KR101350716B1

KR101350716B1 - 롤 포밍 방법 및 이를 이용하여 생산되는 성형빔

Info

Publication number: KR101350716B1
Application number: KR1020110126333A
Authority: KR
Inventors: 정광욱; 손봉근
Original assignee: 주식회사 성우하이텍
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2014-01-14
Also published as: KR20130060048A; CN103128141B; CN103128141A; US8991230B2; DE102011057060B4; US20130136942A1; DE102011123011B3; DE102011057060A1

Abstract

롤 포밍 방법 및 이를 이용하여 생산되는 성형빔이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 롤 포밍 방법은 롤 포밍 단계와 벤딩 단계를 포함하는 롤 포밍 방법에 있어서, 롤 포밍 단계에서 다단의 롤 포머를 통하여 폐단면을 갖도록 순차적으로 절곡 성형된 성형빔의 일면을 내곡면으로 성형한 후, 벤딩 단계에서 상기 성형빔 상의 내곡면이 라운드 벤더에 곡률 반경 방향의 내측으로 배치되도록 하여 상기 성형빔을 다단으로 곡률 성형하는 것을 특징으로 하며, 이러한 롤 포밍 방법을 이용하여 적어도 하나 이상의 폐단면을 형성하여 곡률 성형되며, 곡률 반경 방향의 내측 단면은 내곡면으로 성형되는 성형빔이 제공된다.

Description

롤 포밍 방법 및 이를 이용하여 생산되는 성형빔{ROLL FORMING METHOD AND FORMED BEAM PRODUCED BY USING THE SAME}

본 발명은 롤 포밍 방법 및 이를 이용하여 생산되는 성형빔에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 롤 포밍 공정을 통하여 생산되는 폐단면 성형빔의 곡률 성형 시, 곡률 반경 방향의 내측 단면에 살몰림에 의한 불균일한 덴트(Dent)의 발생을 방지할 수 있도록 하는 롤 포밍 방법 및 이를 이용하여 생산되는 성형빔에 관한 것이다.

일반적으로 롤 포밍 공법은 코일을 풀어 상부 성형롤과 하부 성형롤을 한 쌍으로 구성하는 롤 포머가 다단으로 일렬 배치되는 롤 포머 유닛을 거치도록 하여 다양한 형상으로 절곡 성형하는 것으로, 특히 차량용 범퍼빔과 같이 다양한 형상으로 절곡 성형된 직선타입의 성형빔을 제조하는데 적용된다.

도 1은 일반적인 롤 포밍 시스템 및 그 단계별 공정 개념도이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 롤 포밍 시스템 및 그 공정은 공급되는 코일(10)을 풀어주는 언코일러(1)가 공정라인 전방에 구성되어 언코일 단계(S1)를 진행한다.

상기 언코일러(1)의 공정방향 후방에는 언코일러(1)로부터 풀려 나온 띠상의 강판을 평판의 강판패널(20)로 펴주는 스트레이트너(2)가 구비되어 스트레이트닝 단계(S2)를 진행한다.

상기 스트레이트너(2)의 공정방향 후방에는 스트레이트너(2)로부터 공급된 강판패널(20)에 여러 용도의 구멍을 성형하는 브레이크 프레스(3)가 구비되어 피어싱 단계(S3)를 진행한다.

상기 브레이크 프레스(3)의 공정방향 후방에는 적어도 10단 이상의 롤 포머(R1~R7; 일부 미도시)들로 구성되는 롤 포밍 유닛(4)이 배치되어 상기 언코일러(1), 스트레이트너(2), 및 브레이크 프레스(3)를 거쳐 공급되는 강판패널(20)을 순차적으로 절곡 성형하여 얻고자 하는 폐단면을 갖는 성형빔(30)의 형상으로 롤 성형하는 롤 포밍 단계(S4)를 진행한다.

상기 롤 포밍 유닛(4)의 공정방향 후방에는 레이저 용접기(5)가 구비되어 레이저 발진기(5a)로부터 출력되는 레이저빔을 상기 성형빔(30)의 용접부에 조사하여 용접 단계(S5)를 진행한다.

그리고 상기 레이저 용접기(5)의 공정방향 후방에는 라운드 벤더(6)가 구비되어 성형하고자하는 곡률 반경을 따라 배치된 다단의 벤딩롤 유닛을 통하여 성형빔(30)을 통과시킴으로써 일정 곡률을 갖는 성형빔(40)으로 성형하는 벤딩 단계(S6)를 진행한다.

도 2는 일반적인 라운드 벤더의 측면 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 라운드 벤더(6)는 5단의 벤딩롤 유닛을 포함한다.

제1단 벤딩롤 유닛(BR1)은 롤 프레임(6a) 상의 공정방향 전방에 상하로 한 쌍의 벤딩롤로 구성되어 롤 포밍 유닛(4)의 최후단 롤 포머(도 1에서 R7)의 성형롤로부터 용접 단계(S5)를 거쳐 공급되는 성형빔(30)을 안내한다.

