KR101271905B1 - 빔 구조물 성형 장치와 방법 및, 이로부터 제조된 빔 제품 - Google Patents

Abstract

일정한 단면을 갖고 신장되는 빔 구조물의 폭방향 이나 깊이방향으로의 열간 성형을 가능하게 한 빔 구조물 성형 장치 및 방법이 제공된다.
상기 빔 구조물의 성형 장치는, 이동되는 빔 구조물을 가열토록 빔 구조물의 이동경로 상에 제공된 가열수단; 및, 상기 빔 구조물의 가열영역에 대응 배치되어 적어도 빔 구조물의 국부적인 열간성형을 가능토록 제공된 성형롤 유닛을 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 상기 본 발명에 의하면, 가열수단과 냉각수단을 매개로 한 성형영역에서의 국부적인 가열영역을 형성시켜 안정적인 성형성을 제공하고, 성형량을 점진적으로 늘려가며 성형공정을 반복하여, 보다 효과적인 가변 단면 성형을 가능하게 하고, 이를 통하여 생산된 빔 구조물의 제품 적용시 제품 품질도 향상시키는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

빔 구조물 성형 장치와 방법 및, 이로부터 제조된 빔 제품{Apparatus and Method for Forming Beam Structure, and Beam Parts Manufactured therefrom}

본 발명은 일정한 단면을 갖고 신장되는 빔 구조물의 폭방향 또는 깊이방향으로의 열간 성형을 가능하게 한 빔 구조물 성형 장치 및 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 가열수단과 냉각수단을 매개로 국부적인 열간성형과 가열영역의 제어를 통하여 성형성을 향상시키면서, 냉간영역의 강도, 강성은 유지시키어 구조물 형상 왜곡(변형)이 발생되지 않도록 함은 물론, 국부적 성형으로 소성 변형율이 커서 성형량을 증대시키어, 궁극적으로 효과적인 가변단면 성형을 가능하게 한 빔 구조물 성형 장치와 방법 및, 이로부터 제조된 빔 제품에 관한 것이다.

판재를 연속적으로 롤을 통과시키면서 특정 형상(구조)의 구조물(제품)을 생산하는 롤 성형 공정은 알려져 있다.

예를 들어, 이와 같이 알려진 롤 성형 공정은, 단면 형상이 예컨대, 'ㄷ'자 형상으로 일정하고 길이가 상대적으로 긴 구조물 특히, 빔 구조물(Beam Structure)을 포함한 다양한 형태의 제품을 경제적으로 생산할 수 있도록 하는 공정이다.

현재에는 초 고 강도강까지 성형이 가능하기 때문에, 고 강도 강을 소재로 한 자동차 부품의 생산에도 적합한 것으로 알려져 있다.

특히, 다음의 도 13 에서와 같이, 자동차 부품 중 범퍼빔 유닛은 롤 성형 공정으로 제작 가능하다.

그러나, 알려진 지금까지의 종래 롤 성형 공정은, 빔 구조물의 단면이 일정한 제품의 생산만이 가능한 것이었다.

즉, 종래의 롤 성형 공정으로 생산되는 범퍼빔 유닛은, 상기와 같은 롤 성형 공정의 공정상 한계로 인하여, 단면이 유닛 길이방향으로 일정한 단면을 가지는 제품의 제작만을 가능하게 하는 것이다.

따라서, 종래의 경우 범퍼빔 유닛은 일반 강도 이상의 특정 소재를 사용하거나, 리인포스 패널을 범퍼빔에 장착하여 범퍼빔 유닛의 강도 개선을 구현하여 범퍼빔 유닛의 굽힘 강성이나 충격 흡수등 성능 개선을 위하여는 리인포스 패널등의 별도 부품의 추가 접합이 필요한 것이다.

이에 따라서, 본 발명의 출원인은 빔 구조물의 폭방향 또는/및 길이방향 가변 단면 성형을 가능하게 한 본 발명을 제안하게 되었다.

즉, 본 발명은 앞에서 실제 제품으로 설명한 자동차 범퍼빕 유닛의 강도 개선을 위한 추가 부품 접합 등을 필요없게 하는 이점을 제공할 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서 그 목적 측면은, 가열수단과 냉각수단을 매개로 국부적인 열간성형과 가열영역의 제어를 통하여 성형성을 향상시키면서, 냉간영역의 강도, 강성은 유지시키어 구조물 형상 왜곡(변형)이 발생되지 않음은 물론, 국부적 성형으로 소성 변형율이 커서 성형량을 증대시키어, 궁극적으로 효과적인 가변단면 성형을 가능하게 한 빔 구조물 성형 장치와 방법 및 이로부터 제조된 빔 제품을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 일 측면으로서 본 발명은, 이동하는 빔 구조물을 가열토록 빔 구조물의 이동경로 상에 제공된 가열수단; 및, 상기 빔 구조물의 가열영역에 대응 배치되면서 적어도 빔 구조물의 국부적인 열간성형을 가능토록 제공된 성형롤 유닛;을 포함하여 구성되되,
상기 가열수단에 인접 배치되면서 상기 빔 구조물의 국부적인 열간성형을 위한 가열영역을 제어토록 제공된 냉각수단을 포함하고, 상기 냉각수단은, 냉각매체를 빔 구조물의 가열영역에 인접하여 분사토록 제공된 냉각매체 분사구를 더 포함하고,
상기 가열수단은, 상기 빔 구조물의 성형롤 유닛에 대응되는 위치로 빔 구조물을 국부적으로 가열토록 제공되는 유도 가열코일로 제공되고, 상기 냉각수단의 냉각매체 분사구는 상기 가열수단의 양측으로 제공되며,
상기 냉각매체 분사구의 일측 또는 양측으로 분사된 냉각매체를 흡인토록 제공된 냉각매체 흡인구를 더 포함하되, 상기 냉각매체 분사구와 흡인구는 적어도 빔 구조물의 폭에 대응하는 개구를 포함하는 빔 구조물 성형장치를 제공한다.

