KR101339688B1 - 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치 - Google Patents

구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치 Download PDF

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윤종헌
이정환
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 서로 형합하여 20㎜ 이상의 두께를 가지는 알루미늄 후판에 곡률을 부여하기 위한 구체(具體) 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치에 있어서, 상기 후판 성형장치는, 상기 알루미늄 후판을 지지하는 면의 곡률이 목표곡률과 대응하는 격자 형태로 볼록하게 형성된 다이와, 상기 목표곡률보다 큰 곡률을 가지는 격자 형태로 오목하게 형성된 펀치를 포함하여 구성되며, 상기 펀치의 격자는 알루미늄 후판의 중앙부와 이격되고, 상기 펀치와 다이의 가장자리는 알루미늄 후판과 동시에 접촉하여 국부 가압하는 것을 특징으로 한다.

Description

구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치{Forming equipment for making spherical container with aluminium thick plate}
본 발명은 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치에 관한 것으로, 상세하게는 다수가 이어져 구체 형상의 저장용기를 형성하게 되는 알루미늄 후판을 성형시에 전단 변형을 유발하여 탄성 복원량을 감소시킴으로써 내부 곡률이 목표 곡률을 이루도록 하여 정밀한 성형 치수를 확보할 수 있도록 한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치에 관한 것이다.
본 발명은 정밀 기계 가공되고 서로 마주보는 면이 상이한 곡률을 갖도록 구성된 격자형 금형을 적용하여 성형하중을 감소시킴으로써 치수정밀도를 향상시킬 수 있도록 한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치에 관한 것이다.
알루미늄은 은백색의 부드러운 금속으로 전성과 연성이 커서 얇은 박이나 철사로 제조될 수도 있고, 성질은 순도에 따라 다르며 전기적으로는 양도체이고 비중으로 보면 전형적인 경금속이며, 전성과 연성이 뛰어나고 전기 전도성이 좋아 고압 전선의 재료로 많이 사용된다.
또한, 알루미늄은 가볍고 내구성이 큰 특성을 가지므로 항공기, 선박, 차량의 주요 재료로도 사용되며, 산소와 쉽게 반응하지만 산화 피막이 형성된 후에는 피막에 의해 산소와의 접촉이 차단되어 녹이 잘 슬지 않아 광택이 오래 지속될 필요가 있는 부분에 많이 사용된다.
알루미늄 후판(厚板)은 액화천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG) 등 액체가스를 운반하는 운반선박에 많이 사용되고 있으며, 이러한 액체가스는 고유가 및 원자로 사고 등에 따른 소비량이 급증함에 따라 액체가스를 운반하기 위한 운반 선박의 수요가 증가하고 있는 실정이다.
액체가스 운반선이란 액체가스를 생산기지에서 인수 기지까지 운반하는 선박으로 통상 액체가스의 종류에 따라 엘엔지(LNG)선 또는 엘피지(LPG)선이라 하거나, 엘엔지씨(LNG Carrier) 또는 엘피지씨(LPG Carrier)라 하기도 한다.
액화천연가스를 예를 들면, 액화천연가스는 메탄이 주성분인 천연가스를 대기압에서 영하 162℃로 액화시킨 가스로서, 액체와 기체의 용적 비율은 약 1/600이고, 액화 상태의 비중은 0.43∼0.50이다.
그리고, 상기 엘엔지선은 화물창의 형태에 따라 독립탱크형과 멤브레인형으로 구분되며, 독립탱크형은 엘엔지가 보관되는 탱크를 이중 구조의 구형(球形)으로 설계하고, 독립된 알루미늄 구형(球形) 탱크를 선체와 독립되게 만들어지는 형태이다.
독립탱크형은 저장 탱크의 안정성 및 신뢰성에 대한 정확한 분석이 가능한 장점을 가지며, 멤브레인형은 상대적으로 저렴한 선가와 갑판 상부의 공간을 넓게 활용할 수 있고, 탱크 용량 변화에 따른 변형이 자유로우며, 시계 확보가 유리한 점 및 수에즈 운하의 통과 비용이 절감되는 장점을 가진다.
