KR20220156234A

KR20220156234A - 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20220156234A
Application number: KR1020210063969A
Authority: KR
Inventors: 임은수; 양동욱
Original assignee: (주)아이에스테크
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2022-11-25

Abstract

냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형 및 그 제조방법에 관한 것으로, 좌우방향으로 접합되는 다수의 단위플레이트로 금형본체를 구성하고, 각 단위플레이트의 상단면 또는 하단면에 성형 제품에 형상과 대응되는 형상으로 가공된 성형면을 형성하고, 다수의 단위플레이트 중에서 일측의 마감단위플레이트를 제외한 나머지 단위플레이트의 일측면에 성형면과 대응되는 형상의 냉각유로를 형성한 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형을 절단단계, 냉각유로 가공단계, 접합단계, 성형면 가공단계로 간편하게 제조하는 기술을 통하여, 성형면과 대응되는 형태로 형성된 냉각유로를 성형면과 최적의 거리로 근접 시켜 핫스템핑 성형과정에서 냉각효율을 크게 향상시킬 수 있게 되고, 핫스템핑 성형제품의 품질을 크게 향상시킬 수 있게 되고, 비교적 간단한 공정으로 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형을 손쉽게 제조할 수 있게 되는 것이다.

Description

냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형 및 그 제조방법 {COOLING PERFORMANCE ENHANCEMENT HOT STAMPING METAL MOLD AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 일측면에 냉각유로가 형성된 다수의 단위플레이트를 접합하여 금형본체를 구성함으로써 금형본체 내부의 냉각유로를 성형면과 대응되는 형태로 형성할 수 있도록 하고 냉각유로와 성형면을 최적의 거리로 근접시킬 수 있도록 하여 냉각효율을 향상시킬 수 있도록 한 것에 관한 것이다.

본 발명이 관계하는 핫스템핑(Hot Stamping) 공법은 열을 가하여 성형성을 높인 강판을 금형에서 프레스하여 원하는 형태와 두께를 만든 다음 금형 내에서 원하는 온도로 급속 냉각하는 성형방법이다.

핫스템핑 공법은 열처리의 담금(Quenching) 과정이 금형 내에서 이루어지므로 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 되는 잇점이 있다.

도 1은 일반적인 핫스템핑 공정의 개략도이다.

도 1과 같이 일반적으로 핫스템핑 공법은 소재를 설정온도(예를 들면 900℃)로 가열(Heating)하는 단계; 가열된 소재를 성형 금형을 통해 프레스 성형하는 동시에 설정온도(예를 들면 200℃)로 급속 냉각(Stamping and Cooling)하는 단계; 상온으로 냉각된 성형품에 필요한 홀을 추가 형성하고 불필요한 스크랩 부위를 제거하는 레이저 트리밍(Laser trimming)단계;를 포함하는 것이 보통이다.

도 2는 일반적인 핫스템핑 금형의 냉각수 순환 상태도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 핫스템핌 금형의 종단면도이다.

일반적으로 핫스템핑 금형은 도 2와 같이 금형본체(210)의 내부에 냉각수가 순환하는 냉각유로(220)가 마련되는데, 종래 기술에 따른 핫스템핌 금형(200)은 도 3과 같이 금형본체(210)의 내부에 형성되는 냉각유로(220)가 성형면(230)에서 일정거리(예를 들면 11~12mm) 이격된 부위에 수직방향 또는 수평방향의 원형구멍의 형태로 형성되는 것이 보통이었다.

도 3에 도시된 종래 기술에 따른 핫스템핑 금형(200)은 단일블록에 냉각유로를 드릴가공하는 방식으로, 비교적 낮은 비용으로 제작 가능하고, 상용화된 기술로 신뢰도가 높은 잇점이 있지만 제품의 형상 특정에 따라 냉각유로를 근접 가공하기가 어렵고, 그에 따라 제품의 냉각 불균일 부위의 품질 변형이 발생하게 되고 냉각시간이 증가하게 되는 단점이 있다.

