KR100907225B1 - Hot forming apparatus and hot forming method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소정 온도 이상 가열하여 제품을 성형하는 열간성형 제조방법에 관한 것으로서, 특히 금형작업에 의해 제조되는 제품의 강도가 향상되도록 하는 열간성형장치 및 열간성형 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hot forming manufacturing method for molding a product by heating above a predetermined temperature, and more particularly, to a hot forming apparatus and a hot forming manufacturing method for improving the strength of a product manufactured by a mold operation.
본 발명에 따른 열간성형장치는 작업 대상물이 놓여지는 하부금형과, 상기 하부금형과 결합되어 상기 작업 대상물을 성형하는 상부금형과, 상기 하부금형과 상기 상부금형 사이에 개재되어 상기 작업 대상물의 내부 공간을 성형하는 캠, 및 상기 작업 대상물을 냉각시키는 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The hot forming apparatus according to the present invention includes a lower mold on which a work object is placed, an upper mold coupled to the lower mold to mold the work object, and interposed between the lower mold and the upper mold to form an internal space of the work object. It characterized in that it comprises a cam for shaping, and a cooling device for cooling the work object.
본 발명에 따른 열간성형 제조방법은 하부금형에 작업 대상물을 안착시키고 상부금형과 하부금형, 캠을 결합시켜 열간성형을 행하는 프레싱단계와, 프레싱단계가 개시된 후에 설정된 시간이 경과되었는지를 판단하는 성형완료판단단계 및 성형완료판단단계에서 설정된 시간이 경과되었으면 작업 대상물 주위로 냉각유체를 공급하여 작업 대상물을 냉각하는 냉각단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The hot forming method according to the present invention is the pressing step of performing the hot forming by mounting the work object on the lower mold and combining the upper mold, the lower mold, and the cam, and completion of molding to determine whether the set time has elapsed after the pressing step is started. If the time set in the determination step and the molding completion step has elapsed, characterized in that it comprises a cooling step of cooling the work object by supplying a cooling fluid around the work object.
제조장치, 빔, 자동차, 후륜, 현가장치 Manufacturing equipment, beam, automobile, rear wheel, suspension
Description
도 1은 본 발명에 따른 열간성형조장치의 일 실시예가 도시된 사시도이다.1 is a perspective view showing an embodiment of a hot forming apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 열간성형장치의 일 실시예의 유로가 도시된 정단면도이다.Figure 2 is a front sectional view showing a flow path of an embodiment of a hot forming apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열간성형장치의 유로가 도시된 측단면도이다.3 is a side cross-sectional view showing a flow path of a hot forming apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열간성형장치의 캠유로가 도시된 측단면도이다.Figure 4 is a side cross-sectional view showing a cam flow path of the hot forming apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형 제조방법이 도시된 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing hot forming according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형장치 및 열간성형 제조방법에 의해 제작된 토션빔이 도시된 사시도이다.6 is a perspective view illustrating a torsion beam manufactured by a hot forming apparatus and a hot forming method according to an embodiment of the present invention.
도 7은 도 6에 도시된 A-A선 단면도이다.7 is a cross-sectional view taken along the line A-A shown in FIG.
도 8은 도 6에 도시된 B-B선 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line B-B shown in FIG. 6.
도 9는 도 6에 도시된 C-C선 단면도이다.9 is a cross-sectional view taken along the line C-C shown in FIG.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
10 : 베이스 12 : 하부베이스10: base 12: lower base
14 : 상부베이스 16 : 베이스실린더14: upper base 16: base cylinder
20 : 상부금형 30 : 하부금형20: upper mold 30: lower mold
32 : 가이드 40 : 캠32: guide 40: cam
42 : 캠실린더 50 : 냉각장치42: cam cylinder 50: cooling device
52 : 냉각유로 52a : 금형유로52:
52b : 캠유로 52c : 흡입유로52b:
52d : 배기유로 54 : 냉각파이프52d: exhaust passage 54: cooling pipe
54a : 금형파이프 54b : 캠파이프54a:
56 : 밸브 70 : 토션빔56: valve 70: torsion beam
72 : 중앙부 74 : 단부72: center 74: end
76 : 연결부76: connection
본 발명은 소정 온도 이상 가열하여 제품을 성형하는 열간성형장치 및 열간성형 제조방법에 관한 것으로서, 특히 금형작업에 의해 제조되는 제품의 강도가 향상되도록 하는 열간성형장치 및 열간성형 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hot forming apparatus and a hot forming manufacturing method for molding a product by heating above a predetermined temperature, and more particularly, to a hot forming apparatus and a hot forming manufacturing method for improving the strength of a product manufactured by a mold operation.
