KR101510550B1 - 가변 롤성형의 성형교정장치 - Google Patents

가변 롤성형의 성형교정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 가변 롤성형의 성형교정장치는, 소재가 롤성형되는 성형경로에 설치된 프레임; 및 상기 프레임에 설치되어, 가변성형롤에 의해 롤성형되는 상기 소재의 형상오차를 교정하되, 진행되는 상기 소재의 폭 변화시 상기 소재의 코너 및 중심부에 대한 형상오차 교정양을 높이도록 구성되는 교정수단;을 포함한다.
이와 같이 본 발명은 컨투어링부에 의해 상부 교정부와 하부 교정부가 소재의 가변 폭에 대응되게 소재의 폭방향으로 이동하면서 소재의 형상오차를 교정하되, 코너상부 교정롤와 중심상부 교정롤을 구비하며 아울러 코너하부 교정롤과 중심하부 교정롤가 삼각형 및 역삼각형 배치구조로 구성됨으로써, 가변성형롤에 의해 롤성형되는 소재가 폭 변화시에도 소재의 코너 및 중심부에 대한 형상오차 교정양을 높일 수 있다.

Description

가변 롤성형의 성형교정장치{Apparatus for correcting shape error in flexible roll forming}
본 발명은 가변 롤성형의 성형교정장치로서, 가변 롤성형에 있어서 소재의 형상오차를 교정하는 가변 롤성형의 성형교정장치에 관한 것이다.
롤성형(Roll forming) 공정은 치수정밀도가 높으며 스크랩이 거의 발생하지 않고 롤의 마모도 매우 적어, 단면 형상이 일정하면서 길이가 상대적으로 긴 제품을 매우 경제적으로 생산할 수 있는 공정이다.
특히, 초고강도강까지 성형이 가능하므로 고강도강 자동차 부품의 생산에 적합한 공정이라는 장점도 있다.
다양한 자동차 부품에 다양하게 적용되고 있으며 자동차 부품의 경우, 멤버(Side, Cross, Roof, Body-cross)류, 프레임(Window, Interior, Structures)류, 범퍼(Bumper), 임팩트 캐리어(Impact Carrier) 등에 적용되고 있다.
하지만 산업에서 요구되는 복잡한 단면형상의 생산에는 한계점이 있어 단순한 형상 성형에 적용되고 있다.
최근들어 에너지 문제와 더불어 자동차의 경량화를 위한 부품 성형공정 개발에 대한 연구들이 진행되고 있다. 그 중, 경량화를 위해 설계된 복잡한 형상의 부품을 제작하기 위한 롤 성형공정 개발이 요구되고 있다. 이에 다양한 단면형상을 가지는 자동차 부품의 생산을 위한 가변 롤성형(Flexible roll forming) 공정이 개발되었다.
기존의 롤성형의 경우, 순수한 굽힘공정을 이용해 점진적으로 빔 제품을 성형오차 및 결함없이 제작 가능하였다.
하지만 현재 개발된 가변 롤성형 공정은 소재 가변단면의 천이영역(Transition zone)에서 소재의 공급방향으로 인장(Stretching)과 압축(Compression)을 연속적으로 받음으로써 소재의 바닥부(Web region)에서 휨(Warping)이 발생해 제품의 천이영역에서 연속적으로 형상오차가 생긴다.
구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면, 도 1은 성형소재가 가변성형롤에 의해 가변 롤성형되는 것을 나타낸 도이고, 도 2는 도 1에서 가변 롤성형된 성형소재의 수직단면을 나타낸 도이다.
도시된 바와 같이, 시편인 초기소재(10)를 이송롤(3)로 이송시키면서 가변성형롤(2a)에 의해 성형함에 따라, 제1 성형소재(11), 제2 성형소재(12), 제3 성형소재(13), 제4 성형소재(14), 제5 성형소재(15), 제6 성형소재(16)와 같이 점진적으로 성형된다.
이때, 상기 제6 성형소재(16)의 수직단면인 제1 가변영역(16a), 제2 가변영역(16b), 제3 가변영역(16c), 제4 가변영역(16d), 제5 가변영역(16e)을 살펴보면, 특히 제2, 3, 4 가변영역(16b)(16c)(16d)에서 형상오차(4)가 크게 나타났으며 바닥부에서 크게 휜 형상으로서 형상오차(4)가 두드러졌다.
이와 같이, 가변 롤성형(Flexible roll forming) 공정을 산업적으로 적용하기 위해서는, 일례로서 자동차 부품의 최종 제품에 적용 가능한 오차범위 내로 줄이는 것은 중요한 이슈이다.
