KR101983681B1 - 레이저를 이용한 철판 가공 방법 - Google Patents

레이저를 이용한 철판 가공 방법 Download PDF

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KR101983681B1
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김선철
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(주) 선호엔지니어링
김선철
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Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 철판 가공 방법으로, 임의의 금속 재료로 구성된 판재를 사용자가 원하는 형상으로 레이저를 이용하여 가공하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 금속 판재(P)가 준비되는 제1공정(S100); 설계 도면이 레이저 가공기(1)에 로딩 되는 제2공정(S200); 레이저(L)로 절단되는 제3공정(S300); 평평하게 펴지는 제4공정(S400); 절곡이 필요한 위치에 마커를 이용하여 표시하는 제5공정(S500); 절곡되는 제6공정(S600) 및 표면을 세척하여 이물질을 제거하고 포장하는 제7공정(S700)을 포함한다.
본 발명은 금속 판재 절곡 시, 금속 판재 표면이 거칠어지거나, 흠집이 발생되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Description

레이저를 이용한 철판 가공 방법{METHOD FOR PROCESSING STEEL PLATES USING LASER}
본 발명은 레이저를 이용한 철판 가공 방법으로, 임의의 금속 재료로 구성된 판재를 사용자가 원하는 형상으로 레이저를 이용하여 가공하는 철판 가공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 금속 가공물을 자르거나 깎는 작업과 표면을 반들반들하게 하는 작업이 필요한 경우, 선반 장치와 밀링 장치 등을 이용한다.
그러나 금속 재료로 구성된 판재 중앙 부위를 사용자가 원하는 형상으로 정교하게 자르기 위해서는 일반 기계 장치의 절삭 도구를 이용하기 어려운 문제가 있어 주로 레이저 절단기를 사용한다.
상기 레이저 절단기는 금속 판재가 놓이는 테이블과 레이저빔을 발생시키는 레이저 조사기가 포함된다.
또한, 레이저 절단기는 레이저 에너지를 열에너지로 변환되어 용단 즉, 녹여서 절단하는 방식으로 금속 판재가 정확하고 깨끗하게 절단되는 장점이 있다.
이때, 주로 사용되는 레이저는 Nd-YAG 레이저와 CO2 레이저이다.
그러나 레이저 절단기는 금속 판재가 놓이는 테이블에 형성된 그리드(grid)에 레이저가 작동됨에 따라 금속이 녹으면서 발생되는 찌꺼기인 슬래그가 형성되는 문제가 있다.
또 다른 철판 가공 방법은 금속 판재를 사용하고자 하는 목적에 따라 절곡기를 이용하여 판재를 접는 절곡 작업이 있다.
일반적으로 절곡기는 절곡금형을 금속 판재 하단에 위치시켜 위에서 프레스로 눌러 금속 판재가 접히게 된다.
이때, 금속 판재가 절곡금형에 접촉되어 절곡되면서 금속 판재 표면에 흠집이 발생되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 배경기술로는, 등록특허공보 제10-0539097호(이하, 문헌 1), 등록특허공보 제10-1954302호(이하, 문헌 2), 등록특허공보 제10-1277238호(이하, 문헌 3), 등록실용신안공보 제20-0261250호(이하, 문헌 4) 및 등록특허공보 제10-1465971호(이하, 문헌 5)가 있다.
문헌 1은 레이저 가공기 테이블로, 도 1과 같이 사각의 주프레임에 직접 그리드를 장착하기 위한 홈을 형성하여 테이블 중앙에 톱니부가 형성되고 양단에 삽입부가 형성된 복수의 그리드를 포함하는 장치에 관한 것이다.
문헌 1의 장치는 도 1을 기준으로 정면에서 보았을 때, 그리드의 톱니가 일정 두께를 형성하고 있어 톱니부에 금속 판재를 올려 레이저로 가공 시에 슬래그가 형성된다.
즉, 슬래그는 절단된 금속 판재에 붙어 표면이 울퉁불퉁하여 제품 불량이 발생되거나, 이를 제거하는 작업이 추가로 소요되는 문제가 있다.
문헌 2는 테이블용 팔레트를 구비하는 레이저 절단기로 도 2와 같이, 금속 판재를 지지하는 테이블 상부에 다수의 그리드와, 그리드 상부에 그물망 형태의 팔레트가 형성되는 레이저 절단기이다.
문헌 2의 레이저 절단기는 레이저 가동 시에 금속 판재가 절단되면서 열로 인해 팔레트도 함께 녹으면서 일부가 소실되고, 슬래그가 그리드나 금속 판재 표면에 붙는 문제가 있다.
문헌 3은 철강 소재 절단용 지지대로 도 3과 같이, 금속 판재 이송 시에 발생되는 긁힘 현상을 방지하기 위해 이동판 상면에 볼을 형성하는 이탈방지플레이트가 결합되는 장치이다.
