KR101052263B1

KR101052263B1 - 열간프레스성형 금형의 설계방법

Info

Publication number: KR101052263B1
Application number: KR1020080134434A
Authority: KR
Inventors: 김홍기; 손현성; 최병근; 김태호; 박명기
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2011-07-27
Also published as: KR20100076408A

Abstract

블랭크(300)의 온도 변화에 따른 물성치 및 두께감소율 변화를 고려하여 금형면과 블랭크(300)의 형상을 결정하는 금형면 및 블랭크 설계단계(S100); 금형(100,500) 내부의 냉각홀(130)의 규격과 배치를 결정하고, 냉각홀(130)의 유동해석(S230) 및 블랭크(300)의 냉각해석(S240)을 통하여 결정된 냉각홀(130)의 규격과 배치를 조정하는 냉각홀 설계단계(S200); 금형(100,500)의 응력분포를 계산하고, 허용응력과의 비교를 통해 냉각홀(130)의 규격과 배치를 조정하는 구조해석 단계(S300); 및 금형(100,500)의 마모해석을 통해 금형(100,500)의 재질 및 코팅법을 결정하는 마모해석 단계(S400);를 포함하는 열간프레스성형 금형의 설계방법이 소개된다. 그 열간프레스성형 금형의 설계방법에 따르면, 블랭크의 성형성, 성형물의 빠른 냉각, 금형 조직의 안정성, 마모도의 감소 등을 모두 동시에 고려하여 최적의 금형과 블랭크의 설계가 가능해진다.

열간 프레스 성형, 블랭크, 유동해석, 냉각해석

Description

열간프레스성형 금형의 설계방법 {DESIGN METHOD FOR DIES OF HOT PRESS FORMING}

본 발명은 열간프레스성형에 있어서 블랭크의 성형성과 냉각에 의한 강도의 확보 및 금형 구조의 안정성을 확보하기 위한 열간프레스성형 금형의 설계방법에 관한 것이다.

각종 기계부품은 그 형상과 요구강도에 따라 여러 가지의 성형법으로 성형된다. 그 중 프레스 공법의 경우는 두 개의 금형 사이에 블랭크를 삽입하고 금형의 가압에 의하여 블랭크를 성형물로 성형하는 방식이다.

최근 각 자동차 제조사들은 자동차에 부품을 적용함에 있어서 환경친화적인 연비절감 및 경량화를 위한 사회적 요구에 대응하기 위하여 고강도 소재의 이용을 늘려가고 있다. 하지만 고강도 소재의 성형은 스프링백 및 치수동결성 등의 문제점을 안고 있으며 이러한 성형의 난해성으로 인하여 그 사용이 제한적일 수밖에 없는 문제가 있었다.

이러한 문제점은 성형성이 좋은 고온에서 블랭크를 성형하되, 그 성형과 동시에 금형 내에서 소재를 급랭하여 고강도 성형물을 얻는 방식으로 해결할 수 있으 며, 이러한 공법을 열간프레스성형(hot press forming)이라고 한다. 이와 같은 열간프레스성형은 고온의 소재가 상온의 금형에서 성형 및 급랭되어야 하는 공정이므로, 1) 고온에서의 소재의 성형성 2) 연속 생산하에서의 소재의 열량을 충분히 흡수하여 지속적으로 금형을 상온으로 유지시켜줄 수 있는 금형 냉각 3) 냉각을 위한 냉각홀 등을 고려한 금형의 구조안전도 4) 고온의 소재와 금형의 마찰에 의한 금형의 마모 등을 모두 고려하여 금형과 블랭크를 설계하는 것이 중요하다.