또한, 제2단 벤딩롤 유닛(BR2)은 상기 롤 프레임(6a) 상의 제1단 벤딩롤 유닛(BR1)의 공정방향 후방에 역시 상하로 한 쌍의 벤딩롤로 구성되어 상기 성형빔(30)을 곡률 반경 방향으로 구름 지지한다.

또한, 제3단, 제4단, 제5단 벤딩롤 유닛(BR3, BR4, BR5)은 상기 롤 프레임(6a) 상의 제2단 벤딩롤 유닛(BR2)의 공정방향 후방에 성형하고자 하는 곡률 반경을 따라 차례로 배치되며, 각각은 역시 상하로 한 쌍의 벤딩롤로 구성되어 상기 성형빔(30)을 통과시킴으로써 일정 곡률을 갖는 성형빔(40)으로 성형한다.

그리고 이러한 라운드 벤더(6)의 공정방향 후방에는 컷팅 프레스(7)가 구비되어 상기 성형빔(40)을 제품화하기 위한 완성품의 규격대로 절단하는 컷팅 단계(S7)를 진행한다.

도 3은 일반적인 롤 포밍 시스템 및 공정을 통하여 생산된 성형빔의 사시도이다.

도 3을 참조하면, 상기한 롤 포밍 시스템 및 그 공정을 통하여 생산되는 일 예에 의한 성형빔(50)을 도시하고 있으며, 일 예에 의한 성형빔(50)은 상하로 폐단면을 갖도록 절곡되고, 양 단부가 레이저 용접되어 일정 곡률로 성형된다.

이러한 성형빔(50)의 사용 예로는 차체 부품 또는 다양한 산업용 설비의 빔재로 이용될 수 있으며, 특히, 차량용 범퍼빔으로 적용될 수 있다.

그러나 이러한 폐단면을 갖는 성형빔(50)은, 도 3에서도 도시된 바와 같이, 라운드 벤더(6)를 통한 곡률 성형 시, 곡률 반경 방향의 폭이 넓은 내측 단면을 따라 살몰림에 의해 깊이와 발생위치가 불균일한 다수의 덴트(D; Dent)를 발생시켜 성형빔(50)의 충돌강성을 저하시키는 문제점이 있다.

또한, 이러한 성형빔(50)을 차량용 범퍼빔으로 적용하는 경우, 상기 성형빔(50)의 일측에 홀(H)을 가공하여 토잉훅 파이프(미도시)을 끼운 상태로 CO₂용접하는데, 이때, 성형빔(50) 상의 불균일한 덴트(D)는 토잉훅 파이프과 성형빔(50)의 용접부 사이에 불균일한 단차를 발생시켜 용접불량의 원인이 되는 문제점이 있다.

즉, 상기한 종래 기술로부터 성형빔(50)과 토잉훅 파이프(미도시)의 용접품질을 확보하기 위해서는 용접부 전수검사를 통해 추가적인 용접공정을 진행해야 하나, 이는 자동화 공정에서 생산성 저하의 원인이 된다.

본 발명의 실시 예는 롤 포밍 공정을 통하여 생산되는 폐단면 성형빔의 곡률 성형 시, 곡률 반경 방향의 내측 단면을 내곡면으로 롤 성형하여 살몰림 현상을 흡수하도록 유도함으로써 살몰림에 의한 불균일한 덴트(Dent)의 발생을 방지함과 동시에 성형빔의 강성을 증대할 수 있도록 하는 롤 포밍 방법 및 이를 이용하여 생산되는 성형빔을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 롤 포밍 단계와 벤딩 단계를 포함하는 롤 포밍 방법에 있어서, 상기 롤 포밍 단계에서 다단의 롤 포머를 통하여 폐단면을 갖도록 순차적으로 절곡 성형된 성형빔의 일면을 내곡면으로 선행하여 성형한 후, 상기 벤딩 단계에서 상기 성형빔 상의 내곡면이 라운드 벤더에 곡률 반경 방향의 내측으로 배치되도록 하여 상기 성형빔을 다단으로 곡률 성형하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 내곡면은 상기 다단의 롤 포머 중, 최후단 롤 포머에서 진행될 수 있다.

또한, 상기 곡률 성형은 상기 라운드 벤더에 구성되는 적어도 3단 이상의 벤딩롤 유닛을 통하여 진행될 수 있다.

또한, 상기 내곡면에 이웃하는 외 측면은 경사각을 갖는 경사면으로 성형될 수 있다.

또한, 상기 외 측면은 상기 롤 포밍 단계에서 경사각이 규제되고, 상기 벤딩 단계에서 경사각이 규제되지 않은 상태로 성형될 수 있다.

또한, 상기 내곡면은 일정 곡률로 성형될 수 있다.

또한, 상기한 롤 포밍 방법을 이용하여 성형되는 성형빔을 제공한다.

