KR20200076315A - 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법 - Google Patents

Abstract

블랭크가 국부적으로 상이한 온도로 가열된 후 성형되어 제조정밀성이 개선되도록, 본 발명은 이형 통전 가열기에 의해 금속 소재로 구비된 블랭크의 가공대상영역이 국부적으로 통전 가열됨에 따라 예열되는 제1단계; 상기 블랭크를 성형하기 위해 구비되는 핫 프레스 포밍장치의 펀치 및 다이에 종방향, 횡방향, 및 높이방향으로 각각 삽입 배치된 복수개의 히팅카트리지 중 열간가공대상영역에 대응되는 히팅카트리지가 가열되도록 제어부에 의해 선택적으로 개별 가열되는 제2단계; 및 상기 블랭크가 이송수단에 의해 이송되어 상기 펀치 및 상기 다이 사이에 상기 블랭크의 가공대상영역이 정렬되어 가압됨에 따라 성형되는 제3단계를 포함하는 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법을 제공한다.

Description

이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법{method of hot press forming using electrically assisted heater}

본 발명은 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 블랭크가 국부적으로 상이한 온도로 가열된 후 성형되어 제조정밀성이 개선되는 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 범퍼 빔류를 포함하는 차체는 스틸(steel)계 강판 소재를 프레스 가공하여 제조되며, 이러한 강판 소재의 강성은 차량의 안정성에 지대한 영향을 미치게 된다.

최근에는 에너지 고갈 문제 및 이산화탄소 배출에 대한 환경 규제에 의해 연료효율을 높이기 위한 차체 경량화를 만족시키기 위하여, 알루미늄 또는 마그네슘을 이용하여 열간 상태로 프레스 성형하는 핫 프레스 포밍(hot press forming) 성형 기술이 활발하게 연구되고 있다.

또한, 국내외 완성차 업계에서 핫 프레스 포밍 공정으로 성형되는 1.2GPa 이상급 초고강도강을 적용한 차체 부품을 적용하려고 하는 추세를 보이고 있으며, 향후 차체부품의 대부분을 초고강도강으로 적용하려는 동향을 보이고 있다.

여기서, 초고강도강은 일반 강판 부품보다 강도가 높으면서도 일반 강판 부품의 무게보다 경량화될 수 있어 차체의 경량화와 강도 향상을 동시에 만족시킬 수 있다. 그리고, 종래에는 핫 프레스 포밍을 통한 초고강도강 성형 과정에서 초고강도강을 오스테나이트화까지 가열하여 성형됨과 동시에 초고강도강을 급냉하여 초고강도강의 낮은 연신률을 극복하고 있었다.

그러나, 종래에는 초고강도강을 가열하기 위해 일반적으로 25~30m 이상의 길이로 가열로가 구비되어야 하므로 공정을 위해 넓은 공간이 요구되어 공간활용성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 가열로를 통해 초고강도강이 가열되는데 많은 시간이 소요되어 작업효율이 저하되는 문제점이 있었다. 더욱이, 가열로의 구매가격이 고가여서 높은 설비비가 요구되며, 핫 프레싱 포밍 과정이 이루어지지 않는 경우에도 예열을 위해 가열로의 가동이 유지되어야 하므로 에너지효율 및 경제성이 저하되는 문제점이 있었다.

특히, 초고강도강을 성형시 다양한 제품 형상의 제조를 위해 국부적인 부분에만 열간프레싱이 요구되는 경우가 있으나 종래에는 부분적인 가열이 실질적으로 어려워 정밀한 형상으로의 성형이 어렵고 주름 및 크랙이 발생되어 품질 및 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제10-1759082호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 블랭크가 국부적으로 상이한 온도로 가열된 후 성형되어 제조정밀성이 개선되는 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이형 통전 가열기에 의해 금속 소재로 구비된 블랭크의 가공대상영역이 국부적으로 통전 가열됨에 따라 예열되는 제1단계; 상기 블랭크를 성형하기 위해 구비되는 핫 프레스 포밍장치의 펀치 및 다이에 종방향, 횡방향, 및 높이방향으로 각각 삽입 배치된 복수개의 히팅카트리지 중 열간가공대상영역에 대응되는 히팅카트리지가 가열되도록 제어부에 의해 선택적으로 개별 가열되는 제2단계; 및 상기 블랭크가 이송수단에 의해 이송되어 상기 펀치 및 상기 다이 사이에 상기 블랭크의 가공대상영역이 정렬되어 가압됨에 따라 성형되는 제3단계를 포함하는 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법을 제공한다.

여기서, 상기 제1단계에서, 상기 블랭크의 열간가공대상영역이 열간프레싱되도록 복수개의 클램핑지그부 중 적어도 어느 한쌍에 의해 상기 블랭크의 양단이 클램핑 고정되고 전압이 인가됨에 따라 상기 블랭크가 통전 가열되되, 상기 블랭크의 국부 통전 가열되는 열간가공대상영역과 냉간프레싱되는 냉간가공대상영역과 비가공대상영역이 상호간 구획됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제2단계에서, 상기 제어부는, 상기 블랭크의 열간가공대상영역이 국부 가열되도록 상기 펀치 및 상기 다이에 각각 배치된 각 상기 히팅카트리지 중 적어도 어느 하나를 개별적으로 가열 제어하되, 상기 블랭크의 냉간가공대상영역에 배치된 상기 펀치 및 상기 다이에 각각 배치된 각 상기 히팅카트리지의 가열량은 가열량이 조절되도록 제어함이 바람직하다.

