WO2010011103A2

WO2010011103A2 - 프레스 경화용 금형의 냉각장치

Info

Publication number: WO2010011103A2
Application number: PCT/KR2009/004133
Authority: WO
Inventors: 권순용; 홍승택
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2010-01-28
Also published as: US20110068519A1; EP2289694A2; WO2010011103A3; EP2289694A4; JP2011523375A; JP5403768B2; EP2289694B1; KR101149233B1; KR20100011958A

Abstract

본 발명은 프레스 경화용 부품을 생산하는 강판 블랭크의 프레스 공정중 트리밍 절단 부위의 냉각 속도를 지연시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 것이다. 본 발명에 따른 프레스 경화용 금형의 냉각장치는, 강판 블랭크를 상,하부에서 프레스 가공하도록 내부에 냉각수 공급부가 배치되는 상,하부 금형으로 구성된 프레스 경화용 금형과, 상,하부 금형의 냉각수 공급부와 강판 블랭크의 접촉면 사이에 배치되어 강판 블랭크측에 전달되는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각수 온도 조절수단으로 대별된다. 이에 따르면 본 발명은 상,하부 금형의 냉각수 공급부로부터 전달되는 냉각속도를 지연시켜 트리밍 절단 부위의 급냉을 방지하여 경도가 높은 마르텐 사이트 조직화되는 것을 방지할 수 있으므로, 트리밍 공정시 트리밍 금형의 마모를 줄일 수 있게 되어 내구성 향상 및 생산성을 증가시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Description

프레스 경화용 금형의 냉각장치

본 발명은 프레스 경화용 금형의 냉각장치에 관한 것으로, 특히 강판 블랭크의 트리밍 금형에 의해 절단되는 부위의 표면 조직 경도를 조절하기 위해 냉각속도를 조절하도록 그 구조가 개선된 프레스 경화용 금형의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 프레스 경화 부품의 제조 공법은 B, Mo, Cr 등을 첨가하여 경화능을 향상시킨 강재를 Ac3 변태점 이상인 900℃ 정도의 고온으로 가열하여 완전 오스테나이트화시킨 다음, 이 강판을 프레스 금형에서 한 번에 제품 형상으로 열간성형하면서 급속 냉각을 통해 마르텐사이트화시켜 고강도 제품을 제조하는 공법이다.

주지된 바와 같이, 강판은 고온으로 가열되면 연성이 좋아지기 때문에 성형이 매우 쉬워지고, 그에 따라 프레스 경화 공정을 통하여 제조되는 강판은 일반 가공용 강판의 가공성보다 다소 우수할 뿐만 아니라 고강도강보다도 훨씬 우수하다.

또한, 프레스 경화 공정을 통해 제조된 강판은 그 강도(1,400MPa 이상)가 아주 높기 때문에 항복강도를 밀도로 나눈 비강도면에서 아주 우수하여 자동차의 경량화에 크게 기여할 수 있으며, 또한 가공후 형상변형(Springback)이 거의 없어서 성형이 어려운 초고강도 요구 부품에 적용되고 있다.

상기 프레스 경화 공정에서 강판을 완전 오스테나이트로 변태시키기 위해서 대략 900℃ 이상으로 수분 이상을 가열하는 조건이 필요하며, 공정의 효율을 위해 자동화가 이루어져야 한다.

종래의 프레스 경화 공정은 권취된 강판 코일로부터 경화되기 전의 블랭크가 직선형 가열로를 통해 가열된 후에, 로봇을 통해 프레스측으로 이송되어 프레스 성형되는 공정들로 구성되어 있다.

상기한 프레스는 프레스 경화용 금형의 상,하부 금형을 채용하며, 강판 블랭크의 표면 조직 경화를 위해 냉각수가 상,하부 금형에 각각 마련된 냉각수 공급부측으로 공급되어 강판 블랭크를 냉각시키도록 되어 있다.

기존 강판 블랭크는 실제 부품으로 사용되는 중간부위와 스크랩으로 절단되어 폐기되는 양측 스크랩 부위로 구분되며, 실제로 양측 스크랩 부위는 후가공 공정에서 트리밍 금형에 의해 절단된다.

