KR20130108899A - 핫 스탬핑 장치 - Google Patents

Abstract

핫 스탬핑 장치가 개시된다. 개시된 핫 스탬핑 장치는 ⅰ)제품 소재의 하단면 형상을 가진 하형 스틸이 장착되고, 하형 스틸의 측방으로 제품 소재의 외곽부를 패딩하는 하형 트림 패드가 구비된 하형 다이와, ⅱ)제품 소재의 상단면 형상을 가지며 하형 스틸과 함께 제품 소재를 압착하는 성형 패드가 장착되고, 성형 패드의 측방으로 제품 소재의 외곽부를 트리밍 가공하는 상형 트림 스틸이 구비된 상형 다이를 포함하되, 하형 스틸 및 성형 패드에는 제품 소재의 플랜지부에 대응하여 히팅 스틸이 장착되고, 제품 소재의 플랜지부 내측 영역에 대응하여 쿨링유닛이 장착될 수 있다.

Description

핫 스탬핑 장치 {HOT STAMPING DEVICE}

본 발명의 실시예는 핫 스탬핑 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정 온도로 가열된 제품 소재를 성형과 동시에 냉각함으로써 성형성과 고강도를 동시에 확보할 수 있는 핫 스탬핑 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 소재를 가공하기 위한 다양한 기계 가공법이 현재 산업현장에서 활용되고 있는데, 기계 가공법의 하나인 프레스 성형은 판재를 정해진 형상의 성형물로 가공하기 위하여 프레스를 사용하고 있다.

이와 같은 프레스 성형은 상하 방향으로 배열되는 상형과 하형으로 이루어지는 금형이 설치되는 바, 상형과 하형 사이로 판재를 이송시키며, 프레스에 설치된 상형과 하형 사이에 배치된 판재를 스탬핑함으로써 판재가 정해진 형상의 성형물로 가공하게 된다.

최근 들어 자동차 산업에서는 차체의 경량화 및 충돌 안전성을 개선하기 위해 초고강도강의 적용이 확대되고 있다. 예를 들면, 1500MPa급 초고강도강 성형 기술의 하나로서 핫 스탬핑(Hot stamping) 성형(당 업계에서는 통상적으로 "열간 프레스 성형" 이라고도 한다) 기술을 들 수 있다.

상기 핫 스탬핑 성형 기술은 열처리성이 우수한 보론 강판을 오스테나이트영역까지 가열하여 프레스 성형한 후, 금형 내에서 급냉시킴으로써 마르텐사이트로의 상변태를 통해 초고강도 차체 부품을 생산하는 공법이다.

상기와 같은 핫 스탬핑 성형 기술은 차체의 센터 필러, 루프 레일, 범퍼, 임팩트 빔 등과 같은 충돌부재의 강도 확보와 보강부재 삭제에 의한 경량화를 위해 많이 적용되고 있다.

이러한 핫 스탬핑 성형 기술은 차체 경량화에 있어 필수적인 기술이며, 다양한 연구가 진행되고 있으나 해결해야 할 난제가 많다. 특히, 제품 성형 시의 주름 및 파단 발생과, 핫 스탬핑 부품 용접 시의 용접부 주변 강도 저하에 따른 파단 발생은 반드시 해결해야 할 대표적인 난제이다.

종래의 핫 스탬핑 성형 기술은 가열된 보론 강판을 성형과 동시에 상온에서 급속 냉각함으로써 성형성과 고강도를 동시에 확보하는 핫 스탬핑 장치를 이용한다.

종래 기술의 핫 스탬핑 장치는 모자(hat) 형상의 단면을 가진 부품을 성형할 때, 일 예로서 드로우 타입으로 핫 스탬핑을 수행하는데, 도 3에서와 같이 어퍼 다이(111), 로어 펀치(222) 및 블랭크 홀더(333)를 기본적으로 구비하고 있다.

따라서, 종래 기술에서는 어퍼 다이(111)가 하강함에 따라 그 어퍼 다이(111)와 블랭크 홀더(333) 사이에 압축력이 작용하고 블랭크 홀딩력이 발생한다.

