KR20150016319A - 저온에서 시트-금속 형상부를 제조하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적어도 60 중량%의 철과 잔류 오스테나이트 성분이 적어도 5%인 강으로 구성된 소재로 제조되며, 성형 전에 적어도 부분적으로 -20℃ 미만의 온도로 냉각되고, 성형 툴 내에서 -20℃ 미만의 온도에서 성형되는 패널 또는 반제품부로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법에 관한 것이다. 산업적 규모로 하중-순응형 부품을 저온 성형할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 본 발명의 목적은, 한편으로, 열적으로 제어되는 냉각 장치 내에서, 패널 또는 반제품부의 소재 온도를 -20℃ 미만으로 낮춤으로써 달성된다.

Description

저온에서 시트-금속 형상부를 제조하는 장치 및 방법 {METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING SHAPED SHEET METAL PARTS AT A LOW TEMPERATURE}

본 발명은 적어도 60 중량%의 철과 잔류 오스테나이트 성분이 적어도 5%인 강으로 구성된 소재로 제조되는 패널 또는 반제품으로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 패널 또는 반제품부는 성형 전에 적어도 부분적으로 -20℃ 미만의 온도로 냉각되고, 성형 툴 내에서 -20℃ 미만의 온도에서 성형된다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하는 장치 및 제조된 시트-금속 형상부의 유리한 용도에 관한 것이다.

예를 들어 차량 제조에 있어 경량화에 대해 증가하는 요구를 만족시키기 위해, 압력-강화 부품에서 최대의 강도 즉 최대의 항복점과 인장 강도를 얻기 위해, 특히 "열간 성형" 중에 압력-강화 공정을 통해 시트-금속 형상부를 제조를 하는 방법이 개발되고 있다. 이러한 방식으로, 벽 두께가 작은 시트-금속부가 제조될 수 있으며, 이에 따라 경량화가 이루어진다. 이 경우, 매우 고온에서 성형한 후 바로 급속 냉각하기 위해, 패널 또는 반제품부는 AC₁ 전이 온도를 초과하는 온도까지 가열되어야 하며, 이에 따라 시트-금속 부품은 실질적으로 오스테나이트 조직을 포함하게 된다. 이에 의해 얻어지는 효과는, 급속 냉각에 의해 오스테나이트 조직이 마르텐사이트 조직으로 변태되고, 이에 따라 상당히 높은 인장 강도 및 항복점이 얻어진다는 것이다. 망간-보론 강, 예를 들어 MBW1500 계열의 망간-보론 강의 경우, 이러한 방법에 의해 1100㎫를 초과하는 인장 강도가 얻어질 수 있다. 공지되어 있는 열간 성형 방법은, 시트-금속부에 국부적으로 상당한 항복점 및 인장 강도가 제공되도록 개발되고 있으며, 이에 따라 시트-금속부의 부하-순응(load-compliant) 구성이 달성된다. 예컨대 레이저 빔을 사용하는 접합 단계 형태의 비용-집약적 가공 단계를 추가로 필요로 하는 테일러드 블랭크 또는 별개의 부품을 사용하지 않아도 되게 된다. 한편, 열간 성형의 단점은 패널 또는 반제품부을 AC₁ 전이 온도를 초과하는 온도, 통상 850℃를 초과하는 온도로 가열하는 데에는 상당한 에너지가 필요하다는 것이다. 또한, 예컨대 방식을 위해 필요한 면 코팅과 관련된 상당한 문제가 발생한다. 통상적으로 Al-Si 코팅에 제공된 반제품부 또는 용융 알루미늄 도금 반제품부를 사용하지만, 이들은 음극 방식을 제공하지 못한다. 주석을 함유하는 면 코팅은 음극 방식이기는 하지만, 가열하는 중에 표면 상에서 아연을 용융시킬 위험성이 있다. 작업이 보호 가스 분위기 하에서 수행되지 않는 경우, 코팅되지 않은 반제품부는 스케일이 발생하기 쉽다.

