KR20200127319A - 하이드로 포밍 장치 및 이를 이용한 부품 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

하이드로 포밍 장치가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치는, ⅰ)상면에 적어도 하나의 제1 성형홈을 형성하고, 제1 성형홈과 연결되는 제1 파이프 지지홈을 상면 양측에 형성하며, 설정된 온도로 가열된 제1 판재의 가장자리 부분을 지지하는 제1 판재 지지단을 상면 가장자리 부분에 형성하고 있는 하형과, ⅱ)하면에 제1 성형홈과 대응하는 적어도 하나의 제2 성형홈을 형성하며, 제2 성형홈과 연결되는 제2 파이프 지지홈을 제1 파이프 지지홈에 대응하는 하면 양측에 형성하고, 설정된 온도로 가열된 제2 판재의 가장자리 부분을 지지하는 제2 판재 지지단을 하면 가장자리 부분에 형성하며, 하형에 대해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 상형과, ⅲ)하형의 상면 상에 지지된 제1 및 제2 판재의 양측 사이에서 제1 및 제2 파이프 지지홈에 대응하는 위치에 개재되는 액압 공급 파이프를 포함할 수 있다.

Description

하이드로 포밍 장치 및 이를 이용한 부품 제조 방법 {HYDROFORMING DEVICE AND PART MANUFATURING METHOD USING THE SAME}
본 발명의 실시 예는 하이드로 포밍 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액압으로서 차체 부품을 성형하는 하이드로 포밍 장치 및 이를 이용한 부품 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하이드로 포밍(HYDROFORMING)은 상온(10℃~30℃)에서 액압(hydraulic pressure)을 이용하여 튜브재(관재)를 확관 성형하는 기계 판금의 특수 가공법 중의 하나로써, 자동차 산업 등에서 크고 작은 단품 패널의 조합으로 이루어지는 프레스 생산품의 경량화 및 성형 원가의 절감에 효과가 크다.
이와 같은 하이드로 포밍 성형 법은 먼저 하이드로 포밍 장치의 하형 상에 튜브재를 로딩하고, 상형과 하형이 합형된 상태에서, 튜브재 내부로 액압을 공급하여 내부에서 상형과 하형에 각각 형성된 성형면을 따라 튜브재를 확관 성형시킴으로써, 액압 성형을 이루게 된다.
상기한 하이드로 포밍 장치는 단순히 튜브재를 액압에 의해 정해진 형상으로 확관 성형하기 위한 것으로, 상온에서 액압을 이용하여 튜브재를 성형하기 때문에, 튜브재의 연신율이 성형성에 주요인자가 된다.
그런데, 종래 기술에서는 차체 경량화와 충돌 안정성 확보를 위해 초고장력강의 튜브재가 이용되는 바, 강도가 증가함에 따라 연신율이 저하되기 때문에, 튜브재의 성형에 한계를 가지고 있다. 이러한 이유로 튜브재의 플랜지 성형이 어렵게 되며, 플랜지리스 구조의 부품만 성형이 가능하다.