열간성형장치 및 열간성형 제조방법에 의해 제작되는 제품은 다양하지만 본 발명에서는 자동차의 후륜 현가계의 토션빔을 예로 들어 설명한다.Although the products manufactured by the hot forming apparatus and the hot forming method are various, the present invention will be described taking as an example a torsion beam of a rear wheel suspension of an automobile.
자동차 후륜 현가계의 토션빔은 크게 빔과 빔 양측에 갖는 트레일링암으로 구성되어 차량의 선회시 작용하는 원심력에 대한 빔의 비틀림으로 자세를 유지하도록 하는 기능을 담당하는 것으로서, 강한 비틀림강성과 벤딩강성이 요구된다.The torsion beam of the rear suspension of the automobile is composed of the beam and the trailing arms on both sides of the torsion beam, which is responsible for maintaining the posture by torsion of the beam against the centrifugal force applied during the turning of the vehicle. Is required.
초기에는 철판을 단면"U"형 내지는 "V"형으로 구부려서 빔을 구성하고 그 내측에는 토션바를 갖도록 하여 보강하며, 트레일링암과는 별도의 보강판을 통한 용접으로 비틀림강성과 벤딩강성을 갖도록 하였다.Initially, the steel plate was bent in cross-section "U" type or "V" shape to construct the beam, and to reinforce it with torsion bar inside, and to have torsional rigidity and bending rigidity by welding through a reinforcement plate separate from the trailing arm. .
상기한 구조의 토션빔은 강도가 보강된 만큼 비틀림강성과 벤딩강성은 충분히 만족할 수가 있으나 토션바와 보강판 등 늘어난 부품수와 조립 및 용접공정수 등으로 인하여 현저한 생산성 저하를 가져오게 되고 또 용접공정시 공차관리의 어려움으로 불량 발생률이 매우 높으며 제품의 무게가중으로 차량의 연비를 저하시키는 한 원인을 제공하는 등의 문제점들이 지적되고 있었다.The torsion beam of the above structure can be sufficiently satisfied with torsional rigidity and bending stiffness as the strength is reinforced, but it causes a significant productivity decrease due to the increased number of parts such as torsion bar and reinforcement plate and the number of assembling and welding process, and tolerance during welding process. Problems have been pointed out, such as the failure rate is very high due to the difficulty of management, and provide a cause of lowering the fuel efficiency of the vehicle by weighting the product.
이에 근래에는 원통형 파이프를 프레스 가압 성형하여 중앙부는 비틀림강성을 위하여 두 겹의 "U"형 내지는 "V"형 단면을 갖도록 하고 양측부는 트레일링암과의 넓은 용접면 확보와 벤딩강성을 위하여 "ㅁ"형 단면을 갖도록 한 빔이 이용되고 있으며, 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.Recently, the cylindrical pipe is press-molded so that the center part has two layers of "U" or "V" shape for torsional rigidity, and both sides are "ㅁ" for securing a wide welding surface and bending strength with the trailing arm. A beam having a cross section is used, which is a beam of a torsion beam, which has sufficient rigidity against torsion and bending, and can reduce the number of parts, assembly and welding processes, resulting in improved productivity, reduced defect rate, and lighter weight. It is evaluated to improve the fuel efficiency of the vehicle.
다만 상기와 같이 부위별 단면형상을 달리하는 빔을 얻도록 함에 있어서는 그 공정수가 늘어날수록 생산성저하는 물론 제조단가의 상승으로 가격경쟁력이 떨어지게 되는바, 바람직하게는 최소공정으로 완성된 형태의 빔을 얻는 것이다.However, in order to obtain a beam having a different cross-sectional shape for each part as described above, as the number of processes increases, the productivity decreases and the price competitiveness decreases due to an increase in manufacturing cost. To get.
원통형 파이프를 가압 성형하여 단면 "U"형 내지는 "V"형 제품을 제조함에 있어, 하형의 형태를 달리하는 두 조의 금형을 이용하거나 상형과 서로를 향하여 움직이는 여러 개의 하형으로 구성된 한조의 금형을 이용하여 완제품을 얻을 수 있는 방법과 도구가 공지되어 있다.In the production of cross-section "U" type or "V" type products by pressure-molding cylindrical pipes, two sets of molds having different shapes of lower molds are used, or a set of molds composed of upper molds and several lower molds moving toward each other. Methods and tools are known for obtaining the finished product.
