KR101314041B1 - 후가공을 절감하는 핫스탬핑 성형방법 및 이를 위한 핫스탬핑 성형장치 - Google Patents

후가공을 절감하는 핫스탬핑 성형방법 및 이를 위한 핫스탬핑 성형장치 Download PDF

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Abstract

판재를 열간상태에서 프레스 성형한 후 급냉하여 성형체를 제조하는 핫스탬핑(Hot stamping) 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열간상태에서 프레스 성형한 후 절단 작업을 수행함으로써 레이저 트리밍과 같은 후가공 공정을 절감할 수 있는 핫스탬핑 성형방법 및 성형장치에 관하여 개시한다.
본 발명은 열간프레스 가공을 통하여 블랭크 소재의 형상을 성형한 후, 소재가 냉각되기 이전 또는 소재가 냉각되는 과정에서 성형된 소재의 불필요부를 전단커터를 이용하여 절단하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 성형방법을 제공한다.
그리고, 본 발명은 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트에 고정되는 하부금형; 상기 하부금형에 대응하는 상부금형; 블랭크가 안착되는 블랭크 홀더; 상기 상부금형을 승하강시키는 프레스 슬라이드; 상기 프레스 슬라이드와 상부금형의 사이에 구비되는 탄성지지부; 상기 프레스 슬라이드에 고정되어, 상기 상부금형과 하부금형의 외부로 노출된 블랭크를 절단하는 전단커터부; 및 상기 블랭크 홀더를 승하강 가능하게 지지하는 완충핀을 포함하는 핫스탬핑 성형장치를 제공한다.

Description

후가공을 절감하는 핫스탬핑 성형방법 및 이를 위한 핫스탬핑 성형장치{HOT STAMPING METHOD AND HOT STAMPING APPRATUS}
본 발명은 판재를 열간상태에서 프레스 성형한 후 급냉하여 성형체를 제조하는 핫스탬핑(Hot stamping) 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열간상태에서 프레스 성형한 후 절단 작업을 수행함으로써 레이저 트리밍과 같은 후가공 공정을 절감할 수 있는 핫스탬핑 성형방법 및 성형장치에 관한 것이다.
핫스탬핑 성형방법은 경화능을 가지는 블랭크를 가열한 후, 가열된 상태에서 프레스 성형을 통해 형상을 성형하고, 금형을 닫은 상태로 냉각함으로써 고강도의 성형체를 제조하는 가공방법이다.
프레스 성형을 하게되면 금형에 지지되는 부분이 필요하기 때문에 불가피하게 추후 절단을 통해 제거할 부분이 블랭크에 포함되어 있다. 또한, 정교한 치수정밀도를 요구하는 경우 성형 후 경화된 상태에서 트리밍 공정이 필요하게 된다.
그런데, 열간 성형후 급냉된 성형체는 높은 강도를 가지기 때문에 프레스를 이용한 절단이 불가능한 경우가 많아 주로 레이저나 워터젯을 이용하여 트리밍을 수행할 수 밖에 없다. 레이저나 워터젯을 이용한 트리밍은 가공시간이 길고 가공비용이 비싸 제품의 생산원가를 상승시키는 원인이 된다.
특히, 레이저 트리밍의 경우 절단부가 가열되기 때문에 열영향부가 발생하게 되고, 열영향부는 물성이 변화하기 때문에 제품의 품질과 용접 품질에 좋지 않은 영향을 미치는 문제점도 가지고 있었다.
본 발명의 목적은 가공비용과 가공시간의 측면에서 불리한 후가공 공정을 감소시킬 수 있는 핫스탬핑 성형방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 프레스 금형이 닫힌 상태에서 성형체가 경화되기 이전에 전단금형을 이용하여 트리밍을 수행할 수 있는 핫스탬핑 성형장치를 제공함에 있다.
본 발명은, 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트에 고정되는 하부금형; 상기 하부금형에 대응하는 상부금형; 블랭크가 안착되는 블랭크 홀더; 상기 상부금형을 승하강시키는 프레스 슬라이드; 상기 프레스 슬라이드와 상부금형의 사이에 구비되는 탄성지지부; 상기 프레스 슬라이드에 고정되어, 상기 상부금형과 하부금형의 외부로 노출된 블랭크를 절단하는 전단커터부; 및 상기 블랭크 홀더를 승하강 가능하게 지지하는 완충핀을 포함하는 핫스탬핑 성형장치를 제공한다.