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또한, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 이동하는 빔 구조물을 유도 가열코일의 가열수단을 이용하여 적어도 국부적으로 가열하는 빔 구조물 가열단계; 및, 상기 빔 구조물의 가열영역을 성형롤로 가압하면서 국부적인 열간성형을 구현하여 빔 구조물을 폭방향 또는 깊이방향으로 가변단면 성형하는 빔 구조물 성형단계;를 포함하여 구성되되,
상기 빔 구조물의 가열단계에서, 빔 구조물의 가열영역을 포위하면서 냉각매체를 분사하여 빔 구조물의 가열영역을 제어하여, 냉간영역의 빔 구조물 변형을 방지하면서 국부적인 열간 성형성은 향상토록 구성되고,
상기 빔 구조물의 가열영역(H)에 분사되면서 온도 상승된 냉각매체는 바로 흡인 처리되어 승온된 냉각매체의 온도 영향을 차단하는 빔 구조물 성형방법을 제공한다.

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또한, 기술적인 또 다른 측면으로서 본 발명은, 상기 빔 구조물 성형방법을 통하여 폭과 깊이방향 중 적어도 하나의 방향으로 성형된 가변단면을 갖춘 빔 제품을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 일정한 단면을 갖는 빔 구조물에 가열수단 과 냉각수단을 이용해 성형영역에서의 국부적인 가열영역을 형성시켜 안정적으로 성형성을 가능하게 하고, 성형량을 점진적으로 늘려가며 성형공정을 반복하여, 보다 효과적인 가변 단면 성형을 가능하게 하는 것이다.

특히, 본 발명은 국부적 면적에만 가열영역을 제어하면서 형성시키어, 기타 냉간영역의 구조물의 형상 왜곡(변형)이 발생되지 않는 것이다.

더욱이, 국부적으로 가열하여 성형하기 때문에, 탄성 변형보다 소성 변형률이 커져 성형량을 늘려주면서 성형성을 향상시킨다. 따라서, 일반적인 열간 성형에 비해에너지 절약을 가능하게 하는 것이다.

또한, 본 발명의 빔 구조물 제품은, 단면의 폭방향 및/또는 깊이방향의 성형량과 성형위치에 따라 구조적 강성을 비롯한 기계적 성능의 설계가 가능하여, 특히 충돌에 대한 빔의 충격 흡수 성능을 향상 가능하게 하는 것이다.

예컨대, 본 발명의 빔 구조물 제품을 자동차 범퍼빔 등에 적용하는 경우, 기존의 일정한 단면을 가지는 범피빔보다 더욱 향상된 충격흡수 성능 및 기계적 성능을 제공하여 언더 라이딩(Under riding) 현상을 효과적으로 방지시키는 것이다.

따라서, 본 발명은 기존의 범퍼빔 구조에서 리인포스 패널을 등을 부착하는 등의 별도 제작공정과 용접공정을 제거하여 생산단가를 줄이고, 제품의 경량화를 가능하게 하는 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 빔 구조물의 폭방향 성형장치를 도시한 평면 구성도, 사시도 및 정면도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 본 발명 성형장치를 통한 빔 구조물의 가열 및 냉각 영역을 도시한 측면도
도 5는 본 발명에 따른 빔 구조물의 폭방향 성형단계를 도시한 개략 평면도
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 빔 구조물의 깊이방향 성형장치를 도시한 평면 구성도, 사시도 및 정면도이다.
도 9는 도 6 내지 도 8의 본 발명 성형장치를 통한 빔 구조물의 가열 및 냉각 영역을 도시한 측면도
도 10은 본 발명에 따른 빔 구조물의 깊이방향 성형단계를 도시한 개략 평면도
도 11a 및 도 11b는 본 발명 장치에서 폭 방향 및 깊이방향 성형롤 유닛을 각각 도시한 사시도
도 12는 도 9의 본 발명 깊이방향 성형을 통하여 생산되는 빔 구조물을 도시한 사시도
도 13은 폭 및 깊이방향 성형이 단계적으로 이루어진 폭 및 깊이방향 성형 구조물을 도시한 모식도
도 14은 도 13의 본 발명 빔 구조물 제품의 자동차 범퍼빔 유닛의 적용상태를 도시한 개략도
도 15 및 도 16은 깊이방향 및 폭방향 성형을 적용한 본 발명과 비교예(냉간성형)간 필요하중을 비교하여 나타낸 그래프
도 17a 및 도 17b는 비교예(냉간성형)과 600℃ 정도의 국부적인 열간성형을 수행한 본 발명간 온도분포를 나타낸 해석도
도 18 및 도 19는 비교예(냉간성형)와 본 발명의 국부적인 열간성형시 깊이방향 및 폭방향 성형시의 소성변형을 정량적으로 표시한 유효 소성변형률 분포도

