KR20100065582A - 롤 포밍 장치 및 롤 포밍 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전하는 휠 몰드에서 알루미늄 합금 주편을 연속 주조하면서, 상기 휠 몰드가 냉각되는 휠 몰드 주조부; 상기 알루미늄 합금 주편을 이송시키는 이송부; 이송된 상기 알루미늄 합금 주편을 다시 가열하는 재가열부; 상기 알루미늄 합금 주편을 일정한 두께의 판재로 형성하는 판재형상 부여 압연부; 및 상기 알루미늄 합금 판재의 단면 형상을 변형시켜 각재로 가공하는 롤 포밍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 장치를 개시한다. 상기와 같은 롤 포밍 장치 및 롤 포밍 방법은 연속주조되면서 바로 압연되는 판재를 제공받아 롤 포밍을 하는 일관연속 공정을 구현하여 높은 제품 수율을 확보하고, 에너지 절약 및 공정 비용 절감을 구현한다.
롤 포밍, 판재형상 부여 압연부, 형상 압연롤, 핀치롤

Description

롤 포밍 장치 및 롤 포밍 방법{ROLL FORMING DEVICE AND ROLL FORMING METHOD}
본 발명은 롤 포밍 장치 및 롤 포밍 방법에 관한 것으로서, 특히 연속 주조된 알루미늄 합금을 연속 다단 압연으로 롤 포밍하는 롤 포밍 장치 및 롤 포밍 방법에 관한 것이다.
종래의 알루미늄 판재 롤 포밍 장치 및 롤 포밍 방법은 다단 롤 포밍과 윤곽 성형을 동시에 실시하여 일정한 폭을 갖는 코일 형태의 알루미늄 판재를 항공기 동체 및 자동차 샤시 등과 같은 복잡한 형상으로 용이하게 성형할 수 있도록 하였다. 이로 인해 비록 복잡한 형상의 제품일지라도, 연속적으로 작업이 이루어져 작업자의 감소로 인한 원가 절감에 기여할 수 있었으며, 롤에 의한 성형으로도 정밀도를 향상시킬 수 있었다.
한국 특허 출원 제10-2004-0044835호 "알루미늄 합금의 곡면성형을 위한 롤벤딩 성형장치 및 그 성형방법"은 일관된 연속 장치에서 소재의 단면과 윤곽을 성형하여 작업수를 줄일 수 있게 하였고, 한국 특허 출원 제10-2005-0113783호 "롤 포밍 장치"는 동일 형상의 성형물을 롤 성형할 때 그 두께와 폭이 상이한 경우 롤 이나 스탠드의 교환없이, 롤의 상하, 좌우치수 조정을 통하여 롤 성형을 할 수 있게 하였다.
그러나, 상기와 같은 종래의 롤 포밍 장치 및 롤 포밍 방법은 압연된 알루미늄 합금 판재를 원소재로 사용할 때, 압연재를 만드는 데에 필요한 슬라브 주조 열처리, 열간 및 냉간 압연 등과 같은 복잡하면서 단속적인 공정을 거치게 된다. 이로 인해, 비용이 증가하게 되어, 롤 포밍에 의한 최종 제품의 가격 또한 증가하게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 연속 주조되면서 바로 압연되는 판재를 제공받아 롤 포밍을 가능하게 하는 롤 포밍 장치 및 롤 포밍 방법을 제공하고자 한다.
아울러, 본 발명은 원소재로부터 최종제품까지의 높은 제품 수율을 확보할 수 있는 롤 포밍 장치 및 롤 포밍 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 용해, 주조로부터 시작된 일관연속공정으로 인해 에너지를 절약하고 공정 비용을 절감하는 롤 포밍 장치 및 롤 포밍 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 회전하는 휠 몰드에서 알루미늄 합금 주편을 연속 주조하면서, 상기 휠 몰드가 냉각되는 휠 몰드 주조부; 상기 알루미늄 합금 주편을 이송시키는 이송부; 이송된 상기 알루미늄 합금 주편을 다시 가열하는 재가열부; 상기 알루미늄 합금 주편을 일정한 두께의 판재로 형성하는 판재형상 부여 압연부; 및 상기 알루미늄 합금 판재의 단면 형상을 변형시켜 각재로 가공하는 롤 포밍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 장치를 개시한다.
아울러, 상기 롤 포밍부는, 상기 알루미늄 합금 판재의 단면 및 체적을 조절하여 단면 형상을 변형시키는 형상 압연롤; 상기 형상 압연롤에 의해 변형된 단면 형상으로 상기 알루미늄 합금 판재를 알루미늄 합금 각재로 형성하는 원형 압연롤; 상기 알루미늄 합금 각재의 표면을 제어하여 곡률 오차를 줄이는 표면 제어 롤; 및 상기 알루미늄 합금 각재의 이송 속도를 제어하여 상기 알루미늄 합금 각재를 적재 시키는 핀치롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 장치를 개시한다.