즉, 상기 성형빔은 적어도 하나 이상의 폐단면을 형성하여 곡률 성형되며, 곡률 반경 방향의 내측 단면은 내곡면으로 상기 롤 포밍 방법을 이용하여 성형될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 롤 포밍 공정을 통하여 생산되는 폐단면을 갖는 성형빔을 곡률 성형하는 경우, 곡률 반경 방향의 내측 단면을 내곡면으로 선행하여 롤 성형하여 곡률 성형 과정의 살몰림 현상을 내곡면을 통해 흡수할 수 있도록 유도함으로써 곡률 반경 방향의 내측 단면에 살몰림에 의한 불균일한 덴트(Dent)의 발생을 방지할 수 있다.

이에 따라, 성형빔의 강성을 높여 차량용 범퍼빔으로 적용 시, 그 충돌 성능을 확보할 수 있다.

또한, 성형빔에 다양한 부품을 용접하는 경우, 용접부를 균일하게 하여 용접품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 롤 포밍 시스템 및 그 단계별 공정 개념도이다.
도 2는 일반적인 라운드 벤더의 측면 구성도이다.
도 3은 일반적인 롤 포밍 시스템 및 공정을 통하여 생산된 성형빔의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법의 단계별 공정도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법의 제1단계의 공정 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법의 제2단계의 공정 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법의 제3단계의 공정 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법의 제4단계의 공정 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법을 이용하여 성형되는 성형빔의 일 예에 의한 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

또한, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.

도 1은 일반적인 롤 포밍 시스템 및 그 단계별 공정 개념도이고, 도 2는 일반적인 라운드 벤더의 측면 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법의 단계별 공정도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법이 적용되는 전체적인 롤 포밍 공정은 공정라인 전방에서, 언코일러(1)를 통하여 공급되는 코일(10)을 풀어주는 언코일 단계(S1)를 진행한다.

상기 언코일 단계(S1)에 이어, 언코일러(1)로부터 풀려 나온 띠상의 강판을 스트레이트너(2)를 통하여 평판의 강판패널(20)로 펴주는 스트레이트닝 단계(S2)를 진행한다.

상기 스트레이트닝 단계(S2)에 이어, 스트레이트너(2)로부터 공급된 강판패널(20)에 브레이크 프레스(3)를 통하여 여러 용도의 구멍을 성형하는 피어싱 단계(S3)를 진행한다.

상기 피어싱 단계(S3)에 이어서는 적어도 10단 이상의 롤 포머(R1~R7; 일부 미도시)들로 구성되는 롤 포밍 유닛(4)을 통하여 상기 브레이크 프레스(3)로부터 공급되는 강판패널(20)을 순차적으로 절곡 성형하여 폐단면을 갖는 성형빔(30)의 형상으로 롤 성형하는 롤 포밍 단계(S4)를 진행한다.

또한, 상기 롤 포밍 단계(S4)에 이어, 상기 롤 포밍 유닛(4)으로부터 공급되는 폐단면을 갖는 성형빔(30)의 용접부에 레이저 용접기(5)를 통하여 레이저 발진기(5a)로부터 출력되는 레이저빔을 조사하여 용접 단계(S5)를 진행한다.

그리고 상기 용접 단계(S5)의 공정방향 후방에서는 곡률 반경을 따라 5단의 벤딩롤 유닛(BR1, BR2, BR3, BR4, BR5)이 배치된 라운드 벤더(6)를 통하여 상기 폐단면을 갖는 성형빔(30)을 곡률 성형하는 벤딩 단계(S6)를 진행한다.

도 2를 참조하면, 상기 라운드 벤더(6)는 5단의 벤딩롤 유닛(BR1, BR2, BR3, BR4, BR5)으로 구성된다.

제1단 벤딩롤 유닛(BR1)은 롤 프레임(6a) 상의 공정방향 전방에 상하로 한 쌍의 벤딩롤로 구성되어 롤 포밍 유닛(4)의 최후단 롤 포머(도 1에서 R7)의 성형롤로부터 상기 용접 단계(S5)를 거쳐서 공급되는 성형빔(30)을 안내한다.

또한, 제3단, 제4단, 제5단 벤딩롤 유닛(BR3, BR4, BR5)은 상기 롤 프레임 (6a)상의 제2단 벤딩롤 유닛(BR2)의 공정방향 후방에 성형하고자 하는 곡률 반경을 따라 차례로 배치되며, 각각은 역시 상하로 한 쌍의 벤딩롤로 구성되어 상기 성형빔(30)을 통과시킴으로써 일정 곡률을 갖는 성형빔(40)으로 성형한다.

그리고 상기한 벤딩 단계(S6)에 이어서는 컷팅 프레스(7)를 통하여 상기 성형빔(40)을 제품화하기 위한 완성품의 규격대로 절단하는 컷팅 단계(S7)를 진행한다.

