KR101281740B1 - 엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법 - Google Patents

Abstract

<과제> 엠보스가 형성된 강판에서도 담금질로 충분한 조건에서 냉각한다.
<해결수단> 프레스 상부금형(3)과 프레스 하부금형(4)과의 사이에 볼록부(2)를 형성한 판체(10)를 두고, 형틀체결한 후에, 제1 순환펌프의 운전에 의해서 프레스 상부금형(3)의 냉각매체 통로 5A → 연통로 7A → 캐비티(S) → 연통로 7B → 냉각매체 통로 5B → 냉각매체 통로 5C → 연통로 7C → 캐비티(S) → 연통로 7D → 냉각매체 통로 5D → 냉각매체 통로 5E → 연통로 7E → 캐비티(S) → 연통로 7F → 냉각매체 통로 5F → 냉각매체 통로 5A와 같이, 냉각수를 순환시키고, 제 2 순환펌프의 운전에 의해서 프레스 하부금형(4)의 냉각매체 통로 6A → 연통로 8A → 캐비티(S) → 연통로 8B → 냉각매체 통로 6B → 냉각매체 통로 6C → 연통로 8C → 캐비티(S) → 연통로 8D → 냉각매체 통로 6D → 냉각매체 통로 6E → 연통로 8E → 캐비티(S) → 연통로 8F → 냉각매체 통로 6F → 냉각매체 통로 6A와 같이, 냉각수를 순환시킨다.

Description

엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법 {METHOD OF PRESS-FORMING OF EMBOSSED STEEL SHEET}

본 발명은 엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법에 관한 것이다. 상세히 설명하면, 자동차의 구조부재, 보강부재 등과 같이, 필요한 강성을 얻기 위한 다수의 볼록부, 오목부 또는 요철부가 연속하는 반복 패턴으로 엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법에 관한 것이다.

종래, 예를 들면 자동차는 연비 향상을 위한 차량의 경량화와, 충돌시에서의 안전성과의 양립(兩立)을 실현하기 위해, 구조부재, 보강부재 등에 고장력강을 채용하고 있지만, 이 제조시에, 고장력 강판을 금형을 이용하여 프레스 성형하는 경우, 가공 후의 제품에 스프링백(원래의 상태로 돌아오려고 하는 변형) 등이 발생하고, 프레스 성형 후의 형상유지성이 나빠, 양호한 품질을 구비한 제품을 제조하는 것이 어려웠기 때문에, 미리 스프링백량 등을 고려한 금형의 형상 수정을 행하거나 형상 수정을 위한 가공공정을 증가시키고 있었으므로, 경제적이지 않았다.

이 때문에, 프레스 부품의 고강도화를 위해서, 가열된 강판을 열간 상태에서 금형에 의해 프레스 성형(예를 들면, 「핫 프레스」)함으로써, 강판을 금형에 의한 담금질로 고장력강으로 하여 제조하는 방법(예를 들면, 특허문헌 1 참조)이나, 고주파 담금질이라는 기술이 개발되고 있다. 그런데, 고주파 담금질은 담금질 및 냉각방법에 고도의 노하우가 필요하고, 범용화에는 이르지 않고 있다. 또, 핫 프레스는 이러한 과제가 비교적 적기 때문에, 보급되어, 범용기술로 되어 오고 있다.

그러나, 종래의 핫 프레스는 프레스 가공 전에 재료를 가열로 등의 설비에 의해 융점 미만의 온도(950℃정도)까지 가열해 두는 공정과, 프레스 가공으로 상하금형 사이에 넣어진 재료를 성형과 동시에 급냉함으로써 담금질로 1500MPa 정도의 고강도인 제품을 얻는 것이지만, 고강도화하지만, 철인 것에는 변함없고, 영률(Young's modulus)는 일반강으로 불리는 인장강도가 낮은 철과 아무런 변화가 없으며, 정적(靜的) 강성은 재질이 정해져 버리면, 후에는 판두께에 의존하여 결정되기 때문에, 고강도화했다고 하여 안이하게 박판화할 수 없는 경우가 일어난다. 따라서, 지금까지 핫 프레스를 적용할 수 있는 것은 원래 강성에 충분한 여유가 있는 제품이거나, 또는 단면적의 확대나 단면 형상의 연구라고 하는 설계적 수법으로 강성을 보충할 여지가 있는 부품에 한정되어 버리고 있었다.