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명은 다음에 도면에 따라 상세하게 설명하듯이, 기존의 냉간 성형, 열간 성형이 아닌 국부적인 열간성형을 장치와 방법을 통하여 구현하여, 빔 구조물의 원하는 성형영역(지점)만 국부적으로 가열하여 성형함으로써, 국부적으로 열간 성형되는 동안, 가열되지 않은 다른 영역은 냉간의 강도, 강성을 유지하기 때문에, 가열되지 않은 성형 외 영역에서의 형상의 왜곡이 발생하지 않는 것이다.

더하여, 국부적으로 가열하여 성형하기 때문에, 탄성 변형보다 소성 변형률이 커져 성형량을 늘려주면서 성형성을 향상시킨다. 따라서, 일반적인 열간 성형에 비해에너지 절약을 가능하게 하는 것입니다.

특히, 본 발명은 가열영역을 포위하는 냉각매체(공기)를 통한 가열영역의 영역 제한이나 제어를 통하여, 최소한의 열간 성형 영역을 제어 가능하게 하기 때문에, 위에서 설명한 본 발명의 특징적 이점을 더 극대화할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 국부적인 열간 성형을 통하여 빔 구조물의 가변 단면 성형이 이루어지고. 빔 구조물을 드로잉하면서 점진적으로 늘이면서 동일한 성형공정을 반복하여, 빔 구조물의 폭방향 또는 깊이방향의 성형량을 독립적으로 제어 가능한 것이다.

따라서, 본 발명은 가변 단면의 형상에 따라 제품의 성능이 달라지게 되며 가변 단면 형상을 제어함으로써, 성능 제어 가능한 빔의 제작을 가능하게 하는 것이다.

이하, 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1 내지 도 5에서는 본 발명에 따른 빔 구조물의 폭방향 성형장치(1a)를 도시하고 있고, 도 6 내지 도 10에서는 본 발명에 따른 빔 구조물의 깊이방향 성형장치를 도시하고 있다. 따라서 먼저 본 발명의 빔 구조물의 폭방향 성형장치를 먼저 설명하고, 그 다음 깊이방향 성형장치에 대하여 설명하되, 깊이방향 성형장치에서는 폭방향 성형장치와 차이가 있는 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

또한, 본 발명 폭방향 성형장치(1a)와 깊이방향 성형장치(1b)에서 빔 구조물(10)을 이동시키면서 성형시 성형롤 유닛과 협력하여 빔 구조물을 성형 가능하게 하는 빔구조물 이송롤 유닛(50)은, 빔구조물의 플랜지(12)와 웹(14)을 지지하는 차이는 있으나, 동일한 도면부호로 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 4 및, 도 6 내지 도 9에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 빔 구조물 성형장치는, 그 구성 일예로서 크게 이동되는 빔 구조물(10)을 가열토록 빔 구조물의 이동경로 상에 제공된 가열수단(30) 및, 상기 빔 구조물(10)의 가열영역(H)에 대응 배치되어 적어도 빔 구조물의 국부적인 열간성형을 가능토록 제공된 성형롤 유닛을 포함한다.

이때, 바람직하게는 도 1 내지 도 4 및, 도 6 내지 도 9에서 각각 도시한 바와 같이, 본 발명 장치에서 상기 성형롤 유닛은, 빔 구조물의 폭방향 성형을 가능토록 제공되는 폭방향 성형롤 유닛(70) 및, 상기 빔 구조물의 깊이방향 성형을 가능토록 제공되는 깊이방향 성형롤 유닛(90)으로 구분될 수 있다.

더하여, 본 발명의 성형장치는 도 4 및 도 9에서 도시한 바와 같이, 상기 가열수단(30)에 인접 배치되면서 상기 빔 구조물의 가열영역(H)을 전,후방에서 포위하면서 가열영역(H)을 제한적으로 그 영역을 제어토록 제공된 냉각수단(150)을 더 포함한다.

따라서, 본 발명의 성형장치는 기본적으로 빔 구조물(10)의 폭방향 성형이나 깊이방향 성형을 각각 독립적으로 또는, 다음의 도 13에서 도시한 바와 같이, 이들 모두를 순서대로 구현하는 것을 가능하게 한다.

즉, 본 발명 장치는, 이동되는 빔 구조물(10)의 이동 경로상에 배치된 가열수단(30)이 빔 구조물에 근접하여 배치되면서, 빔 구조물을 국부적으로 가열하는 것을 가능하게 한다.

