KR101940877B1

KR101940877B1 - 빔 성형 장치

Info

Publication number: KR101940877B1
Application number: KR1020160176813A
Authority: KR
Inventors: 박종철; 김돈건; 정기석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2019-01-21
Also published as: KR20180073208A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형 장치는, 제1 방향을 따라 공급되는 소재의 제1면 및 제2면에 각각 배치되는 제1 메인 롤과 제2 메인 롤을 갖는 메인 롤 세트, 및 상기 제1 방향에서 상기 메인 롤 세트에 앞서 배치되며, 상기 소재의 상기 제1면에 배치되는 제1 및 제2 서브 롤과, 상기 소재의 상기 제2면에 배치되는 제3 서브 롤을 갖는 서브 롤 세트를 포함한다.

Description

빔 성형 장치{APPARATUS FOR FORMING BEAM STRUCTURE}

본 발명은 빔 성형 장치에 관한 것이다.

롤 성형공정은 다단으로 배열된 성형롤들을 이용하여 길이가 긴 소재를 연속적으로 굽히는 공정이다. 롤 성형공정이 진행되는 동안 소재가 길이 방향을 따라 연속적으로 공급되므로 대량생산에 유리하며, 전자제품, 자동차 부품, 건축부재 등에 다양하게 적용된다. 나아가 고부가가치를 갖는 복잡한 형상의 빔을 성형하기 위해 롤 성형공정에 이어 다양한 후속공정들이 적용될 수 있으며, 특히 굽힘 공정을 적용하여 다양한 곡률을 갖는 복잡한 제품을 생산할 수 있다. 하지만, 굽힘 공정에서 직선 빔이 성형되면서 소재 단면에 압축응력이 발생해 주름(wrinkling), 좌굴(buckling)과 같은 결함이 발행할 수 있으며, 이는 제품의 형상에 제약으로 작용할 수 있다. 이를 개선하기 위하여, 인장굽힘(stretching bending), 빔 내부의 맨드릴 적용 등과 같은 다양한 시도들이 제안된 바 있다

일본 공개특허공보 특개2015-104734호

본 발명의 일 실시예에 따르면, 굽힘 공정에서 발생하는 형상 결함을 개선하기 위하여 제안된 인장 굽힘 공정에 있어서, 성형성과 생산성을 동시에 개선할 수 있는 방안을 제안한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 서브 롤은, 상기 제1 방향에서 상기 제3 서브 롤과 다른 위치에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 메인 롤 세트는, 상기 소재의 상기 제1면에 압축 응력이 가해지고 상기 제2면에 인장 응력이 가해지도록 상기 빔을 굽힐 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서브 롤 세트는, 상기 소재의 상기 제1면에 인장 응력이 가해지고, 상기 제2면에 압축 응력이 가해지도록 상기 빔을 굽힐 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형 장치는, 제1 방향을 따라 공급되는 소재에 대하여, 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 힘을 인가하여 상기 소재의 굽힘 공정을 진행하는 메인 롤 세트, 및 상기 제1 방향에서 상기 메인 롤 세트에 앞서 배치되며, 상기 메인 롤 세트와 반대되는 방향으로 상기 소재에 힘을 인가하는 서브 롤 세트를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 다르면, 상기 메인 롤 세트에 포함되는 롤들의 개수는, 상기 서브 롤 세트에 포함되는 롤들의 개수보다 적을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 메인 롤 세트가 상기 소재에 인가하는 힘은, 상기 서브 롤 세트가 상기 소재에 인가하는 힘보다 클 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 빔 성형 장치는, 소재가 공급되는 제1 방향에서 메인 롤 세트에 앞서 배치되는 서브 롤 세트를 포함한다. 서브 롤 세트는 메인 롤 세트가 빔을 굽히는 방향의 반대 방향으로 빔에 인장 응력 및 압축 응력을 가할 수 있으며, 따라서 메인 롤 세트의 굽힘 성형에 의해 소재에서 발생하는 형상 결함을 완화하여 성형성 및 생산성을 개선할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형 장치의 동작 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.

본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시 형태가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형 장치는, 메인 롤 세트(110) 및 서브 롤 세트(120)를 포함할 수 있다. 메인 롤 세트(110)와 서브 롤 세트(120)는 소재(100)를 특정 방향으로 굽히는 굽힘 공정을 진행할 수 있으며, 일 실시예에서 소재(100)는 빔(beam)일 수 있다. 소재(100)는 제1 방향(도 1의 X축 방향)을 따라 서브 롤 세트(120)를 거쳐 메인 롤 세트(110)로 진행할 수 있다. 즉, 서브 롤 세트(120)에 의한 굽힘 공정이 먼저 진행되고, 메인 롤 세트(110)에 의한 굽힘 공정이 나중에 진행될 수 있다.

