KR101322482B1 - 3차원 형상의 소재를 성형하는 가요성 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 형상의 소재를 성형하는 가요성 성형장치에 관한 것으로, 이는 프레임과, 적어도 2개의 작업롤러, 하나 이상의 작업롤러 구동기구 및, 하나 이상의 조절기구를 구비하되, 상기 작업롤러와 하나 이상의 작업롤러 구동기구 및 하나 이상의 조절기구는 각각 프레임에 설치되고, 상기 작업롤러들 중 적어도 하나는 굽힘가능하고 조절가능하며 유연성 있는 작업롤러로 되어 있어서, 이 성형장치는 금형을 이용할 필요가 없으며, 3차원 평판형상으로 된 소재의 만곡된 표면의 연속된 성형과, 3차원 튜브형상이나 봉형상으로 된 소재의 점진적인 성형이 이루어질 수 있고, 이 성형장치는 노동력과 재료 및 시간을 절약할 수 있게 된다.

Description

3차원 형상의 소재를 성형하는 가요성 성형장치{Flexible three-dimensional work-piece forming equipment}

본 발명은 소성가공분야에 속하는, 3차원 형상의 소재를 성형하는 가요성 성형장치에 관한 것이다.

오늘날, 평판형상과 튜브형상, 봉형상 등과 같은 3차원 형상의 소재를 성형하는 것은 특수 금형의 도움을 받는 특정한 공작기계나 다양한 프레스기계에 의해 이루어지고 있다. 각 유형의 소재를 완성하기 위해서는 한 세트 또는 여러 세트의 금형들을 필요로 한다. 또한, 이들 금형의 설계와 제조 및 조절은 시간 뿐만 아니라 막대한 양의 노동력과 자원을 소비한다. 더구나, 3차원 형상의 소재를 성형하는 종래의 성형장치는 낮은 수준으로 자동화되어 있어서, 그 효율이 현대화된 산업생산의 요구를 만족시킬 수 없다. 게다가, 열등한 성형품질과 낮은 제조효율 및 노동집약적인 조건 등으로 불만족스러운 수공(手工)의 성형은 주로 크기는 크면서 수량은 적은 소재들을 성형하는 데에 이용되고 있다.

덧붙여, 특수 금형 없이 통상의 기술을 채택하고 있는 연속성형장치는 다양한 시트나 스트립, 프로파일 등과 같이 일직선의 곧은 모재로만 소재를 성형할 수 있는 반면에, 3차원 형상의 소재를 성형하는 것은 주로 금형성형 또는 수공을 통해 이루어진다. 특히 가변의 직경을 가진 튜브형상이나 봉형상의 소재를 성형할 필요가 있을 때, 크로스 웨지 롤링(cross wedge rolling) 뿐만 아니라 롤 단조(roll forging) 및 스피닝(spinning)과 같은 특수한 기술이 통상 적용되는데, 이들은 아주 높은 비용과 긴 제조기간을 요한다. 더구나, 상이한 형상들을 가진 소재들은 다양한 성형장치들을 사용할 때 상이한 금형들을 필요로 해서, 많은 노동력과 낭비되는 자원 및 낮은 수준의 자동화로 인한 긴 준비기간을 필요로 하는데, 현대화된 소량 생산에는 그 요구를 만족시킬 수 없었다.

상기와 같은 점을 고려하여, 본 발명의 목적은 3차원 형상의 소재를 성형하기 위해 특수 금형을 이용하는 종래의 성형공정을 개선함과 더불어, 평판형상과 튜브형상, 봉형상 등과 같은 많은 유형의 3차원 형상으로 된 소재의 성형을 이행할 수 있는 굽힘가능하고 유연성 있는 롤 성형 기술을 기초로 해서 3차원 형상의 소재를 성형하는 가요성 성형장치를 제공함으로써, 종래의 금형성형 기술에 비해 제조비용을 크게 절감하고 제조효율을 증대시키며 이에 따라 더욱 편리한 방식으로 자동제어를 성취할 수 있게 하는 데에 있다.

이러한 목적을 성취하기 위해서, 본 발명은, 프레임, 적어도 2개의 작업롤러, 하나 이상의 작업롤러 구동기구 및, 하나 이상의 조절기구를 구비하되, 상기 적어도 2개의 작업롤러와 하나 이상의 작업롤러 구동기구 및 하나 이상의 조절기구는 각각 프레임에 설치되고, 성형될 블랭크(blank)는 작업롤러들 사이에 클램프되어 상기 작업롤러들의 압연 작용 하에 3차원 형상의 소재로 성형될 수 있으며, 작업롤러들 중 적어도 하나는 유연성 있는 작업롤러로 되어 상기 유연성 있는 작업롤러의 축을 따라 굽힘가능하고 조절가능하게 되어 있는, 3차원 형상의 소재를 성형하는 가요성 성형장치를 제공한다.

