WO2017111478A1 - 롤 스탬핑 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2017111478A1
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forming
molding
shape
roll
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김돈건
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주식회사 포스코
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    • B21D11/20—Bending sheet metal, not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to a roll stamping apparatus and method comprising a rotary roll having a molding portion having a stamping structure applied to its outer surface.
  • the stamping method is composed of an upper die, a lower punch disposed below the upper die, and a material holder disposed between the upper die and the lower punch.
  • the upper die is a frame member formed in the lower surface of the groove portion to be molded to the shape of the molded article to be molded
  • the lower punch is disposed on the lower portion of the upper die to drive the upper side by pushing the material running between the upper die and the lower punch upwards It is a member pressed against the upper die.
  • the stamping method is a technology widely used to produce molded products, for example, automotive parts, the problem of increasing the device capacity in the application of high strength steel and the problem of breakage of the material during molding due to the weak formability of the high strength steel. There is this.
  • a roll forming (RF) method which is configured to arrange a multi-stage set of fixed upper and lower rotary rolls, and to pass a coil or cut material between them, thereby forming a constant cross-sectional shape. And molding the molded part, which is a long part.
  • the roll forming method using such a roll forming apparatus can be applied to high strength steel by utilizing a relatively small capacity apparatus, but has a limitation in that a molded article having a constant cross-sectional shape can be manufactured.
  • the roll stamping method is a method in which a stamping structure is applied to a rotating roll to perform a variable cross-sectional roll forming while the material passes through the rotating roll.
  • An object of the present invention is to provide a roll stamping apparatus and method which is free from shape defects by resolving the residual stress of the cross-sectional change portion and the force imbalance between the cross-sectional change portions.
  • the present invention provides the following roll stamping method and apparatus in order to achieve the above object.
  • the present invention includes a roller set that rotates while facing each other to press the both sides of the material continuously supplied in one embodiment to proceed between, a forming unit is applied to the outer surface of the roller set to form the material, the roller A plurality of sets are arranged along the direction of material progress, and each molding portion of the roller set is formed to sequentially change the cross section of the material as the material progresses, and among the roller sets before the final roller set through which the material last passes.
  • the forming portion of at least one roller set provides a roll stamping device which is a set of overmolded rollers having a longer circumferential length than the forming portion of the final roller set.
  • the overmolded roller set may be disposed within at least three from the final roller set.
  • the molding unit may be configured with an intaglio having both sides open on the outer surface of one of the roller set of the roller set, and an embossment corresponding to the intaglio on the outer surface of the other rotating roll.
  • the molded part of the roller set may be formed to planarize by sequentially forming the uneven portion or the uneven portion in the cross section of the material in accordance with the progress of the material.
  • the molded part of the roller set is formed to sequentially flatten by removing the uneven part of the cross section of the material, the molded part of the final roller set and the overmolded roller set is flat in the width direction, constant in the circumferential direction And a flat portion having a length and transition portions positioned at both sides of the flat portion in the circumferential direction, and the circumferential length of the flat portion of the overmolded roller set may be longer than the circumferential length of the final roller set.
  • the outer surface of the roller set may be formed with an escape portion for passing the material to a different position from the forming portion.
  • the cover portion may be formed on the opposite side of the molding portion, it may be formed concave radially inward from the outer peripheral surface of the roller.
  • the present invention comprises a plurality of molding steps for molding the continuously supplied material through a stamping structure formed on the outer surface of the roller set; And a cutting step of cutting the molded material, wherein the part of the material is changed from the first shape to the second shape by passing the plurality of molding steps, wherein the plurality of molding steps include the first material.
  • a roll stamping method comprising a reforming molding step opposite to a deformation direction of deforming from a shape to a second shape.
  • the reforming molding step may re-deform both longitudinal ends of the molding part of the material.
  • the reforming molding step may be performed in the final molding step.
  • a plurality of molding steps can be performed again after the bypass step
  • the ratio of the feed rate of the material and the rotational speed of the roller set may be different from each other in the forming step and the bypass step.
  • the roll stamping apparatus and method of the present invention can reduce the shape defect by solving the residual stress of the cross-sectional change portion and the force imbalance between the cross-sectional change portion.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional roll stamping apparatus.
  • FIG. 2 is a plan view of a product manufactured by a conventional roll stamping apparatus.
  • FIG. 3 is a view showing a roll stamping apparatus of the present invention.
  • FIG. 4 is a step-by-step top view of a product produced by the roll stamping apparatus of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing the final shape of the product by the roll stamping apparatus of the present invention and the product shape molded in the overmolded roller set.
  • Fig. 6 is a plan view showing the final shape of the product by the roll stamping apparatus of the present invention and another product shape formed in the overmolded roller set.
  • FIG. 7 is a photograph of a product molded by a conventional roll stamping apparatus and a product molded by the roll stamping apparatus of the present invention.
  • FIGS. 8 and 9 are side views of the article formed by the roll stamping apparatus of FIGS. 8 and 9.
  • roller set 50 over deformation roller set
  • FIG. 1 and 2 show a conventional roll stamping device and a product molded thereby.
  • a plurality of roller sets 10, 20, 30, and 40 are disposed along a material traveling direction, and each roller set 10, 20, 30, and 40 has an upper roll ( 10a) and a lower roll 10b. Molding portions 11a and 11b are formed in each of the rolls 10a and 10b to form a raw material.
