KR20160110826A - 판재 연속절단설비 및 방법 - Google Patents

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Abstract

판재 연속절단설비를 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 판재 연속절단설비는 코일상태의 판재를 풀어서 공급하는 언코일러; 언코일러에서 공급되는 판재를 평탄하게 교정하는 교정장치; 교정장치에서 공급되는 판재를 가열하는 가열장치; 가열장치에서 공급되는 판재를 절단하는 절단장치; 및 절단장치로 공급되는 판재를 안내하여 사행 및 처짐을 방지하는 안내장치를 포함한다.

Description

판재 연속절단설비 및 방법{Equipment and method for continuously cutting sheet material}
본 발명은 판재 연속절단설비 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 판재를 언코일링 하면서 연속적인 절단을 구현할 수 있고, 절단되는 판재의 평탄도 및 양호한 절단면을 확보할 수 있는 판재 연속절단설비 및 방법에 관한 것이다.
마그네슘은 무게가 철(Fe) 대비 23%, 알루미늄 대비 65%일 정도로 구조용 금속 중에서 가장 가벼운 금속이고, 높은 비강도, 비강성, 뛰어난 전자파차폐성, 충격흡수기능, 절삭가공성 등 우수한 특성을 갖고 있다. 이런 우수한 특성 때문에 마그네슘은 강도, 경량화, 소형화가 요구되는 첨단기기(IT/Mobile 분야 등)의 소재로 각광받고 있다.
최근 IT/Mobile 분야에서는 부품 소재를 프레스 단조(Press forging)방식으로 가공하고 있다. 이 기술은 두꺼운 판재를 열간단조로 예비 성형한 후 절삭가공을 하는 것인데, 가공손실이 적고 기존 다이캐스팅 공법 대비 높은 강도와 우수한 외관 품질을 구현할 수 있는 장점이 있다.
프레스 단조기술을 적용하기 위해서는 고강도 중후물(3~5t) 판재를 절단하여 제공할 필요가 있다. 따라서 종래에는 통상의 절단장치를 이용하여 판재를 적정규격으로 절단하여 왔다.
그런데 마그네슘처럼 강도가 높은 소재로 된 판재는 통상적인 절단장치로 절단할 경우 특성상 깨지듯 파단되면서 절단부분에 많은 버(Burr)가 생기는 등 깨끗한 절단면을 확보하기 어려웠다. 이처럼 깨끗한 절단면을 얻지 못하면, 추후 단조가공에서 양호한 외관품질을 확보하기 어렵다. 또 기존 공정은 절단된 판재의 평탄도를 확보하기 위해 별도로 가열하여 평탄화 하는 공정을 거쳐야 했기 때문에 생산성을 높이기 어려웠다.
본 발명의 실시 예는 판재의 연속적인 절단을 구현하여 생산성을 높일 수 있고, 절단판재의 평탄도 및 양호한 절단면을 확보할 수 있도록 하는 판재 연속절단설비 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 코일상태의 판재를 풀어서 공급하는 언코일러; 상기 언코일러에서 공급되는 판재를 평탄하게 교정하는 교정장치; 상기 교정장치에서 공급되는 판재를 가열하는 가열장치; 상기 가열장치에서 공급되는 판재를 절단하는 절단장치; 및 상기 절단장치로 공급되는 판재를 안내하여 사행 및 처짐을 방지하는 안내장치를 포함하는 판재 연속절단설비가 제공될 수 있다.
상기 연속절단설비는 상기 절단장치로 공급되는 판재의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 온도센서가 감지한 온도에 따라 상기 연속절단설비의 운전속도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 절단장치로 이송되는 판재의 온도(T)가 설정온도 이상이면 제1속도로 운전하도록 제어하고, 설정온도 미만이면 상기 제1속도보다 느린 제2속도로 운전하도록 제어할 수 있다.
상기 연속절단설비는 상기 절단장치에서 절단된 판재를 배출시키는 배출장치를 더 포함할 수 있다.
