JP2019503869A - ロールスタンピング装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、一実施形態において、連続して供給される素材の両面を押圧し、その間を進むように、互いに対向して回転するローラー組と、上記素材を成形するように、上記ローラー組の外面にスタンピング構造が適用された成形部と、を含み、上記ローラー組は、素材の進行方向に沿って複数個が配置され、上記ローラー組の各成形部は、素材の進行に伴い素材の断面を順に変化させるように形成され、素材が最後に通過する最終ローラー組以前のローラー組のうち少なくとも一つのローラー組の成形部は、上記最終ローラー組の成形部よりも円周方向の長さがさらに長い過成形ローラー組であるロールスタンピング装置を提供する。

Description

本発明は、外面にスタンピング構造が適用された成形部が備えられた回転ロールを含むロールスタンピング装置及び方法に関するものである。
一般的に、自動車などに適用される部品を生産するための多数の板材成形技術が開発されている。
先ず、スタンピング(Stamping)工法が最も多く活用されているが、スタンピング工法は、上部ダイと、上記上部ダイの下側に配置された下部パンチと、上記上部ダイと下部パンチとの間に配置された素材ホルダーと、で構成される工法である。ここで、上部ダイは、成形しようとする成形品の形状に型合わせされる溝部が下面に形成された型部材であり、下部パンチは、上部ダイの下部に配置され、上側に駆動することで、上部ダイと下部パンチとの間を進む素材を上側に押し上げて上部ダイに圧着する部材である。
かかるスタンピング工法は、成形品、例えば、自動車部品の生産に広く活用されている技術ではあるが、近年、高強度鋼を適用するにあたり、装置容量を増加するべきであるという問題、及び高強度鋼の劣った成形性が原因で成形時に素材が破断するという問題がある。
次に、ロールフォーミング(Roll Forming、RF)工法が挙げられるが、ロールフォーミング工法は、多段の固定された上下部の回転ロール組を配列し、その間にコイル又は裁断された形態の素材を通過するように構成されることで、一定の断面形状を有し、且つ長い長さの部品である成形品を成形する方法である。
かかるロールフォーミング装置によるロールフォーミング工法は、比較的少ない容量の装置を活用して高強度鋼に適用することができるが、一定の断面形状の成形品しか製造できないという限界点がある。
そこで、特許文献1のようなロールスタンピング工法が開発された。ロールスタンピング工法は、回転する回転ロールにスタンピング構造が適用されており、素材が回転ロールを通過しながら可変断面ロールフォーミングが行われる工法である。
しかし、かかるロールスタンピング工法の場合、断面変化部の残留応力及び部品内の各断面変化部間の力のバラツキによる歪みなどの形状不良が生じるという問題がある。
韓国登録特許第1417278号公報
本発明は、断面変化部の残留応力及び断面変化部間の力のバラツキを解消することで、形状不良のないロールスタンピング装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記のような課題を達成するために、以下のようなロールスタンピング方法及び装置を提供する。
本発明は、一実施形態において、連続して供給される素材の両面を押圧し、その間を進むように、互いに対向して回転するローラー組と、上記素材を成形するように、上記ローラー組の外面にスタンピング構造が適用された成形部と、を含み、上記ローラー組は、素材の進行方向に沿って複数個が配置され、上記ローラー組の各成形部は、素材の進行に伴い素材の断面を順に変化させるように形成され、素材が最後に通過する最終ローラー組以前のローラー組のうち少なくとも一つのローラー組の成形部は、上記最終ローラー組の成形部よりも円周方向の長さがさらに長い過成形ローラー組であるロールスタンピング装置を提供する。
一実施形態において、上記過成形ローラー組は、上記最終ローラー組から少なくとも3個以内に配置されることができる。
また、本発明の一実施形態において、上記成形部は、上記ローラー組のうち一つの回転ロールの外面に形成された両側が開放された凹版と、他の一つの回転ロールの外面に形成された上記凹版と対応する凸版と、で構成されることができる。
