KR20010105455A - 표면 박피가 가능한 전단변형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전단변형장치에 관한 것으로서, 전단변형이 일어나는 금형로의 굴곡부에서 소재하부와의 틈이 발생하여 소재의 전단변형량이 불균일하고 불충분한 문제점을 해결하고 소재 표면의 요철이나 표면 생성물을 제거하는 추가적인 공정을 생략하여 생산성을 향상시킬 수 있도록 하기 위해, 소재가 전단변형되면서 굴곡부를 통과할 때 소재의 표면이 소정 두께로 박피되면서 소재의 나머지 부분들로부터 갈라져 나가도록 하는 박피 안내로가 상기 금형로에 연통되어 상기 굴곡부에 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 전단변형장치가 제공된다. 또한, 상기한 구성에 더하여 굴곡부를 제외한 금형로 부분에서의 마찰을 감소시켜 작은 힘으로 효과적으로 전단변형을 행하기 위한 추가적인 구성들이 제공된다. 이러한 구성으로 되는 본 발명은 전단변형된 소재를 연속적이고 효과적으로 대량생산하는데 사용될 수 있다.

Description

표면 박피가 가능한 전단변형장치{SHEAR DEFORMATION DEVICE CAPABLE OF SCALPING}

본 발명은 보통 금속 소재인 소재를 전단변형하는 전단변형장치에 관한 것으로서, 특히, 전단변형과 동시에 소재 표면이 소정의 두께로 박피될 수 있도록 한 전단변형장치에 관한 것이다.

전단변형 가공법(Shear Deformation Process)은 굴곡부가 형성된 금형로를갖는 전단변형용 금형내로 소재를 통과시켜 상기 굴곡부에서 소재의 전단변형이 일어날 수 있도록 함에 의해서 전단변형된 소재를 얻는 가공법을 말하는데, 이 가공법은 소재의 강도를 향상시키고 특정 방위를 갖는 집합 조직을 형성시켜 고강도 고성형성 소재를 제조하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 전단변형 가공법에는 등통로 각압출법(Equal Channel Angular Pressing, ECAP), 등통로 각인발법(Equal Channel Angular Drawing, ECAD) 그리고 연속 전단변형법(Continuous ECAP Proecss) 등이 있다. 도 1a, 도 1b, 도 2는 각각 이들 전단변형 가공법을 행하는 전단변형 장치를 개략적으로 보인 것이다. 이에 도시한 바와 같이, 각 전단변형 장치는 점선으로 둘러싸여 표시된 굴곡부가 있는 금형로(3,8)를 구비하는 금형(1,2,6,7)을 포함하여 구성되는 점에서는 동일하며 금형로(3,8)로 소재(5,9)를 통과시키기 위해 힘을 가하는 수단에 있어서 차이가 있다.

이들 전단변형 가공법 중에서, 펀치(4)로 소재를 밀어내는 도 1a 에 나타내어진 등통로 각압출법의 경우에는 제한된 길이의 전단변형 소재만을 얻을 수 있고, 한 번 소재를 밀어낸 다음에는 금형(1,2)으로부터 펀치(4)를 빼낸 다음에야 그 다음 소재를 공급할 수 있기 때문에 전단변형된 소재를 연속적으로 대량생산하는 것이 불가능하며, 도 1b에 나타내어진 등통로 각인발법의 경우에는 전단변형된 소재의 연속적인 생산이 가능하기는 하나 전단변형의 효과가 적어 실용화에는 문제점이 있어. 적절한 전단변형량을 가진 소재를 연속적으로 대량생산하는데는 등통로 각압출법을 연속적으로 행하기 위해 펀치(4)대신 회전식 안내공급장치(10,11)를 사용하는 도 2에 도시된 바와 같은 연속 전단변형장치가 적합하다.

그런데, 금형에 주입된 소재가 굴곡부를 통과하면서 전단변형이 이루어지도록 하기 위해서는 큰 힘이 요구되는 바, 회전식 안내공급장치(10,11)를 사용하는 경우에는, 소재와 회전식 안내공급장치(10,11)와의 마찰을 증가시키기 위해 회전식 안내공급장치(10,11)의 소재와 접촉하는 표면에 요철을 형성시키게 됨이 보통이다. 이에 따라 금형(6,7)을 통과한 소재(9)의 표면에 상기 요철에 대응하는 요철이 형성되어 표면이 거칠어 지게 되는 문제점이 있다.

