KR20160140785A

KR20160140785A - 마그네슘 또는 마그네슘 합금들로 이루어진 압출된 프로파일 단편들을 가공하는 방법과 장치, 및 이로부터 생산되는 경량의 구조 부품

Info

Publication number: KR20160140785A
Application number: KR1020167029818A
Authority: KR
Inventors: 랄프 안데어젝; 안드레아스 예거; 칼-하인츠 린드너
Original assignee: 브룬케, 울리히
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-12-07
Also published as: JP2017518183A; EP3122490A1; EP3122490B1; US20170107601A1; CA2943826C; CN106132583A; CN106132583B; WO2015144113A1; CA2943826A1; US10323309B2; DE102014004329A1

Abstract

본 발명은 열간 성형 및/또는 핫 스탬핑 및/또는 절삭 동작들 및/또는 펀칭 동작들에 의해서 압출된 프로파일 섹션들의 외측 윤곽부들을 가공하는 방법에 관한 것으로, - 250 내지 450℃의 범위의 온도로 가열된 프로파일 섹션들(1)을 300 내지 600℃의 범위의 온도로 사전가열된 투-파트(two-part)성형 툴(2) 내로 삽입하는 단계; 및 - 프레스(4)의 하나 이상의 프레싱 실린더들(3)에 의해 성형 툴(2)을 가압하는 단계;를 포함한다. 상기 방법을 수행하는 장치는, 프레스(4) 및 성형 툴(2)을 포함하고, 상기 성형 툴(2)은 2개의 툴 절반부들(tool halves)(I, II)로 구성되며, 상기 2개의 툴 절반부들(I, II)은 서로에 대해서 변위될 수 있고, 상기 프로파일 섹션(1)이 상기 2개의 툴 절반부들(I, II) 사이에에 삽입된다.

Description

마그네슘 또는 마그네슘 합금들로 이루어진 압출된 프로파일 단편들을 가공하는 방법과 장치, 및 이로부터 생산되는 경량의 구조 부품{METHOD AND DEVICE FOR PROCESSING EXTRUDED PROFILE SEGMENTS COMPOSED OF MAGNESIUM OR MAGNESIUM ALLOYS AND A LIGHTWEIGHT CONSTRUCTION ELEMENT PRODUCED THEREFROM}

본 발명은 후속하는 접합 프로세스들을 위해서 열간 성형 및/또는 핫 스탬핑 및/또는 절삭 동작들 및/또는 펀칭 동작들에 의해서, 마그네슘 또는 마그네슘 합금들로 이루어진 압출된 프로파일 섹션들을 그의 외측 윤곽부들에 대해 가공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 이후에 접합되어 조립체들(경량의 구조 부품)을 형성하기 위한 압출된 중공형 챔버 프로파일들에 관한 것이다.

경화가능한 알루미늄 합금으로부터 압출된 프로파일 섹션을 생산하기 위한 방법이 DE 10 2008 045 441 B3에 알려져 있으며, 이 문헌에서는 프로파일이 프레스되고 프로파일 섹션들이 해당 크기로 절삭된 후에, 프로파일 섹션의 외측 윤곽을 성형하기 위한 내부 압력 형성 단계가 프로파일 섹션이 그의 용액-어닐링된 상태에 있거나 용액-어닐링된 상태와 유사한 상태에 있는 때에 수행되며, 여기서 프로파일 섹션의 외측 윤곽을 성형하기 위한 내부 압력 형성 단계는 프로파일 섹션이 주변 온도로 냉각된 후에, 냉간 경화 프로세스의 20 퍼센트 이상이 완료된 후에, 수행된다.

가공물들을 열간 성형 및 핫 펀칭하기 위한 툴이 DE 19725300 C2에 알려져 있으며, 이는 대응하는 가공물들이 용이하면서 신속하게 성형 및 펀칭되게 할 수 있다. 이를 위해서, 가공물은 올바른 위치 배열로 수용 툴 상에 배치된다. 성형 프로세스를 위해서, 성형 툴은 수용 툴의 방향으로 이동하며, 이에 대하여 프레스되고, 여기서 열간 성형이 툴을 외측에서 두르는 벽 부분들 및 벽 부분들 간에서 연장된 부분에 의해서 수행된다. 성형은 완성된 치수들로 수행되지 않고, 대응하는 가공물들이 후속하여서 머시닝되고 최종 치수로 마무리된다.

