KR20140085005A - 열간성형 토션빔의 부분 급랭 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정온도 이상 가열하여 제품을 성형하는 열간성형 토션빔(Torsion beam)의 부분 급랭(Partial quenching) 냉각장치에 관한 것으로, 특히 성형되는 토션빔의 내구성 향상과 목표 경도를 조정할 수 있으면서 작업시간 단축으로 생산성 증대를 도모하는 열간성형 토션빔의 부분 급랭 냉각장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 상부금형(1)의 하강시 상하부 금형(1,2) 사이에 위치한 작업 대상물인 원통형 파이프의 양쪽 끝단을 토션빔(100)의 타원형상의 양 끝단부(100a)로 가압할 수 있도록 상기 상하부 금형(1,2)과 다이홈(3) 사이에 설치되고 원통형 파이프 내부공간(4)을 형성하는 캠코어(5)에 설치되는 열간성형 토션빔의 냉각장치에 있어서, 상기 캠코어(5)에는 토션빔(100)의 양 끝단부(100a)에 형성된 내부공간(4)으로 질소 고체 냉매와 냉각수를 동시에 분사할 수 있도록 질소가스 통로(6)와 냉각수 통로(7)가 각각 형성되는 냉각매체 분사구(8)를 갖추고 냉각 작용 후 냉각수와 질소가스를 회수하는 드레인 통로(9)를 구비하여 이루어진 구조로 되어 있다.

Description

열간성형 토션빔의 부분 급랭 냉각장치{Partial quenching cooling apparatus of hot forming torsion beam}

본 발명은 소정온도 이상 가열하여 제품을 성형하는 열간성형 토션빔(Torsion beam)의 부분 급랭(Partial quenching) 냉각장치에 관한 것으로, 특히 성형되는 토션빔의 내구성 향상과 목표 경도를 조정할 수 있으면서 작업시간 단축으로 생산성 증대를 도모하는 열간성형 토션빔의 부분 급랭 냉각장치에 관한 것이다.

금속재료를 열간 성형하여 제작되는 열간 성형품은 다양하게 있기 때문에, 본 발명에서는 승용차의 후륜 현가 계통에 사용되는 토션빔을 일예로 들어 설명하지만, 굳이 이에 한정되는 것은 아님을 밝힌다.

주지된 바와 같이 승용차의 후륜 현가 계통에 사용되는 토션빔은 도 6에 도시된 바와 같이 상기 토션빔((100)의 양쪽에 트레일링 암이 연결되어 차량의 선회시 작용하는 원심력에 대한 토션빔의 비틀림으로 자세를 유지하는 기능을 하도록 강한 비틀림 강성과 벤딩 강성을 갖추어 있다.

이 같은 토션빔(100)은 특허된 등록특허 제10-0907225호와 본 출원인에 의해 특허된 등록특허 제10-848667호의 성형장치에 의하여 열간 성형방식으로 제조되는데, 예를 들어 철판 단면을 "V"형태 또는 "U"형태 등으로 벤딩 작업하여 토션빔을 도 6과 같이 성형하였으며, 그 내측으로 토션바를 결합하고 양쪽으로 차체에 설치되는 트레일링 암과는 별도의 보강판을 통해 용접 결합시키도록 되어 있다.

종래 이와 같이 열간성형으로 제작되는 토션빔을 목표 요구조건인 비틀림 강성과 벤딩강성을 만족할 수 있지만, 토션바와 추가 부품수의 증가로 조립 및 용접공수가 증대하기 때문에 생산시간 증가와 생산성 저하가 발생되고, 공차 관리의 어려움으로 불량율 증가의 주된 요인으로 나타나며, 효과 대비 무게증가로 인해 차량의 연비를 저하시키는 문제점의 한 요인으로 제공되었다.

또한, 상기와 같은 종래 성형장치로 토션빔을 성형할 경우 토션빔의 중간이 급격한 단면변화로 인해 집중 응력이 발생함으로써 성형 완료된 토션빔의 전제적인 내구성이 떨어지는 문제점도 지니고 있었다.