  • Each roller set 10, 20, 30, 40 includes a molded part, and as shown in FIG. 1, the molded part is sequentially changed along the advancing direction of the raw material, so that a part of the raw material is changed from the first shape to the first shape before molding. It is shape
  • the product molded by such a roll stamping device has a transition portion (T1, T2) which is formed by a portion having a first shape (section AA, CC) and a portion having a second shape (section BB). Include.
  • Such transition parts T1 and T2 have residual stresses in opposite directions and have a problem of being cut into a product or warping before being cut.
  • the present invention is intended to reduce the shape defects of the product by removing residual stress or at least distorting in the transition portion, and FIG. 3 shows a roll stamping apparatus of the present invention for achieving this object.
  • the roll stamping apparatus of the present invention is a roller set (10, 20, 40, 50), which rotates while facing each other to press the both sides of the material (S) to be continuously supplied to advance between the molding, forming the material And a molding part 11a, 11b, 41a, 41b, 51a, 51b having a stamping structure applied to an outer surface of the roller set 10, 20, 40, 50, and the roller set 10, 20, 40, 50 ) Is arranged along the direction of the material progress, each forming portion of the roller set is formed so as to sequentially change the cross-section of the material in accordance with the progress of the material, before the final roller set 40 through which the material finally passes
  • the forming portions 51a, 51b of at least one roller set 50 of the roller sets are overmolded roller sets 40 having a longer circumferential length than the forming portions 41a, 41b of the final roller set 40. .
  • FIG. 4 is a step-by-step plan view of the material formed by the roll stamping apparatus of FIG. 3, FIG. 4A is a plan view of the material formed by the roller set 10 of FIG. 3, and FIG. 4B is FIG. 3.
  • 4 (c) is a plan view of a material formed by the overmolded roller set 50 of FIG. 3
  • FIG. 4 (d) is a final view of the material formed by the roller set 20 of FIG. It is a top view of the raw material shape
  • FIG. 4 is a step-by-step plan view of the material formed by the roll stamping apparatus of FIG. 3
  • FIG. 4A is a plan view of the material formed by the roller set 10 of FIG. 3
  • FIG. 4B is FIG. 3.
  • 4 (c) is a plan view of a material formed by the overmolded roller set 50 of FIG. 3
  • FIG. 4 (d) is a final view of the material formed by the roller set 20 of FIG. It is a top view of the raw
  • the shape of the material or the number of the roller set is exemplary, the number of the roller set may be increased or decreased as necessary, and the shape of the material may have a shape corresponding to the desired product.
  • Figure 4 (a) to (d) it is shown that the material before molding has the same width, but it is also possible to cut the width of the material before roll stamping.
  • FIG. 4 (a) is a plan view of the material passing through the first roller set 10, wherein some regions 101, 102, 103 of the material having the hat-shaped cross section were formed. Transition portions 102 and 103 are formed between the unformed region and the flat portion 101 with the flat portion 101 having a flat outer surface in the planar shape among the molded regions.
  • the flat portion 101 of FIG. 4 (a) refers to a region having the same cross section in the advancing direction of the material regardless of whether the cross section is flat, and the transition parts 102 and 103 are regions in which the cross section changes along the advancing direction of the material. Means.
  • FIG. 4 (d) is a plan view of a raw material having the desired second shape after passing through the overmolded roller set 50 and then through the final roller set 40.
  • the material forming area in which the length L4 of the material forming area passes through the overmolding roller set is shown. Is smaller than the length L3 (L3 ⁇ L4). Accordingly, the transition portions 102 and 103 in which the cross-section of the material changes from the first shape to the second shape in FIG. 4 (d), and the return parts 105 and 106 that are transition parts in the previous roller set and then return to the first shape. Is formed in the reverse direction in the direction of deformation from the first shape to the second shape (hatched part in Fig. 4 (d)).
  • transition parts 102 and 103 and the return parts 105 and 106 of the material are formed in the reverse direction with respect to the residual stress direction formed by molding from the first shape to the second shape, thereby reducing the residual stress of the final product. can do.
  • FIGS. 4A and 4D only one set of the overmolded roller set 50 is disposed immediately before the final roller set 40, but the present invention is not limited thereto, and the plurality of rollers before the final roller set 40 are not limited thereto.
  • the set may consist of an overmolded roller set 50.
  • the overmolded roller set 50 includes not only the case where the length in the longitudinal direction of the material, that is, the circumferential direction of the roll is longer than the circumferential length of the molding portion of the final roller set, but also the degree of forming is the shaping of the final roller set. It is larger than the degree of negative molding and changes from the reverse direction (not changing from the first shape to the second shape, to the third shape that is beyond the second shape) to become the second shape that is the target shape, and then to the second shape. To change).
  • the roll stamping apparatus of the present invention can also be applied by a roll stamping method corresponding thereto. Since the warpage of the material becomes more problematic when the material is cut, the roll stamping method of the present invention is a plurality of forming the continuously supplied material through a stamping structure formed on the outer surface of the roller set (10, 20, 40, 50) And a cutting step of cutting the formed material, wherein the material is partially changed from a first shape to a second shape by passing through the plurality of forming steps, wherein the plurality of forming steps include the material And a reverse deformation forming step (passing the final roller set 40 after passing the overmolding roller set 50) opposite to the deformation direction of deforming from the first shape to the second shape.
  • the molding is made in the deformation direction deforming from the first shape to the second shape again after the reverse deformation molding step, since the residual stresses may increase in the opposite directions in the transition parts 102 and 103 as in the prior art, distortion may occur.
  • the residual stress of the transition parts 102 and 103 can be reduced by increasing or decreasing the length of the molded part, it is also possible to reduce the residual stress by changing the shape of the molded part. For example, it is also possible to reduce the residual stress in the transitions 102, 103 by having the reverse bending be performed at the transitions 102, 103 in the final forming step.