DE 2 105 537 C3는 연속하는 롤링 트레인의 생산 공정에서 핫 롤링 동안에 롤링될 봉 형상의 제품들을 열간 성형하기 위한 장치를 기술하며, 이 문헌에서, 다이가 마무리 롤 스탠드 하류에 배치되며, 롤링 및 열간 성형될 봉 형상의 제품들이 마무리 롤 스탠드 의 롤들에 의해서 다이를 통해서 밀어지며, 여기서 다이는 폐쇄형 링 다이로서 설계되며, 롤링 온도로 가열될 수 있는 링 다이는 고온에 강한 재료로 이루어지며, 링 다이의 상류에, 예를 들어서, 콜로이드 흑연, 저융점을 갖는 유리, 소다, 생석회 또는 염들과 같은 열적으로 안정된 윤활제들을 가하기 위한 개구를 갖는 노즐 링이 배치되며, 링 다이는 양쪽 방향들에서 축방향으로 스프링-큐션을 받는다.

경량의 구조 부품 및 생산 방법이 DE 10224198 C1에서 알려져 있으며, 이 문헌에서, 경량의 구조 부품은 다수의 압출된 중공형 섹션들이 서로 평면 배열로 해서 접합된다. 관련 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다: a) 그로부터 생성되는 경량의 구조 부품의 원의 직경의 0.5% 미만의 벽 두께를 갖는 중공형 섹션들을 압출하는 단계; 및 b) 다수의 중공형 섹션들을 평면 배열로 해서 접합시켜서 경량의 구조 부품을 형성하되, 상기 경량의 구조 부품은 적어도 300 mm의 직경을 갖는 원형을 갖는, 접합 단계. 중공형 섹션들은 마찰 용접 또는 접착제 용접에 의해서 접합된다.

압출된 프로파일들, 및 특히 다중-챔버 압출된 프로파일들은 압출 프로세스의 다이를 나가자마자 휘어지게 된다. 이는 특히 이후의 접합 프로세스 동안에 문제를 일으키며, 이러한 접합 프로세스 동안에는, 평면형 조립체들이 압출된 프로파일 섹션들으로부터 조립될 것이다.

차량, 특히, 자동차의 구성 시에 오늘날 큰 도전과제 중 하나는 연료를 절감하기 위한 가장 효과적인 옵션들 중 하나로서 무게를 최소화시키는데 있다.

다양한 경량의 금속들의 비용 이점을 비교하면, 계속 진행되고 있는 무게 감축은 제조 비용을 올리는 것으로 드러났다. 이는 경량의 구조가 보다 높은 생산성으로 그리고 특히 재료를 적게 사용함으로써 관련 제조 비용을 낮추는 것이 가능해야만 경제적으로 구현될 수 있음을 의미한다.

오늘날 주로 사용되는 스틸 재료들에 비해서, 경량의 금속들은 이러한 금속들이 상당히 저 밀도를 갖는다는 이점을 갖는다. 이러한 금속들 중 가장 가벼운 것이 마그네슘이며, 이는 알루미늄보다 대략적으로 35% 더 가볍다. 현재의 새로운 마그네슘 합금들은 부식 내성 및 양호한 변형 특성들과 같은 매우 양호한 특성들을 가지며, 이는 이러한 금속들이 압출에서 사용될 수 있게 한다.

압출 시의 한가지 단점은 생산될 수 있는 압출된 프로파일들의 크기가 제한되고, 이는 조립체들이 개별 압출된 프로파일 섹션들로부터 접합되어야 하는 것을 요구한다는 것이다.

본 발명의 목적은 상술한 단점들을 제거하는, 마그네슘 또는 마그네슘 합금들로 이루어진 압출된 프로파일 섹션들을 가공하는 방법 및 장치를 제공한다.

