KR102348557B1

KR102348557B1 - 생산성 및 성형성이 우수한 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조방법 및 방법

Info

Publication number: KR102348557B1
Application number: KR1020200092150A
Authority: KR
Inventors: 김홍기; 손현성
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2022-01-06

Abstract

본 발명의 일 측면은, 스트립 소재를 가열하는 가열 단계; 하나의 프레스에 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중 하나 이상의 금형과, 성형 금형과, 트리밍 금형을 포함하는 다수의 금형이 장착된 가공 장치로, 가열된 스트립 소재를 이송하는 이송 단계; 상기 노칭 금형을 이용하여 소재의 일부를 절단함으로써 스트립에 웹부로 연결된 형태의 노칭된 소재를 얻는 노칭 단계, 및 상기 블랭킹 금형을 이용하여 소재의 일부를 절단함으로써 스트립으로부터 분리된 형태의 블랭킹 소재를 얻는 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계; 상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계를 거친 소재를 이송하여 상기 성형 금형 부근에 위치시킨 후, 상기 성형 금형을 이용하여 소재를 성형하는 성형 단계; 및 상기 트리밍 금형을 이용하여 최종 제품 형상에서 불필요한 소재의 외곽부를 제거하는 트리밍 단계;를 포함하고, 상기 가열 단계는 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열하거나, 상기 다수의 금형 중 상기 노칭 금형 및 블랭킹 금형을 제외한 하나 이상의 금형은 부위별로 다른 온도로 제어하는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법 및 장치를 제공한다.

Description

생산성 및 성형성이 우수한 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조방법 및 방법{METHOD AND APPARATUS MANUFACTURING HOT PRESS FORMED PARTS FOR MULTI-STEP PROCESS HAVING EXCELLENT PRODUCTIVITY AND FORMABILITY}

본 발명은 생산성 및 성형성이 우수한 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.

차량 경량화 및 안전성 향상 요구에 따라 열간 프레스 성형 공법을 활용한 고강도강 적용이 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 열간 프레스 성형 공법은 부품을 성형하기 위해 설계된 형상의 블랭크를 준비하고 이를 고온으로 가열한 후 프레스에 장착된 금형에 투입한다. 이후, 프레스 슬라이드를 하사점까지 하강하여 블랭크를 성형하고 일정 시간 동안 하사점에서 유지하여 성형된 부품이 금형 안에서 급냉된다. 이렇듯 충분히 냉각된 다음, 슬라이드를 상승하고 제품을 취출하는 공정으로부터 부품을 제작한다. 또한, 일반적으로 이렇게 제작된 부품은 최종 부품 형상에서 일부 불필요한 에지 부위나 안쪽에 홀 부위 등을 절단하는 공정이 추가적으로 진행되어 최종적인 부품 형상으로 제작되는 과정을 거친다. 이러한 성형 후 제품을 절단하는 공정은 성형된 제품이 고강도를 갖기 때문에 레이저 트리밍을 하거나, 혹은 트리밍 금형/프레스를 활용한 기계적 트리밍으로 진행되어, 비용 상승의 요인이 있다.

앞서 언급한 일반적인 열간 프레스 성형은 한번의 성형으로 최종 부품이 제작되어야 하는 제약 사항이 있어, 한번의 성형으로 제작이 힘든 부품 형상은 제작하지 못한다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해서는 상온에서 중간 단계 형상으로 성형한 후, 이렇게 예비 성형된 부품을 가열하여 이를 열간 프레스 성형을 통해 최종 부품 형상으로 제작하는 인다이렉트(indirect) 열간 프레스 성형을 활용하는 방법도 일부 적용되고 있다. 하지만 이러한 인다이렉트 열간 프레스 성형은 중간 단계 형상으로 성형을 하는 공정이 추가적으로 필요하다는 점과, 성형된 부품에 대한 가열이 가능한 특수한 가열로가 필요하다는 점 등의 여러 생산 비용이 추가되는 단점이 있다.

한편, 일반 냉간 프레스 성형에서는 여러 단의 성형 공정을 거쳐 최종 부품을 성형하는 것이 일반적인 접근 방법이다. 이러한 냉각 프레스 성형 방법으로는 몇 개의 프레스와 금형을 활용하여 몇 공정으로 나누어서 성형하거나, 하나의 프레스 내에 여러 단의 금형을 넣고 성형하는 방법이 활용되고 있다. 한편, 하나의 프레스 내에 여러 단의 금형을 넣고 성형하는 방법으로서, 금형에 각각 분리된 블랭크를 투입하여 여러 단으로 성형하는 트랜스퍼(transfer) 방식의 성형이나, 연속적으로 연결되어 있는 스트립 형태의 소재를 공급하여 여러 단으로 성형하는 프로그래시브(progressive) 방식의 성형이 일반적으로 활용되고 있다.

하지만 냉간 프레스 성형과는 달리 열간 프레스 성형은 고온의 소재를 급냉을 통하여 고강도를 확보해야 한다는 특수한 제약 사항이 있어, 앞서 언급한 여러 단을 거친 성형 방법을 적용하는 것이 용이하지 않다.

더욱이, 고강도의 열간 프레스 성형 분야에서는 제품 내 동일 강도가 확보된 성형품뿐만 아니라, 필요에 따라 제품 내 서로 다른 강도를 갖는 성형품을 제조할 필요성이 있다. 이에, 종래에는 블랭크를 부위별로 다른 온도로 가열함으로써 성형 후 보다 높은 온도로 가열된 부위는 고강도를 얻고, 보다 낮은 온도로 가열된 부위는 상대적으로 저강도를 얻는 방법이 있었다. 혹은, 또 다른 방법으로서, 블랭크를 동일 온도로 가열하되, 성형 단계에서의 냉각 과정 중, 금형의 일부분을 보다 높은 온도로 가열하고, 나머지 부분을 보다 낮은 온도로 가열하는 방법이 있었다. 이를 통해, 보다 높은 온도로 가열된 금형의 일부분과 접촉하는 소재 부위는 느린 냉각 속도로 인해 다른 부위에 비해 저강도를 확보하고, 보다 낮은 온도로 가열된 나머지 금형의 부분과 접촉하는 소재 부위는 빠른 냉각 속도로 인해 고강도를 확보하였다.

그러나, 전술한 방법들은 기술적 혹은 생산성의 관점에서 애로 사항이 있었다. 구체적으로 블랭크를 부위별로 다른 온도로 가열하는 방법의 경우에는 형상을 가지는 블랭크를 부위별로 다른 온도로 가열함에 있어서 온도 불균일의 문제 발생 가능성이 많다. 또한, 금형의 온도를 부위별로 다르게 제어하여 소재의 냉각 속도를 제어하는 방법의 경우에는 느린 냉각 속도로 냉각된 부위의 저강도를 확보하기 위해서는 통상적인 열간 프레스 성형에서의 금형 냉각 시간보다 더 긴 냉각 시간을 요구하므로 사이클 타임이 증가하는 문제가 있다.

공개공보 제2006-0054479호

본 발명의 일 측면에 따르면, 생산성 및 성형성이 우수한 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하나의 제품 내에서 이종 강도를 갖는 열간 프레스 성형품을 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명의 과제는 전술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는 데 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면은,

스트립 소재를 가열하는 가열 단계;

하나의 프레스에 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중 하나 이상의 금형과, 성형 금형과, 트리밍 금형을 포함하는 다수의 금형이 장착된 가공 장치로, 가열된 스트립 소재를 이송하는 이송 단계;

상기 노칭 금형을 이용하여 소재의 일부를 절단함으로써 스트립에 웹부로 연결된 형태의 노칭된 소재를 얻는 노칭 단계, 및 상기 블랭킹 금형을 이용하여 소재의 일부를 절단함으로써 스트립으로부터 분리된 형태의 블랭킹 소재를 얻는 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계;

상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계를 거친 소재를 이송하여 상기 성형 금형 부근에 위치시킨 후, 상기 성형 금형을 이용하여 소재를 성형하는 성형 단계; 및

상기 트리밍 금형을 이용하여 최종 제품 형상에서 불필요한 소재의 외곽부를 제거하는 트리밍 단계;를 포함하고,

상기 가열 단계는 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열하거나,

상기 다수의 금형 중 상기 노칭 금형 및 블랭킹 금형을 제외한 하나 이상의 금형은 부위별로 다른 온도로 제어하는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일 측면은,

스트립 소재를 연속적으로 공급하는 공급부;

공급된 스트립 소재를 가열하는 가열부;

하나의 프레스에 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중 하나 이상의 금형과, 성형 금형과, 트리밍 금형을 포함하는 다수의 금형이 장착된 가공 장치를 포함하는 가공부; 및

상기 가열부에서 가열된 스트립 소재를 상기 가공 장치로 이송하는 이송부;를 포함하고,

상기 가열부는 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열하는 가열 장치를 포함하거나,

상기 가공부는 상기 다수의 금형 중 상기 노칭 금형 및 블랭킹 금형을 제외한 하나 이상의 금형을 부위별로 다른 온도로 제어하는 온도 제어 수단을 포함하는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 일 측면은,

청구항 1에 기재된 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법에 의해 제조된 열간 프레스 성형 부재로서,

언더컷 형상을 포함하고,

상기 성형 부재의 적어도 일부는 1300MPa 이상의 강도를 가지고, 상기 일부를 제외한 다른 부위에 1300MPa 미만의 강도를 가지는 부분을 포함하는, 열간 프레스 성형 부재를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 스트립 소재를 빠른 사이클 타임으로 안정적으로 가열 공급할 수 있어, 생산성이 향상된 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 스트립 소재를 다단 공정을 통하여 성형함으로써, 통상의 단일 공정 열간 프레스 성형에 비하여, 복잡한 형상도 비교적 용이하게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 품질과 생산성이 향상된 이종 강도를 갖는 성형품을 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않고, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 예시적인 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치를 나타낸다.
도 2(a)는 폭이 일정한 소재에 대한 통전 가열 시의 온도 분포 결과를 나타내고, 도 2(b)는 폭이 일정하지 않은 소재에 대한 통전 가열 시의 온도 분포 결과를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 예시적인 기계식 프레스의 작동 방식을 크랭크 각에 따른 스트로크의 관계로 나타낸 그래프이다.
도 4는 노칭 단계에 있어서, 통상의 프로그래시브 방식을 적용한 경우의 시간에 따른 소재의 온도 변화를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 노칭 단계에 있어서, 절단 공정에서만 노칭 상형 및 노칭 하형을 스트립 소재에 접촉시키는 경우의 시간에 따른 소재의 온도 변화를 그래프로 나타낸 것이다.
도 6~8은 각각 실시예 14~16에 대한 시간에 따른 소재의 온도 변화를 그래프로 도식화한 것이다.
도 9은 성형 공정을 단일 공정으로 수행한 경우의 두께감소율 변화를 나타낸 것이다.
도 10은 성형 공정을 2단계 공정으로 나누어서 수행한 경우의 두께감소율 변화를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 예시적인 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 예시적인 다단 공정용 열간 프레스 성형을 수행하는 동안, 소재의 변화를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 예시적인 노칭 또는 블랭킹 방법을 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 예시적인 푸쉬 바를 이용한 노칭 또는 블랭킹 방법을 나타낸 것이다.
도 15 내지 17은 본 발명의 예시적인 금형의 접촉 시간 증대 방법을 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 예시적인 다단 공정용 열간 프레스 성형을 거치는 동안 노칭 금형의 온도 변화에 따른 소재의 온도 해석 결과를 나타낸 것이다.
도 19는 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열하는 본 발명의 예시적인 방법을 나타낸 것이다.
도 20은 금형을 부위별로 다른 온도로 제어하는 본 발명의 예시적인 방법을 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명의 예시적인 열간 프레스 성형 부재의 구조를 나타낸 것으로서, 도 21(a)는 성형 부재의 사시도를 나타내고, 도 21(b)는 성형 부재의 측면도를 나타낸다.

열간 프레스 성형은 고온의 소재를 급냉하여 고강도를 확보해야 하므로 여러 단을 거친 성형 방법을 적용하는 것이 여의치 않았다. 이에, 최근에는 아연 도금 열간 프레스 성형용 강재를 활용하여, 블랭크를 가열한 후 기계식 서보 프레스에 장착된 여러 단계를 위한 금형에 투입하여 어느 정도 낮은 온도로 급냉하는 공정, 피어싱하는 공정, 및 최종적으로 트리밍하는 공정을 적용하는 방법이 연구되었다. 그러나, 이러한 방식은 프레스에서 요구하는 속도로 가열된 블랭크를 공급해줄 수 있는 충분한 가열로 성능이 확보되는 것이 필수적으로 요구된다.

예를 들어, 15SPM(분당 15스트로크)의 속도로 프레스가 작업된다면 4초마다 가열된 블랭크를 공급해줄 수 있는 가열로가 필요하다는 것을 의미한다. 통상적인 열간 프레스 성형의 사이클 타임도 16초 수준으로 상당히 빠르게 작업을 수행하는 것으로 생각할 수 있는데, 이는 16초마다 가열된 블랭크를 공급해줄 수 있는 가열로 성능이 필요하다고 보면 된다.

그런데, 만약에 사이클 타임이 4초라고 한다면 전술한 사이클 타임이 16초인 경우보다 4배나 빠른 속도로 가열된 블랭크를 공급해주어야 한다. 소재는 가열로 내에서 필요한 시간만큼 머물러야 원하는 온도까지 가열되므로, 4배나 빠른 속도로 가열을 하려면 4배나 많은 양의 블랭크가 가열로 안에 들어갈 수 있어야 한다는 의미가 된다. 따라서, 가열로의 길이가 산술적으로 4배가 더 길어져야 한다고 추정할 수 있다. 예를 들어, 통상적인 가열로는 30m 수준인데, 전술한 바와 같이 4배나 빠른 속도로 가열하려면 가열로의 길이가 120m 수준이 되거나, 30m 길이의 가열로 4개를 병렬로 설치해야 한다.

그러나, 가열로의 길이가 길어지는 것은 공간 및 비용 측면에서 큰 걸림돌이 된다. 따라서, 블랭크를 앞서 언급한 일반적인 분위기의 가열로가 아니라 급속 가열할 수 있는 설비를 활용할 수도 있으나, 형상을 가진 블랭크를 급속으로 균일하게 가열하는 것은 기술적으로 용이하지 않다.