그리고, 가열수단(30)의 전,후방으로 배치된 냉각수단(150)을 통하여 빔 구조물의 국부적인 가열영역(H)을 적절하게 제한하여, 가열영역을 최소화시킴으로서, 가열되지 않는 부분의 냉간영역의 강성이나 강도 유지를 가능하게 하여 왜곡(변형)을 발생되지 않게 하는 것이다.

한편, 도 1 내지 도 4 및, 도 6 내지 도 9에서 도시한 바와 같이, 본 발명 장치는, 빔 구조물(10)의 이동을 안내하거나 이동력을 제공토록 빔 구조물의 길이방향으로 하나 이상 배치되는 이송롤 유닛(50)을 포함할 수 있다.

더하여, 본 발명 장치는, 도 1 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 빔 구조물의 적어도 일측에 연계되어 빔 구조물에 이동력을 인가토록 제공되는 이동력 인가수단(130)을 포함하는데, 바람직하게는 상기 이동력 인가수단은 빔 구조물(10)의 선단부분에 연계되어 빔 구조물을 당기면서 성형을 가능하게 하는 드로잉수단일 수 있다,

이때, 도 1 내지 도 3 및, 도 6 내지 도 8에서 도시한 바와 같이, 본 발명 성형장치에서 상기 이송롤 유닛(50)은, 상기 빔 구조물의 이동 경로상에 소정 간격으로 복수 개가 제공되는 유닛 스탠드(52)에 수동 또는 기계적으로 구동토록 제공된 볼 스크류(54) 및, 상기 볼 스크류에 체결된 한쌍의 이동블록(56)에 조립되어 빔 구조물(10)의 플랜지(12) 또는 웹(14)이 밀착되어 이동 지지되는 한쌍의 이동 롤(58)을 포함하여 구성될 수 있다.

더하여, 상기 볼 스크류에는 유닛 스탠드의 외측으로 핸들(55)이 연결되거나 또는 전기적으로 제어 작동되는 구동모터(미부호)가 연결될 수 있다.

따라서, 폭 방형 성형인 경우에는 도 2 내지 도 4와 같이, 볼 스크류의 회전으로 이동블록(56)이 중앙을 기점으로 멀어지거나 좁아지고, 이때 이동블록(56)에 공회전 가능하게 제공된 한쌍의 이송롤(58)은 빔 구조물의 플랜지(12)를 각각 지지하면서 이동시킨다.

반대로, 깊이방향 성형인 경우에는 도 6 내지 도 7과 같이, 볼 스크류의 회전으로 이동블록이 각각 서로 좁아지고, 이때 이동블록(56)에 조립된 한쌍 또는 길게 신장되어 제공된 이송롤(58)들은 빔 구조믈의 웹(14) 부분을 지지하면서 이동되고, 이때 깊이방향 성형인 경우에는 빔 구조물은 이송롤이나 성형롤들의 안내 및 가압을 가능토록 개구부분이 수평 방향인 역 'ㄷ'자 형태로 이동될 수 있다.

따라서, 상기 이송롤은 폭방향 또는 깊이방향 성형에 따라, 이동블록에 조립되는 방향이 조정될 뿐, 기본적인 핸들(55)에 의한 수동 또는, 모터에 의한 기계적 작동으로 볼 스크류의 작동에 따라 일체로 이동되는 이동블록에 연계되어 빔 구조물을 이동 안내토록 하는 것은 같다.

한편, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 모터를 이용하는 기계적인 이송롤 이동은 모터를 장치 제어부(미도시)와 연계하여 그 작동을 제어할 수 있을 것이다.

그리고, 폭방향 성형인 경우, 도 4와 같이, 빔 구조물의 플랜지(12)를 성형롤 유닛이 수평방향으로 가압하기 때문에, 이송롤과 성형롤은 각각 한쌍으로 조합되어 작동되는 것이 바람직하다.

한편, 도 1 내지 도 4 및, 도 6 내지 도 9에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 빔 구조물 성형장치(1a)(1b)에서 각각의 빔 구조물의 폭방향 성형롤 유닛(70)과 깊이방향 성형롤 유닛(90)도, 상기 이송롤 유닛과 마찬가지로 빔 구조물의 가열영역(H)에 대응되는 위치에 제공된 유닛 스탠드(72)(92)에 수동 또는 기계적으로 구동토록 제공된 볼 스크류(74)(94) 및, 상기 볼 스크류에 체결된 하나 이상의 이동블록(76)(96)에 조립되면서 적어도 빔 구조물의 국부적인 가열영역(도 4 및 도 9의 'H')을 가압하여 빔 구조물의 폭방향 또는 깊이방향 성형을 구현토록 제공된 성형 롤(78)(98)을 각각 포함한다.

따라서, 앞에서 이송롤 유닛(50)에서 설명한 바와 같이, 상기 성형롤 유닛(70)(90)들도 핸들(75)(96)(도시하지 않은 구동모터)의 조작시 볼스크류가 회전 구동되고, 볼 스크류에 체결된 이동블록(76)(96)이 이동하여 이동블록에 조립된 성형롤(78)(98)들은 빔 구조물의 국부적인 가열영역(H)을 가압하여 빔 구조물의 폭방향 또는 깊이방향 성형을 구현한다.