특허문헌 1 : 일본국 특개2005-205453호 공보

이 때문에, 동일한 재질이나 판두께에서도 동일한 변위에 대해서 큰 하중을 필요로 하는 엠보스 기술을 굽힘 강도의 향상 효과로 간주하여 사용하는 것을 생각할 수 있지만, 종래의 금형에 의한 담금질은 금형의 캐비티에 가까운 부위에 냉각매체가 공급되는 냉각매체 통로를 형성하여, 냉각된 금형의 캐비티 형성면과 판재를 접촉시켜 열교환시키는 구조이기 때문에, 엠보스가 형성된 강판인 경우에는 접촉면적이 작고, 열교환은 기대할 수 없으며, 담금질의 조건을 만족하지 않는다고 하는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은 이와 같은 과제를 해결함으로써, 엠보스가 형성된 강판에서도 담금질에 충분한 조건으로 냉각할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 제1 발명은, 필요한 강성을 얻기 위해 다수의 볼록부, 오목부 또는 요철부가 연속하는 반복 패턴으로 엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법으로서, 상부금형과 하부금형으로 형성되는 캐비티 내에 상기 강판을 수납하여 형틀체결함으로써 상기 강판과 상기 상부금형 또는 하부금형의 상기 캐비티 형성면과의 사이에 상기 볼록부, 상기 오목부 또는 상기 요철부에 의해 공간을 형성하도록 가압함과 아울러, 상기 캐비티를 따라서 적어도 상기 상부금형 또는 하부금형 중 어느 한쪽에 형성된 복수의 냉각매체 통로 내 및 상기 캐비티와 상기 냉각매체 통로를 연통시키도록 형성된 연통로 내에 냉각용 매체를 공급하여, 상기 각 냉각매체 통로, 상기 각 연통로 및 상기 캐비티 내의 상기 상부금형 또는 상기 하부금형의 상기 캐비티 형성면과 상기 강판과의 사이의 상기 공간 내를 순환시킴으로써, 상기 강판을 담금질하는 것을 특징으로 한다.
또, 제2 발명은, 필요한 강성을 얻기 위해 다수의 볼록부, 오목부 또는 요철부가 연속하는 반복 패턴으로 엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법으로서, 상부금형과 하부금형으로 형성되는 캐비티 내에 오스테나이트 변태시킨 상태의 상기 강판을 수납하여 형틀체결함으로써 상기 강판과 상기 상부금형 또는 하부금형의 상기 캐비티 형성면과의 사이에 상기 볼록부, 상기 오목부 또는 상기 요철부에 의해 공간을 형성하도록 가압함과 아울러, 상기 캐비티를 따라서 적어도 상기 상부금형 또는 하부금형 중 어느 한쪽에 형성된 복수의 냉각매체 통로 내 및 상기 캐비티와 상기 냉각매체 통로를 연통시키도록 형성된 연통로 내에 냉각용 매체를 공급하여, 상기 각 냉각매체 통로, 상기 각 연통로 및 상기 캐비티 내의 상기 상부금형 또는 상기 하부금형의 상기 캐비티 형성면과 상기 강판과의 사이의 상기 공간 내를 순환시킴으로써, 상기 강판을 담금질하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 엠보스가 형성된 강판에서도 담금질에 충분한 조건으로 냉각할 수 있도록 하는 엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법을 제공할 수 있다.