도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 따른 핫스템핌 금형의 냉각유로 예시도이다.

예를 들어 종래 기술에 따른 핫스템핑 금형(200)은 도 4a와 같이 성형면(230)에 돔모양의 돌출 형상이 있는 경우에는 돌출부위 쪽에 냉각유로(220)를 형성할 수 없는 구간이 발생하게 되고, 도 4b와 같이 성형면(230)에 굴곡부위가 있는 경우에는 성형면(230)의 굴곡부위 중앙과 냉각유로(220)의 사이의 거리가 멀어지게 되어 성형제품의 효율적인 냉각이 어렵게 된다.

하기의 특허문헌 1에는 일측에 장착되는 니플을 통하여 냉각수가 공급 및 배출되는 베이스 단위플레이트; 핫 스탬핑 성형 시, 제품의 외형을 형성하도록 제품의 외형과 동일한 형상으로 형성되어 베이스 단위플레이트의 일면에 적어도 하나 이상이 장착되며, 내부에 장착공간이 형성되는 외형 블록; 및 외형 블록의 장착공간으로 냉각수가 유동되도록 장착공간에 삽입된 상태로, 외형 블록에 결합되며, 외형 블록과의 사이에서 베이스 단위플레이트를 통해 유입된 냉각수가 외형 블록의 장착공간 상에서 유동되도록 베이스 단위플레이트와 외형 블록의 사이에 장착되는 인서트 블록을 포함하는 핫스템핑 금형이 개시되어 있다.

하기의 특허문헌 2에는 하부가 개방된 형태의 공동부와, 공동부의 내면에 형성되어 냉각수가 지나는 유로홈를 포함하고, 성형될 제품과 대응되는 형상이 외면에 형성되는 아웃터코어, 및 공동부와 대응되는 형상으로 공동부의 내부에 삽입되고 유로홈을 밀폐하여 유로를 형성하는 삽입부와, 삽입부의 하부 둘레를 따라 외측으로 돌출되어 아웃터코어의 저면이 면 접촉되도록 안착되는 테두리부를 포함하는 핫스템핑 금형이 개시되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1326824호(2013년 11월 01일 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1581940호(2015년 12월 24일 등록)

특허문헌 1, 2를 포함한 종래 기술에 따른 핫스템핑 금형은 제품 형상에 따라 냉각유로를 형성할 수 있게 되는 것이지만 외형블록과 내형블록을 제작하기가 너무 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래 기술에 따른 핫스템핑 금형의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 성형제품의 형상과 대응되는 형상으로 냉각유로를 형성할 수 있도록 함은 물론 성형면과 근접하여 냉각유로를 형성할 수 있도록 하는 것에 의해 성형제품의 냉각을 효율적으로 할 수 있도록 하고, 핫스템핌 성형제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형 및 그를 간편하게 제조할 수 있도록 하는 제조방법을 제공하는 데에 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형은 좌우방향으로 접합되는 다수의 단위플레이트로 금형본체를 구성하고, 각 단위플레이트의 상단면 또는 하단면에 성형 제품에 형상과 대응되는 형상으로 가공된 성형면을 형성하고, 다수의 단위플레이트 중에서 일측의 마감단위플레이트를 제외한 나머지 단위플레이트의 일측면에 성형면과 대응되는 형상의 냉각유로를 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법은 강판소재를 금형의 크기로 절단하는 절단단계; 절삭가공기계를 통해 금형 크기로 절단된 다수의 강판소재의 일측면에 냉각유로를 형성하는 냉각유로 가공단계; 일측면에 냉각유로가 형성된 다수의 강판소재를 좌우방향으로 밀착시켜 접합하는 접합단계; 절삭가공기계를 통해 접합된 다수의 강판소재의 상단면 또는 하단면에 제품이 성형될 성형면을 형성하는 성형면 가공단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법의 냉각유로 가공단계는 성형면 가공단계에서 성형될 성형면의 형태와 대응되는 형태로 냉각유로를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법의 접합단계는 진공로에서 다수의 강판소재를 좌우방향으로 밀착시킨 후 융점 이하의 온도로 가열하면서 소성변형을 일으키지 않을 정도로 압력을 가하여 접합면 사이에서 발생하는 원자의 확산을 이용하여 다수의 강판소재를 접합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법의 성형면 가공단계는 성형면을 1차적으로 황삭 가공한 후에 열처리하여 강도를 향상시키고, 다시 설계칫수로 정밀 가공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형에 의하면, 냉각유로가 성형면과 대응되는 형태로 형성되고, 냉각유로가 성형면과 최적의 거리로 근접 형성되기 때문에 핫스템핑 성형과정에서 냉각효율을 크게 향상시킬 수 있게 되고, 그에 따라 핫스템핑 성형제품의 품질을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형에 의하면, 절삭가공기계를 통해 단위플레이트에 냉각유로를 가공하기가 용이하게 되고, 복잡한 성형면을 갖는 경우에도 성형면의 형태에 맞게끔 냉각유로를 형성할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법에 의하면, 단위플레이트에 냉각유로를 형성하고, 다수의 단위플레이트를 접합한 후 성형면을 형성하는 비교적 간단한 공정으로 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형을 손쉽게 제조할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 핫스템핑 공정의 개략도,
도 2는 일반적인 핫스템핑 금형의 냉각수 순환 상태도,
도 3은 종래 기술에 따른 핫스템핌 금형의 종단면도,
도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 따른 핫스템핌 금형의 냉각유로 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 분해사시도,
도 7은 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 단위플레이트의 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 단위플레이트의 냉각유로 부위의 종단면도,
도 9은 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법의 공정순서도,
도 10은 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법의 단계별 성형상태도.

