KR20140134125A - 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치 및 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치 및 성형방법은, 가열된 소재가 안착되는 하형과, 안착된 상기 소재를 가압하는 상형 및, 상기 하형과 상형에 성형된 상기 소재를 급속 냉각하는 냉각부를 포함하는 핫 스탬핑 성형장치에 있어서, 상기 소재의 홀 트리밍 대상 부위에 해당하는 상기 상형과 하형의 대응 면에 형성되는 미접촉부 및, 상기 상형 또는 하형 내에 배열되어, 상기 미접촉부가 위치된 상기 홀 트리밍 대상 부위를 상기 냉각부의 냉각속도보다 느린 속도로 냉각시키는 온도조절부를 포함한다.
또한, 가열된 소재를 금형으로 가압 성형하는 가압단계와, 상기 금형에 배열된 냉각부를 이용해 성형된 상기 소재를 급속 냉각시키는 냉각단계를 포함하는 핫 스탬핑 성형 방법에 있어서, 상기 냉각단계에서 소재의 홀 트리밍 대상 부위에 해당하는 상형과 하형의 대응 면에 국부적으로 형성된 미접촉부를 이용해, 상기 홀 트리밍 대상 부위와 상기 상형과 하형의 접촉을 방지함과 아울러, 상기 상형 또는 하형 내에 배열된 온도조절부를 이용해 상기 홀 트리밍 대상 부위를 상기 냉각부의 냉각 속도보다 느린 속도로 냉각시킨다.

Description

부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치 및 성형방법{HOT STAMPING METHOD AND HOT STAMPING APPRATUS FOR EASY TO TRIM HOLES}

본 발명은 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치 및 성형방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홀을 천공하기 위한 고강도 소재의 일부분만을 저온으로 냉각시켜 국부적으로 연화시킴으로써, 홀 가공성을 향상시킬 수 있는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치 및 성형방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 부품 등은 프레스 방식을 이용해 제조한다.

프레스 방식을 이용한 자동차 부품의 제조방법은, 냉연 또는 열연 코일의 원 소재를 절단한 후, 그 소재를 이송하여 프레스 금형에 넣고 압착하여 성형을 완료한다.

이후, 소재의 불필요한 부분을 절단하는 과정과, 소재에 홀을 형성시키는 등의 마무리 과정을 거쳐 제품을 완성한다.

이와 같은 종래의 프레스 방식을 이용한 철판 가공 방법은, 철강사에서 제조한 철판의 강도와 물성을 단지 가공하여 부품 형상을 구현하는 것에 지나지 않는다.

따라서, 원소재의 성질이 곧 가공 후 부품의 성질이 되는 것이므로, 원소재의 강도가 올라갈수록 프레스 성형은 어려워지며, 이로 인해 제품의 정밀한 형상 구현이 어려웠다.

최근의 자동차 산업은 필수적으로 고강도 고성형성을 요구하는 부품을 필요로 하기 때문에, 상기와 같은 성형 상의 문제점은 강도가 강한 원소재의 적용에 제약을 줄 수밖에 없다.

