KR101530367B1

KR101530367B1 - 강판으로 제조된 가공품을 열간 성형 및 부분 프레스 경화를 하기 위한 성형기 및 성형 방법

Info

Publication number: KR101530367B1
Application number: KR1020137004199A
Authority: KR
Inventors: 지그프리트 뢰쉬
Original assignee: 게엠에프 움포름테크니크 게엠베하
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2015-06-19
Also published as: PL2595770T3; US10166589B2; US20130205863A1; WO2012010418A9; CN103003003A; CN103003003B; DE102010027554A1; EP2595770A1; EP2595770B1; KR20130054994A; ES2495997T3; US9687898B2; US20170252791A1; WO2012010418A1

Abstract

본 발명은 강판으로 제조된 가공품(workpiece)을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 성형기(forming tool) 및 방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명에서, 이러한 본 발명에서는, 가공품을 성형하기 전에 가열하고 이어서 다이(3)와 다이의 공동 안으로 삽입될 수 있는 펀치(5)와 냉각 장치(8)를 구비하는 성형기에서 열간 성형한다. 본 발명의 방법은, 성형기(1, 1')가 밀폐된 상태에서, 성형기의 다이(3) 및 펀치(5)의 접촉면들과 가공품(2) 사이의 접촉은, 이동 가능한 다이 부분(3.2)과 이동 가능한 펀치 부분(5.2)을 폐쇄 위치에서 개방 위치까지 이동시킴으로써 여러 영역에서 간섭되는 것을 특징으로 한다. 다이(3)는 제1 다이 부분(3.1)과 상기 제1 다이 부분에 대해서 이동 가능한 적어도 하나의 제2 다이 부분(3.2)으로 형성되고, 펀치(5)는 제1 펀치 부분(5.1)과 상기 제1 펀치 부분에 대해 이동 가능한 적어도 하나의 제2 펀치 부분(5.2)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 이동 가능한 제2 다이 부분(3.2)과 상기 적어도 하나의 이동 가능한 펀치 부분(5.2)은 개방 장치(17, 18)와 상호 작용하고, 상기 개방 장치는 상기 적어도 하나의 제2 다이 부분(3.2)과 상기 적어도 하나의 제2 펀치 부분(5.2)이 상기 제1 다이 부분(3.1) 및 상기 제1 펀치 부분(5.1)에 비해 짧은 폐쇄 시간에 가공품과 접촉하게 하는 것이다.

Description

강판으로 제조된 가공품을 열간 성형 및 부분 프레스 경화를 하기 위한 성형기 및 성형 방법{FORMING TOOL AND METHOD FOR HOT FORMING AND PARTIALLY PRESS HARDENING A WORKPIECE MADE OF SHEET STEEL}

본 발명은 강판으로 제조된 가공품(workpiece)을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 성형기(forming tool)에 관한 것으로, 상기 성형기는 다이와, 가공품을 성형하기 위하여 다이의 공동 안으로 삽입될 수 있는 펀치와, 냉각 장치를 포함한다. 특히, 본 발명은 강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명의 방법에서는, 가공품을 성형하기 전에 가열하고 이어서 다이와 다이의 공동 안으로 삽입될 수 있는 펀치와 냉각 장치를 구비하는 성형기에서 열간 성형한다.

