KR101061988B1 - 판재 슬리팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수회의 하프블랭킹(half blanking) 공정을 실시하여 버어(burr)의 형성량이 최소화되도록 한 판재 슬리팅장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 판재 슬리팅장치는, 판재(P)를 가압하여 단차지게 성형하는 제1하프블랭킹수단(100)과, 상기 제1하프블랭킹수단(100)에서 가해진 압력의 반대방향으로 상기 단차진 판재(P)를 가압하여 슬리팅하는 제2하프블랭킹수단(200)을 포함하여 구성되며, 상기 제1하프블랭킹수단(100)과 제2하프블랭킹수단(200)은 동일한 외형을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 슬리팅된 판재의 품질이 향상되며, 변형이 감소하는 이점이 있다.

판재, 슬리팅장치, 버(burr), 변형

Description

판재 슬리팅장치 {Apparatus for slitting plate }

도 1 은 종래 기술에 의해 전단된 판재의 단면 형상을 보인 개략도.

도 2 는 본 발명에 의한 판재 슬리팅장치를 이용하여 슬리팅된 판재의 전단면 사진.

도 3 은 본 발명에 의한 판재 슬리팅장치의 요부 구성인 제1하프블랭킹수단의 형상을 보인 개략도.

도 4 는 본 발명에 의한 판재 슬리팅장치의 요부 구성인 제2하프블랭킹수단의 형상을 보인 개략도.

도 5 는 본 발명에 의한 판재 슬리팅장치를 이용하여 판재 슬리팅시에 판재의 형상 변화를 순서대로 나타낸 개략도.

도 6 은 본 발명에 의한 판재 슬리팅장치를 이용하여 시험한 시험재와 비교재의 성형하중 부하량을 비교한 그래프.

도 7 은 본 발명에 의한 판재 슬리팅장치에서 구리 및 알루미늄 판재에 대하여 두께, 스트로크(S/T) 및 판재 두께에 대한 틈새의 비(C)를 변화시켜 시험한 데이터 테이블.

도 8 은 도 7의 실험 결과를 판재의 종류 및 두께별로 구분하여 슬리팅 가능한 범위를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100. 제1하프블랭킹수단 120. 제1상부롤러

122. 제1함몰부 140. 제1하부롤러

142. 제1돌출부 200. 제2하프블랭킹수단

220. 제2상부롤러 222. 제2돌출부

240. 제2하부롤러 242. 제2함몰부

P . 판재

본 발명은 판재 슬리팅장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수회의 하프블랭킹 공정을 실시하여 버어(burr)의 형성량이 최소화되도록 한 판재 슬리팅장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자, 콘덴서 등의 전자부품에 적용되는 코일 등은 금속판재를 소정의 폭으로 절단하여 사용하게 된다.

이와 같이 금속판재를 소정의 폭으로 절단하기 위해 상용되어지는 판재 슬리팅장치(미도시)는, 서로 다른 방향으로 회전하면서 판재를 강제 이송하는 한 쌍의 롤러와, 상기 한 쌍의 롤러에 의해 이송된 판재를 절단하기 위한 다수개의 회전커터로 구성된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 기술을 이용하면 판재의 전단면에는 결점이 반 드시 발생하게 된다.

즉, 도 1에 도시한 바와 같이 판재의 전단면 일단에는 파단면이 형성되며, 상기 파단면의 상측에는 상방향으로 뾰족하게 튀어나온 버어(burr)가 발생하게 된다.

그리고, 이러한 버어는 전단 가공시에 형성되지 않도록 하는 것은 불가능하며, 성형 조건을 개선하여 크기를 줄이거나, 연마 공정을 통해 제거하는 것이 일반적이다.

이러한 전단면에 발생한 버어의 크기를 최소화하기 위한 것으로, 대한민국 특허청 공개특허 제10-2005-0059408호에는 half blanking 을 도입하여 전단하고자 하는 판재의 전단면을 기준으로 판재의 좌/우측을 서로 다른 방향으로 가압함으로판재를 전단할 수 있도록 한 판재의 슬리팅장치가 게시되어 있다.

