KR20140022539A - 온간 롤 포밍장치 및 온간 롤 포밍방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤 포밍 공정을 상온보다 높은 온간상태에서 수행함으로써 성형성을 향상시킬 수 있는 온간 롤 포밍장치와 이러한 장치에 의한 온간 롤 포밍방법의 제공을 목적으로 한다. 본 발명의 일 관점에 따르면,성형대상이 되는 피성형재를 공급하는 피성형재 공급부; 상기 공급된 피성형재를 상부 성형롤과 하부 성형롤 사이에서 소정의 형상으로 절곡하여 가공하는 롤 포밍부; 및 상기 피성형재가 가열된 상태에서 상기 롤 포밍부에 의해 가공되도록 상기 피성형재에 열에너지를 공급하는 열원부;를 포함하는, 온간 롤 포밍장치가 제공된다.

Description

온간 롤 포밍장치 및 온간 롤 포밍방법{Warm roll forming apparatus and method using the same}

본 발명은 판재형태의 피성형재를 절곡시키거나 만곡시켜 성형하는 롤 포밍장치 및 이를 이용한 롤 포밍방법에 관한 것이다.

롤 포밍(roll forming)이란 판재 형상으로 연속적으로 공급되는 소재를 복수개로 배열된 포밍롤 유닛을 통과시키면서 상기 소재를 목적하는 형상으로 절곡시키거나 만곡시켜 가공하는 성형방법을 말한다. 이때 판재 형상의 소재를 가공하는 포밍롤 유닛 각각은 상부 성형롤과 하부 성형롤로 구성되며, 이러한 상부 및 하부 성형롤의 형태에 따라 소재는 원형 또는 사각형의 파이프는 물론 다단 절곡된 형태의 제품으로 성형될 수 있다. 이러한 롤 포밍 공법은 차량용 범퍼빔, 자동차용 도어벨트 등과 같은 자동차용 차체부품의 제조에 이용되고 있다.

최근 환경문제가 대두되면서 친환경을 위한 차량 경량화 기술이 요구되고 있으며, 이러한 기술동향에 발맞춰 롤 포밍기술에 있어서 초고장력강 혹은 Mg, Al과 같은 경량금속의 성형성 향상을 위한 기술개발이 진행되고 있다. 일반적으로 롤 포밍기술은 소재를 가열하지 않은 냉간가공으로 수행되는 것이 일반적이다. 이러한 종래의 냉간 롤 포밍에 의할 경우에는 강도가 높은 초고장력강이나 일반 강에 비해 성형성이 열악한 Mg과 같은 경량금속의 성형이 용이하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 롤 포밍 공정을 상온보다 높은 온간상태에서 수행함으로써 성형성을 향상시킬 수 있는 온간 롤 포밍장치와 이러한 장치에 의한 온간 롤 포밍방법의 제공을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 성형대상이 되는 피성형재를 공급하는 피성형재 공급부; 상기 공급된 피성형재를 상부 성형롤과 하부 성형롤 사이에서 소정의 형상으로 절곡하여 가공하는 롤 포밍부; 및 상기 피성형재가 가열된 상태에서 상기 롤 포밍부에 의해 가공되도록 상기 피성형재에 열에너지를 공급하는 열원부;를 포함하는, 온간 롤 포밍장치가 제공된다.

이때 상기 열원부는, 상기 상부 성형롤 및 하부 성형롤을 그 내부에 포함하며, 상기 상부 성형롤 및 하부 성형롤 사이에 배치되어 있는 상기 피성형재를 가열할 수 있는 히터가 장착되어 있는 히팅챔버;를 포함할 수 있다.

또는 상기 열원부는, 상기 상부 성형롤의 상부측 및 하부 성형롤의 하부측의 적어도 한 군데에 직접 접촉되어 있는 히팅유닛;을 포함할 수 있다.

또는 상기 열원부는, 상기 피성형재 공급부 및 상기 롤 포밍부 사이에 배치되어 상기 피성형재가 상기 롤 포밍부에 진입되기 전에 상기 피성형재를 가열할 수 있는 히팅유닛;을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 피성형재를 상부 성형롤과 하부 성형롤로 이루어진 롤 포밍부로 투입하는 단계; 상기 피성형재를 소정의 온도로 가열하는 단계; 및 상기 피성형재가 가열된 상태에서 상기 롤 포밍부에서 성형하는 단계;를 포함하는, 온간 롤 포밍방법이 제공된다.

