KR20150139930A

KR20150139930A - 스트랜드형 프로파일로부터 금속 시트를 제조하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20150139930A
Application number: KR1020157031755A
Authority: KR
Inventors: 울리히 브룬케
Original assignee: 울리히 브룬케
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-12-14
Also published as: CA2909199A1; EP2986401B1; US20160059289A1; DE102013006171B4; JP2016522747A; WO2014166474A1; CN105263644A; CA2909199C; EP2986401A1; US10040109B2; CN105263644B; DE112014001932A5; JP6357530B2; DE102013006171A1; ES2630114T3

Abstract

본 발명은 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 형성된 작은 두께를 가지는 스트랜드형 프로파일로부터 금속 시트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 선행 단계에서 개방 또는 폐쇄 압출 프로파일이 제조되고, 압출 프레스(1)의 압출 다이에 존재하는 상기 압출 프로파일(6)은 전자기력의 무접촉 작용에 의하여 평면 금속 시트(7)를 형성하도록 성형되는 것을 특징으로 한다.

Description

스트랜드형 프로파일로부터 금속 시트를 제조하는 방법 및 장치{METHOD AND SYSTEM FOR PRODUCING SHEETS FROM STRAND-SHAPED PROFILES}

본 발명은, 압출 시스템에 의하여, 특히 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 형성된, 얇은 두께의 스트랜드형 프로파일로부터 금속 시트를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 종래의 롤 스탠드의 롤링을 이용하여 금속 시트를 제조하는 것은 잘 알려져 있으며, 금속 시트의 제조를 위해 대응하는 소재 블록은 롤링 공정을 통해 금속 시트로 재가공된다. 이러한 방법은 후판으로부터 박판으로 다수의 감축 경로를 거치므로 비용이 많이 든다. 그러나, 대응하는 금속 시트를 형성하기 위하여 마그네슘-블록을 가공하는 것은 매우 복잡하고 마그네슘의 고유한 취성(brittleness)으로 인해 종종 크랙(crack)이 발생된다. 많은 수량의 감축 경로는 또한 구조체 상태와 기계적 특성에 부정적인 영향을 준다.

DE 101 50 021 B4는 압출, 롤링, 단조 또는 주조에 따른 압축 성형을 이용하여 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로부터 프로파일 또는 금속 시트 부품을 제조하기 위한 방법 및 장치를 개시하며, 반제품을 제조하기 위하여 용융물이 연속 주조 또는 압출 유닛으로 유입되고, 이어서 이러한 반제품이 따뜻한 상태에서 성형을 통해 최종 형태로 제공되며, 용융으로부터 경화 이후 재료의 온도는 전체 제조 과정에서 250℃ 내지 350℃로 유지되고, 주조로부터 성형 부품의 냉각에 이르는 제조 공정은 전반적으로 불활성 분위기 또는 진공 상태에서 실시된다.

이러한 단계들을 실시하기 위한 장치는 용융 노(furnace)의 체인, 롤 스탠드를 구비하거나 구비하지 않은 연속 주조 또는 압출 유닛, 절단 유닛, 하나 이상의 프레스 및 냉각 유닛으로 구성되며, 전술한 유닛들의 전체 또는 일부는 보호 가스 챔버 또는 진공 챔버에 배열된다.

또한, DE 103 17 080 B4는 마그네슘으로 구성된 금속 시트 성형 부품을 제조하는 방법을 공지하고 있으며, 롤링 공정에 이어서 350℃ 내지 450℃의 온도 범위에서 적어도 하나의 프레스로 성형함으로써 금속 시트 성형 부품이 제조될 수 있다. 이러한 방법을 실시하기 위한 장치는, 용융 노 또는 도가니의 체인, 연속 주조 유닛, 하나 이상의 롤 스탠드, 절단 유닛, 하나 이상의 프레스 및 냉각 유닛으로 구성되고, 보호 가스 챔버 또는 진공 챔버에서 작동되며, 특히 절단 유닛에서 나온 플레이트에 크기와 단면이 안정적인 스탬핑 홀 및/또는 성형 홀을 삽입하는데 사용될 수 있는 스탬핑 유닛이 절단 유닛과 성형 프레스로 구성된 프레스 사이에 제공되는 것을 특징으로 한다.

