JP6157845B2 - ホットスタンピング成形装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明の実施例はホットスタンピング成形装置に関し、より詳しくは、一定の温度で加熱された鋼板を成形と同時に冷却して、超強力鋼を成形できるホットスタンピング成形装置及びその方法に関する。

最近、自動車産業では車体の軽量化及び衝突安全性を改善するために超強力鋼（ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ）の適用が拡大している。この超強力鋼は、１３００ＭＰａ以上の引張強度を有する高強度鋼（ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ）の中で最高の強度である鋼の総称である。このような超強力鋼の成形方法には、引張強度１５００ＭＰａ以上の超強力鋼を成形するホットスタンピング（ｈｏｔ ｓｔａｍｐｉｎｇ）等がある。

前記ホットスタンピングは、熱処理性に優れたボロン鋼（ｂｏｒｏｎ ｓｔｅｅｌ）をオーステナイト（ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）の領域まで加熱し、これを成形と同時に冷却して、マルテンサイト（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）に相変態させることによって、超強力鋼の部品を生産する工法である。

前記ホットスタンピングは、センターピラー、ルーフレール、バンパー、インパクトビームの強度を確保するために適用される。したがって、補強材（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ）が削除されて車体を軽量化することができる。

しかし、ホットスタンピングによって成形された製品の全体は、マルテンサイト組織の超高強度を有する。したがって、成形された製品の周縁及びフランジ（ｆｌａｎｇｅ）等を剪断して輪郭を形成するトリミング（ｔｒｉｍｍｉｎｇ）時、トリミング金型を使用するのが容易でない。

詳しく説明すれば、トリミング金型を利用してトリミングする場合、製品の破断面（ｆｒａｃｔｕｒｅ）にバー（ｂｕｒｒ）が過多発生して部品の組み立てが困難になりうる。また、この場合には製品の破断面が大きくて前記破断面に微細クラックが発生して、製品の衝撃吸収性能を低下させられる。さらに、トリミング金型の破損により製品の大量生産が難しいことがある。

反面、トリミング金型を使わないレーザトリミングが適用可能である。しかし、前記レーザトリミングが適用されると、生産費用及び工程時間が増加できる。

そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、一定の温度で加熱された材料を単一の金型で成形と同時に冷却して、高温でのトリミング加工が可能なホットスタンピング成形装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、材料を成形と同時に冷却する工程で材料の高温トリミング工程を同時に行うことができるホットスタンピング成形方法を提供することにある。

本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置は、一定の温度で加熱された材料を成形と同時に冷却し、その材料の外郭部をトリミング加工するためのものであって、ｉ）前記材料の下端面形状を有する下型スチールが備えられて、前記下型スチールの外側にブランクホルダが上下方向に移動可能に設置される下型ダイと、ii）前記ブランクホルダに設置されて、前記材料の外郭部を支持する下型トリムスチールと、iii）前記材料の上端面形状を有する上型スチールが備えられて、前記上型スチールを上下方向に移動させるようにする上型ダイと、iv）前記下型トリムスチールに対応して上型スチールの外側に設置されて、下型トリムスチールと共に下降して材料の外郭部をトリミング加工する上型トリムスチールと、ｖ）前記上型及び下型スチールと、上型及び下型トリムスチールにそれぞれ構成されて、冷却媒体を流通させる冷却ユニットとを含むことができる。

また、本発明の実施例による前記ホットスタンピング成形装置は、前記上型トリムスチール及び下型トリムスチール付近に取り付けられ、前記材料の外郭部に対応する上型及び下型トリムスチールの間に所定のギャップを形成するギャップ形成ユニットを含むことができる。

また、本発明の実施例による前記ホットスタンピング成形装置は、前記下型トリムスチールに設置されて、前記材料の温度を感知し、その感知信号を制御器に出力する温度センサーを含むことができる。

また、前記温度センサーによって感知された材料の温度が２５０〜８００℃であれば、前記上型及び下型トリムスチールが下降して前記材料外郭部がトリミングされることができる。

