KR20180083346A - 절곡가공 방법 - Google Patents

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KR20180083346A KR1020187015334A KR20187015334A KR20180083346A KR 20180083346 A KR20180083346 A KR 20180083346A KR 1020187015334 A KR1020187015334 A KR 1020187015334A KR 20187015334 A KR20187015334 A KR 20187015334A KR 20180083346 A KR20180083346 A KR 20180083346A
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Abstract

본 개시는 2 개의 절곡가공 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 강과 같은 재료의 플레이트를 에어 절곡가공하는 방법을 제공하며, 제 2 절곡가공 단계에서 절곡가공 펀치는 더 작은 반경을 갖고 및/또는 제 2 절곡가공 단계에서 사용되는 다이 폭은 제 1 절곡가공 단계에서 사용되는 다이 폭보다 작다. 본 개시의 방법은 재료, 특히 고강도 강의 절곡성에 상당한 개선을 달성할 수 있다. 본 개시는 또한 본 개시의 방법을 수행하기에 특히 적합한 새로운 절곡가공 장치를 제공하며, 이 장치는 제 2 다이의 하측 및 내측에 위치하는 더 좁은 제 2 다이를 갖는 네스트형 이중 다이, 및 제 2 다이 폭을 형성하기 위한 조절 중에 재료의 이동을 수용할 수 있는 (지지체나 절곡가공 펀치 중 어느 하나 또는 둘 모두에) 높이 조절 수단를 갖는 조절가능한 다이를 포함한다.