이에, 본 발명자들은 전술한 문제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 짧은 사이클 타임에 대응 가능한 빠른 속도로 고온의 소재를 안정적으로 공급함과 동시에, 성형성이 개선된 후술하는 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법 및 장치를 발명하기에 이르렀다.

또한, 일반적인 열간 프레스 성형은 성형 후 일정 시간 동안 프레스를 하사점에서 유지하여 금형을 닫은 상태로 유지하여 냉각을 하는 공정이 있다. 그런데, 다단 공정의 경우는 여러 단의 공정을 순차적으로 실시해야 하므로, 하나의 금형에서만 냉각이 수행되는 것이 아니라, 여러 단의 금형에서 냉각이 실시된다. 따라서, 본 발명과 같은 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법은 프레스 속도와 공정 수 등 여러 공정 인자들이 냉각에 미치는 영향을 고려한 공정의 설계가 필요하다. 이에, 본 발명자들은 여러 공정 인자들은 고려하여 최적의 다단 공정을 설계하였다.

한편, 고강도의 열간 프레스 성형품에서 동일 강도만을 확보하는 것이 아니라, 필요에 따라 제품 내 강도를 다르게 할 필요가 있다. 이에, 본 발명자들은 품질과 생산성이 향상된 이종 강도를 갖는 성형품을 용이하게 제조할 수 있는 방법을 발명하였다.

[다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법]

본 발명의 일 측면은,

스트립 소재를 가열하는 가열 단계;

본 발명의 일 측면에 따르면, 스트립 소재를 가열하는 가열 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열은 급속 가열을 적용할 수 있고, 가열 속도는 12~200℃/s 범위일 수 있다. 한편, 보다 바람직하게 상기 가열 속도의 하한은 13℃/s일 수 있고, 혹은 상기 가열 속도의 상한은 100℃/s일 수 있다. 또한, 상기 가열 온도는 스트립 소재의 표면 중 어느 한 지점을 기준으로 한 온도 변화를 기초로 측정된 값일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 급속 가열의 방법으로는 고주파 가열(induction heating), 통전 가열(resistance heating), 적외선 가열(infrared heating) 등 다양한 방식을 이용할 수 있다. 전술한 급속 가열 방식을 이용하여 균일한 폭을 가진 스트립 소재를 가열함으로써, 형상을 가진 블랭크를 가열하는 종래 방식에 비해, 훨씬 균일한 온도 분포를 확보할 수 있고, 이를 통해 빠른 사이클 타임으로 가열된 스트립 소재를 안정적으로 공급할 수 있다.

반면, 종래의 블랭크 소재를 가열하는 방법은 균일한 가열이 수행되기 어려우므로, 분위기 가열로를 활용하는 것이 대부분이었다. 그런데, 다단 공정의 짧은 사이클 타임으로 가열된 블랭크를 공급하려면, 가열로의 길이가 과도하게 길어지는 문제가 있다. 이에, 본 발명에서는 폭이 일정한 스트립 소재 자체에 급속 가열 방식을 적용함으로써 전술한 문제를 해결할 수 있음을 발견하였다.

예를 들어, 사이클 타임이 4초인 경우(이 때, 후술하는 다단 공정에서 설계된 피치량은 500㎜를 기준으로 하였다), 만약 16초만에 최종 온도로 급속 가열을 하는 방식을 활용한다면 가열 공정에 관여된 스트립 소재의 길이는 2m 수준으로 계산된다. 따라서, 앞서 예로 들었던 종래의 블랭크를 가열하는 방식에서의 가열로 길이 120m 또는 30m 길이의 가열로 병렬 배치 방식에 비해 획기적으로 가열 공간을 줄일 수 있을 것으로 예상된다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 사이클 시간(S) 대비 총 가열 장치의 유효길이(L)의 비(L/S)는 0.25~4 범위일 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 전술한 범위를 충족함으로써 빠른 사이클 타임으로 소재를 안정적으로 공급함과 동시에, 성형성이 개선된 열간 프레스 성형 방법을 제공할 수 있다.

이 때, 전술한 총 가열 장치의 유효길이(L)는, 소재의 가열에 직접적으로 사용되는 부분의 길이를 말하며, 그 단위는 m를 사용한다. 일례로, 가열로의 경우에는 가열로 내부 길이를 의미하고, 고주파 가열의 경우에는 가열에 사용되는 고주파 코일의 길이를 의미할 수 있다. 즉, 직렬 방식 및 병렬 방식 중 하나 이상을 포함하는 경우에도 모든 가열 장치의 유효 길이를 의미하며, 구체적으로 가열로가 병렬 방식으로 30m가 4개 배치된 경우에는 총 가열 장치의 유효길이는 120m [=30m×4]에 해당한다. 또한, 전술한 사이클 타임은 다단 공정에 있어서 하나의 사이클이 수행되는 동안의 시간을 의미하고, 그 단위는 sec(초)를 사용한다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 스트립 소재로는, 소지강판; 및 도금층;을 포함하는 도금 강판을 이용할 수 있다. 즉, 스트립 소재에 급속 가열 방식의 적용 시, 도금층의 충분한 합금화를 도모함과 동시에, 도금층의 용융 및 휘발 방지를 위해 알루미늄 도금 강판 또는 알루미늄 합금 도금 강판을 적용할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 소지강판은 중량%로, C: 0.1~0.5%, Si: 0.1~2%, Mn: 0.5~3%, Cr: 0.01~0.5%, Al: 0.001~1.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, B: 0.002~0.005%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가질 수 있으나, 소지강판은 이러한 조성으로 한정되지 않는다. 또한, 상기 도금층은 중량%로, Si: 5~11%, Fe: 4.5% 이하, 잔부 Al, 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지도록, 용융도금 생산된 도금재를 합금화하여 사용할 수 있으나, 도금층은 이러한 조성으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 비제한적인 일례로서, 전술한 조성을 충족하는 알루미늄 도금 강판 혹은 알루미늄 합금 도금 강판을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 스트립 소재로는 도금층 표면부에서의 Fe 함량이 5중량% 이상, 보다 바람직하게는 5~60중량%인 알루미늄 도금 강판 또는 알루미늄 합금 도금 강판을 사용할 수 있다. 이 때, 상기 도금층의 표면부라 함은, 도금층의 표면으로부터 2㎛ 이내인 영역을 의미한다. 한편, 상기 스트립 소재로서 도금층 표면부에서의 전술한 Fe 함량을 충족하는 것을 사용함으로써, 급속 가열시 충분한 합금화 시간을 확보한 상태로, 고온으로 가열이 수행될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열 단계는 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열할 수 있다.

폭이 일정한 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열함으로써, 소재가 균일한 온도 분포를 가져 품질이 향상될 뿐만 아니라, 사이클 타임의 증가 문제 없이 생산성이 향상된 이종 강도를 갖는 열간 프레스 성형품을 용이하게 제공할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열할 때에는 다양한 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 스트립 소재의 부위별로 서로 다른 온도로 가열되도록 설정된 가열 장치를 사용할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열 단계에 있어서, 서로 다른 온도로 가열하도록 설정된 2 이상의(또는 복수의) 가열 장치를 사용하여, 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열 단계에 있어서, 스트립 소재의 이송방향으로 2 이상의 가열 장치를 배치할 수 있다. 혹은, 상기 스트립 소재의 이송방향과 수직인 방향(즉, 스트립 소재의 폭 방향)으로 2 이상의 가열 장치를 배치할 수도 있다. 이 때, 2 이상의 가열 장치는 전술한 설명을 동일하게 적용한다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열 단계에 있어서, 스트립 소재의 부위별로 서로 다른 온도로 가열되도록 설정된 2 이상의 가열 장치를, 스트립 소재의 이송방향으로 교대로(혹은, 교대로 반복적으로) 배치하거나, 스트립 소재의 이송방향과 수직인 방향으로 교대로(혹은, 교대로 반복적으로) 배치할 수 있다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다단 공정용 열간 프레스 성형 방법에 있어서 가공 장치의 프레스 운동에 따라, 프레스의 한 스트로크마다 스트립 소재가 하나의 피치량만큼 이동하는 것을 고려하여, 전술한 2 이상의 가열 장치를 배치할 수 있다. 즉, 서로 다른 온도로 가열하는 2 이상의 가열 장치를 상기 설계된 피치량에 대응되도록 스트립 소재의 이송 방향으로 반복적으로 배치할 수 있다.

한편, 본 발명의 예시적인 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법으로서, 전술한 스트립 소재의 이송방향으로 복수의 가열 장치를 배치한 형태를 도 19에 나타내었다. 도 19에서 볼 수 있듯이, 폭이 일정한 스트립 소재가 가열부(2)에 연속적으로 공급되고, 가열부(2)에서는 스트립 소재의 이송방향(X)으로 서로 다른 온도로 가열되도록 설정된 2 개의 가열 장치(22, 23)가 스트립 소재의 이송방향으로 교대로 반복적으로 배치되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열 단계에 있어서, 가열되는 스트립 소재의 온도는 Ac3+50℃~1000℃의 범위일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열 단계에 있어서, 전술한 2 이상의(복수의) 가열 장치 중, 적어도 하나는 가열되는 스트립 소재의 온도가 Ac3+50℃이상이 되도록 제어하고, 다른 하나는 가열되는 스트립 소재의 온도가 Ac1 이하(혹은, 500℃ 이상 Ac1 이하)가 되도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 가열 단계에 있어서, 상기 스트립 소재가 Ac3+50℃ 이상의 온도로 가열된 부위와, Ac1 이하의 온도로 가열된 부위를 포함하도록, 스트립 소재의 부위별로 다른 온도로 가열할 수 있다. 이 때, 상기 스트립 소재의 온도는 표면을 기준으로 측정한 값을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 2개의 가열 장치를 교대로 배치하는 경우(소재의 이송방향으로 배치하거나, 소재의 이송방향과 수직인 방향으로 배치하는 경우를 모두 포함), 상기 2개의 가열 장치 중 어느 하나는 스트립 소재의 온도가 Ac3+50℃ 이상이 되도록 가열하고, 다른 하나는 스트립 소재의 온도가 Ac1 이하가 되도록 가열할 수 있다. 이렇듯 스트립 소재의 부위별로 높은 온도와 낮은 온도로 가열되도록 하는 가열 장치를 포함함으로써, 온도 균일성이 우수한 이종 강도를 갖는 열간 프레스 성형품을 효과적으로 제공할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열 단계 이전에, 준비된 스트립 소재를 가열부에 연속적으로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 스트립 소재의 공급은 코일 형태로 구비된 소재가 언코일러에 의해 폭이 일정한 스트립 소재의 형태로 가열부에 연속 공급될 수 있다. 이 때, 상기 폭이 일정한 스트립 소재라 함은, 스트립 소재의 면을 기준으로, 소재의 이송 방향과 수직인 방향으로 측정되는 스트립 소재의 폭이 일정한 것을 말한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 '연속적으로 공급'은 후속 공정을 고려하여 잠시 정지하는 순간을 제외하고, 가열부에 스트립 소재가 일정 속도로 공급되는 것을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하나의 프레스에 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중 하나 이상의 금형과, 성형 금형과, 트리밍 금형을 포함하는 다수의 금형이 장착된 가공 장치로, 가열된 스트립 소재를 이송하는 이송 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 가열된 스트립 소재를 상기 가공 장치로 연속적으로 이송할 수 있다. 이 때, 상기 연속적으로 이송한다는 의미는, 가열된 스트립 소재를 대상으로 한다는 점을 제외하고는, 전술한 '연속적으로 공급'에 대한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 이송 단계에서 가열된 스트립 소재의 냉각은 최소화되는 것이 바람직하므로, 상기 스트립 소재의 이송 단계는 보온 챔버 내에서 수행할 수 있다. 즉, 전술한 보온 챔버 속에서 스트립 소재를 이송함으로써, 열손실 방지 및 가공 장치에서의 용이한 가공성을 확보할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 보온 챔버에 공급된 스트립 소재의 표면 온도(Ts)를 기준으로, 상기 보온 챔버는 Ts-200℃ 이상 Ts+50℃ 이하의 온도 범위 내로 유지될 수 있다. 이렇듯, 보온 챔버의 온도를 Ts-200℃ 이상으로 제어함으로써 이송 과정 중, 스트립 소재의 냉각을 최소화함과 동시에 가공 장치에서의 용이한 가공성을 확보할 수 있고, 보온 챔버의 온도를 Ts+50℃ 이하로 제어함으로써 이송 과정 중 추가적인 승온이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 상기 보온 챔버에 공급된 스트립 소재의 표면 온도(Ts)는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 소재의 가열 온도 범위를 동일하게 적용할 수 있으므로, 본 명세서에 있어서 그 범위를 특별히 한정하지는 않는다. 다만, 비제한적인 일례로서 상기 스트립 소재의 표면 온도(Ts)는 500~1,000℃의 범위일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하나의 프레스에 있어서, 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중 하나 이상의 금형과, 성형 금형은 서로 설계된 피치량만큼 스트립 소재의 이송방향으로 간격을 두고 장착될 수 있다. 예를 들어, 상기 노칭 금형만이(또는 블랭킹 금형만이) 포함되는 경우, 하나의 프레스에 있어서 스트립 소재의 이송방향으로 순차로 노칭 금형(또는 블랭킹 금형)이 먼저 장착되고, 이어서 노칭 금형(또는 블랭킹 금형)으로부터 설계된 피치량만큼 간격을 두고 성형 금형이 장착될 수 있다. 혹은, 상기 노칭 금형 및 블랭킹 금형이 모두 포함되는 경우, 하나의 프레스에 있어서 스트립 소재의 이송방향으로 순차로 노칭 금형, 블랭킹 금형 및 성형 금형이 장착될 수 있고, 이 때 상기 이송방향으로 서로 인접한 2개의 금형 사이에는 설계된 피치량만큼 간격을 둘 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 하나의 프레스에 있어서, 상기 성형 금형과 트리밍 금형은 서로 설계된 피치량만큼 스트립 소재의 이송방향으로 간격을 두고 장착될 수 있다. 즉, 상기 하나의 프레스에 있어서, 스트립 소재의 이송방향으로 순차로 노칭 금형(및/또는 블랭킹 금형) 및 성형 금형이 전술한 방법과 동일하게 장착되고, 또한 상기 성형 금형으로부터 설계된 피치량만큼 간격을 두고 트리밍 금형이 장착될 수 있다.