  • 5 and 6 show plan views showing the final shape of the product by the roll stamping device of the present invention and the shape of the material to be molded in the overmolded roller set, respectively.
  • the forming region length L2 of the second roller set is shorter than the forming region length L3 of the overmolded roller set (L2 ⁇ L3).
  • the lengths of the lengths L2a and L3a are as long as the flat portion 101 of the overmolded roller set is as long as the forming region is longer (L3a> L2a). That is, the overmolded roller set forms the material in such a manner that the length of the entire forming area is increased by increasing the length of the flat portion 101 without changing the shape of the transition parts 102 and 103.
  • the transition from the final roller set 40 back to the target molding length (L4), the transition portion (102, 103) is moved again, the reverse molding occurs in the process.
  • the length of the lengths L2b and L3b is the sum of the lengths of the transition parts 102 and 103 of the overmolded roller set as long as the molding area is longer ( ⁇ L3a> ⁇ L2a).
  • the overmolded roller set forms the material by increasing the length of the transition parts 102 and 103 without changing the shape of the flat part 101, thereby increasing the length of the entire forming area. Returning to the target molding length L4 in the roller set 40, a portion of the transition portions 102, 103 become return portions 105, 106 (see FIG. 4), and in the process, inverse molding occurs. .
  • FIG. 7A shows a photograph of a material formed by a conventional roll stamping apparatus. As shown in FIG. 7A, the material is not attached to the floor and is distorted. That is, in the case of forming the material by the conventional roll stamping apparatus, distortion occurs in the material due to residual stresses in opposite directions in the plurality of transition portions.
  • Figure 7 (b) shows a picture of the material formed by the roll stamping apparatus according to the present invention. As shown in Figure 7 (b), by forming a material by the roll stamping apparatus according to the present invention it can be seen that the material is attached to the floor without distortion.
  • roller sets 10, 20, 40, and 50 having the same molding as the embodiment shown in FIG. 3, but roller sets 10, 20, 40, and 50 are each formed There is a difference in having the skin portions 15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b on the side opposite to the portion.
  • the cover portions 15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b are formed concave inwardly from the circumference of the roll, and the molded portions 11a, 11b, 41a, 41b, 51a, 51b. Is formed on the opposite side.
  • the roller sets 10, 20, 40, and 50 are arranged so that the escape portions 15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b of both rollers face each other as the roll is rotated.
  • the material S passing through the roller sets 10, 20, 40, and 50 may pass without any molding. Since the skin 15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b is formed in a certain area at the outer circumference of the roller, the molding may not be performed in a certain section in the rotation of the roller.
  • the roller sets 10, 20, 40, and 50 are formed together with the forming portions 11a, 11b, 41a, 41b, 51a, 51b and the skin portions 15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, Since 55b) is formed, the raw material S is molded in a certain section, and the raw material S can be bypassed in a certain section.
  • escape parts 15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b face each other, they do not contact the roller sets 10, 20, 40, 50 and the material S. S) can be moved faster than during molding, and thus, even when the interval between the sections L4 and L6 to be molded (see FIG. 10) is changed, the molding can be performed without changing the roller set.
  • the roller sets 10, 20, 40, and 50 shows a material S shaped according to the embodiment of FIGS. 8 and 9.
  • the rotation speed (rev / min) of the roller sets 10, 20, 40, and 50 is constant during molding. Slower or faster rotational speed of the roller sets 10, 20, 40, 50 when unmolded, especially when the skin 15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b is facing.
  • the lengths of the non-molding sections L5 and L7 can be adjusted.

Abstract

본 발명은 일실시예로 연속적으로 공급되는 소재 양면을 압박하여 사이로 진행시키도록 서로 마주보면서 회전하는 롤러 세트, 상기 소재를 성형하도록 상기 롤러 세트의 외면에 스탬핑 구조가 적용된 성형부를 포함하며, 상기 롤러 세트는 소재 진행방향을 따라서 복수 개가 배치되며, 상기 롤러 세트의 각 성형부는 소재의 진행에 따라서 소재의 단면을 순차적으로 변화시키도록 형성되되, 소재가 마지막으로 통과하는 최종 롤러 세트 이전의 롤러 세트 중 적어도 한 롤러 세트의 성형부는 상기 최종 롤러 세트의 성형부보다 원주 방향의 길이가 더 긴 과성형 롤러 세트인 롤 스탬핑 장치를 제공한다.

Description

롤 스탬핑 장치 및 방법
본 발명은 외면에 스탬핑 구조가 적용된 성형부가 구비된 회전롤을 포함하는 롤 스탬핑 장치 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로, 자동차 등에 적용되는 부품을 생산하기 위한 수많은 판재성형기술이 개발되고 있다.
먼저, 가장 많이 활용되는 스탬핑(Stamping)공법이 있는데, 스탬핑 공법은 상부다이와, 상기 상부다이의 하측에 배치된 하부펀치, 및 상기 상부다이와 하부펀치 사이에 배치된 소재홀더로 구성된다. 여기서 상부다이는 성형하고자하는 성형품의 형상에 형합되는 홈부가 하면에 형성된 틀부재이고, 하부펀치는 상부다이의 하부에 배치되어 상측으로 구동함으로써 상부다이와 하부펀치 사이를 진행하는 소재를 상측으로 밀어올려 상부다이에 압착시키는 부재이다.
