KR102422414B1

KR102422414B1 - 열간성형 금형

Info

Publication number: KR102422414B1
Application number: KR1020210015933A
Authority: KR
Inventors: 임용희
Original assignee: (주)신화에스티
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-07-19

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형 금형은, 열간 프레스 성형물을 형성하기 위한 성형면 및 상기 성형면과 대응되는 형상으로 상기 성형면의 반대측 면에 형성된 냉각면을 갖는 성형판; 상기 냉각면의 가장자리로부터 연장 형성되어 상기 성형판을 지지하는 측벽을 이루고, 외측면의 적어도 일부분에 결합면이 형성되는 리브; 및 상기 냉각면과 상기 리브의 내측면에 의해 형성된 코어홈에 삽입되고, 상기 코어홈의 형상과 대응되는 형상으로 형성되되 상기 냉각면과 이격되도록 설치되어, 상기 코어홈의 내측면과 함께 폐곡선 단면 형상의 냉각유로를 형성하는 코어; 를 포함하는 쉘;이 복수 개 결합되어 상기 성형면이 연속적인 형상을 이루도록 설치되고, 복수의 상기 쉘은 상기 리브의 결합면이 서로 맞물리도록 결합되며, 서로 맞닿은 두 개의 상기 리브의 결합면에는 상기 리브를 냉각시키는 경계유로가 형성된다.

Description

열간성형 금형 {MOLD FOR HOT FORMING}

이 발명은 열간성형 금형에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 쉘(shell)타입 금형을 이용한 열간성형 금형에 관한 것이다.

일반적으로 핫 프레스 포밍(Hot Press Forming) 또는 핫스탬핑(Hot Stamping)으로 알려진 열간 성형 기술은, 가공 대상물을 가열한 상태로 프레스 가공하고, 동시에 금형을 냉각하여 가공 대상물의 마르텐사이트 변태를 유도하여 고강도 성형물을 얻기 위해 사용된다.

이를 위하여, 열간 성형 금형의 내부에 냉매가 유동하는 냉매유로를 성형하였는데, 종래에는 금형을 여러 조각으로 분할한 후 드릴을 이용하여 관통공을 성형한 후, 금형 조각을 다시 결합시켜 각각의 금형 조각에 형성된 관통공이 연결되어 하나의 유로를 형성하게 하는 건드릴(Gun drill) 또는 다이렉트 건드릴(Direct Gun drill) 타입의 가공방법을 사용하였다.

그러나 이러한 방식을 사용할 경우, 각각의 금형 조각의 성형면이 복잡한 형상으로 이루어져 있을 경우, 금형의 성형면과 드릴에 의해 가공된 유로간의 간격이 불균일해지는 문제가 발생하였다.

이렇게 성형면과 유로의 간격이 불균일해지면, 가공 대상물의 냉각 속도 및 냉각 온도가 달라지는 바, 가공 대상물의 마르텐사이트 변태가 제대로 이루어지지 않거나, 강도 편차가 발생하는 등의 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 금형 조각을 보다 작게 분할하여 성형면과 유로 사이의 간격을 최대한 균일하게 가공해야 하지만, 이 경우 가공 공수가 증가하여 금형 조각의 제조 및 결합 공정에 많은 시간이 소요되고, 금형 조각들의 결합면에서 냉매가 유출되는 등의 문제가 발생할 가능성이 높아지게 된다.

따라서, 열간 성형을 위한 금형을 제공함에 있어서, 성형면이 복잡한 형상으로 형성되더라도 균일한 냉각 효과를 나타낼 수 있고, 저렴하고 간편하게 제조할 수 있는 열간 성형 금형이 요구되고 있는 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-1876988 B1 (2018.07.04)

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 핫스탬핑용 열간 성형 금형의 냉각 성능을 균일화하고, 제조 과정을 단순화하여 제작 및 설치가 간편한 열간 성형 금형을 제공하는 것이다.

상기 결합면의 가장자리를 따라 음각 형상의 경계홈이 형성되고, 상기 쉘이 결합될 때, 두 개의 상기 경계홈이 하나의 폐곡선 단면을 이루는 상기 경계유로를 형성할 수 있다.

상기 냉각유로와 상기 경계유로는, 서로 별도의 냉매 순환 구조를 가질 수 있다.