그러나 종래의 열간프레스성형 금형의 설계는, 제조자의 경험에 의존함으로써 임시방편적이고 치밀하지 못하며 신속하지 못하였다. 또한, 상기의 고려사항들을 모두 고려한 최적의 설계를 얻기가 어려운 문제가 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안될 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 블랭크의 성형성, 성형물의 빠른 냉각, 금형 조직의 안정성, 마모도의 감소 등을 모두 동시에 고려할 수 있는 열간프레스성형 금형의 설계방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열간프레스성형 금형의 설계방법은, 성형품의 크랙이나 주름을 방지하기 위해, 블랭크의 온도 변화에 따른 물성치 및 두께감소율 변화를 고려하여 금형면과 블랭크의 형상을 결정하는 금형면 및 블랭크 설계단계; 상기 블랭크의 급냉을 위해 금형면과 블랭크의 형상을 고려하여 금형 내부의 냉각홀의 규격과 배치를 결정하고, 냉각홀의 유동해석 및 블랭크의 냉각해석을 통하여 결정된 냉각홀의 규격과 배치를 조정하는 냉각홀 설계단계; 상기 냉각홀이 형성된 금형의 응력분포를 계산하고, 허용응력과의 비교를 통해 냉각홀의 규격과 배치를 조정하는 구조해석 단계; 및 상기 금형의 마모해석을 통해 금형의 재질 및 코팅법을 결정하는 마모해석 단계;를 포함한다.

상기 구조해석 단계는 상기 냉각홀 설계단계의 유동해석 및 냉각해석과 함께 수행될 수 있다.

상기 냉각홀의 규격과 배치는, 냉각홀의 길이, 직경, 냉각홀 간의 거리, 냉각홀과 금형 표면과의 거리에 의하여 결정 및 조정될 수 있다.

상기 유동해석은 금형의 표면에 근접하는 냉각홀의 유동의 균일 정도와 유속 을 파악하는 것일 수 있다.

상기 냉각해석은 블랭크가 금형 내부에서 가압에 의해 성형품으로 성형된 상태에서 수행되고, 냉각홀과의 열전달, 가압온도, 가압시간을 포함하는 조건을 통하여 마텐자이트 조직의 정출 여부를 파악하는 것일 수 있다.

상기 마모해석은 금형이 반복된 프레스 작업을 통하여 정상상태 온도에 도달한 상태에서 금형의 표면이 마모되는 정도를 파악하는 것일 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 열간프레스성형 금형의 설계방법에 따르면, 블랭크의 성형성, 성형물의 빠른 냉각, 금형 조직의 안정성, 마모도의 감소 등을 모두 동시에 고려하여 최적의 금형과 블랭크의 설계가 가능해진다.

또한, 금형과 블랭크의 설계시 시행착오가 줄어들어 단시간 내에 효율적인 설계가 가능해진다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열간프레스성형 금형의 설계방법에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간프레스성형 금형의 설계방법의 설계대상이 되는 금형과 블랭크의 사시도이고, 도 2는 그 설계방법의 순서도이다.

우선 도 1을 참고하여 금형과 블랭크를 살펴본다. 금형은 상부다이(100), 홀더(200), 하부펀치(500)로 구성되고 홀더(200)에는 판형의 블랭크(300)가 장착된다. 블랭크(300)는 고온으로 가열되고 상부다이(100)는 상방에서 블랭크(300)를 가 압하여 성형한다. 블랭크(300)는 상부다이(100)의 홈(120)을 통하여 성형됨과 동시에 금형 내에서 급랭되어 강도를 확보하게 된다. 이러한 블랭크(300)의 급랭을 위하여 상부다이(100)와 하부펀치(500)에는 내부에 냉각홀을 형성한다. 그 냉각홀을 통하여 냉각수를 유통시키고 냉각수의 유동에 의해 블랭크(300)가 급랭되어 강도를 갖도록 한다. 한편, 상부다이(100)는 하부펀치(500)와의 충돌에 대비하여 적절한 강도와 내마모성을 유지해야 한다. 이하에서는 상기 조건을 모두 함께 만족하기 위한 금형과 블랭크의 설계방법을 살펴본다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열간프레스성형 금형의 설계방법은 크게 금형면 및 블랭크 설계단계(S100), 냉각홀 설계단계(S200), 구조해석 단계(S300) 및 마모해석 단계(S400)로 구성된다.

금형면 및 블랭크 설계단계(S100)는 블랭크의 온도 변화에 따른 물성치 및 두께감소율 변화를 고려하여 금형면과 블랭크의 형상을 결정함으로써 성형품의 크랙과 주름을 방지하는 것이다.

냉각홀 설계단계(S200)는 결정된 금형면과 블랭크의 형상을 고려하여 금형 내부의 냉각홀의 규격과 배치를 결정하고, 냉각홀의 유동해석 및 블랭크의 냉각해석을 통하여 결정된 냉각홀의 규격과 배치를 조정함으로써 성형된 블랭크가 급랭되도록 한다.