문헌 3의 장치는 그리드가 고정판에 고정핀이 고정 설치되어 있어 레이저 가공으로 인해 고정핀이 일부 소실되어도 교체가 불가능하다.
문헌 4는 금속 판재 절곡기의 절곡홈대로 도 4와 같이, 상단 중앙부에 V형 절곡 홈이 형성되고, 양측에 원봉 삽입 홈이 형성되어 금속제 원봉을 끼워 금속 판재 절곡 시에 표면 긁힘을 최소화시키는 장치이다.
문헌 4의 장치는 다수개의 홈대소재를 연결공에 끼워 고정이 필요하며, 금속제 원봉이 고정되어 있지 않아 금속 판재 절곡 시에 원봉이 회전되면서 홈대소재에서 분리되어 효율이 떨어지는 문제가 있다.
문헌 5는 절곡 금속 판재용 절곡장치로 도 5와 같이, 절곡표면에 형성되어 회전 롤러가 안착되도록 형성된 롤러안착부가 형성된 금속 판재 절곡용 금형이다.
문헌 5의 금형은 금속 판재가 회전 롤러에 의해 절곡되면, 둥그스름한 곡면을 형성하지 못하고, 평평한 모서리인 직각면만 형성되는 문제가 있다.
<배경기술 문헌>
(문헌 1) 등록특허공보 제10-0539097호
(문헌 2) 등록특허공보 제10-1954302호
(문헌 3) 등록특허공보 제10-1277238호
(문헌 4) 등록실용신안공보 제20-0261250호
(문헌 5) 등록특허공보 제10-1465971호
본 발명은 상기 배경기술의 문제점을 해결하고, 금속 판재가 그리드에 닿는 면적을 최소화시켜 레이저 절단기 사용 시에 슬래그가 발생되는 문제를 방지하고, 교체가 가능한 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 그리드가 레이저에 의해 소실되지 않는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 금속 판재 절곡 시, 금속 판재 표면이 거칠어지거나, 흠집이 발생되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
더 나아가, 본 발명은 금속 판재가 둥그스름한 곡면 또는 평평한 모서리를 갖는 직각 면으로 선택하여 절곡이 가능한 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 레이저 가공을 이용한 금속 판재(P)가 준비되는 제1공정(S100); 레이저 가공을 위한 설계 도면이 레이저 가공기(1)에 로딩 되는 제2공정(S200); 다수 개의 그리드(100)가 등간격으로 형성된 레이저 가공 지지부(1000)를 포함하는 레이저 가공기(1)에 금속 판재(P)를 놓고 레이저(L)로 절단되는 제3공정(S300); 절단된 금속 판재(P)가 평탄기(2)에 삽입되어 평평하게 펴지는 제4공정(S400); 평평해진 금속 판재(P)에 절곡이 필요한 위치에 마커를 이용하여 표시하는 제5공정(S500); 절곡부(200)가 포함된 절곡기(3)에 금속 판재(P)를 놓고 절곡되는 제6공정(S600); 및 금속 판재(P) 표면을 세척하여 이물질을 제거하고 포장하는 제7공정(S700)이 포함되는 것을 특징으로 한다.
제3공정(S300)은 레이저 가공기(1)에 금속 판재(P)를 올리는 공정(S310); 금속 판재(P)의 크기를 확인하는 공정(S320) 및 레이저(L)로 금속 판재(P)가 절단되는 공정(S330)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리드(100)는 레이저 가공 지지부(1000) 내측에 고정 결합되는 제1지지부(110); 제1지지부(110) 일 측에 포함되어 금속 판재(P) 위치를 일정하게 유지하는 제2지지부(120); 레이저 가공 지지부(1000) 내측에 고정 결합되는 제3지지부(130); 및 금속 판재(P)를 지지하는 돌출부(140)를 포함하여 교체가 가능한 것을 특징으로 한다.
돌출부(140)는 제1경사(141), 제2경사 지지부(142) 및 제2경사(143)를 형성하여, 금속 판재(P)에 닿는 면적을 최소화하여 레이저 가공 시에 돌출부(140)가 용융되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
절곡부(200)는 상단에 V골(230)을 형성하는 절곡프레임(210), V골(230) 양 측에 포함되어 금속 판재(P) 절곡 시에 흠집이 발생되지 않도록 절곡 방향으로 회전하는 회전부(220), 절곡프레임(210) 상단에 형성되어 회전부(220)가 이탈되는 것을 방지하는 제1이탈방지부(211), V골(230) 상단에 형성되어 회전부(220)가 이탈되는 것을 방지하는 제2이탈방지부(221)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 그리드(100)에 탄성지지부(151)와 탄성부(152)가 포함된 보호부(150)가 더 포함되어 금속 판재(P)가 돌출부(140)와 돌출부(140) 사이 길이보다 작게 절단되어도 충격을 흡수하여 흠집 발생을 최소화되는 것을 특징으로 한다.