상기 전단커터부는, 상기 상부금형과 상기 하부금형이 닫히는 상태에서 하강하여 블랭크의 불필요부를 절단한다.
상기 탄성지지부는, 유압식 스프링 또는 기계식 스프링을 포함하여 상기 상부금형이 상기 프레스 슬라이드에 대하여 상대적인 운동이 가능하도록 한다.
그리고, 상기 하부금형과 상기 상부금형은 성형된 소재의 냉각을 위한 냉각홀을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 블랭크 홀더는, 블랭크 소재의 안착을 안내 또는 감지하는 게이지를 구비한다.
상기 완충핀은, 상기 블랭크 홀더가 상기 베이스플레이트에 대하여 상승한 상태를 유지하도록 탄성력을 제공하거나, 상기 블랭크 홀더가 상기 베이스플레이트에 대하여 승하강 가능하도록 링크 또는 공/유압식 실린더를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 전단커터부에 의하여 절단된 스크랩의 배출을 안내하는 스크랩슈를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은 열간프레스 가공을 통하여 블랭크 소재의 형상을 성형한 후, 소재가 냉각되기 이전 또는 소재가 냉각되는 과정에서 성형된 소재의 불필요부를 전단커터를 이용하여 절단하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 성형방법을 제공한다.
이 때, 상기 전단커터를 이용한 절단은 소재가 금형에 구속된 상태에서 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 후가공을 절감하는 핫스탬핑 성형방법 및 핫스탬핑 성형장치는 레이저 장비의 사용을 최소화하거나 또는 경우에 따라 전혀 사용하지 않고 프레스 금형을 사용하여 트림 작업을 수행할 수 있어서, 레이저 장비에 수반되는 가공비용을 절감할 수 있는 효과를 가져온다.
또한, 프레스 금형을 이용하는 트림 작업은 레이저를 이용하는 가공에 비하여 짧은 공정시간을 가지고 있어서, 가공에 소요되는 싸이클 타임을 단축하게 된다. 따라서 단위 시간당 생산량이 증가하는 효과를 가져온다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형장치를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형장치의 성형 대기 상태를 나타낸 구성도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형장치의 상부금형 하강 상태를 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형장치의 상부금형과 하부금형이 닫힌 상태를 나타낸 구성도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형장치의 전단커터부의 절단 과정을 나타낸 구성도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형 방법의 진행에 따른 소재의 형상을 나타낸 개념도임.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 후가공을 절감하는 핫스탬핑 성형방법 및 이를 위한 핫스탬핑 성형장치의 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형장치를 나타낸 구성도이다.
본 발명에 따른 핫스탬핑 성형장치(100)는, 베이스플레이트(110)와, 베이스플레이트(110)에 고정되는 하부금형(120)과, 상기 하부금형(120)에 대응하는 상부금형(130)과, 상기 상부금형(130)을 승하강시키는 프레스 슬라이드(140)와, 상기 프레스 슬라이드(140)와 상부금형(130)의 사이에 구비되는 탄성지지부(150)와, 상기 상부금형과 하부금형의 외부로 노출된 블랭크를 절단하는 전단커터부(160)와, 블랭크가 안착되는 블랭크 홀더(170)와, 블랭크 홀더(170)를 승하강 가능하게 지지하는 완충핀(180)을 포함한다.
본 발명에 따른 핫스탬핑 성형장치(100)는 성형온도로 가열된 블랭크 소재를 공급받아 소정의 형상으로 열간 성형함과 동시에 트리밍 작업을 수행하고, 성형된 제품을 급냉하여 강도를 향상시킬 수 있도록 구성되어 있다.
상부금형(130)과 하부금형(120)은 서로 대응되는 코어와 캐비티를 구비하고 있다. 또한 상부금형(130)과 하부금형(120)은 냉각을 위한 냉각홀(122, 132)을 구비하고 있다. 냉각홀(122, 132)은 냉매를 공급하는 냉각장치와 연결되어 있다.