근년에 들어서는 자동차 제조에 있어서 고강도 및 초고강도 강으로 제조된 블랭크를 열간 성형하여 프레스 경화된 부품(component)들을 제조하는 것이 자리 잡고 있다. 이와 관련하여, 특히, 다른 조직을 가진 부분 경화된 부품들을 제조하기 위한 여러 기술 사상들이 발전되고 있다. 독일 특허 공개 공보 DE 10 2006 019 395 A1호에서 공지된 기술 사상은, 오스테나이트화 온도보다 높은 온도에 적합한 강으로 구성된 블랭크를 가열하고, 바로 후속하여서, 취약한 조직을 국부 경화하기 위한 가열 장치를 적어도 한 영역에 구비하고 있는 열간 성형기에서 성형한다는 것이다. 그러나 이와 같은 공지의 기술 사상은 적어도 하나의 가열 장치가 마련되어야 하고, 그 결과 조업 비용이 상당하다는 단점이 있다. 또한, 성형기의 대응하는 작동면을 열에 계속해서 노출시키게 되면 성형기의 작동 수명에 부정적인 영향이 미친다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은, 제조할 금속제 부품 내에 다른 조직을 가지며 그에 따라 다른 재료 특성을 갖게 되는 상호 인접하는 구역들을 간단한 생산 방식으로 제조할 수 있게 하는, 강판을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법 및 성형기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 상기 목적은 특허청구범위의 청구항 제1항의 특징들을 갖는 성형기와, 청구항 제9항의 특징들을 갖는 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법, 즉 가공품을 성형하기 전에 가열하고 후속하여 냉각 장치를 포함하는 성형기에서 열간 성형하는 방법은, 성형기를 밀폐시킨 상태에서, 다이 및 펀치의 접촉면들과 가공품 사이의 접촉이 이동 가능한 다이 부분과 이동 가능한 펀치 부분을 폐쇄 위치에서 개방 위치까지 벌어지게 이동시킴으로써 여러 영역에서 간섭되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 성형기는 다이, 다이의 공동 안에 삽입될 수 있는 펀치, 및 냉각 장치를 포함한다. 본 발명에 따르면, 다이는 제1 다이 부분과 상기 제1 다이 부분에 대해서 이동 가능한 적어도 하나의 제2 다이 부분으로 형성되고, 펀치는 제1 펀치 부분과 상기 제1 펀치 부분에 대해 이동 가능한 적어도 하나의 제2 펀치 부분을 포함하고, 상기 적어도 하나의 이동 가능한 제2 다이 부분과 상기 적어도 하나의 이동 가능한 제2 펀치 부분은 개방 장치와 상호 작용하고, 상기 개방 장치는 상기 적어도 하나의 제2 다이 부분과 상기 적어도 하나의 제2 펀치 부분이 상기 제1 다이 부분 및 상기 제1 펀치 부분에 비해 짧은 폐쇄 시간에 가공품과 접촉하게 하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 성형기는 제조할 금속제 부품에 다른 조직을 가지며 그에 따라 강도 및 연성 등의 재료 특성이 다른 상호 인접하는 구역들을 간단한 생산 방식으로 제조할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 성형기의 양호한 실시예는 다이 캐리어에 이동 가능하게 연결된 다이 부분들과, 펀치 캐리어에 이동 가능하게 연결된 펀치 부분들로 구성되고; 상기 다이 캐리어 및 펀치 캐리어 각각에는 램(ram)이 구비되고; 상기 램은, 상기 적어도 하나의 제2 다이 부분과 상기 적어도 하나의 제2 펀치 부분을, 상기 제1 다이 부분 및 상기 제1 펀치 부분이 폐쇄된 상태에서, 다이 캐리어와 펀치 캐리어가 서로 더 근접하게 이동함으로 인해, 벌어지게 이동하게 한다. 이 실시예는 강 블랭크를 열간 성형 및 부분 프레스 경화하는 종래의 성형기에 비해 상당히 많은 추가의 에너지 소비 없이 작동될 수 있다. 특히, 본 발명의 이 실시예에서는, 부품에 비교적 취약한 조직을 갖는 적어도 하나의 구역을 제조하는 데 사용되는 성형기 부분들을 벌어지게 이동시키는 비용 집약적 추가 구동 수단은 필요치 않게 된다. 오히려, 이 목적을 위해, 이미 존재하고 있으며 성형기를 근접시키는 데 사용되는, 즉 펀치를 이동시키는 데 사용되는 프레스 램을 사용할 수 있다. 다이 캐리어 및 펀치 캐리어의 램들이 원위치로 이동한 때에, 적어도 하나의 제2 다이 부분과 적어도 하나의 제2 펀치 부분은 다이와 펀치가 개방되기 전에 다시 근접하게 되고, 이에 의해, 가공품과 성형기 작동면 사이의 접촉부가 간섭받게 되는 가공품(즉, 부품)의 영역에 다시 타격이 가해진다.

본 발명에 따른 성형기의 또 다른 양호한 실시예에 있어서는, 다이 캐리어에 제1 다이 부분이 견고하게 연결되고 적어도 하나의 제2 다이 부분이 이동 가능하게 연결되고, 펀치 캐리어에 제1 펀치 부분이 견고하게 연결되고 적어도 하나의 제2 펀치 부분이 이동 가능하게 연결되며, 다이 캐리어와 펀치 캐리어 각각에는 전방 이동 및 후방 이동을 야기하는 구동 수단이 구비되고, 상기 구동 수단은, 제1 다이 부분과 제1 펀치 부분이 폐쇄된 상태에서는 적어도 하나의 제2 다이 부분과 적어도 하나의 제2 펀치 부분을 벌어지게 이동시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 성형기의 이와 같은 변형 실시예는, 가공품에 다시 타격을 가하거나(restriking) 혹은 그렇지 않은 상태에서, 즉 다이 캐리어에 이동 가능하게 연결되는 다이 부분과 펀치 캐리어에 이동 가능하게 연결되는 펀치 부분을 재밀폐하거나 혹은 하지 않은 채로 제조가 이루어질 수 있게, 작동될 수 있다. 다이 부분이 다이 캐리어에 이동 가능하게 연결되고 펀치 부분이 펀치 캐리어에 이동 가능하게 연결되는 시점은 가변식으로 조절될 수 있으며, 이들 성형기 부분들의 접촉 영역에서 가공품에 설정된 스트레인에 따라서 조절될 수 있다. 적어도 하나의 제2 다이 부분과 적어도 하나의 제2 펀치 부분을 벌어지게 이동시키는 구동 수단은 바람직하기로는 유압 작동 실린더, 공압 작동 실린더, 또는 유공압 작동 실린더로 구성되는 것이 좋다.