나아가, 본 발명은 제3공정(S300)에 탭가공기(5)를 이용하여 금속 판재(P)에 나사구멍을 형성하는 공정(S340)이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 레이저를 이용한 금속 판재 가공 방법으로, 금속 판재가 그리드에 닿는 면적을 최소화시켜 레이저 절단기 사용 시에 슬래그가 발생되는 문제가 방지되고, 레이저에 의해 그리드가 소실되지 않아 그리드의 수명이 연장되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 슬래그가 발생되어도 레이저 가공기에서 그리드를 교체함으로써, 금속 판재 표면에 흠집이 발생되지 않는 효과가 있다.
나아가, 본 발명은 그리드의 면적이 최소화되어 레이저 절단 후, 그리드에 레이저가 역반사되어 금속 판재 하부 면에 달라붙는 스패터를 방지하는 효과가 있다.
더 나아가, 본 발명은 금속 판재가 둥그스름한 곡면 또는 평평한 모서리를 갖는 직각 면으로 선택하여 절곡이 가능한 효과가 있다.
도 1 내지 도 5는 종래 기술에 관한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 철판 가공 방법 흐름도이다.
도 7은 전개도의 전체 길이를 구하는 예시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제3공정 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 레이저 가공 지지부 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 그리드 사시도,
도 11은 본 발명에 따른 그리드 정면도,
도 12는 본 발명에 따른 그리드 좌측면도이다.
도 13은 본 발명에 또 다른 형태의 그리드 사시도이다.
도 14는 본 발명에 따른 절곡부 정면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 또 다른 제3공정 흐름도이다.
도 16은 본 발명에 따른 또 다른 레이저를 이용한 철판 가공 방법 흐름도이다.
도 17은 본 발명에 따른 또 다른 형태의 그리드 정면도이다.
도 18, 19는 본 발명에 따른 또 다른 형태의 절곡부 정면도이다.
<부호의 설명>
1: 레이저 가공기, 2: 평탄기, 3: 절곡기, 4: 연삭기, 5: 탭가공기,
100: 그리드, 110: 제1지지부, 120: 제2지지부, 130: 제3지지부, 140: 돌출부, 140a: 제1돌출부, 141: 제1경사, 142: 제2경사 지지부, 143: 제2경사, 140b: 제2돌출부, 144: 제3경사, 145: 타공부, 150: 보호부, 151: 탄성지지부, 152: 탄성부,
200: 절곡부, 210: 절곡프레임, 211: 제1이탈방지부, 212: 동작 수용부, 220: 회전부, 221: 제2이탈방지부, 230: V골, 240: 동작부, 241: 돌기, 250: 동작회전부,
1000: 레이저 가공 지지부, 1100: 프레임, 1200: 제1고정부, 1300: 제2고정부, 1400: 제3고정부,
P: 금속 판재, L: 레이저
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다.
본 발명은 여기에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기에서 개시되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 되며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환이 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명한다. 도면들에서 요소의 크기 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있다.
따라서 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 양상들, 특징들, 실시예들 또는 구현예들은 단독으로 또는 다양한 조합들로 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 청구범위에 의해서 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 하고, 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한 통상의 기술을 가진 사람에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에서 금속 판재(P)는 임의의 금속 재료로 구성된 판재를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 스테인리스, 스테인리스강, 알루미늄, 아연, 동, 구리 등을 사용할 수 있으나, 사용자가 만들고자 하는 형태와 모양에 따라 금속 재료가 이에 한정되지 않는다.
또한, 본 발명에서 금속 판재(P)는 사용자가 만들고자 하는 형태와 모양에 따라 두께가 변동될 수 있으므로 크게 한정되지 않는다.
<실시예 1>
레이저 가공을 이용한 철판 가공 방법은 도 6과 같이, 제1공정(S100), 제2공정(S200), 제3공정(S300), 제4공정(S400), 제5공정(S500) 및 제6공정(S600)을 포함한다.
먼저, 제1공정(S100)은 레이저 가공을 위해 사용하고자 하는 금속 판재(P)가 선택되어 준비된다.
그 후, 제2공정(S200)이 수행된다.
제2공정(S200)은 사용자가 원하는 형태로 제조하기 위해 레이저 가공기(1)로 설계 도면이 로딩 된다.
이때, 사용자 컴퓨터에서 설계 도면인 캐드(CAD) 파일이 레이저 가공기(1)로 송신된다.
상기 설계 도면은 어떤 형상을 만들기 위해 펼친 도면인 전개도이다.
레이저 가공기(1)에서는 수신된 캐드 파일을 레이저 가공에 맞도록 자동 변환되어 레이저 가공 파일이 생성된다.
상기 레이저 가공 파일은 설계 도면과 함께 연신율이 포함되어 있다.
연신율은 금속 판재(P) 절곡 시에 가해지는 힘에 의해 금속 판재(P)가 늘어나는 비율을 의미한다.
상기 연신율(α)은 아래 수학식 1로 계산된다.
