KR101582917B1 - 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법 및 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법 및 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조를 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법 및 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조는 금형 내부에 밀착되어 있는 상태의 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로 냉각수가 공급되면서 열간 프레스 성형품이 직접 냉각되도록 하여 측벽부를 포함한 열간 프레스 성형품의 전체 부위에 걸쳐 균일한 강도 상승이 유도되는 기술적 특징을 갖는다.
본 발명에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법은 금형을 이루는 상형과 하형 사이에 배치된 소재가 설정된 열간성형 온도범위에서 열간 프레스 성형되어 열간 프레스 성형품이 형성되는 열간 프레스 성형단계와; 상형과 하형 사이에 배치되어 설정크기의 압력을 받고 있는 열간 프레스 성형품이 설정된 냉각 온도범위에서 냉각되어 열간 프레스 성형품의 강도 상승이 유도되는 성형품 냉각단계를 포함하고, 상기 성형품 냉각단계는 열간 프레스 성형품의 측벽부를 형성시키는 상형 측면부와 하형 측면부 중에서 선택된 어느 하나에 냉각수 채널과 복수의 냉각수 분사구 중에서 선택된 어느 하나가 구비되어 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로의 냉각수 공급이 수행되도록 하여, 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로 냉각수가 공급되면서 열간 프레스 성형품이 직접냉각되도록 하여 측벽부를 포함한 열간 프레스 성형품의 전체 부위에 걸쳐 균일한 강도 상승이 유도되되, 상기 냉각수 분사구의 개방된 끝단부를 가로지면서 형성되고, 상기 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면에 접촉되는 강도 보강체를 구비하여 상기 열간 프레스 성형품의 측벽부와 냉각수 분사구 간 간극에 의한 성형성 저하가 방지되도록 한다.

Description

열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법 및 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조{Cooling method for improving strength of hot stamped part and tool structure thereof}

본 발명은 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법 및 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 금형 내부에 밀착되어 있는 상태의 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로 냉각수가 공급되면서 열간 프레스 성형품이 직접 냉각되도록 하여 측벽부를 포함한 열간 프레스 성형품의 전체 부위에 걸쳐 균일한 강도 상승이 유도되는 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법 및 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조에 관한 것이다.

열간프레스 성형 공정은 담금질성 향상을 위해 보론과 망간을 함유한 보론강판을 오스테나이트화 온도(900~950℃)까지 가열한 후 프레스로 이송, 성형하여 냉각함으로써 상변태에 의해 초기 인장강도 600MPa급의 강판의 강도를 1500MPa급까지 증가시키는 성형 공정이다.

여기서 열간 프레스 성형품의 냉각을 위해서는 금형의 온도를 100℃ 이하의 저온으로 유지할 필요가 있으며, 금형으로의 열전달을 용이하게 하기 위해 전면 접촉한 상태로 비교적 높은 면압을 가해야 한다. 그러나 열간 프레스 성형품의 형상적인 측면에서 측벽부는 두께 감소가 발생할 뿐만 아니라 냉각 공정에서 압력을 가하더라도 낮은 면압이 부가되기 때문에 열전달 효율이 상당히 저하된다. 이에 따라 측벽부는 1000MPa 정도의 낮은 강도를 나타내는 문제점을 가지고 있으며, 실제 현장에서는 이러한 불량이 발생함에도 불구하고 부품으로 사용되고 있다.

한편 종래에는 도 1에서와 같이 상부 다이(10), 하부 펀치(20), 패드(30) 등으로 구성될 수 있는 금형 내부에 냉각장치(40)를 이루는 냉각 채널(41)을 가공하여 냉각수를 유동시킴에 따라 금형을 냉각시키는 간접 냉각 방식을 사용하고 있다. 여기서 금형의 냉각과 관련하여 본 발명자는 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1216518호 "냉각시스템이 구비된 열간 프레스 성형용 금형"을 출원한 바 있다.

이와 같은 간접 냉각 방식은 열간 프레스 성형품(1) 양산 시 지속적으로 상승하는 금형의 온도를 낮추는데 효율적이며 현재 대부분의 열간 프레스 성형 공정에 적용되고 있다. 그러나 직접적으로 소재를 냉각시키는 방식이 아닌 금형의 온도를 저온으로 유지하는 역할에 불과하므로 측벽부(1b)에 두께 감소가 발생하여 낮은 접촉면압이 부가될 경우, 이러한 부위에서는 냉각효율이 급격히 저하되는 문제점을 가지고 있다.