혹은, 후술하는 바와 같이, 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계가 더 포함되는 경우, 하나의 프레스에 있어서, 소재의 이송 방향으로 성형 금형과 트리밍 금형의 사이에 피어싱 금형(및/또는 플랜징 금형)을 더 장착할 수 있다. 예를 들어, 피어싱 단계를 더 포함하는 경우에는 하나의 프레스에 있어서, 소재의 이송 방향으로 순차로 노칭 금형(및/또는 블랭킹 금형), 성형 금형, 피어싱 금형 및 트리밍 금형이 장착될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 피어싱 단계 및 플랜징 단계 외에도, 발명의 목적에 따라 당해 기술분야에서 통상적으로 적용 가능한 추가의 가공 단계를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 전술한 추가의 가공 단계에 상응하도록 추가의 가공 금형이 목적에 맞게 상기 프레스에 장착될 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하나의 프레스에 있어서, 스트립 소재의 이송방향으로 서로 인접하는 2개의 금형의 사이에는 설계된 피치량만큼 간격을 두고, 각 금형이 배치될 수 있다. 예를 들어, 피어싱 단계가 더 포함되는 경우, 하나의 프레스에 있어서, 성형 금형으로부터 설계된 피치량만큼 간격을 두고 피어싱 금형이 장착되고, 상기 피어싱 금형으로부터 설계된 피치량만큼 간격을 두고 트리밍 금형이 장착될 수 있다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 후술하는 바와 같이, 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계와; 성형 단계와; 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계와(다만, 피어싱 단계 및 플랜징 단계는 생략 가능함); 트리밍 단계 중 하나 이상의 단계가 2단계 이상의 다단 공정으로 나누어서 수행되는 경우, 상기 다단 공정으로 나누어서 수행되는 단계를 위해 구비되는 다수의 금형은 하나의 프레스에 있어서 스트립 소재의 이송방향으로 서로 설계된 피치량만큼 간격을 두고 각 금형이 장착될 수 있다. 이 때, 하나의 프레스에 있어서, 상기 다단 공정으로 수행되는 단계의 1번째 금형은 직전 단계의 금형과 스트립 소재의 이송방향으로 설계된 피치량만큼 간격을 두고 장착될 수 있다. 또한, 상기 다단 공정으로 수행되는 단계의 마지막 금형은 직후 단계의 금형과 스트립 소재의 이송방향으로 설계된 피치량만큼 간격을 두고 장착될 수 있다.

예를 들어, 상기 성형 단계가 2단계의 다단 공정으로 수행되는 경우, 하나의 프레스에 있어서, 1차 성형 금형 및 2차 성형 금형이 스트립 소재의 이송방향으로 설계된 피치량만큼 간격을 두고 장착될 수 있다. 이 때, 1차 성형 금형은 직전 단계인 노칭 금형(노칭 단계가 포함되는 경우)과 스트립 소재의 이송방향으로 설계된 피치량만큼 간격을 두고 하나의 프레스에 장착될 수 있다. 또한, 다단 공정으로 수행되는 성형 단계의 마지막 금형인 2차 성형 금형은, 직후 단계에서 사용되는 피어싱 금형(피어싱 단계가 포함되는 경우)과 스트립 소재의 이송방향으로 설계된 피치량만큼 간격을 두고 하나의 프레스에 장착될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 금형 사이에 설계된 각 피치량은 모두 동일할 수 있다. 한편, 도 1에 스트립 소재의 이송방향(X)을 도시하였고, 상기 이송방향(X)으로 서로 인접한 2개의 금형 사이의 설계된 피치량(50)을 도시하였다. 즉, 설계된 피치량은 서로 인접한 2개 금형에 대하여, 각 금형의 중앙(소재의 이송방향을 따른 금형길이의 1/2이 되는 지점)을 기준으로 측정한 금형 사이의 거리를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하나의 프레스에 장착된 다수의 금형은 하나의 프레스에 의한 프레스 운동에 모두 연동되어 움직일 수 있다. 즉, 하나의 프레스에 장착된 각 금형에 대한 상형과 하형의 합형은 전술한 하나의 프레스에 의한 프레스 운동에 연동되어 이루어질 수 있다. 즉, 프레스 슬라이드가 하강하면서 프레스 하사점에 머물 때에 프레스에 장착된 각 금형의 합형이 이루어질 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같이 소재의 이송방향으로 서로 인접한 2개의 금형에 대하여 설계된 피치량이 모두 동일하도록 제어함으로써, 본 발명의 일례에 해당하는 프로그래시브 방식에 의해 소재의 가공이 수행될 때 각 금형 사이의 소재의 이송을 일관되게 제어할 수 있다. 이를 통해, 생산성 및 가공성의 향상을 확보함과 동시에, 용이하게 다단 공정을 수행할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 하나의 프레스의 프레스 운동에 따른 프레스 상부 판(프레스 슬라이드)과 프레스 하부 판(프레스 볼스터)의 클로징이 1번 수행된 이후마다, 상기 설계된 피치량만큼 소재의 이송방향으로 소재가 이송될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 금형을 이용하여 소재의 일부를 절단함으로써 스트립에 웹부로 연결된 형태의 노칭된 소재를 얻는 노칭 단계; 및 상기 블랭킹 금형을 이용하여 소재의 일부를 절단함으로써 스트립으로부터 분리된 형태의 블랭크 소재를 얻는 블랭킹 단계; 중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.

상기 노칭 단계 또는 블랭킹 단계에 있어서, 각 금형의 상형과 하형이 합형함으로써, 소재에서 불필요한 부위를 예비적으로 제거하여 원하는 형상으로 가공할 수 있다. 이 때, 노칭 단계를 통해 얻어지는 원하는 형상으로 가공된 소재는 스트립에 웹부로 연결된 형태의 노칭된 소재일 수 있고, 블랭킹 단계를 통해 얻어지는 원하는 형상으로 가공된 소재는 스트립으로부터 분리된 형태의 블랭크(blank) 소재일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계에서 가열된 금형을 이용할 수 있다. 즉, 노칭 단계에서 가열된 노칭 금형을 이용하거나, 블랭킹 단계에서 가열된 블랭킹 금형을 이용할 수 있다. 일반적으로 노칭 단계 및 블랭킹 단계에 있어서 소재의 가공을 위해서는 금형의 상형과 하형이 서로 접촉하는 것이 필수이다. 따라서, 노칭 및/또는 블랭킹 시에 가열된 금형을 사용함으로써, 고온으로 가열된 스트립 소재가 차가운 금형과 접촉하는 것을 방지하여 소재의 급냉을 억제함과 동시에 후속 공정에서의 용이한 성형성을 확보할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 스트립 소재의 냉각 억제를 위해, 상기 노칭 금형의 초기 온도 및 블랭킹 금형의 초기 온도는 400℃ 이상일 수 있다. 상기 금형의 초기 온도란 소재가 금형에 투입되는 시점에서의 금형의 초기 온도를 의미한다. 한편, 금형의 온도가 높을수록 냉각 억제의 효과가 우수하므로, 상기 금형의 초기 온도에 대한 상한은 별도로 한정하지 않을 수 있다. 다만, 바람직하게는 상기 금형의 초기 온도 상한은 스트립 소재의 가열 온도 이하일 수 있다. 이렇듯, 금형의 초기 온도를 400℃ 이상으로 제어함으로써, 후속 공정인 성형 단계에서의 용이한 성형성을 확보할 수 있다. 또한, 노칭 및 블랭킹 금형의 초기 온도를 스트립 소재의 가열 온도 이하로 제어함으로써, 노칭 및 블랭킹 시 접촉으로 인한 추가적인 승온을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계 직후의 소재의 표면 온도는 700℃ 이상으로 제어할 수 있다. 한편, 상기 표면 온도의 상한은 별도로 한정하지 않으나, 바람직하게는 스트립 소재의 가열 온도 이하일 수 있다. 이 때, 상기 소재의 표면 온도는 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계 직후에 금형과 소재의 접촉이 끝나는 시점을 기준으로 측정한 값이다. 한편, 상기 소재의 표면 온도가 전술한 범위를 충족함으로써 성형 단계에서의 우수한 성형성 및 추가 승온 방지를 동시에 도모할 수 있다.

한편, 도 11 및 13에서 볼 수 있듯이, 일반적은 프로그래시브 방식의 경우, 가공 장치(41)에 이송된 스트립 소재(200)는 통상 소재의 이송 높이 수준(110a)으로 유지되다가 노칭 상형(61a)과 접촉이 발생하면서, 노칭 상형(61a)과 접촉한 상태로 상형(61a)의 움직임에 따라 하강한다. 이렇듯 노칭 상형(61a)과 접촉된 상태로 스트립 소재(200)가 하강하다가, 슬라이드의 하사점 부근(110b)에서 노칭 하형(61b)과도 접촉하면서 스트립 소재(200)의 일부가 절단됨으로써 노칭된다. 이어서, 다시 노칭된 소재는 원래의 이송 높이 수준까지 노칭 상형(61a)과 접촉하면서 상승한다.

이와 같은 사항을 반영한 예시적 실험 결과인 도 4를 살펴보면, 노칭 상형의 접촉이 시작되는 구간에서 소재의 온도가 급격히 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이에, 본 발명자들은 스트립 소재가 절단되는 시점에서만 금형과 접촉하게 된다면 스트립 소재가 금형의 상형과 접촉하는 시간을 최소화하여 냉각을 감소시킬 수 있음을 추가로 발견하였다. 또한, 상기 노칭 단계와 동일한 방법으로, 상기 블랭킹 단계에 있어서도, 소재가 블랭킹 금형의 상형과 접촉하는 시간을 최소화함으로써 냉각을 감소시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계에 있어서, 가공 장치에 투입된 스트립 소재는 소재의 이송 높이 수준에서부터 금형의 상형과 접촉하지 않은 상태로 프레스 하사점까지 하강하다가, 절단 공정에서만 스트립 소재가 금형의 상형 및 하형과 접촉하도록 제어될 수 있다.

예를 들어, 상기 노칭 단계 또는 블랭킹 단계를 포함하는 경우, 상기 노칭 단계(또는, 블랭킹 단계)에 있어서, 가공 장치에 투입된 스트립 소재는 소재의 이송 높이 수준에서부터 상기 노칭 상형(또는, 블랭킹 상형)과 접촉하지 않은 상태로 프레스 하사점까지 하강하다가, 절단 공정에서만 스트립 소재가 노칭 상형 및 노칭 하형(또는, 블랭킹 상형 및 블랭킹 하형)과 접촉하도록 제어될 수 있다.

혹은, 상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계를 모두 포함하는 경우에는, 노칭 단계는 전술한 방법과 동일하게 수행되고, 이어서 블랭킹 단계는 노칭된 소재를 전제로 한다는 점을 제외하고 전술한 방법과 동일하게 수행될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 단계(또는, 블랭킹 단계)에 있어서, 스트립 소재의 절단 공정 이후의 상승 시에는 전술한 하강 시와 마찬가지로, 노칭(또는, 블랭킹) 상형과 접촉하지 않은 상태로 스트립 소재가 노칭(또는, 블랭킹) 하형으로부터 분리되어 스트립 소재의 이송 높이 수준까지 상승될 수 있다. 이렇듯, 노칭 단계(또는, 블랭킹 단계)에 있어서 스트립 소재의 절단 시점에서만 노칭(또는, 블랭킹) 상형과 노칭(또는, 블랭킹) 하형을 스트립 소재에 접촉되도록 제어함으로써, 노칭 단계(또는, 블랭킹 단계)에서의 과도한 냉각을 억제할 수 있고, 이로 인해 후속하는 성형 단계에서의 용이한 성형성을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명의 예시적인 다단 공정용 열간 프레스 성형 장치를 나타낸 도 1에 있어서, 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중, 노칭 금형만을 포함하는 경우에는 노칭 상형(61a) 및 노칭 하형(61b)을 나타내고, 블랭킹 금형만을 포함하는 경우에는 블랭킹 상형(61a) 및 블랭킹 하형(61b)를 나타낸다. 다만, 노칭 금형 및 블랭킹 금형을 모두 포함하는 경우의 도시는 생략하였다.

전술한 노칭 단계 및 블랭킹 단계에 있어서, 절단 공정에서만 스트립 소재가 금형의 상형 및 하형과 접촉하는 방법으로는 다양한 방법이 있을 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 노칭 상형(또는, 블랭킹 상형)의 스트립 소재와 접하는 측의 면 상에 돌출된 구조물로서 스프링에 의해 작동되는 푸쉬 바(push bar)(11)를 구비할 수 있다. 이 때, 상기 푸쉬 바는 후속 공정 중에 소재에서 제거되는 부분에 대응하도록 노칭 상형(또는, 블랭킹 상형)의 스트립 소재와 접하는 측의 면 상에 위치할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 푸쉬 바(11)는 소재(200) 중에 후속 공정에서 제거되는 부분에 접촉하도록 소재(200)를 눌러주면서 노칭 상형(또는, 블랭킹 상형)을 하강 및 상승할 수 있다. 이를 통해, 프레스의 하강 및 상승 시, 노칭 상형(또는, 블랭킹 상형)의 스트립 소재와 접하는 측의 면 중에 있어서 상기 푸쉬 바가 구비되는 이외의 영역에서는 스트립 소재와 접촉하지 않도록 제어될 수 있다. 일례로, 상기 스트립 소재에 대해 후속하는 공정 중에 스트립 소재에서 제거되는 부분은 스트립의 이송을 위해 스트립을 가이드하고 있는 가이드바 또는 가이드핀 등이 해당될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명자들은 가공 장치의 프레스 운동 시, 프레스 하사점 부근에서 머무는 시간(즉, 프레스의 하사점 부근에서 유지 시간)이 길어짐에 따라 금형의 상형과 하형이 클로징(closing)하는 시간이 증가하게 되고, 이에 따라 소재의 냉각 속도도 빨라질 수 있음을 추가로 발견하였다.

도 3에는 본 발명의 예시적인 기계식 프레스 운동의 작동 방식에 대하여 크랭크 각(crank angle)에 따른 슬라이드의 스트로크(stroke)를 나타내었다. 도 3(a)는 일반적인 크랭크 모션(crank motion) 방식에 해당하고, 도 3(b)는 링크(link), 너클(knuckle), 서보(servo) 등 다른 모션 방식에 해당한다. 전술한 방식의 차이에 따라 슬라이드가 하사점 부근에서의 유지 시간에 차이가 있음을 확인할 수 있고, 상기 도 3(b)의 모션 방식의 경우, 상기 도 3(a)의 모션 방식보다, 하사점 부근에서의 유지 시간의 비율이 보다 높다.

