KR100998890B1 - 핫프레스 금형 및 그 설계방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핫프레스 금형 및 그 설계방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은, 금형 및 블랭크 정보를 기초로 금형 해석모델을 작성하는 모델작성단계; 설계인자를 입력하여 금형 해석모델에 복수개의 냉각홀을 형성한 후, 형체결력에 의한 금형의 구조적인 안전도를 점검하는 구조해석단계; 상기 각각의 냉각홀을 따라 흐르는 냉각수의 유동 및 유속을 해석하여 금형에서 냉각홀로 전달되는 대류 열전달계수를 계산하는 유동해석단계; 상기 열전달계수를 활용하여, 소정의 시간으로 금형의 형체결에 의해 성형 및 냉각된 성형품이 마르텐사이트로 변태되는가를 검토하는 냉각해석단계;를 포함한다.

핫프레스, 금형, 냉각홀, 냉각수, 해석.

Description

핫프레스 금형 및 그 설계방법{HOT PRESS FORMING DIE AND MOLD DESIGN METHOD THEREOF}

본 발명은 핫프레스 금형 및 그 설계방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 핫프레스 금형의 구조적인 안전성을 확보하면서 블랭크의 특성에 따라 적절한 냉각성능을 발휘할 수 있는 핫프레스 금형 및 그 설계방법에 관한 것이다.

최근의 각 자동차 제조사들은 자동차 부품을 적용함에 있어서, 친환경적이면서 연비절감 및 경량화를 위한 사회적 요구에 부응하기 위하여, 고강도 소재의 이용을 늘려가고 있다. 그러나, 이러한 고강도 소재의 성형은 스프링백 및 치수 동결성 등의 문제점을 안고 있었으며, 이같은 성형의 난해성으로 인해 그 사용이 제한적일 수밖에 없는 현실적인 문제점이 있었다.

상술한 성형 상의 문제점은, 성형성이 좋은 고온에서 성형하고 성형과 동시에 금형 내에서 소재를 급랭하여 고강도 부품을 얻는 방식으로 해결할 수 있는데, 이러한 공정을 핫프레스 성형이라고 한다. 이러한 핫프레스 성형은 고온의 소재가 상온의 금형에서 성형 및 급속냉각이 이루어져 하므로, 소재의 열량을 충분히 흡수하면서 상온에서 금형 온도를 지속적으로 유지시켜줄 수 있는 금형 냉각이 매우 중 요하다.

상기와 같은 소재의 냉각을 위한 종래의 냉각 방법으로는, 성형 후 소재에 직접 물이나 가스 등을 분사하여 열을 흡수하여 하는 방법(대한민국 특허공개 제2006-54479호)과, 냉각수에 의해 지속적으로 냉각되는 금형으로 소재의 열량을 흡수하는 방법(대한민국 특허공개 제2007-78487로) 등이 있었으며, 현재에는 전자에 비해 후자 쪽이 널리 사용되고 있다.

일반적으로는, 단순하거나 축 대칭 형상의 사출 금형의 경우, 냉각홀 설계가 단순하겠으나, 자동차의 B-pillar와 같이 그 단면형상이 복잡한 부품을 성형하기 위한 핫프레스 금형의 냉각 홀 설계는 매우 복잡하며, 이같이 복잡한 냉각 홀 설계를 위해서는 설계인자-금형의 성형면과 냉각홀 사이의 간격, 냉각홀 사이의 간격, 냉각홀의 직경, 냉각홀을 연결하는 분기관의 개수 등-를 충분히 고려해야 하며, 이러한 설계인자의 조합에 따라 냉각 성능 또한 달라지게 된다.