메인 롤 세트(110)는 제1 및 제2 메인 롤(111, 112)를 포함할 수 있다. 소재(100)는 진행 방향인 제1 방향을 따라 제1 메인 롤(111)과 제2 메인 롤(112) 사이로 삽입될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 메인 롤(111)은 소재(100)의 제1면(101)에 접촉하고, 제2 메인 롤(112)은 소재(100)의 제2면(101)에 접촉할 수 있다. 제1면(101)과 제2면(102)은 제1 방향과 교차하는 제2 방향(Y축 방향)에서 서로 마주보는 면일 수 있다.

한편, 서브 롤 세트(120)는 제1 내지 제3 서브 롤(121-123)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 서브 롤(121, 122)은 소재(100)의 제1면(101)에 접촉할 수 있으며, 제3 서브 롤(123)은 소재(100)의 제2면(102)에 접촉할 수 있다. 즉, 소재(100)를 기준으로 제1 및 제2 서브 롤(121, 122)은 제1 메인 롤(111)과 같은 쪽에 배치되며, 제3 서브 롤(123)은 제2 메인 롤(112)과 같은 쪽에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 내지 제3 서브 롤(121-123) 각각은, 제1 및 제2 메인 롤(111, 112)보다 작을 수 있다.

메인 롤 세트(110)는 소재(100)를 제2 방향으로 구부릴 수 있다. 메인 롤 세트(110)는 제1 메인 롤(111)이 배치된 방향으로 소재(100)를 구부릴 수 있다. 도 1을 참조하면, 메인 롤 세트(110)가 힘을 가하고 제2 서브 롤(122)이 상기 힘을 지지함으로써, 메인 롤 세트(110)는 Y축 방향의 마이너스(-) 방향으로 소재(100)를 구부릴 수 있다. 따라서 메인 롤 세트(110)에 의한 굽힘 공정이 진행되는 동안, 소재(100)의 제1면(101)에 압축 응력이 가해지고, 제2면(102)에는 인장 응력이 가해질 수 있다. 제1면(101)에 가해지는 압축 응력에 의해 항복 강도 이하에서도 쉽게 소재(100)의 형상 결함이 발생할 수 있다. 또는, 제2면(102)에 가해지는 인장 응력이 인장 강도보다 높을 경우, 소재(100)에 소성 변형이 야기되어 네킹(necking) 등과 같은 소재의 손상이 발생할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 메인 롤 세트(110)에 의한 굽힘 공정을 진행하기에 앞서 서브 롤 세트(120)로 굽힘 공정을 먼저 진행할 수 있다. 이때, 서브 롤 세트(120)에 의한 굽힘 공정의 방향은, 메인 롤 세트(110)에 의한 굽힘 공정의 방향과 반대일 수 있다. 즉, 서브 롤 세트(120)에 의한 굽힘 공정에 의해, 제1면(101)에 인장 응력이 가해지고 제2면(102)에는 압축 응력이 가해질 수 있다.

도 1에 도시한 실시예서, 서브 롤 세트(120)에 의해 제1면(101)에 미리 인장 응력을 가하고, 제2면(102)에 미리 압축 응력을 가한 상태로 소재(100)를 메인 롤 세트(110)에 진입시킬 수 있다. 따라서, 메인 롤 세트(110)의 굽힘 공정에 의해 소재(100)의 제1면(101)에 가해지는 압축 응력이, 서브 롤 세트(120)에 의해 제1면(101)에 미리 가해진 인장 응력에 의해 어느 정도 상쇄될 수 있으며, 결과적으로 메인 롤 세트(110)의 굽힘 공정이 진행되는 동안 소재(100)에서 결함이 발생할 가능성을 낮출 수 있다. 일 실시예에서, 서브 롤 세트(120)가 소재(100)에 가하는 힘의 크기는, 메인 롤 세트(110)가 소재(100)에 가하는 힘의 크기보다 작을 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형 장치의 동작 방법을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형 장치에서, 서브 롤 세트(120)는 3점 굽힘 방식에 의해 소재(100)에 인장 응력 및 압축 응력을 가할 수 있다. 도 2에 도시한 실시예에 따르면, 제3 서브 롤(123)에 의해 소재(100)의 내측으로 힘이 가해질 수 있으며, 그에 따라 도 2에 도시한 바와 같은 3점 굽힘 방식으로 소재(100)에 힘이 가해질 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 서브 롤(121, 122)과 접촉하는 소재(100)의 제1면(101)에는 인장 응력이 가해지고, 제3 서브 롤(123)과 접촉하는 소재(100)의 제2면(102)에는 압축 응력이 가해질 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 서브 롤(121, 122)은 메인 롤 세트(110)에 의해 압축 응력을 받는 제1면(101)에 접촉하며, 제3 서브 롤(123)은 메인 롤 세트(110)에 의해 인장 응력을 받는 제2면(102)에 접촉할 수 있다. 따라서, 공정 순서상 서브 롤 세트(120)를 메인 롤 세트(110)에 앞서 배치함으로써, 제1면(101)에 미리 인장 응력을 가하고 제2면(102)에는 미리 압축 응력을 가할 수 있고, 그로부터 메인 롤 세트(110)의 굽힘 공정으로 인해 발생하는 소재(100)의 손상을 예방할 수 있다.

