KR100607106B1

KR100607106B1 - 소재의 두께를 균일하게 제어하는 연속 전단가공 장치

Info

Publication number: KR100607106B1
Application number: KR1020040098790A
Authority: KR
Inventors: 정영훈; 박종우
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-08-02
Also published as: KR20060059643A; US20060112750A1; US7127927B2

Abstract

본 발명은 소재의 두께를 균일하게 제어하는 연속 전단가공 장치에 관한 것으로, 가공되는 소재를 금형 내부로 가이드하는 압연롤과; 소재가 유입되는 입구, 소재의 전단 변형이 일어나는 전단 변형부 및 소재의 출구를 구비하는 금형과; 소재가 상기 금형의 전단 변형부를 통과하면서 소재에 가해지는 압축 저항에 따라 유기적으로 금형의 출구 간격을 조절하는 제어부를 포함하는 연속 전단가공 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 소재가 전단 변형을 겪으면서 발생되는 가공 저항을 일정하게 하여 소재의 길이 방향 두께를 일정하게 제어할 수 있다.

연속 전단가공, 가공재 두께 제어, 스프링 제어장치, 판재 가공

Description

소재의 두께를 균일하게 제어하는 연속 전단가공 장치{CONTINUOUS SHEARING APPARATUS CONTROLLING THE THICKNESS UNIFORMITY OF A SHEET}

도 1은 일반적인 연속 전단가공 장치의 측단면도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전단 가공 장치의 측단면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전단 가공 장치의 측단면도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전단 가공 장치의 측단면도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10a, 10b: 압연롤 20: 소재

30a: 상부 금형 30b: 하부 금형

40a: 상부 조절 나사 40b: 하부 조절 나사

50: 벽 60a, 60b: 이동 제한부

70: 인장스프링 80:압축스프링

90: 압력센서 및 구동장치 95:구동 모듈

100: 컴퓨터

본 발명은 소재가 연속 전단가공 장치를 통과할 때 두께가 계속적으로 증가하는 문제점을 개선한 것으로, 길이 방향의 두께 편차를 줄이고, 코일재와 같이 길이가 긴 소재의 연속 가공을 가능하게 하는 장치에 관한 것이다.

ECAR (equal channel angular rolling) 장치라고도 알려진 연속 전단가공 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 소재(20)를 금형으로 공급하는 압연기와 소재가 통과할 때 전단 변형이 일어나게 하는 L형의 굽어진 통로를 가진 가공 금형으로 구성된다. 상기 압연기는 두 개의 압연롤(10a, 10b)로 구성되며, 상기 금형은 상부 금형(30a)과 하부 금형(30b)으로 구성된다. 금형 고정벽(50)에는 금형의 간격을 조절하는 조절 나사(40a, 40b)가 설치되어 있다.

압연롤(10a, 10a)을 통과한 소재(20)는 금형 입구쪽 통로(A와 B 사이)을 통과하여 출구(B 이후)쪽으로 밀려 나오면서 L형으로 변형이 일어난다. 이러한 전단변형의 결과, 소재의 조직이 미세화됨으로써 강도와 성형성 등의 기계적 특성이 개선되는 효과를 얻는다.

그러나 종래의 연속 전단가공 장치에서는 소재(20)가 금형의 전단 변형부(B 부분)를 통과할 때 발생하는 가공저항 때문에 소재(20)가 압연롤(10a, 10b)과 전단 변형부 사이에 있는 동안 심한 압축 변형을 받게 된다. 이러한 압축 변형으로 인하여 소재(20)의 두께가 증가한다. 두꺼워진 소재가 전단 변형부를 통과하게 되면 더욱 큰 가공 저항을 유발하게 되어서 소재의 두께가 더욱 증가하게 된다. 결과적으로 연속 전단가공 장치로 가공된 소재는 가공이 진행될수록 계속하여 두께가 증가하게 된다. 소재 두께가 출구(B 이후)쪽 금형 간격의 한계를 넘게 되면 더 이상의 가공은 중단될 수밖에 없어 코일재와 같이 길이가 긴 소재를 연속 가공하는 것이 불가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은 소재가 전단 변형부를 통과할 때 발생하는 압축 변형을 감소시킨 전단 가공 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 길이가 긴 소재를 연속적으로 가공할 수 있는 전단 가공 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 L형 전단변형 장치에 있어서, 소재가 전단 변형부를 통과할 때 발생하는 저항의 크기에 따라 금형 출구의 간격이 유기적으로 변하게 하여 가공이 진행되면서 나타나는 계속적인 소재 두께의 증가를 방지한 장치를 제공한다. 이를 통하여 가공되는 소재의 두께를 균일하게 하고, 코일재와 같이 길이가 긴 소재를 연속 가공할 수 있다.

