KR101578500B1

KR101578500B1 - 강판의 롤 굽힘 장치 및 이것을 사용한 강판의 롤 굽힘 성형 방법

Info

Publication number: KR101578500B1
Application number: KR1020137012488A
Authority: KR
Inventors: 게이노스케 이구치; 히데유키 나카무라
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2015-12-18
Also published as: EP2384832A1; EP2384832B1; CN102223962A; JP2010149171A; US20120011913A1; US9149850B2; WO2010074345A1; KR20110059793A; CN102223962B; JP5470841B2; KR20130057501A; EP2384832A4

Abstract

강판 단부(4)의 찌그러짐을 회피할 수 있는 강판(3)의 롤 굽힘 장치로서, 상부 롤(1)과 하부 롤(2)로 이루어지는 강판의 롤 굽힘 성형 장치에 있어서, 강판(3)의 외측을 성형하는 하부 롤(2)의 강판 단부(4)와의 접촉 영역에, 강판의 굽힘 방향과 역방향의 굽힘 방향을 가진 볼록한 형태의 곡률부(5)를 형성한 것을 특징으로 하는 강판의 롤 굽힘 성형 장치.

Description

강판의 롤 굽힘 장치 및 이것을 사용한 강판의 롤 굽힘 성형 방법 {ROLLER BENDING APPARATUS AND METHOD OF BENDING A STEEL PLATE USING THE SAME}

본 발명은 강판의 롤 굽힘 장치 및 이것을 사용한 강판의 롤 굽힘 성형 방법에 관한 것이며, 특히 실린더 관과 같은 후육관을 제조하기에 매우 적합한 강판의 롤 굽힘 장치 및 이것을 사용한 강판의 롤 굽힘 성형 방법에 관한 것이다.

강관의 제조 방법으로서, 다수 단의 성형용 롤로 강판을 서서히 굽힘 성형하고, 최종적으로 원형으로 성형한 후, 단면 사이를 용접하는 방법이 널리 채용되고 있다.

이 굽힘 성형 공정은 전반의 브레이크다운 공정과 후반의 핀 패스 공정으로 대별되고, 브레이크다운 공정에 있어서는 대폭적인 굽힘 가공을 한다.

강판의 롤 굽힘 가공은 상부 롤과 하부 롤 사이에서 강판을 가압하여 이루어진다. 강판은 강판의 외측을 성형하는 하부 롤 위에 보내어지고, 강판의 내측을 성형하는 상부 롤에 의해 굽힘 성형된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 상부 롤(1), 하부 롤(2) 모두의 롤 캘리버는 강판(3)의 굽힘 방향에 따른 곡률을 가지는 것이 보통이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 하부 롤(2)은 직선 형태의 롤 캘리버를 가지기도 한다.

후판 강판을 롤 굽힘 가공하는 경우에는 도 1 및 도 2의 어느 경우에도, 굽힘 개시 시에, 강판 단부(4)가 하부 롤(2)과 선(또는 점) 접촉하므로, 하향 가압력이 가해지면, 강판 단부(4)에 찌그러짐이 발생하는 것을 피할 수 없었다.

일단 찌그러짐이 발생하면, 그 회복은 불가능하다.

도 3a에 나타내는 핀 패스 공정에서 드로잉이 불충분한 경우에는, 강판 단부(4)를 관 형상으로 맞대면, 도 3b에 나타내는 바와 같이, Y형 접합이 되어, 용접 불량을 일으킨다.

핀 패스 공정에서 드로잉을 충분히 가한 경우에는, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 단부의 두께가 국부적으로 증가하여, 관의 내경 진원도가 저하하는 경우가 있다.

이 문제가 현저하게 되는 것은 강관의 판 두께를 t, 직경을 D로 한 때에, t/D가 0.06 이상인 경우이다.

