[논문]핫스템핑 부품의 전단가공에서 전단 하중의 감소 및 트리밍 금형 수명 향상을 위한 국부 연화 방법

최홍석; 임우승; 강충길; 김병민

doi:10.5228/kstp.2011.20.6.427

핫스템핑 부품의 전단가공에서 전단 하중의 감소 및 트리밍 금형 수명 향상을 위한 국부 연화 방법
A Local Softening Method for Reducing Die Load and Increasing Service Life in Trimming of Hot Stamped Part 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.20 no.6, 2011년, pp.427 - 431

최홍석 (부산대학교 정밀가공시스템) , 임우승 (부산대학교 정밀가공시스템) , 강충길 (부산대학교 기계공학부) , 김병민 (부산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In general, hot stamped component is trimmed by costly and time consuming laser cutting when the material strength is over 1,500MPa. The aim of this work was to demonstrate that the trimming die life is improved and the trimming load is decreased by lowering the strength of the region to be trimmed. The model employed in this study was a hat shape, similar to the cross section of many hot stamped products. FE-analysis of hot stamping process was performed to evaluate the effect of tool shape on cooling rate at the area to be trimmed. The best tool shape was thus identified, which created slower cooling and lower hardness at the region to be trimmed. The wear at the cutting tool edge was also reduced.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 핫스템핑 공정에서 냉각속도 제어를 통하여 트리밍부의 경도를 낮추는 방안을 제시하였다. 금형의 마멸 및 손상은 소재의 경도에 큰 영향을 받기 때문에 트리밍부의 경도 저하는 결과적으로 금형의 수명을 향상시킨다.
본 연구에서는 핫스템핑 제품의 프레스 트리밍이 가능하도록 하는 국부 연화 핫스템핑 방법을 제시하였다. 유한요소해석과 실험 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
1에 모자형상의 단면을 가진 제품의 성형을 위한 핫스템핑 금형을 나타내었다. 본 연구에서의 트리밍부 국부 연화를 위하여 냉각 시 트리밍부에는 금형의 직접적인 접촉을 피할 수 있도록 설계하였다. 이를 통하여 트리밍부의 냉각속도 제어가 가능하다.

제안 방법

(1) 본 연구에서 제시하는 트리밍부의 국부 연화 방법은 핫스템핑 공정에서부터 금형의 트리밍부를 공랭시키기 위한 구조를 설계하는 것이며, 트리밍부로부터 약 4mm의 오프셋량을 부여하였다.
한편, 오프셋량이 4mm와 6mm인 경우에는 공랭에 의해 트리밍부에 연질의 베이나이트 조직이 형성되는데 각각 15% 및 20%의 분포를 가지는 것으로 예상된다. 본 연구에서는 오프셋에 따라 베이나이트의 양적인 측 면에서 크지 않을 것으로 예상되기 때문에 비교적 치수 오차가 적은 4mm의 오프셋량을 적용하는 것으로 하였다.
이를 위하여 트리밍 부를 공랭시키기 위한 핫스템핑 금형을 설계하였으며 제작된 금형을 이용하여 모자 형상(Hat-shape)의 단면을 가진 제품을 핫스템핑한 후 트리밍을 수행하였다. 본 연구의 타당성을 평가하기 위하여 트리밍 하중 및 금형 선단부의 손상 정도를 일반 핫스템핑 제품의 트리밍 공정과 비교하였다.
3에 핫스템핑 후 각 오프셋량에 따른 트리밍 부의 냉각속도 및 이에 따른 상분율을 나타내었다. 상분율은 보론강판의 냉각속도에 따른 경도값을 참고로 하여 계산하였다[8]. 오프셋량이 2mm인 경우, 트리밍부의 조직이 100% 마르텐사이트로 변태되는 것으로 예상된다.
금형재는 트리밍 시 내마모성에 가장 우수하다고 알려져 있는 분말하이스(CPM-M4)를 사용하였으며 TiCN 코팅처리하였다. 실험은 무윤활 조건에서 수행되었고, 금형의 마멸 형상을 각 타수별로 주사전자현미경 관찰함으로써 평가하였다.
2에 금형의 형상을 선정하기 위한 공정 변수 및 유한요소해석 절차를 나타내었다. 유한요소 해석은 핫스템핑 공정을 정확히 모사할 수 있도록 소재의 이송, 성형, 급랭 및 공랭 공정에 대해서 수행되었다. 고려된 공정변수는 트리밍부로부터의 오프셋량을 선정하였는데, 오프셋이 너무 작을 경우, 열전도에 의해 공랭효과는 저하될 것으로 예상되고, 너무 클 경우 미성형에 따라 치수 정밀도가 나쁠 것으로 생각된다.
금형의 마멸 및 손상은 소재의 경도에 큰 영향을 받기 때문에 트리밍부의 경도 저하는 결과적으로 금형의 수명을 향상시킨다. 이를 위하여 트리밍 부를 공랭시키기 위한 핫스템핑 금형을 설계하였으며 제작된 금형을 이용하여 모자 형상(Hat-shape)의 단면을 가진 제품을 핫스템핑한 후 트리밍을 수행하였다. 본 연구의 타당성을 평가하기 위하여 트리밍 하중 및 금형 선단부의 손상 정도를 일반 핫스템핑 제품의 트리밍 공정과 비교하였다.

