KR101461887B1

KR101461887B1 - 핫 스탬핑 금형

Info

Publication number: KR101461887B1
Application number: KR1020130027959A
Authority: KR
Inventors: 윤경원
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-11-13
Also published as: CN104043732A; KR20140113060A; US9168578B2; DE102013114031A1; US20140260493A1

Abstract

핫 스탬핑 금형이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 핫 스탬핑 금형은 볼스터에 장착되는 하형과 슬라이더에 장착되는 상형을 포함하는 핫 스탬핑 금형에 있어서, 상기 하형 및 상형은 내부에 복수의 냉각수 챔버가 형성되는 냉각금형; 상기 냉각금형의 일측에 설치되어 냉각금형과 함께 성형면을 형성하며, 일측에 히팅 카트리지가 설치되는 가열금형; 상기 냉각금형과 가열금형 사이에 하중방향으로 개재되는 다수의 인서트 블록을 포함한다.

Description

핫 스탬핑 금형{HOT STAMPING MOLD}

본 발명은 핫 스탬핑 금형에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금형 내부에서 핫 스탬핑 성형용 판재의 부분적인 가열을 이루어 고강도부와 저강도부를 동시에 갖는 성형품을 생산하는 핫 스탬핑 금형에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 산업에서는 차체의 경량화와 충돌 안전성을 동시에 개선하기 위한 여러 노력들이 이루어지고 있다.

최근에는 강판 소재의 강성과 경량화를 동시에 만족시키기 위하여 도 1에서 도시한 바와 같이, 강판(111; 특히, 보론강판)을 이용한 열간 프레스 성형 기술인 핫 스탬핑(hot stamping) 기술이 활발하게 연구되고 있다.

즉, 핫 스탬핑 기술은 강판(111)을 적정온도로 가열하여 프레스 금형(113) 내에서 프레스 성형으로 한번에 성형한 후, 급속 냉각하여 고강도 부품(115)을 제조하는 성형기술이다.

따라서 상기한 핫 스탬핑 성형품은 일반 강판 부품보다 강도가 4~5배 높으면서도 무게는 기존에 비하여 최대 40%까지 줄일 수 있어 상기한 바와 같은 차체의 경량화와 강도 향상을 동시에 이룰 수 있는 이점이 있다.

한편, 최근에는 강판을 금형 내부에서 부분적으로 가열하여 성형함으로써, 천이구간(Transition Segment)을 사이에 두고 고강도부와 저강도부를 동시에 갖는 성형품의 생산이 이루어지고 있다.

이와 같이, 성형품에 고강도부와 저강도부를 동시에 갖도록 하는 핫 스탬핑 성형기술은 차체의 경량화를 만족시키면서도 부분적으로 충돌흡수성능과 강성확보를 동시에 구현할 수 있도록 하여 안전성을 향상시키기 위해서이다.

이와 같은 핫 스탬핑 성형기술이 적용되는 일례로, 도 2에서 도시한 바와 같은 차체의 센터 필러(100)를 들 수 있다.

즉, 상기한 센터 필러(100)의 경우, 충돌의 영향을 직접적으로 받는 하부는 저강도부(L)를 형성하여 충돌흡수성능을 개선하고, 직접적인 충돌의 영향이 적은 상부는 차체의 전체적인 골격을 유지하도록 고강도부(H)로 형성하여 강성을 개선하는 것이 이상적이다.

이와 같이, 고강도부(H)와 저강도부(L)를 동시에 갖는 성형품(100)은 금형 내부에서 부분적으로 가열됨에 따라 금형의 단열불량, 금형의 열팽창 등의 원인으로 고강도부(H)와 저강도부(L) 사이의 천이구간(TS)이 넓게 분포되고, 천이구간(TS)의 위치 또한 일정하지 않은 단점이 있다.

이러한 단점들은 성형품(100)의 고강도부(H)와 저강도부(L)의 구간이 설계상의 스팩을 만족시키기 어렵게 하며, 천이구간(TS)을 최소화하기 어렵게 한다.

또한, 상기 금형의 열팽창에 의해서 성형품(100)의 치수 정밀도가 불량한 단점도 있다.

