KR19990077104A - 얇은 재료판의 표면을 보호하고 강화하는 구조를 부여하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 만곡된 재료의 웨브(1)와 포일이 육각 지지요소(3)들에 의해서 지지되고, 과도한 혹은 음(negative)의 압력을 받는다. 상기 지지 요소(3)들은 그 기하학적 크기가 자유롭게 성형하는 톱니형 폴드(5-10)들에 일치하도록 구성된다.

Description

얇은 재료판의 표면을 보호하고 강화하는 구조를 부여하는 방법

얇은 판상의 재료판과 박판에 구조를 부여함으로써 강화시키기 위한 방법은 이미 많이 공지된 바 있다. 이러한 공지된 변형방법들에는 예컨대 거푸집과 측면압연과 같은 주형도구로서 디프드로잉(deep drawing)가공하거나 압축하거나 압연하는 방법이 있다. 이러한 변형방법은 하기와 같은 단점이 발생한다.

즉, 주형도구에 의해 구조가 부여되어지는 재료판과 박판들이 지나치게 소성변형되거나 원료의 표면품질이 기계적인 평면압축에 의해 손상되는 것이다.

유럽 특허출원 0 441 618 A 1에는 다면체에 있어서 두 개의 압연기를 사용하여 마름모꼴과 육각형의 구조 등이 생산되는 방법이 기재되어 있다. 이와 같은 전적으로 기계적인 형태부여방법에 의하면 지나친 기계적인 변형의 결과로 인해서 원료의 표면품질이 현저하게 저하되게 된다. 미국 특허 4,576,669호에서는 합성수지 박판을 압연기 위로 통과시키는 방법을 제시하고 있다. 이 압연기 안에는 작은 사발형상이 있어서 합성수지 박판이 진공에 의해 그 사발형상 안에 끌여들여지는 것이다. 이러한 방법에 의하면 박판의 횡단면이 줄어들게 되어 균열이 생길 수 있고 그로 인해 전체 박판의 형상강도가 현저하게 증가되지 못한다. 더 나아가 원통 내의 종축방향 홈을 각인하기 위한 장치가 공지된 바 있는데, 상기 장치의 도움으로 원통은 안쪽으로는 종축방향의 고정되어 있는 요소들에 의해 받쳐지고 바깥쪽으로는 탄력성있는 롤에 의해 압력을 받아서 돌려지게 된다(DE 35 87 768 T 2). 그럼에도 불구하고 종축방향의 홈을 구비한 재료들의 형상강도는 만족스럽지가 못하다. 왜냐하면 기하학적인 근거에 의한 홈이 다차원적인 형상강도를 산출해내지 못하기 때문이다. 마찬가지로 둥글고 관모양의 구조가 구멍이 뚫어진 실린더 형태의 주형도구와 탄력성있는 압연기의 도움으로 박판 내에 밀어넣어지는 방법은 박판의 횡단면의 감소를 초래하고 형상강도를 거의 개선시키지 못한다. 왜냐하면 둥글고 관모양의 구조들 사이로 넓고 변형되지 않은 평면부분이 남아있기 때문이다(프랑스 특허출원 1,283,530호).

나아가서 얇은 재료판 또는 박판을 움푹 들어가게 하는 방법이 공지된 바 있다. 그 방법에 의하면 구부러지고 얇은 재료판 또는 박판이 안쪽으로는 선형의 지지요소에 의해 받쳐지고 바깥쪽으로는 압력을 받아서 움직여지게 된다. 외부의 압력은 유압에 의해 발생한다. 당해 방법에서 사각형의 개량된 형태로서 움푹 들어간 구조가 등장하게 된다. 이 구조는 재료판의 형상강도를 본질적으로 개선시킨다(독일 공개공보 25 57 215, 독일 특허공보 DE 43 11978). 오목부구조 공정은 상기 유럽특허출원 0 441 618호에서의 공정과 하기와 같은 점에서 구별된다.