다른 한편으로, 일본 공개특허공보 JP 2000/178640A호는, 저온에서 부품을 성형하고, 응고에 의해 소재 내에 상당히 고 항복점 및 인장 강도가 얻어질 수 있는 방법이 개시되어 있다. 상기 일본 공개특허공보에서, 상기 부품을 냉각하거나, 액체 산소, 액체 질소 또는 드라이아이스를 사용하여 적어도 부분적으로 냉각하거나, 또는 또 다른 방식으로 냉각하고, -50℃ 내지 -200℃의 온도에서 성형하는 방법이 개시되어 있다. 이를 위해, 부품들을 강력하게 냉각하기 위해, 부품들을 해당 냉매 속에 침지하는 것이 제안되어 있다. 한편, 시트-금속 형상부를 액체 질소 또는 액체 산소, 또는 드라이아이스 내로 침지하는 것은 산업적 규모로 사용하기에는 적합하지 않다. 또한, 해당 설비의 작업자에 대한 위험성을 내포하여 안전 예방 조치를 취해야 한다.

이에 따라, 본 발명의 목적은 한편으로는 산업적 규모로 저온 성형할 수 있으며, 특히 단순하게 구성되는 부하-순응형 부품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 교시에 따르면, 전술한 본 발명의 목적은, 열적으로 조절되는 냉각 장치 내에서 패널 또는 반제품부 소재 온도를 -20℃ 미만으로 낮춤으로써 달성된다.

공지되어 있는 종래 기술에 비해, 상기 패널 또는 반제품부는, 열적으로 조절되는 냉각 장치 내에서 -20℃ 미만, 바람직하기로는 -40℃ 내지 -180℃ 온도의 성형 온도로 되도록 열적으로 제어된다. 성형과 관련하여, 상기의 저온은 패널 또는 반제품부의 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트로 부분 변태되어 무엇보다도 항복점이 상당히 증가하게 된다. 또한, 열적으로 조절되는 냉각 장치는, 저온 냉각을 위해 사용되는 냉매 예컨대 액체 산소, 액체 질소, 또는 액체 또는 고체 이산화탄소(드라이아이스)에 의해 야기될 수 있는 문제를 간단하게 상당히 줄일 수 있게 되어, 저온 성형을 산업적 규모로 실시할 수 있게 한다. 본 출원발명에서, 열적으로 조절되는 냉각 장치는 패널 또는 반제품부가 놓이고, 냉각 냉매를 사용하여 이들을 저온으로 냉각시키는 장치를 의미한다. 이를 위해, 패널 또는 반제품부가 냉매, 예컨대 액체 산소, 질소 또는 이산화탄소와 반드시 직접 접촉할 필요는 없다.

바람직하기로는, 본 발명의 제1 구성에 따르면, 패널 또는 반제품부를 냉각 장치로부터 제거한 후 성형 공정 바로 직전에 성형 툴로 운송한다. 성형 공정 바로 직전에 패널 또는 반제품부를 제거함으로써, 가능하면 패널 또는 반제품부가 성형될 때까지 성형 온도를 유지할 수 있게 되며, 이러한 정도에서 패널 또는 반제품부가 적어도 성형 공정의 시작 시점에서 소망하는 온도에 있게 된다.

열적으로 조절되는 냉각 장치 외에 열적으로 조절되는 성형 툴을 추가로 사용함으로써, 상기 냉각 장치로부터 제거된 패널 또는 반제품부가 성형 툴 내에서 가능하면 오랫동안 저온을 유지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 다른 구성에 따르면, 성형 툴 자체가 냉각 장치로 기능하여, 패널 또는 반제품부가 성형 툴 내에서 냉각된 후 성형되는 성형 툴을 사용할 수도 있다. 이를 위해, 성형 툴은 패널을 냉각하는 수단 또는 패널 또는 반제품부와 접촉하는 영역을 열적으로 조절하는 수단을 포함하여, 냉각 공정이 최적으로 이루어질 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 방법의 상기 구성에 의해 얻어지는 특별한 이점은 패널 또는 반제품부가 단지 성형 툴 내로만 도입되어, 성형 툴에 추가로 반입 또는 반출되지 않으면서 성형 툴 내에서 성형된다는 것이다. 이러한 방식으로, 성형 툴에 의해 성형 온도가 간단하게 제어될 수 있기 때문에, 공정 제어가 극대화될 수 있게 된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 구성에 따르면, 성형 툴이 고 항복점과 고 인장 강도가 필요한 영역만의 패널 또는 반제품부를 열적으로 조절한다. 성형 툴의 구성만으로, 저온 성형으로 고강도, 즉 고 인장 강도 및/또는 고 항복점을 가져야 하는 시트-금속 형상부 영역이 얻어질 수 있게 된다.