また、前記上型トリムスチールには、前記材料の外郭部を実質的にトリミングするトリム刃と、前記材料のトリム部位を固める少なくとも一つの固め刃とを備えることができる。

また、前記固め刃は一対であって、前記トリム刃の上側で上下方向に離隔するように配置することができる。

また、前記トリム刃は、タングステンカーバイドが前記上型トリムスチールに肉盛溶接されたものとすることができる。

また、前記トリム刃と固め刃は、前記上型トリムスチールに取り付けて、上下方向に沿って前記材料の厚さの１０％に相当する距離内に配置することができる。

また、前記ギャップ形成ユニットは、前記上型トリムスチール付近に装着される複数個のハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられるガススプリングと、前記ハウジングの内部で前記ガススプリングのスプリングロッドに支持されて、前記ハウジングの外側に突出するストロークブロックと、前記ストロークブロックに対向して前記下型トリムスチール側に装着されるストッピングブロックとを含むことができる。

また、前記ギャップ形成ユニットは、前記ストロークブロックのストローク長さを３ｍｍとすることができる。

また、前記冷却ユニットは、前記上型及び下型スチールと上型及び下型トリムスチールの内部に挿入されて、前記冷却媒体を流通させるブッシュ部材を含むことができる。

また、前記冷却ユニットは、前記上型及び下型スチールと上型及び下型トリムスチールの内部に形成されるタンク部と、前記タンク部に設置されて、前記冷却媒体を流通させる複数個のバッフル板とを含むことができる。

また、前記冷却ユニットは、前記上型及び下型スチールと上型及び下型トリムスチールの内部に形成されて、前記冷却媒体を流通させる冷却チャンネルを含むことができる。

そして、本発明の実施例によるホットスタンピング成形方法は、（ａ）上型及び下型ダイの上型及び下型スチールと上型及び下型トリムスチールに冷却媒体を流通させて、一定の温度で加熱された材料を下型ダイの下型スチールと下型トリムスチール上にローディングする過程と、（ｂ）前記上型ダイが下降することによって上型及び下型スチールと上型及び下型トリムスチールによって前記材料を成形し、冷却媒体によって前記材料を冷却する過程と、（ｃ）温度センサーによって前記材料の温度を感知して、その感知信号を制御器に出力する過程と、（ｄ）前記制御器によって材料の温度が予め設定された第１基準温度範囲であると判断されれば、前記上型ダイが下降し、上型及び下型トリムスチールがブランクホルダと共に下降して材料の外郭部をトリミング加工する過程と、（ｅ）前記制御器によって材料の温度が前記第１基準温度範囲より低い予め設定された第２基準温度範囲であると判断されれば、前記上型ダイが上昇し、上型及び下型トリムスチールがブランクホルダと共に上昇してトリミング加工を完了する過程とを含むことができる。

また、前記（ｂ）過程で、前記材料の外郭部に対応する前記上型及び下型トリムスチールの間に所定のギャップを形成することができる。

また、前記上型及び下型トリムスチールの間のギャップが３ｍｍを維持することができる。

また、前記（ｄ）過程で、前記第１基準温度範囲は２５０〜８００℃を満足することができる。

また、前記（ｅ）過程で、前記第２基準温度範囲は２００〜２５０℃を満足することができる。

また、前記（ｄ）過程で、前記上型及び下型トリムスチールの下降時、前記上型トリムスチールに具備されたトリム刃を通して材料の外郭部をトリミングし、前記上型トリムスチールに具備された固め刃を通して材料のトリム部位を一次的に固めることができる。

また、前記（ｅ）過程で、前記上型及び下型トリムスチールの上昇時、前記固め刃を通して材料のトリム部位を２次的に固めることができる。

本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置及びその方法によれば、一定の温度で加熱された材料を単一の金型で成形と同時に冷却し、高温でのトリミング加工が可能になる。

本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置の概略図である。 本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置に適用されるトリムスチールの一部分を示した図面である。 本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置に適用される冷却ユニットを概略的に示した図面である。 本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置に適用されるギャップ形成ユニットを示した断面構成図である。 本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置の作動状態を示した図面である。 本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置の作動状態を示した図面である。 本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置の作動状態を示した図面である。 本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置の作動状態を示した図面である。 本発明の実施例によるホットスタンピング成形方法を説明するためのフローチャートである。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について、本発明が属する技術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、本発明は種々の異なる形態に実現でき、ここで説明する実施例に限られない。

図１は、本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置を概略図である。

図１を参照すれば、本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置１００は、高温で加熱された材料１（当業界では、通常「ブランク」という）を成形と同時に急冷することによって、超高強度の成形物を製作するためのものである。