상기에서 두 조의 금형을 이용한 공정은 맨드릴(mandrel)을 이용하여 초기파이프를 단단히 고정한 상태에서 진행되는 1차 프리폼(preform) 성형공정과 2차 정밀성형공정으로 이루어지도록 한 것이고, 한조의 금형을 이용한 공정은 선반형태의 상형과 하나의 중간조 및 두개의 측면조로 나뉘어져 상형간이나 서로 간에 갖는 경사면의 안내로 서로를 향하여 움직이는 하형을 통하여 이루어지도록 한 것으로서, 각각 전체적으로 단면 "U"형 내지는 "V"형으로 이루어진 제품은 충분히 얻을 수 있을 것으로 예상되며, 더 나아가 자동차 후륜 현가계의 토션빔을 구성하는 빔과 같이 부위별 단면형상이 상이할 경우에도 최소공정으로 완제품을 얻을 수는 있을 것으로 예상된다.In the above process using two sets of molds, the first preform molding process and the second precision molding process are performed using a mandrel and the initial pipe is firmly fixed. The process is divided into a shelf-shaped upper die, one intermediate tank and two side bars, and is performed through the lower dies moving toward each other by guides of the inclined surfaces between the upper dies and each other, and each of the cross-sections "U" or "V". It is expected that a product made of a mold can be sufficiently obtained, and further, even if the cross-sectional shape of each part is different, such as a beam constituting the torsion beam of the rear suspension of an automobile, it is expected that a finished product can be obtained with a minimum process.
그러나 토션빔의 빔과 같이 부위별 단면형상이 상이하여 다양안 모양의 단면이 연속적으로 이루어지는 제품은 상기한 바와 같은 종래의 제조장치 및 그 제조방법에 의해 제작될 때에 양측 단부나 단면 모양이 변형되는 부분의 강도가 소정치 이상 향상되기 어려우므로 쉽게 변형되거나 파손되는 문제점이 있다.However, products having cross-sectional shapes of various shapes, such as beams of torsion beams, which are different from each other, may be deformed at both ends or cross-sectional shapes when manufactured by the conventional manufacturing apparatus and the manufacturing method as described above. Since the strength of the part is difficult to improve more than a predetermined value, there is a problem that it is easily deformed or broken.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 좌우 대칭을 이루는 제품을 제작하기 위한 열간성형장치 및 열간성형 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a hot forming apparatus and a hot forming manufacturing method for manufacturing a product having a symmetrical symmetry.
또한, 본 발명은 금형작업에 의해 제조되는 제품의 강도가 향상되도록 하는 열간성형장치 및 열간성형 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a hot forming apparatus and a hot forming method for improving the strength of a product manufactured by a mold operation.
또한 본 발명은 성형시 모양 변형 등으로 인해 발생되는 불량품을 발생을 줄일 수 있는 열간성형장치 및 열간성형 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a hot forming apparatus and a hot forming manufacturing method that can reduce the occurrence of defective products caused by shape deformation during molding.
본 발명에 따른 열간성형장치는: 작업 대상물이 놓여지는 하부금형과; 상기 하부금형과 결합되어 상기 작업 대상물을 성형하는 상부금형과; 상기 하부금형과 상기 상부금형 사이에 개재되어 상기 작업 대상물의 내부 공간을 성형하는 캠; 및 상기 작업 대상물을 냉각시키는 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The hot forming apparatus according to the present invention comprises: a lower mold on which a workpiece is placed; An upper mold coupled to the lower mold to mold the workpiece; A cam interposed between the lower mold and the upper mold to form an internal space of the workpiece; And it characterized in that it comprises a cooling device for cooling the work object.
상기 냉각장치는, 상기 하부금형, 상기 상부금형 또는 상기 캠 중 어느 하나에 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉각장치는 상기 하부금형, 상기 상부금형 또는 상기 캠의 내부에 형성되는 것이 바람직하다.The cooling device is preferably installed in any one of the lower mold, the upper mold, or the cam. In addition, the cooling device is preferably formed in the lower mold, the upper mold or the cam.
상기 냉각장치는, 상기 작업 대상물의 오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 변형시키도록 냉각유체가 공급되는 냉각유로와; 상기 냉각유로에 상기 냉각유체를 공급하는 펌프; 및 상기 냉각유로와 상기 펌프를 연결하는 냉각파이프를 포 함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 냉각유로는, 상기 하부금형과 상기 상부금형 내부에 형성되는 금형유로; 및 상기 캠 내부에 형성되는 캠유로를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 캠유로는, 상기 흡입유로; 및 상기 흡입유로 외부에 소정 간격을 유지토록 형성되는 배기유로를 포함하는 것이 바람직하다.The cooling device may include: a cooling passage through which a cooling fluid is supplied so as to transform the austenite structure of the workpiece into martensite structure; A pump for supplying the cooling fluid to the cooling flow path; And a cooling pipe connecting the cooling passage and the pump. Here, the cooling flow path, a mold flow path formed in the lower mold and the upper mold; And a cam flow path formed inside the cam. In addition, the cam flow path, the suction flow path; And an exhaust passage formed to maintain a predetermined interval outside the suction passage.
상기 하부금형과 상기 상부금형 사이에는 가이드가 더 설치되는 것이 바람직하다.It is preferable that a guide is further installed between the lower mold and the upper mold.
