KR102234362B1 - 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법 - Google Patents

형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법 Download PDF

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박남수
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한국생산기술연구원
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    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls

Abstract

본 발명은 단면이 일정한 성형품을 길이방향으로 연속 성형할 수 있는 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법에 관한 것에 관한 것으로서, 상기 소재의 초기 형상의 직경과 상기 소재의 압연 성형 단수를 포함하는 성형변수를 선정하는 성형변수 선정 단계와, 상기 성형품의 최종 형상에서 복수의 특이점의 위치를 선정하고, 상기 복수의 특이점을 상기 소재의 상기 초기 형상의 원주로 투영하여 상기 소재의 원주 상에 복수의 투영점의 위치를 산출하는 특이점 투영 단계와, 상기 복수의 특이점과 상기 복수의 특이점으로부터 투영된 상기 복수의 투영점끼리 상기 길이방향으로 연결되는 3차원 형상의 롤패스를 생성하는 롤패스 생성 단계 및 상기 롤패스를 상기 성형 단수에 따른 단면수대로 분할하는 롤패스 분할 단계를 포함할 수 있다.

Description

형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법{Roll-Path design method of shape rolling process}
본 발명은 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 단면이 일정한 성형품을 길이방향으로 연속 성형할 수 있는 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법에 관한 것이다.
압연 공정은 금속 소성 가공 방법의 하나로 롤(Roll)을 이용하여 두께를 줄이고 일정하게 만드는 공정으로서, 압연 공정 이후의 성형품이 평판인 경우에는 평판 압연(Flat rolling)이라 하며, 압연 공정 이후의 성형품이 특정한 형상을 가지는 경우에는 형상 압연(Roll forming)이라 한다.
이중, 형상 압연 공정은, 단면이 일정한 제품을 길이방향으로 연속 성형할 수 있는 양산기술로서, 일반적으로, 회전하는 한 쌍의 성형롤(상하 롤러 또는 좌우 롤러)에 소재를 장입시키고 성형롤의 마찰에 의해 소재를 전진시키는 과정에서 성형롤의 롤 그루브 형상이 소재에 투영되면서 소재가 롤 그루브와 동일한 형상으로 성형될 수 있다. 이러한, 형상 압연 공정은, 아이 빔(I-Beam)이나 슬라이드 레일 등 동일 단면을 가지는 길이가 긴 제품의 제조 공정 분야에서 널리 활용되고 있다.
이와 같은, 형상 압연 공정은, 소재의 초기 형상에 따라 변형량(압축량)이 결정되며, 한번에 변형할 수 있는 양이 제한되기 때문에 소재가 단계적으로 변형하는 과정인 롤패스(Roll-Path)를 선정하는 것이 매우 중요할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법은, 롤패스가 주로 설계자의 경험이나 노하우에 의해 설계되므로, 설계자에 따라 롤패스가 다르게 설계되어 성형품의 품질이 일정하지 않고, 비전문가가 롤패스의 설계를 시도하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 롤패스의 설계를 설계자의 경험이나 노하우에 의존하지 않고, 체계적인 절차에 따라 표준화된 방법으로 롤패스를 설계할 수 있는 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법이 제공된다. 상기 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법은, 롤 그루브 형상이 형성되어 회전하는 한 쌍의 롤러로 구성되는 성형롤에 소재를 장입시키고, 상기 성형롤의 마찰에 의해 상기 소재를 전진시키면서 상기 롤 그루브 형상을 투영하여 단면이 일정한 성형품을 길이방향으로 연속 성형할 수 있는 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법으로서, 상기 소재의 초기 형상의 직경과 상기 소재의 압연 성형 단수를 포함하는 성형변수를 선정하는 성형변수 선정 단계; 상기 성형품의 최종 형상에서 복수의 특이점의 위치를 선정하고, 상기 복수의 특이점을 상기 소재의 상기 초기 형상의 원주로 투영하여 상기 소재의 원주 상에 복수의 투영점의 위치를 산출하는 특이점 투영 단계; 상기 복수의 특이점과 상기 복수의 특이점으로부터 투영된 상기 복수의 투영점끼리 상기 길이방향으로 연결되는 3차원 형상의 롤패스를 생성하는 롤패스 생성 단계; 및 상기 롤패스를 상기 성형 단수에 따른 단면수대로 분할하는 롤패스 분할 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 특이점 투영 단계에서, 상기 성형품의 상기 최종 형상에서 직선과 직선, 직선과 곡선 또는 곡선과 곡선이 만나는 꼭짓점들을 상기 복수의 특이점으로 선정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 