성형 툴의 온도가 상당히 낮기 때문에, 외부의 습한 공기와 접촉하는 성형 툴의 표면에서 아이싱(icing)이 발생하기 쉽다. 이와 관련하여, 본 발명에 따르는 방법의 다른 구성에 따르면, 성형 전과 성형 중에 디아이싱 수단을 사용함으로써 성형 툴 및 패널 및/또는 반제품부의 아이싱이 방지된다는 점에서 공정 신뢰성이 추가로 증가하게 된다.

기계적 디아이싱 수단을 사용하여 아이싱이 수행되면, 성형 툴에 이미 존재하는 아이싱이 간단하게 제거될 수 있다. 또한, 부가적으로 또는 선택적으로, 보호 가스를 사용함으로써, 성형 툴, 패널 또는 반제품부의 냉각 영역 상에 보호 가스 분위기를 형성할 수 있으며, 이에 따라 아이싱이 방지된다. 패널 또는 성형 툴의 냉각 영역 상에 보호 가스 분위기를 제공함으로써 얻어지는 효과는 이들 지점에 공기 수분이 응측 또는 동결되지 않으며, 패널, 반제품부 또는 성형 툴 상에 축적되지 않는다는 것이다. 예를 들면, 이러한 대책은 기계적 디아이싱 수단과 함께 사용될 수도 있다.

바람직하게는, 성형툴, 패널 및/또는 반제품부의 냉각은 보호 가스, 바람직하기로는 성형 툴 내에 제공되어 있는 유동 채널을 통해 성형 툴, 패널 및/또는 반제품부의 해당 영역 내로 유동하는 보호 가스에 의해 이루어진다.

본 발명에 따른 방법에서, 특히 패널 또는 반제품부의 벽 두께는 작은 것이 사용될 수 있다. 이들 벽 두께는 바람직하게는 0.5㎜ 내지 1.80㎜이고, 보다 바람직하게는 0.7㎜ 내지 1.20㎜이다. 특히, 열적으로 조절되는 성형 툴을 사용하는 경우에 이와 같이 작은 벽 두께의 패널 또는 반제품부를 성형하는 것이 특히 유리한데, 이는 이들 벽 두께가 작은 패널 또는 반제품부가 성형 툴 내에서 급속하게 저온으로 냉각되어, 비교적 짧은 사이클 시간에 좀 더 심한 하중을 받는 영역의 강도가 상당히 증가된 하중-순응형 시트-금속 형상부가 제조될 수 있기 때문이다.

특히 바람직하기로는, 면 코팅으로 선택적으로 아연을 함유하는 면 코팅되는 패널 또는 반제품부가 성형된다. 저온 성형 중에 면 코팅이 손상되지 않기 때문에, 성형에 의해 심하게 손상되지 않는 아연을 함유하는 면 코팅을 사용함으로써 음극 방식이 용이하게 채용될 수 있다. 이러한 방식으로 제조되는 시트-금속부는, 한편으로는, 하중-순응형 강도값을 구비하며, 면 코팅에 의해 특히 내부식성이 강해진다. 아연을 함유하는 면 코팅 외에도, 해당 저온에서 성형될 수 있는 유기질 코팅도 사용될 수 있다.

본 발명의 제2 교시에 따르면, 전술한 본 발명의 목적은 본 발명의 방법을 수행하는 장치로, 패널 또는 반제품부가 삽입되는 리세스와, 상기 패널 또는 반제품부를 적어도 국부적으로 -20℃ 미만의 온도로 냉각시키는 수단을 포함하는 성형 툴에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 장치는 패널 또는 반제품부를 성형 툴 내에서 성형 온도로 냉각시킬 수 있으며, 추가로 패널 또는 반제품부를 운송시키지 않고서 성형할 수 있다. 이러한 방식에 따라, 패널 또는 반제품부를 열적으로 조절하는 단계와 성형 단계 사이에서 성형 툴로부터 이들을 제거할 필요할 없기 때문에, 경제적으로 극대화할 수 있게 된다.