이 문제를 회피하기 위해, 특허문헌 1에서는 도 4a 또는 도 4b에 나타내는 바와 같이, 강판 단부(4)를 예비 굽힘용 롤로 예비 굽힘을 해 두고, 도 4c에 나타내는 브레이크다운 공정에서는 강판 단부(4)는 굽힘 가공하지 않는 방법이 제안되어 있다.

그러나, 예비 굽힘용 롤을 사용하더라도, 굽힘 개시시에는 아무래도 어느 정도의 찌그러짐이 발생하는 것은 피할 수 없다. 또한, 브레이크다운 공정 전에 예비 굽힘용 스탠드를 설치하여야 하므로, 설비의 대형화를 초래한다는 문제를 안고 있다.

일본공개특허공보 소57-195531호

본 발명의 목적은 t/D가 0.06 이상인 강관을 제조할 때에도, 예비 굽힘용 스탠드를 사용하지 않고, 강판 단부가 찌그러지는 것을 회피할 수 있는 강판의 롤 굽힘 장치 및 이것을 이용한 강판의 롤 굽힘 성형 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 강판의 롤 굽힘 성형 장치의 롤 형상과 강판 단부의 찌그러짐에 대하여 예의 검토하여 얻은 지견으로부터 본 발명을 이룬 것이다. 본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 판 두께 t, 직경 D가 t/D ≥ 0.06을 만족하는 강관을, 예비 굽힘용 스탠드를 사용하지 않고 제조하기 위한 강판의 롤 굽힘 성형 방법으로,
상부 롤과 하부 롤로 이루어지고, 강판의 외측을 성형하는 하부 롤이 강판의 굽힘 방향과 역방향의 굽힘 방향을 가진 볼록한 형태의 곡률부를 가지며, 곡률부의 곡률 반경 R이 굽힘을 가하기 전의 강판의 선단간 거리를 W1, 굽힘을 가한 후의 강판의 선단간 거리를 W2, 곡률부의 롤 각도를 θ로 하였을 때에, 0.15 t² ≤ R ≤ ((2t+(W1-W2)/tanθ)×360)/2πθ를 만족하는 롤 굽힘 성형 장치를 사용하며,
제조되는 강관의 직경을 D로 하였을 때에, 판 두께 t가 t/D ≥ 0.06을 만족하는 후육 강판을 상기 롤 굽힘 성형 장치에 강판 단부가 상기 곡률부에 접촉하도록 배치하고, 상기 강판에 상부 롤로부터 아래로 향하는 외압력이 가해지는 것에 의해, 강판을 굽힘과 동시에 강판 단부를 상기 볼록한 형태의 상기 곡률부를 따라 강판의 굽힘 방향과 역방향으로 만곡시켜 면으로 하부 롤에 접촉시켜, 강판 단부의 모서리를 하부 롤의 곡률부로부터 들떠있는 상태로 하고,
강판의 굽힘이 진행됨에 따라, 상기 곡률부를 따라 강판 단부가 미끄러져 들어가게 함으로써, 강판 단부가 찌그러지는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 후육 강판의 롤 굽힘 성형 방법.

(2) 하부 롤의 강판 단부와의 접촉 영역 이외의 부분이 직선 형태 또는 오목한 형태의 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 후육 강판의 롤 굽힘 성형 방법.

삭제

(3) 강판의 외측을 성형하는 하부 롤이 좌우로 분할되어 있고, 상호의 간격을 강판의 판 두께 및 판 폭에 따라 조정 가능하게 한 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)의 후육 강판의 롤 굽힘 성형 방법.

삭제

본 발명의 강판의 롤 굽힘 장치는 강판의 외측을 성형하는 하부 롤의 강판 단부와의 접촉 영역이 굽힘 방향과는 역방향의 볼록한 형태의 곡률을 가지는 것이므로, 강판이 상부 롤에 의해 가압되었을 때에, 강판 단부는 굽힘 방향과는 역방향의 볼록한 형태의 곡률부를 따라서 만곡하여, 눌려찌그러지는 경우가 없다.