특이점 투영 단계에서, 상기 소재의 압연 성형 과정에서 상기 복수의 투영점의 위치를 향해 이동하는 각각의 특이점 간의 변형량이 균등할 수 있도록, 상기 복수의 특이점을 상기 소재의 상기 초기 형상의 원주방향으로 투영하여 상기 복수의 투영점의 위치를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 특이점 투영 단계에서, [수식 1] C1 : C2 = P1 : P2(C1: 최종 형상의 둘레, C2: 초기 형상의 둘레, P1: 최종 형상의 특이점 위치, P2: 초기 형상의 투영점 위치)에 의한 둘레비율법으로 상기 복수의 특이점을 상기 소재의 상기 초기 형상의 원주방향으로 투영하여 상기 복수의 투영점의 위치를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 특이점 투영 단계에서, 상기 소재의 압연 성형 과정에서 상기 복수의 투영점의 위치를 향해 이동하는 각각의 특이점 간의 변형량이 최소화될 수 있도록, 상기 복수의 특이점을 상기 소재의 상기 초기 형상의 축방향으로 투영하여 상기 복수의 투영점의 위치를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 성형변수 선정 단계에서, 상기 성형변수는, 상기 소재의 압연 성형량이 최대인 부분에서의 변위량인 제 1 변위값; 및 상기 소재의 압연 성형량이 최소인 부분에서의 변위량인 제 2 변위값;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 성형변수 선정 단계에서, 상기 제 1 변위값 및 상기 제 2 변위값을 이용하여, [수식 2]
Figure 112020020215714-pat00001
(BR: 바이어스 비(Bias Ratio), Dmax: 제 1 변위값, Dmin: 제 2 변위값)에 의해 바이어스 비(Bias Ratio)를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 롤패스 분할 단계에서, 상기 소재의 압연 성형량이 상기 성형 단수의 후단으로 갈수록 점점 작아질 수 있도록 상기 롤패스를 분할할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 롤패스 분할 단계에서, 상기 성형 단수의 후단에서 전단 방향을 기준으로, n번째 성형 단수의 분할 간격과 n+1번째 성형 단수의 분할 간격의 비율은, [수식 3]
Figure 112020020215714-pat00002
(Li: n번째 성형 단수의 분할 간격, Li+1: n+1번째 성형 단수의 분할 간격,
Figure 112020020215714-pat00003
: 분할 간격 비율, BR: 바이어스 비, n: 전체 성형단수)에 의해 상기 바이어스 비를 고려하여 설정될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법에 따르면, 롤패스의 설계를 설계자의 경험이나 노하우에 의존하지 않고, 체계적인 절차에 따라 표준화된 방법으로 설계할 수 있다.
이에 따라, 비전문가도 체계적인 롤패스 설계안을 도출할 수 있으며, 설계자에 구애 받지 않고 표준화된 방법에 따라 롤패스가 일정하게 설계되어 균일한 품질의 형상 압연 성형품을 생산할 수 있는 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 압연 공정을 개략적으로 나타내는 공정도이다.
도 2는 도 1의 형상 압연 공정의 성형롤을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2 내지 도 8은 도 3의 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법에 따른 롤패스 설계 과장을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 9는 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법에 따른 성형패턴을 비교한 표를 나타내는 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 압연 공정을 개략적으로 나타내는 공정도이고, 도 2는 도 1의 형상 압연 공정의 성형롤(R)을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 압연 공정에 따르면, 롤 그루브 형상(G)이 형성되어 회전하는 한 쌍의 롤러로 구성되는 성형롤(R)에 소재(S)를 장입시키고, 성형롤(R)의 마찰에 의해 소재(S)를 전진시키면서 롤 그루브 형상(G)을 소재(S)에 투영하여 단면이 일정한 성형품(B)을 길이방향으로 연속 성형할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 성형롤(R)은, 제 1 성형롤(R1), 제 2 성형롤(R2), 제 3 성형롤(R3) 및 제 N 성형롤(RN)과 같이, 복수의 성형롤이 길이방향을 따라 일렬로 배치되어, 성형롤(R)로 장입되는 소재(S)를 롤 그루브 형상(R)이 형성된 각 성형롤(R1, R2, R3,...,RN)에서 점차적으로 압축하여 소정의 단면 형상을 가지는 성형품을 길이방향으로 연속 성형할 수 있다.
이때, 성형롤(R)을 개수는 소재(S)의 초기 형상과 성형품(B)의 최종 형상에 따른 소재(S)의 압축량을 감안하여 설계자가 다양하게 설정할 수 있으며, 각 성형롤(R1, R2, R3,...,RN)에 형성된 그루브 형상(R)은 설계된 롤패스(Roll-Path)에 따라 소재(S)의 전진 방향을 기준으로 소재(S)의 초기 형상에서 성형품(B)의 최종 형상으로 점차적으로 변하게 형성될 수 있다.
