KR101895440B1 - 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치 - Google Patents

자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101895440B1
KR101895440B1 KR1020170016122A KR20170016122A KR101895440B1 KR 101895440 B1 KR101895440 B1 KR 101895440B1 KR 1020170016122 A KR1020170016122 A KR 1020170016122A KR 20170016122 A KR20170016122 A KR 20170016122A KR 101895440 B1 KR101895440 B1 KR 101895440B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
punch
aluminum alloy
discharge hole
die
scrap
Prior art date
Application number
KR1020170016122A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180091228A (ko
Inventor
문현수
신병철
노경보
심도식
손종윤
Original Assignee
주영하이텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주영하이텍 주식회사 filed Critical 주영하이텍 주식회사
Priority to KR1020170016122A priority Critical patent/KR101895440B1/ko
Priority to PCT/KR2017/007120 priority patent/WO2018143524A1/ko
Publication of KR20180091228A publication Critical patent/KR20180091228A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101895440B1 publication Critical patent/KR101895440B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/24—Perforating, i.e. punching holes
    • B21D28/28—Perforating, i.e. punching holes in tubes or other hollow bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/24—Perforating, i.e. punching holes
    • B21D28/34—Perforating tools; Die holders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D31/00—Other methods for working sheet metal, metal tubes, metal profiles
    • B21D31/02—Stabbing or piercing, e.g. for making sieves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/10—Die sets; Pillar guides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/88—Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 자동차용 크로스 멤버에 적용되는 금속소재를 기존의 철강소재 대신 알루미늄 합금(TL100C)소재로 대체하여 차체의 경량화 및 안정성을 동시에 확보할 수 있고, 특히 알루미늄 합금 판재 성형 공법의 특성을 고려한 성형 해석, 공정별 형상 및 두께분포, 응력분포 예측, 성형결함(살겹침, 스크래치, 소착 현상, 스프링 백 등) 예측 등을 통해 알루미늄 합금 판재를 위한 성형 프로그레시브 공정 해석 기법을 정립하여, 살겹침, 스크래치, 소착 현상, 스프링 백, 버어, 스크랩 눌러 붙음 현상 등과 같은 여러가지 결함을 방지할 수 있도록 한 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 프로그레시브 프레스 금형 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치{Press mold for manufacturing cross member using Al alloy}
본 발명은 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 합금 소재의 크로스 멤버를 제조할 때, 살결침, 스크래치, 소착, 버어 등의 각종 결함이 발생하는 현상을 방지할 수 있도록 한 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치에 관한 것이다.
최근, 자동차 산업은 내연기관의 효율 향상, 주행 저항을 줄이는 공기역학적 디자인 기술, 기존의 에너지원을 고효율의 에너지원으로 대체하는 기술, 차량의 경량화 기술 등을 친환경적이고 연비 효율이 높은 기술 개발 및 연구들이 수행되고 있는 추세에 있다.
특히, 연비 향상을 위하여 엔진 및 구동계의 효율 향상 기술은 이미 널리 적용되고 있고, 전기자동차 및 하이브리드 차량 등과 같은 친환경차량이 제조되고 있지만, 연비 효율 향상 효과 대비 설계 및 제조 비용이 과다하게 소요되는 단점 또한 있다.
즉, 전기자동차와 하이브리드 차량은 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 혁신적인 기술이지만, 배터리와 전기모터 같은 대체연료 적용을 위해 필수적으로 추가 되어야 하는 부품수 및 부품들의 무게 때문에 내연기관을 갖는 기존 차량보다 200~300kg의 중량이 증가하는 단점이 있다.
이에, 차량의 중량이 10% 감소될 경우 연비 효율은 6~8% 가량 증가하는 점을 감안하면, 내연기관 차량 및 친환경 차량에 차체 중량을 감소시키는 경량화 기술을 적용하는 것이 바람직하다.
따라서, 차체의 경량화를 극대화하기 위해 일반 강소재보다 비중이 낮은 알루미늄 합금, 마그네슘, CFRP(Carbon fiber reinforced plastics) 등의 경량 소재로 만들어진 차체 부품이 적용되고 있는 추세에 있다.
그러나, 차량의 골격을 이루는 차체를 알루미늄 합금 소재로 제작할 수 있지만, 차체와 차체를 이어주며 차량의 하부 골격을 이루는 크로스 멤버 등을 알루미늄 합금 소재로 대체하기 위해서는 강성 유지, 뒤틀림 및 외부 충격 완화 등이 보완되어야 하는 현실적인 문제 또한 존재한다.
참고로, 상기 크로스 멤버는 시트 아래쪽 프론트 플로어(front floor) 부분에 조립되는 부품으로서, 차체의 강성 향상, 시트 프레임의 앞뒤 좌우 방향 뒤틀림과 휨 방지, 탑승자의 안정성을 확보해 주는 중요한 부품 중 하나이다.
