KR102017108B1

KR102017108B1 - 핫스탬핑 금형

Info

Publication number: KR102017108B1
Application number: KR1020170184646A
Authority: KR
Inventors: 이현우; 양대호; 김장수; 이태규
Original assignee: 주식회사 엠에스 오토텍; 명신산업(주)
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2019-09-02
Also published as: KR20190081834A

Abstract

캐비티면에 대한 온도분포를 균일하게 유지시킬 수 있는 핫스탬핑 금형이 소개된다. 이 핫스탬핑 금형은 캐비티면을 형성하고 다수개가 중첩되어 조립되는 금형플레이트와, 금형플레이트의 적어도 한 중첩면에 함몰되게 형성되는 냉각채널과, 냉각채널에서 금형플레이트의 최외곽 측으로 연장 형성되는 파이프홈과, 냉각채널 및 금형플레이트의 최외곽 간 열교환을 위해, 파이프홈에 안착되는 히트파이프를 포함한다.

Description

핫스탬핑 금형{HOT STAMPING DIE}

본 발명은 핫스탬핑 금형에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 금형의 부위별 냉각 성능의 편차를 해소할 수 있는 핫스탬핑 금형에 관한 것이다.

일반적으로, 핫스탬핑(HOT STAMPING)은 가공 대상이 되는 소재를 약 900℃ 이상으로 가열하여 금형에서 가압 성형함과 동시에, 급냉하여 고강도의 제품을 성형하도록 하는 프레스가공 방법이다.

이러한 핫스탬핑이 이루어지는 핫스탬핑 금형은, 서로 합쳐지면 제품 형상의 공간으로 이루어진 캐비티(CAVITY)에 서로 마주하는 성형면을 갖는 상부 및 하부 다이를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 핫스탬핑 금형은 다이(10)를 다수의 블록(11)으로 나누고, 성형면(12)의 하부에 다수의 홀을 건드릴 가공하여 냉각채널(13)을 형성하고, 홀이 가공된 블록(11)들을 결합하여 냉각채널(13)을 구비한 다이(10)를 형성함으로써, 냉각기능을 구현할 수 있다. 다이(10)의 성형면(12)에 대한 온도분포는 균일하게 형성되어야 하므로, 다이(10)의 성형면(12)이 과열되지 않도록 일정한 수준을 유지하기 위한 냉각기능이 필요하다.

예컨대, 도 2a에 도시된 바와 같이, 종래 건드릴 가공을 통해 냉각채널을 형성하는 핫스탬핑 금형의 경우, 복잡한 형상(돌출부, 오목부 등)의 성형면(12)과 냉각채널(13) 간 일정 거리를 유지하기 쉽지 않고, 냉각 성능의 저하로 인해 다이(10)에 축열이 발생될 수 있으며, 특히, 블랭크 두께 증가시, 금형의 축열이 증대될 수 있다.

이에 종래에는 외곽선을 따라 냉각채널을 유로 형태로 기계 가공(샌드위치 가공)한 기술(국내 등록특허 10-1283983호 참조)이 제안된 바 있다.

그러나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 금형에 냉각채널을 유로 형태로 기계 가공한 기술의 경우, 냉각채널(13)의 폭이 좁아지는 구간에서는 유로가 불완전하게 형성될 수 있는 바, 이 구간에서 냉각채널(13)을 유동하는 냉각수의 속도가 저하될 수 있고, 냉각수의 유량 미도달 구간(C)에서는 다이(10)에 축열이 야기될 수 있다.

특허문헌: 국내 등록특허 10-1283983호 (2013. 07. 03. 등록)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다이 성형면, 특히 돌출 형상부가 있어 냉각 성능이 좋지 않은 부위의 냉각 성능을 향상시켜, 성형면 전체적으로 균일한 냉각 성능을 가질 수 있는 핫스탬핑 금형을 제공하는 것이다

