KR101301714B1

KR101301714B1 - 멀티포인트 스트레칭 방식의 곡면형강 성형장치

Info

Publication number: KR101301714B1
Application number: KR1020130032383A
Authority: KR
Inventors: 박광춘
Original assignee: 박광춘
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2013-08-30

Abstract

본 발명은 형강(10)에 곡면을 형성하는 성형장치에 있어서: 상기 형강(10)의 양단을 클램프(21)로 지지한 상태에서 인장력을 작용하는 스트레칭부(20); 상기 스트레칭부(20)의 하방향에서 형강(10)에 전단력을 작용하는 성형몰드부(40); 및 상기 스트레칭부(20)와 성형몰드부(40)를 연동적으로 제어하여, 형강(10)의 항복점에서 설정된 곡률의 곡면을 형성하는 제어부(60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 비정형 건축물 등에 소요되는 금속재질의 부자재를 양산하는 과정에서 다각적인 곡률반경의 변화를 정확하고 신속하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

멀티포인트 스트레칭 방식의 곡면형강 성형장치{Apparatus for forming curved section shape steel by multi-point stretching}

본 발명은 곡면형강 성형장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 비정형 건축물 등에 소요되는 금속 부자재에서 곡률반경의 변화를 정확하고 신속하게 구현할 수 있는 멀티포인트 스트레칭 방식의 곡면형강 성형장치에 관한 것이다.

근래 들어 조형적 요소와 부드러운 미감을 강조하는 비정형 건축물에 대한 수요가 증가하는 추세이고, 이에 부응하기 위해서는 건축용 부자재를 자유곡면 또는 복합곡면으로 성형하는 기술의 개발이 시급이다. 특히 부자재가 금속재인 경우에는 스프링백을 배제하는 치수안정성과 함께 신속하고 용이한 작업성도 고려되어야 한다.

종래의 일반적인 방식에 의하면 드로우 벤딩머신 또는 3롤 벤딩머신을 사용하여 곡면을 형성할 수 있다. 그러나 어느 경우에나 한 번의 공정으로 비정형 곡면을 구현하기 곤란하므로 다수개로 절단하여 성형한 후 용접으로 접합하기 때문에 공수가 증가되고 치수 정밀성이 저하된다.

곡면성형과 관련되는 선행특허로서 본 출원인에 의한 한국 등록특허공보 제1030226호 외에 한국 공개특허공보 제2012-0008893호 등을 참조할 수 있다.

전자의 선행특허는 다중 복합곡면 성형판의 제조방법에 있어서, 금형에서 다수의 다점 성형핀을 각각 구동시켜 복합곡면을 형성하고, 금속판을 클램핑한 상태로 스트레칭 포밍기로 당겨 금속판이 하부금형 상면에 밀착된 상태에서 상기 금속판 상면으로 상부금형이 하강하여 상부금형 하면으로 하여금 금속판 상면을 프레싱하여 다중 복합곡면형태로 성형되게 하는 스트레칭 및 프레싱단계를 포함한다. 이에 따라, 재료의 스프링 백 현상이 발생되지 않고 항상 특정형태로 정밀하게 제작되는 다중 복합곡면 성형판을 얻는 효과를 기대한다.

그러나, 이는 다수의 성형핀을 지닌 금형과 스트레칭 포밍기를 이용하여 판재에 곡면을 성형하는 것을 요지로 하므로 각종 단면을 지닌 형강에 자유곡면이나 복합곡면을 형성하는 용도로 적용하기 한계성을 지닌다.

후자의 선행특허는 상부에 회전축이 설치된 프레임, 상기 회전축에 장착되며 가공 대상물인 잔넬의 외측면이 삽입되어 고정되도록 외주를 따라 잔넬삽입홈이 형성된 벤딩롤러, 상기 프레임의 상부에 설치된 이동프레임, 잔넬의 내측면을 압박 고정하는 지지클램프, 벤딩롤러와 함께 회전하여 상기 잔넬을 벤딩하는 회전클램프 등을 포함한다. 이에 따라, 내외측면에 형합된 상태로 잔넬을 벤딩함으로써 주름, 비틀림, 불필요한 변형을 방지하는 효과를 기대한다.