독립탱크형의 저장 탱크는 구(球) 형상을 유지하기 위하여 일정한 곡률로 성형된 다수의 알루미늄 후판 패치를 용접하여 구성되며, 곡면 성형된 후판의 곡률이 일정하지 않을 경우, 용접 공정에서 완벽한 형상의 구형을 조립하기 어려워지므로, 곡면 성형에 따른 정확한 곡률 확보와 스프링백으로 인한 후판의 탄성 복원량을 예측할 필요성을 가지는 실정이다.
이처럼 저장 탱크가 완벽한 형상의 구형으로 형성되지 않는 경우 저장 탱크의 용량이 정확하지 않아 운반하는 액체가스의 운반 용량이 달라지는 상황이 발생할 수 있게 된다.
한편, 대한민국 공개특허 제2009-0116037호에 따르면, 코너부 형성 판부재를 곡률 반경이 동일한 3차원 곡면이 되도록 벤딩하는 작업 시간을 최대한 단축할 수 있고, 생산 단가를 줄일 수 있도록 하면서, 열 변형에 의한 2차적인 방법을 사용하지 않으며, 품질 및 생산성의 향상을 도모할 수 있고, 평평한 판부재 뿐만 아니라 임의의 형상으로 벤딩된 판부재를 재활용할 수 있는 액화석유가스 운송 선박의 가스 저장탱크용 코너부 형성 판부재 3차원 곡면 벤딩장치에 관한 발명이 개시된다.
상기 대한민국 공개특허에는 프레스의 상하로 왕복 운동하는 램의 하면에 고정 설치되는 상부 펀치와, 램 아래의 베드의 상면에 고정 설치되며 램의 하강에 의해 상부 펀치와 접촉되는 하부 다이를 포함하며, 상부 펀치의 하면과 하부 다이의 상면에는 각각 서로 대응되는 곡면이 형성되고, 곡면은 코너부 형성판 부재가 상부 펀치와 하부 다이 사이에서 3차원 곡면으로 벤딩된 후의 곡률과 동일하게 형성되는 구성이 개시된다.
또한, 대한민국 공개특허 제2008-0000880호에는, 3차원 성형을 위한 밴딩 롤러 장치의 구조에 관한 발명이 개시되어 있으며, 상기 공개특허는 액체 혹은 기체 상태의 원유나 각종 가스를 저장, 운반할 수 있는 선박 및 육상에 설치된 구형 혹은 타원형의 대형 탱크 구조물을 제작하기 위한 3차원 성형 장비에 관한 발명이 개시된다.
상기 공개특허에는 일정한 두께를 가지는 철 혹은 비철금속 등의 평판 부재를 3차원 곡면을 가지도록 성형하기 위하여 상부 및 하부 롤러 형상이 볼록 혹은 오목 곡면을 가지도록 함으로써 3차원 곡면 형상을 효율적으로 만들어 낼 수 있는 장비 및 방법을 제공하는 발명이 개시된다.
일본 공개특허 특개평06-31361호에는 대형의 금속판을 용접하여 제작된 판블랭크를 일정 크기로 절단한 후 격자형 금형을 이용하여 열성형함으로써 대형의 활모양장 탱크를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 일본 특허에는 곡면 성형시 스프링백으로 인한 후판의 탄성복원량에 대한 연구 결과가 전혀 기재되어 있지 않으며, 펀치와 다이가 동일한 곡률을 갖는 구조만 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 구체 저장용기를 형성하게 될 알루미늄 후판을 성형시에 전단 변형을 유발하여 탄성복원량을 감소시킴으로써 내부 곡률이 목표 곡률을 이루도록 하여 정밀한 성형 치수를 확보할 수 있도록 한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 정밀 기계 가공되고 서로 마주보는 면이 상이한 곡률을 갖도록 구성된 격자형 금형을 적용하여 성형 하중을 감소시킴과 동시에 치수 정밀도를 향상시킬 수 있도록 한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 서로 형합하여 20㎜ 이상의 두께를 가지는 알루미늄 후판에 곡률을 부여하기 위한 구체(具體) 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치에 있어서, 상기 후판 성형장치는, 상기 알루미늄 후판을 지지하는 면의 곡률이 목표곡률과 대응하는 격자 형태로 볼록하게 형성된 다이와, 상기 목표곡률보다 큰 곡률을 가지는 격자 형태로 오목하게 형성된 펀치를 포함하여 구성되며, 상기 펀치의 격자는 알루미늄 후판의 중앙부와 이격되고, 상기 펀치와 다이의 가장자리는 알루미늄 후판과 동시에 접촉하여 국부 가압하는 것을 특징으로 한다.
