KR101657816B1 - 소재 성형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재 성형 장치에 관한 것으로, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 소재 성형 장치는 금속 소재를 가압하고, 상기 소재를 변형시키는 성형수단; 및 상기 성형수단에 의해 변형된 상기 소재에 접촉하도록 상기 성형수단의 일측에 배치되고, 상기 소재에 전류를 흘려 보내도록 전극을 구비하는 잔류 응력 제거수단;을 포함하되, 상기 잔류 응력 제거수단은, 상기 전극을 수용하는 장치케이스; 및 상기 장치케이스와 상기 전극에 연계되어, 상기 전극을 이동시켜 상기 소재에 접촉 또는 비접촉시키는 구동유닛;을 포함하고, 상기 구동유닛은, 상기 전극을 지지하는 지지대;와, 상기 지지대 또는 상기 전극에 연계되도록 상기 장치케이스 내부에 배치되고, 상기 전극을 이동시키게 제공되는 이동대; 및 상기 장치케이스 내부에서 상기 이동대에 연계되고, 상기 이동대를 상기 소재에 밀착시키게 제공되는 탄성부재;를 포함할 수 있다.

Description

소재 성형 장치{Apparatus for forming material}

본 발명은 소재 성형 장치에 관한 것이다.

통상의 산업 현장에서 소재를 성형하기 위한 방법으로 프레스기 또는 사출성형기를 이용한 프레스 성형 또는 사출 성형, 롤을 이용한 압연 성형 또는 압출 성형 등 다양한 성형 공법이 있다.

특히, 도 1에 보이는 것처럼 롤을 이용하여 소재(1)를 성형하는 롤 성형 공정은 압연 성형이나 압출 성형 이외에도 길이가 길고 단순한 단면 형상을 가지는 부품의 제조를 위하여 산업 전반에 걸쳐 사용된다.

즉, 서로 다른 형상과 치수를 갖는 복수개의 성형롤러, 예를 들면, 제1,2,3,4,5성형롤러(2,3,4,5,6)를 구비하여 소재(1)를 가압하고, 소재의 단면을 단계적으로 변형시키는 방법이다.

이때, 추가적으로 소재(1)의 측면에 제6,7성형롤러(7,8)를 구비하여 소재 측면의 두께를 감소시키면서 소재의 높이를 증가시킬 수도 있고, 필요에 따라서는 소재 측면의 단면 형상을 변화시킬 수도 있다.

최근, 이와 같은 롤을 이용한 소재 성형 공법은 자동차 사이드 실, 범퍼와 같이 단순한 단면 형상을 가지는 부품에 많이 적용되고 있다. 그런데, 이러한 자동차 부품의 특성상 고강도강인 소재가 널리 활용되는데, 소재의 강도가 증가할수록 성형 이후에 형상이 복원되는 스프링 백(spring back) 현상이 심각하게 발생하게 된다.

스프링 백 현상은 일정 힘을 가하여 소재를 굽힌 다음, 힘을 제거하면 소재의 탄성 복원에 의해 소재의 굽힘량이 감소되는 현상을 말한다. 이와 같은 스프링 백 현상을 극복하기 위하여 스프링 백 발생량을 보정하여 공정 설계를 수행하는 것이 현재까지 일반적인 방법이다.

그러나, 소재에 따라 스프링 백 발생량은 크게 변화하며, 동일한 소재에 대해서도 편차가 존재하게 된다. 게다가, 스프링 백 발생량이 정확하게 보정된 공정을 설계하기 위해서는 공정 설계의 난이도와 비용이 덩달아 증가하게 되는 문제가 있다.

따라서, 소재의 변형부에서 발생하는 스프링 백을 보다 효과적으로 억제할 수 있는 방법이 요구되는 실정이다.

본 발명은 선술한 문제를 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 스프링 백 발생을 억제하여 소재 성형성을 개선하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 소재의 성형 치수 및 형상 정밀도를 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.

아울러, 제조원가 감축과 공정 효율성 개선에 기여하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 소재 성형 장치에 관한 것이다.

