KR20100107748A - 프레스 경화용 금형의 냉각장치 및 이를 이용한 자동차 부품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레스 경화용 금형의 냉각수 공급 구조를 개선하여 강판 블랭크의 특정 부위가 다른 부위와는 다른 냉각과정을 통해 부위별 조직이 상이하게 제조되도록 한 프레스 경화용 금형의 냉각장치 및 이를 이용한 자동차 부품의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 프레스 경화용 금형의 냉각장치는, 자동차 부품 가공용 강판 블랭크를 상, 하부에서 프레스 가공 하여 자동차 부품을 제조하기 위한 프레스 경화용 금형과, 프레스 경화용 금형의 내부에 서로 다른 내경의 대경홀과 소경홀이 서로 이격되게 배치된 냉각수 공급부를 구비한 것이다.

또한, 본 발명에 따른 자동차 부품의 제조방법은, 프레스 경화용 자동차 부품을 생산하기 위해 가열로를 거쳐 900℃ 이상으로 가열된 강판 블랭크를 프레스 경화용 금형으로 이송시킨 후에 프레스 하는 과정에서, 프레스 경화용 금형의 상, 하부 금형에 배치된 냉각수 공급부들중에 프론트 사이드 멤버의 서냉 부위에 소경홀을 배치하고, 프론트 사이드 멤버의 급냉 부위에 대경홀이 위치하도록 배치함으로써, 강판 블랭크의 부위별로 다른 조직을 갖도록 한 것이다.

이에 따르면 본 발명은 강판 블랭크의 냉각방식에 따라 급냉 부위와 서냉 부위에 해당하는 부위별 조직이 상이하게 생성되도록 함으로써, 축 방향 충돌 에너지가 전달될 경우 접힘 구조로 충돌 에너지 흡수능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 비드가 형성되지 않게 되어 다른 부품들과의 접합성이 향상되는 매우 유용한 효과 를 갖는다.

Description

프레스 경화용 금형의 냉각장치 및 이를 이용한 자동차 부품의 제조방법{COOLING SYSTEM FOR PRESS MOLD AND METHOD FOR PRODUCING AUTOMOBILE PARTS USING THE SAME}

본 발명은 프레스 경화용 금형의 냉각장치에 관한 것으로, 특히 강판 블랭크의 트리밍 금형에 의해 절단되는 부위의 표면 조직 경도를 조절하기 위해 냉각속도를 조절하도록 그 구조가 개선된 프레스 경화용 금형의 냉각장치 및 이를 이용한 자동차 부품의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 프레스 경화 부품의 제조 공법은 B, Mo, Cr 등을 첨가하여 경화능을 향상시킨 강재를 Ac3 변태점 이상인 900℃ 정도의 고온으로 가열하여 완전 오스테나이트화시킨 다음, 이 강판을 프레스 금형에서 한 번에 제품 형상으로 열간성형하면서 급속 냉각을 통해 마르텐사이트화시켜 고강도 제품을 제조하는 공법이다.

주지된 바와 같이, 강판은 고온으로 가열되면 연성이 좋아지기 때문에 성형이 매우 쉬워지고, 그에 따라 프레스 경화 공정을 통하여 제조되는 강판은 일반 가공용 강판의 가공성보다 다소 우수할 뿐만 아니라 고강도 강보다도 훨씬 우수하다.

또한, 프레스 경화 공정을 통해 제조된 강판은 그 강도(1,400MPa 이상)가 아 주 높기 때문에 항복강도를 밀도로 나눈 비강도면에서 아주 우수하여 자동차의 경량화에 크게 기여할 수 있으며, 또한 가공 후 형상변형(Springback)이 거의 없어서 성형이 어려운 초고강도 요구 부품에 적용되고 있다.

상기 프레스 경화 공정에서 강판을 완전 오스테나이트로 변태시키기 위해서 대략 900℃ 이상으로 수분 이상을 가열하는 조건이 필요하며, 공정의 효율을 위해 자동화가 이루어져야 한다.