즉, 기계적으로 작용하는 두 개의 압연기가 요구되는 것이 아니라 선형의 지지요소와 더불어 단지 하나의 구(sphere)만이 필요하다는 것이다. 그 지지요소들 위에 재료판이 놓여지고 유압에 의해 상기 판이 선형요소들에 면하여 눌려지게 되는 것이다. 내부에 간격을 두고 서로 마주보고 배치된 지지요소들(고리 또는 나사모양의 나선형상)에 의해 받쳐지고 있는 상기 구부러진 재료판은 외부의 압력에 의해 불안정하게 된다. 이러한 불안정성은 다차원의 주름에 의해 해소된다. 따라서 자체적으로 조직화되는 과정에 의해 오목부에 자유롭게 놓여지는 사각형의 개선된 오목구조가 형성되게 된다. 이때 재료내에서는 단지 미미한 팽창과 굴곡이 나타나기 때문에 원료의 표면품질은 저하되지 않거나 미약하게 저하될 뿐이다. 그럼에도 불구하고 상기 사각형의 개선된 구조의 재료판(도면 2 참조)은 균등한 형태내에서 등방성의 형상강도를 지니고 있지 못하고 있다. 왜냐하면 움푹 들어간 주름을 가로질러 구부러질만큼 부드럽고 동시에 구조적 강도가 있어야 하기 때문이다. 육각형의 오목구조를 생산하는 방법은 거의 등방성의 형상강도를 달성할 수 있다(국제특허출원공개 PCT/EP 94/01043 Abb. 5 b와 5 c 참조). 유압 대신에 비구조적이고 탄력성있는 완충재에 의하거나 비구조적인 엘라스트머(elastomer)에 의해서도 압력에 의한 각인이 이루어질 수 있다. 재료판이 직면하여 눌려지게 되는 지지요소들은 고정되거나 또는 구(sphere)위로 밀어움직일 수 있는 유연성있는 제작재료로 이루어져 있다. 그럼에도 불구하고 산출된 육각형의 구조들은 어떠한 통일적인 형태를 지니고 있지 못하고 있다.

모든 공지된 기계적인 주형도구들을 사용하는 구조부여방법은 본질적으로 단점을 지니고 있다. 즉, 원료가 지나치게 소성변형되거나 재료판이 디프드로잉가공에 의해서 두께가 줄어들게 되고 균열이 갈 수 있다. 디프드로잉가공에 의해서 재료판내에 뾰쪽한 말단부분이 생겨나고 주형도구로 평면 프레스하고 제작재료를 지나치게 소성변형시켜 원료의 표면품질이 손상되게 되는 것이다. 이와 같이 공지되어 있는 전적으로 기계적인 구조부여방법에 있어서는 입체적인 구조물의 깊이에서 원료의 표면품질을 저하시키는 고도의 소성변형등급이 나타나게 된다.

이외에도 O. S. 25 57 215호, DE 43 11 978호와 PCT/EP 94/01043호에 기재된 바 있는 유압식의 구조부여방법의 본질적인 단점은 하기와 같다.

전적으로 기계적인 방법과 비교하여 볼 때 소성변형등급은 감소되고 원료의 표면품질이 저하되지는 않지만, 생산된 구조는 전혀 균일한 형태를 지니고 있지 못하고 있다. 그 원인은 제작재료의 피할 수 없는 이질성과 원료의 판두께의 허용오차 와 재료판의 정확하게 균일하지 않은 회전 등이다.

본 발명은 구부러진 재료판과 박판을 지지요소들로 받치고 과중한 압력 또는 저압으로 돌려서 얇은 재료판과 박판의 표면을 보호하고 강화하는 구조를 부여하는 방법에 관한 것이다.

제 1 도는 오목구조의 재료판을 생산해내기 위한 장치와/ 또는 지지요소위에 배치되는 상단 압연기와 유연성이 있는 하단 압연기와 함께 박판의 도식적인 구성을 나타내 보여주는 단면도(방사상 횡단면).