본 발명의 가요성 성형장치는 임의의 규칙을 따라 배열될 수 있는 적어도 2개의 작업롤러를 채택하여 평판형상과, 튜브형상, 봉형상 등과 같은 3차원 형상으로 된 소재의 성형공정을 이행하게 된다. 본 발명에서는, 작업롤러들 사이의 상대위치 뿐만 아니라 유연성 있는 작업롤러의 굽힘가능한 축이 조절기구에 의해 조절될 수 있고 선택된 위치에 위치될 수 있어서, 원하는 소재의 형상에 따라 임의의 3차원 형상의 소재를 성형할 수 있다. 스틸 와이어 가요성 굴대, 스프링, 스틸 와이어 가요성 굴대 및 폴리우레탄, 스프링 및 폴리우레탄, 폴리우레탄 등과 같은 탄성재료가 유연성 있는 작업롤러에 사용될 수 있다. 작업롤러는 능동롤러와 수동롤러 및 정지롤러로 나누어질 수 있다. 상기 능동롤러는 성형될 소재가 이들의 회전에 의해 작업롤러들 사이를 통과하도록 구동되며, 상기 수동롤러는 성형된 소재에 의해 회전되고, 상기 정지롤러는 정지된 상태에서 회전할 수는 없으나 정지되지 않은 상태에서는 수동롤러와 동일한 방식으로 성형된 소재에 의해 회전될 수 있다.

작업롤러 구동기구는 기어기구나 유압기구 등과 같은 통상의 전동기구로 될 수 있다. 덧붙여, 뒤틀림 방지장치와 풀림 방지장치가 상기 유연성 있는 작업롤러의 비성형영역에 설치될 수 있다.

작업롤러들의 위치변경과 성형하는 소재의 곡률변경은 기계적인 수단 또는 수치제어수단을 통해 이루어질 수 있는데, 이들은 하나 이상의 소재 클램핑 및 스피닝기구와 작업롤러의 회전에 사용될 수도 있다.

바람직하기로, 유연성 있는 작업롤러는 스틸 와이어 가요성 굴대, 헬리컬 스프링, 스틸 와이어, 폴리우레탄 고무 중에서 선택된 하나 이상의 재료로 만들어진다.

또, 유연성 있는 작업롤러는 일체로 된 작업롤러 또는 분할된 작업롤러로 되는데, 분할된 작업롤러의 분할부들은 같은 방향 또는 반대 방향으로 동시에 또는 비동시적으로 회전한다.

회전가능한 부품들이 능동적으로 또는 수동적으로 회전할 수 있는 하나 이상의 소재 클램핑 및 스피닝기구는 일체로 된 작업롤러의 일단에 또는 분할된 작업롤러의 분할부들 사이에 배치된다.

상기 가요성 성형장치는 튜브형상의 소재를 성형하는 데에 사용되고, 2개의 유연성 있는 작업롤러를 구비하되, 이들 중 하나는 튜브형상 소재의 외부에 위치되고 다른 하나는 튜브형상 소재의 내부에 위치된다.

상기 튜브형상 소재의 내부에 위치된 유연성 있는 작업롤러는 굽힘가능한 수동롤러 또는 단순한 탄성롤러로 되어서, 내부에 위치된 작업롤러의 구조를 단순화시키며 조절의 필요성을 없앨 수 있게 된다.

또, 상기 가요성 성형장치는 튜브형상 또는 봉형상의 소재를 성형하는 데에 사용되고, 적어도 2개의 유연성 있는 작업롤러를 구비하되, 이들 모두는 원주방향으로 소재의 외부에 위치되며, 소재는 유연성 있는 작업롤러들의 자가회전 및 구심운동과 함께 직경이 감소되어 변형된다.

또한, 상기 가요성 성형장치는 튜브형상의 소재를 성형하는 데에 사용되고, 적어도 2개의 유연성 있는 작업롤러를 구비하되, 이들 모두는 원주방향으로 튜브형상 소재의 내부에 위치되며, 소재는 유연성 있는 작업롤러들의 자가회전 및 원심운동과 함께 직경이 확장되어 변형된다.

유연성 있는 작업롤러의 굽힘가능 정도와 축 위치를 조절하고 지지하도록 조절가능한 높이를 가진 다수의 조절기구는 굽힘가능하고 조절가능하며 유연성 있는 작업롤러에 배치되고, 이 조절기구의 조절은 성형이 시작되기 전에 미리 조절하거나, 성형공정 동안 필요할 때마다 일련의 조절을 통해 이루어진다.

바람직하기로, 개방된 베어링이 조절기구의 조절로드의 일단에 설치되어 유연성 있는 작업롤러를 지지하고 조절하며, 이 개방된 베어링은 유연성 있는 작업롤러의 구부러진 윤곽의 접선이 변화함에 따라 그 헤드부를 움직일 수 있다.

작업롤러 구동기구는 작업롤러의 일단 또는 양단에 배치된다.