이와 같이 블랭크(1)가 홀딩되고 어퍼 다이(111)가 계속 하강하게 되면, 그 어퍼 다이(111)와 로어 펀치(222) 형상에 따라 블랭크(1)가 제품 형상으로 성형되는 동시에 냉각되며, 블랭크(1)는 오스테나이트에서 마르텐사이트 조직으로 상변태가 발생한다.

상기한 과정에서, 블랭크 홀딩력을 가하였을 때 고온의 블랭크(1)가 금형으로부터 열을 급격히 빼앗기게 되고, 홀딩된 부분이 먼저 마르텐사이트로 상변태 되므로, 이후 드로잉 과정에서 소재 유입이 원활히 이루어지지 않게 된다. 따라서 드로잉 되는 벽부의 두께 감소율이 증대되어 파단이 발생하게 된다.

또한, 종래 기술에서는 제품이 성형된 후, 타 부품과의 접합을 위해 스폿 용접을 하였을 때, 용접부의 주변 강도가 저하되고, 하중 작용 시 용접부 파괴가 쉽게 발생한다.

이는 핫 스탬핑 적용 부품이 강도는 높으나 연성이 부족하고 취성이 강하기 때문인데, 일반 강판과 핫 스탬핑 적용 초고강도 강판의 스폿 용접 시편에서 전단력이 가해졌을 때 하중이 용접부 경계면에 집중되므로, 연성이 부족하고 취성이 강한 핫 스탬핑 강판에서 파단이 발생하게 되는 것이다.

그리고, 종래 기술에서는 성형 후의 제품 전체가 마르텐사이트 조직의 초고강도를 가지므로, 성형 후 제품의 가장자리 및 플랜지 등의 윤곽을 전단하는 트리밍 과정에서 트리밍 금형의 적용이 불가하며, 이를 위해 레이저 트리밍을 적용해야 하는데 이와 같이 레이저를 이용한 트리밍은 비용 및 생산 사이클 타임 측면에서 금형을 이용한 트리밍에 비해 불리하다.

만약, 전체가 마르텐사이트 조직의 초고강도로 이루어진 제품의 가장자리 및 플랜지 등의 윤곽을 트리밍 금형을 통해 트리밍 가공하는 경우, 이 경우에는 트리밍 가공 단면에서 버어(burr)가 과다 발생하여 차후 부품 조립에 문제를 야기시키게 되고, 파단면이 크고 미세 크랙이 발생하여 충격 흡수능이 저하될 뿐만 아니라, 트리밍 금형의 날부 파손으로 인해 대량 생산이 불가능하게 된다.

본 발명의 실시예들은 차체의 경량화 및 충돌 안전성 개선을 위한 초고강도 소재의 성형성과 용접성을 개선함과 동시에 트리밍 가공이 가능한 핫 스탬핑 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치는, 제품 소재의 하단면 형상을 가진 하형 스틸이 장착되고 상기 하형 스틸의 측방으로 상기 제품 소재의 외곽부를 패딩하는 하형 트림 패드가 구비된 하형 다이와, 상기 제품 소재의 상단면 형상을 가지며 상기 하형 스틸과 함께 상기 제품 소재를 압착하는 성형 패드가 장착되고 상기 성형 패드의 측방으로 상기 제품 소재의 외곽부를 트리밍 가공하는 상형 트림 스틸이 구비된 상형 다이를 포함하되, 상기 하형 스틸 및 성형 패드에는 상기 제품 소재의 플랜지부에 대응하여 히팅 스틸이 장착되고, 상기 제품 소재의 플랜지부 내측 영역에 대응하여 쿨링유닛이 장착될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 핫 스탬핑 장치에 있어서, 상기 성형 패드는 상기 상형 다이에 쿠션 스프링을 통해 연결되며, 상기 하형 트림 패드는 상기 하형 다이에 상하 이동 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 핫 스탬핑 장치에 있어서, 상기 히팅 스틸에는 열선이 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 핫 스탬핑 장치에 있어서, 상기 쿨링유닛은 상기 냉각수가 순환하는 냉각 채널을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 핫 스탬핑 장치에 있어서, 상기 히팅 스틸은 컨트롤러를 통해 온도가 조절될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치는, 제품 소재의 하단면 형상을 가진 하형 스틸이 장착되고 상기 하형 스틸의 측방으로 상기 제품 소재의 외곽부를 패딩하는 하형 트림 패드가 구비된 하형 다이와, 상기 제품 소재의 상단면 형상을 가지며 상기 하형 스틸과 함께 상기 제품 소재를 압착하는 성형 패드가 장착되고 상기 성형 패드의 측방으로 상기 제품 소재의 외곽부를 트리밍 가공하는 상형 트림 스틸이 구비된 상형 다이를 포함하며, 상기 하형 스틸 및 성형 패드에는 상기 제품 소재의 플랜지부에 대응하는 부분이 고온부로 이루어지고, 상기 제품 패널의 플랜지부 내측 영역에 대응하는 부분이 저온부로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 핫 스탬핑 장치에 있어서, 상기 하형 스틸 및 성형 패드는 상기 저온부에 의해 상기 제품 소재의 플랜지부 내측 영역을 급랭하고, 상기 고온부에 의해 상기 플랜지부를 서냉할 수 있다.