本発明の一実施形態において、上記ローラー組の成形部は、素材の進行に伴い素材の断面に順に凹凸部を形成するか、又は凹凸部を除去して平坦化するように形成されることができる。
本発明の一実施形態において、上記ローラー組の成形部は、順に素材の断面の凹凸部を除去して平坦化するように形成され、上記最終ローラー組及び過成形ローラー組の成形部は、幅方向に平坦であり、円周方向に一定の長さを有する平坦部と、円周方向で上記平坦部を中心として両側に位置する遷移部と、を含み、上記過成形ローラー組の平坦部の円周方向の長さが、上記最終ローラー組の円周方向の長さよりも長ければよい。
本発明の一実施形態において、上記ローラー組の外面には、上記成形部とは異なる位置に素材を通過させる逃げ部が形成されることができる。
このとき、上記逃げ部は、成形部の反対側に形成されることができ、ローラーの外周面から半径方向の内側に凹んで形成されることができる。
本発明は、他の実施形態において、連続して供給される素材をローラー組の外面に形成されたスタンピング構造により成形する複数の成形段階と、上記成形された素材を切断する切断段階と、を含み、上記複数の成形段階を通過することで、上記素材は、一部分が第1形状から第2形状に変化し、上記複数の成形段階は、上記素材が第1形状から第2形状に変形される変形方向と反対の逆変形成形段階を含むロールスタンピング方法を提供する。
本発明の他の実施形態において、上記逆変形成形段階では、素材の成形部の長さ方向の両端部を逆変形させることができる。
本発明の他の実施形態において、上記逆変形成形段階は、最終成形段階で行われることができる。
また、上記逆変形成形段階の前に、素材の成形部を目標の成形部よりも長く成形して、上記逆変形成形段階において上記両端部を逆変形させることができる。
本発明の他の実施形態において、上記複数の成形段階の後に、ローラー組に形成された逃げ部に素材をバイパス通過させるバイパス段階をさらに含み、上記バイパス段階の後に、再度複数の成形段階が行われることができ、素材の供給速度とローラー組の回転速度との比は、上記成形段階と上記バイパス段階において互いに異なり得る。
本発明のロールスタンピング装置及び方法によると、断面変化部の残留応力及び断面変化部間の力のバラツキを解消することで、形状不良を低減することができる。
従来のロールスタンピング装置が図示されている図である。 従来のロールスタンピング装置により製造された製品の平面図である。 本発明のロールスタンピング装置が図示されている図である。 (a)、(b)、(c)および(d)は、本発明のロールスタンピング装置により製造される製品の段階別の平面図である。 (a)および(b)は、本発明のロールスタンピング装置による製品の最終形状と過成形ローラー組で成形される製品の形状を示す平面図である。 (a)および(b)は、本発明のロールスタンピング装置による製品の最終形状と過成形ローラー組で成形される他の製品の形状を示す平面図である。 (a)および(b)は、従来のロールスタンピング装置により成形された製品、及び本発明のロールスタンピング装置により成形された製品の写真である。 本発明のロールスタンピング装置の他の実施形態が図示されている図である。 本発明のロールスタンピング装置の他の実施形態が図示されている図である。 図8及び図9のロールスタンピング装置により成形された製品の側面図である。
以下、添付の図面を参照して、本発明の具体的な実施形態について説明する。
図1及び図2には、従来のロールスタンピング装置、及びそれにより成形された製品が図示されている。図1に示されているように、従来のロールスタンピング装置は、多数のローラー組10、20、30、40が、素材の進行方向に沿って配置され、各ローラー組10、20、30、40は、上部ロール10aと、下部ロール10bと、を含み、各ロール10a、10bには、成形部11a、11bが形成されており、素材を成形する。
各ローラー組10、20、30、40は成形部を含み、図1に示されているように、素材の進行方向に沿って順に成形部を変化させて、素材の一部を、成形前の第1形状から第1形状とは相違する第2形状に成形する。
