KR20240025986A - 열간 프레스 성형부품 - Google Patents

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KR20240025986A
KR20240025986A KR1020220104265A KR20220104265A KR20240025986A KR 20240025986 A KR20240025986 A KR 20240025986A KR 1020220104265 A KR1020220104265 A KR 1020220104265A KR 20220104265 A KR20220104265 A KR 20220104265A KR 20240025986 A KR20240025986 A KR 20240025986A
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김홍기
손현성
오경석
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 일체화된 블랭크로 가공하여 성형성이 개선된 열간 프레스 성형부품에 관한 것이다.
본 발명은, 제1평면부 및 상기 제1평면부로부터 제1 방향으로 절곡된 세로벽부를 포함하고, 상기 세로벽부는, 제1세로벽부와, 상기 제1세로벽부로부터 제2 방향으로 절곡된 제2세로벽부 및 상기 제1세로벽부와 상기 제2세로벽부가 구분되는 내측코너라인을 포함하고, 상기 제1평면부와 상기 세로벽부는 제1 블랭크 및 제2 블랭크가 겹쳐진 겹침영역을 포함하고, 상기 겹침영역은, 상기 제1 평면부에 위치하고, 열처리 전 상기 제1 블랭크 및 상기 제2 블랭크가 접합된 접합부 및 적어도 일부가 상기 내측코너라인에 위치하고, 열처리 전 상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크가 접합되지 않은 비접합부를 포함한다.

Description

열간 프레스 성형부품{molded product by hot press forming}
본 발명은 일체화된 블랭크로 가공하여 성형성이 개선된 열간 프레스 성형부품에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.
차량 경량화 및 안전성 향상 요구에 따라 고강도강 적용이 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 고강도강은 일반 저강도 소재에 비해 성형성이 열위하여 복잡한 형상을 성형할 수 없는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 복잡한 형상의 부품을 부위별로 나누어 성형하고 성형된 부품을 나중에 용접하여 조립하는 방법을 사용하고 있다. 하지만, 이러한 방법은 성형도 여러 번 해야 하고 조립 공정도 요구되어 부품 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.
또한, 고강도 부품을 얻기 위하여 성형 전 가열을 통해 고온에서 성형함으로써 성형성을 향상시키고 성형 후 금형 내 급냉을 통해 고강도를 얻는 열간 프레스 성형 공정(hot press forming, hot stamping, press hardening, hot forming)이 활발히 적용되고 있다. 하지만, 열간 프레스 성형방법으로도 한번에 성형이 실시되어야 하는 복잡한 형상의 부품을 일체화 성형하는 데는 한계가 있다.
KR 20-1990-0000296 Y1
본 발명은 일 측면으로서, 복수개의 블랭크를 일체화하여 성형부품을 제조하여 제조비용을 절감하고, 성형성을 안정적으로 확보할 수 있는 성형부품을 제공한다.
본 발명은 일 측면으로서, 복잡한 형상을 제작 가능하도록 성형성을 향상시키고 강도저하를 방지할 수 있는 성형부품을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제1평면부 및 상기 제1평면부로부터 제1 방향으로 절곡된 세로벽부를 포함하고, 상기 세로벽부는, 제1세로벽부와, 상기 제1세로벽부로부터 제2 방향으로 절곡된 제2세로벽부 및 상기 제1세로벽부와 상기 제2세로벽부가 구분되는 내측코너라인을 포함하고, 상기 제1평면부와 상기 세로벽부는 제1 블랭크 및 제2 블랭크가 겹쳐진 겹침영역을 포함하고, 상기 겹침영역은, 상기 제1 평면부에 위치하고, 열처리 전 상기 제1 블랭크 및 상기 제2 블랭크가 접합된 접합부 및 적어도 일부가 상기 내측코너라인에 위치하고, 열처리 전 상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크가 접합되지 않은 비접합부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 세로벽부와 소정 각도를 가지고 연장형성되는 제2 평면부와, 상기 제1평면부와 상기 세로벽부 사이에 형성된 제1곡면부와,
상기 제2 평면부와 상기 세로벽부 사이에 형성된 제2곡면부를 더 포함하고, 상기 세로벽부 높이(hw)가 하기의 식 (1)을 만족할 때, 상기 제1곡면부가 상기 제1평면부와 형성하는 경계와 상기 내측코너라인이 만나는 지점에 형성된 곡률의 반경인 제1 곡률반경(Rc)과, 상기 제2곡면부의 반경인 제2 곡률반경(Rd)과, 상기 제1세로벽부와 상기 제2세로벽부가 이루는 각도인 제1 각도(Θc) 및 상기 제1평면부와 제2평면부의 수직선으로부터 상기 세로벽부가 이루는 제2 각도(Θw)는, 하기의 식 (2)를 만족한다.