이러한 단계별 롤 포밍 공정에서, 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법은 상기 롤 포밍 단계(S4)와 벤딩 단계(S6) 사이에서 이루어진다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법은 상기 롤 포밍 단계(S4)에서 다단의 롤 포머(R1~R7; 일부 미도시)를 통하여 폐단면을 갖도록 길이방향을 따라 순차적으로 절곡 성형된 성형빔(30)의 일면을 폭방향으로도 곡률을 갖는 내곡면으로 성형한 후, 상기 벤딩 단계(S6)에서 상기 성형빔(30) 상의 내곡면이 라운드 벤더(6)에 곡률 반경 방향의 내측으로 배치되도록 하여 상기 성형빔(30)을 길이방향을 따라 다단으로 곡률 성형하는 기술적 특징을 갖는다.

이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법을 보다 구체적으로 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법은 총 4단계(ST1, ST2, ST3, ST4)로 구분될 수 있다.

먼저, 제1단계(ST1)는 롤 포밍 단계(S4)에서, 롤 포밍 유닛(4)의 최후단 롤 포머(도 1에서 R7)에서 진행된다.

상기 제1단계(ST1)에서는 상기 라운드 벤더(6)를 통하여 폐단면을 갖는 성형빔(30)을 길이방향을 따라 곡률 성형하는 과정에서, 상기 성형빔(30)의 곡률 반경 방향의 내측 단면에 살몰림 현상에 의한 덴트(D; Dent)의 발생을 방지하도록 상기 살몰림의 방향을 단면 내측으로 유도하도록 단면의 폭방향으로 곡률을 갖는 내곡면(I)을 선행하여 성형한다.

여기서, 상기 제1단계(ST1)에 의한 내곡면(I)의 성형을 위해 본 발명에서는 상기 롤 포밍 단계(S4)에서, 롤 포밍 유닛(4)의 다단의 롤 포머(R1~R7 ; 일부 미도시)에 의해 패널이 길이방향을 따라 폐단면을 갖는 성형빔(30)으로 절곡 성형된 이후, 최후단 롤 포머(도 1에서 R7) 상에서 진행되는 예를 설명하고 있으나, 이러한 제1단계(ST1)의 내곡면(I) 성형은 롤 포밍 단계(S4)와는 상관없이 별도의 성형단계를 통하여 진행할 수 있으며, 상기한 벤딩 단계(S6)의 제1단 벤딩롤 유닛(BR1)에서 진행할 수도 있다.

이러한 제1단계(ST1)에서의 내곡면(I)의 성형 시에는 상기 내곡면(I)으로 인해 이웃하는 측면의 불균일한 변경을 방지하도록 상기 내곡면(I)에 이웃하는 외 측면(F)을 내측으로 일정각 경사지게 경사면으로 성형한다.

도 5를 참조하여 상기한 제1단계에서의 내곡면(I) 성형을 보다 구체적으로 설명한다.

도 5를 참조하면, 상기 최후단 롤 포머(도 1에서 R7)의 하부 성형롤(41)은 성형빔(30)의 하부면 치수와 동일하게 적용된다.

그리고 상부 성형롤(42)은 상기 성형빔(30)의 상부면 일측(즉, 폭이 넓은 폐단면 구간의 상면)에 대하여 폭방향으로 곡률을 갖는 내곡면(I)을 성형하도록 곡면으로 돌출된 곡면 성형부(42a)를 형성한다.

또한, 상기 상부 성형롤(42)은 성형빔(30)의 내곡면(I)에 이웃하는 외 측면(F)을 경사면으로 성형하도록 상기 곡면 성형부(42a)와 연결되는 측면 성형부(42b)를 형성한다.

여기서, 상기 곡면 성형부(42a)는 성형될 내곡면(I) 중앙의 최대 깊이(d1a)가 3.7mm가 되도록 일정 곡률을 갖는 곡면으로 그 치수가 설정되고, 상기 측면 성형부(42b)는 수직선에 대하여 "8°"의 경사각(θ1a)을 갖도록 치수가 설정된다.

이러한 상부 성형롤(42)의 치수에 있어서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 곡면 성형부(42a)와 측면 성형부(42b)의 치수가 상기와 같이 설정되었으나, 상기한 치수에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 조정될 수 있다.

이러한 상부 성형롤(42)의 곡면 성형부(42a)와 측면 성형부(42b)에 의해 성형빔(30)에 폭방향으로 곡률 성형된 내곡면(I)과 이에 이웃하는 외 측면(F)은 성형 이후, 폐단면의 구조적 저항에 의한 스프링 백으로 내곡면(I) 중앙의 최대 깊이(d1)가 2mm가 되도록 복원되고, 외 측면(F)의 경사각(θ1)은 수직선에 대하여 "6°"의 경사각으로 복원된다.

그리고 제2단계(ST2)는 벤딩 단계(S6)에서, 라운드 벤더(6)의 제1단 벤딩롤 유닛(BR1)을 통하여 진행된다.

상기 제2단계(ST2)에서는 상기 제1단계(ST1)에서, 최후단 롤 포머(도 1에서 R7)를 통하여 성형빔(30)의 곡률 반경 방향의 내측 단면에 폭방향으로 곡률 형성된 상기 내곡면(I)에 대하여 허용 최대 깊이(d2a)까지 추가로 내곡면(I)을 성형한다.