DE 102 47 129 A1은 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로부터 프로파일 또는 박판 성형 부품을 제조하기 위한 또 다른 방법을 공지하고 있으며, 이 방법의 경우, 반제품이 성형을 통해, 바람직하게는 압축 몰딩을 통해 최종 형태로 제공되며, 변형 공정 바로 전의 단계에서 칩 제거, 바람직하게는 쉐이빙(shaving)을 통해 표면의 오염 물질들이 제거된다.

이러한 방법의 단점은, 큰 부품의 경우 작업 압력의 조절을 위해서 상당히 많은 비용이 들기 때문에 제한된 너비의 부품만 제조할 수 있다는 것이다. 공구 및 머신 프레임(machine frame)은 반제품 또는 부품 제조시 가해지는 압출 압력을 대응하는 역압으로 견뎌야 하고, 따라서 불가피하게 상당히 큰 크기를 가져야 한다.

DE 43 33 500 C2는 단면이 스텝이 형성되고, 솔리드 프로파일 및 다른 벽 두께를 가지는 금속 시트 제조 방법을 개시하는데, 여기서는 첫번째 반제품이 형성되고, 그 단면은 두께 방향으로 금속 시트의 단면과 유사하며, 반제품은 금속 시트를 얻도록 롤링되며, 반제품을 얻기 위하여, 가장자리에 대하여 분포되고 반제품의 원하는 벽두께 변화에 대응하는 벽두께 변화를 가지는 중공 프로파일이 압출되고, 이 중공 프로파일은 가장자리 면 라인을 따라 절단되어 반제품을 얻도록 성형된다. 또한, 두 개의 상호보완적 프로파일들이 하나가 다른 하나 위에 놓이며, 상호보완적 프로파일의 적어도 하나의 프로파일 접촉면들에 이형제(parting agent)가 제공되고 두 개의 상호보완적 프로파일은 원통형의 무스텝 롤을 사용하여 동시에 롤링된다. 롤링 전에, 두 개의 상호보완적 프로파일은 두 개의 대항하는 가장자리면 라인으로 절단된다.

이 방법은 두 개의 부품을 각각 제조하는데 사용된다. 제조 공정은 불연속적이고, 비교적 좁은 부품들만 제조될 수 있다. 다른 단점들은 비교적 좁은 부품들만 제조될 수 있고 두 개의 다른 벽 두께 및 스텝 롤 시스템으로 실행되는 반제품의 제조 때문에 제조 공정이 비교적 복잡하다는 것이다.

또한, 금속 시트 성형 부품을 제조하는 방법 및 이 방법을 실행하는 장치가 DE 10 2008 048 A1에 공지되어 있다. 해당 방법은 - 관형 바디를 압출하고 연속적으로 주조하는 단계, - 관형 바디를 길이방향으로 오픈되도록 커팅하는 단계, - 관형 바디를 평면 바디를 형성하도록 확장하는 단계, - 현재 알려진 제조 기술에 의하여 인발하는 것에 대응하는 요소를 얻기 위해 평면 바디를 마감하는 단계를 포함한다. 해당 장치는 기본적으로 용융 유닛의 체인, 연속 주조 또는 압출 유닛, 길이방향 커팅 유닛, 롤 스탠드, 및 하나 이상의 포밍 유닛으로 구성된다.