바람직하기로는, 공정을 연속적으로 신뢰성 있게 수행하기 위해, 상기 성형 툴은 성형 툴, 패널 또는 반제품부의 냉각 영역을 디아이싱하는 수단을 포함한다. 이를 위해, 상기 수단은 이미 존재하는 아이싱을 제거할 수 있는, 브러쉬 또는 스크레이퍼 같은 기계적 수단을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 다른 구성에 따르면, 성형 툴은 적어도 상기 패널 또는 반제품부와 접촉하는 영역에, 상기 패널 또는 반제품부를 국부적으로 냉각하기 위한 냉매가 관통하여 흐르는 유동 채널을 포함한다. 냉매로는, 워터-프리 냉매 예컨대 드라이아이스 또는 액체 질소가 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 유동 채널은 패널 또는 반제품부까지 연장될 수 있으며, 이에 따라 유동 채널은 성형 툴, 또는 삽입되어 있는 반제품부 내에 위치하는 패널의 해당 영역을 저온으로 냉각시킬 수 있으며, 상기 영역의 아이싱을 방지하는 보호 가스 분위기가 동시에 형성된다. 또한, 상기 유동 채널은 성형 툴을 관통해서만 연장되어, 예컨대 산소, 질소 또는 이산화탄소 같은 냉매가 성형 툴 영역에 나타나지 않게 할 수도 있다.

본 발명의 다른 교시에 따르면, 전술한 본 발명의 목적은, 다양한 강도를 갖는 영역을 포함하는 차량의 구조부에, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조되는 시트-금속부를 사용함으로써 달성된다. 전술한 바와 같이, 저온 성형함으로써 시트-금속 형상부 내에 서로 상당히 다른 강도가 나타나게 할 수 있다. 이 경우, 소재의 잔류 오스테나이트 성분이 마르텐사이트 조직으로 변태됨에 따라, 고 항복점 및 인강 강도가 달성된다. 온도가 낮아질수록 소재의 취성이 증가하며 이에 따라 성형 정도가 제약된다는 점이 고려되어야 하지만, 저온의 선택을 통해 강도 증가가 달성될 수 있다.

이미 언급한 바와 같이, 내부식성 면 코팅 특히 아연을 포함하는 면 코팅은 본 발명에 따른 방법에서 손상되지 않기 때문에, 필라, 서포트, 대면적 부품, 베이스 플레이트, 터널, 차량의 바퀴집 또는 단부벽으로 시트-금속부를 사용하는 것이 특히 유리하다. 전술한 시트-금속부 모두는 통상 차량 내에서 어느 정도 강한 부식 환경에 노출되는 것이며, 이에 따라 내식성 면 코팅이 필요한 부품이다. 또한, 하중-순응형(load-compliant) 시트-금속부, 즉 강도가 서로 다른 영역을 포함하는 시트-금속부는, 복수의 금속 시트로 구성되는 고가의 테일러드 블랭크를 사용하지 않아도 되기 때문에, 비용 절감 가능성을 제공한다. 단품식 시트-금속부는 강도-절감 용접 비드를 구비하지 않아도 된다. 또한, 별개의 보강물을 사용하지 않아도 되기 때문에, 부품 절감이 이루어져서 비용이 추가로 절감될 수 있다.

본 발명에 따른 용도의 다른 구성에 따르면, 시트-금속부는 차량의 A-, B- 또는 C-필라 베이스와, 상기 A-, B- 또는 C-필라 베이스 보다 고강도인 A-, B- 또는 C-필라 루프 연결부의 적어도 일 영역으로 구성되는 A-, B- 또는 C-필라에 사용된다.