다른 목적은, 접합에 의해서, 개별 압출된 프로파일 섹션들로부터 생성되는, 경량의 구조 부품을 생성하는 것이며, 이러한 경량의 구조 부품은 실제적으로 임의의 크기를 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 접합 프로세스를 단순화시키기 위해서, 마그네슘 또는 마그네슘 합금들로 이루어진 압출된 프로파일 섹션들을 후속하는 접합 프로세스를 위해서 열간 성형에 의해서 그의 외측 윤곽부들을 치수적으로 정밀하게 가공하는 방법에 의해서 달성된다. 이와 동시에, 열간 성형 프로세스와 함께, 스탬핑 동작들, 절삭 동작들 및/또는 펀칭 동작들을 수행할 수 있다. 열간 성형은 바람직하게는 생산 공정에서 압출 프로세스 이후에 수행된다. 이는 다이를 나가는 프로파일이 250 내지 450℃의 범위의 온도를 이미 가지며 이로써 추가적인 가열을 요구하지 않는다는 이점을 갖는다.

내부 고온 압력 형성 방법에 따른 성형에 비해서, 본 발명은 상당히 더 효율적이며, 하이드로포밍 툴들의 매우 고가의 비용들이 주어진 경우에도, 상당히 더 비용 효율적이다.

이로써, 프로파일 섹션들은 큰 복잡함 없이 경량의 구조 부품을 형성하게 접합될 수 있다. 차량 구성 시에, 경량의 구조 부품들은 예를 들어서, 바닥 팬들의 형태로 된 지지 구조체일 수 있다.

이하에서는 본 발명을 예시적인 실시예를 통하여 더 상세히 기술한다.

도 1은 압출된 프로파일 섹션들을 열간 성형하는 방법을 수행하기 위한 장치를 도시한다.

본 발명에 따른 방법은, 250 내지 450℃의 범위의 온도로 가열된 프로파일 섹션들(1)을 300 내지 600℃의 범위의 온도로 사전가열된 투-파트(two-part) 성형 툴(2) 내로 삽입하는 단계; 및 프레스(4)의 하나 이상의 프레싱 실린더들(3)에 의해서 성형 툴(2)을 가압하는 단계;를 포함한다. 또한, 삽입 요소들이 필요하다면, 해당 크기로 절삭된 프로파일 섹션들(1)의 엔드 표면부(end face)들 내로 삽입될 수 있다.

삽입 요소들은 핀 형상의 돌출부들을 포함할 수 있으며, 이의 단면들은 프로파일 섹션들(1)의 내측 단면들에 맞추어진다.

열간 성형을 위한 방법 단계들은 압출 프로세스 이후에 실행되는 것이 유리한데, 그 이유는 이어서 압출된 프로파일 섹션의 가열이 필요하지 않지 때문이다.

도 1은 상기 방법을 수행하기 위한 장치의 대표적 도면을 도시한다. 이 장치는 필수적으로 프레스(4) 및 성형 툴(2)을 포함한다. 성형 툴(2)은 투-파트 설계를 가지며, 따라서 2개의 툴 절반부들(I, II)을 포함하고, 이들은 서로에 대해서 변위될 수 있고, 이들 사이에 프로파일 섹션(1)이 삽입되며, 여기서 툴 절반부들은 성형될 프로파일의 단면에 맞추어진다.

프레스(4)의 프레싱 실린더(3)를 통해서 2개의 툴 절반부들(I, II) 중 적어도 하나를 가압시킴으로써, 툴 절반부들은 서로에 대해서 변위될 수 있으며, 프로파일 섹션이 형성되는데, 말하자면 프로파일 섹션들이 일직선으로 되면서 균일한 치수들로 된다.

툴 절반부들(I, II)은 보어홀들(boreholes)을 가지며, 이 보어홀들 내로 대응하는 가열 카트리지들이 삽입되어 툴 절반부들(I, II)을 가열하거나 이들을 특정 온도에서 유지한다.

