KR20100063514A - 열간 프레스 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 프레스 성형장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열간 프레스 성형장치는 성형을 위한 서로 다른 둘 이상의 성형영역이 구비되며, 상기 성형영역 주위에 냉각유로가 형성되는 하부금형과; 상기 하부 금형에 형성된 각 성형영역에 상응하는 각각의 성형영역이 구비되고, 상기 성형영역 주위에 냉각유로가 형성되는 상부금형과; 상기 상부금형 및 하부금형에 의해 성형되는 피성형물의 냉각이 충분하지 않은 영역을 냉각할 수 있도록 상부금형과 하부금형 사이에 배치되는 냉각장치;를 포함하여 구성될 수도 있다.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 열간 프레스 성형시 피성형물의 전체 영역에 대한 냉각이 요구되는 온도 조건으로 냉각할 수 있고, 피성형물의 형상 또는 구조적인 특성에 따라 냉각 온도의 제어가 가능하며, 열간프레스성형을 위한 냉각구조를 갖는 금형의 설계 및 제작을 용이하게 할 수 있다.

열간성형, 프레스, 금형, 냉각, 조직, 온도분포

Description

열간 프레스 성형장치{APPARATUS FOR HOT PRESS FORMING}

본 발명은 열간 프레스 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로, 열간 프레스 성형장치는 가열된 피성형물을 성형하고자 하는 형상의 성형영역이 구비된 상,하부 금형 사이에 배치하고 기계적인 힘을 가하여 성형을 할 수 있도록 구성되고 있다. 한편, 피성형물이 상,하부 금형의 가압에 의해 성형이 이루어진 상태에서 바로 피성형물의 냉각을 수행하기 위하여, 금형의 내부에는 냉매가 흐르는 냉각유로가 구비된다.

이와 같이 구성되는 종래의 열간 프레스 성형장치는 냉각유로가 형성된 상,하부금형과 피성형물의 접촉으로 인해 냉각이 이루어지는 간접적인 냉각방식이다.

이와 같이, 금형의 내부에 냉각유로를 형성하여 피성형물의 냉각을 수행하는 경우, 두께가 두꺼운 피성형물(예를 들어, 자동차의 판재 부품, 보강부품 등)의 경우에는 냉각시간이 길어져 제품 생산 시간이 길어지는 단점이 있다.

한편, 간접 방식의 냉각을 수행하기 위해서는 냉각유로가 형성된 상,하부금형과 피성형물의 접촉면이 균일하게 이루어져야만 효율적인 냉각이 수행될 수 있고, 피성형물의 전체 영역에 대한 냉각온도의 제어가 이루어질 수 있다. 만일, 금 형과 피성형물 간의 접촉이 원활히 이루어지지 않는 영역이 발생하는 경우, 예를 들어, 약 0.15mm정도의 틈이 발생한다 하더라도, 피성형물의 냉각은 균일하게 이루어지지 않게 되고, 따라서, 피성형물의 전체 영역에 대한 물성이 달라지게 되어 균일한 강도 또는 요구되는 강도의 제품을 생산하기가 어렵게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 접촉이 정확히 이루어지도록 금형을 설계하여야만 하는데, 이와 같은 설계는 물론 금형의 제작 자체가 어렵고, 또한, 접촉이 정확하게 이루어지도록 금형을 제작한다고 하더라도, 상,하부금형의 경계면에 의한 형상이 피성형물에 성형되는 문제가 발생하기도 한다.

한편, 피성형물의 냉각을 위하여 금형내부에 형성되는 냉각유로는 성형물의 형상이 복잡하거나, 성형되는 형상에 따라 냉각유로의 형성이 복잡하게 이루어져야만 하는 경우가 발생한다. 이 경우, 냉각유로의 형성자체가 어렵고, 충분한 냉각 또는 균일한 냉각이 수행될 수 있도록 냉각유로를 형성하는 것 자체가 불가능한 경우도 발생하고 있다. 한편, 복잡한 가공과정을 통해 냉각유로를 형성한다고 하더라도, 금형의 구조적인 문제로 인하여 요구되는 성형하중을 만족시킬 수 없게 되는 문제도 발생한다.

따라서, 피성형물에 요구되는 강도가 충분히 발현될 수 있도록 열간 프레스 성형시 피성물에 대한 전체적인 냉각의 제어가 가능한 금형의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 종래의 열간 프레스 성형장치에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.