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 핫스탬핑 금형은 성형면을 갖는 복수 개의 블록으로 구성되며 각 블록은 복수 개의 플레이트가 중첩되어 구성된 핫스탬핑용 금형으로서, 서로 인접한 플레이트 간의 접촉면 상에 서로 대응되도록 그루브를 형성함에 의해 마련된 냉각채널; 그 양단부 각각의 적어도 일부가 냉각채널과 접촉되도록 위치되어 냉각채널을 흐르는 냉각수와 직접 열교환하며, 중앙부는 성형면으로부터 전달되는 열을 흡수할 수 있도록 성형면 측으로 연장된 히트파이프; 및 냉각채널의 폭방향 양측에 냉각채널을 따라 마련된 실링 링으로서, 이 실링 링은 성형면 측으로 냉각수의 누수가 발생되지 않도록 히트파이프가 배치된 위치에서 히트파이프를 둘러싸도록 마련됨;을 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 핫스탬핑 금형은 다수개가 중첩되어 조립되는 금형플레이트; 상기 금형플레이트의 적어도 한 중첩면에 함몰되게 형성되는 냉각채널; 상기 냉각채널에서 상기 금형플레이트의 최외곽 측으로 연장 형성되는 파이프홈; 및 상기 냉각채널 및 상기 금형플레이트의 최외곽 간 열교환을 위해, 상기 파이프홈에 안착되는 히트파이프를 포함할 수 있다.

이때, 본 발명은 상기 냉각채널의 실링을 위해, 상기 냉각채널의 가장자리에 마련되는 실링 링을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 파이프홈은 상기 냉각채널의 일측에서 상기 금형플레이트의 최외곽 측으로 연장 형성된 후, 상기 금형플레이트의 최외곽 측에서 상기 냉각채널의 타측에서 연장 형성될 수 있다.

또한, 상기 히트파이프는 상기 파이프홈의 중심부 측에 위치되고, 냉매 증발을 통해 상기 금형플레이트의 최외곽에서 발생된 열을 흡수하는 증발부; 상기 파이프홈의 일단부측에 위치되고, 냉매 액화를 통해 상기 증발부에서 흡수한 일부 열을 상기 냉각채널의 일측에서 방출하는 제 1 응축부; 및 상기 파이프홈의 타단부측에 위치되고, 냉매 액화를 통해 상기 증발부에서 흡수한 일부 열을 상기 냉각채널의 타측에서 방출하는 제 2 응축부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 응축부 및 상기 제 2 응축부는, 적어도 일부가 상기 냉각채널 내에 위치되어, 상기 냉각채널을 유동하는 냉각수와 열교환할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 금형플레이트의 복잡한 형상(돌출부 또는 오목부 등)에 대해서, 금형플레이트에 파이프홈을 형성하여 히트파이프를 장착함으로써, 냉각 성능의 저하로 인한 금형의 축열 발생을 미연에 방지할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금형플레이트에 냉각채널의 폭을 일정하게 유지함으로써, 냉각수의 유량이 미도달되는 구간없이, 냉각수의 속도를 일정하게 유지하여 원활한 냉각수의 흐름을 구현할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 금형의 냉각채널을 도시한 사시도이다.
도 2a는 종래 기술에 따른 건드릴 가공시, 금형의 축열 상태를 도시한 상태도이다.
도 2a는 종래 기술에 따른 샌드위치 가공시, 금형의 축열 상태를 도시한 상태도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 금형의 금형플레이트를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형플레이트의 금형 돌출부 및 히트파이프를 확대하여 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 변형예에 따른 금형플레이트의 금형 돌출부 및 히트파이프를 확대하여 도시한 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다.

이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 금형의 금형플레이트를 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형플레이트의 금형 돌출부 및 히트파이프를 확대하여 도시한 구성도이다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 핫스탬핑 금형은, 성형면(103)을 형성하는 금형플레이트(110)와, 금형플레이트(110)에 함몰되게 형성되는 냉각채널(120)과, 냉각채널(120)에서 금형플레이트(110)의 최외곽 측으로 연장 형성되는 파이프홈(130)과, 파이프홈(130)에 안착되는 히트파이프(140)와, 냉각채널(120)의 가장자리에 마련되는 실링 링(160)을 포함할 수 있다. 실링 링(160)은 냉각채널(120)의 폭방향 양 사이드에 냉각채널(120)의 가장자리를 따라 연장된다. 실링 링(160)과 냉각채널(120)의 가장자리는 이격되어 있다.

금형플레이트(110)는 다수개가 중첩되어 블록을 형성하고 이 블록을 결합하여 다이(101,102)로 조립될 수 있다. 하부 다이(101) 및 상부 다이(102)가 마주보는 면에는 성형면(103)이 마련된다. 상하부 다이(101,102)의 성형면(103)은 서로 대응되면서, 핫스탬핑에 의해 생산될 제품의 형상과 동일한 형상의 공간을 제공할 수 있다.