본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허 10-1033361호 (등록일자 2011년 4월 28일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 생산성을 향상시킨 열간 프레스 성형체 제조방법이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 홀을 천공하기 위해 핫 스탬핑 금형 내 소재의 일부분만을 저온으로 냉각시켜 국부적으로 연화시킴으로써, 홀 가공성을 향상시킬 수 있어 값비싼 가공 장비 대신 금형 장치 등으로 홀 가공이 가능하고, 이를 통해 제작 원가를 절감함과 아울러 생산성을 향상시킬 수 있는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치 및 성형방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 국부적으로 연화된 부위에 홀을 형성시킴으로써, 홀 가공 부위의 균열 및 파단 등을 방지할 수 있으며, 이를 통해 홀 가공 품질을 향상시킬 수 있는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치 및 성형방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치는, 가열된 소재가 안착되는 하형과, 안착된 상기 소재를 가압하는 상형 및, 상기 하형과 상형에 성형된 상기 소재를 급속 냉각하는 냉각부를 포함하는 핫 스탬핑 성형장치에 있어서, 상기 소재의 홀 트리밍 대상 부위에 해당하는 상기 상형과 하형의 대응 면에 형성되는 미접촉부 및, 상기 상형 또는 하형 내에 배열되어, 상기 미접촉부가 위치된 상기 홀 트리밍 대상 부위를 상기 냉각부의 냉각속도보다 느린 속도로 냉각시키는 온도조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미접촉부는 내부에 공기가 존재하도록 오목한 에어 홈으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 미접촉부는 내부에 존재하는 공기가 상기 소재에 의해 밀폐되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 미접촉부는 상기 상형과 하형의 대응 면에 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 온도조절부는 상기 미접촉부와 동일 위치에 배열되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 온도조절부는 상기 상형과 하형 내에 대칭으로 배열되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법은, 가열된 소재를 금형으로 가압 성형하는 가압단계와, 상기 금형에 배열된 냉각부를 이용해 성형된 상기 소재를 급속 냉각시키는 냉각단계를 포함하는 핫 스탬핑 성형 방법에 있어서, 상기 냉각단계에서 소재의 홀 트리밍 대상 부위에 해당하는 상형과 하형의 대응 면에 국부적으로 형성된 미접촉부를 이용해, 상기 홀 트리밍 대상 부위와 상기 상형과 하형의 접촉을 방지함과 아울러, 상기 상형 또는 하형 내에 배열된 온도조절부를 이용해 상기 홀 트리밍 대상 부위를 상기 냉각부의 냉각 속도보다 느린 속도로 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각단계에서, 상기 홀 트리밍 대상 부위는 상기 냉각부의 냉각 부위보다 상대적으로 연질인 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각단계의 이후에, 상기 홀 트리밍 대상 부위에 홀을 형성시키는 트리밍단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 트리밍단계에서, 상기 홀 트리밍 대상 부위를 금형을 이용한 펀칭 방식으로 천공하여 홀을 형성시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 홀을 천공하기 위한 고강도 소재의 일부분만을 저온으로 냉각시켜 국부적으로 연화시킴으로써, 홀 가공성을 향상시킬 수 있어 값비싼 가공 장비 대신 금형 장치 등으로 홀 가공이 가능하고, 이를 통해 제작 원가를 절감함과 아울러 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 국부적으로 연화된 부위에 홀을 형성시킴으로써, 홀 가공 부위의 균열 및 파단 등을 방지할 수 있으며, 이를 통해 홀 가공 품질을 향상시킬 수 있는 국부 연화가 가능한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치를 보여주기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법의 각 단계를 순차적으로 보여주기 위한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법의 각 단계에 따른 공정을 개략적으로 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법에서 가압단계와 냉각단계를 완료한 소재를 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법에서 트리밍단계를 완료한 소재를 보여주기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 초고강도의 핫 스탬핑 부품의 성형시에 국부 연화가 가능하도록 하는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치 및 성형방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치를 보여주기 위한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치는 하형(10)과, 상형(20)과, 냉각부(30)와, 미접촉부(100) 및, 온도조절부(200)를 포함한다.

먼저, 하형(10)의 상단은 가공할 소재(1)의 형상에 따라 다양한 형태를 가질 수 있으며, 상단에 가열된 소재(1)가 수평하게 안착된다.

상형(20)은, 하형(10)의 상부에서 구동부(미도시)의 구동력에 의해 승강 가능하게 설치되며, 하강시 하형(10)의 상단에 안착된 소재(1)를 상부에서 가압한다.

냉각부(30)는, 상형(20)과 하형(10)에 선택적으로 배열되어 소재(1)를 급속 냉각시킨다.

여기서, 상기 냉각부(30)는 상형(20)이 하강하여 하형(10)의 상단에 안착된 소재(1)를 가압 성형한 후, 성형이 완료된 소재(1)를 급속 냉각시킨다.

이와 같은 상기 냉각부(30)는, 냉각수를 순환시키기 위한 배관으로 구비될 수 있으며, 하형(10)과 상형(20)의 내부에 각각 배열될 수 있다.

미접촉부(100)는, 상형(20)과 하형(10)의 대응 면에 형성되어, 성형된 소재(1)의 홀 트리밍(trimming) 대상 부위(2)를 저속 냉각시킨다.

여기서, 상기 미접촉부(100)는 내부에 공기가 존재하도록 오목한 에어 홈으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 미접촉부(100)는 내부에 존재하는 공기가 소재(1)에 의해 밀폐될 수 있다.

또한, 상기 미접촉부(100)는 상형(20)과 하형(10)의 대응 면에 대칭으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 상기 미접촉부(100)는 상형(20)과 하형(10)의 대응 면에 대칭으로 형성되므로, 소재(1)의 양면에 대한 저속 냉각을 실시할 수 있다.