또한, 회전식 안내공급장치를 사용하지 않는 경우라 할 지라도, 전단변형장치에 넣어지기 전의 소재 가공 공정인 압연, 주조 등에 의해 소재의 표면에 바람직하지 못한 표면 생성물이 형성되어 있을 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 종래의 전단변형장치에서는 금형(1,2,6,7)의 굴곡부에서 소재(5,9)가 하부 금형(2,7)과 밀착되지 못하여 소재(5,9)하부의 전단변형량이 부족하게 되는 문제점이 있다. 도 3 은 전산모사(simulation)기법에 의해 금형 굴곡부에서 소재의 변형 양상을 계산한 것으로 화살표로 지시하는 부분인 금형 굴곡부에서 판재는 금형면에 완전히 접촉하지 못하고 유리되어 있음을 알 수 있고 이에 따라 소재하부의 전단변형량이 다른 부분에 비해 충분하지 못하게 될 것을 알 수 있으며, 이는 발명자들이 행한 실제의 실험에 의해서 확인되었다. 즉, 도 4a에서 소재의 전단변형 전에 측면에 수직 방향으로 표시하였던 눈금이 연속 전단변형장치를 통과한 후에는도 4b와 같이 나타났고 이는 소재 하부의 전단변형량이 다른 부분 보다 작음을 보여주는 것이다.

또한, 상기한 바와 같은 종래의 단속적인 또는 연속적인 전단변형장치들에서는 동일한 상하폭을 갖는 금형로(3,8)의 중간에 굴곡부가 형성되어 있어 실제로 전단변형이 일어나는 위치인 굴곡부를 제외한 금형로에서의 마찰에 의해 소재(5,9)의 이동이 방해 받으므로 굴곡부에서의 전단변형에 소요되는 힘에 더하여 상기 마찰력을 이기기 위해 상당한 힘을 추가적으로 소재에 가해야 함에 따라 효과적이지 못한 문제점이 있었다.

또한, 금형로(3,8)에서 가장 심한 마찰력을 받게 되는 부분인 굴곡부 부근의 마모가 기타 부분보다 빠르게 진행됨에 따라 금형의 수명이 길지 못한 문제점도 있었다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점의 인식하에 그의 해결을 위해 창출된 본 발명의 목적은 다음과 같다.

본 발명의 목적은 먼저, 소재를 전단변형함과 동시에 소재 표면에 형성된 요철이나 표면 생성물을 제거할 수 있는 전단변형장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 소재가 전단변형되는 금형로의 굴곡부에서 소재하부와의 접촉을 확실하게 하여 소재 전체에 걸쳐 균일하고 충분한 전단변형량을 얻을 수 있게 하는 연속 전단변형장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 금형로의 굴곡부를 제외한 부분에서의 소재와의 마찰을 감소시킴에 따라 작은 힘으로 소재를 압입하는 것이 가능한 연속 전단변형장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 보다 긴 금형 수명을 확보하는 것이 가능한 연속 전단변형장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 별도의 공정을 거치지 않고, 소재, 특히 박판재로부터 후육재까지의 다양한 두께의 소재에 대응하여 호환성 있게 사용될 수 있는 연속전단변형장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

도 1a는 종래의 단속적인 등통로 각압출법이 행해지는 장치를 보인 개략도이다.

도 1b는 종래의 등통로 각인발법을 행해지는 장치를 보인 개략도이다.

도 2는 종래의 연속 전단변형장치의 일례를 보인 개략도이다.

도 3은 전산모사(simulation)기법으로 보인 금형 굴곡부에서의 소재의 변형양상이다.

도 4a와 도 4b는 종래의 연속 전단변형장치를 사용하여 전단변형을 한 때에 소재 측부에 새긴 눈금이 변하는 양상을 보이는 사진으로서, 도 4a는 변형전을 그리고 도 4b는 변형후를 각각 나타낸다.

도 5a와 도 5b는 각각 본 발명의 일실시예에 의한 단속적인 등통로 각압출 전단변형장치와 등통로 각인발 전단변형장치를 보인 개략도이다.

도 6a와 도 6b는 각각 본 발명의 일실시예에 의한 연속 전단변형장치를 보인 개략도로서, 도 6a는 회전식 안내공급장치로 한 쌍의 회전롤을 사용한 것을 나타내고 도 6b는 단일의 회전롤을 사용한 것을 나타낸다.

도 7 은 도 6a 및 도 6b의 점선으로 둘러싸인 부분인 굴곡부를 확대하여 도시한 확대도이다.

도 8 은 본 발명의 일실시예에 의한 연속 전단변형장치에서 회전식 안내공급장치의 소재와 접촉하는 표면에 요철이 형성된 경우에 박피 안내로의 내부 간격을 달리 했을 때 소재로부터 제거된 칩들의 형상을 보이는 사진이다.