또한, 상기 원형 압연롤 및 상기 핀치롤은 감속기를 더 포함하되, 상기 감속기는 상기 알루미늄 합금 각재의 압연 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 장치를 개시한다.
또한, 상기 판재형상 부여 압연부는 3개 내지 4개의 압연롤을 연속적으로 배열시켜, 상기 알루미늄 합금 판재의 두께를 점차적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 장치를 개시한다.
또한, 상기 알루미늄 합금 주편은 5000 계열인 경우 상기 재가열부에 의해 약 400도까지 가열될 수 있으며, 6000 계열인 경우 상기 재가열부에 의해 약 450 내지 500도까지 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 장치를 개시한다.
본 발명은 롤 포밍 방법에 있어서, 알루미늄 합금 주편이 회전하는 휠 몰드에서 연속 주조되면서, 상기 휠 몰드가 냉각되는 단계; 상기 알루미늄 합금 주편이 이송되고 다시 가열되는 단계; 가열된 상기 알루미늄 합금 주편이 판재형상 부여 압연부에 의해 일정한 두께의 판재로 형성되는 단계; 형상 압연롤에 의해 상기 알루미늄 합금 판재의 단면 형상이 변형되는 단계; 원형 압연롤에 의해 상기 알루미늄 합금 판재가 변형된 단면 형상의 각재로 형성되는 단계; 상기 알루미늄 합금 각재의 표면이 제어되어 곡률 오차를 줄이는 단계; 및 형성된 상기 알루미늄 합금 각재가 핀치롤에 의해 이송 속도가 감소되어 적재되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 롤 포밍 장치 및 롤 포밍 방법은 휠 몰드 주조부, 이송부, 재가열부, 판재형상 부여 압연부 및 롤 포밍부를 포함하며 알루미늄 합금 주편을 연속주조한 다음 바로 판재를 압연하고 변형된 단면 형상을 갖는 각재를 형성할 수 있다. 이러한 일관 연속 공정이 이루어져 높은 제품 수율을 획득할 수 있으며, 에너지 절약 및 공정 비용 절감을 구현하여 최종 제품의 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 롤 포밍 장치(100)에서 휠 몰드 주조부(101), 이송부(102), 재가열부(103) 및 판재형상 부여 압연부(104)를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 판재 형상 부여 압연부(104)에 이어서 배열되는 롤 포밍부(105)를 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 롤 포밍 장치(100)는 휠 몰드 주조부(101), 이송부(102), 재가열부(103), 판재형상 부여 압연부(104) 및 롤 포밍부(105)를 포함한다.
휠 몰드 주조부(101)는 알루미늄 합금 주편을 연속 주조한다. 구체적으로 상기 알루미늄 합금 주편의 연속 주조는 회전하는 휠 몰드에서 이루어진다. 이때, 상기 휠 몰드는 냉각수에 의해 냉각된다. 이로 인해, 중/고강도를 갖는 상기 알루미 늄 합금 주편이 주조된다.
이송부(102)는 연속 주조된 상기 알루미늄 합금 주편을 롤 포밍 장치(100) 내에서 이송시키는 데 사용된다.
재가열부(103)는 상기 알루미늄 합금 주편을 다시 가열한다. 이때, 상기 알루미늄 합금 주편은 최적의 압연온도로 재가열된다. 한편, 알루미늄 합금은 그 종류에 따라 상이한 최적의 압연온도를 갖는다. 예를 들어, 5000 계열의 알루미늄 합금은 약 400도이고, 6000 계열의 알루미늄 합금은 약 450도 내지 500도이다. 이로 인해, 재가열부(103)는 5000 계열의 알루미늄 합금 주편을 약 400도까지, 6000 계열의 알루미늄 합금 주편을 약 450도 내지 500도까지 재가열할 수 있도록 설계된다. 재가열부(103)에 의해 다시 가열된 상기 알루미늄 합금 주편은 용이하게 압연될 수 있다.