그런데, 기존 트리밍 금형에 의해 절단되는 트리밍 절단 부위에도 앞서 설명한 프레스 금형 냉각에 의한 경화현상이 일어나게 되어 트리밍 공정시 트리밍 금형의 마모가 심하고, 이로 인해 트리밍 가공의 가공성이 저하되고 트리밍 금형의 교체작업으로 인한 작업 손실이 발생하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 프레스 경화용 금형의 구조를 개선하여 강판 블랭크의 일 부위가 다른 부위와 다른 냉각과정을 통해 트리밍 가공이 용이하게 이루어지도록 한 프레스 경화용 금형의 냉각장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상,하부 금형으로 구성되고 강판 블랭크를 프레스 가공하기 위한 프레스 경화용 금형과,

상기 상,하부 금형의 내부에 서로 이격되게 배치되며 냉각수가 흐르는 통로가 되는 다수개의 냉각수 공급부와,

상기 냉각수 공급부들에 공급되는 냉각수의 온도를 부위별로 조정하기 위한 냉각수 온도 조절수단을 구비한 것이다.

상기 냉각수 온도 조절수단은 상기 냉각수 공급부들중 상기 강판 블랭크의 트리밍 절단 부위와 근접된 냉각수 공급부에 다른 냉각수 공급부에 공급되는 냉각수보다 높은 온도의 냉각수를 차등 공급하도록 제어하는 컨트롤러를 구비하되,

상기 컨트롤러는 상기 트리밍 절단 부위와 근접된 냉각수 공급부에 공급되는 냉각수를 가열하는 히터를 구비한 것이다.

상기 컨트롤러는 상기 트리밍 절단 부위에 근접된 냉각수 공급부에 공급되는 냉각수의 온도가 45~80℃를 유지하도록 상기 히터의 동작을 제어하는 것이다.

상기 강판 블랭크의 트리밍 절단 부위와 근접된 냉각수 공급부와 상기 강판 블랭크의 접촉면 사이에 중공부가 형성된다.

상기 프레스 경화용 금형은 내부에 단열재가 배치된다.

상기 강판 블랭크의 트리밍 절단 부위와 상기 강판 블랭크의 사이에 배치되어 상기 프레스 경화용 금형의 온도를 감지하여 감지된 신호를 상기 컨트롤러 측으로 출력하는 온도 감지센서를 더 구비한다.

상기 냉각수 온도 조절수단은 상기 강판 블랭크의 트리밍 절단 부위를 페라이트와 펄라이트 및 베이나이트의 혼합 조직이 되도록 냉각수의 온도를 제어하는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 내부에 단열재가 배치된 상,하부 금형으로 구성되고 강판 블랭크를 프레스 가공하기 위한 프레스 경화용 금형과,

상기 프레스 경화용 금형의 내부에 배치된 온도 감지센서를 근거로 상기 냉각수 공급부들에 공급되는 냉각수의 온도를 부위별로 조정하기 위한 냉각수 온도 조절수단을 구비한다.

본 발명은 프레스 경화용 부품을 생산하는 강판 블랭크의 프레스 공정중 트리밍 절단 부위의 냉각 속도를 지연시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 상,하부 금형의 냉각수 공급부로부터 전달되는 냉각속도를 지연시켜 트리밍 절단 부위의 급냉을 방지하여 경도가 높은 마르텐 사이트 조직화되는 것을 방지할 수 있으므로, 트리밍 공정시 트리밍 금형의 마모를 줄일 수 있게 되어 내구성 향상 및 생산성을 증가시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 프레스 경화용 금형의 냉각장치의 제 1 실시예를 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명 제 2 실시예를 보인 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 프레스 경화용 금형의 냉각장치의 제 3 실시예를 나타낸 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 프레스 경화용 금형의 냉각장치의 제 4 실시예를 나타낸 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 프레스 경화용 금형의 냉각장치의 제 5 실시예를 나타낸 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 프레스 경화용 금형의 냉각장치의 제 6 실시예를 나타낸 구성도.