이때, 상기 제2단계에서, 상기 펀치에 배치된 복수개의 상기 히팅카트리지 중 적어도 어느 하나를 기설정된 제1온도범위로 가열하며, 상기 펀치와 동일평면상에 연결되어 구비된 홀더에 배치된 복수개의 상기 히팅카트리지 중 적어도 어느 하나를 상기 제1온도범위보다 높게 설정된 제2온도범위로 가열하고, 상기 다이에 배치된 복수개의 상기 히팅카트리지 중 적어도 어느 하나를 상기 제2온도범위보다 높게 설정된 기설정된 제3온도범위로 가열하되, 상기 제1단계에서, 상기 블랭크의 열간가공대상영역이 상기 이형 통전 가열기에 의해 상기 제3온도범위보다 높게 설정된 기설정된 예열온도범위로 가열됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제2단계에서, 각 상기 히팅카트리지는 상기 펀치 및 상기 다이의 내부에 각각 복수개소 삽입 배치되되, 상기 블랭크의 가공대상영역에 인접한 상기 펀치 및 상기 다이의 각 가압면측으로 편향 배치되며, 각 상기 히팅카트리지는 열전도성이 높은 재질로 구비되어 일면이 개구된 열전도케이스와, 상기 열전도케이스의 개구된 일면에 삽입되어 상기 제어부에 의해 선택적으로 통전되는 통전전극부를 포함함이 바람직하다.

상기의 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 금속 소재의 블랭크의 열간가공대상영역에 대응되는 위치에 배치된 복수개의 히팅카트리지가 선택적으로 개별 가열되어 블랭크의 열간가공대상영역이 열간프레싱됨과 동시에 냉간가공대상영역이 냉간프레싱되어 정밀한 성형가공이 가능하므로 최종 제조되는 제품의 품질이 현저히 개선될 수 있다.

둘째, 블랭크의 냉간가공대상영역이 부드러운 곡면 형태로 가공되고, 열간가공대상영역이 날카롭게 절곡된 형태로 가공되어 제조하고자 하는 제품의 정밀한 형상설계가 가능하므로 제조정밀성이 개선되며, 가열이 요구되는 열간가공대상영역에만 집중적으로 가열되므로 에너지 효율이 극대화되어 경제성이 개선될 수 있다.

셋째, 1차 예열된 블랭크의 열간가공대상영역이 예열 상태로 준비된 핫 프레스 포밍장치에 정렬되어 2차 가열된 상태로 가압 성형되므로 최종 제조된 제품의 주름 및 크랙 발생이 현저히 저감됨에 따라 생산시 불량률이 감소되어 제품의 품질 및 경제성이 현저히 개선될 수 있다.

넷째, 블랭크의 전체 단면이 균일하게 예열되던 종래와 달리, 이형 통전 가열기의 클램핑지그부가 선택적으로 개별제어되어 블랭크의 열간가공대상영역이 국부적으로 통전 가열되어 예열된 후 핫 프레스 포밍 과정이 수행되므로 제조정밀성이 현저히 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이형 통전 가열기를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 핫 프레스 포밍장치를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 핫 프레스 포밍장치의 히팅카트리지를 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법에서 펀칭시 히팅카트리지와 블랭크 간의 배치상태를 나타낸 사용예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이형 통전 가열기를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 핫 프레스 포밍장치를 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 핫 프레스 포밍장치의 히팅카트리지를 나타낸 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법에서 펀칭시 히팅카트리지와 블랭크 간의 배치상태를 나타낸 사용예시도이다.

도 1 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법은 이형 통전 가열기(100)에 의해 블랭크(1)의 가공대상영역(2)이 통전 가열됨에 따라 예열(s10), 상기 블랭크(1)를 성형하기 위해 구비되는 핫 프레스 포밍장치(200)에 구비된 복수개의 히팅카트리지(140)가 제어부에 의해 개별 가열(s20), 상기 블랭크(1)가 이송수단에 의해 이송되어 핫 프레스 포밍장치(200)에 의해 가압되어 성형(s30)되는 일련의 단계를 포함한다.

먼저, 상기 이형 통전 가열기(100)에 의해 금속 소재로 구비된 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 국부적으로 통전 가열됨에 따라 예열됨이 바람직하다(s10).

