KR20070083585A - 금속 시트의 열간 스탬핑 및 경화 방법 - Google Patents

Abstract

프레스 경화 프로세스에서, 블랭크가 형성되고 냉각된 공구(30, 31)내에서 냉각될 때, 경화중에 공구들을 고정구로서 이용한다. 공구들은 형성 제품(20-24)에 대한 특정 영역내의 유극(35) 및 교호적인 접촉 표면(33, 34)들을 구비하며, 그 접촉 표면들은 면적의 20% 미만이다. 결과적으로, 이러한 영역은 최종 제품의 연질 구역(11)이 될 것이고, 그 구역은 양호한 치수 정확도를 가질 것이다.

Description

금속 시트의 열간 스탬핑 및 경화 방법{A METHOD OF HOT STAMPING AND HARDENING A METAL SHEET}

본 발명은 시트 금속 블랭크(blank)를 냉각된 한 쌍의 공구들내에서 제품으로 열간 스탬핑하고, 상기 한 쌍의 공구들을 고정구(fixture)로 이용하여 그 한 쌍의 공구들내에서 형성된 제품을 경화하는 방법에 관한 것으로서, 상기 한 쌍의 공구들은 형성된 제품에 대해 유극(clearance)을 가지는 영역을 구비함으로써 제품내에 연질 구역(soft zone)이 형성된다.

프레스-경화(press-hardening) 프로세스에서, 경화가능한 보론 강이 주로 이용되고, 블랭크들이 매우 복잡한 형상으로 성형될 수 있고 매우 높은 강도가 달성될 수 있다. 그러한 프로세스는 차량용 고강도 부품, 예를 들어 범퍼 비임 및 도어용 측면 충격 가드의 제조에 이용된다.

본 발명의 목적은 프레스-경화된 제품내에 연질 구역을 저렴한 비용을 제공하는 것으로서, 연질 구역이 큰 경우에도 치수 정확성을 손상시키지 않는다. 그러한 연질 구역은 예를 들어 차량의 비임의 버클링(buckling)을 지지하고 제어한다. 또한, 연질 구역은 균열 위험의 감소를 위해 연성을 증대시킬 필요가 있는 영역내에서 이용될 수 있을 것이다. 또한, 연질 구역이 다른 용도에 이용될 수도 있을 것이다.

본 발명은, 연질 구역내에서도 우수한 공차(tolerance)를 가지는 제품을 얻기 위해, 공구들이 상기 영역내에서 제품에 대한 단속적인(discrete) 작은 접촉 표면(33, 34)들을 구비하며, 상기 접촉 표면들은 연질 구역의 면적의 25% 미만이다.

도 1은 본 발명에 따라 제조되고 연질 구역을 가지는 모자형(hat) 비임을 예로서 도시한 사시도이다.

도 2 및 도 3은 여러 형태의 연질 구역을 가지는 유사한 모자형 비임의 사시도이다.

도 4는 폴딩형(folded) 연질 구역을 가지는 모자형 비임의 사시도이다.

도 5는 연질 구역을 생성하는 공구내의 모자형 비임을 도시한 단면도이다.

도 1은 제품 즉, 모자형 비임을 도시한 도면으로서, 상기 모자형 비임은 경화가능한 강, 바람직하게는 보론 강의 평평한 금속 시트로부터 프레스-경화 방법으로 제조된다. 시트의 두께는 통상적으로 1.5-3mm이다. 모자형 비임은 중앙의 플랜지(22), 2개의 웨브(23, 24) 및 2개의 측면 플랜지(20, 21)로 이루어진다. 상기 비임은 초고강도, 예를 들어 1500 MPa 이상의 인장 강도까지 경화된다. 통상적으로, 성형 공구는 고정된 하부 공구 즉, 다이와 이동가능한 상부 공구 즉, 펀치로 이루어진다. 블랭크는 오스테나이트화 온도까지 가열되고 하부 공구 요소상에 위 치된다. 성형에는 1초 또는 2초가 소요되고, 성형된 블랭크 즉, 제품은 고정구로서의 공구 쌍에 의해 경화될 때까지 수초간 공구 쌍 사이에 클램핑된 상태로 유지된다.

