KR20220017116A - 핫스템핑 금형 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각채널을 인서트시켜 주조성형을 통하여 핫스템핑 금형을 얻도록 함으로서 제조를 용이하게 하면서 비용을 절감할 수 있고, 성형하고자 하는 제품의 형상에 관계없이 금형의 냉각효율성을 높여 내구성을 좋게하면서 생상되는 제품의 품질을 높일 수 있도록 한 것으로서;
목적하고자 하는 핫스템핑 금형과 동일한 형상의 조형몰드를 만드는 몰드준비과정과; 완성될 핫스템핑 금형의 냉각유로를 형성할 수 있도록 핫스템핑 금형에 맞게 파이프를 밴딩하여 냉각채널을 준비하는 채널준비과정과; 준비된 조형몰드 내부에 준비된 냉각채널을 삽입하여 고정하는 채널장착과정과; 냉각채널이 장착된 조형몰드로 용융물을 주입하여 핫스템핑 금형을 만드는 주조과정과; 성형완료된 핫스템핑 금형을 조형몰드로부터 분리하는 탈형과정과; 탈형된 핫스템핑 금형의 후처리를 수행하는 후처리과정으로 핫스템핑 금형을 얻는 것이 특징이다.

Description

핫스템핑 금형 제조방법 및 그 금형{MANUFACTURING METHOD FOR HOT STAMPING MOLD AND ITS MOLD}

본 발명은 핫스템핑 금형 제조방법 및 그 금형에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 금형의 제조비용과 시간을 대폭 절감하면서 냉각효율성을 극대화시켜 내구성을 높일 수 있도록 개선한 핫스템핑 금형 제조방법 및 그 금형의 제공에 관한 것이다.

자동차용 구조재 및 충돌부재, 기타 산업분야의 제품 성형시 사용되는 핫스템핑 금형은 소재의 경량화와 더불어 안정성을 담보하기 위하여 두께가 얇아지면서 강성이 증가되는 소재로 프레싱을 통하여 목적하는 제품을 성형하기 때문에 일반적인 냉간성형으로는 제품을 얻을 수 없어 프레스 성형시 소재를 가열하여 열간작업으로 이루어지도록 하는 것이다.

이와 같이 열간 프레스 성형이 연속적으로 이루어지기 때문에 소재에 의하여 금형의 온도가 상승할 경우 금형의 내구성이 취약하게 되는 문제와 더불어 제품의 불균일성을 해결하기 위하여 핫스템팅 금형의 내부에 냉각채널을 형성하여 사용하고 있으며, 이러한 냉각채널을 가지는 금형을 제공하기 위하여 종래에도 다양한 방법을 제시하고 있으며 대표적인 예를 특허문헌을 통하여 살펴보면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 핫 스템핑금형을 구간별로 선정하여 각 단면을 추출하는 단계;

냉각채널의 설계변수를 입력하는 단계;

상기 설계변수에 따른 냉각효과를 추출된 각 단면별로 해석하는 단계;

상기 해석 결과에서 각 단면별로 최적의 설계변수 값을 산출하는 단계;

상기 산출된 최적의 설계변수 값을 조합하여 3차원 냉각채널을 설계하는 단계를 포함하는 설계방법을 특징으로 하고 있다.

