KR101550423B1 - 단열유로가 구비된 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 성형장치는 제1금형 및 성형대상물의 적어도 일부에 열을 전달하기 위한 가열부을 포함하고, 상기 제1금형과 합형에 의하여 성형대상물을 성형하기 위한 성형공간 및 상기 가열부의 열이 상기 성형공간으로 전달되는 것을 차단하는 단열유로가 형성된 제2금형을 포함한다.

Description

단열유로가 구비된 성형장치{Forming Device with Heat-insulation Flow Path}

본 발명은 단열유로를 구비한 성형장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 성형장치 내의 단열유로가 가열부의 열이 상기 성형공간으로 전달되는 것을 차단할 수 있는 성형장치에 관한 것이다.

최근 환경규제 강화에 따른 차량의 연비에 대한 요구가 증가되고, 또한 안전성 향상에 대한 요구도 증대되고 있다.

이러한 요구를 충족시키기 위한 차체의 경량화 및 강도의 향상을 모두 만족하는 차량 프레임의 성형공법 중에 핫스템핑(Hot-stamping) 공법이 있다.

핫스템핑 공법은 보론이 첨가된 보론강에 약 900℃ 이상의 온도까지 가열한 뒤 상온의 금형에서 성형과 동시에 급속히 냉각시키는 공정이다.

이러한 공정을 통해 성형대상물을 급속 냉각하여 성형하면 성형대상물에 대하여 ?칭(Quenching)효과를 얻어 성형대상물의 강도가 크게 향상된다.

하지만 핫스템핑 공법은 성형대상물의 강도 향상으로 인해 트리밍(Trimming)시에 전단 금형의 사용이 어려운 단점이 있다.

또한, 전단 금형을 사용할 때 성형대상물의 높은 강도에 의해 금형에 손상이 발생하여 금형 유지보수 비용이 증가하는 문제점이 있다.

반면, 전단 금형을 사용하지 않고 레이저 가공을 통해 트리밍을 실시하게 되면 가공 시간 및 비용이 증가하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 트리밍 부위의 냉각속도를 낮추는 방법은 한국등록특허 제10-1035785호에도 기재되어 있다.

하지만, 단순히 열전도율이 낮은 단열부재를 이용하는 방식은 충분한 단열효과를 얻기 어려울 뿐만 아니라, 열전도율이 낮은 단열부재가 비교적 온도가 더 높다 하더라도 성형 대상물의 냉각을 늦추기에는 매우 낮은 온도라는 문제점이 있다.

또한, 성형대상물의 트리밍 라인이 복잡한 형태를 이루고 있을 때 단열부재를 그 형태에 맞게 성형하여 설치하는 것도 까다롭다는 문제점도 있다.

[문헌 1] 한국등록특허, 제10-1035785호, 2008년 07월 25일

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 성형장치 내의 가열부와 성형공간 사이에 단열유로를 형성하여 가열부의 열이 성형공간으로 전달되는 것을 막음으로써 성형대상물의 성형 이후에 트리밍 공정을 보다 쉽게 개선시킬 수 있는 성형장치를 제공함에 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 성형장치는 제1금형 및 성형대상물의 적어도 일부에 열을 전달하기 위한 가열부를 포함하고, 상기 제1금형과 합형에 의하여 성형대상물을 성형하기 위한 성형공간 및 상기 가열부의 열이 상기 성형공간으로 전달되는 것을 차단하는 단열유로가 형성된 제2금형을 포함한다.

그리고, 상기 단열유로는 열매체유입부 및 열매체유출부가 형성되고, 상기 열매체유입부로 단열을 위한 열매체를 공급하는 열매체공급부를 더 포함할 수 있다.

또한, 제1금형에는 상기 제2금형의 성형공간의 성형대상물을 냉각하기 위한 냉각유로가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1금형에는 상기 제2금형의 성형공간의 성형대상물을 성형하기 위한 가압부가 형성되고, 상기 가압부에 냉각유로가 형성될 수 있다.

또한, 상기 단열유로는 상기 성형공간을 둘러싸도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 단열유로가 상기 제2금형 상면에 개구부를 형성하여, 상기 단열유로는 상기 제1금형과 상기 제2금형의 합형에 의해서 형성될 수 있다.

또는, 상기 단열유로가 상기 제1금형에 확장되어 형성되며, 상기 단열유로는 상기 제1금형과 상기 제2금형의 합형에 의해서 형성될 수 있다.