본 발명의 일 목적은 열간 프레스 성형시 피성형물의 전체 영역에 대한 냉각이 요구되는 온도 조건으로 냉각을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 피성형물의 형상 또는 구조적인 특성에 따라 냉각 온도의 제어가 가능하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 열간 프레스 성형에 의해 성형되는 피성형물이 성형 후, 전체 영역이 균일한 물성으로 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 금형의 설계 및 제작이 용이하게 이루어질 수 있도록 하여 피성형물이 형상 정밀도가 우수하게 성형될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 높은 형상 정밀도와 고강도의 제품을 생산하기 위한 성형이 가능하도록 하는 것이다.

상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일 실시 형태와 관련된 열간 프레스 성형장치는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.

본 발명은 기본적으로, 피성형물의 형상 또는 구조적인 특성에 따라 냉각이 수행되는 영역에 대하여 간접 또는 직접냉각 방식의 냉각이 수행되도록 하는 것을 기초로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 열간 프레스 성형장치는 성형을 위한 서로 다른 둘 이상의 성형영역이 구비되며, 성형영역 주위에 냉각유로가 형성되는 하부금형과; 하부 금형에 형성된 각 성형영역에 상응하는 각각의 성형영역이 구비되고, 성형영역 주위에 냉각유로가 형성되는 상부금형과; 상부금형 및 하부금형에 의해 성형되는 피성형물의 냉각이 충분하지 않은 영역을 냉각할 수 있도록 상부금형과 하부금형 사이에 배치되는 냉각장치;를 포함하여 구성될 수도 있다.

이 경우, 냉각장치는 냉매의 분사량을 조절하여 냉각속도의 조절이 가능하도록 구성될 수도 있다. 다른 한편, 상부금형 및 하부금형은 성형영역의 일부 또는 전체 구간에 대하여 피성형물의 일부 영역이 외부로 노출되게 형성되는 상태로 성형될 수도 있고, 이 경우, 냉각장치는 피성형물의 노출된 영역을 냉각하도록 배치될 수도 있다.

그리고, 피성형물의 어느 일 영역에 또 다른 형상의 성형을 위한 가동 성형부가 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 가동 성형부 및 가동 성형부와 마주하는 상부금형 또는 하부금형의 성형영역에는 냉각유로가 구비될 수 있으며, 가동 성형부에 의해 성형되는 피성형물의 냉각이 충분하지 않은 영역을 냉각할 수 있도록 상부금형과 하부금형 사이에 냉각장치가 배치될 수도 있다.

이 경우, 냉각장치는 냉매의 분사량을 조절하여 냉각속도의 조절이 가능하도록 구성될 수도 있다. 한편, 가동 성형부와 가동 성형부와 마주하는 상부금형 또는 하부금형의 성형영역은 피성형물의 일부 영역이 외부로 노출되게 형성될 수도 있고, 냉각장치는 피성형물의 노출된 영역을 냉각하도록 배치될 수도 있다.

그리고, 냉각장치는 피성형물의 냉각을 위하여 작은 입도를 갖는 드라이아이스 알갱이를 분사하도록 구성될 수도 있다.

다른 한편, 냉각장치는 상부 및 하부금형 또는 성형된 피성형물에 작은 입도를 갖는 드라이아이스 알갱이를 분사하여 스케일이 제거될 수 있도록 구성될 수도 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 열간 프레스 성형시 피성형물의 전체 영역에 대한 냉각이 요구되는 온도 조건으로 냉각할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 피성형물의 형상 또는 구조적인 특성에 따라 냉각 온도의 제어가 가능하게 된다.

그리고 또한, 본 발명에 따르면, 열간 프레스 성형에 의해 성형되는 피성형물이 성형 후, 전체 영역이 균일한 물성을 이루도록 할 수 있다.

그리고 또한, 본 발명에 따르면, 금형의 설계 및 제작을 용이하게 할 수 있으며, 형상 정밀도가 우수하게 피성형물을 성형할 수 있다.

그리고 또한, 본 발명에 따르면, 높은 형상 정밀도와 고강도의 제품을 생산하기 위한 성형이 가능하다.

그리고 또한, 본 발명에 따르면, 냉각시간의 단축이 가능하며, 제조비용의 절감이 가능하게된다.

그리고 또한, 본 발명에 따르면, 비도금재 소재의 성형시 발생하는 스케일의 제거가 가능하다.