예컨대, 성형롤(R)은 제 1 성형롤(R1)을 예로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 마주보는 한쌍의 상부 롤러(R1-1)와 하부 롤러(R1-2)로 구성될 수 있으며, 상부 롤러(R1-1) 및 하부 롤러(R1-2)에는 그루브 형상(R)이 형성됨으로써, 상부 롤러(R1-1)와 하부 롤러(R1-2)의 사이를 통과하는 소재(S)에 그루브 형상(R)이 투영되도록 할 수 있다. 또한, 나머지 성형롤(R2, R3,...,RN)도 제 1 성형롤(R1)과 동일한 구성으로 구성될 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
이와 같은, 형상 압연 공정에서는, 소재(S)의 초기 형상과 성형품(B)의 최종 형상에 따라 변형량(압축량)이 결정되며, 한번에 변형될 수 있는 양이 제한되기 때문에 복수의 성형롤(R1, R2, R3,...,RN)을 거치면서 소재(S)가 단계적으로 변형하는 과정인 롤패스를 선정하는 것이 매우 중요할 수 있다.
이에 따라, 본 발명자들은 다수의 실험을 통하여, 형상 압연 공정으로 성형되는 성형품(B)의 품질을 일정하게 유지하고, 비전문가라도 롤패스 설계안을 용이하게 도출할 수 있도록, 체계적인 절차에 따라 표준화된 방법으로 롤패스를 설계할 수 있는 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법을 제안하게 되었다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이고, 도 2 내지 도 8은 도 3의 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법에 따른 롤패스 설계 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이며, 도 9는 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법에 따른 성형패턴을 비교한 표를 나타내는 이미지이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 다른 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법은, 크게, 성형변수 선정 단계(S10)와, 특이점 투영 단계(S20)와 롤패스 생성 단계(S30) 및 롤패스 분할 단계(S40)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 성형변수 선정 단계(S10)에서, 소재(S)의 초기 형상의 직경(D)과 소재(S)의 압연 성형 단수를 포함하는 성형변수를 선정할 수 있다. 또한, 성형변수 선정 단계(S10)에서, 소재(S)의 초기 형상과 성형품(B)의 최종 형상을 고려하여, 소재(S)의 압연 성형량이 최대인 부분에서의 변위량인 제 1 변위값(Dmax) 및 소재(S)의 압연 성형량이 최소인 부분에서의 변위량인 제 2 변위값(Dmin)을 상기 성형변수로 선정할 수 있다.
또한, 성형변수 선정 단계(S10)에서, 상기 성형변수로 선정된 제 1 변위값(Dmax) 및 제 2 변위값(Dmin)을 이용하여, 하기 [수식 2]에 의해 바이어스 비(Bias Ratio)를 산출하고, 이를 후술될 롤패스 분할 단계(S40)에서 이용할 수 있다.
[수식 2]
Figure 112020020215714-pat00004
BR: 바이어스 비(Bias Ratio)
Dmax: 제 1 변위값
Dmin: 제 2 변위값
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 특이점 투영 단계(S20)에서, 성형품(B)의 최종 형상에서 복수의 특이점(P1)의 위치를 선정하고, 복수의 특이점(P1)을 소재(S)의 초기 형상의 원주로 투영하여 소재(S)의 원주 상에 복수의 투영점(P2)의 위치를 산출할 수 있다.
이러한, 특이점 투영 단계(S20)에서, 성형품(B)의 최종 형상에서 직선과 직선, 직선과 곡선 또는 곡선과 곡선이 만나는 꼭짓점들을 복수의 특이점(P1)으로 선정할 수 있다. 이때, 소재(S)의 압연 성형 과정에서 복수의 투영점(P2)의 위치를 향해 이동하는 각각의 특이점 간의 변형량이 균등할 수 있도록, 복수의 특이점(P1)을 소재(S)의 초기 형상의 원주방향으로 투영하여 복수의 투영점(P2)의 위치를 산출할 수 있다.
예컨대, 어느 한 특이점과 그 특이점의 투영점을 일직선으로 연결했을 때, 연결된 일직선이 투영점이 위치한 지점에서의 원주의 접선과 수직이 되도록, 복수의 특이점(P1)을 소재(S)의 초기 형상의 원주방향으로 투영하는 것이 가장 바람직할 수 있다.
이와 같은, 특이점 투영 단계(S20)에서, 체계적인 절차에 따라 표준화된 방법으로 복수의 특이점(P1)의 투영을 실시할 수 있도록, 본 발명자들은, 둘레비율법으로 복수의 특이점(P1)을 소재(S)의 초기 형상의 원주방향으로 투영하여 복수의 투영점(P2)의 위치를 산출할 수 있는 계산식으로서 하기의 [수식 1]을 제안하게 되었다.
[수식 1]
C1 : C2 = P1 : P2
C1: 최종 형상의 둘레
C2: 초기 형상의 둘레
P1: 최종 형상의 특이점 위치
P2: 초기 형상의 투영점 위치
이러한, [수식 1]을 따르는 둘레비율법을 기반으로, 복수의 특이점(P1)을 소재(S)의 초기 형상의 원주방향으로 투영하여 복수의 투영점(P2)의 위치를 쉽게 산출할 수 있다.