또한, 핫프레스용 블랭크는 일정한 냉각속도가 획보되어야만 마르텐사이트 조직을 갖게 되어 충분한 강도를 얻을 수 있으며, 핫프레스 성형을 연속적으로 할 경우, 고온의 블랭크에서 전달된 열을 금형에서 충분히 흡수하지 못하게 되어 금형의 성형면 온도가 지속적으로 상승됨에 따라, 블랭크를 적절히 냉각할 수 없게 된다. 이에 따라 핫프레스용 금형은 고온의 블랭크에서 전달되는 열은 사이클타임 이내에 흡수하여 성형면을 일정 온도 이하로 유지하는 냉각설계가 중요하다.

도 7은 일반적인 핫프레스 금형의 냉각홀을 나타낸 예시도로서, 냉각홀은 블랭크의 형상을 고려하여 형성된 금형의 성형면을 따라 배치되어야 하므로 매우 복 잡하게 설계되는데, 종래에는 이러한 냉각설계를 경험칙에 의존하였으며, 이같이 경험칙에 의존할 경우, 성형품의 형상이나 블랭크의 두께 및 사이클타임의 변화에 따른 최적의 냉각설계를 할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 냉각홀의 형성이 복잡하고 분기 개수가 많아지게 되면, 냉각수의 흐름 및 유속이 일정치 않게 되어 냉각수가 전혀 흐르지 않는 냉각홀도 존재하게 되는데, 경험칙에 의존하게 되면 이러한 때, 냉각수의 유동 및 유속에 대한 검토를 사전에 할 수 없는 문제점이 있었다.

한편, 도 8은 일반적인 핫프레스 금형의 요부를 확대도시한 예시도로서, 도 8에 도시된 바와 같이 냉각홀은 금형의 성형면에 가깝게 배치되면서 상하로 연이어지도록 나란히 형성된다. 앞서 언급한 바와 같이 금형 내부에는 다수개의 냉각홀이 형성되며, 성형 전 또는 성형 중, 블랭크의 냉각을 막기 위해 고속의 프레스를 사용하기 때문에, 냉각 성능만을 고려한 금형 냉각 설계를 하다 보면 구조적으로 위험한 금형이 될 수 있다. 즉, 냉각 측면만을 고려한다면 냉각홀이 금형의 성형면 가까이에 형성되는 것이 좋겠지만, 구조적인 측면을 고려한다면 냉각홀은 금형의 성형면에서 멀리 떨어져 있는 것이 안전하기 때문이다.

다른 한편, 추가적인 경량화 및 성능 향상을 구현하기 위하여, 한 부품 내에서 부위별로 강도를 달리하는 금형기술이 개발되고 있으며, 이같이 부위별로 다른 강도를 얻기 위해서는 부위별로 소재의 냉각 속도를 다르게 제어하기 위한 기술이 필요한데, 이를 구현하기 위한 방법으로 제시된 종래기술을 살펴보면, 금형과 소재와의 접촉면적의 차이를 통한 제어 방법(일본 공개특허 제2007-136474호, 일본 공 개특허 제2003-328031호, KR 10-2007-83585, WO 2007/084089)과, 금형의 일부분은 냉각하고 다른 일부분은 가열에 의한 냉각속도 제어 방법(일본 공개 특허 2005-161366, 일본 공개 특허 2003-328031) 등이 있다.

그러나 상술한 종래기술은 대부분 현실적으로 적용하기 곤란한 개념적인 특허들이며, 복잡한 형상의 블랭크를 원하는 강도에 맞도록 냉각 속도를 적절히 제어하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위핸 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 핫프레스 금형의 구조적인 안전성을 확보하면서 블랭크의 특성에 따라 적절한 냉각성능을 발휘할 수 있는 핫프레스 금형 및 그 설계방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 핫프레스 금형의 설계방법은, 핫프레스 금형의 설계방법에 있어서, 금형 및 블랭크 정보를 기초로 금형 해석모델을 작성하는 모델작성단계; 설계인자를 입력하여 금형 해석모델에 복수개의 냉각홀을 형성한 후, 형체결력에 의한 금형의 구조적인 안전도를 점검하는 구조해석단계; 상기 각각의 냉각홀을 따라 흐르는 냉각수의 유동 및 유속을 해석하여 금형에서 냉각홀로 전달되는 대류 열전달계수를 계산하는 유동해석단계; 상기 열전달계수를 활용하여, 소정의 시간으로 금형의 형체결에 의해 성형 및 냉각된 성형품이 마르텐사이트로 변태되는 가를 검토하는 냉각해석단계를 포함하는 것이다.