상기 쉘 및 상기 코어가 고정 설치되는 베이스 플레이트; 및 상기 경계홈과 상기 쉘의 가장자리 사이에 설치되는 제1씰과, 상기 경계홈과 상기 쉘의 중앙부 사이에 설치되는 제2씰과, 상기 쉘과 상기 베이스 플레이트의 결합면에 설치되는 제3씰을 포함하여 상기 경계유로의 둘레를 감싸는 씰링부;를 더 포함할 수 있다.

상기 리브는, 상기 베이스 플레이트에 결합되는 설치면이 형성되고, 상기 리브의 결합면에는, 상기 경계홈의 외측과 상기 결합면의 가장자리 사이에 형성되어 상기 제1씰이 삽입되는 외측 씰링홈 및 상기 경계홈의 내측에 형성되어 상기 제2씰이 삽입되는 내측 씰링홈이 형성되며, 상기 리브의 설치면에는, 상기 경계홈을 감싸는 형태로 형성되어 상기 제3씰이 삽입되는 설치면 씰링홈이 형성될 수 있다.

상기 제1씰, 상기 제2씰 및 상기 제3씰은 일체로 마련되어 하나의 오링 형상을 이루도록 형성되어, 상기 외측 씰링홈, 상기 내측 씰링홈 및 상기 설치면 씰링홈에 삽입될 수 있다.

상기 베이스 플레이트에는, 상기 냉각유로에 냉매를 공급하는 제1냉매유로와, 상기 경계유로에 냉매를 공급하는 제2냉매유로가 구비되고, 상기 제1냉매유로 및 상기 제2냉매유로는 서로 별도의 냉매 순환 구조에 연결될 수 있다.

상기 베이스 플레이트에는, 복수 개의 상기 쉘이 상기 베이스 플레이트에 설치되어 하나의 가공면을 이룰 때, 상기 쉘이 이탈하거나 어긋나는 것을 방지할 수 있도록, 상기 쉘이 안착될 수 있는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈에 상기 제1냉매유로 및 상기 제2냉매유로가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 쉘타입 금형의 리브부를 추가적으로 냉각시킬 수 있어서 쉘의 중심부와 가장자리부를 균등하게 냉각시킬 수 있고, 이로 인해 가공 대상물의 강도를 균일하게 강화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 쉘을 중공형으로 형성하여 필요 재료를 절감할 수 있고, 코어의 형상을 자유롭게 조절하여 냉각채널의 단면적을 부위에 따라 조정함으로써 부위에 따른 냉각속도를 조절할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간성형 금형의 전체 모습을 나타낸 조립 사시도이다.
도 2는 열간성형 금형의 정면 단면도이다.
도 3은 열간성형 금형의 리부를 측면에서 바라본 도면이다.
도 4는 열간성형 금형을 하측에서 바라본 도면이다.
도 5는 씰링 부재의 형상을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 열간성형 금형에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 이하에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 이하의 설명은 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명에 따라 제공되는 열간성형 금형은, 복수 개의 쉘(100)이 결합되어 하나의 금형을 이루는 것으로서, 이러한 쉘(100)은 양측면에 성형면(111) 및 냉각면(112)이 형성된 복잡 형상의 판재 형태로 제공되는 성형판(110)과, 이러한 성형판(110)의 가장자리에서 연장되어 성형판(110)을 지지하는 리브(120)와, 성형판(110)의 냉각면(112)과 리브(120)의 내측면에 의해 형성된 코어홈(113)에 삽입되는 코어(130)를 포함하여 구성된다.

이때, 성형판(110) 및 리브(120)는 열간 금형강 재질로 형성되고, 코어(130)는 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

이를 통해, 고가의 열간 금형강의 소모량을 최소화하여 금형의 제조 비용을 절감할 수 있고, 중공부에 엔지니어링 플라스틱 재질의 코어를 설치함으로써 금형의 전체 중량을 감소시켜 설치 과정을 용이하게 할 수 있으며, 가공이 어려운 금형강 재질의 성형판(110) 대신 가공이 용이한 코어(130)의 형상을 조절하여 후술할 냉각유로(P1)의 형상을 용이하게 조절할 수 있다.

