KR101504678B1 - 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔 - Google Patents

가변 롤 포밍을 이용한 성형빔 Download PDF

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Abstract

가변 롤 포밍을 이용한 성형빔이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정방향 좌우 측으로 배치된 양측 상부 및 하부 성형롤이 각각 공정 폭방향 위치 및 공정방향에 대한 각도가 가변되도록 구성되는 적어도 10단 이상의 가변 롤 포밍 유닛을 이용하여 공급되는 소재를 다단에 걸쳐 순차적으로 가변 절곡 성형하여 제조되는 성형빔에 있어서, 상기 소재의 단면을 기준면으로 하고, 상기 기준면에 대하여 양측에 길이방향을 따라 높이가 다른 측면부와, 상기 측면부의 상단을 따라 외측으로 절곡된 플랜지가 형성되어 전체적으로 길이방향을 따라 이형단면을 갖는 형상으로 가변 롤 포밍된다.

Description

가변 롤 포밍을 이용한 성형빔{FORMING BEAMS}
본 발명은 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가변 롤 포밍 공정을 통하여 길이방향을 따라 폭과 높이가 다른 이형단면을 갖는 형상으로 가변 롤 성형된 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔에 관한 것이다.
일반적으로 롤 포밍 공법은 코일을 풀어 상부 성형롤과 하부 성형롤을 한 쌍으로 구성하여 일렬로 배치된 다단의 롤 포밍 유닛을 통과하도록 하여 일정한 형상으로 순차적으로 절곡 성형하는 공법으로, 이러한 롤 포밍 공법을 통하여 생산되는 성형빔은 차량용 빔류, 프레임류, 멤버류와 같이 일정한 형상으로 절곡 성형된 직관타입이 대부분이다.
즉, 종래 기술에 따른 롤 포밍 공법은 공급되는 코일을 풀어주는 언코일러가 공정라인 전방에 구성되어 코일을 공급하여 주고, 언코일러의 공정방향 후방에는 스트레이트너가 구비되어 언코일러로부터 풀려 나온 띠상의 코일을 평평하게 펴준다.
그리고 상기 스트레이트너의 공정방향 후방에는 프레스가 구비되어 스트레이트너로부터 공급된 코일에 여러 용도의 구멍을 성형한 후, 상기 프레스의 공정방향 후방에 구성되는 적어도 10단 이상의 롤 포밍 유닛에 의해 공급되는 코일을 순차적으로 절곡 성형하여 일정한 형상을 갖는 직선타입의 성형빔으로 롤 성형하게 된다.
이후, 상기 롤 포밍 유닛의 공정방향 후방에는 컷팅 프레스가 구비되어 상기 성형빔을 제품화하기 위한 완성품의 규격대로 절단하여 롤 포밍된 성형빔을 생산하게 된다.
그러나 상기한 종래의 롤 포밍 공정을 통하여 성형되는 성형빔은 롤 포밍 공정의 특성 상, 단면이 직사각 또는 정사각 형상의 일정규격을 갖는 평판의 코일 또는 블랭크(즉, 패널)를 소재로 하여 직관 타입의 성형빔만을 성형하는 것이 가능할 뿐, 길이방향을 따라 폭과 높이가 다른 이형단면을 갖는 성형빔은 성형이 불가능한 단점이 있다.
이에, 종래에는 길이방향을 따라 이형단면을 갖는 성형품의 경우, 종래의 롤 포밍 공정으로는 성형이 불가능하여 통상은 공정의 연속성이 없고 사이클 타임이 긴 다단의 프레스 성형공법을 적용해야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 상부 및 하부 성형롤의 공정 폭방향 위치 및 공정방향에 대한 각도가 가변되는 다단의 가변 롤 포밍 유닛을 통하여 길이방향을 따라 폭과 높이가 다른 이형단면을 갖는 형상으로 가변 롤 성형된 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 공정방향 좌우 측으로 배치된 양측 상부 및 하부 성형롤이 각각 공정 폭방향 위치 및 공정방향에 대한 각도가 가변되도록 구성되는 적어도 10단 이상의 가변 롤 포밍 유닛을 이용하여 공급되는 소재를 다단에 걸쳐 순차적으로 가변 절곡 성형하여 제조되는 성형빔에 있어서, 상기 소재의 단면을 기준면으로 하고, 상기 기준면에 대하여 양측에 길이방향을 따라 높이가 다른 측면부와, 상기 측면부의 상단을 따라 외측으로 절곡된 플랜지가 형성되어 전체적으로 길이방향을 따라 이형단면을 갖는 형상으로 가변 롤 포밍된 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔을 제공할 수 있다.