본 발명에서는 금형 출구의 두께 방향으로 금형 간격을 조정하는 부위에 제어부를 설치하여 소재가 전단 변형부를 통과할 때 발생하는 저항에 따라 금형 출구의 간격이 유기적으로 변하도록 한다.

구체적으로 본 발명은 가공되는 소재를 금형 내부로 가이드하는 압연롤과; 소재가 유입되는 입구, 소재의 전단 변형이 일어나는 전단 변형부 및 소재의 출구를 구비하는 금형과; 소재가 상기 금형의 전단 변형부를 통과하면서 소재에 가해지는 압축 저항에 따라 유기적으로 금형의 출구 간격을 조절하는 제어부를 포함하는 연속 전단가공 장치를 제공한다.

본 발명은 L형 전단가공 장치에서 금형 출구의 후면에 제어부로서 탄성 수단 또는 구동수단을 설치하여 금형 출구의 간격을 가변적으로 변할 수 있게 하였다. 이에 따라, 소재가 전단 변형부(금형에서 L형으로 꺾인 B 부분)를 통과할 때 소재에 발생하는 가공 저항이 높으면 금형 출구의 간격이 넓어져 가공 저항이 줄어들게 된다. 반대로, 소재에 발생하는 가공 저항이 낮으면 금형 출구의 간격이 좁아져 가공 저항이 높아지게 한다. 결과적으로 소재가 금형의 L형으로 꺾인 부분을 통과할 때 발생하는 가공 저항의 크기는 제어부의 탄성 및 장력에 따라 일정하게 유지된다. 따라서, 압연롤과 금형 입구쪽 통로 사이에 있는 소재는 일정한 압축 변형을 받게 되며 또한 가공되는 소재의 두께가 균일해진다.

이하, 본 발명의 전단 가공 장치의 구체적인 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 바람직한 일실시예로서, L형 전단 가공 장치의 금형 후방에 스프링을 장착한 장치를 도시한다.

상부 금형(30a)에는 인장스프링(70)을 장착되어, 소재(20)가 금형 출구(B 이후)로 진입할 때 압연롤(10a)과 가까와지는 방향으로 금형 출구의 간격이 이동됨으로써 소재에 가해지는 가공 저항을 낮춘다. 하부 금형(10b)에는 압축스프링(80)을 장착하여 소재가 금형 출구를 통과할 때 압연롤(10b)로부터 멀어지는 방향으로 이동될 수 있게 하여 소재에 가해지는 가공 저항을 낮춘다.

소재가 전단 변형부(B 부분)를 지나서 금형 출구를 통과할 때 상부 금형 (30a) 및 하부 금형(30b) 후방에 설치한 스프링(70, 80)의 탄성 및 장력에 기인하여 금형 간격이 변하며, 가공 저항이 크면 금형 간격이 넓어져서 가공 저항이 낮아지고, 가공 저항이 낮아지면 이에 따라 다시 금형 간격이 좁아져서 자동적으로 일정한 가공 저항을 갖게 된다. 한편, 상부 및 하부 금형(30a, 30b) 중 어느 한 쪽만 스프링을 설치해도 이와 같이 가공 저항이 일정해지는 효과는 얻을 수 있다.

상기 상부 금형(30a) 및 하부 금형(30b)에는 각각 스프링에 따른 이동의 최대치가 제한 될 수 있도록 이동 제한부(60a, 60b)가 설치된다.

결국, 상부 또는 하부 금형에 설치한 스프링의 작용으로 소재가 금형을 통과할 때 유기되는 가공 저항이 일정하게 제어되어 압연롤과 금형의 전단 변형부 사이 통로(A와 B 사이)에서의 압축 변형으로 야기되는 소재의 두께 증가가 일정하게 되며, 이에 따라 전단 변형 후 소재의 길이 방향 두께도 일정해 진다.