특허문헌 2는, 아웃터코어와 상기 아웃터코어에 끼워지도록 결합되는 이너코어를 포함하는 핫스템핑 금형의 제작방법에 있어서,

상기 아웃터코어와 상기 이너코어를 형성할 크기로 금속재를 마련하는 소재마련단계, 상기 마련된 금속재를 경도가 높아지도록 열처리하는 열처리단계, 상기 아웃터코어의 외부에 형성될 형상과 대응되는 형상으로 하부가 개방된 공동부를 상기 아웃터코어에 형성하고, 상기 공동부에 삽입되는 삽입부와 상기 삽입부의 하부 외측으로 돌출되어 상기 아웃터코어의 저면이 상면에 면접촉되어 안착되는 테두리부를 상기 이너코어에 형성하는 코어성형단계, 상기 테두리부에 상기 아웃터코어가 안착된 상태에서 접합면 둘레를 용접하여 상기 이너코어와 상기 아웃터코어를 용접하는 용접단계, 및 상기 용접단계 이후 상기 아웃터코어의 외면에 성형할 제품의 형상을 형성하는 외형성형단계를 포함하고, 상기 코어성형단계는 상기 공동부의 저면에 냉각수가 지나는 유로홈을 형성하는 유로홈형성단계를 포함하고, 상기 코어성형단계와 상기 용접단계의 사이에 상기 공동부에 상기 삽입부를 끼워 상기 유로홈의 기밀을 확인하는 습합확인단계를 더 포함하며, 상기 습합확인단계는 상기 공동부와 상기 삽입부 중 어느 하나에 도료를 도포한 상태에서 상기 공동부에 상기 삽입부를 끼워 다른 하나에 도료가 찍히는 형태로 습합을 확인하는 것을 특징으로 하고 있다.

특허출원 제 10 - 2009 - 0121900 호 특허 제 10 - 1576645 - 0000 호

없슴.

상기와 같은 선행기술 중 특허문헌 1의 경우에는 핫스템핑 금형의 냉각채널을 설계하기 위한 방법에 관한 것이고, 특허문헌 2의 경우에는 금형을 아웃터코어와 이너코어로 분리구성하고, 이너코어에는 냉각수가 지나는 유로홈을 형성한 후 아웃터코어와 이너코어를 용접으로 결합시켜 완성하도록 하는 구성이다.

이러한 특허문헌 2의 경우에는, 소재를 열치리여 제품성형을 위한 외형을 성형하는 아웃터코어와 냉각을 위한 유로홈을 형성한 이너코어로 가공을 수행하고, 아웃터 및 이너코어를 결합하여 용접으로 기밀을 유지하는 복잡한 과정으로 이루어지게 된다.

상기와 같은 이유에 의하여 열처리한 소재를 아웃터코어와 이너코어로 분리하여 가공하는 데 아웃터코어에는 성형하고자 하는 제품형상의 외형을 가공하여야 하고, 이너코어에 형성하는 유로홈이 아웃코어와 결합하였을 때 냉각수가 누설되지 않도록 하기 위한 별도의 수단을 강구하여야 하기 때문에 까다롭고 정밀한 제조과정이 필요하게 된다.

또한, 분리된 아웃터코어와 이너코어를 결합시킨 후 분리되거나 유로홈을 통하여 냉각수의 누설을 방지할 수 있도록 용접을 수행하여야 하는 데, 이 또한 아웃터코어와 이너코어의 연접위치 전체에 걸쳐 고르게 용접하여야 하는 불편이 따르게 되고, 가공을 위한 전용의 장비 또는 용접을 위한 전용의 장비를 별도의 구비하여야하기 때문에 부수적인 설비투자에 따르는 비용의 증가하게 되는 또 다른 원인이 되고 있다.

상기와 같이 특허문헌 2의 경우에는 소재의 선택에서부터 열처리를 수행하고, 열처리된 소재를 가공하는 작업과 분리된 아웃터 및 이너코어의 결합을 위한 용접작업이 정밀하면서도 순차적으로 이루어져야 하기 때문에 가공에 많은 시간과 비용을 필요로 하는 문제로부터 자유롭지 못하게 된다.

그리고, 분리 구성된 아웃터코어와 이너코어를 결합하여 실제 제품을 생산하는 과정에도 엄청난 압력이 지속적으로 금형으로 작용하기 때문에 유로의 안전은 물론 금형이 제 형상을 지속적으로 유지할 수 있는 것을 담보하지 못하고, 내구성이 취약하여 실질적인 사용기간이 짧아져 금형 교체와 수리로 인한 공전시간의 추가 등과 같은 유지관리에 불리하게 된다.

