KR102155084B1 - Manufacturing method of hot stamping parts for local multifunctional materials by using three-dimensional lamination technology - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 3차원 적층 가공 기술을 이용한 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 금형 제작 방법은, 핫스탬핑 제품에서 고강도 부위와 저강도 부위를 지정하는 단계; 금형 본체를 제작하는 단계; 상기 금형 본체 상에 결합 가능한 핫스탬핑 냉각블록을 제작하는 단계; 및 상기 냉각블록을 상기 금형 본체에 조립후 기계 가공을 통해 표면 형상을 가공하여 최종적으로 금형을 완성하는 단계;를 포함하고, 상기 핫스탬핑 냉각블록 상에서 고강도 부위에는 금속적층 가공기술을 이용하여 제품형상과 동일한 냉각채널을 형성하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a mold for manufacturing a local multi-physical hot stamping part using a three-dimensional additive manufacturing technology according to the present invention includes the steps of designating a high-strength portion and a low-strength portion of the hot stamping product; Manufacturing a mold body; Manufacturing a hot stamping cooling block that can be combined on the mold body; And assembling the cooling block to the mold body and then processing the surface shape through mechanical processing to finally complete the mold; including, a product shape using metal lamination processing technology on the high-strength part on the hot stamping cooling block. It is characterized by forming the same cooling channel as.

Description

3차원 적층 가공 기술을 이용한 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 금형 제작 방법{Manufacturing method of hot stamping parts for local multifunctional materials by using three-dimensional lamination technology}Manufacturing method of hot stamping parts for local multifunctional materials by using three-dimensional lamination technology {Manufacturing method of hot stamping parts for local multifunctional materials by using three-dimensional lamination technology}

본 발명은 고강도 부분과 저강도 부분으로 구획된 핫스탬핑 부품을 제작하기 위하여 냉각 채널을 필요한 강도에 따라 선택적으로 적용하는 것과 동시에 상이한 열전도도를 갖는 금속 분말을 적층가공하는 방식을 통하여 냉각 편차를 극대화하여 국부 다물성 핫스탬핑 부품 성형용 금형을 제작하는 기술에 관한 것이다.The present invention maximizes cooling deviation through a method of selectively applying a cooling channel according to the required strength in order to manufacture a hot stamping part divided into a high-strength portion and a low-strength portion, and at the same time depositing metal powders having different thermal conductivity. Thus, it relates to a technology for manufacturing a mold for molding local multi-physical hot stamping parts.

일반적으로 프레스 금형을 이용한 국부 다물성 부품 제조방법은 크게 TWB(Tailor Welded Blank), TRB(Tailor Rolled Blank) 및 본론강의 급랭특성을 이용하여 금형 내 전기 카트리지등 가열 물체를 내재한 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작 기술이 널리 사용되어지고 있다. In general, the method of manufacturing local multi-physical parts using a press mold is largely localized multi-physical hot stamping with heating objects such as electric cartridges in the mold using the rapid cooling characteristics of TWB (Tailor Welded Blank), TRB (Tailor Rolled Blank) and main steel. Component manufacturing technology is widely used.

첫 번째로 TWB 기술은 서로 소재의 두께가 다르거나 또는 소재 두께는 동일하나 인장 강도가 서로 다른 2개의 소재를 접하하여 Blank 소재를 제작한 다음에 금형 내에서 성형하여 하나의 부품에서 서로 두께나 인장 강도가 다른 부품을 제조하는 기술이다.First, TWB technology makes a blank material by contacting two materials having different material thicknesses or having the same material thickness but different tensile strengths, and then forming a blank material in a mold to make the thickness or tension of each other in one part. It is a technology to manufacture parts with different strengths.

두 번째로 TRB 기술은 강판 제작 시 압연 롤러 제어를 통해 단일 강판에서 연속적인 두께 변화를 갖는 강판을 제작후 금형 내에서 부품을 성형하는 기술을 말한다. Secondly, TRB technology refers to a technology for forming parts in a mold after manufacturing a steel plate having a continuous thickness change from a single steel plate through the control of a rolling roller during steel plate production.

세 번째로 본론강의 급랭특성을 이용하여 금형 내 전기 카트리지등 가열 장치를 내재한 국부다물성 핫스탬핑 부품 제작 기술은 B, Mn, Cr등의 원소를 첨가하여 경화능을 향상시킨 보론 강판 22MnB5을 900℃ 이상의 고온으로 가열한 후 프레스로 이동시켜 고온 성형함과 동시에 부분적으로 금형내 가열장치를 이용하여 냉각 편차를 인위적으로 발생시켜 국부 다물성 핫스탬핑 부품을 제작하는 기술이다.Thirdly, the technology for manufacturing local multi-physical hot stamping parts with internal heating devices such as electric cartridges in the mold using the rapid cooling characteristics of the main steel is made of boron steel 22MnB5, which improves hardenability by adding elements such as B, Mn, and Cr. It is a technology that produces a local multi-physical hot stamping part by heating it to a high temperature above °C, moving it to a press, forming it at high temperature, and creating a cooling deviation artificially using a heating device in the mold.

그러나, 상기와 같은 종래의 국부 다물성 판재 부품 제조 기술들을 생산성, 효용성, 경제성 측면에서 보게 되면, 국부 다물성 부품을 제조하는데 있어 TWB 기술의 경우 추가적인 접합공정을 거쳐야 하며, TRB 기술의 경우 서로 두께가 다른 소재의 적용은 가능하나 인장강도가 다른 소재의 적용은 불가하여 적용에 제약이 따른다는 문제점이 있다. 또한, 금형 내 가열장치를 이용한 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제조 기술은 금형 내에 추가적인 가열장치가 필요하여 금형 제작 비용이 고가이며, 금형의 내구성 측면이나 양산시 생산성이나 유지보수적인 측면에서 효용성과 경제성이 낮다는 단점이 있다.However, looking at the conventional local multi-physical plate component manufacturing techniques as described above in terms of productivity, efficiency, and economy, TWB technology has to undergo an additional bonding process in manufacturing local multi-physical parts, and in the case of TRB technology, the thickness of each other. Although it is possible to apply different materials, there is a problem that the application is restricted because materials with different tensile strengths cannot be applied. In addition, the local multi-physical hot stamping part manufacturing technology using an in-mold heating device requires an additional heating device in the mold, so the cost of manufacturing the mold is high, and the efficiency and economy are low in terms of durability of the mold, productivity and maintenance during mass production. Has a drawback.