例えば、前記ホットスタンピング成形装置１００は、熱処理性に優れたボロン鋼板などの材料１をオーステナイト領域まで加熱（９００〜９５０℃）して、金型で成形すると同時に、その金型内で材料１を冷却し、材料１をマルテンサイトに相変態させることによって、１５００ＭＰａ以上の超高強度車体部品を生産することができる。

ここで、前記車体部品は、センターピラー、ルーフレール、バンパー、インパクトビームなどのような衝突部材を例に挙げられる。

このような本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置１００は、一定の温度で加熱された材料１を単一の金型で成形と同時に冷却して、高温でのトリミングが可能な構造で形成される。

つまり、本発明の実施例においては、材料１を成形と同時に冷却する工程で材料１の高温トリミング工程を同時に行うことができるホットスタンピング成形装置１００を提供する。

このために、前記ホットスタンピング成形装置１００は、基本的に、下型ダイ１０、下型トリムスチール３０、上型ダイ５０、上型トリムスチール７０、及び冷却ユニット９０を含む。

前記下型ダイ１０は、下型スチール１１と、その下型スチール１１の外側に配置されるブランクホルダ１５を含んでいる。

前記下型スチール１１は、材料１（当業界では、通常「ブランク」ともいう）の下端面形状を有し、その材料１の外郭部内側を支持して、下型ベース１３に固定される。

前記ブランクホルダ１５は、材料１の外郭部にブランクホールディング力を提供するもので、下型ベース１３の外側に下型ガススプリング１７によって上下方向に移動可能に設置することができる。

つまり、前記ブランクホルダ１５は、後述する上型ダイ５０の圧着力によって下型ガススプリング１７を圧縮して下降し、その圧着力が除去されると、下型ガススプリング１７の復原力によって元の位置に戻る。

前記下型トリムスチール３０は、材料１の外郭部を支持して、その外郭部のトリミング（ｔｒｉｍｍｉｎｇ）と、そのトリム部位を固める作業を図るためのもので、ブランクホルダ１５に設けられる。

ここで、前記下型トリムスチール３０は、後述する上型ダイ５０の圧着力がブランクホルダ１５に作用する場合、そのブランクホルダ１５と共に下降し、その圧着力が除去された場合に、下型ガススプリング１７によってブランクホルダ１５と共に上昇できる。

前記上型ダイ５０は、下型ダイ１０に対向して上下方向に乗降（移動）可能に構成されるもので、材料１の上端面形状を有して、下型スチール１１と共に材料１を圧縮する上型スチール５１を含んでいる。

前記上型スチール５１は、下型スチール１１に対応して上型パッド５３に固定されるように設けられる。下型スチール１１と上型スチール５１が上型ダイ５０の圧着力によって接触する時、上型パッド５３は上型ガススプリング５５によってその圧着力を支持するようになる。図面において参照符号５７は、材料１の形状反発力を制御する支えブロックを示す。

このような上型ダイ５０の構成及び作動構造は、当業界で広く知られた公知技術の上型プレスからなるので、本明細書でその構成及び作動構造のさらなる詳細な説明は省略する。

前記上型トリムスチール７０は、上述した下型トリムスチール３０と共に材料１の外郭部を支持して、材料１の外郭部のトリミング加工と、そのトリム部位を固める作業を図るためのものである。

前記上型トリムスチール７０は、下型トリムスチール３０に対応して上型スチール５１の外側に設けられる。

ここで、前記上型トリムスチール７０は、上型ダイ５０が下降すれば、下型トリムスチール３０と共に材料１の外郭部を支持して、ブランクホルダ１５によって下型トリムスチール３０と共に下降して材料１の外郭部をトリミング加工し、その材料１のトリム部位を固める。

そして、前記上型トリムスチール７０は、上型ダイ５０が上昇すれば、ブランクホルダ１５によって下型トリムスチール３０と共に上昇して材料１のトリム部位を反対に固める。

ここで、前記の固め（ｃｒｕｓｈｉｎｇ）というのは、材料１のトリム部位に存在する尖鋭なバー（ｂｕｒｒ）を押しつぶすことと定義できる。

前記のような下型トリムスチール３０と上型トリムスチール７０は、材料１の外郭部を高温の条件でトリミングする。高温トリミング加工は、鋼板が高温では延伸率が高くて剪断応力が小さくなるため、このような特性を利用して材料１の外郭部を剪断する加工を意味する。