여기서, 상기 구조해석단계에서는 입력부를 통해 금형이 구조적으로 안전하도록 설계인자 값을 입력하고, 입력신호를 수신한 금형 냉각설계부의 구조해석수단에서 형체결시 성형면의 응력집중계수를 계산하는데, 이때 상기 설계인자는 금형의 성형면과 냉각홀 사이의 거리와, 복수개의 냉각홀 상호간의 거리를 포함하며, 냉각홀의 직경에 따른 성형면과 냉각홀 사이의 거리 및 냉각홀 상호 간의 거리를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 구조해석단계에서는 블랭크의 두께, 크기, 면적 및 사이클타임을 기초로 냉각홀의 길이를 계산하게 된다.

또한, 상기 구조해석단계에서는 부위별로 면적을 달리하는 블랭크를 냉각하도록 수개로 분할된 금형블록에 냉각홀을 형성하게 된다.

아울러, 상기 구조해석단계에서는 금형의 성형면과 동일방향으로 복수개의 냉각홀을 다단으로 형성하되, 상기 다단의 냉각홀은 연결관을 통해 성형면과 직교되게 연결될 수 있다.

상기 모델작성단계에서는 금형 및 블랭크 정보를 기초로 입력부를 통해 적절한 값을 입력하고, 상기 입력신호를 수신한 금형 냉각설계부의 모델작성수단에서 금형 해석모델을 작성하게 된다.

상기 유동해석단계에서는 소정량의 냉각수가 냉각홀로 유입되도록 입력부를 통해 적절한 값을 입력하고, 상기 입력신호를 수신한 금형 냉각설계부의 유동해석수단에서 냉각수의 유동 및 유속을 해석하고 열전달계수를 계산하게 된다.

상기 냉각해석단계에서는 열전달계수를 기초로 소정의 시간 및 형체결력을 입력부를 통해 입력하고, 입력신호를 수신한 금형 냉각설계부의 냉각해석수단에서 성형품의 온도를 측정하여 마르텐사이트로 변태되었는지를 판단하게 된다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 핫프레스 금형은 상술한 방법으로 설계된다.

상기와 같은 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 핫프레스 금형의 냉각홀이 구조해석과 유동해석 및 냉각해석을 복합적으로 고려하여 형성되므로, 금형의 구조적인 안전도를 확보하면서 블랭크의 냉각 효율을 극대화할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 금형의 냉각홀 및 형체결력을 고려한 구조해석, 금형 내 냉각홀에서의 냉각수 흐름에 대한 유동해석, 고온의 소재와 냉각이 이루어지고 있는 금형 사이의 열전달에 의한 냉각해석을 통해, 금형의 적절한 위치에 냉각홀을 형성하여, 블랭크의 충분한 냉각속도를 확보하면서 금형의 온도상승을 미연에 방지할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

아울러, 본 발명은 구조해석과 유동해석 및 냉각해석을 통해 금형에 대한 최적의 냉각설계를 도출하므로, 원하는 강도의 블랭크를 얻을 수 있는 동시에 금형 제작과 수정 및 사용에 대한 시행 착오를 최소화하는 핫프레스 금형을 제공할 수 있게 된다.