종래의 프레스 경화 공정은 도 1에서 도시된 바와 같이, 권취된 강판 코일(C)로부터 경화되기 전의 블랭크(B)가 직선형 가열로(O)를 통해 가열된 후에, 로봇(R)을 통해 프레스(P) 측으로 이송되어 프레스 성형 되는 공정들로 구성되어 있다.

상기한 프레스는 프레스 경화용 금형의 상, 하부 금형을 채용하며, 강판 블랭크의 표면 조직 경화를 위해 냉각수가 상, 하부 금형에 각각 마련된 냉각수 공급부측으로 공급되어 강판 블랭크를 냉각시키도록 되어 있다.

기존 강판 블랭크는 실제 부품으로 사용되는 중간부위와 스크랩으로 절단되어 폐기되는 양측 스크랩 부위로 구분되며, 실제로 양측 스크랩 부위는 후 가공 공정에서 트리밍 금형(T)에 의해 절단된다.

기존 상, 하부 금형은 냉각수 공급부에 동일한 온도의 냉각수가 공급되며, 이로 인해 강판 블랭크의 전체 부위가 앞서 설명한 프레스 금형 냉각에 의한 경화현상이 일어나게 되어 마르텐사이트 조직화된다.

한편, 기존 자동차 부품 중 하나인 차체 프런트 사이드 멤버의 경우에는, 충 돌성능을 향상시키기 위한 방안으로 도 2에 도시된 바와 같이, 자동차 부품(10)인 프런트 사이드 멤버는 차체 결합되는 구조를 기준으로 전방부에 오목 비드(12)가 복수개 형성되어 있다.

이 오목 비드(12)는 축 방향으로 과다한 충격력이 전달될 경우, 접히는 구조로 되어 자동차 정면 충돌시 에너지 흡수량을 높일 수 있는 이점을 갖지만, 그 형상 구조의 특성상 주변 부품(차체 브라켓등)과의 취부작업이 어려운 문제점을 갖는다.

즉, 충돌 에너지 흡수 성능을 향상시키기 위해 다수의 비드를 형성할 경우 충격 흡수능은 향상되지만, 오목한 부위의 특성상 면 접촉되는 주변 부품과의 접합시 접합성이 저하되는 단점을 가질 뿐만 아니라, 이로 인해 비드 수를 줄이게 되면 충돌 에너지 흡수 성능이 만족스럽지 못한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 프레스 경화용 금형의 냉각수 공급 구조를 개선하여 강판 블랭크의 특정 부위가 다른 부위와는 다른 냉각과정을 통해 부위별 조직이 상이하게 제조되도록 한 프레스 경화용 금형의 냉각장치 및 이를 이용한 자동차 부품의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 프레스 가공 중에 자동차 부품용 강판 블랭크가 부위별로 다른 금속 조직을 갖도록 프레스 경화용 금형의 내부에 서로 다른 내경을 갖는 냉각수 공급부들을 배치하여서,

상기 냉각수 공급부들의 내경에 따라 상기 강판 블랭크의 부위별 냉각속도차가 발생되도록 냉각하는 것을 특징으로 한다.

상기 자동차 부품용 강판 블랭크를 냉각 방식에 따라 서냉 부위와 급냉 부위로 구분하고,

상기 자동차 부품은 차체에 조립되는 전방부에 상기 서냉 부위가 배치되는 프런트 사이드 멤버를 채택한다.

본 발명의 다른 특징적인 요소로는, 자동차 부품을 가공하기 위한 상, 하부 금형으로 구성된 프레스 경화용 금형과,

상기 상, 하부 금형의 내부에 서로 이격되게 배치되고 서로 다른 내경의 대 경홀과 소경홀을 갖는 냉각수 공급부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 소경홀이, 상기 자동차 부품의 차체 조립시 전방부위에 해당하는 부위에 배치된다.

