KR20160115762A - 부분적으로 경화된 성형 부품을 제조하기 위한 프로세스 및 장치 - Google Patents

부분적으로 경화된 성형 부품을 제조하기 위한 프로세스 및 장치 Download PDF

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베바 베르크초익바우 베트립스 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 경화성 열간 성형가능 강판으로 구성된 반제품(19)을 경화 온도로 가열하는 단계; 가열된 반제품(19)을 조합된 열간 성형 절단 장치 내에서 3차원 성형 부품(20)으로 열간 성형하는 단계; 조합된 열간 성형 절단 장치 내에서 성형 부품(20)을 절단하는 단계; 제1 부분 영역(21A)이 급속 냉각에 의해 경화되고, 성형 부품(20)의 제2 부분 영역(21B)이 제1 부분 영역(21A)보다 더 큰 연성과 더 낮은 강도를 갖게 열 처리되도록, 열간 성형 절단 장치 내에서 성형 부품(20)을 경화된 성형 부품(20)으로 가압 경화하는 단계를 포함하며, 성형 부품의 절단 작업은 적어도 제1 및 제2 부분 영역(21A, 21B) 중 하나에서 실시되는, 부분적으로 경화된 금속 성형 부품의 제조 프로세스에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 금속 성형 부품을 제조하기 위한 조합된 열간 성형 절단 장치(2)에 관한 것이다.

Description

부분적으로 경화된 성형 부품을 제조하기 위한 프로세스 및 장치{PROCESS OF AND DEVICE FOR PRODUCING A PARTIALLY HARDENED FORMED PART}
본 발명은, 보다 구체적으로, 자동차의 구조 요소로서 사용하기 위한, 부분적으로 경화된 성형 부품을 제조하기 위한 프로세스 및 장치에 관한 것이다.
DE 10 2005 032 113 B3로부터, 프레스 내의 2개의 공구 절반부들 사이에서 요소를 열간 성형하고 부분적으로 경화시키기 위한 프로세스 및 장치가 공지되어 있다. 공구 절반부들은 단열에 의해 서로로부터 분리되는 복수의 세그먼트로 각각 분할된다. 2개의 세그먼트들은 온도를 제어함으로써 가열 또는 냉각될 수 있기 때문에, 요소의 서로 다른 영역들에서 온도 및 냉각 곡선들이 설정될 수 있다.
EP 1 715 066 A1은 판금을 성형하고 가압 경화시키기 위한 장치를 제안한다. 성형 공구 내에서 판금의 특정 영역을 가열하고 특수한 템퍼링 작업으로 재료 구조에 영향을 주기 위해, 가열 요소들이 성형 공구에 통합된다. 가열 요소들은 절연층에 의하여 성형 공구의 인접한 벽체들에 대해 열적으로 보호된다.
DE 10 2006 015 666 A1으로부터, 동시 절단 작업과 조합된 열간 성형으로 금속 성형 요소를 제조하는 프로세스가 공지되어 있다. 이 목적을 위해, 가압 램에 고정된 상부 공구와, 힘 요소를 통해 프레스 테이블 상에 지지된 다이와, 절단 펀치 상에 고정된 절단 공구를 구비한 조합 공구가 사용된다. 절단 펀치는 다이의 리세스 내부 또는 에지에 배치된다. 400℃ 내지 700℃ 사이의 온도 범위에서 절단이 실시된다.
성형 부품은, 보다 구체적으로 자동차의 구조 요소로서 사용되는 경우, 다른 기술적 특징들, 때로는 상반되는 기술적 특징들을 갖추어야 한다. 따라서, 어떤 영역들에서는, 성형 부품이 고도의 경도와 강도 및 낮은 연성을 특징으로 하여야 하는 반면, 다른 영역들에서는, 낮은 경도와 강도값 및 높은 연성값을 포함하여야 한다. 이로 인하여, 근사 망 형상(near-net-shape)과 특정 재료 특성을 가진 성형 부품의 제조가 요구된다.
본 발명의 목적은, 간단하고 신속하게 실시될 수 있으며 성형 부품이 근사 망 형상을 가질 수 있도록 하는, 부분적으로 경화된 성형 부품의 제조 프로세스를 제안하는 것이다. 또한, 고도의 정확도와 짧은 사이클 시간으로 경화된 성형 부품의 제조를 가능하게 하는 장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적은, 경화성 열간 성형가능 강판으로 구성된 반제품을 경화 온도로 가열하는 단계; 가열된 반제품을 조합된 열간 성형 절단 장치 내에서 3차원 성형 부품으로 열간 성형하는 단계; 조합된 열간 성형 절단 장치 내에서 성형 부품을 절단하는 단계; 제1 부분 영역이 급속 냉각에 의해 경화되고, 성형 부품의 제2 부분 영역이 가열됨으로써 제1 부분 영역보다 더 큰 연성과 더 낮은 강도를 갖게 제조되는 방식으로, 열간 성형 절단 장치 내에서 성형 부품을 경화된 성형 부품으로 가압 경화하는 단계를 포함하며, 성형 부품의 절단은 제1 부분 영역과 제2 부분 영역 중 적어도 하나에서 실시되는, 부분적으로 경화된 금속 성형 부품의 제조 프로세스를 제공함으로써 달성된다.
상기 프로세스의 장점은, 하나의 프로세스 단계에서 성형 부품의 성형, 절단 및 가압 경화가 가능하다는 것이다. 별도의 절단 공구에서 별도의 절단 작업으로 구성된 후속 작업이 필요하지 않다. 성형 부품의 형상 및 구조와 관련하여 바람직하지 않은 변화를 최소화할 수 있다. 간단한 방식으로, 원하는 재료 특성을 가진 근사 망 형상의 성형 부품을 제조하는 것이 가능하다. "제1 및 제2 부분 영역 중 적어도 하나"는 성형 부품을 절단하는 단계가 제1 부분 영역 및/또는 제2 부분 영역에서 실시될 수 있다는 것을 의미한다.