대상 데이터

트리밍 금형은 패드, 펀치 및 다이로 구성되어 있으며 트리밍 공정 동안 500kg의 홀딩력을 부가하였다. 금형재는 트리밍 시 내마모성에 가장 우수하다고 알려져 있는 분말하이스(CPM-M4)를 사용하였으며 TiCN 코팅처리하였다. 실험은 무윤활 조건에서 수행되었고, 금형의 마멸 형상을 각 타수별로 주사전자현미경 관찰함으로써 평가하였다.
고려된 공정변수는 트리밍부로부터의 오프셋량을 선정하였는데, 오프셋이 너무 작을 경우, 열전도에 의해 공랭효과는 저하될 것으로 예상되고, 너무 클 경우 미성형에 따라 치수 정밀도가 나쁠 것으로 생각된다. 따라서 오프셋의 범위는 트리밍 라인으로부터 2, 4, 6mm로 선정하였다. 한편, 핫스템핑 부품의 효율적인 냉각을 위한 급냉 공정을 해석하기 위하여 위하여 냉각 채널 직경, 냉각수의 유량 및 속도 등에 따라 계산된 대류열전달 계수를 냉각 채널 내부에 경계조건으로 부여하였다[7].

성능/효과

(2) 국부 연화 핫스템핑을 통하여 트리밍 하중을 약 18%가량 감소시킬 수 있었다.
(3) 50회 트리밍 후 금형 선단부의 손상 정도를 평가한 결과, 일반 핫스템핑 제품을 트리밍 하였을 때는 심각한 손상이 발생한 반면, 국부 연화 핫스템핑 제품을 트리밍 한 경우에는 약간의 마멸을 제외하고는 거의 손상이 나타나지 않았다. 이는 국부 연화에 의한 트리밍부의 경도 및 강도 저하뿐만 아니라 괴상의 베이나이트 조직의 석출도 영향을 미친 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	경량화 및 충돌 안전성을 향상시키기 위해 차체에 적용되는 것은 무엇인가?	경량화 및 충돌 안전성을 향상시키기 위해 1,500MPa급의 인장강도를 가진 핫스템핑 부품이 차체에 적용되고 있다[1, 2]. 그러나 이러한 부품은 높은 강도 및 경도 때문에 대부분 고비용, 저효율의 레이져에 의해 최종 제품으로 트리밍 되고 있다[3].
	금형의 형상을 선정을 위한 유한요소 해석은 핫스템핑 공정을 정확히 모사할 수 있도록 무엇에 대해 수행되었는가?	2에 금형의 형상을 선정하기 위한 공정 변수 및 유한요소해석 절차를 나타내었다. 유한요소 해석은 핫스템핑 공정을 정확히 모사할 수 있도록 소재의 이송, 성형, 급랭 및 공랭 공정에 대해서 수행되었다. 고려된 공정변수는 트리밍부로부터의 오프셋량을 선정하였는데, 오프셋이 너무 작을 경우, 열전도에 의해 공랭효과는 저하될 것으로 예상되고, 너무 클 경우 미성형에 따라 치수 정밀도가 나쁠 것으로 생각된다.
	금형의 마멸 및 손상은 무엇에 영향을 받는가?	본 연구에서는 핫스템핑 공정에서 냉각속도 제어를 통하여 트리밍부의 경도를 낮추는 방안을 제시하였다. 금형의 마멸 및 손상은 소재의 경도에 큰 영향을 받기 때문에 트리밍부의 경도 저하는 결과적으로 금형의 수명을 향상시킨다. 이를 위하여 트리밍 부를 공랭시키기 위한 핫스템핑 금형을 설계하였으며 제작된 금형을 이용하여 모자 형상(Hat-shape)의 단면을 가진 제품을 핫스템핑한 후 트리밍을 수행하였다.