이러한 플랜지리스 구조의 부품은 상대 부품과 스폿 용접이 불가하기 때문에, 레이저 용접 적용이 필요로 하고, 이는 차체 부품의 원가 상승 요인으로 작용하게 된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 판재의 핫 스탬핑 성형과, 하이드로 포밍 성형이 동시에 이루어지며, 플랜지를 갖는 차체 부품을 제조할 수 있도록 한 하이드로 포밍 장치 및 이를 이용한 부품 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 초고장력 강으로 이루어진 두 개의 판재 부품들을 설정된 형상으로 동시에 성형하며, 판재 부품들의 플랜지를 스폿 용접으로 접합할 수 있도록 한 하이드로 포밍 장치 및 이를 이용한 부품 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치는, ⅰ)상면에 적어도 하나의 제1 성형홈을 형성하고, 상기 제1 성형홈과 연결되는 제1 파이프 지지홈을 상면 양측에 형성하며, 설정된 온도로 가열된 제1 판재의 가장자리 부분을 지지하는 제1 판재 지지단을 상면 가장자리 부분에 형성하고 있는 하형과, ⅱ)하면에 상기 제1 성형홈과 대응하는 적어도 하나의 제2 성형홈을 형성하며, 상기 제2 성형홈과 연결되는 제2 파이프 지지홈을 상기 제1 파이프 지지홈에 대응하는 하면 양측에 형성하고, 설정된 온도로 가열된 제2 판재의 가장자리 부분을 지지하는 제2 판재 지지단을 하면 가장자리 부분에 형성하며, 상기 하형에 대해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 상형과, ⅲ)상기 하형의 상면 상에 지지된 상기 제1 및 제2 판재의 양측 사이에서 상기 제1 및 제2 파이프 지지홈에 대응하는 위치에 개재되는 액압 공급 파이프를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치에 있어서, 상기 제1 판재 지지단은 상기 제1 판재의 가장자리 부분에 제1 플랜지부를 성형할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치에 있어서, 상기 제2 판재 지지단은 상기 제2 판재의 가장자리 부분에 제2 플랜지부를 성형할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치에 있어서, 상기 액압 공급 파이프는 상기 하형에 대한 상형의 합형 시, 상기 제1 및 제2 파이프 지지홈에 결합되며 상기 제1 및 제2 판재의 양측에 파이프 지지부를 성형할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치에 있어서, 상기 하형과 상형이 합형된 상태에서, 상기 액압 공급 파이프에는 설정된 온도로 가열된 액압이 공급될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치에 있어서, 상기 액압은 상기 액압 공급 파이프를 통해 상기 제1 및 제2 판재 사이로 유입되며, 상기 제1 및 제2 판재에 상기 제1 및 제2 성형홈에 대응하는 형상의 성형부를 성형할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치에 있어서, 상기 액압 공급파이에는 냉각수가 공급될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치에 있어서, 상기 냉각수는 상기 액압 공급 파이프를 통해 상기 제1 및 제2 판재 사이의 상기 성형부로 유입될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법은, 차체 부품을 상술한 바와 같은 하이드로 포밍 장치를 이용하여 제조하는 것으로서, (a) 제1 성형홈, 제1 파이프 지지홈 및 제1 판재 지지단을 형성하고 있는 하형의 상면에 설정된 온도로 가열된 제1 판재를 로딩하는 과정과, (b) 상기 제1 파이프 지지홈에 대응하는 위치에서 상기 제1 판재의 상면 양측에 액압 공급 파이프를 셋팅하는 과정과, (c) 상기 액압 공급 파이프를 사이에 두고 상기 제1 판재의 상면 측에 설정된 온도로 가열된 제2 판재를 로딩하는 과정과, (d) 하면에 제2 성형홈, 제2 파이프 지지홈 및 제2 판재 지지단을 형성하고 있는 상형을 하강시키며, 상기 하형과 합형시키는 과정과, (e) 설정된 온도로 가열된 액압을 상기 액압 공급 파이프를 통해 상기 제1 및 제2 판재 사이로 유입하며, 상기 액압을 통하여 상기 제1 및 제2 성형홈에 대응하는 형상으로 상기 제1 및 제2 판재를 액압 성형하는 과정과, (f) 상기 상형과 하형을 이형시키며, 상기 액압 공급 파이프를 드롭시킨 상태에서, 상기 제1 및 제2 판재의 가장자리 부분을 서로 맞대어 용접하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법에 있어서, 상기 (c) 과정에서 상기 액압 공급 파이프는 상기 제1 및 제2 파이프 지지홈에 대응하는 위치에서 상기 제1 및 제2 판재의 양측 사이에 개재될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법에 