이에 최근에는 원통형 파이프를 프레스 가압 성형하여 중앙부는 비틀림 강성을 위하여 두 겹의 "V"형태로 형성하고 양 측부는 "ㅁ"형태를 갖추면서 상기 "V"와 "ㅁ" 사이의 형태는 가변형상을 갖춘 토션빔이 제안되었으나, 이러한 토션빔은 재료두께의 증가로 냉각 성능이 한계에 도달하였으며, 목표로 하는 경도에 미치지 못하여 토션빔의 내구성에 부정적인 영향을 끼칠 뿐만 아니라, 성형 유지시간이 길어짐에 따라 자연히 생산속도와 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 토션빔의 성형시 냉각효율을 극대화하여 목표 경도 물성을 만족시키면서 냉각조건 별로 온도조절이 가능하여 비틀림 강성과 벤딩 강성을 구축하고, 작업시간 단축으로 생산성 향상을 도모하는 열간성형 토션빔의 부분 급랭 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부금형 하강시 상하부 금형 사이에 위치한 원통형 파이프의 양쪽 끝단을 토션빔의 타원형상의 양 끝단부로 가압할 수 있도록 상기 상하부 금형과 다이홈 사이에 설치되고 원통형 파이프의 내부 공간을 형성하는 캠코어에 설치되는 열간성형 토션빔의 냉각장치에 있어서, 상기 캠코어에는 토션빔의 양 끝단부에 형성된 작업공간으로 질소 고체 냉매와 냉각수를 동시에 분사할 수 있도록 질소가스 통로와 냉각수 통로가 각각 형성되는 냉각매체 분사구를 갖추고, 냉각작용 후 냉각수와 질소가스를 회수하는 드레인 통로를 구비하여 이루어진 구조를 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 따른 열간성형 토션빔의 부분 급랭 냉각장치를 열간 성형으로 제조되는 토션빔에 질소 냉각고체와 냉각수를 동시에 투입하여 성형 완료된 토션빔을 급랭으로 담금질 처리함에 따라 토션빔이 마르텐자이트 조직으로 용이하게 변환될 수 있으므로 토션빔의 강도와 경도 목표치를 쉽게 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 열간성형으로 제작되는 토션빔에 냉각수와 질소 냉각고체로 짧은시간 내에 급속 급랭 처리함에 따라 토션빔의 요구조건에 맞게 냉각효율의 조절도 가능하면서 냉각성능 향상으로 성형시간 단축과 생산성 향상의 효과를 가져올 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열간성형 토션빔을 제조하는 금형장치의 전체 사시도,
도 2는 도 1에서 상부금형을 제외한 하부금형의 사시도,
도 3은 본 발명의 요부인 캠코어의 사시도,
도 4는 도 3의 확대 평면도,
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도로서 토션빔을 성형할 때 작동상태를 보여주는 단면도,
도 6은 본 발명에 의하여 열간성형으로 제작되는 차량용 토션빔의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 열간성형 토션빔을 제조하는 금형장치의 전체 사시도이고, 도 2는 도 1에서 상부금형을 제거하여 보여주는 사시도이며, 도 3은 본 발명의 요부인 캠코어의 확대 사시도이다.

본 발명은 도 6과 같이 제조되는 토션빔(100)을 열간성형 방식으로 제조할 때 이용되는 성형장치로서, 도면에서는 일예로 토션빔(100)을 선택하여 설명하지만, 이와 유사한 열간성형 방식으로 제조되는 작업 대상물에도 적용 가능함을 미리 밝힌다.

본 발명은 도면에 도시된 바와 같이 상부금형(1)의 하강시 상하부 금형(1,2) 사이에 위치한 작업 대상물인 원통형 파이프의 양쪽 끝단을 토션빔(100)의 타원형상의 양 끝단부(100a)로 가압할 수 있도록 상기 상하부 금형(1,2)과 다이홈(3) 사이에 설치되고 원통형 파이프 내부공간(4)을 형성하는 캠코어(5)에 설치되는 열간성형 토션빔의 냉각장치에 있어서, 상기 캠코어(5)에는 토션빔(100)의 양 끝단부(100a)에 형성된 내부공간(4)으로 질소 고체 냉매와 냉각수를 동시에 분사할 수 있도록 질소가스 통로(6)와 냉각수 통로(7)가 각각 형성되는 냉각매체 분사구(8)를 갖추고, 냉각 작용 후 냉각수와 질소가스를 회수하는 드레인 통로(9)를 구비하여 이루어진 구조로 되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 캠코어(5)의 외부 형성은 기존 캠코어와 동일한 형상으로 형성되는데, 내측 단부로 갈수록 V모양의 홈부가 형성되므로 도 6에 도시된 토션빔(100)의 양 끝단부(100a)를 가공할 수 있도록 되어 있다.