대한민국 공개특허공보 제10-2102-0016777호 "국부적 강도 제어를 위한 핫스탬핑 성형장치 및 그 성형방법" (2012.02.27.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2102-0016777 "Hot stamping molding apparatus for local strength control and its molding method" (2012.02.27.) 대한민국 등록특허공보 제10-1581940호 "냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형" (2015.12.31.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1581940 "Hot stamping mold with improved cooling performance" (2015.12.31.)

본 발명의 목적은 부위별로 강도 차이가 있는 핫스탬핑 부품을 생산하기 위한 금형을 제작하기 위하여 고인장강도를 갖는 고강도 부분과 저인장강도를 갖는 저강도 부분을 결정한 후에 고강도 부분에는 금속적층 가공기술을 이용하여 제품형상과 동일한 냉각채널을 적용하고, 상기 냉각채널이 적용된 영역 상에는 고열전도도의 금속분말을 적층 가공하는 것과 동시에 저강도 부분 상에는 냉각채널 미적용및 저열전도도 금속분말 적층가공을 통해 금형 성형시 고강도 필요부분과 저강도 필요부분의 냉각의 편차를 극대화하여 국부 다물성 핫스탬핑 부품 성형용 금형을 제작하는 기술적 특징을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to determine a high-strength part with high tensile strength and a low-strength part with low tensile strength in order to manufacture a mold for producing hot stamping parts with different strengths for each part, and then apply metal lamination processing technology to the high-strength part. When forming a mold by applying the same cooling channel as the product shape and laminating a metal powder of high thermal conductivity on the area to which the cooling channel is applied, at the same time not applying a cooling channel and laminating metal powder of low thermal conductivity on the low-strength portion. It provides a technical feature of manufacturing a mold for forming local multi-physical hot stamping parts by maximizing the difference in cooling between the high-strength and low-strength parts.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 적층 가공 기술을 이용한 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 금형 제작 방법은, 핫스탬핑 제품에서 고강도 부위와 저강도 부위를 지정하는 단계; 금형 본체를 제작하는 단계; 상기 금형 본체 상에 결합 가능한 핫스탬핑 냉각블록을 제작하는 단계; 및 상기 냉각블록을 상기 금형 본체에 조립후 기계 가공을 통해 표면 형상을 가공하여 최종적으로 금형을 완성하는 단계;를 포함하고, 상기 핫스탬핑 냉각블록 상에서 고강도 부위에는 금속적층 가공기술을 이용하여 제품형상과 동일한 냉각채널을 형성하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a mold for manufacturing a local multi-physical hot stamping component using a three-dimensional additive manufacturing technology according to the present invention for achieving the above object includes: designating a high-strength portion and a low-strength portion of the hot stamping product; Manufacturing a mold body; Manufacturing a hot stamping cooling block that can be combined on the mold body; And assembling the cooling block to the mold body and then processing the surface shape through mechanical processing to finally complete the mold; including, a product shape using metal lamination processing technology on the high-strength part on the hot stamping cooling block. It is characterized by forming the same cooling channel as.

상기 냉각블록을 제작하는 단계는, 상기 핫스탬핑 냉각블록의 상면 상에 반원 형상의 냉각 채널 홈을 형성하는 단계: 상기 냉각 채널 홈의 상부에 반원 형상을 조립하여 원형 단면을 갖는 냉각채널을 이루는 단계; 상기 냉각채널이 형성된 냉각블록의 표면 상에 고열전도도 금속분말을 적층가공하는 단계; 및 고열전도도 금속분말의 적층가공이 완료된 냉각 블록을 금형 본체 상에 조립하여 금형을 완성하는 단계를 포함한다.The manufacturing of the cooling block includes forming a cooling channel groove of a semicircular shape on the upper surface of the hot stamping cooling block: forming a cooling channel having a circular cross section by assembling a semicircular shape on the upper surface of the cooling channel groove. ; Laminating and processing high thermal conductivity metal powder on the surface of the cooling block on which the cooling channel is formed; And completing the mold by assembling the cooling block on which the additive processing of the high thermal conductivity metal powder has been completed on the mold body.

상기의 고열전도도 금속분말 적층가공이 이루어진 후에, 상기 냉각블록을 열처리하여 열전도도 및 경도를 향상하는 단계;를 더 포함한다.After the high thermal conductivity metal powder lamination processing is performed, the step of heat-treating the cooling block to improve thermal conductivity and hardness; further includes.

상기 고열전도도 금속분말은 HTCS-150 또는 HTCS-choftool 소재를 채용한다.The high thermal conductivity metal powder is HTCS-150 or HTCS-choftool material.

상기 냉각 블록은 S45C 소재, FC300, FCD550, 23F85, H13 소재를 포함한 저가의 Fe 계 모재 그룹 중 어느 하나의 소재를 채용한다.The cooling block employs any one of the low-cost Fe-based parent material group including S45C material, FC300, FCD550, 23F85, and H13 material.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다.According to the present invention, all the objects of the present invention described above can be achieved.

본 발명은 3차원 적층가공 기술을 이용한 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 금형 제작 방법을 제공하는 것으로서, 종래의 국부 다물성 핫스탬핑 제조기술과 비교할 때 금형 내 가열장치의 제거를 가능하게 하고, 냉각채널의 최적화 및 고열전도도 금속분말을 적용함으로써 제품 성형 시에 가압 시간 단축에 의한 생산성을 향상한다.The present invention provides a method for manufacturing a mold for manufacturing a local multi-physical hot stamping part using a three-dimensional additive manufacturing technology, which enables removal of a heating device in the mold and cooling compared to the conventional local multi-physical hot stamping manufacturing technology. By optimizing the channel and applying high thermal conductivity metal powder, productivity is improved by shortening the pressing time during product molding.