코어(130)는 코어홈(113)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되어 코어홈(113)에 맞물리도록 구성되는데, 코어(130)의 표면 중 적어도 일부분은 코어홈(113)의 내측면으로부터 소정 거리 이격되도록 마련됨으로써, 코어(130)와 코어홈(113)의 사이 간격에 냉매가 유동하는 냉각유로(P1)가 형성된다. 이러한 냉각유로(P1)를 통해 유동하는 냉매가 성형판(110)의 냉각면(112)을 냉각시킴으로써, 성형면(111)의 소정 형상에 의해 변형된 대상물을 간접적으로 냉각시켜 강화하는 핫 프레스 포밍 공정을 수행할 수 있게 된다.

구체적으로, 냉각유로(P1)는 코어(130)에 음각 형성된 복수 개의 냉각홈(131)과 성형판(110)의 냉각면(112)에 의해 형성되는 폐곡선 단면 형상을 갖도록 형성되는 바, 냉각홈(131)의 단면적, 형상, 개수 밀도 등은 필요한 냉각량에 따라 다르게 형성될 수 있다.

즉, 성형면의 형상에 따라 가공 대상물의 부위별 냉각 편차가 필연적으로 발생하게 되는 바, 냉각 속도를 균일하게 조정하기 위해서는 냉각이 많이 되는 부위의 냉각속도를 감소시키고, 냉각이 적게 되는 부위의 냉각속도를 증가시키는 등의 조정을 통해 전체 냉각량을 균일화할 수 있게 된다.

이를 위하여, 냉각이 많이 필요한 부분은 냉각유로(P1)의 단면적을 줄이고 개수 밀도를 증가시킴으로써, 냉매의 유동 속도를 증가시켜 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.

반면, 냉각이 적게 필요한 부분은 냉각유로(P1)의 단면적을 늘리고 개수 밀도를 감소시킴으로써, 냉매의 유동 속도를 감소시켜 냉각 효율을 낮추도록 할 수 있다.

냉각유로(P1)는 코어(130)의 측면과 리브(120)의 내측면 사이에 상하 방향 직선으로 형성되는 입출부와, 코어(130)의 상면과 냉각면(112) 사이에 형성되어 냉각면의 형상에 따라 대응되는 직선 및 곡선 형태로 형성되는 냉각부로 구분될 수도 있지만, 예를 들어 성형면(111)이 후술할 베이스 플레이트(200)에 인접하도록 형성되어 리브(120)의 높이가 낮을 경우에는 별도의 입출부 없이 냉각부만으로 형성될 수도 있을 것이다.

한편, 복수 개의 쉘(100)이 서로 맞닿는 면은 리브(120)의 외측면의 적어도 일부분은 결합면으로서 제공되는데, 이러한 결합면에는 상술한 냉각유로(P1)와 별도로 냉매가 유동할 수 있는 경계유로(P2)가 형성되는 바, 경계유로(P2)를 통해 유동하는 냉매는 리브(120)를 냉각시킴으로써, 쉘(100)의 경계면 부분에 있는 가공 대상물을 간접적으로 냉각시킬 수 있다.

이렇게 냉각유로(P1)를 통해 쉘(100)을 냉각시키는 것과 별개로 경계유로(P2)를 이용하여 리브(120)를 냉각시킴에 따라, 쉘(100)의 중앙부와 가장자리부를 고르게 냉각시킬 수 있고, 특히 리브(120) 부분이 제대로 냉각되지 않아 가공 대상물의 마르텐사이트 변태가 진행되지 않음으로써 강도 저하가 발생하는 등의 문제를 방지할 수 있는 것이다.

경계유로(P2)는 서로 결합되는 두 개의 쉘(100)의 리브(120)의 결합면에 각각 형성된 반원 또는 사각 등의 형상의 단면을 갖는 경계홈(121)이 결합되어 형성되는 바, 경계홈(121)이 반원 형상일 경우 원형 단면의 경계유로(P2)가 형성되고, 경계홈(121)이 사각 형상일 경우 사각 단면의 경계유로(P2)가 형성된다.

이때 경계유로(P2)의 단면 형상은 가공 편의성이나 냉매의 유동성 등을 고려하여 당업자가 변형될 수 있을 것이다.

한편, 쉘(100) 및 코어(130)는 별도의 베이스 플레이트(200)에 고정 설치되는데, 예를 들어 볼팅 방식으로 코어(130)를 먼저 베이스 플레이트(200)에 결합시킨 후, 쉘(100)을 코어(130)에 덮어 씌운 후에 쉘(100)을 베이스 플레이트(200)에 볼팅 방식으로 결합할 수 있다.