그러나, 상기한 공정 및 슬리팅장치를 이용하게 되면, 버어의 크기는 감소하나 감소량이 크지 않으며, 슬리팅된 판재는 직진성을 가지지 못하고 폭방향으로 휘어지는 문제점이 발생된다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 판재에 다수회의 하프블랭킹(half blanking) 공정을 실시하여 버어(burr)의 형성량이 최소화되도록 한 판재 슬리팅장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의한 판재 슬리팅장치는, 판재를 가압하여 단차지게 성형하는 제1 하프블랭킹수단과, 상기 제1하프블랭킹수단에서 가해진 압력의 반대방향으로 상기 단차진 판재를 가압하여 슬리팅하는 제2하프블랭킹수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 제1하프블랭킹수단과 제2하프블랭킹수단은 동일한 외형을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 제1하프블랭킹수단과 제2하프블랭킹수단은 서로 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1하프블랭킹수단은, 제1상부롤러와 제1하부롤러를 포함하여 구성되며, 상기 제1상부롤러 또는 제1하부롤러의 일측에는, 외주면에 대하여 단차지게 형성되고, 서로 근접하여 상기 판재에 단차를 형성하는 제1돌출부 또는 제1함몰부가 구비됨을 특징으로 한다.

상기 제2하프블랭킹수단은, 제2상부롤러와 제2하부롤러를 포함하여 구성되며, 상기 제2상부롤러 또는 제2하부롤러의 일측에는, 외주면에 대하여 단차지게 형성되고, 서로 근접하여 단차진 판재를 슬리팅하는 제2돌출부 또는 제2함몰부가 구비됨을 특징으로 한다.

상기 제1돌출부와 제1함몰부 및 제2돌출부와 제2함몰부가 서로 이격된 거리(C)는 판재의 두께가 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성에 의하면, 판재의 전단면에 버어(burr)가 형성되지 않아 고품질이 향상되는 이점이 있다.

본 발명에서는 판재 전단 가공의 유한 요소 해석 연구 결과를 바탕으로 판재 슬리팅시 버어(burr)의 발생량을 최소화하기 위한 판재 슬리팅장치를 제시하고자 한다.

전단 가공을 이용한 슬리팅(slitting)공정은 판재가 롤을 통과할 때 두께 방향으로 변형이 가장 크기 때문에 변형모드가 블랭킹과 유사한 거동을 나타내므로, 2차원 평면변형 상태로 가정하여 2D로 해석하였다.

그리고, 전단 가공 동안 일어나는 전단면 형성과정을 조사하기 위해 파괴 예측 및 전파를 고려할 수 있는 연성파괴기준과 요소제거기법을 도입하였으며, 특히 연성파괴기준은 실험적 접근 및 수치적 계산이 용이한 Cockroft-Latham의 연성파괴기준을 적용하였다.

요소제거기법은 전단가공에서 전단면 형성과정에 있어 가장 신뢰를 받는 Normalized Cockcroft-Latham 식을 적용하였으며, 전단면 형성과정을 수치적으로 접근하기 위해 특정 요소의 임계데미지(Critical damage value)에 도달하면 그 요소를 제거하는 방식을 적용하였다.

그리고, 유한요소해석을 위한 모델로서 2D 블랭킹 평면변형상태를 선정하였고, 공정변수로는 판재 두께(0.1, 0.5, 1.0 ㎜), 판재 두께에 대한 압하율(70%, 80%, 90%) 및 판재 두께에 대한 클리어런스(아래에서 설명하게 될 돌출부와 함몰부가 이격된 거리:0%, 5%, 10%)로 선정하였다.

판재 소재는 구리(Cu)와 알루미늄(Al)을 채택하고 각각의 소재에 대한 유동응력식을 아래와 같이 입력하였다.

Cu : σ = 744ε^0.1565 Al : σ = 153ε^0.0675

그리고 Critical value (C)는 Cu : 2.8, Al : 1.8 을 입력하였다.

상기와 같은 조건에서 유한 요소를 해석한 결과, 도 2와 같이 알루미늄(Al) 판재에 비해 비교적 후판인 구리(Cu) 판재는 유효전단면 및 파단면 등이 명확히 구분되었다.

즉, 알루미늄(Al)은 박판이며, 매우 작은 클리어런스를 가지고 블랭킹을 수행했기 때문에 전단면과 파단면의 경계가 정확히 구분되지는 않았으나 Critical value (C)는 0.28㎜ 정도의 값으로 측정되었으며, 구리(Cu)는 0.81㎜의 값을 나타냈다.

이하에서는 상기와 같은 연구를 토대로 바람직한 실시예가 채용된 판재 슬리팅장치의 구성을 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

도 3에는 본 발명에 의한 판재 슬리팅장치의 요부 구성인 제1하프블랭킹수단의 형상을 보인 개략도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 의한 판재 슬리팅장치의 요부 구성인 제2하프블랭킹수단의 형상을 보인 개략도가 도시되어 있으며, 도 5에는 본 발명에 의한 판재 슬리팅장치를 이용하여 판재 슬리팅시에 판재의 형상 변화를 순서대로 나타낸 개략도가 도시되어 있다.