식(1): hw ≥ 35
식(2): Rc ≤ 0.446 + 7.661 / (Θc /135) + 210 * (hw /100) + 0.002 / (Rd0.5 /120.5) + 1.375 / (Θw /30)
또는, 식(3)을 만족할 때, 식 (4)를 만족한다.
식(3): 0 < hw < 35
식(4): Rc ≤ 9.855 / (Θc /135) + 203 * (hw /100)
본 발명의 일 실시예에 의하면, 복수 개의 블랭크를 일체화하여 성형부품을 제조하여 제조비용을 절감하고, 성형성을 안정적으로 확보하여 복잡한 형상의 부품을 성형할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 성형부품의 블랭크가 일체화되기 전에 배치된 상태를 개략적을 도시한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 성형부품의 블랭크가 열간 프레스 성형 전의 일체화되어 형성된 모습을 도시한 도면이다.
도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 성형부품의 일체화된 블랭크가 성형된 상태를 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 성형부품의 블랭크가 열간 프레스 성형 전 일체화되어 형성된 모습을 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 성형부품의 블랭크가 성형된 경우를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 성형부품의 다양한 형상을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 성형부품의 코너부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 성형부품의 일부분의 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 기존의 성형부품과 본 발명의 일실시예에 따른 성형부품의 성형성을 비교한 해석자료를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
단일 블랭크를 열간 프레스 가공한 성형제품은, 꺾임 성형된 부분에서 두께 감소가 많아지면서 성형부품에 크랙 등의 손상이 빈번하게 발생한다.
일부 부위의 강성을 보강하기 위하여 마스터 블랭크에 보강 블랭크를 접합하여 성형하는 패치워크(patchwork)를 적용한 열간 프레스 성형방법이나, 두께나 강도가 다른 블랭크를 서로 맞대어 레이저 용접하여 준비된 블랭크 를 일체 성형하는 TWB(tailor welded blank) 성형방법을 이용하여 겹침 상태의 블랭크를 제작하고 있다. 이러한 블랭크를 이용하여 열간 프레스 성형을 하는 경우에는 복잡한 형상의 성형부품이 용이하게 제작되는 방법이라고 볼 수 없는 문제가 있다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따라 블랭크가 성형부품으로 가공되기 전의 상태로서, 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)가 배치되어 있는 상태를 도시한다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형부품의 블랭크가 열간 프레스 성형가공 전의 겹쳐진 상태로 일체화된 상태를 도시한다. 도 1c는 겹쳐진 블랭크가 성형가공으로 인하여 성형된 상태를 도시한다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은, 제1 블랭크(1)와 상기 제1 블랭크(1)와 두께방향(D1)으로 겹쳐진 겹침영역(S)이 형성되도록 배치되는 제2 블랭크(2)를 포함하고, 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)가 접합되어 일체로 형성되는 블랭크를 성형하여 제조된다. 블랭크는 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)가 두께방향(D1)으로 겹쳐진 겹침영역(S)을 형성하도록 배치된다.
두께방향(D1)이란 하나의 부재의 두 개의 면 사이의 수직한 방향을 의미한다.
일례로, 제1 블랭크(1)는 제1 블랭크(1)의 겹침영역(S)과 제1 블랭크(1)의 비겹침영역(T1)을 포함할 수 있고, 제2 블랭크(2)는 제2 블랭크(2)의 겹침영역(S)과 제2 블랭크(2)의 비겹침영역(T2)을 포함할 수 있다. 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)는 겹침영역(S)을 형성하여 열간 프레스 성형부품의 강성을 보강할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은, 열간 프레스 가공 전 블랭크의 가공에 따른 변형이 없는 상태를 기준으로, 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)의 면적이 동일한 경우, 겹침영역(S)은 제1 블랭크(1) 또는 제2 블랭크(2)의 면적의 5% 이상 90% 이하일 수 있다. 겹쳐진 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)의 면적이 상이한 경우, 겹침영역(S)은 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2) 중 작은 면적을 갖는 블랭크 면적의 5% 이상이고, 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2) 중 면적이 큰 것의 면적의 90% 이하일 수 있다.