이때, 상기 단열유로 내에서 상기 가열부와 상기 성형공간 사이의 간격을 지지하는 지지부재가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 단열유로에는 열매체유입부가 형성되고, 상기 단열유로는 상기 열매체유입부를 통하여 유입된 열매체가 분산되는 복수 개의 유로를 포함하며, 상기 단열유로에는 상기 유입부로 유입된 열매체를 각각의 유로로 유도하는 유도부가 구비될 수 있다.

또한, 상기 단열유로는 상기 유체의 진행방향을 따라 단면적이 작아지도록 형성될 수 있다.

상기한 구성을 가지는 본 발명의 골편 고정장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 성형대상물의 강도를 크게 향상시키면서 트리밍 라인에 대한 전단이 용이하다는 효과가 있다.

둘째, 레이저 가공에 비해서 상대적으로 성형대상물의 가공에 비용과 시간이 절약된다는 효과가 있다.

셋째, 단열유로를 통해 열매체가 순환하면서 단열을 하기 때문에 단열의 효율이 높아진다는 효과가 있다. 이를 통해 별도의 단열부재를 가공하여 설치하는 과정이 줄어들어 성형장치의 제작이 용이하다는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치의 전체적인 구성을 나타내는 사시도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치의 전체적인 구성을 나타내는 정면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치의 제1금형에 형성된 냉각유로를 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치의 제2금형에 형성된 가열부를 나타내는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치에 형성된 단열유로를 나타내는 도면;
도 6은 본 발명의 성형장치에 형성된 단열유로의 실시예를 나타내는 단면도;
도 7은 본 발명의 성형장치에 형성된 단열유로가 열매체의 진행방향을 따라 단면적이 작아지는 상태를 나타내는 도면; 및
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치를 이용하여 성형대상물을 성형할 때 형성되는 가열부위와 냉각부위를 나타내는 도면.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

성형장치의 구성

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치의 전체적인 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치의 전체적인 구성을 나타내는 정면도이다.

본 발명의 성형장치는 성형장치 내의 가열부(220)와 성형공간(210) 사이에 단열유로(230)를 형성하여 가열부(220)의 열이 성형공간(210)으로 전달되는 것을 막음으로써 성형대상물(P)의 성형 이후에 트리밍 공정을 보다 쉽게 수행하기 위한 장치이다.

본 발명의 성형장치는 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이, 크게 제1금형(100)과 제2금형(200)으로 구성된다.

제1금형(100)은 성형대상물(P)보다 같거나 큰 면적을 가지는 박스형태로 형성되고, 후술하는 제2금형(200)의 상부에 위치하며, 후술하는 제2금형(200) 성형공간(210)에 대응되는 위치에 성형대상물(P)을 압착하기 위한 가압부(110)가 형성된다.

가압부(110)는 성형대상물(P)을 성형하는 형태로 형성되며 상기 제1금형(100)과 별도로 상하 이동이 가능하도록 분리되어 형성된다.

제2금형(200)은 상기 제1금형(100)의 하부에 위치하며 제1금형(100)이 성형대상물(P)을 압착할 때 상기 성형대상물(P)과 제1금형(100)을 지지한다.

제2금형(200)은 성형대상물(P)이 성형되는 형태로 형성된 성형공간(210)을 포함하고 있으며, 성형공간(210)은 상기 가압부(110)의 형태와 대응되어 제1금형(100)과 제2금형(200)의 합형에 의하여 성형대상물(P)을 성형하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치의 제1금형에 형성된 냉각유로를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 가압부(110)에는 성형대상물(P)을 성형하는 과정에서 상기 성형대상물(P)을 냉각할 수 있는 냉각유로(120)가 포함된다.

냉각유로(120)는 냉매가 유로를 따라 흐르며 상기 가압부(110)를 냉각시켜 가압부(110)가 성형대상물(P)을 압착하며 성형할 때 상기 성형대상물(P)을 냉각시키도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치의 제2금형에 형성된 가열부를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치에 형성된 단열유로를 나타내는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이 제2금형(200)은 성형대상물(P)을 가열하기 위한 가열부(220)를 포함한다.

가열부(220)는 성형대상물(P)이 성형되어 제품화 되는 부위를 제외한 나머지 부분을 가열하도록 배치되며, 제2금형(200)의 내부에 가열라인이 들어가는 형태로 형성된다.

