KR101205036B1 - 침수형 프레스 경화용 금형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부품의 프레스 경화 공정시 프레스 본체를 냉각수가 담겨진 수조 내에 침지시켜 부품 및 금형의 부위별 냉각 편차를 억제할 수 있도록 한 침수형 프레스 경화용 금형장치에 관한 것이다.

그 구성은 상부가 개구된 형태를 가지며 내부에 냉각수가 담겨진 수조와, 상,하부 금형으로 구성되며 수조 내에 배치되고 승강수단을 매개로 승강 동작되어 냉각수의 내부로 침지 가능한 프레스 본체와, 프레스 본체의 상,하부 금형의 내부에 형성되어 수조 내의 냉각수가 유입/유출되는 다수개의 유로관을 구비한다.

이에 따르면 본 발명은 파이프 형태의 부품 생산시 별도의 냉각 공정을 요구하지 않으므로 조업 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 금형 내부의 부위별 냉각 편차를 억제하여 제품 품질을 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Description

침수형 프레스 경화용 금형장치{IMMERSION TYPE PRESS MOLD DEVICE}

본 발명은 침수형 프레스 경화용 금형장치에 관한 것으로, 특히 냉각수가 담겨진 수조 내에 프레스 경화용 금형을 배치하고 프레스 성형중 부품과 금형을 수조 내에 침지시킨 상태에서 금형 내부로 냉각수가 유입 및 유출되도록 함으로써, 금형 전체 부위가 골고루 냉각이 이루어지도록 그 구조가 개선된 침수형 프레스 경화용 금형장치에 관한 것이다.

일반적으로, 프레스 경화 부품의 제조 공법은 B, Mo, Cr 등을 첨가하여 경화능을 향상시킨 강재를 Ac3 변태점 이상인 900℃ 정도의 고온으로 가열하여 완전 오스테나이트화시킨 다음, 이 강판을 프레스 금형에서 한 번에 제품 형상으로 열간성형하면서 급속 냉각을 통해 마르텐사이트화시켜 고강도 제품을 제조하는 공법이다.

주지된 바와 같이, 강판은 고온으로 가열되면 연성이 좋아지기 때문에 성형이 매우 쉬워지고, 그에 따라 프레스 경화 공정을 통하여 제조되는 강판은 일반 가공용 강판의 가공성보다 다소 우수할 뿐만 아니라 고강도강보다도 훨씬 우수하다.

프레스 경화 공정을 통해 제조된 강판은 그 강도(1,400MPa 이상)가 아주 높기 때문에 항복강도를 밀도로 나눈 비강도면에서 아주 우수하여 자동차 부품의 경 량화에 크게 기여할 수 있다.

또한, 가공후 형상변형(Springback)이 거의 없어서 성형이 어려운 초고강도 요구 부품에 적용되고 있다.

상기 프레스 경화 공정에서 강판을 완전 오스테나이트로 변태시키기 위해서 대략 900℃ 이상으로 수분 이상을 가열하여 균질화 처리하는 과정이 필요하며, 공정의 효율을 위해 자동화가 이루어져야 한다.

프레스 경화 공정은 권취된 강판 코일로부터 경화되기 전의 블랭크가 직선형 가열로를 통해 가열된 후에, 로봇을 통해 프레스측으로 이송되어 프레스 성형되는 공정들로 구성되어 있다.

상기한 프레스는 프레스 경화용 금형의 상,하부 금형을 채용하며, 강판 블랭크의 표면 조직 경화를 위해 냉각수가 상,하부 금형에 각각 마련된 냉각수 공급부측으로 공급되어 강판 블랭크를 냉각시키도록 되어 있다.

프레스 경화 공정의 경우 고온으로 가열된 강판을 형상에 맞게 프레스 성형을 한 후에 금형을 통해 성형된 부품을 냉각하고 있다.

그러나, 금형이 닿지 않는 부위나 금형의 형상으로 인해 부품의 냉각이 충분히 이루어지지 않는 부위에는 냉각수를 직접 분사하여 냉각하는 방식을 채택한다.