제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)의 겹침영역(S)이 제1 블랭크(1) 또는 제2 블랭크(2)의 면적의 5% 이하인 경우는 두께방향(D1)으로 겹쳐지는 면적이 작기 때문에 강성 증가 효과가 미미하거나 없을 수 있다. 그리고, 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)의 겹침영역(S)이 제1 블랭크(1) 또는 제2 블랭크(2)의 면적의 90% 이상인 경우는 두 블랭크가 겹쳐서 결합된 일체화 블랭크의 형상이 각각의 블랭크의 형상과 별다른 차이가 없어 성형성 개선을 꾀할 수 없어 일체화 성형의 효과가 미미하거나 없을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품의 겹침영역(S)은, 열처리 전 제1 블랭크(1) 및 제2 블랭크(2)가 접합된 접합부(V)와, 열처리 전 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)가 접합되지 않은 비접합부(N)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 용접등의 방법으로 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)를 고정하여 블랭크가 성형공정에서 서로 분리되지 않고 상대 이동이 제한될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은, 겹침영역(S)은, 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)가 접합된 접합부(V)와, 상기 접합부(V)가 형성되지 않은 비접합부(N)를 포함하고, 제1 블랭크(1) 및 제2 블랭크(2)는 서로 평행하지 않고 교차되도록 내측으로 꺾이는 부분에 내측코너라인(11)이 형성된다. 일 실시예에 따를 때, 상기 내측코너라인(11)은 상기 비접합부(N) 영역 내에 형성될 수 있다. 또한, 비접합부(N)는 적어도 일부가 내측코너라인(11)을 따라 배치되어 있을 수 있다.
일례로, 접합부(V)는 점용접 등의 방법으로 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)는 두께방향(D1)으로 결합될 수 있고, 열간 프레스 성형에 의하여 복잡한 형상이 형성될 때 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)가 과도하게 이동하는 것을 방지한다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은, 상기 제1 블랭크(1)와 상기 제2 블랭크(2)의 사이에 위치한 브레이징소재(7)를 포함하는 접합부(V)가 형성되어 있을 수 있다.
접합부(V)에서 두께방향(D1)으로 겹쳐지는 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2) 사이에 브레이징소재(7)가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 브레이징소재(7)는 겹침영역(S)의 일부분인 접합부(V)에서 제1 블랭크(1), 제2 블랭크(2)와 함께 접용접 등에 의해 접합될 수 있고, 브레이징소재(7)는 접합된 부분에서 강성을 추가적으로 확보할 수 있다. 따라서, 도 1b를 참고하면, 브레이징소재(7)가 존재하는 모든 영역인 점선영역이 접합부(V)가 될 수 있다.
접합부(V)는 내측코너라인(11)이 아닌 곳에 형성될 수 있다. 내측코너라인(11)을 경계로 교차되게 배치되는 이웃하는 판면에서 성형 변형이 집중적으로 발생하면서 두께 감소가 많아지므로, 접합부(V)와 브레이징소재(7)가 내측코너라인(11)이 아닌 곳에 형성되는 경우, 내측코너라인(11)을 경계로 교차되게 배치되는 이웃하는 판면에서 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)의 상대이동이 용이하여 성형성이 향상될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 비접합부(N)는 접합부(V)가 점용접인 경우 해당 용접이 되지 않은 구역이고, 브레이징소재(7)가 포함된 경우에는 겹침영역(S)에서 점선으로 표시된 브레이징소재(7)소재가 위치되는 영역의 외부가 될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은, 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)를 일체화 시키고, 접합부(V)가 아닌 곳에서 제1 방향 꺾임(F1) 및 제1 방향 꺾임(F1)과 교차되는 제2 방향 꺾임(F2)으로 함께 가공되어 형성되는 코너부(30)를 포함한다.
코너부(30)는 블랭크가 제1 방향 꺾임(F1)과 제2 방향 꺾임(F2)으로 성형되어 형성된다. 제1 방향 꺾임(F1)은 종방향 꺾임일 수 있고, 제2 방향 꺾임(F2)은 횡방향 꺾임일 수 있다. 이웃하는 판면이 서로 평행하지 않게 교차되도록 내측으로 꺾이는 부분에 내측코너라인(11)이 형성되고, 겹침영역(S)은 내측코너라인(11)을 따라 배치된다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은, 블랭크에서 제1 방향 꺾임(F1)과 다른 위치에서 종방향 꺾임인 제3 방향 꺾임(F3)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 성형부품의 코너부(30)가 한 지점에서 여러 개 형성되는 경우의 성형 전 블랭크를 개략적으로 도시한다. 도 2b는 도 2a와 같이 형성된 블랭크로 성형부품을 제작한 경우의 두께 감소율의 해석결과를 도시한다.
블랭크는 제3 블랭크(3), 제4 블랭크(4) 및 제5 블랭크(5)를 포함하여 일체로 형성될 수 있다.