상기 펀치의 곡률은 다이의 곡률보다 2% 이상 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예는 서로 형합하여 20㎜ 이상의 두께를 가지는 알루미늄 후판에 곡률을 부여하기 위한 구체(具體) 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치에 있어서, 상기 후판 성형장치는, 상기 알루미늄 후판을 지지하는 면의 곡률이 목표곡률보다 큰 곡률을 갖도록 격자 형태로 오목하게 형성된 다이와, 상기 목표곡률과 대응하는 곡률을 가지는 격자 형태로 볼록하게 형성된 펀치를 포함하여 구성되며, 상기 다이의 격자는 알루미늄 후판의 중앙부와 이격되고, 상기 펀치와 다이의 가장자리는 알루미늄 후판과 동시에 접촉하여 국부 가압하는 것을 특징으로 한다.
상기 다이의 곡률은 펀치의 곡률보다 2% 이상 큰 것을 특징으로 한다.
상기 다이와 펀치의 격자두께는 알루미늄 후판의 두께와 비례하는 것을 특징으로 한다.
상기 다이와 펀치의 격자는 알루미늄 후판에 대하여 형합시, 외측으로 갈수록 이격 거리는 감소하고 전단변형량은 증가시키는 것을 특징으로 한다.
상기 다이와 펀치의 격자두께는 20㎜ 이상의 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 다이와 펀치의 격자는 동일한 수직선 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치에 의하면, 알성형된 알루미늄 후판의 탄성복원량을 감소시켜 치수정밀도가 향상될 수 있다.
따라서, 알루미늄 후판의 내면이 저장용기의 내면과 동일한 곡률(목표곡률)을 갖도록 함으로써 저장 용량을 확보가 가능하며 저장용기의 수명 연장도 기대된다.
또한 정밀 기계 가공되어 서로 마주보는 면에 곡률을 가지는 격자형 금형을 이용하여 알루미늄 후판을 가압 성형함으로써 금형과 알루미늄 후판의 접촉면적을 줄여 성형하중을 줄일 수 있으므로 생산성 및 작업 효율이 향상되는 이점도 있다.
뿐만 아니라, 일정한 내부 압력이 유지되는 저장용기로 인해 내부 압력이 균등하게 분포됨으로써 저장용기의 안전성이 향상되는 효과를 기대할 수 있게 되며, 이에 따라 저장용기의 사용에 따른 유지 비용이 절감되는 효과를 기대할 수 있게 된다.
도 1 은 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치로 제조된 알루미늄 후판의 사용 상태를 나타낸 개요도.
도 2 는 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치의 구성을 보인 개요도.
도 3 은 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치의 구성을 보인 사시도.
도 4 는 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판의 성형장치를 이용하여 성형된 알루미늄 후판에 대하여 두께 및 크기 변화에 따른 탄성 복원량 병화를 비교한 그래프.
도 5 는 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판의 성형장치를 이용하여 성형된 알루미늄 후판에 대하여 두께 방향 소성 변형량을 측정하여 나타낸 그래프.
도 6 은 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판의 성형장치를 이용하여 성형된 알루미늄 후판에 대하여 성형시 성형하중 변화를 비교하여 나타낸 그래프.