도 9 는 본 발명의 실시예에서 박피층의 두께를 서로 달리하여 소재를 전단변형하였을 때 소재의 두께 방향으로의 위치에 따른 유효 전단변형량을 보인 그래프이다.

도 10 은 본 발명의 일실시예에 의한 연속 전단변형장치를 사용한 경우에 소재 측면에 새겨진 눈금이 전단변형에 의해 변형된 사진이다.

도 11a와 도 11b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 의한 전단변형장치를 보인 개략도로서, 두개의 굴곡부가 형성된 금형을 보인다.

도 12a와 도 12b는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전단변형장치를 보인 개략도이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 굴곡부가 형성된 금형로를 구비한 금형과, 상기 금형로로 소재를 안내공급하는 소재 안내공급장치를 포함하여 구성되는 것으로서, 상기 굴곡부에는, 소재가 전단변형되면서 굴곡부를 통과할 때 소재의 표면이 소정 두께로 박피되면서 소재의 나머지 부분들로부터 갈라져 나가도록 하는 박피 안내로가 상기 금형로에 연통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 전단변형장치가 제공된다.

상기 전단변형장치는 단속적인 등통로 각압출법을 행하는 장치이거가 연속 전단변형을 행하는 장치일 수 있고 또한 등통로 각인발법을 행하는 장치일 수도 있다. 단속적인 등통로 각압출법의 경우에는 펀치가 상기 안내공급장치에 해당될 것이고, 연속 전단변형장치의 경우에는 회전식 안내공급장치가 사용된다.

이 경우, 소재의 표면을 박피하는 두께는 박피 안내로의 내부 간격에 의해 결정될 것인 바, 고정된 내부 간격을 갖도록 박피 안내로를 형성할 수 도 있겠으나, 소재 표면을 원하는 두께로 박피할 수 있도록 하기 위해, 상기 박피 안내로의 내부 간격을 조절하는 간격 조절장치를 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다.

상기 회전식 안내공급장치로는 소재와 접촉하는 회전롤이나 소재와 접촉하는벨트를 회전시켜 소재를 이동시키는 벨트전동장치를 이용할 수 있으며, 상기 벨트로는 다수의 다면체블록이 순차적으로 연결된 루프, 체인형상의 내측을 갖는 벨트등 다양한 형태의 벨트를 사용할 수 있다. 또한, 상기 회전식 안내공급장치는 상기한 회전롤, 벨트전동장치등을 상호 조합한 것일 수도 있다. 예컨데 일측에는 다수의 회전롤을 그리고 타측에는 벨트전동장치를 설치하여 회전식 안내공급장치를 구성할 수 있을 것이고, 벨트전동장치를 사용하는 경우라도 다양한 형태의 벨트를 조합하여 사용하는 것이 가능할 것이다.

그리고 소재와 회전식 안내공급장치와의 마찰을 강화하기 위하여, 회전식 안내공급장치의 소재와 접촉하는 표면 즉, 회전롤의 표면이나 벨트의 표면에 요철이 형성되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 별도의 고 마찰계수 물질을 사용하여 피복하거나, 기계적 가공에 의해 요철을 형성하여 표면 거칠기를 크게 하여 달성할 수 있으며, 또한, 마찰계수가 큰 재료로 회전식 안내공급장치에서 소재와 직접 접촉하는 부분을 전체적으로 제작하는 것도 가능할 것이다.

상기 금형로 내의 굴곡부는 종래와 마찬가지로 금형로의 중간부에 형성될 수도 있겠으며, 바람직하게는, 굴곡부에서의 소재하부와 굴곡부간의 접촉을 강화하기 위해 회전식 안내공급장치와 상기 금형로의 입구가 협력하여 굴곡부를 구성하며, 회전식 안내공급장치와 금형간의 이격된 공간이 상기 박피 안내로를 구성한다.

그리고, 상기 회전식 안내공급장치에는 전단변형을 위해 금형을 통과하는 동안 소재가 좌우로 이동하는 것을 방지하기 위해 소재의 측부를 안내 지지하는 측면 가이드를 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 측면 가이드는 회전식 안내공급장치와금형중 일방에 혹은 양쪽 모두에 설치될 수 있을 것이다.