본 발명에 따른 성형기의 또 다른 바람직한 실시예는 성형기의 밀폐 상태에서 벌어지는 이동을 하는 적어도 하나의 제2 다이 부분 및/또는 적어도 하나의 제2 펀치 부분이 제어 가능한 온도 조절 장치, 바람직하기로는 가열기를 포함하게 하는 구성을 제공한다. 이 결과, 가공품에 하나 이상의 비경화 영역들을 목표물 지향식으로 형성하는 것이 고수준의 신뢰성을 가지고 보장될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 본 발명의 실시예는 제조할 부품에 요구되는 요건에 따라서 특정 영역에 가공품의 재료 특성들, 일례로 강도 및 변형률과 같은 특성들을 가변식으로 설정하는 선택권도 제공한다.

가공품 중의 경화되지 않은 영역들에서의 열 손실을 목표물 지향 방식으로 상쇄하기 위해서는, 적어도 하나의 제2 다이 부분 및/또는 적어도 하나의 제2 펀치 부분은 열전도성이 낮은 재료로 구성되거나 혹은 열전도성이 낮은 표면 코팅을 갖는 것이 바람직하다. 일례로, 열전도성이 낮은 재료로 세라믹 재료를 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에 있어서는, 이동 가능한 다이 부분과 이동 가능한 펀치 부분을 폐쇄 위치에서 개방 위치까지 반복적으로 혹은 수차례 벌어지게 이동시키고, 후속하여 이동 가능한 다이 부분과 이동 가능한 펀치 부분을 개방 위치에서 폐쇄 위치까지 되돌아가는 이동을 하게 함으로써, 성형기의 다이 및 펀치의 접촉 표면들과 가공품 사이의 접촉을 여러 영역에서 시간을 맞춘 방식으로 간섭되게 하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 열간 성형 가공품의 냉각 속도를 넓은 범위 내에서 소망하는 대로 감소시키거나 변경시킬 수 있다. 냉각된 성형기와 가공품 또는 부품이 연속해서, 즉 간섭 없이 접촉하는 경우에, 일례로 부품의 냉각 속도가 100℃/s이면, 시간을 맞춘 접촉 시간이 초 당 0.2초인 경우(즉, 초 당 0.8초 동안 접촉하지 않는 경우)에는 부품의 냉각 속도가 대략 20℃/s까지 감소할 수 있다.

시간을 맞춘 접촉 간섭은 총 접촉 횟수가 총 접촉 간섭 횟수보다 작도록 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 이에 대한 대안으로서, 시간을 맞춘 접촉 간섭을 총 접촉 횟수가 총 접촉 간섭 횟수와 같거나 혹은 그보다 많도록 설정할 수도 있다.

본 발명에 따른 장치와 본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직하고 유리한 실시예들은 종속 청구항에 제시되어 있다.

이하에서는 다수의 실시예들을 보이고 있는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 성형기를 완전히 폐쇄된 상태에서 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 성형기를 부분 폐쇄 상태에서 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 또 다른 성형기를 완전히 폐쇄된 상태에서 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 성형기를 부분 폐쇄 상태에서 도시한 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 3 및 도4의 성형기를 구동하고 부분 개방을 제어하는 유공압 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 성형기와 가공품 또는 성형된 부품 사이의 접촉에 대한 시간을 맞춘 간섭을 도시하는 개략적인 경과-시간(path-time) 다이어그램이다.

도면들은 고강도 또는 초고강도 강으로 제조된 블랭크를 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 본 발명에 따른 성형기(1, 1')의 여러 실시예들을 도시하고 있다. 블랭크를 가지고 제조할 부품(2)의 예로는 자동차의 범퍼, B-필라, 또는 다른 충돌 관련 차체 부품이 있다. 블랭크(가공품)는 예를 들면 망간-보론 강, 특히 22MnB5 타입 합금의 망간-보론 강으로 구성된다.

부품(가공품)(2)의 경화시킬 영역들은 오스테나이트화 온도에서 급속 냉각되어야 하고, 부품(2)의 경화시키지 않을 영역들은 급속 냉각시킬 필요가 없다.

도면에 도시된 성형기(1, 1')는 부품과 성형기 작동면들 사이의 접촉이 여러 영역에서 간섭되게 하는 선택권을 제공한다.

성형기(1, 1')는 딥-드로잉(deep-drawing) 장치 방식으로 설계되며 다이(3)를 포함한다. 다이(3)에는 공동(홈(recess))(4)이 구비되며, 상기 공동은 제조하려고 하는 입체로 형성된 부품(2)의 외부 형상을 보인다.

성형기(1, 1')는 제조하려고 하는 부품(2)의 내부 형상을 결정하는 펀치(5)를 추가로 포함한다. 펀치(5)는 조정 장치(프레스 램)(도시되지 않음)에 의해서 다이(3)에서 소정 거리에 있는 시작 위치에서부터 다이(3)의 공동(4) 안으로 완전히 삽입되는 폐쇄 위치까지 이동할 수 있다. 조정 장치는 펀치(5)가 다이(3)의 공동(4) 안으로 이동하는 속도를 제어하는 제어 장치를 포함한다.