본 발명의 강판의 롤 굽힘 장치를 사용하면, t/D가 0.06 이상인 강관을 강관 단부가 찌그러지지 않게 제조할 수 있다.

또한, 예비 굽힘용 스탠드를 사용할 필요도 없기 때문에, 설비의 대형화를 초래하지도 않는다.

하부 롤의 강판 단부와의 접촉 영역 이외의 부분은 강판 단부의 찌그러짐에는 영향을 주지 않기 때문에, 직선 형태 또는 오목한 형태의 곡률을 가지는 것으로 할 수 있다.

하부 롤의 곡률부(5)의 곡률 반경 R이 너무 작으면, 접촉한 강판(3)에 압흔이나 스크래치가 발생할 가능성이 있으나, 곡률 반경 R을 0.15 t² 이상으로 함으로써, 그 우려를 없앨 수 있다.

동일 라인에서, 동일하나 지름이 다르고 판 두께가 다른 강관을 제조하는 경우에는 강관의 외경이 같아도 판 폭이 다르므로, 하부 롤의 강판 단부와의 접촉 영역도 다르다. 그 경우에도, 좌우로 분할된 하부 롤 상호의 간격을 강판의 판 두께에 따라 조정 가능하게 해 두면, 동일한 롤 굽힘 장치에 의하여 대응 가능하게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 강판의 롤 굽힘 장치의 개략을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 의한 강판의 롤 굽힘 장치의 개략을 나타내는 도면이다.
도 3a는 핀 패스 공정의 개략을 나타내는 도면이다.
도 3b는 Y형 접합에 의한 용접 불량의 개략을 나타내는 도면이다.
도 3c는 강판 단부의 두께의 국부적 증가의 개략을 나타내는 도면이다.
도 4a는 종래 기술에 의한 예비 굽힘용 롤에 의한 강판 단부의 예비 굽힘의 개략을 나타내는 도면이다.
도 4b는 종래 기술에 의한 예비 굽힘용 롤에 의한 강판 단부의 예비 굽힘의 개략을 나타내는 도면이다.
도 4c는 종래 기술에 의한 브레이크다운 공정의 개략을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한, 강판의 롤 굽힘 장치의 개략을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한, 강판의 롤 굽힘 장치를 사용하여 강판에 굽힘을 가하였을 때의 개략을 나타내는 도면이다.
도 7a는 하부 롤의 곡률부의 곡률 반경 R의 하한값을 나타내는 도면이다.
도 7b는 하부 롤의 곡률부의 곡률 반경 R의 하한값을 나타내는 도면이다.
도 8은 판 두께와 곡률 반경 R의 하한값과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 하부 롤의 곡률부의 곡률 반경 R의 상한값을 나타내는 도면이다.
도 10은 회전에 의해서만 일어나는 강판 단부의 이동을 나타내는 도면이다.
도 11은 미끄러짐에 의한 강판 단부의 이동을 나타내는 도면이다.
도 12는 핀 패스 롤의 개략을 나타내는 도면이다.
도 13은 하부 롤의 확장 수축을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명에 관한 롤의 개략을 나타내는 도면이다.
도 15는 종래 기술에 관한 롤의 개략을 나타내는 도면이다.
도 16은 다른 종래 기술에 관한 롤의 개략을 나타내는 도면이다.
도 17은 강판 단부의 판 두께 분포를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다.

도 5는 본 발명의 요부를 나타내는 도면이다. 강판(3)이 상부 롤(1)과 하부 롤(2)의 사이에 공급되고 화살표 방향으로 가압되어 롤 굽힘 성형된다.

본 발명에서는 굽힘 개시 시에, 강판 단부(4)의 찌그러짐 방지를 목적으로 하고 있기 때문에, 롤 굽힘이 개시되는 최초의 스탠드만을 도시하고 있다.

후속하는 스탠드에서는 강판 단부(4)가 찌그러지는 경우는 거의 발생하지 않기 때문에, 후속하는 스탠드에는 종래와 같은 롤 캘리버를 가진 롤을 사용할 수도 있다.