또한, 상기 소재는 단면의 길이방향 중심선에 대하여 좌우 대칭이며, 길이방향을 따라 전체적으로 폭이 다르게 형성되는 블랭크로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 소재는 단면의 길이방향 중심선에 대하여 좌우 대칭이며, 길이방향을 따라 폭이 일정한 직선부와 길이방향을 따라 폭이 넓어지는 확장부를 갖는 블랭크로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 가변 롤 포밍은 상기 블랭크의 길이방향 양측 가장자리를 따라 일정 폭을 다단에 걸쳐 순차적으로 절곡 성형하여 양측에 상기 플랜지를 갖는 절곡빔을 형성하고, 상기 절곡빔의 길이방향 중심선 양측을 따라 상기 플랜지와 다른 방향으로 다단에 걸쳐 순차적으로 절곡 성형하여 직각의 양 측면부를 갖도록 롤 성형할 수 있다.
또한, 상기 소재는 단면의 길이방향 중심선에 대하여 좌우 대칭이며, 길이방향을 따라 폭이 일정한 직선부와, 길이방향을 따라 폭이 넓어지는 확장부, 및 상기 직선부와 확장부를 곡선으로 연결하는 곡선부를 갖는 블랭크로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 가변 롤 포밍은 상기 블랭크의 길이방향 양측 가장자리를 따라 일정 폭을 다단에 걸쳐 순차적으로 절곡 성형하여 양측에 상기 플랜지를 갖는 절곡빔을 형성하고, 상기 절곡빔의 길이방향 중심선 양측을 따라 상기 플랜지와 다른 방향으로 다단에 걸쳐 순차적으로 절곡 성형하여 직각의 양 측면부를 갖도록 롤 성형할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 상부 및 하부 성형롤의 공정 폭방향 위치 및 공정방향에 대한 각도가 가변되는 다단의 가변 롤 포밍 유닛을 통하여 길이방향을 따라 폭과 높이가 다르고, 플랜지를 갖는 이형단면의 형상으로 가변 롤 성형된 성형빔을 제공할 수 있다.
이에 따라, 길이방향을 따라 폭과 높이가 다른 단면 프로파일을 갖는 성형빔을 이용하여 차체용 멤버류, 프레임류, 빔류 등에 적용함으로써 용접 등의 후공정을 줄일 수 있으며, 이로 인해 차체 경량화가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔의 단계별 성형 패턴도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔의 단계별 공정 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔의 플랜지 성형 공정도이다.
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 본 발명의 실시 예에 따른 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔의 단계별 성형 패턴도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔의 단계별 공정 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔(B3; 이하, 성형빔이라 함)은 기본적으로 코일소재가 아닌 블랭크(B1)를 소재로 성형된다.
상기한 가변 롤 포밍은 기존과 같이, 상부 성형롤과 하부 성형롤을 갖는 적어도 10단 이상의 롤 포밍 유닛을 통하여 공급되는 소재를 순차적으로 절곡 성형하여 일정한 형상의 성형빔으로 롤 성형되는 기본 개념은 동일하다.
단, 본 발명의 실시 예에 따른 성형빔(B3)은 종래의 롤 포밍 유닛 대신 가변 롤 포밍 유닛이 적용되어 성형된다.
기본적으로 가변 롤 포밍 유닛은 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)이 공정방향 좌우 측에 대칭으로 배치되고, 양측 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)은 각각 실린더 구동에 의해 공정 폭방향으로 전후진 가능하게 구성되며, 공정방향에 대해서는 모터 구동에 의해 각도가 가변되도록 구성된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 성형빔(B3)은 일정 규격의 블랭크(B1)를 적용하되, 기본적으로는 성형성을 고려하여 길이방향 중심선(S)에 대하여 좌우가 대칭으로 형성된다.