본 발명의 실시 예는 상형 및 하형을 이루는 금형을 냉각금형과 가열금형으로 구분하고, 냉각금형과 가열금형 사이에 열전도를 최소화하는 인서트 블록과 공기단열층을 두어 고강도부와 저강도부 사이의 천이구간을 일정하게 함과 동시에 최소화할 수 있도록 하는 핫 스탬핑 금형을 제공하고자 한다.

또한, 냉각금형과 가열금형 사이에 위치규제핀을 적용하여 열팽창에 의해 냉각금형에 대한 가열금형의 위치변화를 억제하여 성형품의 치수 정밀도를 향상시키는 핫 스탬핑 금형을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 볼스터에 장착되는 하형과 슬라이더에 장착되는 상형을 포함하는 핫 스탬핑 금형에 있어서, 상기 하형 및 상형은 내부에 복수의 냉각수 챔버가 형성되는 냉각금형; 상기 냉각금형의 일측에 설치되어 냉각금형과 함께 성형면을 형성하며, 일측에 히팅 카트리지가 설치되는 가열금형; 상기 냉각금형과 가열금형 사이에 하중방향으로 개재되는 다수의 인서트 블록을 포함하는 핫 스탬핑 금형이 제공할 수 있다.

또한, 상기 냉각금형과 가열금형은 상호 대응하는 내측면 사이에 공기단열층을 형성할 수 있다.

또한, 상기 공기단열층은 상기 냉각금형의 내측면과 이에 대응하는 상기 가열금형의 내측면 사이에 일정 갭으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 냉각수 챔버는 상기 냉각금형의 내부에서 일부가 상기 인서트 블록에 대응하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 히팅 카트리지는 상기 가열금형의 온도를 감지하여 온도신호를 출력하는 온도센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 다수의 인서트 블록은 상기 냉각금형에 삽입된 상태로 상면이 상기 가열금형에 접촉되어 지지할 수 있다.

또한, 상기 다수의 인서트 블록은 하중방향으로 상기 냉각금형과 가열금형 사이에 차열공간을 형성할 수 있다.

또한, 상기 인서트 블록은 단열소재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 냉각금형과 가열금형 사이에 설치되는 위치규제핀을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 위치규제핀은 상기 공기단열층에 이웃하여 상기 냉각금형과 가열금형 사이에 설치될 수 있다.

또한, 상기 위치규제핀은 상기 냉각금형과 가열금형의 각 핀홀에 억지끼움되어 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 가열금형과 냉각금형 사이의 열전도가 인서트 블록과 공기단열층에 의해 억제되어 상기 공기단열층에 대응하는 성형품 상의 천이구간을 축소하고, 위치를 일정하게 할 수 있다.

또한, 천이구간의 영역과 위치를 일정하게 할 수 있어 성형품의 고강도부와 저강도부를 설계상의 치수대로 정확하게 형성할 수 있다.

또한, 위치규제핀을 통해 열팽창되는 가열금형의 위치를 규제하여 금형 전체의 변형을 방지할 수 있고, 이로 인해 성형품의 치수 정밀도를 높일 수 있다.

도 1은 일반적인 핫 스탬핑 공정의 개념도이다.
도 2는 일반적인 핫 스탬핑 성형품의 일례에 의한 센터 필러의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 금형의 측단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

단, 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 2는 일반적인 핫 스탬핑 성형품의 일례에 의한 센터 필러의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 금형의 측단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 금형(1)을 통하여 성형되는 성형품(100)의 일례로 차체의 센터 필러(100)를 개시하였다.

이러한 센터 필러(100)의 경우, 충돌의 영향을 직접적으로 받는 하부는 저강도부(L)로 형성되고, 직접적인 충돌의 영향이 적은 상부는 고강도부(H)로 형성되며, 상기 고강도부(H)와 저강도부(L) 사이에는 천이구간(TS: Transition Segment)이 형성된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 금형(1)은 금형(1) 내부에서 소재(29)를 부분적으로 가열하여 상기와 같이 천이구간(TS)을 사이에 두고 고강도부(H)와 저강도부(L)를 갖는 성형품(100)을 성형한다.

이러한 핫 스탬핑 금형(1)은 볼스터(3)에 장착되는 하형(5)과 슬라이더(7)에 장착되는 상형(9)을 포함한다.

상기 하형(5)과 상형(9)은 각각 냉각금형(11), 가열금형(13)으로 구분되며, 인서트 블록(15), 위치규제핀(17)을 포함한다.