(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1216518호 "냉각시스템이 구비된 열간 프레스 성형용 금형"

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 열간 프레스 성형품 측벽부에 대응하는 금형의 측면부에 냉각수 분사구나 냉각수 채널이 개방되게 형성되어 금형 내부에 밀착되어 있는 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로 냉각수가 공급되어 열간 프레스 성형품이 직접 냉각됨으로써 측벽부를 포함한 열간 프레스 성형품의 전체 부위에 걸쳐 균일한 강도 상승이 유도되도록 하는 새로운 형태의 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법 및 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 열간 프레스 성형품의 성형성이 높게 유지되면서 열간 프레스 성형품의 측벽부 냉각 효율이 증대되도록 하는 새로운 형태의 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법 및 그를 위한 금형 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 금형을 이루는 상형과 하형 사이에 배치된 소재가 설정된 열간성형 온도범위에서 열간 프레스 성형되어 열간 프레스 성형품이 형성되는 열간 프레스 성형단계와; 상형과 하형 사이에 배치되어 설정크기의 압력을 받고 있는 열간 프레스 성형품이 설정된 냉각 온도범위에서 냉각되어 열간 프레스 성형품의 강도 상승이 유도되는 성형품 냉각단계를 포함하고, 상기 성형품 냉각단계는 열간 프레스 성형품의 측벽부를 형성시키는 상형 측면부와 하형 측면부 중에서 선택된 어느 하나에 냉각수 채널과 복수의 냉각수 분사구 중에서 선택된 어느 하나가 구비되어 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로의 냉각수 공급이 수행되도록 하여, 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로 냉각수가 공급되면서 열간 프레스 성형품이 직접냉각되도록 하여 측벽부를 포함한 열간 프레스 성형품의 전체 부위에 걸쳐 균일한 강도 상승이 유도되되, 상기 냉각수 분사구의 개방된 끝단부를 가로지면서 형성되고, 상기 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면에 접촉되는 강도 보강체를 구비하여 상기 열간 프레스 성형품의 측벽부와 냉각수 분사구 간 간극에 의한 성형성 저하가 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법을 제공한다.

삭제

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 소재에 대한 열간 프레스 성형을 수행하는 금형의 상형과 하형 중에서 선택된 어느 하나의 측면부에 냉각수 채널과 복수의 냉각수 분사구 중에서 선택된 어느 하나가 구비되되, 상기 냉각수 채널은 측면부의 외측방향으로 개방되게 형성된 설정 형상의 통로로 이루어지고, 복수의 냉각수 분사구는 측면부의 설정 위치에 개방되게 배치되는 것이고, 소재의 열간 프레스 성형에 의해 성형되어 상형과 하형 사이에 배치된 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로 상기 냉각수 채널과 복수의 냉각수 분사구 중에서 선택된 어느 하나를 통해 냉각수가 직접 공급되면서 열간 프레스 성형품의 측벽부에 대한 직접냉각이 유도되며, 상기 냉각수 분사구의 개방된 끝단부를 가로지면서 형성되고, 상기 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면에 접촉되는 강도 보강체를 구비하여 상기 열간 프레스 성형품의 측벽부와 냉각수 분사구 간 간극에 의한 성형성 저하가 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조를 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형은 각각의 냉각수 분사구와 연통되게 형성되는 복수의 냉각수 분사노즐과; 냉각수 분사구가 형성된 측면부를 갖는 상형와 하형 중에서 선택된 어느 하나의 내부에 형성되어 복수의 냉각수 분사노즐로 냉각수를 전달하는 냉각수 유로와; 상기 냉각수 유로로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치를 포함할 수 있다.

삭제

여기서 상기 강도 보강체는 일자형 스틱체, 십자형 스틱체, 망형 스틱체 군 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

본 발명에 의한 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법 및 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조에 의하면, 금형의 측면부에 개방 형성된 냉각수 분사구나 냉각수 채널을 통해 금형 내부에 밀착된 상태의 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로 냉각수가 공급되어 열간 프레스 성형품이 직접 냉각되는 구조의 제공으로, 열간 프레스 성형품의 측벽부 냉각 효율이 증대되어 측벽부를 포함한 열간 프레스 성형품의 전체 부위에 걸쳐 균일한 강도 상승이 유도되고, 종래의 금형 간접 냉각 방식에 비해 생산성이 향상되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 냉각수 분사구에 강도 보강체가 형성되어 열간 프레스 성형품의 측벽부와 냉각수 분사구 간 간극에 의한 성형성 저하가 방지되는 구조의 제공으로, 열간 프레스 성형품의 성형성이 높게 유지되면서 열간 프레스 성형품의 측벽부 냉각 효율이 증대되는 효과가 있다.