블랭크는 제3 블랭크(3)와 제4 블랭크(4)가 두께방향으로 겹쳐진 제1 겹침영역(SA) 및 제3 블랭크(3)와 제4 블랭크(4)가 두께방향으로 겹치지 않는 비겹침영역(T)이 포함되도록 배치될 수 있다.
또한, 블랭크는 제4 블랭크(4)와 제5 블랭크(5)가 두께방향으로 겹쳐진 제2 겹침영역(SB)및 제4 블랭크(4)와 제5 블랭크(5)가 두께방향으로 겹쳐지 않는 비겹침영역(T)을 포함하도록 배치될 수 있다.
제1 겹침영역(SA)의 일부분에서 제3 블랭크(3)와 제4 블랭크(4)가 접합된 제1 접합부(VA)와 나머지 영역에서 제3 블랭크(3)와 제4 블랭크(4)가 접합되지 않은 제1 비접합부(NA)를 형성하고, 제2 겹침영역(SB)의 일부분에서 제4 블랭크(4)와 제5 블랭크(5)가 접합된 제2 접합부(VB)와 나머지 영역에서 제4 블랭크(4)와 제 5 블랭크(5)가 접합되지 않은 제2 비접합부(NB)가 형성될 수 있다.
제1 접합부(VA) 및 제2 접합부(VB)는 내측코너라인(11)이 아닌 곳에 형성될 수 있다. 제1 접합부(VA) 또는 제2 접합부(VB) 가 내측코너라인(11)에 형성될 경우, 제3 블랭크(3)와 제4 블랭크(4)가 상대이동이 제한되면서 성형성의 저하가 발생할 수 있다.
내측코너라인(11)을 경계로 이웃하는 판면이 서로 평행하지 않게 교차되도록 내측으로 꺾이고, 제1 접합부(VA) 및 제2 접합부(VB)는 내측코너라인(11)을 경계로 교차되게 배치되는 이웃하는 판면이 아닌 곳에 형성될 수 있다.
제3 블랭크(3)와 제4 블랭크(4)를 일체화시키고, 제1 접합부(VA) 또는 제2 접합부(VB)가 아닌 곳에서 제1 방향 꺾임(F1) 및 제1 방향 꺾임(F1)과 교차되는 제2 방향 꺾임(F2)이 발생하도록 성형된다.
이웃하는 판면이 서로 평행하지 않게 교차되도록 내측으로 꺾이는 부분에 내측코너라인(11)이 형성되고, 제4 블랭크(4)와 제5 블랭크(5)에는 2개의 내측코너라인(11)이 형성될 수 있다.
또한, 제1 접합부(VA)는 제3 블랭크(3)와 제4 블랭크(4), 제2 접합부(VB)는 제4 블랭크(4)와 제5 블랭크(5)의 사이에 두께방향으로 브레이징소재(7)를 더 포함하여 접합 강도를 높이도록 형성될 수도 있다.
도 2b를 참고하면, 이와 같이 형성된 블랭크로 성형된 성형부품은 비교적 복잡한 형상을 열간 프레스 성형가공으로 가공하였음에도 불구하고, 두께 감소율이 양호하여 성형성이 개선된 효과를 제공한다.
블랭크는 제3 블랭크(3), 제4 블랭크(4), 제5 블랭크(5) 외에 추가적으로 제n 블랭크를 포함할 수 있다.
일체화된 블랭크의 열간 프레스 성형부품은 제1 방향 꺾임(F1)과 다른 위치에서 종방향 꺾임인 제3 방향 꺾임(F3)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기의 제3 블랭크(3), 제4 블랭크(4) 및 제5 블랭크(5)는 블랭크가 복수개의 판상이 일체화될 수 있음을 설명하기 위한 것이다. 이하, 제3 블랭크(3)는 제1 블랭크(1)에 포함되고, 제4 블랭크(4), 제5 블랭크(5) 및 제n 블랭크는 제2 블랭크(2)에 포함되는 것으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은, 블랭크의 두께가 0.8 내지 3mm이며, 인장강도는 500 내지 2000MPa일 수 있다.
두께가 0.8mm 보다 얇은 경우에는 성형부품이 가공되는 과정에서 인장력에 의하여 찢기거나 주름이 지는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 자동차 등의 부품에 성형부품이 사용되는데, 용도에 맞는 두께를 갖기 어려울 수 있다.
두께가 3mm 보다 두꺼운 경우에는 열간 프레스 가공으로 인하여 성형성이 용이하지 않을 수 있고, 또한, 자동차 등의 부품에 성형부품이 사용되는데, 용도에 맞는 두께를 갖기 어려울 수 있다.
또한, 열간 프레스 성형부품의 인장강도가 500 내지 2000MPa를 만족함으로써 성형부품이 자동차 등의 부품에 쓰일 때 바람직하다.