현재 형상오차를 방지하기 위한 다양한 공법들이 개발되어 있으며 이를 개선하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있는 실정이다.
종래의 형상오차를 방지하기 위한 공법을 제어하기 위한 방법을 살펴보면, 변형이 발생하는 지점을 국부적으로 가열해 소재의 성형성을 늘리고 국부영역을 가열한 상태에서 성형함으로써 형상오차를 방지하였다.
국부가열을 위한 열원으로 레이저를 사용하여 성형지점을 국소적으로 가열하는 방법, 고주파 가열코일을 이용해 더 넓은 지점을 국부 가열한다.
이를 통해 어느 정도의 형상오차의 방지가 가능하나, 직접적으로 변형이 발생하는 지점을 지지해주는 금형 및 성형도구가 없어 산업적으로 적용하기 위한 형상오차 개선은 제한이 있다.
또한 국부적인 가열에 의한 방법이기에 소재의 물성이 변할 수 있어 공정조건의 정밀한 제어가 필요한 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 가변성형롤에 의해 롤성형되는 소재가 폭 변화시에도 소재의 코너 및 중심부에 대한 형상오차 교정양을 높이도록 구성되는 가변 롤성형의 성형교정장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 롤성형의 성형교정장치는, 소재가 롤성형되는 성형경로에 설치된 프레임; 및 상기 프레임에 설치되어, 가변성형롤에 의해 롤성형되는 상기 소재의 형상오차를 교정하되, 진행되는 상기 소재의 폭 변화시 상기 소재의 코너 및 중심부에 대한 형상오차 교정양을 높이도록 구성되는 교정수단;을 포함한다.
구체적으로, 상기 교정수단은, 상기 소재의 상면을 압박하는 상부 교정부; 상기 상부 교정부와 연결고정되며, 상기 소재의 하면을 압박하는 하부 교정부; 및 상기 상부 교정부, 하부 교정부와 연결고정되며, 상기 소재의 폭에 대응되게 상기 소재의 폭방향으로 이동되는 컨투어링부;를 구비할 수 있다.
여기에서, 상기 상부 교정부는, 상기 소재 상의 코너 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 코너상부 교정롤; 및 상기 소재 상의 중심부 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 복수 개의 중심상부 교정롤;을 구비할 수 있다.
또한, 상기 하부 교정부는, 상기 소재를 사이에 두고 상기 코너상부 교정롤의 하측 전후에 배치되어 측면상으로 삼각형 배치구조를 이루는 코너하부 교정롤; 및 상기 소재를 사이에 두고 복수 개의 상기 중심상부 교정롤 사이의 하측에 배치되어 측면상으로 역삼각형 배치구조를 이루는 중심하부 교정롤;을 구비하여, 삼각형 배치구조와 역삼형 배치구조가 조합을 이루는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 상부 교정부는, 진행되는 상기 소재의 측부에서 상측 돌출된 날개부 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 날개부 교정롤;을 더 구비할 수 있다.
한편, 상기 컨투어링부는, 진행되는 상기 소재의 측부에서 상측 돌출된 날개부에 접촉하되, 상기 소재의 날개부 양측면에 롤링접촉하는 월-컨투어링롤, 또는 상기 소재의 날개부 에지에 롤링접촉하는 에지-컨투어링롤을 구비할 수 있다.
나아가, 상기 에지-컨투어링롤은, 상기 소재의 에지가 인입되는 인입홈이 형성되되, 진행되는 상기 소재의 높낮이 차이에도 컨투어링 가능하도록 상기 인입홈의 상하폭이 상기 소재의 에지 두께보다 크게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 교정수단은, 스크류축으로 상기 프레임에 연결되고, 상기 프레임 양측부의 가이드레일에 체결되어 상하이동되는 상하브라켓; 상기 상하브라켓에 상기 소재의 폭방향으로 이동가능하게 설치된 좌우브라켓; 및 상기 좌우브라켓의 하부에 회전되게 체결되며, 상기 상부 교정부, 하부 교정부, 컨투어링부가 고정된 회전브라켓;을 구비할 수 있다.