본 발명은 금형의 제조비용을 저렴하게 하며, 양산 시에 내구성 향상 및 유지 보수의 편리성 등을 갖게 된다.The present invention lowers the manufacturing cost of the mold, and has improved durability and convenience in maintenance during mass production.

본 발명은 부위별로 강도 차이가 있는 핫스탬핑 부품을 생산하기 위한 금형을 제작하기 위하여 고인장강도를 갖는 고강도 부분과 저인장강도를 갖는 저강도 부분을 결정한 후에 고강도 부분에는 금속적층 가공기술을 이용하여 제품형상과 동일한 냉각채널을 적용하고, 상기 냉각채널이 적용된 영역 상에는 고열전도도의 금속분말을 적층 가공하는 것과 동시에 저강도 부분 상에는 냉각채널 미적용및 저열전도도 금속분말 적층가공을 통해 금형 성형시 고강도 필요부분과 저강도 필요부분의 냉각의 편차를 극대화한다.The present invention uses metal lamination processing technology for high-strength parts after determining a high-strength part with high tensile strength and a low-strength part with low tensile strength in order to manufacture a mold for producing hot stamping parts with different strengths for each part. The same cooling channel as the product shape is applied, and high thermal conductivity metal powder is laminated and processed on the area where the cooling channel is applied, and at the same time, the cooling channel is not applied and low thermal conductivity metal powder is laminated on the low-strength part. It maximizes the deviation of cooling between parts and parts that require low strength.

본 발명은 동일한 판재 제품을 적용하여 금형 내에서 성형을 실시함과 동시에 국부적으로 인장강도 1500MPa급 부분과 600MPa급 부분의 국부 다물성 부품의 제조를 가능하게 한다.The present invention enables the production of local multi-physical parts having a tensile strength of 1500 MPa class and a 600 MPa class of tensile strength at the same time by applying the same plate product to molding in a mold.

본 발명은 3차원 금속 적층가공 기술을 적용함과 동시에 900℃ 이상 가열 후 임계속도(Critical cooling Rate, 30℃/S) 이상으로 냉각 시에 경화능을 향상시킨 보론강의 특성을 이용한다.The present invention utilizes the characteristics of boron steel having improved hardenability when cooling at a critical cooling rate (30°C/S) or higher after heating at 900°C or higher while applying the 3D metal additive processing technology.

도 1은 본 발명에 따라 3차원 적층가공 기술을 이용하여 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 냉각 블록 중에서 고강도 필요 부분에 적용되는 냉각 블록의 제조공정도를 보인다.
도 2는 본 발명의 적용이 가능한 MBR DASH CROSS 금형의 설계 컨셉을 보인다.
도 3은 본 발명을 적용한 MBR DASH CROSS 금형의 제작 순서를 보인다.
도 4는 표면 적층 가공 후 HTCS-150 소재의 오일??칭 열처리 공정을 보인다.
도 5는 표면 적층 가공 후 HTCS-cohftool 소재의 오일??칭 열처리 공정을 보인다.
도 6은 본 발명이 적용된 MBR DASH CROSS 금형의 최종 제작 완성금형을 보인다.
도 7은 본 발명이 적용된 MBR DASH CROSS 금형의 양산 조건에서의 시제품 냉
각성능 평가 및 성형된 제품의 인장강도 평가를 보인다.
1 shows a manufacturing process diagram of a cooling block applied to a portion requiring high strength among the cooling blocks for manufacturing local multi-physical hot stamping parts using a three-dimensional additive manufacturing technique according to the present invention.
2 shows a design concept of an MBR DASH CROSS mold applicable to the present invention.
3 shows the manufacturing sequence of the MBR DASH CROSS mold to which the present invention is applied.
Figure 4 shows the oil-treated heat treatment process of HTCS-150 material after surface lamination processing.
5 shows an oil-cohftool heat treatment process of HTCS-cohftool material after surface lamination processing.
Figure 6 shows the final production finished mold of the MBR DASH CROSS mold to which the present invention is applied.
7 is a prototype cooling in the mass production condition of the MBR DASH CROSS mold to which the present invention is applied.
It shows the evaluation of each performance and the tensile strength of the molded product.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 설명에 앞서 참고적으로 금속분말을 토너로 사용하여 3차원 물체를 프린팅하는 기기를 3차원 메탈프린터라고 칭하고, DED(Direct energy deposition)기술은 금속 3차원 프린팅(적층가공) 기술 중 하나이다.Prior to the description of the present invention, a device that prints a three-dimensional object using metal powder as a toner is referred to as a three-dimensional metal printer, and the direct energy deposition (DED) technology is one of three-dimensional metal printing (additive processing) technologies. .

본 발명이 적용되는 핫스탬핑 기술은 차량의 경량화와 충돌특성 향상을 동시에 만족시킬 수 있는 기술로서 B, Mn, Cr 등의 원소들을 첨가하여 경화능을 향상시킨 보론 강판 22MnB5 소재를 900℃ 이상의 고온으로 가열한 후 프레스로 이동시켜 금형 내에서 고온 성형함과 동시에 임계속도(Critical Cooling Rate, 30℃/S) 이상 급랭하여 기존의 인장강도 600MPa급 소재를 인장강도 1500MPa급 초고강도 부품으로 제조하는 성형공법이다.The hot stamping technology to which the present invention is applied is a technology that can simultaneously satisfy the weight reduction of the vehicle and the improvement of the collision characteristics, and a boron steel plate 22MnB5 material with improved hardenability by adding elements such as B, Mn, and Cr to a high temperature of 900°C or higher. A molding method that produces high-temperature molding in the mold by moving it to a press after heating, and at the same time quenching at a critical cooling rate (30℃/S) or higher to produce an existing tensile strength 600MPa class material into a tensile strength 1500MPa class ultra-high strength part. to be.