경화 온도로 부품을 가열하는 것은, 전체 출발 요소가 가열되거나, 부분적으로, 경화하고자 하는 부분 영역들만 가열되도록, 실시될 수 있다. 본 명세서에서, "경화 온도"는 반제품 또는 요소의 온도를 의미하며, 이 온도는 급속 냉각(소입)으로 요소를 후속 경화시키기 위해 필요한 최소 온도이다. 오스테나이트 성형강의 경우, 최소 경화 온도는, 예컨대, 오스테나이트화 온도일 것이다. 마르텐사이트 경도 구조가 형성되도록, 급속 냉각(소입)은, 보다 구체적으로, 임계 냉각 온도 아래에서 실시된다.
성형 부품을 절단하는 단계는, 적어도, 열 처리됨으로써 경화된 제1 부분보다 더 연한 구조를 가진 제2 부분 영역에서 실시될 수 있다. 이는, 절단을 실시하기가 더 쉽고, 절단 공구가 단지 소량 마모된다는 점에서, 유리하다. 본 발명의 맥락에서, 문구 "적어도 제1 부분 영역과 제2 부분 영역"은 성형 부품이 1개 또는 다수의 제1 부분 영역과 1개 또는 다수의 제2 부분 영역을 포함할 수 있다는 것을 포함한다. 더 연한 제2 부분 영역들 중 적어도 하나를 절단하는 것을 제안하는 반면, 추가적인 제2 부분 영역들이 절단되지 않은 상태로 유지되고/또는 1개 또는 다수의 제1 부분 영역도 가압 경화 작업 전에 부분적으로 또는 완전히 절단되는 것을 배제하지는 않는다. 하나의, 1개의 또는 상기 제1 부분 영역 또는 하나의, 1개의 또는 상기 제2 부분 영역이라 함은 각 부분 영역들 중 적어도 하나라는 의미이다.
성형 부품으로 제조될 반제품이라고도 지칭되는 출발 재료는, 보다 구체적으로, 강판 블랭크일 수 있다. 블랭크는 그 길이 및/또는 그 폭을 따라 균일하거나 가변적인 시트 두께를 포함할 수 있다. 가변적인 시트 두께를 가진 블랭크는, 예컨대, 스트립 재료의 플렉서블 압연에 의해, 그리고 플렉서블 압연된 스트립 재료에서 블랭크를 후속 절단함으로써, 또는 서로 다른 시트 두께를 가진 블랭크들을 함께 용접함으로써, 제조될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 반제품, 각각의 요소는 열간 성형 프로세스 중에 에지면을 가진 제2 부분 영역에서 가열된다. 이는 더 연한 제2 부분 영역들 중 적어도 하나가 성형 부품의 에지 구역을 형성한다는 의미이며, 에지 구역은 조합된 열간 성형, 절단 및 가압 경화 프로세스 중에 절단된다. 이러한 방식으로, 성형 부품이 그 최종 형상을 얻게 되므로, 별도의 절단 프로세스가 필요하지 않다. 제2 부분 영역은 열간 성형 프로세스 도중에 및/또는 이후에 기류에 노출될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 이는 경화될 제1 부분 영역에도 적용되며, 제1 부분 영역이, 적어도 부분적으로, 기류에 노출될 수 있다. 경화될 제1 부분 영역을 잠시 동안의 기류에 노출시키는 목적은 고온으로 인한 벽 두께의 과도한 감소를 방지하기 위한 것이다.
일 실시예에 따르면, 조합된 열간 성형 절단 장치는 요소를 열간 성형하기 위한 목적으로 폐쇄되는 적어도 하나의 상부 공구 부품과 적어도 하나의 하부 공구 부품을 포함하며, 절단 작업은, 보다 구체적으로, 공구 부품들이 폐쇄되는 도중에 또는 그 후에, 실시된다. 공구 부품들은, 2개의 공구 부품들 중 오직 하나만 이동시키는 한편 다른 하나를 제 자리에 고정 유지시키거나, 2개의 공구 부품들을 서로를 향해 움직임으로써, 폐쇄될 수 있다. 열간 성형을 위해, 적어도 부분 영역들에서 그 경화 온도로 가열된 반제품은 상부 공구 부품과 하부 공구 부품 사이에 삽입된다. 2개의 공구 부품들이 함께 압축되고 있을 때, 성형 공구의 형태가 반제품에 전사되며, 이에 따라, 반제품이 성형 부품으로 성형된다. 경화될 제1 부분 영역을 절단하여야 하는 경우, 공구 부품들이 완전히 폐쇄되기 전에 절단 작업을 실시하는 것이 바람직하다. 더 높은 연성을 가진 제2 부분 영역은, 원칙적으로, 임의의 시간에, 즉, 폐쇄 작업 전에, 도중에 및/또는 후에, 즉, 완전히 폐쇄된 후에, 절단될 수 있다. 가압 스트로크의 끝에 대응하는 공구 부품들의 완전 폐쇄로 인하여, 제2 부분 영역들이 성형 부품과 평면 접촉하게 됨에 따라, 제1 부분 영역이 급속 냉각되어 경화된다. 제2 부분 영역은 공구 내에서 성형 및 압축 작업 중에 가열된다. 이 목적을 위해, 공구 부품들 중 적어도 하나는 적당한 템퍼링 장치를 포함하며, 템퍼링 장치에 의해, 공구가 성형 부품의 제2 부분 영역과 접촉하게 되는 부분에서 가열될 수 있다.