판재형상 부여 압연부(104)는 상기 알루미늄 합금 주편을 일정한 두께의 판재로 형성한다. 상기 알루미늄 합금 주편은 2단으로 구성된 압연롤을 통과하여 단면이 줄어듬으로써 판재로 형성된다. 한편 상기 알루미늄 합금 판재가 단번에 획득하고자 하는 두께에 이르게 되면, 상기 알루미늄 합금 판재는 파단될 수 있다. 따라서, 판재형상 부여 압연부(104)는 2단으로 구성된 압연롤이 3개 내지 4개로 연속적으로 배열된 형태로서, 상기 알루미늄 합금 판재의 두께를 점차적으로 감소시킨다. 일반적으로, 판재형상 부여 압연부(104)를 통해 상기 알루미늄 합금 판재는 약 0.5㎜의 두께로 압연된다.
롤 포밍부(105)는 판재형상 부여 압연부(104)에 이어서 배열되어, 상기 알루 미늄 합금 판재를 각재로 가공하는 데에 사용되고, 상기 알루미늄 합금 판재의 단면 형상을 변형시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 롤 포밍부(105)는 형상 압연롤(151), 원형 압연롤(153), 표면 제어롤(155), 핀치롤(157) 및 감속기(158, 159)를 포함한다. 아울러, 상기 알루미늄 합금 판재는 롤 포밍부(105)에 의해 획득하고자 하는 단면 형상에 근접한 단면 형상을 갖는 상기 알루미늄 합금 각재로 가공된다.
형상 압연롤(151)은 판재형상 부여 압연부(104)를 통해 형성된 상기 알루미늄 합금 판재의 단면 및 체적을 조절하여 단면 형상을 변형시킨다. 이때, 형상 압연롤(151)은 변형시키고자 하는 단면 형상을 갖는 압연롤이다. 상기 알루미늄 합금 판재는 형상 압연롤(151)을 통하여 "U"자, "C"자 및 "H"자 등과 같은 단면 형상으로 변형된다.
원형 압연롤(153)은 형상 압연롤(151)에 의해 변형된 단면 형상으로 상기 알루미늄 합금 판재를 알루미늄 합금 각재로 형성한다. 따라서, 상기 알루미늄 합금 각재는 예를 들어 "U"자, "C"자 및 "H"자 등과 같은 단면 형상으로 형성된다.
표면 제어롤(155)은 상기 알루미늄 합금 각재의 표면을 제어한다. 즉, 원형 압연롤(153)에 의해 형성된 상기 알루미늄 합금 각재의 표면은 고르지 않기에 표면 제어롤(155)에 의해 고르게 되는 것이다. 아울러, 상기 알루미늄 합금 각재의 표면의 곡률 오차도 줄어들게 된다.
핀치롤(157)은 획득하고자 하는 변형된 단면 형상을 갖는 상기 알루미늄 합금 각재를 적재시키는 데에 사용된다. 핀치롤(157)은 모터의 구동력을 제공받아 상 기 알루미늄 합금 각재의 이송을 제어하는 데, 구체적으로 상기 알루미늄 합금 각재의 이송 속도를 감소시켜 상기 알루미늄 합금 각재를 롤 포밍 장치(100)의 단부로 이송시켜 적재한다.
감속기(158, 159)는 각각 원형 압연롤(153) 및 핀치롤(157)과 조합하여 상기 알루미늄 합금 각재의 압연 속도를 제어한다.
도 3은 본 발명에 따른 롤 포밍 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 롤 포밍 방법은 7단계를 거쳐 이루어진다. 한편, 롤 포밍 방법에서 사용되는 구성요소는 도 1 및 도 2의 롤 포밍 장치(100)의 구성요소의 도면 번호를 사용한다.
우선, 알루미늄 합금 주편의 연속 주조 단계(S1)가 이루어진다. S1 단계에서 알루미늄 합금 주편은 회전하는 휠 몰드에서 연속주조되는 데, 상기 휠 몰드는 냉각수에 의해 냉각된다.
S1 단계에 이어서 알루미늄 합금 주편의 이송 및 재가열 단계(S2)가 이루어진다. S2 단계에서 연속주조된 상기 알루미늄 합금 주편은 이송되고 다시 가열된다. 이때, 상기 알루미늄 합금 주편의 가열온도는 최적의 압연온도까지 가열이 이루어진다.
S2 단계에 이어서 알루미늄 합금 주편의 판재형상 부여 압연부(104)에 의한 판재로의 형성 단계(S3)가 이루어진다. 상기 알루미늄 합금 주편은 판재형상 부여 압연부(104)를 통하여 3회 내지 4회에 거쳐 판재로 형성되는 과정이 이루어지면서, 순차적으로 그 두께가 감소된다.
S3 단계에 이어서 형상 압연롤(151)에 의한 알루미늄 합금 판재의 단면 형상 변형 단계(S4)가 이루어진다. S4 단계에서 상기 알루미늄 합금 판재는 예를 들어 "U"자, "C"자 및 "H"자 등과 같은 단면 형상으로 변형된다.