이에 더하여, 본 발명은 블랭크의 부위별 냉각속도를 달리하기 위해, 위치별로 냉각속도를 다양하게 조절하므로, 부위별로 다양한 강도 분포를 갖는 성형품을 성형할 수 있는 효과도 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은, 금형(20) 및 블랭크(blank) 정보를 기초로 금형(20) 해석모델을 작성하는 모델작성단계(S200); 설계인자를 입력하여 금형(20) 해석모델에 복수개의 냉각홀(22)을 형성한 후, 형체결력에 의한 금형(20)의 구조적인 안전도를 점검하는 구조해석단계(S300); 상기 각각의 냉각홀(22)을 따라 흐르는 냉각수의 유동 및 유속을 해석하여 대류에 의한 열전달계수를 계산하는 유동해석단계(S400); 상기 열전달계수를 이용하여, 소정의 시간으로 금형(20)의 형체결에 의해 성형 및 냉각된 성형품이 마르텐사이트로 변태되는 가를 검토하는 냉각해석단계(S500);를 포함한다.

첨부된 도 1은 본 발명에 의한 블럭도를 도시한 것으로서, 본 발명은 각종 데이터를 입력하는 입력부(10)를 포함한다. 그리고 입력부(10)에는 입력신호를 활용하여 금형 냉각설계를 실시하는 금형 냉각설계부(100)가 연결되는데, 이러한 금형 냉각설계부(100)에는 금형(20) 해석모델을 작성하는 모델작성수단(200)과, 복수개의 냉각홀(22)이 형성된 금형(20)의 형체결시 안전도를 점검하는 구조해석수단(300)과, 냉각홀(22)을 따라 흐르는 냉각수의 유동 및 유속을 해석하는 유동해석수단(400)과, 성형된 성형품의 냉각온도를 측정하는 냉각해석수단(500)을 포함하며, 각각의 수단에는 디스플레이부(600)가 연결되어 각각의 수단에서 출력된 값을 화면으로 디스플레이하게 된다.

모델작성단계(S200)는 모델작성수단(200)에 의해 금형(20)의 해석모델을 작성하는 단계로서, 금형 냉각 요구사항의 제시에 따라 금형(20) 및 블랭크의 정보를 기초로 입력부(10)를 통해 해석에 필요한 값(블랭크 초기 온도, 냉각유지시간, 블랭크의 두께, 냉각수의 온도 등)을 입력하면, 모델작성수단(200)에서는 블랭크가 갖고 있는 열량을 냉각유지시간 동안 냉각수로 모두 전달하도록 냉각홀의 길이를 계산한 후, 이를 토대로 금형(20) 해석모델을 작성하게 된다.

구조해석단계(S300)는 금형(20) 해석모델에 복수개의 냉각홀(22)을 형성한 후, 형체결시 금형(20)이 구조적으로 안전한가를 점검하는 단계로서, 이러한 구조해석단계(S300)를 통해 형성되는 냉각홀(22)은 설계인자의 정보를 기초로 형성된다.

상기 설계인자로는 도 2a에 도시된 바와 같이, 금형(20)의 성형면(22)과 냉각홀(22) 사이의 거리(ed1), 냉각홀(22) 상호 간의 거리(h1, h2), 냉각홀(22)의 직경(d1, d2)에 따른 성형면(21)과 냉각홀(22) 사이의 거리(ed1, ed2) 및 냉각홀(22) 상호 간의 거리(h1, h2) 따위를 들 수 있다.

첨부된 도 2b는 냉각홀의 설계인자에 따른 응력집중을 나타낸 그래프로서, 10mm의 직경(d1)으로 이루어진 냉각홀(22)과 금형(20)의 성형면(21) 사이의 거리(ed1)가 20mm를 이룰 경우 응력집중계수는 증가되는데 반하여, 10mm의 직경(d1)으로 이루어진 냉각홀(22)과 금형(20)의 성형면(21) 사이의 거리가 30mm를 이룰 경우 응력집중계수는 감소됨을 알 수 있다.

따라서, 상술한 냉각홀(22) 설계인자의 변화에 의해 응력집중계수가 민감하게 반응함을 알 수 있으며, 이러한 해석을 통해 설정된 설계인자에 따라 응력집중 계수가 얼마인지를 판단하게 된다.

