KR101723742B1 - 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치는 다분할 금형을 갖는 상부 프레스 모듈(100) 및 상기 상부 프레스 모듈(100)의 하부에 배치되는 다분할 금형을 갖는 하부 프레스 모듈(200)을 포함하며, 상기 상하부 프레스 모듈(100,200)은, 각각 복수의 단위 금형을 포함하는 상하부 금형부(110,210), 복수의 단위 금형 내부에 개별적으로 삽입 설치되는 온도 조절 라인(120,220), 복수의 단위 금형 각각에 독립적으로 결합된 상태에서 개별적으로 승강 운동하게 하는 복수의 액추에이터(130,230)를 포함한다.

Description

다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치{Press forming apparatus having multi-divided mold}

본 발명은 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 복수의 분할 금형 상에 개별적으로 냉각라인 및 전열선을 포함하게 한 상태에서 공급된 판재에 대한 분할 성형 및 분할 냉각을 할 수 있게 하는 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치 기술에 관한 것이다.

핫 프레스포밍 공법은 차량의 제작시에 강성은 유지하면서 경량화 차체를 이루도록 강판을 고온 상태에서 성형하는 패널의 성형방법으로서 소재를 고온으로 가열한 후, 프레스 성형 및 금형 자체 냉각을 통하여 고강도의 부품을 생산하는 공법이다.

상기 핫 프레스 포밍은 강판을 900도 이상 고온에서 성형한 후 금형 내에서 급속 냉각시켜 자동차 차체 초고강도 부품을 만드는 제조기술이고, 핫 프레스 포밍 부품 내 다양한 강도 특성을 부여하기 위해 금형 냉각시 냉각라인의 온도를 변화시켜 ??칭 속도를 변화시키거나, 원하는 부위에 전열기가 포함된 별도의 금형을 부착하거나, 핫프레스 포밍 이후 원하는 부위만 부분 ??칭하는 방식을 사용할 수 있는데, 상기 방식들은 모두 부품의 생산성, 부품의 품질 및 금형의 수명 측면에서 문제점을 가지고 있다.

기존의 핫 프레스 포밍 공정을 진행하는 과정에서 하나의 판재 부품 상에 다양한 강도 특성을 부여하는 방안으로는 금형 내에 형성된 복수의 냉각홀에 의한 다이 냉각 온도차를 이용하는 것으로서, 이를 통해 동일한 두께의 강판 내에서 열처리 온도차에 의한 TWB(Tailor Welded Blanks, 맞춤식 재단 용접강판) 효과를 가져오게 한다.

한편, 기존의 핫 프레스 포밍 공정에서는 금형의 가열 및 냉각을 반복하는 과정에 의한 금형의 열연화, 열팽창, thermal crack, thermal fatigue 등을 야기하여 금형 수명 저하 및 제품 치수 정도 문제를 발생하게 한다. 또한, 금형의 가열 및 냉각 시간 증가로 인하여 생산성이 저하되는 동시에 정확한 지점의 국부가열과 냉각에 어려움이 있게 된다.

그리고, 기존 핫 프레스 포밍 금형은 냉각라인, 냉각홀 크기, 위치, 냉각수 유량 및 유속 등을 포함한 복잡한 냉각홀 구조를 포함한 금형 설계 및 제작의 어려움이 있다.

핫 프레스 포밍용 금형제작방법을 제시하는 종래의 문헌으로는 등록특허 제10-1518568호(2015.05.07)를 참조할 수 있다. 상기 문헌은 상부금형 내지 하부금형의 냉각을 위한 냉각수 관로가 곡선 유로를 제공하며 일체로 형성되어 제공됨으로써, 균일 냉각 및 냉각수 유출을 방지한다는 기술을 개시하지만, 금형 상의 복수 지점 상에 상이한 온도차를 가능하게 하기 위한 유로 구조 및 단일 금형의 수명 저하로 인한 비용 증가 문제 등을 해소하는 데에는 한계가 있다.

(특허문헌 1) KR10-1518568 B

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 복수의 분할 금형 상에 개별적으로 냉각라인 및 전열선을 포함하게 한 상태에서 각 분할 금형에 대해 개별적으로 이송, 가열, 냉각이 가능한 구조를 갖는 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치를 제공하는 것이 목적이다.

또한, 본 발명은 공급된 판재 제품 내의 원하는 지점에서 정확한 국부 가열 및 냉각이 가능하고 이에 따라 공급된 판재 제품 내 다양한 강도 특성을 부여하게 하는 프레스 성형 장치를 제공하는 것이 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치는 다분할 금형을 갖는 상부 프레스 모듈(100) 및 상기 상부 프레스 모듈(100)의 하부에 배치되는 다분할 금형을 갖는 하부 프레스 모듈(200)을 포함하며, 상기 상하부 프레스 모듈(100,200)은, 각각 복수의 단위 금형을 포함하는 상하부 금형부(110,210), 복수의 단위 금형 내부에 개별적으로 삽입 설치되는 온도 조절 라인(120,220), 복수의 단위 금형 각각에 독립적으로 결합된 상태에서 개별적으로 승강 운동하게 하는 복수의 액추에이터(130,230)를 포함한다.