물론, 앞에서 설명한 바와 같이, 도 1 및 도 6과 같이, 폭방향 성형인 경우에는 빔 구조물의 양측 플랜지(12)부분을 가압하여 동시에 성형을 구현하여야 하지만, 깊이방향 성형인 경우에는 빔 구조물의 웹(14)부분만 가압하면 되므로, 상기 핸들이나 기계적인 작동을 위한 구동모터에 의한 볼 스크류는 각각 2개 및 1개사 설치되고, 성형롤의 수에 있어서도 각각 2개와 1개일 수 있다.

예를 들어, 도 7, 도 8 및 도 11b와 같이, 깊이방향 성형장치에서 이송롤 유닛(50)과 성형롤 유닛(90)에서, 각각의 이동블록(56)(96)에 절곡된 브라켓트(59)(99)들이 연결되고, 브라켓트의 하단부에는 빔 구조물의 웹(14)에 밀착되는 이송롤(58)과 성형롤(98)들이 배치된다.

물론, 이송롤(58)인 경우에는 웹의 양면을 지지 이송하므로, 브라켓 반대측에서는 다른 이동블록의 하측으로 브라켓트 없이 이송롤리 연결되고, 가압하는 성형롤(98)은 반대측에는 필요없다.

즉, 본 발명의 성형 장치에서 폭방향 및 깊이방향 성형의 기본 구조는 동일하나, 폭방향이나 깊이방향 성형시 가압되는 구조물의 플랜지와 웹 방향으로의 가압이 이루어 짐에 의하여, 이송롤 및 성형롤 들은 성형방향에 대응하여 각각의 이동블록에 위치가 가변되면서 연계되어 빔 구조물의 플랜지(12) 또는 웹(14)을 가압 또는 지지 이동하도록 한 것이다.

또한, 앞에서 설명한 본 발명 장치의 상기 드로잉수단(130)은, 빔 구조물(10)의 이동경로(이동 경로의 하측에는 베이스(2)가 제공될 수 있다)의 일측 즉, 선단부측에 베이스(2)상에 설치된 지지대(132)사이에 핸들(135)를 통한 수동 작동 또는 모터(미도시)를 매개로 기계적으로 작동토록 제공된 볼 스크류(134) 및, 상기 볼 스크류(134)에 체결된 이동블록(136)과 연계되고 빔 구조물의 선단부를 클램핑토록 제공된 빔 구조물 클램핑블록(138)을 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 상기 핸들이나 모터로서 볼 스크류가 작동되면 이송블록이 전,후진 작동되고, 이때 이동블록에 연계된 클램핑블록(138)에 클램핑된 빔 구조물(10)은 상기 빔 구조물 드로잉수단(130)을 통하여 (연속적으로) 드로잉된다.

이때, 상기 볼 스크류로서 이동하는 이동블록에는 지지대 사이에 설치되는 가이드봉(137)이 연계될 수 있다.

다만, 도 1 및 도 8과 같이, 상기 클램핑블록(138)의 경우 폭방향이나 깊이방향 성형에 따라 빔 구조물의 이동 위치(플랜지의 위치)에 따라 구조물의 선단부를 클램핑 가능하게 구조 변경될 수 있다.

다음, 도 2, 도 4 및, 도 6 및 도 9(도 9의 경우 도시된 방향만 조정한 것이다)에서 도시한 바와 같이, 본 발명 장치에서 상기 가열수단(30)은, 바람직하게는 상기 빔 구조물(10)의 성형롤 유닛(70,90)에 대응되는 위치로 빔 구조물에 국부적으로 열을 가하여 국부적인 열간 성형을 가능토록 제공되는 유도 가열코일로 제공된다.

그리고, 상기 유도 가열코일의 가열수단은, 전원공급기(32)와 연결되고, 다만 폭방향 및 깊이방향 성형에 따라 유도 가열코일의 위치와 형태를 조정하면 된다.

동시에, 본 발명의 상기 냉각수단(150)은, 도 4 및 도 9에서 도시한 바와 같이, 상기 가열수단의 양측으로 냉각매체 예컨대, 공기를 빔 구조물(10)의 국부적인 가열영역(H)에 인접하여 분사시키어, 냉각영역(C)을 형성하는 냉각매체 분사구(152)을 포함한다.

예를 들어, 냉각매체는 공기, 가스(기체) 또는 미스트 등일 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 냉각매체 분사구(152)의 일측으로 분사된 냉각매체즉, 냉각공기를 바로 흡인토록 제공된 냉각매체 흡인구(154)를 더 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 냉각매체 흡인구(154)는 하나의 냉각매체 분사구의 양측에 밀착되도록 배치되어 분사된 냉각매체 즉, 냉각공기를 바로 신속하게 흡인하도록 제공하는 것이다.