本発明の実施例において、前記材料１の外郭部を高温トリミング加工するための上型トリムスチール７０には、図２に示すように、材料１の外郭部を実質的にカッティングするトリム刃７１と、材料１のトリム部位を固める少なくとも一つの固め刃７３が具備される。

前記トリム刃７１は、上型トリムスチール７０の下端に肉盛溶接されるタングステンカーバイドで形成され、このようなタングステンカーバイドは、耐摩耗性に優れ、値段に比べて高温での硬度が良好であり、熱膨張係数が金属のうちで最も低くて、密度、引張強度、弾性係数、高温強度などが大きい特性を有している。

つまり、前記トリム刃７１は、高温トリミングに起因した局部軟化発生による上型トリムスチール７０の押され、スリップ、摩耗現象などを防止するためにタングステンカーバイドを肉盛溶接して形成することができる。

前記固め刃７３は一対であって、トリム刃７１の上側に上下方向に離隔するように設置することができる。

前記固め刃７３は、上型トリムスチール７０の下降時、材料１のトリム部位のバー（ｂｕｒｒ）を固め、上型トリムスチール７０の上昇時、そのトリム部位のバーを反対に固める機能をするようになる。

この場合、前記トリム刃７１と固め刃７３は、上下方向に沿って材料１の厚さの１０％に相当する間隔（Ｃ：ｃｌｅａｒａｎｃｅ）を有して上型トリムスチール７０に装着することができる。

説明を加えれば、前記上型トリムスチール７０は、トリム刃７１の設置面と、上側固め刃７３の設置面との間に、一定の間隔を有して加工されたものである。これは、高温トリミングによる上型トリムスチール７０の熱膨張を補償するためである。この時、下側の固め刃７３は、トリム刃７１の設置面でそのトリム刃７１の上側に設置することができる。

一方、図１を参照すれば、前記冷却ユニット９０は、上型ダイ５０の下降による上型スチール５１及び下型スチール１１と、上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０の材料１を支持する時、その材料１を一定の温度で冷却させるためのものである。

前記冷却ユニット９０は、上型ダイ５０及び下型ダイ１０の上型スチール５１及び下型スチール１１と、上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０、７０にそれぞれ構成され、冷却水またはドライアイスのような冷却媒体を流通させることができる。

例えば、前記冷却ユニット９０は、上型スチール５１及び下型スチール１１と上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０の内部に挿入され、冷却媒体を流通させるブッシュ部材９１を含むことができる。

前記ブッシュ部材９１は、上型スチール５１及び下型スチール１１と上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０のスチールラインが複雑なので、これらをダイカストで製作する過程で内部に設置することができる。

図３は、本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置に適用される冷却ユニットの変形例を概略的に示した図面である。

図３の（ａ）を参照すれば、第１変形例による冷却ユニット９０は、上型スチール５１及び下型スチール１１と上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０の内部に形成されるタンク部９３と、そのタンク部９３に設けられる複数個のバッフル板９５を含むことができる。

ここで、前記タンク部９３は、上型スチール５１及び下型スチール１１と上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０の強度を確保した状態でこれらの内部に形成されることができ、バッフル板９５は、タンク部９３の内部でこれらの間の流路に冷却媒体を流通させる機能をする。

そして、図３の（ｂ）を参照すれば、第２変形例による冷却ユニット９０は、上型スチール５１及び下型スチール１１と上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０のスチールラインに沿ってこれらの内部に形成され、冷却媒体を流通させる冷却チャンネル９７を含むことも可能である。

一方、本発明の実施例による前記ホットスタンピング成形装置１００は、図１に示すように、材料１を成形する過程で材料１の温度を感知し、その感知信号を制御器８０に出力する温度センサー６０をさらに含んでいる。

本発明の実施例において、前記温度センサー６０は、材料１の温度をリアルタイムで測定する公知技術の温度センサーからなり、下型トリムスチール３０に設置することができる。

つまり、本発明の実施例においては、温度センサー６０によって感知された材料１の温度が２５０〜８００℃であれば、上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０が下降して材料１の外郭部の高温トリミング加工が行われる。

ここで、前記材料１の温度条件（２５０〜８００℃）は、上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０によって材料１の外郭部を高温トリミング加工するための最適の温度条件である。また、前記温度条件（２５０〜８００℃）は多様な試験及び経験によって設定することができる。