하지만, 강판 블랭크의 모든 부위를 냉각하기에는 금형 특성상 어려움이 있으며, 앞서와 같이 냉각수를 직접 분사하기에는 부품의 형상 특성상 구조적인 문제가 있다.

일 예로 파이프 형태의 부품인 경우에는 파이프 형태를 확관하고 벤딩(bending)하여 부품 형태로 성형한 경우 금형에 맞닿아 있는 부위는 냉각이 이루어지지만, 벤딩되는 부분은 금형과 접촉되지 않아 냉각이 이루어지지 않는다.

이 경우에는 파이프 형태의 부품 내측으로 냉각수 분무기를 삽입한 후에, 냉각수를 분사하여 냉각시키는 방식을 채택할 수 있다.

그러나, 냉각이 완료된 후에 금형 내부에 잔류 냉각수가 남아 있게 되므로, 금형 내의 냉각수를 외부로 빼내는 공정이 별도로 필요하다.

또한, 성형된 부품의 부위별로 냉각 편차가 발생하게 되어 각 부위별로 강도가 달라지고 냉각수의 외부 배출 공정을 수행해야 하므로 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

그리고, 가열된 금형 내의 잠열로 인해 냉각후에도 부품이 재가열될 우려가 있다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 금형의 침수 냉각 방식을 채택하여 부품의 냉각을 위한 별도 공정없이 부품 전체 부위가 골고루 냉각되도록 함과 아울러, 금형의 침수작업시 금형 내부에 냉각수가 공급되어 금형의 전체 부위를 골고루 냉각시켜 잠열에 의한 재가열을 방지할 수 있도록 한 침수형 프레스 경화용 금형 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 냉각수가 담겨진 수조와,

부품을 성형하기 위한 상,하부 금형으로 구성되며 상기 수조 내에 배치되고 승강수단을 매개로 상기 수조 내의 냉각수측으로 침지가능하게 설치되는 프레스 본체를 구비하되,

상기 프레스 본체의 상,하부 금형의 내부에 상기 수조 내의 냉각수가 유입/유출되는 유로관이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 유로관은 상기 상,하부 금형의 일측과 타측 부위가 개구되게 형성된다.

상기 유로관은 상기 상,하부 금형의 일측과 타측 부위의 개구 위치가 서로 다른 높이를 갖도록 경사지게 배치된다.

상기 유로관은 서로 인접된 것들 끼리 상,하향 상반된 방향의 기울기로 배치된다.

상기 승강수단은 상기 프레스 본체의 하부 테두리에 하측으로 연장되도록 배치되는 복수의 승강 가이드부재와,

상기 프레스 본체의 중앙 하부면에 하측으로 연장되도록 배치되며 외주면에 기어이가 형성된 승강부재와,

상기 프레스 본체의 하측에 이격되게 배치되며 상기 승강 가이드 부재들의 하단부가 관통되도록 결합되는 베이스와,

상기 베이스의 내부에 배치되며 상기 승강부재의 단부와 기어이 맞물림 결합되어 상기 프레스 본체를 승강시키는 승강모터를 구비한다.

상기 승강수단은 부품이 상기 상,하부 금형에 의해 클램핑된 상태를 감지하고 이를 전기적 신호로 출력하는 감지부와,

상기 감지부로부터 인가된 신호가 입력됨에 따라 상기 승강실린더의 작동을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 구비한다.

상기 하부 금형의 상부면은 중앙으로부터 외곽 테두리로 갈수록 하향 경사지게 형성된다.

본 발명은 부품의 프레스 경화 공정시 프레스 본체를 냉각수가 담겨진 수조 내에 침지시킨 후에 유로관을 통해 냉각수가 금형의 내부로 유입 및 유출되도록 함으로써 부품 및 금형의 부위별 냉각 편차를 억제할 수 있는 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 파이프 형태의 부품 생산시 별도의 냉각 공정을 요구하지 않으므로 조업 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 금형 부위별 냉각 편차를 억제하여 제품 품질을 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 침수형 프레스 경화용 금형장치의 일 실시 예는, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 상부가 개구된 형태를 가지며 내부에 냉각수가 담겨진 수조(10)와, 상,하부 금형으로 구성되며 수조(10) 내에 배치되고 승강수단을 매개로 승강 동작되어 냉각수의 내부로 침지 가능한 프레스 본체(100)와, 프레스 본체(100)의 상,하부 금형(110)(120)의 내부에 형성되어 수조(10) 내의 냉각수가 유입/유출되는 다수개의 유로관(130)을 구비한다.