여기서, 본 발명의 일실시예에서 상기 블랭크(1)가 마그네슘 소재로 구비되는 경우를 예로써 설명하나, 상기 블랭크(1)는 알루미늄, 스테인레스 스틸 등의 금속 소재로 구비될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 블랭크(1)는 차량의 섀시 등에 적용되도록 장방형 또는 정방형 등의 판형으로 구비됨이 바람직하며, 상기 블랭크(1)는 프레싱 가공하고자 하는 제품의 형상에 대응되어 통전 가열되는 가공대상영역(2)과, 통전 가열되지 않는 비가공대상영역(3)으로 가상 구획될 수 있다. 또한, 가공대상영역(2)은 열간프레싱되는 열간가공대상영역과, 냉간프레싱되는 냉간가공대상영역으로 구분될 수 있다.

여기서, 상기 블랭크(1)의 전체가 가공되는 경우에는 상기 가공대상영역(2)이 상기 블랭크(1)의 전체를 차지하도록 설정됨으로 이해함이 바람직하다. 또한, 상기 블랭크(1)의 가공대상영역(2) 및 비가공대상영역(3)은 상기 이형 통전 가열기(100) 및 상기 핫 프레스 포밍장치(200)에 의해 선택적으로 상호간 상이한 온도로 가열될 수도 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 상기 이형 통전 가열기(100)는 본체부(10)와, 클램핑지그부(20), 통전제어부(30), 정류부, 및 통전전선부를 포함함이 바람직하다. 이때, 상기 이형 통전 가열기(100)는 상기 블랭크(1)의 가공대상영역(2)을 통전 가열하기 위해 구비되는 장치로 이해함이 바람직하다.

상세히, 상기 본체부(10)는 전체 형상이 직육면체 등의 형상으로 구비될 수 있으며, 하부에 통전 가열을 위한 상기 정류부와 및 상기 통전전선부 등이 배치되도록 수용공간이 형성되고, 상부에 상기 블랭크(1)가 배치되도록 구비될 수 있다.

그리고, 상기 수용공간에는 전원공급원과 전선 연결되어 교류 전압을 공급하는 통전전선부가 배치될 수 있다. 또한, 상기 수용공간에는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 상기 정류부가 배치될 수 있다. 이때, 상기 정류부가 상기 클램핑지그부(20)와 전선 연결되어 상기 클램핑지그부(20)에 직류 전압이 공급될 수 있다.

한편, 상기 본체부(10)는 동일평면상에서 종방향 및 횡방향 각 길이가 상기 블랭크(1)의 종방향 및 횡방향 각 길이를 초과하도록 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 본체부(10)가 직육면체 형상으로 구비되는 경우 동일평면상의 종방향을 길이방향으로, 횡방향을 폭방향으로 이해함이 바람직하다.

그리고, 상기 클램핑지그부(20)는 상기 본체부(10)의 길이방향 양단부에 복수개 배치될 수 있다. 여기서, 상기 클램핑지그부(20)는 상기 블랭크(1)의 단부가 안착되는 안착부와, 상기 안착부의 길이방향 외측단에 폭방향으로 배치되는 회동축부와, 상기 회동축부에 연결되어 선택적으로 회동되되 상기 안착부의 상면을 가압하는 가압통전부를 포함함이 바람직하다.

또한, 상기 클램핑지그부(20)는 상기 정류부와 연결됨이 바람직하며, 상기 블랭크(1)가 상기 클램핑지그부(20)에 가압시 선택적으로 통전 가열되도록 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 이형 통전 가열기(100)는 상기 가압통전부 및 상기 안착부 사이에 상기 블랭크(1)의 단부가 가압 고정되도록 상기 가압통전부의 가압력을 조절하는 공압식 또는 유압식 등의 제어수단을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 클램핑지그부(20)는 제1클램핑지그부(20A)와, 제2클램핑지그부(20B)를 포함함이 바람직하다. 여기서, 상기 제1클램핑지그부(20A)는 상기 본체부(10)의 길이방향 일단부에 폭방향을 따라 기설정된 간격을 두고 복수개 배치됨이 바람직하다. 또한, 상기 제2클램핑지그부(20B)는 상기 본체부(10)의 길이방향 타단부에 폭방향을 따라 기설정된 간격을 두고 복수개 배치됨이 바람직하다.

이때, 상기 본체부(10)의 상부에는 폭방향 양단부에 한쌍의 이송레일부가 길이방향을 따라 배치되어 상기 제1클램핑지그부(20A) 및 상기 제2클램핑지그부(20B) 중 적어도 어느 하나가 상기 이송레일부에 의해 선택적으로 길이방향 이동될 수 있다. 이에 따라, 상기 블랭크(1)의 길이방향 길이가 상이하게 구비되더라도 상기 제1클램핑지그부(20A) 및 상기 제2클램핑지그부(20B) 사이 간격이 상기 이송레일부에 의해 선택적으로 조절되므로 사용편의성이 개선될 수 있다.

그리고, 상기 제1클램핑지그부(20A) 및 상기 제2클램핑지그부(20B)는 상호간 동일한 개수로 구비되어 각각 상기 본체부(10)의 폭방향을 따라 복수개 배치되되, 상기 제1클램핑지그부(20A) 및 상기 제2클램핑지그부(20B)의 각 한쌍마다 상호간 대향되도록 동일한 간격으로 배치됨이 바람직하다.