一方、本発明の実施例による前記ホットスタンピング成形装置１００は、図１に示すように、上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０による材料１の支持時、材料１の外郭部の高温による伸張を防止するためのギャップ形成ユニット４０をさらに含んでいる。

前記ギャップ形成ユニット４０は、材料１の外郭部に対応する上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０の間に所定のギャップ（Ｇ）を形成するように、上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０に装着することができる。

図４は、本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置に適用されるギャップ形成ユニットを示した断面構成図である。

図１及び図４を参照すれば、本発明の実施例による前記ギャップ形成ユニット４０は、上型ダイ５０に装着される複数個のハウジング４１と、ハウジング４１の内部に設けられるガススプリング４３と、ガススプリング４３に支持されてハウジング４１の外側に突出するストロークブロック４５と、下型トリムスチール３０に設けられるストッピングブロック４７とを含んでいる。

前記ハウジング４１は上型トリムスチール７０付近に設置され、ガススプリング４３はハウジング４１の内部で上型ダイ５０に固定される。ガススプリング４３には上下方向にクッション移動できるようにスプリングロッド４４が設けられる。

前記ストロークブロック４５は、ハウジング４１の内部でガススプリング４３のスプリングロッド４４に支持され、そのハウジング４１の内外側に出没可能に設置される。

そして、前記ストッピングブロック４７は、ストロークブロックに対応して下型トリムスチール３０側に固定されるように設けられる。このようなストッピングブロック４７は、上型ダイ５０の下降時にストロークブロック４５に下型ガススプリング１７の反発力を提供するようになる。

例えば、前記下型ガススプリング１７の反発力によるストロークブロック４５のストローク長さは３ｍｍを満足できる。

つまり、前記上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０による材料１のパディング時、上型トリムスチール７０と下型トリムスチール３０との間にはギャップ形成ユニット４０によって３ｍｍのギャップ（Ｇ）を形成できるようになる。

以下、ホットスタンピング成形装置１００の作動及びこれを利用した材料１のホットスタンピング成形方法について、上記で開示した図面及び下記の図面を参照して詳細に説明する。

図５乃至図８は、本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置の作動状態を示した図面であり、図９は、本発明の実施例によるホットスタンピング成形方法を説明するためのフローチャートである。

以下、図９を基本として図５乃至図８を参照して、ホットスタンピング成形装置１００の作動及びこれを利用した材料１のホットスタンピング成形方法について説明する。

図５及び図９に示すように、上型ダイ５０が下型ダイ１０に対して上側方向に移動した状態で、オーステナイト領域（９００〜９５０℃）まで加熱された材料１を下型ダイ１０の下型スチール１１と下型トリムスチール３０上にローディングする（Ｓ１１段階）。

ここで、前記材料１は、センターピラー、ルーフレール、バンパー、インパクトビームなどのような衝突部材に適用可能なボロン鋼板であって、加熱炉（図示せず）でほぼ６分程度加熱される。

そして、前記Ｓ１１段階では、上型ダイ５０及び下型ダイ１０の上型スチール５１及び下型スチール１１と、上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０の冷却ユニット９０で、冷却水またはドライアイスのような冷却媒体を循環させて、これら上型スチール５１及び下型スチール１１と上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０を基本冷却温度にセッティングする。

このような状態で、本発明の実施例では、図６及び図９に示すように、上型ダイ５０を下型ダイ１０側に下降させる。この時、ギャップ形成ユニット４０のストロークブロック４５は、ガススプリング４３によってハウジング４１の外側に突出した状態にある（図５参照）。

このことにより、前記上型ダイ５０が下降することによって、材料１をプレス成形するように、その上型ダイ５０の上型スチール５１と上型トリムスチール７０は下型ダイ１０の下型スチール１１及び下型トリムスチール３０と共に材料１を圧縮するようになる（Ｓ１２段階）。

ここで、前記上型パッド５３は、上型ガススプリング５５の圧力を克服しながら、上型スチール５１を通じて下型スチール１１に圧着力を提供する。

これと同時に、上型スチール５１及び下型スチール１１と上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０を循環する冷却媒体によって材料１を冷却する（Ｓ１２段階）。

ここで、前記材料１の外郭部に対応する上型トリムスチール７０と下型トリムスチール３０との間には、ギャップ形成ユニット４０によって３ｍｍのギャップ（Ｇ）を形成するようになる。