상기 캠과 상기 하부금형, 상기 상부금형 사이에는 공간부가 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, a space portion is formed between the cam, the lower mold, and the upper mold.
상기 공간부에 냉각유체를 공급하는 직접냉각유로가 더 포함되는 것이 바람직하다.It is preferred that the cooling unit further includes a direct cooling passage for supplying a cooling fluid.
상기 직접냉각유로는 상기 하부금형, 상기 상부금형, 및 상기 캠 중에 어느 하나에 형성되는 것이 바람직하다.The direct cooling flow path is preferably formed in any one of the lower mold, the upper mold, and the cam.
또한, 본 발명에 따른 열간성형 제조방법은: 하부금형에 작업 대상물을 안착시키고, 상부금형과 하부금형, 캠을 결합시켜 열간성형을 행하는 프레싱단계와; 상기 프레싱단계가 개시된 후에 설정된 시간이 경과되었는지를 판단하는 성형완료판단단계; 및 상기 성형완료판단단계에서 설정된 시간이 경과되었으면 상기 작업 대상물 주위로 냉각유체를 공급하여 상기 작업 대상물을 냉각하는 냉각단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the hot forming manufacturing method according to the present invention comprises: a pressing step of performing a hot forming by mounting the workpiece to the lower mold, and combining the upper mold, the lower mold, and the cam; A molding completion determination step of determining whether a set time has elapsed after the pressing step is started; And a cooling step of cooling the work object by supplying a cooling fluid around the work object when the time set in the molding completion determination step has elapsed.
상기 냉각단계는, 설정된 시간 내에 상기 작업 대상물의 온도를 소정 온도 이하로 급랭시켜 상기 작업 대상물의 조직을 오스테나이트(Austenite) 조직에서 마 르텐사이트(Martensite) 조직으로 변화시키는 것을 특징으로 한다.The cooling step is characterized in that to change the tissue of the workpiece from austenite tissue to martensite tissue by quenching the temperature of the workpiece within a predetermined time or less than a predetermined temperature.
상기 냉각단계는, 상기 냉각유체를 상기 상부금형, 상기 하부금형 또는 상기 캠 중 어느 하나의 내부로 순환시키는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 냉각단계는 상기 냉각유체를 상기 하부금형의 내부로 순환시키거나, 상기 상부금형의 내부로 순환시키거나, 상기 캠의 내부로 순환시키는 것이 바람직하다. 즉, 상기 상부금형이나 하부금형 또는 상기 캠 중 어느 하나의 부재 내부로만 냉각유체를 순환시키거나, 순차적으로 냉각시킬 수도 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.In the cooling step, the cooling fluid is circulated into one of the upper mold, the lower mold, and the cam. At this time, the cooling step is to circulate the cooling fluid into the inside of the lower mold, circulate into the inside of the upper mold, or circulate inside the cam. That is, various modifications can be made, such as circulating the cooling fluid only in the member of any one of the upper mold, the lower mold, or the cam, or cooling them sequentially.
상기 냉각단계는 상기 냉각유체를 상기 캠과 상기 상부금형과 상기 하부금형 사이로 공급하여 상기 작업 대상물에 상기 냉각유체를 접촉시키는 것이 바람직하다.In the cooling step, the cooling fluid may be supplied between the cam, the upper mold, and the lower mold to contact the cooling fluid with the work object.
본 발명에 따른 열간성형 제조방법은: 상기 냉각단계가 개시된 후에 상기 작업 대상물의 온도가 설정 온도 이하인지를 판단하는 온도판단단계; 및 상기 온도판단단계에서 상기 작업 대상물이 설정 온도 이하이면 상기 상부금형과, 상기 하부금형 및 상기 캠을 분리하여 상기 작업 대상물을 분리시키는 분리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The hot forming manufacturing method according to the present invention comprises: a temperature judging step of determining whether a temperature of the workpiece is below a set temperature after the cooling step is started; And a separating step of separating the work object by separating the upper mold, the lower mold and the cam when the work object is below the set temperature in the temperature determining step.