본 발명의 실시예는 제품 소재의 성형 시 차체 부품의 본체부를 쿨링유닛을 통해 급랭함으로써 강도가 높고 취성이 강한 마르텐사이트 조직의 초고강도로 성형하고, 플랜지부를 히팅 스틸을 통해 고온으로 유지케 함으로써 강도가 낮고 연성이 높은 펄라이트 또는 베이나이트 조직으로 성형할 수 있으므로, 드로잉 과정에서 플랜지부의 소재 유입을 원활하게 하고, 플랜지부의 파단 발생을 억제할 수 있으며, 차체 부품의 성형성을 개선할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 다른 부품과의 용접이 이루어지는 차체 부품의 플랜지부를 본체부에 비해 강도가 낮고 연성이 높은 상태로 성형함으로써 용접 후 전단력에 의한 용접부의 파단을 방지할 수 있고, 용접성을 개선할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 제품 소재의 플랜지부가 히팅 스틸에 의해 강도가 낮고 연성이 높은 펄라이트 또는 베이나이트의 연한 조직으로 상변태 된 상태에서 상형 트림 스틸을 통해 제품 소재의 외곽부를 트리밍 가공할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 트리밍 가공 단면에서의 버어(burr) 발생이 거의 없어 부품 조립에 문제를 야기시키지 않게 되며, 전단면의 파단 영역이 거의 없어 전단면 품질이 우수하고, 미세 크랙이 발생하지 않아 충격 흡수능을 저하시키지 않게 되며, 상형 트림 스틸의 날부 손상이 없어 대량 생산이 가능하다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술과 같이 레이저를 이용한 트리밍 가공을 필요로 하지 않으므로, 차체 부품의 원가 절감을 도모할 수 있고, 생산 사이클 타임 측면에서 유리하다.

다른 한편으로, 본 발명의 실시예에서는 컨트롤러를 통해 히팅 스틸의 발열 온도를 제어하여 제품 소재의 플랜지부에 대한 냉각 속도를 조절할 수 있으므로, 플랜지부의 강도를 원하는 대로 조정 가능하여 설계 자유도를 개선할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치의 작동 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 일반적인 핫 스탬핑 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치(100)는 고온으로 가열된 제품 소재(1)(당 업계에서는 통상적으로 "블랭크" 라고 한다)를 프레스 성형하며 급랭함으로써 고강도의 성형물을 얻는 열간 프레스 성형 설비에 적용될 수 있다.

예를 들면, 상기 핫 스탬핑 장치(100)는 열처리성이 우수한 보론 강판 등의 제품 소재(1)를 오스테나이트영역까지 가열(900~950℃)하여 프레스 성형한 후, 금형 내에서 급랭시킴으로써 마르텐사이트로의 상변태를 통해 1500MPa 이상의 초고강도 차체 부품을 생산할 수 있다.