보다 구체적으로, 상기 블랭크(B1)는 단면에 대하여 길이방향을 따라 폭이 일정한 직선부(P1)와, 길이방향을 따라 폭이 넓어지는 확장부(P2)를 포함하며, 상기 직선부(P1)와 확장부(P2)를 곡선으로 연결하는 곡선부(P3)를 더 포함한다.
이때, 상기 확장부(P2)는 성형방향에 따라 그 폭이 좁아지는 협소부로 정의될 수 있으며, 협소부와 동일한 개념으로, 본 발명의 실시 예에 따른 성형빔(B3)의 소재로는 확장부(P2)와 구별하지 않으며, 단지 그 성형방향에 따라 반대의 개념으로 이해되어야 한다.
이하, 상기한 가변 롤 포밍 유닛을 이용하여 본 발명의 실시 예에 따른 성형빔(B3)의 성형과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 성형빔(B3)은 기본적으로 제1단계 공정(S1)과 제2단계 공정(S2)을 통하여 성형된다.
도 2와 도 3을 참조하면, 상기 제1단계 공정(S1)에서는 블랭크(B1)의 단면에 대하여 길이방향 양측 가장자리를 따라 일정 폭을 다단에 걸쳐 순차적으로 절곡 성형하여 상기 블랭크(B1)를 플랜지(F1)를 갖는 절곡빔(B2)으로 성형한다.
이에, 상기 제2단계 공정(S2)에서는 제1단계 공정(S1) 이후에 상기 블랭크(B1)의 길이방향 중심선(S)에 대한 일정폭의 양측을 따라 다단에 걸쳐 순차적으로 직각이 되도록 절곡 성형하여 특정 형상의 차체 멤버류와 같은 양 측면부(F2)를 갖는 성형빔(B3)으로 성형한다.
먼저, 상기 제1단계 공정(S1)에서는 좌우 양측에 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)이 대칭으로 배치되어 상기 블랭크(B1)에 대하여 그 길이방향 양측 가장자리를 따라 구름 접촉된 상태로 롤 성형이 이룬다.
이때, 상기 제1단계 공정(S1)에 적용되는 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)은 각각 공정 폭방향 위치 및 공정방향에 대한 각도가 실린더(미도시)와 모터(미도시)의 구동력에 의해 가변되면서 성형을 진행한다.
즉, 도 2 및 도 3에서와 같이, 상기 제1단계 공정(S1)에서는 단면에 대하여 길이방향을 따라 폭이 일정한 직선부(P1)와 길이방향을 따라 폭이 넓어지는 확장부(P2), 및 상기 직선부(P1)와 확장부(P2)를 곡선으로 연결하는 곡선부(P3)를 갖는 블랭크(B1)를 가변 롤 포밍 유닛에 공급하면, 다단에 걸쳐 블랭크(B1)의 길이방향 양측 가장자리를 따라 일정 폭에 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)이 구름 접촉된 상태로 양측 가장자리를 하향 절곡하여 플랜지(F1)를 가변 롤 성형한다.(S11)
이러한 플랜지(F1)의 롤 성형 과정(S11)에 제1단계 공정(S1)의 최후단 가변 롤 포밍 유닛에서는 양측 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)이 상기 블랭크(B1)의 기준면(F)과 플랜지(F1)의 각 면에 동시에 구름 접촉된 상태로 롤 성형하여 상기 플랜지(F1)가 상기 블랭크(B1)의 기준면(F)에 대하여 직각을 이루도록 성형한다.(S12)
이때, 상기 최후단 가변 롤 포밍 유닛의 양측 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)을 상기 블랭크(B1)의 기준면(F)과 플랜지(F1)의 각 면에 대하여 함께 구름 접촉 상태를 유지하여 롤 성형을 이루는 것은 롤 성형 과정에 블랭크(B1)의 기준면(F)에 대하여 플랜지(F1)가 직각에 가깝게 성형되면서 플랜지(F1)만을 구름 지지하여 성형하게 되면, 성형과정에 소재가 뒤틀리는 현상이 발생하는데, 이를 방지하기 위함이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔의 플랜지 성형 공정도이다.