<수학식 1>
연신율(α)=(금속 판재 두께×2)－A
상기 A는 아래 수학식 2로 계산된다.
<수학식 2>
A=금속 판재 두께÷3
즉, 본 발명에서 연신율을 계산하면, 전개도의 전체 길이(ℓ)를 구할 수 있다.
상기 전개도의 전체 길이(ℓ)는 아래 수학식 3으로 계산된다.
<수학식 3>
전개도의 전체 길이(ℓ)=(전개도 전체 길이 합)－(2×α)
도 7을 참고하여 설명하면, A, B, C의 길이(mm)가 각각 11, 12, 15이고, 금속 판재 두께가 1.2mm라고 가정하였을 때, 수학식 1, 2를 통해 연신율은 2임을 알 수 있습니다.
위의 수학식 3을 통해 절곡을 갖는 전개도의 전체 길이는 34임을 알 수 있습니다.
상기 연신율이 포함되지 않을 경우, 레이저를 이용하여 금속 판재(P)를 절단하게 되면, 절곡 공정에서 사용자가 원하는 형상으로 절곡되기 어렵다.
다음으로 제3공정(S300)이 수행된다.
제3공정(S300)은 도 8과 같이, 레이저 가공기(1)에 금속 판재(P)를 올리는 공정(S310); 금속 판재(P)의 크기를 확인하는 공정(S320); 레이저(L)로 금속 판재(P)가 절단되는 공정(S330) 순으로 수행된다.
먼저, 레이저 가공기(1)에 금속 판재(P)를 올리는 공정(S310)은 금속 판재(P)는 크기와 두께에 따라 그 무게가 무겁기에 사람이 직접 움직이기에는 한계가 있다.
따라서 진공흡착 이송 장치(미도시)를 이용하여 금속 판재(P)를 다수 개의 그리드(100)가 등간격으로 형성된 레이저 가공 지지부(1000)를 포함하는 레이저 가공기(1)로 이송된다.
상기 진공흡착 이송 장치는 하나 이상의 진공흡착 패드와 진공챔버가 포함된다.
진공챔버에는 대기압 이하의 저압 기체를 흡인, 압축하여 대기 중으로 방출하여 진공흡착 패드와 금속 판재(P) 사이를 밀착하여 진공도를 높이는 진공펌프가 포함된다.
이때, 진공흡착 이송 장치의 진공도가 60% 이하로 떨어지면 진공펌프가 자동으로 작동하며, 진공도가 65% 이상 유지되면 진공펌프가 자동으로 작동을 정지하게 된다.
금속 판재(P) 이송 시에 그리드(100)에 안정적으로 안착시키기 위해 진공흡착 이송 장치에 2개 이상의 진공흡착 패드가 포함되는 것이 가장 좋다.
또한, 레이저 가공기(1)에 금속 판재(P)를 올리는 공정(S310)에서 도 11과 같이, 금속 판재(P) 일 측면이 그리드(100)의 제2지지부(120)에 밀착된다.
이로 인해 레이저 가공기(1)는 금속 판재(P) 위치를 재보정하는 공정이 불필요하다.
상기 레이저 가공기(1)는 금속 판재(P)가 놓이는 레이저 가공 지지부(1000)와 그리드(100)를 제외하고 공지의 것과 동일하다.
상기 레이저 가공 지지부(1000)는 도 9와 같이, 다수 개의 그리드(100)를 지탱하는 프레임(1100), 다수 개의 그리드(100)를 고정하는 고정부(1200, 1300, 1400)가 포함된다.
상기 프레임(1100)은 그리드(100)의 길이와 크기에 따라 그 크기가 한정되지 않는다.
상기 제1고정부(1200)는 프레임(1100) 내측에 형성되되, 요(凹)와 철(凸)이 반복되는 형상으로, 그리드(100)를 수용하는 제1수용 요부와 그리드(100)를 고정하는 제1수용 철부가 포함되어 있다.
이때, 제1고정부(1200)는 제1지지부(110) 하단부와 결합된다.
상기 제2고정부(1300)는 프레임(1100) 내측에 포함되되, 제1고정부(1200)와 마주보도록 형성된다.
또한, 제2고정부(1300)는 제1고정부(1200)와 동일한 형상으로, 그리드(100)를 수용하는 제2수용 요부와 그리드(100)를 고정하는 제2수용 철부가 포함되어 있다.
이때, 제2고정부(1300)는 제3지지부(130) 하단부와 결합된다.
상기 제3고정부(1400)는 프레임(1100) 내측 중심에 형성되되, 요(凹)와 철(凸)이 반복되는 형상으로 그리드(100)를 수용하는 제3수용 요부와 그리드(100)를 고정하는 제3수용 철부가 포함되어 있다.
이때, 제3고정부(1400)는 그리드(100) 길이 중심에 위치한 하단부와 결합된다.