따라서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가공 장치의 프레스 운동은 링크 모션 방식, 너클 모션 방식 및 서보 모션 방식으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방식으로 수행될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가공 장치의 프레스 운동은 한 스트로크 내 하사점 부근에서 유지 시간의 비율이 4~30%일 수 있다. 이 때, 상기 하사점 부근에서 유지 시간의 비율이라 함은, 프레스 하사점으로부터 상부방향으로 1mm인 지점까지 프레스가 머무는 시간의 비율을 의미한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 유지 시간의 비율이 4% 이상이면, 냉각을 위한 최소한의 금형 접촉 시간을 확보함으로써 물성 확보를 위한 공정 수의 증가를 방지할 수 있다. 또한, 이를 통해 최종 부품 추출 시간의 증가를 방지하여 임계 냉각 속도를 확보하여 목적하는 물성을 용이하게 확보할 수 있다. 또한, 상기 유지 시간의 비율이 30% 이하이면, 불필요한 하사점 부근에서의 유지 시간을 감소시킴으로써 프레스 슬라이드의 상하 운동 및 스트립의 이송을 위한 공정 시간을 충분히 확보하여 안정적인 공정 확보가 가능해진다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계는 1단계로 수행될 수도 있고, 2 이상의 단계로 나누어서 다단 공정으로 수행될 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계를 거친 소재를 이송하여 상기 성형 금형 부근에 위치시킨 후, 상기 성형 금형을 이용하여(즉, 성형 금형의 상형과 하형을 합형함으로써) 상기 소재를 성형하는, 성형 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 성형 단계는 1단계로 수행될 수도 있고, 2 이상의 단계로 나누어서 다단 공정으로 수행될 수도 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 특별히 한정되는 것은 아니나, 전술한 성형 단계에서, 언더컷 형상이 형성되도록 성형 단계가 2단계 이상의 다단 공정으로 수행될 수 있다(언더컷 형상에 대해서는 후술한 내용이 동일하게 적용된다).

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 성형 단계가 2 단계 이상의 다단 공정으로 수행되는 경우로서, 어느 하나의 성형 단계에서의 소재에 대한 성형 방향과, 다른 하나의 성형 단계에서의 소재에 대한 성형 방향이 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 1차 성형 단계에서의 소재에 대한 성형 방향과, 1차 성형 단계 이후의 언더컷 형상을 형성하는 추가의 성형 단계에서의 소재에 대한 성형 방향이 서로 상이할 수 있다. 이 때, 서로 성형 방향이 상이하다는 것은 평행이 아닌 것을 말한다.

본 발명의 비제한적인 일례로는 1차 성형 단계에서 소재의 면을 기준으로 수직인 성형 방향으로 버링부를 먼저 형성한 후, 1차 이후의 성형 단계(예를 들어, 2차 성형 단계)에서 소재에 대한 굽힘 가공을 실시할 수 있다. 이 때, 상기 굽힘 가공은 1차 성형 단계에서의 전술한 성형 방향과 90°이하가 되도록 수행됨으로써, 1차 성형 단계에서의 성형 방향과 2차 이후의 성형 단계에서의 성형 방향이 서로 상이할 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 측면에 따르면, 단 한번의 굽힘 가공을 하고 나면, 버링부는 추가적인 금형 접촉에 의한 냉각을 수행할 수 없으므로, 성형 단계에서의 버링부 형성 시 충분히 냉각을 행한 후에 굽힘 가공을 수행하도록 공정 설계를 할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 1차 성형 단계에서 소재에 가공을 행하여 버링부 등의 성형 부위를 형성하고, 1차 이후의 성형 단계에서 소재에 대한 굽힘 가공을 실시하여, 소재에 후술하는 굴곡부(즉, 평면부와 측면부가 연결되어 형성되는 부분)를 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 비제한적인 또 다른 예로는, 1차 성형 단계에서 성형 금형을 이용하여 소재의 면을 기준으로, 제1 면 방향을 갖는 평면부(A) 및 상기 제1 면 방향과 상이한 제2 면 방향을 갖는 측면부(B)를 포함하도록 소재를 성형할 수 있다. 이어서, 1차 이후의 성형 단계(예를 들어, 2차 성형 단계)에서, 상기 측면부에 압력을 가하여 상기 제1 면 방향과 제2 면 방향이 이루는 각도(D)가 90° 이내인 부위를 포함하도록 성형될 수 있다(도 21 참조).

본 발명의 일 측면 따르면, 전술한 서로 성형 방향이 상이한 2 단계 이상의 공정으로 수행되는 성형 단계를 포함함으로써, 후술하는 언더컷 형상을 갖는 열간 프레스 성형 부재를 제공할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따른 2단계 이상의 다단 공정으로 수행되는 성형 단계를 포함함으로써, 성형 단계가 단일 공정으로 수행되는 종래 기술로는 제조할 수 없었던 언더컷 형상을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 최종 제품으로서 전술한 언더컷 형상을 포함하더라도, 열간 프레스 성형법을 적용하여 상기 적어도 일부가 1300MPa 이상의 강도를 갖는 성형 부재를 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 단계 또는 블랭킹 단계를 포함하는 경우, 노칭 금형 또는 블랭킹 금형으로부터 성형 금형 부근으로 이송할 때, 노칭 금형 또는 블랭킹 금형으로부터 성형 금형 사이의 설계된 피치량과 상응하도록, 노칭된 소재 또는 블랭킹 소재를 설계된 피치량만큼 이송하여 성형 금형 부근에 위치시킬 수 있다. 이 때, 상기 성형 금형 부근은 성형 상형과 성형 하형 사이의 성형이 수행되는 공간을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 성형 단계 이후에, 성형된 소재에서 홀부 등의 불필요한 부위를 제거하는 피어싱 단계 및 성형된 소재에서 플랜지부를 형성하는 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계는 전술한 성형 단계와 후술하는 트리밍 단계의 사이에 구비될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 피어싱 단계에 있어서, 상기 성형된 소재를 이송하여 상기 피어싱 금형 부근에 위치시킨 후, 상기 피어싱 금형을 이용하여(즉, 피어싱 금형의 상형과 하형을 합형함으로써) 성형된 소재에서 홀부 등의 불필요한 부위를 제거할 수 있다. 이 때, 상기 피어싱 금형 부근은 피어싱 상형과 피어싱 하형 사이의 피어싱이 수행되는 공간을 의미할 수 있다.

또한, 상기 플랜징 단계에 있어서, 상기 성형된 소재를(혹은, 피어싱 단계 및 플랜징 단계를 모두 포함하는 경우로서, 피어싱 단계-플랜징 단계가 순차로 수행되는 경우에는 '피어싱된 소재'를 의미함) 이송하여 상기 플랜징 금형 부근에 위치시킨 후, 상기 플랜징 금형을 이용하여(즉, 플랜징 금형의 상형과 하형을 합형함으로써) 피어싱된 소재에서 플랜지부를 형성하도록 가공할 수 있다. 이 때, 상기 플랜징 금형 부근은 플랜징 상형과 플랜징 하형 사이의 플랜징이 수행되는 공간을 의미할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 피어싱 단계 및 플랜징 단계가 모두 포함되는 경우에는, 피어싱 단계 및 플랜징 단계의 순서는 별도로 한정되지 않는다. 즉, 성형 단계와 트리밍 단계의 사이에 수행되기만 하면 되고, 피어싱-플랜징이 순차로 수행되거나, 혹은 플랜징-피어싱이 수행될 수도 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 성형 금형 부근으로부터 피어싱 금형(또는 플랜징 금형) 부근으로 소재를 이송할 때, 성형 금형과 피어싱 금형(또는 플랜징 금형)의 사이에 설계된 피치량과 상응하도록, 상기 성형된 소재를 설계된 피치량만큼 이송하여 상기 피어싱 금형(또는 플랜징 금형) 부근에 위치시킬 수 있다. 한편, 피어싱 단계 및 플랜징 단계가 모두 포함되는 경우로서 피어싱 금형으로부터 플랜징 금형으로 소재를 이송할 때에도 전술한 방법과 동일한 방법으로 소재를 이송시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계는 1단계로 수행될 수도 있고, 2 이상의 단계로 나누어서 다단 공정으로 수행될 수도 있다. 혹은, 필요에 따라 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계를 생략할 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 트리밍 금형을 이용하여 최종 제품 형상에서 불필요한 소재의 외곽부를 제거하는 트리밍 단계를 포함할 수 있다. 이러한 트리밍 단계를 통해 최종의 원하는 제품 형상을 갖는 소재를 얻을 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 트리밍 단계에 있어서, 성형된 소재(단, 전술한 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함하는 경우에는 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계를 거친 소재를 의미함)를 이송하여 상기 트리밍 금형 부근에 위치시킨 후, 트리밍 금형을 이용하여 상기 소재에서 불필요한 외곽부를 제거함으로써, 최종 제품 형상의 소재를 제조할 수 있다. 이 때, 상기 트리밍 단계는 트리밍 금형 부근에 이송된 소재에 대하여, 트리밍 금형의 상형과 하형을 합형함으로써 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 성형 단계에서부터 트리밍 단계까지 소재의 이송 시에는, 소재의 이송방향으로 서로 인접한 2개의 금형에 대한 설계된 피치량에 상응하도록, 소재를 설계된 피치량만큼 이송 전 단계(이전 단계)의 금형으로부터 이송 후 단계(다음 단계)의 금형 부근으로 이송시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 트리밍 단계는 1단계로 수행될 수도 있고, 2 이상의 단계로 나누어서 다단 공정으로 수행될 수도 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계; 성형 단계; 트리밍 단계(전술한 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함하는 경우에는 상기 단계도 포함); 중 하나 이상은, 2 이상의 단계로 나누어서 다단 공정으로 수행될 수 있다. 이렇듯, 각 공정을 다단 공정으로 수행함으로써, 각 공정을 단일 공정으로 수행하는 경우보다 성형성이 보다 개선될 수 있을 뿐만 아니라, 각 공정에서의 두께감소율을 감소시킴으로써 최종 제품에서의 크랙 발생 방지의 효과가 보다 향상될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 다수의 금형 중 상기 노칭 금형 및 블랭킹 금형을 제외한 하나 이상의 금형은 부위별로 다른 온도로 제어할 수 있다. 다시 말해, 노칭 단계 및/또는 블랭킹 단계 이후에, 성형 단계 및 트리밍 단계만을 포함하는 경우에는 상기 성형 단계 및 트리밍 단계 중 하나 이상의 금형은 부위별로 다른 온도로 제어할 수 있다. 혹은, 전술한 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함하는 경우에는, 상기 성형 단계; 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계; 및 트리밍 단계 중 하나 이상은 금형을 부위별로 다른 온도로 제어할 수 있다. 이를 통해, 품질 및 생산성이 향상된 이종 강도를 갖는 성형품을 효과적으로 제공할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 이종 강도를 갖는 열간 프레스 성형품을 효과적으로 제공하기 위하여, 하나의 금형을 기준으로, 부위별로 다른 온도로 제어할 수 있다. 예를 들어, 하나의 금형을 기준으로, 금형의 적어도 일부는 T1의 온도로 제어하고, 금형의 다른 일부는 상기 T1보다 낮은 온도로 제어할 수 있다. 즉, 금형의 일부는 보다 높은 온도로 가열하고, 상기 금형의 일부를 제외한 부분(다른 일부)은 낮은 온도로 가열하는 방법을 적용할 수 있다. 이를 통해, 상기 하나의 금형에 접촉하는 소재의 냉각 속도가 부위별로 다르게 조절되어, 온도 불균일의 문제 없이도 부위별로 다른 강도를 갖는 이종강도의 성형품을 용이하게 얻을 수 있다.

본 발명의 예시적인 다단 공정용 열간 프레스 성형 방법으로서, 전술한 금형을 부위별로 다른 온도로 제어하는 형태를 도 20에 나타내었다. 도 20에서 볼 수 있듯이, 성형 금형(62a, 62b); 피어싱 금형 또는 플랜징 금형(63a, 63b); 및 트리밍 금형(64a, 64b) 중(단, 피어싱 금형은 생략 가능) 하나 이상의 금형에 대하여, 하나의 금형을 기준으로, 적어도 일부는 높은 온도로 제어되고, 다른 일부는 낮은 온도로 제어되도록 함으로써(즉, 하나의 금형(62, 63, 64 중 어느 하나)을 기준으로 적어도 일부 영역(예를 들어, 62d, 63d 또는 64d이거나, 혹은 62f, 63f 또는 64f에 해당함)은 높은 온도로 가열하고, 상기 일부를 제외한 나머지 영역(예를 들어, 62c, 63c 또는 64c이거나, 혹은 62e, 63e 또는 64e에 해당함)은 낮은 온도로 가열하는 등), 다단 공정을 거쳐 최종적으로 제조되는 성형품이 부위별로 이종강도를 가질 수 있다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 금형을 부위별로 다른 온도로 제어하는 방법에 있어서, 적어도 금형의 일부는 450~600℃ 온도 범위로 제어하고, 금형의 다른 일부는 상기 금형의 일부와 상이한 온도 범위(바람직하게는 상기 금형의 일부보다 높은 온도 범위)로 제어할 수 있다. 이 때, 상기 450~600℃ 범위로 제어되는 금형의 일부는 최종 제품에서 저강도 부위에 대응되는 부분에 해당하고, 상기 조건을 충족함으로써 저강도 부위와 고강도 부위를 모두 갖는 제품을 용이하게 제조할 수 있다.