이하 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형 및 그 제조방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다.

또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하다.

그리고 본 출원에서, '포함하다', '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특정의 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그러므로, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 구현 예(態樣, aspect)(또는 실시 예)들을 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 본 명세서에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 주지 또는 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.

도 5는 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 개념도이고, 도 6은 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 분해사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 단위플레이트의 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 단위플레이트의 냉각유로 부위의 종단면도이다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형(100)은 금형본체(110)가 좌우방향으로 접합되는 다수의 단위플레이트(110a)(110b)로 구성된다.

각 단위플레이트(110a)(110b)의 상단면 또는 하단면에는 성형 제품에 형상과 대응되는 형상으로 가공된 성형면(130)이 형성되고, 다수의 단위플레이트(110a) 중에서 일측의 마감단위플레이트(110b)를 제외한 나머지 단위플레이트(110a)의 일측면에는 성형면(130)과 대응되는 형상의 냉각유로(120)가 형성된다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형(100)에서 성형면(130)과 냉각유로(120) 사이의 거리는 성형제품의 형태 등을 고려하여 최적의 거리로 이격하는 것이 바람직하며, 예를 들면 성형면(130)과 냉각유로(120) 사이의 거리는 8~12mm 범위의 거리로 형성할 수 있고, 이때 냉각유로(120)의 폭 및 깊이는 각각 10mm 이상으로 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형(100)은 CNC 등의 절삭가공기계를 통해 단위플레이트(110a)에 냉각유로(120)를 간편하게 절삭가공하여 형성할 수 있게 되고, 성형제품의 형상과 대응되는 형상으로 냉각유로(120)를 형성할 수 있게 됨은 물론 성형면(130)과 근접하여 냉각유로(120)를 형성할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형(100)은 핫스템핑 성형과정에서 성형제품의 냉각을 효율적으로 할 수 있게 되어 핫스템핌 성형제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

도 9은 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법의 공정순서도이고, 도 10은 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법의 단계별 성형상태도이다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법은 절단단계, 냉각유로 가공단계, 접합단계, 성형면 가공단계를 포함한다.

절단단계는 일정 두께(예를 들면 20~40mm)의 강판소재를 금형의 크기로 절단하는 단계이다.