대개, 차량의 크로스 멤버(cross member)는 차량의 앞뒤 및 좌우 방향의 뒤틀림과 구부러짐을 방지하기 위하여 높은 강성을 필요로 하고 외부 충격에 의한 형상의 변화를 최소화할 수 있어야 하므로, 주로 고장력 장판을 이용하여 제조되고 있지만, 고장력 강판을 이용한 크로스 멤버는 경량화에 역행하는 단점이 있고, 고장력 강판은 중량이 커서 연비 저하 등을 야기하는 문제점이 있다.
이에, 상기 크로스 멤버를 알루미늄 합급소재를 이용하여 제조하는 것이 바람직하다.
그러나, 상기 알루미늄 합금 소재를 프레스 금형을 이용하여 크로스 멤버로 성형 할 때, 소재의 살겹침, 스크래치(scratch) 및 움푹 패이거나 눌린 자국(dent), 소착 현상, 버어(burr) 등과 같은 많은 성형 결함이 발생되는 단점이 있다.
상기 살겹침 현상은 첨부한 도 1에서 보듯이, 코너부가 몰리는 복잡한 형상 성형 시 소재의 변형 및 유동이 균일하지 않아 소재가 부분적으로 중첩되는 불량 현상을 말한다.
상기 스크래치 및 움푹 패이거나 눌린 자국은 첨부한 도 2 및 도 3에서 보듯이, 크로스 멤버 성형용 금형 장치에 의해 제품 표면에 스크래치 및 덴트가 발생하는 현상을 말한다.
상기 소착 현상은 프레스 성형 시 금형과 소재간의 마찰에 따른 열과 알루미늄 합금 소재의 높은 연성으로 소재의 일부가 금형에 눌러 붙는 현상을 말하며, 이는 금형의 수명 저하 및 제품 불량의 원인이 되기도 한다.
상기 버어는 첨부한 도 4 및 도 5에서 보듯이, 알루미늄 합금 판재에 대한 피어싱, 슬로팅, 노칭 등의 전단가공 시 소재의 연성으로 전단면의 가장자리에 일종의 소재 찌거기가 발생하는 현상을 말한다.
그 밖에 크로스 멤버용 알루미늄 합금의 인장강도는 240MPa로서, 일반적인 알루미늄 합금에 비해 인장강도가 높아서 크로스 멤버 성형 시, 도 6에서 보듯이 뒤틀림 및 스프링 백과 같은 결함이 발생한다.
한편, 알루미늄 합금 판재를 크로스 멤버로 제작하기 위한 가공 절차로서, 피어싱 기공이 필수적으로 진행되며, 크로스 멤버에 피어싱을 위한 종래의 금형 장치는 첨부한 도 7에 도시된 바와 같다.
도 7을 참조하면, 크로스 멤버에 피어싱을 위한 종래의 금형 장치는 펀치의 승하강시 관통하는 홀이면서 스크랩이 배출되는 배출홀(12)을 갖는 다이(10)와, 다이(10)에 올려진 크로스 멤버용 알루미늄 합금 판재(30)에 피어싱 가공을 위하여 승하강하는 펀치(20) 등을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 펀치(20)의 직경과 다이(10)의 배출홀(12) 내경은 서로 동일하게 형성된다.
따라서, 상기 펀치(20)가 하강하여 크로스 멤버용 알루미늄 합금 판재(30)에 홀을 뚫는 피어싱 가공이 이루어지는 동시에 피어싱 자리에 있던 스크랩(32, scrap)이 다이(10)의 배출홀(12)을 통해 아래쪽으로 배출된다.
그러나, 상기 펀치(20)의 피어싱 동작시, 펀치(20)와 크로스 멤버용 알루미늄 합금 판재(30) 간의 마찰 가공열이 발생하고, 특히 펀치(20)의 직경과 배출홀(12)의 내경이 서로 동일함에 따라 상호 간의 마찰로 인한 가공열이 또 크게 발생하며, 이때 발생하는 가공열로 인하여 스크랩(32)이 다이(10)의 배출홀(12) 내경면 및/또는 펀치(20)의 표면에 눌러 붙거나, 스크랩(32)끼리 눌러붙는 현상이 발생하는 단점이 있다.
이렇게 상기 스크랩(32)이 다이(10)의 배출홀(12) 내경면 및/또는 펀치(20)의 표면에 눌러 붙거나, 스크랩(32)끼리 눌러 붙게 되면, 금형 파손 및 성형 결함의 원인으로 작용하게 된다.