이때, 상기 회전브라켓은 진행되는 상기 소재의 폭방향 변화 시 회전 후 원상복귀되도록, 상기 좌우브라켓에 비틀림스프링으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 가변 롤성형의 성형교정장치는, 컨투어링부에 의해 상부 교정부와 하부 교정부가 소재의 가변 폭에 대응되게 소재의 폭방향으로 이동하면서 소재의 형상오차를 교정하되, 코너상부 교정롤와 중심상부 교정롤을 구비하며 아울러 코너하부 교정롤과 중심하부 교정롤가 삼각형 및 역삼각형 배치구조로 구성됨으로써, 가변성형롤에 의해 롤성형되는 소재가 폭 변화시에도 소재의 코너 및 중심부에 대한 형상오차 교정양을 높일 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 성형소재가 가변성형롤에 의해 가변 롤성형되는 것을 나타낸 도이다.
도 2는 도 1에서 가변 롤성형된 성형소재의 수직단면을 나타낸 도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 가변 롤성형의 성형교정장치를 나타낸 정면도이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 상부 교정부, 하부 교정부, 컨투어링부를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 상부 교정부, 하부 교정부 사이에 소재가 진행되는 것을 나타낸 사시도이다.
도 7(a)는 도 3 및 도 4에서의 월-컨투어링롤을 나타낸 도면이고, 도 7(b) 및 도 7(c)는 도 5 및 도 6에서의 에지-컨투어링롤을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 3 및 도 4의 가변 롤성형의 성형교정장치에서 하부 교정부가 개선된 것을 나타낸 개략도이다.
도 9 및 도 10은 상부 교정부와 하부 교정부에 의한 삼각형 배치구조 및 역삼형 배치구조가 조합을 이루어 복수 개가 배치된 것을 나타낸 개략도이다.
도 11은 가변 롤성형의 단위형상인 비대칭 가변단면을 갖는 초기소재와, 상기 초기소재를 교정하는 교정수단을 포함한 시뮬레이션 모델을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 시뮬레이션에 대한 평가지표를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 11의 시뮬레이션에 대한 결과를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13의 시뮬레이션의 결과를 평균평방근으로 정량적으로 비교한 도면이다.
본 발명의 가변 롤성형의 성형교정장치는, 가변성형롤에 의해 롤성형되는 소재가 폭 변화시에도 소재의 코너 및 중심부에 대한 형상오차 교정양을 높이기 위해, 컨투어링부에 의해 상부 교정부와 하부 교정부가 소재의 가변 폭에 대응되게 소재의 폭방향으로 이동하면서 소재의 형상오차를 교정하되, 코너상부 교정롤와 중심상부 교정롤을 구비하며 아울러 코너하부 교정롤과 중심하부 교정롤가 삼각형 및 역삼각형 배치구조로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
참고로, 본 명세서에서는 소재가 일례로서 폭이 일정하지 않고 변화하는 형상을 지니며, 이러한 소재가 일방향으로 진행되면서 가변성형롤에 의해 양측부가 상측으로 절곡되고 다시 양측으로 절곡되는 성형이 예시되었다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 가변 롤성형의 성형교정장치를 나타낸 정면도이며, 도 5는 도 3 및 도 4의 상부 교정부, 하부 교정부, 컨투어링부를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 상부 교정부, 하부 교정부 사이에 소재가 진행되는 것을 나타낸 사시도이다.
또한, 도 7(a)는 도 3 및 도 4에서의 월-컨투어링롤을 나타낸 도면이고, 도 7(b) 및 도 7(c)는 도 5 및 도 6에서의 에지-컨투어링롤을 나타낸 도면이며, 도 8은 도 3 및 도 4의 가변 롤성형의 성형교정장치에서 하부 교정부가 개선된 것을 나타낸 개략도이다.
도면을 참조하면, 본 발명은 소재(100)가 롤성형되는 성형경로에 설치된 프레임(110)과, 상기 프레임(110)에 설치된 교정수단을 포함한다.
상기 프레임(110)은 소재(100)가 그 사이를 통과하도록 성형경로를 둘러싸는 게이트 형상으로서 진행되는 소재(100)를 성형하는 성형롤들 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 교정수단은 상부 교정부(150), 하부 교정부(160), 컨투어링부를 구비하는데, 상기 상부 교정부(150), 하부 교정부(160), 컨투어링부가 소재(100)에 대해 상하이동, 폭이동, 회전운동이 가능하도록 상하브라켓(120), 좌우브라켓(130), 회전브라켓(140)을 구비할 수 있다.
상기 상하브라켓(120)은 스크류축(111)으로 프레임(110)에 연결되고, 프레임(110) 양측부의 가이드레일(112)에 체결되어 상하이동할 수 있다.