이때, 상기 제2단계(ST2)에 의한 내곡면(I)의 허용 최대 깊이(d2a)까지의 성형은 본 발명에서는 상기 벤딩 단계(S6)에서, 라운드 벤더(6)의 제1단 벤딩롤 유닛(BR1) 상에서 진행되는 예를 설명하고 있으나, 이러한 제2단계(ST2)의 내곡면(I) 추가 성형은 롤 포밍 단계(S4) 및 벤딩 단계(S6)와는 상관없이 별도의 성형단계를 통하여 진행할 수 있다.

여기서, 상기 허용 최대 깊이(d2a)는 상기 성형빔(30)의 곡률 반경 방향의 내측 단면에 폭방향으로 일정 곡률을 갖는 내곡면(I)의 성형으로 성형부에 파단이 일어나지 않도록 인장강도를 넘지 않는 내곡면(I) 중앙의 최대 깊이로 정의한다.

이와 같이, 제2단계(ST2)에서의 내곡면(I)의 추가 성형시에도, 상기 내곡면(I)으로 인해 이웃하는 측면의 불균일한 변경을 방지하도록 상기 내곡면(I)에 이웃하는 외 측면(F)을 내측으로 더욱 경사지게 하여 경사면으로 성형한다.

도 6을 참조하여 상기한 제2단계(ST2)에서의 내곡면(I) 추가 성형을 보다 구체적으로 설명한다.

도 6을 참조하면, 상기 제1단 벤딩롤 유닛(BR1)의 제1 하부 벤딩롤(61)은 성형빔(30)의 하부면 치수와 동일하게 적용된다.

그리고 제1 상부 벤딩롤(62)은 상기 상부 성형롤(42)과 같이, 상기 성형빔(30)의 상부면 일측(즉, 폭이 넓은 폐단면 구간의 상면)에 대하여 내곡면(I)을 추가 성형하도록 곡면으로 돌출된 곡면 성형부(62a)를 형성한다.

또한, 상기 제1 상부 벤딩롤(62)은 성형빔(30)의 내곡면(I)에 이웃하는 외 측면(F)을 경사면으로 성형하도록 상기 곡면 성형부(62a)와 연결되는 측면 성형부(62b)를 형성한다.

여기서, 상기 제1 상부 벤딩롤(62)의 곡면 성형부(62a)는 성형될 내곡면(I) 중앙의 허용 최대 깊이(d2a)가 3.7mm가 되도록 일정 곡률을 갖는 곡면으로 그 치수가 설정되고, 상기 측면 성형부(62b)는 수직선에 대하여 "16°"의 경사각(θ2a)을 갖도록 치수가 설정된다.

이러한 상기 제1 상부 벤딩롤(62)의 치수에 있어서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 곡면 성형부(62a)와 측면 성형부(62b)의 치수가 상기와 같이 설정되었으나, 상기한 치수에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 조정될 수 있다.

이러한 제1 상부 벤딩롤(62)의 곡면 성형부(62a)와 측면 성형부(62b)에 의해 성형빔(30)에 폭방향으로 곡률 성형된 내곡면(I)과 이에 이웃하는 외 측면(F)은 성형 이후, 폐단면의 구조적 저항에 의한 스프링 백으로 내곡면(I) 중앙의 최대 깊이(d2)가 3mm가 되도록 복원되고, 외 측면(F)의 경사각(θ2)은 수직선에 대하여 "10°"의 경사각으로 복원된다.

이러한 제2단계(ST2)에 이어서, 제3단계(ST3)는 벤딩 단계(S6)에서, 라운드 벤더(6)의 제2단 벤딩롤 유닛(BR2)을 통하여 진행된다.

상기 제3단계(ST3)에서는 상기 제1단 벤딩롤 유닛(BR1)을 통하여 허용 최대 깊이(d2a)까지 추가로 성형된 내곡면(I)에 대하여 상기 내곡면(I)을 상기 허용 최대 깊이(d2a)보다 얕게 성형하여 성형부의 잔류 응력을 흡수하여 소성변형을 유도한다.

이때, 상기 제3단계(ST3)에 의한 내곡면(I)의 소성변형 유도는 본 발명에서는 상기 벤딩 단계(S6)에서, 라운드 벤더(6)의 제2단 벤딩롤 유닛(BR2) 상에서 진행되는 예를 설명하고 있으나, 이러한 제2단계(ST2)의 내곡면(I)의 소성변형 유도는 롤 포밍 단계(S4) 및 벤딩 단계(S6)와는 상관없이 별도의 성형단계를 통하여 진행할 수 있다.

이와 같이, 제3단계(ST3)에서의 내곡면(I)의 소성변형 유도 시에도, 상기 내곡면(I)으로 인해 이웃하는 측면의 불균일한 변경을 방지하도록 상기 내곡면(I)에 이웃하는 외 측면(F)을 내측으로 경사지게 하여 경사면으로 성형한다.