상부 롤(1)과 하부 롤(2)은 굽힘 방향에 대응하는 롤 캘리버를 가지고 있다. 강판(3)의 외측을 성형하는 하부 롤(1)은 오목한 형태의 롤 캘리버를 가지고, 내측을 성형하는 상부 롤(1)은 볼록한 형태의 롤 캘리버를 가지고 있다.

그러나, 이 형상 그대로의 상태로는 강판 단부(4)가 찌그러지는 경우가 발생한다.

이에, 본 발명에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 하부 롤(2)의 강판 단부(4)와의 접촉 영역에 굽힘 방향과는 역방향의 볼록한 형태의 곡률부(5)를 형성하였다.

이에 의하여, 상부 롤(1)로부터 강판(3)에 아래로 향하는 가압력이 가해지면, 강판 단부(4)는 도 5와 같이 판의 모퉁이가 아니라, 면으로 하부 롤에 접촉하고, 굽힘이 진행함에 따라 도 6과 같이 곡률(5)을 따라 미끄러져 들어간다.

하부 롤(2)의 에지 이외의 부분은 직선 형태이어도 좋고, 도 5에서 파선으로 나타내는 바와 같은 곡률부를 형성하여도 좋다.

강판(3)은 위를 향하여 굴곡하게 되지만, 강판 단부(4)는 하부 롤(2)의 곡률부(5)로부터 조금 뜬 상태이기 때문에, 찌그러짐이 발생하는 경우가 없다.

하부 롤(2)과 강판 단부(4)와의 접촉 영역 이외의 부분은 직선 형태 또는 오목한 형태의 롤 캘리버로 하면 좋다.

이하에, 본 발명에 있어서의 볼록한 형태의 곡률부(5)의 바람직한 조건을 설명한다.

본 발명에서는 도 7a의 상태로부터 굽힘 성형을 개시하면, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 강판(3)의 아랫면에 곡률부(5)가 접촉하게 되므로, 곡률부(5)의 곡률 반경 R이 너무 작으면, 접촉부에 압흔이나 스크래치가 발생할 우려가 있다.

본 발명자들의 실험에 의한 검토 결과로부터, 압흔이 발생하는 곡률 반경 R의 하한값은 재료 강도에 의하지 않고, 도 8의 그래프에 나타내는 바와 같이, 판 두께 t의 제곱의 함수인 0.15 t²에 근사할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 8에 있어서, 흰 원 기호는 압흔 없음, 검은 원 기호는 압흔 있음을 의미한다. 이 결과로부터, R≥0.15 t²로 하는 것이 좋다.

이와 같이, 압흔의 발생 한계 R이 t²의 함수가 되는 이유는 다음과 같다.

강판 전체를 굽히는데 필요한 모멘트는 t²σy/4이고, 이 굽힘 모멘트를 발생시키기 위한 미는 힘도 단부 성형시에 최대가 되기 때문에, 굽힘 반경의 영향은 받지 않고, t²σy/4에 비례한다.

재료의 압흔에 대한 내력은 σy에 비례하는 것으로 생각되기 때문에, 압흔의 발생 한계는 t²에 비례하게 된다.

곡률부(5)의 곡률 반경 R의 상한값에 대하여 설명한다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 하부 롤(2)의 곡률부(5)의 부분(도 9 중의 화살표로 나타내는 부분)에서는 강판(3)에 굽힘 방향의 굽힘을 가할 수 없기 때문에, 곡률 반경 R이 너무 커지면 구부러지지 않은 부분이 증가하게 되어 바람직하지 않다.

이 점을 상세하게 검토한다.