대한민국 등록특허 등록번호 제10-1650275호(2016.08.16)
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 자동차용 크로스 멤버에 적용되는 금속소재를 기존의 철강소재 대신 알루미늄 합금(TL100C)소재로 대체하여 차체의 경량화 및 안정성을 동시에 확보할 수 있고, 특히 알루미늄 합금 판재 성형 공법의 특성을 고려한 성형 해석, 공정별 형상 및 두께분포, 응력분포 예측, 성형결함(살겹침, 스크래치, 소착 현상, 스프링 백 등) 예측 등을 통해 알루미늄 합금 판재를 위한 성형 프로그레시브 공정 해석 기법을 정립하여, 살겹침, 스크래치, 소착 현상, 스프링 백, 버어, 스크랩 눌러 붙음 현상 등과 같은 여러가지 결함을 방지할 수 있도록 한 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 프로그레시브 프레스 금형 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 스크랩이 배출되는 배출홀을 갖는 다이와, 다이에 올려진 크로스 멤버용 알루미늄 합급 판재에 피어싱 가공을 위하여 승하강하는 펀치를 포함하되, 상기 다이의 배출홀 내경 크기를 상기 펀치의 외경에 비하여 크게 형성하여 다이의 배출홀과 펀치의 외경 간에 버어 방지 및 스크랩 눌러 붙음 방지용 간극이 형성되고, 상기 펀치와 알루미늄 합급 판재 간의 마찰을 최소화하기 위하여 펀치의 외경면이 하부 직선면 구간과 상부 경사면 구간으로 형성되며, 상기 다이의 배출홀은 스크랩과 배출홀 내경 간의 마찰 가공열을 최소화하기 위하여 상부 직선면 구간과 하부 경사면 구간으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 버어 방지 및 스크랩 눌러 붙음 방지용 간극은 10㎛ ~ 50㎛로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펀치의 하부 직선면 구간의 상하 높이와 상기 배출홀의 상부 직선면 구간의 상하 높이는 가공 대상의 알루미늄 합금 판재 두께와 동일하게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펀치의 상부 경사면 구간의 경사각과 상기 배출홀의 하부 경사면 구간의 경사각은 5°~ 10°로 형성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 펀치의 표면에는 DLC 코팅층이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 DLC 코팅층은 펀치를 진공챔버에 배치한 후, 아르곤 가스분위기에서 진공도를 3 ~ 50 mtorr로 유지하는 동시에 펀치에 바이어스 전압을 -150 ~ -1000 V 범위로 가해주는 플라즈마 클리닝 공정을 거친 다음, 카본계열가스(C6H6)를 3 ~ 50 mtorr에서 아크 방전 플라즈마에 의해 분해시켜 발생한 카본이온을 바이어스가 걸린 펀치에 전기적으로 가속 충돌시켜 형성된 것으로서, 1 ~ 1.5 ㎛ 두께로 코팅된 것임을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 자동차용 크로스 멤버에 적용되는 금속소재를 기존의 철강소재 대신 알루미늄 합금(TL100C)소재로 대체하여 차체의 경량화 및 안정성을 동시에 확보할 수 있고, 경량화에 따른 연비 향상 효과를 제공할 수 있다.
둘째, 알루미늄 합금 판재 성형 공법의 특성을 고려한 성형 해석, 공정별 형상 및 두께분포, 응력분포 예측, 성형결함 예측 등을 통해 알루미늄 합금 판재를 위한 성형 프로그레시브 공정 해석 기법을 정립함으로써, 알루미늄 합금 소재의 크로스 멤버 성형시 살겹침, 스크래치, 소착 현상, 스프링 백, 버어, 스크랩 눌러 붙음 현상 등과 같은 여러가지 결함을 방지할 수 있다.
도 1은 기존 크로스 멤버용 알루미늄 합금 판재 성형시 살겹침 현상이 발생됨을 보여주는 이미지도,
도 2 및 도 3은 기존 크로스 멤버용 알루미늄 합금 판재 성형시 스크래치 및 움푹 패이거나 눌린 자국이 발생됨을 보여주는 이미지도,
도 4 및 도 5는 기존 크로스 멤버용 알루미늄 합금 판재 성형시 버어가 발생됨을 보여주는 이미지도,
도 6은 기존 크로스 멤버용 알루미늄 합금 판재 성형시 스프링 백 현상이 발생됨을 보여주는 이미지도,
도 7은 기존의 크로스 멤버 제조용 금형 장치를 도시한 단면도,
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치를 도시한 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 자동차용 크로스 멤버를 기존의 고장력 강판과 같은 철강 소재를 대신하여 경량화 및 연비 향상을 위하여 알루미늄 합금 소재로 대체한 점에 첫번째 주안점이 있으며, 특히 일반 알루미늄 판재와 달리 강도가 우수한 알루미늄 합금(TL100C)을 적용하여 크로스 멤버를 제조하고자 한 점에 특징이 있다.
상기 알루미늄 합금(TL100C)은 인장강도가 240MPa급이며, 6000계열 알루미늄으로 Al, Mg, Si를 주성분으로 합금화한 소재로서, 그 조성은 중량% 단위로서 다음의 표 1에 기재된 바와 같다.
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
≤ 1.50 ≤ 0.50 ≤ 0.30 ≤ 0.80 ≤ 1.00 ≤ 0.15 ≤ 0.30 ≤ 0.25 나머지
상기 알루미늄 합금(TL100C)은 6061계열의 알루미늄 합금을 압출하여 급냉(Solution Heat Treatment, Press Quenching)하고 시효 경화한 소재로서, 열처리형 합금의 초기 강도는 비열처리형 합금과 마찬가지로 합금조성에 의존하지만 고용화처리(solution treatment), 급냉(quenching), 시효(aging) 등의 처리과정으로 강도가 크게 향상된 소재이며, 일반 알루미늄 판재에 비해 강도가 높아서 차체 경량화 소재로 적절한 특성을 갖는다.