이하, 본 발명에 따른 열간성형장치 및 열간성형 제조방법의 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위해 자동차 후륜 현가계의 열간성형 제조방법을 예로 들어 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an embodiment of a hot forming apparatus and a hot forming method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For convenience of description, the method of manufacturing hot forming of the rear suspension of an automobile will be described as an example. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or convention of a user or an operator. Therefore, the definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 본 발명에 따른 열간성형장치의 일 실시예가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열간성형장치의 일 실시예의 유로가 도시된 정단면도이다.1 is a perspective view showing an embodiment of a hot forming apparatus according to the present invention, Figure 2 is a front sectional view showing a flow path of an embodiment of the hot forming apparatus according to the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형장치는 베이스(10)와, 베이스(10)에 설치되어 작업 대상물이 놓아지는 하부금형(30)과, 베이스(10)에 유동 가능하게 설치되어 하부금형(30)과 결합되면 작업 대상물을 열간 성형하는 상부금형(20)과, 베이스(10)에 유동 가능하게 설치되어 상부금형(20)과 하부금형(30) 사이에 개재되어 작업 대상물의 내부 공간을 성형하는 캠(40)과, 하부금형(30)과 상부금형(20)과 캠(40)에 설치되어 열간 성형이 종료된 후에 작업 대상물을 냉각시키는 냉각장치(50)를 포함한다.1 and 2, the hot forming apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
여기서, 베이스(10)는 바닥면에 설치되어 하부금형(30)이 설치되는 하부베이스(12)와, 하부베이스(12) 상면에 베이스실린더(16)에 의해 수직 방향으로 유동 가능하게 설치되고 상부금형(20)이 설치되는 상부베이스(14)를 포함한다.Here, the
하부금형(30)에 작업 대상물이 놓아진 후에 베이스실린더(16)가 구동되어 상부베이스(14) 및 상부금형(20)이 하강하면 상부금형(20)과 하부금형(30)이 결합되면서 금형에 의한 프레스 작업이 이루어진다.After the workpiece is placed on the
이때, 상부금형(20) 및 하부금형(30)은 소정 온도 이상으로 가열되어 작업 대상물을 열간 성형한다. 금형을 가열하여 열간 성형 작업이 이루어지도록 하는 가 열장치(미도시)는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 널리 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 도면 및 설명을 생략하기로 한다. 베이스실린더(16) 또한 당업자에게 널리 알려져 있는 유압실린더이므로 상세한 도면이나 설명 및 구동방법에 대한 설명은 생략하기로 한다.At this time, the
또한, 베이스실린더(16) 역시 통상적인 유압실린더 이므로 상세한 도면 및 설명, 구동방법을 생략하기로 한다.In addition, since the
하부금형(30)과 상부금형(20) 사이에는 가이드(32)가 설치되는데, 이는 상부금형(20)과 하부금형(30)이 결합될 때에 정확한 위치에 결합되도록 하기 위한 장치이다.The
또한, 가이드(32)는 작업 대상물이 하부금형(30)에 놓아질 때에 정확하게 중앙에 놓일 수 있도록 함으로써, 성형이 완료된 제품이 정확하게 좌우 대칭을 이룰 수 있도록 한다.In addition, the
이러한 가이드(32)는 작업 대상물이 안착되는 하부금형(30)의 홈부 테두리에 설치되는 소정 크기의 편으로 이루어지고, 가이드(32)를 이루는 편은 볼트, 리벳 등과 같은 통상적인 체결부재에 의해 하부금형(30)의 상면에 결합된다.The
캠(40)은 하부베이스(12)의 상면에 수평 방향으로 설치되는 한 쌍의 캠실린더(42)에 설치된다.The
캠실린더(42)의 암이 돌출되면 암의 단부에 설치되는 캠(40)이 하부금형(30)과 상부금형(20) 사이로 개재되고, 암이 캠실린더(42) 내부로 삽입되면 캠(40)이 하부금형(30)과 상부금형(20) 사이의 공간으로부터 배출된다.When the arm of the
이러한 구성에 의해 하부금형(30)에 파이프 형상의 토션빔(70)이 놓아지고 캠실린더(42)가 구동되면 토션빔(70)의 양측 단부로 캠(40)이 삽입된다.In this configuration, when the pipe-shaped
이후에 베이스실린더(16)가 구동되면 상부금형(20)이 하강하고 하부금형(30)과 결합되면서 열간 성형이 이루어지게 된다.After the
상기한 바와 같이 상부금형(20), 하부금형(30), 및 캠(40)에 의해 파이프 형상의 빔을 제작하는 금형장치는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시하는 장치이므로 상부금형(20), 하부금형(30), 및 캠(40)이 자세하게 도시되는 분해 사시도는 생략하기로 한다.As described above, the mold apparatus for manufacturing the pipe-shaped beam by the