즉, 상기 냉각금형(11)은 내부에 복수의 냉각수 챔버(19)가 형성되고, 상기 가열금형(13)은 상기 냉각금형(11)의 일측에 볼트(B)로 체결되어 냉각금형(11)과 함께 성형면(21)을 형성한다.

그리고 상기 인서트 블록(15)은 상기 냉각금형(11)과 가열금형(13) 사이에 복수개가 개재되고, 상기 위치규제핀(17)은 상기 냉각금형(11)과 가열금형(13)의 일측에 설치된다.

이하, 상기한 핫 스탬핑 금형(1)의 보다 구체적인 구성을 설명한다.

상기 냉각금형(11)의 내부에 형성되는 냉각수 챔버(19)는 외부의 냉각수 공급부(미도시)로부터 공급된 냉각수가 순환되도록 하여 냉각금형(11)의 온도가 상시 20℃ 전후로 유지한다.

그리고 상기 가열금형(13)은 외측면을 통하여 히팅 카트리지(23)가 설치된다.

상기 히팅 카트리지(23)는 가열금형(13)의 내부에 설치되는 복수의 히팅코일(25)을 모듈화하여 설치블록(24)을 통하여 상기 가열금형(13)의 외측면에 고정된다.

이러한 히팅 카트리지(23)는 상기 가열금형(13)의 온도를 감지하여 온도신호를 출력하는 온도센서(27)를 포함한다.

또한, 상기 히팅 카트리지(23)는 온도센서(27)와 함께 제어기(미도시)에 전기적으로 연결되어 상기 가열금형(13)의 온도에 따라 전원 공급이 이루어져 가열금형(13)을 상시 450℃로 유지할 수 있도록 한다.

이러한 가열금형(13)은 냉각금형(11)의 일측에 설치되는데, 상기 인서트 블록(15)을 개재하여 설치된다.

상기 인서트 블록(15)은 상기 냉각금형(11)과 가열금형(13)이 상,하로 마주하는 사이에 설치되어 냉각금형(11)에 대하여 가열금형(13)을 지지한다.

여기서, 상기 인서트 블록(15)은 단열소재 또는 열전달 계수가 낮은 소재로 제작될 수 있으며, 상기 냉각금형(11)에 홈을 통하여 일측이 삽입되고, 그 타측인 상면(31)이 상기 가열금형(13)과 접촉되면서 가열금형(13)을 지지한다.

이때, 상기 인서트 블록(15)을 통하여 하중방향으로 상기 냉각금형(11)과 가열금형(13) 사이에 차열공간(33)을 형성한다.

한편, 상기 인서트 블록(15)의 설치위치에 대응하여 상기 냉각금형(11)의 내부에는 상기 냉각수 챔버(19)의 일부가 배치된다.
이때, 상기 냉각수 챔버(19)는 상기 냉각금형(11)의 내부에서 냉각수의 일부가 상기 인서트 블록(15) 측으로 순환되도록 형성된다.

그리고 상기 냉각금형(11)과 가열금형(13)은 상호 대응하는 내측면 사이에 공기단열층(G)이 형성된다.

상기 공기단열층(G)은 상기 냉각금형(11)의 내측면과 이에 대응하는 상기 가열금형(13)의 내측면 사이에 일정 갭(G)으로 형성된다.

이러한 공기단열층(G)은 성형품(100)에 형성되는 고강도부(H)와 저강도부(L) 사이에 강도 변화가 이루어지는 천이구간(TS)에 대응하여 형성된다.

그리고 상기 위치규제핀(17)은 상기 차열공간(33) 상에서 상기 공기단열층(G)과 이웃하게 상기 냉각금형(11)과 가열금형(13) 사이에 하중방향으로 설치된다.

상기 위치규제핀(17)은 상기 냉각금형(11)과 가열금형(13)에 각각 형성되는 핀홀(35)에 양단부가 억지끼움되어 설치될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 핫 스탬핑 금형(1)은 열전달 계수가 낮은 공기를 매질로 하는 상기 공기단열층(G)을 통하여 가열금형(13)과 냉각금형(11) 사이의 열전도가 억제되어 금형간(11,13)의 단열성을 높이게 된다.