上型ダイ５０が下型ダイ１０側に下降する過程で、上型ダイ５０のストロークブロック４５が下型ダイ１０のストッピングブロック４７に接触する。

このことにより、前記ストロークブロック４５は、ハウジング４１の外側に突出した状態で、下型ガススプリング１７によるブランクホルダ１５の反発力によって、ガススプリング４３の圧力を克服しながら、一定のストローク長さ（３ｍｍ）でハウジング４１の内側に圧縮される。

したがって、ハウジング４１がストッピングブロック４７によってストッピングされながら、材料１の外郭部に対応する下型トリムスチール３０と上型トリムスチール７０との間に３ｍｍのギャップ（Ｇ）を形成するようになる。

ギャップ形成ユニット４０を通じて材料１の外郭部に対応する下型トリムスチール３０と上型トリムスチール７０との間に３ｍｍのギャップ（Ｇ）を形成するので、材料１の外郭部の高温による局部伸張を防止することができる。

前記過程を経るうち、材料１の温度は、上型スチール５１及び下型スチール１１と上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０を循環する冷却媒体によって下降するようになるが、温度センサー６０はこのような材料１の温度を感知し、その感知信号を制御器８０に出力する（Ｓ１３段階）。

以降、前記制御器８０は、温度センサー６０から感知信号の提供を受けて、材料１の温度が予め設定された第１基準温度範囲であるかを判断する（Ｓ１４段階）。

ここで、前記第１基準温度範囲は、材料１の外郭部を高温トリミング加工するための最適の温度条件であって、多様な試験及び経験を通してほぼ２５０〜８００℃に設定することができる。

前記Ｓ１４段階において、材料１の温度が予め設定された第１基準温度範囲であると判断されれば、図７及び図９に示すように、上型パッド５３を通じて上型ガススプリング５５の圧力を克服しながら上型ダイ５０を下降させる。

このことにより、下型トリムスチール３０と上型トリムスチール７０は、下型ガススプリング１７の圧力を克服しながらブランクホルダ１５と共に下降して、材料１の外郭部をトリミング加工する（Ｓ１５段階）。

この場合、前記材料１の外郭部は、下型トリムスチール３０と上型トリムスチール７０の下降時、上型トリムスチール７０に具備されたトリム刃７１によってカッティングされる。そして、トリム刃７１の上側に具備された固め刃７３は、材料１のトリム部位のバー（ｂｕｒｒ）を一次的に固める（図２参照）。

このような材料１の外郭部のトリミング工程で、トリム刃７１と固め刃７３は上下方向に沿って材料１の厚さの１０％に相当する誤差（Ｃ：ｃｌｅａｒａｎｃｅ）を有して上型トリムスチール７０に装着されているため、高温トリミングによる上型トリムスチール７０の熱膨張を補償することができる（図２参照）。

このような過程を経て、材料１は上型スチール５１及び下型スチール１１と上型トリムスチール７０及び下型トリムスチール３０を循環する冷却媒体によって継続的に冷却されるので、制御器８０は、温度センサー６０から感知信号の提供を受けて、材料１の温度が第１基準温度範囲より低い予め設定された第２基準温度範囲であるかを判断する（Ｓ１６段階）。

ここで、前記第２基準温度範囲は、材料１が冷却媒体によって冷却されながらマルテンサイトに相変態される時点の温度条件に設定されるが、このような第２基準温度範囲は２００〜２５０℃を満足する。

前記Ｓ１６段階で材料１の温度が予め設定された第２基準温度範囲であると判断されれば、図８及び図９に示すように上型ダイ５０を上昇させる（Ｓ１７段階）。

このことにより、前記上型ダイ５０が上昇することによって、ギャップ形成ユニット４０のストロークブロック４５はガススプリング４３によって原状復帰し、上型パッド５３とブランクホルダ１５も原状復帰する（Ｓ１７段階）。

この過程で、下型トリムスチール３０と上型トリムスチール７０が同時に上昇して、その上型トリムスチール７０の固め刃７３が材料１のトリム部位のバー（ｂｕｒｒ）を２次的に反対に固めて、材料１の全体的なトリミングが完了する（Ｓ１７段階）（図２参照）。