아울러, 상기 좌우브라켓(130)은 상하브라켓(120)에 소재(100)의 폭방향으로 이동가능하게 설치될 수 있고, 상기 회전브라켓(140)은 좌우브라켓(130)의 하부에 회전되게 체결되며 상부 교정부(150), 하부 교정부(160), 컨투어링부가 고정된다.
한편, 상기 회전브라켓(140)은 진행되는 상기 소재(100)의 폭방향 변화 시 회전 후 원상복귀되도록, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 좌우브라켓(130)에 비틀림스프링(190)으로 연결될 수 있다.
상기 비틀림스프링(190)은 바람직한 일례로서 상단부가 좌우브라켓(130)의 일 지점에 고정되고, 컨투어링부가 연결고정된 상부 교정부(150)에 하단부가 고정될 수 있다.
이에 따라, 비틀림스프링(190)은 회전하는 상부 교정부(150)를 따라 하단부가 이동됨으로써 늘어난 후, 상부 교정부(150)에 대한 외력이 없어진 경우에 탄성복원력에 의해 상부 교정부(150)를 다시 소재(100)의 진행방향으로 원상복귀시킬 수 있다.
그러면, 여기에서 가변성형롤에 의해 롤성형되는 소재(100)의 형상오차를 교정하도록 구성되는 교정수단에 대해 살펴보기로 한다.
특히, 본 발명의 교정수단은 진행되는 소재(100)의 폭 변화시 소재(100)의 코너 및 중심부에 대한 형상오차 교정양을 높이도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 교정수단은 소재(100)의 상면을 압박하는 상부 교정부(150), 상기 상부 교정부(150)와 연결고정되며 소재(100)의 하면을 압박하는 하부 교정부(160), 및 상기 상부 교정부(150)와 하부 교정부(160)와 연결고정된 컨투어링부를 구비할 수 있다.
여기에서, 상기 상부 교정부(150)는 소재(100) 상의 코너 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 코너상부 교정롤(151)과, 소재(100) 상의 중심부 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 복수 개의 중심상부 교정롤(152)을 구비할 수 있다.
이때, 상기 상부 교정부(150)는 소재(100)의 폭방향으로 이동가능한 컨투어링부와 연결고정되는데, 상기 컨투어링부가 소재(100)의 폭에 대응되게 소재(100)의 폭방향으로 이동되게 구성됨으로써, 진행되는 소재(100)에 있어서 폭이 변하는 경우 상기 코너상부 교정롤(151)과 중심상부 교정롤(152)도 상부 교정부(150)의 코너상부 교정롤(151), 중심상부 교정롤(152)도 소재(100)의 폭과 대응되게 이동하게 된다.
이와 같이 구성되는 코너상부 교정롤(151)은 진행되는 소재(100)의 폭이 급격하게 변하는 경우에도, 소재(100) 코너의 상면을 롤링압박하여 역성형함에 따라 소재(100) 코너의 성형오차를 효과적으로 교정하는 역할을 수행할 수 있다.
즉, 소재(100)의 폭이 급격하게 변하는 경우 도 8에 도시된 바와 같이 소재(100) 코너의 측면의 꺽임도 크게 형성되는데, 이와 같은 구조의 지점에서도 소재(100)의 중심부 측으로 위치되지 않고 소재(100)의 측면 측으로 코너에 위치되어 코너 상면을 롤링압박함으로써, 소재(100)에서 코너에 대한 성형오차를 정밀하게 교정할 수 있다.
물론, 이때의 코너상부 교정롤(151)은 직경이 가변성형롤의 직경보다 상대적으로 작음으로써, 소재(100)의 굴곡진 코너 공간에 용이하게 위치될 수 있다.
또한, 상기 중심상부 교정롤(152)은 코너상부 교정롤(151) 보다 소재(100)의 중심부 측에 배치되는 구조를 이루며, 코너상부 교정롤(151)에 의해 소재(100)의 코너가 역성형되면서 교정 시 이와 함께 소재(100)의 중심부도 교정할 수 있도록 소재(100)의 중심부 상면을 롤링압박한다.
참고로, 여기에서 지칭되는 소재(100)의 중심부는 소재(100)의 폭방향에서 중심지점을 의미함과 동시에 소재(100)의 폭이 커지는 경우 소재(100)의 코너보다 중심부 측에 위치된 중심부 범위를 의미한다. 즉, 소재(100)의 폭이 커지는 경우 상기 중심상부 교정롤(152)은 코너상부 교정롤(151) 보다 소재(100)의 중심부 측에 배치되는 구조를 이루면 된다.