그러나, 상기의 두께 및 인장강도에 한정되지 않고, 통상적으로 사용가능한 모든 두께 및 인장강도를 갖는 블랭크로 제작된 성형부품을 모두 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은, 열간 프레스 가공이후에 다른 부품과의 용접 또는 열간 프레스 가공 이후에 성형부품 자체 내에서 접합 등의 방법으로 비접합부(N)의 접합 공정이 진행될 수 있다.
이 경우, 비접합부(N)에 추가적인 공정으로서 비접합부(N)에도 용접 등으로 접합될 수도 있다. 그러나, 이 경우 열간 프레스 성형 전에 형성된 접합부(V)와, 열간 프레스 성형 이후에 비접합부(N)에 상기 추가적인 공정으로 접합된 부분은 형태가 다르게 형성된다. 따라서 통상의 기술자는 외관에 의하여 쉽게 구분 가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 성형부품은 열간 프레스 가공 즉, 열처리 전 비접합부(N)가 형성되는 경우라면 열처리 후인 그 이후에 추가적인 접합 공정이 있는 성형부품도 포함한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따라 성형된 성형부품 형상의 예시를 도시한다.
도 3a의 경우, 4개의 코너부(30)를 갖고 형성된 형상이다. 도 3b의 경우, 성형부품의 내부에 위치되고 분기되어 양쪽에 코너부(30)가 형성되어 T자 구조를 갖는 부분을 포함하고 외곽에 4개의 코너부(30)를 갖는 형상이다. 도 3c의 경우, 성형부품의 내부에 교차되는 T자 구조를 갖게 되어 +자와 같이 4개의 코너부(30)가 한꺼번에 형성되고, 외곽에 4개의 코너부(30)가 각각 형성되며, 외곽으로부터 분기되는 T자 구조에는 2개의 코너부(30)를 포함하는 열간 프레스 성형부품의 형상을 도시한다.
제1 방향 꺾임(F1) 및 제1 방향 꺾임(F1)과 교차되는 제2 방향 꺾임(F2)이 발생한 곳에서 코너부(30)가 형성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은, 제1평면부(31) 및 제1 평면부(31)로부터 제1 방향(F1)으로 절곡된 세로벽부(33)를 포함하고, 세로벽부(33)는, 제1세로벽부(33a)와 제1세로벽부(33a)로부터 제2 방향(F2)으로 절곡된 제2세로벽부(33b) 및 제1세로벽부(33a)와 제2세로벽부(33b)가 구분되는 내측코너라인(11)을 포함하고, 제1평면부(31)와 세로벽부(33)는 제1 블랭크(1) 및 제2 블랭크(2)가 겹쳐진 겹침영역(S)을 포함하고, 접합부(V)는 제1평면부(31)에 위치하고, 비접합부(N)는 적어도 일부가 내측코너라인(11)에 위치한다.
블랭크가 제1 방향 꺾임(F1) 성형되면 제1평면부(31)와 세로벽부(33)가 형성된다.
제1평면부(31)는 열간 프레스 가공 전과 같이 거의 신장이 없이 형성된다.
세로벽부(33)는 제1 방향 꺾임(F1)의 열간 프레스 가공으로 인하여 제1 평면부(31)와 일정한 각도를 가지고 형성된다.
제2평면부(32)는 블랭크가 세로벽부(33)와 연속되며 제1 방향 꺾임(F1)이 형성된 부분과 다른 부분에서 종방향 꺾임인 제3 방향 꺾임(F3)으로 형성된다.
기존의 열간 프레스 성형부품은 일체화되어 형성된 성형부품의 형상에 제한이 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 도 3a 내지 도 3c와 같이 비교적 복잡한 형상도 열간 프레스 성형가공에 의하여 가공할 수 있는 효과를 제공한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형부품의 코너부(30)를 도시한다. 도 5는 코너부(30)가 아닌 부분의 개략적인 단면도를 도시한다.
개략적인 단면도에는 블랭크가 이러한 복수의 판상으로 형성된 것은 도시하지 않았으나, 블랭크는 상기와 같이 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)의 겹침영역(S)에서 복수의 판상부재가 겹쳐져서 일체화된다.
코너부(30)는 T자 형상이나 +자 형상에서 제1 방향 꺾임(F1)과 제2 방향 꺾임(F2)이 함께 있는 부분이다.
제1 방향 꺾임(F1)으로 인하여 제1평면부(31)와, 세로벽부(33)가 형성된다. 그리고 제2 방향 꺾임(F2)에 의하여, 세로벽부(33)는 상기 제1평면부(31)로부터 연장 형성되고 내측코너라인(11)으로 구분되는 제1세로벽부(33a)와 제2세로벽부(33b)를 포함한다.