공구 부품들이 폐쇄된 후, 성형 부품의 제2 부분 영역은, 보다 구체적으로, 300℃ 내지 600℃ 사이의 범위의 규정된 온도로 유지될 수 있다. 폐쇄된 공구 부품들 사이에 성형 부품이 유지되는 유지 시간은 0.5초 내지 360초 사이의 범위일 수 있다. 가압 스트로크의 끝에서, 즉, 요소가 적어도 대부분 성형되었을 때, 제2 부분 영역은 절단된다. 공구 부품들이 다시 개방된 후, 성형 부품은 그 최종 형태를 갖게 되며 장치로부터 제거될 수 있다. 공구 부품들이 개방된 후, 성형 부품의 제2 부분 영역에 대하여 공기가 송풍될 수 있다. 템퍼링된 공구 부품이 과열되는 것을 방지하기 위해, 하나 또는 다수의 공구 부품들을 일시적으로 또는 영구적으로, 즉, 열간 성형 도중에 및/또는 후에, 냉각하는 추가적인 프로세스 단계를 제공할 수 있다. 이는 가열된 제2 공구 부분과 제1 공구 부분에 적용될 수 있다.
또한, 전술한 목적은 상부 공구 부품과 하부 공구 부품을 포함하는 금속 성형 부품을 제조하기 위한 열간 성형 절단 장치를 제공함으로써 달성되며, 상부 공구 부품과 하부 공구 부품은 상부 공구 부품과 하부 공구 부품 사이에 삽입된 반제품을 성형 부품으로 성형하기 위해 폐쇄될 수 있고, 상부 공구 부품과 하부 공구 부품 중 적어도 하나는 폐쇄시 반제품의 제1 부분 영역과 접촉하게 되는 제1 공구 부분을 포함하며, 제1 공구 부분은 제1 공구 부분을 제1 온도로 설정할 수 있는 제1 템퍼링 장치를 포함하고, 상부 공구 부품과 하부 공구 부품 중 적어도 하나는 폐쇄시 반제품의 제2 부분 영역과 접촉하게 되는 제2 공구 부분을 포함하며, 제2 공구 부분은 제2 공구 부분을 제1 공구 부분의 제1 온도보다 더 높은 제2 온도로 설정할 수 있는 제2 템퍼링 장치를 포함하고, 상부 공구 부품과 하부 공구 부품 중 적어도 하나는 제1 공구 부분과 제2 공구 부분 중 적어도 하나에 적어도 하나의 절단 공구를 포함하며, 상기 절단 공구는 성형 부품을 각각의 제1 및/또는 제2 부분 영역에서 절단하도록 구성된다.
상기 장치는 상기 프로세스와 관련하여 전술한 것들과 동일한 효과를 달성한다. 보다 구체적으로, 장치는 성형 부품이 하나의 프로세스 단계에서 열간 성형, 절단 및 부분적으로 경화될 수 있도록 한다. 장치는 원하는 재료 특성을 포함하는 근단 형태의 성형 부품의 제조를 가능하게 한다. 모든 프로세스 관련 특징들이 장치에 적용될 수 있으며, 역으로, 모든 장치 관련 특징들이 프로세스에 적용될 수 있다는 점에서, 상기 프로세스와 장치가 세트를 이루는 것으로 이해된다. 각각 상기 장치와 상기 프로세스에 의해 제조되는 성형 부품은 차량의 바디나 차량의 섀시를 위한 구조 요소로서 사용하기에 특히 적합하다.
제1 템퍼링 장치는, 성형 부품이 제1 부분 영역에서 경화되도록, 제1 공구 부분을 급속 냉각시키도록 설계되는 것을 제안한다. 이 목적을 위해, 제1 템퍼링 장치는 냉매가 흐르는 냉각 채널 조립체를 포함할 수 있다. 냉각 채널들은, 제1 부분 영역과 접촉하게 되는 공구 표면이 냉각되는 방식으로, 공구를 통해 연장된다. 냉매는, 예컨대, 물일 수 있다. 또한, 제2 템퍼링 장치는, 성형 부품이 제1 부분 영역에서보다 제2 부분 영역에서 더 높은 연성을 얻도록, 제2 공구 부분을 가열하도록 설계되는 것을 제안한다. 제2 템퍼링 장치는 제2 공구 부분의 적당한 공동 내에 배치될 수 있는 하나 이상의 가열 카트리지를 포함할 수 있다. 가열 카트리지들은, 요소가 가열됨으로써 더 높은 연성을 얻게 되는 공구의 영역들 내에 배치되며, 가열 카트리지의 열은 공구로 전달된 다음, 공구에서 요소로 전달된다.
공구를 가열하기 위한 템퍼링 장치 이외에, 냉각용 냉각 조립체가 제2 공구 부분에 제공될 수 있으며, 냉각 조립체를 통해 유체가 통과할 수 있다. 이러한 방식으로, 공구가 과열되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 채널 구성이 제1 공구 부분에 제공될 수도 있음을 알 수 있다. 제1 및 제2 공구 부분들은 폐쇄시 요소와 접촉하게 되는 적어도 하나의 성형면을 각각 포함하며, 채널 조립체의 채널들 중 적어도 일부는 성형면들 중 하나에서 종료되도록 설계될 수 있다. 이 경우에서, 사용되는 유체는 요소에 대해 송풍될 수 있는 공기인 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 성형 부품은 공구에 대한 냉각 효과를 동시에 갖는 공기에 의해 냉각된다. 다른 실시예에 따르면, 냉각 채널들이 성형면에서 종료하지 않고, 표면으로부터 거리를 두고 공구 내부로 단지 연장하는 것도 가능하다. 이 경우, 냉각 채널들은, 보다 구체적으로, 공구를 가열하기 위한 템퍼링 장치의 부품들보다 공구 표면으로부터 더 깊은 거리에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 공구 부분과 제2 공구 부분은 절연 재료 또는 간극에 의해 서로로부터 분리될 수 있다. 후자의 경우, 갭이 두 공구 부분들 사이에서 절연 효과를 갖기 때문에, 설정 온도와 관련하여, 공구 부분들은 불리한 방식으로 서로에게 영향을 미칠 수 없다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제1 및 제2 공구 부분은 서로 직접적으로, 즉, 그들 사이에 간극 없이, 연접할 수 있다.