있어서, 상기 (c) 과정에서 상기 제1 및 제2 판재의 가장자리 부분은 상기 하형 및 상형의 가장자리 단 외측으로 돌출될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법에 있어서, 상기 (d) 과정에서 상기 하형 및 상형의 상기 제1 및 제2 판재 지지단은 상기 제1 및 제2 판재의 가장자리 부분을 압착하며, 상기 각 가장자리 부분에 제1 및 제2 플랜지부를 성형할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법에 있어서, 상기 (d) 과정에서는 상기 제1 및 제2 파이프 지지홈에 결합되는 상기 액압 공급 파이프에 의해 상기 제1 및 제2 판재의 양측에 파이프 지지부를 성형할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법에 있어서, 상기 (e) 과정에서는 물, 공기, 가스를 포함하는 고온의 액압을 상기 액압 공급 파이프로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법에 있어서, 상기 (e) 과정에서는 상기 액압을 통해 상기 제1 및 제2 성형홈에 대응하는 형상의 성형부를 상기 제1 및 제2 판재에 액압 성형할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법에 있어서, 상기 (f) 과정 이전에는 상기 액압 공급 파이프를 통하여 상기 제1 및 제2 판재 사이의 상기 성형부로 냉각수를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법에 있어서, 상기 (f) 과정에서는 상기 제1 및 제2 플랜지부를 서로 맞대어 스폿 용접할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법에 있어서, 상기 (f) 과정 이후에는 서로 용접된 상기 제1 및 제2 플랜지부를 트리밍 가공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법에 있어서, 상기 하이드로 포밍 장치는 상기 제1 및 제2 판재의 핫 스탬핑 성형 및 하이드로 포밍이 동시에 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예는 핫 스탬핑 성형에 의해 초고장력을 지니며 액압 성형에 의해 플랜지부와 성형부를 갖는 두 개의 판재 부품을 하나의 금형 설비로 동시에 성형할 수 있고, 판재 부품의 플랜지부를 서로 접합한 차체 부품을 조립할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 플랜지부를 통한 상대 부품과의 스폿 용접이 가능하기 때문에, 종래 기술에서와 같은 레이저 용접 적용으로 인한 차체 부품의 조립 원가 상승을 방지할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치 및 이를 이용한 부품 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", ""...수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 1a 및 도 1b와 함께 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치(100)는 대략 1500MPa급 초고장력강의 차체 부품을 성형 및 조립하는 차체 부품 조립 공정에 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 차체 조립 부품 조립 공정에서는 차체의 경량화와 충돌 성능을 향상시키기 위한 부품으로서, 설정된 형상으로 성형된 성형 부품을 서로 맞대어 스폿 용접한 고강도의 차체 부품((폐 공간을 갖는 차체 부품)을 조립할 수 있다.
한편, 본 발명의 보호범위는 상기한 바와 같은 차체 부품을 제조하는 것에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 채용되는 고강도의 스틸 부품을 성형 및 조립하는 것이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치(100)는 판재의 핫 스탬핑 성형과, 하이드로 포밍 성형(당 업계에서는 액압 성형(hydraulic pressure)이라고도 한다)이 동시에 이루어지며, 플랜지를 갖는 차체 부품을 제조할 수 있는 구조로 이루어진다.
또한, 본 발명의 실시 예는 초고장력 강으로 이루어진 두 개의 판재 부품들을 설정된 형상으로 동시에 성형하며, 판재 부품들의 플랜지를 스폿 용접으로 접합할 수 있는 하이드로 포밍 장치(100) 및 이를 이용한 부품 제조 방법을 제공한다.
이를 위한 본 발명의 실시 예에 따른 상기 하이드로 포밍 장치(100)는 기본적으로, 하형(10), 상형(30), 및 액압 공급 파이프(50)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 하형(10)은 작업장의 바닥에 설치된다. 상기 하형(10)은 각종 브라켓, 지지블록, 플레이트, 하우징, 커버, 칼라, 로드 등과 같은 부속 요소들을 구비할 수 있다.