마지막으로, 본 발명의 또 다른 유리한 용도는, 시트-금속부가 차량의 전방부에 있는 종방향 빔에 사용될 때 얻어진다. 상기 종방향 빔의 전방 영역은 후방 영역보다 강도가 낮다. 차량의 전방부에 있는 종방향 빔의 전방 영역의 강도가 낮다는 것은, 충격이 있는 경우 이 부분이 충격 에너지를 흡수한다는 것을 의미한다. 반대로, 종방향 빔의 후방 영역은 가능하면 변형되지 않아야 하며, 이에 따라 객실이 보호된다.

종전에는 패치, 테일러드 블랭크 또는 추가의 보강 부품을 사용해서만 위와 같은 제품들을 제조할 수 있었다. 본 발명에 따른 시트-금속부의 용도는 매우 우수한 음극 방식을 하는 동시에 서로 다른 강도를 갖는 영역을 구비하는 종방향 빔과 같은 단품식 시트-금속부를 단순하면서도 경제적으로 제조할 수 있도록 한다.

도 1은 시트-금속 형상부 제조 방법의 일 예시적 실시형태에 대한 개략적인 다이어그램이다.
도 2는 도 1에 도시된 방법의 또 다른 실시형태이다.
도 3a 및 도 3b는 상기 방법을 수행하는 성형 툴의 일 예시적 실시형태이다.
도 4는 시트-금속 형상부를 제조하는 방법을 수행하는 성형 툴의 다른 예시적 실시형태이다.
도 5, 도 6 및 도 7은 제조된 시트-금속 형상부의 유리한 용도에 대한 예시적 실시형태이다.

이하에서, 도면과 관련된 예시적 실시형태를 가지고 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1은 시트-금속 형상부 제조 방법의 일 예시적 실시형태에 대한 개략적인 다이어그램으로, 성형 툴(2) 내에서 패널(1)이 성형된다. 성형 툴(2)은 간단한 딥-드로잉 툴로 표현되어 있다. 그러나, 성형 툴(2)은 편평한 패널이나 사전에 미리 성형되어 있는 패널 또는 반제품부로 절단된 패널을 사용하여 시트-금속 형상부를 제조하는 데에 사용되는 툴과 같은 임의의 성형 툴일 수 있다. 패널(1)은 적어도 60 중량%의 철 및 잔류 오스테나이트(residual austenite) 성분을 적어도 5% 함유하는 강으로 구성된다. 이러한 강의 전형적인 예는, 예컨대 고-망간강이나 선택적으로 TRIP 강이다. 이들 강, 특히 잔류 오스테나이트 강(트립강)을 사용하는 경우, 매우 낮은 온도에서 성형하는 중에 오스테나이트 영역이 부분적으로 마르텐사이트 조직으로 변태되어, 변형 저항 외에도 항복점과 강도의 증가가 추가로 이루어진다. 이러한 효과는 온도가 낮을수록 상당히 증가하여, 통상적인 가공-경화 효과 외에 소위 TRIP 효과로 표현되는 강화 공정으로 인해 항복점과 인장 강도가 상당히 높게 된다. 예를 들어, RA-K 40/70 강(트립강)의 경우, 항복점이 410㎫에서 800㎫ 이상으로 증가할 수 있다. 도 1에 도시되어 있는 본 발명 방법의 예시적 실시형태에서, 우선 패널(1)이 냉각 장치(3)에서 -20℃ 미만의 온도, 바람직하게는 -40℃ 내지 -190℃로 냉각된다. 이를 위해, 장치를 조작하는 작업자에게 안전 문제를 야기하지 않으면서, 냉매 예컨대 액체 질소, 드라이아이스 또는 액체 산소가 냉각 장치 내에 사용될 수 있다. 열 조절되는 냉각 장치는 예를 들어 냉각 냉매의 폐쇄 회로를 포함할 수 있다. 상기 폐쇄 회로는 예를 들어 금속과 직접 접촉하여 열을 패널 또는 반제품부로 전달할 수 있다. 벽 두께가 바람직하기로는 0.5㎜ 내지 1.8㎜, 특히 바람직하기로는 0.70㎜ 내지 1.20㎜인 패널이 성형 온도에 도달하면, 성형 공정 바로 직전에 냉각 장치로부터 패널을 제거하여 성형 툴로 전달한다. 패널이 전달되자마자 성형이 이루어지고, 냉각 장치로부터 제거됨에 따라 온도 상승이 제한된다. 바람직하기로는, 성형 툴(2) 자체의 온도가 조절될 수 있으며, 이에 따라 성형 툴 내에서 패널의 온도가 상당히 상승하는 것이 방지된다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 냉각 장치(3)는 패널(1)의 냉각을 단속적으로 한다. 이에 비해, 도 2에 도시되어 있는 냉각 장치(3')는 패널(1) 또는 반제품부(1)를 냉각 장치(3')를 통해 연속적으로 통과시켜, 패널(1) 또는 반제품부(1)가 성형 장치(3')의 출구부에서 성형 온도에 도달하게 한다. 패널(1) 또는 반제품부(1)가 냉각 장치(3')를 빠져나온 직후, 패널(1) 또는 반제품부(1)는 성형 툴(2) 내에 놓여져서 성형이 이루어진다. 전술한 바와 같이, 여기서 성형 툴(2)은 단지 딥-드로잉 툴로 표현되어 있다. 원리적으로, 시트-금속부를 성형 및 강화할 수 있는 AHU/IHU(external high-pressure/internal high-pressure) 성형 툴 및 다른 임의의 성형 툴도 사용될 수 있다.