구조해석 단계(S300)는 냉각홀이 형성된 금형의 응력분포를 계산하고, 허용응력과의 비교를 통해 냉각홀의 규격과 배치를 조정함으로써 금형의 구조안전도를 증대시키는 것이다.

마모해석 단계(S400)는 금형의 마모해석을 통해 금형의 재질 및 코팅법을 결정함으로써 금형의 내마모성을 증대시키고 사용연한을 예측할 수 있도록 하는 것이다.

도 2의 순서도를 참고하여 일련의 설계과정을 살펴본다. 금형면 및 블랭크 설계단계(S100)에서는 우선 블랭크의 물성치를 파악한다(S110). 블랭크의 물성치가 파악된 후에는 성형해석(S120)을 하게 된다. 열간프레스성형은 블랭크를 성형성이 좋은 고온으로 가열하여 성형하는 것이므로, 고온의 블랭크의 성형성을 잘 예측하기 위하여는 고온에서의 블랭크 물성치와 고온에서의 마찰거동을 고려한 성형해석이 필수적이다. 특히 성형 중에는 온도 변화가 발생하기 때문에 온도에 따른 물성치 및 두께감소율을 고려한 해석이 필요하다. 성형해석을 통하여 블랭크의 성형성을 유지하며 주름이나 크랙의 발생이 억제되는 금형면과 블랭크의 형상을 설계(S130,S140)할 수 있게 된다.

구체적으로, 블랭크와 금형은 제품 자체의 형상을 이루는 부분과 그 테두리의 여유분인 여육(addendum) 부분으로 나뉘는데, 제품의 형상은 요구되는 제조 형상이 있으므로, 주된 설계의 초점은 여육 형상의 설계가 된다. 블랭크의 물성치에는 고온인장 및 고온마찰계수 그래프가 주요 인자이다. 고온에서의 온도변화에 따른 블랭크의 물성치 변화를 입력으로 하여 CAE(computer aided engineering) 해석을 통해 블랭크의 두께 감소율과 변형율을 도출하고, 이를 FLD(forming limit diagram, 성형한계도)와 비교하여 크랙 또는 주름의 발생 여부를 관찰하며, 복수 회 반복을 통해 바람직한 금형면과 블랭크의 형상을 도출하는 것이다.

도 3은 이러한 블랭크의 성형시 두께감소율을 나타낸 도면이다. 붉은색(b) 부분은 두께감소율이 큰 지점이고, 푸른색(a) 부분은 두께감소율이 작은 지점이다. 두께감소율을 고려한 성형해석을 통하여 성형품(400)에 주름이나 크랙의 발생되지 않도록 한다. 또한 이러한 성형해석 및 이하의 해석들은 CAE(computer aided engineering)를 통하여 이루어져 신속하고 정확하다.

다시 도 2를 참고하여 순서도를 살펴본다. 금형면과 블랭크의 형상이 1차적으로 결정된 후에는 냉각홀 설계단계(S200), 구조해석 단계(S300) 및 마모해석 단계(S400)로 돌입한다. 우선, 블랭크의 부피, 무게, 두께 등을 고려하여 블랭크의 냉각을 위해 블랭크로부터 덜어내야 하는 열량을 산출한다. 그 열량을 통하여 필요한 냉각수의 양을 결정하고, 냉각홀의 전체길이와 직경을 결정한다(S210). 그 후 이를 금형의 섹션별로 구분하여 배치함으로써 냉각홀을 설계한다(S220). 이 과정에서 결정되는 것은 냉각홀의 길이, 직경, 냉각홀 간의 거리, 냉각홀과 금형 표면과의 거리이다. 이하에서는 이러한 정보들을 통칭하여 냉각홀의 길이 및 배치라고 한다.

1차적으로 설계된 냉각홀은 다양한 요인에 의하여 수정된다. 냉각홀을 수정하기 위하여는 유동해석(S230), 냉각해석(S240) 및 구조해석(S300)이 병행된다. 유동해석(S230)은 금형의 표면에 근접하는 냉각홀의 유동의 균일 정도와 유속을 파악하여 냉각홀의 설계에 반영하는 것이다. 냉각홀은 그 복잡도와 유동도가 반비례하므로 최소한의 복잡도를 통하여 금형의 표면 측에 위치하는 냉각홀의 유동이 자연스럽고 유속이 빠르게 될 수 있도록 한다.