여기서, 상기한 알루미늄 합금(TL100C) 판재를 이용하여 크로스 멤버를 제조하기 위한 본 발명의 금형 장치에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치를 도시한 단면도로서, 도면부호 10은 다이를 지시한다.
상기 다이(10)는 가공 대상의 크로스 멤버용 알루미늄 합금 판재(30)가 안착되는 것으로서, 알루미늄 합금 판재(30)의 가공후 스크랩(scrap)을 배출하기 위한 배출홀(12)이 관통 형성되어 있다.
또한, 상기 다이(10) 위쪽에는 알루미늄 합금 판재(30)를 절곡하는 절곡날 외에 피어싱을 위한 펀치(20)가 승하강 가능하게 배치되어 있다.
이에, 상기 펀치(20)가 하강하여 크로스 멤버용 알루미늄 합금 판재(30)에 홀을 뚫는 피어싱 가공이 이루어지는 동시에 피어싱 자리에 있던 스크랩(32, scrap)이 다이(10)의 배출홀(12)을 통해 아래쪽으로 배출된다.
본 발명은 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 프로그레시브 프레스 금형 장치를 제공하고자 한 것으로서, 알루미늄 합금 판재 성형 공법의 특성을 고려한 성형 해석, 공정별 형상 및 두께분포, 응력분포 예측, 성형결함(살겹침, 스크래치, 소착 현상, 스프링 백 등) 예측 등을 통해 알루미늄 합금 판재를 크로스 멤버로 성형하기 위한 프로그레시브 공정 해석 기법을 사전에 정립하여, 살겹침, 스크래치, 소착 현상, 스프링 백, 버어, 스크랩 눌러 붙음 현상 등과 같은 여러가지 결함을 방지할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예로서 상기 알루미늄 합금 판재를 크로스 멤버로 성형하기 위한 프로그레시브 공정 해석 기법에 따라, 상기 다이(10)의 배출홀(12) 내경 크기를 상기 펀치(20)의 외경에 비하여 크게 형성하여 배출홀(12)의 내경과 펀치(20)의 외경 간에 최적의 간극으로서 버어 방지 및 스크랩 눌러 붙음 방지용 간극(C)이 형성되도록 한다.
바람직하게는, 상기 버어 방지 및 스크랩 눌러 붙음 방지용 간극(C)은 10㎛ ~ 50㎛로 형성되도록 한다.
상기 버어 방지 및 스크랩 눌러 붙음 방지용 간극(C) 즉, 상기 배출홀(12)의 내경과 펀치(20)의 외경 간의 간극C)이 10㎛ 미만이면 너무 작아서, 펀치(20)가 알루미늄 합금 판재(30)를 피어싱할 때, 상기 펀치(20)와 배출홀(12) 간의 접촉에 의한 가공 마찰열 등으로 인하여 도 7을 참조로 전술한 바와 같이 스크랩(32)이 배출홀(12)의 내경에 눌러 붙거나 스크랩(32)끼리 눌러 붙는 현상이 발생될 수 있다.
반면, 상기 배출홀(12)의 내경과 펀치(20)의 외경 간의 간극C)이 50㎛ 보다 크면, 펀치(20)의 하강시 힘에 의하여 알루미늄 합금 판재(30)의 피어싱 홀(34) 내경부가 아래쪽으로 쏠리면서 피어싱 홀(30) 표면이 거칠어질 수 있고, 알루미늄 합금 판재(30)의 피어싱 홀(34) 내경면으로부터 버어가 일어나는 현상이 발생할 수 있다.
이와 같이, 상기 다이(10)의 배출홀(12) 내경과 펀치(20)의 외경 간에 최적의 간극으로서 버어 방지 및 스크랩 눌러 붙음 방지용 간극(C)을 형성함으로써, 펀치(20)의 외경과 배출홀(12)의 내경 간의 직접적인 마찰 접촉을 방지하는 동시에 스크랩(32)이 배출홀(12)의 내경면에 눌러 붙는 현상을 방지할 수 있고, 알루미늄 합금 판재(30)가 펀치(20)에 의하여 피어싱될 때 버어가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 알루미늄 합금 판재를 크로스 멤버로 성형하기 위한 프로그레시브 공정 해석 기법에 따라, 펀치(20)와 알루미늄 합금 판재(30) 간의 마찰을 최소화하기 위하여 상기 펀치(20)의 외경면이 하부 직선면 구간(22)과 상부 경사면 구간(24)으로 구분되어 형성되도록 한다.