핫스탬핑 기술을 적용한 소재는 기존의 고강도 소재에 비하여 경량화 및 안전성 향상 효과가 우수하며, 주로 자동차의 Side impact beam, Bumper, A and B pillar, Roof rail, Mbr dash cross등의 부품에 널리 적용된다.The material to which the hot stamping technology is applied has superior weight reduction and safety improvement effect compared to the existing high-strength materials, and is mainly applied to parts such as side impact beams, bumpers, A and B pillars, roof rails, and Mbr dash cross of automobiles.

본 발명은 3차원 적층가공 기술을 이용한 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 금형제작 방법에 대한 기술을 제공한다.The present invention provides a technique for a method of manufacturing a mold for manufacturing a local multi-physical hot stamping part using a three-dimensional additive manufacturing technique.

본 발명은 차등 냉각이 요구되는 핫스탬핑 부품을 위한 냉각블록을 제작하는 과정에 있에서, 인장강도 1500MPa 수준의 고강도 부분과 인장강도 600MPa 수준의 저강도 부분을 결정한 후에 고강도 부분에는 금속적층가공 기술을 이용하여 제품형상과 동일한 냉각채널을 적용하는 것과 동시에 냉각블록의 표면 상에는 상용하는 고열전도도의 금속분말인 HTCS-150, HTCS-Choftool 등의 소재를 적층 가공하여 성형시 냉각 효과를 극대화한다.In the process of manufacturing a cooling block for hot stamping parts that require differential cooling, the present invention determines a high-strength portion with a tensile strength of 1500 MPa and a low-strength portion with a tensile strength of 600 MPa, and then applies metal lamination processing technology to the high-strength portion. By using the same cooling channel as the product shape, the cooling effect is maximized during molding by laminating and processing materials such as HTCS-150 and HTCS-Choftool, which are commonly used high thermal conductivity metal powders, on the surface of the cooling block.

한편, 냉각블록 중에서 저강도 부분에 해당하는 영역 상에는 냉각 효과를 최소화하기 위해 고강도 부분에 적용된 냉각 채널을 적용하지 않으며, 냉각블록 표면 상에 상용 저열전도도 금속분말인 GTCS 소재를 적층가공하여, 성형 시 고강도 필요부분과 저강도 필요부분의 냉각의 편차를 극대화함으로써 국부 다물성 핫스탬핑 부품 성형용 금형을 제작한다.On the other hand, in the area corresponding to the low-strength part of the cooling block, the cooling channel applied to the high-strength part is not applied to minimize the cooling effect, and the GTCS material, which is a commercial low thermal conductivity metal powder, is laminated and formed on the surface of the cooling block. In this case, a mold for molding local multi-physical hot stamping parts is manufactured by maximizing the difference in cooling between the high-strength required part and the low-strength required part.

핫스탬핑 부품을 위한 냉각블록에 적용되는 고열전도도 금속분말소재인 HTCS-150 소재는 중량 %로 C 0.32~0.42, Cr 0.07~0.1, Cu 0.01~0.1, Mn 0.5 이하, Mo 4.0~4.30, Ni 0.1~0.01, P 0.03 이하, Si 0.1~0.8, W 2.5~3.0, S0.03 이하와 잔부가 Fe로 구성되는 것을 특징으로 한다.HTCS-150 material, a high thermal conductivity metal powder material applied to the cooling block for hot stamping parts, is C 0.32~0.42, Cr 0.07~0.1, Cu 0.01~0.1, Mn 0.5 or less, Mo 4.0~4.30, Ni 0.1 by weight %. It is characterized in that ~0.01, P 0.03 or less, Si 0.1 to 0.8, W 2.5 to 3.0, S0.03 or less and the balance is composed of Fe.

HTCS-cohftool 소재의 금속분말은 중량 %로 C 1.5~1.8, Cr 0.05~0.1, Cu 13~14, Mn 0.20 이하, Mo 5.5~6.0, Ni 0.03~0.10, Si 1.0~1.5, W 3.3~3.8, S 0.03이하와 잔부가 Fe로 구성되는 것을 특징으로 한다.The metal powder of HTCS-cohftool material is C 1.5~1.8, Cr 0.05~0.1, Cu 13~14, Mn 0.20 or less, Mo 5.5~6.0, Ni 0.03~0.10, Si 1.0~1.5, W 3.3~3.8, It is characterized in that S 0.03 or less and the balance consist of Fe.

고강도 부분에 적용되는 HTCS-150 소재와 HTCS-cohftool 소재는 냉각블록에 형성된 냉각 체널 상에 적층가공 후에 열전도도 향상을 위해 각각의 열처리 공정으로 오일 ??칭 후 핫스탬핑 금형의 냉각블록을 제작한다.HTCS-150 material and HTCS-cohftool material, which are applied to high-strength parts, are subjected to oil quenching in each heat treatment process to improve thermal conductivity after lamination on the cooling channel formed in the cooling block, and then the cooling block of the hot stamping mold is manufactured. .

먼저, 1단계로 핫스탬핑 제품에서 고강도 부위와 저강도 부위를 지정한다.First, as a first step, high-strength and low-strength areas are designated in the hot stamping product.

2단계로 금형 본체를 제작한다.The mold body is manufactured in two steps.

3단계로는 핫스탬핑 금형을 구성하는 냉각블록을 제작한다.In the third step, a cooling block constituting the hot stamping mold is manufactured.

상기 냉각블록 중에서 고강도 부분은 적층가공 기술을 이용하여 핫스탬핑 제품의 형상과 동일한 냉각채널을 제조한다.The high-strength portion of the cooling block is manufactured with a cooling channel having the same shape as the hot stamping product by using an additive manufacturing technique.

상기 냉각채널은 냉각블록 본체 상에 반원 형상의 채널 홈 형상을 가공한 후에 별도로 반원 형상의 쿠폰을 제작하여 채널 홈을 기준으로 하여 냉각블록 본체 상에 조립 및 가접한다.The cooling channel is formed on the cooling block body by processing a semicircular channel groove shape, and then separately fabricating a semicircular coupon and assembling and adjoining the cooling block body on the basis of the channel groove.