다이(3)는 적어도 2개의 다이 부분(3.1, 3.2)으로 나뉘고, 이 다이 부분들은 고정 캐리어, 일례로 압반(platen)의 판(6) 상에서 서로에 대해 이동할 수 있도록 유지된다. 이에 대응하여, 펀치(5)도 대응하는 수의 펀치 부분(5.1, 5.2)으로 나뉘고, 각 다이 부분(3.1, 3.2)은 각 펀치 부분(5.1, 5.2)에 할당되어 서로 상호 작용한다. 펀치 부분(5.1, 5.2)도 마찬가지로 판으로 형성된 펀치 캐리어(7) 상에서 서로에 대해 이동할 수 있게 유지된다. 펀치 캐리어 또는 판(7)은, 펀치(5)를 다이(3)로부터 소정 거리에 있는 시작 위치에서 다이(3)의 공동(4) 안으로 이동할 수 있게 하는 상기 조정 장치(도시되지 않음) 상에 장착된다.

도 1 내지 도 4에서, 부품(2)은 좌측에 도시된 성형기의 부분(3.1, 5.1)에 의해 부분적으로 경화되고, 우측에 도시된 성형기의 부분(3.2, 5.2)은 부품(2)과 성형기 작동면(3.21, 5.21) 간의 접촉에 간섭함으로써 부품(2)의 경화를 방지하게 된다.

다른 조직 또는 비교적 약한 조직이 설정되어야 하고 그리고/또는 열 전도성이 낮은 재료로 구성되거나 열 전도성이 낮은 표면 코팅을 갖는 우측에 도시된 성형기의 부분(3.2, 5.2)들의 작동면(3.21, 5.21)들이 냉각되고 그리고/또는 바람직하기로는 가열되는 동안에, 좌측에 도시된 펀치 부분(5.1)의 작동면 및/또는 이와 관련된 다이 부분(3.1)의 작동면이 냉각된다. 이를 위해, 작동면 근처의 펀치 부분(5.1)과 다이 부분(3.1)에 냉각 도관(8)이 설치된다. 냉각 도관(8)은 냉각 장치(상세하게 도시되지 않음)의 일부이다. 각 경우에서 요구되는 냉각 정도 여하에 따라, 물, 냉각수(ice water), 깊이 냉각된 염수 용액(deep-cooled saline solution), 액체 질소, 또는 대량의 열을 급속히 제거하는 데 적합한 다른 냉각 매체를 냉각 도관을 통해 유동시킨다.

마찬가지로, 상기 작동면(3.21, 5.21) 근처의 제2 펀치 부분(5.2)과 다이 부분(3.2)에는 온도 조절 장치(상세하게 도시되지 않음)의 유체 도관(9)이 설치된다. 온도 조절 장치의 상기 유체 도관(9)을 통해 일례로 오일을 냉각시키기 위한 냉각 매체가 이송되고, 냉각 매체는 이 영역의 성형기 부분(3.2, 5.2)들을 서서히 냉각시키게 된다. 선택적으로, 상기 도관(9) 중 적어도 일부를 통해서는, 특히 성형기의 제1 혹은 좌측의 부분(3.2, 5.2)들에 인접하게 설치된 도관(9.1)을 통해서는 가열 유체, 일례로 과열 유체를 이송시킬 수 있다. 다른 조직 또는 비교적 약한 조직이 설정되어야 하는 성형기의 부분(3.2, 5.2)들에는 유체 도관(9, 9.1) 대신에 가열 카트리지, 가열 와선(spiral) 또는 가열 와이어를 통합시킬 수 있다.

부품(2)을 제조하기 위해, 고강도 또는 초고강도 강(일례로, 22MnB5)으로 제조된 블랭크를 처음에는 오븐(도시되지 않음)에서 오스테나이트화 온도까지 가열한다. 이어서 가공품(블랭크)을 개방된 성형기(1, 1') 안에 배치하되 가공품의 가장자리가 다이(3)의 상측에 배치되도록 배치한다. 이어서, 가공품을 후속하여 성형하는 중에 가공품의 가장자리 영역을 유지하게 되는 블랭크 홀더(10)를 가한다. 블랭크 홀더(10)에 의해 가해지는 유지력은, 가공품(2)이 다이(3)의 공동(4) 안으로 최적화된 상태로 밀려들어가게(flow) 하기 위해, 각 경우의 성형 속도에 따라서 조정될 수 있다.

이어서, 강판(2)의 프레스 경화가 발생하게 되는 펀치 부분(5.1)의 강하게 냉각된 단부면이 이 단부면과 관련된 강판(2)의 표면부에 신속하게 강한 접촉을 하도록, 펀치(5)를 강판 상으로 고속으로 내려친다.