한편, 도 18에는 금형의 적어도 일부(저강도를 부위에 대응하는 금형 부분)를 각각 400℃, 500℃ 및 600℃로 각각 가열한 조건에서 여러 공정을 거치는 동안의 성형품의 온도 해석 결과를 나타내었다. 도 18에서 볼 수 있듯이, 금형을 400℃로 가열하는 경우 다단 공정 이후, 성형품의 저강도 부위의 온도가 Ms 미만으로 떨어지게 되어 마르텐사이트가 급격히 발생됨을 예상할 수 있다. 반면, 금형을 500℃로 가열하는 경우에는 마르텐사이트가 급격히 발생되지 않았다. 아울러, 금형을 600℃로 가열하는 경우에는 성형품의 온도가 다소 높게 유지가 되어 마르텐사이트 이외의 다른 상이 생기는 데 시간이 많이 소요될 수 있음을 예상할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 트리밍된 최종 형상의 제품을 상온까지 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계; 성형 단계; 트리밍 단계(전술한 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함하는 경우에는 상기 단계도 포함); 중 하나 이상은, 금형의 냉각 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 성형 단계가 2 이상의 단계로 나누어서 다단 공정으로 수행되는 경우, 2차 성형 단계에서 2차 성형 금형을 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 통상적인 열간 프레스 성형 방법은 한번의 공정으로 성형이 완료되고, 성형의 직후에 동일 금형 속에서 일정시간 유지되면서 소재가 급냉되어 강도를 확보하게 된다. 반면, 본 발명의 기술은 노칭, 블랭킹, 성형, 피어싱, 플랜징, 및/또는 트리밍 등의 여러 단의 공정을 거쳐 냉각이 실시된다.

이 때, 본 발명의 일 측면에 따르면, 소재의 높은 온도로 가열된 부위(고강도 부위)는 다단 공정을 거친 후 고강도를 얻기 위해서 마르텐사이트만을 확보할 수 있도록 급냉되어야 한다. 반면, Ac1 이하의 낮은 온도로 가열된 부위는 높은 온도로 가열된 부위와 동일한 공정을 거쳐도 상변태가 발생하지 않으므로 물성 확보에는 문제가 없다. 따라서, 결론적으로, 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열하거나, 하나의 금형을 기준으로 부위별로 다른 온도로 제어하는 경우에는, 보다 높은 온도로 가열된 부위가 충분한 마르텐사이트를 확보하는 조건으로만 실시하면 된다. 뿐만 아니라, 이종 강도를 갖는 성형품을 제조하는 다단 공정용 열간 프레스 성형 방법에서는 여러 단의 성형, 피어싱, 트리밍 공정 등을 거치면서 부위별로 다른 속도로 냉각이 실시된다. 고강도를 확보해야 하는 부위는 임계냉각속도 이상의 속도로 급냉되어야 하지만, 상대적으로 낮은 강도를 확보해야 하는 부위는 느린 속도로 제어된 냉각속도를 확보하는 것이 필요하다.

이에, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 다단 공정을 통해 소재의 물성 확보 가능 여부에 대하여 예의 검토한 결과, 본 발명자들은 소재의 물성 확보 가능 여부를 판단할 수 있는 소재의 냉각 속도는 프레스 속도인 SPM, 최종 제품이 취출되기까지의 공정 수, 한 공정 내에서 상형 및 하형을 클로징하기 위해 하사점 부근에 머무르는 유지 시간 및 슬라이드 스트로크의 관계식 등이 좌우할 수 있음을 추가로 발견하였다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 관계식 1에 의해 구해지는 최소 공정 수 이상으로 다단 공정을 수행할 수 있다. 이를 통해, 원하는 물성을 갖는 최종 제품을 용이하게 확보할 수 있다.

[관계식 1]

N = ROUNDUP { T / [(60/SPM)×(f/100) ] }

(상기 관계식 1에서, N은 노칭 공정 및 블랭킹 공정을 제외한 성형 단계에서부터 최소 필요 공정 수를 나타내고,

SPM은 프레스의 분당 스트로크수(stroke per minute; SPM)를 나타내고,

f는 한 스트로크 내 하사점 부근의 유지 시간 비율(%)을 나타내고,

T는 0.8≤t<1.5이면, 하기 관계식 2로부터 계산되는 값을 나타내고, 1.5≤t이면, 하기 관계식 3으로부터 계산되는 값을 나타내고,

ROUNDUP은 {}내의 계산 값에 대해 소수점 이하의 수를 올림한 값을 나타낸다.)

[관계식 2]

T = t

[관계식 3]

T = 5×t -6

(상기 관계식 2 및 3에서, t는 소재의 두께로 단위는 ㎜이다.)

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 f는 0.8≤t<1.5를 충족하면, 하기 관계식 4를 충족하고, 1.5≤t를 충족하면 하기 관계식 5를 충족할 수 있다.

[관계식 4]

0.8×t + 2.6 ≤f

[관계식 5]

4.4×t - 2.8 ≤ f

(상기 관계식 4 및 5에서, t는 소재의 두께로 단위는 ㎜이다.)

본 발명의 일 측면에 따르면, 소재의 두께가 두꺼워질수록, 냉각이 용이하지 않게 되므로 금형과의 접촉 시간이 더 길어질 필요가 있다. 따라서, 소재의 두께가 커질수록 하사점에서의 유지 비율이 큰 프레스 모션을 선택할 수 있다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 금형과의 접촉 시간은 공정 수를 늘리는 방안으로 접근 가능하지만, 한 공정 내에서 금형 접촉이 적은 상태에서 너무 많은 공정 수는 공냉 시간이 증가함에 따라 다른 상이 생기 여지가 증가한다. 따라서, 가장 바람직하게는 프레스 슬라이드가 한 공정 내에서 하사점 부근에 머무르는 유지 시간 비율이 증가하는 것이 필요하다. 또한, 금형과의 접촉 시간은 슬라이드가 하사점 부근에서 머무르는 유지 시간 비율뿐만 아니라, 한 공정의 소요시간, 즉 프레스 운동 속도(SPM)도 영향을 미친다.

따라서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 관계식 1로부터 계산된 최소 공정수 이상으로 다단 공정을 실시하고, 상기 관계식 4 및 5에서 표현된 소재 두께에 따른 최소 f값을 확보함으로써, 고강도 부위에서 원하는 강도가 확보된 최종 제품을 얻을 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 노칭 단계 및 블랭킹 단계에서는 소재의 냉각을 억제하는 한편, 노칭 단계 및 블랭킹 단계 이후의 다단 공정(즉, 성형 단계부터)에서는 냉각을 촉진하여 최종 제품에서 Ms 이하의 온도를 확보하는 것이 필요하다. 따라서, 빠른 냉각을 위해 금형과의 접촉 시간이 증대할 필요가 있고, 이를 위해서는 다음과 같은 방식을 활용할 수 있다.

통상적인 프로그래시브 방식에서는 프레스 상형의 상승과 연동하여 스트립 소재의 위치가 상승하고, 다음 단계로의 이송을 위해 대기하고 있게 된다. 그러나, 이런 경우에는 프레스 슬라이드가 하사점 부근에 머무르는 동안에만 성형품(또는 소재)이 금형의 상형 및 하형과 접촉하여 냉각되고, 프레스 슬라이드가 상승함에 따라 성형품도 상승하여 금형의 상형 및 하형과 떨어지게 되므로 공냉 수준으로만 냉각된다.

이에, 본 발명자들은 다단 공정의 바람직한 실시형태에 대하여 예의 검토한 결과, 슬라이드 상부 판(프레스 슬라이드)이 상승하는 동안은 스트립 소재가 이송되지 않으므로, 도 15~17과 같이, 프레스 슬라이드가 프레스 하사점으로부터 일정 높이 수준까지 상승하여 스트립 소재가 이송 단계가 되기 전까지는 소재(혹은, 성형품)를 프레스 하사점 부근에 머무르게 할 수 있다. 이렇게 프레스 슬라이드가 상승 시에는 소재를 프레스 하사점 부근에 머무르게 하고 있다가, 프레스 슬라이드의 위치 정보를 활용하여, 스트립의 이송 단계가 되는 시점의 직전에 소재를 상승시키는 방법을 적용할 경우, 보다 빠른 냉각을 확보할 수 있음을 추가로 발견하였다.

도 15~17에 본 발명의 예시적인 가공 장치(41)의 프레스 운동을 나타내었다. 즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 도 15에 나타낸 바와 같이, 프레스 슬라이드(6a)는 가공 장치(41)에 소재가 투입되면 프레스 하사점(120b)까지 하강하여 소재를 가공한다. 다음으로, 도 16에 나타낸 바와 같이, 프레스 슬라이드(6a)의 상승 중에 소재는 프레스 하사점 부근(120b)에서 머무르고 있다. 마지막으로, 도 17에 나타낸 바와 같이, 프레스 슬라이드의 위치 정보를 활용함으로써, 프레스 슬라이드가 상승하여 소재의 이송에 방해가 되지 않는 지점(120a)까지 도달하면, 프레스 하사점 부근(120b)에 위치한 소재를 상승시키는 방법을 적용할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 소재를 상승시키는 방법은 도 17에 도시하였고, 구체적으로 프레스 슬라이드(6a)가 상승하다가 소재의 이송에 방해가 되지 않는 지점(120a)까지 도달하면, 각 단계에서 사용되는 금형의 하형(61b, 62b, 63b, 64b)과 소재가 떨어지도록 제어하는 실린더 형태의 소재 위치 제어부(600)에 의해 소재를 프레스 하사점 부근으로부터 이송 지점(120a)까지 상승시킬 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 소재 위치 제어부(600)는 프레스 하부 판(즉, 프레스 볼스터) 상의 금형이 구비되는 측의 면 상에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 소재 위치 제어부(600)는 하나의 금형(즉, 하형; 61b, 62b, 63b, 64b 중 어느 하나)에 대하여 소재의 이송방향으로 양단에 구비될 수 있다. 혹은, 도 17에 도시한 바와 같이, 서로 인접하는 2개의 금형 사이에는 하나의 소재 위치 제어부(600)가 구비될 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 성형 단계가 2 이상의 다단공정으로 수행되는 경우, 성형되는 부위가 과도하게 냉각되어 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 상기 성형 단계는, 1차 성형 단계에서 사용되는 1차 성형 금형 이외의 추가의 성형 금형에 대하여 하나 이상의 성형 금형을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계와, 및/또는 트리밍 단계는 가공 부위의 과도한 냉각으로 인한 크랙 발생을 방지하기 위하여, 각 단계에서 하나 이상의 금형을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 프로그래시브 방식에 따른 다단 공정을 통과한 후의 소재의 3차원적 입체 구조를 도 12(a)에 나타내었다. 구체적으로, 제1 공정으로서 노칭 단계를 통과한 이후의 노칭된 소재(210)는 스트립에 웹부(300)로 연결된 형상을 가진다. 이어서, 제2 공정으로서 성형 단계를 통과한 이후의 성형된 소재(220)는 3차원적인 입체 구조를 형성한다. 이 때, 3차원적 입체구조의 측면도를 도 12(b)에 나타내었다. 또한, 제3 공정으로서 피어싱 단계를 통과한 이후의 피어싱된 소재(230)의 형상을 나타내었고, 소재에서 불필요한 홀부가 제거되었다. 또한, 제4 공정으로서 트리밍 단계를 통과한 이후의 트리밍된 소재(240)의 형상을 나타내었고, 최종 제품에서 불필요한 외곽부(400)가 제거되었음을 확인할 수 있다.

또한, 도면에 명시하지는 않았으나, 후술하는 트랜스퍼 방식에 따른 스트립으로부터 분리된 블랭크 소재를 얻는 블랭킹 단계를 포함하는 경우에는, 전술한 도 12에서 스트립 웹부를 포함하지 않도록 스트립에 분리된 형태의 블랭크(blank)를 형성한 후, 후속 공정을 거친다는 점을 제외하고는 동일한 방식으로 소재가 가공될 수 있다. 이 때, 소재의 형상은 당해 기술분야에서 통상적인 방법을 사용한 경우와 동일하게 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 프로그래시브 방식의 경우, 전술한 웹(web)부(300)에 소재 가이드부를 형성하여 이를 작동시킴으로써 소재를 이송하게 된다. 스트립 웹부(300)는 실제 성형이 되지 않는 부위로서 트리밍 단계에서 최종 제품 형상에서 제거되는 부위이다. 따라서, 상기 웹부(300)는 가공 과정에서 낮은 온도로 가열하거나, 노칭 단계에서 가공되는 소재의 부위보다 빠르게 냉각하여 원활한 소재의 이송을 도모할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 단계에 있어서, 소재의 웹부에 대한 냉각을 소재의 성형 부위보다 빠르게 수행할 수 있다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 노칭 단계에 있어서, 소재의 웹부는 제품이 소재의 성형 부위보다 낮은 온도로 제어할 수 있다. 이렇듯, 소재의 웹부를 다른 부위에 비해 낮은 온도로 제어하기 위하여, 노칭 금형에 있어서 소재의 웹부에 대응하는 금형의 일부분만을 다른 부분에 비해 낮은 온도로 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 다단 공정용 열간 프레스 성형 방법은, 스트립 소재를 급속 가열하여 균일한 가열을 도모함과 동시에, 고온의 스트립 소재에 대한 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계에서는 금형과의 접촉 시간을 최소화시켜 온도 하강을 최소화하는 것이 요구된다. 반면, 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계 이후의 성형 단계, 피어싱 단계, 플랜징 단계, 트리밍 단계 등에서는(단, 피어싱 단계 및 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계는 생략 가능) 소재의 금형과의 접촉 시간을 최대화시켜 빠른 냉각을 확보하는 것이 요구된다. 이와 같이, 상반되는 요구 사항은 프로그래시브 방식으로 최종 단계까지 실시될 경우, 노칭 단계와 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계와, 성형 단계, 피어싱 단계, 플랜징 단계, 트리밍 단계에서 모두 동일한 이송 시점으로 진행되기 때문에 서로 다른 목표를 달성하기가 용이하지 않다.

이에, 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 각 단계에 있어서 전술한 상반되는 요구 사항을 만족하기 위해서는 가열 단계, 노칭 단계, 및 블랭킹 단계에서는 프로그래시브 방식을 이용하면 유리한 점이 많다는 측면과, 성형 단계, 피어싱 단계, 플랜징 단계 및 트리밍 단계에서는 트랜스퍼 방식을 이용하면 금형과의 접촉을 보다 길게 제어할 수 있다는 측면을 추가로 발견하였다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열 단계, 노칭 단계, 블랭킹 단계는 프로그래시브 방식으로 실시되고, 성형 단계, 피어싱 단계, 플랜징 단계 및 트리밍 단계는 트랜스퍼 방식으로 실시되는 복합 방식을 적용됨으로써, 물성 확보에 보다 유리함을 확인하였다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 다단 공정용 열간 프레스 성형 방법은, 상기 블랭킹 금형을 이용하여 상기 가공 장치로 투입된 가열된 스트립 소재의 일부를 절단함으로써 스트립으로부터 분리된 형태의 블랭크 소재를 얻는 블랭킹 단계를 포함하고, 하나의 프레스에 있어서 소재의 이송방향으로 서로 인접한 2개의 금형을 기준으로, 이송 전 단계(이전 단계)의 금형으로부터 이송 후 단계(다음 단계)의 금형 부근으로 소재를 이송 시에는, 집게 형상의 이송 수단을 이용하는 트랜스퍼 방식을 적용할 수 있다.