더 상세히 설명하면, 유로관(130)은 상,하부 금형의 내부에 인서트 삽입되는 관 형태의 것을 채용하거나, 펀칭 가공등의 방법에 의해 상,하부 금형(110)(120)의 일측과 타측이 연통되도록 개구된 구멍 형태를 채용할 수 있다.

유로관(130)은 상,하부 금형(110)(120)의 일측과 타측 부위의 개구 위치가 서로 다른 높이를 갖도록 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

이는, 상,하부 금형(110)(120)의 침수후 원래 위치로 복귀된 후에 유로 관(130) 내부에 냉각수가 잔존하는 것을 방지하기 위함이다.

유로관(130)은 일측과 타측 뿐만 아니라, 좌측과 우측에도 개구되도록 형성될 수 있다.

이 좌,우측에 연결된 유로관(130)은 일측과 타측이 연통된 유로관(130)과 연결되거나, 개별적인 형태로 서로 연통되지 않는 구조로 형성될 수도 있다.

프레스 본체(100)는 부품(B)을 성형하기 위한 상,하부 금형(110)(120)으로 구성되며, 상부 금형(110)이 하부 금형(120)으로 하강 동작되어 부품(B)을 성형한다.

프레스 본체(100)의 하부면과 이격된 하측에 베이스(300)가 구비된다.

승강수단은 프레스 본체(100)의 하부 테두리에 하측으로 연장되도록 배치되는 복수의 승강 가이드부재(240)와, 프레스 본체(100)의 중앙 하부면에 하측으로 연장되도록 배치되며 외주면에 기어이가 형성된 승강부재(250)와, 프레스 본체(100)의 하측에 이격되게 배치되며 승강 가이드 부재들의 하단부가 관통되는 가이드공(302)이 형성되는 베이스(300)와, 베이스(300)의 내부에 배치되며 승강부재(250)의 단부와 기어이 맞물림 결합되어 프레스 본체(100)를 승강시키는 승강모터(400)를 구비한다.

승강 가이드부재(240)는 프레스 본체(100)의 하부에 일체로 연장되도록 구성되고 베이스(300)의 가이드공(302)에 삽입되어 프레스 본체(100)의 승강시 같이 승강 동작된다.

승강모터(400)는 외부 구동원이 공급됨에 따라 회전 구동되며, 모터축(410) 단부에 형성된 기어가 승강부재(250)의 기어와 맞물려 프레스 본체(100)에 승강력을 부여한다.

승강모터(400)의 모터축(410) 기어와 승강부재(250)의 기어는 웜기어 방식으로 연결되거나, 혹은 랙과 피니언기어 방식으로 연결될 수 있다.

또한, 승강수단은 부품(B)이 상,하부 금형(110)(120)에 의해 프레스 성형을 위해 클램핑된 상태를 감지하고 이를 전기적 신호로 출력하는 감지부(510)와, 감지부(510)로부터 인가된 신호가 입력됨에 따라 프레스 본체(100)의 승강동작을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부(500)를 더 구비한다.

즉, 감지부(510)는 상부 금형(110)이 하부 금형(120)측으로 하강 동작되어 부품(B)으로 성형되기 전의 강판 소재가 상,하부 금형(110)(120) 사이에 클램핑된 상태를 감지한 후에, 제어부(500)에 프레스 성형 중인 상태를 알려주는 기능을 수행한다.

제어부(500)는 감지부(510)로부터 인가된 신호를 근거로 상,하부 금형(110)(120) 사이에 강판 소재가 성형 중인 사실을 인지한 후에, 프레스 본체(100)를 수조(10)의 내부로 침지시키기 위한 작동을 제어하는 제어 신호를 승강실린더(220)측에 출력한다.