도 4를 참조하여 단면상에 직선부(P1), 확장부(P2), 및 곡선부(P3)를 갖는 상기한 블랭크(B1)를 기준으로 각 단에서의 상기한 제1단계 공정(S1)에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.
즉, 도 4의 (a)를 참조하면, 먼저, 상기 블랭크(B1)의 직선부(P1)에 대하여 플랜지(F1)를 롤 성형하는 과정은 상기 양측 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)이 각각 상기 블랭크(B1)의 직선부(P1)에서 공정 폭방향 위치가 고정되고, 공정방향에 대한 각도는 직각을 이루어 직선부(P1) 가장자리의 일정 폭을 아래로 절곡하여 플랜지(F1)로 롤 성형한다.
이어서, 도 4의 (b)를 참조하면, 상기 양측 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)은 상기 블랭크(B1)의 곡선부(P3) 진입하여 공정 폭방향 위치는 그대로 고정되고, 모터의 구동에 의해 공정방향에 대한 각도만 상기 확장부(P2)와 동일한 각도(θ)까지 가변되면서 곡선부(P3) 가장자리의 일정 폭을 플랜지(F1)로 롤 성형한다.
이후, 도 4의 (c)를 참조하면, 상기 양측 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)은 상기 블랭크(B1)의 확장부(P2)에 진입하여 공정방향에 대한 각도는 확장부(P2)의 각도(θ)와 동일한 상태 그대로 유지하고, 실린더의 구동에 의해 공정 폭방향 위치(P)가 확장부(P2)의 가장자리를 따라 외측으로 벌어지면서 확장부(P2) 가장자리의 일정 폭을 플랜지(F1)로 롤 성형하여, 양측에 플랜지(F1)를 가지며 길이방향을 따라 폭이 다른 절곡빔(B2)으로 가변 롤 성형을 이룬다.
그리고 상기 제2단계 공정(S2)에서는 좌우 양측에 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)이 대칭으로 배치되어 상기 절곡빔(B2)에 대하여 그 길이방향 중심선(S) 양측을 상향 절곡 성형한다.
이때, 상기 제2단계 공정(S2)에 적용되는 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)은 공정 폭방향 위치 및 공정방향에 대한 각도가 고정된 상태로 진행된다.
즉, 도 2 및 도 3에서와 같이, 상기 제2단계 공정(S2)에서는 제1단계 공정(S1)에서 다단에 걸쳐 블랭크(B1)의 길이방향 양측 가장자리가 플랜지(F1)로 롤 성형된 절곡빔(B2)에 대하여 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)이 그 길이방향 중심선(S)에 대하여 일정 폭 양측을 따라 구름 접촉된 상태로 다단에 걸쳐 롤 성형을 이루어 플랜지(F1)와 반대방향으로 절곡 성형한다.(S21)
이러한 절곡빔(B2)의 길이방향 중심선(S) 양측의 롤 성형 과정(S12)에 제2단계 공정(S2)의 최후단 가변 롤 포밍 유닛에서 양측 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)에 의해 상기 절곡빔(B2)의 기준면(F)과 직각을 이루는 양 측면부(F2)가 형성된다.(S22)
이와 같이, 제2단계 공정(S2)은 제1단계 공정(S1) 이후에 진행되며, 절곡빔(B2)의 길이방향 중심선(S)에 대한 양측을 따라 다단에 걸쳐 순차적으로 절곡 성형하여 직각의 양 측면부(F2)를 롤 성형하되, 좌우 양측에 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)이 대칭으로 배치되어 상기 절곡빔(B1)에 대하여 그 길이방향 중심선(S) 양측을 따라 구름 접촉된 상태로, 공정 폭방향 위치와 공정방향에 대한 각도가 직각으로 고정된 상태로 진행된다.