개방 장치가 도 1 내지 도 4에서 우측에 도시된 성형기의 부분(3.2, 5.2)에 할당되며, 제2 펀치 부분(5.2)과 제2 다이 부분(3.2)이 제1 펀치 부분(5.1)과 제1 다이 부분(3.1)에 비해 짧은 근접 시간에 가공품(2)과 접촉하게 한다. 따라서 강판(2)의 부분(2.1)은, 이 부분(2.1)에 인접한 강판의 부분(2.2)의 경도보다 큰 경도를 갖는 조직 및 영역이 상기 부분(2.1)에 형성될 수 있도록 급속하게 냉각시킨다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 다이 부분(3.1, 3.2) 및 펀치 부분(5.1, 5.2)은 압반(platen) 또는 펀치 판(7)의 관련된 판(6)에 대해 탄력성 있게 지지된다. 이를 위해, 일례로 나선 스프링 등과 같은 스프링 요소(11)가, 각 판(6 또는 7)과 이 위에 각각 유지되는 다이 부분(3.1, 3.2) 및 펀치 부분(5.1, 5.2)과의 사이에 설치된다. 또한, 판(6, 7)에는 다이 부분(3.1, 3.2) 및 펀치 부분(5.1, 5.2)과 관련된 정지부(13)를 형성하는 지지부(12)가 마련된다. 다이 부분(3.1, 3.2) 및 펀치 부분(5.1, 5.2)은 상기 스프링 요소(11)를 거쳐서 상기 정지부(13)에 대해 장력을 유지한다. 펀치 부분(5.1, 5.2)과 판형 펀치 캐리어(7)는 블랭크 홀더(10)를 유지하는 압력 로드(press rod)(16)를 위한 홈(개구)(14, 15)을 포함한다. 압력 로드(16)는 간격을 유지하면서 상기 홈(14, 16)을 관통한다.

또한, 상기 탄력성 있게 지지된 다이 부분(3.1, 3.2) 및 펀치 부분(5.1, 5.2) 각각에는, 성형기(1)가 밀폐되고 개방되는 동안에 다이 부분(3.1, 3.2)과 펀치 부분(5.1, 5.2)의 이동 방향을 한정하는 안내부(상세하게 도시되지 않음)가 마련된다.

또한, 다이 캐리어 역할을 하는 판(6)과 판형 펀치 캐리어(7)에는 램(17, 18)이 마련된다. 램(17, 18) 각각은 펀치 부분(5.2)과 다이 부분(3.2) 각각에 형성된 개구(통공)(19, 20)를 관통한다. 램(17, 18)과 그에 대응하는 개구(19, 20)는 서로 축방향으로 편위된다.

또한, 판형 다이 캐리어(16)와 펀치 캐리어(7)에는, 직선 방향으로 변위 가능한 펀치 부분(5.1, 5.2)과 다이 부분(3.1, 3.2)의 후방측과 대면하는 추가 정지부(21, 22)가 마련된다. 도 1에 도시된 성형기(1)가 폐쇄된 위치에서, 성형기의 부분(3.1, 5.1)과 대면하는 정지부(21)의 단부면들은 성형기의 부분(3.1, 5.1)의 후방측으로부터 A1의 거리에 유지되고, 상기 거리 A1은 성형기의 부분(3.2, 5.2)의 후방측에 대면하는 정지부(22)의 단부면들이 성형기의 부분(3.2, 5.2)으로부터 떨어져 있는 거리 A2보다 작다.

성형기(1)가 완전히 폐쇄된 때에 램(17, 18)은 펀치 부분(5.2)과 다이 부분(3.2)을 벌어지게 이동시키는데, 이는 다시 말하자면, 다이 캐리어(6)와 펀치 부분(7)이 서로 근접하게 이동한 때에 성형기(1)가 부분적으로 개방된다는 것으로, 이로써 부품(2)과 성형기 작동면 사이의 접촉이 여러 영역에서 간섭된다(도 1 및 도 2 참조). 이 경우, 프레스 램이 펀치(5)와 함께 고정 압반(6)에 대해 그 램의 하사점(bottom dead centre)에 도달하기 전과 후에, 성형기의 작동면(3.21, 5.21)과 부품(2) 사이의 접촉에 간섭이, 즉 성형기(1)의 부분 개방이 일어난다.

펀치 부분(5.2)과 다이 부분(3.2)의 밀폐 시간은 램 속도, 즉 펀치(5)가 판(6)을 향해 이동하는 속도와 정지부(21, 22)들 간의 간격에 따라서 설정될 수 있다. 램(18)이 원위치로 이동하면, 다이 부분(3.2)과 펀치 부분(5.2)은 다이 부분(3.1)과 펀치 부분(5.1)이 개방되기 전에 다시 폐쇄되고, 이에 의해 비교적 약한 조직이 형성된 부품(2)의 영역(2.2)에 대해 다시 타격이 가해진다.

