KR20040016214A - 철도차량의 객실용 사이드 프레임의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량의 객실용 프레임중 양측 사이드에 세로로 차량의 길이방향을 따라 다수 고정 설치되는 사이드프레임, 특히 길이를 따라 만곡된 원호 형상으로서, 또한 형강과 같이 직각으로 절곡된 단면 형상으로서, 2mm 내지 5mm 정도의 두께를 가지는 강판으로 된 사이드 프레임의 제조방법에 있어서, 넓직한 강판 원재를 재단하는 단계; 재단된 강판재를 커팅하여 모재를 준비하는 단계; 준비된 모재를 금형에 설치하고 프레스를 사용하여 압착 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 객실용 사이드 프레임 제조방법을 개시한다.

Description

철도차량의 객실용 사이드 프레임의 제조방법{Method for manufacturing the side frame for framework of locomotive}

본 발명은 철도차량의 프레임에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기다란 철도차량의 객실 양측 사이드의 만곡된 부위에 설치되는 것으로서, 제품의 진직도가 뛰어나며 설치작업을 용이하게 하는 철도차량 사이프 프레임 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 철도차량의 기다란 객실 공간을 마련하기 위한 철제 골조 즉 프레임을 균일한 형상으로 제작하는 방법에 관한 것이다. 도 1의 측면도로 도시된 철도차량(2)은 그의 용도 및 설계에 따라 다르겠지만, 한량의 길이가 보통 20m 까지 달하며 높이는 2.5m 에 달한다. 객실을 위한 공간을 마련하기 위해서는 미리 준비된 갖가지 형상의 많은 프레임 부재를 용접 등의 방식으로 접합, 축조하여야 하며, 그의 외면 및 내면에 각각 외장판(4) 및 내장판을 고정하여야 한다.

설치된 골조 형태의 프레임에 외장판을 접합하는 과정에서, 프레임(6)의 설치 상태가 정확하지 못한 경우 또는 프레임 자체가 균일하지 않은 경우, 그 상태에서 외장판을 접합하게 되면 기다란 차량을 따라 불규칙한 굴곡부위가 생기게 마련이다.

특히, 근래에 철도차량(2)의 외형이 갈수록 고급화 및 세련화 됨에 따라 도 2의 단면도와 같이 모서리 부위가 완만하게 즉, 유선형으로 만곡되도록 설계되는 것이 일반적이다. 또한, 안전성을 고려하여 프레임 부재의 두께가 두꺼워지고 있는게 현실이다. 본 발명의 대상이 되는 사이드 프레임(8)이 도 2의 상부 모서리부위에 설치된다.

도 3은 사이드 프레임의 사시도이다. 도시된 바와 같은 사이드 프레임(8)은 전형적으로 롤포밍(roll forming)에 의해 제조되는 형상이다. 종래의 롤포밍에 의한 성형 방식에 의하면 변곡 지점에 국부적으로 우그러짐이 발생되며 제품 전체적으로는 불규칙한 라인이 형성되게 된다. 또한 성형되는 모든 제품을 정확히 동일한 형상으로 제작하기가 극히 곤란하다. 때문에, 프레임을 설치한 후 외장판을 접합하게 되면, 차량의 길이방향을 따라서 곳곳에 움푹 패인 자리 또는 불룩하게 솟은 자리가 생기게 된다. 또한, 외장판을 접합하는 부위인 날개부(10)에는 점선으로 도시된 바와 같은 빨림이 발생하여 외장판을 접합하지 못하는 부위까지 발생하기도 한다.

이러한 불만족스런 외형을 수정하기 위해 종래에는 외장판과 프레임 사이의 빈 공간에 보조판재를 덧대어 용접을 하는 방식으로 그의 불규칙한 면을 수정하기도 하였다. 기다란 차량의 양측면에 형성된 불규칙한 부분을 일일이 수정하기에도 많은 시간과 노력이 필요하며, 수정한다 하더라도 그 진직도는 만족스럽지가 못한 형편이었다.