또한, 상기 중심상부 교정롤(152)은 바람직한 일례로서 소재(100)의 진행방향으로 두 개가 일정간격 이격되어 배치될 수 있으며, 이에 따라 평면상으로 코너상부 교정롤(151)과 삼각형 배치구조를 이룸으로써 소재(100)의 교정 시 소재(100)의 형상오차 부위에 대한 교정을 위해 전체적으로 보다 균일한 롤링압박을 하게 된다.
물론, 상기 중심상부 교정롤(152)은 소재(100)의 폭이 큰 경우에 이와 대응되도록, 소재(100)의 폭방향으로 복수 개의 세트가 구성될 수 있다.
이에 더하여, 상기 상부 교정부(150)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 진행되는 소재(100)의 측부에서 상측 돌출된 날개부(101) 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 날개부 교정롤(153)을 더 구비할 수 있다. 이러한 날개부 교정롤(153)은 소재(100)의 날개부(101)에 대한 형상오차를 교정하기 위한 기능을 수행한다.
그리고, 상기 하부 교정부(160)는 도 8에 도시된 바와 같이, 소재(100)를 사이에 두고 코너상부 교정롤(151)의 하측에 배치되는 코너하부 교정롤(161)과, 중심상부 교정롤(152)의 하측에 배치되는 중심하부 교정롤(162)을 구비할 수 있다. 참고로, 도 3 내지 도 7c에 도시된 하부 교정부(160')는 단순히 소재의 하부에 롤링접촉되어 소재의 형상오차를 교정하는 하부 교정롤을 의미한다.
상기 코너하부 교정롤(161)은 코너상부 교정롤(151)의 하측 전후에 배치되어, 측면상으로 코너상부 교정롤(151)과 함께 삼각형 배치구조를 이룰 수 있다.
아울러, 상기 중심하부 교정롤(162)은 복수 개의 중심상부 교정롤(152) 사이에 배치되어 측면상으로 중심상부 교정롤(152)과 함께 역삼각형 배치구조를 이룰 수 있다. 이때 일례로서 도 8에 도시된 바와 같이, 상측의 중심상부 교정롤(152)이 두 개인 경우 중심하부 교정롤(162)이 두 개의 중심상부 교정롤(152) 사이에 배치하게 된다.
이와 같이 상부 교정부(150)와 하부 교정부(160)에 의해 측면상으로 삼각형 및 역삼형 조합 배치구조를 이룸으로써, 소재(100)의 형상오차의 교정양을 높일 수 있다.
나아가, 상기 삼각형 및 역삼형 조합 배치구조는 복수 개가 활용되되, 도 9에 도시된 바와 같이 소재(100)의 형상오차를 교정하기 위해 삼각형 배치구조를 사이에 두고 양측으로 역삼각형 배치구조의 조합을 이룰 수 있고, 또한 소재(100)의 형상오차가 소재(100)의 폭방향으로 복수 개인 경우 삼각형 배치구조와 역삼각형 배치구조가 각각 복수 개가 조합되어 이루어질 수 있다.
한편, 상기 컨투어링부는 소재(100)의 폭에 대응되게 소재(100)의 폭방향으로 이동되게 구성된다. 이와 같이 컨투어링부가 소재(100)의 폭에 대응되게 소재(100)의 폭방향으로 이동되게 구성됨으로써, 진행되는 소재(100)에 있어서 폭이 변하는 경우 상부 교정부(150)의 코너상부 교정롤(151), 중심상부 교정롤(152), 하부 교정부(160)의 코너하부 교정롤(161), 중심하부 교정롤(162)도 소재(100)의 폭과 대응되게 이동하게 된다.
구체적으로, 상기 컨투어링부는 진행되는 소재(100)의 측부에서 상측 돌출된 날개부(101)에 접촉하되, 소재(100)의 날개부(101) 양측면에 롤링접촉하는 월-컨투어링롤(171), 또는 소재(100)의 날개부(101) 에지에 롤링접촉하는 에지-컨투어링롤(172)(173)을 구비할 수 있다.
여기에서, 상기 월-컨투어링롤(171)은 도 3, 도 4, 및 도 7에 도시된 바와 같이 소재(100)의 날개부(101) 내측면과 외측면에 각각 롤링접촉하여 진행되는 소재(100)의 폭과 대응되게 컨투어링할 수 있다.