도 7 은 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판의 성형장치에서 펀치와 다이의 격자두께와 탄성복원량의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 8 은 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판의 성형장치에서 펀치와 다이의 격자두께와 성형하중의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 9 는 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판의 성형장치에 대한 다양한 실시예를 나타낸 개략도.
이하에서는 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치에 의해 성형되는 알루미늄 후판(20)의 사용례를 첨부된 도 1을 참조하여 설명한다.
다만, 본 발명의 사상은 이하에서 살펴보는 실시 예에 의해 그 실시 가능 상태가 제한된다고는 할 수 없고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 이용하여 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함된다고 할 것이다.
그리고, 본 명세서 또는 청구 범위에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 개념으로, 본 발명의 기술적 내용을 파악함에 있어서, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치(도 2의 도면부호 100 참조)의으로 제조된 알루미늄 후판(20)의 사용 상태를 나타낸 개요도이다.
액화천연가스는 천연가스를 영하 162℃ 상태에서 약 600배 압축하여 액화시킨 상태의 가스이므로, 액화천연가스를 저장하는 저장용기의 외벽은 저온 취성에 강하며 내부식성 및 기계적 물성이 뛰어난 알루미늄 후판(厚板)이 주로 사용된다.
이하의 설명에서 상기 알루미늄 후판(20)은 판재의 두께가 적어도 20㎜ 이상의 알루미늄을 포함하는 금속성 판재를 알루미늄 후판(20)이라 칭하기로 한다.
알루미늄 후판(20)을 적용한 저장용기(10)의 대곡면 성형 시 블록 타입의 금형을 제작하여 성형하는 성형 방법은 현실적으로 어려우므로, 격자 형태의 금형을 사용하여 다수의 곡면 판재를 성형한 다음 이들 곡면 판재를 이어 붙임으로써 상기 저장용기(10)를 성형하게 된다.
즉, 상기 액화천연가스를 운반하기 위한 상기 저장용기(10)는 일정 정도의 지름을 가지면서 내부 공간을 가지는 구(球) 형태로 형성되어 주로 선박(1)에 다수 개가 설치되고, 상기 선박(1)에 설치되는 상기 저장용기(10)의 내부 공간에 액체 상태의 액화천연가스가 수용되면서 상기 선박(1)의 이동에 의해 원하는 위치로 운반하게 된다.
상기 저장용기(10)는 그 내부 공간에 많은 양의 액체 상태 또는 기체 상태의 저장 물질을 저장하기 위하여 내면의 지름이 40m 이상의 크기로 이루어진다. 물론, 더 작거나 크게 형성되는 구성도 가능하나, 많은 양의 저장 물질을 저장하기 위하여서는 지름이 큰 형태가 바람직할 것이다.
이처럼, 내부 공간을 크게 형성하기 위한 상기 저장용기(10)는 다수의 알루미늄 후판(20)를 곡면 성형한 후 이음 결합함으로써 대곡면을 갖게 된다.
이때, 알루미늄 후판(20)은 대곡면 성형에서 발생하는 성형 하중 및 탄성 복원량을 감소시키기 위하여 격자형 금형이 적용된다.
이하 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 후판 성형장치(100)의 구성을 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치(100)의 구성을 보인 개요도이고, 도 3은 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치(100)의 구성을 보인 사시도이다.
도면과 같이 후판 성형장치(100)는 내부에 안착된 알루미늄 후판(20)을 가압하여 곡률을 부여하기 위한 것으로서, 펀치(120)와 다이(140)를 포함하여 구성된다.
상기 펀치(120)와 다이(140)는 격자형 금형이 채택된 것으로, 정밀 기계 가공을 통해 계단 형상의 단이 제거되도록 구성되며, 펀치(120)와 다이(140)가 마주보는 곡면의 곡률이 서로 상이하도록 구성된다.
즉, 상기 펀치(120)와 다이(140)의 마주보는 곡면의 곡률 중 상대적으로 작은 곡률을 갖는 곡면이 목표곡률(Rt:알루미늄 후판(20)의 내면에 부여하고자 하는 곡률)과 대응하도록 가공된다.