도 7을 참조하여 상기한 제3단계(ST3)에서의 내곡면(I) 소성변형 유도성형을 보다 구체적으로 설명한다.

도 7을 참조하면, 상기 제2단 벤딩롤 유닛(BR2)의 제2 하부 벤딩롤(63)은 성형빔(30)의 하부면 치수와 동일하게 적용된다.

그리고 제2 상부 벤딩롤(64)은 상기 상부 성형롤(42)과 같이, 상기 성형빔(30)의 상부면 일측(즉, 폭이 넓은 폐단면 구간의 상면)에 대하여 내곡면(I)을 성형하도록 곡면으로 돌출된 곡면 성형부(64a)를 형성한다.

또한, 상기 제2 상부 벤딩롤(64)은 성형빔(30)의 내곡면(I)에 이웃하는 외 측면(F)을 경사면으로 성형하도록 상기 곡면 성형부(64a)와 연결되는 측면 성형부(64b)를 형성한다.

여기서, 상기 제2 상부 벤딩롤(64)의 곡면 성형부(64a)는 성형될 내곡면(I) 중앙의 최대 깊이(d3a)가 상기 제1 상부 벤딩롤(62)에 의한 성형 이후, 복원된 내곡면(I) 중앙의 최대 깊이(d2)인 3mm 보다 작은 2.4mm가 되도록 일정 곡률을 갖는 곡면으로 그 치수가 설정된다.

또한, 상기 측면 성형부(64B)도 상기 제1 상부 벤딩롤(62)에 의한 성형 이후, 복원된 외 측면(F) 경사각(θ2)인 "10°"보다 작은 "8°"의 경사각(θ3a)을 갖도록 치수가 설정된다.

이러한 상기 제2 상부 벤딩롤(64)의 치수에 있어서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 곡면 성형부(64a)와 측면 성형부(64b)의 치수가 상기와 같이 설정되었으나, 상기한 치수에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 조정될 수 있다.

이러한 제2 상부 벤딩롤(64)의 곡면 성형부(64a)와 측면 성형부(64b)에 의해 성형빔(30)에 폭방향으로 곡률 성형된 내곡면(I)과 이에 이웃하는 외 측면(F)은 성형 이후, 제2단계(ST2)에서 허용 최대 깊이(d2a)까지 추가로 성형된 내곡면(I)과 외 측면(F)의 내부에 잔류하는 응력을 흡수하여 소성변형을 유도하며, 이러한 소성변형을 통한 내곡면(I) 중앙의 최대 깊이(d3)는 3mm를 유지하고, 외 측면(F)의 경사각(θ3)은 수직선에 대하여 "8°"의 경사각을 갖는다.

그리고 제4단계(ST4)는 벤딩 단계(S6)에서, 라운드 벤더(6)의 제3단, 제4단 및 제5단 벤딩롤 유닛(BR3, BR4, BR5)을 통하여 진행된다.

상기 제4단계(ST4)에서는 상기 성형빔(30) 상에 폭방향으로 곡률 성형된 내곡면(I)이 상기 곡률 반경 방향의 내측으로 배치되도록 하여 상기 성형빔(30)을 길이방향을 따라 3단으로 곡률 성형한다.

도 8을 참조하여 상기한 제4단계(ST4)에서의 성형빔(30)에 대한 3단 곡률 성형 시, 내곡면(I)과 경사진 외 측면(F)의 변형을 보다 구체적으로 설명한다.

도 8을 참조하면, 상기 제3단, 제4단, 및 제5단 벤딩롤 유닛(BR3, BR4, BR5)의 제3, 제4, 제5 하부 벤딩롤(65; 각각은 동일함)은 성형빔(30)의 하부면 치수와 동일하게 적용된다.

그리고 제3, 제4, 및 제5 상부 벤딩롤(66, 각각은 동일함, 이하 도면부호를 "66"으로 통칭함)은 기존의 상부 벤딩롤과 같이, 롤 포밍 단계(S4)에서 내곡면(I)과 경사진 외 측면(F)을 성형하는 상부 성형롤(42)의 곡면 성형부(42a)와 측면 성형부(42b)가 없는 상태로 적용된다.

이에 따라, 상기 성형빔(30)은 상기 제3, 제4, 및 제5 상부 벤딩롤(65)을 통과하면서 곡률 성형되는 과정에 성형빔(30)의 곡률 반경 방향의 내측 단면에 발생되는 살몰림이 내곡면(I)으로 흡수된다.

이때, 살몰림에 의해 내곡면(I)에 발생되는 응력은 이 내곡면(I)에 이웃한 외 측면(F)으로 유도되어 외 측면(F)의 경사각이 점점 작아지면서 흡수된다.