도 1은 종래 종래 간접 냉각 방식이 적용된 금형 구조를 보여주기 위한 도면;
도 2는 본 발명에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법을 보여주기 위한 블록도;
도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조를 보여주기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조를 보여주기 위한 도면;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조를 보여주기 위한 도면;
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조를 보여주기 위한 수직단면도;
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형의 전체 예시도;
도 8의 (a) 내지 (c)는 강도 보강체가 적용된 본 발명의 제2실시예에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조를 보여주기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 8에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 금형, 금형 냉각구조, 열간 프레스 성형 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

본 발명의 실시예에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법은 도 2에서와 같이 열간 프레스 성형단계와 성형품 냉각단계를 거쳐 수행된다.

열간 프레스 성형단계는 금형(100)을 이루는 상형(200)과 하형(300) 사이에 배치된 소재가 설정된 열간성형 온도범위에서 열간 프레스 성형되어 열간 프레스 성형품이 형성되는 단계이다.

성형품 냉각단계는 상형(200)과 하형(300) 사이에 배치되어 설정크기의 압력을 받고 있는 열간 프레스 성형품(1)이 설정된 냉각 온도범위에서 냉각되어 열간 프레스 성형품의 강도 상승이 유도되는 단계이다. 이와 같은 성형품 냉각단계는 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b) 표면으로 냉각수가 공급되면서 열간 프레스 성형품(1)이 직접냉각되도록 하여 측벽부(1b)를 포함한 열간 프레스 성형품(1)의 전체 부위(1a)(1b)에 걸쳐 균일한 강도 상승이 유도되도록 한다.

여기서 본 발명의 실시예에 따른 성형품 냉각단계는 도 3의 (a)와 (b)에서와 같이 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b)를 형성시키는 상형(200) 측면부나 하형(300) 측면부에 냉각수 채널(500)이나 복수의 냉각수 분사구(400)가 형성되도록 함으로써 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b) 표면으로의 냉각수 공급이 수행되도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조는 소재에 대한 열간 프레스 성형을 수행하는 금형(100)의 상형(200)이나 하형(300)의 측면부에 냉각수 채널(500)이나 복수의 냉각수 분사구(400)가 구비되도록 하는 것으로, 소재의 열간 프레스 성형에 의해 성형되어 상형(200)과 하형(300) 사이에 배치된 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b) 표면으로 냉각수 채널(500)이나 복수의 냉각수 분사구(400)를 통해 냉각수가 직접 공급되면서 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b)에 대한 직접냉각이 유도되도록 한다.

냉각수 채널(500)은 도 4에서와 같이 금형(100) 측면부의 외측방향으로 개방되게 형성된 설정 형상의 통로로 이루어진다. 냉각수 채널(500)은 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b)에 대응하는 금형(100) 측면부위 전체를 포괄하는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 여기서 금형(100)에는 냉각수 공급장치(520)로부터 공급되는 냉각수가 유입되는 냉각수 유로 입구(510)가 형성되고, 냉각수 채널(500) 일단부에는 냉각수 유입구(520)가 형성된다.

복수의 냉각수 분사구(400)는 도 5에서와 같이 금형(100) 측면부의 설정 위치에 개방되게 배치되는 것으로, 금형(100) 측면부에 설정간격으로 1열 이상의 열을 이루며 배치될 수 있다. 또한 복수의 냉각수 분사구(400)는 서로 접하면서 금형(100) 측면부에 설정간격으로 1열 이상의 열을 이루며 배치될 수도 있다. 금형(100)에는 도 6과 도 7에서와 같이 각각의 냉각수 분사구(400)와 연통되게 형성되는 복수의 냉각수 분사노즐(410), 냉각수 분사구(400)가 형성된 측면부를 갖는 상형(200)이나 하형(300)의 내부에 형성되어 복수의 냉각수 분사노즐(410)로 냉각수를 전달하는 냉각수 유로(420)가 형성되고, 냉각수 공급장치를 통해 냉각수 유로(420)로 냉각수가 공급된다.

한편 도 8에서와 같이 냉각수 분사구(400)의 개방된 끝단부를 가로지면서 강도 보강체(600)가 형성될 수 있는데, 이와 같은 강도 보강체(600)는 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b) 표면에 접촉되어 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b)와 냉각수 분사구(400) 간 간극에 의한 성형성 저하가 방지되도록 한다.