본 발명에 따른 상부금형(130)은 프레스 슬라이드(140)와 탄성지지부(150)를 통해 연결되어 있다. 탄성지지부(150)는 유압식 또는 기계식 스프링으로 구성될 수 있다. 탄성지지부(150)는 전단커터부(160)가 블랭크를 절단하기 이전에 상부금형(130)이 하부금형(120)에 맞물릴 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
전단커터부(160)는 상부금형(130)의 둘레에 날을 구비하여 상부금형(130)의 외부로 노출되어 있는 블랭크의 불필요부를 절단하는 역할을 수행한다. 전단커터부(160)는 프레스 슬라이드(140)에 고정되어, 프레스 슬라이드(140)와 함게 승하강하게 된다.
상부금형(130)이 하부금형(120)과 이격된 상태에서는 전단커터부(160)가 상부금형(130)보다 위쪽에 위치하게 되고, 프레스 슬라이드(140)가 완전히 하강한 상태에서는 전단커터부(160)가 상부금형(130)보다 아래쪽에 위치하게 된다. 여기서 전단커터부(160)가 상부금형(130)의 위쪽이나 아래쪽에 위치한다는 기준은 전단커터부(160) 하단이 상부금형(130)의 하단에 대한 상대적인 위치를 의미하는 것이다.
블랭크 홀더(170)는 블랭크 소재(10)를 안착 고정하는 역할을 수행한다.
블랭크 홀더(170)는 베이스 플레이트(110)에 완충핀(180)으로 연결되어 있다. 완충핀(180)은 블랭크 홀더(170)가 베이스 플레이트(110)에 대하여 승하강 가능하도록 한다. 완충핀(180)은 블랭크 홀더(170)가 베이스 플레이트(110)에 대하여 상승한 상태를 유지하도록 탄성력을 제공하는 방식이거나, 블랭크 홀더(170)를 베이스 플레이트(110)에 대하여 승하강 시키도록 구성될 수 있다. 완충핀(180)이 기계식으로 구성되는 경우 링크, 공압식 실린더, 유압식 실린더 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형장치의 성형 대기 상태를 나타낸 구성도이다.
성형 대기 상태에서는 프레스 슬라이드(140)가 상승한 상태(상사점)여서, 상부금형(130)과 하부금형(120)이 이격된 상태이며, 블랭크 홀더(170)도 상승한 상태이다.
이러한 상태에서 블랭크 소재(10)가 블랭크 홀더(170)에 로딩되면, 블랭크 소재(10)는 상부금형(130)과 하부금형(120)의 사이에 위치하게 된다.
블랭크 홀더(170)에는 블랭크 소재(10)의 안착을 안내하거나 감지하는 게이지(172)가 구비될 수 있다.
성형 대기 상태에서 블랭크 소재(10)가 블랭크 홀더(170)에 로딩된 후, 블랭크 소재(10)가 정위치에 안착되었음이 확인된 후, 프레스 슬라이더(140)가 하강하기 시작한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형장치의 상부금형 하강 상태를 나타낸 구성도이다.
상술한 바와 같이, 블랭크 소재(10)가 로딩된 후, 프레스 슬라이드(140)가 하강함에 따라 상부금형(120)이 함께 하강하게 된다. 상부금형(120)은 프레스 슬라이드(140)와 탄성지지부(150)로 연결되어 있고, 탄성지지부(150)는 상부금형(120)을 프레스 슬라이드(140)와 이격시키는 방향으로 탄성력을 제공한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상부금형(120)이 블랭크 소재(10)에 접촉하기 전까지는 상부금형(120)은 프레스 슬라이드(140)와 동일하게 하강하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상부금형(120)이 블랭크 소재(10)를 가압하여 성형을 시작하게 되면, 탄성지지부(150)는 수축력을 받게된다. 그런데, 탄성지지부(150)의 반력은 블랭크 소재(10)의 가공시에 발생하는 반력보다 크게 설정되어 있다. 따라서, 상부금형(120)과 하부금형(130)이 완전히 닫힐 때 까지는 상부금형(120)은 프레스 슬라이드(140)의 하강과 함께 하강하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형장치의 상부금형과 하부금형이 닫힌 상태를 나타낸 구성도이다.
상부금형(130)과 하부금형(120)이 닫힌 상태라는 것은, 상부금형(130)과 하부금형(120)이 블랭크 소재(10) 사이에 두고 밀착된 상태를 의미하는 것으로, 프레스 성형이 완료된 상태를 의미한다.