상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 열간 프레스 성형장치에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.

이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 피성형물의 형상 또는 구조적인 특성에 따라 냉각이 수행되는 영역에 대하여 간접 또는 직접냉각 방식의 냉각이 수행되도록 하는 것을 기초로 한다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 프레스 성형장치는 피성형물(10)의 성형을 위하여 얹혀지게 되는 하부금형(110)과 상기 하부금형(110)과 맞물려 피성형물(10)을 성형하는 상부금형(120)이 구비된다

상기 상부금형(120)에는 피성형물(10)을 요구되는 형상으로 성형하기 위한 성형영역(122)이 구비될 수 있다. 이 경우, 도시된 것과 같이, 서로 다른 복수의 성형영역(122a,122b)이 구비될 수도 있다. 그리고, 상기 성형영역(122)에는 피성형물(10)을 가압하여 요구되는 형상으로 성형한 상태에서 피성형물(10)을 냉각시키기 위하여 냉각유로(125)가 형성될 수 있다.

그리고, 하부금형(110)은 상기 상부금형(120)에 형성되는 성형영역(122)과 일정한 형상을 이루게 되어 피성형물(10)을 요구된 형상을 성형하기 위한 성형영역(112)이 형성될 수 있다. 이 경우에도 상기 하부금형(110)에 구비되는 성형영역(112)은 복수의 성형영역(112a,112b)이 구비될 수도 있다. 그리고, 이 경우에도, 상기 성형영역(112)에는 피성형물(10)을 가압하여 요구되는 형상으로 성형한 상태에서 피성형물(10)을 냉각시키기 위하여 냉각유로(115)가 형성될 수 있다.

상기 하부금형(110) 및 상부금형(120)에 구비되는 각 성형영역(112,122)은 피성형물(10)을 직접 가압하여 요구되는 형상을 피성형물(10)을 성형하게 되는 영역이다.

상기 성형영역(112,122)에 구비되는 냉각유로(115,125)는 피성형물(10)의 전체 영역에 대한 냉각이 균일하게 이루어질 수 있도록, 즉, 피성형물(10)에 요구되는 조건으로 냉각이 이루어질 수 있도록 배치되어야 한다. 이 경우, 성형영역(112,122)의 성형영역(112,122)의 구조 또는 형상에 따라 냉각유로(115,125)의 배치가 불가능하거나 또는 용이하게 배치시키기 어려운 영역 또는 위치가 존재할 수 있다.

피성형물(10)의 냉각을 위한 냉각유로(115,125)의 배치가 불가능하거나 또는 어려운 위치에 냉각장치(130)가 배치되도록 구성할 수도 있다. 상기 냉각장치(130)는 냉각유로(115,125)에 의해 피성형물(10)의 냉각이 어렵거나 불가능한 영역에 대하여 냉각이 이루어지도록 하여 피성형물(10)을 냉각할 수 있도록 배치될 수도 있다.

이 경우, 상기 냉각장치(130)는 냉매의 공급이 가능하도록 상기 성형영역(112,122)을 따라 공급유로(131)가 배치되고, 상기 공급유로(131)에 냉매를 분사하게 되는 노즐(132)이 구비되도록 구성할 수도 있다. 상기 노즐(132)은 요구되는 온도로 피성형물(10)의 냉각이 이루어지지 않는 영역에 냉매를 분사할 수 있도록 배치될 수도 있다. 한편, 상기 도시된 것과 달리, 각 노즐(132) 마다 냉매를 개별적으로 공급하도록 복수개의 공급유로(131)가 각 노즐(132)에 냉매를 공급하도록 구비될 수도 있다.

상기 냉각장치(130)를 통해 분사되는 냉매는 드라이아이스를 이용할 수도 있다. 이 경우, 드라이아이스는 이산화탄소의 고체 상태의 물질로 고체상에서 기체상으로 바로 승화하기 때문에 피성형물(10) 또는 상,하부금형(120,110)의 부식을 유발시키지 않게 된다. 한편, 상기 드라이아이스는 작은 입도를 갖는 알갱이로 분사 가능하도록 공급되어 냉각효율을 증가시킬 수도 있다. 만일, 냉각 효율의 중요성이 낮은 제품의 성형을 위한 경우에는 상기 냉매로 물이나 다른 기체 등과 같은 냉매의 이용이 가능하다.