상기 프레임(1100)은 제1~3고정부(1200, 1300, 1400)가 내측에 형성됨에 따라 레이저에 의해 그리드(100) 일부가 소실되어도 해당 부분의 그리드(100)를 교체하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
상기 그리드(100)는 도 10과 같이, 제1지지부(110), 제2지지부(120), 제3지지부(130), 돌출부(140)가 포함된다.
상기 제1지지부(110)는 금속 판재(P) 일 측이 밀착되어 수평을 형성하기 위해 제2지지부(120), 돌출부(140)보다 높게 형성된다.
그리드(100) 교체 시에 사용자는 제1지지부(110)를 잡아 당겨 고정부(1200, 1300, 1400)에서 그리드(100)를 분리할 수 있다.
상기 제2지지부(120)는 제1지지부(110) 일 측에 형성되되, 금속 판재(P) 위치를 일정하게 유지하기 위해 제1지지부(110) 보다 낮게 형성된다.
또한, 제2지지부(120)는 금속 판재(P)가 수평을 형성하기 위해 돌출부(140)와 동일한 높이로 형성된다.
상기 제3지지부(130)는 돌출부(140) 일 측에 형성되되, 제3고정부(1300)에 결합되어 고정된다.
상기 돌출부(140)는 도 13과 같이, 제2지지부(120)와 제3지지부(130) 사이에 형성되되, 금속 판재(P)를 지지하기 위해 톱니 형상과 같이 돌출되어 형성되는 제1돌출부(140a) 또는 원뿔 형상의 제3경사(144)가 포함된 제2돌출부(140b)를 포함할 수 있다.
또한, 돌출부(140)는 금속 판재(P)가 수평을 형성하기 위해 제2지지부(120)와 동일한 높이로 형성된다.
나아가, 돌출부(140)는 레이저 절단하여 필요 시, 현장에서 제조가 가능한 제1돌출부(140a)를 사용하는 것이 가장 좋다.
상기 제1돌출부(140a)는 레이저 가공 시에 돌출부(140)가 용융되는 것을 방지하기 위해 제1경사(141), 제2경사 지지부(142) 및 제2경사(143)가 형성된다.
상기 제2돌출부(140b) 역시 레이저 가공 시에 돌출부(140)가 용융되는 것을 방지하기 위해 제3경사(144)가 형성된다.
일반적으로 사용되는 그리드(100)의 돌출부(140)는 제1경사(141)만을 형상하고 있어 정면에서 보았을 때 톱니와 같은 형상을 가지고 있으나, 우측에서 보았을 때 직사각형이다.
이는 그리드(100)의 두께만큼 금속 판재(P) 표면에 닿게 되어 레이저(L)에 의해 제1경사(141)가 용융되어 소실되거나, 레이저(L)가 반사되어 금속 판재(P) 하단에 그을림이 발생되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 돌출부(140)는 도 10과 같이, 제1경사(141) 상부를 V자가 엎어진 형상으로 절단하여 제1경사(141)와 접한 양면에 제2경사 지지부(142)와 제2경사(143)가 형성된다.
즉, 돌출부(140)는 도 11과 같이, 정면에서 보았을 때 톱니 형상을 가지고, 도 12와 같이 좌측에서 보았을 때 꼭짓점을 갖는 형상으로 금속 판재(P) 표면에 닿는 면적을 최소화시켜 레이저(L)가 반사되어 금속 판재(P) 하단에 그을림을 방지할 수 있다.
또한, 제2경사 지지부(142)와 제2경사(143)에 의해 그리드(100)가 소실되지 않고, 슬래그가 발생되지 않아 금속 판재(P)에 흠집을 최소화시킬 수 있다.
다음으로 금속 판재(P)의 크기를 확인하는 공정(S320)이 수행된다.
레이저 가공기(1)는 레이저(L)가 금속 판재(P) 둘레를 따라 돌면서 크기를 확인하게 된다.
만일, 금속 판재(P) 둘레 중 일부 길이가 가공하고자 하는 전개도의 전체 길이(ℓ)보다 작을 경우, 레이저 가공기(1)에 포함된 전계표시장치에 표시하여 사용자에게 제공된다.
이 후, 레이저(L)로 금속 판재(P)가 절단되는 공정(S330)이 수행된다.
레이저(L)는 레이저 가공기(1)에서 자동 변환된 레이저 가공 파일에 따라 다양한 형태로 절단될 수 있다.
레이저 가공기(1)는 빛의 에너지를 이용하여 가공하는 절단 방식으로, 레이저 가공기(1) 내에 활성 레이저 매질과 반사거울이 포함된다.
활성 레이저 매질 양 쪽에는 반사거울이 각각 포함되되, 레이저가 출력되는 방향의 반사거울은 출력거울로, 반사율이 95~99%이며, 출력거울 반대편에 있는 반사거울은 반사율이 100%이다.