상기 절단장치는 프레스기구와, 상기 프레스기구에 설치된 전단금형을 포함하고, 상기 전단금형은 이송되는 판재의 하면을 지지하는 하부금형과, 상기 프레스기구의 동작에 의해 승강하면서 상기 하부금형 상부로 이송된 판재의 상면을 가압해 고정시키는 상부금형과, 상기 하부금형에 고정된 하부커터와, 상기 상부금형에 고정된 상부커터를 포함할 수 있다.
상기 안내장치는 이송되는 판재의 하면을 지지하여 처짐을 방지하는 하부안내롤러와, 이송되는 판재의 양단을 각각 지지하여 사행을 방지하는 사행방지롤러를 포함할 수 있다.
상기 판재는 마그네슘 판재이고, 상기 언코일러에서부터 상기 절단장치에 이르기까지 연속적으로 공급되며, 상기 연속절단설비는 상기 판재의 연속적인 절단을 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 언코일러에서 풀려서 공급되는 판재를 교정장치로 평탄하게 교정하는 단계; 상기 교정장치에서 교정된 판재를 가열장치로 가열하는 단계; 상기 가열장치를 거쳐 공급되는 판재를 절단장치로 연속 절단하는 단계; 및 상기 가열장치에서 상기 절단장치로 이송되는 판재의 온도를 감지해 이 온도에 따라 판재의 이송속도를 제어하는 단계를 포함하는 판재 연속절단방법이 제공될 수 있다.
상기 판재의 이송속도를 제어하는 단계는 상기 절단장치로 이송되는 판재의 온도(T)가 설정온도 이상이면 제1속도로 이송하고, 설정온도 미만이면 상기 제1속도보다 느린 제2속도로 이송할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 판재 연속절단설비는 판재가 교정장치를 거치면서 평탄화되기 때문에 절단된 판재의 평탄도를 확보할 수 있고, 이송과정에서 가열장치가 판재를 가열하기 때문에 판재의 절단이 용이할 뿐 아니라 양호한 절단면을 확보할 수 있으며, 절단과정에서 판재의 사행 및 처짐을 방지하기 때문에 정확한 절단을 구현할 수 있다. 또 언코일러에서부터 배출장치에 이르는 공정이 연속적으로 이루어지기 때문에 절단 판재의 대량생산이 가능하여 비용을 절감할 수 있다.
또 본 실시 예에 따른 판재 연속절단설비는 가열장치를 통과한 판재의 온도를 온도센서를 통해 감지하여 이 온도가 설정온도 미만이면, 운전속도를 느리게 하여 판재가 충분히 가열된 후 절단장치로 공급되도록 하기 때문에 가열장치의 동작에 변경이 생기는 경우에도 판재의 양호한 절단을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 판재 연속절단설비를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 판재 연속절단설비의 절단장치에서 전단금형의 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 판재 연속절단설비의 안내장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 판재 연속절단설비의 동작제어를 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 판재 연속절단설비를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 판재 연속절단설비(100)는 판재(10)의 코일(11)을 풀어서 공급하는 언코일러(110, Uncoiler), 언코일러(110)에서 공급되는 판재(10)를 평탄하게 교정하는 교정장치(120), 교정장치(120)에서 공급되는 판재(10)를 가열하는 가열장치(130), 가열장치(130)를 거쳐 공급되는 판재(10)를 적정규격으로 연속하여 절단하는 절단장치(140)를 구비한다. 여기서 판재(10)는 가볍고 강도가 높아 최근 첨단기기(IT/Mobile 분야 등)의 소재로 각광 받고 있는 마그네슘판재일 수 있다.또 연속절단설비(100)는 절단장치(140)로 공급되는 판재(10)를 안내하여 판재(10)의 사행 및 처짐을 방지하는 안내장치(150), 절단장치(140)에서 절단된 판재(12)를 배출시키는 배출장치(160), 연속절단설비(100)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(170)를 포함할 수 있다.