한편, 피성형물(10)의 냉각은 각 성형영역(112,122)에 구비되는 냉각유로(115,125)에 의해 이루어지게 된다. 그러나, 상기 냉각유로(115,125)의 배치(형 성)이 충분히 이루어지기 어려운 영역 또는 분가능한 영역이 존재하는 경우, 이들 영역에서는 피성형물(10)의 냉각이 다른 영역에 비하여 현저히 떨어지기 되기 때문에 전체 성형물은 내구성 등의 물리적인 결함을 발생할 수 있다.

따라서, 상기 냉각이 불충분한 영역에 대하여 냉각장치(130)에 의한 냉각이 이루어지도록 구성할 수 있다. 이 경우, 냉각장치(130)는 성형영역(112,122)의 외부에 냉매를 분사하여 상기 냉각유로(115,125)에 의한 피성형물(10)의 냉각이 불충분한 영역을 냉각하도록 구성할 수도 있다.

이와 달리, 상기 성형영역(112,122)의 전체 또는 일부 구간에서 상기 피성형물(10)의 일부 영역이 외부에 노출되도록 상,하부금형(120,110)의 성형영역(112,122)을 형성하고, 상기 노출된 피성형물(10)의 영역에 냉매가 직접 접촉하도록 하여 직접적인 냉각이 이루어지도록 구성할 수도 있다.

다른 한편, 상기 냉각장치(130)에 의해 분사되는 냉매는 성형영역(112,122)의 외부에 분사되는 영역과 노출된 피성형물(10)의 영역에 직접 분사되도록 구성할 수도 있다.

즉, 상기 냉각장치(130)는 냉각유로(115,125)에 의한 냉각과 함께 피성형물(10)의 냉각이 충분하지 않은 영역을 냉각하도록 다양한 방식으로 배치될 수 있다. 그리고, 상기 냉각장치(130)는 분사되는 냉매의 양을 조절하여, 상기 냉각유로(115,125)에 의한 냉각속도와 동일하거나, 또는 느리거나 빠르게 냉각이 이루어지도록 구성할 수도 있다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이, 상기 상부금형(120)에는 가동 성형 부(123)가 더 구비될 수도 있다. 상기 가동 성형부(123)는 상기 상,하부금형(120,110)의 성형영역(122,112)에 의한 성형형상과 또 다른 형상의 성형이 가능하도록 성형영역(123a)이 구비될 수 있다. 한편, 상기 하부금형(110)에는 상기 가동 성형부(123)의 성형영역(123a)과 상응하는 성형영역(112c)이 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 가동 성형부(123)는 실린더와 같은 구동수단인 가동부(123b)가 구비되어 성형영역(123a)이 피성형물(10)에 대한 가압력 및 가압상태를 조절하도록 구성할 수도 있다.

그리고, 상기 가동 성형부(123)에는 성형영역(123a)을 냉각하기 위한 냉각유로(125)가 구비되고, 상기 하부금형(110)의 성형영역(112c)에도 냉각유로(115)구비될 수 있다. 이 경우에도, 피성형물(10)의 냉각이 충분하지 않은 영역을 냉각하도록 냉각장치(130)가 배치될 수 있으며, 이러한 구성에 의해, 냉각유로(115,125)에 의한 냉각과 함께 다양한 방식으로 피성형물(10)의 냉각을 수행하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 관한 예는 상기 설명된 예들에 의해 충분히 구현 가능하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 한편, 상기 설명에서는 가동 성형부(123)가 상부금형(120)에 구비되는 것을 예로 하였으나, 가동 성형부(123)는 하부 금형(110)에 구비되도록 구성할 수도 있다.

한편, 도 2a에 도시된 것과 같이, 상부금형(120)은 성형을 위한 안내 또는 지지력의 조절을 위한 지지부(124)가 구비될 수도 있고, 다른 한편, 도 2b에 도시된 것과 같이, 냉각장치(130)의 배치 또는 구성을 위하여 지지부(124)는 구비되지 않을 수도 있다.

도 3 내지 도 5를 기초로 하여, 상기 설명된 열간 프레스 성형장치(100)의 작동을 설명하면, 다음과 같다. 이 경우, 토션빔액슬과 같은 제품을 성형하는 것을 예로 하여 설명하도록 하겠다.