예를 들어, 블랭킹 단계로부터 성형 단계로 소재를 이송할 때 및 성형 단계로부터 다음 단계(피어싱 단계, 플랜징 단계 혹은 트리밍 단계)로 소재를 이송할 때에는 집게 형상의 이송 수단을 이용하여, 이전 단계의 금형 부근에 위치한 소재를 다음 단계의 금형 부근으로 이송시킬 수 있다.

[다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치]

스트립 소재를 연속적으로 공급하는 공급부;

공급된 스트립 소재를 가열하는 가열부;

한편, 상기 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치에 대해서는, 전술한 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법에 대한 설명이 동일하게 적용할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 예시적인 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치의 구조를 도 1에 나타내었고, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치(100)는 공급부(1); 가열부(2); 이송부(3); 및 가공부(4)를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 공급부(1)는, 스트립 소재(200)를 연속적으로 공급한다. 이 때, 공급부(1)는 코일 형태로 구비된 소재(10)가 언코일러에 의해 폭이 일정한 스트립 소재의 형태로 가열부(2)에 연속적으로 공급할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열부(2)는, 전술한 공급부로부터 공급된 스트립 소재를 가열 장치(21)를 이용하여 가열할 수 있다. 이 때, 전술한 급속 가열 방식을 적용할 수 있고, 예를 들어 고주파 가열, 통전 가열, 적외선 가열 등의 다양한 급속 가열 장치를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 이송부(3)는 상기 가열부(2)에서 가열된 스트립 소재(200)를 가공부(4)로 이송할 수 있다. 이 때, 스트립 소재(200)의 이송은 보온 챔버(31) 속에서 수행될 수 있다. 한편, 보온 챔버에 대해서는 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가공부(4)는, 하나의 프레스(6; 6a, 6b)에 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중 하나 이상의 금형(61a, 61b), 성형 금형(62a, 62b) 및 트리밍 금형(64a, 64b)을 장착된 가공 장치(41)를 포함할 수 있다. 한편, 성형 방법에서 전술한 바와 같이, 상기 성형 금형과 트리밍 금형의 사이에, 피어싱 금형 및 플랜징 금형 중 하나 이상의 금형이 더 장착될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 하나의 프레스(6)는, 프레스의 상부 판(6a)에 해당하는 프레스 슬라이드(press slide)와, 프레스의 하부 판(6b)에 해당하는 프레스 볼스터(press bolster)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 프레스의 하부 판(6b)은 상기 프레스의 상부 판(6a)에 대응하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가공장치(41)는 전술한 각 금형의 온도를 제어하기 위한 별도의 금형의 온도 제어부(5a, 5b)를 더 포함할 수 있고, 상기 금형의 온도 제어부는 금형과 프레스의 사이에 구비될 수 있다. 즉, 금형의 온도 제어부는 각 금형과 접하는 프레스 측에 구비될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 노칭 금형 및/또는 블랭킹 금형으로 가열된 금형을 사용하는 경우에는 금형의 온도를 제어하기 위한 별도의 노칭 금형 및/또는 블랭킹 금형의 온도 제어부(51a, 51b)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 온도 제어부(51a, 51b)는 금형(61a, 61b)과 프레스(6a, 6b)의 사이에 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 각 금형과 프레스의 사이에는 전술한 방법과 동일하게, 각 금형의 온도 제어부를 별도로 구비할 수 있다(예를 들어, 성형 금형의 온도 제어부(52a, 52b), 피어싱 금형 또는 플랜징 금형의 온도 제어부(53a, 53b), 트리밍 금형의 온도 제어부(54a, 54b); 도 1(b) 참조).

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 바와 같이, 상기 노칭 상형 또는 블랭킹 상형의 스트립 소재와 접하는 측의 면 상에 돌출된 구조물로서 스프링에 의해 작동되는 푸쉬 바(push bar)(11)를 구비할 수 있다(도 14 참조). 한편, 푸쉬 바에 대해서는 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 바와 같이, 프레스 하부 판(즉, 프레스 볼스터) 상의 금형이 구비되는 측의 면 상에 실린더 형태의 소재 위치 제어부(600)가 구비될 수 있다. 상기 소재 위치 제어부(600)에 대해서는 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가공 장치는 다수의 금형으로서 블랭킹 금형을 포함하고, 하나의 프레스에 있어서 소재의 이송방향으로 서로 인접한 2개의 금형을 기준으로, 이전 단계의 금형으로부터 다음 단계의 금형 부근으로 소재를 이송하는 집게 형상의 이송 수단을 추가로 포함할 수 있다. 이 때, 집게 형상의 이송 수단은 트랜스퍼 방식을 적용한 예를 나타낸 것으로서 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치는 전술한 성형 부재의 제조 방법에 대한 내용을 동일하게 적용할 수 있으므로, 일례로 전술한 관계식 1로부터 계산된 최소 공정수 이상의 다단 공정을 실시할 수 있는 가공 장치를 이용할 수 있다. 예를 들어, 전술한 가공 장치에 있어서, 하나의 프레스에 장착된 다수의 금형의 개수는 전술한 관계식 1로부터 계산되는 최소 공정수 이상일 수 있다. 혹은, 가공 장치에 투입되는 소재의 두께(관계식 4 및 5의 t에 해당) 정보를 활용하여, 전술한 관계식 4 및 5를 충족하는 가공 장치를 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 가열부(2)는 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열하는 가열 장치(22, 23)을 포함하거나, 상기 가공부(4)는 상기 다수의 금형 중 상기 노칭 금형 및 블랭킹 금형을 제외한 하나 이상의 금형을 부위별로 다른 온도로 제어하는 온도 제어 수단을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 온도 제어 수단은 프레스와 각 금형의 사이에 구비될 수 있고, 하나의 금형을 기준으로 부위별로 다른 온도로 제어해야 하므로, 하나의 금형을 기준으로 서로 다른 온도로의 제어가 필요한 것 외에는 전술한 금형의 온도 제어부에 대한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열하거나, 금형을 부위별로 다른 온도로 제어하는 방법에 대해서는 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.

[열간 프레스 성형 부재]

본 발명의 또 다른 일 측면은,

전술한 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법에 의해 제조된 열간 프레스 성형 부재로서,

언더컷 형상을 포함하고,

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 언더컷 형상이란 당해 기술 분야에서 사용되는 용어와 동일한 의미를 가진다. 따라서, 상기 언더컷 형상으로는 당해 기술 분야에서 통상적으로 해석되는 다양한 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 열간 프레스 성형 부재의 성형 형상으로서 측면부에 볼록하거나 오목한 부위를 포함하거나 측면부에 버링부 등이 형성되어 있어서, 금형의 수직 이동만으로는 성형품을 성형하거나, 빼낼 수 없는 형상을 포함할 수 있다.

본 발명의 비제한적인 일례로서, 열간 프레스 성형 부재의 다양한 형태를 도 21에 나타내었다. 본 발명의 일 측면에 따른 열간 프레스 성형 부재는 제1 면 방향(S)을 갖는 평면부(A) 및 상기 제1 면 방향과 상이한 제2 면 방향(P)을 갖는 측면부(B)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 열간 프레스 성형 부재는 하나 이상의 평면부를 가지거나, 및/또는 하나 이상의 측면부를 가질 수도 있다. 한편, 상기 열간 프레스 성형 부재는 어느 하나의 평면부(A)와 어느 하나의 측면부(B)가 연결될 수 있고, 전술한 평면부(A)와 측면부(B)는 서로 상이한 면 방향을 가지므로 평면부(A)와 측면부(B)가 연결됨으로써 굴곡부를 구비할 수 있다.

예를 들어, 도 21과 같이 모자 형상을 가지는 경우에는, 하나의 평면부의 양단에 각각 제1 측면부 및 제2 측면부가 연결될 수 있다(즉, 상기 하나의 평면부의 양단 중 어느 하나의 단부에 제1 측면부가 연결되고, 다른 하나의 단부에 제2 측면부가 연결될 수 있다). 또한, 상기 제1 측면부의 상기 평면부와 연결되는 측 이외의 단부에 추가의 제1 평면부가 연결되고, 상기 제2 측면부의 상기 평면부와 연결되는 측 이외의 단부에 추가의 제2 평면부가 연결될 수 있다(다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 추가의 평면부 및/또는 측면부를 더 포함할 수도 있다). 따라서, 본 발명의 비제한적인 일례로서, 열간 프레스 성형 부재는 도 21과 같이, 3개의 평면부(A)와 2개의 측면부(B)로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 비제한적인 언더컷 형상의 예로는, 도 21(b)의 성형 부재의 측면도에 나타낸 바와 같이, 어느 하나의 평면부(A)의 제1 면 방향(S)와 어느 하나의 측면부(B)의 제2 면 방향(P)이 이루는 좁은 측의 각도(D)가 90° 이내인 부위를 포함하는 경우가 있을 수 있다.

혹은, 본 발명의 또 다른 비제한적인 언더컷 형상의 예로서, 도 21(a)의 성형 부재의 사시도에 나타낸 바와 같이, 어느 하나의 평면부(A) 및 어느 하나의 측면부(B) 중 하나 이상에 추가의 성형 부위(C)(예를 들어, 버링부 등을 포함)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 성형 부재는 어느 하나의 평면부(A)와 어느 하나의 측면부(B)가 연결되어 형성된 굴곡부를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 성형 부위(C)는 상기 측면부의 제2 면 방향의 면 상에 구비될 수도 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 언더컷 형상은 전술한 성형 단계가 2 단계 이상의 다단 공정으로 수행되는 경우로서, 어느 하나의 성형 단계에서의 소재에 대한 성형 방향과, 다른 하나의 성형 단계에서의 소재에 대한 성형 방향이 서로 상이한 제조 방법을 통해 제조될 수 있다. 구체적으로, 언더컷 형상은 서로 성형 방향이 상이한 2 이상의 부위를 포함하는 것을 의미할 수 있고, 이 때 성형 방향이라 함은 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.

예를 들어, 전술한 바와 같이, 1차 성형 단계에서 버링부를 형성한 후, 2차 성형 단계에서 굽힘 가공을 수행하는 경우, 1차 성형 단계와 2차 성형 단계에서의 성형 방향이 서로 상이하므로, 성형 단계가 단일 공정으로 이루어지는 경우에는 형성될 수 없는 언더컷 형상을 형성할 수 있다.

혹은, 또 다른 예로, 1차 성형 단계에서 평면부 및 측면부를 포함하도록 소재를 가공한 후, 2차 성형 단계에서 상기 측면부의 면에 수직인 방향으로 소재에 압력을 가하여 평면부와 측면부가 이루는 각도가 90°이내가 되는 언더컷 형상이 형성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 열간 성형 부재는 언더컷 형상을 포함하더라도 고강도 부위의 인장 강도가 1,300MPa 이상일 수 있고, 그 상한은 강도 특성이 높을수록 특성이 우수하므로 특별히 한정하지 않을 수 있다. 다만, 비제한적인 일례로서 그 상한은 2,000MPa일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 열간 프레스 성형 부재는 서로 강도가 상이한 부위를 1개 이상 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 성형 부재의 적어도 일부는 1300MPa 이상의 강도를 가지고, 상기 일부를 제외한 다른 부위에 1300MPa 미만의 강도를 가지는 부분을 포함할 수 있다. 혹은, 상기 성형 부재의 적어도 일부는 1300MPa 이상의 강도를 가지고, 상기 일부를 제외한 다른 부위의 강도는 1300MPa 미만일 수 있다.

(실시예)

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 예시를 통하여 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에서 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실험예 1)

폭이 일정한 스트립 소재와, 폭이 일정하지 않은 블랭크 소재를 각각 준비하고, 각 소재에 대하여 50℃/s의 가열속도로 통전 가열을 수행하되, 스트립 소재의 부위별로 다른 온도로 가열하였다. 이 때, 소재로는 중량%로, C: 0.22%, Si: 0.3%, Mn: 1.2%, Cr: 0.2%, Al: 0.03%, P: 0.01%, S: 0.001%, N: 0.003%, B: 0.003%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 갖는 소지강판에 대해 도금욕 Al-Si9%-Fe3%에 침지하여 형성된 도금강판을 합금화하여 도금층 표면부(도금층 표면으로부터 2㎛ 이내)에서의 Fe 함량이 30중량%인 합금화 도금강판을 사용하였다. 상기 폭이 일정한 스트립 소재에 대한 통전 가열 시의 온도 분포 결과를 실시예 1로서 도 2(a)에 나타내었고, 상기 폭이 일정하지 않은 소재에 대한 통전 가열 시의 온도 분포 결과를 비교예 1로서 도 2(b)에 나타내었다.

상기 온도 분포 결과의 비교를 통해 알 수 있듯이, 비교예 1에서는 도 2(b)와 같이 소재의 폭이 좁은 영역과 넓은 영역에서 도 2(a)에 비해 보다 많은 온도차가 발생하였다. 따라서, 도 2(a)의 폭이 일정한 스트립 소재를 사용한 실시예 1의 경우, 도 2(b)의 폭이 일정하지 않은 블랭크를 사용한 비교예 1에 비해, 급속 가열을 적용하여 보다 균일한 가열을 용이하게 수행할 수 있음이 확인되었다.