또한, 상기 회전식 안내공급장치와 금형은 여러 공정을 거치면서 소재를 처리 가공하는 연속 공정 중의 한 공정으로서의 전단변형을 행하도록 하기 위하여 연속 처리 장비의 한 부분으로 설치되어 연속 전단변형장치를 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면 전단 가공하고자 하는 소재를 원하는 온도로 만든 다음 전단변형하고자 하는 경우가 있을 수 있는데, 이 경우에는 소재를 가열하는 장치에 연속 전단변형장치를 연결하여 사용하는 것이 가능할 것이고, 주조 또는 압연된 소재를 바로 전단변형시키고자 하는 경우에는 연속 주조장치 또는 압연장치 등과 연결하여 사용할 수 있을 것이다. 그리고, 연속 전단변형장치로부터 나온 소재를 냉각하거나, 절단하거나, 평탄하게 하거나, 권취하는 장치등이 연결될 수도 있다.

이와 관련하여, 본 발명에서 회전식 안내공급장치를 통과하기 전의 소재의 두께는 통과한 후의 소재의 두께에 비하여 두꺼울 수 있다. 예를 들어 롤들간의 간격이 점차 작아지는 일련의 회전롤 쌍들을 사용하여 회전식 안내공급장치를 구성하는 것을 생각할 수 있는대, 이러한 경우, 소재는 별도의 공정을 거치지 않고, 회전식 안내공급장치가 형성하는 점차 작아지는 상하폭의 소재 공급로의 틈새간격에 대응하여 압연 가공됨으로써, 예컨대, 0.5mm이하의 박판재로부터 후육재까지, 소재의 두께에 제한을 받지 않고 다양한 두께의 소재에 호환성 있는 연속 전단변형장치를 제공할 수 있게 된다.

굴곡부의 각도에 따라 소재의 전단 변형량이 조절되는 것은 당연할 것인데, 그에 더하여 상기 금형의 금형로에는, 금형로를 통과하면서 소재가 2 회 이상 전단변형을 받을 수 있도록, 입구에서의 굴곡부 외에 하나 이상의 굴곡부가 추가적으로 형성되는 것도 가능하다.

전단변형이 일어나는 금형 굴곡부 부근은 가장 마찰이 심한 부분인 바, 그 부분의 내마모성을 향상시키기 위해, 굴곡부 부근을 초경재로 제작하는 것도 가능하다. 이때, 초경재를 굴곡부 부근에 코팅하거나 굴곡부 부근을 전체적으로 초경재로 만드는 것이 가능할 것이다.

또한, 상기 금형에서 소재의 전단변형시 마모가 심하게 일어나게 되는 부분인 굴곡부를 포함한 일부분을 교체가능한 별도의 부품으로 구성하는 것도 가능할 것이다.

상기 금형과 소재의 마찰을 줄여 소재의 진행방향으로 가해주어야 하는 힘을 감소시키기 위해서 윤활제를 도포하는 윤활제 도포 장치를 추가적으로 포함하도록 구성하는 것도 바람직하다.

마찰력의 감소라는 효과를 꾀하기 위한 또 다른 구성으로서, 상기 금형의 금형로는 소재진행방향으로 굴곡부를 지나 일정한 거리 떨어진 지점을 기준으로 그 전의 금형로의 상하폭보다 그 후의 금형로의 상하폭이 크도록 형성되어 소재와 금형로가 불필요하게 마찰되는 길이를 감소시킬 수 있도록 하는 것도 바람직하다.

굴곡부를 전후한 금형로의 상하폭은 동일한 것이 일반적일 것이나, 전단되기 전과 전단된 후의 소재 두께가 상이하도록 하기 위해 굴곡부를 전후한 금형로의 상하폭이 서로 다르게 금형을 설계, 제작하는 것도 가능할 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로한다.

도 5a 와 도 5b는 각각 등통로 각압출법과 등통로 각인발법을 행하는 본 발명의 실시예에 의한 장치들의 개략도이고, 도 6a 와 도 6b는 각각 회전식 안내공급장치로서 두개의 회전롤 또는 단일의 회전롤을 이용하는 본 발명의 실시예에 의한 연속 전단변형장치들을 나타내는 개략도이다. 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 전단변형장치는, 굴곡부가 형성된 금형로(103,109)를 구비한 금형(100,101,102,106,106',107)과, 상기 금형로(103,109)로 소재(104,108)를 안내공급하는 소재 안내공급장치를 포함하여 구성되는 것으로서, 상기 굴곡부에는, 소재가 전단변형되면서 굴곡부를 통과할 때 소재의 표면이 소정 두께로 박피되면서 소재의 나머지 부분들로부터 갈라져 나가도록 하는 박피 안내로(105,112)가 상기 금형로(103,109)에 연통되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