도 3 및 도 4에 도시된 본 발명에 따른 성형기(1')의 실시예에서, 다이 부분(3.1)과 펀치 부분(5.1)은, 이 부분에서는 부품이 부분적으로 경화됨, 다이 캐리어(압반)(6)와 펀치 캐리어(7) 각각에 견고하게 연결된다. 반면에, 다이 부분(3.2)과 펀치 부분(5.2)은, 이 부분에서는 부품(2)에 비교적 약한 조직이 설정됨, 실린더(작동 실린더)(23)를 통해서 다이 캐리어(6)와 펀치 캐리어(7) 각각에 대해 이동 가능하게 지지된다.

펀치 부분(5.1, 5.2)과 판형 펀치 캐리어(7)는 또한 블랭크 홀더(10)를 유지하는 압력 로드(16)가 틈새를 유지하며 관통하게 되는 홈(관통공)(14, 15)을 포함한다.

다이 캐리어(6)와 펀치 캐리어(7)에도 다이 부분(3.2)과 펀치 부분(5.2)의 이동 범위를 제한하는 정지부(13, 22)들이 마련된다. 상기 정지부들은 지지체(12) 상에 형성되고, 이 지지체에는 다이 부분(3.2)과 펀치 부분(5.2)이 스프링 요소(11)를 거쳐서 추가로 지지된다. 나선형 스프링으로 구성되는 것이 바람직한 스프링 요소(11)는 작동 실린더에 대향된 펀치 부분(5.2)과 다이 부분(3.2) 각각의 측면에 작용한다.

프레스의 하사점(bottom dead centre)에서의 성형기 작동면(3.21, 5.21)과 부품(2) 간의 접촉은, 공압식, 유압식 또는 유공압식으로 작동할 수 있는 작동 실린더(23)에 의해 간섭을 받는다.

도 3 및 도 4에 따른 성형기(1')는, 압반(다이 캐리어(6))과 펀치 캐리어(7) 각각에 견고하게 장착된 다이 부분(3.1)과 펀치 부분(5.1)이 개방되기 전에, 성형 및 부분 프레스 경화가 가공품(2)을 재타격하거나 혹은 재타격함이 없이, 즉 이동 가능한 다이 부분(3.2)과 이동 가능한 펀치 부분(5.2)을 재밀폐하거나 혹은 재밀폐함이 없이 소망하는 대로 일어날 수 있도록, 작동된다.

도 5는 도 3과 도 4에 도시된 성형기(1')의 이동 가능한 성형기 요소(3.2, 5.2)를 구동하고 제어하기 위한 장치를 도시하고 있다. 이 장치는 펌프식으로 작동하며 성형기의 프레스 램에 의해 매 프레스 행정마다 구동되는 유압 실린더(24)를 포함한다. 유압 실린더(24)는 오일로 채워지는 것이 바람직하고, 이동 가능한 펀치 부분(5.2)과 이동 가능한 다이 부분에 결합되는 작동 실린더(23)에 유압 라인(25)을 통해 연결된다. 이 경우, 각 작동 실린더(23)는 유공압 실린더로 구성되고, 상기 작동 실린더의 한 쪽 피스톤 단부는 유압 라인(25)을 통해 유동하는 오일에 의해 작동되고, 다른 쪽 피스톤 단부는 압축 가스에 의해 작동된다. 상기 작동 실린더(23) 내의 가스 압력은, 예를 들어 이동 가능한 펀치 부분(5.2)과 이에 관련된 이동 가능한 다이 부분(3.2)이 폐쇄된 상태에서는, 약 50바(bar)가 된다. 도 5의 도면 부호 13 및 22는 이동 가능한 펀치 부분(5.2)의 정지부들을 나타낸다.

유압 라인(25)에는 체크 밸브로 구성하는 것이 바람직한 밸브(26)가 설치된다. 또한, 상기 체크 밸브(26)와 작동 실린더(23) 사이의 유압 라인(25)에는 유공압 축압기(27)가 연결된다. 상기 축압기(27) 내의 가스 압력은, 예를 들어 펀치 부분(5.2)과 다이 부분(3.2)이 폐쇄된 상태에서는, 약 250바(bar)가 된다. 유압 라인(25)에는 또한 3/2-방향 밸브(28)가 구비되고, 이 밸브의 세 번째 포트에는 밸브(26)를 우회하는 복귀 라인(29)이 연결된다. 또한, 상기 복귀 라인(29)에, 체크 밸브로 구성하는 것이 바람직하며 밸브(26)와는 반대로 작동하는 밸브(30)가 설치된다. 또한, 상기 밸브(30)와 3/2-방향 밸브(28) 사이에는 유공압 축압기(31)가 연결된다. 상기 축압기(31) 내의 가스 압력은, 예를 들어 펀치 부분(5.2)과 다이 부분(3.2)이 폐쇄된 상태에서는, 약 5바(bar)가 된다.

