KR20220096878A - 패치워크 블랭크의 핫스탬핑 방법 - Google Patents

Abstract

패치워크 부위를 갖는 블랭크의 핫스탬핑 방법이 소개된다. 블랭크의 패치워크 부위가 국소적으로 450~500℃의 온도로 예비 가열되며, 이후 블랭크가 전체적으로 본 가열되며 이어서 블랭크가 프레스 성형기 내에서 포밍 및 급냉된다. 핫스탬핑에 의해 제조된 부품에서 강도의 불균일이 발생하지 않으며 핫스탬핑 공정의 생산성 하락도 방지될 수 있다.

Description

패치워크 블랭크의 핫스탬핑 방법{HOT STAMPING METHOD FOR PATCHWORK BLANKS}

본 발명은 핫스탬핑 방법, 특히 패치워크 블랭크의 핫스탬핑 방법에 관한 것이다.

전세계적인 환경규제 및 안전법규의 강화 추세에 따라 차량 산업 분야에서 경량화 및 고강도화 요구가 높다. 전통적인 내연기관 차량은 물론 전기차, 수소차 등 소위 친환경 차량에 있어서도 경량화는 필수이며, 경량화와 더불어 안전성 보장을 위해 부품들의 고강도화가 필요하다.

고강도 차량 부품의 제조를 위해 초고장력강이 사용되고 있으나, 초고장력 강판은 성형성이 열악하여 그 적용범위에 한계가 있다. 고강도와 고성형성의 동시 구현을 위해 핫스탬핑 기술이 개발되어 그 적용이 널리 확대되고 있다.

핫스탬핑은 강판을 오스테나이트화 온도(A_C3) 이상, 예로서 900℃ 이상의 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급냉시켜 1400Mpa급 이상의 고강도 부품을 얻고자 하는 기술이다. 핫스탬핑 소재로는 0.2중량% 내외의 탄소와 열처리 성능 향상 위해 망간(Mn), 보론(B)이 소량 함유된 이른바 보론강이 사용된다.

핫스탬핑은 성형 및 열처리가 동시에 수행되므로 생산성이 우수할 뿐만 아니라 고온에서 강판이 성형되므로 성형성 및 치수 정밀도가 우수하다. 또한 핫스탬핑은 초고장력 강판의 냉간 성형 시 특히 문제되는 스프링백이나 지연파괴를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

핫스탬핑은 공정이 900℃ 이상의 고온에서 수행되기 때문에, 비도금 강판을 사용하는 경우 성형과정에 강판 표면에 스케일이 발생한다. 이 스케일은 후공정에서 제거되어야 하는데, 번거로운 이 디스케일링 공정을 생략하기 위해 제안된 것이 Al, Zn 도금층을 갖는 강판이다. Al 도금강판에 관해서는 미국특허 제6296805호가 참고될 수 있다.

차량 측면충돌은 정면충돌에 비해 충돌에너지를 흡수할 수 있는 구조물이 많지 않고, 운전자와 차량 사이에 제한된 공간으로 인하여 운전자에게 치명적인 상해를 줄 수 있다. 따라서 차량의 측면 충돌 내구성을 높이기 위해서는 센터필러와 같은 측면 부재의 최적 변형형상을 유도하여야 한다.

차량의 충돌 구조재로 작용하는 부품의 경우 강도향상을 위하여 핫스탬핑을 이용한 고강도 소재를 사용할 뿐만 아니라 추가적인 보강재(reinforce)를 접합하여 충돌부위의 강성을 확보하는 것이 보편적이다. 이를 위해 각 부품들은 판재를 성형하여 만들어 진 후 성형된 이후에 용접이나 리벳 등 접합공법을 통하여 조립된다.

여러 부품들을 제작하기 위해서 각 부품에 맞는 금형들이 필요하다. 이 경우 조립 공정이 추가되어 투자비 및 생산시간이 늘어나는 단점이 있다. 이를 해결하기 위하여 구조재에 보강재를 블랭크 단위에서 용접하여 한번에 성형하는 패치워크(patch-work)라는 공법이 개발되었다. 하지만 패치워크 부위와 다른 부위 간의 두께편차로 인하여 가열이 원활하게 이뤄지지 않아 핫스탬핑을 통한 강도향상이 불균일 또는 하락하는 현상이 발생한다. 이를 방지하기 위해서는 패치워크 부위가 다른 부위와 균일 온도로 가열될 수 있도록 블랭크 가열시간을 길게 해야 하는데, 이는 생산성을 하락시키는 요인이 된다.

본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 강도 불균일이나 생산성 하락을 방지할 수 있는 신규한 패치워크 블랭크의 핫스탬핑 방법을 제공하고자 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 것이다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 패치워크 블랭크의 핫스탬핑 방법은 패치워크 부위를 갖는 블랭크를 예비 가열하는 단계, 예비 가열된 블랭크를 가열로에 투입하여 오스테나이트화 온도 이상으로 본 가열하는 단계; 및 본 가열된 블랭크를 냉각채널을 갖는 프레스 성형기 내에서 포밍 및 급냉하는 단계를 포함한다. 예비 가열단계에서 블랭크의 패치워크 부위만 국소적으로 450~500℃의 온도로 가열된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 두께 편차로 인한 블랭크의 온도 불균일이 방지된다.