상부금형(130)과 하부금형(120)이 닫히게 되면, 형상 성형은 완료된 상태이므로, 성형된 소재를 냉각시키게 된다. 소재의 냉각은 금형 자체를 냉각시킴으로써 이루어진다. 상부금형(130)과 하부금형(120)에는 각각 냉각홀(122, 132)이 형성되어 있어서, 냉각홀(122, 132)에 냉매를 공급함으로써 상부금형(130)과 하부금형(120)을 냉각시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 상부금형(130)이 블랭크 소재(10) 사이에 두고 하부금형(120)과 밀착하게 되면, 하부금형(120)은 베이스 플레이트(110)에 고정되어 있고, 베이스 플레이트(110)는 고정된 상태이기 때문에, 프레스 슬라이드(140)가 하강하더라도 상부금형(130)은 더 이상 하강할 수 없다. 따라서 이 후로는 프레스 슬라이드(140)가 하강함에 따라 상부금형(130)은 하강하지 못하므로, 탄성지지부(150)가 수축하게 된다.
탄성지지부(150)가 수축하게 되면, 프레스 슬라이드(140)가 상부금형(130)에 대하여 하강하게 되고, 전단커터부(160)는 프레스 슬라이드(140)에 고정되어 있기 때문에, 전단커터부(160)가 상부금형(130)에 대하여 하강하게 된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형장치의 전단커터부의 절단 과정을 나타낸 구성도이다.
도 6은 절단 이전 상태를 나타낸 것이고, 도 7은 절단 이후 상태를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, 블랭크 소재(10)는 상부금형(130)과 하부금형(120)의 외부로 불필요부가 노출되어 있는데, 이 부분들을 전단커터부(180)로 절단한다.
전단커터부(180)는 상부금형(130)에 대하여 하강하며, 하단의 전단날이 블랭크 소재의 불필요부를 절단하게 된다.
도 6은 전단커터부(180)가 블랭크 소재(10)의 위쪽에 위치한 상태를 나타낸 것이고, 도 7은 전단커터부(180)가 하강을 완료하여 블랭크 소재(10)의 아래쪽에 위치한 상태를 나타낸 것이다.
전단커터부(180)가 하강하며, 블랭크 소재(10)를 통과하며 불필요부의 절단을 수행하게 된다.
전단커터부(180)는 절단 과정에서 블랭크 홀더(170)와 간섭하게 되는데, 블랭크 홀더(170)는 완충핀(180)에 의하여 베이스플레이트(110)에 연결되어 있으므로, 전단커터부(180)가 하강함에 따라 블랭크 홀더(170)도 함께 하강하게 된다.
전단커터부(180)의 하강으로 절단이 완료되면 도 7에 도시된 바와 같이 절단된 불필요부(12)는 외부로 배출되는 것이 바람직하다. 이를 위해 블랭크 홀더(170)의 양측에는 불필요부(스크랩)의 배출을 안내하는 스크랩슈(190)가 구비될 수 있다. 스크랩슈(190)는 불필요부가 일정한 경로로 배출될 수 있도록 경사판의 형태를 가질 수 있다.
전단커터부(180)의 하강은 블랭크 소재(10)의 냉각과정에서 연속적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 블랭크 소재(10)가 완전히 냉각되면 강도가 증가하여 전단커터부(160)에 의한 절단이 용이하지 않기 때문이다.
전단커터부(180)의 절단이 완료되고, 소재의 냉각이 완료되면, 프레스 슬라이드(140)를 상승시켜 제품을 취출하게 된다. 프레스 슬라이드(140)가 상승하면 완충핀(180)의 동작으로 블랭크 홀더(170)가 대기 상태의 위치로 복원된다. 그리고 상부금형(130)은 탄성지지부(150)의 동작으로 대기 상태의 위치로 복원된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 성형 방법의 진행에 따른 소재의 형상을 나타낸 개념도이다.
본 발명은 열간프레스 가공을 통하여 블랭크 소재의 형상을 성형한 후, 소재가 냉각되기 이전 또는 소재가 냉각되는 과정에서 성형된 소재의 불필요부를 전단커터를 이용하여 절단하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 성형방법을 제공한다.