이렇게 베이스 플레이트(200)를 이용하여 결합시키는 방법을 이용하여, 복수 개의 쉘(100)을 정위치에 고정시키는데 도움을 줄 수 있다.

한편 베이스 플레이트(200)에는 복수 개의 제1냉매유로(210), 복수 개의 제2냉매유로(220)가 각각 형성되는 바, 제1냉매유로(210)는 냉각유로(P1)에 연결되고, 제2냉매유로(220)는 경계유로(P2)에 연결되며, 제1,2냉매유로는 서로 별도의 냉매 순환 구조에 연결되어 냉각유로(P1) 및 경계유로(P2)에 냉매를 공급/배출하게 된다.

이렇게 냉각유로(P1)와 경계유로(P2)를 서로 다른 냉매 순환 구조에 연결하는 것은, 쉘(100)과 리브(120)의 냉각 효율이 상이할 수 있는 바, 이러한 편차를 조절하기 위해 냉매의 온도 및 압력, 유동 속도 등을 다르게 조절하기 위해서이다.

베이스 플레이트(200)에는 오목한 형상의 안착홈(미도시)가 형성되는 것이 바람직한데, 이러한 안착홈은 복수 개의 쉘(100)이 베이스 플레이트(200)에 설치되어 연속적인 하나의 가공면을 이룰 때, 쉘(100)이 베이스 플레이트(200)로부터 이탈하거나 설치 각도 등이 어긋나는 것을 방지할 수 있도록, 쉘(100)의 하면과 대응되는 형상으로 형성된다.

이러한 안착홈(230)의 저면에는 상술한 제1냉매유로(210) 및 제2냉매유로(220)가 형성되어 냉각유로(P1) 및 경계유로(P2)에 연결된다.

이에 더해서, 경계유로(P2)를 유동하는 냉매가 리브(120)간의 간격을 통해 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있도록, 경계유로(P2)의 둘레를 따라 씰링부(140)가 설치되는 것이 바람직하다.

씰링부(140)는 경계홈(121)과 쉘(100)의 가장자리 사이에 설치되는 제1씰(141)과, 경계홈(121)과 쉘(100)의 중앙부 사이에 설치되는 제2씰(142)과, 쉘(100)과 베이스 플레이트(200)의 결합면에 설치되는 제3씰(143)을 포함하여 구성된다.

이때, 제1씰(141), 제2씰(142) 및 제3씰(143)은 일체형으로 형성된 오링 형상으로 형성되는 것이 바람직한데, 이러한 구조를 통해 경계유로(P2)로부터 냉매가 유출되는 경로를 최소화할 수 있다.

구체적으로, 제1씰(141), 제2씰(142) 및 두 개의 제3씰(143)이 하나의 오링 형상을 이루도록 설치되어, 경계유로(P2)를 외부와 차단하여 냉매의 유출을 방지하는 것이다. 이때 제1씰(141)은 경계홈(121)의 외측 방향 둘레를 감싸도록 설치되고, 제2씰(142)은 경계홈(121)의 내측 방향 둘레를 감싸도록 설치되며, 제3씰(143)은 제1씰(141)의 단부와 제2씰(142)의 단부를 연결하게 된다.

이에 더해서, 제1씰(141), 제2씰(142) 및 제3씰(143)의 씰링 성능을 증진시키면서 씰링부(140)를 정위치에 설치하기 위하여, 리브(120)의 표면에는 외측 씰링홈(122), 내측 씰링홈(123) 및 설치면 씰링홈(124)이 형성되는 것이 바람직하다.

외측 씰링홈(122)은 리브(120)의 결합면에는, 경계홈(121)의 외측과 결합면의 가장자리 사이에 형성되어 제1씰(141)이 삽입되도록 형성되고, 내측 씰링홈(123)은 경계홈(121)의 내측에 형성되어 제2씰(142)이 삽입되도록 형성되며, 리브(120)의 바닥면인 설치면에는 설치면 씰링홈(124)이 경계홈(121)의 단부를 감싸는 형태로 형성되어 제3씰(143)이 삽입되도록 마련된다.