또한, 상기 에지-컨투어링롤(172)(173)은 도 5, 도 6, 도 7a, 및 도 7b에 도시된 바와 같이 소재(100)의 날개부(101) 에지에 롤링접촉하여 진행되는 소재(100)의 폭과 대응되게 컨투어링할 수 있다. 이때, 상기 에지-컨투어링롤(173)은 도 5, 도 6, 및 도 7b에 도시된 바와 같이 소재(100)의 에지가 인입되는 인입홈(173a)이 형성되되, 진행되는 소재(100)의 높낮이 차이에도 컨투어링되도록 인입홈(173a)의 상하폭이 소재(100)의 에지 두께보다 적정범위만큼 크게 형성될 수 있다.
상기와 구성되는 교정수단은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 교정부(150), 하부 교정부(160), 컨투어링부가 서로 연결고정되어 함께 소재(100)의 폭방향으로 이동가능하도록 프레임(110)에 구성되는데, 바람직한 일례로서 상기 상부 교정부(150)와 컨투어링부가 슬롯(181a)이 형성된 링크판(181)에 의해 연결될 수 있다.
이때, 상기 링크판(181)의 슬롯(181a)은 상부 교정부(150)의 교정롤과 컨투어링부의 컨투어링롤이 소재(100) 날개부(101)의 절곡각에 대응되게 위치각이 변화할 수 있도록 굴곡지게 형성되며, 이러한 슬롯(181a)에는 도 5에 도시된 바와 같이 내부에 단차(181b)가 형성되며 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 볼트(182)가 슬롯(181a)을 통해 상기 상부 교정부(150)와 컨투어링부에 삽입체결되면서 슬롯(181a)의 단차를 압박함으로써 상부 교정부(150)와 컨투어링부을 체결고정시킬 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은, 컨투어링부에 의해 상부 교정부(150)와 하부 교정부(160)가 소재(100)의 가변 폭에 대응되게 소재(100)의 폭방향으로 이동하면서 소재(100)의 형상오차를 교정하되, 코너상부 교정롤(151)와 중심상부 교정롤(152)을 구비하며 아울러 코너하부 교정롤(161)과 중심하부 교정롤(162)가 삼각형 및 역삼각형 배치구조로 구성됨으로써, 가변성형롤에 의해 롤성형되는 소재(100)가 폭 변화시에도 소재(100)의 코너 및 중심부에 대한 형상오차 교정양을 높일 수 있다.
이와 같이 소재의 형상오차를 교정하는 과정을 도 11 내지 도 14를 참조하여 시뮬레이션으로 살펴보면 다음과 같다.
도 11은 가변 롤성형의 단위형상인 비대칭 가변단면을 갖는 초기소재와, 상기 초기소재를 교정하는 교정수단을 포함한 시뮬레이션 모델을 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11의 시뮬레이션에 대한 평가지표를 나타낸 도면이다.
또한, 도 13은 도 11의 시뮬레이션에 대한 결과를 나타낸 도면이고, 도 14는 도 13의 시뮬레이션의 결과를 평균평방근으로 정량적으로 비교한 도면이다.
도 11을 참조하면, 초기소재의 변 1의 단면은 일정 단면을 갖고, 변 2는 가변단면을 갖는다. 여기에서, 상기 변 1은 기존의 가변 롤성형을 통해 단순 절곡공정으로 제작하는 부분이고, 나머지 변인 상기 변 2는 시뮬레이션을 적용하게 되는데, 이때 상기 변 1은 시뮬레이션의 효율을 위해 생략하고, 상기 변 2은 가변 성형롤과 함께 본 발명인 가변 롤성형의 성형교정장치에 의해 시뮬레이션을 하였다. 참고로, 상기 변 1은 성형완성 제품 단면에서 절곡부(비 시뮬레이션 영역)이고, 상기 변 2는 성형완성 제품 단면에서 성형부(시뮬레이션 영역)이다. 아울러, 상기 초기소재의 길이는 1312mm, 가변각도는 18도, 가변폭은 186mm이다.
그리고, 도 12를 참조하면 시뮬레이션에 대한 평가지표로서, 평가지표 1은 성형완료된 소재에 대한 바닥부의 높이변위 분포이고, 평가지표 2는 성형완료된 소재에 대한 바닥부 9지점의 형상오차값(Zn)에 대한 평균평방근이다. 참고로, 상기 평균평방근은 형상변형의 정도를 비교하기 위해 사용되는 통계값으로서, 그 수치가 작을수록 형상오차가 감소한 것을 나타내며 이는 형상오차의 교정양이 높은 것을 의미한다.