경량 금속, 바람직하게는 마그네슘으로부터 금속 시트 또는 시트 금속 부품을 제조하는 방법이 DE 10 2007 002 322 A1에 공지되어 있으며, 여기서는 하나 이상의 선행 단계에서 오픈 구조 또는 폐쇄 구조를 가지고 이어지는 커팅에서 오픈 구조로 형성되는 압출 프로파일이 제조되고, 이는 이어지는 하나 이상의 단계에서 다수의 롤링 및 벤딩 단계에서 롤러 교정 공정 및 롤러 벤딩 공정을 거친다.

본 발명의 목적은, 특히 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 형성된, 얇은 두께의 스트랜드형 프로파일로부터 금속 시트를 제조하는 방법 및 시스템으로서, 압출 다이에 존재하는 개방 또는 폐쇄 압출 프로파일이 평면 금속 시트를 얻기 위하여 연속적으로 성형될 수 있는 제조 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기한 목적은 청구항 1에 기술된 작업 단계를 연속적으로 실행함으로써 달성될 수 있다.

압출 프레스의 압출 다이에 존재하는 압출 프로파일은 전자기력의 무접촉 작용에 의하여 평면 금속 시트를 형성하도록 성형되고, 그 후 롤링 또는 사이징 유닛을 사용하여 평활화 공정이 적용된다.

본 발명의 바람직한 개량 및 실시형태들은 나머지 종속항들 및 이하에서 기술되는 그 원리에 입각한 실시예들로부터 명확해질 것이다.

도 1은, 후에 평면 금속 시트를 형성하도록 성형되는, 압출 프레스(1)에 의하여 스트랜드형 프로파일을 제조하는 시스템의 대표적인 예를 도시하고 있다.

도 1은, 후에 평면 금속 시트를 형성하도록 성형되는, 압출 프레스(1)에 의하여 스트랜드형 프로파일을 제조하는 시스템의 대표적인 예를 도시하고 있다. 이 시스템은, 기본적으로, 압출 프로파일(6)을 제조하기 위한 압출 프레스(1), 작업 코일(2) 및 카운터 베어링(3)으로 구성된 포밍 유닛, 및 사이징 유닛(4)으로 구성된다.

압출 프레스(1)를 사용하여, 압출 프로파일(6), 예컨대 단면에 세 개의 사인파형 아크를 가지는 프로파일(6)을 수득하기 위하여 마그네슘 합금으로부터 둥근 빌릿(billet)이 형성된다. 그 후, 프로파일(6)은 작업 코일(2) 위에 배치되고, 매우 높은 강도의 펄스 자기장의 힘의 작용 하에서 성형되며, 프로파일(6)은 평면 금속 시트(7)를 수득하기 위하여 카운터 베어링(3)에 대항하여 성형된다.

시간에 따라 변하는 자기장은 전기 전도성 프로파일(6)에서 와상 전류(eddy currents)를 유도한다. 자기장은 이러한 전류에 힘을 가한다. 그 힘의 강도는 자속 밀도의 공간 구배 및 유도된 전류의 크기에 의존한다. 프로파일(6)은 더 낮은 유량 밀도로 향하는 힘을 받는다. 평면 금속 시트(7)를 얻기 위한 프로파일(6)을 형성하는데 필요한 자기장은 프로파일 기하구조에 적합한 코일을 통하여 수 마이크로초(microseconds)가 지나면서 하전된 커패시터의 방전에 의하여 생성된다. 이는 프로파일 면에 매우 높은 자기 펄스(magnetic pulse)를 생성하며, 그 결과 프로파일(6)에 전류가 흐르고, 이는 코일 전류에 대항하여 향하며, 프로파일(6)은 낮은 장을 향하여 이동한다.