즉, 상기 성형빔(30)은 제3 상부 벤딩롤(65)을 통과하면서 내곡면(I) 중앙의 최대 깊이(d41)가 3.2mm로 더 깊어지고, 외 측면(F)의 경사각(θ41)은 "5°"로 작아진다.(ST41)

또한, 상기 성형빔(30)은 제4 상부 벤딩롤(65)을 통과하면서 내곡면(I) 중앙의 최대 깊이(d42)가 3.4mm로 더 깊어지고, 외 측면(F)의 경사각(θ42)은 "2°"로 작아진다.(ST42)

이어서, 상기 성형빔(30)은 제5 상부 벤딩롤(65)을 통과하면서 내곡면(I) 중앙의 최대 깊이(d43)는 3.4mm로 유지되나, 외 측면(F)의 경사각(θ43)은 "0°"로 작아져 초기 치수로 복원된다.(ST43)

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 롤 포밍 방법에 의하면, 롤 포밍 단계(S4)에서 다단의 롤 포머(R1~R7; 일부 미도시)를 통하여 적어도 하나 이상의 폐단면을 갖도록 길이방향을 따라 순차적으로 절곡 성형된 성형빔(30)의 일면에 대하여 폭방향으로도 곡률을 갖는 내곡면(I)을 성형한 후, 벤딩 단계(S6)에서 곡률 성형 시, 성형빔(30) 상의 곡률 반경 방향의 내측 단면에 발생되는 살몰림에 의한 응력이 내곡면(I)을 통하여 흡수되도록 하여 덴트(D)의 발생을 방지한다.

그리고 상기 내곡면(I)에 이웃하는 외 측면(F)은 성형빔(30)의 곡률 반경 방향 내측 단면에 내곡면(I)을 성형하는 과정에, 내곡면(I)에 이웃한 측면의 불규칙한 변형을 흡수할 수 있도록 경사면으로 형성한다.

이때, 상기 외 측면(F)은 상기 제1단계(ST1), 제2단계(ST2), 및 제3단계(ST3)에서는 각 단계별 설정된 경사각으로 규제한 상태로 성형된다.

반면, 상기 제4단계(ST4)에서는 성형빔(30)의 곡률 성형에 따라 상기 내곡면(I)에 발생되는 살몰림에 의한 응력을 흡수하도록 경사각을 규제하지 않은 상태로 성형한다.

한편, 상기한 바와 같은 롤 포밍 방법을 이용하여 일정 곡률로 성형되는 성형빔(40)은 2개의 폐단면을 형성하여 곡률 성형되며, 곡률 반경 방향의 내측 단면은 폭방향으로 곡률을 갖는 내곡면(I)으로 성형되며, 컷팅 단계(S7)을 통하여 도 9에서 도시한 바와 같은 차량용 범퍼빔(60)과 같은 소재로 적용될 수 있다.

이와 같이, 상기한 롤 포밍 방법에 의해 제조되는 성형빔은 도 9에서 도시한 바와 같이, 범퍼빔(60)을 그 예로 하는 경우, 곡률 반경 방향의 폭이 넓은 관재의 내측 단면을 따라 살몰림에 의해 깊이와 발생위치가 불균일한 덴트(Dent)의 생성을 방지하여 충돌강성을 저하시키는 문제점을 해소할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의한 성형빔을 차량용 범퍼빔(60)으로 적용하는 경우, 토일훅 파이프(미도시)가 조립되는 내,외측 홀(H)의 둘레에 굴곡이 없어 토잉훅 파이프(미도시)와의 용접을 원활하게 한다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

1: 언코일러 2: 스트레이트너
3: 브레이크 프레스 4: 롤 포밍 유닛
5: 레이저 용접기 6: 라운드 벤더
7: 컷팅 프레스
BR1, BR2, BR3, BR4, BR5: 벤딩롤 유닛
D: 덴트 I: 내곡면
F: 외 측면 41: 하부 성형롤
42: 상부 성형롤 61: 제1 하부 벤딩롤
62: 제1 상부 벤딩롤 63: 제2 하부 벤딩롤
64: 제2 상부 벤딩롤 65: 제3, 제4, 제5 하부 벤딩롤
66: 제3, 제4, 제5 상부 벤딩롤 42a, 62a, 64a: 곡면 성형부
42b, 62b, 64b: 측면 성형부