이어서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 롤패스 생성 단계(S30)에서, 복수의 특이점(P1)과 복수의 특이점(P1)으로부터 투영된 복수의 투영점(P2)끼리 길이방향으로 연결되는 3차원 형상의 롤패스(RP)를 생성하고, 롤패스 분할 단계(S40)에서 롤패스(RP)를 성형 단수에 따른 단면수대로 분할할 수 있다.
예컨대, 상기 성형 단수가 5단으로 설정될 경우, 성형품(B)의 최종 형상의 복수의 특이점(P1)과 소재(S)의 초기 형상의 복수의 투영점(P2)을 형상길이(L) 만큼 길이방향으로 연결하는 롤패스(RP)에 제 1 단면(S1), 제 2 단면(S2), 제 3 단면(S3) 및 제 4 단면(S4)이 형성됨으로써, 롤패스(RP)를 5단으로 분할할 수 있다.
이러한, 롤패스 분할 단계(S40)에서, 소재(S)의 압연 성형량이 상기 성형 단수의 후단으로 갈수록 점점 작아질 수 있도록 롤패스(RP)를 분할할 수 있다. 더욱 구체적으로, 소재(S)의 초기 형상과 제 4 단면(S4)의 사이 구간, 제 4 단면(S4)과 제 3 단면(S3)의 사이 구간, 제 3 단면과(S3)과 제 2 단면(S2)의 사이 구간, 제 2 단면(S2)과 제 1 단면(S1)의 사이 구간 및 제 1 단면(S1)과 성형품(B)의 최종 형상의 사이 구간으로 갈수록 구간의 길이가 점점 짧아질 수 있다.
이와 같은, 롤패스 분할 단계(S40)에서, 상기 성형 단수의 분할 간격은 앞서 성형변수 선정 단계(S10)에서 산출된 바이어스 비(BR)를 고려하여 설정될 수 있다. 이때, 체계적인 절차에 따라 표준화된 방법으로 롤패스(RP)의 분할을 실시할 수 있도록, 본 발명자들은, 상기 성형 단수의 후단에서 전단 방향을 기준으로, n번째 성형 단수의 분할 간격과 n+1번째 성형 단수의 분할 간격의 비율은, 바이어스 비(BR)를 고려한 [수식 3]을 통해 설정하도록 제안하게 되었다.
[수식 3]
Figure 112020020215714-pat00005
Li: n번째 성형 단수의 분할 간격
Li+1: n+1번째 성형 단수의 분할 간격
Figure 112020020215714-pat00006
: 분할 간격 비율
BR: 바이어스 비
n: 전체 성형단수
이러한, [수식 3]을 따르는 롤패스(RP)의 분할을 기반으로, 소재(S)의 압연 성형량이 상기 성형 단수의 전단 부분에서는 많다가 상기 성형 단수의 후단으로 갈수록 점점 작아지도록 함으로써, 압연 성형 공정의 후단에 별도의 교정 공정이 없이도 성형품(B)이 균일하게 성형되도록 할 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 성형품(B)의 요구되는 성형 정밀도에 따라 상대적으로 높은 정밀도가 요구되지 않을 경우에는, 앞선 특이점 투영 단계(S20)에서, 소재(S)의 압연 성형 과정에서 복수의 투영점(P2)의 위치를 향해 이동하는 각각의 특이점 간의 변형량이 최소화될 수 있도록, 복수의 특이점(P1)을 소재(S)의 초기 형상의 축방향으로 투영하여 복수의 투영점(P2)의 위치를 수직분할법으로 산출하여 이를 기반으로 롤패스(RP)를 형성한 후, 롤패스(RP)의 분할을 상술한 [수식 3]에 기반하여 바이어스 비(BR)를 고려한 분할을 실시할 수도 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 특이점(P1)의 투영 방법 및 롤패스(RP)의 분할 간격에 따른 성형패턴을 비교해보면, 복수의 특이점(P1)을 소재(S)의 초기 형상으로 투영 시, 둘레비율법에 따르면 복수의 투영점(P2)의 투영이 소재(S)의 초기 형상과 성형품(B)의 최종 형상의 둘레 비율에 의해 결정됨으로써, 소재(S)의 변형이 작은 영역에서 큰 영역으로 갈수록 점진적으로 변형량이 증가됨을 알 수 있다. 그러나, 복수의 특이점(P1)의 투영을 수직분할법에 따르면 복수의 특이점(P1)을 수직방향 및 수평방향으로 투영하여 복수의 투영점(P2)이 비교적 단순하게 결정될 수 있는 반면에, 소재(S)의 변형이 큰 영역과 작은 영역의 경계가 뚜렷하게 나타남을 확인할 수 있다.
또한, 성형단수에 따른 롤패스(RP)의 분할을 단순히 등간격으로 분할하면, 각 성형단계가 등간격으로 분할되어 최종 성형단계에서도 소재(S)의 변형량이 크게 발생하기 때문에 스프링백 현상 등이 발생할 확률이 높아 압연 성형 공정의 후단에 별도의 교정 공정이 추가로 요구될 수 있다. 그러나, 바이어스 비(BR)를 고려한 롤패스(RP)의 분할을 실시하면, 성형의 초기 단계에서는 소재의 변형량이 많으나 성형이 진행될수록 점진적으로 모든 방향에서 균일하게 소재(S)의 변형량이 감소함으로써, 성형품(B)이 상대적으로 균일하게 형성되고 별도의 교정 공정이 필요하지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른, 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법에 따르면, 형상 압연 공정의 롤패스(RP)의 설계를 설계자의 경험이나 노하우에 의존하지 않고, 체계적인 절차에 따라 표준화된 방법으로 설계할 수 있다. 그러므로, 비전문가도 체계적인 롤패스(RP)의 설계안을 도출할 수 있으며, 설계자에 구애 받지 않고 표준화된 방법에 따라 롤패스(RP)가 일정하게 설계되어 균일한 품질의 형상 압연 성형품을 용이하게 생산하는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
B: 성형품
D: 직경
G: 롤 그루브 형상
R: 성형롤
RP: 롤패스
P1: 복수의 특이점
P2: 복수의 투영점
S: 소재