상기와 같은 시뮬레이션모델과 평가지표를 통한 시뮬레이션 결과를 도 13 및 도 14를 참조하여 살펴보면, 도 13(a)에 도시된 바와 같이 본 발명의 교정수단이 적용되지 않은 경우에는 형상변형에 대한 오차율(설정된 형상을 벗어난 정도)이 커서 평가지표 1인 높이변위가 일정하지 않은 반면에, 도 13(b)에 도시된 바와 같이 본 발명의 교정수단이 적용된 경우에는 형상변형에 대한 오차율이 거의 없게 되어 평가지표 2인 높이변위가 일정한 것을 알 수 있다. 또한, 도 14에 도시된 바와 같이 본 발명의 교정수단이 적용되지 않는 경우에는 평균평방근이 52.7mm이고, 본 발명의 교정수단이 적용된 경우에는 평균평방근이 2.4mm로서, 본 발명의 교정수단이 적용된 경우에 상대적으로 형상오차가 감소한 것을 나타내며 이는 형상오차의 교정양이 높은 것을 의미한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
100 : 소재 101 : 날개부
110 : 프레임 111 : 스크류축
112 : 가이드레일 120 : 상하브라켓
130 : 좌우브라켓 140 : 회전브라켓
150 : 상부 교정부 151 : 코너상부 교정롤
152 : 중심상부 교정롤 153 : 날개부 교정롤
160 : 하부 교정부 161 : 코너하부 교정롤
162 : 중심하부 교정롤 171 : 월-컨투어링롤
172, 173 : 에지-컨투어링롤 173a : 인입홈
181 : 링크판 181a : 슬롯
181b : 단차 182 : 볼트
190 : 비틀림스프링

Claims (14)

  1. 소재(100)가 롤성형되는 성형경로에 설치된 프레임(110); 및 상기 프레임(110)에 설치되어, 가변성형롤에 의해 롤성형되는 상기 소재(100)의 형상오차를 교정하되, 진행되는 상기 소재(100)의 폭 변화시 상기 소재(100)의 코너 및 중심부에 대한 형상오차 교정양을 높이도록 구성되는 교정수단;을 포함하며,
    상기 교정수단은, 상기 소재(100)의 상면을 압박하는 상부 교정부(150); 및 상기 상부 교정부(150)와 연결고정되며, 상기 소재(100)의 하면을 압박하는 하부 교정부(160);를 구비하며,
    상기 상부 교정부(150)는, 상기 소재(100) 상의 코너 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 코너상부 교정롤(151); 및 상기 소재(100) 상의 중심부 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 복수 개의 중심상부 교정롤(152);을 구비하며,
    상기 하부 교정부(160)는, 상기 소재(100)를 사이에 두고 상기 코너상부 교정롤(151)의 하측 전후에 배치되어 측면상으로 삼각형 배치구조를 이루는 코너하부 교정롤(161); 및 상기 소재(100)를 사이에 두고 복수 개의 상기 중심상부 교정롤(152) 사이의 하측에 배치되어 측면상으로 역삼각형 배치구조를 이루는 중심하부 교정롤(162);을 구비하여, 삼각형 배치구조와 역삼형 배치구조가 조합을 이루는 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  2. 소재(100)가 롤성형되는 성형경로에 설치된 프레임(110); 및 상기 프레임(110)에 설치되어, 가변성형롤에 의해 롤성형되는 상기 소재(100)의 형상오차를 교정하되, 진행되는 상기 소재(100)의 폭 변화시 상기 소재(100)의 코너 및 중심부에 대한 형상오차 교정양을 높이도록 구성되는 교정수단;을 포함하며,
    상기 교정수단은, 상기 소재(100)의 상면을 압박하는 상부 교정부(150); 상기 상부 교정부(150)와 연결고정되며, 상기 소재(100)의 하면을 압박하는 하부 교정부(160); 및 상기 상부 교정부(150), 하부 교정부(160)와 연결고정되며, 상기 소재(100)의 폭에 대응되게 상기 소재(100)의 폭방향으로 이동되는 컨투어링부;를 구비하며,
    상기 컨투어링부는, 진행되는 상기 소재(100)의 측부에서 상측 돌출된 날개부(101)에 접촉하되, 상기 소재(100)의 날개부(101) 양측면에 롤링접촉하는 월-컨투어링롤(171), 또는 상기 소재(100)의 날개부(101) 에지에 롤링접촉하는 에지-컨투어링롤을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 교정부(150)는,
    상기 소재(100) 상의 코너 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 코너상부 교정롤(151); 및
    상기 소재(100) 상의 중심부 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 복수 개의 중심상부 교정롤(152);
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하부 교정부(160)는,
    상기 소재(100)를 사이에 두고 상기 코너상부 교정롤(151)의 하측 전후에 배치되어 측면상으로 삼각형 배치구조를 이루는 코너하부 교정롤(161); 및
    상기 소재(100)를 사이에 두고 복수 개의 상기 중심상부 교정롤(152) 사이의 하측에 배치되어 측면상으로 역삼각형 배치구조를 이루는 중심하부 교정롤(162);을 구비하여,