위와 같은 문제에 대하여 본 발명은 기다란 철도차량의 객실용 프레임중 양측 사이드에 세로로 다수 고정 설치되는 사이드 프레임의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 철도차량의 개략적 측면도이다.

도 2는 철도차량 객실부의 개략적 단면도이다.

도 3은 철도차량 객실부에 설치되는 사이드 프레임의 사시도이다.

도 4a,b,c,d는 본 발명에 의한 사이드 프레임 제작 단계를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 사이드 프레임용 금형을 도시하는 개략 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 ; 철도차량 4 ; 외장판

6 ; 프레임 8 ; 사이드 프레임

20 ; 금형

위와 같은 목적은, 철도차량의 객실용 프레임중 양측 사이드에 세로로 차량의 길이방향을 따라 다수 고정 설치되는 사이드프레임, 특히 길이를 따라 만곡된 원호 형상으로서, 또한 형강과 같이 직각으로 굴곡된 단면 형상으로서, 2mm 내지 5mm 정도의 두께를 가지는 강판으로 된 사이드 프레임의 제조방법에 있어서, 넓직한 강판 원재를 재단하는 단계; 재단된 형태대로 커팅하여 모재를 준비하는 단계; 준비된 모재를 금형에 설치하고 프레스를 사용하여 압착 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 객실용 사이드 프레임의 제조방법에 의해 달성된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 프레스를 사용하여 성형하는 단계는; 재단된 기초모재를 만곡 성형하여 최종모재를 준비하는 1차 성형단계; 준비된 최종모재에 날개부를 성형하는 2차 성형단계로 구분되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 4a,b,c,d는 본 발명에 의한 사이드프레임의 제작 단계를 나타내는 평면도 및 사시도이다.

우선 도 4a와 같이 강판원재(11)를 준비한 후, 그 위에 특정 형상으로 재단하고 도 4b와 같이 그 재단된 형태대로 커팅하여 기초모재(12)를 준비한다. 이렇게준비된 모재를 프레스 및 금형을 이용하여 도 4c와 같이 1차적으로 만곡 성형하여 최종모재(12')를 준비한다. 만곡된 최종모재를 금형 위에 놓고서 2차적으로 날개부(102,104, 도4d 및 도 3 참조)를 형성하여 완성한다.

즉, 필요한 금형은 1차적으로 평판을 단순히 라운딩하기 위한 금형 및 2차적으로 날개부를 형성하기 위한 금형으로 구분될 수 있다. 단순 라운딩을 주기 위한 1차 성형은 롤포밍에 의해서도 충분히 가능할 것이다. 이것은 전체적으로 라운딩되어 있으며 또한 경사져 있는 금형(20, 도 5 참조)에 안착시키기 용이하도록 하는 사전 작업이다. 금형에 관하여 지적해두고자 하는 것은, 도 4c에 도시된 최종모재(12')의 굴곡반경(R)은 금형(20)과 동일하게 한다는 것이다.

기초모재(12) 각 부위의 구체적인 사이즈는 프레스 성형시 압축, 인장 등에 의한 강판의 변형을 시뮬레이션에 의해 수치 측정함으로써 결정한다.

날개부는 외면 날개부(102) 및 내면 날개부(104)로 구성되며, 각 날개부에는 외장판과 내장판(도시되지 않음)이 각종 용접 등에 의해 접합 고정된다(도 3 참조). 프레임의 길이방향 양측으로는 연장되는 다른 사이드 프레임을 연결하기 위한 연결부(14)가 마련된다.

사이드 프레임(8)의 형상을 요구대로 정확하게 만들기 위해서는 도 4b에 도시된 바와 같이 세밀한 모재(12)의 설계가 필요하다. 외형선 및 내형선은 각기 다른 곡률의 수개의 변곡지점(M1,M2,M3,M4)을 가지도록 설계되며, 연결부의 교접하는 두개의 선이 이루는 각도(A1,A2,A3) 또한 설계에 의해 설정된다.