도 7은 본 발명에 따른 강판 블랭크의 시간별 냉각과정을 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 프레스 경화용 금형의 냉각장치의 제 1실시 예는, 도 1을 참조하여 설명하면, 강판 블랭크(S)를 상,하부에서 프레스 가공 처리하며 내부에 냉각수 공급부(12,22)가 배치되는 상,하부 금형(10,20)으로 구성된 프레스 경화용 금형(P)과, 상,하부 금형(10,20)의 냉각수 공급부(12,22)와 강판 블랭크(S)의 접촉면 사이에 배치되어 강판 블랭크(S)측에 전달되는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각수 온도 조절수단으로 대별된다.

더 상세히 설명하면, 냉각수 온도 조절수단은 상기한 다수개의 냉각수 공급부(12,22)측으로 공급되는 냉각수의 온도를 차등지게 공급하기 위한 컨트롤러(100)를 구비하되, 그 컨트롤러(100)에는 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 위치의 냉각수 공급부(12,22)측에 공급되는 냉각수를 가열하는 히터(150)가 구비된 것이다.

컨트롤러(100)는 히터(150)의 동작을 온/오프 제어하여 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 냉각수 공급부(12,22)측에 공급되는 냉각수의 온도를 45~80℃를 유지하도록 하고, 나머지 냉각수 공급부(12,22)에는 기존과 동일한 온도인 10~25℃의 냉각수를 공급하도록 된 것이다.

즉, 컨트롤러(100)는 강판 블랭크(S)의 부품이 되는 중간 부위와 근접된 냉각수 공급부(12,22)측에 10~25℃의 냉각수를 공급하고, 양측에 위치한 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 냉각수 공급부(12,22)측에 히터(150)를 거쳐서 가열되어 45~80℃의 냉각수가 공급되도록 제어한다.

이때, 냉각수 온도를 45~80℃로 조절하는 이유는, 트리밍 절단 부위(T1)에 해당되는 강판 블랭크(S)의 조직을 인성과 연성이 마르텐사이트조직에 비해 우수한 페라이트+펄라이트+베이나이트 혼합 조직으로 변태시키기 위함이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 프레스 경화용 금형의 냉각장치는, 프레스 경화 부품을 생산하기 위해 가열로를 거쳐 900℃ 이상으로 가열된 강판 블랭크(S)를 로봇을 이용하여 프레스 경화용 금형(P)으로 이송시킨 후에 프레스 공정하는 과정에서, 강판 블랭크(S)의 부위중 제품이 되는 중간부위와 양측 스크랩 부위의 경계부위인 트리밍 절단 부위(T1)에 냉각수 공급부(12,22)로부터 전달되는 냉각속도를 강판 블랭크(S)의 다른 부위보다 낮은 열 전도율을 갖도록 한 것이다.

이를 위해 프레스 경화용 금형(P)의 상,하부 금형(10,20)에 배치된 냉각수 공급부(12,22)들중에 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 냉각수 공급부(12,22)측에 다른 부위보다 높은 냉각수온의 냉각수를 공급함으로써, 트리밍 공정시 트리밍 절단 부위(T1)의 냉각속도를 다른 부위보다 지연시켜 강판 블랭크(S)의 다른 부위보다 경화능을 저하시킬 수 있도록 한 것이다.

이에 따라, 프레스 공정중에 강판 블랭크(S)의 트리밍 절단 부위(T1)는 다른 부위에 비해 늦은 냉각속도를 가지게 되며, 이에 따라 다른 부위에 비해 경도가 낮은 조직이 형성된다.

이후에, 트리밍 공정시 트리밍 절단 부위(T1)를 제외한 강판 블랭크(S)의 나머지 부위가 경도가 높은 마르텐사이트 조직화되는 반면에, 트리밍 절단부위는 마르텐사이트조직에 비해 경도가 낮고 가공성이 좋은 페라이트+펄라이트+베이나이트 조직으로 변환된다.

이때, 트리밍 절단 부위(T1)의 경화능은 냉각수온에 따라 가변되며, 예를 들어 냉각수온을 높일 경우에는 냉각속도가 더 느려지게 되고, 냉각수온을 낮게 할 경우에는 냉각속도가 빨라지는 상관 관계를 갖는다.

이하, 본 발명의 다른 실시 예들중 선 실시 예에서 설명된 구성요소에 대해서는 중복되는 설명을 생략하기로 하며, 도면 부호를 동일하게 기재하기로 한다.