성형 툴에 대한 하나의 선택적 구성이 도 3a 및 도 3b에 개략적인 사시도로 표현되어 있다. 도 3a에 도시되어 있는 성형 툴(4)은 그 내부에서 패널에 냉각 영역(6)을 발생시키는 유동 채널(5)이 배치되어 있으며, 저온에서 성형되는 성형 툴 상반부(4a)를 포함한다. 이를 위해, 냉매 예컨대 액체 질소 또는 액체 산소, 또는 선택적으로는 저온으로 냉각된 이산화탄소가 유동 채널을 통해 흘러, 상기 영역에서 패널을 강력하게 냉각시킨다.

성형 중에, 상당히 냉각된 영역에서는 TRIP 효과에 의해 발생되는 강화 효과가 비냉각 영역에 비해 상당히 커서, 제조되는 시트-금속부(7)는 강력한 TRIP 효과로 인해 상당히 높은 항복점과 인장 강도를 갖는 영역(7a)을 포함하게 된다.

도 3a의 성형 툴의 아이싱을 방지하기 위해, 툴이 개방될 때에 유동 채널을 포함하여 특히 차가워진 툴 상반부(4a)가 툴이 개방되어 있는 중에 유동 채널을 통해 냉매를 운반하도록 하는 것이 유리하다. 이러한 방식으로, 보호 가스 분위기(8)가 성형 툴에서 심하게 냉각된 표면 영역에 형성되기 때문에, 툴 표면의 아이싱이 방지된다.

도 4는 냉매용 폐쇄 회로를 포함하는 성형 툴의 일 예시적 실시형태를 나타낸다. 이를 위해, 개략적으로 도시된 성형 툴(9)은 스탬프 또는 다이 영역 내에 냉매 채널(10)을 포함하며, 냉매 채널을 통해 냉매가 저온 유동이 되도록 조절된다. 성형 툴(9)의 양 절반부 사이에 배치되어 이들과 편평하게 접촉하고 있는 패널(1)이 냉각 스탬프와 접촉하는 표면 영역에서 강력하게 냉각되어 -20℃ 미만의 성형 온도에 도달된다. 이에 상응하는 온도에 도달하지 못하는 영역이 있어야 한다면, 스탬프(11) 내에 패널(1)을 국부적으로 가열하는 수단이 제공되어야 한다. 기계적 디아이싱을 위한 수단이 성형 툴(9) 상에 추가로 제공되며, 이것이 개략적으로 표현되어 있다. 기계적 디아이싱 수단(12)은 예를 들어 성형 툴(9)이 개방될 때 스탬프(9') 표면을 세척하는 스크레이퍼(12a)를 수용하기 위한 홀더로 구성된다. 상기 스크레이퍼(12a) 대신에 브러쉬를 사용하는 것도 상정할 수 있다. 도시되어 있는 성형 툴(9)은 접촉 면적이 크기 때문에, 삽입되어 있는 패널(1)을 비교적 짧은 시간 안에 성형 온도인 -20℃ 미만으로 냉각시킬 수 있다. 이에 따라 간단하면서도 경제적인 제조 공정을 제공하게 된다.