냉각장치(50)는 하부금형(30)과 상부금형(20)과 캠(40) 중 어느 하나의 내부에 형성된다. 냉각장치(50)는 냉각유체가 공급되는 냉각유로(52)와, 냉각유로(52)에 냉각유체를 공급하는 펌프(미도시)와, 펌프와 냉각유로(52)를 연결하는 냉각파이프(54)와, 냉각유체가 충전되어 냉각파이프(54)와 연결되는 탱크(미도시)를 포함한다. 여기서, 냉각유로(52)는 열간 성형으로 오스테나이트 조직을 갖는 작업 대상물인 토션빔의 조직이 바로 마르텐사이트 조직으로 변형되도록 배치된다. 냉각유로(52)는 작업 대상물을 급랭시킬 수 있도록 하부금형(30)이나, 상부금형(20) 또는 캠(40) 내부에 배치되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 냉각유로(52)는 하부금형(30)이나, 상부금형(20) 또는 캠(40) 내부에 복수 개가 배치된다.The
이러한 냉각유로(52)는 하부금형(30)과 상부금형(20) 내부에 형성되는 금형유로(52a)와, 캠(40) 내부에 형성되는 캠유로(52b)를 포함한다.The
여기서, 냉각파이프(54)는 탱크로부터 상부금형(20) 및 하부금형(30)에 연결되는 금형파이프(54a)와, 탱크로부터 캠(40)에 연결되는 캠파이프(54b)를 포함한다.Here, the cooling
이러한 냉각파이프(54)는 탱크로부터 연장되는 파이프에 밸브(56)가 설치되고, 이 밸브(56)로부터 금형파이프(54a)와 캠파이프(54b)가 분기된다.The cooling
이로써, 열간 성형이 종료된 후에 펌프가 구동되면 냉각유체가 하부금형(30), 상부금형(20), 캠(40) 내부에 형성된 냉각유로(54)를 따라 공급되므로 하부금형(30), 상부금형(20), 캠(40) 사이에 개재된 작업 대상물이 온도가 소정 온도 이하로 급랭된다.Thus, when the pump is driven after the hot forming is completed, the cooling fluid is supplied along the
여기서, 캠유로(52b)는 캡(40)의 흡입구로부터 연장되는 흡입유로(52c)와, 흡입유로(52c) 외부에 소정 간격을 유지토록 형성되는 배기유로(52d)를 포함한다.Here, the
이러한 구성에 의해 캠(40) 내부로 유입된 냉각유체는 흡입유로(52c)를 따라 캠(40)의 단부까지 이동되고, 흡입유로(52c)의 단부로 배출된 냉각유체는 흡입유로(52c)의 외벽과 배기유로(52d)의 내벽 사이의 공간을 따라 이동되어 다시 캠(40) 외부로 배출된다.By this configuration, the cooling fluid introduced into the
또한, 캠(40)은 캠실린더(42)와 대응되는 외측 단부의 단면이 사각 모양으로 형성되고, 내측 단부로 갈수록 그 단면 형상이 작아진다.In addition, the
그리고 캠(40)은 내측 단부로 갈수록 'V' 모양의 홈부가 형성되므로 토션빔(70)의 형상을 가공할 수 있게 된다.In addition, since the
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열간성형장치의 유로가 도시된 측단면 도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열간성형장치의 캠유로가 도시된 측단면도이다.3 is a side cross-sectional view showing a flow path of the hot forming apparatus according to another embodiment of the present invention, Figure 4 is a side cross-sectional view showing a cam flow path of the hot forming apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열간성형장치는 일 실시예와 비교하여 하부금형(130), 상부금형(120), 캠(140), 냉각장치(150)로 이루어지는 것을 동일하지만, 냉각장치(150)에 그 특징이 있다.3 and 4, the hot forming apparatus according to another embodiment of the present invention as compared to the
이 냉각장치(150)는 일 실시예와 달리 캠(140)과 하부금형(130), 상부금형(120) 사이에 공간부(100)가 형성되는 것이 특징이다.Unlike the embodiment, the
또한, 이 공간부(100)에 냉각유체를 공급하는 직접냉각유로(110)가 설치된다.In addition, a
이로써, 토션빔(70)이 냉각될 때에 직접냉각유로(110)를 따라 공급되는 냉각유체는 공간부(100)로 유입되면서 토션빔(70)과 직접 접촉되면서 토션빔(70)의 냉각을 가속시킨다.Thus, when the
이러한 구성 및 작동에 의해 토션빔(70)이 마텐자이트 조직으로 보다 용이하게 변환될 수 있으므로 토션빔(70)의 강도 보강이 보다 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.By such a configuration and operation, the
직접냉각유로(110)는 하부금형(130), 상부금형(120), 및 캠(140) 중에 어느 하나에 형성되는데, 여기서, 캠(140)에 직접냉각유로(110)가 형성되는 예를 도면으로 도시하였다.The direct
하지만, 직접냉각유로(110)는 상부금형(120)이나 하부금형(130)에 형성되어도 무방하며, 각각의 구성요소에 형성되는 홈부가 서로 결합되면서 직접냉각유 로(110)를 이루도록 성형되어도 무방하다.However, the
캠(140)에 직접냉각유로(110)가 형성되는 경우에는 캠(140)의 상면으로부터 캠(140)의 내부로 연장되고, 캠유로(152b) 사이로 절곡된 후에 공간부(100)에 연통되도록 연장되는 것이 바람직하다.When the direct