원칙적으로, 성형 부품의 절단이 요구되는 열간 성형 절단 장치 내의 임의의 개소에 성형 부품을 절단하기 위한 절단 공구가 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 성형 부품의 돌출된 에지가 절단되도록, 제1 및/또는 제2 공구 부분의 에지 영역에 절단 공구가 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 조합된 열간 성형 절단 장치에서 유리한 방식으로 근단 형태를 가진 성형 부품이 제조될 수 있다. 예컨대, 제조되는 성형 부품의 중앙 영역에, 즉, 에지로부터 거리를 두고, 예컨대, 그 영역에 통공이나 보어를 형성하기 위하여, 추가적인 절단 공구가 배치될 수도 있을 것으로 이해된다.
보다 구체적으로, 열간 성형 절단 장치의 절단 공구는 상부 또는 하부 공구 부품들 중 하나와 연결되는 절단 펀치와, 상부 및 하부 공구 부품들 중 다른 하나에 연결되는 절단 다이뿐만 아니라, 시트 블랭크 파편을 위한 공간을 포함하는 것을 제안한다. 열간 성형 절단 프로세스의 운동 역학과 관련하여, 열간 성형 절단 장치는, 성형 부품을 가압 경화하기 전에 절단이 실시되도록, 설계된다. 이 목적을 위해, 성형 부품이 냉각된 공구 부품들과 완전히 평면 접촉한 결과로서 냉각되기 전에, 절단 공구가 성형 부품에서 절단 작업을 실시하는 것을 제안한다. 이 실시예는 비용 절감 및 에너지 절약 방식으로 경화된 요소가 절단될 수 있도록 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 제1 실시예에서 금속 성형 요소를 제조하기 위한 본 발명의 열간 성형 절단 장치를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 열간 성형 절단 장치의 상세를 확대도로 도시한다.
도 3은 출발 요소의 평면도이다.
도 4는 도 3에 따른 출발 요소로부터 본 발명에 따라 제조된 B-칼럼 형태의 성형 부품을 도시한다.
도 5는 금속 성형 부품을 제조하기 위한 본 발명의 프로세스를 도시한다.
도 6은 제2 실시예에서 금속 성형 부품을 제조하기 위한 본 발명의 열간 성형 절단 장치의 개략도이다.
도 7은 변형예에서 금속 성형 부품을 제조하기 위한 본 발명의 열간 성형 절단 장치의 개략도이다.
이하에서는 도 1 내지 도 7을 병용하며 설명한다.
도 1 및 도 2는 3차원 금속 성형 부품을 제조하기 위한 열간 성형 절단 장치(2)의 단면을 나타낸다. 3차원 성형 부품(20)을 제조하기 위한 출발 재료는 반제품(19)이며, 보다 구체적으로, 폼 컷(form cut) 또는 평면 요소라고도 지칭될 수 있는 강판 블랭크이다.
반제품(19)은 강판 스트립 재료로 제조될 수 있다. 미리 가열한 후 압연함으로써 스트립 재료를 얻을 수 있는데, 이를 열간 (압연) 스트립이라고도 지칭하며/또는 미리 가열하지 않고 압연함으로써 최종적인 두께 제거를 실현하여 스트립 재료를 냉간 압연할 수 있는데, 이를 냉간 (압연) 스트립이라고도 지칭한다. 성형되는 반제품은 각각 그 길이를 따라 및/또는 요소의 폭에 따라 균일한 판 두께를 포함할 수 있다. 다양한 방식으로, 예컨대, 플렉서블 압연(TRB(Tailor rolled blanks))이나 스트립 프로파일 압연에 의해, 또는 상이한 판 두께의 개별 강판들을 용접(TWB(Tailor welded blanks))함으로써 제조될 수 있는 상이한 두께의 영역들을 반제품이 포함하는 것도 가능하다.
플렉서블 압연의 경우, 재료의 길이를 따라 가변적인 판 두께를 가진 스트립 재료를 제조하는 프로세스 중에 롤 갭을 변화시킴으로써, 실질적으로 균일한 판 두께를 가진 스트립 재료가 압연된다. 플렉서블 압연에 의해 제조되는 상이한 두께의 부분들은 각각 길이 방향과 압연 방향으로 횡방향으로 연장된다. 스트립 프로파일 압연의 경우, 롤 프로파일을 통해, 실질적으로 균일한 두께를 가진 판금 재료, 즉, 스트립 재료 또는 개별 판금 요소가 재료의 폭을 따라 가변적인 두께를 가진 판금 재료로 압연된다. 스트립 프로파일 압연에 의해 제조되는 상이한 두께의 부분들은 판금 재료의 종방향을 따라 연장된다. 롤 프로파일링이라고도 지칭되는 스트립 프로파일 압연의 경우, 판금 재료의 개별 영역들은 외측을 향해 급냉된다.
열간 성형 절단 장치(2)는 임의의 방법으로 제조된 블랭크(19)를 성형 부품(20)으로 추가 처리하기에 적합하다. 열간 성형 절단 장치(2)의 구체적인 디자인은 제조하고자 하는 성형 부품의 형상에 따라 좌우된다. 여기에 도시된 장치(2)는 자동차의 B-칼럼용 성형 부품을 제조하는 역할을 한다. B-칼럼을 제조하기 위한 프로파일 절단 부품(19)이 도 3에 평면도로 도시되어 있다. 평면 프로파일 절단 부품(19)으로 제조된 3차원 B-칼럼(20)이 도 4에 도시되어 있다. 단면도에서, B-칼럼은 거의 모자 형상의 프로파일을 갖고 있다.
B-칼럼 제조용으로 도시된 열간 성형 절단 장치(2)는 복수의 상부 공구 부품(3, 4, 5)과 복수의 하부 공구 부품(6, 7, 8)을 포함하며, 이들 사이에 평면 반제품이 삽입되어, 하부 공구 부품(6, 7, 8)을 향하여 상대적으로 상부 공구 부품(3, 4, 5)을 이동시킴으로써, 3차원 성형 부품으로 성형된다. 하부 공구 부품(6, 7, 8)은 캐리어 요소(9, 10) 상에 고정된다.