도 5, 도 6 및 도 7은 시트-금속 형상부(1)의 유리한 용도에 대한 전형적인 예시적 실시형태를 보여주고 있다. 도 5에서, 일 예로, 시트-금속부가 차량(14)의 B-필라(13)로 사용되는 것이 개략적으로 도시되어 있다. B-필라(13)는 바람직하기로는 고 항복점과 인장 강도를 갖는 루프 연결부(13b) 및 저 강도지만 파단 연신률이 큰 필라 베이스(13a)를 포함한다. 본 발명에 따른 방법을 사용하면, B-필라(13)의 상부 영역이 성형 툴 내에서 강력하게 냉각된 후 성형되어서, 상기 B-필라가 경제적으로 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, 필라 베이스(13a)에 비해 상부 영역에 더 높은 항복점과 인장 강도가 부여된다. 이와 동일한 원리가 다른 필라, 도시되어 있는 A-필라(15) 및 C-필라(16)에도 적용된다.

도 6은 하나의 부품 내에서 2개의 다른 기능을 포함하는, 차량 바디워크의 2개의 종방향 빔을 나타내고 있다. 상기 종방향 빔(17)은 한편으로는 충격이 발생한 경우 먼저 충격에너지를 흡수하고 적어도 부분적으로 변형되며, 다른 한편으로는 후방 영역에 위치하는 객실이 추가로 변형되지 않도록 보호한다. 이를 위해, 종방향 빔(17)은 통상적으로 전방 영역이 좀 더 쉽게 변형되고 후방 영역은 가능하면 강직하게 되도록 성형된다. 본 발명에 따른 방법을 사용하면, 종방향 빔의 후방 영역(17b)이 성형 툴 내에서 강력하게 냉각되어 전방 영역(17a)이 후방 영역(17b)에 비해 강도가 낮은 종방향 빔(17)을 제조할 수 있게 된다. 이에 의해 얻어지는 효과는 두 영역의 항복점과 인장 강도가 상당히 다르다는 것이다. 고 항복점을 갖도록 제공되는 종방향 빔(17) 부분에서, 예를 들어 상기와 다른 용도에서도 마찬가지로, 800㎫을 초과하는 높은 항복점이 얻어져서 이 영역은 특히 강력한 영역이 형성되게 된다. 다른 한편, 영역(17a)은 성형 툴의 상기 영역에서 온도 조절을 하지 않기 때문에, 동일한 공정에서 연하게 성형된다. 이와 유사한 강도 프로파일을 제공하기 위해 추가의 가공 단계를 필요로 하는, 테일러드 블랭크가 사용될 가능성이 방지된다.

마지막으로, 도 7은 바람직하기로는 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 단부벽(18)의 일 실시예를 나타낸다. 단부벽(18)은 일반적으로 면적이 크고 상대적으로 두께가 작다. 가능하다면, 개별 연결 영역(19), 예를 들어 고 항복점과 인장 강도를 갖도록 성형하기 위해, 패치, 테일러드 블랭크 또는 별개의 부품들 형태의 보강재가 더 이상 필요없게 된다. 또한, 성형 툴의 온도 규제 제어에 의해 달성되는 효과는 단부벽(18)의 특정 영역이 충격 시에 상당히 다른 변형 거동을 나타내는 것 뿐만 아니라, 브레이크 부스터, 공기 조화기 등과 같은 장비들을 수용하는 데에 사용되는 국부 영역에는 그에 상응하는 항복점과 인장 강도가 제공되어, 추가의 대책을 사용하지 않고서도 단부벽(18)이 로드에 순응하도록 구성될 수 있다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시트-금속 형상부의 전형적인 용도에서, 열간 성형을 하지 않아도 되기 때문에, 아연 및/또는 유기 면 코팅을 함유하는 면 코팅을 기초로 하여 음극 방식을 특히 쉽게 제공할 수 있다.