한편, 본 발명에서는 도 4와 도 5에 도시된 캠코어(5)의 냉각 유로들이 특징이 있는바, 즉 상기 상하부 금형(1,2)과 캠코어(5) 사이에 형성된 내부공간(4)으로 질소가스 통로(6)로 투입된 질소 고체 냉매(10)와 냉각수 통로(7)로 투입된 냉각수가 냉각매체 분사구(8)에서 혼합되어 직접 분사되어 성형되는 토션빔(100)을 급속하게 부분 냉각시킨다.

따라서 토션빔(100)이 냉각될 때 상기 캠코어(5)에서 공급되는 고체 냉각매체인 질소 고체 냉매(10)와 냉각수가 토션빔(100)의 양 끝단부(100a) 내부에 형성된 내부공간(4)으로 유입되면서 상기 토션빔(100)에 직접 접촉하여 급속 냉각을 유도하게 된다.

이러한 급속냉각에 의해 상기 토션빔(100)이 마르텐자이트 조직으로 용이하게 변환되면서 강도와 경도 보강이 보다 효율적으로 이루어지게 된다.

여기서 상기 질소가스 통로(6)로 유입되어 공급되는 고체 냉각매체는 굳이 질소가스가 아니어도 상관이 없으며, 필요에 따라 불활성 고체 냉매 역할을 하는 기능을 갖는 물질이면 된다.

이와 같은 본 발명은 토션빔(100)의 양끝단부(100a)를 냉각시킬 때 질소 고체 냉매(10)와 냉각수를 동시에 투여하여 단시간 내에 고효율의 냉각이 유도되어 토션빔(100)의 요구에 맞는 강도와 경도에 맞추어 냉각 효율 조절이 가능할 뿐만 아니라, 냉각성능의 향상으로 성형시간의 단축과 생산성 향상을 가져온다.

한편, 상기 토션빔(100)의 냉각을 마친 냉각수와 질소 고체 냉매(10)는 혼합된 수증기 상태로 캠코어(5)의 드레인 통로(9)로 회수하도록 되어 있다.

1 : 상부금형, 2 : 하부금형,
3 : 다이홈, 4 : 내부공간,
5 : 캠코어(Cam core), 6 : 질소가스 통로,
7 : 냉각수 통로, 8 : 냉각매체 분사구,
9 : 드레인 통로, 10 : 질소 고체 냉매.

Claims (3)

1. 상부금형(1)의 하강시 상하부 금형(1,2) 사이에 위치한 작업 대상물인 원통형 파이프의 양쪽 끝단을 토션빔(100)의 타원형상의 양 끝단부(100a)로 가압할 수 있도록 상기 상하부 금형(1,2)과 다이홈(3) 사이에 설치되고 원통형 파이프 내부공간(4)을 형성하는 캠코어(5)에 설치되는 열간성형 토션빔의 냉각장치에 있어서,
   상기 캠코어(5)에는 토션빔(100)의 양 끝단부(100a)에 형성된 내부공간(4)으로 질소 고체 냉매와 냉각수를 동시에 분사할 수 있도록 질소가스 통로(6)와 냉각수 통로(7)가 각각 형성되는 냉각매체 분사구(8)를 갖추고, 냉각 작용 후 냉각수와 질소가스를 회수하는 드레인 통로(9)를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열간성형 토션빔의 부분 급랭 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 캠코어(5)의 냉각매체 분사구(8)를 통해 분사되는 질소 고체 냉매(10)와 냉각수는 혼합되어 토션빔(100)을 급속 냉각시키는 것을 특징으로 하는 열간성형 토션빔의 부분 급랭 냉각장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각매체 분사구(8)를 통해 분사된 질소 고체 냉매(10)와 냉각수는 냉각 작용 후 수증기 상태로 혼합되어 드레인 통로(9)로 회수되는 것을 특징으로 하는 열간성형 토션빔의 부분 급랭 냉각장치.

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