생기원, 강판 프레스 급속냉각 기술 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 금형 표면에 냉각수를 직접 분사해 냉각하는 방식으로 기존 방식보다 냉각시간을 5분의 1로 줄이고 성형된 부품의 강도도 높일 수 있는 새로운 강판 냉각 기술이 선보였다.

한국생산기술연구원(원장 이낙규)은 3㎜ 이상의 두꺼운 강판에도 적용 가능하고 냉각성능도 3배 이상 향상시킨 ‘직수냉각 핫스탬핑 기술’을 개발했다고 11일 발표했다.

‘핫스탬핑(Hot Stamping)'은 약 950℃로 고온 가열한 금속소재를 금형에 넣고 프레스 성형한 후, 금형 속에서 꺼내지 않고 급속 냉각시키는 공법이다. 이 기술을 적용하면, 강판의 강도를 2~3배가량 높이면서도 강판 두께는 오히려 줄일 수 있어 자동차 업계를 중심으로 적용이 확대되고 있다.

생기원 탄소소재응용연구그룹 권의표 그룹장 연구팀이 새롭게 고안한 '직수냉각 핫스탱핑' 기술은 냉각수를 금형 내에서만 순환시키는 기존 ‘다이(금형)냉각 핫스탬핑’ 을 보완해 냉각수를 금형 내부뿐만 아니라 표면에 새겨진 유로(流路, 물길)에도 동시에 흐르게 할 수 있는 혼합 방식의 냉각법이다.

이를 통해 냉각속도를 높이고, 두꺼운 강판에도 열이 잘 전달될 수 있도록 했다. 또한 냉각수 공급량을 최적 수준으로 제어해주는 냉각수 분사·배출 장치까지 제작해 일련의 직수냉각성형 시스템을 구축해냈다.

개발된 시스템은 3.2㎜ 두께의 강판 핫스탬핑 성형 시험에서 기존 방식보다 최대 78%가량 시간(33초→7초) 단축된 초당 89℃의 뛰어난 냉각속도와 인장강도 1,600 MPa(메가파스칼)급 초고강도를 구현해냈다.

새로운 냉각 시스템은 냉각수가 금형 표면의 유로를 따라 흐르면서 판재와 직접 접촉해 급속 냉각할 수 있다. 냉각수가 유로 위를 고르게 흐르기 때문에 냉각성능이 균일하고, 냉각 후 가열된 물이 배출장치로 나오기 때문에 금형 내부에 고여 냉각성능을 저해할 우려도 적다.

생기원은 이 기술을 기반으로 자동차 부품기업인 ‘동해금속(대표 서동해)’과 함께 친환경 버스 프레임 제작에 사용되는 사이드 멤버(자동차 차체의 뒤틀림과 구부러짐을 막기 위해 사이드로 길게 뻗어 있는 부품)도 개발했다.

권의표 그룹장은 “버스 프레임 이외에 경량화 및 고강도가 요구되는 트럭, 특장차, 항공기 등 다양한 분야에 활용 가능할 것”이라며, “냉각속도가 빨라야 후열처리 과정에서 강도가 향상되는 고강도 알루미늄 소재 성형기술로도 적용이 기대된다”고 밝혔다.

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