또한, 열간 성형 절단 장치(2)는 성형 부품(20)을 절단 및 성형하도록 설계된 복수의 절단 공구(11, 12)를 포함한다. 절단 공구(11, 12)는 성형 부품의 돌출부를 절단하기 위해 장치가 폐쇄될 때 상호 협력하는 블레이드(31, 32)와 카운터 블레이드(33, 34)를 각각 포함한다. 절단 펀치와 절단 다이라고도 지칭될 수 있는 블레이드와 카운터 블레이드는 경화된 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 블레이드(31, 32)가 하부 공구 부품(7)의 측면 리세스 내에 각각 배치되어 고정적으로 연결된 것을 볼 수 있다. 이는, 예컨대, 공구 부품(7)에 보어홀(22)로 표시된 바와 같이 나사식 연결에 의해 달성되며, 일반적으로 사용되는 다른 유형의 연결도 가능하다.
상부 공구 부품(3, 4, 5)과 하부 공구 부품(6, 7, 8)은 표면에 가깝게 배치되어 공구 폐쇄시 반제품과 접촉하게 되는 공구 부분(13, 14, 15; 16, 17, 18)을 각각 포함한다. 하부 공구 부품에 대해 상부 공구 부품을 폐쇄함으로써, 그들 사이에 위치된 평면 시트 바가 3차원 성형 부품(20)으로 성형된다. 반제품(19)이 이미 성형 부품(20)으로 대부분 성형되었을 때, 그러나, 장치(2)가 완전히 폐쇄되기 전에, 즉, 성형 부품(20)이 공구 부품들과 완벽하게 표면 접촉하여 가압 경화되기 전에, 절단 작업이 실시되도록, 형상 부여(성형) 공구 부분들에 대하여 절단 공구(11, 12)들이 배열된다.
표면에 가까운 공구 부분들을 템퍼링하기 위한 템퍼링 장치(23, 24, 25; 26, 27, 28)들이 제공되어 있으며; 본 발명의 맥락에서 템퍼링은 특히 개별 공구 부분을 냉각 및/또는 가열될 수 있는 소정의 온도로 설정하는 것을 나타낸다. 공구 부품의 제1 템퍼링 장치가 개별 공구 부품의 냉각용으로 설계되고 제2 템퍼링 장치가 가열용으로 설계되도록, 상부 또는 하부 공구 부품(3, 4, 5; 6, 7, 8)들 중 적어도 하나가 2개의 서로 다른 템퍼링 장치들을 포함할 것을 제안한다.
템퍼링 장치(23)가 연관된 제1 공구 부분(13A)을 제1 온도(T1)로 특별히 냉각하는 역할을 하는 제1 템퍼링 부품(23A)과 연관된 제2 공구 부분(13B)을 제1 온도(T1)보다 더 높은 제2 온도(T2)로 가열하는 역할을 하는 제2 템퍼링 장치(23B)를 포함하는, 상부 공구 부품(3)을 참조하여 그 일례를 설명한다. 제1 공구 부분(13A)에 대한 제1 온도(T1)는, 상부 공구 부품(3, 4, 5)과 하부 공구 부품(6, 7, 8) 사이에서의 압축 프로세스 중에 성형 부품(20)이 이 영역에서 경화되도록, 설정된다. 제1 온도(T1)로 냉각된 제1 공구 부분(13A)으로 인하여, 경화 온도에서 시작하여 요소(19)가 임계 냉각 속도로 급격하게 냉각됨으로써, 높은 경도와 높은 강도를 각각 포함하는 재료 구조가 달성된다.
대조적으로, 제2 공구 부분(13B)은, 예컨대, 300℃ 내지 600℃ 범위일 수 있는 제2 온도(T2)로 가열된다. 제2 공구 부분(13B)을 가열함으로써, 성형 부품(20)은 이 영역에서, 경화된 제1 영역에서보다 더 높은 연성과 더 낮은 강도를 갖게 된다. 성형 부품(20)에 요구되는 구조 특성에 따라, 하부 공구 부품(6, 7, 8)은 상부 공구 부품(3, 4, 5)에 대응하도록 설계된다. 즉, 상부 공구 부품(3)의 냉각된 제1 공구 부분(13A)에 대향 배치되는 하부 공구 부품(7)의 제1 공구 부분(17A)도 역시 냉각되는 반면, 상부 공구 부품(3)의 냉각된 제2 공구 부분(13B)에 대향 배열되는 하부 공구 부품(7)의 제2 공구 부분(17B)도 역시 가열된다.
상부 공구 부품(3)과 하부 공구 부품(7)의 제1 템퍼링 장치(23A, 27A)들은 냉매가 통과할 수 있는 다수의 냉각 채널을 구비한 냉각 채널 조립체를 각각 포함한다. 각각 요소(19)로 제조되는, 냉각하고자 하는 반제품의 부분 영역(21B)과 접촉하게 되는 공구 표면이 냉각되도록 하는 방식으로, 냉각 채널들은 각각 상부 공구 부품(3)과 하부 공구 부품(7)을 통해 연장한다. 냉매는, 예컨대, 물일 수 있다.
제2 공구 부분(13B, 17B)을 가열하는 역할을 하는 제2 템퍼링 장치(23B, 27B)는 제2 공구 부분의 적당한 빈 공간으로 삽입되는 가열 카트리지의 형태로 사용될 수 있다. 이에 따라, 가열 카트리지의 열은 제2 공구 부분(13B, 17B)으로 전달된 다음, 각각 요소(19)로 제조되는, 공구 부분(13B, 17B)들 사이에 위치된 반제품으로 전달된다.