이러한 스탬핑공법은 성형품, 예를 들면 자동차 부품을 생산하는데 널리 활용되고 있는 기술이긴 하나, 최근 들어 고강도강 적용에 있어서는 장치용량을 증가시켜 하는 문제 및 고강도강의 취약한 성형성 때문에 성형시 소재가 파단되는 문제점이 있다.
다음으로, 롤 포밍(Roll Forming, RF)공법이 있는데, 롤 포밍 공법은 다단의 고정된 상하부 회전롤 세트를 배열하고 이 사이를 코일 또는 재단된 형태의 소재를 통과시키도록 구성됨으로써, 일정한 단면형상을 지니면서 길이가 긴 부품인 성형품을 성형한다.
이와 같은 롤 포밍장치에 의한 롤 포밍공법은, 상대적으로 적은 용량의 장치를 활용하여 고강도강에 적용이 가능하나, 일정한 단면형상의 성형품을 제조할 수밖에 없는 한계점이 있다.
이에 특허문헌 1 과 같은 롤 스탬핑 공법이 개발된 바 있다. 롤 스탬핑 공법은 회전하는 회전롤에 스탬핑 구조가 적용되어 있어서, 소재가 회전롤을 통과하면서 가변 단면 롤포밍을 수행하는 공법이다.
하지만, 이와 같은 롤 스탬핑 공법의 경우에 단면 변화부의 잔류 응력 및 부품 내 각 단면 변화부 간의 힘의 불균형에 의한 뒤틀림등 형상 불량이 발생하는 문제가 있다.
(특허문헌 1) KR1417278 B
본 발명은 단면 변화부의 잔류 응력 및 단면 변화부 간의 힘의 불균형을 해소하여 형상 불량이 없는 롤 스탬핑 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 과제를 달성하기 위하여 다음과 같은 롤 스탬핑 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 일실시예로 연속적으로 공급되는 소재 양면을 압박하여 사이로 진행시키도록 서로 마주보면서 회전하는 롤러 세트, 상기 소재를 성형하도록 상기 롤러 세트의 외면에 스탬핑 구조가 적용된 성형부를 포함하며, 상기 롤러 세트는 소재 진행방향을 따라서 복수 개가 배치되며, 상기 롤러 세트의 각 성형부는 소재의 진행에 따라서 소재의 단면을 순차적으로 변화시키도록 형성되되, 소재가 마지막으로 통과하는 최종 롤러 세트 이전의 롤러 세트 중 적어도 한 롤러 세트의 성형부는 상기 최종 롤러 세트의 성형부보다 원주 방향의 길이가 더 긴 과성형 롤러 세트인 롤 스탬핑 장치를 제공한다.
일실시예에서 상기 과성형 롤러 세트는 상기 최종 롤러 세트로부터 적어도 3개 이내에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서 상기 성형부는 상기 롤러 세트 중 하나의 회전롤의 외면에 양측이 개방된 음각과, 나머지 하나의 회전롤의 외면에 상기 음각과 대응되는 양각으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 상기 롤러 세트의 성형부는 소재의 진행에 따라서 소재의 단면에 순차적으로 요철부를 형성하거나 요철부를 제거하여 평탄화시키도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 상기 롤러 세트의 성형부는 순차적으로 소재 단면의 요철부를 제거하여 평탄화시키도록 형성되며, 상기 최종 롤러 세트 및 과성형 롤러 세트의 성형부는 폭방향으로 평탄하며, 원주방향으로 일정 길이를 가지는 평탄부와 원주 방향에서 상기 평탄부를 중심으로 양측에 위치하는 천이부를 포함하며, 상기 과성형 롤러 세트의 평탄부의 원주 방향 길이가, 상기 최종 롤러 세트의 원주 방향 길이 보다 길 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 상기 롤러 세트의 외면에는 상기 성형부와 다른 위치에 소재를 통과시키는 도피부가 형성될 수 있다.
이때, 상기 도피부는 성형부의 반대측에 형성될 수 있으며, 롤러의 외주면으로부터 반경 방향 내측으로 오목하게 형성될 수 있다.
다르게 본 발명은 연속적으로 공급되는 소재를 롤러 세트의 외면에 형성된 스탬핑 구조를 통하여 성형시키는 복수의 성형 단계; 및 상기 성형된 소재를 절단하는 절단 단계를 포함하며, 상기 복수의 성형 단계를 통과함으로써, 상기 소재는 일부분이 제 1 형상에서 제 2 형상으로 변화되되, 상기 복수의 성형 단계는 상기 소재가 제 1 형상에서 제 2 형상으로 변형하는 변형 방향과 반대인 재변형 성형 단계를 포함하는 롤 스탬핑 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 재변형 성형 단계에서는 소재의 성형부의 길이방향 양단부를 재변형시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 재변형 성형 단계는 최종 성형 단계에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 재변형 성형 단계 전에, 소재의 성형부를 목표 성형부보다 길게 성형하여, 상기 재변형 성형 단계에서 상기 양단부를 재변형시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 상기 복수의 성형 단계 이후에, 롤러 세트에 형성된 도피부로 소재를 바이패스 통과시키는 바이패스 단계를 더 포함하며, 상기 바이패스 단계 이후에 재차 복수의 성형 단계가 수행될 수 있으며, 소재의 공급속도와 롤러 세트의 회전 속도의 비는 상기 성형 단계와 상기 바이패스 단계에서 서로 상이할 수 있다.
본 발명의 롤 스탬핑 장치 및 방법은 단면 변화부의 잔류 응력 및 단면 변화부 간의 힘의 불균형을 해소하여 형상 불량을 감소시킬 수 있다.