유연성 있는 작업롤러는 상호 독립적이고, 조절가능한 축 위치와 가변적인 축 각도(예컨대 서브롤러의 축 각도는 소재의 횡곡률의 변화에 따라 자유로이 가변될 수 있다)를 가진 다수의 서브롤러로 구성되며, 이들 서브롤러는 조건에 따라 능동서브롤러나 수동서브롤러 또는 정지서브롤러로 구성될 수 있다. 서브롤러들은 그들의 위치가 조절기구의 작용 하에 조절되도록 위치될 수 있고, 임의의 각도로 회전되며 임의의 위치에 위치될 수 있어서, 소재의 길이방향 및 횡방향으로 상이한 곡률이 작업롤러들 사이의 상대위치의 변화나, 작업롤러의 서브롤러들의 변위 또는 회전에 의해 얻어질 수 있다. 작업롤러들 사이의 상대위치의 변화와 서브롤러들의 변위는 기계적인 또는 유압의 구동장치로 이루어질 수 있다. 덧붙여, 서브롤러의 표면은 스틸이나 다른 금속재료로 만들어질 수 있으며, 폴리우레탄 고무 슬리이브가 서브롤러의 표면에 부착될 수도 있다.

본 발명의 가요성 성형장치는 평판형상과, 튜브형상, 봉형상 등의 소재와 같은 다양한 소재의 가요성 성형작업을 실현하도록 종래의 금형을 대신하여 사용될 수 있다. 다중지점 성형기술과 종래의 2차원 성형기술 및 다중롤러 성형기술의 유연성 있고 변화가능한 특징적인 개념을 참조로 하여, 본 발명의 가요성 성형장치는 종래의 성형장치 또는 다중롤러 성형장치의 곧은 롤러들을 휘어지게 하여서, 작업롤러들이 길이방향 및 횡방향으로 유연성 있게 변형(굽힘가능하고 조절가능한 그들의 축에 의해)될 수 있다. 작업롤러들의 굽힘은 수동으로(성형공정 전에 조절되어 전체 공정에 걸쳐 변화되지 않고 남아 있도록) 이루어지거나, 컴퓨터의 제어 하에 자동조절(성형공정 전이나 성형공정 동안 자동으로 조절)됨으로써 이루어질 수 있으며, 변형 또는 굽힘 정도는 소재의 3차원 형상에 의해 결정된다. 이러한 종류의 성형은 3차원 형상으로 된 소재의 연속된 성형을 성취할 수 있고, 게다가 금형을 이용하는 종래의 성형장치에 비해 본 발명의 가요성 성형장치는 다음과 같은 장점을 갖는바, 금형의 특수한 설계와 제조 및 조절이 필요 없으며, 제조비용이 저렴하고, 제조를 위한 준비기간이 짧아지며, 많은 노동력과 자원 및 시간이 절약될 수 있고, 제조효율이 크게 향상될 수 있게 된다.

본 발명은 도면들에 도시된 실시예를 참조로 하여 이루어진 아래의 상세한 설명으로 더욱 잘 이해될 것이다.

도 1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 3개의 롤러로 된 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 1b는 도 1a의 P-P선 단면도이다.

도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 2개의 롤러로 된 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 2b는 도 2a의 P-P선 단면도이다.

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 다른 유형의 2개의 롤러로 된 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 3b는 도 3a의 P-P선 단면도이다.

도 4는 헬리컬 스프링으로 구성된 유연성 있는 작업롤러의 개략도이다.

도 5는 헬리컬 스프링과 폴리우레탄 고무 슬리이브로 구성된 유연성 있는 작업롤러의 개략도이다.

도 6은 스틸 와이어 가요성 굴대를 갖춘 작업롤러의 개략도이다.

도 7은 스틸 와이어 가요성 굴대와 폴리우레탄 고무 슬리이브로 구성된 유연성 있는 작업롤러의 개략도이다.

도 8은 폴리우레탄 고무로 구성된 유연성 있는 작업롤러의 개략도이다.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 3개의 굽힘가능한 작업롤러로 구성되되, 각각의 굽힘가능한 작업롤러가 2개의 분할부로 분할되어 있는 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 3개의 굽힘가능한 작업롤러로 구성되 되, 각각의 굽힘가능한 작업롤러가 2개의 분할부로 분할되어 있고, 2개의 분할부 사이에 소재 클램핑 및 스피닝기구가 있는 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 3개의 굽힘가능한 작업롤러로 구성되되, 각각의 굽힘가능한 작업롤러가 2개의 분할부로 분할되어 있고, 2개의 분할부 사이에 소재 클램핑 및 스피닝기구가 있는 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 12는 도 9와 도 10 및 도 11의 A-A선 단면도이다.

도 13은 도 10과 도 11의 B-B선 단면도이다.

도 14는 조절기구의 사시도이다.

도 15는 상기 소재 클램핑 및 스피닝기구의 단면도이다.

도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 2개의 굽힘가능한 작업롤러에 의해 3차원 형상의 소재를 가공하는 데에 사용되는 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 17은 도 16의 A-A선 단면도이다.

도 18 및 도 19는 본 발명의 제3실시예에 따른 2개의 굽힘가능한 작업롤러에 의해 3차원의 직경이 감소하거나 확장되는 소재를 가공하는 데에 사용되는 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 20은 본 발명의 제3실시예에 따른 굽힘가능한 작업롤러와 단순한 탄성롤러에 의해 3차원 튜브형상의 소재를 가공하는 데에 사용되는 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 21은 도 20의 B-B선 단면도이다.