도 3은 본 발명에 의한 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서는 전단가공 장치의 금형의 후방에, 앞선 실시예에서의 스프링 대신, 구동장치와 압력센서(90)를 장착하였다. 소재(20)의 가공 저항에 따라 금형 출구에 발생한 압력 변화를 압력센서가 감지하고, 감지된 신호를 컴퓨터(100)로 피드백(feedback)하여 컴퓨터의 제어로 구동장치를 동작시킴으로써 금형 출구의 소재 두께 방향 간격을 제어한다. 상기 구동장치는 소재의 가공 중에 소재에 가해지는 압력이 설정치 보다 커지면 금형간격을 넓히는 방향으로 작동하고, 압력이 설정치 수준으로 정상화 되면 금형간격이 좁히는 쪽으로 작동시킨다.

압연롤(10a, 10b)에 의해 금형 내부로 공급된 소재(20)는 L자로 꺾일 때 야 기되는 가공 저항이 일정하게 제어되어 압연롤과 금형 꺽임부(즉, 전단변형부) 사이에서 압축 변형에 의한 두께 증가가 일정하게 나타나며, 전단변형이 일어난 후 소재의 길이 방향 두께도 일정해 진다.

도 3에 도시된 장치에 있어서 소재를 빠른 속도로 가공할 경우, 압력센서와 구동장치 및 제어 컴퓨터의 시간적 이격을 줄이기 위해 반응제어 속도가 빠른 고가의 주변장치가 요구될 수 있는데, 이를 해결하기 위한 또 다른 실시예를 도 4에 도시하였다.

도 4에 도시된 바와 같이 금형의 후방에 설치된 구동 모듈(95)은 압력센서와, 구동장치와, 상기 압력센서에서 감시한 가공압력 내지 가공 사이클을 모니터링하여 가공 사이클과 구동 사이클을 동조 제어하는 프로그램이 내장된 반도체칩이 하나의 장치로서 모듈화되어 있다. 여기서, 반도체 칩이 가공 사이클과 구동 사이클을 동조 제어하는 것은, 가공 중에 가공압력이 설정치 보다 커지면 금형간격을 넓히는 방향으로 구동장치가 작동하도록 하고, 다시 가공압력이 설정치 수준으로 정상화되면 금형간격을 좁히는 쪽으로 구동장치가 작동하도록 가공압력과 구동장치의 작동방향 및 작동량을 제어함을 의미한다. 이러한 구동 모듈을 사용하면 장치의 생산 비용을 저렴하게 낮추면서도 빠른 속도의 가공에도 정확히 소재 두께 편차를 제어를 할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 압연 롤에 의해 공급된 소재가 L자로 꺾일 때 유기되는 가공저항을 일정하게 하여 압연 롤과 금형 꺽임부 사이에서 압축 변형으로 소재에 일어나는 두께증가가 일정하게 되며 이에 따라 전단 변형후 소재의 길이방향 두께를 일정하게 제어할 수 있어서 연속적인 전단가공이 가능하게 해주는 효과가 있다.

Claims

가공되는 소재를 금형 내부로 가이드하는 압연롤과;

소재가 유입되는 입구, 소재의 전단 변형이 일어나는 전단 변형부 및 소재의 출구를 구비하는 금형과;

소재가 상기 금형의 전단 변형부를 통과하면서 소재에 가해지는 압축 저항에 따라 유기적으로 금형의 출구 간격을 조절하는 제어부를 포함하는

연속 전단가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 상부 금형 및 하부 금형 중 적어도 어느 하나의 후면에 설치된 탄성 수단인 것을 특징으로 하는 연속 전단가공 장치.
제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 상부 금형의 후면에 설치된 인장 스프링과 상기 하부 금형의 후방에 설치된 압축 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 전단가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 상부 금형 및 하부 금형 중 적어도 어느 하나의 후면에 설치된 압력센서, 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 전단가공 장치.
제4항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 압력센서에서 감지한 가공 사이클을 모니터링하여 가공 사이클과 구동 사이클을 동조 제어하는 프로그램이 내장된 반도체칩을 더 탑재한 구동 모듈인 것을 특징으로 하는 연속 전단가공 장치.