상기 설명된 것과 같이, 내부에 냉각유로(115,125)가 형성된 성형영역(112,122)을 구비하는 하부금형(110)과 상부금형(120)을 설계 제작하게 되며, 상기 냉각유로(115,125)에 의해서도 냉각이 불충분한 영역에 대한 냉각을 위한 냉각장치(130)가 배치되도록 구성한다. 이 경우, 가동 성형부(123)가 더 구비될 수도 있다.

예를 들어, 튜브형 토션빔액슬의 토션빔 부품을 제조(성형)하는 경우, 상기 하부금형(110)과 상부금형(120)은 각 성형영역(112,122)을 성형시 제품의 가압력이 필요한 영역 또는 최종 형상 정밀도에 영향이 있는 영역으로 구분하여 형성할 수 있다.

그리고, 토션빔액슬과 같이 고내구성을 요구하는 제품의 경우, 약 900℃정도로 가열된 피성형물(10)에 치밀한 마텐사이트 조직을 부여하기 위해, 성형과 함께 피성형물(10)의 온도를 약 250℃이하의 균일 온도분포가 되도록 냉각하여야 한다. 그리고, 제품생산 시간중 절반이상을 차지하는 냉각 시간을 줄여 생산성 향상을 도모하는 것도 유리하다.

우선, 피성형물(10)을 하부금형(110)의 성형영역(112)에 배치시키고, 상부금형(120)을 이동시켜 상부금형(120)의 성형영역(122)이 상기 하부금형(110)의 성형영역(112)에 배치된 피성형물(10)을 가압하도록 한다. 이 경우, 가동 성형부(123) 가 구비된 경우, 가동 성형부(123)의 성형영역(123a)이 먼저 피성형물(10)을 가압하도록 할 수도 있다. 한편, 가동 성형부(123)에 의해 성형되는 영역의 형상에 따라 맨드렐(20)이 피성형물(10)의 내부에 삽입된 상태로 성형이 이루어지도록 할 수도 있다.

상기 가동 성형부(120)에 의한 성형이 이루어지는 상태는 도 4a에 도시된 것과 같은 선 a-a에 따른 단면을 통해 설명될 수 있다.

초기 준비 상태에서 피성형물(10)은 하부금형(110)의 성형영역(112c)에 배치된다.

그리고, 성형단계에서는 상기 가동 성형부(123)가 피성형물(10)을 가압하여 성형이 이루어지게 된다. 이 때, 상기 가동 성형부(123) 및 하부금형(110)에 구비되는 냉각유로(125,115)에 의해, 상기 피성형물(10)은 간접적인 냉각이 시작된다. 다만, 보통 성형은 매우 짧은 시간에 이루어지기 때문에 실질적인 냉각은 거의 이루어지지 않는다.

이와 같이, 성형이 이루어진 후, 냉각단계에서는 상기 가동 성형부(123) 및 하부금형(110)에 구비되는 냉각유로(125,115)에 의해 상기 피성형물(10)에 대한 간접적인 냉각이 수행된다. 한편, 상기 피성형물(10)의 어느 일부의 냉각이 불충분한 경우에 상기 냉각장치(130)를 통해 냉매가 분사되어 냉각이 균일하게 이루어지도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 설명된 것과 같이, 냉매는 하부금형(110)의 성형영역(112c) 주위와 가동 형성부(123)의 성형영역(123a) 주위로 분사되어 냉각이 이루어지도록 할 수도 있고, 하부금형(110)의 성형영역(112c)과 가동 형성부(123)의 성 형영역(123a)은 피성형물(10)의 일부 영역이 외부로 노출되게 이루어지도록 하여 냉매가 직접 피성형물(10)에 분사되도록 할 수도 있다. 물론 이들 두 가지 냉각방식이 혼용되도록 할 수도 있다.

그리고, 상기 하부금형(110) 및 상부금형(120)의 성형영역(112,122)에 의한 성형이 이루어지는 상태는 도 4b 및 도 4c에 도시된 것과 같은 선 b-b 및 선 c-c에 따른 단면을 통해 설명될 수 있다.

초기 준비 상태에서 피성형물(10)은 하부금형(110)의 성형영역(112b,112a)에 배치된다.