상기 성형대상물(P)이 성형된 이후에 제품화 되는 부분의 경계를 잘라내는데, 이때 잘라내는 경계를 트리밍라인(L)이라 한다. 즉, 가열부(220)는 제2금형(200)에서 상기 트리밍라인(L)의 외측에 형성되어 성형대상물(P)의 트리밍라인(L) 외측을 가열하게 된다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이 제2금형(200)은 상기 트리밍라인(L)을 따라 형성되는 단열유로(230)를 더 포함한다.

단열유로(230)는 트리밍라인(L)과 대응되는 경로를 따라 제2금형(200) 내에 형성되며 상기 가열부(220)와 성형공간(210) 간의 열전달을 차단할 수 있도록 제2금형(200)의 가열부(220) 부분과 성형공간(210) 부분을 단절하여 형성된다.

또한, 단열유로(230)는 열매체가 단열유로(230) 내부로 들어올 수 있는 열매체유입부(231)와 내부로 들어온 열매체가 배출되는 열매체배출부(232)를 포함한다.

열매체는 상기 열매체유입부(231)를 통해 단열유로(230)로 유입되어 순환하고, 상기 열매체배출부(232)를 통하여 배출된다.

그리고, 열매체를 상기 열매체유입부(231)로 공급하는 열매체공급부(240)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 열매체로 공기를 사용하기 때문에 컴프레셔와 같은 장치가 열매체공급부(240)로 구성되지만, 열매체의 상태에 따라 펌프 등과 같은 장치가 구성될 수도 있다.

상기 열매체유입부(231)를 통해 들어온 열매체가 두 방향의 단열유로(230)로 분산되어 순환하도록 유입된 열매체를 각각 다른 방향의 단열유로(230)로 유도하는 유도부(233)가 구비된다.

열매체유입부(231)는 열매체가 단열유로(230)내에서 효과적으로 순환하기 위해 1개 이상 구비될 수 있으며, 다수의 열매체유입부(231)를 다양한 방향에서 배치하는 것도 가능하다.

또한, 단열유로(230)로 인해 가열부(220)가 구비된 영역과 성형공간(210)이 구비된 영역이 단절되어 있으므로 안정성의 향상을 위해 단열유로(230)의 폭을 연결하는 지지부재(234)를 더 구비할 수 있다.

도 6은 본 발명의 성형장치에 형성된 단열유로의 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이 상기 단열유로(230)는 다양한 형태로 구성이 가능하나, 보다 나은 단열효과를 위해서 제2금형(200)의 가열부(220)와 성형공간(210)이 연결된 부위를 최소화하는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 금형 내부에 유로를 형성하여 가열부(220)와 성형공간(210) 사이의 열전달을 차단하도록 형성될 수 있다.

그리고, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 단열유로(230)는 제2금형(200) 내에 형성되면서 제2금형(200)의 상면에 개구부를 형성하여 상기 제1금형(100)과 제2금형(200)의 합형에 의해서 단열유로(230)가 밀폐되는 구조로 형성될 수도 있다.

또는, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 단열유로(230)가 제1금형(100)까지 확장되어서 제1금형(100)의 내부에 상기 단열유로(230)와 대응되는 형태의 유로가 형성되어 가압부(110) 내부의 냉각유로(120)를 통한 저온이 제1금형(100)을 통해 성형대상물(P)로 전달되는 것을 차단하도록 하는 확장된 단열유로(230)가 형성될 수도 있다.

이러한 경우, 단열유로(230)의 중간에 성형대상물(P)이 제1금형(100)의 단열유로(230)와 제2금형(200)의 단열유로를 분리하게 되므로 제1금형(100)에 형성된 단열유로(230)에도 별도의 열매체유입부(231)와 열매체배출부(232)를 구비한다.

도 7은 본 발명의 성형장치에 형성된 단열유로가 열매체의 진행방향을 따라 단면적이 커지는 상태를 나타내는 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이 단열유로(230)는 유로의 전 구간에서 균등한 단열효과를 얻기 위하여 열매체유입부(231)를 통해 유입된 열매체가 열매체배출부(232)까지 흐르는 과정에서 상기 열매체의 진행방향을 따라 단열유로(230)의 단면적이 커지도록 형성될 수 있다.