한편, 상기 블랭크(1)의 가공대상영역(2)이 기설정된 예열온도범위 및 기설정된 통전 가열시간동안 국부적으로 예열되어 열간프레싱되도록 상기 이형 통전 가열기(100)의 복수개의 상기 클램핑지그부(20)에 의해 상기 블랭크(1)의 양단이 클램핑 고정되고 전압이 인가됨에 따라 상기 블랭크(1)가 통전 가열됨이 바람직하다. 여기서, 상기 블랭크(1)의 비가공대상영역(3)이 냉간프레싱되도록 상기 블랭크(1)의 가공대상영역(2) 및 비가공대상영역(3)이 상호간 구획될 수 있다.

상세히, 상기 제1클램핑지그부(20A) 및 상기 제2클램핑지그부(20B)의 각각의 지그는 상기 통전제어부(30)에 의해 선택적으로 개별 통전 가열될 수 있다. 예컨대, 상기 통전제어부(30)에 의해 상기 제1클램핑지그부(20A) 중 적어도 어느 하나에 양전압이 인가되고, 상기 제2클램핑지그부(20B) 중 적어도 어느 하나에 음전압이 인가될 수 있다. 즉, 상기 블랭크(1)의 가공대상영역(2)에 대응되어 상기 제1클램핑지그부(20A) 중 적어도 어느 하나 및 상기 제2클램핑지그부(20B) 중 적어도 어느 하나에 전압이 인가됨이 바람직하다.

이에 따라, 상기 제1클램핑지그부(20A) 및 상기 제2클램핑지그부(20B) 중 전압이 인가된 각 지그 사이에 배치되는 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 통전 가열되며, 상기 블랭크(1)의 냉간가공대상영역 및 비가공대상영역(3)이 가열되지 않은 상태로 유지될 수 있다.

또한, 상기 통전제어부(30)는 상기 클램핑지그부(20)가 상기 블랭크(1)를 개별 통전 가열시 기설정된 통전시간동안 상기 클램핑지그부(20)에 전압을 인가하고, 기설정된 휴식시간동안 전압 인가를 중단하는 과정을 기설정된 횟수만큼 반복하도록 제어할 수 있다.

예컨대, 상기 블랭크(1)가 마그네슘으로 구비되는 경우, 상기 통전제어부(30)가 상기 클램핑지그부(20)에 380~440V 및 2.5~3.5kA로 제1시간동안 전압을 인가한 직후 제2시간동안 전압 인가를 중지하는 과정을 300~400회 반복 수행할 수 있다. 그리고, 상기 블랭크(1)가 마그네슘으로 구비되는 경우, 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 상기 이형 통전 가열기(100)에 의해 235~255℃로 상기 제1시간 및 상기 제2시간을 포함하는 전체 가열시간이 4~6분간 통전 가열될 수 있다.

여기서, 상기 블랭크(1)가 상기 클램핑지그부(20)의 통전 가열에 의해 가열됨에 따라 20~30초에 850~950℃까지 도달되도록 제어될 수 있다. 이때, 상기 이형 통전 가열기(100)에 별도로 구비되는 텐션 펼침장치에 의해 상기 블랭크(1)가 펼침되어 상기 블랭크(1)의 급속 가열에 따른 온도 상승으로 인한 늘어남이 방지될 수 있다.

이에 따라, 상기 이형 통전 가열기(100)에 의해 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 국부적으로 통전 가열됨에 따라 예열될 수 있다. 더욱이, 상기 블랭크(1)의 전체 단면이 균일하게 예열되던 종래와 달리, 상기 이형 통전 가열기(100)의 상기 클램핑지그부(20)가 선택적으로 개별제어되어 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 국부적으로 통전 가열되어 예열된 후 핫 프레스 포밍 과정이 수행되므로 제조정밀성이 현저히 개선될 수 있다.

한편, 상기 블랭크(1)를 성형하기 위해 구비되는 상기 핫 프레스 포밍장치(200)의 펀치(110), 홀더(120), 및 다이(130)에 종방향, 횡방향, 및 높이방향으로 각각 삽입 배치된 복수개의 히팅카트리지(140) 중 적어도 어느 하나가 제어부에 의해 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역에 대응되어 선택적으로 개별 가열됨이 바람직하다(s20).

물론, 경우에 따라 상기 히팅카트리지(140)는 상기 핫 프레스 포밍장치(200)의 펀치(110) 및 다이(130)의 열간가공대상영역에 대응되는 일부 영역에 부분적으로 종방향, 횡방향, 및 높이방향을 따라 각각 삽입 배치될 수 있다. 즉, 상기 히팅카트리지(140)는 냉간가공대상영역에 대응되는 영역에는 배치되지 않으며, 열간가공대상영역에 대응되는 영역에 부분 배치됨으로 이해함이 바람직하다.

여기서, 상기 이형 통전 가열기(100)에 의해 예열된 상기 블랭크(1)가 이송수단에 의해 상기 핫 프레스 포밍장치(200)로 이송되기 전에 상기 핫 프레스 포밍장치(200)가 예열된 상태로 준비됨으로 이해함이 바람직하다.