도 22 및 도 23은 본 발명의 제3실시예에 따른 3개의 굽힘가능한 작업롤러에 의해 3차원의 직경이 감소하거나 확장되는 소재를 가공하는 데에 사용되는 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 24는 도 18과 도 22의 C-C선 단면도이다.

도 25는 도 19와 도 23의 D-D선 단면도이다.

도 26a는 본 발명의 제4실시예에 따른 3세트의 유연성 있는 작업롤러를 갖춘 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 26b는 도 26a의 P-P선 단면도이다.

도 27a는 본 발명의 제4실시예에 따른 2세트의 유연성 있는 작업롤러를 갖춘 가요성 성형장치의 개략도이다.

도 27b는 도 27a의 P-P선 단면도이다.

도 28a는 서브롤러의 표면이 스틸이나 다른 금속재료로 만들어진, 도 26a와 도 27a에 도시된 서브롤러의 개략도이다.

도 28b는 도 28a의 측면도이다.

도 28c는 도 28b의 P-P선 단면도이다.

도 29a는 폴리우레탄 고무 슬리이브를 갖춘 서브롤러의 개략도이다.

도 29b는 도 29a의 측면도이다.

도 29c는 도 29b의 P-P선 단면도이다.

먼저, 도 1a 내지 도 8을 참조하여, 3차원 평판형상의 소재를 성형하는 데에 주로 사용되는 본 발명의 제1실시예에 따른 가요성 성형장치가 설명된다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 상기 가요성 성형장치는 임의의 규칙에 따라 배치된 적어도 2개의 작업롤러를 채택하여서, 작업롤러들 사이의 상대위치의 변화를 통해 평판형상의 소재(이하 "시트"라 함)의 길이방향으로 상이한 곡률성형을 성취하고, 굽힘가능한 작업롤러의 축의 변형을 통해 시트의 횡방향으로 상이한 곡률성형을 성취하는데, 작업롤러들 사이의 상대위치가 변화될 수 있음과 동시에 작업롤러의 축의 형상이 조절될 수 있는 경우에 3차원 평판형상의 소재를 위한 연속된 성형조건이 만족되며, 시트가 능동롤러의 회전 하에서 작업롤러들 사이를 통해 안내되면 시트성형의 목적이 이루어질 수 있다. 작업롤러들 사이의 상대위치의 변화와 작업롤러의 축의 굽힘은 모두 기계적인 또는 유압의 구동장치 등에 의해 이루어질 수 있으며, 작업롤러들 사이의 상대위치가 변화되고 작업롤러의 축의 형상조절이 상이하게 됨으로써 상이한 곡률을 가진 소재가 성형되게 된다. 3차원 평판형상으로 된 소재의 상이한 유형에 따라, 작업롤러들 사이의 상대위치의 변화와 작업롤러의 축의 굽힘상태가 모두 기계적인 수단 및 컴퓨터에 의해 조절될 수 있어서, 평판형상 소재의 가요성 성형이 이루어질 수 있게 된다.

도 1a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따르면 본 발명의 가요성 성형장치는 프레임(도시되지 않음)과, 적어도 2개의 작업롤러, 하나 이상의 작업롤러 구동기구(도시되지 않음) 및, 하나 이상의 조절기구(3)를 구비하는데, 작업롤러와 작업롤러 구동기구 및 조절기구는 모두 프레임에 설치되고, 성형될 블랭크(여기서는 평판형상의 소재(2) 또는 시트)는 작업롤러들 사이에 클램프되어 작업롤러들의 압연 작용 하에 소성가공을 받게 되며, 작업롤러들 중 적어도 하나는 굽힘 가능하고 조절가능하며 유연성 있는 작업롤러로 되어 있다. 상기 프레임은 실제 조건에 따라 당해 분야에서 잘 알려진 바와 같이 다양한 형태로 설치될 수 있으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 상기 작업롤러 구동기구는 기어기구나 유압기구 등과 같은 통상적인 전동기구로 될 수 있다. 유연성 있는 작업롤러는 스틸 와이어 가요성 굴대와 헬리컬 스프링, 스틸 와이어, 폴리우레탄 고무 중에서 선택된 하나 이상의 재료로 만들어질 수 있으며, 이 유연성 있는 작업롤러를 지지하고 축의 위치와 굽힘 정도를 조절하는 데에 사용되는 하나 또는 다수의 조절기구(3)는 유연성 있는 작업롤러에 구비되는데, 이 조절기구(3)는 미리 조절되거나 필요할 때마다 성형공정 동안 일련의 조절을 통해 조절될 수 있다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 가요성 성형장치는, 도 1b에 도시된 바와 같이 배치된 3개의 유연성 있는 작업롤러(1)를 구비하며, 유연성 있는 작업롤러(1)의 축은 성형공정 전이나 성형공정 동안 조절기구(3)를 통해 조절될 수 있다. 유연성 있는 작업롤러(1)의 축은 성형공정 동안 굽혀진 상태로 있게 되며, 유연성 있는 작업롤러들 사이를 통과할 때 평판형상의 소재는 작업롤러의 축의 형상조절기능 하에서 횡방향으로 변형(도 1a 참조)되는 한편, 3개의 유연성 있는 작업롤러(상대위치의 변화로 인해)에 의해 제공된 압력 하에서 길이방향으로 변형(도 1b 참조)된다. 유연성 있는 작업롤러(1)들 중 3개 모두가 능동롤러로 되거나, 이들 중 하나 또는 2개가 능동롤러로 되고서 나머지가 수동롤러로 되거나, 적어도 하나의 수동롤러가 정지롤러로 작용하게 된다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 가요성 성형장치는, 도 2b에 도시된 규칙에 따라 배치된 2개의 유연성 있는 작업롤러(1,4), 즉 상부롤러(작은 작업롤러)와 하부롤러(큰 작업롤러)를 구비한다. 유연성 있는 작업롤러의 축은 성형공정 전이나 성형공정 동안 조절기구(3)의 작용 하에 조절될 수 있다. 성형공정 동안, 유연성 있는 작업롤러(1)의 축은 굽혀진 상태로 있게 되며, 평판형상의 소재가 유연성 있는 작업롤러들 사이를 통과할 때 유연성 있는 작업롤러의 축의 조절기능 작용 하에서 횡방향으로 변형(도 2a 참조)되는 한편, 하부롤러가 상부롤러의 작용 하에 국부적으로 변형되어서, 하부롤러의 표면에 붙어 있는 소재의 일부가 변형(도 2b 참조)되게 한다.