제3 방향 꺾임(F3)로 인하여 상기 세로벽부(33)와 소정의 각도를 가지고 연장 형성되는 제2평면부(32)가 형성된다.
또한, 상기 제1평면부(31)와 상기 세로벽부(33) 사이에 곡면인 제1곡면부(50)와, 상기 제2평면부(32)와 상기 세로벽부(33) 사이에 형성된 곡면인 제2곡면부(60)가 형성된다.
그리고, 내측코너라인(11)은 상기 제1세로벽부(33a)와 상기 제2세로벽부(33b)의 사이에 위치하고, 상기 제1세로벽부(33a)와 상기 제2세로벽부(33b)로부터 연장 형성된 면에 형성된다.
상기 제1곡면부(50)가 상기 제1평면부(31)와 형성하는 경계(50a)와 상기 내측코너라인(11)이 만나는 지점에 형성된 곡률의 반경을 제1 곡률반경(Rc)이라고 한다. 그리고, 상기 제1세로벽부(33a)와 상기 제2세로벽부(33b)가 이루는 각도를 제1 각도(Θc) 및 상기 제1평면부(31)와 제2평면부(32)의 수직선으로부터 상기 세로벽부(33)가 이루는 제2 각도(Θw)라고 한다.
상기 제2곡면부(60)는 프레스 가공에 의하여 곡면으로 형성된다.
상기 제2곡면부(60)의 반경인 제2 곡률반경(Rd)은 일반적으로 다이 곡률 반경이라고도 지칭된다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은 세로벽부 높이(hw)에 따라 하기의 식을 만족하는 부품의 형상을 모두 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형부품은, 세로벽부 높이(hw)가 하기의 식(1)을 만족하는 경우, 제1 곡률반경(Rc), 제1 각도(Θc), 제2 곡률반경(Rd) 및 제2 각도(Θw)에 관한 식 (2)를 만족한다. 하기의 식에서 hw, Rc 및 Rd의 단위는 mm이며, Θc 및 Θw의 단위는 °(degree)일 때의 값을 차용하고, 무차원화한 값이다.
식(1): hw ≥ 35
식(2): Rc ≤ 0.446 + 7.661 / (Θc /135) + 210 * (hw /100) + 0.002 / (Rd0.5 /120.5) + 1.375 / (Θw /30)
본 발명의 일 실시예에 따른 성형부품은, 세로벽부 높이(hw)가 하기의 식(3)을 만족하는 경우, 제1 곡률반경(Rc), 제1 각도(Θc) 및 세로벽부 높이(hw)는 하기의 식(4)를 만족한다. 하기의 식에서 hw, Rc 및 Rd의 단위는 mm이며, Θc 및 Θw의 단위는 (degree)일 때 값만 차용하고 이를 무차원화 한 값이다.
식(3): 0 < hw < 35
식(4): Rc ≤ 9.855 / (Θc /135) + 203 * (hw /100)
일 예로서, 본 발명이 아닌 기존의 열간 프레스 가공에 따라 성형부품으로 자동차 부품을 성형하여 코너부(30)를 가지는 경우, 코너부(30)에서 크랙이 발생되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 세로벽부 높이(hw)를 낮추거나 제1 각도(Θc)를 크게 조절하여, 성형이 비교적 용이한 형상으로 가공한 성형부품을 제작한다.
그러나, 성형부품의 충돌성능 또는 공간활용을 고려할 때, 세로벽부 높이(hw)가 높고, 제1 각도(Θc)가 작으면서도 제1 곡률반경(Rc) 이 작도록 형성되는 성형부품도 필요로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형부품은, 블랭크를 열간 프레스 가공하여 형성하기 때문에, 기존의 열간 프레스 가공에 따른 성형부품에 의하여는 가공하기 어려웠던 형상인 경우에도, 상기의 식(1)과 식(2) 또는 식(3)과 식(4)를 만족하는 경우 제작할 수 있다.
구분 hw Θc Rd Θw Rc 식(2)의 우변 계산 값 성형성
기존 본 발명
실시예1 50 90 12 3 30 130.7 불량 양호
실시예2 50 90 12 3 125 130.7 불량 양호
실시예3 50 135 12 3 120 126.9 불량 양호
실시예4 100 90 12 3 230 235.7 불량 양호
실시예5 50 90 4 3 132 130.7 불량 양호
실시예6 50 90 12 30 115 118.3 불량 양호
실시예7 50 60 12 3 130 136.4 불량 양호
비교예1 50 90 12 3 135 130.7 양호 양호
상기 표 1은 식(1)을 만족하는 경우에 대한 실험 값이다. 실시예 1 내지 실시예 7을 살펴보면, 식(2)를 만족하는 경우 본 발명에 의할 때는 양호하게 성형되는 것을 알 수 있다. 상기 표 1에 기재된 조건 이외의 다른 조건은 기존의 방식으로 가공된 성형부품과 본 발명의 성형부품 모두 동일하다.