제 2 도는 제 1 도에 따라 이전된 사각형의 지지요소를 갖춘 장치의 도움으로 생산되는 오목구조의 상세도.

제 3 도와 제 4 도는 두 개의 상이한 육각형의 지지요소들을 갖춘 장치의 도움으로 제 1 도에 따라 생산되는 두 개의 오목구조의 상세도.

제 5 도는 지지요소가 그 위에 배치되어있는 상단 압연기, 유연성이 있는 하단 압연기 및 부가적인 유연한 재료층과 함께 오목구조의 재료판을 생산해내기 위한 장치의 구조를 도식적으로 보여주는 단면도.

제 6 도는 지지요소가 그 위에 배치되어 있는 상단 압연기와 유연성이 있는 하단 압연기와 함께 오목구조의 작은 원통형의 상자를 생산해내기 위한 장치의 구조를 도식적으로 보여주는 단면도(방사상 횡단면).

제 7 도는 지지요소가 그 위에 배치되어 있는 상단 압연기(종축상 조감도)와 유연성이 있는 하단 압연기(종축상 횡단면)과 함께 오목구조의 작은 원통형의 상자를 생산해내기 위한 장치의 구조를 도식적으로 보여주는 단면도.

제 8 도와 제 9 도는 구형으로 완전히 채워진 오목구조의 실린더형상의 컨테이너를 도식적으로 보여주는 확대단면도(제 8 도:방사상 횡단면, 제 9 도: 종축상 횡단면).

제 10 도와 제 11 도는 두 개의 지체로 결합되고 지지되는 오목구조의 재료판(연결대)을 도식적으로 보여주는 설명도(제 10 도: 종축상 횡단면, 제 11 도: 방사상 횡단면).

따라서 공지된 방법의 장점을 이용하면서 아울러 그러한 방법들의 단점을 극복해내는 방법을 제시하는 것이 본 발명의 과제이다.

그 과제는 재료판의 표면을 최소한 변형시키고 재료의 소성변형이 거의 발생하지 않게 하고 그럼에도 불구하고 균일하고 삼차원적인 구조가 이루어지게 하는 방법에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목표는 하기와 같다.

구조가 부여된 재료판의 균일한 형태에 있어서 재료의 횡단면의 변형을 최소한도로 그치게 하고 개선된 형상강도를 달성해내는 방법을 제시하는 것이다.

따라서 본 발명에 따른 상기 과제의 해결은 하기와 같다.

구부러진 재료판은 바깥쪽으로는 탄력적이고 비구조적인 요소에 의해 압력을 받아 회전되고 부동의 사각형 또는 육각형의 지지요소들에 의해 눌려지고 이러한 지지요소들은 스스로 조직화되어 자유롭게 조정되는 오목부 주름에 상응하도록 배치되어 있다. 그럼으로써 당해발명에 따른 상기 방법에 있어서 최종의 형태를 갖춘 오목구조는 재료판내로 튀어들어가게 되어 압력을 가하는 기계적인 주형도구와의 접촉이 발생하지 않으며, 따라서 상기 방법은 근본적으로 이미 공지된 전적으로 기계적인 구조부여방법과는 구별되게 된다. 오목부의 형상강도는 관모양으로서 삼차원적이고 강도가 있는 형태로 스스로 조정되는 오목부의 형성에 따라 개선되게 된다. 이러한 효과는 연구실험을 통해 항상 재확인되었다. 본 발명에 따른 방법에 의해 부동의 사각형 또는 육각형의 지지요소들은 기하학적으로 스스로 조정되는 오목부 주름에 상응하게 된다. 이와 같은 재료보호방법에 의해서 균일하게 배치된 구조가 나타나게 된다. 왜냐하면 최선을 기한 사각형 또는 육각형의 지지요소들에 의해 부정적인 효과들(원료의 이질성, 판두께의 허용오차 및 불규칙적인 압력회전)이 상쇄되게 되고, 재료의 거의 미약한 소성변형과 더불어 오목구조 방법의 표면을 보호하고 형태에 강도를 부여하는 장점들이 충분히 이용되기 때문이다.

