KR20080000880A - 3차원 성형을 위한 밴딩 롤러장치의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 혹은 기체 상태의 원유나 각종 가스를 저장, 운반할 수 있는 선박 및 육상에 설치된 구형 혹은 타원형의 대형탱크 구조물을 제작하기 위한 3차원 성형장비에 관한 것이다. 일반적으로 구형 혹은 타원형의 대형 탱크는 한 개의 평판으로는 제작하기 어려우므로 수 십개 혹은 수 백개의 조각으로 나누어 성형, 제작하고 이들을 용접, 브레이징 등 작업으로 연결, 조립함으로써 한 개의 완전한 탱크를 완성시킨다. 그러나 탱크를 이루는 각각의 조각들도 모두 3차원의 곡면 형상을 가지고 있기 때문에 이것들을 제작하는 것도 쉽지 않다.

본 발명은 구형 혹은 타원형의 대형 탱크제작을 위한 3차원 형상의 단위조각을 쉽고 경제적으로 성형을 위한 장치 및 작업방법에 대한 것이며, 그 목적은 일정한 두께를 가지는 철 혹은 비철금속 등의 평판 부재를 3차원 곡면을 가지도록 성형하기 위해, 기존의 밴딩 롤러의 원리를 이용하면서 상부 및 하부의 롤러형상이 볼록 혹은 오목 곡면의 가지도록 함으로써 품질이 우수한 3차원 곡면형상을 효율적으로 만들어 낼 수 있는 장비 및 방법을 제공함에 있다.

3차원 성형, 밴딩 롤러, 탱크 제작장치, 선박용 탱크, 구형탱크 제작

Description

3차원 성형을 위한 밴딩 롤러장치의 구조{The Structure of Bending Roller Machine for 3-Dimensional forming}

도 1 은 기존의 밴딩롤러의 개념도

도 2 는 조립된 타원형 탱크의 외관

도 3 은 조립된 원형 탱크의 외관

도 4 는 탱크의 조립을 위한 단위조각의 형상

도 5 는 본 발명에 의한 밴딩 롤러의 입체 개념도

제 6 도 본 발명에 의한 밴딩 롤러의 측면도

제 7 도 본 발명에 의한 밴딩 롤러의 정면도

제 8 도 본 발명에 의한 밴딩롤러 장비의 적용 개념도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 2차원으로 성형작업중인 평판부재 (2) : 상부롤러의 회전축

(3) : 하부롤러의 회전축 (4) : 3차원으로 성형작업중인 평판부재

(5) : 본 발명의 상부 밴딩롤러 (6)(6‘) : 본 발명의 하부 밴딩롤러

(7) : 탱크의 단위조각 (8) : 상부롤러 이송을 위한 유압장치

(9) : 롤러 회전용 모터

기존의 밴딩 롤러는 (도 1)에서와 같이 원기둥 형상의 롤러 3개를 사이에 성형하고자 하는 평판(3)을 끼워넣고 이를 압착 하면서 롤러를 회전하면, 부재(1)는 양쪽 끝이 말려 올라가면서 Z축을 중심으로 서서히 원통형으로 성형되어진다. 그러나 이러한 구조의 밴딩 롤러는 롤러간의 상대적 위치 및 압력을 바꾸어 줌에 따라서 원통의 곡율을 바꿀 수는 있으나 원통 형상 이외의 모양을 성형하기 어려운 문제점이 있다. 즉 (도 2)나 (도 3)과 같은 구형 혹은 타원형 탱크를 제작하기위한 3차원의 형상의 조각(도 4)를 성형하지는 못했다. 이러한 이유로 기존의 3차원 형상 성형방법은 부재를 상태변위 온도이상으로 가열시킨 다음, 이를 요구하는 곡율을 가진 틀(Die)속에 집어넣고 적당한 압력을 가하면서 일정한 시간동안 서서히 냉각시키는 열간 성형방법이 사용되거나, 2차원으로 간단하게 가공된 부재를 부분적으로 가열 및 냉각을 반복함으로써 열변형을 유도하여 성형하는 방법을 사용하였다. 또 다른 방법으로는 상온에서 펀칭프레스 등을 이용하여 평판을 부분적으로 조금씩 눌러가며 소성변형 시킴으로써 원하는 형상을 만드는 방법을 이용하기도 하였다. 그러나 전술한 열간 가공방법은 가열로를 비롯하여, 대규모의 틀(Die)을 만들어야하므로 투자비용이 대단히 높고, 뜨거운 부재를 취급하기 위해서는 열에 견디는 고가의 설비가 필수적이었다. 또한 펀치 프레스를 이용한 냉간가공도 작업에 많은 시간이 필요하고, 대규모 인력 투입과 대량생산에서는 적용이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래방법의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, (도 5)에서와 같이 롤러의 길이방향(Z축 방향)으로 볼록 및 오목형상의 곡률을 형성시킴으로써, (도 4)와 같은 2축이 복합적으로 만들어 내는 3차원 곡면을 비교적 손쉽게 가공하는 장치를 구성하는데 있다.