여기서, 상기 차체 부품은 센터 필러, 루프 레일, 범퍼, 임팩트 빔 등과 같은 충돌부재를 예로 들 수 있으며, 이러한 충돌부재는 주 몸체를 이루는 본체부와, 그 본체부의 가장자리 부분인 플랜지부(당 업계에서는 통상 "트림부" 라고도 한다)로 구성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치(100)는 제품 소재(1)의 성형 시 차체 부품의 본체부를 급랭하고, 플랜지부는 고온을 유지케 함으로써 드로잉 과정에서 소재 유입을 원활하고, 플랜지부의 파단 발생을 억제할 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시예는 다른 부품과의 용접이 이루어지는 플랜지부를 본체부에 비해 강도가 낮고 연성이 높은 상태로 성형함으로써 용접 후 전단력에 의한 용접부의 파단을 방지할 수 있고, 플랜지부의 트리밍 가공이 동시에 이루어질 수 있는 핫 스탬핑 장치(100)를 제공한다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 상기 핫 스탬핑 장치(100)는 일정 온도로 가열된 제품 소재(1)의 프레스 성형 시, 차체 부품의 본체부에 해당하는 부위를 급속 냉각하여 마르텐사이트로 상변태시키고, 차체 부품의 플랜지부에 해당하는 부위는 고온을 유지케 하여 펄라이트 또는 베이나이트 조직으로 상변태시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 핫 스탬핑 장치(100)는 차체 부품의 본체부를 강도가 높고 취성이 강한 마르텐사이트 조직의 초고강도로 성형하고, 차체 부품의 플랜지부를 강도가 낮고 연성이 높은 펄라이트 또는 베이나이트 조직의 강도로 성형할 수 있다.

이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 상기 핫 스탬핑 장치(100)는 기본적으로, 하형 다이(10)와 상형 다이(50)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에서, 상기 하형 다이(10)는 차체 부품의 본체부에 대응하여 제품 소재(1)의 하단면 형상을 지닌 하형 스틸(11)이 장착될 수 있다.

그리고, 상기 하형 스틸(11)의 측방으로는 제품 소재(1)의 외곽부를 패딩하는 하형 트림 패드(21)가 설치된다.

이 경우, 상기 하형 트림 패드(21)는 제품 소재(1)의 외곽부를 홀딩하는 것으로서, 하형 다이(10)에 대하여 상하 방향으로 쿠션 이동 가능하게 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 상형 다이(50)는 하형 다이(10)에 대해 승강 가능하게 구성되는 것으로, 제품 소재(1)의 상단면 형상을 가지며 하형 스틸(11)과 함께 제품 소재(1)를 압착하는 성형 패드(51)가 장착될 수 있다.

상기 성형 패드(51)는 쿠션 스프링(61)을 통해 상형 다이(50)에 연결되게 구성되는 바, 상형 다이(50)가 하형 다이(10) 측으로 하강하며 하형 스틸(11)과 함께 제품 소재(1)를 압착하는 때 쿠션 스프링(61)을 압축하며 상측 방향으로 이동하게 되고, 상형 다이(50)가 상측 방향으로 이동하는 경우 쿠션 스프링(61)의 탄성력에 의해 원래의 위치로 되돌아오게 구성될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에서 상기 성형 패드(51)의 측방으로는 상형 다이(50)와 함께 연동하며 제품 소재(1)의 외곽부(플랜지부의 가장자리단)을 제거(트리밍 가공)하는 상형 트림 스틸(65)이 설치된다.

상기 상형 트림 스틸(65)은 상형 다이(50)가 하측 방향으로 이동함으로 그 상형 다이(50)와 함께 이동됨으로써 하형 트림 패드(21)에 홀딩된 제품 소재(1)의 외곽부를 컷팅날을 통해 제거할 수 있다.

이러한 하형 다이(10) 및 상형 다이(50)의 구체적인 나머지 구성은 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 프레스 금형 설비와 같으므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 차체 부품의 플랜지부에 해당하는 제품 소재(1)의 가장자리 부분(이하에서는 편의 상 "플랜지부" 라고 한다)을 가열하기 위한 히팅 스틸(70)과, 차체 부품의 본체부에 해당하는 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역을 냉각하기 위한 쿨링유닛(90)을 더 포함하고 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 히팅 스틸(70)은 오스테나이트 영역으로 가열된 제품 소재(1)를 프레스 성형할 때, 제품 소재(1)의 플랜지부를 서냉(대략 17℃/s) 하기 위한 것이다.