기존의 단일 블랭크로 성형하는 경우에는 실시예 1 내지 실시예 7의 경우에서 볼 수 있는 것과 같이 성형성이 좋지 않아 크랙 등이 발생하여 성형부품이 형성될 수 없다.
다만, 비교예 1에서 보이는 것과 같이, 제1 곡률반경(Rc) 이 큰 경우에는 세로벽부 높이(hw)의 영향을 덜 받고 형상 자체의 성형성이 비교적 나쁘지 않아 기존의 방식으로도 가공 가능하다.
구분 hw Θc Rc 식(4)의 우변 계산값 성형성
기존 본 발명
실시예8 20 90 50 55.4 불량 양호
실시예9 20 60 55 62.8 불량 양호
실시예10 20 135 45 50.5 불량 양호
비교예2 20 135 55 50.5 양호 양호
상기 표 2는 식(3)을 만족하는 경우에 대한 실험 값이다. 실시예 8 내지 실시예 10을 살펴보면, 식(4)를 만족하는 경우 본 발명에 의할 때는 양호하게 성형되는 것을 알 수 있다. 상기 표 2에 기재된 조건 이외의 다른 조건은 기존의 방식으로 가공된 성형부품과 본 발명의 성형부품 모두 동일하다.
기존의 방법인 단일 블랭크로 성형 제작한 성형부품인 경우에는 실시예 8 내지 실시예 10의 경우에서 볼 수 있는 것과 같이 성형성이 좋지 않아 크랙 등이 발생하여 성형부품이 형성될 수 없다.
다만, 비교예 2에서 보이는 것과 같이, 제1 곡률반경(Rc) 과 제1 각도(Θc)가 비교적 큰 경우에는 성형성이 양호하여 기존의 방식으로도 성형이 가능하다.
도 6은 기존의 방식인 단일 블랭크로 열간 프레스 가공된 성형부품과 본 발명의 일 실시예에 따른 성형부품의 성형성 차이를 도시한다.
(a)의 경우, 단일 블랭크의 성형 전의 모습, (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 블랭크의 성형 전 모습이다. (a)와 (b)의 블랭크로 열간 프레스 가공하여 제작된 성형부품의 코너부(30)는 (c)와 (d)로 알 수 있듯이 두께의 차이를 볼 수 있다. (c)의 경우, 인장력이 많이 작용한 내측코너라인(11)의 두께의 결과 값을 고려할 때, 크랙 등의 성형성이 문제된다는 것을 알 수 있다. (d)의 경우, 코너부(30)의 성형성이 개선된 것을 볼 수 있다. 따라서 기존의 방식으로 제작할 수 없는 성형부품도 본 발명에 따라 한 번의 열간 프레스 가공에 의하여 가공할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은 한번의 열간 프레스 가공을 통하여 상기 언급한 복잡한 형상의 성형부품을 형성함으로써, 공정상의 비용 절감뿐만 아니라, 그 강도와 성형성이 우수한 성형부품을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은 열간 프레스 가공으로 형성된 이후에 트리밍이나 피어싱과 같은 후 공정작업은 별도로 수행되어 강도나 안전성을 고려할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 성형부품은 블랭크의 표면에 형성된 도금층(미도시)을 더 포함하고, 상기 도금층은 상기 블랭크의 모재와 합금화된다.