이때, 제어부(500)는 상,하부 금형(110)(120)이 강판 소재를 부품(B)으로 성형하기 위한 프레스 성형 작업이 수초간 진행된 후에 프레스 본체(100)를 수조(10) 내 냉각수의 내부로 침지시키도록 릴레이를 구비하는 것이 바람직하다.

그리고, 하부 금형(120)은 부품(B)의 성형이 이루어지지 않는 부위(즉, 테두 리 부위)에 하향 경사각(θ)을 갖는 경사면(122)이 형성된다.

경사면(122)은 프레스 본체(100)의 수조(10)내 침지 작업이 완료된 후에 다시 수조(10)의 상측으로 복귀할 때 냉각수가 하부 금형(120)의 표면에 잔류하는 것을 방지하는 기능을 갖는다.

미설명 부호 "115"는 상부 금형(110)과 하부 금형(120)의 사이에 배치되어 상부 금형(110)의 승강동작을 가이드하기 위한 이송가이드를 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명 유로관(130)의 배치를 달리한 다른 사용 예를 보인 것으로서, 상,하부 금형의 내부에 형성된 유로관(130)이 일측과 타측의 개구된 위치가 서로 다른 높이를 가지되, 서로 인접한 유로관(130)들끼리 서로 다른 경사방향으로 배치된 형태를 갖는다.

즉, 일측에서 타측으로 갈수록 상향 방향의 경사각을 갖는 유로관(130)의 근접된 부위에는 일측에서 타측으로 갈수록 하향 방향으로 경사진 유로관(130)이 배치된다.

이는, 상,하부 금형(110)(120)의 내부의 위치별 냉각이 골고루 이루어지도록 하기 위함이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명 일 실시 예에 의한 침수형 프레스 경화용 금형장치는, 가열로를 통해 재가열된 강판 소재를 로봇을 이용하여 하부 금형(120)에 안착시킨 후에, 상부 금형(110)을 하강 동작시켜 부품(B)으로 프레스 성형한다.

프레스 성형 공정은 상부 금형(110)이 하부 금형(120)측으로 하강 동작되는 기존 방식과 동일하므로 여기서는 자세히 언급하지 않기로 한다.

감지부(510)는 상,하부 금형(110)(120)의 사이에 프레스 성형된 부품(B)이 클램핑된 상태를 감지한 후에 이를 제어부(500)측으로 전기적 신호를 출력한다.

승강모터(400)의 회전 구동력이 승강부재(250)를 통해 상,하 승강력으로 변환되고, 승강력이 프레스 본체(100)를 상승 또는 하강 동작시킨다.

이때, 승강 가이드부재(240)는 베이스(300)의 가이드공(302)에 삽입된 상태로 프레스 본체(100)의 하부에 연동되도록 배치되어 프레스 본체(100)의 승강 동작을 가이드하는 기능을 수행한다.

제어부(500)는 감지부(510)에서 출력된 신호를 인가받아 승강모터(400)를 작동시키는 제어신호를 출력한다.

이에 따라 프레스 본체(100)가 하강동작되어 수조(10)의 내부로 침지된다.

침지된 프레스 본체(100)는 상,하부 금형(110)(120) 뿐만 아니라, 프레스 성형된 부품(B)의 전체 부위를 균일하게 냉각시킬 수 있다.

냉각이 완료된 이후에는, 승강모터(400)를 작동시켜 수조(10)의 냉각수 수면 위로 프레스 본체(100)를 복귀시킨다.

이후에, 상부 금형(110)을 상승시켜 원 위치로 복귀시킨 후에, 로봇을 이용하여 프레스 성형된 부품(B)을 금형으로부터 인출한다.

상기한 동작이 반복되면서 연속적인 프레스 성형이 이루어진다.

한편, 도 8 및 도 9는 본 발명 침수형 프레스 경화용 금형장치중 승강수단의 다른 실시 예를 보인 도면으로서, 그 구성은 승강수단은 프레스 본체(100)의 하부 를 지지하도록 배치되는 승강로드(210)와, 베이스(300)의 내부에 배치되며 승강로드(210)의 단부와 연결되어 승강로드(210)를 신축시켜 상,하부 금형(110)(120)을 승강시키는 승강실린더(220)를 구비한다.