かかるロールスタンピング装置により成形された製品は、第1形状を有する部分(断面A−A、断面C−C)、及び成形部により成形され、第2形状を有する部分(断面B−B)により変化する遷移部T1、T2を含む。かかる遷移部T1、T2は、互いに反対方向に残留応力が存在することから、製品として切断するか又は切断する前に歪んでしまうという問題があった。
本発明は、遷移部に残留する残留応力を除去する、又は少なくとも歪みが生じないようにすることで、製品の形状不良を低減するものである。図3には、かかる目的を達成するための本発明のロールスタンピング装置が図示されている。
図3に示されているように、本発明のロールスタンピング装置は、連続して供給される素材Sの両面を押圧し、その間を進むように、互いに対向して回転するローラー組10、20、40、50と、上記素材を成形するように上記ローラー組10、20、40、50の外面にスタンピング構造が適用された成形部11a、11b、41a、41b、51a、51bと、を含み、上記ローラー組10、20、40、50は、素材の進行方向に沿って複数個が配置され、上記ローラー組の各成形部は、素材の進行に伴い素材の断面を順に変化させるように形成され、素材が最後に通過する最終ローラー組40以前のローラー組のうち少なくとも一つのローラー組50の成形部51a、51bは、上記最終ローラー組40の成形部41a、41bよりも円周方向の長さがさらに長い過成形ローラー組40である。
図4は、図3のロールスタンピング装置により成形される素材の段階別の平面図である。図4(a)は図3のローラー組10により成形された素材の平面図であり、図4(b)は図3のローラー組20により成形された素材の平面図であり、図4(c)は図3の過成形ローラー組50により成形された素材の平面図であり、図4(d)は図3の最終ローラー組40により成形された素材の平面図である。
図4(a)から(d)に示されているように、素材Sがローラー組10、20、40、50を通過するに伴い、断面が帽子状(第1形状)であった素材は、成形部によって順に平坦な形状(第2形状)に変化する。
ここで、素材の形状やローラー組の個数は、例示的なものであって、必要に応じて、ローラー組の個数は、増加しても減少してもよく、素材の形状は、所望の製品に対応する形状を有してもよいことは言うまでもない。また、図4(a)から(d)には、成形前の素材が、同一の幅を有すると図示されているが、ロールスタンピングの前に素材の幅を裁断することも可能である。
図4(a)は第一のローラー組10を通過した素材の平面図であり、帽子状断面を有していた素材の一部領域101、102、103が成形されたことを示す。成形された領域のうち、平面図において平坦な外面を有する平坦部101を中心として、非成形領域と上記平坦部101との間に遷移部102、103が形成される。図4(a)の平坦部101は、断面が平坦であることに関係なく、素材の進行方向に同一の断面を有する領域を意味し、遷移部102、103は、素材の進行方向に沿って断面が変化する領域を意味する。
図4(b)は第二のローラー組20を通過した素材の平面図であり、帽子状断面を有していた素材の一部領域101、102、103が、第一のローラー組10よりもさらに成形されていることを示す(図1参照)。しかし、第二のローラー組20と第一のローラー組10は、同一の長さ(L1=L2)の領域に対して成形を行う。
図4(c)は過成形ローラー組50を通過した素材の平面図である。素材の一部領域101、102、103が、第二のローラー組よりもさらに成形されているだけでなく、成形領域の長さが、第二のローラー組よりも長くなっている(L1=L2<L3)。第二のローラー組20を通過した素材よりも過成形ローラー組50を通過した素材の成形領域が長いことから、当然、過成形ローラー組50の成形部51a、51bの円周方向の長さが、第一及び第二のローラー組10、20の成形部11a、11bの円周方向の長さよりも長く形成される。
図4(d)は過成形ローラー組50を通過した後、最終ローラー組40を通過し、所望の第2形状を有する素材の平面図である。図4(d)に示されているように、最終ローラー組40では、過成形した素材をまた逆成形することで目標の形状に成形することから、素材成形領域の長さL4は、過成形ローラー組を通過した素材成形領域の長さL3よりも短い(L3<L4)。これにより、図4(d)の第1形状から第2形状に素材の断面が変化する遷移部102、103、及び以前のローラー組で遷移部として存在してからまた第1形状に戻った復帰部105、106は、第1形状から第2形状に変形される方向の逆方向への成形が行われる(図4(d)のハッチング部)。