이러한 히팅 스틸(70)은 제품 소재(1)의 플랜지부에 대응하여 하형 스틸(11) 및 성형 패드(51)의 가장자리 부분에 설치될 수 있다.

예를 들면, 상기 히팅 스틸(70)은 제품 소재(1)의 가열 온도(대략 900℃ 이상) 보다 상대적으로 낮은 온도(대략 450℃)를 유지하며 제품 소재(1)의 플랜지부를 강도(대략 700MPa 이하)가 낮고 연성이 높은 펄라이트 또는 베이나이트 조직으로 상변태시킬 수 있다.

다시 말하면, 본 발명의 실시예에서는 제품 소재(1)의 플랜지부에 대응하여 하형 스틸(11) 및 성형 패드(51)의 가장자리 부분이 히팅 스틸(70)에 의해 고온부로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 히팅 스틸(70)에는 열선(71)이 설치되는 바, 이러 열선(71)은 전원을 공급받아 설정 온도의 열을 발산시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 제품 소재(1)의 플랜지부에 대응하여 하형 스틸(11) 및 성형 패드(51)의 가장자리 부분에 히팅 스틸(70)이 구성되므로, 제품 소재(1)의 플랜지부의 냉각이 급속하게 진행하지 않고 17℃/s의 냉각 속도로 느려지게 진다.

이로써, 제품 소재(1)의 플랜지부는 강도가 낮고 연성이 높은 펄라이트 또는 베이나이트 조직으로 상변태가 이루어지게 되며, 그 플랜지부의 가장자리단은 연한 조직 상태에서 위에서 언급한 바 있는 상형 트림 스틸(65)에 의해 컷팅될 수 있다.

한편, 상기 히팅 스틸(70)은, 열선(71)으로 제공되는 전원을 컨트롤러(80)를 통해 제어함으로써, 발열 온도가 조절될 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 컨트롤러(80)를 통해 히팅 스틸(70)의 발열 온도를 제어하여 제품 소재(1)의 플랜지부에 대한 냉각 속도를 조절함으로써, 그 플랜지부의 강도를 원하는 대로 조정 가능하여 설계 자유도를 개선할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 쿨링유닛(90)은 오스테나이트 영역으로 가열된 제품 소재(1)를 하형 다이(10)의 하형 스틸(11) 및 상형 다이(50)의 성형 패드(51)를 통해 프레스 성형할 때, 하형 스틸(11)과 성형 패드(51)로 냉각수를 순환시켜 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역을 급랭(대략 60℃/s)시키기 위한 것이다.

이러한 쿨링유닛(90)은 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역에 대응하여 하형 스틸(11)과 성형 패드(51)에 구성될 수 있다.

예를 들면, 상기 쿨링유닛(90)은 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역을 급속 냉각(대략 300℃ 이하)시킴으로서 차체 부품의 본체부에 해당하는 부위를 강도(대략 1400MPa 이상)가 높고 취성이 강한 마르텐사이트 조직으로 상변태시킬 수 있다.

다시 말하면, 본 발명의 실시예에서는 하형 스틸(11)과 성형 패드(51)에 있어 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역에 대응하는 부분이 저온부로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 쿨링유닛(90)은 하형 스틸(11)과 성형 패드(51)에 있어 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역에 대응하는 부분에 구비되는 바, 냉각수가 순환하는 냉각 채널(91)을 포함할 수 있다.

이러한 냉각 채널(91)은 냉각수 공급부(도면에 도시되지 않음)를 통해 공급되는 냉각수의 흐름을 가능케 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역에 대응하여 하형 스틸(11)과 성형 패드(51)에 쿨링유닛(90)을 구성하므로, 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역이 쿨링유닛(90)에 의해 60℃/s의 냉각 속도로 급속 냉각될 수 있다.