도 1은 센터필러 보강부재의 부분 사시도이다.
도 2는 센터필러 보강부재의 부분 평면도이다.
도 3은 프레스 상부금형과 프레스 하부금형이 열린 상태를 나타내는 종단면도이다.
도 4는 프레스 상부금형과 프레스 하부금형이 닫힌 상태를 나타내는 종단면도이다.

엠보스가 형성된 강판으로서, 자동차의 보강부재인 범퍼 보강부재, 도어 임펙트 보강부재, 센터필러 보강부재 등을 생각할 수 있지만, 이하 도 1 내지 도 4에 근거하여, 센터필러 보강부재에 대한 본 발명의 실시형태에 대해서 이하 설명한다. 도 1은 엠보스를 형성하는 볼록부(2)를 형성하고, 성형한 후의 자동차의 보강부재인 센터필러 보강부재(1)의 부분 사시도이고, 도 2는 센터필러 보강부재(1)의 부분 평면도이다. 상기 센터필러 보강부재(1)는 장방형(長方形) 모양의 강판제의 두께가, 예를 들면 0.8㎜ 이상 ~ 2.2㎜ 이내의 판체(板體)로 구성된다.

다음으로, 상기 센터필러 보강부재(1)의 제조방법, 즉 센터필러 보강부재(1)의 가압성형방법에 대해서 설명하지만, 처음에 강판제의 판체(10)에 엠보스 성형에 의해서 다수의 볼록부(2)를 이 볼록부(2)끼리의 사이에 평판부(HM)가 직선 모양으로 남지 않도록 하는 배열 상태로 형성한다. 이 볼록부(2)는 등간격으로 형성되지만, 평면시(平面視)가, 예를 들면 정육각형을 나타내고, 대각을 형성하는 정점을 지나는 종단면이 원호 모양을 나타내고 있다. 또한, 상기 볼록부(2)는 평면시 원형을 나타내며, 또한 종단면이 원호 모양을 나타내는 것이라도 된다. 또한, 판체(10)는 볼록부(2)에 대신하여 오목부를 형성하거나 볼록부 및 오목부를 형성한 것이라도 된다.

그리고, 상기 판체(10)의 볼록부(2)는, 예를 들면 이하와 같이 형성한다. 즉, 상기 판체(10)의 볼록부(2)의 폭 W1이 예를 들면 10㎜ 이상 ~ 50㎜ 이내에서, 상기 볼록부(2)는 볼록부의 높이 H / 볼록부의 폭 W1이 예를 들면 12% 이상 ~ 20% 이내가 되도록 형성함과 아울러 볼록부(2)끼리의 사이에 평판부(HM)가 직선 모양으로 남지 않도록 배열하고, 또 볼록부(2)끼리의 간격 C가 간격 C/2와 상기 볼록부(2)의 폭 W1과의 합인 베이스폭 W2의 예를 들면 75% 이하가 되도록 형성한다. 따라서, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 다수의 볼록부(2)가 연속하는 반복 패턴으로 형성되게 되고, 이 볼록부(2)에 대신하여 오목부를 형성하거나, 볼록부 및 오목부를 형성한 경우도 마찬가지이다.

또한, 본 실시형태에서는, 판체(10)에 이상과 같은 볼록부(2)를 형성했지만, 이것에 한정하지 않고, 그 외의 형상(평면시의 형상이나, 단면 형상 등에 있어서)으로 하거나, 그 외의 배열로 해도 되고, 판체(10)에 형성하는 볼록부 또는 오목부는 여러 가지의 형태를 생각할 수 있다.

그리고, 이상과 같은 상기 볼록부(2)를 형성한 판체(10)를 프레스 가공 전에 가열로 등의 설비에 의해, 예를 들면 850℃ 이상의 온도로 가열하여 융점에 이르지 않는 온도(850℃ 이상 ~ 1100℃ 이하의 범위 내)에서 오스테나이트 변태시켜 두고, 이 판체(10)를 센터필러 보강부재(1)의 최종 형상을 본뜬 소정의 형틀 틈(간격)인 캐비티(S)를 가지는 프레스 상부금형(3), 프레스 하부금형(4) 내에 수납하여 성형한다. 이 때, 상하의 형틀면이 소정의 캐비티(S)를 구비하고 있으므로, 형틀체결하여 가압된 이 판체(10)의 대부분은 볼록부(2)가 붕괴되지 않고, 소망한 형상, 예를 들면 단면이 'コ'자형 모양으로 성형된다.