즉, 구조해석단계(S300)에서는 금형(20)이 구조적으로 안전하도록 입력부(10)를 통해 적절한 설계인자 값을 입력하고, 이 입력값을 바탕으로 구조해석수단(300)에서는 성형에 필요한 200~300톤의 하중으로 작동되는 금형(20)의 형체결시, 성형면(21)의 응력집중계수가 얼마인지를 계산하여 금형(20)의 구조적인 안전도를 점검하게 된다.

선택적으로, 냉각홀(22)은 금형의 성형면(21)과 동일방향으로 다단으로 형성되며, 이러한 다단의 냉각홀(22)은 직교되는 연결관을 통해 연결되는 것이 바람직하다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수개의 냉각홀(22)은 금형의 성형면(21)을 따라 다단으로 형성되며, 다단의 냉각홀(21)은 성형면(22)과 직교를 이루는 연결관에 의해 연결되는 것이다.

유동해석단계(S400)는 냉각홀(22)을 따라 흐르는 냉각수의 유동 및 유속을 해석하는 단계로서, 이러한 유동해석단계(S400)에서는 냉각수의 유동 및 유속을 해석하여 대류에 의한 열전달계수를 계산하게 된다.

첨부된 도 3은 fluent 유동해석 프로그램으로 실시한 유동해석 결과에 의한 유속(단위:m/s)를 나타낸 것으로서, 상부가 금형의 성형면(21)에 근접된 부분이다. 이러한 유동해석은 냉각홀(22)만을 모델링하여 분당 60리터의 냉각수가 유입되는 공정조건으로 해석하였으며, 이때 점검될 사항은 금형(20)의 성형면(21)에 가까운 냉각홀(22)을 지나는 냉각수의 유동이 균일하면서 유속이 빠르게 작용하는지에 대 한 여부다. 도 3을 좀 더 상세히 살펴보면, 냉각홀(22)의 개수가 많아서 복잡한 경우, 냉각수의 유속이 불균일할 뿐만 아니라 냉각수의 유동이 없는 냉각홀(22)도 존재함을 알 수 있으며, 이러한 냉각수의 유동해석은 구조해석단계(S300)에서 설계된 냉각홀(22)을 통한 냉각수의 유동이 균일한지 또는 충분한 냉각성능을 발휘하도록 냉각수가 적절한 유속을 갖는지에 파악하고, 필요시에는 균일한 냉각성능을 발휘할 수 있도록 보완 설계(분기 개수의 축소 등)를 하게 된다. 또한, 이러한 해석을 통해 냉각해석시 사용할 대류열전달계수를 계산하게 된다.

냉각해석단계(S500)에서는 해석된 열전달계수에 의해 소정의 시간 이내에서, 형체결에 의해 성형 및 냉각된 블랭크가 마르텐사이트로 변태되었는가를 검토하게 된다.

첨부된 도 4a, 도 4b, 도 4c는 냉각해석단계(S500)에서 냉각해석된 하부 금형(20)의 사시도와 금형(20)의 형체결 정단면도 및 그래프를 나타낸 것이다. 일반적으로, 냉각해석은 성형품이 완전히 성형된 상태에서 실시하여도 무방하므로, 도 4a, 도 4b, 도 4c에서도 성형 중의 온도변화는 무시하고 블랭크가 완전히 성형된 상태에서 냉각해석을 실시하였다. 아울러, 냉각해석에서는 형체결에 의해 블랭크를 냉각시키도록 냉각수를 통해 금형(20)으로 전달되는 열전달계수를 고려하였다. 아울러, 냉각해석에서는 형체결에 의해 블랭크를 냉각시키도록, 금형(20)에서 냉각수로 전달되는 대류 열전달계수를 고려하였다.

그리고 핫프레스로 성형된 성형품이 고강도의 마르텐사이트 조직을 얻기 위 해서는 빠른 냉각속도를 확보해야 하므로, 소정의 냉각시간이 지났을 때 성형품의 온도가 충분히 냉각되어 있으면, 냉각속도가 마르텐사이트를 얻기 위한 임계 냉각속도보다 큰 것으로 판단하며, 핫프레스로 성형된 성형품의 취출 온도를 공정관리항목으로 사용하고 있다.