이러한 본 발명 승강수단의 다른 실시 예는, 프레스 성형 공정과 제어부 및 감지부의 구성은 앞서 설명한 선 실시 예의 작용과 동일하므로 중복되는 설명은 생략하되, 승강수단은 앞의 실시 예와는 달리 실린더에 의해 프레스 본체(100)가 승강동작되는 방식을 채택한 것이다.

이때, 상,하부 금형(110)(120)의 내부에 다수개의 유로관(130)이 형성된 것은 앞의 실시 예와 동일하며, 수조(10) 내의 냉각수가 유입 및 유출되는 구성은 앞에서와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

따라서, 앞서 설명한 선 실시 예에서와 같이 프레스 본체(100)가 수조(10) 내의 냉각수에 침지되어 금형의 내부 및 부품(B)의 전체 부위를 골고루 균일하게 냉각시켜 부품의 부위별 냉각 편차를 대폭 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 침수형 프레스 경화용 금형장치의 일 실시 예를 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 침수형 프레스 경화용 금형장치 중 승강수단의 일 예를 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명 일 실시 예의 사용과정을 개략적으로 나타낸 사용상태도.

도 4는 본 발명 승강수단을 측면에서 나타낸 사용상태도.

도 5는 본 발명 하부 금형의 다른 예를 보인 측면도.

도 6은 본 발명 유로관의 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 구성도.

도 7은 본 발명 유로관의 또 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 구성도.

도 8은 본 발명 승강수단의 다른 예를 보인 사시도.

도 9는 도 8의 사용상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 수조 100 : 프레스 본체

110 : 상부 금형 120 : 하부 금형

122 : 경사면 130 : 유로관

240 : 승강 가이드부재 250 : 승강부재

300 : 베이스 302 : 가이드공

400 : 승강모터 410 : 모터축

500 : 제어부 510 : 감지부

B : (프레스 성형된)부품

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 냉각수가 담겨진 수조와,

   부품을 성형하기 위한 상,하부 금형으로 구성되며 상기 수조 내에 배치되고 승강수단을 매개로 상기 수조 내의 냉각수측으로 침지가능하게 설치되는 프레스 본체를 구비하되,

   상기 프레스 본체의 상,하부 금형의 내부에 상기 수조 내의 냉각수가 유입/유출되는 유로관이 형성되며,

   상기 유로관은 상기 상,하부 금형의 일측과 타측 부위가 개구되게 형성되고,

   상기 유로관은 상기 상,하부 금형의 일측에서 타측으로 하향 경사지게 형성된 것, 상기 상,하부 금형의 일측에서 타측으로 상향 경사지게 형성된 것을 포함하고,

   상기 유로관은 상기 상,하부 금형의 일측에서 타측으로 하향 경사지게 형성된 것, 상기 상,하부 금형의 일측에서 타측으로 상향 경사지게 형성된 것이 서로 인접하게 배치되어, 서로 인접한 것끼리 상,하향 상반된 방향의 기울기로 배치되고,

   상기 승강수단은 상기 프레스 본체의 하부 테두리에 하측으로 연장되도록 배치되는 복수의 승강 가이드부재와,

   상기 프레스 본체의 중앙 하부면에 하측으로 연장되도록 배치되며 외주면에 기어이가 형성된 승강부재와,

   상기 프레스 본체의 하측에 이격되게 배치되며 상기 승강 가이드 부재들의 하단부가 관통되도록 결합되는 베이스와,

   상기 베이스의 내부에 배치되며 상기 승강부재의 단부와 기어이 맞물림 결합되어 상기 프레스 본체를 승강시키는 승강모터를 구비한 것을 특징으로 하는 침수형 프레스 경화용 금형장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 승강수단은 부품이 상기 상,하부 금형에 의해 클램핑된 상태를 감지하고 이를 전기적 신호로 출력하는 감지부와,

   상기 감지부로부터 인가된 신호가 입력됨에 따라 상기 프레스 본체의 승강동작을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 침수형 프레스 경화용 금형장치.
7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,

   상기 하부 금형의 상부면은 중앙으로부터 외곽 테두리로 갈수록 하향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 침수형 프레스 경화용 금형장치.

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