물론, 이와 같은 냉각매체 분사구와 흡인구들은 각각 도시하지 않은 냉각공기 블로잉 및 흡인 유닛과 연계되어 있고, 적어도 빔 구조물의 폭 보다는 크게 그 개구부분이 형성되는 것이 바람직하며, 분사구 보다는 흡인구의 개구면적이 더 크게 형성되어 분사된 냉각매체를 바로 흡인 처리하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 냉각수단의 분사구와 흡인구도 폭 방향 또는 깊이방향 성형에 따라 위치가 가변되는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명 성형장치의 경우, 빔 구조물의 가열영역(H)의 양측에서 냉각공기를 분사하여 빔 구조물의 가열영역을 최소화하기 때문에, 앞에서 설명한 바와 같이, 가열되지 않는 빔 구조물의 다른 영역은 냉간의 강도 및 강성을 유지하게 하는 것이다.

이때, 도 2, 도 8 및 도 11에서 도시한 바와 같이, 본 발명 장치에서 각각의 이송롤 유닛(50)과 폭방향 및 깊이방향 성형롤 유닛(70)(90)에서 유닛 스탠드에는 이동블록(56)(76)(96)들이 스크류바아가 회전하여 작동되는 경우 이동블록들의 이동을 안내하는 가이드바아(57)(77)(97)들이 상,하측에 각각 제공되어 이동블록들의 좌우 이동을 원활하게 할 것이다.

한편, 도 11a 및 도 11b에서는, 앞에서 설명한 폭방향 성형롤 유닛(70)과 깊이방향 성형롤 유닛(90)을 비교하여 상세하게 도시하고 있는데, 폭 방향인 경우 빔 구조물의 양측 플랜지를 지지하면서 벌어지도록 당겨야 하기 때문에, 한쌍의 성형롤 들이 2개가 배치되기 때문에, 2개의 이동블록이 중앙을 기점으로 좁어지거나 멀어지도록 구성되나, 깊이방향 성형인 경우 90도 회전된 빔 구조물의 웹(14)을 가압하기 때문에, 하나의 이동블록과 브라켓트로 연계된 하나의 성형롤(98)만이 제공되면 되고, 따라서 폭 방향과 깊이방향인 경우 핸들이나 모터는 각각 2개와 하나가 제공된다.

그러나, 앞에서 설명한 이송롤 유닛의 경우에는 양측 플랜지와 웹의 양면을 지지 이동시키기 때문에, 각각 2개의 핸들(모터)와 이동블록 및 볼 스크류가 필요함은 물론이다.

다음, 도 4, 5 및 도 9,10에서는 지금까지 설명한 본 발명 장치의 성형롤들을 통한 빔 구조물(10)의 폭방향 성형과 깊이방향 성형을 도시하고 있다.

다만, 도 9,10에서는 빔 구조물을 수평하게 도시한 것이지만, 실제로는 장치 설명에서와 같이, 옆으로 역 'ㄷ'자 형상으로 이동되면서 성형된다.

따라서, 도 4,5 및 도 9,10을 토대로 앞에서 설명한 본 발명의 성형장치를 토대로 본 발명의 빔 구조물 성형단계를 설명하면, 먼저 본 발명의 빔 구조물 성형단계는, 이동되는 빔 구조물(10)의 적어도 일부분을 가열하는 빔 구조물 가열단계 및, 상기 가열된 빔 구조물(10)의 적어도 국부적인 가열영역을 성형롤로 가압하면서 국부적인 열간 성형을 통하여 빔 구조물을 폭방향 또는 길이방향으로 성형하는 빔 구조물 성형단계를 포함하여 이루어 지는 것이다.

이때, 본 발명의 경우, 상기 빔 구조물의 가열단계에서, 빔 구조물(10)의 가열영역(H)을 포위하면서 냉각매체(예컨대, 공기)를 분사하여 가열영역(H)의 범위를 제어하여 냉간영역의 빔 구조물의 왜곡을 방지한다.

예를 들어, 도 5와 같이, 빔 구조물의 폭방향 성형의 경우, 성형롤(78)이 빔 구조물의 양측 플랜지(12)를 가열영역에서 외측으로 당기면서 1차 성형을 하고, 이와 같이 벌어진 빔 구조물을 다음 단계에서 다시 폭방향으로 성형하여 최종적으로 도 5에서 폭방향 성형 빔구조물(10')을 제공하고, 이때 플랜지의 일부분(12')이 벌어져 성형될 수 있다.

다음, 도 9 및 도 10에서 도시한 바와 같이, 빔 구조물의 깊이방향 성형시에는 깊이방향 성형롤(98)을 빔 구조물(10)의 가열된 웹(14)을 가압하고, 그 전후측에서 이송롤(58)들이 지지 이동시키면서, 빔 구조물의 깊이방향 성형이 이루어 지게 된다.

따라서, 도 10에서 깊이방향으로 웹부분(14')이 성형된 빔 구조물(10")의 제품이 제공될 수 있는 것이다.