냉각유로 가공단계는 CNC 등의 절삭가공기계를 통해 금형 크기로 절단된 다수의 강판소재의 일측면에 냉각유로(120)를 형성하는 단계로. 이때 각 강판소재에 형성되는 냉각유로(120)는 성형제품의 형상과 대응되도록 형성한다.

냉각유로 가공단계에서 냉각유로(120)는 성형면 가공단계에서 형성될 성형면(130)과 8~12mm 이격되도록 형성할 수 있고, 이때 냉각유로(120)의 폭과 깊이는 각각 10mm 이상으로 형성할 수 있다.

접합단계는 일측면에 냉각유로(120)가 형성된 다수의 강판소재를 좌우방향으로 밀착시켜 접합하는 단계이다.

접합단계는 진공로에서 다수의 강판소재를 좌우방향으로 밀착시킨 후 융점 이하의 온도로 가열하면서 소성변형을 일으키지 않을 정도로 압력을 가하여 접합면 사이에서 발생하는 원자의 확산을 이용하여 접합하는 확산접합으로 다수의 강판소재를 접합한다.

성형면 가공단계는 CNC 등의 절삭가공기계를 통해 접합된 다수의 강판소재의 상단면 또는 하단면에 제품이 성형될 성형면(130)을 가공하는 단계이다.

성형면 가공단계에서 성형면(130)은 냉각유로(120)의 상부 또는 하부에 성형유로(120)와 대응되는 형태로 성형된다.

성형면 가공단계는 성형면(130)을 1차적으로 황삭 가공한 후에 열처리하여 강도를 향상시키고, 다시 설계칫수로 정밀 가공하는 방법을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법은 다수의 단위플레이트(110a)에 냉각유로(120)를 형성하고, 다수의 단위플레이트(110a)(110b)를접합한 후 성형면(130)을 가공하여 성형제품의 형상과 대응되는 형상으로 냉각유로(120)가 형성되고 냉각유로(120)과 성형면(130)과 최적의 거리로 근접된 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형(100)를 간편하게 제조할 수 있게 된다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

100 : 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형
110 : 금형본체
110a, 110b : 단위플레이트
120 : 냉각유로
130 : 성형면

Claims

좌우방향으로 접합되는 다수의 단위플레이트(110a)(110b)로 금형본체(110)를 구성하고, 각 단위플레이트(110a)(110b)의 상단면 또는 하단면에 성형 제품에 형상과 대응되는 형상으로 가공된 성형면(130)을 형성하고, 다수의 단위플레이트(110a)(110b) 중에서 일측의 마감단위플레이트(110b)를 제외한 나머지 단위플레이트(110a)의 일측면에 성형면(130)과 대응되는 형상의 냉각유로(120)를 형성한 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형.
강판소재를 금형의 크기로 절단하는 절단단계;
절삭가공기계를 통해 금형 크기로 절단된 다수의 강판소재의 일측면에 냉각유로(120)를 형성하는 냉각유로 가공단계;
일측면에 냉각유로(120)가 형성된 다수의 강판소재를 좌우방향으로 밀착시켜 접합하는 접합단계;
절삭가공기계를 통해 접합된 다수의 강판소재의 상단면 또는 하단면에 제품이 성형될 성형면(130)을 형성하는 성형면 가공단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법.
제2항에 있어서,
냉각유로 가공단계는 성형면 가공단계에서 성형될 성형면(130)의 형태와 대응되는 형태로 냉각유로(120)를 형성하는 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법.
제2항에 있어서,
접합단계는 진공로에서 다수의 강판소재를 좌우방향으로 밀착시킨 후 융점 이하의 온도로 가열하면서 소성변형을 일으키지 않을 정도로 압력을 가하여 접합면 사이에서 발생하는 원자의 확산을 이용하여 다수의 강판소재를 접합하는 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법.
제2항에 있어서,
성형면 가공단계는 성형면(130)을 1차적으로 황삭 가공한 후에 열처리하여 강도를 향상시키고, 다시 설계칫수로 정밀 가공하는 것을 특징으로 하는 냉각성능이 향상된 핫스템핑 금형의 제조방법.