상기 하형(10)의 상면에는 설정된 온도로 가열된 제1 판재(1)(당 업계에서는 블랭크 라고도 한다)를 설정된 형상으로 핫 스탬핑 및 액압 성형할 수 있는 하형 스틸이 설치된다. 여기서, 상기 제1 판재(1)는 대략 600MPa급의 강판으로 이루어지며, 별도의 가열로에서 설정된 온도로 가열될 수 있다.
상기 하형 스틸은 제1 판재(1)에 설정된 형상의 성형부를 성형하기 위한 적어도 하나의 제1 성형홈(11)을 상면에 형성하고 있다. 예를 들면, 상기 제1 성형홈(11)은 하형 스틸의 상면 가장자리 내측에 형성되는 바, 가운데 부분과 그 가운데 부분의 양측으로 연결된 홈으로 형성되며, 그 양측의 홈이 가운데 부분의 홈보다 더 깊은 형상으로 구비된다.
상기 하형 스틸은 제1 성형홈(11)과 연결되는 제1 파이프 지지홈(13)을 상면 양측에 형성하고 있다. 상기 제1 파이프 지지홈(13)은 반원 형상의 홈으로 구비된다.
그리고, 상기 하형 스틸은 제1 판재(1)의 가장자리 부분을 지지하는 제1 판재 지지단(15)을 상면 가장자리 부분에 형성하고 있다. 상기 제1 판재 지지단(15)은 제1 판재(1)의 가장자리 부분에 플랜지부를 성형할 수 있다. 더 나아가, 상기 제1 판재 지지단(15)에는 제1 판재(1)와의 사이를 밀폐하는 밀폐 단(도면에 도시되지 않음)이 구비될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 상형(30)은 하형(10)의 상측에서 그 하형(10)에 대해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다. 상기 상형(30)은 작동 실린더로서의 구동원, 슬라이더 및 가이드 로드 등과 같은 공지 기술의 승강수단을 통하여 하형(10)에 대해 상하 방향으로 왕복 이동될 수 있다.
즉, 상기 상형(30)은 승강수단에 의해 하강되며 하형(10)과 합형될 수 있고, 승강수단에 의해 상승되며 그 하형(10)과 이형될 수 있다. 이러한 상형(30)은 각종 브라켓, 지지블록, 플레이트, 하우징, 커버, 칼라, 로드 등과 같은 부속 요소들을 구비할 수 있다.
상기 상형(30)의 하면에는 설정된 온도로 가열된 제2 판재(2)(당 업계에서는 블랭크 라고도 한다)를 설정된 형상으로 핫 스탬핑 및 액압 성형할 수 있는 상형 스틸이 설치된다. 여기서, 상기 제2 판재(2)는 대략 600MPa급의 강판으로 이루어지며, 별도의 가열로에서 설정된 온도로 가열될 수 있다.
상기 상형 스틸은 제2 판재(2)에 설정된 형상의 성형부를 성형하기 위한 적어도 하나의 제2 성형홈(31)을 하형(10)의 제1 성형홈(11)에 대응하여 하면에 형성하고 있다.
예를 들면, 상기 제2 성형홈(31)은 상형 스틸의 하면 가장자리 내측에 형성되는 바, 가운데 부분과 그 가운데 부분의 양측으로 연결된 홈으로 형성되며, 그 양측의 홈이 가운데 부분의 홈보다 더 깊은 형상으로 구비된다.
상기 상형 스틸은 제2 성형홈(31)과 연결되는 제2 파이프 지지홈(33)을 하형(10)의 제1 파이프 지지홈(13)에 대응하는 하면 양측에 형성하고 있다. 상기 제2 파이프 지지홈(33)은 반원 형상의 홈으로 구비된다.