これにより、素材の遷移部102、103及び復帰部105、106は第1形状から第2形状に成形されることで、形成された残留応力方向に対して逆方向の成形が行われ、最終製品の残留応力が減少することができる。
図4(a)から(d)では、過成形ローラー組50が、最終ローラー組40の直前に1組のみが配置されることを図示及び説明しているが、これに制限されず、最終ローラー組40前の複数のローラー組が過成形ローラー組50からなってもよい。
また、過成形ローラー組50は、素材の長さ方向、すなわち、ロールの円周方向の長さが、最終ローラー組の成形部の円周方向の長さよりも長いことを含むだけでなく、成形程度が、最終ローラー組の成形部の成形程度よりも大きく、目標の形状である第2形状になるために、逆方向(第1形状から第2形状に変化するのではなく、第2形状を超える形状である第3形状に変化してから、また第2形状に変化する)に変化することを含む。
本発明のロールスタンピング装置は、それに対応するロールスタンピング方法に適用することも可能である。素材の歪みは、素材を切断した場合にさらに問題となる。そのため、本発明のロールスタンピング方法は、連続して供給される素材をローラー組10、20、40、50の外面に形成されたスタンピング構造により成形させる複数の成形段階と、上記成形された素材を切断する切断段階と、を含み、上記複数の成形段階を通過することで、上記素材は、一部分が第1形状から第2形状に変化し、上記複数の成形段階は、上記素材が第1形状から第2形状に変形される変形方向とは反対の逆変形成形段階(過成形ローラー組50を通過した後、最終ローラー組40を通過する)を含む。
このとき、逆変形成形段階の後に、また第1形状から第2形状に変形される変形方向に成形が行われると、従来のように、遷移部102、103において互いに反対方向に残留応力が大きくなり歪みが生じることがある。そのため、逆変形成形段階は、少なくとも全成形段階の中間以降に行うことで、逆変形成形の後に残留応力がまた増加する成形が少なくようにすることが有利である。
また、成形部の長さを増減させることで、遷移部102、103の残留応力を低減することも可能であるが、成形部の形状を変化させることで残留応力を低減することも可能である。例えば、遷移部102、103において逆方向の折り曲げを最終成形段階で行うようにすることで、遷移部102、103での残留応力を低減することも可能である。
図5及び図6には、本発明のロールスタンピング装置による製品の最終形状と過成形ローラー組で成形される素材の形状を示す平面図がそれぞれ図示されている。
図5及び図6のいずれも第二のローラー組の成形領域の長さL2が、過成形ローラー組の成形領域の長さL3よりも短い(L2<L3)。
図5の場合、遷移部102、103の長さL2b、L3bは、第二のローラー組を通過した後と、過成形ローラー組を通過した後とで同一であるが(L2b=L3b)、平坦部101の長さL2a、L3aは、成形領域が長くなった分だけ過成形ローラー組の平坦部101の長さが長い(L3a>L2a)。すなわち、過成形ローラー組は、遷移部102、103の形状を変化させることなく平坦部101の長さを増加させることで、全成形領域の長さを増加させる方式で素材を成形し、このように過成形された素材は、最終ローラー組40でまた目標の成形長さL4に戻り、また遷移部102、103が移動し、その過程で逆成形が行われる。
図6の場合、平坦部101の長さL3a、L2aは、第二のローラー組を通過した後と、過成形ローラー組を通過した後とで同一であるが(L2a=L3a)、遷移部102、103の長さL2b、L3bは、成形領域が長くなった分だけ過成形ローラー組の遷移部102、103の長さの和が長い(ΣL3a>ΣL2a)。
過成形ローラー組は、平坦部101の形状を変化させることなく遷移部102、103の長さを増加させることで、全成形領域の長さを増加させる方式で素材を成形し、このように過成形された素材は、最終ローラー組40でまた目標の成形長さL4に戻り、遷移部102、103の一部が復帰部105、106(図4参照)となり、その過程で逆成形が行われる。