도 4b, 도 4c는 형체결된 금형(20)을 냉각해석하여 요부를 도시한 정단면도 및 그래프로서, 소정의 시간으로 금형(20) 내에서 냉각된 후 취출된 성형품의 실측온도와 예측온도를 비교하여 나타내고 있다. 데이터 포인트는 실측온도이며, 실선은 냉각유지시간이 20초와 14초인 경우의 해석값이다. 냉각유지시간이 14초인 경우 20초에 비해 냉각유지시간이 짧기 때문에 성형품의 취출온도가 높음을 알 수 있다.

이러한 냉각해석에 따르면, 성형품의 취출 온도를 예측하게 되고, 금형(20)의 성형면(21)에 대한 온도변화와 블랭크의 냉각속도 등을 예측하게 되므로, 사용자가 원하는 강도의 제품(마르텐사이트로 변태되었는가에 대한 여부)을 제조할 수 있는지 사전에 판단하게 된다.

또한, 이러한 냉각해석에 따르면, 냉각홀(22)의 위치를 조정하는 등을 통해 냉각속도의 적절한 제어가 가능하며 이를 통해 성형품의 강도를 제어하게 되므로, 적절한 냉각속도를 갖는 금형 설계에 대한 시행착오를 줄이게 된다.

첨부된 도 5는 핫프레스 금형(20)의 설계과정을 도시한 블럭도이다. 도 5를 통해 냉각홀의 설계과정을 보다 상세히 살펴보면, 금형(20)의 성형면(21) 및 블랭크의 형상을 설계하기 위해 금형 냉각 요구사항이 제시되면, 금형(20) 및 블랭크 정보를 기초로 모델작성수단을 통해 금형 해석모델을 작성하게 된다.

이같이 금형 해석모델이 작성되면, 블랭크의 두께, 크기, 면적, 사이클타임(하나의 성형품이 생산되는 소요시간) 등을 토대로 필요한 냉각홀(22)의 길이를 계산하게 된다(S310).

이어서, 상기와 같이 길이가 계산된 냉각홀은 면적을 달리하는 블랭크 각각의 구역에 따라 흡수해야할 열량을 고려하여, 도 4a에서와 같이 수개로 분할(S320)된 금형블록에 적절히 형성(S330)되는데, 이때 냉각수의 균일한 유동을 위해 냉각홀(22)은 6개 이하로 분기시키는 것이 바람직하며, 냉각수의 일정한 유속을 위해 냉각수는 0.5m/s의 유속을 확보하는 것이 바람직하다. 여기서, 냉각홀(22)은 상술한 구조해석단계(S300)를 통해 금형(20)의 구조적인 안전도가 확보되도록 금형(20)의 적절한 위치에 형성된다.

다음으로, 각각의 금형블록은 유동해석단계(S400)를 통해 냉각수의 균일한 유동 및 유속이 이루어지는지 해석한 후, 냉각해석단계(S500)를 거쳐서 성형된 성형품이 마르텐사이트로 변태되었는가를 검토하게 된다.

이러한 과정을 통해 핫프레스 금형(20)의 설계과정은 마무리된다.

한편, 첨부된 도 6a, 도 6b은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 그래프 및 예시도로서, 본 발명의 다른 실시예는 하나의 블랭크 내에 부위별로 강도가 상이한 성형품을 성형하도록 부위별 냉각속도를 다르게 제어하는 것이다. 즉, 적절한 냉각홀의 위치를 설계하는 수단을 통해 성형품의 취출온도를 달리함에 따라 냉각속도의 제어가 가능하므로, 도 6b에 도시된 바와 같이 인장강도(TS)가 상이한 성형품을 제조하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 적절한 냉각제어를 통해 부위별로 강도가 상이한 성형품을 성형할 수 있으며, 더 나아가 이러한 성형품을 성형하는 금형의 설계에 대한 시행착오를 단축하여 경제적으로 비용절감을 기대할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과할 뿐, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 첨부된 청구범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 핫프레스 금형의 블럭도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 설계인자를 나타낸 예시도 및 그래프.