먼저, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소재 성형 장치는 금속 소재를 가압하고, 상기 소재를 변형시키는 성형수단; 및 상기 성형수단에 의해 변형된 상기 소재에 접촉하도록 상기 성형수단의 일측에 배치되고, 상기 소재에 전류를 흘려 보내도록 전극을 구비하는 잔류 응력 제거수단;을 포함하되, 상기 잔류 응력 제거수단은, 상기 전극을 수용하는 장치케이스; 및 상기 장치케이스와 상기 전극에 연계되어, 상기 전극을 이동시켜 상기 소재에 접촉 또는 비접촉시키는 구동유닛;을 포함하고, 상기 구동유닛은, 상기 전극을 지지하는 지지대;와, 상기 지지대 또는 상기 전극에 연계되도록 상기 장치케이스 내부에 배치되고, 상기 전극을 이동시키게 제공되는 이동대; 및 상기 장치케이스 내부에서 상기 이동대에 연계되고, 상기 이동대를 상기 소재에 밀착시키게 제공되는 탄성부재;를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 소재는 이송되게 구비되고, 상기 잔류 응력 제거수단은, 상기 소재의 이송방향에 대하여 상기 성형수단에 후행되게 배치되며, 상기 전극이, 상기 성형수단에 의해 변형된 상기 소재의 변형부에 인접하게 배치되되, 상기 변형부에 접촉 시에 전류를 흘려 보내도록 제공될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 성형수단은, 상기 소재를 가압하는 복수개의 성형롤러;를 포함하고, 상기 잔류 응력 제거수단은, 상기 성형롤러 사이사이에 배치될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 전극은, 곡선을 포함하는 비 다면체(polyhedron)로 제공되며, 회전하게 구비될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 이동대는, 길이방향으로 구비되는 랙기어;를 포함하고, 상기 구동유닛은, 모터축에 상기 랙기어에 맞물리는 피니언기어가 구비되는 구동모터;를 더 포함할 수 있다.

삭제

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본 발명에 의하면 잔류 응력의 제어를 통한 스프링 백의 발생 억제가 가능하다.

이로써, 소재의 성형성 및 품질이 개선되는 효과가 있다.

아울러, 공정의 효율성이 증대되고, 제조원가를 감축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 통상의 성형롤러에 의한 소재의 성형과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소재 성형 장치가 소재의 변형부에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 A의 확대도로서, 소재의 변형부 내부의 응력 분포를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소재 성형 장치의 구동유닛의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소재 성형 장치가 이송되는 소재의 변형부 일측에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

먼저, 도 2에 보이는 것처럼, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 소재 성형 장치(100)는 소재(1)의 변형부, 특히 굽힘 변형부(A)에 설치될 수 있다.

이때, 상기 소재(1)는 금속을 포함하거나, 금속 재질로 구비되는 전도체일 수 있다.

본 발명에서는 상기 소재(1)를 변형시킨 후, 상기 소재에 잔류하는 응력을 효과적으로 제거하여 스프링 백(spring back)의 발생을 억제할 수 있도록, 소재(1)를 가압하고, 상기 소재를 변형시키는 성형수단 및 상기 소재에 일측에서 상기 소재에 전류를 흘려 보내도록 전극을 구비하고, 전류를 흘려보냄으로써 상기 소재 내부의 원자 배열을 변형시키는 소재 성형 장치를 제공한다.

특히, 소재 내부의 원자 배열 또는 구조가 변형되면서 소재 내부의 조직 또는 구조가 변형될 수 있고, 이 과정에서 잔류 응력이 제거되는 원리를 이용할 수 있다. 그리고, 상기 잔류 응력 제거수단의 전극으로 흘려 보내는 전류는 DC(direct current)전류를 사용한다.

통상의 롤, 프레스기 등의 성형수단을 이용하여 변형을 받은 소재(1)는 그 변형이 주로 굽힘 변형부(A)에 집중되는 경향이 있다. 특히, 롤을 이용한 성형에서는 대부분의 변형이 굽힘 변형부(A)에 집중되고, 소재(1) 전체에 발생하는 변형량은 크지 않다.

변형을 받은 소재(1)의 굽힘 변형부(A)에는 도 3에 보이는 것과 같은 응력 편차가 발생하게 된다. 즉, 소재의 내면(1a)에는 압축변형에 따른 인장응력이, 소재의 외면(1b)에는 인장변형에 따른 압축응력이 잔류하게 된다.

이와 같이 소재(1)의 두께 방향으로 불균일한 잔류 응력에 의해 소재(1)는 두께방향으로 서로 다른 복원력을 가지게 되며, 이로 인해 변형된 소재에는 스프링 백이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 변형된 상기 소재(1)의 두께방향으로 잔류하는 응력의 편차를 제거하고, 스프링 백의 발생을 억제하도록 상기 소재(1)에 열을 가하게 제공되는 소재 성형 장치를 제공한다.