이때 상기 가열하는 단계 및 성형하는 단계는 상기 롤 포밍부에서 동시에 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 가열하는 단계는, 상기 상부 성형롤과 하부 성형롤을 포함하는 챔버 내에서 상기 상부 성형롤과 하부 성형롤 사이에서 성형되는 과정 중에 수행될 수 있다. 다른 예로서, 상기 가열하는 단계는, 상기 상부 성형롤의 상부측와 상기 하부 성형롤의 하부측에 직접 접촉하는 히팅유닛에 의해 수행될 수 있다.

한편, 상기 가열하는 단계는, 상기 성형하는 단계 전에 수행될 수 있다.

또한 상기 가열하는 단계는, 상기 피성형재를 200℃ 내지 600℃ 범위로 가열하는 단계일 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따르면, 피성형재를 가열에 의해 연화시킬 수 있음으로 기존의 냉간성형에 비해 낮은 성형압력으로도 성형이 어려운 소재의 성형이 가능하며, 기존에 비해 성형에 이용되는 포밍롤 유닛의 개수를 감소시켜 비용 및 공간을 절감시키는 효과가 있다. 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예를 따르는 온간 롤 포밍장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 롤 포밍에 의한 소재가공의 과정을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.

도 1에는 본 발명의 제1실시예를 따르는 온간 롤 포밍장치(100)가 나타나 있다. 도 1을 참조하면, 본 실시예를 따르는 온간 롤 포밍장치(100)는 피성형재 공급부(110), 스트레이트너(120), 열원부를 가지는 롤 포밍부(130), 절단용 프레스(140)를 포함한다.

피성형재(10)는 판재형태를 가지며, 성형이 되기 전에는 코일형태(111)로 권취되어 있다가 풀리면서 롤 포밍부(130)로 공급될 수 있다. 피성형재는 금속소재일 수 있으며, 예를 들어 초고장력강이나 Mg(Mg 합금 포함), Al(Al 합금 포함)과 같은 비철계열의 경량금속일 수 있다.

구체적으로 피성형재 공급부(110)는 코일형태(111)로 권치된 피성형재(10)를 장착한 후 성형공정이 시작되면 권치된 피성형재(10)를 풀어 이를 스트레이트너(120)로 공급한다. 이렇게 풀려나온 피성형재는 피성형재(10)의 진행방향으로 피성형재 공급부(110)의 후단에 위치한 스트레이트너(120)로 투입된다. 스트레이트너(120)는 코일형태로 감겨져 있다가 풀리면서 투입된 피성형재(10)를 보다 평평한 판재형태로 펴준 후, 피성형재(10)를 롤 포밍부(130)로 투입시킨다.

롤 포밍부(130)는 상부 성형롤(131a) 및 하부 성형롤(131b)로 이루어진 포밍롤 유닛(131)이 피성형재(10)의 진행방향을 따라 복수개로 배열된 구성을 가진다. 피성형재(10)는 이러한 복수개로 이루어진 포밍롤 유닛(131)을 따라 포밍롤 유닛(131) 각각의 형상에 대응되어 순차적으로 목적하는 형상으로 절곡되거나 만곡되면서 성형되게 된다.

도 4에는 복수개로 배열된 포밍롤 유닛(131) 사이에서 판재형태의 피성형재(10)가 화살표 방향으로 이송되면서 순차적으로 절곡되어 소정의 형상을 가진 성형품으로 제조되는 과정을 예시적으로 나타낸 도면이 제시되어 있다.

이때 본 실시예에 의할 경우, 복수개의 포밍롤 유닛(131)으로 이루어진 롤 포밍부(130)는 히팅챔버(132) 내부에 포함되어 있다. 히팅챔버(132)는 내부에 히터(133)가 장착되어 있으며, 히터(133)은 롤 포밍 유닛(131) 및, 롤 포밍 유닛(131)의 상부 성형롤(131a) 및 하부 성형롤(131b) 사이에 배치되어 있는 피성형재(10)를 가열하는 열원부로서 작용할 수 있다.

본 실시예의 경우 히팅챔버(132) 내에서는 히터(133)에 의해 열에너지지가 피성형재(10)에 공급됨에 따라 피성형재(10)는 소정의 온도로 가열되게 된다. 예를 들어 피성형재(10)는 200 내지 600℃ 범위로 가열될 수 있다.

히팅챔버(132) 내에 히터(133)는 히팅챔버(132)의 내부공간에서 상부(즉, 상부 성형롤(131a)의 상부) 및 하부(즉, 하부 성형롤(131b)의 하부)에 각각 형성될 수 있다. 이러한 히터(133)는 탄탈륨 등과 같은 가열부재를 이용한 저항가열식 히터이거나 할로겐 램프와 같은 복사열식 히터일 수 있다.