연속 전단변형장치를 사용하는 경우, 종래와 마찬가지로 굴곡부가 금형로의 도중에 형성될 수도 있을 것임은 물론이고, 소재하부와 굴곡부간의 접촉을 강화하기 위해서, 회전식 안내공급장치(110,111)로부터 금형로(109)로 들어가는 위치에서 전단변형이 일어나도록 회전식 안내공급장치(110,111)와 상기 금형로(109)의 입구가 협력하여 굴곡부를 구성하며, 회전식 안내공급장치(110,111)와 금형(107)간의 이격된 공간이 상기 박피 안내로(112)를 구성하는 것이 바람직하다. 도 2 에서와 같이 금형로(8)의 중간에서가 아니라 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이 금형로(109)의 입구에서 회전식 안내공급장치(110)와 협력하여 절곡부를 구성함에 의해 얻을 수 있는 효과로는 다음의 두가지를 들 수 있다. 첫째로 회전식 안내공급장치(110)와 소재(108)간의 접촉면적을 넓혀 힘을 효과적으로 전달할 수 있으며, 둘째로 회전식 안내공급장치(110)가 소재(108)를 아래로 내리 누르는 힘이 소재(108)가 굴곡부에 도달하여 전단변형되는 순간까지 소재(108)에 직접 가해지므로 소재하부와 굴곡부 간의 접촉을 강화할 수 있으며 이에 따라 소재 하부와 상부의 균일하고도 충분한 전단변형을 확보하는데 기여할 수 있게 되는 것이다.

이러한 본 발명에 의한 전단변형장치의 박피 안내로(105,112)는 내부 간격이 변하지 않도록 고정된 것일 수도 있겠으나, 소재(104,108) 표면을 원하는 두께로 박피할 수 있도록 하기 위해, 박피 안내로(105,112)의 내부 간격을 조절하는 간격 조절장치에 의해 내부 간격이 조절되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 간격 조절장치로는 도 5a 및 도 5b 에 도시된 장치의 경우에는 전면부 금형(105) 혹은 하부 금형(102)을 도면상 좌우로 이동된 상태에서 고정할 수 있는 장치를 생각할 수 있고, 도 6a 및 도 6b에 도시된 장치의 경우에는 회전롤(110)을 좌우로 이동시켜 고정할 수 있도록 하는 장치를 생각할 수 있다.

상기 회전식 안내공급장치로는, 도 6a 및 도6b 에 도시한 바와 같이, 소재(108)와 접촉하는 회전롤(110,111)을 이용할 수 있음은 물론, 미도시 되었으나 소재와 접촉하는 벨트를 회전시켜 소재를 이동시키는 벨트전동장치를 이용할 수 있으며, 상기 벨트로는 다수의 다면체블록이 순차적으로 연결된 루프, 체인형상의 내측을 갖는 벨트등 다양한 형태의 벨트를 사용할 수 있다. 또한, 상기 회전식 안내공급장치는 상기한 회전롤, 벨트전동장치등을 상호 조합한 것일 수도 있다. 예컨데 일측에는 다수의 회전롤을 그리고 타측에는 벨트전동장치를 설치하여 회전식 안내공급장치를 구성할 수 있을 것이고, 벨트전동장치를 사용하는 경우라도 다양한 형태의 벨트를 조합하여 사용하는 것이 가능할 것이다.

그리고 소재와 회전식 안내공급장치와의 마찰을 강화하기 위하여, 도 6a 및 도 6b 에서의 점선으로 표시된 굴곡부를 확대하여 도시한 도 7 에 도시한 바와 같이, 회전식 안내공급장치의 소재와 접촉하는 표면 즉, 회전롤(110,111)의 표면이나 벨트의 표면에 요철이 형성되도록 하는 것이 바람직한데, 이러한 요철은 별도의 고 마찰계수 물질을 사용하여 피복하거나, 기계적 가공에 의해 요철을 형성하여 표면 거칠기를 크게 하여 달성할 수 있음은 물론, 마찰계수가 큰 재료로 회전식 안내공급장치에서 소재와 직접 접촉하는 부분 전체를 제작하는 것도 가능할 것이다.

도 8 은 본 발명의 일실시예에 의한 연속 전단변형장치에서 회전식 안내공급장치의 소재와 접촉하는 표면에 요철이 형성된 경우에 박피 안내로의 내부 간격을 달리 했을 때 소재로부터 제거된 칩들의 형상을 보이는 사진으로서, 가장 좌측에는 간격이 0.15mm 인 경우를, 가운데는 0.05mm 인 경우를, 그리고 가장 우측은 간격이 0mm에 근사한 경우를 보인 것인데, 간격이 0mm에 근사한 경우에는 소재 표면의 요철만이 제거되며 간격이 증가할수록 제거되는 박피층의 두께가 증가함을 볼 수 있다.