이들 도면과 같이, 판재 슬리팅장치는 도 3에 도시된 제1하프블랭킹수단(100)과, 도 4에 도시된 제2하프블랭킹수단(200)을 포함하여 구성된다.

상기 제1하프블랭킹수단(100)은 평면 상태의 판재를 가압하여 단차지게 성형하는 것으로, 제1상부롤러(120)와 제1하부롤러(140)를 포함하여 구성된다.

따라서, 상기 제1상부롤러(120)와 제1하부롤러(140) 사이에 판재(P)가 인입되면, 판재는 제1상부롤러(120)와 제1하부롤러(140)에 의해 가압된다.

상기 제1상부롤러(120)와 제1하부롤러(140)의 외주면 우측단에는 제1돌출부(142) 또는 제1함몰부(122)가 형성된다.

즉, 상기 제1함몰부(122)는 제1상부롤러(120)의 외주면 우측단에서 중심방향으로 함몰 형성된 것으로, 제1하프블랭킹수단(100)에 의해 판재가 1차적으로 가압될 때 절곡된 판재가 내부에 수용되는 공간이다.

그리고, 상기 제1돌출부(142)는 제1하부롤러(140)의 외주면 우측단에서 원주방향으로 돌출되고, 상기 제1함몰부(122)와 동일한 수직선 상에 위치하도록 구성된다.

따라서, 평면 상태의 판재가 상기 제1하프블랭킹수단(100) 내부로 유입되면, 판재는 상기 제1상부롤러(120)와 제1하부롤러(140) 사이에 이격된 공간과 대응되는 형상으로 절곡된다(도 5의 가운데 도면 참조).

그리고, 앞서 설명한 압하율은 도 3에서 "S/T"로 표기되어 있으며, 클리어런스는 "C(%t)"로 표기하였다.

한편, 상기 제2하프블랭킹수단(200)은 도 4와 같이 제2상부롤러(220)와 제2하부롤러(240)를 포함하여 구성되며, 제1하프블랭킹수단(100)과 대응되는 외형을 가진다.

상기 제2하프블랭킹수단(200)은 제1하프블랭킹수단(100)에서 가해진 압력의 반대방향으로 판재에 압력을 가하여 슬리팅되도록 하는 구성으로, 제2상부롤러(220)와 제2하부롤러(240)를 포함하여 구성되며, 상기 제1하프블랭킹수단(100)을 상/하 방향으로 대칭시킨 상태로 배치된다.

따라서, 상기 제1하프블랭킹수단(100)의 제1돌출부(142)와 제1함몰부(122)에 의해 절곡된 판재는 상기 제2하프블랭킹수단(200)의 제2돌출부(222)와 제2함몰부(242)에 의해 반대방향으로 절곡되면서 슬리팅될 수 있게 된다(도 5의 우측 도면 참조).

한편, 본 발명에서는 상기 제2하프블랭킹수단(200)을 이용하여 슬리팅한 시험재와, 상기 제1하프블랭킹수단(100)을 이용하여 1차 절곡한 판재를 단차부와 함몰부가 구비되지 않은 수평롤에서 슬리팅한 비교재 각각에 가해지는 성형하중 부하량을 측정하였다.

이때 제1하프블랭킹수단(100)의 클리어런스(C)는 0%였으며, 스트로크(S/T는 판재 두께 대비 60%였다.

그리고, 상기 시험재와 비교재의 소재는 1㎜ 두께의 구리(Cu) 판재가 적용하였다.

그 결과 도 6과 같이, 제2하프블랭킹수단(200)을 이용하여 슬리팅한 시험재 의 경우에는 부하량이 0.015 이상 증가하지 않았으나, 수평롤을 적용하여 슬리팅한 비교재의 경우에는 부하량이 0.018까지 발생하였다.

따라서, 1차적으로 절곡된 판재를 슬리팅하는 경우 제2돌출부(222)와 제2함몰부(242)를 이용할 때, 판재에 가해지는 부하량이 감소하는 것을 알 수 있다.

이하에서는 판재의 소재 재질, 두께, 스트로크 및 클리어런스 변화에 따른 1차 및 2차블랭킹 판재의 상태를 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.