이 때, 전단커터를 이용한 절단은 소재가 금형에 구속된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도시한 바와 같이, 가장 위쪽의 도면은 블랭크 소재를 상부금형과 하부금형을 이용하여 형상 가공을 완료한 상태를 나타낸 것이다. 가열된 소재를 로딩 한 후 상부금형과 하부금형을 닫으면 블랭크 소재는 상부금형과 하부금형에 의하여 형상이 가공된다.
그런데, 블랭크 소재의 주변으로는 불필요부가 존재하게 되므로 추가적인 절단 작업이 필요하다.
위에서 2번째 3번째 도면은 전단커터부에 의하여 블랭크 소재의 양측에 불필요부를 절단한 상태를 나타낸 것이다. 종래에는 금형을 닫은 상태에서 소재의 냉각을 완료 한 후, 후가공으로 불필요부를 절단하였으나, 본 발명은 전단커터부(160)를 이용하여 소재가 냉각되기 이전 혹은 소재의 냉각과정에서 불필요부를 절단하는 것을 특징으로 한다. 소재가 냉각되기 이전 혹은 냉각과정에서 절단을 수행하게 되면 소재의 강도가 상대적으로 낮아 전단커터부를 이용한 절단이 가능하다.
가장 아래쪽 도면은 전단커터부에 의한 절단이 곤란한 부분을 후가공을 이용하여 절단하여 완제품(20)을 완성하는 상태를 나타낸 것이다. 절단이 필요한 부분중 높은 치수 정밀도를 요구하거나 형상이 복잡하여 전단커터부를 이용하여 절단하기 곤란한 부분은 레이저나 워터젯을 이용하여 후가공으로 절단을 추가로 수행할 수 있다.
도면부호 12는 전단커터부에 의하여 절단이 이루어지는 불필요부를 나타낸 것이며, 도면부호 14는 후가공에 의하여 절단이 이루어지는 불필요부를 나타낸 것이다. 도시한 실시예의 경우 후가공에 의한 절단작업이 필요한 것으로 설명하였으나, 제품의 형상에 따라서는 전단커터부에 의하여 불필요부를 모두 절단하고 완제품을 취득할 수도 있다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.
100 : 핫스탬핑 성형장치
110 : 베이스플레이트
120 : 하부금형
130 : 상부금형
140 : 프레스 슬라이드
150 : 탄성지지부
160 : 전단커터부
170 : 블랭크 홀더
180 : 완충핀

Claims (10)

  1. 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트에 고정되는 하부금형과, 상기 하부금형에 대응하는 상부금형과, 블랭크가 안착되는 블랭크 홀더와, 상기 상부금형을 승하강시키는 프레스 슬라이드와, 상기 프레스 슬라이드와 상부금형의 사이에 구비되는 탄성지지부와, 상기 프레스 슬라이드에 고정된 상태에서 함께 승강하며, 상기 상부금형의 둘레를 향해 날을 형성하여, 상기 상부금형과 하부금형의 외부로 노출된 블랭크의 불필요한 부분을 절단하는 전단커터부 및, 상기 블랭크 홀더가 베이스 플레이트에 대하여 상승한 상태를 유지할 수 있도록 상기 블랭크 홀더를 승하강 가능하게 탄성 지지하는 완충핀을 포함하되,
    상기 전단커터부는, 상기 상부금형과 상기 하부금형이 닫힌 상태에서 상기 프레스 슬라이드와 함께 추가 하강하여 블랭크의 불필요부를 절단하고, 상기 하부금형과 상기 상부금형은, 성형된 소재의 냉각을 위한 냉각홀을 구비하며, 상기 블랭크 홀더는, 블랭크 소재의 안착을 안내 또는 감지하는 게이지를 구비하고, 상기 완충핀은, 상기 블랭크 홀더가 상기 베이스플레이트에 대하여 승하강가능하도록 링크, 공압식실린더 및 유압실린더 중의 어느 하나를 포함하며,
    상기 전단커터부에 의하여 절단된 스크랩의 배출을 안내하는 스크랩슈를 더 포함하고, 상기 탄성지지부는 유압식 스프링 또는 기계식 스프링을 포함하며, 상기 완충핀은 상기 블랭크 홀더가 상기 베이스플레이트에 대하여 상승한 상태를 유지하도록 탄성력을 제공하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 성형장치.
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