KR101278012B1 - 홀확장 성형 방법 및 이를 위한 홀확장 성형 장치 - Google Patents

Abstract

홀확장 성형 방법 및 이를 위한 홀확장 성형 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 국부적으로 미세조직에 변화를 줌으로써 홀확장성을 향상시키는 홀확장 성형 방법 및 이를 위한 홀확장 성형 장치에 관하여 개시한다.
본 발명은 마르텐사이트 조직을 포함하는 가공대상재의 홀확장 가공 부위를 국부적으로 템퍼링 온도로 급속 가열한 상태에서 홀확장 가공을 수행하는 것을 특징으로 하는 홀확장 성형 방법을 제공한다.

Description

홀확장 성형 방법 및 이를 위한 홀확장 성형 장치{HOLE EXPANDING METHOD AND HOLE EXPANDING DEVICE FOR THE SAME}

본 발명은 홀확장 성형 방법 및 이를 위한 홀확장 성형 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 국부적으로 미세조직에 변화를 줌으로써 홀확장성을 향상시키는 홀확장 성형 방법 및 이를 위한 홀확장 성형 장치에 관한 것이다.

고강도 자동차용 강판 중 FB강의 경우 미세조직이 페라이트와 베이나이트로 이루어진 강판으로 홀확장성이 우수한 강판으로 알려져 있다. 따라서, 우수한 홀확장성이 요구되는 로워암과 같은 부품 제작에 FB강을 주로 사용하고 있다.

그러나 FB강의 경우 높은 항복강도로 인해 스프링백 발생량이 많아 난성형성을 나타내는 문제점도 있다. 따라서 부품의 형상이 복잡할 경우 FB강을 이용한 가공이 곤란한 문제점을 가지고 있었다.

관련선행기술로는 대한민국 공개특허 특1999-0046611호(공개일자 1999년 7월 5일)가 있다.

본 발명의 목적은 홀확장 가공부위에 국부적인 열처리를 가하여 미세조직에 변화를 줌으로써 홀확장성을 국부적으로 향상시킬 수 있는 홀확장 성형 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 홀확장 가공부위를 국부적으로 급속히 가열하고 성형할 수 있는 홀확장 성형 장치를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마르텐사이트 조직을 포함하는 가공대상재의 홀확장 가공 부위를 국부적으로 템퍼링 온도로 급속 가열한 상태에서 홀확장 가공을 수행하는 것을 특징으로 하는 홀확장 성형 방법을 제공한다.

상기 템퍼링 온도는 500~600℃ 범위인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 급속가열은 2~10초 이내에 이루어지며, 상기 가공대상재는 페라이트 조직과 마르텐사이트 조직을 가지는 DP강(Dual phase steel)인 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명은 가공대상재의 홀에 삽입되며 하부로 갈수록 단면적이 넓어지는 형상을 가지는 확관돌기; 및 상기 확관돌기 내부에 배치되어 상기 홀 주변의 가공대상재를 가열하는 유도가열부;를 포함하는 홀확장 성형 장치를 제공한다.

이 때, 상기 확관돌기는 원뿔 형상을 가지며, 상기 유도가열부는 상기 확관돌기의 단면 지름이 상기 가공대상재 홀의 지름과 일치하는 부분을 포함하는 영역에 배치되는 것이 바람직하고,

상기 유도가열부는 원주면을 따라 균일한 유도전류를 발생시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 홀 확장 성형방법은 홀확장성이 좋지 않은 재질의 홀확장 가공부위를 국부적으로 가열하여 홀확장 가공을 할 수 있게 하는 효과를 가져온다.

또한, 본 본 발명에 따른 홀 확장 성형장치는 유도가열방식으로 홀확장 가공부위를 국부적으로 급속 가열함으로써 생산성이 우수한 효과를 가져온다.

도 1은 FB 강의 미세조직을 나타낸 사진,
도 2는 도 1의 베이나이트 조직을 확대한 사진,
도 3은 FB 강의 인장강도를 나타낸 그래프,
도 4는 DP 강의 미세조직을 나타낸 사진,
도 5는 도 4의 마르텐사이트 조직을 확대한 사진,
도 6은 FB 강의 인장강도와 DP강의 인장강도를 비교한 그래프,
도 7은 온도 상승에 따른 마르텐사이트의 강도 변화를 나타낸 그래프,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 홀 확장 성형 장치를 개략적으로 나타낸 도면임.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 홀 확장 성형 방법 및 성형 장치에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.

도 1은 FB 강의 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 2는 도 1의 베이나이트 조직을 확대한 사진이며, 도 3은 FB 강의 인장강도를 나타낸 그래프이다.

FB강은 도 1에 도시한 바와 같이 미세조직인 페라이트 조직과 베이나이트 조직으로 이루어져 있다. FB강은 홀 확장 성형에 있어서 페라이트 조직과 베이나이트 조직의 강도 차이가 작아서 유리하다. 그런데 FB강은 도 3의 그래프 나타나듯이 항복강도가 높아서 스프링 백 현상이 많이 발생하는 문제점을 가지고 있었다.

따라서, 형상이 복잡하고 홀 확장 가공이 필요한 부품의 경우에 FB강을 사용하면 난성형성으로 인하여 치수정밀도가 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

도 4는 DP 강의 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 5는 도 4의 마르텐사이트 조직을 확대한 사진이며, 도 6은 FB 강의 인장강도와 DP강의 인장강도를 비교한 그래프이다.