상부 및 하부 공구 부품(3, 7)들의 가열된 제2 공구 부분(23B, 27B)들의 영역 내에 절단 공구(11)가 배치되어 있는 것을 볼 수 있다. 이에 따라, 성형 부품(20)의 절단 작업은, 냉각된 부분 영역(21A)보다 가열되어 있기 때문에 더 큰 연성을 포함하는 부분 영역(21B)에서 이루어진다. 이는, 이 가열된 영역에서, 절단 공구(11, 12)가 단지 소량 마모된다는 점에서, 유리하다. 그러나, 성형 부품을 가압 경화시키도록 설계된 그 공구 부분들에 하나 또는 다수의 추가적인 절단 공구들이 제공될 수도 있을 것으로 사료되지만, 시간적인 면에서, 공구 부품(3, 4, 5; 6, 7, 8)들이 요소와 완전히 평면 접촉하기 전에, 그에 따라, 성형 부품이 경화되기 전에, 가압 스트로크 도중에 절단 작업이 실시된다는 점에서, 절단 공구의 마모에 대해 중요하지는 않다.
완전히 폐쇄된 공구 부품(3, 4, 5; 6, 7, 8)들 사이에서 성형 부품(20)의 유지 시간은 0.5초 내지 360초 범위일 수 있다. 유지 시간에 도달한 후, 성형 부품(20)은 그 최종 형상과 요구되는 구조를 포함하며, 공구 부품(3, 4, 5; 6, 7, 8)들이 다시 개방된 후 장치로부터 제거될 수 있다.
이에 따라, 경화된 제1 부분 영역(21A)과 연성의 제2 부분 영역(21B)을 구비한 부분적으로 경화된 금속 성형 부품(20)을 제조하는 본 발명의 프로세스는 도 5에 개략적으로 도시한 바와 같이 다음과 같은 프로세스 단계들을 포함한다: 경화성 열간 성형가능 강판으로 제조된 반제품(19)을 적어도 제1 부분 영역(21B)에서 경화 온도로 가열한다(단계 S10). 이는, 예컨대, 유도 가열에 의해서나, 로에서 실현될 수 있다. 그 다음, 반제품(19)을 조합된 열간 성형겸 절단 장치(2) 내에서 3차원 성형 부품(20)으로 열간 성형한다(단계 S20). 반제품(19)이 성형 부품(20)으로 적어도 대부분 성형되면, 열간 성형겸 절단 장치(2) 내에서 성형 부품(20)을 절단한다(단계 S30). 추가적인 프로세스 단계(S40)에서는, 제1 부분 영역(21A)이 급속 냉각에 의해 경화되고, 성형 부품(20)의 제2 부분 영역(21B)이 가열됨으로써 제1 부분 영역(21A)보다 더 큰 연성과 더 낮은 강도를 갖게 제조되는 방식으로, 열간 성형 절단 장치(2) 내에서 성형 부품(20)을 가압 경화한다. 그 다음, 요소(19)를 열간 성형 절단 장치(2) 내에서, 적어도 제2 부분 영역(21B)에서, 절단 공구(11)로 절단하며, 이는 시간적인 면에서 경화에 앞서 실시됨이 바람직하다. 가열된 공구 부품들이 과열되는 것을 방지하기 위해, 상기 공구 부품들을 일시적으로 또는 영구적으로 냉각하는 추가적인 프로세스 단계를 제공할 수 있다.
상기 프로세스에 따라 열간 성형 절단 장치(2)에서 제조된 B-칼럼 형태의 성형 부품(20)이 도 4에 도시되어 있다. 상기 B-칼럼 또는 성형 부품(20)은 도면에서 어둡게 표시된 더 큰 연성과 더 낮은 강도를 가진 영역(21B)을 포함하며; 증대된 강도와 더 낮은 연성을 가진 경화된 영역(21A)도 도시되어 있다. 영역(21B)의 적어도 일부는 열간 절단되었다. 본 실시예는 단지 예시에 불과하며, 성형 부품(20)의 구체적인 실시예는 개별적인 기술적 요구에 좌우된다는 것을 이해하여야 한다.
도 6은 도 1 및 도 2에 따른 실시예에 거의 대응하는 변형된 실시예에서 본 발명의 열간 성형 절단 장치(2)를 도시하고 있으며, 따라서, 공통적인 특징에 관한 한, 전술한 설명을 참조한다. 동일한 세부 사항들이나 서로 대응하는 세부 사항들에는 도 1 및 도 2에 부여된 것들과 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 실시예에서 특징적인 차이는 오직 1개의 상부 공구 부품(3)과 1개의 하부 공구 부품(6)이 제공된다는 것이며, 2 이상의 상부 및 하부 공구 부품도 가능하다. 상부 공구 부품(3)과 하부 공구 부품(6)은 성형 부품(20)을 가압 경화하기 위한 목적으로 냉각되는 제1 공구 부분(13A, 17A)을 각각 포함하며, 간명함을 위해, 냉각 채널들은 도시하지 않았다. 또한, 상부 공구 부품(3)과 하부 공구 부품(6)은 요소(19)를 가열하기 위해 템퍼링 장치(23B, 27B)를 각각 구비한 제2 공구 부분(13B, 17B)을 각각 포함한다. 본 실시예에서, 템퍼링 장치(23B, 27B)는 적당한 온도 제어 수단을 통해 그 온도(T2)가 설정될 수 있는 가열판 형태로 제공된다. 가열되는 제2 공구 부분(13B, 17B)들은 냉각되는 제1 공구 부분(13A, 17A)들에 대하여 절연 재료(37, 38) 또는 공극에 의해 절연되어 있다.