또한, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 캐비티(S)를 따르고 또한 캐비티(S)에 가까운 부위에 순환펌프(도시생략)에 의해 냉각매체인 냉각수가 통과하는 복수의 냉각매체 통로(5, 6)를 프레스 상부금형(3), 프레스 하부금형(4)에 형성하고, 또 각 냉각매체 통로(5, 6)는 캐비티(S)와 각 연통로(7, 8)를 통하여 각각 연통하도록 형성시킨다. 또한, 냉각매체 통로 5B와 5C를, 5D와 5E를, 5F와 5A를 연통시킴과 아울러, 냉각매체 통로 6B와 6C를, 6D와 6E를, 6F와 6A를 연통시킨다.

그리고, 도 3에 나타내는 바와 같이 프레스 상부금형(3)과 프레스 하부금형(4)과의 사이에 볼록부(2)를 형성한 판체(10)를 두고, 도 4에 나타내는 바와 같이, 형틀체결하여 가압되면, 판체(10)는 최종 형상을 본뜬 형상으로 절곡된다.

그리고, 최종 제품으로서의 센터필러 보강부재(1)의 강도를 1500MPa급의 초강도강으로 하기 위해서, 상기 판체(10)가 630℃ 이상의 온도로부터 프레스 상부금형(3)과 프레스 하부금형을 형틀체결하여 냉각하여 담금질을 개시한다. 즉, 형틀체결 후에, 제1 순환펌프의 운전에 의해서, 도 4에서 프레스 상부금형(3)의 가장 왼쪽의 냉각매체 통로 5A → 연통로 7A → 캐비티(S) → 연통로 7B → 냉각매체 통로 5B → 냉각매체 통로 5C → 연통로 7C → 캐비티(S) → 연통로 7D → 냉각매체 통로 5D → 냉각매체 통로 5E → 연통로 7E → 캐비티(S) → 연통로 7F → 냉각매체 통로 5F → 냉각매체 통로 5A와 같이, 공급된 냉각수를 순환시킨다. 또, 제2 순환펌프의 운전에 의해서, 프레스 하부금형(4)의 가장 왼쪽의 냉각매체 통로 6A → 연통로 8A → 캐비티(S) → 연통로 8B → 냉각매체 통로 6B → 냉각매체 통로 6C → 연통로 8C → 캐비티(S) → 연통로 8D → 냉각매체 통로 6D → 냉각매체 통로 6E → 연통로 8E → 캐비티(S) → 연통로 8F → 냉각매체 통로 6F → 냉각매체 통로 6A와 같이, 공급된 냉각수를 순환시킨다.

이것에 의해, 프레스 상부금형(3) 및 프레스 하부금형(4)의 캐비티(S)에 수납된 판체(10)는 다수의 볼록부(2)가 형성되어 프레스 상부금형(3) 및 프레스 하부금형(4)의 캐비티 형성면과의 접촉면적이 작아도, 순환하는 냉각수에 의해서 양면으로부터 충분히 냉각하여 담금질을 행한다. 이 담금질은 판체(10)가 필요한 온도가 될 때까지 판체(10)의 종류에 따라 적절히 행해진다.

즉, 냉각수의 순환을 행하여, 판체(10)의 온도를 1초간당 30℃ 이상 감소시켜, 판체(10)가 300℃ 이하의 온도에 이를 때까지 담금질을 행하면, 냉각수의 공급 및 순환을 정지함과 아울러, 이 순환로 내로부터 냉각수를 배출하고, 이 배출을 끝내면, 형틀열림을 하여, 캐비티(S) 내로부터 마르텐사이트 변태한 제품으로서의 센터필러 보강부재(1)를 취출한다.