도 3은 본 발명에 의한 유동해석을 나타낸 예시도.

도 4a, 도 4b, 도 4c는 본 발명에 의한 냉각해석을 나타낸 예시도.

도 5는 본 발명에 의한 핫프레스 금형의 설계과정을 나타낸 블럭도.

도 6a, 도 6b는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 그래프 및 예시도.

도 7은 일반적인 핫프레스 금형을 나타낸 사시도.

도 8은 일반적인 핫프레스 금형의 요부를 도시한 확대도.

Claims (11)

1. 핫프레스 금형의 설계방법에 있어서,

   금형 및 블랭크 정보를 기초로 금형 해석모델을 작성하는 모델작성단계;

   설계인자를 입력하여 금형 해석모델에 복수개의 냉각홀을 형성한 후, 형체결력에 의한 금형의 구조적인 안전도를 점검하는 구조해석단계;

   상기 각각의 냉각홀을 따라 흐르는 냉각수의 유동 및 유속을 해석하여 금형에서 냉각홀로 전달되는 대류 열전달계수를 계산하는 유동해석단계;

   상기 열전달계수를 활용하여, 소정의 시간으로 금형의 형체결에 의해 성형 및 냉각된 성형품이 마르텐사이트로 변태되는 가를 검토하는 냉각해석단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫프레스 금형의 설계방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 구조해석단계에서는 입력부를 통해 금형이 구조적으로 안전하도록 설계인자 값을 입력하고, 입력신호를 수신한 금형 냉각설계부의 구조해석수단에서 형체결시 성형면의 응력집중계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 핫프레스 금형의 설계방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 설계인자는 금형의 성형면과 냉각홀 사이의 거리와, 복수개의 냉각홀 상호간의 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫프레스 금형의 설계방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 설계인자는 냉각홀의 직경에 따른 성형면과 냉각홀 사이의 거리 및 냉각홀 상호 간의 거리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핫프레스 금형의 설계방법.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 구조해석단계에서는 블랭크의 두께, 크기, 면적 및 사이클타임을 기초로 냉각홀의 길이를 계산하는 것을 특징으로 하는 핫프레스 금형의 설계방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 구조해석단계에서는 부위별로 면적을 달리하는 블랭크를 냉각하도록 수개로 분할된 금형블록에 냉각홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 핫프레스 금형의 설계방법.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 구조해석단계에서는 금형의 성형면과 동일방향으로 복수개의 냉각홀을 다단으로 형성하되, 상기 다단의 냉각홀은 연결관을 통해 성형면과 직교되게 연결되는 것을 특징으로 하는 핫프레스 금형의 설계방법.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 모델작성단계에서는 금형 및 블랭크 정보를 기초로 입력부를 통해 적절한 값을 입력하고, 입력신호를 수신한 금형 냉각설계부의 모델작성수단에서 금형 해석모델을 작성하는 것을 특징으로 하는 핫프레스 금형의 설계방법.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 유동해석단계에서는 소정량의 냉각수가 냉각홀로 유입되도록 입력부를 통해 적절한 값을 입력하고, 입력신호를 수신한 금형 냉각설계부의 유동해석수단에서 냉각수의 유동 및 유속을 해석하고 열전달계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 핫프레스 금형의 설계방법.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 냉각해석단계에서는 열전달계수를 기초로 소정의 시간 및 형체결력을 입력부를 통해 입력하고, 입력신호를 수신한 금형 냉각설계부의 냉각해석수단에서 성형품의 온도를 측정하여 마르텐사이트로 변태되었는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 핫프레스 금형의 설계방법.
11. 청구항 1의 방법으로 설계된 핫프레스 금형.

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