유도된 전류의 강도와 프로파일(6)에 대한 힘의 수반 작용은 전기 전도도(electrical conductivity)에 의존한다. 마그네슘 또는 마그네슘 합금은 비교적 양호한 전기 전도도를 가지므로, 프로파일(6)의 표면에 높은 압력이 작용한다. 이는 수천 메가파스칼(megapascal)의 크기일 수 있다. 이러한 압력은 매우 짧은 시간 동안만 작용하는데, 캐패시터의 방전 기간에 대하여, 수 마이크로초의 범위이다. 이 시간 동안, 프로파일(6)은 펄스 형태의 필요한 성형 에너지를 획득한다. 가속 단계 후에, 프로파일(6)의 소재는 낮은 질량 때문에 매우 빠르게 이동한다. 300 m/s 까지 속도를 얻는 것이 가능하다. 프로파일(6)에 발생하는 스트레스는 매우 커서 금속 성형 기술적 의미에서 항복(yielding)이 발생하고, 프로파일(6)은 평면 금속 시트(7)를 얻을 수 있도록 성형된다.

그 후, 금속 시트(7)는 평활화를 위하여 사이징 유닛을 통과하고, 코일(5)을 형성하도록 감긴다. 대안적으로, 코일(5)을 형성하기 위한 감김은 스탬핑 또는 커팅 유닛으로 대체될 수 있으며, 그에 의하여 요소들이 사이징 유닛에서 나온 금속 시트(7)로부터 스탬핑되거나 또는 금속 시트(7)가 판넬 또는 스트립으로 커팅될 수 있다.

금속 시트를 얻기 위한 폐쇄 프로파일(6)을 형성하기 위하여, 프로파일의 제조중 가장자리 표면 라인을 따라 미리설정된 절단점(breaking point)이 제공되거나, 또는 커팅 유닛을 사용하여 가장자리 표면 라인을 따라 절단된다. 미리설정된 절단점이 제공된 프로파일(6)은 자기력의 작용으로 절단되고, 금속 시트(7)를 형성하도록 성형된다.

본 발명에 따른 방법의 특정 장점들은 자기장 및 자기력이 소재에 의해 약화되지 않고 작용하여, 마그네토포밍 공정(magnetoforming process)이 진공하에서 또는 보호 가스 대기에서도 적용될 수 있으며, 또한 마그네토포밍 시스템이 가공물과 기계적 접촉이 필요없어, 표면 오염 및 툴 자국을 피할 수 있다는 것이다. 0.1s 미만의 금속 시트(7)를 얻기 위한 짧은 성형 공정 시간도 이점이다.

1: 압출 프레스
2: 작업 코일
3: 카운터 베어링
4: 롤링/사이징 유닛
5: 코일
6: 압출 프로파일
7: 금속 시트

Claims

선행 단계에서 개방 또는 폐쇄 압출 프로파일이 제조되는, 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 형성된 작은 두께를 가지는 스트랜드형 프로파일로부터 금속 시트를 제조하는 방법에 있어서,
압출 프레스(1)의 압출 다이에 존재하는 상기 압출 프로파일(6)은 전자기력의 무접촉 작용에 의하여 평면 금속 시트(7)를 형성하도록 성형되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 제조 방법.
제1항에 있어서,
평면 금속 시트(7)를 형성하기 위한 성형 작동 후에, 롤링 또는 사이징 유닛(4)에 의한 평활화 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 압출 프로파일(6)은 적어도 하나의 사인파형 섹션을 포함하는 윤곽을 가지는 개방 프로파일로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 압출 프로파일(6)은 원형 또는 거의 원형의 윤곽, 또는 적어도 하나의 사인파형 섹션을 포함하는 윤곽을 가지는 폐쇄 프로파일로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
미리 설정된 절단점(breaking point)이 압출 다이를 통과하는 폐쇄된 압출 프로파일(6)의 가장자리 표면 라인을 따라 도입되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
폐쇄된 압출 프로파일(6)이 커팅 유닛에 의해 가장자리 표면 라인을 따라 절단되는 것을 특징으로 하는 금속 시트 제조 방법.
압출 프로파일을 제조하고 이어서 평면 금속 시트를 형성하도록 성형하기 위한 제1항 및 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 장치에 있어서,
압출 프레스(1), 작업 코일(2), 카운터 베어링(3), 롤링 또는 사이징 유닛(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.