그러나, 이러한 장치에 의하면 형강에 자유곡면을 형성하기 위해 많은 시간이 소요되면서 치수안정성과 정밀도 유지도 곤란할뿐더러 복합곡면을 형성하는 작업은 아예 불가능하다.

1. 한국 등록특허공보 제1030226호 "다중 복합곡면 성형판 제조방법"(공개일자 : 2011. 4. 22.) 2. 한국 공개특허공보 제2012-0008893호 "잔넬 벤딩장치"(공개일자 : 2012. 2. 1.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 비정형 건축물 등에 소요되는 금속재질의 부자재를 양산하는 과정에서 다각적인 곡률반경의 변화를 정확하고 신속하게 구현할 수 있는 멀티포인트 스트레칭 방식의 곡면형강 성형장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 형강에 곡면을 형성하는 성형장치에 있어서: 상기 형강의 양단을 클램프로 지지한 상태에서 인장력을 작용하는 스트레칭부; 상기 스트레칭부의 하방향에서 형강에 전단력을 작용하는 성형몰드부; 및 상기 스트레칭부와 성형몰드부를 연동적으로 제어하여, 형강의 항복점에서 설정된 곡률의 곡면을 형성하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 스트레칭부의 클램프는 힌지축에서 수평실린더와 수직실린더에 지지되고, 회동축에서 경사방향으로 회동실린더에 지지되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 클램프는 중공 구조의 형강을 지지하기 위한 지그를 탈착 가능하도록 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 성형몰드부는 하우징 상에 상하운동 가능하게 설치되는 다수의 밀대와, 각각의 밀대에 연결되어 개별적 운동을 유도하는 서보모터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 스트레칭부의 상측으로 성형몰드부와 대향하도록 동일한 기능의 가압몰드부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 비정형 건축물 등에 소요되는 금속재질의 부자재를 양산하는 과정에서 다각적인 곡률반경의 변화를 정확하고 신속하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 성형장치의 제1실시예를 나타내는 사시도
도 2는 도 1에 의한 성형장치의 정면도와 평면도
도 3은 도 1에 의하여 성형된 완제품을 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 성형장치의 제2실시예를 나타내는 사시도
도 5는 도 4에 의한 성형장치의 정면도
도 6은 도 4에 의하여 성형된 완제품을 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 형강(10)에 곡면을 형성하는 성형장치에 관련된다. 형강(10)은 원형단면과 각형단면을 비롯하여 다양한 단면형상에 구애되지 않으며 중실 구조이거나 중공 구조를 막론하고 모두 적용 가능하다. 곡면으로 형성된 형강(10)은 건축물 등의 벽체를 형성하는 자유곡면/복합곡면 판재와 긴밀하게 결합될 수 있는 치수 정밀성을 요한다. 형강(10)과 벽체 판재의 치수가 불일치하는 경우 시공시 별도의 보강재를 부가하는 등의 후처리 공정이 수반되어 작업공수가 증가된다.

우선 도 1 내지 도 3을 이용하여 본 발명의 제1실시예에 대하여 설명한다.

본 발명에 따르면 스트레칭부(20)가 상기 형강(10)의 양단을 클램프(21)로 지지한 상태에서 인장력을 작용하는 구조이다. 스트레칭부(20)는 유압력으로 형강(10)의 단부를 클램핑한 상태에서 인장력을 작용하여 항복점에 이르게 한다. 항복점에서 응력의 증가가 없어도 변형이 급격히 증가되므로 넥킹이나 파단에 이르지 않는 범위의 인장력을 유지한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 스트레칭부(20)의 클램프(21)는 힌지축(23)에서 수평실린더(32)와 수직실린더(34)에 지지되고, 회동축(25)에서 경사방향으로 회동실린더(36)에 지지되는 것을 특징으로 한다. 수평실린더(32)는 힌지축(23)과 클램프(21)를 통하여 형강(10)에 초기에 세팅 위치를 조절하는 외에 성형공정에서 설정된 인장력을 작용한다. 수직실린더(34)는 힌지축(23)과 클램프(21)를 통하여 형강(10)의 상하운동을 유발한다. 회동실린더(36)는 힌지축(23)에서 이격된 회동축(25)을 통하여 클램프(21)의 경사운동을 유발한다. 클램프(21)의 회동운동은 형강(10)의 성형과정에서 단부를 구속하여 곡률을 변동하거나 자유단으로 유지하도록 구속을 해제하는 기능을 수행한다.