이때, 도 5 및 도 10에서는 2단계(step)를 도시하였지만, 본 발명의 빔 구조물 성형이 한번의 롤 가압으로 이루어 지는 것은 아니고, 빔 구조물의 두께에 따라 여러번 반복하여 폭 또는 깊이방향으로 가압을 통한 성형이 수행될 수 있다.

한편, 본 발명에서, 앞에서 설명한 바와 같이, 가열영역(H)의 양측에서 냉각매체(공기)를 분사하면 흡인구(154)를 통하여 바로 흡인되는데, 이는 분사된 공기가 가열된 빔 구조물 가열영역에 의해 접촉하면서 열 전도로 온도가 상승되고, 이를 방치하면 가열영역의 주변으로 빔 구조물의 온도가 상승되어 앞에서 설명한, 가열영역의 최소화 제어를 어렵게 하기 때문이다.

다음, 도 12에서는 도 6 내지 도 10에서 도시한 본 발명의 깊이방향 성형장치(1b)를 이용하여 빔 구조물이 깊이방향으로 성형된 성형된 빔 구조물(10")을 도시하고 있다.

이때, 바람직하게는 빔 구조물(10)이 깊이방향으로 성형되어 플랜지(14')의 깊이가 일부분 깊어져 성형되면, 빔 구조물 제품을 위하여 빔 구조물(10)의 절단라인(CT)으로 절단하여 빔 구조물의 상단 라인을 일정하게 한다.

다음, 도 13에서는 앞에서 설명한 도 1 내지 도 5에서 도시한 빔 구조물(10)의 폭방향 성형장치(1a)와, 도 6 내지 도 10에서 도시한 깊이방향 성형장치(1b)를 순서대로 이용하여 빔 구조물을 폭방향과 깊이방향으로 순차로 성형하여, 최종 제품(10"')으로 성형하는 것도 가능하다.

이때, 도 12에서 설명한 바와 같이, 빔 구조물(10"')의 상단부를 절단(CT 라인)하는 것이 바람직할 것이다.

예를 들어, 도 14에서 도시한 바와 같이, 도 13에서 도시한 본 발명의 폭 및 깊이방향으로 성형된 빔 구조물(10"')은 예컨대, 자동차(200)의 범퍼유닛(210)의 유닛소재로 제공될 수 있다.

다음, 도 15 및 도 16에서는 지금까지 설명한 깊이방향 및 폭방향 성형을 적용한 본 발명과 비교예 즉, 냉간성형에 필요한 하중을 각각 비교하여 나타내고 있다.

즉, 도 15 및 도 16에서 알 수 있듯이, 국북적인 열간영역을 통하여 빔 구조물을 성형하는 본 발명의 경우, 냉간성형의 비교예에 비하여 폭 및 깊이 방향 성형시 더 적은 하중이 필요함을 알 수 있다.

다음, 도 17a 및 도 17b에서는 가열이 없는 냉각 성형과 대략 600℃ 정도의 가열을 수행하는 본 발명의 경우 온도분포를 나타내고 있는데, 도 17b의 본 발명의 경우 성형되는 부분의 온도가 국부적으로 높고, 특히 냉각수단의 냉각매체 분사 및 흡인을 통하여 가열영역의 경계가 확실한 것을 알 수 있으며, 냉간 성형인 도 17a의 경우 온도차이가 거의 없음을 알 수 있다.

다음, 도 18a,18b 및 도 19a,19b에서는, 냉간 성형의 비교예와 본 발명의 국부적인 열간성형을 각각 폭방향(도 18) 및 깊이방향 (도 19) 성형을 비교 하였을 때, 국부적인 열간성형이 성형성이 좋은 것을 확인하기 위하여, 해석 프로그램을 이용하여 소성변형을 정량적으로 표시한 유효 소성변형률을 가시화하였는데, 도 18b와 도 19b의 본 발명의 국부적인 열간 성형의 경우가 소성변형이 더 양호한 것을 알 수 있다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

1a,1b.... 빔 구조물의 폭방향 및 깊이방향 성형장치
10.... 빔 구조물 30.... 가열수단(유도 전류 코일)
32... 전류 공급기 50.... 빔 구조물 이송롤 유닛
70,90.... 폭 및 깊이방향 성형롤 유닛
52,72,92.... 유닛 스탠드 54,74,94,134....볼 스크류
58, 78,98.... 성형롤 130.... 드로잉수단
138.... 빔 구조물 크램핑블록 150.... 냉각수단
152.... 냉각매체 분사구 154.... 냉각매체 흡인구

Claims (16)