참고문헌 (8)

K. P. Kang, K. H. Lee, Y. S. Kim, M. W. Ji, Y. S. Suh, 2008, Prediction of phase transformation of boron steel sheet during hot press forming using material properties modeler and $DEFORM^{TM}$ -HT, Trans. Mater. Process., Vol. 17, No. 4, pp. 249-256.

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D. H. Lee, T. J. Kim, J. D. Lim, H. J. Lim, 2009, Development of high strength steel body by hot stamping, Trans. Mater. Process., Vol. 18, No. 4, pp. 304-309.

원문보기 상세보기
R. Kolleck, J. Aspacher, R. Veit, 2009, Efficiency of hot forming processes, Proc. 2nd Int. Conf. on Hot Steel Metal Forming of High-Performance Steel $CHS^2$ (eds. M. Oldenburg, K. Steinhoff, B. Prakash), Verlah Wissenschaftliche Scripten, Auerbach, Germany, pp. 173-179.
H. So, H. Hoffmann, R. Golle, 2009, Blanking of press hardened ultra high strength steel, Proc. 2nd Int. Conf. on Hot Steel Metal Forming of High-Performance Steel $CHS^2$ (eds. M. Oldenburg, K. Steinhoff, B. Prakash), Verlah Wissenschaftliche Scripten, Auerbach, Germany, pp. 137-146.
I. Vall, B. Casas, N. Rodriguez, 2009, Improving die durability in hot stamping and hard cutting, Proc. 2nd Int. Conf. on Hot Steel Metal Forming of High-Performance Steel $CHS^2$ (eds. M. Oldenburg, K. Steinhoff, B. Prakash), Verlah Wissenschaftliche Scripten, Auerbach, Germany, pp. 331-338.
I. Picas, R. Hernandez, D. Casellas, B. Casas, I. Valls, 2008. Tool performance in cutting of hot stamped steels, Proc. 1st Int. Conf. on Hot Steel Metal Forming of High-Performance Steel $CHS^2$ (eds. M. Oldenburg, K. Steinhoff, B. Prakash), GRIPS media GmbH, Bad Harzburg, Germany, pp. 179-189.
W. S. Lim, K. J. Nam, H. S. Choi, B. M. Kim, 2010, A study on optimization of cooling channel design for uniform hardness of hat-shape component in hot stamping, Proc. Kor. Soc. Mech. Eng. Fall Conf., Kor. Soc. Mech. Eng., Busan, Korea, pp. 12-17.
M. Naderi, L, Durrenberger, A, Molinari, W. Bleck, 2008, Constitutive relationships for 22MnB5 boron steel deformed isothermally at high temperatures, Mater. Sci. Eng., A, Vol. 478, pp. 130-139.

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