図7(a)には、従来のロールスタンピング装置により成形された素材の写真が図示されている。図7(a)に示されているように、素材は、底面に付いておらず歪んでいる。すなわち、従来のロールスタンピング装置により素材を成形する場合、複数の遷移部において発生する互いに反対方向の残留応力が原因で素材に歪みが発生した。
図7(b)には本発明によるロールスタンピング装置により成形された素材の写真が図示されている。図7(b)に示されているように、本発明によるロールスタンピング装置により素材を成形すると、素材に歪みが発生することなく素材が底面に付いていることを確認することができる。
図8及び図9には本発明の他の実施形態のロールスタンピング装置が図示されている。
図8及び図9の他の実施形態は、図3に図示されている実施形態と同一の成形部を有するローラー組10、20、40、50を含むが、ローラー組10、20、40、50は、各成形部とは反対の面に逃げ部15a、15b、25a、25b、45a、45b、55a、55bを有するという点で差がある。
本実施形態において、逃げ部15a、15b、25a、25b、45a、45b、55a、55bは、ロールの円周から内側に凹んで形成された構成であり、成形部11a、11b、41a、41b、51a、51bの反対側に形成されている。
図9に示されているように、ローラー組10、20、40、50は、ロールの回転に伴い、両ローラーの逃げ部15a、15b、25a、25b、45a、45b、55a、55bが対向して配置され、このとき、ローラー組10、20、40、50を通過する素材Sは、如何なる成形も施されず通過することができる。逃げ部15a、15b、25a、25b、45a、45b、55a、55bは、ローラーの外周で一定の領域に形成されることから、ローラーの回転において一定の区間では成形が行われないことができる。
本実施形態において、ローラー組10、20、40、50には、成形部11a、11b、41a、41b、51a、51bとともに逃げ部15a、15b、25a、25b、45a、45b、55a、55bが形成されていることから、一定の区間では素材Sを成形し、一定の区間では素材Sをバイパスすることができる。
特に、逃げ部15a、15b、25a、25b、45a、45b、55a、55bが対向している時には、ローラー組10、20、40、50と素材Sとが当接しないため、素材Sを成形する時よりも迅速に移動させることができる。したがって、成形される区間L4、L6(図10参照)の間隔が変化する場合にもローラー組を変化させることなく成形することが可能である。
図10には図8及び図9の実施形態により成形された素材Sが図示されている。成形された区間L4、L6は、素材Sの供給速度(m/min)が一定の場合、成形時にはローラー組10、20、40、50の回転速度(rev/min)が一定に維持されるが、非成形時、特に、逃げ部15a、15b、25a、25b、45a、45b、55a、55bが対向している時にローラー組10、20、40、50の回転速度を遅く又は速く調節することで、非成形区間L5、L7の長さを調節することができる。すなわち、成形時の素材の供給速度とローラー組の回転速度との比を、非成形時の素材の供給速度とローラー組の回転速度との比と異ならせることで、同一の成形部を有し、且つ全長が相違する製品を成形することができる。
これにより、本実施形態のロールフォーミング部の長さが様々である部品を作製することも可能である。特に、成形される区間が一定で、その長さが様々であるドアインパクトビームのような構成の場合、一つのロールスタンピング装置により相違する長さを有する様々なドアインパクトビームを成形することができる。
以上、本発明の実施形態を中心に説明したが、本発明は、これに制限されず、様々に変形されて使用され得ることは言うまでもない。
10、20、30、40 ローラー組
50 過変形ローラー組
11a、11b、41a、41b、51a、51b 成形部
15a、15b、25a、25b、45a、45b、55a、55b 逃げ部
101 平坦部
102、103 遷移部
105、106 復帰部

Claims (16)