바람직하기로, 폴리우레탄 고무 슬리이브가 하부롤러에 부착되어 있거나, 하부롤러가 폴리우레탄 고무로 구성되며, 하부롤러의 직경이 상부롤러의 직경보다 크게 되어 있는데, 상부롤러 및 하부롤러 모두가 능동롤러로 되거나, 이들 중 하나가 능동롤러로 되고 다른 하나가 수동롤러로 되어 있다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 가요성 성형장치는, 도 3b에 도시된 규칙에 따라 배치된 2개의 작업롤러(1,5), 즉 작은 작업롤러와 큰 작업롤러를 구비한다. 작은 작업롤러는 굽힘가능하고 유연성 있는 작업롤러이며, 큰 작업롤러는 그 직경이 작은 작업롤러의 직경보다 큰 원통형 탄성롤러인데, 작은 작업롤러와 큰 작업롤러 모두가 능동롤러로 되거나, 이들 중 하나가 능동롤러로 되고 다른 하나가 수동롤러로 되어 있다. 작은 작업롤러의 축은 성형공정 전이나 성형공정 동안 조절기구의 작용 하에 조절되고, 성형공정 동안 굽혀진 상태로 있게 된다. 작은 작업롤러의 작용 하에서, 큰 작업롤러의 형상이 변형되지만 그 축은 곧은 상태로 남아 있게 된다. 작 은 작업롤러와 큰 작업롤러 사이를 통과할 때, 평판형상의 소재는 작은 작업롤러의 축의 형상조절 작용 및 큰 작업롤러의 축방향 형상조절 작용 하에서 횡방향으로 변형(도 3a 참조)되는 한편, 작은 작업롤러의 작용 하에서 큰 작업롤러가 방사상으로 변형되어서, 소재가 길이방향으로 변형되고 큰 작업롤러의 표면에 붙어 있는 소재의 일부가 변형(도 3b 참조)되게 한다.

전술된 바와 같은 가요성 성형장치에 의하면, 평판형상의 소재가 작업롤러들에 의해 원하는 다양한 형상으로 압연될 수 있다. 이러한 유형의 성형장치는 금형은 필요 없지만, 작업롤러의 제어가 성형공정 동안 요구된다. 작업롤러들(1,4)은 도 4 내지 도 8에 도시된 방식으로 구성될 수 있으며, 작업롤러(5)는 도 8에 도시된 방식으로 구성될 수 있다.

본 발명에서 더 많은 작업롤러가 있을수록 성형효과는 더 우수하게 될 것이며, 도 1a 내지 도 3b에 도시된 것과 다른 다양한 작업롤러들의 배치 규칙이 있을 수 있고, 작업롤러들이 실제 조건에 따라 배치될 수도 있다.

더구나, 작업롤러들을 위한 더 많은 조절기구가 포함될수록 성형효과는 더 우수하게 될 것이다.

3차원 평판형상의 소재를 성형하는 데에 사용되는 본 발명의 제2실시예에 따른 가요성 성형장치가 도 9 내지 도 15를 참조하여 설명된다. 이 가요성 성형장치는, 유연성 있는 작업롤러가 2가지 유형으로, 즉 일체형과 분할형으로 구분될 수 있으며 후자인 경우에 같은 방향 또는 반대 방향으로 동시에 또는 비동시적으로 회전할 수 있다는 점을 제외하고, 기본적으로 제1실시예의 구조와 유사하다. 덧붙여, 이 가요성 성형장치를 위해 신뢰성 있는 제어와 조절을 제공하는 다양한 보조기구가 각각 설치된다.