이때, 종래의 핫 프레스 포밍 방식은 예열된 블랭크가 핫 프레스 포밍을 위한 금형 내에 삽입된 이후 가열되는 방식으로 성형된 블랭크에 주름 및 크랙이 발생되는 문제점이 있었다. 따라서, 예열된 상기 블랭크(1)가 상기 핫 프레스 포밍장치(200)로 이송되기 전에 상기 핫 프레스 포밍장치(200)가 예열된 상태로 준비된 후에 상기 블랭크(1)가 가압 성형될 수 있다.

이에 따라, 1차 예열된 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 예열 상태로 준비된 상기 핫 프레스 포밍장치(200)에 정렬되어 2차 가열된 상태로 가압 성형되므로 최종 제조된 제품의 주름 및 크랙 발생이 현저히 저감됨에 따라 생산시 불량률이 감소되어 제품의 품질이 현저히 개선될 수 있다.

그리고, 상기 이형 통전 가열기(100)에 의해 예열된 상기 블랭크(1)를 이송하기위해 상기 이송수단이 구비됨이 바람직하다. 여기서, 상기 이송수단은 상기 블랭크(1)를 취부하여 상기 핫프레스 포밍장치(200)로 이송시키도록 로봇암 등의 장치로 구비될 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 상기 핫 프레스 포밍장치(200)는 펀치(110), 홀더(120), 다이(130), 히팅카트리지(140), 및 상기 제어부를 포함함이 바람직하다. 이때, 상기 핫 프레스 포밍장치(200)는 상기 펀치(110) 및 상기 다이(130) 사이에 상기 이송수단에 의해 배치되는 상기 블랭크(1)를 프레싱하도록 구비되는 금형장치로 이해함이 바람직하다.

상세히, 상기 펀치(110)에는 하면에 상기 블랭크(1)의 상면이 접촉되도록 프레스 가공을 위한 기설정된 형상으로 구배지게 형성되는 가압접촉부가 형성되고, 종방향, 횡방향, 및 높이방향으로 복수개의 제1카트리지삽입홀이 관통 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 홀더(120)는 상기 펀치(110)와 동일평면상에 연결되어 구비되되, 종방향, 횡방향, 및 높이방향으로 복수개의 제2카트리지삽입홀이 관통 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 다이(130)는 상기 펀치(110)의 하부에 배치되되 상기 펀치(110)와 이격 배치되며, 상면에 상기 블랭크(1)의 하면이 접촉되도록 상기 가압접촉부의 형상에 대응되어 구배지게 피접촉부가 형성되고, 종방향, 횡방향, 및 높이방향으로 복수개의 제3카트리지삽입홀이 관통 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 펀치(110)와 상기 홀더(120)의 각 하면 및 상기 다이(130)의 상면 사이에 가공대상영역(2)이 포함된 상기 블랭크(1)가 배치됨이 바람직하다. 이때, 상기 다이(130)의 종방향 및 횡방향 각 길이가 상기 블랭크(1)의 종방향 및 횡방향 각 길이보다 크게 구비될 수 있으며, 상기 펀치(110)와 상기 홀더(120) 전체의 종방향 및 횡방향 길이가 상기 다이(130)의 종방향 및 횡방향 각 길이에 대응되어 구비될 수 있다.

그리고, 각 상기 제1카트리지삽입홀, 각 상기 제2카트리지삽입홀, 및 각 상기 제3카트리지삽입홀은 상기 히팅카트리지(140)의 형상에 대응되어 원통 형상으로 상기 펀치(110), 상기 홀더(120), 및 상기 다이(130)에 각각 관통 형성됨이 바람직하다.

또한, 각 상기 제1카트리지삽입홀, 각 상기 제2카트리지삽입홀, 및 각 상기 제3카트리지삽입홀은 상기 펀치(110), 상기 홀더(120), 및 상기 다이(130)에 각각 종방향, 횡방향, 및 높이방향으로 복수개소 관통 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 히팅카트리지(140)는 복수개로 구비되되, 상기 펀치(110), 상기 홀더(120), 및 상기 다이(130)의 내부에 각각 삽입되어 배치됨이 바람직하다. 여기서, 각 상기 히팅카트리지(140)는 상기 제1카트리지삽입홀, 상기 제2카트리지삽입홀, 및 상기 제3카트리지삽입홀에 각각 삽입되어 선택적으로 가열됨이 바람직하다.

이때, 상기 히팅카트리지(140)는, 상기 다이(110)에 형성된 상기 제1카트리지삽입홀에 삽입 배치되는 복수개의 제1히팅카트리지(140A)와, 상기 홀더(120)에 형성된 상기 제2카트리지삽입홀에 삽입 배치되는 복수개의 제2히팅카트리지(140B)와, 상기 다이(130)에 형성된 상기 제3카트리지삽입홀에 삽입 배치되는 복수개의 제3히팅카트리지(140C)를 포함함이 바람직하다.

여기서, 도 4를 참조하면, 각 상기 히팅카트리지(140)는 열전도성이 높은 금속 등의 재질로 구비되어 일면이 개구된 열전도케이스(141)와, 상기 열전도케이스(141)의 개구된 일면에 삽입되어 상기 제어부에 의해 선택적으로 통전되는 통전전극부(142)를 포함함이 바람직하다.

