KR100719760B1 - 균일한 경도를 갖는 열간 프레스 성형 제품을 위한 금형냉각 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 프레스 성형 장치의 금형 냉각 장치에 관한 것으로서, 다수의 호스가 일정 간격으로 금형내에 연결되어 상기 호스를 통해 냉각수를 금형내로 각각 유입시키는 입측 분배기와, 상기 입측 분배기에서 유입된 냉각수가 금형 내부를 순환한 후 외부로 유출되도록 다수의 호스에 의해 설치되는 출측 분배기와, 상기 입측 분배기와 출측 분배기의 각 호스에 개별적으로 설치되어 유입되는 냉각수의 개별적인 온도와 유출되는 냉각수의 개별적인 온도를 감지하는 다수의 온도 센서와, 상기 입측 분배기의 각 호스에 개별적으로 설치되어 금형내로 유입되는 냉각수의 유입량을 개별적으로 조절하는 제어 벨브 및 상기 온도 센서의 감지에 의해 기설정된 온도와 비교하여 상기 각각의 제어 벨브를 제어하여 금형내로 유입되는 냉각수의 유입량을 제어하는 콘트롤러를 포함하여, 열간성형용 금형 냉각에 사용되는 냉각수를 금형 위치별 온도 와 냉각수 인.출입 온도를 감지하고 냉각수량를 자동 조절 하여 금형의 냉각속도를 일정하게 자동 제어 하므로 서 금형의 냉각속도 향상과 균일한 냉각에 의한 제품의 경도편차 감소를 도모할 수 있으며, 결과적으로 제품의 신뢰성이 향상된다.

열간 프레스, 금형, 분배기, 호스, 냉각, 제어 벨브, 온도 센서, 콘트롤러

Description

균일한 경도를 갖는 열간 프레스 성형 제품을 위한 금형 냉각 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COOLING DIE FOR HOT PRESS FORMING PRODUCTS WITH UNIFORM HADNESS}

도 1은 본 발명에 따른 금형 냉각 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면;

도 2는 본 발명에 따른 금형 냉각 장치의 전체 구성을 나타낸 사진;

도 3은 본 발명에 따른 금형 냉각 장치의 요부 상세도 및 콘트롤러의 사진; 및

도 4는 본 발명에 따른 금형 냉각 장치에 적용되는 금형 온도 변화 확인용 레코더의 사진.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 금형 2: 호스

3: 온도 센서 4: 제어밸브

5: 지지대 6: 분배기

7: 콘트롤러 8: 레코더

본 발명은 자동차 부품 성형에 사용되는 열간 프레스 성형 공정(hot press forming process)에서 고온 상태로 가열된 소재를 이송하여 프레스 성형 후 금형내 냉각시 발생하는 냉각온도 차이에 따른 제품의 경도편차 방지에 간한 것으로서, 특히 금형 형상과 위치에 관계없이 균일한 온도를 유지하고, 금형 냉각을 신속하게 처리하기 위한 열간 프레스 성형용 금형 냉각 장치 및 방법에 관한 것이다.

근래들어, 각 자동차 제조사들은 자동차에 부품을 적용함에 있어서 환경 친화적인 연비 절감 및 경량화를 위한 사회적 요구에 대응하기 위하여 고강도 소재의 이용을 늘려가고 있다. 하지만, 고강도 소재의 성형은 스프링 백 및 치수 동결성등의 문제점을 안고 있으며 이러한 성형의 난해성으로 인하여 그 사용이 제한적일 수 밖에 없는 현실이다.

상기의 성형상 문제점은 성형성이 좋은 고온에서 성형하며 성형과 동시에 금형내에서 소재를 급랭하여 고강도 부품을 얻는 방식으로 해결할 수 있으며 이러한 것을 열간 프레스 성형 공정이라 한다.

종래의 열간 프레스 성형용 제품을 생산하기 위한 냉각 방법은 금형에 냉각수 공급을 위한 라인을 구성하고, 외부에서 냉각수를 공급, 배출하는 방법으로 금형의 냉각 작업을 수행하게 된다.