외부에서 활성 레이저 매질에 에너지를 주게 되면, 전자가 발생되고, 전자는 반사거울과 출력거울에서 반사가 반복되어 많은 양의 전자를 생성하고, 전자의 수가 일정 수를 넘게 되면, 출력거울을 투과하게 된다.
이때, 출력거울 쪽에는 직경이 아주 작은 고성능의 렌즈가 포함되고, 렌즈를 통해 초점이 모여 레이저광이 금속 판재(P) 표면에 닿아 금속이 녹게 된다.
상기 레이저(L)는 Nd-YAG 레이저 또는 CO2 레이저 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Nd-YAG 레이저를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
Nd-YAG 레이저는 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 결정에 네오디뮴(Nd)을 첨가하여 레이저 매질로 사용하는 고체 레이저로, 기본 발광 파장은 1,064nm의 적외선 영역에 해당된다.
또한, Nd-YAG 레이저는 두꺼운 금속 판재(P)를 절단할 수 있고, 내구성이 매우 좋은 장점이 있다.
CO2 레이저는 이산화탄소 가스 외에 질소 가스를 혼합하여 기본 발진 파장이 10.6㎛로, 가스를 가두어 펌핑 작용으로 기체를 방전하는 가스 레이저이다.
또한, CO2 레이저는 사용되는 가스의 비용 저렴하고, 기체의 특성상 신속한 열 교환이 이루어지는 장점이 있다.
다음으로, 제4공정(S400)이 수행된다.
제4공정(S400)은 절단된 금속 판재(P)를 평탄기(2)에 삽입하여 평평하게 편다.
이는 레이저 가공 시에 발생되는 열로 인해 휘어진 금속 판재(P)를 평평하게 하여 절곡 시에 사용자가 원하는 형태로 가공될 수 있다.
상기 평탄기(2)는 벤딩롤러와 유압프레스를 포함한다(미도시).
금속 판재(P) 하단 면이 맞닿는 하단 벤딩롤러가 포함된다.
바람직하게는 하단 벤딩롤러에 1개 이상의 롤러가 포함되며, 더 바람직하게는 2개의 롤러가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 하단 벤딩롤러는 동력장치와 결합되어 하단 벤딩롤러가 회전력을 가지게 되어 하단 벤딩롤러와 상단 벤딩롤러 사이에 삽입된 금속 판재(P)가 평평하게 펴지게 된다.
금속 판재(P) 상단 면이 맞닿는 상단 벤딩롤러가 포함되며, 상단 벤딩롤러 양 측에는 유압프레스가 결합되어 상하로 움직여 금속 판재(P) 두께에 따라 하단 벤딩롤러와 상단 벤딩롤러 사이의 간격을 조절할 수 있다.
다음으로, 제5공정(S500)이 수행된다.
제5공정(S500)은 제4공정(S400)에서 평평해진 금속 판재(P)에 절곡이 필요한 위치에 마커를 이용하여 표시한다.
이는 작업자가 절곡기(3)에 금속 판재(P)를 올려 직접 절곡을 수행하기에 절곡이 필요한 위치에 마커로 표시하여, 정확하게 절곡되는 장점이 있다.
다음으로, 제6공정(S600)이 수행된다.
제6공정(S600)은 V골이 포함된 절곡용 금형이 포함된 절곡기(3)에 금속 판재(P)를 올린 후, 유압실린더와 연결되어 유압에 의해 슬라이더가 상하로 움직이게 된다.
이때, 슬라이더 타 측에는 V형상의 돌기가 포함된 절곡 날이 형성되어 있어 슬라이더가 V골이 포함된 절곡용 금형 방향으로 움직이면서 금속 판재(P)가 절곡된다.
<실시예 2>
금속 판재(P) 절곡 시에 판재 표면에 흠집이 생지는 것을 방지하기 위해 절곡기(3)에 절곡부(200)가 포함된다.
제1~6공정(S100~S600)은 실시예 1과 동일하여 생략한다.
다만, 제3공정(S300)에서 레이저 가공기(1)에 사용되는 그리드(100)는 실시예 1의 구성이 아닌, 공지의 것을 사용하였다.
또한, 제6공정(S600)에서 절곡기(3)에 사용되는 절곡용 금형은 실시예 1의 구성을 사용하지 않고, 도 14와 같은 형상을 갖는 절곡부(200)를 사용하였다.
상기 절곡부(200)는 절곡프레임(210), 회전부(220), V골(230)이 포함된다.
상기 절곡프레임(210)은 상단에 V골(230)을 형성된다.
절곡프레임(210)은 회전부(220)가 이탈되는 것을 방지하기 위해 절곡프레임(210) 상단에 회전부(220)가 맞닿는 면에 제1이탈방지부(211)가 포함된다.
상기 회전부(220)는 V골(230) 양 측에 회전봉이 포함되며,V골(230)보다 높게 형성하여 금속 판재(P) 절곡 시에 흠집이 발생되지 않도록 절곡 방향으로 회전된다.