이때, 상기 열전도케이스(141)가 각 상기 카트리지삽입홀에 삽입됨으로 이해함이 바람직하다. 또한, 상기 통전전극부(142) 및 전원공급원 사이를 연결되는 전선이 상기 핫 프레스 포밍장치(200)의 외측에서 배선 정리되도록 배치되되, 각 전선들이 상기 핫 프레스 포밍장치(200)의 종방향 및 횡방향의 각 양측에 대응되는 4부분으로 구분되어 배선 정리될 수 있다.

그리고, 각 상기 히팅카트리지(140)는 상기 펀치(110), 상기 홀더(120), 및 상기 다이(130)에 형성된 각 상기 카트리지삽입홀에 각각 횡방향, 종방향, 및 높이방향으로 복수개 삽입 배치됨이 바람직하다.

예컨대, 도 5를 참조하면, 상기 히팅카트리지(140)가 종방향을 따라 3개소 배치되되 횡방향으로 상호간 기설정된 간격을 두고 배치될 수 있다. 또한, 상기 히팅카트리지(140)가 횡방향을 따라 5개소 배치되되 종방향으로 기설정된 간격을 두고 배치될 수 있다. 더욱이, 상기 히팅카트리지(140)가 높이방향으로 9개소 배치되되 상기 블랭크(1)의 외곽 테두리를 따라 상호간 기설정된 간격을 두고 배치될 수 있다.

여기서, 도 5에 도시된 도면은 상기 블랭크(1)의 가공대상영역(2)을 선택적으로 가열하기 위한 상기 히팅카트리지(140)의 배치 위치를 예로써 나타내기 위해 도시된 도면으로 이해함이 바람직하며, 실제 배치되는 히팅카트리지(140)는 상기 펀치(110), 상기 홀더(120), 및 상기 다이(130)에 각각 복수개 배치됨으로 이해함이 바람직하다. 또한, 종방향, 횡방향, 및 높이방향으로 각각 배치되는 각 히팅카트리지(140) 간의 중첩이 방지되도록 상호간 단차를 두고 배치됨으로 이해함이 바람직하다.

또한, 경우에 따라 상기 히팅카트리지(140)는 상기 핫 프레스 포밍장치(200)의 펀치(110) 및 다이(130)의 열간가공대상영역에 대응되는 일부 영역에만 부분적으로 종방향, 횡방향, 및 높이방향을 따라 각각 삽입 배치될 수 있다. 즉, 상기 히팅카트리지(140)는 냉간가공대상영역에 대응되는 영역에는 배치되지 않으며, 열간가공대상영역에 대응되는 영역에 부분 배치됨으로 이해함이 바람직하다.

그리고, 각 상기 히팅카트리지(140)는 상기 블랭크(1)의 가공대상영역(2)에 인접한 상기 펀치(110), 상기 홀더(120), 및 상기 다이(130)의 각 가압면측으로 편향 배치됨이 바람직하다.

예컨대, 상기 펀치(110)에 종방향 및 횡방향으로 각각 배치된 상기 제1히팅카트리지(140A)는 상기 블랭크(1)의 가공대상영역(2)에 인접하게 배치되도록 상기 펀치(110)의 하부, 즉 상기 가압접촉부측으로 편향 배치될 수 있다. 또한, 상기 다이(130)에 종방향 및 횡방향으로 각각 배치된 상기 제3히팅카트리지(140C)는 상기 블랭크(1)의 가공대상영역(2)에 인접하게 배치되도록 상기 다이(130)의 상부, 즉 상기 피접촉부측으로 편향 배치될 수 있다.

이에 따라, 상기 핫 프레스 포밍장치(200)를 가열하기 위해 구비되는 각 상기 히팅카트리지(140)가 펀칭시 상기 블랭크(1)의 가공대상영역(2)에 인접하게 편향 배치되므로 열전달 효율 및 전력 효율이 개선되어 경제성이 개선될 수 있다.

그리고, 상기 히팅카트리지(140) 간의 배치간격, 즉 각 상기 카트리지삽입홀 간의 각 간격은 특정 부분이 조밀하게 배치되어 집중 가열되도록 상호간 상이하게 형성될 수도 있으며, 경우에 따라 상호간 동일한 간격으로 형성될 수도 있다. 더욱이, 상기 다이(130)의 내부에 배치된 각 상기 제3히팅카트리지(140C) 간의 간격과, 상기 펀치(110) 및 상기 홀더(120)의 각 내부에 배치된 각 상기 제1히팅카트리지(140A) 및 각 상기 제2히팅카트리지(140B) 간의 각 간격은 상호간 상이한 간격으로 형성될 수도 있으며, 동일한 간격으로 형성될 수도 있다.