한편, 도 2는 본 발명의 제 2실시예를 보인 도면으로서, 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 냉각수 공급부(12,22)와 강판 블랭크(S)의 접촉면 사이의 상,하부 금형에 중공부(210)가 형성된 것이다.

이는, 냉각수 공급부(12,22)로부터 전달되는 냉각수의 열 전도율을 저하시켜 앞서 말한 강판 블랭크(S)의 트리밍 절단 부위(T1)를 페라이트+펄라이트+베이나이트 조직으로 혼합 조직화시키기 위함이다.

즉, 냉각수 공급부(12,22)로부터 전달되는 열이 중공부(210)를 거쳐서 트리밍 절단 부위(T1)측으로 전도되도록 함으로써, 냉각수의 냉각 기능을 다른 부위보다 저하시켜 강판 블랭크(S)의 트리밍 절단 부위(T1)가 급냉되는 것을 방지한다.

이때, 중공부(210)는 여기서는 상,하부 금형(10,20) 양측에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 상부 금형 또는 하부 금형에만 형성될 수도 있다.

그리고, 중공부(210)는 열전달 효율이 저하되도록 사각형 또는 원형 형태의 단면 형상을 갖는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 제 3 실시 예를 보인 구성도로서, 그 구성은 앞서 설명한 실시 예들의 구성요소외에 프레스 경화용 금형(P)을 구성하는 상,하부 금형(10,20)의 내부에 수직으로 단열재(300)가 배치된 것이다.

단열재(300)는 프레스 경화용 금형(P)의 양측에 트리밍 절단 부위(T1)를 기준으로 상,하부 금형을 구획하도록 수직으로 배치된다.

이는, 강판 블랭크(S)의 트리밍 절단 부위(T1)에 전달되는 냉각수의 온도를 다른 부위에 전달되는 냉각수의 온도와 차별화하기 위함이다.

즉, 단열재(300)를 매개로 프레스 경화용 금형(P)을 중앙 부위와 양측 부위로 구분함으로써, 냉각수 공급부(12,22)를 통해 전달되는 냉각수의 온도를 서로 다른 온도로 공급하여 강판 블랭크의 부위 별로 다른 냉각 성능을 갖도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 4실시 예를 보인 구성도로서, 그 구성은 앞서 설명한 실시 예들의 구성요소를 포함하고, 프레스 경화용 금형(P)의 내부에 배치되어 금형의 내부온도를 감지하고 감지된 신호를 컨트롤러(100)측으로 출력하는 온도 감지센서(155)를 더 구비한 것이다.

온도 감지센서(155)는 금형 온도를 실시간으로 측정함으로써, 냉각수의 공급에 따라 금형의 온도가 컨트롤러(100)에 미리 설정된 온도보다 낮아질 경우, 히터(150)를 통해 냉각수를 가열하여 금형의 특정 부위의 온도를 가열 또는 유지시키는 기능을 수행한다.

도 5는 본 발명의 제 5실시 예를 보인 구성도로서, 그 구성은 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 냉각수 공급부(12,22)의 직경이 다른 냉각수 공급부(12,22)의 직경보다 작은 직경을 갖도록 형성된 것이다.

또한, 도 6은 본 발명의 제 6실시 예를 보인 구성도로서, 그 구성은 프레스 경화용 금형(P)의 양측에 배치되고 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 냉각수 공급부(12,22)와 강판 블랭크의 접촉면과의 간격이 다른 부위에 배치된 냉각수 공급부(12,22)과 강판 블랭크의 접촉면의 간격보다 더 멀리 배치된 구조를 갖는다.

즉, 도면에서 볼 때 상부 금형에 배치되고 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 냉각수 공급부(12)는 상부 금형의 다른 부위에 배치된 냉각수 공급부(12)보다 상측에 배치되고, 하부 금형에 배치되고 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 냉각수 공급부(22)는 하부 금형의 다른 부위에 배치된 냉각수 공급부(12)보다 하측에 배치된 구조를 갖는다.

따라서, 본 발명 제 5실시 예와 제 6실시 예는 냉각수의 공급 온도를 다르게 하지 않고도 강판 블랭크의 부위별로 냉각 성능을 달리할 수 있음을 나타낸 것이다.