도 1에 구역(11)이 도시되어 있으며, 상기 구역은 보다 연질이며, 다시 말해 충분한 경화가 일어나지 않아 모자형 비임의 벌크(bulk) 보다 낮은 강도를 가진다. 구역(11)은 4개의 연질 밴드(12-15)를 구비하고, 상기 밴드들의 사이에는 보다 강도가 높은 좁은 밴드 또는 라인(16-18)이 제공된다. 좁은 밴드들이 선형으로 도시되어 있으나, 그 좁은 밴드들은 다른 적절한 형태를 가질 수도 있고 또 반드시 연속적이여야 하는 것도 아니다. 연질 밴드(12-15)에 대응하여 공구 쌍이 제품 즉, 모자형 비임에 대해 유극을 갖는다는 사실로부터 연질 구역(11)이 생성된다. 좁은 밴드(16-18)가 보다 높은 강도를 갖는데, 이는 그 지점에서 공구 쌍이 모자형 비임에 접촉하여 밴드(12-15) 보다 더 빠르게 냉각이 되기 때문이다. 이러한 좁은 밴드에서 공구와의 접촉에 의해 전체 연질 구역(11)에서 치수 공차가 유지되거나 공차가 거의 유지된다. 이러한 공구와의 접촉 표면들이 좁다면, 모자형 비임이 공구로부터 제거될 때 보다 넓은 밴드(12-15)로부터의 가열이 발생될 것이고, 이는 일반적으로 다시 이러한 좁은 밴드(16-18)의 강도를 모자형 비임의 벌크 보다 다소 낮게 만들 것이다. 통상적으로, 연질 구역은 양 공구에 대한 접촉 표면들을 가질 것이나, 몇몇 경우에, 수용가능한 치수 정확도를 위해 공구 쌍중 하나의 공구에 대해서만 접촉 표면을 가질 수도 있을 것이다. 의도된 연질 구역(11)내의 부분 접촉 영역은 25% 미만 또는 20% 미만이어야 한다. 10% 미만 또는 2% 이하가 될 수도 있 을 것이다.

공구와 제품 사이의 유극은 0.2 mm 이상이 되어야 하며, 사실상 공구의 마모를 보상하기 위해 그 보다 큰 값을 가진다. 실질적으로, 새롭게 가공된 공구에서 유극은 몇 밀리미터가 될 것이다. 일반적으로, 연질 구역(11)의 경도 및 강도는 완전히 경화된 물질 보다 20-80% 낮을 것이다.

완전 경화 영역에 인접한 영역(12 및 15)들은, 공구에 대한 유극을 가지는 영역으로부터 공구와 완전히 접촉하는 영역으로의 열 전달로 인해, 그 영역내로 10-20 밀리미터 경화될 것이다. 연질 구역을 얻기 위해서는, 큰 접촉 표면들 사이의 영역이 적어도 40-50 mm가 되어야 할 것이다. 좁은 접촉 표면(16, 17, 18)은 많이 냉각되지 않으며, 인접하여 영향을 받은 구역은 좁을 것이다. 가능한 한 열전들을 적게하게 위해 가능한 한 좁은 헴(hem)을 가지는 것이 바람직할 것이나, 너무 좁은 접촉 표면은 큰 마모를 초래할 것이다. 접촉 표면들 사이의 거리가 멀어지면 제품의 치수 공차가 감소되나, 도시된 바와 같이 상대적으로 좁은 단속적인 접촉 표면들을 구비함으로써, 큰 영역을 가지는 연질 구역에 대해 양호한 치수 공차가 달성될 수 있을 것이다. 접촉 표면들은 5 mm 미만의 폭, 바람직하게 2 mm 미만의 폭을 가질 수 있다. 관련 접촉 폭/유극 폭은 20% 미만이어야 한다.

도 2는 연질 구역(11)이 도 1에 도시된 바와 같은 하나의 중심 플랜지(22) 및 웨브(23, 24)를 포함하는 대신에 모자형 비임의 측면 플랜지(20, 21)를 포함하는 모자형 비임을 도시한 도면이다.

