KR20150075673A - 롤포밍과 국부적인 하이드로포밍을 이용한 플랜지 있는 제품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤포밍과 국부적인 하이드로포밍을 이용한 플랜지 있는 제품의 제조방법에 관한 것으로, 이는 롤포밍기에 의해 판재에서 이중 플랜지부를 갖춘 예비성형체로 성형하는 공정, 및 하이드로포밍 금형에 예비성형체를 안착시키고 국부적으로 성형하는 공정을 포함하여서, 제품의 품질 불량의 가능성이 최소화됨과 더불어, 다른 부품과의 용접이 가능한 플랜지 있는 튜브를 제공할 수 있게 된다.

Description

롤포밍과 국부적인 하이드로포밍을 이용한 플랜지 있는 제품의 제조방법 {Method for manufacturing product with flange using roll forming and localized hydroforming}

본 발명은 전반적으로 플랜지 있는 제품의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예컨대 초고강도 강재(인장강도 1000MPa급 이상의 강재)로 된 중공의 제품에 일체화된 플랜지를 롤포밍과 국부적인 하이드로포밍을 이용하여 성형함으로써 제품의 품질 향상은 물론 다른 부품과의 용접이 가능한 제품을 제공할 수 있는, 롤포밍과 국부적인 하이드로포밍을 이용한 플랜지 있는 제품의 제조방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.

일반적으로, 제품을 성형가공하는 다양한 방법 중에서 액압(液壓)을 이용한 하이드로포밍(Hydroforming)이 많이 이용되고 있다. 이 하이드로포밍은 암형(雌型)을 사용하여 그 위에 가공재료를 올려놓고 반대측에서 높은 액압을 가해 성형하는 특수가공법이다.

하이드로포밍은 판재 및 튜브의 성형시 이용될 수 있으며, 가공되는 재료의 형태나 성형하고자 하는 형상에 따라 여러 가지 형태의 금형 또는 장치들을 이용하게 된다.

한편, 돌출된 플랜지를 갖춘 중공의 튜브는 전 산업 분야에 걸쳐 다양하게 사용되고 있다. 특히, 자동차 산업 분야에서는 기존 튜브의 장점을 극대화시키면서 조립성의 향상을 위한 하나의 대안으로 제시되고 있다.

미국 특허 제5,070,717호에는 플랜지를 갖춘 튜브를 형성하는 방법에 관해 기술되어 있는바, 도 1a 및 도 1b에 이 방법을 도시하였다. 이 특허문헌에는 상부와 하부로 형성된 금형(12) 내에 튜브(10)를 삽입하여 압착 후 금형(12) 내로 액압을 가압하여 플랜지(11)를 구비한 튜브(10)의 형상을 성형하는 하이드로포밍을 제안하였다.

하지만, 통상 하이드로포밍을 이용하여 플랜지를 성형하기가 어렵고, 금형의 압착시 튜브의 형상에 주름 또는 크랙과 같은 과도한 변형이 발생하기 때문에 연강 수준의 강도가 아주 낮은 소재에만 적용될 수 있으며, 반복적인 압착으로 금형의 마모가 심한 단점이 있는 등 하이드로포밍으로 플랜지를 갖춘 튜브를 성형하는 데에는 많은 문제점이 있었다.

결국, 하이드로포밍으로 형성된 제품에 플랜지를 만드는 것이 어렵게 되어서, 다른 부품과의 용접이 곤란하고, 이를 해소하고자 하이드로포밍으로 형성된 제품에다 플랜지를 대신할 수 있는 브라켓을 접합하여 다른 부품과의 용접에 사용하고 있는 실정이다.

더욱이, 자동차 및 여러 산업 분야에 걸쳐 제품의 경량화에 대한 해법으로 고강도강에 대한 수요가 증가하고 있지만, 하이드로포밍은 전술한 바와 같이 연강 수준의 강도가 아주 낮은 소재에만 적용될 수 있어서, 연신률이 낮은 고강도강의 소재로 하이드로포밍에 의해서 플랜지가 일체화된 제품은커녕 제품 자체를 성형하는 데에는 한계가 있다.