1. 이동하는 빔 구조물(10)을 가열토록 빔 구조물의 이동경로 상에 제공된 가열수단(30); 및, 상기 빔 구조물(10)의 가열영역(H)에 대응 배치되면서 적어도 빔 구조물의 국부적인 열간성형을 가능토록 제공된 성형롤 유닛;을 포함하여 구성되되,
   상기 가열수단(30)에 인접 배치되면서 상기 빔 구조물의 국부적인 열간성형을 위한 가열영역(H)을 제어토록 제공된 냉각수단(150)을 포함하고, 상기 냉각수단(150)은, 냉각매체를 빔 구조물의 가열영역(H)에 인접하여 분사토록 제공된 냉각매체 분사구(152)를 더 포함하고,
   상기 가열수단(30)은, 상기 빔 구조물의 성형롤 유닛에 대응되는 위치로 빔 구조물을 국부적으로 가열토록 제공되는 유도 가열코일로 제공되고, 상기 냉각수단(150)의 냉각매체 분사구(152)는 상기 가열수단의 양측으로 제공되며,
   상기 냉각매체 분사구(152)의 일측 또는 양측으로 분사된 냉각매체를 흡인토록 제공된 냉각매체 흡인구(154)를 더 포함하되, 상기 냉각매체 분사구와 흡인구는 적어도 빔 구조물의 폭에 대응하는 개구를 포함하는 빔 구조물 성형장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 성형롤 유닛은, 상기 빔 구조물의 폭방향 성형을 가능토록 제공되는 폭방향 성형롤 유닛(70); 및,
   상기 빔 구조물의 깊이방향 성형을 가능토록 제공되는 깊이방향 성형롤 유닛(90);
   중 적어도 어느 하나 또는 이들 모두를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 구조물 성형장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 빔 구조물(10)의 이동을 안내하거나 이동력을 제공토록 빔 구조물의 길이방향으로 하나 이상 배치되는 이송롤 유닛(50); 및,
   상기 빔 구조물의 적어도 일측에 연계되어 빔 구조물에 이동력을 인가토록 제공되는 이동력 인가수단;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 구조물 성형장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 이송롤 유닛(50) 및, 상기 폭방향과 깊이방향 성형롤 유닛(70)(90)은, 빔 구조물을 이동경로 상에 제공된 유닛 스탠드(72)(92)(52)에 수동 또는 기계적으로 구동토록 제공된 볼 스크류(54)(74)(94); 및,
   상기 볼 스크류에 체결된 하나 이상의 이동블록(56)(76)(96)에 조립되면서 빔 구조물을 지지 이동시키거나, 빔 구조물의 국부적인 가열영역(H)을 가압하여 빔 구조물의 폭방향 또는 깊이방향 성형을 가능토록, 각각 제공된 이송롤(58)과 성형롤(78)(98);
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 빔 구조물 성형장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 성형롤 유닛(70)(90)들과 이송롤 유닛(50)에 구비된 롤들은 빔 구조물의 성형방향에 대응하여 각각의 이동블록에 위치가 가변되면서 빔 구조물의 플랜지(12) 또는 웹(14)을 가압 또는 지지 이동토록 구성된 것을 특징으로 하는 빔 구조물 성형장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 빔 구조물의 이동력 인가수단은, 빔 구조물의 이동경로 상에 설치된 지지대(132)사이로, 수동 또는 기계적으로 작동토록 제공된 볼 스크류(134)에 체결되는 이동블록(136)과 연계되고 빔 구조물의 일단부를 클램핑하는 빔 구조물 크램핑블록(138);
   을 포함하는 빔 구조물 드로잉수단(130)으로 구성된 것을 특징으로 하는 빔 구조물 성형장치.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 흡인구 개구는 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 빔 구조물 성형장치.
10. 이동하는 빔 구조물(10)을 유도 가열코일의 가열수단(30)을 이용하여 적어도 국부적으로 가열하는 빔 구조물 가열단계; 및, 상기 빔 구조물의 가열영역(H)을 성형롤로 가압하면서 국부적인 열간성형을 구현하여 빔 구조물을 폭방향 또는 깊이방향으로 가변단면 성형하는 빔 구조물 성형단계;를 포함하여 구성되되,
    상기 빔 구조물의 가열단계에서, 빔 구조물의 가열영역(H)을 포위하면서 냉각매체를 분사하여 빔 구조물의 가열영역을 제어하여, 냉간영역의 빔 구조물 변형을 방지하면서 국부적인 열간 성형성은 향상토록 구성되고,
    상기 빔 구조물의 가열영역(H)에 분사되면서 온도 상승된 냉각매체는 바로 흡인 처리되어 승온된 냉각매체의 온도 영향을 차단하는 빔 구조물 성형방법.
11. 삭제
12. 삭제
13. 제10항에 있어서,
    상기 빔 구조물의 성형단계에서, 빔 구조물의 정,역 이동 또는 스텝 이동을 반복하여 빔 구조물의 폭 방향 또는 깊이방향 성형을 구현하는 것을 특징으로 하는 빔 구조물 성형방법.
14. 제10항에 있어서,
    빔 구조물을 폭방향과 깊이방향 또는 깊이방향과 폭방향으로 순차적으로 성형하는 것을 특징으로 하는 빔 구조물 성형방법.
15. 제10항에 있어서,
    빔 구조물의 깊이방향 성형시 빔 구조물의 상단부를 길이방향으로 절단하는 것을 특징으로 하는 빔 구조물 성형방법.
16. 상기 제10항 및 제13항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에서 기재된 빔 구조물 성형방법을 통하여 폭과 깊이방향 중 적어도 하나의 방향으로 성형된 가변 단면을 갖춘 빔 제품.

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