도 3을 참조하면, 메인 롤 세트(110)에 의한 굽힘 공정이 진행되는 동안 소재(100)는 그 중앙을 기준으로 제2 방향(Y축 방향)의 양측에서 서로 다른 힘을 받을 수 있다. 즉, 제2 방향을 기준으로 서로 마주보는 제1면(101)과 제2면(102) 각각에는 압축 응력과 인장 응력이 가해질 수 있다. 이때, 압축 응력이나 인장 응력이 소정의 기준 강도를 넘어설 경우, 소재(100)의 형상 결함 등이 발생할 수 있다.

본 발명에서는 소재(100)의 형상 결함 등을 방지하기 위해, 서브 롤 세트(120)를 이용하여 제1면(101)에 미리 인장 응력을 가하고 제2면(102)에 미리 압축 응력을 가할 수 있다. 그 결과, 소재(100)의 제1 영역(103)에 인장 응력이 가해지고, 소재(100)의 제2 영역(104)에는 압축 응력이 가해진 상태에서 메인 롤 세트(110)에 의한 굽힘 공정이 진행될 수 있다. 따라서, 공정의 연속성을 해치지 않으면서 메인 롤 세트(110)의 굽힘 공정을 진행할 수 있고, 동시에 소재(100)의 형상 결함 등을 방지함으로써 생산성과 굽힘 성형성 등을 개선할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

100: 소재 101: 제1면
102: 제2면 110: 메인 롤 세트
111: 제1 메인 롤 112: 제2 메인 롤
120: 서브 롤 세트 121: 제1 서브 롤
122: 제2 서브 롤 123: 제3 서브 롤

Claims

제1 방향을 따라 공급되는 소재의 제1면 및 제2면에 각각 배치되는 제1 메인 롤과 제2 메인 롤을 가지며, 상기 소재의 상기 제1면에 압축 응력이 가해지고, 상기 제2면에 인장 응력이 가해지도록 상기 소재를 굽히는 메인 롤 세트; 및
상기 제1 방향에서 상기 메인 롤 세트에 앞서 배치되며, 상기 소재의 상기 제1면에 배치되는 제1 및 제2 서브 롤과, 상기 소재의 상기 제2면에 배치되는 제3 서브 롤을 갖고, 상기 제1면에 인장 응력이 가해지고 상기 제2면에 압축 응력이 가해지도록 상기 소재를 굽히는 서브 롤 세트; 를 포함하는 빔 성형 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 서브 롤은, 상기 제1 방향에서 상기 제3 서브 롤과 다른 위치에 배치되는 빔 성형 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 서브 롤 각각은, 상기 제1 및 제2 메인 롤 보다 작은 빔 성형 장치.
제1 방향을 따라 공급되는 소재에 대하여, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 힘을 인가하여 상기 제2 방향과 반대되는 방향으로 구부러진 상기 소재를 상기 제2 방향으로 구부리는 굽힘 공정을 진행하는 메인 롤 세트; 및
상기 제1 방향에서 상기 메인 롤 세트에 앞서 배치되며, 상기 제2 방향과 반대되는 방향으로 상기 소재에 힘을 인가하여 상기 소재를 구부리는 서브 롤 세트; 를 포함하는 빔 성형 장치.
제6항에 있어서,
상기 메인 롤 세트에 포함되는 롤들의 개수는, 상기 서브 롤 세트에 포함되는 롤들의 개수보다 적은 빔 성형 장치.
제6항에 있어서,
상기 메인 롤 세트가 상기 소재에 인가하는 힘은, 상기 서브 롤 세트가 상기 소재에 인가하는 힘보다 큰 빔 성형 장치.