한편, 상기 제어부는 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 집중 가열되도록 상기 펀치(110), 상기 홀더(120), 및 상기 다이(130)에 각각 배치된 각 상기 히팅카트리지(140) 중 적어도 어느 하나를 가열 제어함이 바람직하다. 이때, 상기 제어부는 상기 핫 프레스 포밍장치(200)를 제어하기 위해 구비되며, 상술된 상기 이형 통전 가열기(100)의 통전제어부(30)와는 별도로 구비됨으로 이해함이 바람직하다.

여기서, 상기 제어부는 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 국부 가열되도록 상기 펀치(110), 상기 홀더(120), 및 상기 다이(130)에 각각 배치된 각 상기 히팅카트리지(140) 중 적어도 어느 하나를 개별적으로 가열 제어함이 바람직하다.

이때, 상기 블랭크(1)의 냉간가공대상영역에 배치된 상기 펀치(110), 상기 홀더(120), 및 상기 다이(130)에 각각 배치된 각 상기 히팅카트리지(140)의 가열량은 위치별로 상이하게 가열량이 조절되도록 상기 제어부에 의해 제어됨이 바람직하다. 즉, 상기 블랭크(1)의 냉간가공대상영역에 배치된 각 상기 히팅카트리지(140)의 가열량은 일측에서 타측으로 갈수록 순차적으로 변화되도록 제어될 수도 있고, 일측에서 타측으로 갈수록 계단식으로 변화되도록 제어될 수도 있다.

여기서, 상기 블랭크(1)가 냉간프레싱되어 형성된 제품의 가공돌출부는 열간프레싱되는 경우보다 상대적으로 부드러운 곡면의 형태로 형성된다. 반면, 상기 블랭크(1)가 열간프레싱되어 형성된 제품의 가공돌출부는 열간 가공의 특성상 날카롭게 절곡된 형상으로 가공 형성된다.

이에 따라, 상기 블랭크(1)의 냉간가공대상영역이 부드러운 곡면 형태로 가공되고, 열간가공대상영역이 날카롭게 절곡된 형태로 가공되어 제조하고자 하는 제품의 정밀한 형상설계가 가능하므로 제조정밀성이 개선되며, 가열이 요구되는 열간가공대상영역에만 집중 가열되므로 에너지 효율이 극대화되어 경제성이 개선될 수 있다.

그리고, 상기 제어부는 각 상기 히팅카트리지(140)가 개별적으로 가열되도록 제어하되, 열간가공대상영역에 대응되는 상기 펀치(110)에 배치된 복수개의 상기 제1히팅카트리지(140A) 중 적어도 어느 하나를 기설정된 제1온도범위로 가열함이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 열간가공대상영역에 대응되는 상기 펀치(110)와 동일평면상에 연결되어 구비된 상기 홀더(120)에 배치된 복수개의 상기 제2히팅카트리지(140B) 중 적어도 어느 하나를 상기 제1온도범위보다 높게 설정된 제2온도범위로 가열함이 바람직하다.

그리고, 상기 제어부는 열간가공대상영역에 대응되는 상기 다이(130)에 배치된 복수개의 상기 제3히팅카트리지(140C) 중 적어도 어느 하나를 상기 제2온도범위보다 높게 설정된 기설정된 제3온도범위로 가열함이 바람직하다.

더욱이, 상기 통전제어부(30)는 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 상기 이형 통전 가열기(100)에 의해 상기 제3온도범위보다 높게 설정된 기설정된 예열온도범위로 가열됨이 바람직하다.

예컨대, 상기 블랭크(1)가 마그네슘으로 구비되는 경우, 상기 펀치(110)에 배치되되 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역에 대응되는 위치에 배치된 각 상기 제1히팅카트리지(140A) 중 적어도 어느 하나가 140~160℃로 통전 가열될 수 있다.

또한, 상기 홀더(120)에 배치되되 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역에 대응되는 위치에 배치된 각 상기 제2히팅카트리지(140B) 중 적어도 어느 하나가 160~180℃로 통전 가열될 수 있다.

그리고, 상기 다이(130)에 배치되되 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역에 대응되는 위치에 배치된 각 상기 제3히팅카트리지(140C) 중 적어도 어느 하나가 180~200℃로 통전 가열될 수 있다.

더욱이, 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 상기 이형 통전 가열기(100)의 각 상기 클램핑지그(20)에 의해 230~250℃로 통전 가열될 수 있다.

이어서, 상기 블랭크(1)가 상기 이송수단에 의해 이송되어 상기 펀치(110) 및 상기 다이(130) 사이에 상기 블랭크(1)의 가공대상영역(2)이 정렬되어 가압됨에 따라 성형됨이 바람직하다(s30).

여기서, 상기 핫 프레스 포밍장치(200)에 의해 프레싱되어 성형 가공된 상기 블랭크(1)가 급속 냉각될 수 있다. 이때, 마그네슘 등의 비철금속의 경우에는 방열성이 높으므로 별도의 냉각수단이 요구되지 않는 경우도 있으나, 경우에 따라 상기 펀치, 상기 홀더, 및 상기 다이에 프레싱 가공된 상기 블랭크(1)를 급속 냉각하기 위한 냉매가 유동되도록 복수개의 냉각쿨링부가 각각 형성될 수도 있다. 또한, 성형 가공이 완료된 상기 블랭크(1)가 트리밍 되는 단계가 더 포함될 수도 있다.

