KR101634676B1 - 냉각채널을 구비한 핫스탬핑용 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 냉각채널이 구비된 핫스탬핑용 금형은 상기 금형 중 성형소재의 하측에 배치되는 하부 금형은 그 상면이 성형소재의 형상과 동일하게 형성되고 성형소재의 길이방향을 따라 형성되는 두 개의 금형섹션을 포함하여 이루어지며, 각 금형섹션은 성형소재를 냉각시키기 위한 냉각수가 이동하는 냉각수 유동채널을 구비하고, 각 금형섹션의 냉각수 유동채널은 반대쪽 금형섹션으로부터 떨어진 원위측 단부에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구와, 상기 냉각수 유입구로부터 유입된 냉각수가 반대쪽 금형섹션과 인접한 근위측 단부까지 이동하면서 성형소재를 냉각시키기 위해 상기 금형섹션의 상면에서 일정 간격 이격되어 형성되는 냉각채널부와, 상기 냉각채널부에서 반대쪽 금형섹션과 인접한 근위측 단부까지 이동한 냉각수를 원위측 단부로 냉각수를 안내하기 위한 배출채널부와, 반대쪽 금형섹션으로부터 떨어진 원위측 단부에 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각채널을 구비한 핫스탬핑용 금형{MOLD HAVING COOLING CHANNEL FOR HOT STAMPING}

본 발명은 핫스탬핑용 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핫스탬핑시 성형제품을 냉각시키는 냉각채널을 구비한 핫스탬핑용 금형에 관한 것이다.

안전 및 충돌 성능 요구에 대한 충족을 위해 구조물 및 안전 부품에 대한 초고강도강의 사용이 증가하고 있다. 콜드 스탬핑(cold stamping)의 경우 제조 부품의 안전 및 충돌 성능을 높이기 위해서는 강판 두께의 증가나 덧대어지는 별도의 리인포스 부품을 필요로 한다.

상기 콜드 스탬핑에 비하여 핫 스탬핑은 1500Mpa 이상의 고강도 경량 부품을 단순한 공정을 통해 비교적 손쉽게 제조할 수 있으며 강도 증가를 위한 강판 두께의 증가나 리인포스 부품을 필요로 하지 않는다. 이는 소위 보론 강판을 고온에서 프레스 성형 및 냉각하기 때문인데, 이러한 핫 스탬핑은 1970년대 초반 스웨덴 Norrbottens Jarnverk A.B.사에 의해 제안되었으며, 이 회사의 영국특허 1490535호 공보에 핫 스탬핑 기술 및 보론강에 대하여 자세히 기술되어 있다.

도 1을 참조하면, 핫 스탬핑은 강판(1)을 가열로(10)에서 Ac3 이상의 고온으로 가열한 후 프레스(20) 내에서 성형과 동시에 급속 냉각시켜 1500Mpa 이상의 고강도 강판 부품(2)을 제조하는 연속적인 공정으로 이루어진다. 이러한 핫 스탬핑은 핫포밍(Hot Forming), 핫프레싱(Hot Pressing) 등으로도 불리우며, 이의 소재로는 0.2중량% 내외의 탄소를 함유하며 열처리 성능 향상 위한 원소로서 Mn, B를 사용하는 보론강이 사용된다.

이와 같은 핫 스탬핑은 성형 및 열처리가 동시에 수행되므로 생산성이 우수할 뿐만 아니라 고온에서 강판을 성형하게 되므로 우수한 성형성 및 치수 정밀도를 얻을 수 있다. 또한 고강도 부품에서 특히 문제가 되는 스프링백이나 지연파괴가 현저하게 감소된다는 장점이 있다.

이와 같은 핫 스탬핑 공정시 프레스에 의해 성형되는 부품은 프레스 금형 내에서 고온을 유지하고 있으므로 프레스 금형으로 성형한 후 즉시 개방하여 부품을 냉각할 경우 재질 특성 및 형상이 변형되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 프레스 금형을 닫은 상태에서 프레스 금형 내에서 냉각시키는 것이 바람직하다. 이를 위해 도2와 같이 프레스 성형 후 신속하게 냉각하기 위해 내부에는 냉각수로(101)가 형성되어 주물로 제작되는 금형(100)이 공지되어 있고, 도2에서와 같은 금형에서 냉각수의 흐름이 도3에 도시되어 있다. 도3에 도시된 바와 같이 기존 핫프레스 금형 내의 냉각수로는 금형의 일단에 냉각수가 공급되고 성형 부품을 따라 냉각수가 이동하면서 부품을 냉각시킨 후 금형의 반대쪽 타단부로 냉각수가 배출되는 구조로 되어 있다.