도 9의 실시예에서, 조절기구(3)의 조절로드(14:도 14 참조)는 평판형상의 소재에 요구되는 3차원 형상에 따라 수동제어 또는 수치제어시스템에 의해 조정될 수 있어서, 개방된 베어링(13:도 14 참조)이 유연성 있는 작업롤러(1)를 당기거나 밀어붙여 작업롤러가 구부려지게 하는데, 신축유니트가 유연성 있는 작업롤러의 일단 또는 양단에 설치되어 조절공정 동안 그 자유로운 확장 및 수축을 보장할 수 있게 하며, 작업롤러는 조절되어진 후 고정되어 축방향 및 원주방향으로 더욱 상대이동되는 것이 방지될 수 있다. 한편, 유연성 있는 작업롤러들의 변형을 용이하게 하기 위해, 상기 가요성 성형장치는 상부프레임과 하부프레임을 구비할 수 있으며, 하부프레임은 전체로서 작업롤러들 모두를 이동시킬 수 있어서, 작업롤러들의 높이위치를 최적화시킬 수 있다. 높은 토크의 작용 하에서 유연성 있는 작업롤러의 뒤틀림과 풀림 변형을 줄이기 위해, 뒤틀림 및 풀림 방지장치(11)가 비성형영역에 설치될 수 있다. 조절공정 후에 소재(2)가 위치되고, 상부쪽의 유연성 있는 작업롤러(1)가 상부프레임의 조작에 의해 소재에 대해 압력을 가하게 되며, 작업롤러들이 같은 방향으로 동시에 회전할 때 소재는 길이방향으로 이동하게 된 다음에, 누름양을 증대시킴으로써 상기 소재가 길이방향 및 횡방향으로 변형되게 되어 3차원 곡면성형이 이행되고; 작업롤러의 두 분할부가 상이한 방향으로 동시에 회전할 때 소재는 회전되면서 변형공정을 받게 되고; 작업롤러의 두 분할부가 비동시적으로 회전하면 소재는 길이방향으로 이동됨과 동시에 회전하게 되어서 복잡한 변형이 이루어 지게 된다.

도 10의 실시예를 참조하면, 상부쪽의 유연성 있는 작업롤러(1)가 상부프레임의 조작에 의해 소재에 대해 압력을 가하게 된다. 소재 클램핑 및 스피닝기구(12)가 작용하지 않을 때의 성형공정이 도 9에 도시되어 있다. 소재(2)는 그 축으로서 소재 클램핑 및 스피닝기구(12)에 의해 회전되고, 소재가 상기 소재 클램핑 및 스피닝기구(12)로 클램프되고서 작업롤러의 두 분할부가 구동기구의 작용 하에 상이한 방향으로 동시에 회전할 때 변형공정을 받게 된다.

도 11을 참조로 하는 실시예에서, 소재 클램핑 및 스피닝기구(12)가 소재(2)에 대해 압력을 가하게 되고, 이어서 소재(2)는 그 축으로서 상기 소재 클램핑 및 스피닝기구(12)에 의해 회전되게 되며 변형될 수 있다. 도 9 내지 도 11의 A-A선 단면도가 도 12에 도시되어 있고, 도 10 및 도 11의 B-B선 단면도가 도 13에 도시되어 있다.

소재(2)의 변형과 한결같이 연속된 성형이 작업롤러의 압박과 스피닝을 통해 이루어질 수 있으며, 변형의 형상과 양의 조절은 작업롤러들의 굽힘 정도와 누름양을 조절함으로써 이행될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명에는 적어도 2개의 작업롤러가 있어야 하지만, 3개의 작업롤러를 포함함으로써 우수한 성형효과를 일으킬 수 있다. 물론, 더욱 많은 수의 작업롤러가 포함될수록 성형효과는 더 우수하게 될 것이며, 이들 작업롤러의 배치는 필요에 따라 정해질 수 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 가요성 성형장치가 도 16 내지 도 25를 참조하 여 아래에 설명되는데, 이 실시예는 가변의 직경을 가진 튜브형상 및 봉형상의 소재에 독점적으로 사용된다는 점에서 제1실시예 및 제2실시예의 성형장치와 구별된다.

도 16에 도시된 가요성 성형장치는, 도 17에 도시된 규칙에 따라 배치된 2개의 굽힘가능한 작업롤러를 구비하며, 이 굽힘가능한 작업롤러(1)의 형상은 조절기구(3)의 조작에 의해 조절될 수 있는데, 굽힘가능한 작업롤러(1)의 구동으로 인해 튜브형상 또는 봉형상 소재(15)의 3차원 변형 뿐만 아니라 동시회전이 일어날 수 있다.