도 6은 본 발명에 따른 성형기 또는 도 3 및 도 4에 따른 성형기(1')의 작동 방식, 즉 성형기(1')의 다이 및 펀치의 접촉면들과 가공품(2) 사이의 접촉이 시간을 맞춘 방식(clocked manner)으로 간섭되는 작동 방식을 예시하는 경과-시간 다이어그램인데, 여기서 시간을 맞춘 방식이라는 것은 이동 가능한 다이 부분(3.2)과 이동 가능한 펀치 부분(5.2)이 폐쇄 위치(도 3)로부터 개방 위치(도 4)까지, 그리고 이와 반대로 개방 위치로부터 폐쇄 위치까지, 수회 이동한다는 점에 비추어 명명하고 있는 것이다. 도 6에 도시된 예에서, 시간을 맞춘 접촉은 초 당 약 0.2초까지로 설정된다. 따라서, 이 경우에서, 이동 가능한 다이 부분(3.2) 및 이동 가능한 펀치 부분(5.2)의 접촉면들과 가공품(2) 사이의 접촉은 초 당 약 0.8초 동안 간섭된다. 성형기(1')의 냉각된 다이 부분(3.1)과 펀치 부분(5.1)의 영역에 있는 열간 성형 가공품(2)의 냉각 속도가 약 100℃/s일 때에, 냉각된 이동 가능한 다이 부분(3.2)과 냉각된 이동 가능한 펀치 부분(5.2)에 대한 가공품(2)의 접촉이 시간을 맞춘 방식으로 초 당 약 0.2초의 접촉 시간까지 간섭되는 경우, 다이 부분(3.2)과 펀치 부분(5.2)의 영역에서의 평균 냉각 속도는 약 20℃/s까지 감소된다.

평균 냉각 속도의 감소 수준은 주로, 총 계측 시간에 대한, 성형기(1')와 가공품(2) 사이의 접촉이 없는(혹은 부분적으로 없는) 시간의 비율에 따라 달라진다. 이것의 의미는, 상술한 예에서 보면, 0.8초/1초 = 0.8이라는 것이다. 따라서, 냉각 속도가 100℃/s에서 20℃/s까지 거의 80% 감소된다. 그러나 접촉 압력이 균일한 경우에는 부품의 냉각은 부품과 냉각된 성형기 사이의 부분적 접촉이 있고 없고 하는 횟수에 엄밀하게 의존하지 않기 때문에, 상기 식은 단지 기본 경향만을 설명하는 것이 된다. 접촉과 접촉 간섭의 횟수는, 도 6에 따른 본 발명에 의하여, 시간을 맞춘 작동 모드의 넓은 범위 내에서 소망하는 대로 변경할 수 있다. 따라서 평균 냉각 속도는 상술한 작동 모드를 이용하여서 전 시간에 걸쳐서 0에서 약 100%까지 감소시킬 수 있다.

본 발명을 구현하는 예는 상술한 실시예로 한정되지 않는다. 오히려, 특허청구범위에 특정된 본 발명을 이용하여 추가 변형 예를 생각해낼 수 있고, 심지어는 본 명세서에서 보인 실시예로부터 벗어나는 구성의 경우라 해도 특허청구범위에 특정된 본 발명을 이용하여 생각해낼 수 있는 것이다.