또한, 인서트 블록(15)을 통하여 냉각금형(11)에 대하여 가열금형(13)을 지지하도록 함과 동시에, 사이사이에 차열공간(33)이 형성되도록 하여 상호간의 접촉 단면적을 최소화함으로써 역시 금형간(11,13)의 단열성을 높이게 된다.

또한, 위치규제핀(17)을 통하여 냉각금형(11)에 대해 가열금형(13)의 열팽창에 의한 위치변화를 억제하여 성형품(100)의 성형품질을 높이게 된다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 핫 스탬핑 금형(1)은 가열금형(13)과 냉각금형(11) 사이의 열전도가 인서트 블록(15)과 공기단열층(G)에 의해 억제되어 금형간(11,13)의 단열성을 높이게 된다.

이는 상기 공기단열층(G)에 대응하는 성형품(100) 상의 천이구간(TS)의 위치를 일정하게 하며, 천이구간(TS)의 영역도 축소할 수 있도록 한다.

또한, 천이구간(TS)의 영역과 위치를 일정하게 할 수 있어 성형품(100)의 고강도부(H)와 저강도부(L)를 설계상의 치수대로 정확하게 성형하여 성형품(100)의 설계상의 치수 정밀도를 높인다.

또한, 위치규제핀(17)을 통해 열팽창되는 가열금형(13)의 위치를 규제하여 금형(1) 전체의 변형을 방지할 수 있고, 이로 인해 성형품(100)의 성형불량률을 줄일 수 있다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

1: 핫 스탬핑 금형 3: 볼스터
5: 하형 7: 슬라이더
9: 상형 11: 냉각금형
13: 가열금형 15: 인서트 블록
17: 위치규제핀 19: 냉각수 챔버
21: 성형면 23: 히팅 카트리지
24: 설치블록 25: 히팅코일
27: 온도센서 29: 소재
31: 상면 33: 차열공간
35: 핀홀 100: 센터 필러
L: 저강도부 H: 고강도부
TS: 천이구간 G: 공기단열층
B: 볼트

Claims

볼스터에 장착되는 하형과 슬라이더에 장착되는 상형을 포함하는 핫 스탬핑 금형에 있어서,
상기 하형 및 상형은
내부에 복수의 냉각수 챔버가 형성되는 냉각금형;
상기 냉각금형의 일측에 설치되어 냉각금형과 함께 성형면을 형성하며, 일측에 히팅 카트리지가 설치되는 가열금형; 및
상기 냉각금형과 가열금형이 상,하로 마주하는 사이에 개재되는 다수의 인서트 블록; 을 포함하되,
상기 냉각금형과 가열금형은
상호 대응하는 내측면 사이에 열전달 계수가 낮은 공기를 매질로 하여 성형되는 성형품의 고강도부와 저강도부 사이에 형성되는 천이구간을 일정하게 형성시키고, 축소시키는 공기단열층이 형성되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 금형.
삭제
제1항에 있어서,
상기 공기단열층은
상기 냉각금형의 내측면과 이에 대응하는 상기 가열금형의 내측면 사이에 일정 갭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 금형.
제1항에 있어서,
상기 냉각수 챔버는
상기 냉각금형의 내부에서 냉각수의 일부가 상기 인서트 블록 측으로 순환되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 금형.
제1항에 있어서,
상기 히팅 카트리지는
상기 가열금형의 온도를 감지하여 온도신호를 출력하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 금형.
제1항에 있어서,
상기 다수의 인서트 블록은
상기 냉각금형에 일측이 삽입되고, 타측이 상기 가열금형에 접촉되면서 개재되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 금형.
제6항에 있어서,
상기 다수의 인서트 블록은
하중방향으로 상기 냉각금형과 가열금형 사이에 차열공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 금형.
제7항에 있어서,
상기 인서트 블록은
단열소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 금형.
제3항에 있어서,
상기 냉각금형과 가열금형 사이에 설치되는 위치규제핀을 더 포함하는 핫 스탬핑 금형.
제9항에 있어서,
상기 다수의 인서트 블록은 하중방향으로 상기 냉각금형과 가열금형 사이에 차열공간을 형성하며,
상기 위치규제핀은 상기 차열공간 상에서 상기 공기단열층과 이웃하게 상기 냉각금형과 가열금형 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 금형.
제10항에 있어서,
상기 위치규제핀은
상기 냉각금형과 가열금형의 각 핀홀에 억지끼움되어 설치되는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 금형.