본 발명에 따른 방법의 형성은 하기와 같다.

구조가 부여되는 재료판과 지지요소들 사이에 부가적으로 유연한 재료층이 존재하게 된다. 왜냐하면 표면이 정밀한 재료판에서 지지요소들의 원치않은 기계적인 각인의 충격을 흡수하기 위해서이다. 유연한 재료층이 부가적으로 적용될 때 유연한 재료층이 없는 것보다 재료판의 오목구조들은 더 평평하게 형성된다. 발명에 따른 방법에 있어서 유연한 재료층이 존재함으로 인해서 또 다른 장점이 나타나게 된다. 즉, 연구실험에서 하기와 같은 사실이 입증되었다.

재료판이 사각형의 지지요소와 더불어 구에 면하여 눌려지면서 재료판과 지지요소들 사이에 유연한 재료층이 배치된다면 오목구조가 자유로이 형성될 때 우선적으로 육각형의 구조가 형성된다. 이러한 기술의 기능적이고 경제적인 장점은 다음과 같다. 육각형보다 사각형의 지지요소들을 더 간단하고 저렴한 비용으로 생산할 수 있으며 매우 민감한 표면을 지닌 재료판을 각별히 보호하면서 구조화할 수 있다는 것이다. 그럼에도 불구하고 유연한 재료층의 충격흡수효과의 결과로 인해 구조물의 깊이는 유연한 재료층을 적용하지 않는 방법보다 더 깊지않기 때문에 마찬가지로 재료판의 형성강도 또한 강하지 않다.

본 발명을 계속하여 발전시키면 오목구조의 재료판 또는 박판은 삼차원의 반구형 모양의 형태로 이루어지며 여기서 복잡한 주형도구들은 강요되지 아니한다. 게다가 발명에 따라서 육각형의 오목구조의 재료판 또는 박판은 다차원적으로 변형되며, 만약 기계설비부품의 국부적인 곡률반경이 더 증가한다면 육각형구조의 오목주름은 더 깊이 구부러지게 되며 기계설비부품의 국부적인 곡률이 평평해진다면 구조의 오목주름은 부분적으로 또는 완전히 펴지게 된다. 이때 오목구조주름의 굴곡변형으로 인해 단지 소재의 미세한 소성변형이 나타날 뿐이다.

제 1 도에서 묘사된 장치는 오목구조의 재료판 또는 박판을 생산해내기 위한 장치의 원칙적인 구조를 보여주는 것이다. 재료판(1)은 지지요소(3)가 그 위에 배치되어 있는 상단 압연기(2)주위로 이동하여 유연성이 있는 하단 압연기(4)에 의해 지지요소(3)에 눌려지게 된다. 유연성이 있는 압연기(4)에 의해 구부러진 재료판 (1)은 압력을 받아서 지지요소(3)들 사이에서 들어가게 된다. 이때 움푹 들어간 곳의 영역내의 기계적인 형태를 건드리지 않고 최종적인 형태로 오목부는 안으로 들어가게 된다.

제 2 도, 제 3 도 및 제 4 도에서 묘사된 도면은 제 1 도에 따른 장치의 도움으로 생산되어진 구부러진 오목구조의 재료판을 보여주는 것이다. 제 2 도에서는 재료판의 이동방향내의 오목주름(5)에서 간격 h내에서 대응하고 재료판의 이동방향에 가로질러 오목주름(6)에서부터 간격 b내에서 대응하여 산출되어 이전된 사각형을 묘사하고 있다.