그런데, 이와 같은 종래 핫스탬핑용 금형의 경우 냉각수의 공급부분(IN)과 배출부분(OUT) 사이에 온도차가 발생하게 되고, 이러한 온도차에 의해 제품의 인장강도, 경도 및 연신율에서 차이가 발생하여 제품의 품질을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종개 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 냉각효율이 향상되고 고품질의 제품을 생산할 수 있는 냉각채널을 구비한 핫스탬핑용 금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 냉각채널이 구비된 핫스탬핑용 금형은 상기 금형 중 성형소재의 하측에 배치되는 하부 금형은 그 상면이 성형소재의 형상과 동일하게 형성되고 성형소재의 길이방향을 따라 형성되는 두 개의 금형섹션을 포함하여 이루어지며, 각 금형섹션은 성형소재를 냉각시키기 위한 냉각수가 이동하는 냉각수 유동채널을 구비하고, 각 금형섹션의 냉각수 유동채널은 반대쪽 금형섹션으로부터 떨어진 원위측 단부에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구와, 상기 냉각수 유입구로부터 유입된 냉각수가 반대쪽 금형섹션과 인접한 근위측 단부까지 이동하면서 성형소재를 냉각시키기 위해 상기 금형섹션의 상면에서 일정 간격 이격되어 형성되는 냉각채널부와, 상기 냉각채널부에서 반대쪽 금형섹션과 인접한 근위측 단부까지 이동한 냉각수를 원위측 단부로 냉각수를 안내하기 위한 배출채널부와, 반대쪽 금형섹션으로부터 떨어진 원위측 단부에 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각수 유동채널에는 그 내부로 냉각수가 유동하는 구리파이프가 매설되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따르면 냉각효율이 향상되고 고품질의 제품을 생산할 수 있는 냉각채널을 구비한 핫스탬핑용 금형이 제공된다.

도1은 일반적인 핫스탬핑 성형공정을 보여주는 도면이고,
도2는 종래 핫스탬핑용 금형을 도시한 도면이며,
도3은 종래 핫스탬핑용 금형에서 냉각채널을 도시한 도면이고,
도4는 본 발명에 따라 제조된 핫스탬핑용 금형의 평면도이며,
도5는 도4의 단면도이고,
도6은 본 발명에 따라 제조된 핫스탬핑용 금형의 일부 확대도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각채널을 구비한 핫스탬핑용 금형을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도4는 본 발명에 따라 제조된 핫스탬핑용 금형의 평면도이며, 도5는 도4의 단면도이고, 도6은 본 발명에 따라 제조된 핫스탬핑용 금형의 일부 확대도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각채널을 구비한 핫 스탬핑용 금형에서 성형소재(M)가 안착되는 하부 금형(200)은 성형소재(M)의 길이방향을 따라 나누어지는 두 개의 제1 및 제2 금형섹션(210, 250)으로 이루어지고, 각 금형섹션(210, 250)에는 내부에 냉각수가 이동하는 냉각수 유동채널(211, 251)이 형성되며, 각 냉각수 유동채널(211, 251)은 냉각수가 유입되는 냉각수 공급구(212, 252)와, 냉각수가 이동하면서 성형소재(M)를 냉각시키기 위한 냉각채널부(213,253)와, 냉각채널부(213,253)로 흐른 냉각수를 냉각수 배출구(215, 255)로 안내하기 위한 배출채널부(214, 254)와, 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(215, 255)로 구성된다.

먼저, 핫스탬핑용 금형에서 하부 금형(200)은 그 상면이 핫스탬핑 후 차체부품으로 만들어지는 성형소재(M)의 형상과 동일하게 형성되고, 도4에 도시된 바와 같이 성형소재(M)의 길이방향으로 두 개의 제1 및 제2 금형섹션(210, 250)으로 나뉘어져 구성된다.

하부 금형(200)을 이루는 제1 및 제2 금형섹션(210, 250)은 그 상면이 각 섹션(310)에 대응되는 성형소재(M)의 부분과 동일하게 형성되고, 내부에 냉각수가 이동하면서 성형소재(M)를 냉각시키기 위한 냉각수 유동채널(211, 251)이 형성된다.

상기 냉각수 공급구(212, 252)는 각 금형섹션(210, 250)의 냉각수 유동채널(211, 251)로 냉각수를 공급하기 위한 것으로 반대쪽 금형섹션(210, 250)으로부터 서로 떨어진 원위측 단부에 형성된다.

상기 냉각채널부(213, 253)는 각 금형섹션(210, 250)에 대응되는 성형소재(M)의 부분을 냉각시키기 위한 것으로, 각 금형섹션(210, 250)의 상면에서 일정 간격 이격되어 그 상면을 따라 형성되고 냉각수 공급구(212, 252)로부터 유입된 냉각수가 그 내부에서 이동하면서 성형소재(M)를 냉각시키게 된다.

상기 배출채널부(214, 254)는 냉각채널부(213, 253)를 이동하면서 성형소재(M)를 냉각시킨 냉각수를 냉각수 배출구(215, 255)로 배출시키기 위한 것으로, 냉각채널부(213, 253)에서 각 금형섹션(210, 250)의 서로 인접한 근위측 단부에서 서로 떨어진 원위측 단부로 냉각수를 안내하도록 형성된다.

