向に反り、前記金型（４０）が低温である場合、前記制御片（４１０）が元の位置に戻り、
   前記金型（４０）が高温である場合、前記第２冷却区間（１０２）は、前記制御片（４１０）により冷却水の圧力が低くなることを特徴とする、請求項６に記載の冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法。
8. 前記制御片（４１０）を前記制御溝（４２０）に一部挿入し、前記第１片（４１１）が前記壁面（１１０）方向に向かい、前記第２片（４１２）が冷却路（１００）方向に向かうように位置させるステップ（Ｓ２３０）において、
   前記制御片（４１０）が拡散接合されないように前記制御溝（４２０）に挿入される前記制御片（４１０）の周面にカーボンシートを形成することを特徴とする、請求項７に記載の冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法。
9. 前記第１冷却区間（１０１）、前記第２冷却区間（１０２）は、予め指定された第１直径（ｄ１）に加工され、
   前記ブリッジ区間（１０３）は、前記第１直径（ｄ１）より相対的に小さな大きさの第２直径（ｄ２）に加工され、
   前記第２直径（ｄ２）を有する区間を通過する冷却水の速度は、前記第１直径（ｄ１）を有する区間を通過する冷却水の速度に対比して相対的に速いことを特徴とする、請求項６に記載の冷却手段が備えられるセンターピラー熱間成形金型の製造方法。

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