또한 본 발명에 의하면 핫스탬핑에 의해 제조된 부품에서 강도의 불균일이 발생하거나 핫스탬핑 공정의 생산성 하락을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패치워크 블랭크의 핫스탬핑 공정을 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 블랭크를 예비 가열하는 것을 보여준다.

이하 본 발명의 여러 특징적인 측면들을 이해할 수 있도록 실시예들을 들어 보다 구체적으로 살펴본다. 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들은 동일한 참조부호로 표시될 수 있고, 도면들은 본 발명의 특징들에 대한 직관적인 이해를 위해 과장되거나 개략적으로 도시될 수 있다.

본 문서에서, 별도 한정이 없거나 본질적으로 허용될 수 없는 것이 아닌 한, 두 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 표현들, 예로서 '상', '연결'과 같은 표현들은 두 요소가 서로 직접 접촉하는 것은 물론 제1 및 제2 요소의 요소 사이에 제3의 요소가 개재되는 것을 허용한다. 전후, 좌우 또는 상하 등의 방향 표시는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니다.

도 1에 실시예에 따른 핫스탬핑 공정이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면 블랭크는 예비가열(S1)된다. 블랭크는 패치워크 부위를 갖는다. 패치워크 부위는 기재 블랭크에 별도의 보강재가 패치워크된 부위를 말한다. 패치워크 부위는 1곳, 또는 여러 곳에 마련될 수 있다. 기재 블랭크는 Al 도금강판일 수 있다. 보강재 또한 Al 도금층을 가질 수 있다.

예비가열예서 블랭크의 패치워크 부위만 국소적으로 450~500℃의 온도로 가열된다. 500℃를 초과하여 패치워크 부위가 가열되는 경우, Al 도금층의 용융이 발생될 수 있다. 공정 효율화를 위해 패치워크 부위는 400℃ 이상, 좋게는 450℃ 이상으로 가열된다.

도 2는 예비가열 과정의 설명을 위한 도면이다.

도 2를 참조하면 예비가열에서 블랭크(2)의 패치워크 부위(3)만 국소적으로 가열된다. 예비가열에 고주파 유도가열장치(1), 구체적으로는 예비가열에 수직형 자계 가열방식의 고주파 유도가열장치가 이용될 수 있다. 수직형 자계 가열은 피가열체의 수직방향으로 자기장을 발생시켜 유도전류에 의해 피가열체를 가열하는 방식이다.

도 2에서 보듯이 고주파 유도가열장치(1)는 상부 코일부(1a)과 하부 코일부(1b)를 가질 수 있다. 예비가열에서 블랭크(2)는 상부 코일부(1a)과 하부 코일부(1b) 사이로 진입되며, 상부 코일부(1a)과 하부 코일부(1b)에는 패치워크 부위(3)만을 타겟팅하여 가열할 수 있도록 코일이 마련된다.

예비가열된 블랭크는 오스테나이트화 온도 이상, 예로서 900℃로 본 가열(S2)된다. 본 가열에서 블랭크(2) 패치워크 부위(3)를 포함하여 전체적으로 가열된다. 패치워크 부위(3)가 예비가열되었기 때문에, 패치워크 부위(3)의 두께가 블랭크(2)의 다른 부위보다 두껍다고 하더라도 전체적으로 균일하게 가열될 수 있다.

블랭크(2)의 본 가열은 예로서 전기가열로에서 수행된다. 벽면에 히터가 내장된 전기가열로 내에서 블랭크(2)가 이송되면서 복사열에 의해 가열된다. 전기가열로는 내부 온도가 예로서 920℃가 되도록 세팅될 수 있다.

본 가열된 블랭크(2)는 냉각채널을 갖는 프레스 성형기 내에서 포밍과 함께 급냉된다. 급냉에 의해 마르텐사이트상을 갖는 고강도 부품이 얻어진다.

이상 본 발명의 실시예들이 설명되었고, 이들 실시예는 본 발명의 다양한 측면들과 특징들을 이해하는데 도움이 될 것이다. 이 실시예들에서 제시된 요소들은 서로들 간에 선택적으로 조합될 수 있고, 이러한 조합에 의해 본 문서에서는 미처 설명되지 못한 또 다른 실시예가 제시될 수 있다.

이하 본 발명의 권리범위를 정하기 위한 청구항들이 기재된다. 청구항에 기재된 요소(들)은, 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않으면서, 다양하게 변경 및 수정되고 등가물로 대체될 수 있다. 청구항들에 기재된 도면부호들은, 만일 기재되어 있다면, 청구된 발명들이나 그 요소들에 대한 쉽고 그리고 직관적인 이해를 돕기 위한 것일 뿐 청구된 발명들의 권리범위를 한정하지 않는다.

1: 고주파 가열장치 2: 블랭크
3: 패치워크 부위

Claims (1)

1. 패치워크 부위를 갖는 블랭크를 예비 가열하는 단계, 여기서 고주파 유도가열장치를 이용하여 블랭크의 패치워크 부위만을 타겟팅하여 국소적으로 450~500℃의 온도로 가열함; 및
   상기 예비 가열된 블랭크를 가열로에 투입하여 오스테나이트화 온도 이상으로 본 가열하는 단계; 및
   상기 본 가열된 블랭크를 냉각채널을 갖는 프레스 성형기 내에서 포밍 및 급냉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패치워크 블랭크의 핫스탬핑 방법.

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