롤 성형으로 강판(3)에 굽힘이 부가될 때에, 강판(3)과 하부 롤(2)의 접촉부에 미끄러짐이 일어나지 않는다고 하면, 강판 단부(4)는 도 10에 나타내는 바와 같이, 곡률부(5)를 회전에 의하여 이동한다. 회전만을 고려하였을 경우의 굽힘이 가하여지지 않는 길이는 곡률부(5)의 롤 각도를 θ로 하면, 2πRθ/360이 된다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 강판(3)에 굽힘이 가하여지는 것에 의하여, 강판의 단부간 거리는 W1로부터 W2로 변화하므로, 강판 단부(4)는 판 폭 변화에 의한 미끄러짐에 의하여도 이동하게 된다. 굽힘이 가하여진 후의 강판을, 도 11에 파선으로 나타낸다.

이 미끄러짐에 의한 이동은 롤 각도 θ에 따라서 일어나므로, 판 폭 변화량과 롤 각도 θ로부터 (W1-W2)/tanθ가 되고, 이 미끄러진 양만큼 롤에 감겨 굽힘이 가하여지지 않게 된다.

따라서, 회전만을 고려하였을 경우의 굽힘이 가하여지지 않는 길이로부터, 이 미끄러짐에 의한 양을 빼면, 최종적으로 휨이 가하여지지 않는 길이 L은 2πRθ/360-(W1-W2) /tanθ로 구해진다.

길이 L의 직선부는 후단의 핀 패스 공정에서, 도 12와 같이 성형되지만, L이 너무 길면, 에지 버클링 등의 지장이 생긴다.

길이 L은 조업 경험상, L≤2t인 것이 필요하고, 앞의 식을 대입하여 계산하면, R≤((2t+(W1-W2)/tanθ)×360)/2πθ로 하는 것이 좋다.

이상을 종합하면, 곡률부(5)의 곡률 반경 R은

0.15t²≤R≤((2t+(W1-W2)/tanθ)×360)/2πθ인 것이 좋다.

많은 생산 라인에서는 동일한 롤을 사용하고, 동일 외경으로서 판 두께가 다른 강관을 제조한다. 그 경우에는 강관의 외경이 같더라도 판 폭이 다르므로, 하부 롤의 강판 단부와의 접촉 영역이 변화한다.

그 때문에, 도 13과 같이 하부 롤(2)을 좌우로 분할하여 두고, 분할한 하부 롤의 간격을 강판(3)의 판 두께에 따라 조정 가능하게 해 두면, 강판 단부(4)를 곡률부(5)에 항상 올바르게 접촉시키는 것이 가능하게 된다. 판 폭이 바뀌었을 경우에 대하여도, 분할한 하부 롤의 간격을 조정하면 좋다.

도 13의 파선부는 판 두께가 바뀌어, 상부 롤 및 하부 롤의 간격을 조정한 상태를 나타내고 있다.

실시예

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 사용하여 설명한다.

단 스탠드에 의하여, 판 두께 10㎜×강도 590㎫의 강판의 판 단부에 롤 성형을 실시하고, 본 발명의 롤을 사용한 경우와 종래법의 롤을 사용한 경우의 성형시의 단부 찌그러짐을 비교하였다.

도 14는 본 발명에 관한 롤 형상의 개략도이며, 하부 롤의 강판 단부와의 접촉 부위에는 곡률 반경 R이 30㎜, 롤 각도 θ가 35˚인 강판의 굽힘 방향과 역방향의 굽힘 방향을 가진 볼록한 형태의 곡률부가 형성되고, 그 밖의 부분은 직선 형태가 된다. 상부 롤의 강판에 굽힘을 가하는 부위에는 곡률 반경 Ru가 50㎜, 롤 각도 θu가 35˚인 볼록한 형태의 곡률부가 형성되어 있다.

도 15는 비교예로서 사용한, 종래법의 롤 형상을 나타내는 개략도이다. 하부 롤의 강판에 굽힘을 가하는 부위에, 강판의 굽힘 방향과 동일한 방향의 굽힘 방향을 가진 오목한 형태의 곡률부가 형성되어 있고, 상부 롤의 대응 부위에는 볼록한 형태의 곡률부가 형성되어 있다. 상부 롤은 곡률 반경 Ru가 50㎜, 롤 각도 θu가 35˚이며, 하부 롤은 곡률 반경 R이 60㎜이며, 롤 각도 θ가 35˚이다.