유동해석(S230)은 설계된 금형 및 냉각홀의 모델을 사용하여 'Fluent'라는 상용 유동해석 프로그램으로 해석을 실시할 수 있다. 유동해석(S230)을 위해 냉각홀이 형성된 금형의 부분을 추출하여 모델링하고, 경계조건은 실제 공정을 고려하여 분당 60 리터의 냉각수가 유입되는 조건으로 한다. 유동해석을 통하여 점검할 사항은 금형 표면과 가까운 냉각홀의 유동이 균일하고 그 내부 냉각수의 유속이 빠른 것인지 분석하여 냉각홀의 설계를 검증하는 것이다. 냉각홀의 개수가 많아 복잡한 경우에는 유속의 불균일이 심화 되어 거의 유동이 생기지 않는 경우도 있다. 따라서, 이와 같은 유동해석은 다양한 부품 형상을 제조하기 위한 금형의 냉각설계시 설계된 냉각홀에서 유동이 균일한지 또한 충분한 냉각 성능을 발휘할 수 있을 만큼 유속을 확보하는지 파악하고 필요시 냉각홀을 보완할 수 있게 한다. 아울러 유동해석(S230)에서 추출된 유속을 이용하여 냉각해석(S240)시 사용되는 열전달계수를 도출한다.

냉각해석(S240)은 상부다이에 의한 블랭크의 가압 후 성형품이 제대로 냉각되는 지를 파악하고 이를 냉각홀 등의 설계에 반영하는 과정이다. 특히 냉각해석(S240)의 경우는 성형품의 재질에도 미치는 영향이 크기 때문에 금형면이나 블랭크의 형상에도 그 결과의 반영이 가능하다. 성형품의 강도를 얻기 위하여는 성형된 블랭크의 급랭이 필요하고, 이를 위하여는 금형면과 블랭크의 형상 및 금형 내부의 냉각홀의 배치가 적절히 설계되어야 한다. 특히 본 실시예의 경우는 성형품의 재질에 마텐자이트 조직의 정출을 목표로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉각해석(S240)은 성형 과정 중 온도 변화는 무 시하고, 블랭크가 완전히 금형 내에서 형상이 성형된 상태로 냉각해석을 실시하였다. 성형품이 높은 강도의 마텐자이트 조직을 얻기 위해서는 충분히 빠른 냉각속도를 확보할 수 있어야 하므로, 특정 냉각 유지 시간이 지났을 때의 성형품의 온도가 충분히 냉각되어 있으면 냉각속도가 마텐자이트를 얻기 위한 임계 냉각속도보다 크다는 것으로 판단할 수 있다. 이를 위해 냉각홀과의 열전달, 가압온도 및 가압시간의 조건을 조절하며 해석을 수행한다.

이러한 냉각해석(S240)을 통하여 열간프레스성형에서 품질을 확보하기 위해 공정관리 항목으로 사용하는 성형품 취출 온도에 대한 예측은 물론 금형 표면온도의 변화, 블랭크의 냉각속도 등을 예측할 수 있어 설계된 금형이 원하는 공정 조건에서 충분한 강도의 제품을 제조할 수 있는지 판단할 수 있게 된다. 또한 이러한 냉각해석(S240)은 냉각속도의 제어를 통해 강도의 제어를 하는 경우 적절한 냉각속도를 확보하기 위한 설계안을 시행착오를 줄이면서 설계할 수 있게 할 수 있다.

한편, 구조해석 단계(S300)는 상기 유동해석(S230) 및 냉각해석(S240)과 순차적으로 또는 동시적으로 이루어지며 설계된 냉각홀 길이 및 배치의 조정에 영향을 주도록 한다.

금형의 냉각 관점에서만 보면 냉각홀을 최대한 금형 표면에 가깝게 배치하면 가장 효율적이지만, 이 경우 성형 전 블랭크의 냉각을 최소화하기 위해 고속의 프레스를 사용하기 때문에 금형에 강한 충격 하중이 작용하게 된다. 또한 성형시에는 블랭크의 완전한 성형과 성형된 성형품의 냉각을 위하여 필요한 하중을 일정 시간 동안 금형에 가하여 성형품과 금형의 접촉을 통한 냉각을 꾀하게 되는데, 이때 가 해진 하중을 견딜 수 있는 구조 측면도 고려한다면 무조건 냉각홀을 금형의 표면 가까이에만 배치할 수는 없다.