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형 제조방법의 작용을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the hot forming method according to an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형 제조방법이 도시된 순서도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형장치 및 열간성형 제조방법에 의해 제작된 토션빔이 도시된 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 A-A선 단면도이고, 도 8은 도 6에 도시된 B-B선 단면도이고, 도 9는 도 6에 도시된 C-C선 단면도이다.5 is a flow chart showing a hot forming method according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a perspective view showing a torsion beam produced by the hot forming apparatus and the hot forming method according to an embodiment of the present invention 7 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 6, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. 6, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line CC shown in FIG. 6.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형 제조방법은 하부금형(30)에 작업 대상물, 즉 토셤빔(70)을 안착시키고, 상부금형(20)과 하부금형(30), 캠(40)을 결합시켜 열간성형을 행하는 프레싱단계(S10)와, 프레싱단계(S10)가 개시된 후에 설정된 시간이 경과되었는지를 판단하는 성형완료판단단계(S20)와, 형성완료판단단계(S20)에서 설정된 시간이 경과되었으면 토션빔(70) 주위로 냉각유체를 공급하는 냉각단계(S30)와, 냉각단계(S30)가 개시된 후에 토션빔(70)의 온도가 설정 온도 이하인지를 판단하는 온도판단단계(S40)와, 온도판단단계(S40)에서 작업 대상물이 설정 온도 이하이면 상부금형(20)과 하부금형(30), 캠(40)을 분리하여 토션빔(70)을 분리시키는 분리단계(S50)를 포함한다.5 to 9, the hot forming method according to an embodiment of the present invention seats the workpiece, that is, the
이러한 열간성형 제조방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.The hot forming method will be described in detail below.
먼저, 파이프 형상을 이루는 금속 재질의 토션빔(70)이 하부금형(30)에 안착된 후에 캠실린더(42)가 구동되면 캠(40)이 토션빔(70)의 양측 단부로 삽입된다.First, when the
이후에, 베이스실린더(16)가 구동되면서 상부금형(20)이 하부금형(30)에 결합되어 프레싱단계(S10)가 이루어진다.Thereafter, while the
이때, 열간 성형을 이루는 상부금형(20) 및 하부금형(30), 캠(40)은 600℃ ~ 900℃ 까지 가열되어 열간 성형을 행하게 된다.At this time, the
성형완료판단단계(S20)는 열간 성형이 진행되는 시간을 측정하는 단계로서, 타이머와 같은 통상의 시간 측정 장치에 의해 이루어진다.Molding determination step (S20) is a step of measuring the time that the hot forming is in progress, it is made by a conventional time measuring device such as a timer.
성형완료판단단계(S20)에 의해 설정된 시간이 경과된 것이 감지되면 펌프가 구동되어 냉각파이프(54) 및 냉각유로(52)를 따라 하부금형(30) 및 상부금형(20), 캠(40)의 내부에 냉각유체가 공급되면서 토션빔(70)을 급랭하는 냉각단계(S30)가 진행된다.When it is detected that the time set by the molding completion determination step (S20) has elapsed, the pump is driven so that the
아울러, 캠파이프(54b)를 통해 캠(40) 내부로 유입되는 냉각유체는 흡입유로(52c)를 따라 캠(40)의 내측 단부까지 유동되고, 흡입유로(52c)의 단부로 토출된 냉각유체는 흡입유로(52c)와 배기유로(52d) 사이의 공간으로 유동되면서 다시 캠(40) 외부로 배출된다.In addition, the cooling fluid flowing into the
이렇게 급랭되는 토션빔(70)은 100℃ ~ 350℃ 까지 약 1초 내외의 시간 동안 급랭된다.The
이러한 냉각단계(S30)는 설정된 시간 내에 토션빔(70)의 온도를 소정 온도 이하로 낮추어 금속재질로 이루어지는 토션빔(70)의 조직을 오스테나이 트(Austenite) 조직에서 마르텐사이트(Martensite) 조직으로 변화시켜 작업 대상물인 토션빔(70)의 강도가 향상되도록 한다.The cooling step (S30) is to lower the temperature of the
이때, 냉각유체는 하부금형(30)과 상부금형(20)과 캠(40)의 내부로 순환되면서 토션빔(70)의 냉각을 행하게 된다.At this time, the cooling fluid is circulated into the
또한, 다른 실시예로 냉각유체를 하부금형(30)과 상부금형(20)의 내부로만 순환시켜 냉각단계(S30)를 행할 수도 있으며, 냉각유체를 하부금형(30)의 내부로만 순환시켜 냉각단계(S30)를 행할 수도 있다.In addition, in another embodiment, the cooling fluid may be circulated only inside the
아울러, 작업 대상물에 냉각유체를 직접 공급하여 냉각 속도를 가속시키는 냉각방법이 냉각단계(S30)에 더 포함되면 작업 대상물이 마르텐사이트 조직으로 보다 용이하게 변환된다.In addition, when the cooling method for directly supplying the cooling fluid to the work object to accelerate the cooling rate is further included in the cooling step (S30), the work object is more easily converted into martensite tissue.