상부 금형부(110)를 구성하는 복수의 단위 상부 금형(111,113)은 상호 슬라이딩 가능한 상태로 가로 방향을 따라 일렬로 밀착 배치되고, 그 하부단은 공급된 판재의 요구되는 성형 윤곽에 부합하도록 서로 상이한 곡면 형상을 갖고, 하부 금형부(210)를 구성하는 복수의 단위 하부 금형(211,213)은 상호 슬라이딩 가능한 상태로 가로 방향을 따라 일렬로 밀착 배치되고, 그 상부단은 공급된 판재의 요구되는 성형 윤곽에 부합하도록 서로 상이한 곡면 형상을 갖는다.

상기 장치는, 상기 복수의 액추에이터(130,230)가 회전 가능하게 결합되며, 상기 상하부 금형부(110,210)를 지지하는 상하부 하우징(140,240);을 더 포함한다.

상기 복수의 액추에이터(130,230)는, 상기 상하부 하우징(140,240) 상에 회전 가능하게 결합되는 구동축, 상기 구동축의 일측 상에 그 축방향을 따라 결합되는 동력전달체, 상기 구동축과 상기 상하부 하우징(140,240) 간에 배치되는 베어링 구조체를 포함한다.

상기 동력전달체와 상기 복수의 단위 금형은 상호 나사 결합 방식으로 결속된다.

상기 온도 조절 라인(120,220)은, 냉각수 공급 방식 또는 전열선 방식이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치는 복수의 분할 금형 상에 개별적으로 냉각라인 및 전열선을 포함하게 한 상태에서 각 분할 금형에 대해 개별적으로 이송, 가열, 냉각이 가능한 구조를 갖게 한다.

본 발명은 동일한 두께의 강판 내에서 열처리 온도차에 의해 다양한 강도 특성을 부여하여 TWB(Tailor Welded Blanks) 효과를 부여할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 판재 부품의 생산성을 향상시키고, 금형 손상시 특정부위만 교환함으로써 금형 비용 절감 및 금형 수명 향상을 유도한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치의 개념도이다.
도 2는 도 1의 장치에서 상하부 금형을 이용하여 공급된 판재를 프레싱한 상태를 보이는 도면이다.
도 3은 도 2에서 분할된 금형들 중 일부 금형에만 급냉을 실시하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 분할된 금형들 중 일부 금형에 대한 상하 이동을 가능하게 하는 액추에이터를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치를 설명한다.

프레스 성형 장치는 다분할 금형을 갖는 상부 프레스 모듈(100) 및 상부 프레스 모듈(100)의 하부에 배치되는 다분할 금형을 갖는 하부 프레스 모듈(200)을 포함한다.

본 발명은 상부 프레스 모듈(100)과 하부 프레스 모듈(200) 사이에 공급되는 판재를 프레싱한 상태에서 상기 공급된 판재의 영역별로 가열 및 냉각을 상이하게 조절하는 과정을 진행한다.

상부 프레스 모듈(100)은 복수의 단위 상부 금형(111,113)을 포함하는 상부 금형부(110), 복수의 단위 상부 금형(111,113) 내부에 개별적으로 삽입 설치되는 온도 조절 라인(120), 복수의 단위 상부 금형(111,113) 각각에 독립적으로 결합된 상태에서 개별적으로 승강 운동하게 하는 복수의 액추에이터(130) 및 복수의 액추에이터(130)가 회전 가능하게 결합되는 상부 하우징(140)을 포함한다.

상부 금형부(110)는 상부 하우징(140) 내에서 일체적으로 또는 개별적으로 승강 운동하는 복수의 단위 상부 금형(111,113)을 포함한다. 구체적인 실시예로서, 복수의 단위 상부 금형(111,113)은 가로 방향을 따라 상호 슬라이딩 가능한 상태로 일렬로 밀착 배치되고, 그 상부단이 동일한 높이를 유지하는 한편, 그 하부단은 공급된 판재의 요구되는 성형 윤곽에 부합하도록 서로 상이한 곡면 형상을 갖도록 구성된다.

하부 프레스 모듈(200)은 복수의 단위 하부 금형(211,213)을 포함하는 하부 금형부(210), 복수의 단위 하부 금형(211,213) 내부에 개별적으로 삽입 설치되는 온도 조절 라인(220), 복수의 단위 하부 금형(211,213) 각각에 독립적으로 결합된 상태에서 개별적으로 승강 운동하게 하는 복수의 액추에이터(230) 및 복수의 액추에이터(230)가 회전 가능하게 결합되는 하부 하우징(240)을 포함한다.