도 7에는 본 발명에 의한 판재 슬리팅장치에서 구리 및 알루미늄 판재에 대하여 두께, 스트로크(S/T) 및 판재 두께에 대한 틈새의 비(C)를 변화시켜 시험한 데이터 테이블이 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 실험 결과를 판재의 종류 및 두께별로 구분하여 슬리팅 가능한 범위를 나타낸 도면이 나타나 있다.

도 7 및 도 8에서 확인할 수 있듯이, 0.1㎜두께의 알루미늄 판재인 경우 두게 대비 10%t의 클리어런스(C)에서 80% 이상의 스트로크(S/T)를 적용시에 양호하게 슬리팅됨을 알 수 있다.

그리고, 1.0㎜두께의 알루미늄 판재인 경우 1st blanking(제1하프블랭킹수단(100) 이용)에서는 -10%t의 클리어런스에서 50%의 스트로크(S/T)를 적용시에 버어가 발생되지 않는 슬리팅이 가능하였다.

한편, 0.5㎜ 두께의 구리(Cu) 판재의 경우 적정 클리어런스가 5 내지 10%t로 명확하게 나타났으며, 1.0㎜ 두께의 구리 판재의 경우에는 1st blanking(제1하프블랭킹수단(100) 이용)시에 스트로크(S/T)가 커질수록 클리어런스를 작게 주어야 파단이 발생되지 않음을 알 수 있다.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

예를 들어 본 발명의 실시예에서는, 제1돌출부가 제1하부롤러에 형성되고, 제2돌출부가 제2상부롤러에 형성되도록 구성하였으나, 제1돌출부와 제2돌출부가 돌출되는 방향이 상이한 범위 내에서 제1돌출부는 제1상부롤러에 형성하고 제2돌출부는 제2하부롤러에 형성할 수도 있음은 자명하다.

또한 본 발명의 실시에에서는, 돌출부와 함몰부가 롤러의 길이방향 단부에 형성되도록 구성하였으나, 필요에 따라서는 롤러의 외주면상에 다수 개소에 돌출부와 함몰부를 형성하여 동시에 다수 곳에서 슬리팅 가공이 이루어질 수 있도록 구성하는 것도 가능할 것이다.

본 발명에 의한 판재 슬리팅장치에서는, 판재를 1차로 블랭킹하여 절곡하는 제1하프블랭킹수단과, 절곡된 판재를 반대방향으로 블랭킹하여 슬리팅하는 제2하프블랭킹수단을 포함하여 구성되도록 하였다.

그리고, 제1하프블랭킹수단과 제2하프블랭킹수단은 배치되는 위치가 대칭될 뿐 서로 외형이 동일하도록 구성하였다.

따라서, 판재 슬리팅장치의 유지 및 보수가 용이한 이점이 있다.

또한, 판재 슬리팅시에 버어(burr)의 형성량이 최소화되므로 판재의 품질이 향상되며 불량율이 감소하게 되는 이점이 있다.

뿐만 아니라, 상기한 이유로 슬리팅 공정시 공정 원가가 현저히 절감되어 제조원가가 절감되므로 가격 경쟁력이 향상됨은 물론이다.

Claims (6)

1. 외주면에 대하여 단차지게 형성되어 서로 근접시에 판재를 가압하여 단차를 형성하는 제1돌출부 또는 제1함몰부가 구비된 제1상부롤러와 제1하부롤러로 이루어진 제1하프블랭킹수단과,

   상기 제1하프블랭킹수단에서 가해진 압력의 반대 방향으로 상기 단차진 판재를 가압하여 슬리팅하는 제2하프블랭킹수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 판재 슬리팅장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1하프블랭킹수단과 제2하프블랭킹수단은 동일한 외형을 갖는 것을 특징으로 하는 판재 슬리팅장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1하프블랭킹수단과 제2하프블랭킹수단은 서로 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 판재 슬리팅장치.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제2하프블랭킹수단은,

   제2상부롤러와 제2하부롤러를 포함하여 구성되며,

   상기 제2상부롤러 또는 제2하부롤러의 일측에는,

   외주면에 대하여 단차지게 형성되고, 서로 근접하여 단차진 판재를 슬리팅하는 제2돌출부 또는 제2함몰부가 구비됨을 특징으로 하는 판재 슬리팅장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1돌출부와 제1함몰부 및 제2돌출부와 제2함몰부가 서로 이격된 거리(C)는 판재의 두께가 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 판재 슬리팅장치.

Images