Claims

강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화시키는 성형기(1, 1')로서, 다이(3), 다이(3)의 공동(4) 안에 삽입될 수 있는 펀치(5), 및 냉각 장치(8)를 포함하는 성형기에 있어서,
상기 다이(3)는 제1 다이 부분(3.1)과 상기 제1 다이 부분에 대해서 이동 가능한 적어도 하나의 제2 다이 부분(3.2)으로 형성되고,
상기 펀치(5)는 제1 펀치 부분(5.1)과 상기 제1 펀치 부분에 대해 이동 가능한 적어도 하나의 제2 펀치 부분(5.2)을 포함하고,
상기 적어도 하나의 이동 가능한 제2 다이 부분(3.2)과 상기 적어도 하나의 이동 가능한 제2 펀치 부분(5.2)은 개방 장치와 상호 작용하고,
상기 개방 장치는 상기 적어도 하나의 제2 다이 부분(3.2)과 상기 적어도 하나의 제2 펀치 부분(5.2)이 상기 제1 다이 부분(3.1) 및 상기 제1 펀치 부분(5.1)에 비해 짧은 폐쇄 시간에 가공품과 접촉하게 하는 것임을 특징으로 하는 성형기.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 다이 부분(3.1, 3.2)들이 다이 캐리어(6)에 이동 가능하게 연결되고,
상기 제1 및 제2 펀치 부분(5.1, 5.2)들이 펀치 캐리어(7)에 이동 가능하게 연결되고,
상기 다이 캐리어(6) 및 펀치 캐리어(7) 각각에는 램(ram)(17, 18)이 구비되고,
상기 램(17, 18)은, 상기 적어도 하나의 제2 다이 부분(3.2)과 상기 적어도 하나의 제2 펀치 부분(5.2)을, 상기 제1 다이 부분(3.1) 및 상기 제1 펀치 부분(5.1)이 폐쇄된 상태에서 다이 캐리어(6)와 펀치 캐리어(7)가 서로 더 근접하게 이동함으로 인해, 벌어지게 이동시키는 것임을 특징으로 하는 성형기.
제1항에 있어서,
상기 다이 캐리어(6)에는 상기 제1 다이 부분(3.1)이 견고하게 연결되고 적어도 하나의 제2 다이 부분(3.2)이 이동 가능하게 연결되고,
상기 펀치 캐리어(7)에는 제1 펀치 부분(5.1)이 견고하게 연결되고 적어도 하나의 제2 펀치 부분(5.2)이 이동 가능하게 연결되며,
상기 다이 캐리어(6)와 펀치 캐리어(7) 각각에는 전방 이동 및 후방 이동을 야기하는 구동 수단(23)이 구비되고,
상기 구동 수단(23)은, 제1 다이 부분(3.1)과 제1 펀치 부분(5.1)이 폐쇄된 상태에서, 적어도 하나의 제2 다이 부분(3.2)과 적어도 하나의 제2 펀치 부분(5.2)을 벌어지게 이동시키는 것임을 특징으로 하는 성형기.
제3항에 있어서,
상기 구동 수단(23)은 유압 작동 실린더, 공압 작동 실린더, 또는 유공압 작동 실린더로 구성되는 것을 특징으로 하는 성형기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 다이 부분(3.1)과 상기 제1 펀치 부분(5.1) 중 어느 하나 또는 모두가, 냉각 장치(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제2 다이 부분(3.2)과 상기 적어도 하나의 제2 펀치 부분(5.2) 중 어느 하나 또는 모두가, 제어 가능한 온도 조절 장치(9, 9.1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형기.
제6항에 있어서,
상기 온도 조절 장치(9, 9.1)는 가열기인 것을 특징으로 하는 성형기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제2 다이 부분(3.2)과 상기 적어도 하나의 제2 펀치 부분(5.2) 중 어느 하나 또는 모두가, 열 전도성이 낮은 재료로 제조되거나 또는 열 전도성이 낮은 표면 코팅을 갖는 것을 특징으로 하는 성형기.
강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법으로서, 제1항에 따른 성형기를 이용하여, 가공품을 성형하기 전에 가열하고, 이어서 다이(3) 및 펀치(5)와 냉각 장치(8)를 포함하는 성형기에서 열간 성형하는, 강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법에 있어서,
성형기(1, 1')가 밀폐된 상태에서, 성형기의 다이(3) 및 펀치(5)의 접촉면들과 가공품(2) 사이의 접촉은, 이동 가능한 다이 부분과 이동 가능한 펀치 부분을 폐쇄 위치에서 개방 위치까지 이동시킴으로써 여러 영역에서 간섭되는 것을 특징으로 하는, 강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법.
제9항에 있어서,
성형기의 접촉면들과 가공품 사이의 접촉이 여러 영역에서 간섭되는 가공품(2)의 영역(2.2)은, 성형기(1, 1')를 개방하기 전에, 이동 가능한 다이 부분과 이동 가능한 펀치 부분을 개방 위치에서 폐쇄 위치까지 되돌아가는 이동을 하게 함으로써, 다시 타격을 받는 것을 특징으로 하는, 강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법.
제9항에 있어서,
성형된 가공품(2)을 부분 프레스 경화한 후에 성형기(1')가, 성형기(1)의 접촉면(3.21, 5.21)들과 가공품(2) 사이의 접촉이 여러 영역에서 간섭받는 가공품(2)의 영역(2.2)을 재타격하지 않고, 개방되는 것을 특징으로 하는, 강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
성형기의 다이(3) 및 펀치(5)의 접촉면들과 가공품(2) 사이의 접촉은, 이동 가능한 다이 부분과 이동 가능한 펀치 부분을 폐쇄 위치에서 개방 위치까지 수차례 벌어지는 이동을 하게하고 후속하여 이동 가능한 다이 부분과 이동 가능한 펀치 부분을 개방 위치에서 폐쇄 위치까지 되돌아가는 이동을 하게 함으로써, 여러 영역에서 시간에 맞추어서 간섭되게 하는 것을 특징으로 하는, 강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법.
제12항에 있어서,
상기 시간을 맞춘 접촉 간섭은 총 접촉 횟수가 총 접촉 간섭 횟수보다 적도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법.
제12항에 있어서,
상기 시간을 맞춘 접촉 간섭은 총 접촉 횟수가 총 접촉 간섭 횟수와 같거나 또는 그보다 많도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
성형기(1, 1')의 접촉면(3.21, 5.21)들과 가공품(2) 사이의 접촉이 여러 영역에서 간섭을 받는 가공품(2)의 영역(2.2)은 성형 중에 사전에 가열되는 것을 특징으로 하는, 강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
성형 속도에 따라 제어되는 유지력이, 성형 중에, 가공품(2)의 가장자리 영역에 작용하는 것을 특징으로 하는, 강판으로 제조된 가공품을 열간 성형하고 부분적으로 프레스 경화하기 위한 방법.