最後に、トリミングが完了した材料１を真空吸着装置（図示せず）を通じて吸着して取り出して、トリミングによって発生したスクラップを磁性体等を通して取り出せば（Ｓ１８段階）、材料１のホットスタンピング成形が完了する。

以上、上述の通り本発明の実施例によるホットスタンピング成形装置１００及びその方法によれば、一定の温度で加熱された材料１を単一の金型で成形と同時に冷却し、高温でのトリミング加工が可能になる。

つまり、本発明の実施例では、材料１を成形して冷却する工程で材料１の高温トリミング工程を同時に行うことができる。

したがって、本発明の実施例では、単一の金型でホットフォーミング−カット工程が行われることによって、従来の技術のようなトリミング金型及びこれを利用したトリミング工程の削除が可能であり、レーザを利用したトリミングを使用しないことができる。

したがって、高価のトリミング金型及びレーザ装備を削除でき、全体の成形工程の数を縮小することができるので、超強力鋼の車体部品の大量生産が可能であり、生産費用及び工程時間を減らすことができる。

また、材料１のトリミング工程でトリム部位のバー（ｂｕｒｒ）が除去されることによって、車体部品のサイズ精密度及び組立性を向上させることができ、車体部品の品質確保が可能である。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の技術的な思想は本明細書で提示される実施例に制限されず、本発明の技術的な思想を理解する当業者は、同一の技術的な思想の範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、追加等によって他の実施例を容易に提案することができるが、これも本発明の権利範囲内に含まれるものである。

１ 材料
１０ 下型ダイ
１１ 下型スチール
１３ 下型ベース
１５ ブランクホルダ
１７ 下型ガススプリング
３０ 下型トリムスチール
４０ ギャップ形成ユニット
４１ ハウジング
４３ ガススプリング
４４ スプリングロッド
４５ ストロークブロック
４７ ストッピングブロック
５０ 上型ダイ
５１ 上型スチール
５３ 上型パッド
５５ 上型ガススプリング
５７ 支えブロック
６０ 温度センサー
７０ 上型トリムスチール
７１ トリム刃
７３ 固め刃
８０ 制御器
９０ 冷却ユニット
９１ ブッシュ部材
９３ タンク部
９５ バッフル板
９７ 冷却チャンネル
Ｇ ギャップ

Claims (17)