따라서 금형의 냉각은 물론 구조 안전도까지 충분히 고려된 냉각홀의 설계를 위하여는 다양한 냉각홀 설계 인자의 영향이 충분히 고려되어야 한다. 구조해석 단계(S300)에서는 이러한 금형의 구조적 안정성을 보장하기 위한 강도 해석을 수행한다. 금형의 강도는 집중되는 응력의 정도를 분석함으로써 파악할 수 있다. 금형의 프레스시 금형에 작용되는 하중을 분석하고 안전계수를 도출(S310)한 후, 응력해석(S320)을 실시하여 응력이 과도히 집중되는 부분과 허용응력의 초과 여부를 판단한다.

도 4는 상부다이 내부의 냉각홀을 나타낸 도면이고, 도 5는 그 상부다이의 A부분 단면 및 B부분 단면의 응력을 해석한 도면이다. 상부다이(100)의 내부에는 냉각홀(130)이 형성되고, 냉각홀(130)은 금형의 표면을 따라 세 부분의 묶음(132,134,135)으로 구성된다. 또한 상부다이(100)에는 블랭크가 성형되기 위한 홈(120)이 형성되어 있고, 그 홈(120)의 형상에 따라 상부다이(100)와 하부펀치의 사이에서 블랭크가 성형된다. 그 홈(120)은 블랭크의 성형을 위해 하부펀치와 충돌하는 지점이고, 그 홈(120)의 하방에는 수평방향의 냉각홀(136)이 위치된다. 그 냉각홀(130)은 내부가 비어있는 공간으로서, 금형의 구조 안정성과 관련하여 그 직경, 길이, 개수 및 배치가 조정되는 것이다.

이러한 유동해석, 냉각해석 및 구조해석을 통하여 냉각홀의 길이 및 배치는 금형의 강도와 냉각성능이 적절히 유지될 수 있도록 최종 설계(S250)된다. 특히 냉 각해석(S240)의 경우는 원하는 재질이 나오지 못할 경우 금형면과 블랭크 형상의 재수정을 동반하게 된다.

이하에서는 마모해석 단계(S400)를 살펴본다. 열간프레스성형은 고온의 블랭크와 금형 사이의 높은 마찰에 의해 금형의 마모가 많이 발생하게 된다. 이러한 금형의 마모는 원하는 부품 형상으로의 성형을 방해하거나 금형과 블랭크와의 간극을 넓혀 충분한 접촉이 이루어지지 않도록 하여 연속프레스에서의 성형품의 냉각속도를 떨어뜨려 충분한 강성을 확보하지 못하게 한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 금형의 설계에서는 마모거동의 예측이 중요하다. 마모거동을 예측할 수 있으면 원하는 제작 부품 수에 맞는 금형 재질 혹은 코팅 사양을 결정할 수 있게 된다. 한편, 마모거동은 성형품의 표면상태나 열 이력에 따라 달라지기 때문에 열간프레스성형 공정을 모사할 수 있는 상태에서의 마모계수 측정과 이를 이용한 마모해석이 중요하다. 열간프레스성형 공정을 모사할 수 있는 상태에서의 마모계수의 측정은, 2기의 퍼니스를 이용하여 가열 및 공냉, 금형과의 접촉 조건을 부여함으로써, 열간프레스성형 공정을 최대한 모사한 상태에서의 마모계수를 측정하는 방법을 이용할 수 있다. 마모거동은 하기 식에 의해 구할 수 있다.

여기서, W_depth, t, k 와 H는 각각 마모깊이, 시간, 마모계수와 금형의 경도를 나타낸다. 또한 P와 v는 각각 금형과 블랭크 사이의 접촉압력과 상대속도를 나타낸다. 이 경우 금형의 경도는 측정값으로 사용하고, P와 v는 성형해석을 통해 얻은 값을 이용하게 된다. 마모깊이를 통하여 금형 표면의 마모정도를 알 수 있다.

마모해석(S400)을 위하여는 우선 온도에 따른 오차를 줄이기 위해 금형(S410)이 반복된 프레스에 의해 고온의 정상상태 온도로 도달하도록 한다(420). 그 상태에서 마모해석에 의한 마모량을 구하고(S430), 이를 임계 마모량과 비교(S440)하여 금형면 및 블랭크 형상을 조정한다(S450).