이렇게 상기 펀치(20)의 외경면이 하부 직선면 구간(22)과 상부 경사면 구간(24)으로 형성됨으로써, 펀치(20)가 알루미늄 합금 판재(30)에 피어싱을 할 때 하부 직선면 구간(22) 만이 알루미늄 합금 판재(30)와 마찰을 하게 되어, 펀치(20)가 알루미늄 합금 판재(30)에 피어싱 홀(34)을 뚫는 피어싱 가공시, 펀치(20)와 알루미늄 합금 판재(30) 간의 마찰을 최소화할 수 있고, 그에 따라 가공 마찰열을 줄일 수 있고, 펀치(20)와 알루미늄 합금 판재(30) 간의 소착 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 알루미늄 합금 판재를 크로스 멤버로 성형하기 위한 프로그레시브 공정 해석 기법에 따라, 스크랩(32)과 배출홀(12) 내경 간의 마찰 가공열을 최소화하기 위하여 상기 다이(10)의 배출홀(12)이 상부 직선면 구간(14)과 하부 경사면 구간(16)으로 구분되어 형성되도록 한다.
이렇게 상기 배출홀(12)의 내경면이 상부 직선면 구간(14)과 하부 경사면 구간(16)으로 형성됨으로써, 펀치(20)가 알루미늄 합금 판재(30)에 피어싱을 한 후 피어싱 홀(34) 자리에 있던 스크랩(32)이 배출홀(12)을 통해 배출될 때, 상부 직선면 구간(14) 만이 스크랩(32)과 접촉하게 되므로 스크랩(32)과 배출홀(12) 내경 간의 마찰 가공열을 최소화할 수 있고, 그에 따라 스크랩(32)이 펀치(20) 또는 배출홀(12) 내경에 눌러 붙는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 상기 펀치(20)의 하부 직선면 구간(22)의 상하 높이는 가공 대상의 알루미늄 합금 판재(30) 두께와 동일하게 형성하는 것이 바람직하며, 그 이유는 알루미늄 합금 판재(30)에 피어싱 홀(34)이 원활하게 형성되도록 함에 있다.
또한, 상기 배출홀(12)의 상부 직선면 구간(14)의 상하 높이도 가공 대상의 알루미늄 합금 판재(30) 두께와 동일하게 형성하는 것이 바람직하며, 그 이유는 스크랩(32)이 배출홀(12)의 상부 직선면 구간(14)을 통해 아래쪽으로 원활하게 배출 안내될 수 있도록 함에 있다.
바람직하게는, 상기 펀치(20)의 상부 경사면 구간(24)의 경사각(θ)과 상기 배출홀(12)의 하부 경사면 구간(16)의 경사각(α)은 5°~ 10°로 형성된다.
이때, 상기 펀치(20)의 상부 경사면 구간(24)의 경사각(θ)이 5°미만이면 펀치(20)의 피어싱을 위한 하강시 상부 경사면 구간(24)과 알루미늄 합금 판재(30) 간의 마찰이 발생할 소지가 있고, 상기 배출홀(12)의 하부 경사면 구간(16)의 경사각(α)도 5°미만이면 스크랩(32)이 하부 경사면 구간(16)에 닿아 마찰될 수 있다.
반면, 상기 펀치(20)의 상부 경사면 구간(24)의 경사각(θ)이 10°보다 크면 펀치(20)의 무게가 줄어들어 알루미늄 합금 판재에 대한 피어싱 힘이 작아질 수 있고, 상기 배출홀(12)의 하부 경사면 구간(16)의 경사각(α)도 10°보다 크면 스크랩(32)의 하부 배출 방향이 일정하지 않고 틀어질 수 있다.
한편, 상기 펀치(20)의 표면에는 DLC 코팅층(26)이 형성된다.
상기 펀치(20)의 표면에 DLC 코팅층(26)을 형성하는 방법은 펀치(20)를 진공챔버에 배치하는 단계와, 아르곤 가스분위기에서 진공도를 3 ~ 50 mtorr로 유지하는 동시에 펀치에 바이어스 전압을 -150 ~ -1000 V 범위로 가해주는 플라즈마 클리닝 공정을 거치는 단계와, 카본계열가스(C6H6)를 3 ~ 50 mtorr에서 아크 방전 플라즈마에 의해 분해시켜 발생한 카본이온을 바이어스가 걸린 펀치에 전기적으로 가속 충돌시키는 단계로 진행되며, 바람직하게는 상기 DLC 코팅층(26)은 지속적인 펀치의 타격과 마찰 접촉에도 강건하도록 1 ~ 1.5 ㎛ 두께로 코팅된다.
이렇게 상기 펀치(20)의 표면에 DLC 코팅층(26)을 형성함으로써, 펀치 표면의 손상을 현저히 줄여서 펀치의 사용 수명을 최대화할 수 있고, 또한 펀치 표면의 저마찰계수 특성에 의하여 윤활성, 내마모성 및 내융착성이 증가하게 됨으로써 알루미늄 합금 판재로부터 탈락되는 스크랩 등이 펀치 표면에 소착되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 다이(10)의 배출홀(12)에는 마모방지도포층이 형성될 수 있다. 이 마모방지도포층은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO2) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말이 다이(10)의 배출홀(12)에 용사되어서 이루어지고, 50∼600㎛의 두께로 이루어지며, 경도는 900∼1000HV를 유지하도록 플라즈마 도포된다.