그러나 상술한 바와 같이 구성되는 냉각 장치는 제품 형상에 따라 다양하게 제조되는 열간 성형용 금형의 형상에 관계없이 일정한 냉각 라인을 가지며 일정하 게 냉각수가 공급되는 바, 금형 상부의 형상에 따른 부위별 냉각이 서로 다르게 되므로, 냉각 속도 편차에 의한 제품 부위별 경도 편차가 심하게 발생하여 결과적으로 제품의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 금형의 형상에 관계 없이 항상 일정한 경도 특성을 갖는 제품을 생산할 수 있는 균일한 경도를 갖는 열간 프레스 성형 제품을 위한 금형 냉각 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 금형의 형상에 상응한 위치에서 냉각수의 공급량을 자동으로 조절함으로써 어떤 부위에서든 항상 일정한 경도 특성을 갖도록 고른 냉각 과정을 수행함으로써 결과적으로 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 균일한 경도를 갖는 열간 프레스 성형 제품을 위한 금형 냉각 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 열간 프레스 성형 장치의 금형 냉각 장치에 있어서, 다수의 호스가 일정 간격으로 금형내에 연결되어 상기 호스를 통해 냉각수를 금형내로 각각 유입시키는 입측 분배기와, 상기 입측 분배기에서 유입된 냉각수가 금형 내부를 순환한 후 외부로 유출되 도록 다수의 호스에 의해 설치되는 출측 분배기와, 상기 입측 분배기와 출측 분배기의 각 호스에 개별적으로 설치되어 유입되는 냉각수의 개별적인 온도와 유출되는 냉각수의 개별적인 온도를 감지하는 다수의 온도 센서와, 상기 입측 분배기의 각 호스에 개별적으로 설치되어 금형내로 유입되는 냉각수의 유입량을 개별적으로 조절하는 제어 벨브 및 상기 온도 센서의 감지에 의해 기설정된 온도와 비교하여 상기 각각의 제어 벨브를 제어하여 금형내로 유입되는 냉각수의 유입량을 제어하는 콘트롤러를 포함함을 특징으로 한다.

더욱이, 본 발명은 다수의 냉각수 공급 호스를 통해 금형과 연결되는 입측 분배기와, 상기 입측 분배기에서 유입된 냉각수가 배출되도록 역시 다수의 공급 호스를 통해 금형과 연결되는 출측 분배기와, 상기 입측 및 출측 분배기의 각 호스에 설치되는 온도 센서와, 상기 입측 분배기의 각 호스에 설치되어 냉각수의 유량 조절을 담당하는 제어 벨브 및 상기 제어 벨브를 제어하는 콘트롤러를 포함하는 열간 프레스 성형용 금형 냉각 장치의 냉각 방법에 있어서, 입측 분배기에 냉각수를 유입하는 과정과, 상기 유입된 냉각수를 각 호스를 통해 금형내에 유입시키는 과정과, 가열된 소재를 금형내에 유입하여 프레싱한 후 냉각 시키는 과정과, 상기 과정 중에 입측 분배기와 출측 분배기에 설치된 다수의 온도 센서에 의해 냉각수의 유입 및 유출시의 온도를 검지하는 과정 및 상기 각각의 호스에서 검지된 냉각수의 온도와 기설정된 냉각수의 온도를 비교하고 제어 벨브를 제어하여 해당 호스의 냉각수 유입량을 조절하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 금형 냉각 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면으로써, 프레스에 안착된 금형(1)내에 일정 간격으로 다수의 호스(2)들을 조립한다. 상기 호스들(2)은 냉각수가 유입되는 분배기(6)와 상기 분배기(6)를 통해 유입된 냉각수가 금형(1)을 통과하여 유출되는 일정 형상의 다른 분배기(6')와 각각 연통되도록 설치된다. 상기 냉각수가 유입되는 각 호스들(2)은 소정의 제어 벨브(4)에 의해 냉각수의 유입량이 조절되도록 하였으며, 각 제어 밸브(4)와 근접한 영역에는 각각 온도 센서(3)를 설치하였다. 상기 제어 벨브(4)와 온도 센서(3)는 각각 호스들(2)에 대응되도록 설치될 것이다. 또한, 상기 냉각수의 출측 분배기(6')에 역시 온도 센서(3')를 각 대응 호스(2)마다 설치하여 냉각수가 유입되는 각 호스(2)에서의 냉각수의 온도와 냉각수가 유출되는 각 호스(2)에서의 냉각수의 온도를 측정하도록 하였다.