    삼각형 배치구조와 역삼형 배치구조가 조합을 이루는 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 상부 교정부(150)는,
    진행되는 상기 소재(100)의 측부에서 상측 돌출된 날개부(101) 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 날개부 교정롤(153);
    을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 에지-컨투어링롤은,
    상기 소재(100)의 에지가 인입되는 인입홈이 형성되되, 진행되는 상기 소재(100)의 높낮이 차이에도 컨투어링 가능하도록 상기 인입홈의 상하폭이 상기 소재(100)의 에지 두께보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  7. 소재(100)가 롤성형되는 성형경로에 설치된 프레임(110); 및 상기 프레임(110)에 설치되어, 가변성형롤에 의해 롤성형되는 상기 소재(100)의 형상오차를 교정하되, 진행되는 상기 소재(100)의 폭 변화시 상기 소재(100)의 코너 및 중심부에 대한 형상오차 교정양을 높이도록 구성되는 교정수단;을 포함하며,
    상기 교정수단은, 상기 소재(100)의 상면을 압박하는 상부 교정부(150); 및 상기 상부 교정부(150)와 연결고정되며, 상기 소재(100)의 하면을 압박하는 하부 교정부(160); 및 상기 상부 교정부(150), 하부 교정부(160)와 연결고정되며, 상기 소재(100)의 폭에 대응되게 상기 소재(100)의 폭방향으로 이동되는 컨투어링부;를 구비하며,
    상기 교정수단은, 상하높이 조절되도록 스크류축(111)으로 상기 프레임(110)에 연결되고, 상기 프레임(110) 양측부의 가이드레일(112)에 체결되어 상하이동되는 상하브라켓(120); 상기 상하브라켓(120)에 상기 소재(100)의 폭방향으로 이동가능하게 설치된 좌우브라켓(130); 및 상기 좌우브라켓(130)의 하부에 회전되게 체결되며, 상기 상부 교정부(150), 하부 교정부(160), 컨투어링부가 고정된 회전브라켓(140);을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회전브라켓(140)은 진행되는 상기 소재(100)의 폭방향 변화 시 회전 후 원상복귀되도록, 상기 좌우브라켓(130)에 비틀림스프링(190)으로 연결된 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 상부 교정부(150)는,
    상기 소재(100) 상의 코너 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 코너상부 교정롤(151); 및
    상기 소재(100) 상의 중심부 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 복수 개의 중심상부 교정롤(152);
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하부 교정부(160)는,
    상기 소재(100)를 사이에 두고 상기 코너상부 교정롤(151)의 하측 전후에 배치되어 측면상으로 삼각형 배치구조를 이루는 코너하부 교정롤(161); 및
    상기 소재(100)를 사이에 두고 복수 개의 상기 중심상부 교정롤(152) 사이의 하측에 배치되어 측면상으로 역삼각형 배치구조를 이루는 중심하부 교정롤(162);을 구비하여,
    삼각형 배치구조와 역삼형 배치구조가 조합을 이루는 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 상부 교정부(150)는,
    진행되는 상기 소재(100)의 측부에서 상측 돌출된 날개부(101) 상면을 따라 이동하면서 롤링압박하는 날개부 교정롤(153);
    을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 교정수단은, 상기 상부 교정부(150), 하부 교정부(160)와 연결고정되며, 상기 소재(100)의 폭에 대응되게 상기 소재(100)의 폭방향으로 이동되는 컨투어링부;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  13. 제7항 또는 제12항에 있어서,
    상기 컨투어링부는,
    진행되는 상기 소재(100)의 측부에서 상측 돌출된 날개부(101)에 접촉하되,
    상기 소재(100)의 날개부(101) 양측면에 롤링접촉하는 월-컨투어링롤(171), 또는 상기 소재(100)의 날개부(101) 에지에 롤링접촉하는 에지-컨투어링롤을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 에지-컨투어링롤은,
    상기 소재(100)의 에지가 인입되는 인입홈이 형성되되, 진행되는 상기 소재(100)의 높낮이 차이에도 컨투어링 가능하도록 상기 인입홈의 상하폭이 상기 소재(100)의 에지 두께보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 가변 롤성형의 성형교정장치.
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