성형부품의 블랭크는 표면에 형성된 도금층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 제1 블랭크(1)와 제2 블랭크(2)가 일체화되어 블랭크가 형성된 후 열간 프레스 가공에 의하여 성형된 성형부품이므로, 열간 프레스 가공에 의하여 상기 블랭크의 모재와 상기 도금층은 합금화된 표면성질을 갖게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 제1 블랭크 2: 제2 블랭크
3: 제3 블랭크 4: 제4 블랭크
5: 제5 블랭크 7: 브레이징소재
11: 내측코너라인 30: 코너부
31: 제1평면부 32: 제2평면부
33: 세로벽부 50: 제1곡면부
60: 제2곡면부 hw: 세로벽부 높이
Rc: 제1 곡률반경 Θc: 제1 각도
Rd: 제2 곡률반경 Θw: 제2 각도
D1: 두께방향 F1: 제1 방향 꺾임
F2: 제2 방향 꺾임 F3: 제3 방향 꺾임
S: 겹침영역 SA: 제1 겹침영역
SB: 제2 겹침영역 T, T1, T2: 비겹침영역
V: 접합부 VA: 제1 접합부
VB: 제2 접합부 N: 비접합부
NA: 제1 비접합부 NB: 제2 비접합부

Claims (8)

  1. 제1평면부; 및
    상기 제1평면부로부터 제1 방향으로 절곡된 세로벽부; 를 포함하고,
    상기 세로벽부는,
    제1세로벽부;
    상기 제1세로벽부로부터 제2 방향으로 절곡된 제2세로벽부; 및
    상기 제1세로벽부와 상기 제2세로벽부가 구분되는 내측코너라인;을 포함하고,
    상기 제1평면부와 상기 세로벽부는 제1 블랭크 및 제2 블랭크가 겹쳐진 겹침영역을 포함하고,
    상기 겹침영역은,
    상기 제1 평면부에 위치하고, 열처리 전 상기 제1 블랭크 및 상기 제2 블랭크가 접합된 접합부; 및
    적어도 일부가 상기 내측코너라인에 위치하고, 열처리 전 상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크가 접합되지 않은 비접합부;를 포함하는 열간 프레스 성형부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세로벽부와 소정 각도를 가지고 연장 형성되는 제2평면부와,
    상기 제1평면부와 상기 세로벽부 사이에 형성된 제1곡면부와,
    상기 제2 평면부와 상기 세로벽부 사이에 형성된 제2곡면부를 포함하고,
    상기 세로벽부 높이(hw)가 하기의 식 (1)을 만족할 때,
    상기 제1곡면부가 상기 제1평면부와 형성하는 경계와 상기 내측코너라인이 만나는 지점에 형성된 곡률의 반경인 제1 곡률반경(Rc)과,
    상기 제2곡면부의 반경인 제2 곡률반경(Rd)과,
    상기 제1세로벽부와 상기 제2세로벽부가 이루는 각도인 제1 각도(Θc) 및
    상기 제1평면부와 제2평면부의 수직선으로부터 상기 세로벽부가 이루는 제2 각도(Θw)는,
    하기의 식 (2)를 만족하는 열간 프레스 성형부품.
    식(1): hw ≥ 35
    식(2): Rc ≤ 0.446 + 7.661 / (Θc /135) + 210 * (hw /100) + 0.002 / (Rd0.5 /120.5) + 1.375 / (Θw /30)
    (상기 식(1)과 식(2)에 있어서 hw, Rc 및 Rd의 단위는 mm이며, Θc 및 Θw의 단위는 °(degree)일 때 이를 무차원화 한 값이다.)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1평면부와 상기 세로벽부 사이에 형성된 제1곡면부를 더 포함하고,
    상기 세로벽부 높이(hw)가 하기의 식 (3)을 만족할 때,
    상기 제1곡면부가 상기 제1평면부와 형성하는 경계와 상기 내측코너라인이 만나는 지점에 형성된 곡률의 반경인 제1 곡률반경(Rc)과,
    상기 제1세로벽부와 상기 제2세로벽부가 이루는 각도인 제1 각도(Θc) 및
    상기 세로벽부 높이(hw)는,
    하기의 식 (4)를 만족하는 열간 프레스 성형부품.
    식(3): 0 < hw < 35
    식(4): Rc ≤ 9.855 / (Θc /135) + 203 * (hw /100)
    (상기 식(3)과 식(4)에 있어서 hw, Rc의 단위는 mm이며, Θc의 단위는 °(degree)일 때 이를 무차원화 한 값이다.)
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블랭크의 두께는 0.8 내지 3mm인 열간 프레스 성형부품.
  5. 제4항에 있어서,
    인장강도가 500 내지 2000MPa인 열간 프레스 성형부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접합부는 상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크의 사이에 위치한 브레이징소재를 더 포함하는 열간 프레스 성형부품.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크의 면적이 동일한 경우, 상기 겹침영역은 상기 제1 블랭크 또는 상기 제2 블랭크의 면적의 5% 이상 90% 이하이고,
    상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크의 면적이 상이한 경우, 상기 겹침영역은 상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크 중 면적이 작은 것의 면적의 5% 이상이고, 상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크 중 면적이 큰 것의 면적의 90% 이하인 열간 프레스 성형부품.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 블랭크는 표면에 형성된 도금층을 더 포함하고,
    상기 도금층은 상기 블랭크의 모재와 합금화된 열간 프레스 성형부품.
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KR900000296U (ko) 1988-06-27 1990-01-07 삼성전자주식회사 식시세척기의 급배수 장치

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