또한, 본 발명에서는 분배기(6)를 통해 금형(1)내로 유입되기 전의 냉각수의 온도와 금형(1)에서 또 다른 분배기(6')로 유출되는 냉각수의 온도를 각각 검지하여 기 설정된 온도와 비교하여 각 호스(2)에 공급되는 냉각수의 유입량을 제어 벨브(4)를 통해 조절하기 위한 콘트롤러(7)를 포함한다. 즉, 최종적으로 제조되는 제품의 형상에 따라서 금형(1)의 형상이 변화하는데 이때 냉각수의 유입량을 금형(1)의 부위별로 조절함으로써 최종적으로 생산되는 제품의 고른 경도를 유지하도록 하였다. 예를 들어, 금형의 두께가 두꺼운 부분은 좀더 많은 냉각수가 유입되도록 할 수 있으며, 상대적으로 두께가 얇은 부분은 좀더 적은 냉각수를 유입시킴으로써 제품의 고른 냉각 작용을 유도할 수 있을 것이다.

더욱이, 본 발명에서는 금형의 각 부위별로 설치되는 온도 센서(미도시 됨)들에 의해 각각의 부위별 온도를 측정하고 이를 작업자에게 실시간으로 디스플레이 시킴과 동시에 데이터를 저장할 수 있는 레코더를 추가로 구비할 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 금형 냉각 장치의 전체 구성을 나타낸 사진이고, 도 3은 본 발명에 따른 금형 냉각 장치의 요부 상세도 및 콘트롤러의 사진이며, 도 4는 본 발명에 따른 금형 냉각 장치에 적용되는 금형 온도 변화 확인용 레코더의 사진이다.

이하 본 발명에 따른 금형 냉각 장치의 동작 관계를 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

장치의 외부에서 소정의 냉각수를 공급하면 냉각수는 분배기(6)에 모이고 분배기(6)에 설치된 다수의 홀을 통하여 금형(1)의 각각의 장소로 냉각수가 투입되며, 금형(1)의 반대 방향에 설치된 분배기(6')를 통하여 배출 될 수 있을 것이다. 이때 인.출입 되는 냉각수 온도는 온도 센서(3, 3')에 의한 콘트롤러(7)에서 감지하며, 냉각수가 계속 흐르고 있는 상태에서, 가열된 소재를 이송하여 금형(1)에 안착하고 프레스를 이용하여 가압하면 형상이 만들어 지는데, 이때 금형(1) 내부로 흐르는 냉각수에 의하여 금형(1)이 냉각되어 제품의 열을 빼앗고 이때 냉각수가 가열되어 유출되는 온도를 각 분배기(6)에 조립된 온도 센서(3)들이 감지하여 콘트롤러(7)에 입력되면 콘트롤러(7)에 기 설정된 온도에 따라 제어 벨브(4)를 컨트롤 하 여 일정한 온도가 유지 되도록 오픈 및 크로스 작동을 하여 냉각수의 유입량을 개별적으로 조절하게 된다. 또한, 각 분배기(6, 6')에 위치별로 설치된 온도 센서(3, 3')들에 의하여 감지된 온도를 기 설정된 온도가 되도록 계속적으로 냉각수를 투입하게 되고, 금형(1) 각각의 부위별로 설치된 온도 센서들(미도시 됨)에 의하여 금형(1) 위치별 온도는 레코더(8)에 의하여 저장되어 데이터를 받을 수 있도록 작용하게 되는 것이다.