이에 따라, 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역에 대응되는 위치에 배치된 복수개의 상기 히팅카트리지(140)가 선택적으로 개별 가열되어 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 열간프레싱됨과 동시에 냉간가공대상영역이 냉간프레싱되어 정밀한 성형 가공이 가능하므로 최종 제조되는 제품의 품질이 현저히 개선될 수 있다.

그리고, 상기 이형 통전 가열기(100)를 통해 1차 예열된 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 예열 상태로 준비된 상기 핫 프레스 포밍장치(200)에 정렬되어 2차 가열된 상태로 가압 성형되므로 최종 제조된 제품의 주름 및 크랙 발생이 현저히 저감될 수 있다.

더욱이, 상기 이형 통전 가열기(100)를 통해 1차 예열된 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 상기 이송수단을 통해 이송되는 과정에서 공랭으로 인해 열 손실이 발생되더라도 가열된 상태의 상기 핫 프레스 포밍장치(200)에 의해 상기 블랭크(1)의 열간가공대상영역이 2차 가열되며 프레싱 가공되므로 최종 제조되는 제품의 품질이 현저히 개선될 수 있다. 또한, 상기 핫 프레스 포밍장치(200)가 가열된 상태로 준비되어 상기 블랭크(1)의 성형 가공이 신속하게 수행 가능하므로 공정시간이 단축되어 생산성이 개선될 수 있다.

이때, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.

1: 블랭크 2: 가공대상영역
3: 비가공대상영역 10: 본체부
20: 클램핑지그부 30: 통전제어부
100: 이형 통전 가열기 110: 펀치
120: 홀더 130: 다이
140: 히팅카트리지 200: 핫 프레스 포밍장치

Claims (5)

1. 이형 통전 가열기에 의해 금속 소재로 구비된 블랭크의 가공대상영역이 국부적으로 통전 가열됨에 따라 예열되는 제1단계;
   상기 블랭크를 성형하기 위해 구비되는 핫 프레스 포밍장치의 펀치 및 다이에 종방향, 횡방향, 및 높이방향으로 각각 삽입 배치된 복수개의 히팅카트리지 중 열간가공대상영역에 대응되는 히팅카트리지가 가열되도록 제어부에 의해 선택적으로 개별 가열되는 제2단계; 및
   상기 블랭크가 이송수단에 의해 이송되어 상기 펀치 및 상기 다이 사이에 상기 블랭크의 가공대상영역이 정렬되어 가압됨에 따라 성형되는 제3단계를 포함하는 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1단계에서,
   상기 블랭크의 열간가공대상영역이 열간프레싱되도록 복수개의 클램핑지그부 중 적어도 어느 한쌍에 의해 상기 블랭크의 양단이 클램핑 고정되고 전압이 인가됨에 따라 상기 블랭크가 통전 가열되되,
   상기 블랭크의 국부 통전 가열되는 열간가공대상영역과 냉간프레싱되는 냉간가공대상영역과 비가공대상영역이 상호간 구획됨을 특징으로 하는 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2단계에서, 상기 제어부는,
   상기 블랭크의 열간가공대상영역이 국부 가열되도록 상기 펀치 및 상기 다이에 각각 배치된 각 상기 히팅카트리지 중 적어도 어느 하나를 개별적으로 가열 제어하되,
   상기 블랭크의 냉간가공대상영역에 배치된 상기 펀치 및 상기 다이에 각각 배치된 각 상기 히팅카트리지의 가열량은 가열량이 조절되도록 제어함을 특징으로 하는 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제2단계에서, 상기 펀치에 배치된 복수개의 상기 히팅카트리지 중 적어도 어느 하나를 기설정된 제1온도범위로 가열하며,
   상기 펀치와 동일평면상에 연결되어 구비된 홀더에 배치된 복수개의 상기 히팅카트리지 중 적어도 어느 하나를 상기 제1온도범위보다 높게 설정된 제2온도범위로 가열하고,
   상기 다이에 배치된 복수개의 상기 히팅카트리지 중 적어도 어느 하나를 상기 제2온도범위보다 높게 설정된 기설정된 제3온도범위로 가열하되,
   상기 제1단계에서, 상기 블랭크의 열간가공대상영역이 상기 이형 통전 가열기에 의해 상기 제3온도범위보다 높게 설정된 기설정된 예열온도범위로 가열됨을 특징으로 하는 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2단계에서, 각 상기 히팅카트리지는 상기 펀치 및 상기 다이의 내부에 각각 복수개소 삽입 배치되되, 상기 블랭크의 가공대상영역에 인접한 상기 펀치 및 상기 다이의 각 가압면측으로 편향 배치되며,
   각 상기 히팅카트리지는 열전도성이 높은 재질로 구비되어 일면이 개구된 열전도케이스와, 상기 열전도케이스의 개구된 일면에 삽입되어 상기 제어부에 의해 선택적으로 통전되는 통전전극부를 포함함을 특징으로 하는 이형 통전 가열기를 이용한 핫 프레스 포밍 방법.

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