한편, 도 9 는 박피층의 두께를 서로 달리하여 소재를 전단변형하였을 때 소재의 두께 방향으로의 위치에 따른 유효 전단변형량을 보인 것으로,는 전산모사의 결과를 나타내고,는 0.1mm 두께로 박피한 경우의 실제 측정값을, ◇는 0.2mm 두께로 박피한 경우의 실제 측정값을 나타낸다. 여기서 소재 표면의 박피 두께가증가할 수로 소재 하부의 변형량이 증가하였음을 알 수 있다.

또한, 도 10 은 박피 안내로의 내부 간격을 0.15mm 로 하여 본 발명의 일실시예에 의한 연속 전단변형장치를 사용한 경우에 소재 측면에 새겨진 눈금이 전단변형에 의해 변형된 사진을 보인 것으로, 도 4b의 경우와 달리 소재의 하부에서도 충분한 전단변형이 일어난 것을 알 수 있다.

실험결과 및 사진으로 살펴본 바와 같이 본 발명의 장치에 의해 전단변형시 소재의 표면을 박피하는 것은 소재의 표면에 형성된 요철이나 표면 생성물을 제거하여 표면을 다듬는 효과와 아울러, 박피되는 층이 소재로부터 갈라져 박피 안내로를 통해 빠져 나가면서 소재를 아래로 당기는 힘을 가해 소재 하부와 굴곡부간의 접촉을 강화하여 소재 하부의 전단변형이 원활하게 일어나도록 하는 작용도 행하게 된다.

한편, 박피된 박피층은 회전식 안내공급장치와 금형사이의 박피 안내로를 통해 안내되어 떨어져 나오는 것이 바람직할 것이나 회전식 안내공급장치의 강하게 눌러지는 힘에 의해 회전식 안내공급장치의 소재와 접촉하는 표면에 부착될 수도 있을 것인 바, 이러한 부착된 박피층을 제거하기 위한 박피층 제거 장치를 추가적으로 포함하는 것이 바람직한데, 이러한 박피층 제거 장치의 한 예로는 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 회전식 안내공급장치의 회전롤(110)의 소재(108)와 접촉되지 않고 있는 곳에 가볍게 접촉하고 있는 판재(113)를 생각할 수 있다.

한편, 소재가 상기 회전식 안내공급장치와 금형을 통과하여 이동하는 동안에 좌우로 이동하는 것은 바람직하지 못하므로 이를 저지할 필요가 있는 바, 소재의측부와 접촉하여 소재를 안내하면서 지지하는 측면 가이드를 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 측면 가이드는 회전식 안내공급장치에만 설치되거나 혹은 금형에만 설치되거나 또는 회전식 안내공급장치와 금형 모두에 설치될 수 있을 것이고, 소재의 측부와 접촉하는 판형으로 양측에 설치할 수 있을 것이다.

또한, 상기한 연속 전단변형장치는 다른 장치와 관련되지 않고 독자적으로 사용될 수도 있겠으나, 여러 공정을 거치면서 소재를 처리 가공하는 연속 공정 중의 한 공정으로서의 전단변형을 담당하도록 하기 위하여 연속 처리 장비의 한 부분으로 설치되어 사용되는 것도 바람직하다. 예를 들어, 원하는 온도로 소재를 가열한 다음 전단변형하고자 하는 경우가 있을 수 있는데, 이 경우에는 소재를 가열하는 장치에 연속 전단변형장치를 연결하여 사용하는 것이 가능할 것이다. 또는, 주조 또는 압연된 소재를 주조 또는 압연에 곧바로 이어서 전단변형시키고자 하는 경우에는 연속 주조장치 또는 압연장치에 회전식 전단변형장치를 연결하여 사용할 수 있을 것이다. 그리고, 연속 전단변형장치로부터 나온 소재를 냉각하거나, 절단하거나, 평탄하게 하거나, 권취하는 장치등을 연속 전단변형장치에 연결하여 사용할 수도 있을 것이다.

회전식 안내공급장치를 통과하기 전후의 소재의 두께는 동일한 것이 보통이겠으나, 본 발명에서는 회전식 안내공급장치를 통과한 후의 소재의 두께가 통과하기 전의 소재의 두께에 비하여 얇을 수 있다. 다시 말해, 별도의 압연장치를 사용하지 않고, 예를 들어 롤들간의 간격이 점차 작아지는 일련의 회전롤 쌍들을 사용하여 회전식 안내공급장치를 구성하는 것을 생각할 수 있는대, 이러한 경우, 소재는 별도의 압연장치에 의하지 않고서도 회전식 안내공급장치가 형성하는 점차 작아지는 폭의 소재 공급로의 틈새간격에 대응하여 압연 가공됨으로써, 예컨대, 0.5mm이하의 박판재로부터 후육재까지, 소재의 두께에 제한을 받지 않고 다양한 두께의 소재에 호환성 있는 연속 전단변형장치를 제공할 수 있게 된다.