그리고, 성형단계에서는 상기 상부금형의 성형영역(122b,122a)이 피성형물(10)을 가압하여 성형이 이루어지게 된다. 이 때, 상기 상부금형(120) 및 하부금형(110)에 구비되는 냉각유로(125,115)에 의해, 상기 피성형물(10)은 간접적인 냉각이 시작된다. 이 경우에도, 보통 성형은 매우 짧은 시간에 이루어지기 때문에 실질적인 냉각은 거의 이루어지지 않는다.

이와 같이, 성형이 이루어진 후, 냉각단계에서는 상기 상부금형(120) 및 하부금형(110)에 구비되는 냉각유로(125,115)에 의해 상기 피성형물(10)에 대한 간접적인 냉각이 수행된다. 한편, 상기 피성형물(10)의 어느 일부의 냉각이 불충분한 경우에 상기 냉각장치(130)를 통해 냉매가 분사되어 냉각이 균일하게 이루어지도록 할 수 있다.

이 경우에도, 상기 설명된 것과 같이, 냉매는 하부금형(110)의 성형영역(112b,112a) 주위와 상부금형(120)의 성형영역(122b,122a) 주위로 분사되어 냉각 이 이루어지도록 할 수도 있고, 하부금형(110)의 성형영역(112b,112a)과 상부금형(120)의 성형영역(122b,122a)은 피성형물(10)의 일부 영역이 외부로 노출되게 이루어지도록 하여 냉매가 직접 피성형물(10)에 분사되도록 할 수도 있다. 물론 이들 두 가지 냉각방식이 혼용되도록 할 수도 있다.

상기와 같이 냉각이 이루어지는 경우, 냉각시간을 줄이거나 제어하기 위해서 냉각유로(115,125)를 통해 흐르는 냉매의 유동량이 조절될 수도 있고, 또한, 냉각장치(130)를 통해 배출되는 냉매의 양이 조절될 수도 있다.

한편, 피성형물(10)이 비도금재의 소재인 경우, 성형시 발생하는 스케일을 제거하기 위하여 상기 냉각장치(130)를 통해 드라이아이스가 분사될 수도 있다.

즉, 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 냉각장치(130)를 통해 펠릿(pellet) 상태의 드라이아이스를 분사시켜 세정대상물 표면에 충돌한 드라이아이스가 급속히 승화하면서 세정 대상물(스케일)을 팽창시킴과 동시에 드라이아이스와 함께 분사되는 압축 공기에 의해 오염물이 제거될 수 있다. 도 5의 (a)는 가동 성형부(123) 및 하부금형(110)의 성형영역(123a,112c)의 세정 및 성형된 피성형물(10)의 세정상태를 나타낸다. 그리고, 도 5의 (b)는 상부금형(120) 및 하부금형(110)의 성형영역(122b,112b)의 세정 및 성형된 피성형물(10)의 세정상태를 나타낸다. 또한, 도 5의 (c)는 상부금형(120) 및 하부금형(110)의 성형영역(122a,112a)의 세정 및 성형된 피성형물(10)의 세정상태를 나타낸다.

도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치에 의한 열간성형 후 냉각상태를 종래의 방식에 의한 성형장치에 의한 열간성형 후 냉각상태 와 비교하였다. 그리고, 금형내의 냉각을 위한 냉매는 물을 이용하여 최적의 유량 상태를 기준으로 모두 동일하게 비교하였다. 또한, 피성형물(10)은 약 2.8mm 두께는 갖는 튜브형 토션빔액슬의 성형을 기초로 하였고, 냉각시간은 약 10초로 하여 단면의 온도분포를 나타내었다.

도 6의 (a)는 일반적인 상온상태의 금형에 냉각홀을 만들어 유체유동만으로 냉각을 한 경우이다. 그리고, (b)는 통상적인 열간프레스 형성시 피성형물 전체가 금형의 내부에 위치하도록 하여 유체유동만으로 냉각한 경우이다. 마지막으로, (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형내의 냉매를 이용한 냉각과 냉각장치(130)를 이용한 냉각방식이 함께 적용하여 냉각한 예를 나타낸다.

상하부 금형과 성형된 소재가 일부 접촉하지 않는 도 6의 (a)의 경우 550도 이상의 높은 온도를 유지하기 때문에 열간프레스성형 제품을 얻기 위한 마텐사이트 조직을 얻을 수 없음을 알 수 있다.