이러한 가열로 인하여 피성형재(10)의 연화가 일어나게 되며, 따라서 피성형재(10)의 소성가공이 보다 용이하게 수행될 수 있다. 특히 피성형재(10)가 성형하기 어려운 소재일 경우에는 이러한 가열로 인하여 성형의 난이도가 현저하게 감소하게 된다.

예를 들어, 피성형재(10)가 강도가 높은 초고장력강일 경우, 가열에 의한 연화로 연성이 증가되면서 성형성이 증가될 수 있다. 다른 예로서, HCP 구조로 인하여 난성형재로 알려진 Mg 혹은 Mg 합금의 경우에도 가열에 의해 연성이 증가함에 따라 성형성을 높일 수 있게 된다. 이외에도 Al 혹은 Al 합금과 같이 자동차의 경량화를 위해 사용될 수 있는 금속소재에도 적용할 수 있다. 본 실시예는 상술한 소재 이외에도 가열을 통해 연성을 증가시킴으로써 성형성을 높일 수 있는 어떠한 금속소재에 적용 가능하며, 이는 이후의 모든 실시예에서도 동일하게 적용된다.

본 실시예에 의할 경우 기존의 냉간성형에 비해 낮은 성형압력으로도 성형이 가능하며, 기존에 비해 성형에 이용되는 포밍롤 유닛의 개수를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이때 피성형재(10)의 성형성 향상을 위하여 최소 200℃ 이상으로 가열하는 것이 필요하며, 초고장력강의 표면처리 상태를 고려하여 600℃ 이하로 하는 것이 적합하다. 이는 이하의 모든 실시예에서도 동일하게 적용될 수 있다.

롤 포밍부(130)에 의해 성형이 완료된 피성형재(10)는 계속 이송되어 절단용 프레스(140)에 의해 소정의 크기로 절단되어 최종 성형제품으로 완성되게 된다.

도 2에는 본 발명의 제2실시예에 따른 온간 롤 포밍장치(100)가 나타나 있다. 도 2를 참조하면, 본 실시예를 따르는 온간 롤 포밍장치(100)는 제1실시예와 비교하여 롤 포밍부(130)에서 성형되는 피성형재(10)를 가열하기 위한 열원부의 차이점을 제외하고 나머지 구성은 동일하다. 이에 본 실시예에서는 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.

제2실시예를 따르는 온간 롤 포밍장치(100)는, 열원부가 롤 포밍부(130)의 상부 성형롤131a)과 하부 성형롤(131b)에 직접 접촉하여 상부 및 하부 성형롤(131a, 131b)을 가열하는 히팅유닛(134)으로 구성되어 있다.

이때 히팅유닛(134)은 상부 성형롤(131a)의 상부측 및 하부 성형롤(131b) 하부측의 적어도 한군데에 직접 접촉되어 있을 수 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같이 상부 성형롤(131a)의 상부측 및 하부 성형롤(131b) 하부측 각각에 히팅유닛(134)이 직접 접촉되도록 배치되어 있을 수 있다.

히팅유닛(134)에 의해 접촉된 상부 및 하부 성형롤(131a, 131b)들은 가열되게 되며, 이렇게 가열된 상부 및 성형롤(131a, 131b) 사이에서 피성형재(10)가 성형을 받게 됨에 따라 피성형재(10)도 가열되어 피성형재(10)의 연화가 일어나게 된다.

즉, 스트레이트너(120)를 통해 롤 포밍부(130)로 투입된 피성형재(10)는 히팅유닛(134)에 의해 가열된 복수개의 포밍롤 유닛(131)을 통과하게 된다. 이때 포밍롤 유닛(131)의 상부 성형롤(131a) 및 하부 성형롤(131b)은 각각 접촉하고 있는 히팅유닛(134)에 의해 가열된 후 피성형재(10)를 이송 및 성형하기 위하여 회전되고, 히팅유닛(134)에 의해 가열된 면이 피성형재(10)와 접촉하면서 피성형재(10)를 가열하게 된다. 이러한 과정은 복수개가 일렬로 배치된 포밍롤 유닛(131)에서 순차적으로 계속 일어나게 되며, 이러한 일련의 과정을 통해 가열된 피성형재(10)의 연화로 인하여 피성형재(10)의 성형이 더욱 용이하게 된다.

롤 포밍부(130)에 의해 성형이 완료된 피성형재(10)는 계속 이송되어 절단용 프레스(140)에 의해 소정의 크기로 절단되어 최종 성형제품으로 완성되게 된다.