이너코어에 가공한 유로가 아웃터코어와 결합후 내부에서 누설상태가 발생할 경우에는 냉각수의 원활한 기능을 기대하는 것이 어렵게 되므로 금형의 냉각성을 저해하는 요인이 되고, 이는 성형되는 제품의 질을 균일하게 유지하지 못하게 되는 원인이 되므로 생산성 저하를 가져오는 등 여러 문제점들로부터 자유롭지 못한 실정이다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 목적하고자 하는 핫스템핑 금형(100)과 동일한 형상의 조형몰드(110)를 만드는 몰드준비과정(S100)과;

완성될 핫스템핑 금형(100)의 냉각유로를 형성할 수 있도록 금형(100)에 맞게 파이프를 밴딩하여 냉각채널(120)을 준비하는 채널준비과정(S200)과;

준비된 조형몰드(110) 내부에 준비된 냉각채널(120)을 삽입하여 고정하는 채널장착과정(S300)과;

냉각채널(120)이 장착된 조형몰드(110)로 용융물을 주입하여 핫스템핑 금형(100)을 만드는 주조과정(S400)과;

성형완료된 핫스템핑 금형(100)을 조형몰드(110)로부터 분리하는 탈형과정(S500)과;

탈형된 핫스템핑 금형(100)의 후처리를 수행하는 후처리과정(S600)으로 핫스템핑 금형을 얻도록 함으로서;

냉각채널을 인서트시켜 주조성형을 통하여 핫스템핑 금형을 얻도록 함으로서 제조를 용이하게 하면서 비용을 절감할 수 있고, 성형하고자 하는 제품의 형상에 관계없이 금형의 냉각효율성을 높여 내구성을 좋게하면서 생상되는 제품의 품질을 높일 수 있는 목적달성이 가능하다.

본 발명은 핫스템핑 금형을 조형몰드를 통하여 주조성형으로 완성하도록 하고, 금형 내부의 냉각채널은 파이프를 밴딩하여 조형몰드에 내장시켜 주조성형시 일체로 성형되도록 함으로서 핫스템핑 금형의 제조시간을 대폭 단축하면서 제조비용을 절감할 수 있는 것은 물론 금형의 냉각능력을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

본 발명은 파이프를 밴딩하여 주조성형되는 몰드 내부에 내장시킬 수 있기 때문에 성형되는 제품과 몰드의 형상에 맞게 냉각채널의 구현을 가능하게 할 수 있어 냉각채널의 설계와 제조 용이성을 제공할 수 있어 설계의 다변화를 가능하게 하는 등 다양한 효과를 가지는 발명이다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 핫스템핑 금형 제조과정을 도시한 공정 블록도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 핫스템핑 금형 제조과정을 도시한 공정 도해도.
도 3은 본 발명의 기술에 의하여 제조된 핫스템핑 금형을 예시적으로 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 기술에 의하여 제조된 핫스템핑 금형을 예시적으로 도시한 파절사시도.
도 5는 본 발명의 기술에 의하여 제조된 핫스템핑 금형을 예시적으로 도시한 단면도.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 핫스템핑 금형 제조과정을 도시한 공정 블록도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 핫스템핑 금형 제조과정을 도시한 공정 도해도, 도 3은 본 발명의 기술에 의하여 제조된 핫스템핑 금형을 예시적으로 도시한 사시도, 도 4는 본 발명의 기술에 의하여 제조된 핫스템핑 금형을 예시적으로 도시한 파절사시도, 도 5는 본 발명의 기술에 의하여 제조된 핫스템핑 금형을 예시적으로 도시한 단면도로서 함께 설명한다.

본 발명의 기술이 적용되는 핫스템핑 금형(100)의 제조과정은, 목적하고자 하는 핫스템핑 금형(100)과 동일한 형상의 조형몰드(110)를 만드는 몰드준비과정(S100)과, 완성될 핫스템핑 금형(100)의 냉각유로를 형성할 수 있도록 핫스템핑 금형(100) 및 성형하고자 하는 제품의 형상에 맞게 파이프소재를 밴딩하여 냉각채널(120)을 준비하는 채널준비과정(S200)과, 준비된 조형몰드(110) 내부에 준비된 냉각채널(120)을 삽입하여 고정하는 채널장착과정(S300)과, 냉각채널(120)이 장착된 조형몰드(110)로 용융물을 주입하여 핫스템핑 금형(100)을 만드는 주조과정(S400)과, 성형완료된 핫스템핑 금형(100)을 조형몰드(110)로부터 분리하는 탈형과정(S500)과, 탈형된 핫스템핑 금형(100)의 외면가공 및 열처리 등의 후처리를 수행하는 후처리과정(S600)으로 완성한다.