이에 본 발명은 낮은 연신률을 가진 초고강도 강재로도 플랜지가 일체화된 제품을 제조할 수 있어, 제품의 품질 향상은 물론 다른 부품과의 용접이 가능한 제품을 제공할 수 있는, 롤포밍과 국부적인 하이드로포밍을 이용한 플랜지 있는 제품의 제조방법을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플랜지 있는 제품의 제조방법은, 롤포밍기에 의해 판재에서 이중 플랜지부를 갖춘 예비성형체로 성형하는 공정, 및 상기 예비성형체를 하이드로포밍 금형에 안착시키고 국부적으로 성형하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 롤포밍과 국부적인 하이드로포밍에 의해서 초고강도 강재로도 플랜지가 일체화된 제품을 제조할 수 있게 됨으로써 제품의 품질 불량의 가능성이 최소화됨과 더불어, 다른 부품과의 용접이 가능한 플랜지 있는 제품을 제공할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 롤포밍을 통해 하이드로포밍에 의한 제품 제조 기술의 한계를 극복하고 최종 형상에 가까운 예비성형품을 제조함으로써, 낮은 연신률을 가진 인장강도 1000MPa급 이상의 강재로 제품 개발이 가능하게 되는 효과가 있다.

또, 본 발명에 의하면, 초고강도 강재의 하이드로포밍에서 국부적인 성형을 통해 낮은 프레스 하중에서도 성형이 가능하게 됨으로써, 종래의 성형 중 초래되는 높은 프레스 하중의 문제를 극복할 수 있는 효과도 있다.

도 1a는 종래기술에 따라 플랜지를 갖춘 튜브를 형성하기 위해 금형이 압착된 상태를 나타낸 도면이다.
도 1b는 도 1a의 압착된 상태에 액압을 가한 후의 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜지 있는 제품의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜지 있는 제품의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플랜지 있는 제품의 제조방법은, 롤포밍기에 의해 판재에서 이중 플랜지부(22)를 갖춘 예비성형체(20)로 성형하는 공정, 및 하이드로포밍 금형에 예비성형체(20)를 안착시키고 국부적으로 성형하는 공정을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 플랜지 있는 제품을 제조하기 위해서는 먼저 강재로 된 판재를 준비한다. 이 판재는 인장강도 1000MPa급 이상의 강재로 될 수 있다.

롤포밍기는 20 ~ 33개의 공형롤(Grooved roll)쌍, 예컨대 상부쪽 공형롤과 하부쪽 공형롤을 포함한다. 상부쪽 공형롤과 하부쪽 공형롤은 그 중심축이 회전가능하도록 롤스탠드에 장착된다. 이러한 복수의 공형롤쌍은 판재의 진행방향으로 연속적으로 배치된다. 공급되는 소재의 특성 및 성형성을 고려하여 공형롤쌍의 개수는 조절될 수 있다.

상부쪽 공형롤과 하부쪽 공형롤은 서로 대응되는 형상을 갖는데, 각각 그 원주방향으로 오목하게 소정 형상의 홈이 형성되어 있다. 또, 상부쪽 공형롤과 하부쪽 공형롤은 롤스탠드에 상하로 소정 간격을 갖도록 장착되어, 상기 홈들 및 외주선단 등으로 구획되는 틈새를 형성한다. 이러한 틈새들에 의해서 전체적인 튜브의 외관, 크기, 플랜지의 두께 등이 결정된다.

롤포밍은 복수의 공형롤쌍 사이에 형성된 틈새들을 판재가 통과하면서 진행된다. 한 쌍의 상부쪽 공형롤과 하부쪽 공형롤이 회전하면서 판재를 다음의 상부쪽 공형롤과 하부쪽 공형롤로 이송시킴과 동시에 순차적으로 판재를 예비성형체로 성형한다.

예비성형체(20)는 상부쪽 공형롤과 하부쪽 공형롤 사이에 있는 틈새의 모양에 따라 그 전체적인 외관이 결정되는데, 이러한 틈새보다 예비성형체의 단면적이 크게 되어 들어오기 때문에, 상부쪽 공형롤과 하부쪽 공형롤 사이를 통과하면서 예비성형체의 단면형상이 변형된다.

이러한 변형 중에 상부쪽 공형롤과 하부쪽 공형롤의 회전축 방향으로 예비성형체(20)의 일부가 뻗어나가게 되고, 이렇게 뻗어나간 부분들이 겹쳐지면서 이중 플랜지부(22)로 형성되는 것이다. 여기서, 이중 플랜지부라는 용어는 제품의 일부분이 이중으로 겹쳐서 생긴 플랜지로 정의한다.

도 2에 도시된 예비성형체(20)는 양방향으로 한 쌍의 일체형 이중 플랜지(22)를 포함하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며 이중 플랜지부(22)가 하나 또는 한 쌍 이상으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 롤포밍에 의한 성형으로 인장강도 1000MPa급 이상의 강재도 플랜지의 성형이 가능하고, 이에 따라 "플랜지 있는 제품"으로의 성형이 가능하게 되는 것이다.