1. 一定の温度で加熱された材料を成形、冷却、及びトリミングするホットスタンピング成形装置であって、
   前記材料の下端面形状を有する下型スチールが備えられて、前記下型スチールの外側にブランクホルダが上下方向に移動可能に設置される下型ダイ；
   前記ブランクホルダに設置され、前記材料の外郭部を支持する下型トリムスチール；
   前記材料の上端面形状を有する上型スチールが備えられて、前記上型スチールを上下方向に移動させるようにする上型ダイ；
   前記下型トリムスチールに対応して上型スチールの外側に設置され、下型トリムスチールと共に下降して材料の外郭部をトリミング加工する上型トリムスチール；及び
   前記上型及び下型スチールと上型及び下型トリムスチールにそれぞれ構成されて、冷却媒体を流通させる冷却ユニット
   を含み、
   前記上型トリムスチールには、
   前記材料の外郭部をトリミングするトリム刃と、前記材料のトリム部位を固める少なくとも一つの固め刃が備わり、
   前記上型トリムスチール及び下型トリムスチール付近に取り付けられて、前記上型及び下型トリムスチールの間に所定のギャップを形成するギャップ形成ユニットをさらに含み、
   前記ギャップ形成ユニットは、
   前記上型トリムスチール付近に装着される複数個のハウジング、
   前記ハウジングの内部に設けられるガススプリング、
   前記ハウジングの内部で前記ガススプリングのスプリングロッドに支持されて、前記ハウジングの外側に突出するストロークブロック、及び
   前記ストロークブロックに対向して、前記下型トリムスチールに装着されるストッピングブロック
   を含む、ホットスタンピング成形装置。
2. 前記下型トリムスチールに設置されて、前記材料の温度を感知し、その感知信号を制御器に出力する温度センサーをさらに含む、請求項１に記載のホットスタンピング成形装置。
3. 前記温度センサーによって感知された材料の温度が２５０〜８００℃であれば、前記上型及び下型トリムスチールが下降して前記材料の外郭部がトリミングされる、請求項２に記載のホットスタンピング成形装置。
4. 前記固め刃は一対であって、前記トリム刃の上側で上下方向に離隔するように配置される、請求項１に記載のホットスタンピング成形装置。
5. 前記トリム刃は、タングステンカーバイドが前記上型トリムスチールに肉盛溶接されたものである、請求項１に記載のホットスタンピング成形装置。
6. 前記トリム刃と固め刃は、前記上型トリムスチールに取り付けられて、上下方向に沿って前記材料の厚さの１０％に相当する距離内に配置される、請求項１に記載にホットスタンピング成形装置。
7. 前記ストロークブロックのストローク長さが３ｍｍである、請求項１に記載のホットスタンピング成形装置。
8. 前記冷却ユニットは、
   前記上型及び下型スチールと上型及び下型トリムスチールの内部に挿入されて、前記冷却媒体を流通させるブッシュ部材を含む、請求項１に記載のホットスタンピング成形装置。
9. 前記冷却ユニットは、
   前記上型及び下型スチールと上型及び下型トリムスチールの内部に形成されるタンク部と、
   前記タンク部に設置されて、前記冷却媒体を流通させる複数個のバッフル板と、を含む、請求項１に記載のホットスタンピング成形装置。
10. 前記冷却ユニットは、
    前記上型及び下型スチールと上型及び下型トリムスチールの内部に形成されて、前記冷却媒体を流通させる冷却チャンネルを含む、請求項１に記載のホットスタンピング成形装置。
11. （ａ）上型及び下型ダイの上型及び下型スチールと上型及び下型トリムスチールに冷却媒体を流通させて、一定の温度で加熱された材料を下型ダイの下型スチールと下型トリムスチール上にローディングする過程；
    （ｂ）前記上型ダイが下降することによって、上型及び下型スチールと上型及び下型トリムスチールによって前記材料を成形し、冷却媒体によって前記材料を冷却する過程；
    （ｃ）温度センサーによって前記材料の温度を感知し、その感知信号を制御器に出力する過程；
    （ｄ）前記制御器によって材料の温度が予め設定された第１基準温度範囲であると判断されれば、前記上型ダイが下降し、上型及び下型トリムスチールがブランクホルダと共に下降して材料の外郭部をトリミング加工する過程；及び
    （ｅ）前記制御器によって材料の温度が前記第１基準温度範囲より低い予め設定された第２基準温度範囲であると判断されれば、前記上型ダイが上昇し、上型及び下型トリムスチールがブランクホルダと共に上昇してトリミング加工を完了する過程
    を含み、
    前記上型トリムスチール及び下型トリムスチール付近に取り付けられたギャップ形成ユニットを用いて、前記上型及び下型トリムスチールの間に所定のギャップを形成する過程をさらに含み、
    前記ギャップ形成ユニットは、
    前記上型トリムスチール付近に装着される複数個のハウジング、
    前記ハウジングの内部に設けられるガススプリング、
    前記ハウジングの内部で前記ガススプリングのスプリングロッドに支持されて、前記ハウジングの外側に突出するストロークブロック、及び
    前記ストロークブロックに対向して、前記下型トリムスチールに装着されるストッピングブロック
    を含む、
    ホットスタンピング成形方法。
12. 前記（ｂ）過程で、
    前記材料の外郭部に対応する前記上型及び下型トリムスチールの間に所定のギャップを形成する、請求項１１に記載のホットスタンピング成形方法。
13. 前記上型及び下型トリムスチールの間のギャップが３ｍｍを維持する、請求項１２に記載のホットスタンピング成形方法。
14. 前記（ｄ）過程で、前記第１基準温度範囲は２５０〜８００℃を満足する、請求項１１に記載のホットスタンピング成形方法。
15. 前記（ｅ）過程で、前記第２基準温度範囲は２００〜２５０℃を満足する、請求項１１に記載のホットスタンピング成形方法。
16. 前記（ｄ）過程で、
    前記上型及び下型トリムスチールの下降時、
    前記上型トリムスチールに具備されたトリム刃を通して材料の外郭部をトリミングし、 前記上型トリムスチールに具備された固め刃を通して材料のトリム部位を一次的に固める、請求項１１に記載のホットスタンピング成形方法。
17. 前記（ｅ）過程で、
    前記上型及び下型トリムスチールの上昇時、前記固め刃を通して材料のトリム部位を２次的に固める、請求項１６に記載のホットスタンピング成形方法。

Images