다이(10)의 배출홀(12)에 세라믹 도포를 하는 이유는 마모 방지 및 부식 방지가 주목적이다. 세라믹 도포는 크롬도금 또는 니켈크롬도금에 비해 내부식성, 내스크래치성, 내마모성, 내충격성 및 내구성이 뛰어나다.
산화크롬(Cr2O3)은, 금속 내부로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태피막(Passivity Layer)의 역할을 함으로써 녹이 잘 슬지 않도록 하는 역할을 한다.
이산화티타늄(TiO2)은, 물리화학적으로 매우 안정적이고 은폐력이 높아서 백색안료로 많이 된다. 또한 굴절율이 높아서 고굴절율의 세라믹스에도 많이 이용되고 있다. 그리고 광촉매적 특성과 초친수성의 특성을 갖는다. 이산화티타늄(TiO2)은, 공기정화 작용, 항균작용, 유해물질 분해작용, 오염방지 기능, 변색 방지기능의 역할을 수행한다. 이러한 이산화티타늄(TiO2)은, 마모방지도포층이 다이(10)의 배출홀(12)에 확실하게 피복되도록 하며, 마모방지도포층에 부착된 이물질을 분해, 제거하여 마모방지도포층의 손상을 방지시킨다.
여기서, 산화크롬(Cr2O3)과 이산화티타늄(TiO2)을 혼합하여서 사용할 경우, 이들의 혼합 비율은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98중량%에 이산화티타늄(TiO2) 2∼4중량%가 혼합되는 것이 바람직하다.
산화크롬(Cr2O3)의 혼합비율이 96∼98%보다 적을 경우, 고온 등의 환경에서 산화크롬(Cr2O3)의 피복이 파괴되는 경우가 종종 발생되었으며, 이에 따라 다이(10)의 배출홀(12)의 녹방지 효과가 급격이 저하되었다.
이산화티타늄(TiO2)의 혼합비율이 2∼4중량%보다 적을 경우, 이를 산화크롬(Cr2O3)에 혼합하는 목적이 퇴색될 정도로 이산화티타늄(TiO2)의 효과가 미미하였다. 즉, 이산화티타늄(TiO2)은 AAAAAA의 외주면 둘레에 부착되는 이물질을 분해, 제거하여서 다이(10)의 배출홀(12)이 부식되거나 손상되는 것을 방지시키는데, 그 혼합비율이 2∼4중량%보다 작을 경우, 부착된 이물질을 분해하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
이러한 재료들로 이루어진 마모방지도포층은, 다이(10)의 배출홀(12)에 50∼600㎛의 두께로 이루어지고, 경도는 900∼1000HV, 표면조도는 0.1∼0.3㎛를 유지하도록 플라즈마 도포된다.
이러한 마모방지도포층은, 상기의 분말가루와 1400℃의 가스를 마하 2정도의 속도로 다이(10)의 배출홀(12)에 제트분사하여서 50∼600㎛으로 용사한다.
마모방지도포층의 두께가 50㎛ 미만일 경우, 상술한 세라믹 도포층에 의한 효과가 보장되지 못하게 되며, 마모방지도포층의 두께가 600㎛을 초과할 경우, 상술한 효과의 증대는 미미한 반면 과다한 세라믹도포에 의해 작업시간 및 재료비가 낭비되는 문제점이 있다.
다이(10)의 배출홀(12)에 마모방지도포층이 도포되는 동안 다이(10)의 배출홀(12)의 온도는 상승되는데, 가열된 다이(10)의 배출홀(12)의 변형이 방지되도록 다이(10)의 배출홀(12)이 냉각장치(미도시)로 냉각되어서 150∼200℃의 온도를 유지하도록 된다.
마모방지도포층의 둘레에는 금속계 유리 석영 계통으로 이루어진 무수크롬산(CrO3)으로 이루어진 실링재가 더 도포될 수 있다. 무수크롬산은 무기실링재로써 크롬니켈 분말로 이루어진 마모방지도포층 둘레에 도포된다.
무수크롬산(CrO3)은, 높은 내마모, 윤활성, 내열성, 내식성, 이형성을 필요로 하는 곳에 사용되며, 대기중에서 변색이 안되고, 내구성이 크며, 내마모성과 내식성이 좋다. 실링재의 도포 두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다. 실링재의 도포두께가 0.3㎛ 미만이면 약간의 스크래치홈에도 실링재가 쉽게 파이면서 벗겨지게 되므로 상술한 효과를 얻을 수 없게 된다. 실링재의 도포두께가 0.5㎛를 초과할 정도로 두껍게 하면 도금면에 핀홀(pin hole), 균열 등이 많게 된다. 따라서 실링재의 도포두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다.
따라서 다이(10)의 배출홀(12)에 내마모성 및 내산화성이 뛰어난 도포층이 형성되므로 다이(10)의 배출홀(12)이 마모되거나 산화되는 것이 방지되고, 이에 따라 제품의 수명이 연장된다.