상기와 같이 예를 들어 원통 형상의 핫스탬핑 제품 형상과 동일한 등각 형상을 갖는 냉각채널을 제조한 후에, 상기 냉각채널 중에서 성형 시에 핫스탬핑 제품과 직접적으로 접촉하는 표면 상에는 두께 10mm 구간으로 고열전도도의 금속소재로 적층가공하여 냉각블록을 제작하고, 적층된 고열전도도의 금속소재를 중심으로 오일 ??칭 열처리 공정 및 표면 기계가공을 통해 냉각블록을 제작한다.As described above, for example, after manufacturing a cooling channel having the same conformal shape as the shape of the cylindrical hot stamping product, the surface of the cooling channel that directly contacts the hot stamping product during molding has a high thermal conductivity of 10 mm in thickness. The cooling block is manufactured by laminating metal material, and the cooling block is manufactured through an oil quenching heat treatment process and surface machining, centering on the laminated metal material of high thermal conductivity.

한편, 냉각블록 제작 시에 저강도 필요부분은 별도의 냉각채널을 가공하지 않은 상태에서 성형 시에 핫스탬핑 제품과 직접적으로 접촉하는 표면 상에는 두께 10mm 구간으로 저열전도도 소재를 사용하여 적층 가공을 적용하여 냉각블록을 제작한다.On the other hand, in the case of manufacturing the cooling block, the low-strength required part is applied by using a low thermal conductivity material with a thickness of 10 mm on the surface that directly contacts the hot stamping product during molding without processing a separate cooling channel. To manufacture the cooling block.

4단계는 제작된 냉각블록들을 금형 본체에 조립후 기계 가공을 통해 표면 형상을 가공하여 최종적으로 금형 제작을 완성한다.In step 4, the manufactured cooling blocks are assembled to the mold body, and the surface shape is processed through mechanical processing to finally complete the mold manufacturing.

도 1을 참조하여, 본 발명에 따라 3차원 적층가공 기술을 이용하여 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 냉각 블록 중에서 고강도 필요 부분에 적용되는 냉각 블록의 제조 공정도를 설명한다.Referring to FIG. 1, a manufacturing process diagram of a cooling block applied to a portion requiring high strength among the cooling blocks for manufacturing local multi-physical hot stamping parts using a three-dimensional additive manufacturing technique according to the present invention will be described.

핫스탬핑 제품에서 고강도 필요부분에 해당하는 냉각블록을 제조하는 방법은 다음과 같다.The method of manufacturing the cooling block corresponding to the high strength required part of the hot stamping product is as follows.

먼저, 1단계는 냉각블록 본체 상에 반원 형상의 냉각 홈을 가공하여 제작한다. 즉, 저가의 금속 소재를 이용하여 핫스탬핑 냉각블록의 상면 상에 반원 단면 형상을 갖는 냉각 채널 홈을 형성한다.First, the first step is fabricated by processing a semicircular cooling groove on the cooling block body. That is, a cooling channel groove having a semicircular cross-sectional shape is formed on the upper surface of the hot stamping cooling block using a low-cost metal material.

2단계는 냉각채널 형상인 원형상을 만들기 위해 쿠폰을 제작한다.In the second step, a coupon is produced to make a circular shape in the shape of a cooling channel.

3단계는 반원 형상의 냉각 홈이 형성된 냉각블록의 본체 상에 쿠폰을 조립함으로써 원형 단면 형상의 냉각채널을 구현하고, 금속 적층가공 시에 변형을 방지하기 위하여 가접하여 고정한다.In step 3, a cooling channel having a circular cross-sectional shape is implemented by assembling a coupon on the main body of a cooling block having a cooling groove in a semicircular shape, and it is temporarily bonded and fixed to prevent deformation during metal lamination.

4단계는 고열전도도의 금속분말을 냉각채널 표면 상에 적층가공한다. 즉, 원 형상의 냉각채널이 형성된 냉각블록의 표면 상에 고열전도도 금속분말을 적층 가공한다.In step 4, metal powder of high thermal conductivity is laminated on the surface of the cooling channel. That is, the high thermal conductivity metal powder is laminated on the surface of the cooling block on which the circular cooling channel is formed.

5단계는 냉각채널 상에 적층가공된 금속의 표면을 기계가공하여 최종적으로 블록을 제작한다. In step 5, the surface of the laminated metal is machined on the cooling channel to finally produce a block.

이후, 적층가공이 완료된 냉각블록을 최종적으로 기계가공하여 금형 본체 상에 결합하여 금형을 완성한다.Thereafter, the cooling block on which the lamination process is completed is finally machined and bonded to the mold body to complete the mold.

도 2는 본 발명이 적용되는 국부다물성 핫스탬핑 부품의 제조가 가능한 MBR DASH CROSS 금형의 설계 도면을 도시하였으며, 본 발명에 따른 기술의 구체적인 적용 예시를 나타낸다.2 shows a design drawing of an MBR DASH CROSS mold capable of manufacturing a local multi-physical hot stamping part to which the present invention is applied, and shows a specific application example of the technology according to the present invention.

중앙부는 저강도 부분에 해당하는 영역으로서 냉각 채널을 적용하지 않으며,냉각블록의 표면 상에는 저열전도도 금속분말을 적층가공한다.The central portion corresponds to the low-strength portion, and does not apply a cooling channel. On the surface of the cooling block, metal powder of low thermal conductivity is laminated.

우측 및 좌측부는 고강도 부분에 해당하는 영역으로서 고열전도도의 금속분말을 적층 가공하고 제품형상과 동일한 등각 형상의 냉각채널을 적용한다.The right and left portions are regions corresponding to the high-strength portion, and metal powders of high thermal conductivity are laminated and processed, and cooling channels having the same conformal shape as the product shape are applied.

도 3은 본 기술을 적용한 MBR DASH CROSS 금형의 제작 순서를 나타낸다.3 shows the manufacturing procedure of the MBR DASH CROSS mold to which the present technology is applied.