본 발명은 선박 혹은 육상에 설치되는 기체 혹은 액체의 저장을 위한 구형 혹은 타원형의 대형 탱크의 제작을 위한 것으로서, 일반적으로 대형의 구형탱크(도 2) 혹은 타원형 탱크(도 3)는 한꺼번에 탱크 전체를 완성하는 것이 아니라, 3차원 곡면형태로 이루어진 다수의 조각(도 4)들을 연속적으로 용접 혹은 브레이징하여 이어 붙임으로서 전체구조물을 완성시키게 된다. 그러나 이들 각각의 조각(7)들도 단순한 2차원의 형상이 아니라 경도 및 위도 방향의 2축이 복합적으로 만들어 내는 3차원의 형상을 가지기 때문에 제작이 대단히 까다롭다. 이에 본 발명은 구형 혹은 타원형 탱크를 구성하는 3차원 형상의 조각(7)들을 용이하게 제작하기위한 장치 및 방법으로서 기존의 밴딩롤러의 원리를 이용하되, 가운데 부분이 일정한 곡률로 볼록하게 부풀은 상부롤러(5) 1개와 아래쪽에는 상부롤러의 볼록한 곡률과 대칭하여 오목하게 들어간 한 쌍의 하부롤러(6)를 위, 아래로 마주보도록 장치한다. 이때, 상부롤러의 볼록한 곡면형상 및 하부 롤러의 오목한 곡면형상은 서로 대응하여 들 어맞게 만들되, 성형하고자 하는 제품의 곡율에 따라 결정된다.

(도 1)에서와 같이 기존의 원기둥형 밴딩롤러는 부재를 Z축을 중심으로 둥글게만 성형할 수 있지만, 본 특허에서 제시하는 볼록, 오목 형태의 롤러를 사용할 경우에는 (도 6)과 같이 Z 축 방향의 곡면 이외에, 상부롤러(5)와 하부롤러(6)가 만들어 내는 곡면에 따라, X축 방향으로도 곡면이 하나 더 만들어 짐으로써 동시에 2축이 복합적으로 만들어 내는 3차원의 곡면을 만들 수 있다.. 이러한 원리로 구형 혹은 타원형 탱크의 단위조각(도 4)과 같은 3차원 형상을 제작할 수 있는 것이다. 본 발명의 경우, Z축의 곡율은 각각의 롤러의 상대적인 거리 및 롤러의 압력 등을 조정함으로써 변경이 가능하며, X축의 곡율은 밴딩롤러의 오목 및 볼록형상의 곡율에 따라 결정된다.

(도 2)와 (도 3)에서 대형 탱크를 이루는 단위 조각(7)은 경도 및 위도 방향의 두가지 곡율을 가지게 되며, 필요한 경우 몇가지의 다른 곡율을 가지는 롤러를 사용함으로써 다양한 형태의 성형이 가능하다.