도 18 및 도 19를 참조로 하는 실시예에서, 2개의 굽힘가능한 작업롤러(1)는 성형될 다른 소재에 요구되는 규칙에 따라 배치될 수 있는바, 원하는 소재의 형상에 따라 조절기구(3)는 굽힘가능한 작업롤러(1)의 형상을 조정하도록 사용될 수 있으며, 2개의 작업롤러는 구심운동 또는 원심운동을 하면서 튜브형상 또는 봉형상 소재의 외부면이나 튜브형상 소재의 내부면에 접근하게 되는 한편, 굽힘가능한 작업롤러(1)를 구동시킴으로써 튜브형상 또는 봉형상 소재(15)를 동시에 회전시킬 수 있어서, 튜브형상 또는 봉형상 소재(15)의 직경이 확장 또는 감소되는 변형이 일어나게 한다.

도 20을 참조로 하는 실시예에서, 가요성 성형장치는 탄성 슬리이브를 갖춘 단단한 작업롤러(5)와 굽힘가능한 작업롤러(1)를 구비하는데, 이들 작업롤러는 도 21에 도시된 규칙에 따라 배치되고 내부쪽과 외부쪽 모두에서 소재에 압력을 가하며; 굽힘가능한 작업롤러(1)의 형상은 원하는 소재의 형상에 따라 조절기구(3)의 조작에 의해 조정될 수 있고; 굽힘가능한 작업롤러를 구동시킴으로써 튜브형상의 소재(15)를 동시에 회전시킬 수 있어서, 튜브형상 소재(15)의 3차원 변형을 일으키게 된다.

도 22 내지 도 25를 참조로 하는 실시예에서, 가요성 성형장치는 3개의 굽힘가능한 작업롤러(1)를 구비하는데, 이들 작업롤러는 성형될 다른 소재에 따라 도 22 또는 도 23에 도시된 규칙에 따라 배치되고; 원하는 소재의 형상에 따라 작업롤러(1)의 형상은 조절기구(3)에 의해 조정될 수 있고; 3개의 작업롤러는 구심운동 또는 원심운동을 하면서 튜브형상 또는 봉형상 소재의 외부면에 접근하게 되는 한편; 굽힘가능한 작업롤러(1)를 구동시킴으로써 튜브형상 또는 봉형상의 소재(15)를 동시에 회전시키며 튜브형상 또는 봉형상의 소재(15)에 점진적으로 압박하여서, 소재(15)의 직경이 확장 또는 감소되는 변형이 일어나게 한다.

유사하게, 더욱 많은 작업롤러들이 있게 되면 성형효과는 더 우수하게 되며, 도시된 배치 규칙에 덧붙여 당해 분야의 숙련자들에게 알려진 임의의 다른 배치 또는 실제 조건에 따른 배치가 채택될 수 있다. 작업롤러들 중 적어도 하나는 능동롤러이고 나머지는 수동롤러 또는 정지롤러로 될 수 있다.

본 발명의 제4실시예에 따른 가요성 성형장치가 도 26a 내지 도 29c를 참조하여 아래에 설명되는데, 이는 평판형상 소재의 성형을 나타내도록 도시되어 있다. 이러한 유형의 가요성 성형장치는, 유연성 있는 작업롤러가 다수의 서브롤러로 구성되어 있으며, 이들 서브롤러가 조절가능한 축 위치와 가변적인 축 각도를 가져 상호 독립적이고, 서브롤러들이 실제 조건에 따라 능동롤러나 수동롤러 또는 정지 롤러로 될 수 있다는 점을 제외하고, 기본적으로 제1실시예의 구조와 유사하다.

도 26a와 도 26b에 도시된 바와 같이 독립적으로 구동되는 서브롤러들을 갖춘 가요성 성형장치는 도 26b에 도시된 규칙에 따라 배치된 3개의 유연성 있는 작업롤러(1)를 구비한다. 각 작업롤러는 다수의 서브롤러로 구성되는데, 이들의 각각은 조절기구(16)에 의해 조정될 수 있고, 각 서브롤러는 길이방향 및 횡방향으로 대응되게 소재의 변형을 일으킬 수 있으며; 서브롤러들의 배치는 도 28a 내지 도 29c에 도시된 바와 같은 다양한 방식들 중 임의의 하나가 채택될 수 있는데, 여기서 참조부호 17은 금속재료로 된 서브롤러이고, 참조부호 18은 힌지축이며, 참조부호 19는 모터와 감속기를 구비하는 작업롤러 구동수단이고, 참조부호 20은 폴리우레탄 고무 슬리이브를 갖춘 서브롤러이다.

도 27a와 도 27b에 도시되고 독립적으로 구동되는 서브롤러들을 갖춘 가요성 성형장치는 작업롤러(1)와 고탄성 작업롤러(4)를 구비한다. 작업롤러(1)는 다수의 서브롤러로 구성되는데, 이들의 각각은 조절기구(16)에 의해 조정될 수 있고, 고탄성 작업롤러(4)는 작업롤러(1)의 작용 하에서 방사상 변형을 받게 되어서, 소재의 길이방향 및 횡방향으로 변형을 일으킬 수 있다.