도 4는 냉각채널이 형성된 냉각블록의 표면 상에 고열전도도 금속분말인 HTCS-150 소재의 오일??칭 열처리 공정을 나타낸다.4 shows an oil treatment process of HTCS-150 material, a high thermal conductivity metal powder, on the surface of a cooling block having a cooling channel.

열처리 공정은 Austenzation, Quenching 및 Tempering 순으로 진행한다.The heat treatment process proceeds in the order of Austenzation, Quenching and Tempering.

먼저, Austenzation 공정을 설명한다.First, the Austenzation process will be described.

HTCS-150 소재를 투입하기 전에 전기로의 온도를 100℃ 이하로 유지한다. HTCS-150 소재 투입 후 100℃~650℃까지 4시간 동안 150℃/h로 가열한다.Before introducing the HTCS-150 material, keep the furnace temperature below 100℃. After inputting the HTCS-150 material, heat it to 100℃~650℃ for 4 hours at 150℃/h.

650℃ 에서 2시간 동안 균질화 처리하고, 650℃~750℃까지 150℃/h로 45분간 가열한다.Homogenization treatment at 650° C. for 2 hours, and heating at 150° C./h to 650° C. to 750° C. for 45 minutes.

750℃ 에서 2시간 동안 균질화 처리하고, 750℃~900℃까지 50℃/h로 3시간 동안 가열한다.It is homogenized at 750°C for 2 hours, and heated to 750°C to 900°C at 50°C/h for 3 hours.

900℃~1120℃까지 150℃로 1시간 30분 이내 가열하고, 1120℃에서 45분간 균질화 처리한다.Heat from 900°C to 1120°C at 150°C within 1 hour and 30 minutes, and homogenize at 1120°C for 45 minutes.

다음으로, Quenching 공정을 설명한다.Next, the quenching process will be described.

Oil을 이용한 급랭처리하고, Oil을 60℃로 선가열한 후 급랭처리(30분)한다.Rapid cooling treatment using oil, preheating the oil to 60℃, and then rapid cooling treatment (30 minutes).

Maximum agitation of the Oil(교반) 작업을 한다.Do the maximum agitation of the oil (stirring).

Quenching시 진공챔버 내는 최소 1bar이상의 압력을 유지한다.During quenching, maintain a pressure of at least 1 bar in the vacuum chamber.

마지막으로, Tempering 공정을 설명한다.Finally, the tempering process is explained.

590℃ 에서 210분간 균질화 처리후 노냉 또는 공냉한다.After homogenization treatment at 590℃ for 210 minutes, it is furnace cooled or air cooled.

도 5는 냉각채널이 형성된 냉각블록의 표면 상에 고열전도도 금속분말인 HTCS-cohftool 소재의 표면 적층가공후 오일??칭 열처리 공정을 나타낸다.FIG. 5 shows a heat treatment process of oil and water after surface lamination processing of HTCS-cohftool material, which is a high thermal conductivity metal powder, on the surface of a cooling block having a cooling channel.

먼저, Austenzation 공정을 설명한다.First, the Austenzation process will be described.

HTCS-cohftool 소재를 투입하기 전에 전기로의 온도를 100℃ 이하로 유지한다. HTCS-150 소재 투입 후 100℃~650℃까지 5시간 30분 동안 100℃/h로 가열한다.Before introducing the HTCS-cohftool material, keep the temperature of the electric furnace below 100℃. After inputting the HTCS-150 material, heat it to 100℃~650℃ for 5 hours and 30 minutes at 100℃/h.

650℃ 에서 1시간 동안 균질화 처리하고, 650℃~750℃까지 150℃/h로 40분간 가열한다.Homogenization treatment at 650°C for 1 hour, and heating at 150°C/h to 650°C to 750°C for 40 minutes.

750℃ 에서 1시간 동안 균질화 처리하고, 750℃~920℃까지 30℃/h로 5시간 40분 동안 가열한다.Homogenized treatment at 750° C. for 1 hour, and heated to 750° C. to 920° C. at 30° C./h for 5 hours and 40 minutes.

920℃~1080℃까지 100℃로 1시간 30분 이내 가열하고, 1080℃에서 45분간 균질화 처리한다.Heat from 920°C to 1080°C at 100°C within 1 hour and 30 minutes, and homogenize at 1080°C for 45 minutes.

다음으로, Quenching 공정을 설명한다.Next, the quenching process will be described.

Oil을 이용한 급랭처리하고, Oil을 80℃로 선가열한 후 급랭처리한다.Rapid cooling treatment using oil, preheating the oil to 80℃ and then rapid cooling treatment.

Maximum agitation of the Oil(교반) 작업을 한다.Do the maximum agitation of the oil (stirring).

Quenching시 진공챔버 내는 최소 1bar 이상의 압력을 유지한다.When quenching, maintain a pressure of at least 1 bar in the vacuum chamber.

마지막으로,, Tempering 공정을 설명한다.Finally, the tempering process is explained.

1차 템퍼링은 100℃ 에서 540℃로 150℃/h로 3시간 15분 동안 가열한 후 540℃에서 2시간 유지후 80℃~100℃까지 노냉후 소재가 80℃~100℃ 온도에 도달하면 2차 템퍼링을 시작한다.The first tempering is heated from 100℃ to 540℃ for 3 hours and 15 minutes at 150℃/h, and then kept at 540℃ for 2 hours. After aging to 80℃~100℃, when the material reaches 80℃~100℃, 2 Start tempering the car.

2차 템퍼링은 100℃에서 590℃로 가열속도 150℃/h로 3시간 동안 가열하고 590℃에서 2시간 유지후 노냉 또는 공랭후 소재가 100℃ 온도에 도달하면 3차 템퍼링을 시작한다.Secondary tempering is heated from 100℃ to 590℃ for 3 hours at a heating rate of 150℃/h and maintained at 590℃ for 2 hours. After furnace cooling or air cooling, the third tempering starts when the material reaches 100℃.