즉, 상기 제2단계 공정(S2)은 양측에 플랜지(F1)를 갖는 절곡빔(B2)의 길이방향 중심선(S)을 기준으로 일정 폭을 기준면(F)으로 두고, 그 양측을 상기 플랜지(F1)와 반대방향인 상부로 다단에 걸쳐 절곡 성형하면서 진행된다.
이러한 제2단계 공정(S2)을 통하여, 도 1에서 도시한 바와 같이, 상기 플랜지(F1)는 길이방향 단면을 기준으로 상기 블랭크(B1)의 기준면(F)에 대하여 평행하게 배치되며, 상기 양 측면부(F2)는 블랭크(B1)의 기준면(F)과 플랜지(F1)에 대하여 직각을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 성형빔(B3)을 성형하게 된다.
이때, 블랭크(B1)의 확장부(P2)에 대응하는 부분의 플랜지(F1)는 상기 성형빔(B3)의 길이방향을 따라서 양 측면부(F2)의 높이차이에 의해 일정한 경사각을 갖는다.
여기서, 상기한 바와 같은 제1단계 공정(S1) 및 제2단계 공정(S2)은 각 단에서의 가변 롤 포밍 유닛에 의해 성형 깊이만 다를 뿐, 동일한 과정으로 롤 성형이 진행된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 성형빔(B3)은 상부 및 하부 성형롤(R1,R2)의 공정 폭방향 위치 및 각도가 가변되는 다단의 가변 롤 포밍 유닛에 의해 단면이 직선부(P1) 및 확장부(P2) 등을 갖는 블랭크 소재를 길이방향을 따라 폭과 높이가 다른 이형단면을 갖는 3D 형상으로 롤 성형된다.
이러한 성형빔(B3)을 통하여 길이방향을 폭과 높이가 다른 단면 프로파일을 갖는 차체용 멤버류, 프레임류, 빔류 등을 제작할 수 있으며, 이로 인해 용접, 접합 등의 후공정을 최소화하며, 차체 경량화에도 기여한다.
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.
S1,S2: 제1,제2단계 공정
B1: 블랭크
B2: 절곡빔
B3: 성형빔
F: 기준면
F1: 플랜지
F2: 측면부
R1: 상부 성형롤
R2: 하부 성형롤
P1: 직선부
P2: 확장부
P3: 곡면부

Claims (15)

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  2. 삭제
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  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 공정방향 좌우 측으로 배치된 양측 상부 및 하부 성형롤이 각각 공정 폭방향 위치 및 공정방향에 대한 각도가 가변되도록 구성되는 적어도 10단 이상의 가변 롤 포밍 유닛을 이용하여 공급되는 소재를 다단에 걸쳐 순차적으로 가변 절곡 성형하여 제조되는 성형빔에 있어서,
    상기 소재는 길이방향 중심선에 대하여 좌우 대칭이며, 길이방향을 따라 폭이 일정한 직선부와 길이방향을 따라 폭이 넓어지는 확장부 및 상기 직선부와 확장부를 곡선으로 연결하는 곡선부를 갖는 블랭크로 하고,
    상기 블랭크의 단면을 기준면으로 하여 상기 블랭크의 직선부에서 상부 및 하부 성형롤의 공정 폭방향 위치가 고정되고, 공정방향에 대한 각도는 직각을 이루어 롤 성형을 진행하고, 상기 블랭크의 곡선부에서 상부 및 하부 성형롤의 공정 폭방향 위치가 고정되고, 공정방향에 대한 각도는 상기 확장부와 동일한 각도까지 가변되면서 롤 성형을 진행하며, 상기 블랭크의 확장부에서 상부 및 하부 성형롤의 공정방향에 대한 각도는 확장부의 각도와 동일하게 유지되고, 공정 폭방향 위치가 벌어지면서 상기 확장부를 따라 롤 성형을 진행하여 상기 블랭크의 길이방향 양측에 상기 기준면과 하향 직각을 이루어 다단에 걸쳐 롤 성형된 플랜지; 및
    상기 블랭크의 길이방향 중심선 양측을 따라 다단에 걸쳐 순차적으로 상향 절곡 성형되어 상기 기준면과 직각을 이루어 롤 성형된 측면부;
    를 포함하는 가변 롤 포밍을 이용한 성형빔.
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