금형플레이트(110)의 적어도 일면, 다시 말해, 다이(101,102)를 이루는 금형플레이트(110)의 중첩면에 냉각채널(120)이 형성될 수 있다. 냉각채널(120)은 금형플레이트(110)의 중첩면에 함몰되게 형성되어, 냉각수를 유동시키기 위한 유로를 제공할 수 있다. 냉각채널(120)은 소재에 대한 핫스탬핑 가공시, 급냉을 위한 냉각수를 이동시킴으로써, 성형면(103)에 대한 균일하고 안정된 냉각성능이 확보되도록 할 수 있다.

각각의 금형플레이트(110)는 외곽선을 따라 냉각채널(120)이 곡률지게 연장 형성되는 금형 바디부(111)와, 금형 바디부(111)의 최외곽으로 돌출되는 금형 돌출부(112)로 구성될 수 있다. 이 금형 돌출부(112)는 성형대상(미도시)를 향하여 돌출된다. 냉각채널(120)는 금형 돌출부(112)로부터 떨어져 완만한 곡률로 형성된다.

금형플레이트(110)에는 냉각채널(120)에서 금형플레이트(110)의 최외곽 측인 금형 돌출부(112)로 연장되는 파이프홈(130)이 형성될 수 있다.

파이프홈(130)은 냉각채널(120)의 일측에서 금형플레이트(110)의 최외곽 측을 향해 연장 형성된 후, 금형 돌출부(112)의 최외곽을 따라 굴곡 형성되고, 다시 금형플레이트(110)의 최외곽 측에서 냉각채널(120)의 타측으로 연장 형성될 수 있다.

파이프홈(130)에는 히트파이프(140)가 안착될 수 있다. 히트파이프(140)는 냉각수가 유동되는 냉각채널(120)과, 금형플레이트(110)의 최외곽, 일 예로, 금형 돌출부(112) 사이를 열교환시킬 수 있다.
도 3 및 도 4에서 보듯이 히트파이프(140)는 돌출부(112)에 냉각채널(120)을 따라 배치되며, 양단부는 냉각채널(120)을 흐르는 냉각수와 접촉되도록 냉각채널(120) 내에 삽입되며, 중앙부는 돌출부(112)의 성형면(103)으로부터 전달되는 열을 흡수할 수 있도록 돌출부(112)의 성형면(103) 측으로 연장된다. 히트파이프(140)의 중앙부는 돌출부(112)의 성형면(103)에 근접하여 성형면(103)을 따라 연장되며, 냉각채널(120)은 돌출부(112) 부근에서 히트파이프(140)보다 완만한 곡률로 형성된다.

히트파이프(140 :HEATPIPE)는 다공성물질(多孔性物質)로 구성된 파이프의 벽을 중심으로 냉매(열매체조성물)의 순환이 이루어지는 구조로, 일단에 열이 가해지면 액체 상태의 냉매가 기화열을 흡수하면서 증발되고, 타단으로 이동한 후 액체 상태로 응축되면서 열을 방출할 수 있다. 이 히트파이프(140)는 열교환을 위해 사용되는 통상의 히트파이프 개념과 대응되므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 본 실시예에서 히트파이프(140)는 파이프홈(130)의 중심부 측에 위치되는 증발부(141)와, 파이프홈(130)의 일단부측에 위치되는 제 1 응축부(142a)와, 파이프홈(130)의 타단부측에 위치되는 제 2 응축부(142b)로 구성될 수 있다. 이때, 제 1 응축부(142a) 및 제 2 응축부(142b)의 적어도 일부는 냉각채널(120)에 삽입되어 냉각채널(120)을 이동하는 냉각수와 열교환할 수 있다.

이에 따라, 히트파이프(140)의 증발부(141)에서, 냉매가 금형플레이트(110)의 최외곽(금형 돌출부)에서 발생된 열을 흡수하면, 증발부(141)에서 열을 흡수한 냉매는 제 1 응축부(142a) 및 제 2 응축부(142b)로 분리되어 이동한 후, 각각의 제 1 응축부(142a) 및 제 2 응축부(142b)에서 열을 방출하고, 열을 방출한 냉매는 다시 증발부(141)로 이동하면서 냉각채널(120)과 금형 돌출부(112) 간의 열교환을 효과적으로 진행할 수 있다.