필요하다면, 하나 이상의 스탬핑 다이들이 하나 또는 둘의 툴 절반부들(I, II)에 배치되며, 이의 도움으로, 일 측 상에 또는 양측들 상에서 프로파일 섹션들의 표면 스탬핑이 성형 프로세스 동안에 동시에 수행될 수 있다.

다른 옵션은 성형 프로세스 동안에 프로파일 섹션들(1) 내에 절삭 또는 펀칭 동작들을 동시에 수행하도록 툴 절반부들(I, II) 내로 절삭 또는 펀칭 툴들을 통합하는 것이다.

열간 성형 프로세스 이후에, 성형 및/또는 스탬핑 및/또는 펀칭 프로파일 섹션들이 접합되어 경량의 구조 부품을 형성할 수 있다.

경량의 구조 부품은, 예를 들어 육상 차량, 비행기, 또는 배를 위한 지지 구조체로서 설계될 수 있으며, 경량의 구조 부품을 형성하는, 그의 개별 열간 성형된 프로파일 섹션들(1)은 탈착 불가능한 연결 방식에 의해 서로 접합된다. 이는 바람직하게는 마찰 교반 용접(friction stir welding)에 의해 실행될 수 있으며, 이로써 접합 프로세스 중 보다 짧은 용접 시간 및 보다 높은 경제적 효율이 달성된다.

1: 프로파일 섹션
2: 성형 툴
3: 프레싱 실린더
4: 프레스
5: 보어홀
I: 툴 절반부
II: 툴 절반부

Claims

열간 성형, 핫 스탬핑, 절삭 동작들 및 펀칭 동작들 중 하나 이상에 의해서 마그네슘 또는 마그네슘 합금들로 이루어진 압출된 프로파일 섹션들의 외측 윤곽부들을 가공하는 방법으로서,
- 250 내지 450℃의 범위의 온도로 가열된 프로파일 섹션들(1)을 300 내지 600℃의 범위의 온도로 사전가열된 투-파트(two-part)성형 툴(2) 내로 삽입하는 단계; 및
- 프레스(4)의 하나 이상의 프레싱 실린더들(3)에 의해 성형 툴(2)을 가압하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 방법.
제1항에 있어서,
필요하다면, 삽입 요소들이 해당 길이로 절삭된 프로파일 섹션들(1)의 엔드 표면부들(end faces) 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 가공 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 단계들은 생산 공정에서 압축 프로세스 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 가공 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치로서,
상기 장치는 프레스(4) 및 성형 툴(2)을 포함하고, 상기 성형 툴(2)은 2개의 툴 절반부들(tool halves)(I, II)로 구성되며, 상기 2개의 툴 절반부들(I, II)은 서로에 대해서 변위될 수 있고, 상기 프로파일 섹션(1)이 상기 2개의 툴 절반부들(I, II) 사이에에 삽입되는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서,
상기 2개의 툴 절반부들(I, II) 중 적어도 하나는 성형될 프로파일 섹션(1)의 단면에 적절하게 맞추어지는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서,
스탬핑 다이들이 상기 2개의 툴 절반부들(I, II) 중 적어도 하나 내에 상기 프로파일 섹션(1)을 바라보는 측면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
가열 카트리지들을 수용하기 위한 보어홀들(5)이 상기 성형 툴(2)의 툴 절반부들(I, II) 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서,
상기 삽입 요소들은 핀-유사 돌출부들(pin-like projections)을 포함하며, 상기 핀-유사 돌출부들의 단면은 상기 프로파일 섹션(1)의 내측 단면에 맞추어지는 것을 특징으로 하는, 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 생성된, 평면 배열로 서로 접합된 다수의 압출된 프로파일 섹션들을 포함하는 경량의 구조 부품으로서,
상기 경량의 구조 부품은 육상 차량, 비행기, 또는 배를 위한 지지 구조체로서 설계되며, 상기 경량의 구조 부품을 형성하는, 개별 열간 성형된 프로파일 섹션들(1)은 탈착불가능한 연결에 의해 서로 접합되는 것을 특징으로 하는, 경량의 구조 부품.