Claims (16)

1. 적어도 60 중량%의 철과 잔류 오스테나이트 성분이 적어도 5%인 강으로 구성된 소재로 제조되며, 성형 전에 적어도 부분적으로 -20℃ 미만의 온도로 냉각되고, 성형 툴 내에서 -20℃ 미만의 온도에서 패널 또는 반제품부로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법에 있어서,
   열적으로 제어되는 냉각 장치 내에서, 패널 또는 반제품부의 소재 온도가 -20℃ 미만의 온도로 낮추어지는 것을 특징으로 하는, 패널 또는 반제품부로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법.
2. 제2항에 있어서,
   패널 또는 반제품부가 냉각 장치로부터 제거된 후 성형 공정 바로 직전에 성형 툴로 운송되는 것을 특징으로 하는, 패널 또는 반제품부로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   패널 또는 반제품부가 냉각된 후 이어서 성형되는 성형 툴이 성형 장치로 사용되는 것을 특징으로 하는, 패널 또는 반제품부로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법.
4. 제3항에 있어서,
   고 항복점 및 인장 강도가 필요한 영역에서만, 성형 툴이 성형될 패널 또는 성형될 반제품부를 열적으로 규제하는 것을 특징으로 하는, 패널 또는 반제품부로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   성형 전 및 성형 중에 디아이싱 수단을 사용하여, 성형 툴 및 패널 및/또는 반제품의 아이싱이 방지되는 것을 특징으로 하는, 패널 또는 반제품부로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   기계적 디아이싱 수단의 사용 및/또는 냉각 영역 상에 보호 가스 분위기를 형성하기 위해 보호 가스를 사용하여, 아이싱이 방지되는 것을 특징으로 하는, 패널 또는 반제품부로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   보호 가스, 바람직하기로는 성형 툴 내에 제공되는 유동 채널을 통해 흐르는 보호 가스를 사용하여 성형 툴, 패널 및/또는 반제품부를 냉각하는 것을 특징으로 하는, 패널 또는 반제품부로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법.
8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   패널 또는 반제품부의 벽 두께가 0.5㎜ 내지 1.80㎜, 바람직하기로는 0.7㎜ 내지 1.20㎜인 것을 특징으로 하는, 패널 또는 반제품부로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   면 코팅을 구비하는 패널 또는 반제품부가 성형되고, 상기 면 코팅으로 선택적으로 아연을 함유하는 면 코팅이 사용되는 것을 특징으로 하는, 패널 또는 반제품부로부터 시트-금속 형상부를 제조하는 방법.
10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 장치로,
    성형 툴(4, 9)이 패널(7) 또는 반제품부(7)가 삽입되는 리세스와, 패널(7) 또는 반제품부(7)를 적어도 국부적으로 -20℃ 미만으로 냉각하기 위해 제공되는 수단(5, 6, 10)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시트-금속 형상부 제조 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 성형 툴은 성형 툴(9), 패널(7) 또는 반제품부(7)의 냉각 영역을 디아이싱하는 수단(12, 12a)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시트-금속 형상부 제조 장치.
12. 제10항에 있어서,
    성형 툴(4, 5)은 적어도 패널(7) 또는 반제품부(7)와 접촉하는 영역에서, 상기 패널 또는 반제품부를 국부적으로 냉각하기 위한 냉매가 흐르는 유동 채널(6, 10)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시트-금속 형상부 제조 장치.
13. 강도가 서로 다른 영역을 포함하는 차량의 구조부로 사용되는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는 시트-금속부의 용도.
14. 제13항에 있어서,
    시트-금속부가 필라(13, 14, 15), 서포트(17), 대면적 부품(18), 베이스 플레이트, 터널, 차량의 단부벽 또는 바퀴집으로 사용되는 것으로 특징으로 하는 시트-금속부의 용도.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    시트-금속부가, 적어도 B-필라의 루프 연결부(13b)의 일 영역이 B-필라 베이스 영역보다 고강도를 갖는 차량의 B-필라(13)로 사용되는 것으로 특징으로 하는 시트-금속부의 용도.
16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    차량의 전방부에서, 시트-금속부가 후방 영역(17b) 보다 강도가 낮은 전방 영역(17a)을 포함하는 종방향 빔(17)으로 사용되는 것으로 특징으로 하는 시트-금속부의 용도.

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