언코일러(110), 교정장치(120), 가열장치(130), 안내장치(150), 절단장치(140), 배출장치(160)는 판재 코일(11)을 풀어서 공급하는 단계부터 절단 후 배출시켜 적층하기까지 각 작업이 연속하여 순차적으로 이루어질 수 있도록 도 1에 도시한 예처럼 직렬로 배치될 수 있다.
언코일러(110)는 제어부(170)의 제어에 의해 적정속도로 회전하면서 코일상태로 공급된 판재(10)를 풀어서 교정장치(120) 쪽으로 공급한다. 공급되는 판재(10)는 스트립캐스팅으로 주조된 3~5t 두께의 중후물 마그네슘판재일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
교정장치(120)는 판재(10)가 통과하는 경로의 상부와 하부에 각각 배치된 복수의 상부롤러(121)와 복수의 하부롤러(122)를 구비한다. 상부롤러(121)는 판재(10)의 상면에, 하부롤러(122)는 판재(10)의 하면에 각각 접한 상태에서 지그재그 형태로 배치될 수 있다.
교정장치(120)는 복수의 상부롤러(121)와 복수의 하부롤러(122)가 이들 사이를 통과하는 판재(10)의 상면과 하면에 외력을 가함으로써 판재(10)를 평탄하게 교정시킨다. 즉 언코일러(110)로부터 벤딩상태로 공급되는 판재(10)는 교정장치(120)를 통과하면서 평탄하게 교정된다.
가열장치(130)는 판재(10)가 통과하는 경로(131)의 상부와 하부에 각각 배치된 상부히터(132)와 하부히터(133)를 포함할 수 있다. 도 1은 판재(10)의 상부와 하부에 상부히터(132)와 하부히터(133)가 설치된 경우를 제시하고 있으나, 가열장치(130)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
가열장치(130)는 교정장치(120)를 거쳐 절단장치(140) 쪽으로 이송되는 판재(10)를 가열함으로써 마그네슘처럼 취성을 가지는 판재(10)의 가공성을 높여줌으로써 후속공정인 절단장치(140)에서 판재(10)를 절단할 때 양호한 절단이 이루어질 수 있도록 한다. 즉 판재(10)가 파단되지 않고 깨끗하게 절단될 수 있도록 한다.
본 실시 예에서는 가열장치(130)의 상부히터(132)와 하부히터(133)의 동작에 의해 판재(10)가 통과하는 경로(131)의 내부온도를 대략 200 ~ 500℃로 유지함으로써 통과하는 판재(10)의 표면온도를 100 ~ 300℃로 상승시킨다. 판재(10)가 가열장치(130)를 통과하는 시간은 5분이내일 수 있으나, 통과시간은 판재의 가열정도 조절을 위해 변경될 수 있다.
절단장치(140)는 도 1에 도시한 바와 같이, 지지부(141a), 상하로 이동하는 승강부(141b), 승강부(141b)를 상하로 동작시키는 승강구동부(141c)를 갖춘 프레스기구(141)와, 이 프레스기구(141)에 설치된 전단금형(143)을 포함한다.
전단금형(143)은 도 2에 도시한 바와 같이, 프레스기구(140)의 지지부(141a)에 설치되며 가열장치(130)로부터 공급된 판재(10)의 하면을 지지하는 하부금형(143a)과, 프레스기구(141)의 승강부(141b)에 장착되어 승강하면서 하부금형(143a) 상부로 이송된 판재(10)의 상면을 가압해 고정시키는 상부금형(143b)과, 상부금형(143b)의 승강을 안내하는 복수의 가이드바(143c)와, 하부금형(143a)의 일측에 고정된 하부커터(143d)와, 하부커터(143d)에 대응하도록 상부금형(143b)에 고정되어 상부금형(143b)과 함께 승강하는 상부커터(143e)를 포함한다.