도 6은 금형의 마모깊이에 대한 계산의 한 예이다. 금형의 곡률반경이 작고 블랭크의 유입량이 많으며 접촉압이 높은 국부적인 부분(c,d)에서 심한 마모가 일어남을 알 수 있다. 마모해석을 이용하면 마모가 심하게 발생하는 부위의 예측은 물론 그 마모량을 예측할 수 있으므로, 금형 마모의 저감을 위한 방안 도출(곡률반경 증가 등)이 가능하고 그 효과를 미리 예측해 볼 수 있게 된다.

한편 다른 금형 재질 혹은 코팅 조건에 대한 마모계수를 적용하면 그에 따른 마모량을 예측할 수 있으므로 원하는 부품 수에 가장 적절한 금형재질 및 코팅방법을 선정할 수 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간프레스성형 금형의 설계방법에 의해 설계된 금형과 블랭크를 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간프레스성형 금형의 설계방법의 순서도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계방법 중 금형면 및 블랭크 설계단계에서 파악되는 블랭크의 두께감소율을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계방법 중 냉각홀 설계단계에서 결정되는 냉각홀의 규격과 배치를 나타낸 도면.

도 5는 도 4에 도시된 금형의 A부분 및 B부분의 냉각홀 배치와 응력분포를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계방법 중 마모해석 단계에서 파악되는 금형의 마모정도를 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

S100 : 금형면 및 블랭크 설계단계 S200 : 냉각홀 설계단계

S230 : 유동해석 S240 : 냉각해석

S300 : 구조해석 단계 S400 : 마모해석 단계

100 : 상부다이 120 : 홈

130 : 냉각홀 200 : 홀더

300 : 블랭크 400 : 성형품

500 : 하부펀치

Claims

성형품의 크랙이나 주름을 방지하기 위해, 블랭크(300)의 온도 변화에 따른 물성치 및 두께감소율 변화를 고려하여 금형면과 블랭크(300)의 형상을 결정하는 금형면 및 블랭크 설계단계(S100)와, 상기 블랭크(300)의 급냉을 위해 금형면과 블랭크(300)의 형상을 고려하여 금형(100,500) 내부의 냉각홀(130)의 규격과 배치를 결정하고, 냉각홀(130)의 유동해석(S230) 및 블랭크(300)의 냉각해석(S240)을 통하여 결정된 냉각홀(130)의 규격과 배치를 조정하는 냉각홀 설계단계(S200)와, 상기 냉각홀(130)이 형성된 금형(100,500)의 응력분포를 계산하고, 허용응력과의 비교를 통해 냉각홀(130)의 규격과 배치를 조정하는 구조해석 단계(S300)와, 상기 금형(100,500)의 마모해석을 통해 금형(100,500)의 재질 및 코팅법을 결정하는 마모해석 단계(S400)를 포함하고,

상기 유동해석(S230)은 금형(100,500)의 표면에 근접하는 냉각홀(130)의 유동의 균일 정도와 유속을 파악하고, 상기 냉각해석(S240)은 블랭크(300)가 금형(100,500) 내부에서 가압에 의해 성형품(400)으로 성형된 상태에서 수행되고, 냉각홀(130)과의 열전달, 가압온도 및 가압시간을 포함하는 조건을 통하여 마텐자이트 조직의 정출 여부를 파악하며, 상기 마모해석(S400)은 금형(100,500)이 반복된 프레스 작업을 통하여 정상상태 온도에 도달한 상태에서 금형(100,500)의 표면이 마모되는 정도를 파악하는 것을 특징으로 하는 열간프레스성형 금형의 설계방법.
청구항 1에 있어서,

상기 구조해석 단계(S300)는 상기 냉각홀 설계단계(S200)의 유동해석(S230) 및 냉각해석(S240)과 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 열간프레스성형 금형의 설계방법.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각홀(130)의 규격과 배치는, 냉각홀(130)의 길이, 직경, 냉각홀(130) 간의 거리, 냉각홀(130)과 금형(100,500) 표면과의 거리에 의하여 결정 및 조정되는 것을 특징으로 하는 열간프레스성형 금형의 설계방법.
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