본 발명에서는, 굴곡부의 각도에 따라 소재의 전단변형량이 조절될 수 있는데 각도가 크면 더욱 큰 양의 전단변형을 얻을 수 있다. 이에 더하여 전단변형량을 보다 크게 하기 위하여는, 도 11a 및 도 11b 에 도시한 바와 같이, 금형로를 통과하면서 소재가 2 회 이상 전단변형을 받을 수 있도록, 상기 금형의 금형로에는 입구에서의 굴곡부 외에 하나 이상의 굴곡부를 추가적으로 형성하는 것도 가능하다.

또한, 소재의 전단변형량을 크게 하여 위해서는, 본 발명의 연속 전단변형장치를 한번 통과한 소재를 원하는 회수만큼 다시 통과시키면서 전단변형시키거나, 혹은 연속 전단변형장치를 원하는 개수 만큼 연속하여 설치한 다음 소재가 그 장치들을 통과하면서 전단변형되도록 하는 것도 가능할 것이다.

소재의 전단변형이 일어나는 금형 굴곡부 부근은 소재와 금형로간의 마찰이 가장 심한 부분이어서 금형의 마모가 가장 급속히 진행되게 된다. 따라서 그 부분의 마모를 경감하는 것이 금형 전체의 수명 연장에 중요하므로 내마모성을 향상시키기 위해 굴곡부 부근을 초경재로 제작하는 것이 바람직하다. 이때, 초경재를 굴곡부 근방에 코팅하거나 굴곡부 근방을 전체적으로 초경재로 만드는 것이 가능할 것이다.

또한, 상기 금형에서 소재의 전단변형시 마모가 심하게 일어나게 되는 부분인 굴곡부를 포함한 일부분을 금형의 다른 부분과 분리하여 단독으로 교체가능한 별도의 부품으로 구성하는 것도 가능할 것이다.

상기 회전식 안내공급장치가 소재의 진행방향으로 가해주어야 하는 힘인 압입력은 굴곡부 근방에서의 전단변형을 위한 힘과 기타 부분에서의 소재와 금형로간의 마찰력에 대응하므로, 작은 압입력으로 전단변형을 수행하기 위해서는 굴곡부를 제외한 부분에서 소재와 금형로 간의 마찰력을 감소시키는 것이 중요하다. 이를 위해서 상기 전단변형장치에는 윤활제를 도포하는 윤활제 도포 장치를 추가적으로 설치하는 것도 바람직하다.

또한, 마찰력의 감소라는 효과를 꾀하기 위한 또 다른 구성으로서, 도 12a 와 도 12b에 도시된 바와 같이, 상기 금형의 금형로는 소재의 진행방향으로 굴곡부를 지나 일정한 거리 떨어진 지점을 기준으로 그 전의 금형로의 폭보다 그 후의 금형로의 폭이 크도록 형성되어 소재와 금형로가 불필요하게 마찰되는 길이를 감소시킬 수 있도록 하는 것도 바람직하다.

한편, 굴곡부를 전후한 소재의 두께가 동일하도록 금형로의 상하폭이 굴곡부 전후로 동일한 것이 일반적일 것이나, 필요에 따라서는, 도 12a 와 도 12b에 도시된 바와 같이, 전단되기 전과 전단된 후의 소재 두께가 상이하도록 하기 위해 굴곡부를 전후한 금형로의 상하폭이 서로 다르게 금형을 설계, 제작하는 것도 가능할 것이다. 여기서는 금형로를 지나면서 상하폭이 증가한 경우를 도시하였으나 그 반대의 경우가 가능함은 물론이다.

한편, 상기 박피 안내로는 도 12a 와 도 12b에 도시된 바와 같이, 박피된 재료가 쉽게 빠져 나갈 수 있도록 하기 위해 박피 안내로의 입구에서 먼 곳의 내부 간격이 입구에서 보다 더 크도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 구조의 표면 박피가 가능한 전단변형장치를 사용하는 경우에는, 먼저, 소재를 전단변형함과 동시에 소재 표면에 형성된 요철이나 표면 생성물을 제거할 수 있어 추가적인 표면 가공의 생략이 가능하여 생산성이 향상된다.

또한, 박피되어 갈라져 나가는 박피층이 소재 하부를 굴곡부에 밀착되게 당기므로 소재 하부와 굴곡부 간의 접촉이 강화되어 소재 전체에 걸쳐 균일하고 충분한 전단변형량을 얻을 수 있다.