S4 단계에 이어서 원형 압연롤(153)에 의한 알루미늄 합금 판재의 변형된 단면 형상을 갖는 각재로의 형성 단계(S5)가 이루어진다. S5 단계에서 변형된 형상, 예를 들어 "U"자, "C"자 및 "H"자 등과 같은 단면 형상을 갖는 상기 알루미늄 합금 각재가 형성된다. 아울러, 원형 압연롤(153)은 상기 알루미늄 합금 각재의 이송속도를 제어하는 감속기(159)와 함께 조합하여 안정된 속도로 상기 알루미늄 합금 각재를 형성한다.
S5 단계에 이어서 표면 제어롤(155)에 의한 알루미늄 합금 각재의 곡률 오차 감소 단계(S6)가 이루어진다. S6 단계에서 상기 알루미늄 합금 각재의 표면이 고르게 된다.
S6 단계에 이어서 알루미늄 합금 각재의 핀치롤(157)에 의한 이송 속도 감소 및 적재 단계(S7)가 이루어진다. S7 단계에서 형성된 상기 알루미늄 합금 각재는 핀치롤(157)을 사용하여 적재된다. 이때, 핀치롤(157)은 감속기(159)와 조합하여 이를 구현한다.
이상, 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 롤 포밍 장치에서 휠 몰드 주조부, 이송부, 재가열부 및 판재형상 부여 압연부를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 2는 도 1의 롤 포밍 장치의 판재 형상 부여 압연부에 이어서 배열되는 롤 포밍부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 롤 포밍 방법을 나타내는 흐름도이다.

Claims (7)

  1. 회전하는 휠 몰드에서 알루미늄 합금 주편을 연속 주조하면서, 상기 휠 몰드가 냉각되는 휠 몰드 주조부;
    상기 알루미늄 합금 주편을 이송시키는 이송부;
    이송된 상기 알루미늄 합금 주편을 다시 가열하는 재가열부;
    상기 알루미늄 합금 주편을 일정한 두께의 판재로 형성하는 판재형상 부여 압연부; 및
    상기 알루미늄 합금 판재의 단면 형상을 변형시켜 각재로 가공하는 롤 포밍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 롤 포밍부는,
    상기 알루미늄 합금 판재의 단면 및 체적을 조절하여 단면 형상을 변형시키는 형상 압연롤;
    상기 형상 압연롤에 의해 변형된 단면 형상으로 상기 알루미늄 합금 판재를 알루미늄 합금 각재로 형성하는 원형 압연롤;
    상기 알루미늄 합금 각재의 표면을 제어하여 곡률 오차를 줄이는 표면 제어 롤; 및
    상기 알루미늄 합금 각재의 이송 속도를 제어하여 상기 알루미늄 합금 각재 를 적재시키는 핀치롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 원형 압연롤 및 상기 핀치롤은 감속기를 더 포함하되,
    상기 감속기는 상기 알루미늄 합금 각재의 압연 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 판재형상 부여 압연부는 3개 내지 4개의 압연롤을 연속적으로 배열시켜, 상기 알루미늄 합금 판재의 두께를 점차적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 주편은 5000 계열인 경우 상기 재가열부에 의해 약 400도까지 가열될 수 있으며, 6000 계열인 경우 상기 재가열부에 의해 약 450 내지 500도까지 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 장치.
  6. 롤 포밍 방법에 있어서,
    알루미늄 합금 주편이 회전하는 휠 몰드에서 연속 주조되면서, 상기 휠 몰드가 냉각되는 단계(S1);
    상기 알루미늄 합금 주편이 이송되고 다시 가열되는 단계(S2);
    가열된 상기 알루미늄 합금 주편이 판재형상 부여 압연부에 의해 일정한 두께의 판재로 형성되는 단계(S3);
    형상 압연롤에 의해 상기 알루미늄 합금 판재의 단면 형상이 변형되는 단계(S4);
    원형 압연롤에 의해 상기 알루미늄 합금 판재가 변형된 단면 형상의 각재로 형성되는 단계(S5);
    상기 알루미늄 합금 각재의 표면이 제어되어 곡률 오차를 줄이는 단계(S6); 및
    형성된 상기 알루미늄 합금 각재가 핀치롤에 의해 이송 속도가 감소되어 적재되는 단계(S7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 S5 단계 및 상기 S7 단계에는 각각 감속기를 더 포함하되,
    상기 감속기에 의해 상기 알루미늄 합금 각재의 압연속도가 제어되는 것을 특징으로 하는 롤 포밍 방법.
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