도 4에는 상기 잔류 응력 제거수단이 도시되어 있다. 바람직하게, 잔류 응력 제거수단은, 상기 전극(20)을 수용하는 장치케이스(10)와, 상기 장치케이스(10)와 상기 전극(20)에 연계되어, 상기 전극을 이동시켜 상기 소재에 접촉 또는 비접촉시키는 구동유닛을 더 포함할 수 있다.

이때, 구동유닛에 의하면 전극(20)을 소재(1)에 완전 접촉시키고 밀착시킬 수 있으므로, 전류가 온전히 소재(1)로 흐르도록 구성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전극(20)을 사용하지 않을 때에는 상기 구동유닛에 의해 전극(20)을 장치케이스(10) 내부로 이동시켜 놓을 수 있는데, 그러면, 주변 설비들과의 간섭에 의해 전극(20)이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 안전사고의 발생을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.

상기 전극(20)은 곡선을 포함하는 비 다면체(polyhedron)로 제공되며, 회전하게 구비될 수 있다. 바람직하게는 구형으로 제공될 수 있으나, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니며 당업자에 의해 적절히 변경 적용될 수 있는 사항이다.

전극(20)의 형상을 이와 같이 구비하고, 곡선부를 이송되는 소재(1)의 일측에 접촉하게 한다. 그리고, 소재의 이송에 따라 전극(20)이 자연스럽게 회전하도록 구비하면, 전극(20)에 의해 소재(1)의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있어 소재의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

마찬가지로, 전극(20)이 소재(1)의 이송에 간섭을 유발하는 원인이 사전에 제거되므로, 공정의 효율성이 증대되는 효과가 있다.

한편, 선술한 구동유닛은 도 4에 보이는 것처럼, 상기 전극(20)을 이동시키기 위해서 전극(20)을 지지하는 지지대(31)와, 상기 지지대 또는 상기 전극에 연계되도록 장치케이스(10) 내부에 배치되고, 전극(20)을 이동시키게 제공되는 이동대(32) 및 장치케이스(10) 내부에서 상기 이동대(32)에 연계되고, 상기 이동대를 소재에 밀착시키게 제공되는 탄성부재(33)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 지지대(31)는 전극(20)에 접촉하는 일면이 상기 전극(20)의 곡선부에 대응되도록 오목한 형상으로 구비될 수 있다. 그러면, 지지대(31) 상에서 전극(20)이 원활하게 회전할 수 있고, 지지대(31) 밖으로 전극(20)이 이탈되는 사고를 효과적으로 방지할 수 있다.

그리고 상기 지지대(31)의 타면은 이동대(32)의 일측에 고정축(31a)을 통해 고정된다. 따라서, 장치케이스(10) 내부에서 상기 이동대(32)의 이동에 의해, 지지대(31)도 함께 이동할 수 있다.

한편, 장치케이스(10)의 내측에는 상기 전극으로부터 일정거리 떨어진 지점에 중앙부로 돌출된 걸림턱(11)이 형성될 수 있다. 걸림턱(11)은 탄성부재(33)를 지지하기도 하고, 전극(20)에 연결된 전극선(21)이 통과하는 관통공을 포함한다.

상기 이동대(32)의 이동은 장치케이스(10)의 걸림턱(11)으로부터 시작될 수 있다. 즉, 도 4에 보이는 것처럼, 전극(20)이 장치케이스(10) 내부에 존재하며, 소재(1)로부터 접촉이 해제된 상태에서는 이동대(32)가 걸림턱(11) 방향으로 쏠려있고, 탄성부재(33) 또한, 이동대(32)에 의해 걸림턱(11) 방향으로 수축되어 있는 상태다.

그리고, 전극(20)이 장치캐이스(10) 외부에 존재하며, 소재(1)에 접촉되어 전류를 흘려 보내고 있는 상태에서는 이동대(32)가 걸림턱(11)의 반대방향으로 쏠려있고, 탄성부재(33)는 이동대(32)에 의해 수축 해제되어 신장되어 있는 상태다.