강도 보강체(600)는 도 8의 (a)에서와 같이 일자형 스틱체(600a), 도 8의 (b)에서와 같이 십자형 스틱체(600b), 도 8의 (c)에서와 같이 망형 스틱체(600c) 등으로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법 및 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조는 금형(100)의 측면부에 개방 형성된 냉각수 분사구(400)나 냉각수 채널(500)을 통해 금형(100) 내부에 밀착된 상태의 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b) 표면으로 냉각수가 공급되어 열간 프레스 성형품(1)이 직접 냉각되는 구조의 제공으로, 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b) 냉각 효율이 증대되어 측벽부(1b)를 포함한 열간 프레스 성형품(1)의 전체 부위에 걸쳐 균일한 강도 상승이 유도되고, 종래의 금형 간접 냉각 방식에 비해 생산성이 향상되는 특징이 있다.

또한 본 발명은 냉각수 분사구(400)에 강도 보강체(600)가 형성되어 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b)와 냉각수 분사구(400) 간 간극에 의한 성형성 저하가 방지되는 구조의 제공으로, 열간 프레스 성형품(1)의 성형성이 높게 유지되면서 열간 프레스 성형품(1)의 측벽부(1b) 냉각 효율이 증대되는 효과가 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법 및 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

1 : 열간 프레스 성형품 1a : 바닥부
1b : 측벽부 10, 200a : 상부 다이
20, 300a : 하부 펀치 30, 200b : 패드
40 : 냉각장치 41 : 냉각채널
100 : 금형 200 : 상형
300 : 하형 400 : 냉각수 분사구
410 : 냉각수 분사노즐 420 : 냉각수 유로
500 : 냉각수 채널 510 : 냉각수 유로 입구
520 : 냉각수 유입구 600 : 강도 보강체
600a : 일자형 스틱체 600b : 십자형 스틱체
600c : 망형 스틱체

Claims (6)

1. 금형을 이루는 상형과 하형 사이에 배치된 소재가 설정된 열간성형 온도범위에서 열간 프레스 성형되어 열간 프레스 성형품이 형성되는 열간 프레스 성형단계와;
   상형과 하형 사이에 배치되어 설정크기의 압력을 받고 있는 열간 프레스 성형품이 설정된 냉각 온도범위에서 냉각되어 열간 프레스 성형품의 강도 상승이 유도되는 성형품 냉각단계를 포함하고,
   상기 성형품 냉각단계는 열간 프레스 성형품의 측벽부를 형성시키는 상형 측면부와 하형 측면부 중에서 선택된 어느 하나에 냉각수 채널과 복수의 냉각수 분사구 중에서 선택된 어느 하나가 구비되어 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로의 냉각수 공급이 수행되도록 하여, 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로 냉각수가 공급되면서 열간 프레스 성형품이 직접냉각되도록 하여 측벽부를 포함한 열간 프레스 성형품의 전체 부위에 걸쳐 균일한 강도 상승이 유도되되,
   상기 냉각수 분사구의 개방된 끝단부를 가로지면서 형성되고, 상기 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면에 접촉되는 강도 보강체를 구비하여 상기 열간 프레스 성형품의 측벽부와 냉각수 분사구 간 간극에 의한 성형성 저하가 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 냉각방법.
2. 삭제
3. 소재에 대한 열간 프레스 성형을 수행하는 금형의 상형과 하형 중에서 선택된 어느 하나의 측면부에 냉각수 채널과 복수의 냉각수 분사구 중에서 선택된 어느 하나가 구비되되,
   상기 냉각수 채널은 측면부의 외측방향으로 개방되게 형성된 설정 형상의 통로로 이루어지고, 복수의 냉각수 분사구는 측면부의 설정 위치에 개방되게 배치되는 것이고,
   소재의 열간 프레스 성형에 의해 성형되어 상형과 하형 사이에 배치된 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면으로 상기 냉각수 채널과 복수의 냉각수 분사구 중에서 선택된 어느 하나를 통해 냉각수가 직접 공급되면서 열간 프레스 성형품의 측벽부에 대한 직접냉각이 유도되며,
   상기 냉각수 분사구의 개방된 끝단부를 가로지면서 형성되고, 상기 열간 프레스 성형품의 측벽부 표면에 접촉되는 강도 보강체를 구비하여 상기 열간 프레스 성형품의 측벽부와 냉각수 분사구 간 간극에 의한 성형성 저하가 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조.
4. 제 3항에 있어서,
   각각의 냉각수 분사구와 연통되게 형성되는 복수의 냉각수 분사노즐과;
   냉각수 분사구가 형성된 측면부를 갖는 상형와 하형 중에서 선택된 어느 하나의 내부에 형성되어 복수의 냉각수 분사노즐로 냉각수를 전달하는 냉각수 유로와;
   상기 냉각수 유로로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조.
5. 삭제
6. 제 3항에 있어서,
   상기 강도 보강체는 일자형 스틱체, 십자형 스틱체, 망형 스틱체 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품의 측벽부 강도 향상을 위한 금형 구조.

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