즉, 도 2에서 펀치의 곡률(Rp)과 다이의 곡률(Rd)은 서로 상이하게 구성되며, 펀치(120)와 다이(140)가 서로 형합하여 알루미늄 후판(20)에 곡률을 부여할 수 있도록 하기 위해 다이의 곡률(Rd)이 펀치의 곡률(Rp)보다 작아지도록 형성하되, 다이의 곡률(Rd)은 목표곡률(Rt)과 대응하게 된다.
따라서, 상기 다이(140) 상면의 곡률반지름(1/Rd)은 펀치의 곡률반지름(1/Rp)보다 크게 형성됨이 바람직하다.
그리고, 본 발명에서 상기 알루미늄 후판(20)은 가로와 세로의 길이가 1186×790㎜를 가지면서 20 또는 30㎜ 두께를 갖는 알루미늄 판재에 곡률을 부여하였으며, 펀치(120) 또는 다이(140)의 격자에 곡률반경 1500㎜와 1000㎜를 채택함으로써 알루미늄 후판(20)의 내면(오목한 면)에 형성된 실제곡률(Rw)이 1/1000 또는 1/1500의 목표곡률(Rt)을 갖는지를 실험하였다.
보다 상세하게는, 성형 조건 및 공정 조건에 따른 알루미늄 후판(20)의 탄성 복원력과 성형 하중 등을 변화를 분석하기 위하여 상기 알루미늄 후판(20)의 두께, 금형의 곡률, 격자두께(Lt) 등을 변수로 적용하여 성형 해석을 수행한 결과를 예를 들어 살펴보기로 한다.
이하의 설명에서는 성형 조건들의 비교 분석을 위하여 성형 조건들을 서로 달리하면서 다수의 실험을 통해 본 발명의 구성을 살펴보기로 한다. 이때 사용되는 각 유형별 성형조건은 아래 표와 같다.
구분 다이곡률반지름(㎜) 펀치곡률반지름(㎜) 플레이트 두께(㎜)
Case 1 1,500 1,520 20
Case 2 1,500 1,530 30
Case 3 1,500 1,520 30
Case 4 1,000 1,020 20
이하 첨부된 도 4 내지 도 6을 참조하여 다이의 곡률반지름과 알루미늄 후판(20)의 두께 변화에 따른 탄성복원량, 소성소성변형률 및 성형하중의 변화를 살펴보았다.
도 4는 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판의 성형장치(100)를 이용하여 성형된 알루미늄 후판(20)에 대하여 두께 및 크기 변화에 따른 탄성 복원량 병화를 비교한 그래프이고, 도 5는 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치(100)를 이용하여 성형된 알루미늄 후판(20)에 대하여 두께 방향 소성 변형량을 측정하여 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치(100)를 이용하여 성형된 알루미늄 후판(20)에 대하여 성형시 성형하중 변화를 비교하여 나타낸 그래프이다.
이때 곡면 성형된 알루미늄 후판(20)의 탄성 복원량은 펀치(120)를 제거한 다음 복원되는 높이를 측정하여 금형의 곡률과 비교하였다.
한편, 다양한 성형 조건에 따른 탄성 복원량을 측정하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 상기 격자 형태의 후판 성형장치(100)에 의해 압착되는 상기 알루미늄 후판(20)은 x-축 방향으로 성형 후 치수를 측정하게 된다.
물론, 다른 방향으로 탄성 복원량을 측정할 수 있으며, 다만 곡면 성형된 알루미늄 후판(20)은 수평, 수직 및 대각선 방향 모두 동일한 곡률을 가지고 있으므로, 탄성 복원량은 상기 알루미늄 후판(20)의 가장 긴 변인 x축 방향으로 측정하는 것이 바람직할 것이다.
도 4와 같이 Case 1 내지 Case 4는 x=560㎜에서 각각 6.6, 6.5, 5.6, 3.3㎜의 탄성 복원량을 나타내어 Case 1의 경우 가장 큰 탄성 복원량을 발생하였다.
x값 560㎜는 상기 알루미늄 후판(20)의 중앙 부분으로부터 560㎜ 정도 이격된 위치를 의미한다.