이로써, 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역에 해당하는 차체 부품의 본체부는 강도가 높고 연성이 부족하며 취성이 강한 마르텐사이트 조직으로 상변태가 이루어지게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치(100)의 작동을 앞서 개시한 도면 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치의 작동 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 상형 다이(50)가 하형 다이(10)에 대해 상측 방향으로 이동된 상태에서, 오스테나이트 영역(900℃ 이상)으로 가열된 제품 소재(1)를 하형 다이(10)의 하형 스틸(11)에 안착시킨다.

여기서, 상기 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역에 대응하는 하형 스틸(11)과 성형 패드(51)에는 쿨링유닛(90)의 냉각 채널(91)을 통해 냉각수가 순환되는 상태에 있으며, 하형 스틸(11)과 성형 패드(51)의 히팅 스틸(70)은 열선(71)을 통해 소정의 온도로 가열/유지된 상태에 있다.

이와 같은 상태에서, 도 2a에서와 같이, 상형 다이(50)는 하형 다이(10) 측으로 하강되며, 그 상형 다이(50)의 성형 패드(51)는 하형 스틸(11)과 함께 제품 소재(1)를 압착하며 제품 소재(1)를 프레스 성형하게 된다.

이 경우, 상기 성형 패드(51)는 쿠션 스프링(61)을 압축하며 상측 방향으로 이동하게 되면서 하형 스틸(11)과 함께 제품 소재(1)를 압착하는데, 제품 소재(1)의 외곽부는 하형 트림 패드(21)에 홀딩된다.

여기서, 본 발명의 실시예에서는 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역에 대응하여 하형 스틸(11)과 성형 패드(51)에 쿨링유닛(90)을 구성하므로, 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역을 쿨링유닛(90)에 의해 60℃/s의 냉각 속도로 급속 냉각시키게 된다.

그러면, 상기 제품 소재(1)의 플랜지부 내측 영역은 강도가 높고 연성이 부족하며 취성이 강한 마르텐사이트 조직으로 상변태가 이루어지게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 제품 소재(1)의 플랜지부에 대응하여 하형 스틸(11) 및 성형 패드(51)의 가장자리 부분에 히팅 스틸(70)이 구성되므로, 제품 소재(1)의 플랜지부의 냉각이 급속하게 진행하지 않고 17℃/s의 냉각 속도로 느려진다.

이에, 상기 제품 소재(1)의 플랜지부는 강도가 낮고 연성이 높은 펄라이트 또는 베이나이트 조직으로 상변태가 이루어지게 된다.

그리고 나서, 본 발명의 실시예에서는 도 2b에서와 같이, 상형 다이(50)를 계속적으로 하강시키게 되면, 상형 트림 스틸(65)이 상형 다이(50)와 함께 연동하며 제품 소재(1)의 외곽부를 제거(트리밍 가공)하게 된다.

이 경우, 상기 제품 소재(1)의 외곽부는 플랜지부가 히팅 스틸(70)에 의해 급속히 냉각되지 않고 서냉되면서 강도가 낮고 연성이 높은 펄라이트 또는 베이나이트의 연한 조직으로 상변태 되므로, 상형 트림 스틸(65)에 의해 용이하게 컷팅될 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 핫 스탬핑 장치(100)에 의하면, 제품 소재(1)의 성형 시 차체 부품의 본체부를 쿨링유닛(90)을 통해 급랭함으로써 강도가 높고 취성이 강한 마르텐사이트 조직의 초고강도로 성형하고, 플랜지부를 히팅 스틸(70)을 통해 고온으로 유지케 함으로써 강도가 낮고 연성이 높은 펄라이트 또는 베이나이트 조직으로 성형할 수 있으므로, 드로잉 과정에서 플랜지부의 소재 유입을 원활하게 하고, 플랜지부의 파단 발생을 억제할 수 있으며, 차체 부품의 성형성을 개선할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 다른 부품과의 용접이 이루어지는 차체 부품의 플랜지부를 본체부에 비해 강도가 낮고 연성이 높은 상태로 성형함으로써 용접 후 전단력에 의한 용접부의 파단을 방지할 수 있고, 용접성을 개선할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 제품 소재(1)의 플랜지부가 히팅 스틸(70)에 의해 급속히 냉각되지 않고 서냉되면서 강도가 낮고 연성이 높은 펄라이트 또는 베이나이트의 연한 조직으로 상변태 된 상태에서 상형 트림 스틸(65)을 통해 제품 소재(1)의 외곽부를 컷팅할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 상형 트림 스틸(65)에 의해 제품 소재(1)의 트리밍 가공이 이루어지므로, 가공 단면에서의 버어(burr) 발생이 거의 없어 부품 조립에 문제를 야기시키지 않게 되며, 전단면의 파단 영역이 거의 없어 전단면 품질이 우수하고, 미세 크랙이 발생하지 않아 충격 흡수능을 저하시키지 않게 되며, 상형 트림 스틸(65)의 날부 손상이 없어 대량 생산이 가능하다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술과 같이 레이저를 이용한 트리밍 가공을 필요로 하지 않으므로, 차체 부품의 원가 절감을 도모할 수 있고, 생산 사이클 타임 측면에서 유리하다는 잇점이 있다.