상기 냉각수 배출구(215, 255)는 냉각수 공급구(212, 252)와 마찬가지로 반대쪽 금형섹션(210, 250)으로부터 떨어진 원위측 단부에 형성되어 배출채널부(214, 254)로부터 안내되는 냉각수를 원위측 단부에서 배출시키게 된다.

또한, 냉각수 유동채널(211, 251)에는 도6에 도시된 바와 같이 그 내부에 냉각수가 유동하는 구리 파이프(230)가 매설된다. 이와 같이 냉각수 유동채널(211, 251) 내에 열전도도가 높은 구리 파이프(230)가 매설됨으로써 냉각 효과가 향상된다.

한편, 본 발명에서 상부 금형은 도면에 도시하지는 않았으나, 하부 금형과 마찬가지로 성형소재(M)의 길이방향을 따라 나누어지는 두 개의 금형섹션으로 이루어지고, 상부 금형의 금형섹션 또한 하부 금형의 냉각수 유동채널과 동일한 구조를 가진다.

본 발명의 하부 금형(200)과 상부 금형은 이와 같이 성형소재(M)의 길이방향을 따라 나뉘어지는 제1 및 제2 금형섹션(210, 250)에서 서로 떨어진 원위측 단부에 형성되는 냉각수 공급구(212, 252)를 통해 냉각수가 공급된 후 냉각채널부(213, 253)를 따라 서로 인접한 근위측 단부까지 이동하면서 성형소재(M)를 냉각시킨 다음 다시 배출채널부(214, 254)를 따라 서로 떨어진 원위측 단부에 형성되는 냉각수 배출구(215, 255)를 통해 냉각수가 배출되는 구조를 가진다.

따라서, 종래 도3에 도시된 냉각채널을 가지는 금형의 경우 금형의 일측 단부에서부터 반대쪽 타측 단부까지 냉각수가 이동하면서 핫스탬핑 성형소재(M)를 냉각시키는 구조를 가져 성형소재(M)의 양단에서 냉각수의 온도편차가 발생하고 이로 인해 제품의 품질이 떨어지는 문제점이 있으나, 본 발명에서는 전술한 바와 같은 구성을 가짐으로써 제품의 양단간 온도편차가 감소하여 이와 같은 문제점을 해소할 수 있고 온도 편차가 줄어들어 냉각 효율이 향상되며 또한 이에 의해 냉각시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 제품의 부위별로 강도 및 연신율 등이 다른 제품을 생산할 필요가 있는 경우 본 발명의 제1 금형섹션(210)과 제2금형섹션(250)에서 각각 급냉 및 서냉을 달리하여 냉각공정을 조절할 수 있고 이로 인해 부위별로 서로 다른 강도 및 연신율을 가지는 제품을 생산할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

200 : 하부 금형 210 : 제1 금형섹션
211, 251 : 냉각수 유동채널 212, 252 : 냉각수 공급구
213, 253 : 냉각채널부 214, 254 : 배출채널부
215, 255 : 냉각수 배출구 250 : 제2 금형섹션

Claims (3)

1. 핫스탬핑용 금형에 있어서,
   상기 금형 중 성형소재의 하측에 배치되는 하부 금형은 그 상면이 성형소재의 형상과 동일하게 형성되고 성형소재의 길이방향을 따라 형성되는 두 개의 금형섹션을 포함하여 이루어지며,
   각 금형섹션은 성형소재를 냉각시키기 위한 냉각수가 이동하는 냉각수 유동채널을 구비하고,
   각 금형섹션의 냉각수 유동채널은 반대쪽 금형섹션으로부터 떨어진 원위측 단부에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구와,
   상기 냉각수 유입구로부터 유입된 냉각수가 반대쪽 금형섹션과 인접한 근위측 단부까지 이동하면서 성형소재를 냉각시키기 위해 상기 금형섹션의 상면에서 일정 간격 이격되어 형성되는 냉각채널부와,
   상기 냉각채널부에서 반대쪽 금형섹션과 인접한 근위측 단부까지 이동한 냉각수를 원위측 단부로 냉각수를 안내하기 위한 배출채널부와,
   반대쪽 금형섹션으로부터 떨어진 원위측 단부에 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구를 포함하여 이루어져서 상기 두 개의 금형섹션에서 반대쪽 양 끝단으로부터 각 냉각채널부를 따라 냉각수가 마주보도록 이동하면서 냉각시킴으로써 냉각효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 냉각채널을 구비한 핫스탬핑용 금형.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각수 유동채널에는 그 내부로 냉각수가 유동하는 구리파이프가 매설되는 것을 특징으로 하는 냉각채널을 구비한 핫스탬핑용 금형.
3. 제1항에 있어서,
   상기 핫스탬핑용 금형에서 성형소재의 상측에 배치되는 상부 금형은 그 하면이 성형소재의 형상과 동일하게 형성되고 성형소재의 길이방향을 따라 형성되는 두 개의 금형섹션을 포함하여 이루어지며, 상부 금형의 각 금형섹션은 상기 하부 금형과 동일한 냉각수 유동채널을 가지는 냉각채널을 구비한 핫스탬핑용 금형.

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