이때, 상기 클램프(21)는 중공 구조의 형강(10)을 지지하기 위한 지그(27)를 탈착 가능하도록 구비하는 것을 특징으로 한다. 중실 구조의 형강(10)은 단지 클램프(21)에 유압력을 작용하여 클램핑되지만, 중공 구조의 형강(10)은 클램핑시 변형을 방지하기 위해 지그(27)를 사용하는 것이 좋다. 지그(27)는 원형 단면 또는 각형 단면의 형강(10)에 부합되는 형태로 형성되고, 나선 방식 등을 채용하여 작업대상의 형강(10)에 맞추어 교체 가능하게 결합한다.

또, 본 발명에 따르면 성형몰드부(40)가 상기 스트레칭부(20)의 하방향에서 형강(10)에 전단력을 작용하는 구조이다. 스트레칭부(20)가 형강(10)을 수평방향으로 항복점에 이르도록 늘인 상태에서 성형몰드부(40)가 작동하여 곡률을 지닌 곡면으로 형성한다. 성형몰드부(40)에서 작용하는 전단력은 항복점에 이른 형강(10)에 곡률을 부여하는 작용으로 제한된다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 성형몰드부(40)는 하우징(41) 상에 상하운동 가능하게 설치되는 다수의 밀대(42)와, 각각의 밀대(42)에 연결되어 개별적 운동을 유도하는 서보모터(46)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 각각의 밀대(42)는 내마모성을 지닌 판재 형태이며 양측면에서 안내편(43)을 개재하여 하우징(41) 상에 상하운동 가능하게 지지된다. 밀대(42)의 두께는 10~20㎜ 정도, 폭은 150~250㎜ 정도로 함이 무난하지만 이에 국한되는 것은 아니다. 각각의 밀대(42)는 저면에 볼스크류(45) 또는 리드스크류를 개재하여 서보모터(46)와 연결된다. 밀대(42)의 상하운동 위치를 검출하기 위해 서보모터(46) 상에 엔코더(48)를 구비하거나 하우징(41) 상에 변위센서를 구비할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 제어부(60)가 상기 스트레칭부(20)와 성형몰드부(40)를 연동적으로 제어하여, 형강(10)의 항복점에서 설정된 곡률의 곡면을 형성하는 구조이다. 제어부(60)는 마이콤, 메모리, 입출력인터페이스, 조작패널(65)을 구비한다. 도 3처럼, 곡률반경이 R1, R2, …, Rn으로 변하는 자유곡면을 구현하는 경우 조작패널(65)을 통하여 입력하면 각각의 밀대(42)에 대한 높이 정보가 연산되어 메모리에 저장된다. 이후 제어부(60)는 스트레칭부(20)와 성형몰드부(40)를 제어하여 부호 10′와 같은 자유곡면을 지닌 형강을 완성한다.

작동에 있어서, 형강(10)을 스트레칭부(20)의 클램프(21)에 물린 다음 조작패널(65)을 통하여 원하는 곡면을 입력하면, 수평실린더(32)가 작동하여 형강(10)을 항복점에 이르게 한 다음 수직실린더(34)가 작동하여 형강(10)을 하강시키고, 이와 동시에 각각의 밀대(42)가 설정된 높이로 상승하면서 완제품 형강(10′)이 생성된다. 이 경우 제어부(60)는 회동실린더(36)를 오프하여 클램프(21)를 자유단 상태로 두는 것이 보편적이지만 회동실린더(36)를 작동하여 형강(10)의 단부에서 또 다른 곡률을 생성할 수도 있다.