도 1 은 종래의 롤 스탬핑 장치가 도시된 도면이다.
도 2 는 종래의 롤 스탬핑 장치에 의해서 제조된 제품의 평면도이다.
도 3 은 본 발명의 롤 스탬핑 장치가 도시된 도면이다.
도 4 는 본 발명의 롤 스탬핑 장치에 의해서 제조되는 제품의 단계별 평면도이다.
도 5 는 본 발명의 롤 스탬핑 장치에 의한 제품의 최종 형상과 과성형 롤러 세트에서 성형되는 제품 형상을 보이는 평면도이다.
도 6 은 본 발명의 롤 스탬핑 장치에 의한 제품의 최종 형상과 과성형 롤러 세트에서 성형되는 다른 제품 형상을 보이는 평면도이다.
도 7 은 종래의 롤 스탬핑 장치에 의해서 성형된 제품과, 본 발명의 롤 스탬핑 장치에 의해서 성형된 제품의 사진이다.
도 8 및 9 는 본 발명의 롤 스탬핑 장치의 다른 실시예가 도시된 도면이다.
도 10 은 도 8 및 도 9 의 롤 스탬핑 장치에 의해 성형된 제품의 측면도이다.
<부호의 설명>
10, 20, 30, 40: 롤러 세트 50: 과변형 롤러 세트
11a, 11b, 41a, 41b, 51a, 51b: 성형부
15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b: 도피부
101: 평탄부 102, 103: 천이부
105, 106: 복귀부
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2 에는 종래의 롤 스탬핑 장치 및 그에 의해서 성형된 제품이 도시되어 있다. 도 1 에서 보이듯이, 종래의 롤 스탬핑 장치는 다수의 롤러 세트(10, 20, 30, 40)가 소재 진행 방향을 따라서 배치되며, 각 롤러 세트(10, 20, 30, 40)는 상부롤(10a)과 하부롤(10b)을 포함하며, 각 롤(10a, 10b)에는 성형부(11a, 11b)가 형성되어 있어서, 소재를 성형한다.
각 롤러 세트(10, 20, 30, 40)는 성형부를 포함하되, 도 1 에서 보이듯이, 소재의 진행방향을 따라서 순차적으로 성형부를 변화시켜, 소재의 일부를 성형 전의 제 1 형상에서 제 1 형상과는 다른 제 2 형상으로 성형시킨다.
이러한 롤 스탬핑 장치에 의해서 성형된 제품은 제 1 형상을 가지는 부분(단면 A-A, C-C)과 성형부에 의해서 성형되어 제 2 형상을 가지는 부분(단면 B-B)으로 변화되는 천이부(T1, T2)를 포함한다. 이러한 천이부(T1, T2)는 서로 반대방향으로 잔류응력이 존재하여, 제품으로 절단하거나, 절단하기 전에 뒤틀려 버리는 문제가 있었다.
본 발명은 천이부에 잔류하는 잔류 응력을 제거하거나 적어도 뒤틀림이 발생하지 않도록 하여, 제품의 형상 불량을 감소시키는 것이며, 도 3 에는 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 롤 스탬핑 장치가 도시되어 있다.
도 3 에서 보이듯이, 본 발명의 롤 스탬핑 장치는 연속적으로 공급되는 소재(S) 양면을 압박하여 사이로 진행시키도록 서로 마주보면서 회전하는 롤러 세트(10, 20, 40, 50), 상기 소재를 성형하도록 상기 롤러 세트(10, 20, 40, 50)의 외면에 스탬핑 구조가 적용된 성형부(11a, 11b, 41a, 41b, 51a, 51b)를 포함하며, 상기 롤러 세트(10, 20, 40, 50)는 소재 진행방향을 따라서 복수 개가 배치되며, 상기 롤러 세트의 각 성형부는 소재의 진행에 따라서 소재의 단면을 순차적으로 변화시키도록 형성되되, 소재가 마지막으로 통과하는 최종 롤러 세트(40) 이전의 롤러 세트 중 적어도 한 롤러 세트(50)의 성형부(51a, 51b)는 상기 최종 롤러 세트(40)의 성형부(41a, 41b)보다 원주 방향의 길이가 더 긴 과성형 롤러 세트(40)이다.
도 4 에는 도 3 의 롤 스탬핑 장치에 의해서 성형되는 소재의 단계별 평면도로, 도 4(a)는 도 3 의 롤러 세트(10)에 의해서 성형된 소재의 평면도이고, 도 4(b)는 도 3 의 롤러 세트(20)에 의해서 성형된 소재의 평면도이고, 도 4(c)는 도 3 의 과성형 롤러 세트(50)에 의해서 성형된 소재의 평면도이고, 도 4(d)는 도 3 의 최종 롤러 세트(40)에 의해서 성형된 소재의 평면도이다.
도 4(a)~(d)에서 보이듯이, 소재(S)가 롤러 세트(10, 20, 40, 50)를 통과함에 따라서 단면이 모자형(제 1 형상)이던 소재는 성형부에 의해서 순차적으로 평평한 형상(제 2 형상)으로 변화한다.
여기서 소재의 형상이나, 롤러 세트의 숫자는 예시적인 것이며, 필요에 따라서 롤러 세트의 숫자는 증가되거나 감소될 수 있으며, 소재의 형상은 원하는 제품에 대응되는 형상을 가질 수 있음은 물론이다. 또한, 도 4(a) 내지 (d)에서는 성형전 소재가 동일한 폭을 가지는 것으로 도시하고 있으나 롤 스탬핑 이전에 소재의 폭을 재단하는 것도 가능하다.