그리고, 상기 상형 스틸은 제2 판재(2)의 가장자리 부분을 지지하는 제2 판재 지지단(35)을 하형(10)의 제1 판재 지지단(15)에 대응하는 하면 가장자리 부분에 형성하고 있다. 상기 제2 판재 지지단(35)은 제2 판재(2)의 가장자리 부분에 플랜지부를 성형할 수 있다. 더 나아가, 상기 제2 판재 지지단(35)에는 제2 판재(2)와의 사이를 밀폐하는 밀폐 단(도면에 도시되지 않음)이 구비될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 액압 공급 파이프(50)는 위에서 언급한 바 있는 액압 및/또는 냉각수를 서로 합형된 하형(10)과 상형(30) 사이에서 제1 및 제2 판재(1, 2) 사이로 공급하기 위한 것이다.
상기 액압 공급 파이프(50)는 하형(10)의 하형 스틸 상면에 지지된 제1 및 제2 판재(1, 2)의 양측 사이에서 제1 및 제2 파이프 지지홈(13, 33)에 대응하는 위치에 개재된다.
여기서, 상기 액압 공급 파이프(50)는 하형(10)에 대한 상형(30)의 합형 시, 제1 및 제2 파이프 지지홈(13, 33)에 결합되며, 제1 및 제2 판재(1, 2)의 양측에 제1 및 제2 파이프 지지홈(13, 33)에 대응하는 형상의 파이프 지지부를 성형할 수 있다.
더 나아가, 상기 하형(10)과 상형(30)이 합형된 상태에서, 상기 액압 공급 파이프(50)에는 설정된 온도로 가열된 액압이 공급될 수 있다. 이러한 액압은 액압 공급 파이프(50)를 통해 제1 및 제2 판재(1, 2) 사이에 설정된 압력으로 유입되며, 그 제1 및 제2 판재(1, 2)에 제1 및 제2 성형홈(11, 31)에 대응하는 형상의 성형부를 성형할 수 있다.
그리고, 상기 하형(10)과 상형(30)이 합형된 상태에서, 상기 액압 공급 파이프(50)에는 설정된 온도의 냉각수가 공급될 수 있다. 이러한 냉각수는 액압 공급 파이프(50)를 통해 제1 및 제2 판재(1, 2) 사이의 성형부로 유입되며, 이들 제1 및 제2 판재(1, 2)를 설정된 온도로 냉각할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치(100)의 작동 및 그 하이드로 포밍 장치(100)를 이용한 부품 제조 방법을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치 및 이를 이용한 부품 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 하형 스틸의 상면에 상술한 바와 같은 제1 성형홈(11), 제1 파이프 지지홈(13) 및 제1 판재 지지단(15)을 형성하고 있는 하형(10)을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 상형 스틸의 하면에 상술한 바와 같은 제2 성형홈(31), 제2 파이프 지지홈(33) 및 제2 판재 지지단(35)을 형성하고 있는 상형(30)을 제공한다. 이때, 상기 상형(30)은 승강수단에 의해 하형(10)에 대하여 상측 방향으로 상승된 상태에 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에서는 도 3b에 도시된 바와 같이, 가열로(도면에 도시되지 않음)에서 대략 600MPa급의 강판을 설정된 온도로 가열한 제1 및 제2 판재(1, 2)를 제공한다.
이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 3c에 도시된 바와 같이, 하형(10)의 하형 스틸 상면에 상기한 제1 판재(1)를 로딩한다.
다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 하형(10)의 제1 파이프 지지홈(13)에 대응하는 위치에서 제1 판재(1)의 상면 양측에 액압 공급 파이프(50)를 셋팅한다.
그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 액압 공급 파이프(50)를 사이에 두고 제1 판재(1)의 상면 측에 상기한 제2 판재(2)를 로딩한다.