Case 4는 1/1500의 목표곡률(Rt)에 대비하여 30% 증가시킨 1/1000의 곡률을 적용하여 과도 굽힘한 경우로서 도 5에서 확인할 수 있듯이, Case 1 내지 Case 4 중에서 가장 큰 소성 변형률을 발생하여 탄성복원량이 감소한 것으로 판단된다.
반대로 Case 4는 도 6과 같이 성형하중이 상대적으로 증가하였다. 따라서, 목표곡률(Rt)에 대하여 상대적으로 큰 곡률을 갖는 곡면은 성형하중을 고려하여 목표곡률(Rt) 대비 2% 이상 50% 이하의 범위 내에서 크게 적용함이 바람직하다.
한편, 케이스 2와 3 비교함으로써 펀치의 곡률(Rp)을 상이하게 적용시에 알루미늄 후판(20)의 탄성 복원량 차이를 확인할 수 있다.
즉, Case 2와 Case 3의 비교를 통하여 1/1500으로 동일한 다이의 곡률(Rd)을 적용하고, 동일한 30㎜ 두께의 알루미늄 후판(20)을 각각 준비하고 펀치의 곡률(Rp)을 1/1530로 적용한 Case 2와, 펀치의 곡률(Rp)을 1/1520로 적용한 Case 3에 대하여 탄성 복원력이 얼마나 차이 나는지를 실험하였다.
그 결과 도 4와 같이 Case 2는 Case 1과 비교할 때 14％의 탄성 복원량이 감소하였을 뿐만 아니라, 성형 하중도 41％ 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, Case 2의 경우 상기 알루미늄 후판(20)의 하면 즉, 다이(140)와 접촉하는 면의 곡률은 Case 1과 동일하지만 펀치의 곡률(Rp)은 Case 1보다 큰 곡률을 가지므로 상기 알루미늄 후판(20)의 두께별 유효 소성 변형률이 크게 발생하여 탄성 복원량이 감소하는 것으로 해석된다.
또한, 곡률이 다르게 설계된 다이(140) 및 펀치(120)가 완전히 닫힌 시점에서 상기 알루미늄 후판(20)은 금형에 완벽하게 접촉되지 않으므로, 전단 변형을 유발하여 성형 하중의 감소 및 탄성 복원력 감소를 나타낸 것으로 판단된다.
이하 첨부된 도 7 및 도 8을 참조하여 펀치(120)와 다이(140)의 격자두께(Lt) 변화에 따른 탄성복원량 및 성형하중 변화를 살펴본다.
도 7은 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치(100)에서 펀치(120)와 다이(140)의 격자두께(Lt)와 탄성복원량의 상관관계를 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치(100)에서 펀치(120)와 다이(140)의 격자두께(Lt)와 성형하중의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8은 접촉 면적의 크기에 따른 탄성복원량의 변화를 관찰하기 위한 결과로서, 20㎜와, 10㎜의 격자두께(Lt)를 갖는 후판 성형장치(100)를 준비하여 탄성 복원량을 측정하였다.
그 결과 격자두께(Lt)가 감소할수록 탄성복원량은 8.3, 7.3, 7.2㎜로 미세하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
그러나, 격자두께(Lt)가 감소하면 할수록 도 8과 같이 급격한 성형하중의 증가를 나타내게 되므로 알루미늄 후판(20)의 표면에 국부적인 찍힘 현상을 발생할 수 있다. 따라서, 상기 다이(140)와 펀치(120)의 격자두께(Lt)는 알루미늄 후판(20)의 두께와 비례하도록 구성됨이 바람직하다.
즉, 상기 격자두께(Lt)는 본 발명의 실시예를 토대로 20㎜ 이상이 되도록 제한됨이 바람직하다.
이하 첨부된 도 9를 토대로 상기 후판 성형장치(100)의 다양한 실시예의 구성을 설명한다.
도 9는 본 발명에 의한 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치(100)에 대한 다양한 실시예를 나타낸 개략도이다.