도 4(a)는 첫번째 롤러 세트(10)를 통과한 소재의 평면도인데, 모자형 단면을 가지던 소재의 일부 영역(101, 102, 103)이 성형 되었다. 성형된 영역 중 평면도 상 평탄한 외면을 가지는 평탄부(101)를 중심으로, 미성형 영역과 상기 평탄부(101) 사이의 천이부(102, 103)가 형성된다. 도 4(a)의 평탄부(101)는 단면이 평탄한 것과 무관하게 소재의 진행방향으로 동일한 단면을 가지는 영역을 의미하며, 천이부(102, 103)는 소재의 진행 방향을 따라서 단면이 변하는 영역을 의미한다.
도 4(b)는 두번째 롤러 세트(20)를 통과한 소재의 평면도로서, 모자형 단면을 가지던 소재의 일부 영역(101, 102, 103)이 첫번째 롤러 세트(10)보다 더 성형되었다(도 1 참고). 하지만, 두번째 롤러 세트(20)와 첫번째 롤러 세트(10)는 동일한 길이(L1=L2)의 영역에 대하여 성형을 수행한다.
도 4(c)는 과성형 롤러 세트(50)를 통과한 소재의 평면도이다. 소재의 일부 영역(101, 102, 103)이 두번째 롤러 세트보다 더 성형 되었을 뿐만 아니라, 성형 영역의 길이가 두번째 보다 길어졌다(L1=L2<L3). 두번째 롤러 세트(20)를 통과한 소재보다 과성형 롤러 세트(50)를 통과한 소재의 성형 영역이 길기 때문에, 당연히, 과성형 롤러 세트(50)의 성형부(51a, 51b)의 원주 방향 길이가 첫번째 및 두번째 롤러 세트(10, 20)의 성형부(11a, 11b)의 원주 방향 길이보다 길게 형성된다.
도 4(d)는 과성형 롤러 세트(50)를 통과한 후 최종 롤러 세트(40)를 통과하여 원하는 제 2 형상을 가지는 소재의 평면도이다. 도 4(d)에서 보이듯이, 최종 롤러 세트(40)에서는 과성형한 소재를 다시 역성형하여 목표 형상으로 성형하므로, 소재 성형 영역의 길이(L4)가 과성형 롤러 세트를 통과한 소재 성형 영역의 길이(L3)보다 작다(L3<L4). 그에 따라서, 도 4(d)의 제 1 형상으로부터 제 2 형상으로 소재 단면이 변하는 천이부(102, 103) 및 이전 롤러 세트에서 천이부였다가 다시 제 1 형상으로 돌아온 복귀부(105, 106)는 제 1 형상으로부터 제 2 형상으로 변형되는 방향의 역방향으로의 성형이 이루어지게 된다(도 4(d)의 해칭부).
그에 따라서, 소재의 천이부(102, 103) 및 복귀부(105, 106)는 제 1 형상에서 제 2 형상으로 성형 됨으로써 형성된 잔류 응력 방향에 대하여 역방향의 성형이 이루어져, 최종 제품의 잔류 응력이 감소할 수 있다.
도 4(a)~(d) 에서는 과성형 롤러 세트(50)가 최종 롤러 세트(40)의 직전 한세트만 배치되는 것으로 도시 및 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 최종 롤러 세트(40) 전의 복수의 롤러 세트가 과성형 롤러 세트(50)로 이루어질 수 있다.
또한, 과성형 롤러 세트(50)는 소재의 길이방향, 즉, 롤의 원주 방향의 길이가 최종 롤러 세트의 성형부의 원주 방향 길이보다 긴 경우를 포함할 뿐만 아니라, 성형 정도가 최종 롤러 세트의 성형부의 성형 정도보다 커서, 목표 형상인 제 2 형상이 되기 위하여 역방향(제 1 형상에서 제 2 형상으로 변하는 것이 아니라, 제 2 형상을 넘어선 형상인 제 3 형상으로 변화했다가 다시 제 2 형상으로 변화하는 것)으로 변화하는 것을 포함한다.
본 발명의 롤 스탬핑 장치는 그에 대응되는 롤 스탬핑 방법으로 적용하는 것도 가능하다. 소재의 뒤틀림은 소재를 절단한 경우에 더욱 문제가 되므로, 본 발명의 롤 스탬핑 방법은 연속적으로 공급되는 소재를 롤러 세트(10, 20, 40, 50)의 외면에 형성된 스탬핑 구조를 통하여 성형시키는 복수의 성형 단계 및 상기 성형된 소재를 절단하는 절단 단계를 포함하며, 상기 복수의 성형 단계를 통과함으로써, 상기 소재는 일부분이 제 1 형상에서 제 2 형상으로 변화되되, 상기 복수의 성형 단계는 상기 소재가 제 1 형상에서 제 2 형상으로 변형하는 변형 방향과 반대인 역변형 성형 단계(과성형 롤러 세트(50) 통과 후 최종 롤러 세트(40)를 통과)를 포함한다.
이때, 역변형 성형 단계 이후에 다시 제 1 형상에서 제 2 형상으로 변형하는 변형 방향으로 성형이 이루어지면 종래와 같이 천이부(102, 103)에서 서로 반대 방향으로 잔류 응력이 커져서 뒤틀림이 발생할 수 있으므로, 역변형 성형 단계는 적어도 전체 성형 단계의 중간 이후에 수행되어 역변형 성형 이후에 잔류 응력이 다시 증가되는 성형이 적은 것이 유리하다.