이 과정에, 상기 액압 공급 파이프(50)는 하형(10) 및 상형(30)의 제1 및 제2 파이프 지지홈(13, 33)에 대응하는 위치에서 제1 및 제2 판재(1, 2)의 양측 사이에 개재된다. 또한, 상기 제1 및 제2 판재(1, 2)의 가장자리 부분은 하형(10) 및 상형(30)의 가장자리 단 외측으로 돌출된다.
이어서, 본 발명의 실시 예에서는 도 3f에 도시된 바와 같이, 승강수단을 통하여 상형(30)을 하형(10) 측으로 하강시키며, 그 하형(10)에 상형(30)을 합형한다.
상기한 과정에서 하형(10) 및 상형(30)의 제1 및 제2 판재 지지단(15, 35)은 제1 및 제2 판재(1, 2)의 가장자리 부분을 압착하며, 제1 및 제2 판재(1, 2)의 가장자리 부분에 제1 및 제2 플랜지부(F1, F2: 도 3h 참조)를 각각 성형한다.
그리고, 상기한 과정에서는 하형(10)과 상형(30)이 합형됨에 따라, 그 하형(10) 및 상형(30)의 제1 및 제2 파이프 지지홈(13, 33)에 액압 공급 파이프(50)가 결합된다.
이에, 본 발명의 실시 예에서는 상기 액압 공급 파이프(50)에 의해 제1 및 제2 판재(1, 2)의 양측에 제1 및 제2 파이프 지지홈(13, 33)의 형상에 대응하는 반원 형상의 파이프 지지부(S: 도 3h 참조)를 성형할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 도 3g에 도시된 바와 같이, 설정된 온도(고온)로 가열된 액압(물, 공기, 가스 등의 유체)을 도면에 도시되지 않은 액압 공급부를 통해 액압 공급 파이프(50)로 공급한다.
여기서, 상기 액압은 액압 공급 파이프(50)를 통하여 하형(10) 및 상형(30)에 의해 상호 밀폐된 제1 및 제2 판재(1, 2) 사이로 유입되는데, 본 발명의 실시 예에서는 상기 액압을 통하여 하형(10) 및 상형(30)의 제1 및 제2 성형홈(11, 31)에 대응하는 형상으로 제1 및 제2 판재(1, 2)를 액압 성형한다.
상기 과정에서는 상기 액압을 통하여 하형(10) 및 상형(30)의 제1 및 제2 성형홈(11, 31)에 대응하는 형상의 성형부(HF: 도 3h 참조)를 제1 및 제2 판재(1, 2)에 액압 성형할 수 있다.
한편, 상기와 같이 액압을 통하여 제1 및 제2 판재(1, 2)에 성형부(HF)를 액압 성형한 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 제1 및 제2 판재(1, 2) 사이의 액압을 제거한다.
그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 액압 공급 파이프(50)를 통하여 제1 및 제2 판재(1, 2) 사이의 성형부(HF)로 설정된 온도의 냉각수를 공급하며, 그 냉각수를 통해 제1 및 제2 판재(1, 2)를 냉각한다.
다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 상기에서와 같은 상형(30)을 승강수단을 통해 상승시켜 하형(10)과 상형(30)을 이형시키며, 제1 및 제2 판재(1, 2) 사이의 액압 공급 파이프(50)를 드롭시킨 상태에서, 도 3h에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 판재(1, 2)를 하형(10)으로부터 각각 취출한다.
여기서, 상기 제1 판재(1)는 제1 플랜지부(F1), 파이프 지지부(S) 및 성형부(HF)를 형성하고 있으며, 제2 판재(2)는 제2 플랜지부(F2), 파이프 지지부(S) 및 성형부(HF)를 형성하고 있다.