(실험예 2)

두께 1.4㎜의 준비된 스트립 소재로서, 도금층 표면부에서의 Fe 함량이 30중량% 인 것을 사용하였고, 가열로 길이 2m이고 사이클 타임이 4초인 통전 가열의 방식을 사용하여 50℃/s의 가열속도로 급속 가열하였다. 이 때, 스트립 소재의 표면온도가 일부는 700℃(즉, Ac1 이하에 해당)이고, 다른 일부는 920℃(즉, Ac3+50℃ 이상에 해당)가 되도록 스트립 소재의 부위별로 다른 온도로 가열하였다. 이어서, 가열된 스트립 소재를 750℃의 보온 챔버 내에서 가공 장치로 이송하였다. 이송된 스트립 소재에 대하여 도 3(a)의 크랭크 모션 방식의 프레스 운동을 사용하여 15SPM으로 작업하였다. 초기 온도가 25℃인 차가운 상태의 노칭 금형을 사용하여 노칭한 경우를 실시예 2로 하고, 초기 온도가 500℃인 가열된 상태의 노칭 금형을 사용하여 노칭한 경우를 실시예 3으로 하였다. 실시예 2 및 3에 대하여, 노칭 단계에 있어서 시간에 따른 소재의 온도 변화 그래프를 하기 도 4에 나타내었다. 이 때, 스트립 소재의 온도 변화는 전술한 920℃로 가열된 부위를 기준으로 하여 측정하였다.

실시예 2의 경우, 차가운 상태의 노칭 금형을 사용함으로써 노칭 상형이 하강하여 접촉할 때부터 소재의 냉각이 매우 빠르게 진행되었다. 반면, 실시예 3의 경우, 가열된 노칭 금형을 사용함으로써 노칭 상형이 하강하여 소재와 접촉할 때 과도한 냉각이 억제될 수 있었다. 즉, 실시예 3은 실시예 2에 비해 과도한 냉각을 억제함으로써 노칭 단계의 종료 후에 소재의 온도를 700℃ 이상으로 제어할 수 있었다. 이로 인해, 노칭 단계 거친 소재의 연신율이 50% 이상으로, 후속 공정에서 성형 공정을 수행할 수 있을 정도의 수준으로 확보할 수 있어, 후속 공정에서의 성형성이 보다 우수함을 확인하였다.

(실험예 3)

두께 1㎜인 스트립 소재를 사용하고, 초기 노칭 금형의 온도를 하기 표 1과 같이 변경한 것 외에는, 전술한 실험예 2와 동일한 방법으로 스트립 소재를 가공하였다. 이 때, 노칭 단계에서 노칭 금형의 소재와의 접촉이 끝나는 시점을 기준으로, 전술한 920℃로 가열된 부위에 대한 소재의 표면 온도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

한편, 노칭 금형의 온도에 따른 추가 성형 가능 여부의 효과를 확인하기 위해, 블랭킹 단계 이후 얻어지는 소재(블랭크)의 연신율을 측정하여 하기 기준으로 추가 성형 가능 여부를 평가하였다.

×: 연신율 50% 미만

○: 연신율 50% 이상

이 때, 비교예 2에서는 스트립 소재가 아닌 블랭크 자체를 급속 가열하였을 때, 소재의 표면온도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었고, 추가 성형 가능 여부는 전술한 방법과 동일하게 평가하였다.

또한, 소재에 대한 온도의 균일성 여부를 전술한 실험예 1과 동일한 방법으로 측정하였고, 하기와 같은 기준으로 평가하였다.

×: 소재에서 발생된 온도차가 50℃ 이상인 경우

○: 소재에서 발생된 온도차가 50℃ 미만인 경우

No.	노칭 금형의 초기온도	소재의 표면온도	온도의 균일성 여부	추가 성형 가능 여부
비교예 2	500℃	550~720℃	×	×
실시예 4	25℃	608℃	○	×
실시예 5	50℃	612℃	○	×
실시예 6	200℃	656℃	○	×
실시예 7	300℃	682℃	○	×
실시예 8	400℃	712℃	○	○
실시예 9	500℃	742℃	○	○
실시예 10	600℃	772℃	○	○
실시예 11	700℃	801℃	○	○

상기 표 1과 같이, 비교예 2는 블랭크 자체를 가열함으로써 높은 소재의 표면 온도는 확보하였으나, 블랭크 소재의 폭이 일정하지 않은 형상으로 인한 불균일한 온도 분포로 인해 블랭킹 단계 이후 소재의 온도가 너무 낮은 부분이 발생하여 추가 성형이 불가능한 수준이 되었다.

반면, 스트립 소재를 급속 가열한 실시예 4~11의 경우, 상기 비교예 2에 비해 소재의 온도 균일성이 보다 우수함을 확인하였다.

한편, 노칭 금형의 초기 온도가 400℃ 이상인 실시예 8~11은, 노칭 금형의 초기 온도가 400℃ 미만인 실시예 4~7에 비해, 노칭 후의 소재의 온도가 높아 목적하는 수준의 연신율을 확보할 수 있었고, 이로 인해 추가 성형이 가능하였다.

(실험예 4)

도 3(b)의 링크(link) 방식의 프레스 운동을 사용하여 작업하고, 노칭 단계에서 절단 공정에서만 노칭 상형 및 노칭 하형이 스트립 소재와 접촉하도록, 노칭 상형의 스트립 소재와 접하는 측의 면 상에 푸쉬바를 구비하여 스프링에 의해 작동되도록 제어한 것 외에는, 실험예 2와 동일한 방법으로 스트립 소재를 노칭하였다. 이 때, 노칭 금형의 초기 온도가 25℃인 경우를 실시예 12으로 하고, 노칭 금형의 초기 온도가 500℃인 경우를 실시예 13로 하여, 노칭 단계에서 시간에 따른 소재의 온도 변화 그래프를 도 5에 나타내었다. 이 때, 상기 소재의 온도 변화는 전술한 실험예 2와 마찬가지로 920℃로 가열된 부위를 기준으로 측정하였다.

한편, 전술한 도 4와 도 5의 비교를 통해, 실시예 12 및 13은 실시예 2 및 3에 비해, 노칭 상형과의 접촉 시간이 감소함에 따라 소재의 냉각이 확연히 감소함을 확인하였다. 이렇듯, 프레스의 하강 및 상승 시에, 노칭 상형이 스트립 소재와 접촉하지 않은 상태로 하강 및 상승하고, 절단 공정에서만 노칭 상형/하형과 스트립 소재를 접촉시킴으로써 노칭 단계 이후의 소재의 표면 온도를 보다 높게 제어할 수 있었다. 이를 통해 50% 이상인 소재의 높은 연신율을 확보할 수 있음을 확인하였고 후속 공정에서 보다 우수한 성형성을 확인하였다.

(실험예 5)

두께 1.4㎜의 준비된 스트립 소재를 통전 가열 방식을 사용하여 50℃/s의 가열속도로 급속 가열하되, 스트립 소재의 표면온도가 일부는 700℃이고, 다른 일부는 920℃로 스트립 소재의 부위별로 다른 온도로 가열하였다. 이어서, 가열된 스트립 소재를 750℃의 가열 챔버 내에서 가공 장치로 이송하였다. 이송된 스트립 소재에 대하여, 하기 표 2에 기재된 모션 방식과 한 스트로크 내 하사점 부근에서의 유지 비율을 충족하는 프레스 운동을 사용하여 15SPM으로 작업하였고, HAT 형상 부품의 노칭 공정, 성형 공정, 피어싱 공정 및 트리밍 공정을 행하였다. 이 때, 상기 노칭 공정에서는 노칭 금형의 초기 온도가 하기 표 2를 충족하는 것을 사용하였고, 푸쉬바를 사용하여 절단 공정에서만 노칭 상형 및 노칭 하형이 스트립 소재와 접촉하도록 제어하였다. 또한, 상기 성형 공정에서는 상기 920℃로 가열된 스트립 소재에 해당하는 부분에 대응하는 금형의 일부가 높은 온도로 제어하였고, 상기 700℃로 가열된 스트립 소재에 해당하는 부분에 대응하는 금형의 일부가 낮은 온도로 제어하였다.

하기 표 2의 실험조건을 충족하는 실시예 14~16에 대하여, 성형성, 마르텐사이트(Ms)상 확보 여부 및 강도 특성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.

이 때, 성형성은 전술한 실험예 3과 동일한 기준으로 평가하였고, 제품의 강도 특성은 소재의 상변태를 고려한 성형 및 냉각 해석 방법을 기준으로, 최종 제조된 제품이 99% 이상의 마르텐사이트를 확보하였을 때를 '○'로 하고, 그 이외를 '×'로 하여 나타내었다(한편, 전술한 성형성 및 제품의 강도 특성은 도 6~8의 원 표시 부분에 상당하는 소재의 온도 변화를 측정하였고, 이는 전술한 성형 공정에서 보다 높은 온도로 가열된 금형의 일부에 대응하는 소재의 부분이다).

No.	노칭 금형의 초기온도	프레스 운동의 모션 방식	한 스트로크 내 하사점 부근에서의 유지 비율	성형성	제품의 강도 특성
비교예 3	-	도 3(a)	3.2%	×	×
실시예 14	25℃	도 3(a)	3.2%	○	×
실시예 15	500℃	도 3(a)	3.2%	○	×
실시예 16	500℃	도 3(b)	10%	○	○

상기 표 2의 실시예 14~16에 대하여, 다단 공정 동안의 시간에 따른 소재의 온도 변화를 각각 도 6~8에 나타내었다.

종래의 블랭크를 급속 가열하는 방식을 적용한 것을 제외하고는 실시예 14~16과 동일한 조건으로 다단 공정을 수행한 비교예 3의 경우, 블랭크의 폭이 일정하지 않은 형상으로 인한 불균일한 온도 분포로 인해 블랭킹 단계 이후 소재의 온도가 너무 낮은 부분이 형성되어 추가 성형이 불가능한 수준이 되었다.

한편, 실시예 14의 경우, 비교예 3에 비해 성형성이 보다 우수함을 확인하였다. 다만, 금형과의 접촉 시간이 다소 짧아서 도 6에서 볼 수 있듯이 냉각속도가 낮아 99% 이상의 충분한 마르텐사이트가 확보되지는 않았다.

반면, 실시예 15의 경우, 도 7에서 볼 수 있듯이, 노칭 단계에 해당하는 0~4초 구간에서 온도의 하강이 다소 줄어들어, 실시예 14에 비해 성형성이 우수하였다. 다만, 금형과 성형품과의 접촉 시간이 다소 짧아서 99% 이상의 충분한 마르텐사이트가 확보되지는 않았다.

또한, 실시예 16의 경우, 도 8에서 볼 수 있듯이, 노칭 단계에서의 온도 하강이 적어 성형성이 우수할 뿐만 아니라, 제품의 강도 특성 역시 보다 우수하였다.

구체적으로, 실시예 16은, 실시예 14 및 15에 비해, 프레스 하사점에서 금형의 상형과 하형이 클로징한 상태로 머무는 유지 시간의 비율이 높아서, 전체 공정에 있어서 소재의 빠른 냉각 속도를 확보할 수 있었다. 따라서, 총 16초의 다단 공정이 수행된 후에 소재의 온도가 Ms 온도인 400℃ 이하로 확보되어, 임계 냉각 속도를 확보할 수 있었고, 이로 인해 다단 공정 후에 마르텐사이트의 상을 충분히 확보함으로써, 원하는 소정 강도 특성을 갖는 제품을 얻을 수 있었다.

(실험예 6)

상기 실험예 2의 방법으로 제조된 노칭된 소재를 제조할 때, 도 9(a)와 같이 노칭 단계를 단일 공정으로 수행한 경우를 실시예 17로 하고, 이 때의 두께감소율을 도 9(b)에 나타내었다. 마찬가지로, 도 10(a)와 같이 노칭 단계를 2단계 공정으로 나누어서 수행한 경우를 실시예 18로 하고, 이 때의 두께감소율을 도 10(b)에 나타내었다.

실시예 18의 경우, 노칭 단계를 2단계로 나누어서 수행함으로써, 노칭 단계를 단일 공정으로 수행하는 실시예 17에 비해, 최종 부품에서 두께 감소율이 보다 감소함을 확인하였고, 이에 따라 크랙 발생 방지의 효과가 보다 우수하였다.

(실험예 7)

하기 표 3의 조건을 변경한 것 외에는 전술한 실험예 2와 동일한 조건으로 노칭, 성형, 피어싱 및 트리밍을 행하였고, 이 때, 후술하는 평가는 전술한 920℃ 이상으로 가열된 부위를 기준으로 하여 측정하였다.

몇가지 소재의 두께에 대해, 프레스 운동 속도(SPM)와 슬라이드가 한 공정 내 하사점 부근에서 머무르는 유지 시간 비율, 노칭을 제외한 성형 단계에서부터의 최소 요구 공정 수의 변동에 따라 취출되는 소재가 Ms 온도 이하로 확보되는 지 여부, 안정적인 마르텐사이트 이외의 상 확보 여부 및 제품의 물성에 대한 평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

이 때, 성형성은 전술한 실험예 2와 동일한 기준으로 평가하였고, 제품 강도 평가는 전술한 실험예 6과 동일한 기준으로 평가하였다.

실험예	소재 두께 [mm]	f	SPM	공정 수	취출시 Ms 온도 미만 도달 여부	성형성 평가	마르텐사이트 상 확보 여부	제품 강도 평가
비교예 4	1	12.5	15	3	OK	×	NOK	×
실시예 19	1	5	15	5	OK	○	NOK	×
실시예 20	1	12.5	15	3	OK	○	OK	○
실시예 21	1	5	10	3	OK	○	NOK	×
실시예 22	1	7.5	10	3	OK	○	NOK	×
실시예 23	1	7.5	15	4	OK	○	NOK	×
실시예 24	1	9	15	4	OK	○	OK	○
실시예 25	1	9	15	2	NOK	○	취출 후 공냉시 다른 상 생성 여지 있음	×
실시예 26	1.5	5	15	7	OK	○	NOK	×
실시예 27	1.5	12.5	15	4	OK	○	OK	○
실시예 28	1.5	12.5	15	2	NOK	○	취출 후 공냉시 다른 상 생성 여지 있음	×
실시예 29	1.5	7.5	15	5	OK	○	NOK	×
실시예 30	1.5	10	15	4	OK	○	OK	○
실시예 31	1.5	12.5	30	6	OK	○	OK	○
실시예 32	2	5	15	8	OK	○	NOK	×
실시예 33	2	12.5	15	7	OK	○	NOK	×
실시예 34	2	25	15	3	NOK	○	취출 후 공냉시 다른 상 생성 여지 있음	×
실시예 35	2	25	15	4	OK	○	OK	○
실시예 36	2	17.5	10	4	OK	○	OK	○

상기 표 3과 같이, 종래의 블랭크를 급속 가열하는 방식을 적용한 비교예 4의 경우, 가열 단계에서 발생된 소재의 온도 불균일로 인해 실시예 20에서 보는 바와 같이 물성 확보가 되는 조건임에도 불구하고 가열 단계에서 발생된 소재의 온도 불균일에 의해 성형성이 좋지 못하였다. 또한, 최종 제품의 물성도 확보되지 않았다.