이때, 탄성부재(33)는 탄성에 의해 전극(20)을 소재(1) 표면에 더욱 밀착시키는 효과를 창출하게 된다. 따라서, 전극(20)이 소재(1)에 접촉되면, 사용자는 전극선(21)에 전기적으로 연결된 제어부(200)를 통해 소재(1)의 변형부에 전류를 흘려보낼 수 있다.

이와 같은 전극(20)의 이동을 보다 용이하게 하기 위해서, 상기 장치케이스(10)의 일측에는 관통홀(12)이 구비될 수 있다. 그리고, 이동대(32)는 상기 관통홀(12)에 대응되는 위치에서 길이방향으로 구비되는 랙기어(32a)를 포함할 수 있다.

그리고, 회전하는 모터축(35a)에 상기 랙기어(32a)에 맞물리는 피니언기어(34)가 구비되는 구동모터(35)를 구비한다. 그리고 상기 구동모터(35)를 선술한 제어부(200)에 전기적으로 연결하면, 이동대(32)의 이동을 자동으로 편리하게 제어할 수도 있다.

다만, 선술한 모터, 랙기어, 피니언기어 등의 수단은 당업자에 의해 적절히 변경되어 적용될 수 있는 사항이며, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 소재 성형 장치(100)를 제어부(200)에 전기적으로 연결하고, 이송되며 성형되는 소재(1)의 일측에 구비하면, 소재(1)의 변형부에 전류를 흘려보냄으로써, 잔류하는 응력을 효과적으로 제거 또는 응력의 불균형을 해소할 수 있다.

또한, 제어부(200)를 통해 전극(20)에 가해지는 전류의 밀도, 전압 인가시간, 휴지시간 등을 제어하도록 구성하면, 소재(1)의 특성과 성형 방법의 특성에 따라 잔류 응력을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

이로써, 잔류 응력에 의하여 소재의 변형부에 발생하는 스프링 백 현상을 방지할 수 있고, 스프링 백으로 인한 제품의 성형성 저하, 품질 저하, 제조비용의 증가 현상을 동시에 방지할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였다. 다만, 상기에 기재된 사항은 본 발명의 권리범위를 한정하려는 의도가 아니며, 청구범위 및 상세한 설명에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1 : 소재 10 : 장치케이스
20 : 전극 200 : 제어부

Claims (7)

1. 금속 소재를 가압하고, 상기 소재를 변형시키는 성형수단; 및
   상기 성형수단에 의해 변형된 상기 소재에 접촉하도록 상기 성형수단의 일측에 배치되고, 상기 소재에 전류를 흘려 보내도록 전극을 구비하는 잔류 응력 제거수단;을 포함하되,
   상기 잔류 응력 제거수단은,
   상기 전극을 수용하는 장치케이스; 및
   상기 장치케이스와 상기 전극에 연계되어, 상기 전극을 이동시켜 상기 소재에 접촉 또는 비접촉시키는 구동유닛;을 포함하고,
   상기 구동유닛은,
   상기 전극을 지지하는 지지대;
   상기 지지대 또는 상기 전극에 연계되도록 상기 장치케이스 내부에 배치되고, 상기 전극을 이동시키게 제공되는 이동대; 및
   상기 장치케이스 내부에서 상기 이동대에 연계되고, 상기 이동대를 상기 소재에 밀착시키게 제공되는 탄성부재;를 포함하여 구성되는 소재 성형 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 소재는 이송되게 구비되고,
   상기 잔류 응력 제거수단은,
   상기 소재의 이송방향에 대하여 상기 성형수단에 후행되게 배치되며,
   상기 전극이,
   상기 성형수단에 의해 변형된 상기 소재의 변형부에 인접하게 배치되되, 상기 변형부에 접촉 시에 전류를 흘려 보내도록 제공되는 것을 특징으로 하는 소재 성형 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 성형수단은,
   상기 소재를 가압하는 복수개의 성형롤러;를 포함하고,
   상기 잔류 응력 제거수단은,
   상기 성형롤러 사이사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 소재 성형 장치.
   
4. 삭제
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전극은,
   곡선을 포함하는 비 다면체(polyhedron)로 제공되며, 회전하게 구비되는 것을 특징으로 하는 소재 성형 장치.
   
6. 삭제
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이동대는,
   길이방향으로 구비되는 랙기어;를 포함하고,
   상기 구동유닛은,
   모터축에 상기 랙기어에 맞물리는 피니언기어가 구비되는 구동모터;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소재 성형 장치.
   
   

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