Claims (9)

  1. 롤 그루브 형상이 형성되어 회전하는 한 쌍의 롤러로 구성되는 성형롤에 소재를 장입시키고, 상기 성형롤의 마찰에 의해 상기 소재를 전진시키면서 상기 롤 그루브 형상을 투영하여 단면이 일정한 성형품을 길이방향으로 연속 성형할 수 있는 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법으로서,
    상기 소재의 초기 형상의 직경과 상기 소재의 압연 성형 단수를 포함하는 성형변수를 선정하는 성형변수 선정 단계;
    상기 성형품의 최종 형상에서 복수의 특이점의 위치를 선정하고, 상기 복수의 특이점을 상기 소재의 상기 초기 형상의 원주로 투영하여 상기 소재의 원주 상에 복수의 투영점의 위치를 산출하는 특이점 투영 단계;
    상기 복수의 특이점과 상기 복수의 특이점으로부터 투영된 상기 복수의 투영점끼리 상기 길이방향으로 연결되는 3차원 형상의 롤패스를 생성하는 롤패스 생성 단계; 및
    상기 롤패스를 상기 성형 단수에 따른 단면수대로 분할하는 롤패스 분할 단계;
    를 포함하는, 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 특이점 투영 단계에서,
    상기 성형품의 상기 최종 형상에서 직선과 직선, 직선과 곡선 또는 곡선과 곡선이 만나는 꼭짓점들을 상기 복수의 특이점으로 선정하는, 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 특이점 투영 단계에서,
    상기 소재의 압연 성형 과정에서 상기 복수의 투영점의 위치를 향해 이동하는 각각의 특이점 간의 변형량이 균등할 수 있도록, 상기 복수의 특이점을 상기 소재의 상기 초기 형상의 원주방향으로 투영하여 상기 복수의 투영점의 위치를 산출하는, 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 특이점 투영 단계에서,
    하기 [수식 1]에 의한 둘레비율법으로 상기 복수의 특이점을 상기 소재의 상기 초기 형상의 원주방향으로 투영하여 상기 복수의 투영점의 위치를 산출하는, 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법.
    [수식 1]
    C1 : C2 = P1 : P2
    C1: 최종 형상의 둘레
    C2: 초기 형상의 둘레
    P1: 최종 형상의 특이점 위치
    P2: 초기 형상의 투영점 위치
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 특이점 투영 단계에서,
    상기 소재의 압연 성형 과정에서 상기 복수의 투영점의 위치를 향해 이동하는 각각의 특이점 간의 변형량이 최소화될 수 있도록, 상기 복수의 특이점을 상기 소재의 상기 초기 형상의 축방향으로 투영하여 상기 복수의 투영점의 위치를 산출하는, 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형변수 선정 단계에서, 상기 성형변수는,
    상기 소재의 압연 성형량이 최대인 부분에서의 변위량인 제 1 변위값; 및
    상기 소재의 압연 성형량이 최소인 부분에서의 변위량인 제 2 변위값;
    을 더 포함하는, 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 성형변수 선정 단계에서,
    상기 제 1 변위값 및 상기 제 2 변위값을 이용하여, 하기 [수식 2]에 의해 바이어스 비(Bias Ratio)를 산출하는, 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법.
    [수식 2]
    Figure 112020020215714-pat00007