이처럼, 상기 미접촉부(100)는 오목한 에어 홈으로 형성되어 자연냉각을 이룸으로써, 냉각부(30)의 급속 냉각 방식보다 저속으로 냉각이 가능하다.

이때, 소재(1)의 홀 트리밍 대상 부위(2)는 연화되어 급속 냉각이 이루어지는 주변 부위보다 상대적으로 연한 재질을 갖게 된다.

온도조절부(200)는, 상형(20)과 하형(10) 내에 국부적으로 배열되어, 소재(1)의 홀 트리밍 대상 부위(2)를 주변보다 높은 온도로 유지시킨다.

여기서, 상기 온도조절부(200)는 전술한 미접촉부(100)와 동일 위치에 배열되며, 소재(1)의 홀 트리밍 대상 부위(2)에 위치한다.

그리고, 상기 온도조절부(300)는 냉각수를 순환시키기 위한 배관으로 구비될 수 있다.

이때, 상기 온도조절부(300)로 공급되는 냉각수는 저속 냉각을 실시하기 위하여, 냉각부(30)로 공급되는 냉각수의 온도보다 상대적으로 높은 온도를 갖는다.

여기서, 상기 온도조절부(300)로 공급되는 냉각수의 온도를 다양하게 설정이 가능하다.

또한, 상기 온도조절부(300)는 상형(20)과 하형(10) 내에 대칭으로 배열될 수있다.

이와 같이, 상기 온도조절부(300)는 상형(20)과 하형(10)에 대칭으로 형성되므로, 미접촉부(100)와 함께 소재(1)의 양면에 대한 저속 냉각을 실시할 수 있다.

이에 따라, 추후 실시될 트리밍 과정에서는 금형 장비 등을 이용해 용이하게 홀(3)을 천공할 수 있다.

그리고, 레이저 가공장비와 같은 고가의 장비를 사용하지 않고도, 금형 장비를 이등을 이용해 홀(3)을 천공할 수 있어, 원가 절감과 생산성 향상의 효과를 갖는다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법을 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 전술한 구성과 동일 구성들에 대해서는 반복적으로 설명하지 않도록 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법의 각 단계를 순차적으로 보여주기 위한 블럭도이다.

그리고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소재의 홀 가공성 확보를 위한 핫 스탬핑 성형방법의 각 단계에 따른 공정을 개략적으로 보여주기 위한 도면이다.

도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법은 가압단계(S100)와, 냉각단계(S200)를 포함한다.

그리고, 상기 가압단계(S100)의 이전에는 도 3에서처럼 블랭킹단계(S10)와 열처리단계(S20)가 선행될 수 있다.

또한, 상기 냉각단계(S200)의 이후에는 홀(3)을 형성시키기 위한 트리밍단계(S300)를 포함할 수 있다.

먼저, 가압단계(S100)는 열처리단계(S20)에서 가열된 소재(1)를 하형(10)과상형(20)으로 가압 성형한다.

즉, 가압단계(S100)는 하형(10)의 상단에 가열된 소재(1)를 안착 위치시킨 상태에서, 상형(20)을 하강시켜 소재(1)를 일정 형태로 가압 성형한다.

다음으로, 냉각단계(S200)는 하형과 상형의 내부에 배열된 냉각부(30)로 냉각수를 공급하여, 가열된 소재(1)를 급속 냉각시킨다.

상세하게 설명하면, 상기 냉각단계(S200)에서 상형(20)과 하형(10)의 대응 면에 형성된 미접촉부(100)를 이용해 성형된 소재(1)의 홀 트리밍 대상 부위(2)를 저속으로 냉각시킨다.

그리고, 상기 미접촉부(100)는 에어 홈으로 형성되어 있기 때문에, 소재(1)의 홀 트리밍 대상 부위(2)와 상형(20) 및 하형(10)은 서로 접하지 않게 된다.

즉, 소재(1)의 홀 트리밍 대상 부위(2)는 미접촉부(100)에 의해 상형(20) 및 하형(10)과 접하지 않으므로, 홀 트리밍 대상 부위(2)는 저속 냉각이 이루어진다.

이와 동시에, 상기 냉각단계(S200)에서는 상형(20)과 하형(10) 내에 국부적으로 배열된 온도조절부(200)를 통해 홀 트리밍 대상 부위(2)를 주변보다 높은 온도로 유지시킨다.

즉, 상기 온도조절부(200)는 오목한 미접촉부(100)를 통해 소재(1)의 홀 트리밍 대상 부위(2)로 온기 또는 열기를 전달할 수 있다.