이상의 실시형태와 같이, 볼록부를 형성함으로써, 판두께를 두껍게 하는 일 없이 필요한 강성을 확보할 수 있고, 게다가 볼록부가 형성된 강판에서도 담금질에 충분한 조건으로 냉각할 수 있다.

또한, 이상의 실시형태에서는, 복수의 냉각매체 통로(5, 6)를 프레스 상부금형(3), 프레스 하부금형(4)에 형성하고, 또 각 냉각매체 통로(5, 6)는 캐비티(S)와 각 연통로(7, 8)를 통하여 각각 연통하도록 형성시켰지만, 냉각매체 통로 및 연통로를 프레스 상부금형(3) 또는 프레스 하부금형(4) 중 어느 한쪽에 형성하여, 담금질하도록 해도 된다.

이상 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 상술의 설명에 근거하여 당업자에 있어서 여러 가지의 대체예, 수정 또는 변형이 가능하며, 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 상술의 여러 가지의 대체예, 수정 또는 변형을 포함 하는 것이다.

<산업상의 이용 가능성>

필요한 강성을 얻기 위해 다수의 볼록부, 오목부 또는 요철부가 연속하는 반복 패턴으로 엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법으로, 자동차의 구조부재, 보강부재 등의 제품을 제조할 때에 제공된다.

1 센터필러 보강부재 2 볼록부
3 프레스 상부금형 4 프레스 하부금형
5, 6 냉각매체 통로 7, 8 연통로
10 판체

Claims (2)

1. 필요한 강성을 얻기 위해 다수의 볼록부, 오목부 또는 요철부가 연속하는 반복 패턴으로 엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법으로서, 상부금형과 하부금형으로 형성되는 캐비티 내에 상기 강판을 수납하여 형틀체결함으로써 상기 강판과 상기 상부금형 또는 하부금형의 상기 캐비티 형성면과의 사이에 상기 볼록부, 상기 오목부 또는 상기 요철부에 의해 공간을 형성하도록 가압함과 아울러, 상기 캐비티를 따라서 적어도 상기 상부금형 또는 하부금형 중 어느 한쪽에 형성된 복수의 냉각매체 통로 내 및 상기 캐비티와 상기 냉각매체 통로를 연통시키도록 형성된 연통로 내에 냉각용 매체를 공급하여, 상기 각 냉각매체 통로, 상기 각 연통로 및 상기 캐비티 내의 상기 상부금형 또는 상기 하부금형의 상기 캐비티 형성면과 상기 강판과의 사이의 상기 공간 내를 순환시킴으로써, 상기 강판을 담금질하는 것을 특징으로 하는 엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법.
2. 필요한 강성을 얻기 위해 다수의 볼록부, 오목부 또는 요철부가 연속하는 반복 패턴으로 엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법으로서, 상부금형과 하부금형으로 형성되는 캐비티 내에 오스테나이트 변태시킨 상태의 상기 강판을 수납하여 형틀체결함으로써 상기 강판과 상기 상부금형 또는 하부금형의 상기 캐비티 형성면과의 사이에 상기 볼록부, 상기 오목부 또는 상기 요철부에 의해 공간을 형성하도록 가압함과 아울러, 상기 캐비티를 따라서 적어도 상기 상부금형 또는 하부금형 중 어느 한쪽에 형성된 복수의 냉각매체 통로 내 및 상기 캐비티와 상기 냉각매체 통로를 연통시키도록 형성된 연통로 내에 냉각용 매체를 공급하여, 상기 각 냉각매체 통로, 상기 각 연통로 및 상기 캐비티 내의 상기 상부금형 또는 상기 하부금형의 상기 캐비티 형성면과 상기 강판과의 사이의 상기 공간 내를 순환시킴으로써, 상기 강판을 담금질하는 것을 특징으로 하는 엠보스가 형성된 강판의 가압성형방법.

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