본 발명은 자동차 부품 중 프런트 사이드 멤버 소재용 강판 블랭크의 부위별 냉각방식을 달리하여 서로 다른 조직을 갖도록 한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 강판 블랭크의 냉각방식에 따라 프레스 가공 중에 급냉 부위와 서냉 부위에 해당하는 부위별 조직이 상이하게 생성되도록 함으로써, 축 방향 충돌 에너지가 전달될 경우 접힘 구조로 충돌 에너지 흡수능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 비드가 형성되지 않게 되어 다른 부품들과의 접합성이 향상되는 매우 유용한 효과를 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 프레스 경화용 금형의 냉각장치는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 자동차 부품 가공용 강판 블랭크(20)를 상, 하부에서 프레스 가공 하여 자동차 부품을 제조하기 위한 프레스 경화용 금형(P)과, 프레스 경화용 금형(P)의 내부에 서로 다른 내경의 대경홀(110)과 소경홀(120)이 서로 이격되게 배치된 냉각수 공급부(110,120)를 구비한 것이다.

더 상세히 설명하면, 프레스 경화용 금형(P)은 서로 상,하로 이격된 상, 하부 금형(P 1, P 2)으로 구성된다.

또한, 자동차 부품(10)은 프런트 사이드 멤버(Front side member)를 채용한 것이다.

냉각수 공급부의 대경홀(110)과 소경홀(120)에 공급되는 냉각수에 의해 자동차 부품의 부위별로 냉각이 이루어지게 되며, 대경홀(110)내에 공급된 냉각수에 의해 냉각되는 자동차 부품의 부위를 서냉 부위라 칭하고, 소경홀(120) 내에 공급된 냉각수에 의해 냉각되는 자동차 부품의 부위를 급냉 부위라 칭한다.

여기서 대경홀(110)과 소경홀(120)은 자동차 부품인 프론트 사이드 멤버의 서냉/급냉 부위의 동일 수직선상에 배치되도록 상부와 하부에 위치하는 상, 하부 금형(P 1, P 2) 내에 배치된다.

상, 하부 금형(P 1, P 2)이 강판 블랭크(20)의 표면에 접촉시 강판 블랭크(20)의 서냉 부위(20b)가 마르텐사이트 60~95%, 페라이트+베이나이트 5~40%의 분율을 갖는 혼합 조직으로 변태시키기 위함이다.

이는, 상기한 혼합 조직이 다수 회의 실험과 시뮬레이션 결과를 통해 충돌 에너지의 흡수능이 우수한 범위를 얻은 것이며, 마르텐사이트가 60% 이하의 경우에는 충분한 강성을 얻을 수 없으며, 95% 이상일 경우에는 강성은 만족할 수 있지만 충돌에너지에 대한 흡수능을 만족시킬 수 없으므로, 상기한 범위를 갖는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 프레스 경화용 금형의 냉각장치를 이용한 자동차 부품의 제 조방법은, 프레스 경화용 자동차 부품(10)을 생산하기 위해 가열로를 거쳐 900℃ 이상으로 가열된 강판 블랭크(20)를 프레스 경화용 금형(P)으로 이송시킨 후에 프레스 하는 과정에서, 프레스 경화용 금형(P)의 상, 하부 금형(P 1, P 2)에 배치된 냉각수 공급부(110,120)들중에 프론트 사이드 멤버의 서냉 부위에 소경홀(120)을 배치하고, 프론트 사이드 멤버의 급냉 부위에 대경홀(110)이 위치하도록 배치함으로써, 강판 블랭크(20)의 부위별로 다른 조직을 갖도록 한 것이다.

프레스 경화용 금형이 강판 블랭크(20)의 표면에 접촉됨에 따라 자동차 부품으로 제조될 경우, 대경홀(110)에 공급된 냉각수에 의해 자동차 부품의 일 부위가 급냉되고, 상대적으로 대경홀(110)보다 작은 직경의 소경홀(120)에 공급된 냉각수에 의해 자동차 부품의 다른 부위가 서냉된다.