또한, 상부 및 하부 공구 부품(3, 7)들의 제2 공구 부분(13B, 17B)의 영역 내에서 절단 공구(11)를 볼 수 있다. 예컨대, 나사식 연결에 의해 블레이드(31)가 상부 공구 부품(3)에 견고하게 연결되고, 하부 공구 부품(7)과 카운터 블레이드(33)가 연관되어 각각 견고하게 연결된다. 카운터 블레이드(33)에 측방향으로 연접하고 있는 공구 부품(7)의 에지 영역에는, 요소(19)의 컷-오프 에지를 위한 자유 공간으로서의 역할을 하는 리세스(35)가 제공된다. 또한, 상부 및 하부 공구 부품(3, 7)들의 냉각된 제1 공구 부분(13A, 17A)의 에지 영역 내에서 제2 절단 공구(12)를 볼 수 있다. 블레이드(32)가 상부 공구 부품(3)에 견고하게 연결되는 반면, 하부 공구 부품(7)에 카운터 블레이드(34)가 연결된다. 카운터 블레이드(34)에 측방향으로 인접하여 리세스(36)가 제공되며, 상기 리세스(36)는 시트 블랭크 파편을 위한 빈 공간으로서의 역할을 한다.
본 실시예에서는, 성형 부품(20)의 절단 작업이 성형 부품을 경화시키기 위한 목적으로 냉각되는 공구 부분(13A, 17A)에서뿐만 아니라 연성을 확보하기 위한 목적으로 가열되는 공구 부분(13B, 17B)에서도 실시된다.
도 7은 각각 도 6과 도 1 및 도 2에 따른 실시예에 거의 대응하는 추가로 변형된 실시예에서 본 발명의 열간 성형 절단 장치(2)를 도시하고 있으며, 따라서, 공통적인 특징에 관한 한, 상기 실시예를 참조한다. 동일한 세부 사항들이나 서로 대응하는 세부 사항들에는 각각 도 6과 도 1 및 도 2에 부여된 것들과 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 실시예의 특수한 특징은 제2 공구 부분(13B, 17B)들에 냉각 장치가 각각 제공된다는 점이다. 냉각 장치는 제2 공구 부분(13B, 17B)을 통해 연장하여 성형면에서 종료되는 복수의 채널을 구비한 채널 조립체(39, 40)를 포함한다. 그 결과, 냉각 장치는 두 가지 기능, 즉, 과열을 방지하기 위해 제2 공구 부분(13B, 17B)을 냉각시키는 기능뿐만 아니라, 장치가 다시 개방된 후 요소를 냉각시키기 위해 요소에 대해 기류를 전송하는 기능을 포함한다. 냉매는 공기이다.
전반적으로, 본 발명의 장치 및 그와 함께 실시되는 프로세스는, 성형 부품이 하나의 단일 프로세스 단계에서 열간 성형되고, 형상으로 절단되며, 압축 경화될 수 있다는 점에서 유리하다. 요구되는 재료 특성을 가진 근단 형태의 성형 부품이 제조된다.
2: 열간 성형 절단 장치
3: 상부 공구 부품
4: 상부 공구 부품
5: 상부 공구 부품
6: 하부 공구 부품
7: 하부 공구 부품
8: 하부 공구 부품
9: 캐리어 요소
10: 캐리어 요소
11: 절단 공구
12: 절단 공구
13, 13A, 13B: 공구 부분
14: 공구 부분
15: 공구 부분
16: 공구 부분
17, 17A, 17B: 공구 부분
18: 공구 부분
19: 반제품
20: 성형 부품
21A: 제1 부분 영역
21B: 제2 부분 영역
22: 보어
23, 23A, 23B: 템퍼링 장치
24: 템퍼링 장치
25: 템퍼링 장치
26: 템퍼링 장치
27: 템퍼링 장치
28: 템퍼링 장치
31: 블레이드
32: 블레이드
33: 카운터 블레이드
34: 카운터 블레이드
35: 리세스
36: 리세스
37: 절연 재료
38: 절연 재료
39: 채널 조립체
40: 채널 조립체
S: 프로세스 단계
T: 온도

Claims (15)

  1. 경화성 열간 성형가능 강판으로 구성된 반제품(19)을 경화 온도로 가열하는 단계(S10);
    가열된 반제품을 조합된 열간 성형 절단 장치(2) 내에서 3차원 성형 부품(20)으로 열간 성형하는 단계(S20);
    열간 성형 절단 장치(2) 내에서 성형 부품(20)을 절단하는 단계(S30);
    제1 부분 영역(21A)이 급속 냉각에 의해 경화되고, 성형 부품(20)의 제2 부분 영역(21B)이 제1 부분 영역(21A)보다 더 큰 연성과 더 낮은 강도를 갖게 열 처리되도록, 열간 성형 절단 장치(2) 내에서 성형 부품(20)을 경화된 성형 부품(20)으로 가압 경화하는 단계(S40)를 포함하는, 부분적으로 경화된 금속 성형 부품의 제조 프로세스에 있어서,
    성형 부품(20)의 절단 단계(S30)는 제1 부분 영역(21A)과 제2 부분 영역(21B) 중 적어도 하나에서 실시되는 것을 특징으로 하는,
    부분적으로 경화된 금속 성형 부품의 제조 프로세스.
  2. 제1항에 있어서,
    조합된 열간 성형 절단 장치(2)는 반제품(19)을 열간 성형하기 위해 폐쇄되는 상부 공구 부품(3, 4, 5)과 하부 공구 부품(6, 7, 8)을 포함하며,
    절단(S30)은 공구 부품(3, 4, 5; 6, 7, 8)들이 폐쇄되는 도중에 그리고 가압 경화(40) 전에 실시되는 것을 특징으로 하는,
    부분적으로 경화된 금속 성형 부품의 제조 프로세스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공구 부품(3, 4, 5; 6, 7, 8)들이 폐쇄된 후, 반제품(19)은 제2 부분 영역에서 300℃ 내지 600℃ 사이의 온도(T2)로 유지되는 것을 특징으로 하는,
    부분적으로 경화된 금속 성형 부품의 제조 프로세스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    공구 부품(3, 4, 5; 6, 7, 8)들은 0.5초 내지 360초의 기간 동안 폐쇄된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는,
    부분적으로 경화된 금속 성형 부품의 제조 프로세스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상부 공구 부품(3, 4, 5)과 하부 공구 부품(6, 7, 8) 중 적어도 하나는 열간 성형(S20) 및 가압 경화(S40)시 성형 부품(20)의 제1 부분 영역(21A)과 접촉하게 되는 제1 공구 부분(13A, 27A)을 포함하며, 제1 공구 부분(13A, 27A)은 냉각되고,
    상부 공구 부품(3, 4, 5)과 하부 공구 부품(6, 7, 8) 중 적어도 하나는 열간 성형(S20) 및 가압 경화(S40)시 반제품(19)의 제2 부분 영역(21B)과 접촉하게 되는 제2 공구 부분(13B, 27B)을 포함하며, 제2 공구 부분(13B, 27B)은 가열되는 것을 특징으로 하는,
    부분적으로 경화된 금속 성형 부품의 제조 프로세스.