또한, 펀치(20) 및 다이(10)의 외면에는 호흡기계 질환치료 등의 기능을 가진 방향제 물질이 코팅될 수 있으며, 이에 따라 작업자가 피로회복, 건강증진 등에 효과를 얻을 수 있다.
이 방향제 물질에는 기능성 오일이 혼합될 수 있으며, 그 혼합 비율은 방향제 95~97중량%에 기능성 오일 3~5중량%가 혼합되며, 기능성 오일은, 헬리크라이섬 오일(Helichrysum oil) 50중량%, 패치올리 오일(Patchouli oil) 50중량%로 이루어진다.
여기서 기능성 오일은 방향제에 대해 3~5중량%가 혼합되는 것이 바람직하다. 기능성 오일의 혼합비율이 3중량% 미만이면, 그 효과가 미미하며, 기능성 오일의 혼합비율이 3~5중량%를 초과하면 그 기능이 크게 향상되지 않는 반면에 제조 단가는 크게 증가된다.
기능성 오일 중 헬리크라이섬 오일(helichrysum oil)은 주 화학요소로는 nerol, geraniol, linalol 등을 들 수 있으며 항균, 항박테리아, 방부, 항알러지, 항염 등에 좋은 효과가 있다.
패치올리 오일(Patchouli oil)오일은 주 화학성분으로는 patchoulene, eugenol, carvone 등을 들 수 있으며 살균, 방부, 항울, 피부 염증 치료 등에 작용효과가 우수하다.
이러한 기능성 오일이 펀치(20) 및 다이(10)의 외면에 코팅되므로 작업자의 피로회복, 건강증진 등에 기여할 수 있다.
10 : 다이
12 : 배출홀
14 : 상부 직선면 구간
16 : 하부 경사면 구간
20 : 펀치
22 : 하부 직선면 구간
24 : 상부 경사면 구간
26 : DLC 코팅층
30 : 알루미늄 합금 판재
32 : 스크랩
34 : 피어싱 홀
C : 간극

Claims (3)

  1. 스크랩(32)이 배출되는 배출홀(12)을 갖는 다이(10)와, 다이(10)에 올려진 크로스 멤버용 알루미늄 합급 판재(30)에 피어싱 가공을 위하여 승하강하는 펀치(20)를 포함하되,
    상기 다이(10)의 배출홀(12) 내경 크기를 상기 펀치(20)의 외경에 비하여 크게 형성하여 다이(10)의 배출홀(12)과 펀치(20)의 외경 간에 버어 방지 및 스크랩 눌러 붙음 방지용 간극(C)이 형성되고,
    상기 펀치(20)와 알루미늄 합금 판재(30) 간의 마찰을 최소화하기 위하여 펀치(20)의 외경면이 하부 직선면 구간(22)과 상부 경사면 구간(24)으로 형성되며,
    상기 다이(10)의 배출홀(12)은 스크랩(32)과 배출홀(12) 내경 간의 마찰 가공열을 최소화하기 위하여 상부 직선면 구간(14)과 하부 경사면 구간(16)으로 형성되고;
    상기 버어 방지 및 스크랩 눌러 붙음 방지용 간극(C)은 10㎛ ~ 50㎛로 형성되고; 상기 펀치(20)의 하부 직선면 구간(22)의 상하 높이와 상기 배출홀(12)의 상부 직선면 구간(14)의 상하 높이는 가공 대상의 알루미늄 합금 판재(30) 두께와 동일하게 형성되며; 상기 펀치(20)의 상부 경사면 구간(24)의 경사각(θ)과 상기 배출홀(12)의 하부 경사면 구간(16)의 경사각(α)은 5°~ 10°로 형성되며;
    상기 펀치(20)의 표면에는 DLC 코팅층(26)이 형성되고; 상기 DLC 코팅층(26)은 펀치를 진공챔버에 배치한 후, 아르곤 가스분위기에서 진공도를 3 ~ 50 mtorr로 유지하는 동시에 펀치에 바이어스 전압을 -150 ~ -1000 V 범위로 가해주는 플라즈마 클리닝 공정을 거친 다음, 카본계열가스(C6H6)를 3 ~ 50 mtorr에서 아크 방전 플라즈마에 의해 분해시켜 발생한 카본이온을 바이어스가 걸린 펀치에 전기적으로 가속 충돌시켜 형성된 것으로서, 1 ~ 1.5 ㎛ 두께로 코팅된 것이고;
    다이(10)의 배출홀(12)에는 마모방지도포층이 형성되되, 상기 마모방지도포층은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO2) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말이 다이(10)의 배출홀(12)에 용사되어서 이루어지고, 50∼600㎛의 두께로 이루어지며, 경도는 900∼1000HV를 유지하도록 플라즈마 도포되고, 상기 마모방지도포층의 둘레에는 무수크롬산(CrO3)으로 이루어진 실링재가 도포되며, 상기 실링재의 도포 두께는 0.3∼0.5㎛ 이고;
    펀치(20) 및 다이(10)의 외면에는 기능성 오일이 혼합된 방향제 물질이 도포되되, 상기 방향제 물질 및 상기 기능성 오일의 혼합 비율은 상기 방향제 물질 95~97중량%에 상기 기능성 오일 3~5중량%가 혼합되며, 상기 기능성 오일은, 헬리크라이섬 오일(Helichrysum oil) 50중량%, 패치올리 오일(Patchouli oil) 50중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
KR1020170016122A 2017-02-06 2017-02-06 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치 KR101895440B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170016122A KR101895440B1 (ko) 2017-02-06 2017-02-06 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치
PCT/KR2017/007120 WO2018143524A1 (ko) 2017-02-06 2017-07-04 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170016122A KR101895440B1 (ko) 2017-02-06 2017-02-06 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180091228A KR20180091228A (ko) 2018-08-16