    BR: 바이어스 비(Bias Ratio)
    Dmax: 제 1 변위값
    Dmin: 제 2 변위값
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 롤패스 분할 단계에서,
    상기 소재의 압연 성형량이 상기 성형 단수의 후단으로 갈수록 점점 작아질 수 있도록 상기 롤패스를 분할하는, 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 롤패스 분할 단계에서,
    상기 성형 단수의 후단에서 전단 방향을 기준으로, n번째 성형 단수의 분할 간격과 n+1번째 성형 단수의 분할 간격의 비율은, 하기 [수식 3]에 의해 상기 바이어스 비를 고려하여 설정되는, 형상 압연 공정의 롤패스 설계 방법.
    [수식 3]
    Figure 112020020215714-pat00008

    Li: n번째 성형 단수의 분할 간격
    Li+1: n+1번째 성형 단수의 분할 간격
    Figure 112020020215714-pat00009
    : 분할 간격 비율
    BR: 바이어스 비
    n: 전체 성형단수
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR890001365A (ko) * 1987-06-17 1989-03-20 이우에 사또시 고체촬상 카메라
JPH08132108A (ja) * 1994-11-04 1996-05-28 Kawasaki Steel Corp 圧延条件推定モデルによる圧延条件の推定方法
KR20140026573A (ko) * 2011-06-08 2014-03-05 에스엠에스 지마크 악티엔게젤샤프트 금속 스트립을 압연하기 위한 방법, 컴퓨터 프로그램 및 압연기열

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