도 3은 연질 구역(11)이 중앙 플랜지(22)만을 포함하는 모자형 비임을 도시 한 도면이다. 이러한 예에서, 공구는 스트라이프, 즉 라인 접촉부 형태의 접촉 표면들을 가지지 않고, 작은 스폿(spot) 형태의 접촉 표면들을 가짐으로써 높은 치수 정확도를 제공한다. 이러한 예에서, 주변 연질 영역보다 높은 강도의 단속적인 스폿 또는 도트(dot)(25)가 존재한다. 물론, 임의 제품에서 필요에 따라 스트라이프 및 스폿을 조합할 수도 있을 것이다.

도 4는, 도 1에 도시된 바와 같이 중앙 플랜지(22) 및 웨브(23, 24)를 포함하는 연질 구역(11)을 가지는 앞선 도면들과 같은 모자형 비임을 도시한 도면이다. 이러한 예에서, 연질 구역은 기하학적 변형 가이드와 조합되어 버클링 프로세스를 제어하거나 지지(trigging)한다. 폴드(fold)(28) 형태의 기하학적 변형 가이드는 폴드를 따른 적절한 성형 접촉에 의해 얻어질 수 있을 것이다. 이 도면에서, 공구들과 접촉하는 부분들을 표시하지는 않았다.

도 5는 하부 공구 즉, 다이(30) 및 상부 공구 즉, 펀치(31)를 가지는 공구 디자인의 예를 도시한다. 쌍을 이루는 공구들은 접촉 표면(33, 34)을 가지고, 유극(25)은 몇 밀리미터의 최대 폭(d)을 가진다. 접촉 표면들은 도시된 바와 같이 비임의 길이방향으로 연장하는 선형 형태일 수 있고, 이는 단순한 공구 디자인을 제공한다. 그 대신에, 그 접촉 표면들이 단속적인 도트 또는 스폿일 수 있다.

본 발명은, 필라(pillar)의 원하는 부분, 일반적으로 필라의 하부 부분에서 버클링이 시작되도록 하기 위해 차량의 필라, 예를 들어 B-필라 등에 적용될 수 있을 것이다. 그러한 경우에, 비교적 큰 연질 구역이 바람직할 것이다. 또한, 차량 도어의 임팩트 보호 비임, 범퍼 비임용 크래시 박스(crash box), 및 차량의 기타 부품에도 적용될 수 있을 것이다. 물론, 차량에만 적용될 수 있는 것이 아니라, 보다 넓은 용도를 가질 것이다.

Claims (6)

1. 쌍을 이루는 냉각된 공구(30, 31)내에서 시트 금속 블랭크를 제품(20-24)으로 열간 스탬핑하고 상기 한 쌍의 공구들을 고정구로 이용하여 상기 한 쌍의 공구들내에서 형성 제품을 경화하는 방법으로서, 상기 공구 쌍의 공구들이 형성 제품에 대한 유극(35)을 가지는 영역을 구비함으로써 제품내에 연질 구역(11)이 형성되는, 열간 스탬핑 및 경화 방법에 있어서,

   상기 연질 구역(11)내에서도 양호한 공차를 가지는 제품(20-24)을 얻기 위해, 상기 공구가 상기 영역내에서 상기 제품에 대한 단속적인 작은 접촉 표면(33, 34)들을 구비하며, 상기 접촉 표면들이 연질 구역의 면적의 25% 미만인 것을 특징으로 하는 열간 스탬핑 및 경화 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 공구들이 이용되며, 상기 접촉 표면(33, 34)들이 상기 연질 구역의 면적의 20% 미만인 것을 특징으로 하는 열간 스탬핑 및 경화 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 공구들이 이용되며, 상기 구역내의 상기 접촉 표면(33, 34)들이 선들로 형성되는 것을 특징으로 하는 열간 스탬핑 및 경화 방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 공구들이 이용되며, 상기 구역내의 상기 접촉 표면(33, 34)들이 스폿들인 것을 특징으로 하는 열간 스탬핑 및 경화 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공구들이 이용되며, 상기 구역내의 상기 접촉 표면(33, 34)들의 폭이 5 mm 미만인 것을 특징으로 하는 열간 스탬핑 및 경화 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공구들이 이용되며, 상기 구역내의 상기 접촉 표면(33, 34)들의 폭이 2 mm 미만인 것을 특징으로 하는 열간 스탬핑 및 경화 방법.

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