이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 3i에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 판재(1, 2)의 제1 및 제2 플랜지부(F1, F2)를 서로 맞대어 스폿 용접하고, 서로 용접된 제1 및 제2 플랜지부(F1, F2)를 트리밍 가공한다. 그러면, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제1 및 제2 판재(1, 2)가 제1 및 제2 플랜지부(F1, F2)를 통해 서로 접합된 차체 부품(P)을 제조할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 하이드로 포밍 장치(100) 및 이를 이용한 부품 제조 방법에 의하면, 가열된 제1 및 제2 판재(1, 2)를 액압을 통해 액압 성형함과 아울러 제1 및 제2 판재(1, 2)를 냉각수로 냉각함으로써 제1 및 제2 판재(1, 2)의 핫 스탬핑 성형을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 핫 스탬핑 성형에 의해 초고장력을 지니며 액압 성형에 의해 플랜지부(F1, F2)와 성형부(HF)를 갖는 두 개의 판재 부품을 하나의 금형 설비로 동시에 성형할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 서로 맞대어진 판재 부품의 플랜지부(F1, F2)를 접합하여 차체 부품(P)을 조립할 수 있으므로, 플랜지부(F1, F2)를 통한 상대 부품과의 스폿 용접이 가능하기 때문에, 종래 기술에서와 같은 레이저 용접 적용으로 인한 차체 부품의 조립 원가 상승을 방지할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 하나의 금형 설비로 두 개의 판재 부품을 성형할 수 있고, 액압 공급 파이프(50)를 통한 냉각수의 공급으로 판재 부품을 냉각할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시 예에서는 금형수의 축소를 도모할 수 있고, 금형 내부에 설치되는 복잡한 냉각라인을 삭제할 수 있으므로, 금형 설비의 초기 투자비를 절감할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1: 제1 판재 2: 제2 판재
10: 하형 11: 제1 성형홈
13: 제1 파이프 지지홈 15: 제1 판재 지지단
30: 상형 31: 제2 성형홈
33: 제2 파이프 지지홈 35: 제2 판재 지지단
50: 액압 공급 파이프 F1: 제1 플랜지부
F2: 제2 플랜지부 HF: 성형부
P: 차체 부품 S: 파이프 지지부
100: 하이드로 포밍 장치

Claims (13)

  1. 상면에 적어도 하나의 제1 성형홈을 형성하고, 상기 제1 성형홈과 연결되는 제1 파이프 지지홈을 상면 양측에 형성하며, 설정된 온도로 가열된 제1 판재의 가장자리 부분을 지지하는 제1 판재 지지단을 상면 가장자리 부분에 형성하고 있는 하형;
    하면에 상기 제1 성형홈과 대응하는 적어도 하나의 제2 성형홈을 형성하며, 상기 제2 성형홈과 연결되는 제2 파이프 지지홈을 상기 제1 파이프 지지홈에 대응하는 하면 양측에 형성하고, 설정된 온도로 가열된 제2 판재의 가장자리 부분을 지지하는 제2 판재 지지단을 하면 가장자리 부분에 형성하며, 상기 하형에 대해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 상형; 및
    상기 하형의 상면 상에 지지된 상기 제1 및 제2 판재의 양측 사이에서 상기 제1 및 제2 파이프 지지홈에 대응하는 위치에 개재되는 액압 공급 파이프;
    를 포함하는 하이드로 포밍 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 판재 지지단은 상기 제1 판재의 가장자리 부분에 제1 플랜지부를 성형하고,
    상기 제2 판재 지지단은 상기 제2 판재의 가장자리 부분에 제2 플랜지부를 성형하는 하이드로 포밍 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 액압 공급 파이프는,
    상기 하형에 대한 상형의 합형 시, 상기 제1 및 제2 파이프 지지홈에 결합되며 상기 제1 및 제2 판재의 양측에 파이프 지지부를 성형하는 하이드로 포밍 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 하형과 상형이 합형된 상태에서, 상기 액압 공급 파이프에는 설정된 온도로 가열된 액압이 공급되고,
    상기 액압은 상기 액압 공급 파이프를 통해 상기 제1 및 제2 판재 사이로 유입되며, 상기 제1 및 제2 판재에 상기 제1 및 제2 성형홈에 대응하는 형상의 성형부를 성형하는 하이드로 포밍 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 액압 공급파이에는 냉각수가 공급되며,
    상기 냉각수는 상기 액압 공급 파이프를 통해 상기 제1 및 제2 판재 사이의 상기 성형부로 유입되는 하이드로 포밍 장치.