또한, 회전부(220)가 이탈되는 것을 방지하기 위해 회전부(220)가 맞닿는 V골(230)이 형성된 절곡프레임(210)에 제2이탈방지부(221)가 포함된다.
상기 V골(230)은 절곡프레임(210) 상단에 형성되어 V형상의 돌기가 포함된 절곡 날이 유압에 의해 금속 판재(P) 방향으로 움직여 금속 판재(P)가 절곡된다.
<실시예 3>
금속 판재(P) 레이저 가공 시에 표면에 거친 부분이 생기지 않도록 실시예 1의 그리드(100)와 금속 판재(P) 절곡 시에 판재 표면에 흠집이 생지는 않도록 실시예 2의 절곡부(200)가 포함된다.
제1~6공정(S100~S600)은 실시예 1과 동일하여 생략한다.
제3공정(S300)에서 레이저 가공기(1)에 사용되는 그리드(100)는 실시예 1의 구성을 사용하였다.
제6공정(S600)에서 절곡기(3)에 사용되는 절곡부(200)는 실시예 2의 구성을 사용하였다.
실시예 1의 그리드(100)와 실시예 2의 절곡부(200)를 동시에 사용함에 따라 금속 판재(P)가 그리드에 닿는 면적이 최소화되어 슬래그가 발생되지 않아 금속 판재(P) 표면이 거칠어지지 않고 동시에 레이저(L)가 역반사되지 않아 스패터를 방지하고, 그을음이 발생되지 않는 장점이 있다.
또한, 금속 판재(P) 절곡 시, 절곡부(200)의 회전부(220)에 의해 직선형의 흠집이 발생되지 않는 장점이 있다.
<실시예 4>
상기 <실시예 1> 내지 <실시예 3>에 나사구멍을 형성하는 공정(S340)이 더 포함된다.
나사구멍을 형성하는 공정(S340)은 도 15와 같이, 레이저(L)로 금속 판재(P)가 절단되는 공정(S330) 후단에 수행된다.
또한, 나사구멍을 형성하는 공정(S340)은 절단된 금속 판재(P)에 나사구멍이 형성되는 부분에 마커를 이용하여 표시한 후, 탭가공기(5)를 이용하여 표시된 부분에 나사구멍이 형성된다.
상기 탭가공기(5)는 공지의 것을 사용하였다.
제3공정(S300)에 나사구멍을 형성하는 공정(S340)이 더 포함됨에 따라 사용자가 원하는 다양한 크기, 깊이, 나사산 간격 등을 설정하여 자동으로 나사구멍이 형성되어 효율이 향상되는 장점이 있다.
<실시예 5>
상기 <실시예 1> 내지 <실시예 4>에 제7공정(S700)이 더 포함된다.
또 다른 레이저를 이용한 철판 가공 방법은 도 16과 같이, 제1공정(S100), 제2공정(S200), 제3공정(S300), 제4공정(S400), 제5공정(S500), 제6공정(S600) 및 제7공정(S700)을 포함한다.
상기 제1공정(S100), 제2공정(S200), 제4공정(S400), 제5공정(S500), 제6공정(S600)은 실시예 1과 동일하여 생략한다.
상기 제3공정(S300)은 실시예 3 또는 실시예 4와 동일하여 생략한다.
상기 제7공정(S700)은 금속 판재(P) 표면을 세척하여 이물질을 제거하고 포장하는 공정이다.
금속 판재(P) 표면은 연삭기(4)를 이용하여 금속 판재(P) 표면에 형성된 슬래그, 스패터, 그을림, 흠집을 제거할 수 있다.
다음으로 연삭기(4)에 의해 흠집이 제거된 금속 판재(P) 표면에 필름을 부착하여 이송 중 흠집이 발생되지 않는 장점이 있다.
<실시예 6>
상기 실시예에 사용되는 그리드(100)에 보호부(150)가 더 포함될 수 있다.
상기 보호부(150)는 도 17과 같이, 돌출부(140)와 돌출부(140) 사이에 형성되되, 탄성지지부(151)와 탄성부(152)가 포함되어 금속 판재(P) 레이저 절단 시, 돌출부(140)와 돌출부(140) 사이 길이보다 작게 절단된 금속 판재(P)에 흠집이 발생되는 것을 방지하는 효과가 있다.
상기 탄성지지부(151)는 돌출부(140)와 돌출부(140) 사이에 형성된 탄성부(152) 일 측에 형성되는 금속판 또는 아크릴판으로, 작게 절단된 금속 판재(P)가 수용된다.
상기 탄성부(152)는 돌출부(140)와 돌출부(140)가 만나는 하단 지점에 나사로 결합된 코일 스프링으로, 탄성지지부(151)에 수용되는 금속 판재(P)의 충격을 흡수하여 흠집 발생을 최소화할 수 있다.
<실시예 7>
상기 실시예에 사용되는 절곡부(200)에 동작 수용부(212), 동작부(240), 돌기(241) 및 동작회전부(250)가 포함된다.