DP강(Dual phase steel)은 도 4에 도시된 바와 같이 페라이트 조직과 마르텐사이트 조직으로 이루어져 있다. DP강은 페라이트 조직과 마르텐사이트 조직의 강도 차이가 커서 홀 확장 성형에 취약한 단점을 가지고 있다. 그런데 도 6의 그래프에서 알 수 있듯이 DP강은 FB강에 비하여 항복강도가 낮아 형상이 복잡한 제품(난성형성 제품)의 성형에는 장점을 가지고 있다.

도 7은 온도 상승에 따른 마르텐사이트의 강도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 7의 그래프에서 알 수 있듯이 마르텐사이트 조직은 온도에 따라 강도가 감소하게 된다.

본 발명은 온도에 따른 조직의 강도 변화에 착안하여, 페라이트 조직과 마르텐사이트 조직으로 이루어지는 DP강을 마르텐사이트 조직과 페라이트 조직의 강도가 유사해지는 온도로 가열한 후, 그 온도에서 홀 확장 성형을 수행하는 방법을 제공한다.

본 발명은 성형성은 우수하나 홀확장성이 좋지 못한, 페라이트 조직과 마르텐사이트 조직을 가지는 DP강을 이용하여, 우수한 홀확장성을 확보할 수 있는 가공방법에 관한 것이다.

본 발명은 가공대상재의 홀확장 가공 부위를 국부적으로 템퍼링 온도로 급속 가열하여, 마르텐사이트 조직의 강도와 페라이트 조작의 강도와 유사해지도록 한 후, 그 상태에서 홀확장 가공을 수행하는 방법을 제공한다.

마르텐사이트 조직과 페라이트 조직의 강도가 유사해지는 템퍼링 온도는 500~600℃ 이다.

이 때, 급속가열은 2~10초 이내에 이루어지는 것이 바람직하다. 즉 2~10초 이내에 홀확장 가공 부위가 템퍼링 온도가 되도록 가열하는 것이다. 가열시간이 2초 미만이되면 홀확장 가공 부위에서 온도 편차가 발생하게 되며, 가열시간이 10초를 초과하게 되면 열이 다른 부분(홀확장 가공 부위 이외의 부분)으로 전도되어 열손실이 크고, 다른 부분의 강도를 약화시키는 문제를 가져올 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 홀 확장 성형 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 홀 확장 성형 장치는 가공대상재(10)의 홀(12)에 삽입되며 하부로 갈수록 단면적이 넓어지는 형상을 가지는 확관돌기(100)와, 상기 확관돌기(100) 내부에 배치되어 상기 홀(12) 주변의 가공대상재(10)를 가열하는 유도가열부(110)를 포함한다.

확관돌기(100)는 하부로 갈수록 단면적이 넓어지는 뿔 형상을 가지고 있어서, 홀에 삽입되면서 홀 주변의 부재를 밀어올려 홀을 확장한다. 확관돌기의 형상은 홀의 모양에 대응하는 형상을 가진다.

홀(12)이 원형인 경우 확관돌기(100)는 원뿔 형상이 되며, 이 때 유도가열부(110)는 상기 확관돌기(100)의 단면 지름(R1)이 상기 가공대상재 홀(R1)의 지름과 일치하는 부분을 포함하는 영역에 배치된다. 이러한 배치는 홀(12) 주변 부재에 유도 가열부의 유도전류가 효율적으로 공급될 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 상기 유도가열부는 확관돌기(100)의 원주면을 따라 균일한 유도전류를 발생시키는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면 불균일한 가열이 이루어져 확관시 불량 발생율이 증가하게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10 : 가공대상재
12 : 홀
100 : 확관돌기
110 : 유도가열부

Claims (7)

1. 마르텐사이트 조직을 포함하는 가공대상재의 홀에 삽입되며 하부로 갈수록 단면적이 넓어지는 형상을 가지는 확관돌기와, 상기 확관돌기 내부에 배치되어 상기 홀 주변의 가공대상재를 가열하는 유도가열부를 포함하는 홀확장 성형 장치를 이용해,
   상기 가공대상재의 홀확장 가공 부위를 국부적으로 템퍼링 온도로 급속 가열한 상태에서 홀확장 가공을 수행하는 것을 특징으로 하는 홀확장 성형 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 템퍼링 온도는
   500~600℃ 범위인 것을 특징으로 하는 홀확장 성형 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 급속가열은
   2~10초 이내에 이루어지는 것을 특징으로 하는 홀확장 성형 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가공대상재는
   페라이트 조직과 마르텐사이트 조직을 가지는 DP강(Dual phase steel)인 것을 특징으로 하는 홀확장 성형 방법.
   
5. 마르텐사이트 조직을 포함하는 가공대상재의 홀에 삽입되며 하부로 갈수록 단면적이 넓어지는 형상을 가지는 확관돌기; 및
   상기 확관돌기 내부에 배치되어 상기 홀 주변의 가공대상재를 국부적으로 템퍼링 온도로 급속 가열하는 유도가열부;를 포함하는 홀확장 성형 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 확관돌기는 원뿔 형상을 가지며,
   상기 유도가열부는 상기 확관돌기의 단면 지름이 상기 가공대상재 홀의 지름과 일치하는 부분을 포함하는 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 홀확장 성형 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 유도가열부는
   원주면을 따라 균일한 유도전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 홀확장 성형 장치.

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