상기 몰드준비과정(S100)은 주조성형 기술분야에서 널리 알려져 있는 주지공용의 기술이므로 얻고자 하는 핫스템핑 금형(100)의 형상과 모양에 맞게 만들어지므로 구체적인 설명은 생략한다.

상기 채널준비과정(S200)에서는 핫스템핑 금형(100)의 내부에서 냉각채널(120)을 구성할 수 있도록 하기 위하여 금속파이프를 핫스템핑 금형(100) 설계과정에서 얻어진 3D 데이터를 이용하여 핫스템핑 금형(100)의 형상과 제조하고자 하는 제품의 형상에 맞게 밴딩하여 냉각채널(120)을 얻도록 한다.

상기 냉각채널(120)은 하나 이상을 서로 겹치지 않는 형상으로 만들어지는 것은 당연할 것이며, 핫스템핑 금형(100)과 제품에 대응하여 냉각채널(120)의 직경 을 단일 규격의 직경 또는 다규격의 직경으로 만들어진 냉각채널(120)을 단수 또는 복수로 준비하는 것은 당연할 것이다.

상기 채널장착과정(S300)에서는 냉각채널(120)은 조형몰드(110) 내부에 목적한 위치에 배열하고, 각각의 냉각채널(120) 양단부는 조형몰드(110) 외부에서 브라켓과 같은 체결수단에 의하여 유동하지 않도록 견고하게 잡아주어 용융물을 주입하여 주조과정에서 제 위치를 벗어나지 않도록 한다.

상기 주조과정(S400)에서는 얻고자 하는 핫스템핑 금형(100)에 맞게 주조재를 용융한 용융물을 조형몰드(110)에 주입하여 성형하는 것은 주지된 내용이나, 본 발명에서는 조형몰드(110)에 주입하는 용융물의 온도가 통상적으로 1550 ∼ 1650℃의 고온이기 때문에 금속재질의 파이프를 밴딩하여 구성하는 냉각채널(120)이 용융물에 의하여 녹거나 손상 및 변형될 우려가 발생한다.

이는 냉각채널(120)을 구성하는 금속소재 파이프의 통상적인 용융온도가 1450℃ 정도이기 때문에 조형몰드(110)로 주입되는 용융물에 의하여 냉각채널(120)이 녹거나 손상 또는 변형되어 핫스템핑 금형(100)을 완성하였을 때 냉각채널(120)이 제 역할을 수행하지 못하는 결과를 초래할 수 있다.

본 발명에서는 주조과정(S400)에서 조형몰드(110) 내에 장착된 냉각채널(120)로 탈형 후 핫스템핑 금형(100)을 후처리하는 과정에서 용이하게 제거할 수 있는 냉매를 통과시키거나 또는 내장시켜 용융물에 의하여 냉각채널(120)이 손상되지 않고 제 형상을 유지할 수 있도록 냉매처리과정(S410)을 더 가지도록 한다.

상기 냉매처리과정(S410)에서 사용되는 냉매는 액체타입과 기체타입 및 고체타입 등 다양한 것을 사용할 수 있는 데, 액체타입의 경우에는 물과 같은 냉각수를 냉각채널(120)을 통과시키는 방법이 있으며, 기체타입의 경우에는 액체질소를 기화시켜 냉각채널(120)을 통과시키는 방법이 있으며, 고체타입의 경우에는 소정의 온도에서 탄화되는 모래, 내화분말 등을 냉각채널(120)에 채워 넣은 후 탈형과정에서 고압의 에어 또는 수분으로 제거하는 방법이 있다.

또 다른 냉매의 경우에는, 냉각채널(120)의 내부에 알루미늄이나 구리와 같은 비철금속재질을 채워넣은 후 탈형 후 후처리과정에서 냉매를 용융시켜 배출(제거)하는 방법 등 다양한 형태로 실시하는 것이 가능할 것이다.