본 발명의 제2실시예에 의하면, 상기 스트레칭부(20)의 상측으로 성형몰드부(40)와 대향하도록 동일한 기능의 가압몰드부(50)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 4 및 도 5에서, 스트레칭부(20), 수평실린더(32), 수직실린더(34), 회동실린더(36), 성형몰드부(40)의 구성은 제1실시예와 동일하다. 다만, 성형몰드부(40)의 상측으로 동일한 구성의 가압몰드부(50)가 대향하여 설치된다. 즉, 가압몰드부(50)는 다수의 밀대(52)가 각각의 서보모터(56)로 상하운동 가능하다.

이때, 성형시간을 단축하기 위해 가압몰드부(50)는 전체적으로 상하운동 가능하게 구성할 수도 있다.

도 6에서, 형강(10)의 하방향에 중심을 둔 곡률반경 Ra 외에 상방향에 중심을 둔 곡류반경 Rb를 지닌 복합곡면을 구현하는 상태를 알 수 있다. 스트레칭부(20)에 클램핑된 형강(10)이 항복점에 도달하고 성형몰드부(40)와 가압몰드부(50)가 동시에 가압하여 복합곡면을 지닌 완제품 형강(10′)을 생성한다. 물론 이 경우에도 제어부(60)는 회동실린더(36)를 오프하여 클램프(21)를 자유단 상태로 두는 것이 보편적이지만 회동실린더(36)를 작동하여 형강(10)의 단부에서 또 다른 곡률을 생성할 수도 있다.

물론, 다소 복잡한 형태의 복합곡면을 형성하는 경우 가압몰드부(50)를 초기에 작동하여 치수를 검사한 다음 제어부(60)의 조작패널(65)로 교정치를 입력하고 재차 가압몰드부(50)를 작동할 수도 있다.

한편, 본 발명의 작동에 있어서 형강(10)의 두께가 일정한 경우 가압몰드부(50)의 밀대(52)는 성형몰드부(40)의 밀대(42)와 정확히 일치되도록 배열된다. 그러나 형강(10)의 두께가 일정하지 않다면 대응하는 밀대(42)(52) 간의 간격이 다르게 유지되기도 한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 형강 20: 스트레칭부
21: 클램프 23: 힌지축
25: 회동축 27: 지그
32: 수평실린더 34: 수직실린더
36: 회동실린더 40: 성형몰드부
41: 하우징 42: 밀대
45: 볼스크류 46: 서보모터
50: 가압몰드부 51: 하우징
52: 밀대 56: 서보모터
60: 제어부 65: 조작패널

Claims

형강(10)에 곡면을 형성하는 성형장치에 있어서:
상기 형강(10)의 양단을 클램프(21)로 지지한 상태에서 인장력을 작용하는 스트레칭부(20);
상기 스트레칭부(20)의 하방향에서 형강(10)에 전단력을 작용하는 성형몰드부(40); 및
상기 스트레칭부(20)와 성형몰드부(40)를 연동적으로 제어하여, 형강(10)의 항복점에서 설정된 곡률의 곡면을 형성하는 제어부(60);를 포함하여 이루어지고,
상기 스트레칭부(20)의 클램프(21)는 힌지축(23)에서 수평실린더(32)와 수직실린더(34)에 지지되고, 회동축(25)에서 경사방향으로 회동실린더(36)에 지지되는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 스트레칭 방식의 곡면형강 성형장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 클램프(21)는 중공 구조의 형강(10)을 지지하기 위한 지그(27)를 탈착 가능하도록 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 스트레칭 방식의 곡면형강 성형장치.
청구항 1에 있어서,
상기 성형몰드부(40)는 하우징(41) 상에 상하운동 가능하게 설치되는 다수의 밀대(42)와, 각각의 밀대(42)에 연결되어 개별적 운동을 유도하는 서보모터(46)를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 스트레칭 방식의 곡면형강 성형장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스트레칭부(20)의 상측으로 성형몰드부(40)와 대향하도록 동일한 기능의 가압몰드부(50)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 스트레칭 방식의 곡면형강 성형장치.