도 3에는 본 발명의 제3실시예에 따른 온간 롤 포밍장치(100)가 나타나 있다. 도 3을 참조하면, 본 실시예를 따르는 온간 롤 포밍장치(100)는 제1 및 제2실시예와 비교하여 롤 포밍부(130)에서 성형되는 피성형재(10)를 가열하기 위한 열원부의 차이점을 제외하고 나머지 구성은 동일하다. 이에 본 실시예에서는 제1 및 제2실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.

제3실시예를 따르는 온간 롤 포밍장치(100)는, 열원부인 히팅유닛(150)이 피성형재 공급부(110) 및 롤 포밍부(130) 사이, 예를 들어 도 3과 같이 스트레이트너(120)와 롤 포밍부(130) 사이에 배치되어 피성형재(10)가 상기 롤 포밍부(130)에 진입되기 전에 피성형재(10)를 가열할 수 있게 된다.

따라서 본 실시예에 의할 경우, 피성형재(10)가 롤 포밍부(130)로 진입하기 전 히팅유닛(150)에 의해 소정의 온도로 가열되어 연화된 후 롤 포밍부(130)에 투입되게 된다. 피성형재(10)의 연화로 인해 롤 포밍부(130)에서는 종래의 냉간성형에 비해 보다 용이하게 성형을 수행할 수 있게 된다.

이때 히팅유닛(150)은 저항가열방식의 히터이거나 유도가열장치일 수 있다. 예를 들어, 히팅유닛(150)이 유도가열장치일 경우, 금속소재인 피성형재(10)가 유도코일로 이루어진 유도가열장치를 통과하게 되면, 전자기장에 의해 피성형재(10)가 자체 가열되면서 목적하는 온도범위를 가지게 될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 온간 롤 포밍장치 10: 피성형재
110: 피성형재 공급부 111: 코일형태의 피성형재
120: 스트레이트너 130: 롤 포밍부
131: 포밍롤 유닛 131a: 상부 성형롤
131b: 하부 성형롤 132: 히팅챔버
133: 히터 134: 히팅유닛
140: 절단용 프레스 150: 히팅유닛

Claims (10)

1. 성형대상이 되는 피성형재를 공급하는 피성형재 공급부;
   상기 공급된 피성형재를 상부 성형롤과 하부 성형롤 사이에서 소정의 형상으로 절곡하여 가공하는 롤 포밍부; 및
   상기 피성형재가 가열된 상태에서 상기 롤 포밍부에 의해 가공되도록 상기 피성형재에 열에너지를 공급하는 열원부;
   를 포함하는, 온간 롤 포밍장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열원부는,
   상기 상부 성형롤 및 하부 성형롤를 그 내부에 포함하며, 상기 상부 성형롤 및 하부 성형롤 사이에 배치되어 있는 상기 피성형재를 가열할 수 있는 히터가 장착되어 있는 히팅챔버;
   를 포함하는, 온간 롤 포밍장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 열원부는,
   상기 상부 성형롤의 상부측 및 하부 성형롤의 하부측의 적어도 한 군데에 직접 접촉되어 있는 히팅유닛;
   을 포함하는, 온간 롤 포밍장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 열원부는,
   상기 피성형재 공급부 및 상기 롤 포밍부 사이에 배치되어 상기 피성형재가 상기 롤 포밍부에 진입되기 전에 상기 피성형재를 가열할 수 있는 히팅유닛;
   을 포함하는, 온간 롤 포밍장치.
5. 피성형재를 상부 성형롤과 하부 성형롤로 이루어진 롤 포밍부로 투입하는 단계;
   상기 피성형재를 소정의 온도로 가열하는 단계; 및
   상기 피성형재가 가열된 상태에서 상기 롤 포밍부에서 성형하는 단계;
   를 포함하는, 온간 롤 포밍방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 가열하는 단계 및 성형하는 단계는 상기 롤 포밍부에서 동시에 수행되는, 온간 롤 포밍방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 가열하는 단계는, 상기 상부 성형롤과 하부 성형롤을 포함하는 챔버 내에서 상기 상부 성형롤과 하부 성형롤 사이에서 성형되는 과정 중에 수행되는, 온간 롤 포밍방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 가열하는 단계는, 상기 상부 성형롤의 상부측와 상기 하부 성형롤의 하부측에 직접 접촉하는 히팅유닛에 의해 수행되는, 온간 롤 포밍방법.
9. 제5항에 있어서,
   상기 가열하는 단계는,
   상기 성형하는 단계 전에 수행되는, 온간 롤 포밍방법.
10. 제5항에 있어서,
    상기 가열하는 단계는,
    상기 피성형재를 200℃ 내지 600℃ 범위로 가열하는 단계인, 온간 롤 포밍방법.

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