본 발명이 전술된 바와 같은 일부 실시예들을 조합하여 상세히 설명되었다. 전술되고 도면에 도시된 내용은 명백히 설명을 위한 것으로 본 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 다양한 응용과 변경이 당해 분야의 숙련자들에게는 본 발명의 개념을 기초로 하여 이루어질 수 있는바, 예컨대 가요성 성형장치를 이용하여 평판형상이나 튜브형상 또는 봉형상의 소재를 성형하는 일부 실시 예가 도시되었지만, 복잡한 형상을 가진 다른 3차원 형상의 소재도 본 발명의 가요성 성형장치에 의해 가공될 수 있다. 또한, 2개 또는 3개의 작업롤러를 가진 일부 실시예가 설명되고 도시되었지만, 당해 분야의 숙련자들은 임의의 다른 개수의 작업롤러 뿐만 아니라 실제 조건에 따라 그 배치를 자유로이 선택할 수 있다. 이러한 모든 변경 또는 응용은 확실히 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않는다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 금형의 특수한 설계와 제조 및 조절이 필요 없으며, 제조비용이 저렴하고, 제조를 위한 준비기간이 짧아지며, 많은 노동력과 자원 및 시간이 절약될 수 있고, 제조효율이 크게 향상될 수 있게 된다.

Claims (11)

1. 프레임, 적어도 2개의 작업롤러, 하나 이상의 작업롤러 구동기구, 및 하나 이상의 조절기구를 구비하되,

   상기 작업롤러와 상기 하나 이상의 작업롤러 구동기구 및 상기 하나 이상의 조절기구는 각각 상기 프레임에 설치되고, 성형될 블랭크는 상기 적어도 2개의 작업롤러들 사이에 클램프되어 상기 블랭크가 상기 작업롤러들의 압연 작용 하에 3차원 형상의 소재로 성형될 수 있으며,

   상기 작업롤러들 중 적어도 하나는 유연성 있는 작업롤러로 되어 상기 유연성 있는 작업롤러의 축을 따라 굽힘가능하고 조절가능하며, 상기 작업롤러들은 조건에 따라 각각 능동롤러나 수동롤러 또는 정지롤러로 구성되는, 3차원 형상의 소재를 성형하는 가요성 성형장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유연성 있는 작업롤러는 스틸 와이어 가요성 굴대, 헬리컬 스프링, 스틸 와이어, 폴리우레탄 고무 중에서 선택된 하나 이상의 재료로 만들어지는 가요성 성형장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 유연성 있는 작업롤러는 일체로 된 작업롤러 또는 분할된 작업롤러로 되되, 상기 분할된 작업롤러의 분할부들은 같은 방향 또는 반대 방향으로 동시에 또는 비동시적으로 회전하는 가요성 성형장치.
4. 제3항에 있어서, 회전가능한 부품들이 회전할 수 있는 하나 이상의 소재 클램핑 및 스피닝기구가 상기 일체로 된 작업롤러의 일단에 또는 상기 분할된 작업롤러의 분할부들 사이에 배치되는 가요성 성형장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 가요성 성형장치는 튜브형상의 소재를 성형하는 데에 사용되고, 2개의 유연성 있는 작업롤러를 구비하되, 상기 작업롤러들 중 하나는 상기 튜브형상 소재의 외부에 위치되고 다른 하나는 상기 튜브형상 소재의 내부에 위치되는 가요성 성형장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 튜브형상 소재의 내부에 위치된 유연성 있는 작업롤러는 굽힘가능한 수동롤러 또는 단순한 탄성롤러로 되는 가요성 성형장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 가요성 성형장치는 튜브형상 또는 봉형상의 소재를 성형하는 데에 사용되고, 적어도 2개의 유연성 있는 작업롤러를 구비하되, 상기 작업롤러는 상기 튜브형상 소재의 내부 또는 외부에 위치되거나 상기 봉형상 소재의 외부에 위치되고 원주방향으로 배치되며, 상기 소재는 상기 유연성 있는 작업롤러들의 자가회전 뿐만 아니라 구심운동 또는 원심운동과 함께 직경이 확장되거나 감소되어 변형되는 가요성 성형장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 유연성 있는 작업롤러의 굽힘가능 정도와 축 위치를 조절하고 지지하도록 조절가능한 높이를 가진 하나 이상의 조절기구가 상기 굽힘가능하고 조절가능하며 유연성 있는 작업롤러에 배치되고, 상기 조절기구의 조절은 성형이 시작되기 전에 미리 조절하거나, 성형공정 동안 필요할 때마다 일련의 조절을 통해 이루어지는 가요성 성형장치.
9. 제8항에 있어서, 개방된 베어링이 상기 조절기구의 조절로드의 일단에 설치되어 상기 유연성 있는 작업롤러를 지지하고 조절하며,

   상기 개방된 베어링은 상기 유연성 있는 작업롤러의 구부러진 윤곽의 접선이 변화함에 따라 헤드부를 움직일 수 있는 가요성 성형장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 작업롤러 구동기구는 상기 작업롤러의 일단 또는 양단에 배치되는 가요성 성형장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 유연성 있는 작업롤러는 상호 독립적이고, 조절가능한 축 위치와 가변적인 축 각도를 가진 다수의 서브롤러로 구성되며, 상기 서브롤러들은 조건에 따라 각각 능동서브롤러나 수동서브롤러 또는 정지서브롤러로 구성되는 가요성 성형장치.

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