그리고, 도 6의 (b)는 비드부의 위치에서 340도 온도분포가 이루어져 마텐사이트 조직을 얻기 위해서는 냉각기간이 더 필요하고, 상기 예의 경우에 있어서는 총 22초의 시간이 소요되었다. 통상 자동차의 보강재가 약 1.8mm 두께를 요구할 경우, 이와 같은 방식에 의하면, 약 15초 정도의 냉각시간이 소요될 수 있다. 특히, 토션빔액슬과 같은 제품의 경우 두께가 두껍고 비드부와 같은 영역이 존재한다. 이 경우, 비드와 같은 영역은 구조적으로 내부영역에 공간이 형성되기 때문에 금형의 냉각유로에 의한 냉각시 열전도 방식의 열전달이 이루어질 수 없기 때문에 긴 시간의 냉각이 요구된다.

마지막으로 도 6의 (c)경우 피성형물의 전체 영역에서 약 230도이하의 균일한 온도분포로 냉각이 이루어지게 되며, 냉각시간 역시 10초로 제일 짧았다. 즉, 생산성이 향상될 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 열간 프레스 성형장치는 상기와 같이 설명된 열간 프레스 성형장치의 실시예들로 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 이루어질 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간프레사 성형장치의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간프레사 성형장치의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다.

도 2b는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열간프레사 성형장치의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형과정을 설명하기 위한 초기 열간프레스 성형장치의 상태를 나타내는 도면이다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치에 의해 성형 및 냉각이 이루어질 때, 도 3의 선 "a-a"에 따른 단면상태를 나타내는 도면이다.

도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치에 의해 성형 및 냉각이 이루어질 때, 도 3의 선 "b-b"에 따른 단면상태를 나타내는 도면이다.

도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치에 의해 성형 및 냉각이 이루어질 때, 도 3의 선 "c-c"에 따른 단면상태를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치에 의해 성형시 발생한 스케일을 제거하는 상태를 나타내는 도면이다.

도 6은 종래의 성형장치에 의해 성형된 피성형물의 온도분포 상태와 본 발명의 일 실시예에 따른 성형장치에 의해 성형된 피성형물의 온도분포 상태를 비교한 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

100 ... 열간프레스 성형장치 110 ... 하부금형

111 ... 하부금형본체 112,122 ... 성형영역

120 ... 상부금형 121 ... 상부금형본체

123 ... 가동 성형부 130 ... 냉각장치

131 ... 공급유로 132 ... 노즐

Claims (8)

1. 성형을 위한 서로 다른 둘 이상의 성형영역이 구비되며, 상기 성형영역 주위에 냉각유로가 형성되는 하부금형과;

   상기 하부 금형에 형성된 각 성형영역에 상응하는 각각의 성형영역이 구비되고, 상기 성형영역 주위에 냉각유로가 형성되는 상부금형과;

   상기 상부금형 및 하부금형에 의해 성형되는 피성형물의 냉각이 충분하지 않은 영역을 냉각할 수 있도록 상부금형과 하부금형 사이에 배치되는 냉각장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각장치는 냉매의 분사량을 조절하여 냉각속도의 조절이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부금형 및 하부금형은 성형영역의 일부 또는 전체 구간에 대하여 피성형물의 일부 영역이 외부로 노출되게 형성되는 상태로 성형되고, 상기 냉각장치는 피성형물의 노출된 영역을 냉각하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형장치.
4. 제 1 항에 있어서, 피성형물의 어느 일 영역에 또 다른 형상의 성형을 위한 가동 성형부가 더 구비되고,

   상기 가동 성형부 및 가동 성형부와 마주하는 상부금형 또는 하부금형의 성형영역에는 냉각유로가 구비되며,

   상기 가동 성형부에 의해 성형되는 피성형물의 냉각이 충분하지 않은 영역을 냉각할 수 있도록 상부금형과 하부금형 사이에 배치되는 냉각장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 냉각장치는 냉매의 분사량을 조절하여 냉각속도의 조절이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 가동 성형부와 가동 성형부와 마주하는 상부금형 또는 하부금형의 성형영역은 피성형물의 일부 영역이 외부로 노출되게 형성되고, 상기 냉각장치는 피성형물의 노출된 영역을 냉각하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각장치는 피성형물의 냉각을 위하여 작은 입도를 갖는 드라이아이스 알갱이를 분사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형장치.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각장치는 상부 및 하부금형 또는 성형된 피성형물에 작은 입도를 갖는 드라이아이스 알갱이를 분사하여 스케일이 제거될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형장치.

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