하부커터(143d)와 상부커터(143e)는 판재(10)의 이송방향을 기준으로 출측에 배치된다. 또 전단금형(143)의 상부금형(143b)은 하강할 때 판재(10) 상면을 가압하여 고정시키는 스트리퍼(143f, Stripper)를 포함한다.
이러한 전단금형(143)은 상부금형(143b)의 동작에 의해 상부커터(143e)가 승강하면서 연속하여 공급되는 판재(10)의 반복적인 절단을 구현할 수 있다. 이때 판재(10)는 가열 후 공급되어 가공성이 높아진 상태이므로 절단면이 양호하게 절단될 수 있다. 절단된 판재(12)는 도 1에 도시한 바와 같이, 컨베이어형태의 배출장치(160)에 의해 적층위치로 이송되어 순차적으로 적층될 수 있다.
가열장치(130)를 거쳐 전단금형(143) 쪽으로 이송되는 판재(10)는 도 3에 도시한 바와 같이, 안내장치(150)에 의해 안내됨으로써 사행 및 처짐이 방지될 수 있다. 안내장치(150)는 이송되는 판재(10)의 하면을 지지하여 처짐을 방지하는 하부안내롤러(151)와, 이송되는 판재(10)의 양단을 각각 지지하여 사행을 방지하는 복수의 사행방지롤러(152)를 포함할 수 있다.
이러한 판재 연속절단설비(100)는 언코일러(110)에서 풀린 판재(10)가 교정장치(120)를 거치면서 평탄화되기 때문에 절단된 판재(12)의 평탄도를 확보할 수 있다. 또 가열장치(130)가 판재(10)를 가열하기 때문에 판재의 절단이 용이할 뿐 아니라 양호한 절단면을 확보할 수 있고, 절단과정에서 판재(10)의 사행 및 처짐을 방지하기 때문에 정확한 절단을 구현할 수 있다. 또 언코일러(110)에서부터 배출장치(160)에 이르는 공정이 연속적으로 이루어지기 때문에 절단 판재(12)의 대량생산이 가능하여 비용을 절감할 수 있다.
본 실시예의 판재 연속절단설비(100)는 도 1과 도 3에 도시한 바와 같이, 가열장치(130)에서 가열된 후 절단장치(140)로 공급되는 판재(10)의 온도를 감지하는 온도센서(180)를 포함할 수 있고, 제어부(170)는 온도센서(180)가 감지한 온도에 따라 연속절단설비(100)의 전체적인 동작을 제어하여 운전속도를 제어할 수 있다. 즉 판재(10)의 이송속도, 절단장치(140), 교정장치(120), 언코일러(110)의 동작속도 등을 제어할 수 있다. 온도센서(180)는 비접촉식 적외선 온도센서 등으로 구성될 수 있다.
제어부(170)는 도 4에 도시한 바와 같이, 가열장치(130)에서 가열된 후 절단장치(140)로 이송되는 판재(10)의 온도(T)를 온도센서(180)를 통해 감지한다(171). 그리고 판재(10)의 온도(T)가 설정온도이상인지 여부를 판단한다(172). 그리고 판재(10)의 온도(T)가 설정온도 이상이면 제1속도로 운전하도록 제어하고(173), 판재(10)의 온도(T)가 설정온도 미만이면 제1속도보다 느린 제2속도로 운전하도록 제어한다(174).
이러한 제어는 가열장치(130)를 통과한 판재(10)의 온도(T)가 설정온도보다 낮은 상태에서 절단장치(140)로 공급하는 것을 방지하기 위함이다. 즉 판재(10)의 온도(T)가 설정온도 미만이면 제2속도로 느리게 운전하여(판재가 가열장치를 느리게 통과하도록 하여) 판재(10)가 절단에 용이한 온도로 충분히 가열되도록 하기 위함이다. 판재(10)가 설정온도 이상으로 가열되지 않은 상태에서 절단장치(140)로 공급되면 양호한 절단품질을 확보할 수 없기 때문이다.