도 5는 재단된 강판을 성형하기 위한 금형의 개략적 단면도이다. 금형(20)은도시된 바와 같이 상하로 기동하는 상형(22) 및 다이에 고정 설치되는 하형(24)으로 구성된다. 도시된 바와 같이 상형(22)과 하형(24)의 압착면은 45°정도의 경사각도로 비스듬하게 기울어져 있다. 또한, 미리 언급한 것처럼 정면에서 볼 때, 금형은 도 4c의 최종모재(12')의 반경(R)과 동일한 정도로 만곡되어 있다.

프레스를 이용하여 단지 절곡만이 아니라 절곡되는 동시에 휨가공을 하여야 하므로 제품의 각 부위에 각방향으로 큰 하중이 걸리게 된다. 그러므로, 모재를 금형의 정확한 위치에 세팅하고 유동하지 못하도록 고정한후 가압하기 위한 특별한 배려가 필요하다. 이를 위해 작업은 수동으로 이루어지며, 성형시간은 보통 1분의 시간이 소요된다. 상금형이 재료의 상면에 닿을 때까지는 60kg/cm²로 가압하며, 그 이후 본격적인 성형작업은 120kg/cm²내지 130kg/cm²정도로 가압한다.

본 발명의 기술적 사상은 강성 구조를 가지는 만곡된 선형 프레임을 프레스 및 금형에 의해 성형한다는 것에 핵심이 있다. 이를 위해 모재의 재단시 그 설계가 세밀하게 이루어져야 한다. 본 발명의 실시예에서는 재단후 커팅하고, 그렇게 마련된 모재를 금형으로 성형하는 것으로 설명되었지만, 역으로 재단이 이루어지지 않은 강판원재를 금형으로 성형한후, 잔여부위를 커팅하는 방식도 있을 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 철도차량용 사이드 프레임- 특히 강성(형강)구조를 가지며 길이방향으로 만곡되어 있는- 을 짧은 시간내에 극히 동일한 형상으로제작할 수 있게 된다. 이로써, 설치작업이 월등히 용이하게 되며, 아울러 차량 전체의 진직도가 매우 만족스럽게 된다. 또한, 부수적으로 강판 재료가 절약되는 효과를 가질 수 있다.

Claims (3)

1. 철도차량의 객실용 프레임중 양측 사이드에 세로로 차량의 길이방향을 따라 다수 고정 설치되는 사이드프레임, 특히 길이를 따라 만곡된 원호 형상으로서, 또한 형강과 같이 직각으로 굴곡된 단면 형상으로서, 2mm 내지 5mm 정도의 두께를 가지는 강판으로 된 사이드 프레임의 제조방법에 있어서,

   넓직한 강판 원재를 재단하는 단계; 재단된 형태대로 커팅하여 기초모재(12)를 준비하는 단계; 준비된 기초모재(12)를 금형에 설치하고 프레스를 사용하여 압착 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 객실용 사이드 프레임의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 프레스를 사용하여 성형하는 단계는, 재단된 기초모재(12)를 만곡 성형하여 최종모재(12')를 준비하는 1차 성형단계; 준비된 최종모재(12')에 날개부(102,104)를 성형하기 위해 금형(20)을 이용하여 성형하는 2차 성형단계로 구분되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 객실용 사이드 프레임의 제조방법.
3. 철도차량의 객실용 프레임중 양측 사이드에 세로로 차량의 길이방향을 따라다수 고정 설치되는 사이드프레임, 특히 길이를 따라 만곡된 원호 형상으로서, 또한 형강과 같이 직각으로 굴곡된 단면 형상으로서, 2mm 내지 5mm 정도의 두께를 가지는 강판으로 된 사이드 프레임의 제조방법에 있어서,

   넓직한 강판 원재를 금형에 설치하고 프레스를 사용하여 압착 성형하는 단계; 성형후 잔여 부위를 커팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 객실용 사이드 프레임의 제조방법.