이러한 방법을 이루기 위해서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 열간성형장치에 의해 이루어질 수 있다.In order to achieve such a method, as shown in FIGS. 3 and 4, it may be made by a hot forming apparatus according to another embodiment of the present invention.
이는 냉각단계(S30)가 개시되면 냉각유로(152)에 냉각유체가 공급됨과 동시에 직접냉각유로(110)를 따라 공간부(100)에 냉각유체가 공급된다.When the cooling step S30 is started, the cooling fluid is supplied to the cooling passage 152 and the cooling fluid is supplied to the
이로써, 상부금형(120), 하부금형(130) 및 캠(140)이 냉각되면서 상부금형(120), 하부금형(130), 캠(140)과 접촉된 토션빔(70)이 급랭되는데, 공간부(100)에 충진되는 냉각유체와 토션빔(70)이 접촉되면서 냉각 속도가 가중되므로 보다 효과적인 급랭 작업이 이루어지게 된다.As a result, the
온도판단단계(S40)는 성형완료판단단계(S20)와 같이 통상의 시간 측정 장치에 의해 냉각유체가 공급되는 시간을 감지하고, 설정된 시간이 경과되면 냉각단 계(S30)를 종료하여 토션빔(70)의 제작을 완료토록 한다.Temperature determination step (S40) detects the time the cooling fluid is supplied by a conventional time measuring device as in the molding completion determination step (S20), and when the set time elapses, the cooling step (S30) is terminated by the torsion beam ( 70) to complete the production.
이후에 베이스실린더(16)가 역방향으로 구동되고, 캠실린더(42)가 역방향으로 구동되어 상부금형(20)과 하부금형(30)이 분리되고, 토션빔(70)의 양측 단부로부터 캠(40)이 분리되는 분리단계(S50)가 이루어진다.Thereafter, the
상기한 바와 같은 구성 및 작동에 의해 토션빔(70)의 양측 단부(74)는 사각 모양을 이루고, 중앙부(72)는 상면과 하면이 밀착된 'V'모양의 단면을 이루고, 중앙부(72)와 단부(74) 사이의 연결부(76)는 사각 모양에서 상면 중앙에 'V'모양의 홈부가 형성되는 토션빔(70)이 이루어진다.By the above-described configuration and operation, both ends 74 of the
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.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible to those skilled in the art. Will understand.
또한, 자동차 후륜 현가계용 토션빔을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 자동차에 사용되는 토션빔이 아닌 다른 제품에 사용되는 토션빔에도 본 발명의 열간성형 제조방법이 사용될 수 있다.In addition, the torsion beam for automobile rear suspension has been described as an example, but this is merely exemplary, and the hot forming manufacturing method of the present invention may also be used for torsion beams used in products other than torsion beams used in automobiles.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the claims below.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 성형 장치는 가이드가 설치됨으로써, 하부금형에 안착되는 작업 대상물이 중앙에 배치되고, 상부금형과 하부금형이 결합 될 때에 작업 대상물이 중앙에서 이탈되는 것을 방지하므로 좌우 대칭을 이루는 토션빔을 제작할 수 있는 이점이 있다.The molding apparatus according to the present invention configured as described above is provided with a guide, so that the work object seated on the lower mold is disposed in the center, and the work object is prevented from being separated from the center when the upper mold and the lower mold are combined. There is an advantage in that to produce a symmetrical torsion beam.
또한, 본 발명에 따른 열간성형장치 및 열간성형 제조방법은 냉각장치가 설치되어 열간 성형된 작업 대상물이 급랭됨으로써, 고온에서 안정된 오스테나이트 조직의 금속 빔이 실온에서 안정되어 그 강도가 향상되는 마르텐사이트 조직의 금속 빔으로 변환되므로 토션빔의 변형 및 파손이 보다 효과적으로 방지되는 이점이 있다.In addition, in the hot forming apparatus and the hot forming method according to the present invention, a cooling apparatus is installed, and the hot formed workpiece is quenched, so that the martensite which is stable at room temperature and the metal beam of the austenitic structure is stable at room temperature improves its strength. Since it is converted into the metal beam of the tissue, there is an advantage that the deformation and breakage of the torsion beam more effectively prevented.
또한 본 발명은 하나의 공정에서 열간성형과 급랭을 수행하고, 설정된 시간 경과 후 작업 대상물을 급랭시킴으로써 작업 공정을 단순화할 수 있으며, 성형시의 불량 발생을 줄일 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention can simplify the work process by performing hot forming and quenching in one process, and quenching the work object after a set time elapses, and there is an advantage of reducing defects during molding.
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