여기서 설정온도는 100 ~ 300℃ 온도범위 중에서 판재(10)의 두께를 고려해 선택된 온도일 수 있다. 제1속도는 6SPM(stroke per minute)의 생산속도, 즉 분당 6회의 절단이 이루어지는 정상 운전속도일 수 있고, 제2속도는 제1속도보다 느리게 설정되는 운전속도일 수 있다. 설정온도, 제1속도, 제2속도는 하나의 예로써 제시하는 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
이처럼 본 실시 예의 판재 연속절단설비(100)는 가열장치(130)를 통과한 판재(10)의 온도를 온도센서(180)를 통해 감지하여 이 온도가 설정온도 미만이면, 운전속도를 느리게 하여 판재(10)가 충분히 가열된 후 절단장치(140)로 공급되도록 하기 때문에 가열장치(130)의 동작에 변경이 생기는 경우에도 판재(10)의 양호한 절단을 구현할 수 있다.
10: 판재, 100: 연속절단설비,
110: 언코일러, 120: 교정장치,
130: 가열장치, 140: 절단장치,
143: 전단금형, 150: 안내장치,
160: 배출장치, 170: 제어부,
180: 온도센서.

Claims (9)

  1. 코일상태의 판재를 풀어서 공급하는 언코일러;
    상기 언코일러에서 공급되는 판재를 평탄하게 교정하는 교정장치;
    상기 교정장치에서 공급되는 판재를 가열하는 가열장치;
    상기 가열장치에서 공급되는 판재를 절단하는 절단장치; 및
    상기 절단장치로 공급되는 판재를 안내하여 사행 및 처짐을 방지하는 안내장치를 포함하는 판재 연속절단설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절단장치로 공급되는 판재의 온도를 감지하는 온도센서와,
    상기 온도센서가 감지한 온도에 따라 상기 연속절단설비의 운전속도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 판재 연속절단설비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 절단장치로 이송되는 판재의 온도(T)가 설정온도 이상이면 제1속도로 운전하도록 제어하고, 설정온도 미만이면 상기 제1속도보다 느린 제2속도로 운전하도록 제어하는 판재 연속절단설비.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절단장치에서 절단된 판재를 배출시키는 배출장치를 더 포함하는 판재 연속절단설비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절단장치는 프레스기구와, 상기 프레스기구에 설치된 전단금형을 포함하고,
    상기 전단금형은 이송되는 판재의 하면을 지지하는 하부금형과, 상기 프레스기구의 동작에 의해 승강하면서 상기 하부금형 상부로 이송된 판재의 상면을 가압해 고정시키는 상부금형과, 상기 하부금형에 고정된 하부커터와, 상기 상부금형에 고정된 상부커터를 포함하는 판재 연속절단설비.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안내장치는 이송되는 판재의 하면을 지지하여 처짐을 방지하는 하부안내롤러와, 이송되는 판재의 양단을 각각 지지하여 사행을 방지하는 사행방지롤러를 포함하는 판재 연속절단설비.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판재는 마그네슘 판재이고, 상기 언코일러에서부터 상기 절단장치에 이르기까지 연속적으로 공급되며,
    상기 연속절단설비는 상기 판재의 연속적인 절단을 구현하는 판재 연속절단설비.
  8. 언코일러에서 풀려서 공급되는 판재를 교정장치로 평탄하게 교정하는 단계;
    상기 교정장치에서 교정된 판재를 가열장치로 가열하는 단계;
    상기 가열장치를 거쳐 공급되는 판재를 절단장치로 연속 절단하는 단계; 및
    상기 가열장치에서 상기 절단장치로 이송되는 판재의 온도를 감지해 이 온도에 따라 판재의 이송속도를 제어하는 단계를 포함하는 판재 연속절단방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 판재의 이송속도를 제어하는 단계는 상기 절단장치로 이송되는 판재의 온도(T)가 설정온도 이상이면 제1속도로 이송하고, 설정온도 미만이면 상기 제1속도보다 느린 제2속도로 이송하는 판재 연속절단방법.
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