이와 같이, 히트파이프(140)의 양단(제 1 응축부(142a) 및 제 2 응축부(142b))이 냉각채널(120) 측에 위치되고, 히트파이프(140)의 중간부위가 금형의 성형면 쪽에 위치되므로, 냉매의 활발한 순환이 보장되어 냉각효율이 향상될 수 있다.

실링 링(160)은 냉각채널(120)의 실링을 위해, 냉각채널(120)의 가장자리에 마련될 수 있다. 이때, 실링 링(160)은 냉각채널(120)의 가장자리 바깥쪽에 나란하게 위치되는 링홈(미도시)에 삽입될 수 있다. 실링 링(160)은 냉각채널(120)의 가장자리에 형성된 링홈에 안착되므로, 히트파이프(140) 외측으로 누수 발생을 방지할 수 있다.

도 4를 참조하면, 실링 링(160)은 히트파이프(140)를 외측에서 둘러싸는 형태로 마련된다. 히트파이프(140)의 양단부는 냉각수에 의해 직접 냉각을 위해 냉각채널(120)에 삽입되므로, 히트파이프(140)가 냉각채널(120)로부터 벗어나는 구간 혹은 냉각채널(120)과 교차하는 구간에서 누수가 발생될 수 있다. 이러한 누수가 발생하더라도 실링 링(160)에 의해 더 이상의 누수는 차단된다.

도 5는 본 발명의 변형예에 따른 금형플레이트의 금형 돌출부 및 히트파이프를 확대하여 도시한 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형예로, 히트파이프(140')는 파이프홈(130)의 중심부 측에 위치되는 증발부(141)와, 파이프홈(130)의 일단부측 또는 타단부측에 위치되는 응축부(142)로 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 파이프홈(130)의 일단측에는 하나의 히트파이프(140')가 안착될 수 있고, 파이프홈(130)의 타단측에는 다른 하나의 히트파이프(140')가 안착된다.

예컨대, 금형플레이트(110)의 최외곽(금형 돌출부)에서 발생된 열은, 각각의 히트파이프(140')의 증발부(141)에서 흡수된 후, 파이프홈(130)의 일단부측에 위치한 히트파이프(140')의 응축부(142)에서 방출됨으로써, 금형 돌출부(130)와 냉각채널(120) 간에 열교환이 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 금형플레이트의 복잡한 형상(돌출부 또는 오목부 등)에 대해서, 금형플레이트에 파이프홈을 형성하여 히트파이프를 장착하므로, 냉각 성능의 저하로 인한 금형의 축열 발생을 미연에 방지할 수 있고, 금형플레이트에 냉각채널의 폭을 일정하게 유지할 수 있으므로, 냉각수의 유량 미도달 구간없이, 냉각수의 속도를 일정하게 유지하여 원활한 냉각수의 흐름을 구현할 수 있다는 등의 우수한 장점을 갖는다.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

110 :금형플레이트 111 :금형 바디부
112 :금형 돌출부 120 :냉각채널
130 :파이프홈 140, 140':히트파이프
141 :증발부 142 :응축부
142a :제 1 응축부 142b :제 2 응축부

Claims

성형면을 갖는 복수 개의 블록으로 구성되며 각 블록은 복수 개의 플레이트가 중첩되어 구성된 핫스탬핑용 금형으로서,
서로 인접한 플레이트 간의 접촉면 상에 서로 대응되도록 그루브를 형성함에 의해 마련된 냉각채널;
상기 성형면에 마련되며 성형대상 측을 향해 돌출된 돌출부;
상기 돌출부에 냉각채널을 따라 배치되며, 양단부는 냉각채널을 흐르는 냉각수와 접촉되도록 냉각채널 내에 삽입되며, 중앙부는 돌출부의 성형면으로부터 전달되는 열을 흡수할 수 있도록 돌출부의 성형면 측으로 연장된 히트파이프; 및
상기 냉각채널의 폭방향 양측에 냉각채널의 가장자리를 따라 연장된 실링 링, 여기서 이 실링 링은 냉각수의 누수가 발생되지 않도록 히트파이프를 둘러싸도록 마련됨;을 포함하고,
상기 히트파이프의 중앙부는 돌출부의 성형면에 근접하여 성형면을 따라 연장되며, 냉각채널은 돌출부 부근에서 히트파이프보다 완만한 곡률로 형성된 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 금형.