우리 연구진이 초경량·고강도 부품을 제조하는 '핫스탬핑' 기술 적용을 확대할 수 있는 기술 기반을 마련했다.
한국생산기술연구원(원장 이낙규)은 두께가 3밀리미터(㎜)가 넘는 강판에 적용 가능하고 냉각 성능도 3배 이상 향상시킨 '직수냉각 핫스탬핑 기술'을 개발했다고 11일 밝혔다.
핫스탬핑 기술은 약 950도로 가열한 금속 소재를 프레스 성형한 후 금형 안에서 급속 냉각시키는 공법이다. 강판 강도를 2~3배 가량 높이면서 강판 두께는 오히려 줄일 수 있어 부품 경량화에 유리하다.
기존에는 냉각수를 금형 내에 순환시키는 '다이(금형) 냉각 핫스탬핑' 기술을 썼는데 간접냉각 방식이어서 냉각 속도가 느리고 냉각 성능도 떨어졌다.
권의표 생기원 탄소소재응용연구그룹장이 이끄는 연구팀은 냉각수를 금형 내부뿐만 아니라 표면에 새긴 유로(물길)에도 동시에 흐르게 하는 혼합 방식 '직수유로분사' 냉각법을 고안했다. 아울러 냉각수 공급량을 최적 수준으로 제어해주는 냉각수 분사·배출 장치까지 제작해 시스템을 구축해냈다.
3.2㎜ 두께 강판 핫스탬핑 성형 시험에서 냉각 시간이 기존 33초에서 7초로 줄어들어 78% 가량 단축됐다. 초당 89도 냉각속도, 인장강도 1600메가파스칼(MPa)급 초고강도를 구현해냈다. 냉각수가 금형 표면 유로를 따라 흐르면서 판재와 직접 접촉한 결과다.
또 냉각수가 유로 위를 고르게 흘러 냉각 성능이 균일하고 냉각 후 가열된 물이 배출 장치로 나오게 된다.
연구팀은 이 기술을 기반으로 자동차 부품기업 동해금속(대표 서동해)과 공동연구에 착수, 지난해 12월 친환경 버스 프레임 제작에 사용되는 사이드 멤버 부품까지 개발해냈다.
권의표 그룹장은 “생기원 대표기술인 키-테크 성과 중 하나로, 경량화 및 고강도가 요구되는 트럭, 특장차, 항공기 등 다양한 분야에 활용 가능하다”며 “고강도 알루미늄 소재 성형기술 적용도 기대된다”고 밝혔다.
키-테크는 생기원 대표기술로, 뿌리산업 등 전통 제조업의 공정개선부터 4차 산업혁명 기반의 차세대 생산시스템까지 다양한 분야의 143개 기술들로 구성돼 있다.
한편, 이번 기술개발은 생기원 수요기반생산기술실용화사업(2017년)과 산업통상자원부 광역협력권산업육성사업(2018~2020년) 지원을 받아 4년간 진행됐다. 관련 논문 2편이 발행됐으며, 특허의 경우 출원 2건 중 1건이 등록 완료된 상태다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