즉, 본 발명의 실시 예들은 강판 블랭크(S)의 프레스 공정중에 트리밍 절단 부위(T1)에 상,하부 금형(10,20)의 냉각수 공급부(12,22)로부터 전달되는 냉각속도를 부위별로 다르게 함으로써, 강판 블랭크(S)의 트리밍 절단 부위(T1)의 급냉을 방지하여 경도가 높은 마르텐 사이트 조직화되는 것을 방지할 수 있다.

이에 따라 본 발명 프레스 공정 처리후의 강판 블랭크(S)는 도 7에서와 같이, 강판 블랭크(S)와 접촉되는 중간 부위의 시간별 냉각 속도를 나타낸 "A" 구간과, 트리밍 절단 부위(T1)의 시간별 냉각 속도로를 나타낸 "B" 구간으로 구성되어 강판 블랭크(S)의 각 부위별 냉각속도가 차등지게 되므로, "A"구간에 해당하는 조직이 950℃에서 초당 17~24℃로 800℃로 냉각된 후에 급냉에 의해 경화되어 마르텐사이트 조직화되고, "B" 구간에서는 800℃에서 서냉되어 혼합 조직화된다.

Claims

상,하부 금형으로 구성되고 강판 블랭크(S)를 프레스 가공하기 위한 프레스 경화용 금형(P)과,

상기 상,하부 금형의 내부에 서로 이격되게 배치되며 냉각수가 흐르는 통로가 되는 다수개의 냉각수 공급부(12,22)와,

상기 냉각수 공급부(12,22)들에 공급되는 냉각수의 온도를 부위별로 조정하기 위한 냉각수 온도 조절수단을 구비한 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형의 냉각장치.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각수 온도 조절수단은 상기 냉각수 공급부(12,22)들중 상기 강판 블랭크(S)의 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 냉각수 공급부(12,22)에 다른 냉각수 공급부(12,22)에 공급되는 냉각수보다 높은 온도의 냉각수를 차등 공급하도록 제어하는 컨트롤러(100)를 구비하되,

상기 컨트롤러(100)는 상기 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 냉각수 공급부(12,22)에 공급되는 냉각수를 가열하는 히터(150)를 구비한 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형의 냉각장치.
청구항 2에 있어서,

상기 컨트롤러(100)는 상기 트리밍 절단 부위(T1)에 근접된 냉각수 공급부(12,22)에 공급되는 냉각수의 온도가 45~80℃를 유지하도록 상기 히터(150)의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형의 냉각장치.
청구항 1에 있어서,

상기 강판 블랭크(S)의 트리밍 절단 부위(T1)와 근접된 냉각수 공급부(12,22)와 상기 강판 블랭크(S)의 접촉면 사이에 중공부(210)가 형성된 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형의 냉각장치.
청구항 1에 있어서,

상기 프레스 경화용 금형은 내부에 단열재(300)가 배치된 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형의 냉각장치.
청구항 2에 있어서,

상기 강판 블랭크(S)의 트리밍 절단 부위(T1)와 상기 강판 블랭크(S)의 사이에 배치되어 상기 프레스 경화용 금형의 온도를 감지하여 감지된 신호를 상기 컨트롤러 측으로 출력하는 온도 감지센서(155)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형의 냉각장치.
청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,

상기 냉각수 온도 조절수단은 상기 강판 블랭크(S)의 트리밍 절단 부위(T1)를 페라이트와 펄라이트 및 베이나이트의 혼합 조직이 되도록 냉각수의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형의 냉각장치.
내부에 단열재(300)가 배치된 상,하부 금형으로 구성되고 강판 블랭크(S)를 프레스 가공하기 위한 프레스 경화용 금형(P)과,

상기 상,하부 금형의 내부에 서로 이격되게 배치되며 냉각수가 흐르는 통로가 되는 다수개의 냉각수 공급부(12,22)와,

상기 프레스 경화용 금형(P)의 내부에 배치된 온도 감지센서(155)를 근거로 상기 냉각수 공급부(12,22)들에 공급되는 냉각수의 온도를 부위별로 조정하기 위한 냉각수 온도 조절수단을 구비한 것을 특징으로 하는 프레스 경화용 금형의 냉각장치.