이로 인해, 대경홀(110)내의 냉각수에 의해 냉각된 자동차 부품의 일 부위는 급냉 조직인 마르텐사이트화되고, 소경홀(120) 내의 냉각수에 의해 냉각된 자동차의 다른 부위는 앞서 설명한 혼합 조직으로 변태된다.

또한, 서냉 부위에 해당하는 냉각수 공급부(120)는 프런트 사이드 멤버의 구조적 특성상 차체에 조립될 때 전방에 해당하는 부위에 서냉 부위가 복수개 생성되도록 위치를 배치하는 것이 바람직하다.

이러한 냉각과정을 거쳐 프런트 사이드 멤버로 제조된 자동차 부품(10)은 급냉 부위(20a)와 서냉 부위(20b)가 교번적으로 생성되어 축 방향으로 과다한 충돌 에너지가 전달될 경우, 도 5의 모형도에서와 같이 접히는 형태로 압축 변형되므로, 충돌 에너지를 흡수할 수 있다.

즉, 도 6a와 도 6b에서와 같이, 프레스 가공시 상, 하부 금형이 강판 블랭크의 표면과 접촉되는 중에 대경홀에 공급된 냉각수에 의해 강판 블랭크의 급냉 부위가 냉각되어 경도가 높은 마르텐사이트 조직화되는 반면에, 서냉 부위는 소경홀에 공급된 냉각수에 의해 서냉되어 마르텐사이트, 페라이트, 베이나이트의 혼합 조직으로 생성된다.

이로 인해, 서냉 부위는 급냉 부위보다 강도가 낮은 부위로 생성되어 축 방향으로 충돌력이 전달될 경우 압축 변형되어 충돌에너지를 흡수하는 기능을 수행하게 된다.

도 1은 종래 프레스 경화 공정을 개략적으로 나타낸 구성도.

도 2는 기존 자동차 부품인 프런트 사이드 멤버를 보인 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 프레스 경화용 금형을 나타낸 구성도.

도 4는 본 발명 프레스 가공 후 강판 블랭크의 조직 분포를 나타낸 구성도.

도 5는 본 발명을 통해 제조된 자동차 부품의 충돌력 흡수과정을 개략적으로 나타낸 모형도.

도 6a는 본 발명 급냉 부위의 조직도이고, 6b는 본 발명 서냉 부위의 조직을 나타낸 조직도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 자동차 부품 20 : 강판 블랭크

20a : 서냉 부위 20b : 급냉 부위

110 : 대경홀 120 : 소경홀

P : 프레스 경화용 금형 P1,P2 : 상, 하부 금형

Claims (4)

1. 프레스 가공 중에 자동차 부품용 강판 블랭크가 부위별로 다른 금속 조직을 갖도록 프레스 경화용 금형의 내부에 서로 다른 내경을 갖는 냉각수 공급부들을 배치하여서,

   상기 냉각수 공급부들의 내경에 따라 상기 강판 블랭크의 부위별 냉각속도차가 발생되도록 냉각하는 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형을 이용한 자동차 부품의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 자동차 부품용 강판 블랭크를 냉각 방식에 따라 서냉 부위와 급냉 부위로 구분하고,

   상기 자동차 부품은 차체에 조립되는 전방부에 상기 서냉 부위가 배치되는 프런트 사이드 멤버인 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형을 이용한 자동차 부품의 제조방법.
3. 자동차 부품을 가공하기 위한 상, 하부 금형으로 구성된 프레스 경화용 금형과,

   상기 상, 하부 금형의 내부에 서로 이격되게 배치되고 서로 다른 내경의 대경홀과 소경홀을 갖는 냉각수 공급부를 구비한 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형의 냉각장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 소경홀이, 상기 자동차 부품의 차체 조립시 전방부위에 해당하는 부위에 배치된 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형의 냉각장치.

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