3차 템퍼링은 가열속도 150℃/h로 100℃에서 600℃까지 가열한 후 600℃에서 2시간 유지후 노냉또는 공냉한다.The 3rd tempering is heated from 100℃ to 600℃ at a heating rate of 150℃/h, maintained at 600℃ for 2 hours, and cooled by furnace or air.

도 6은 본 발명에 따른 기술이 적용된 MBR DASH CROSS 금형의 최종 제작 완성된 상태를 나타낸다.6 shows the final fabrication of the MBR DASH CROSS mold to which the technology according to the present invention is applied.

도 7은 본 발명에 따른 기술이 적용된 MBR DASH CROSS 부품 성형용 핫스탬핑 금형의 양산 조건에서 시제품 성형 시에 냉각성능 평가 및 성형된 제품의 인장강도 평가를 나타낸다. 7 shows the cooling performance evaluation and tensile strength evaluation of the molded product during mass production conditions of the hot stamping mold for molding MBR DASH CROSS parts to which the technology according to the present invention is applied.

평가 결과를 보면, 금형 내에 별도의 가열장치 없이 냉각채널의 최적화 및 소재의 열전도도 만을 이용하여 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 금형의 제작이 가능한 것이 검증되었다.From the evaluation results, it was verified that it is possible to manufacture a mold for manufacturing local multi-physical hot stamping parts using only the optimization of the cooling channel and the thermal conductivity of the material without a separate heating device in the mold.

또한, 냉각 성능이 우수하여 성형 시에 가압 시간을 기존 건들릴을 적용한 금형과 비교하여 40% 이상 개선이 가능하여 양산시 생산량의 증대에도 현저한 효과가 있음이 검증되었다.In addition, it has been verified that the cooling performance is excellent, and it is possible to improve the pressing time during molding by more than 40% compared to the mold using the existing touch reel, so that there is a remarkable effect in increasing the production volume during mass production.

본 발명에 따른 기술은 성형 시에 보론강이 임계속도보다 빠르게 냉각될 경우, 소재 내부에 있는 오스테나이트 조직이 대부분 마르텐사이트 조직으로 변태되어 1500MPa 수준의 높은 인장강도를 가지는 반면, 임계속도보다 느린 속도로 냉각될 경우엔 베이나이트, 페라이트, 펄라이트 등의 조직 형성과 함께 강도가 저하되는 특징에 착안한 것이다.In the technology according to the present invention, when boron steel is cooled faster than the critical speed during molding, most of the austenite structure inside the material is transformed into a martensitic structure and has a high tensile strength of 1500 MPa, while a speed slower than the critical speed. In the case of cooling, it focuses on the feature of lowering the strength along with the formation of a structure such as bainite, ferrite, and pearlite.

상기와 같이, 본 발명은 3차원 적층가공 기술을 이용한 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 금형 제작 방법을 제공하는 것으로서, 종래의 국부 다물성 핫스탬핑 제조기술과 비교할 때 금형 내 가열장치의 제거를 가능하게 하고, 냉각채널의 최적화 및 고열전도도 금속분말을 적용함으로써 제품 성형 시에 가압 시간 단축에 의한 생산성을 향상하게 한다. 또한, 금형 내 가열장치의 적용이 없어 금형제조비용 절감, 내구성 향상 및 유지보수 편의성 확보가 가능하다.As described above, the present invention provides a method for manufacturing a mold for manufacturing local multi-physical hot stamping parts using a three-dimensional additive manufacturing technology, and it is possible to remove the heating device in the mold compared to the conventional local multi-physical hot stamping manufacturing technology. In addition, by optimizing the cooling channel and applying high thermal conductivity metal powder, productivity is improved by shortening the pressing time during product molding. In addition, since there is no application of a heating device in the mold, it is possible to reduce mold manufacturing cost, improve durability, and secure maintenance convenience.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described through the above embodiments, the present invention is not limited thereto. The above embodiments may be modified or changed without departing from the spirit and scope of the present invention, and those skilled in the art will recognize that such modifications and changes also belong to the present invention.

Claims (5)