하기 참조 <그림 1>은 본 발명의 실시예에 따른 금형 냉각 장치를 사용하여 성형된 범퍼 성형품이며, <그림 2>는 상기 <그림 1>의 범퍼 성형품의 각 절단면에서 측정한 단면 경도를 도시하고 있다.

[그림 1]

[그림 2]

상술한 <그림 1>에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 금형 냉각 장치를 적용하여 생산된 범퍼 성형품의 여러개로 절단된 각 절단면에서 측정된 단면 경도가 <그림 2>에 도시한 바와 같이 항상 일정함을 알수 있다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.

본 발명에 의하면, 열간성형용 금형 냉각에 사용되는 냉각수를 금형 위치별 온도 와 냉각수 인.출입 온도를 감지하고 냉각수량를 자동 조절 하여 금형의 냉각속도를 일정하게 자동 제어 하므로 서 금형의 냉각속도 향상과 균일한 냉각에 의한 제품의 경도편차 감소를 도모할 수 있으며, 결과적으로 제품의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 열간 프레스 성형 장치의 금형 냉각 장치에 있어서,

   다수의 호스가 일정 간격으로 금형내에 연결되어 상기 호스를 통해 냉각수를 금형내로 각각 유입시키는 입측 분배기;

   상기 입측 분배기에서 유입된 냉각수가 금형 내부를 순환한 후 외부로 유출되도록 다수의 호스에 의해 설치되는 출측 분배기;

   상기 입측 분배기와 출측 분배기의 각 호스에 개별적으로 설치되어 유입되는 냉각수의 개별적인 온도와 유출되는 냉각수의 개별적인 온도를 감지하는 다수의 온도 센서;

   상기 입측 분배기의 각 호스에 개별적으로 설치되어 금형내로 유입되는 냉각수의 유입량을 개별적으로 조절하는 제어 벨브;

   상기 온도 센서의 감지에 의해 기설정된 온도와 비교하여 상기 각각의 제어 벨브를 제어하여 금형내로 유입되는 냉각수의 유입량을 제어하는 콘트롤러;

   상기 금형내에 설치되어 일정 영역별로 온도를 측정하는 다수의 온도 센서; 및

   상기 성형 공정 중 냉각 과정에서 발생하는 금형내의 온도 분포를 작업자가 디스플레이 할 있도록 상기 금형내에 설치된 온도 센서에 의한 금형의 각 부위별 온도를 디스플레이하고 저장하기 위한 레코더를 더 포함함을 특징으로 하는 균일한 경도를 갖는 열간 프레스 성형 제품을 위한 금형 냉각 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 다수의 냉각수 공급 호스를 통해 금형과 연결되는 입측 분배기와, 상기 입측 분배기에서 유입된 냉각수가 배출되도록 역시 다수의 공급 호스를 통해 금형과 연결되는 출측 분배기와, 상기 입측 및 출측 분배기의 각 호스에 설치되는 온도 센서와, 상기 입측 분배기의 각 호스에 설치되어 냉각수의 유량 조절을 담당하는 제어 벨브 및 상기 제어 벨브를 제어하는 콘트롤러를 포함하는 열간 프레스 성형용 금형 냉각 장치의 냉각 방법에 있어서,

   입측 분배기에 냉각수를 유입하는 과정;

   상기 유입된 냉각수를 각 호스를 통해 금형내에 유입시키는 과정;

   가열된 소재를 금형내에 유입하여 프레싱한 후 냉각 시키는 과정;

   상기 과정 중에 입측 분배기와 출측 분배기에 설치된 다수의 온도 센서에 의해 냉각수의 유입 및 유출시의 온도를 검지하는 과정;

   상기 각각의 호스에서 검지된 냉각수의 온도와 기설정된 냉각수의 온도를 비교하고 제어 벨브를 제어하여 해당 호스의 냉각수 유입량을 조절하는 과정; 및

   상기 설치되는 호스와 상응한 위치의 금형상에 다수의 온도 센서를 설치하고, 상기 온도 센서에 의해 감지된 공정 중의 온도를 소정의 레코더에 의해 작업자에게 디스플레이함과 동시에 온도 데이터를 저장하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
5. 삭제

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