하부 금형부(210)는 하부 하우징(240) 내에서 일체적으로 또는 개별적으로 승강 운동하는 복수의 단위 하부 금형(211,213)을 포함한다. 구체적인 실시예로서, 복수의 단위 하부 금형(211,213)은 가로 방향을 따라 상호 슬라이딩 가능한 상태로 일렬로 밀착 배치되고, 그 하부단이 동일한 높이를 유지하는 한편, 그 상부단은 공급된 판재의 요구되는 성형 윤곽에 부합하도록 서로 상이한 곡면 형상을 갖도록 구성된다.

온도 조절 라인(220)은 복수의 단위 하부 금형(211,213) 상에 개별적으로 냉각 또는 가열 기능을 하도록 냉각수 공급 라인 또는 전열선 등이 삽입되도록 구성한다. 즉, 복수의 단위 하부 금형(211,213) 각각은 제어부에 접속되는 복수개의 온도 조절 라인(220)에 연결된 상태에서 공급되는 냉각수의 온도가 상이하게 조절되거나 전열선의 공급 전력이 상이하게 조절된다.

액추에이터(230)는 제어부에 접속된 상태에서 복수의 단위 하부 금형(211,213)에 대하여 독립적인 운동을 가능하게 한다.

액추에이터(230)는 구동 모터(미도시), 구동 모터에 직접 연결되는 동시에 하부 하우징(240) 상에 회전 가능하게 결합되는 구동축(231), 구동축(231)의 일측 상에 그 축방향을 따라 결합되는 동력전달체(232), 구동축(231)과 하부 하우징(240) 간에 배치되는 베어링 구조체(233)를 포함한다.

제어부는 구동 모터로의 전력 공급을 조절함으로써 구동축(231)의 회전 속도 및 회전 방향을 결정하고, 이에 따라 동력전달체(232)와 나사 결합되는 단위 하부 금형(213)은 상하 운동을 실시하게 된다.

하부 하우징(240)은 상부 금형부(110) 및 액추에이터(230)를 안정적으로 지탱하는 구조이며, 온도 조절 라인(220)이 그 상하부를 통해 관통하는 형태일 수 있다.

한편, 상부 프레스 모듈(100)을 구성하는 상부 금형부(110), 온도 조절 라인(120), 복수의 액추에이터(130) 및 상부 하우징(140)의 경우에도 하부 프레스 모듈(200)과 유사한 배치 형태이므로 이하 구체적인 설명을 생략한다.

이하, 다시 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치의 작동을 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 상부 프레스 모듈(100)과 하부 프레스 모듈(200) 사이로 판재(1)를 공급한다. 상기 판재(1)는 일예로서 HPF용 강판일 수 있다.

여기에서는, 복수의 단위 상부 금형(111,113)의 상부단 및 복수의 단위 하부 금형(211,213)의 하부단은 동일한 높이를 유지하는 한편, 복수의 단위 상부 금형(111,113)의 하부단 및 복수의 단위 하부 금형(211,213)의 상부단은 판재(1) 상에 이루고자 하는 형상에 부합하는 곡면을 이루게 된다.

다음으로, 도 2를 참조하면, 상부 프레스 모듈(100)과 하부 프레스 모듈(200)이 서로 밀착하도록 상부 하우징(140)과 하부 하우징(240)을 각각 하부 및 상부 방향으로 구동하게 함으로써 공급된 판재(1)에 대한 프레싱 작업을 수행한다. 상기 프레싱 작업 전에는 원활한 성형을 위하여 미리 사전 열처리 과정이 진행될 수 있다.

이후, 도 3을 참조하면, 상하부 프레스 모듈(100,200)을 구성하는 복수의 액추에이터(130,230) 중 일부를 작동함으로써 일부의 단위 상부 금형(113)과 단위 하부 금형(213) 간을 이격하도록 한다. 이 경우에 다른 일부의 단위 상부 금형(111)과 단위 하부 금형(211) 간에는 여전히 밀착 상태를 유지하게 한다.

상기의 상태에서, 밀착된 단위 상하부 금형(111,211)에는 온도 조절 라인(120,220)을 통해 냉각수를 공급하여 급냉을 실시하여 열전달을 급속하게 진행하고, 이격된 단위 상하부 금형(113,213)에는 온도 조절 라인(120,220)을 통해 냉각수를 공급하는 대신에 공냉 방식을 통해 서냉을 실시함으로써 열전달을 저감하게 한다.