상기 동작 수용부(212)는 절곡프레임(210) 내측에 형성되되, 동작회전부(250)에 의해 상하로 작동하는 동작부(240)를 수용할 수 있도록 도 18과 같이 형성된다.
이때, 절곡프레임(210) 상단에 제1이탈방지부(211), 회전부(220)와 제2이탈방지부(221)가 포함된다.
상기 동작부(240)는 상단에 V골(230)을 형성하며, 도 19와 같이 양측 면에 돌기(241)가 포함된다.
상기 돌기(241)는 동작부(240) 양측 면에 형성되어 동작회전부(250)가 구동됨에 따라 동작부(240)가 상하로 움직일 수 있다.
상기 동작회전부(250)는 회전축이 고정되어 동작 수용부(212) 일 측에 형성되되, 돌기(241)와 같은 간격을 갖는 기어로, 돌기(241)에 맞물려 동작부(240)가 상하로 작동된다.
도 18과 같이, 동작부(240)가 동작 수용부(212)에 수용되어 있을 경우 금속 판재(P)가 회전부(220)에 의해 금속 판재(P) 표면에 흠집이 발생되지 않고, 평평한 모서리를 갖는 직각 면으로 절곡이 가능하다.
도 19와 같이, 동작회전부(250)에 의해 동작부(240)가 위로 움직인 경우 금속 판재(P)가 V골(230)에 의해 둥그스름한 곡면으로 절곡이 가능하다.
즉, 동작부(240)가 상하로 움직임에 따라 금속 판재(P) 절곡면의 형태를 선택하여 절곡이 가능함으로써, 효율이 향상된다.
본 발명은 레이저를 이용한 철판 가공 방법으로 임의의 금속 재료로 구성된 판재를 사용자가 원하는 형상으로 가공이 가능한 산업상 이용가능한 발명이다.

Claims (3)

  1. 레이저 가공을 이용한 금속 판재(P)가 준비되는 제1공정(S100);
    레이저 가공을 위한 설계 도면이 레이저 가공기(1)에 로딩 되는 제2공정(S200);
    다수 개의 그리드(100)가 등간격으로 형성된 레이저 가공 지지부(1000)를 포함하는 레이저 가공기(1)에 금속 판재(P)를 놓고 레이저(L)로 절단되는 제3공정(S300);
    절단된 금속 판재(P)가 평탄기(2)에 삽입되어 평평하게 펴지는 제4공정(S400);
    평평해진 금속 판재(P)에 절곡이 필요한 위치에 마커를 이용하여 표시하는 제5공정(S500);
    절곡부(200)가 포함된 절곡기(3)에 금속 판재(P)를 놓고 절곡되는 제6공정(S600); 및
    금속 판재(P) 표면을 세척하여 이물질을 제거하고 포장하는 제7공정(S700)을 포함하며,
    제3공정(S300)은 레이저 가공기(1)에 금속 판재(P)를 올리는 공정(S310); 금속 판재(P)의 크기를 확인하는 공정(S320) 및 레이저(L)로 금속 판재(P)가 절단되는 공정(S330)이 포함되고,
    그리드(100)는 레이저 가공 지지부(1000) 내측에 고정 결합되는 제1지지부(110); 제1지지부(110) 일 측에 포함되어 금속 판재(P) 위치를 일정하게 유지하는 제2지지부(120); 레이저 가공 지지부(1000) 내측에 고정 결합되는 제3지지부(130); 및 금속 판재(P)를 지지하는 돌출부(140)를 포함하여 교체가 가능하고,
    돌출부(140)는 제1경사(141), 제2경사 지지부(142) 및 제2경사(143)를 형성하여, 금속 판재(P)에 닿는 면적을 최소화하여 레이저 가공 시에 돌출부(140)가 용융되는 것을 방지하며,
    절곡부(200)는 상단에 V골(230)을 형성하는 절곡프레임(210), V골(230) 양 측에 포함되어 금속 판재(P) 절곡 시에 흠집이 발생되지 않도록 절곡 방향으로 회전하는 회전부(220), 절곡프레임(210) 상단에 형성되어 회전부(220)가 이탈되는 것을 방지하는 제1이탈방지부(211), V골(230) 상단에 형성되어 회전부(220)가 이탈되는 것을 방지하는 제2이탈방지부(221)를 포함하며,
    그리드(100)에 탄성지지부(151)와 탄성부(152)가 포함된 보호부(150)가 포함되어, 금속 판재(P)가 돌출부(140)와 돌출부(140) 사이 길이보다 작게 절단되어도 충격을 흡수하여 흠집 발생이 최소화되는 것을 특징으로 하는, 레이저를 이용한 철판 가공 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    제3공정(S300)에 탭가공기(5)를 이용하여 금속 판재(P)에 나사구멍을 형성하는 공정(S340)이 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 레이저를 이용한 철판 가공 방법.
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