본 발명에서 제안하는 장치는 (도 5) 혹은 (도 8)과 같이, 회전축(2, 3)이 평행하도록 구성된 3개의 롤러(5, 6, 6‘) 사이에 평판 부재를 끼워놓고 상부롤러 이송을 위한 유압장치(8)로 아랫방향으로 서서히 압력을 가하면서 롤러회전용 모터(9)를 이용하여 롤러를 회전시키게 되면 부재(4)는 상부롤러(5) 및 하부롤러(6, 6‘) 사이에 끼어 Z축을 중심방향으로 둥글게 성형되고, 동시에 롤러의 형상에 따라서도 X축 중심 방향으로 성형되어짐으로써 간단히 3차원의 성형이 가능해진다.

(도 6)은 롤러사이에 가공되는 부재를 보기위한 밴딩롤러의 측면도이고, (도 7은) 밴딩롤러의 정면도이다

본 장치는 기존의 밴딩롤러와 같이 상부 및 하부에 Z 축(회전축)이 서로 평행한 3개의 롤러로 구성하되, 기존의 롤러와는 달리, 부재를 X축 중심방향으로도 성형하기 위하여 상부롤러(5)의 가운데가 볼록하게 부풀어져 올라오고, 상부롤러의 아래에 설치된 한 쌍의 하부롤러(6)(6‘)는 상부롤러(5)의 곡율에 대응한 오목한 모양을 가지고 있으며, 상부롤러는 상하방향(Y축 방향)으로, 하부롤러는 좌우방향(X축 방향)으로 상대적 위치의 조정이 가능하다. 이로써, 이들 롤러(5, 6, 6’) 사이를 지나는 부재(4)는 롤러간의 간격을 조정하고 일정한 압력을 유지하면서 롤러를 회전하게 되면, 부재는 롤러(5, 6, 6‘)의 응력을 받아 소성영역을 넘어가게 되고, 마침내 X축 및 Z축의 2축의 방향을 기준으로 복합적인 성형이 이루어져서, 궁극적으로 (도 4)와 같은 복잡한 3차원적인 가공이 가능해지는 것이다.

이상의 예는 본 발명을 설명하기위한 것으로 본 발명의 범위를 국한시키거나 제한하지 않는다.

본 발명은 기존의 원통형 밴딩 롤러로는 성형할 수 없는 2중 복합 곡면의 성형을 한번의 작업으로 동시에 할 수 있으므로 작업효율 및 작업품질을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 기존의 열간성형 및 열변형을 이용한 방법, 펀칭프레스를 이용한 방법에 비하여 훨씬 저렴한 비용으로 좋은 품질의 작업을 가능하게 하였다.

Claims (2)

1. 선박 및 육상에 설치되는 기체 혹은 액체상태의 원유나 가스를 저장, 이동할 수 있는 대규모의 구형 혹은 타원형 탱크를 구성하는 3차원 형상의 단위조각을 성형하기 위하여, 기존의 밴딩롤러의 기본개념을 이용하면서, 가운데가 볼록한 형태의 상부롤러(5)와 이에 대응한 곡율로 가운데가 오목하게 들어간 한쌍의 하부롤러(6, 6‘)사이에, 두께가 일정한 철 혹은 비철금속의 평판부재를 투입하고, 상부롤러(5)를 하부롤러(6, 6’)방향으로 일정한 압력을 가함과 동시에 롤러를 회전함으로써, 2개의 축이 복합적으로 만들어 내는 3차원 곡면을 성형하는 것을 특징으로 하는 밴딩롤러를 이용한 대형 3차원 곡면의 밴딩방법
2. (도 5)와 같이 상부롤러(5)는 성형하고자하는 제품의 곡율을 고려하여 가운데를 볼록하게 구성하고, 이에 대응하는 한 쌍의 하부롤러(6, 6‘)는 상부롤러(5)의 곡율에 대응하여 오목하게 들어가도록 구성되었으며, 상부롤러(5)와 하부롤러(6, 6’)사이에 평판부재를 투입하여, 상부롤러(5)를 하부롤러(6, 6’)방향으로 일정한 압력을 가함과 동시에 롤러를 회전함으로써, 평판이 Z축을 중심으로 밴딩됨과 함께 롤러의 곡율에 따라서 X축으로도 성형이 되어, 동시에 2축이 복합적으로 만들어 내는 3차원 곡면을 성형하는 것을 특징으로 하는 밴딩롤러 장치.

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