이상 상술한 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명한 것으로 상기 제1금형(100)과 제2금형(200)의 구성이 반대로 구성되거나, 일측 금형의 구성 일부가 타측의 금형에 구성되는 경우도 모두 적용이 가능하다.

성형장치의 사용양태와 기능

본 발명에 따른 성형장치의 사용양태와 기능은 다음과 같다.

본 발명에 따른 성형장치에 사용되는 성형 대상물은 일반적으로 금속으로 형성된 판재이며 성형과정을 거치기 전에 고온으로 가열된다.

고온으로 가열된 성형대상물(P)을 본 발명에 따른 성형장치의 제1금형(100)과 제2금형(200)의 사이에 안착시키고, 제1금형(100)은 제2금형(200)의 상부에서 상하로 움직이며 제1금형(100)과 제2금형(200)의 사이에 위치하는 성형대상물(P)을 압착한다.

제1금형(100)이 성형대상물(P)을 압착하는 동안 제1금형(100)에 구비된 가압부(110)가 제2금형(200)에 구비된 성형공간(210)으로 성형대상물(P)을 압착하여 성형대상물(P)이 성형공간(210)의 형태와 대응되는 형태로 성형된다.

이때, 가압부(110)에 구비된 냉각유로(120)를 통해 냉매가 흐르며 성형대상물(P)이 급속히 냉각되고, 그에 따라 성형대상물(P)이 ?칭효과를 얻어 강도가 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

반면, 제품화가 되는 부위가 아닌 트리밍라인(L)의 외측에 해당하는 성형대상물(P)은 제2금형(200)에 구비된 가열부(220)로 인해 가열되며 비교적 느린 속도로 냉각되고, 성형대상물(P)의 강도도 크게 증가하지 않는다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치를 이용하여 성형대상물을 성형할 때 형성되는 가열부위와 냉각부위를 나타내는 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이 성형대상물(P)의 트리밍라인(L)을 기준으로 내측은 냉각부위(T2)가 형성되고, 외측은 가열부위(T1)가 형성된다.

따라서, 트리밍라인(L)을 기준으로 내측 성형대상물(P)의 강도는 매우 향상되고, 외측 성형대상물(P)의 강도는 비교적 낮은 상태이다.

이후 전단 공정을 통해 상기 성형대상물(P)의 트리밍라인(L)을 전단하게 되는데 상기 트리밍라인(L) 부위의 성형대상물(P) 강도는 크게 향상되지 않아서 비교적 쉽게 전단 공정을 수행할 수 있으며, 전단 금형의 손상을 방지하고 가공에 드는 시간과 노력을 크게 절약할 수 있다.

하지만 이러한 성형 공정을 거치는 과정에서 냉각유로(120)의 냉기 또는 가열부(220)의 열기가 금형을 통해 열전달 되어 냉각부위(T2)에 가열부(220)의 열이 전달되거나, 가열부위(T1)에 냉각유로(120)의 냉기가 전달되는 것을 막기 위해서 단열유로(230)를 이용한다.

단열유로(230)를 통해 금형의 가열부위(T1)와 냉각부위(T2)가 분리되므로 1차적으로 열전달을 막을 수 있고, 단열유로(230)를 통해 열매체가 순환을 하며 통과하기 때문에 단열용 열매체를 통해 작게나마 이동할 수 있는 열도 차단되어 효과적이고 균일한 단열효과를 얻을 수 있다.

열매체공급부(240)를 통해 열매체를 연속적으로 공급하기 때문에 가열된 열매체는 열매체배출부(232)를 통해 배출되고 가열되지 않은 열매체가 열매체유입부(231)로 공급되어 단열유로(230) 내에서 순환되며, 보다 효과적인 단열의 수행이 가능하다.

본 실시예에서는 열매체로 공기를 이용하고 있으나, 열전도가 낮고 유로를 흐를 수 있는 가스 또는 액체라면 어떠한 것이든 적용이 가능하다.

단열유로(230)는 다양한 형태로 형성될 수 있는데 본 실시예에서는 제2금형(200)내에 형성되고, 제2금형(200)의 상면에 개구부를 형성하여 제1금형(100)과 제2금형(200)의 합형에 의해 밀폐되는 단열유로의 구성을 지니고 있다.