제 3 도와 제 4 도에서는 육각형구조의 두 개의 선택적인 배치의 조감도를 묘사하고 있다. 제 3 도에서 재료판의 이동방향내의 오목주름(7)은 지그재그형태이며 중간간격 h와 대응하고 있다. 재료판의 이동방향과 횡단하여 오목주름(8)은 간격 b와 대응한다. 제 4 도에서는 재료판의 이동방향과 횡단하여 오목주름(9)은 지그재그형태이다. 재료판의 이동방향내에서 오목주름(10)은 간격 h와 대응한다.

제 5 도에서 묘사하고 있는 장치는 유연한 재료판(11)에 둘러싸여 있고 지지요소 (3)위에 배치되어 있는 상단 압연기(2)와 유연성이 있는 하단 압연기(4)와 함께 오목주름 재료판 또는 박판을 생산해내는 장치의 도식적인 구조이다. 여기에서 가능한한 불규칙한 윤곽선(3)에 의해 원치않는 기계적인 각인이 고르게 메꾸어질 수 있다.

제 6 도 및 제 7 도내의 장치의 묘사는 오목구조의 원통 또는 얇은 벽의 실린더를 생산하는 것을 도시한 설명이다. 제 6 도는 지지요소(3)위에 배치되어 있는 상단 압연기(2), 유연성이 있는 하단 압연기(4) 및 실린더통의 몸통과 관련하여 실린더 벽(12)와 함께 장치의 방사상의 횡단면을 묘사하고 있다. 제 7 도는 이러한 언급된 부분의 종축상 전면도이다.

제 8 도 및 제 9 도는 전체몸체(14)가 채워져 있는 오목구조의 실린더형의 컨테이너(13)의 방사상 횡단면이고 제 9 도는 종축상 횡단면이다. 컨테이너 벽 (13)의 오목구조는 전체몸체(14)의 원통과 서로 맞게 되어 있는데, 벽 가까이의 전체몸체(14)와 오목구조 컨테이너 벽(13)의 사이에 자유로운 흐름의 횡단면이 거의 없이 이루어져 있다.

제 10 도와 제 11 도는 두 개의 지체부분(16)과 결합되어 있고 도식적으로 묘사되어 있는 오목구조 재료판(15)의 방사상 횡단면과 종축상 횡단면을 나타낸다. 반구형태로 형성되어 있는 오목구조의 재료판(15)는 양쪽의 지체부분(16)주위로 구부러져 있고 움푹한 곳에 함께 양 지체부분을 접촉하고 있다. 이러한 방법으로 지체부분 외부를 둘러싸고 있는 지체부분의 외피는 움푹한 곳과 지체사이에 단지 작은 받침평면만을 요구할 뿐이다. 이러한 받침평면 사이에 지체부분의 외피에 동력이 공급될 수 있고 그럼으로써 계속 작동되게 된다.

나아가 오목구조의 반구형상의 연결대는 공지된 매끄러운 연결대보다도 개선된 내구력을 특성으로 한다. 왜냐하면 상기 연결대는 동일한 소재로 구성되어 있고 동일한 기하학적인 치수를 지닌 비구조적인 연결대와 비교하여 방사상의 방향에서 잘 휘어지지 않으면서 지체부분의 종축상의 방향에서는 더 탄력성이 있기 때문이다. 상기 방법에 의하면 오목구조의 연결대는 공지된 매끄러운 연결대보다 지체부분이 내구력이 있음으로 인해 더 잘 맞추어지는 특성을 지닌다.

Claims (3)

1. 구부러진 재료판과 박판을 지지요소로 받치고 과중압력 또는 저압으로 움직여 져서 얇은 재료판과 박판의 표면을 보호하고 강화하는 구조를 부여하는 방법 에 있어서,

   자유롭게 조정되는 오목주름에 기하학적으로 상응되도록 계산되어진 육각형의 지지요소가 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 자유롭게 조정되는 오목주름에 기하학적으로 상응되도록 계산되어진 사각형의 지지요소가 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기 지지요소와 구조가 부여되는 재료판 사이에 부 가하여 유연한 재료층이 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.