  1. 連続して供給される素材の両面を押圧し、その間を進むように、互いに対向して回転するローラー組と、
    前記素材を成形するように、前記ローラー組の外面にスタンピング構造が適用された成形部と、を含み、
    前記ローラー組は、素材の進行方向に沿って複数個が配置され、
    前記ローラー組の各成形部は、素材の進行に伴い素材の断面を順に変化させるように形成され、
    素材が最後に通過する最終ローラー組以前のローラー組のうち少なくとも一つのローラー組の成形部は、前記最終ローラー組の成形部よりも円周方向の長さがさらに長い過成形ローラー組である、ロールスタンピング装置。
  2. 前記過成形ローラー組は、前記最終ローラー組から少なくとも3個以内に配置される、請求項1に記載のロールスタンピング装置。
  3. 前記成形部は、
    前記ローラー組のうち一つの回転ロールの外面に形成された両側が開放された凹版と、他の一つの回転ロールの外面に形成された前記凹版と対応する凸版と、で構成される、請求項1又は2に記載のロールスタンピング装置。
  4. 前記ローラー組の成形部は、素材の進行に伴い素材の断面に順に凹凸部を形成するか、又は凹凸部を除去して平坦化するように形成される、請求項3に記載のロールスタンピング装置。
  5. 前記ローラー組の成形部は、順に素材の断面の凹凸部を除去して平坦化するように形成され、
    前記最終ローラー組及び過成形ローラー組の成形部は、幅方向に平坦であり、円周方向に一定の長さを有する平坦部と、円周方向で前記平坦部を中心として両側に位置する遷移部と、を含み、
    前記過成形ローラー組の平坦部の円周方向の長さが、前記最終ローラー組の平坦部の円周方向の長さよりも長い、請求項1又は2に記載のロールスタンピング装置。
  6. 前記過成形ローラー組の成形部は、幅方向に平坦であり、円周方向に一定の長さを有する平坦部と、円周方向で前記平坦部を中心として両側に位置する遷移部と、を含み、
    前記過成形ローラー組の遷移部の円周方向の長さが、前記最終ローラー組の遷移部の円周方向の長さよりも長い、請求項1又は2に記載のロールスタンピング装置。
  7. 前記ローラー組の外面には、前記成形部とは相違する位置に素材を通過させる逃げ部が形成される、請求項1に記載のロールスタンピング装置。
  8. 前記逃げ部は、成形部の反対側に形成される、請求項7に記載のロールスタンピング装置。
  9. 前記逃げ部は、ローラーの外周面から半径方向の内側に凹んで形成される、請求項8に記載のロールスタンピング装置。
  10. 連続して供給される素材をローラー組の外面に形成されたスタンピング構造により成形させる複数の成形段階と、
    前記成形された素材を切断する切断段階と、を含み、
    前記複数の成形段階を通過することで、前記素材は、一部分が第1形状から第2形状に変化し、
    前記複数の成形段階は、前記素材が第1形状から第2形状に変形される変形方向と反対の逆変形成形段階を含む、ロールスタンピング方法。
  11. 前記逆変形成形段階においては、少なくとも素材の成形部の長さ方向の両端部を逆変形させる、請求項10に記載のロールスタンピング方法。
  12. 前記逆変形成形段階は、全成形段階の中間以降に行われる、請求項10に記載のロールスタンピング方法。
  13. 前記逆変形成形段階の前に、素材の成形部を目標の成形部よりも長く成形して、前記逆変形成形段階において素材の成形部の両端部を逆変形させる、請求項10に記載のロールスタンピング方法。
  14. 前記逆変形成形段階の前に、素材の成形部を第2形状を超えるように成形して、前記逆変形成形段階において素材の成形部を第2形状に逆成形する、請求項11に記載のロールスタンピング方法。
  15. 前記複数の成形段階の後に、ローラー組に形成された逃げ部に素材をバイパス通過させるバイパス段階をさらに含み、
    前記バイパス段階の後に、再度複数の成形段階が行われる、請求項10に記載のロールスタンピング方法。
  16. 素材の供給速度とローラー組の回転速度との比は、前記成形段階と前記バイパス段階において互いに相違する、請求項15に記載のロールスタンピング方法。
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