Claims

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다단의 롤 포머들로 구성되는 롤 포밍 유닛을 통하여 길이방향을 따라 패널을 순차적으로 절곡 성형하여 적어도 하나 이상의 폐단면을 갖는 성형빔으로 롤 성형하는 롤 포밍 단계와, 다단의 벤딩롤 유닛으로 구성되는 라운드 벤더를 통하여 공급되는 상기 성형빔을 길이방향을 따라 일정 곡률로 곡률 성형하는 벤딩 단계를 포함하는 롤 포밍 방법에 있어서,
상기 벤딩 단계에서 곡률 성형에 따른 살몰림을 흡수하도록 상기 일정 곡률로 곡률 성형될 성형빔의 곡률 반경 방향의 내측 단면에 폭방향으로 곡률을 갖는 내곡면을 성형하는 제1단계;
상기 내곡면을 허용 최대 깊이까지 성형하는 제2단계;
상기 내곡면을 상기 허용 최대 깊이보다 얕게 성형하여 성형부의 잔류 응력을 흡수하여 소성변형을 유도하는 제3단계;
상기 성형빔 상의 내곡면이 상기 라운드 벤더에 곡률 반경 방향의 내측으로 배치되도록 하여 상기 성형빔을 길이방향으로 다단으로 곡률 성형하는 제4단계;
를 포함하는 롤 포밍 방법.
제9항에 있어서,
상기 제1단계는
상기 롤 포밍 유닛의 최후단 롤 포머에서 진행되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법.
제9항에 있어서,
상기 제2단계 내지 제4단계는
상기 라운드 벤더의 각 벤딩롤 유닛에서 진행되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법.
제9항에 있어서,
상기 내곡면에 이웃하는 외 측면은
각 단계별로 경사각이 설정된 경사면으로 성형되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법.
제12항에 있어서,
상기 외 측면은
상기 제1단계, 제2단계, 및 제3단계에서 각 단계별로 경사각을 규제한 상태로 성형되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법.
제12항에 있어서,
상기 외 측면은
상기 제4단계에서, 상기 성형빔의 곡률 성형에 따라 상기 내곡면으로 살몰림에 의한 응력을 흡수하도록 경사각을 규제하지 않은 상태로 성형되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법.
제9항에 있어서,
상기 내곡면은
각 단계별로 일정 곡률을 갖도록 성형되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법.
제9항에 있어서,
상기 제4단계는
적어도 3단의 벤딩롤 유닛을 통하여 진행되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법.
제9항 내지 제16항 중, 어느 하나의 항의 롤 포밍 방법을 이용하여 성형되는 성형빔.
제17항에 있어서,
상기 성형빔은
적어도 하나 이상의 폐단면을 형성하여 길이방향을 따라 곡률 성형되며, 곡률 반경 방향의 내측 단면은 폭방향으로 곡률을 갖는 내곡면으로 상기 롤 포밍 방법을 이용하여 성형되는 성형빔.
다단의 롤 포머들로 구성되는 롤 포밍 유닛을 통하여 길이방향을 따라 패널을 순차적으로 절곡 성형하여 적어도 하나 이상의 폐단면을 갖는 성형빔으로 롤 성형하는 롤 포밍 단계와, 다단의 벤딩롤 유닛으로 구성되는 라운드 벤더를 통하여 공급되는 상기 성형빔을 길이방향을 따라 일정 곡률로 성형하는 벤딩 단계를 포함하는 롤 포밍 방법에 있어서,
상기 벤딩 단계에서 곡률 성형에 따른 살몰림을 흡수하도록 상기 롤 포밍 유닛의 최후단 롤 포머에서 일정 곡률로 곡률 성형될 성형빔의 곡률 반경 방향의 내측 단면에 폭방향으로 곡률을 갖는 내곡면을 선행하여 성형함과 동시에, 상기 내곡면에 이웃하는 외 측면은 경사각을 규제한 상태로 경사면으로 성형하는 제1단계;
상기 라운드 벤더의 제1단 벤딩롤 유닛에서 상기 내곡면을 허용 최대 깊이까지 성형함과 동시에, 상기 내곡면에 이웃하는 외 측면은 경사각을 규제한 상태로 경사면으로 성형하는 제2단계;
상기 라운드 벤더의 제2단 벤딩롤 유닛에서 상기 내곡면을 상기 허용 최대 깊이보다 얕게 성형함과 동시에, 상기 내곡면에 이웃하는 외 측면은 경사각을 규제한 상태로 경사면으로 성형하여 성형부의 잔류 응력을 흡수하여 소성변형을 유도하는 제3단계;
상기 라운드 벤더의 제3단, 제4단, 제5단 벤딩롤 유닛에서 상기 성형빔 상의 내곡면이 상기 라운드 벤더에 곡률 반경 방향의 내측으로 배치되도록 하여 상기 성형빔을 길이방향으로 3단으로 곡률 성형하는 제4단계;
를 포함하는 롤 포밍 방법.
제19항에 있어서,
상기 외 측면은
상기 제4단계에서, 상기 성형빔의 곡률 성형에 따라 상기 내곡면으로 살몰림에 의한 응력을 흡수하도록 경사각을 규제하지 않은 상태로 성형되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법.
제19항에 있어서,
상기 내곡면은
각 단계별로 일정 곡률을 갖도록 성형되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법.
제19항 내지 제21항 중, 어느 하나의 항의 롤 포밍 방법을 이용하여 성형되는 성형빔.
제22항에 있어서,
상기 성형빔은
적어도 하나 이상의 폐단면을 형성하여 길이방향을 따라 곡률 성형되며, 곡률 반경 방향의 내측 단면은 폭방향으로 곡률을 갖는 내곡면으로 상기 롤 포밍 방법을 이용하여 성형되는 성형빔.