도 16은 비교예로서 이용한, 다른 종래법의 롤 형상을 나타내는 개략도이다. 하부 롤은 곡률부가 없는 직선 형태이며, 상부 롤의 강판에 굽힘을 가하는 부위에는 곡률 반경 Ru가 50㎜, 롤 각도 θu가 35˚의 볼록한 형태의 곡률부가 형성되어 있다.

도 17에, 이 단 스탠드들에서 강판에 휨을 가한 후의 강판 단부의 판 두께 분포를 나타낸다.

도 17에 나타내는 바와 같이, 도 15, 도 16에 나타내는 종래법의 롤을 사용한 경우에는 판 두께가 0.8㎜ 감소하는 데 대하여, 도 14에 나타내는 본 발명의 롤을 사용한 경우에는 판 두께가 거의 변화하지 않는 것이 확인되었다.

산업상 이용 가능성

본 발명의 강판의 롤 굽힘 장치를 사용하면, t/D가 0.06 이상의 강관을 강관 단부가 찌그러지지 않게 제조할 수 있다.

본 발명은 철강 산업, 특히 실린더 관과 같은 후육관의 제조에 있어서 이용 가능성이 큰 것이다.

1 상부 롤
2 하부 롤
3 강판
4 강판 단부
5 곡률부
R 곡률부의 곡률 반경
θ 롤 각도
W1 굽힘을 가하기 전의 강판의 단부간 거리
W2 굽힘을 가한 후의 강판의 단부간 거리

Claims

판 두께 t, 직경 D가 t/D ≥ 0.06을 만족하는 강관을, 예비 굽힘용 스탠드를 사용하지 않고 제조하기 위한 강판의 롤 굽힘 성형 방법으로,
상부 롤과 하부 롤로 이루어지고, 강판의 외측을 성형하는 하부 롤이 강판의 굽힘 방향과 역방향의 굽힘 방향을 가진 볼록한 형태의 곡률부를 가지며, 곡률부의 곡률 반경 R이 굽힘을 가하기 전의 강판의 선단간 거리를 W1, 굽힘을 가한 후의 강판의 선단간 거리를 W2, 곡률부의 롤 각도를 θ로 하였을 때에, 0.15 t² ≤ R ≤ ((2t+(W1-W2)/tanθ)×360)/2πθ를 만족하는 롤 굽힘 성형 장치를 사용하며,
제조되는 강관의 직경을 D로 하였을 때에, 판 두께 t가 t/D ≥ 0.06을 만족하는 후육 강판을 상기 롤 굽힘 성형 장치에 강판 단부가 상기 곡률부에 접촉하도록 배치하고, 상기 강판에 상부 롤로부터 아래로 향하는 외압력이 가해지는 것에 의해, 강판을 굽힘과 동시에 강판 단부를 상기 볼록한 형태의 상기 곡률부를 따라 강판의 굽힘 방향과 역방향으로 만곡시켜 면으로 하부 롤에 접촉시켜, 강판 단부의 모서리를 하부 롤의 곡률부로부터 들떠있는 상태로 하고,
강판의 굽힘이 진행됨에 따라, 상기 곡률부를 따라 강판 단부가 미끄러져 들어가게 함으로써, 강판 단부가 찌그러지는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 후육 강판의 롤 굽힘 성형 방법.
제1항에 있어서,
하부 롤의 강판 단부와의 접촉 영역 이외의 부분이 직선 형태 또는 오목한 형태의 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 후육 강판의 롤 굽힘 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
강판의 외측을 성형하는 하부 롤이 좌우로 분할되어 있고, 상호의 간격을 강판의 판 두께 및 판 폭에 따라 조정 가능하게 한 것을 특징으로 하는 후육 강판의 롤 굽힘 성형 방법.
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