상기 후처리과정(S600)의 경우에는 탈형이 이루어진 핫스템핑 금형(100)을 정밀하게 가공하여 제품 성형에 지장이 없도록 하는 작업과, 열처리를 수행하여 제품 생산 과정에서 내구성을 높이도록 하는 작업 또는 주조과정에서 냉각채널(120)에 주입된 냉매를 제거하여 냉각채널(120)이 제 형상을 유지할 수 있도록 하는 작업과 더불어 냉각채널(120)이 정삭적으로 작동하는 지 확인하는 검사작업 등을 포함할 수 있을 것이다.

상기와 같은 본 발명은 냉각채널(120)을 내장(인서트)시켜 주조성형을 통하여 핫스템핑 금형(100)을 얻기 때문에 제품의 형상이나 모양에 관계없이 핫스템핑 금형(100)의 설계를 용이하게 할 수 있고, 핫스템핑 금형(100) 내부에 인서트 되는 냉각채널(120) 또는 제품의 종류 등에 맞게 설계와 장착이 가능하기 때문에 실제 제품 생산시 핫스템핑 금형(100)의 냉각을 효율적으로 수행할 수 있어 생산되는 제품 또는 우수하게 하면서 균일성을 유지할 수 있게 된다.

이와 같이 핫스템핑 금형(100)과 냉각채널(120) 모두 목적하고자 하는 제품에 맞게 자유로운 설계와 제작이 가능하면서도 핫스템핑 금형(100)의 제조에 소요되는 비용과 시간을 대폭 절감할 수 있고, 냉각 효율성을 높임으로 인하여 금형의 내구연한을 늘릴 수 있기 때문에 유지관리의 용이성은 물론, 그에 따르는 비용 또한 절감할 수 있다.

본 발명에서는 핫스템핑 금형을 자동차의 차체 등을 제조하는 용도로 설명하고 있으나, 자동차 뿐만 아니라 산업전반에 걸처 다양한 제품을 생산하기 위한 프라스틱사출금형, 유리성형금형, 다이캐스팅몰드 등의 기타 냉각이 필요한 주조로 만들어지는 여러 종류의 핫스템핑 금형에 적용될 수 있음은 당연할 것이다.

본 발명은 냉각채널을 인서트시켜 주조성형을 통하여 핫스템핑 금형을 얻도록 함으로서 제조를 용이하게 하면서 비용을 절감할 수 있고, 성형하고자 하는 제품의 형상에 관계없이 금형의 냉각효율성을 높여 내구성을 좋게 하면서 생산되는 제품의 품질을 높일 수 있는 등의 장점을 가진다.

100; 핫스템핑 금형
110; 조형몰드
120; 냉각채널

Claims (4)

1. 목적하고자 하는 핫스템핑 금형(100)과 동일한 형상의 조형몰드(110)를 만드는 몰드준비과정(S100)과;
   완성될 핫스템핑 금형(100)의 냉각유로를 형성할 수 있도록 핫스템핑 금형(100)에 맞게 파이프를 밴딩하여 냉각채널(120)을 준비하는 채널준비과정(S200)과;
   준비된 조형몰드(110) 내부에 준비된 냉각채널(120)을 삽입하여 고정하는 채널장착과정(S300)과;
   냉각채널(120)이 장착된 조형몰드(110)로 용융물을 주입하여 핫스템핑 금형(100)을 만드는 주조과정(S400)과;
   성형완료된 핫스템핑 금형(100)을 조형몰드(110)로부터 분리하는 탈형과정(S500)과;
   탈형된 핫스템핑 금형(100)의 후처리를 수행하는 후처리과정(S600)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핫스템핑 금형 제조방법.
2. 조형몰드(101) 내부에 파이프를 밴딩하여 구성되는 냉각채널(120)을 장착하여 주조성형하여 냉각채널(120)을 일체로 가지는 것을 특징으로 하는 핫스템핑 금형.
3. 제 1 항에 있어서;
   상기 주조과정(S400)에서는 냉각채널(120)로 냉매를 통과시키거나 또는 내장시켜 조형몰드(110)로 주입되는 용융물에 의하여 냉각채널(120)이 녹거나 손상 또는 변형되는 것을 방지하는 냉매처리과정(S410)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핫스템핑 금형 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서;
   상기 냉매는 액체타입과 기체타입 및 고체타입 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 핫스템핑 금형 제조방법.

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