또한, 성형부의 길이를 증감시킴으로써 천이부(102, 103)의 잔류 응력을 저감시키는 것도 가능하지만, 성형부의 형상을 변화시킴으로써 잔류 응력을 저감시키는 것도 가능하다. 예를 들어, 천이부(102, 103)에서 역방향 벤딩을 최종 성형 단계에서 수행하게 함으로써 천이부(102, 103)에서의 잔류 응력을 저감시키는 것도 가능하다.
도 5 및 도 6 에는 본 발명의 롤 스탬핑 장치에 의한 제품의 최종 형상과 과성형 롤러 세트에서 성형되는 소재 형상을 보이는 평면도가 각각 도시되어 있다.
도 5 및 6 모두 두번째 롤러 세트의 성형 영역 길이(L2)가 과성형 롤러 세트의 성형 영역 길이(L3)보다 짧다(L2<L3).
도 5 의 경우에 천이부(102, 103)의 길이(L2b, L3b)는 두번째 롤러 세트를 통과한 후와 과성형 롤러 세트를 통과한 후가 동일하나(L2b=L3b), 평탄부(101)의 길이(L2a, L3a)의 길이는 성형 영역이 길어진 만큼 과성형 롤러 세트의 평탄부(101)의 길이가 길다(L3a>L2a). 즉, 과성형 롤러 세트는 천이부(102, 103)의 형상에는 변화가 없이 평탄부(101)의 길이를 늘임으로써, 전체 성형 영역의 길이를 늘이는 방식으로 소재를 성형하며, 이렇게 과성형된 소재는 최종 롤러 세트(40)에서 다시 목표 성형 길이(L4)로 돌아가면서, 다시 천이부(102, 103)가 이동되고, 그 과정에서 역성형이 발생하게 된다.
도 6 의 경우에 평탄부(101)의 길이(L3a, L2a)는 두번째 롤러 세트를 통과한 후와 과성형 롤러 세트를 통과한 후가 동일하나(L2a=L3a), 천이부(102, 103)의 길이(L2b, L3b)의 길이는 성형 영역이 길어진 만큼 과성형 롤러 세트의 천이부(102, 103)의 길이의 합이 길다(∑L3a>∑L2a).
과성형 롤러 세트는 평탄부(101)의 형상에는 변화가 없이 천이부(102, 103)의 길이를 늘임으로써, 전체 성형 영역의 길이를 늘이는 방식으로 소재를 성형하며, 이렇게 과성형된 소재는 최종 롤러 세트(40)에서 다시 목표 성형 길이(L4)로 돌아가면서, 천이부(102, 103)의 일부가 복귀부(105, 106; 도 4 참고)가 되며, 그 과정에서 역성형이 발생하게 된다.
도 7의 (a) 에는 종래의 롤 스탬핑 장치에 의해 성형된 소재의 사진이 도시되어 있다. 도 7의 (a) 에서 보이듯이 소재는 바닥에 붙어있지 못하고 뒤틀려 있다. 즉, 종래의 롤 스탬핑 장치에 의해서 소재를 성형하는 경우에 복수의 천이부에서 서로 반대방향의 잔류 응력인하여 소재에 뒤틀림이 발생하였다.
도 7의 (b) 에는 본 발명에 따른 롤 스탬핑 장치에 의해서 성형된 소재의 사진이 도시되어 있다. 도 7의 (b) 에서 보이듯이, 본 발명에 따른 롤 스탬핑 장치에 의해서 소재를 성형하니 소재는 뒤틀림 없이 바닥에 붙어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 8 및 9 에는 본 발명의 다른 실시예의 롤 스탬핑 장치가 도시되어 있다.
도 8 및 9 의 다른 실시예는 도 3 에서 도시된 실시예와 동일한 성형부를 가지는 롤러 세트(10, 20, 40, 50)를 포함하나, 롤러 세트(10, 20, 40, 50)는 각 성형부와 반대되는 면에 도피부(15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b)를 가진다는 점에서 차이가 있다.
이번 실시예에서 도피부(15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b)는 롤의 원주로부터 내측으로 오목하게 형성된 구성으로, 성형부(11a, 11b, 41a, 41b, 51a, 51b)의 반대측에 형성되어 있다.
도 9 에서 보이듯이, 롤러 세트(10, 20, 40, 50)는 롤의 회전에 따라서, 양 롤러의 도피부(15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b)가 마주보게 배치되며, 이때에는 롤러 세트(10, 20, 40, 50)를 통과하는 소재(S)는 어떠한 성형도 되지 않고 지나갈 수 있다. 도피부(15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b)는 롤러의 외주에서 일정 영역에 형성되기 때문에, 롤러의 회전에서 일정 구간에서는 성형이 이루어지지 않을 수 있다.
이번 실시예에서 롤러 세트(10, 20, 40, 50)는 성형부(11a, 11b, 41a, 41b, 51a, 51b)와 함께 도피부(15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b)가 형성되어 있기 때문에, 일정 구간에서는 소재(S)를 성형하게 되며, 일정 구간에서는 소재(S)를 바이패스 할 수 있다.
특히, 도피부(15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b)가 마주보고 있을 때는 롤러 세트(10, 20, 40, 50)와 소재(S)와 맞닿지 않기 때문에, 소재(S)를 성형시보다 빠르게 이동시킬 수 있으며, 따라서, 성형되는 구간(L4, L6; 도 10 참고) 사이의 간격이 변화되는 경우에도 롤러 세트의 변화없이 성형 가능하다.