  6. 제5항에 있어서,
    제1 공구 부분(13A, 27A)과 제2 공구 부분(13B, 27B) 중 적어도 하나는 열간 성형 전에, 도중에 및/또는 후에 냉각되는 것을 특징으로 하는,
    부분적으로 경화된 금속 성형 부품의 제조 프로세스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    성형 부품(20)의 제1 부분 영역(21A)과 제2 부분 영역(21B) 중 적어도 하나는 공구 부품(3, 4, 5; 6, 7, 8)들이 개방되는 도중에 및/또는 이후에 기류에 노출되는 것을 특징으로 하는,
    부분적으로 경화된 금속 성형 부품의 제조 프로세스.
  8. 금속 성형 부품을 제조하기 위한 열간 성형 절단 장치(2)로서,
    상부 공구 부품(3, 4, 5)과,
    하부 공구 부품(6, 7, 8)을 포함하며,
    상부 공구 부품(3, 4, 5)과 하부 공구 부품(6, 7, 8)은 상부 공구 부품(3, 4, 5)과 하부 공구 부품(6, 7, 8) 사이에 삽입된 반제품(19)을 성형 부품(20)으로 성형하기 위해 폐쇄될 수 있고,
    상부 공구 부품(3, 4, 5)과 하부 공구 부품(6, 7, 8) 중 적어도 하나는 폐쇄시 반제품(19)의 제1 부분 영역(21A)과 접촉하게 되는 제1 공구 부분(13A, 17A)을 포함하며,
    제1 공구 부분(13A, 17A)은 제1 공구 부분(13A, 17A)을 제1 온도(T1)로 설정할 수 있는 제1 템퍼링 장치(23A, 27A)를 포함하고,
    상부 공구 부품(3, 4, 5)과 하부 공구 부품(6, 7, 8) 중 적어도 하나는 폐쇄시 반제품(19)의 제2 부분 영역(21B)과 접촉하게 되는 제2 공구 부분(13B, 17B)을 포함하며, 제2 공구 부분(13B, 17B)은 제2 공구 부분(13B, 17B)을 제1 공구 부분(13A, 17A)의 제1 온도(T1)보다 더 높은 제2 온도(T2)로 설정할 수 있는 제2 템퍼링 장치(23B, 27B)를 포함하고,
    상부 공구 부품(3, 4, 5)과 하부 공구 부품(6, 7, 8) 중 적어도 하나는, 제1 공구 부분(13A, 17A)과 제2 공구 부분(13B, 17B) 중 적어도 하나에, 성형 부품을 절단하도록 설계된 적어도 하나의 절단 공구(11, 12)를 포함하는,
    열간 성형 절단 장치(2).
  9. 제8항에 있어서,
    제1 템퍼링 장치(23A, 27A)는, 성형 부품(20)이 제1 부분 영역(21A)에서 경화되도록, 제1 공구 부분(13A, 17B)을 급속 냉각시키도록 설계되고,
    제2 템퍼링 장치(23B, 27A)는, 성형 부품(20)이 제1 부분 영역(21A)에서보다 제2 부분 영역(21B)에서 더 큰 연성을 얻도록, 제2 공구 부분(13B, 17B)을 가열하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    열간 성형 절단 장치(2).
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    제1 템퍼링 장치(23A, 27A)는 냉매가 흐를 수 있는 냉각 채널 구조를 포함하며/또는
    제2 템퍼링 장치(23B, 27B)는 제2 공구 부분(13B, 17B)의 공동 내에 수용되는 복수의 가열 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    열간 성형 절단 장치(2).
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 공구 부분(13B, 17B)은 유체가 흐를 수 있는 채널 구조(39, 40)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    열간 성형 절단 장치(2).
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 공구 부분(13A, 17A)과 제2 공구 부분(13B, 17B)은 폐쇄시 반제품(19)과 접촉하게 되는 성형면을 각각 포함하며, 채널에서 분출되는 공기가 반제품에 대하여 송풍될 수 있도록, 채널 구조(39, 40)의 채널들 중 적어도 일부는 성형면에서 종료되는 것을 특징으로 하는,
    열간 성형 절단 장치(2).
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 공구 부분(13A, 17A)과 제2 공구 부분(13B, 17B)은 절연 재료(37, 38)에 의해 서로로부터 분리되는 것을 특징으로 하는,
    열간 성형 절단 장치(2).
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 공구 부분(13A, 17A)과 제2 공구 부분(13B, 17B)의 에지 영역에 절단 공구(11, 12)가 각각 배치되어, 적어도 열간 성형 절단 장치(2)의 부분적으로 원주상인 부분 위로 연장되는 것을 특징으로 하는,
    열간 성형 절단 장치(2).
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    절단 공구(2)는 상부 및 하부 공구 부품(3, 4, 5; 6, 7, 8)들 중 하나에 연결되는 절단 펀치(31)와 아울러, 상부 및 하부 공구 부품(6, 7, 8; 3, 4, 5)들 중 다른 하나에 연결되는 절단 다이(33)뿐만 아니라, 시트 블랭크 파편을 위한 리세스(35, 36)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    열간 성형 절단 장치(2).
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