이중 플랜지부(22)가 구비된 예비성형체(20)는 일측에 길이방향으로 절개부가 형성되어 있다. 이러한 절개부는 후술하는 하이드로포밍에 의한 성형 전 또는 그 후에 용접되어 튜브 형상의 제품으로 제조될 수 있다. 절개부의 용접에 의해 밀폐되어, 예비성형체(20)는 도 2에 도시된 바와 같은 대략 사각형, 또는 삼각형, 오각형, 육각형 등을 포함하는 임의의 다각형 형상이나 원형의 단면을 갖게 될 수 있다. 다만, 다각형 형상의 단면을 가진 튜브 형상의 제품이 하이드로포밍에서 확관률을 크지 않게 하여 성형할 수 있기 때문에 다소 바람직하다.

여기서, 이와 같이 제조된 예비성형체를 주변 부품과 접합할 때, 도 2의 좌측에 도시된 바와 같이 양측에서 반대방향으로 연장한 이중 플랜지부(22)를 모두 사용하여 접합할 경우에는 이 예비성형체(20)가 바로 "플랜지 있는 제품"의 완성품으로 될 수 있다. 이때, 주변 부품들에다 양측에 "플랜지 있는 제품"을 용이하게 용접할 수 있다.

한편, 예비성형체(20)의 이중 플랜지부(22)들 중에서 주변 부품과의 용접에 필요없는 부분 또는 확관이 필요한 부분이 있는 경우에는, 상부와 하부의 한 쌍이 서로 결합하여 폐곡선의 공간을 구획하는 금형의 내부에 예비성형체(20)를 안착시킨다. 이 금형의 상부와 하부를 체결하여 고정한 후 액압을 가압하여 예비성형체(20)가 금형 내 공간의 형상과 일치하는 형상을 갖도록 성형한다. 이렇게 성형함으로써 도 2의 우측에 도시된 것과 같이, 일측에 "플랜지 있는 제품"의 완성품(30)을 제조할 수 있게 된다.

도 2에서 미설명부호 23은 하이드로포밍 금형 내에서 액압에 의해 국부적으로 성형된 이중 플랜지부의 확관부를 표시하고 있다.

이와 같이 예비성형체(20)를 부분적으로 성형하게 됨으로써 초고강도 강재에 대한 높은 프레스 하중을 감소시킬 수 있다. 즉, 초고강도 강재임에도 하이드로포밍의 국부적인 액압 성형을 이용하여 낮은 프레스 하중과 작은 연신률에서도 성형이 가능하게 되는 것이다.

결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜지 있는 제품의 제조방법은 롤포밍에서 이중 플랜지부가 있는 예비성형체로 성형하여 최종 제품에 가까운 단면형상으로 만들며, 이어서 하이드로포밍에서 국부적인 액압 성형을 통해 이중 플랜지부 중 일부에 확관을 하게 되어 초고강도 강재의 "플랜지 있는 제품"을 성형할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

20: 예비성형체 22: 플랜지부
23: 확관부 30: 완성품

Claims (5)

1. 롤포밍기에 의해 판재에서 이중 플랜지부를 갖춘 예비성형체로 성형하는 공정, 및
   상기 예비성형체를 하이드로포밍 금형에 안착시키고 국부적으로 성형하는 공정
   을 포함하는, 롤포밍과 국부적인 하이드로포밍을 이용한 플랜지 있는 제품의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 판재는 인장강도 1000MPa급 이상의 강재인 것을 특징으로 하는, 롤포밍과 국부적인 하이드로포밍을 이용한 플랜지 있는 제품의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 예비성형체는 다각형 형상이나 원형의 단면을 가진 튜브인 것을 특징으로 하는, 롤포밍과 국부적인 하이드로포밍을 이용한 플랜지 있는 제품의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 하이드로포밍 금형에 상기 예비성형체를 안착시키고 국부적으로 성형하는 공정은, 상기 예비성형체의 이중 플랜지부 중 일부만 액압을 가압하여 확관부로 성형하는 것을 특징으로 하는, 롤포밍과 국부적인 하이드로포밍을 이용한 플랜지 있는 제품의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 예비성형체의 길이방향 절개부를 용접하는 공정을 더 포함하는, 롤포밍과 국부적인 하이드로포밍을 이용한 플랜지 있는 제품의 제조방법.
   

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