제1금형(100)의 냉각유로(120)는 가압부(110)에 형성되어 있기 때문에 냉각유로(120)의 저온이 제1금형(100)으로 용이하게 전달되지는 않는다. 하지만 제2금형(200)에 형성된 단열유로(230)와 대응되는 형태로 제1금형(100)에도 단열유로(230)를 형성하게 되면 냉각유로(120)의 저온이 제1금형(100)을 통해 성형대상물(P)로 전해지는 것을 방지하여 보다 높은 단열효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 단열유로(230)는 열매체유입부(231)에 유도부(233)를 포함하고 있어서 단열유로(230)로 유입된 열매체가 양방향의 단열유로(230)로 분산되어 흐르게 된다. 따라서 트리밍라인(L)을 따라 전체적으로 단열효과를 달성할 수 있다.

열매체유입부(231)를 다양한 위치에 1개 이상 구비하여 열매체가 단열유로(230)를 통과하면서 열을 받아 열매체유입부(231)에서 열매체배출부(232)로 가면서 단열효과가 점차 떨어지는 것을 방지할 수도 있다.

또는, 단열유로(230)를 상기 열매체의 진행방향을 따라 단면적이 커지도록 형성하면 단열유로(230)를 통과하는 열매체의 진행 속도가 점차 느려져서 보다 균등한 단열성능을 확보할 수 있다.

단열유로(230)의 전단에서 단열을 하며 가열된 열매체가 유동하면서 후단으로 진행하기 때문에 전단과 후단의 단열효과가 차이가 있을 수 있다. 따라서 후단에 상대적으로 많은 열매체를 유동시키도록 단면적을 조절하면 균일한 단열성능을 확보할 수 있다.

단열유로(230)의 형성으로 인해 제2금형(200)이 크게 가열부(220)가 형성된 부위 및 성형공간(210)이 형성된 부위 두 부분으로 단절되어 있으므로 상기 단열유로(230)내에서 제2금형의(200)의 두 부분을 연결해 주는 지지부재(234)를 두어 보다 나은 안정성을 확보하는 것이 가능하다.

그리고 지지부재(234)는 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 바람직하게는 제1금형과의 접촉 단면적을 최소화할 수 있는 형태로 형성된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 제1금형 110: 가압부
120: 냉각유로 200: 제2금형
210: 성형공간 220: 가열부
230: 단열유로 231: 열매체유입부
232: 열매체배출부 233: 유도부
234: 지지부재 240: 열매체공급부
P: 성형대상물 L: 트리밍라인
T1: 가열부위 T2: 냉각부위

Claims (10)

1. 제1금형; 및
   성형대상물의 적어도 일부에 열을 전달하기 위한 가열부을 포함하고, 상기 제1금형과 합형에 의하여 성형대상물을 성형하기 위한 성형공간 및 상기 가열부의 열이 상기 성형공간으로 전달되는 것을 차단하기 위하여 성형대상물의 제품화되는 부분의 경계인 트리밍라인을 따라 단열유로가 형성되는 제2금형;
   을 포함하는 성형장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단열유로는 열매체 유입부 및 열매체 유출부가 형성되고,
   상기 열매체유입부로 단열을 위한 열매체를 공급하는 열매체공급부를 더 포함하는 성형장치.
3. 제1항에 있어서,
   제1금형에는 상기 제2금형의 성형공간의 성형대상물을 냉각하기 위한 냉각유로가 형성된 성형장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1금형에는 상기 제2금형의 성형공간의 성형대상물을 성형하기 위한 가압부가 형성되고,
   상기 가압부에 냉각유로가 형성된 성형장치.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 단열유로가 상기 제2금형 상면에 개구부를 형성하여,
   상기 단열유로는 상기 제1금형과 상기 제2금형의 합형에 의해서 형성되는 성형장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 단열유로가 상기 제1금형에 확장되어 형성되며,
   상기 단열유로는 상기 제1금형과 상기 제2금형의 합형에 의해서 형성되는 성형장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 단열유로 내에서 상기 가열부와 상기 성형공간 사이의 간격을 지지하는 지지부재가 형성되는 성형장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 단열유로에는 열매체유입부가 형성되고,
   상기 단열유로는 상기 열매체유입부를 통하여 유입된 열매체가 분산되는 복수 개의 유로를 포함하며,
   상기 단열유로에는 상기 유입부로 유입된 열매체를 각각의 유로로 유도하는 유도부가 구비된 성형장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 단열유로는 상기 열매체의 진행방향을 따라 단면적이 작아지도록 형성되는 성형장치.
    

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