그리고, 전단변형이 일어나는 굴곡부를 제외한 금형로에서의 소재와 금형로간의 마찰을 감소시킴에 의해 작은 힘으로도 소재를 효과적으로 압입하는 것이 가능하며, 금형의 수명을 증대시키는 것이 가능하다.

또한, 상기한 구성의 본 발명에 의한 회전식 안내공급장치를 사용하는 경우에는 별도의 공정을 거치지 않고 박판재로부터 후육재까지의 다양한 두께의 소재에 대응하여 호환성있게 사용할 수 있다.

Claims (18)

1. 굴곡부가 형성된 금형로를 구비한 금형과, 상기 금형로로 소재를 안내공급하는 소재 안내공급장치를 포함하여 구성되는 것으로서,

   상기 굴곡부에는, 소재가 전단변형되면서 굴곡부를 통과할 때 소재의 표면이 소정 두께로 박피되면서 소재의 나머지 부분들로부터 갈라져 나가도록 하는 박피 안내로가 상기 금형로에 연통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 전단변형장치.
2. 제 1 항에 있어서, 소재 표면을 원하는 두께로 박피할 수 있도록 하기 위해, 상기 박피 안내로의 내부 간격을 조절하는 간격 조절장치를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 전단변형장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 안내공급장치는 회전식 안내공급장치이고, 소재가 회전식 안내공급장치로부터 금형로로 들어가는 위치에서 전단변형이 일어나도록 회전식 안내공급장치와 상기 금형로의 입구가 협력하여 굴곡부를 구성하며, 회전식 안내공급장치와 금형간의 이격된 공간이 상기 박피 안내로를 구성하는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 연속 전단변형장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 회전식 안내공급장치는 소재와 접촉하는 회전롤을포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 연속 전단변형장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 회전식 안내공급장치는 소재와 접촉하는 벨트를 회전시켜 소재를 이동시키는 벨트전동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 연속 전단변형장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 벨트는 다수의 다면체블록이 순차적으로 연결된 루프인 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 연속 전단변형장치.
7. 제 3 항에 있어서, 소재와 회전식 안내공급장치와의 마찰을 강화하기 위하여, 회전식 안내공급장치의 소재와 접촉하는 표면에 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 연속 전단변형장치.
8. 제 3 항에 있어서, 소재의 좌우 이동을 방지하기 위해 소재의 측부를 안내 지지하는 측면 가이드를 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 연속 전단변형장치.
9. 제 3 항에 있어서, 박피되어 상기 회전식 안내공급장치의 소재와 접촉하는 표면에 부착된 박피층을 제거하기 위한 박피층 제거 장치를 추가적으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 연속 전단변형장치.
10. 제 3 항에 있어서, 상기 회전식 안내공급장치와 금형은 여러 공정을 거치면서 소재를 처리 가공하는 연속 공정 중의 한 공정으로서의 전단변형을 행하도록 하기 위하여 연속 처리 장비의 한 부분으로 설치된 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 연속 전단변형장치.
11. 제 3 항에 있어서, 상기 회전식 안내공급장치는 금형으로 공급되는 소재의 두께를 점차적으로 감소시켜 금형 내로 압입할 수 있도록 하기 위한 압연 수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 연속 전단변형장치.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금형의 금형로에는, 금형로를 통과하면서 소재가 2 회 이상 전단변형을 받을 수 있도록, 하나 이상의 굴곡부가 추가적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 전단변형장치.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 전단변형이 일어나는 금형 굴곡부 부근의 내마모성을 향상시키기 위해, 굴곡부 부근이 초경재로 제작된 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 전단변형장치.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금형에서 소재의 전단변형시 마모가 심하게 일어나게 되는 부분인 굴곡부를 포함한 일부분을 교체가능한 별도의 부품으로 구성한 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 전단변형장치.
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금형과 소재의 마찰을 줄이기 위해 윤활제를 도포하는 윤활제 도포 장치를 추가적으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 전단변형장치.
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금형의 금형로는 소재진행방향으로 굴곡부를 지나 일정한 거리 떨어진 지점을 기준으로 그 전의 금형로의 상하폭보다 그 후의 금형로의 상하폭이 크도록 형성된 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 전단변형장치.
17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 박피 안내로는 박피된 재료가 쉽게 빠져 나갈 수 있도록 하기 위해 증가하는 내부 간격을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 전단변형장치.
18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금형의 금형로는 굴곡부를 전후하여 금형로의 상하폭이 상이하도록 형성된 것을 특징으로 하는 표면 박피가 가능한 전단변형장치.