핫스탬핑 제품에서 고강도 부위와 저강도 부위를 지정하는 단계;
금형 본체를 제작하는 단계;
상기 금형 본체 상에 결합 가능한 핫스탬핑 냉각블록을 제작하는 단계; 및
상기 냉각블록을 상기 금형 본체에 조립후 기계 가공을 통해 표면 형상을 가공하여 최종적으로 금형을 완성하는 단계;를 포함하고,
상기 냉각블록을 제작하는 단계는,
상기 핫스탬핑 냉각블록의 상면 상에 반원 형상의 냉각 채널 홈을 형성하는 단계:
상기 냉각 채널 홈의 상부에 반원 형상을 조립하여 원형 단면을 갖는 냉각채널을 이루는 단계;
상기 냉각채널이 형성된 냉각블록의 표면 상에 고열전도도 금속분말을 적층가공하는 단계;
상기의 고열전도도 금속분말 적층가공이 이루어진 후에, 상기 냉각블록을 열처리하여 열전도도 및 경도를 향상하는 단계; 및
고열전도도 금속분말의 적층가공이 완료된 냉각 블록을 금형 본체 상에 조립하여 금형을 완성하는 단계를 포함하고,
상기 열전도도 및 경도를 향상하는 단계는 상기 적층된 고열전도도의 금속분말을 중심으로 오일 ??칭 열처리 공정을 실시하며,
상기 오일 ??칭 열처리 공정은,
Austenitization, Quenching 및 Tempering을 순차적으로 실시하고,
상기 Austenitization 공정은
고열전도도 금속분말 소재를 투입하기 전에 전기로의 온도를 100℃ 이하로 유지하고, 고열전도도 금속분말 소재 투입 후에는 100℃~650℃까지 4시간 동안 150℃/h로 가열하거나 또는 100℃~650℃까지 5시간 30분 동안 100℃/h로 가열하는 단계, 650℃ 에서 1시간 또는 2시간 동안 균질화 처리하고, 650℃~750℃까지 150℃/h로 40분 또는 45분 간 가열하는 단계, 750℃ 에서 1시간 또는2시간 동안 균질화 처리하고, 750℃~900℃까지 50℃/h로 3시간 동안 가열하거나 30℃/h로 5시간 40분 동안 가열하는 단계, 920℃~1080℃까지 100℃ 또는 150℃로 1시간 30분 이내 가열하고, 1080℃ 또는 1120℃에서 45분간 균질화 처리하는 단계를 포함하고,
Quenching 공정은, Oil을 이용한 급랭처리하고 Oil을 60℃ 또는 80℃로 선가열한 후 급랭처리(30분)하는 단계, Maximum agitation of the Oil(교반) 작업을 하는 단계, 및 Quenching 시에 진공챔버 내는 최소 1bar이상의 압력을 유지하는 단계를 포함하고,
Tempering 공정은 단일 내지 다단으로 균질화 처리후 노냉 또는 공냉하며,
상기 핫스탬핑 냉각블록 상에서 고강도 부위에는 금속적층 가공기술을 이용하여 제품형상과 동일한 냉각채널을 형성하는 것을 특징으로 하는,
3차원 적층 가공 기술을 이용한 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 금형 제작 방법.
Designating a high-strength portion and a low-strength portion of the hot stamping product;
Manufacturing a mold body;
Manufacturing a hot stamping cooling block that can be combined on the mold body; And
Assembling the cooling block to the mold body and then machining the surface shape through machining to finally complete the mold; Including,
The step of manufacturing the cooling block,
Forming a semicircular cooling channel groove on the upper surface of the hot stamping cooling block:
Forming a cooling channel having a circular cross section by assembling a semicircular shape on the upper portion of the cooling channel groove;
Laminating and processing high thermal conductivity metal powder on the surface of the cooling block on which the cooling channel is formed;
After the high thermal conductivity metal powder lamination processing is performed, heat treatment of the cooling block to improve thermal conductivity and hardness; And
Comprising the step of assembling the cooling block in which the additive processing of the high thermal conductivity metal powder has been completed on the mold body to complete the mold,
In the step of improving the thermal conductivity and hardness, an oil quenching heat treatment process is performed around the laminated metal powder of high thermal conductivity,
The oil quenching heat treatment process,
Austenitization, Quenching and Tempering are performed sequentially,
The Austenitization process
Keep the temperature of the electric furnace below 100℃ before putting the high thermal conductivity metal powder material, and heat it to 100℃~650℃ for 4 hours at 150℃/h or 100℃~650℃ after putting the high heat conductivity metal powder material Heating at 100°C/h for 5 hours and 30 minutes, homogenizing treatment at 650°C for 1 hour or 2 hours, and heating at 150°C/h to 650°C to 750°C for 40 minutes or 45 minutes, 750 Homogenizing treatment at ℃ for 1 hour or 2 hours, heating to 750 ℃ ~ 900 ℃ 50 ℃ / h for 3 hours or heating at 30 ℃ / h for 5 hours 40 minutes, 100 ℃ to 920 ℃ ~ 1080 ℃ Or heating at 150° C. within 1 hour and 30 minutes, and homogenizing at 1080° C. or 1120° C. for 45 minutes,
Quenching process is a step of rapid cooling treatment using oil, preheating the oil to 60℃ or 80℃, and then quenching (30 minutes), performing the maximum agitation of the oil (agitating), and in the vacuum chamber during quenching. Including the step of maintaining a pressure of at least 1 bar or more,
The tempering process is furnace-cooled or air-cooled after homogenization in single or multiple stages,
The hot stamping cooling block, characterized in that to form the same cooling channel as the product shape by using a metal lamination processing technology in the high-strength area,
A method of manufacturing a mold for manufacturing local multi-physical hot stamping parts using 3D additive manufacturing technology.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 고열전도도 금속분말은 HTCS-150 또는 HTCS-choftool 소재를 채용하고,
상기 HTCS-150 소재는 중량 %로 C 0.32~0.42, Cr 0.07~0.1, Cu 0.01~0.1, Mn 0.5 이하, Mo 4.0~4.30, Ni 0.1~0.01, P 0.03 이하, Si 0.1~0.8, W 2.5~3.0, S0.03 이하와 잔부가 Fe로 구성되고,
상기 HTCS-cohftool 소재는 중량 %로 C 1.5~1.8, Cr 0.05~0.1, Cu 13~14, Mn 0.20 이하, Mo 5.5~6.0, Ni 0.03~0.10, Si 1.0~1.5, W 3.3~3.8, S 0.03이하와 잔부가 Fe로 구성되는,
3차원 적층 가공 기술을 이용한 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 금형 제작 방법.
The method of claim 1,
The high thermal conductivity metal powder adopts HTCS-150 or HTCS-choftool material,
The HTCS-150 material is C 0.32~0.42, Cr 0.07~0.1, Cu 0.01~0.1, Mn 0.5 or less, Mo 4.0~4.30, Ni 0.1~0.01, P 0.03 or less, Si 0.1~0.8, W 2.5~ 3.0, S0.03 or less and the balance consists of Fe,
The HTCS-cohftool material is C 1.5~1.8, Cr 0.05~0.1, Cu 13~14, Mn 0.20 or less, Mo 5.5~6.0, Ni 0.03~0.10, Si 1.0~1.5, W 3.3~3.8, S 0.03 by weight% The following and the balance consist of Fe,
A method of manufacturing a mold for manufacturing local multi-physical hot stamping parts using 3D additive manufacturing technology.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각 블록은 S45C 소재, FC300, FCD550, 23F85, H13 소재를 포함한 저가의 Fe 계 모재 그룹 중 어느 하나의 소재를 채용하는,
3차원 적층 가공 기술을 이용한 국부 다물성 핫스탬핑 부품 제작용 금형 제작 방법.
The method of claim 1,
The cooling block adopts any one of the low-cost Fe-based parent material group including S45C material, FC300, FCD550, 23F85, and H13 material,
A method of manufacturing a mold for manufacturing local multi-physical hot stamping parts using 3D additive manufacturing technology.
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