상기 후판 성형장치(100)는 좌측 그림과 같이 다이(140)의 상면이 목표곡률(Rt)을 갖도록 하거나, 펀치(120)의 하면이 목표곡률(Rt)을 갖도록 변경 실시 가능하다.
이때 상기 목표곡률(Rt)을 갖지 않는 펀치 또는 다이의 곡률(Rd 또는 Rp)은 목표곡률(Rt)보다 큰 곡률을 갖도록 구성되며, 펀치(120)와 다이(140) 사이에 안착되는 알루미늄 후판(20)은 목표곡률(Rt)과 전체적으로 접촉하고, 목표곡률(Rt)보다 큰 곡률을 갖는 상대물과는 중앙부가 띄워진 상태가 된다.
그리고, 상기 알루미늄 후판(20)은 중앙에서 외측으로 갈수록 펀치(120) 또는 다이(140)와 이격된 거리가 좁아지게 되며, 이로 인하여 전단변형량은 증가함으로서 탄성복원량을 감소시킬 수 있게 된다.
이때 다이(140)와 펀치(120)의 격자는 동일한 수직선 상에 위치하도록 구성되며, 동일한 두께를 갖도록 형성됨이 바람직하다.
도 7에서 좌측의 후판 성형장치(100)에 의해 성형된 알루미늄 후판(20)은 하면이 목표곡률(Rt)을 갖게 되며, 우측의 후판 성형장치(100)에 의해 성형된 알루미늄 후판(20)은 상면이 목표곡률(Rt)을 갖게 된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
1. 선박 10. 저장용기
20. 알루미늄 후판 100. 후판 성형장치
120. 펀치 140. 다이
Lt. 격자두께 Rd. 다이의 곡률
Rp. 펀치의 곡률 Rt. 목표곡률
Rw. 실제곡률

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 서로 형합하여 20㎜ 이상의 두께를 가지는 알루미늄 후판에 곡률을 부여하기 위한 구체(具體) 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치에 있어서,
    상기 후판 성형장치는, 상기 알루미늄 후판을 지지하는 면의 곡률이 목표곡률과 대응하는 곡률을 가지는 격자 형태로 볼록하게 형성된 다이와, 상기 목표곡률보다 2% 이상 큰 곡률을 가지는 격자 형태로 오목하게 형성된 펀치를 포함하고,
    상기 펀치의 격자는 알루미늄 후판의 중앙부와 이격되고 상기 펀치와 다이의 가장자리는 알루미늄 후판과 동시에 접촉하여 국부 가압하며,
    상기 다이와 펀치의 격자는 알루미늄 후판에 대하여 형합시, 외측으로 갈수록 이격 거리는 감소하고 전단변형량은 증가시키는 것을 특징으로 하는 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치.
  3. 삭제
  4. 서로 형합하여 20㎜ 이상의 두께를 가지는 알루미늄 후판에 곡률을 부여하기 위한 구체(具體) 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치에 있어서,
    상기 후판 성형장치는, 상기 알루미늄 후판을 지지하는 면의 곡률이 목표곡률보다 2% 이상 큰 곡률을 갖도록 격자 형태로 오목하게 형성된 다이와, 상기 목표곡률과 대응하는 곡률을 가지는 격자 형태로 볼록하게 형성된 펀치를 포함하고,
    상기 다이의 격자는 알루미늄 후판의 중앙부와 이격되고 상기 펀치와 다이의 가장자리는 알루미늄 후판과 동시에 접촉하여 국부 가압하며,
    상기 다이와 펀치의 격자는 알루미늄 후판에 대하여 형합시, 외측으로 갈수록 이격 거리는 감소하고 전단변형량은 증가시키는 것을 특징으로 하는 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 다이와 펀치의 격자두께는 알루미늄 후판의 두께와 비례하는 것을 특징으로 하는 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 다이와 펀치의 격자두께는 20㎜ 이상의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 다이와 펀치의 격자는 동일한 수직선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 구체 저장용기 제작용 알루미늄 후판 성형장치.
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