다른 한편으로, 본 발명의 실시예에서는 컨트롤러(80)를 통해 히팅 스틸(70)의 발열 온도를 제어하여 제품 소재(1)의 플랜지부에 대한 냉각 속도를 조절할 수 있으므로, 플랜지부의 강도를 원하는 대로 조정 가능하여 설계 자유도를 개선할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1... 제품 소재
10... 하형 다이
11... 하형 스틸
21... 하형 트림 패드
50... 상형 다이
51... 성형 패드
61... 쿠션 스프링
65... 상형 트림 스틸
70... 히팅 스틸
71... 열선
80... 컨트롤러
90... 쿨링유닛
91... 냉각 채널

Claims (7)

1. 제품 소재의 하단면 형상을 가진 하형 스틸이 장착되고, 상기 하형 스틸의 측방으로 상기 제품 소재의 외곽부를 패딩하는 하형 트림 패드가 구비된 하형 다이; 및
   상기 제품 소재의 상단면 형상을 가지며 상기 하형 스틸과 함께 상기 제품 소재를 압착하는 성형 패드가 장착되고, 상기 성형 패드의 측방으로 상기 제품 소재의 외곽부를 트리밍 가공하는 상형 트림 스틸이 구비된 상형 다이
   를 포함하되,
   상기 하형 스틸 및 성형 패드에는 상기 제품 소재의 플랜지부에 대응하여 히팅 스틸이 장착되고, 상기 제품 소재의 플랜지부 내측 영역에 대응하여 쿨링유닛이 장착되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 성형 패드는 상기 상형 다이에 쿠션 스프링을 통해 연결되며, 상기 하형 트림 패드는 상기 하형 다이에 상하 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 히팅 스틸에는 열선이 설치되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 쿨링유닛은 상기 냉각수가 순환하는 냉각 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 히팅 스틸은 컨트롤러를 통해 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.
6. 제품 소재의 하단면 형상을 가진 하형 스틸이 장착되고, 상기 하형 스틸의 측방으로 상기 제품 소재의 외곽부를 패딩하는 하형 트림 패드가 구비된 하형 다이; 및
   상기 제품 소재의 상단면 형상을 가지며 상기 하형 스틸과 함께 상기 제품 소재를 압착하는 성형 패드가 장착되고, 상기 성형 패드의 측방으로 상기 제품 소재의 외곽부를 트리밍 가공하는 상형 트림 스틸이 구비된 상형 다이
   를 포함하며,
   상기 하형 스틸 및 성형 패드에는 상기 제품 소재의 플랜지부에 대응하는 부분이 고온부로 이루어지고, 상기 제품 패널의 플랜지부 내측 영역에 대응하는 부분이 저온부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 하형 스틸 및 성형 패드는 상기 저온부에 의해 상기 제품 소재의 플랜지부 내측 영역을 급랭하고, 상기 고온부에 의해 상기 플랜지부를 서냉하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 장치.

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