도 10 에는 도 8 및 9의 실시예에 따라서 성형된 소재(S)가 도시되어 있다. 성형된 구간(L4, L6)은 소재(S)의 공급속도(m/min)가 일정할 때, 성형시에는 롤러 세트(10, 20, 40, 50)의 회전 속도(rev/min)는 일정하게 유지되나, 비성 형시, 특히 도피부(15a, 15b, 25a, 25b, 45a, 45b, 55a, 55b)가 마주보고 있을 때 롤러 세트(10, 20, 40, 50)의 회전 속도를 느리게 혹은 빠르게 조절함으로써, 비성형 구간(L5, L7)의 길이를 조절할 수 있다. 즉, 성형 시의 소재의 공급속도와 롤러 세트의 회전 속도의 비가 비성형 시의 소재의 공급속도와 롤러 세트의 회전 속도와 상이하게 함으로써, 동일한 성형부를 가지면서도 전체 길이가 상이한 제품을 성형할 수 있다.
그에 따라서, 이번 실시예의 롤포밍부의 길이가 다양한 부품을 제작하는 것도 가능하다. 특히, 성형되는 구간이 일정하되 그 길이가 다양한 도어임팩트빔과 같은 구성의 경우에 하나의 롤 스탬핑 장치로 다양한 차장의 도어임팩트빔을 성형할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 다양하게 변화되어 사용될 수 있음은 물론이다.

Claims (16)

  1. 연속적으로 공급되는 소재 양면을 압박하여 사이로 진행시키도록 서로 마주보면서 회전하는 롤러 세트, 상기 소재를 성형하도록 상기 롤러 세트의 외면에 스탬핑 구조가 적용된 성형부를 포함하며,
    상기 롤러 세트는 소재 진행방향을 따라서 복수 개가 배치되며,
    상기 롤러 세트의 각 성형부는 소재의 진행에 따라서 소재의 단면을 순차적으로 변화시키도록 형성되되,
    소재가 마지막으로 통과하는 최종 롤러 세트 이전의 롤러 세트 중 적어도 한 롤러 세트의 성형부는 상기 최종 롤러 세트의 성형부보다 원주 방향의 길이가 더 긴 과성형 롤러 세트인 롤 스탬핑 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 과성형 롤러 세트는 상기 최종 롤러 세트로부터 적어도 3개 이내에 배치되는 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 성형부는
    상기 롤러 세트 중 하나의 회전롤의 외면에 양측이 개방된 음각과, 나머지 하나의 회전롤의 외면에 상기 음각과 대응되는 양각으로 구성되는 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 롤러 세트의 성형부는 소재의 진행에 따라서 소재의 단면에 순차적으로 요철부를 형성하거나 요철부를 제거하여 평탄화시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 롤러 세트의 성형부는 순차적으로 소재 단면의 요철부를 제거하여 평탄화시키도록 형성되며,
    상기 최종 롤러 세트 및 과성형 롤러 세트의 성형부는 폭방향으로 평탄하며, 원주방향으로 일정 길이를 가지는 평탄부와 원주 방향에서 상기 평탄부를 중심으로 양측에 위치하는 천이부를 포함하며,
    상기 과성형 롤러 세트의 평탄부의 원주 방향 길이가, 상기 최종 롤러 세트의 평탄부의 원주 방향 길이 보다 긴 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 과성형 롤러 세트의 성형부는 폭방향으로 평탄하며 원주방향으로 일정 길이를 가지는 평탄부와 원주 방향에서 상기 평탄부를 중심으로 양측에 위치하는 천이부를 포함하며,
    상기 과성형 롤러 세트의 천이부의 원주 방향 길이가, 상기 최종 롤러 세트의 천이부의 원주 방향 길이 보다 긴 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤러 세트의 외면에는 상기 성형부와 다른 위치에 소재를 통과시키는 도피부가 형성되는 것을 특징으로 하는 롤 스템핑 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도피부는 성형부의 반대측에 형성되는 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 도피부는 롤러의 외주면으로부터 반경 방향 내측으로 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 장치.
  10. 연속적으로 공급되는 소재를 롤러 세트의 외면에 형성된 스탬핑 구조를 통하여 성형시키는 복수의 성형 단계; 및
    상기 성형된 소재를 절단하는 절단 단계를 포함하며,
    상기 복수의 성형 단계를 통과함으로써, 상기 소재는 일부분이 제 1 형상에서 제 2 형상으로 변화되되,
    상기 복수의 성형 단계는 상기 소재가 제 1 형상에서 제 2 형상으로 변형하는 변형 방향과 반대인 역변형 성형 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 역변형 성형 단계에서는 적어도 소재의 성형부의 길이방향 양단부를 역변형시키는 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 역변형 성형 단계는 전체 성형 단계 중 중간 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 역변형 성형 단계 전에, 소재의 성형부를 목표 성형부보다 길게 성형하여, 상기 역변형 성형 단계에서 상기 양단부를 역변형시키는 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 역변형 성형 단계 전에 소재의 성형부를 제 2 형상을 넘어서게 성형하여, 상기 역변형 성형 단계에서 소재의 성형부를 제 2 형상으로 역성형하는 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 성형 단계 이후에, 롤러 세트에 형성된 도피부로 소재를 바이패스 통과시키는 바이패스 단계를 더 포함하며,
    상기 바이패스 단계 이후에 재차 복수의 성형 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    소재의 공급속도와 롤러 세트의 회전 속도의 비는 상기 성형 단계와 상기 바이패스 단계에서 서로 상이한 것을 특징으로 하는 롤 스탬핑 방법.
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