이때, 외측 씰링홈(122), 내측 씰링홈(123) 및 설치면 씰링홈(124)의 단면적은 제1씰(141), 제2씰(142) 및 제3씰(143)의 단면적보다 작게 형성되고, 제1씰(141), 제2씰(142) 및 제3씰(143)은 고무 등 유연하고 탄성있는 재질로 형성되어 쉘(100)간의 결합시 변형되면서 냉매의 유동을 차단하도록 씰링할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 쉘 110: 성형판
111: 성형면 112: 냉각면
113: 코어홈 120: 리브
121: 경계홈 122: 외측 씰링홈
123: 내측 씰링홈 124: 설치면 씰링홈
130: 코어 131: 냉각홈
140: 씰링부 141: 제1씰
142: 제2씰 143: 제3씰
200: 베이스 플레이트 210: 제1냉매유로
220: 제2냉매유로 P1: 냉각유로
P2: 경계유로

Claims

열간 프레스 성형물을 형성하기 위한 성형면 및 상기 성형면과 대응되는 형상으로 상기 성형면의 반대측 면에 형성된 냉각면을 갖는 성형판;
상기 냉각면의 가장자리로부터 연장 형성되어 상기 성형판을 지지하는 측벽을 이루고, 외측면의 적어도 일부분에 결합면이 형성되는 리브; 및
상기 냉각면과 상기 리브의 내측면에 의해 형성된 코어홈에 삽입되고, 상기 코어홈의 형상과 대응되는 형상으로 형성되되 상기 냉각면과 이격되도록 설치되어, 상기 코어홈의 내측면과 함께 폐곡선 단면 형상의 냉각유로를 형성하는 코어;를 포함하는 쉘;이 복수 개 결합되어 상기 성형면이 연속적인 형상을 이루도록 설치되고, 복수의 상기 쉘은 상기 리브의 결합면이 서로 맞물리도록 결합되며, 서로 맞닿은 두 개의 상기 리브의 결합면에는 상기 리브를 냉각시키는 경계유로가 형성되고,
상기 결합면의 가장자리를 따라 음각 형상의 경계홈이 형성되며,
상기 쉘이 결합될 때, 두 개의 상기 경계홈이 하나의 폐곡선 단면을 이루는 상기 경계유로를 형성하는 것을 특징으로 하고,
상기 쉘 및 상기 코어가 고정 설치되는 베이스 플레이트; 및 상기 경계홈과 상기 쉘의 가장자리 사이에 설치되는 제1씰과, 상기 경계홈과 상기 쉘의 중앙부 사이에 설치되는 제2씰과, 상기 쉘과 상기 베이스 플레이트의 결합면에 설치되는 제3씰을 포함하여 상기 경계유로의 둘레를 감싸는 씰링부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열간성형 금형.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 냉각유로와 상기 경계유로는, 서로 별도의 냉매 순환 구조를 가지는 것을 특징으로 하는, 열간성형 금형.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 리브는, 상기 베이스 플레이트에 결합되는 설치면이 형성되고,
상기 리브의 결합면에는, 상기 경계홈의 외측과 상기 결합면의 가장자리 사이에 형성되어 상기 제1씰이 삽입되는 외측 씰링홈 및 상기 경계홈의 내측에 형성되어 상기 제2씰이 삽입되는 내측 씰링홈이 형성되며,
상기 리브의 설치면에는, 상기 경계홈을 감싸는 형태로 형성되어 상기 제3씰이 삽입되는 설치면 씰링홈이 형성되는 것을 특징으로 하는, 열간성형 금형.
청구항 5에 있어서,
상기 제1씰, 상기 제2씰 및 상기 제3씰은 일체로 마련되어 하나의 오링 형상을 이루도록 형성되어, 상기 외측 씰링홈, 상기 내측 씰링홈 및 상기 설치면 씰링홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 열간성형 금형.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스 플레이트에는, 상기 냉각유로에 냉매를 공급하는 제1냉매유로와, 상기 경계유로에 냉매를 공급하는 제2냉매유로가 구비되고,
상기 제1냉매유로 및 상기 제2냉매유로는 서로 별도의 냉매 순환 구조에 연결되는 것을 특징으로 하는, 열간성형 금형.
청구항 7에 있어서,
상기 베이스 플레이트에는, 복수 개의 상기 쉘이 상기 베이스 플레이트에 설치되어 하나의 가공면을 이룰 때, 상기 쉘이 이탈하거나 어긋나는 것을 방지할 수 있도록, 상기 쉘이 안착될 수 있는 안착홈이 형성되고,
상기 안착홈에 상기 제1냉매유로 및 상기 제2냉매유로가 형성되는 것을 특징으로 하는, 열간성형 금형.