KR101895440B1 true KR101895440B1 (ko) 2018-09-06

Family

ID=63039819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170016122A KR101895440B1 (ko) 2017-02-06 2017-02-06 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101895440B1 (ko)
WO (1) WO2018143524A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102202026B1 (ko) * 2018-11-14 2021-01-13 (주) 에이 에스 티 다이롤 현상이 억제된 도어 잠금장치용 부품 제조방법
CN110538924B (zh) * 2019-09-27 2024-05-03 深圳数码模汽车技术有限公司 一种汽车座椅侧板零件凸筋模具及其加工方法
CN114850782B (zh) * 2021-11-23 2023-06-30 上海雷翼网络科技有限公司 一种摩托车用后挡泥瓦的制作成型工艺
CN116305947B (zh) * 2023-03-20 2023-10-17 中国石油大学(北京) 埋地管道应力预测方法、安全评估方法、设备和存储介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009028759A (ja) * 2007-07-27 2009-02-12 Hitachi Ltd 塑性加工用のパンチ
JP2015166102A (ja) * 2014-03-04 2015-09-24 英一 神田 カス上がりを抑制又は防止するダイ

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6508155B1 (en) * 1999-06-25 2003-01-21 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Self-centering trim punch
KR20130063181A (ko) * 2011-12-06 2013-06-14 주식회사 신흥정밀 프레스금형의 가공스크랩 상승방지 구조
KR101650275B1 (ko) 2015-07-23 2016-08-22 주식회사 새해성 차량의 크로스멤버 제조용 금형장치
CN105478575A (zh) * 2015-11-17 2016-04-13 广东长盈精密技术有限公司 支撑垫脚以及冲模方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009028759A (ja) * 2007-07-27 2009-02-12 Hitachi Ltd 塑性加工用のパンチ
JP2015166102A (ja) * 2014-03-04 2015-09-24 英一 神田 カス上がりを抑制又は防止するダイ

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180091228A (ko) 2018-08-16
WO2018143524A1 (ko) 2018-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101895440B1 (ko) 자동차용 알루미늄 합금 크로스 멤버 성형을 위한 금형 장치
RU2584105C2 (ru) Плакированная толстолистовая сталь для горячего прессования и способ горячего прессования плакированной толстолистовой стали
DE102013206704B4 (de) Radmutter und verfahren zum herstellen der radmutter
TW201447040A (zh) 熱壓用鍍敷鋼板、鍍敷鋼板之熱壓方法及汽車零件
TWI623649B (zh) 熱壓用鍍鋁鋼板及熱壓用鍍鋁鋼板之製造方法
CN114054586A (zh) 一种大面积双曲镜面不锈钢板冲压成型工艺
CN101596835A (zh) 大克重钢制汽车车轮平衡块及其制造方法
WO2009054175A1 (ja) 板金成型用のプレス金型及びプレス金型表面の処理方法、並びに車体の生産方法
US7651727B2 (en) Method for surface treatment of sliding portion
CN102357612A (zh) 一种汽车纵向承载梁的制造工艺
EP3124654B1 (en) Stainless steel plate
CN111037243B (zh) 变速箱驻车齿轮制造方法
Arif et al. Product defects in aluminum extrusion and its impact on operational cost
EP2364842A1 (en) Magnesium alloy member
DE102010005869A1 (de) Reinigung von Werkzeugen zur Warmumformung von Aluminiumblechen
JP6369659B1 (ja) 熱間プレス用めっき鋼板、熱間プレス用めっき鋼板の製造方法、熱間プレス成形品の製造方法、及び車両の製造方法
CN1202926C (zh) 镁合金固态冲压成型工艺方法
EP3588752B1 (en) Process for producing motor housing by using titanium metal
EP2373139A1 (en) Magnesium alloy member and method for producing same
JP2007289984A (ja) 成形性に優れたアルミニウム合金接合材およびその製造方法
JP2007283341A (ja) 突合せ溶接金属板のプレス加工用金型およびプレス加工方法
CN201231647Y (zh) 大克重钢制汽车车轮平衡块
JP4317573B2 (ja) 板金成型用のプレス金型及びプレス金型表面の処理方法、並びに車体の生産方法
JP2007283342A (ja) 突合せ溶接金属板
CN110449843A (zh) 高性能合金车身冲压件的制造工艺

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right