한편, 실시예 19, 21~23, 26, 29, 32 및 33은, 비교예 4에 비해 성형성은 우수하였으나, 전술한 관계식 4 및 5에 의한 소재 두께로부터 요구되는 최소 f값보다 작아서 다른 상이 생기는 관계로 물성이 확보되지 못하였다. 또한, 실시예 25, 28 및 34는, 전술한 관계식 4 및 5에 의한 소재 두께로부터 요구되는 최소 f값은 충족하지만, 관계식 1로부터 계산되는 최소 공정 수(N)보다 작았다. 이로 인해, 취출 시 Ms온도 미만으로 도달하지 못했고, Ms 이상의 온도를 갖는 조건으로 취출 후 공냉 공정에서 마르텐사이트 이외의 다른 상이 생길 여지가 있었다. 따라서, 전술한 관계식 4 및 5를 충족하지 못하거나, 관계식 1을 충족하지 못하는 경우에는 냉각 공정을 추가하는 등의 방법으로 최소 요구 공정(N)보다 많은 공정을 실시한 후 제품을 취출하는 방안으로 해결할 필요가 있었다.

반면, 실시예 20, 24, 27, 30, 31, 35 및 36은, 전술한 관계식 4 및 5에 의한 소재 두께로부터 요구되는 최소 f값을 충족하고, 또한 전술한 관계식 1로부터 계산되는 최소 공정 수(N) 이상으로 다단 공정을 수행한 경우이다. 이에 따라, 다단 공정의 취출 시 Ms 온도 이하를 확보함과 동시에, 마르텐사이트 이외의 상이 생성되지 않아, 충분한 마르텐사이트상을 확보한 제품을 얻을 수 있었고, 최종 제품의 물성이 확보되었다.

(실험예 8)

폭이 일정한 스트립 소재에 대하여 하기 표 1의 온도로 부위별로 다른 온도로 가열하고 하기 표 4의 조건을 변경한 것 외에는, 전술한 실시예 27과 동일한 조건으로 노칭, 성형, 피어싱 및 트리밍을 행하였다.

다만, 실시예 37에서는 표 4에 기재된 범위에 따라 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열하였고, 실시예 38에서는 스트립 소재의 가열온도는 모두 동일하되, 성형 금형의 온도를 표 4에 기재된 범위에 따라 부위별로 다른 온도로 가열하였다.

한편, 물성 평가는 전술한 실험예 7과 동일한 기준으로 평가하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

실험예	고강도 부위 가열 온도/고강도부 금형온도	저강도 부위 가열온도/ 저강도부 금형온도	소재 두께 [mm]	f	SPM	공정 수	취출시 Ms 온도 미만 도달 여부	Ms상 확보	고강도 부위 물성평가	저강도 부위 물성평가
실시예 37	920℃ /25℃	700℃ /25℃	1.5	12.5	15	4	OK	OK	○	○
실시예38	920℃ /25℃	920℃ /500℃	1.5	12.5	15	12	OK	OK	○	○

상기 표 4에서와 같이, 실시예 37의 경우, 전술한 관계식 1 및 4를 충족함으로써, 마르텐사이트를 갖는 고강도 부위를 확보할 수 있었다. 한편, 저강도 부위는 스트립 소재를 700℃로 가열함에 따라 최종 제품에서 상변태가 발생하지 않아 초기 원소재의 저강도를 그대로 갖는 것을 확인하였다.

마찬가지로, 실시예 38은 관계식 1 및 4를 충족함으로써, 고강도 부위는 마르텐사이트상을 충분히 확보하여 고강도를 확보할 수 있었다. 또한, 저강도 부위는 해당 부위와 접촉하는 금형의 부위를 500℃로 가열함에 따라 베이나이트를 50% 이상 확보하여 저강도를 확보할 수 있었다. 전술한 실험결과를 토대로, 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열하거나 금형을 부위별로 다른 온도로 제어함으로써, 이종 강도를 갖는 열간 프레스 성형품이 얻어짐을 확인하였다.

(실험예 9)

노칭 단계 대신 스트립으로부터 분리된 형태의 블랭크 소재를 제조하는 블랭킹 단계를 포함하는 것을 제외하고는, 전술한 실험예 2와 동일한 방법으로 블랭킹 단계를 실시하였고, 이어서 성형, 피어싱 및 트리밍 단계를 실시하였다. 이 때, 소재의 이송방향으로 인접한 2개의 금형 사이의 이송 시에는 집게 형상의 이송수단을 이용하였다.

실시예 39의 경우, 초기 온도가 25℃인 차가운 상태의 블랭킹 금형을 사용함으로써 소재의 냉각이 매우 빠르게 진행된 반면, 초기 온도가 500℃인 실시예 40의 경우, 가열된 블랭킹 금형을 사용함으로써 블랭킹 상형이 하강하여 소재와 접촉할 때 과도한 냉각이 억제되었다.

즉, 실시예 40은 실시예 39에 비해 과도한 냉각을 억제함으로써 블랭킹 단계의 종료 후에 블랭크 소재의 온도가 700℃ 이상임과 동시에, 연신율이 50% 이상인 소재를 확보할 수 있어, 블랭킹 단계 이후의 후속 공정에서 성형성이 보다 우수함을 확인하였다.

100: 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치
1: 공급부
10: 코일 형태로 구비된 소재
11: 푸쉬 바
2: 가열부
21: 스트립 소재의 가열 장치
22, 23: 서로 다른 온도로 가열되도록 설정된 2 개의 가열 장치
3: 이송부
31: 보온 챔버
4: 가공부
41: 가공 장치
5a, 5b: 금형의 온도 제어부
50: 설계된 피치량
X: 스트립 소재의 이송방향
51a, 51b; 노칭 금형 또는 블랭킹 금형의 온도 제어부
52a, 52b: 성형 금형의 온도 제어부
53a, 53b: 피어싱 금형 또는 플랜징 금형의 온도 제어부
54a, 54b: 트리밍 금형의 온도 제어부
6: 프레스
6a: 프레스 상부 판 (프레스 슬라이드)
6b: 프레스 하부 판 (프레스 볼스터)
61a, 61b: 노칭 금형 또는 블랭킹 금형
62a, 62b: 성형 금형
63a, 63b: 피어싱 금형 또는 플랜징 금형
64a, 64b: 트리밍 금형
110a: 스트립 소재의 이송 높이 수준
110b: 프레스 슬라이드의 하사점 부근
120a: 소재의 이송에 방해가 되지 않는 지점
120b: 프레스 하사점 부근
200: 소재
210: 노칭된 소재
220: 성형된 소재
230: 피어싱된 소재
240: 트리밍된 소재
250: 취출된 최종 제품
300: 웹부
400: 불필요한 외곽부
600: 소재 위치 제어부
A: 평면부
B: 측면부
C: 성형 부위 (버링부 등)
S: 제1 면 방향
P: 제2 면 방향
D: 제1 면 방향과 제2 면 방향이 이루는 좁은 측의 각도

Claims

스트립 소재를 가열하는 가열 단계;
하나의 프레스에 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중 하나 이상의 금형과, 성형 금형과, 트리밍 금형을 포함하는 다수의 금형이 장착된 가공 장치로, 가열된 스트립 소재를 이송하는 이송 단계;
상기 노칭 금형을 이용하여 소재의 일부를 절단함으로써 스트립에 웹부로 연결된 형태의 노칭된 소재를 얻는 노칭 단계, 및 상기 블랭킹 금형을 이용하여 소재의 일부를 절단함으로써 스트립으로부터 분리된 형태의 블랭킹 소재를 얻는 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계;
상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계를 거친 소재를 이송하여 상기 성형 금형 부근에 위치시킨 후, 상기 성형 금형을 이용하여 소재를 성형하는 성형 단계; 및
상기 트리밍 금형을 이용하여 최종 제품 형상에서 불필요한 소재의 외곽부를 제거하는 트리밍 단계;를 포함하고,
상기 가열 단계는 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열하거나,
상기 다수의 금형 중 상기 노칭 금형 및 블랭킹 금형을 제외한 하나 이상의 금형은 부위별로 다른 온도로 제어하는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 이송 단계는 가열된 스트립 소재가 보온 챔버 내에서 이송되도록 수행되고, 상기 보온 챔버에 공급된 스트립 소재의 표면 온도(Ts)를 기준으로, 상기 보온 챔버는 Ts-200℃ 이상 Ts+50℃ 이하의 온도 범위 내로 유지되는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 하나의 프레스에 있어서, 소재의 이송방향으로 서로 인접하는 2개의 금형의 사이에 설계된 피치량만큼 간격을 두고 각 금형이 배치되고,
프레스 운동에 따라 하나의 스트로크가 수행된 이후마다, 상기 설계된 피치량만큼 소재의 이송방향으로 소재가 이송되는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 노칭 금형의 초기 온도 및 상기 블랭킹 금형의 초기 온도는 400℃ 이상인, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계 중 하나 이상의 단계; 성형 단계; 및 트리밍 단계 중 하나 이상은, 2 이상의 단계로 나누어서 다단 공정으로 수행되는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 노칭 단계 및 블랭킹 단계에 있어서, 가공 장치에 투입된 스트립 소재는 스트립 소재의 이송 높이 수준에서부터 금형의 상형과 접촉하지 않은 상태로 프레스 하사점까지 하강하다가, 절단 공정에서만 스트립 소재가 금형의 상형면 및 하형면과 접촉하도록 제어되는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가공 장치의 프레스 운동은 한 스트로크 내 하사점 부근에서 유지 시간의 비율이 4~30%인, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 성형 단계와 상기 트리밍 단계의 사이에, 성형된 소재에서 불필요한 홀부를 제거하는 피어싱 단계 및 성형된 소재에서 플랜지부를 형성하는 플랜징 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함하는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
하기 관계식 1에 의해 구해지는 최소 공정 수 이상으로 다단 공정을 수행하는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
[관계식 1]
N = ROUNDUP { T / [(60/SPM)Х(f/100) ] }
(상기 관계식 1에서, N은 노칭 공정 및 블랭킹 공정을 제외한 성형 단계에서부터 최소 필요 공정 수를 나타내고,
SPM은 프레스의 분당 스트로크수(stroke per minute; SPM)를 나타내고,
f는 한 스트로크 내 하사점 부근의 유지 시간 비율(%)을 나타내고,
T는 0.8≤t<1.5이면, 하기 관계식 2로부터 계산되는 값을 나타내고, 1.5≤t이면, 하기 관계식 3으로부터 계산되는 값을 나타내고,
ROUNDUP은 {}내의 계산 값에 대해 소수점 이하의 수를 올림한 값을 나타낸다.)
[관계식 2]
T = t
[관계식 3]
T = 5×t - 6
(상기 관계식 2 및 3에서, t는 소재의 두께로 단위는 ㎜이다.)
청구항 9에 있어서,
상기 f는 0.8≤t<1.5를 충족하면, 하기 관계식 4를 충족하고, 1.5≤t를 충족하면 하기 관계식 5를 충족하는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
[관계식 4]
0.8×t + 2.6 ≤f
[관계식 5]
4.4×t - 2.8 ≤ f
(상기 관계식 4 및 5에서, t는 소재의 두께로 단위는 ㎜이다.)
청구항 1에 있어서,
상기 가공 장치에 소재가 투입되면 프레스 슬라이드가 프레스 하사점까지 하강하여 소재를 가공한 후, 프레스 슬라이드의 상승 중에 소재는 프레스 하사점 부근에서 머무르고 있다가, 프레스 슬라이드의 위치 정보를 활용하여, 프레스 슬라이드가 소재의 이송에 방해가 되지 않는 지점까지 도달하면, 프레스 하사점 부근에 위치한 소재를 상승시키는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 블랭킹 금형을 이용하여 상기 가공 장치로 투입된 가열된 스트립 소재의 일부를 절단함으로써 스트립으로부터 분리된 형태의 블랭크 소재를 얻는 블랭킹 단계를 포함하고,
상기 하나의 프레스에 있어서 소재의 이송방향으로 서로 인접한 2개의 금형을 기준으로, 이전 단계의 금형으로부터 다음 단계의 금형 부근으로 소재를 이송 때에는 집게 형상의 이송 수단을 이용하는 수행하는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법.
스트립 소재를 연속적으로 공급하는 공급부;
공급된 스트립 소재를 가열하는 가열부;
하나의 프레스에 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중 하나 이상의 금형과, 성형 금형과, 트리밍 금형을 포함하는 다수의 금형이 장착된 가공 장치를 포함하는 가공부; 및
상기 가열부에서 가열된 스트립 소재를 상기 가공 장치로 이송하는 이송부;를 포함하고,
상기 가열부는 스트립 소재를 부위별로 다른 온도로 가열하는 가열 장치를 포함하거나,
상기 가공부는 상기 다수의 금형 중 상기 노칭 금형 및 블랭킹 금형을 제외한 하나 이상의 금형을 부위별로 다른 온도로 제어하는 온도 제어 수단을 포함하는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 가공 장치는 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중 하나 이상의 금형의 온도를 제어하는 온도 제어부를 더 포함하고,
상기 온도 제어부는 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중 하나 이상의 금형과 프레스의 사이에 구비되는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 노칭 금형 및 블랭킹 금형 중 하나 이상의 금형의 상형에 대한 스트립 소재와 접하는 측의 면 상에 돌출된 구조물로서 스프링에 의해 작동되는 푸쉬 바를 구비하는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 하나의 프레스는 프레스 슬라이드와 프레스 볼스터를 포함하고,
상기 프레스 볼스터 상의 금형이 구비되는 측의 면 상에 실린더 형태의 소재 위치 제어부가 구비되는, 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 장치.
청구항 1에 기재된 다단 공정용 열간 프레스 성형 부재의 제조 방법에 의해 제조된 열간 프레스 성형 부재로서,
언더컷 형상을 포함하고,
상기 성형 부재의 적어도 일부는 1300MPa 이상의 강도를 가지고, 상기 일부를 제외한 다른 부위에 1300MPa 미만의 강도를 가지는 부분을 포함하는, 열간 프레스 성형 부재.