따라서, 소재(1)의 홀 트리밍 대상 부위(2)는 냉각부(30)에 의해 급속 냉각이 이루어지는 주변보다 상대적으로 저속 냉각이 이루어질 수 있다.

다음으로, 상기 냉각단계(S200)를 완료한 후, 상형(20)과 하형(10)을 이격시킨 후, 성형이 완료된 소재(1)를 분리시키는 과정을 진행한다.

이때, 성형이 완료된 소재(1)의 홀 트리밍 대상 부위(2)는 저속 냉각에 의해 강도가 매우 높은 마르텐사이트 조직의 생성을 최소화 시켜 국부적인 연화가 이루어지므로, 주변보다 상대적으로 연한 재질을 갖게 된다.

이와 더불어, 냉각단계(S200)의 이후에는 도 5에서처럼 소재(1)의 홀 트리밍 대상 부위(2)에 홀(3)을 형성시키기 위한 트리밍단계(S300)가 진행될 수 있다.

여기서, 상기 트리밍단계(S300)에서는 홀 트리밍 대상 부위(2)를 펀칭 장치로 천공하여, 원형, 타원 등과 같은 다양한 형태의 홀(3)을 형성시킬 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 홀을 천공하기 위한 고강도 소재(1)의 일부분만을 저온으로 냉각시켜 국부적으로 연화시킬 수 있다.

즉, 홀 가공성을 향상시킬 수 있어 값비싼 가공 장비 대신 금형 장치로 홀 가공이 가능하고, 이를 통해 제작 원가를 절감함과 아울러 생산성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 국부적으로 연화된 부위에 홀을 형성시킴으로써, 홀 가공 부위의 균열 및 파단 등을 방지할 수 있어 홀 가공 품질을 향상시킬 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치 및 성형방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 소재
2: 홀 트리밍 대상 부위
3: 홀(Hole)
4: 공구
10: 하형
20: 상형
30: 냉각부
100: 미접촉부
200: 온도조절부

Claims (10)

1. 가열된 소재가 안착되는 하형과, 안착된 상기 소재를 가압하는 상형 및, 상기 하형과 상형에 성형된 상기 소재를 급속 냉각하는 냉각부를 포함하는 핫 스탬핑 성형장치에 있어서,
   상기 소재의 홀 트리밍 대상 부위에 해당하는 상기 상형과 하형의 대응 면에 형성되는 미접촉부; 및
   상기 상형 또는 하형 내에 배열되어, 상기 미접촉부가 위치된 상기 홀 트리밍 대상 부위를 상기 냉각부의 냉각속도보다 느린 속도로 냉각시키는 온도조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 미접촉부는,
   내부에 공기가 존재하도록 오목한 에어 홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 미접촉부는,
   내부에 존재하는 공기가 상기 소재에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 하는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 미접촉부는,
   상기 상형과 하형의 대응 면에 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 온도조절부는,
   상기 미접촉부와 동일 위치에 배열되는 것을 특징으로 하는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 온도조절부는,
   상기 상형과 하형 내에 대칭으로 배열되는 것을 특징으로 하는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형장치.
   
7. 가열된 소재를 금형으로 가압 성형하는 가압단계와, 상기 금형에 배열된 냉각부를 이용해 성형된 상기 소재를 급속 냉각시키는 냉각단계를 포함하는 핫 스탬핑 성형 방법에 있어서,
   상기 냉각단계에서 소재의 홀 트리밍 대상 부위에 해당하는 상형과 하형의 대응 면에 국부적으로 형성된 미접촉부를 이용해, 상기 홀 트리밍 대상 부위와 상기 상형과 하형의 접촉을 방지함과 아울러, 상기 상형 또는 하형 내에 배열된 온도조절부를 이용해 상기 홀 트리밍 대상 부위를 상기 냉각부의 냉각 속도보다 느린 속도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 냉각단계에서,
   상기 홀 트리밍 대상 부위는 상기 냉각부의 냉각 부위보다 상대적으로 연질인 것을 특징으로 하는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 냉각단계의 이후에,
   상기 홀 트리밍 대상 부위에 홀을 형성시키는 트리밍단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 트리밍단계에서,
    상기 홀 트리밍 대상 부위를 펀칭 방식으로 천공하여 홀을 형성시키는 것을 특징으로 하는 부품의 홀 가공이 용이한 핫 스탬핑 성형방법.

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