이 경우에 밀착된 단위 상하부 금형(111,211)에는 복수의 액추에이터(130,230) 중 일부를 작동하게 함으로써 공급된 판재(1)에 대한 접촉 압력을 증가하게 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치는 다수개의 분할 금형 상에 개별적으로 냉각라인 또는 전열선 등을 부설한 상태에서 공급된 판상의 재료에 대한 분할 성형 및 분할 냉각을 할 수 있는 방안으로서, 성형을 요하는 제품 내의 원하는 지점에서 정확한 국부 가열 및 냉각이 가능하고 이에 따라 동일한 제품 내에서 다양한 강도 특성을 부여할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 공급된 동일 두께의 강판 내에서 열처리 온도차에 의해 다양한 강도 특성을 부여하여 TWB 효과를 부여할 수 있게 함으로써 판재 부품의 생산성을 향상하고 그리고 금형 손상시에 특정 부위만을 교환하는 방식을 통해 금형비용 절감 및 금형 수명 향상을 기대할 수 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치의 작동 방법에 있어서,
   상기 프레스 성형 장치는, 다분할 금형을 갖는 상부 프레스 모듈(100) 및 상기 상부 프레스 모듈(100)의 하부에 배치되는 다분할 금형을 갖는 하부 프레스 모듈(200)을 포함하며,
   상기 상, 하부 프레스 모듈(100,200)은, 각각 복수의 단위 금형을 포함하는 상, 하부 금형부(110,210), 복수의 단위 금형 내부에 개별적으로 삽입 설치되는 온도 조절 라인(120,220), 복수의 단위 금형 각각에 독립적으로 결합된 상태에서 개별적으로 승강 운동하게 하는 복수의 액추에이터(130,230)를 포함하고,
   상기 상부 프레스 모듈(100)과 상기 하부 프레스 모듈(200) 사이로 판재(1)를 공급하는 단계;
   상기 상부 금형부(110)를 구성하는 복수의 단위 상부 금형(111,113)의 상부단 및 상기 하부 금형부(210)를 구성하는 복수의 단위 하부 금형(211,213)의 하부단은 동일한 높이를 유지하고, 상기 복수의 단위 상부 금형(111,113)의 하부단 및 상기 복수의 단위 하부 금형(211,213)의 상부단은 상기 판재(1) 상에 이루고자 하는 형상에 부합하는 곡면을 형성하는 단계;
   상기 온도 조절 라인(120,220)을 통해 상기 복수의 단위 금형 상에 사전 열처리 과정을 진행하는 단계;
   상기 상부 프레스 모듈(100)과 하부 프레스 모듈(200)이 서로 밀착하도록 상기 상, 하부 금형부(110,210)를 각각 독립적으로 지지하는 상, 하부 하우징(140,240)을 각각 하부 및 상부 방향으로 구동하는 단계;
   상기 복수의 액추에이터(130,230) 중 일부를 작동함으로써 상기 복수의 단위 상부 금형(111,113) 중 일부와 상기 복수의 단위 하부 금형(211,213) 중 일부 간을 이격하게 하는 동시에, 상기 복수의 단위 상부 금형(111,113) 중 다른 일부와 상기 복수의 단위 하부 금형(211,213) 중 다른 일부 간에는 밀착 상태를 유지하는 단계;
   상기 밀착된 단위 상, 하부 금형(111,211)에는 온도 조절 라인(120,220)을 통해 냉각수를 공급하여 급냉을 실시하고, 상기 이격된 단위 상, 하부 금형(113,213)에는 온도 조절 라인(120,220)을 통해 냉각수를 공급하는 대신에 공냉 방식을 통해 서냉을 실시하는 단계; 및
   상기 밀착된 단위 상, 하부 금형(111,211)에는 상기 복수의 액추에이터(130,230) 중 일부를 작동하게 함으로써 공급된 상기 판재(1)에 대한 접촉 압력을 증가하는 단계;를 포함하는,
   다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치의 작동 방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 액추에이터(130,230)는 상기 상, 하부 하우징(140,240) 상에 회전 가능하게 결합되는,
   다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치의 작동 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 복수의 액추에이터(130,230)는 각각,
   상기 상, 하부 하우징(140,240) 중 하나의 하우징 상에 회전 가능하게 결합되는 구동축, 상기 구동축의 일측 상에 그 축방향을 따라 결합되는 동력전달체, 상기 구동축과 상기 상, 하부 하우징(140,240) 중 하나의 하우징 간에 배치되는 베어링 구조체를 포함하는,
   다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치의 작동 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 동력전달체와 상기 복수의 단위 금형은 상호 나사 결합 방식으로 결속되는,
   다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치의 작동 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도 조절 라인(120,220)은,
   냉각수 공급 방식 또는 전열선 방식인,
   다분할 금형을 갖는 프레스 성형 장치의 작동 방법.

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