  6. 차체 부품을 청구항 1의 하이드로 포밍 장치를 이용하여 제조하는 부품 제조 방법으로서,
    (a) 제1 성형홈, 제1 파이프 지지홈 및 제1 판재 지지단을 형성하고 있는 하형의 상면에 설정된 온도로 가열된 제1 판재를 로딩하는 과정;
    (b) 상기 제1 파이프 지지홈에 대응하는 위치에서 상기 제1 판재의 상면 양측에 액압 공급 파이프를 셋팅하는 과정;
    (c) 상기 액압 공급 파이프를 사이에 두고 상기 제1 판재의 상면 측에 설정된 온도로 가열된 제2 판재를 로딩하는 과정;
    (d) 하면에 제2 성형홈, 제2 파이프 지지홈 및 제2 판재 지지단을 형성하고 있는 상형을 하강시키며, 상기 하형과 합형시키는 과정;
    (e) 설정된 온도로 가열된 액압을 상기 액압 공급 파이프를 통해 상기 제1 및 제2 판재 사이로 유입하며, 상기 액압을 통하여 상기 제1 및 제2 성형홈에 대응하는 형상으로 상기 제1 및 제2 판재를 액압 성형하는 과정; 및
    (f) 상기 상형과 하형을 이형시키며, 상기 액압 공급 파이프를 드롭시킨 상태에서, 상기 제1 및 제2 판재의 가장자리 부분을 서로 맞대어 용접하는 과정;
    을 포함하는 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 (c) 과정에서,
    상기 액압 공급 파이프는 상기 제1 및 제2 파이프 지지홈에 대응하는 위치에서 상기 제1 및 제2 판재의 양측 사이에 개재되는 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 (c) 과정에서,
    상기 제1 및 제2 판재의 가장자리 부분은 상기 하형 및 상형의 가장자리 단 외측으로 돌출되는 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 (d) 과정에서,
    상기 하형 및 상형의 상기 제1 및 제2 판재 지지단은 상기 제1 및 제2 판재의 가장자리 부분을 압착하며, 상기 각 가장자리 부분에 제1 및 제2 플랜지부를 성형하고,
    상기 제1 및 제2 파이프 지지홈에 결합되는 상기 액압 공급 파이프에 의해 상기 제1 및 제2 판재의 양측에 파이프 지지부를 성형하는 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 (e) 과정에서,
    물, 공기, 가스를 포함하는 고온의 액압을 상기 액압 공급 파이프로 공급하며,
    상기 액압을 통해 상기 제1 및 제2 성형홈에 대응하는 형상의 성형부를 상기 제1 및 제2 판재에 액압 성형하는 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 (f) 과정 이전에,
    상기 액압 공급 파이프를 통하여 상기 제1 및 제2 판재 사이의 상기 성형부로 냉각수를 공급하는 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 (f) 과정에서는 상기 제1 및 제2 플랜지부를 서로 맞대어 스폿 용접하며,
    상기 (f) 과정 이후에는 서로 용접된 상기 제1 및 제2 플랜지부를 트리밍 가공하는 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법.
  13. 제6 항에 있어서,
    상기 하이드로 포밍 장치는,
    상기 제1 및 제2 판재의 핫 스탬핑 성형 및 하이드로 포밍이 동시에 이루어지는 하이드로 포밍 장치를 이용한 부품 제조 방법.
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EP4129521A1 (fr) * 2021-08-05 2023-02-08 Airbus Operations SAS Procédé et dispositif de fabrication de pièce à partir d'un coussin en matériau déformable, en particulier pour un bord d'un élément d'un aéronef
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