Description

절곡가공 방법
본 개시는 재료의 플레이트, 즉 재료와 같은 인장 응력 하에서 변형되는 능력을 가진 임의의 고체 재료의 절곡가공 방법, 특히 낮은 전성을 가진 재료의 절곡성을 개선할 수 있는 에어 절곡가공 방법에 관한 것이다.
강과 같은 재료는 재료의 시트(또는 플레이트)를 제공하기 위해 종종 롤러를 사용하여 가공된다. 이들은 시트/플레이트로서 직접적으로 사용될 수 있으나, 종종 비평면 형상을 형성하기 위해 절곡가공 등과 같은 다양한 성형 기법에 의해 추가로 가공된다.
절곡가공, 절첩가공, 롤 절곡가공 및 롤 성형을 포함하는 재료를 절곡가공하기 위한 여러가지 방법론이 있다.
에어 절곡가공은 개구(다이 개구) 상에 재료를 위치시키는 단계, 및 다이 연부들 사이의 등거리의 재료에 대해 수직인 방향으로 절곡가공 펀치를 압진(forcing)시키는 단계를 포함하는 3점 자유(three point free) 절곡가공 방법이다. 에어 절곡가공은 하부 공구가 펀치와 동일한 반경을 가질 필요가 없다. 펀치는 펀치와 다이 개구의 측벽 사이의 거리가 재료 두께보다 실질적으로 커지도록 절곡부를 형성한다. 따라서 절곡부 반경은 공구 형상보다 재료의 탄성-소성 거동에 의해 결정된다.
절첩가공은 재료를 클램핑하는 단계 및 절곡가공 펀치를 사용하여 절곡가공 프로파일의 주위에서 재료를 절첩하는 단계를 포함한다. 절곡가공 펀치는 절곡가공 프로파일에 대해 재료를 효과적으로 압박하고, 따라서 펀치와 프로파일 사이의 거리는 전형적으로 재료 두께에 근접한다. 에어 절곡가공에 대조적으로, 재료의 형상 및 절곡부 반경은 공구 형상 및 재료 특성에 의해 영향을 받는다.
절첩가공 공정은 또한 하나의 절곡가공 운동으로 U 형상의 프로파일 또는 다중의 절곡부(예를 들면, 정사각 형상의 U)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 전형적으로 이러한 공정은 또한 절곡가공 펀치에 대향하는 재료의 면에 가해지는 대항력을 필요로 하므로 재료는 절첩가공 시에 클램핑되고 다이 내로 인입된다.
전형적으로, 다이 및 펀치는 절곡가공 공정 중에 사전결정된 크기 및 형상을 갖는다. 그러나, 조절가능한 다이 및 다단계 공정은 공지되어 있다.
예를 들면, EP0055435는 2 개의 절곡가공 단계를 가지는 것을 특징으로 하는 절곡가공 공정을 개시한다. 펀치 및/또는 다이는 각 단계에서 절곡부가 상이한 지점에서 생성되는 것을 보장하기 위해 제 1 절곡가공 단계와 제 2 절곡가공 단계 사이에서 조절된다. 이러한 방식으로, 절곡가공 후에 발생하는 탄성복원의 효과가 완화된다.
US5,953,951은 그 길이를 따라 절곡부를 갖는 프로파일을 생성하는 절첩가공 공정을 개시한다(즉, 길이방향 축선 및 이 길이방향 축선에 대해 횡방향 축선을 가진 성형 재료, 여기서 재료는 횡방향 축선을 따른 절곡부 및 길이방향 축선을 따른 절곡부를 가짐). 절곡부는 상이한 절곡부 반경을 가진 상이한 부분을 갖는 다이 부재를 사용하여 형성된다.
롤 성형에서, 절곡부는 절곡가공될 재료의 상측 및 하측의 둘 모두에 배치된 다수의 롤러를 통해 재료를 통과시킴으로써 여러 단계로 제작된다. 상하측의 양측의 롤러를 사용하면 재료가 강제로 공구 형상을 따르게 되고, 고강도 재료의 경우에도 작은 절곡가공 반경이 가능하다. 그러나, 이 방법론은 특히 생산량이 적은 경우에 비용이 많이 든다.
롤 절곡가공에서, 펀치와 다이 부분은 협동하여 재료를 다이/펀치 구성을 통과시킴으로써 재료 내에 절곡부를 생성한다. US3,890,820은 다이 부분의 폭을 조절할 수 있는 롤 절곡가공용 개조된 장치를 개시한다. 하나의 실시형태에서, 스프링이 다이부분 상의 톱니형 표면과 지지부를 서로에 대해 압박함으로써 이들이 슬라이딩될 수 없게 한다.
조절가능한 다이는 또한, 예를 들면, DE2418668에 개시된 바와 같은 에어 절곡가공으로부터 공지되어 있다.
금속 재료의 전성은 크게 다를 수 있다. 종종, 고급 고강도 강(AHSS)과 같은 고강도 금속 재료는 고도의 결정질이다. 이것은 일반적으로 매우 높은 항복 강도를 제공하지만, 전성은 심하게 훼손될 수 있다. 금속 재료의 시트는 공통적으로 그 절곡성(즉, 90° 절곡부의 내부 곡면의 반경과 시트 두께(t)의 비율)을 특징으로 하며, 일반적으로 더 고강도의 재료는 t의 수배의 최소 절곡부 반경을 갖는다. 금속 재료가 그 최소 절곡부 반경을 초과하는 수준으로 절곡가공되면, 절곡부의 외면은 부드러운 곡면이 아닌 국부적인 평탄화를 보이게 변형되는 경향이 있고, 이는 절곡부에서 스트레인의 국소화 및 금속 재료의 잠재적인 취약성을 나타낸다.
더 고강도의 금속 재료의 절곡성의 부족은 특정 용도에서 그 유용성을 저해하므로 개선된 절곡가공 성능을 제공하는 고강도 금속 재료를 제공할 필요성이 지속적으로 존재한다. 절곡성을 개선하는 한 가지 방법은 재료 자체를 개질하여 강도와 전성의 더 우수한 균형을 제공하는 개선된 재료를 제공하는 것이다.
본 개시는 이러한 전략의 대안을 제공하고, 개선된 절곡가공 방법을 이용하여 재료의 절곡성을 개선하는 것을 도모한다. 특히, 절곡부 내의 스트레인의 평판화 및 국소화 문제는 재료 자체를 개질하는 대신 새로운 절곡가공 기법을 적용함으로써 해결된다.
본 개시는 재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법을 제공하고, 이 방법은,
제 1 절곡가공 펀치 및 제 1 다이 폭을 가진 제 1 다이를 사용하여 제 1 절곡가공 힘을 가함으로써 제 1 에어 절곡가공 단계에서 재료의 플레이트를 에어 절곡가공하는 단계; 다음에
제 2 절곡가공 펀치 및 제 2 다이 폭을 가진 제 2 다이를 사용하여 제 2 절곡가공 힘을 가함으로써 제 2 에어 절곡가공 단계에서 재료의 플레이트를 에어 절곡가공하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 절곡가공 힘 및 제 2 절곡가공 힘은 상기 플레이트의 동일한 지점에서 동일한 방향으로 가해지고,
상기 제 2 다이 폭은 상기 제 1 다이 폭보다 작고, 및/또는
상기 제 2 절곡가공 펀치의 반경은 상기 제 1 절곡가공 펀치의 반경보다 작다.
본 개시의 전체에 걸쳐 사용된 "동일한 지점"이라는 표현에서 "지점"이라는 단어는 펀치와 플레이트 사이의 접촉 영역에 대응하는 플레이트의 좁게 국소화된 영역을 의미하는 것이다.
본 개시의 전체에 걸쳐 사용된 "재료의 플레이트"라는 표현에서 "플레이트"라는 단어는 평평한 재료의 부재를 포함하는 임의의 구성요소 또는 임의의 열간 압연 또는 냉각 압연된 금속 제품과 같은 재료의 하나 이상의 평평한 부분을 포함하는 임의의 구성요소를 의미하는 것이다. 전형적으로, 플레이트는 절곡가공된 재료의 전체 부분에 걸쳐 일정한 두께를 갖는다.
에어 절곡가공은 절곡가공 재료의 플레이트를 위한 주지된 기법이다. 간단히 말해서, 에어 절곡가공은 재료의 플레이트(또는 시트)를 다이(전형적으로 라운딩된 상면을 가진 V 형상의 그루브)의 연부 및 펀치의 선단부와 접촉시켜 배치하는 단계를 포함한다. 펀치는 다이의 그루브와 정렬(즉 평행)되고, 다이 개구의 연부로부터 등거리에 있다. 그러면 펀치는 다이의 저면과 접촉하지 않는 상태로 다이의 상면을 지나 개구 내로 가압된다. 전형적으로 개구는 피가공물에서 요구되는 각도보다 깊다. 이것은 과도한 절곡가공을 허용하여 피가공물의 탄성복원 을 보상한다.
위에서 설명한 바와 같이, 에어 절곡가공 시 형성되는 절곡부 반경은 공구 형상보다는 재료의 탄성-소성 거동에 의해 결정된다. 이는 전형적으로 펀치와 다이의 측벽 사이의 거리가 절곡가공될 재료의 두께보다 실질적으로 더 크고, 재료가 절곡가공 중에 다이 개구의 저면에 접촉하지 않기 때문에 발생한다.
에어 절곡가공은 3점 자유 절곡가공 방법으로서 설명될 수 있다. 다시 말하면, 절곡부는 오로지 3 개의 접촉점에 의해 재료에 가해지는 힘, 즉 절곡가공 펀치에 의해 가해지는 힘 및 2 개의 다이 연부에 의해 가해지는 대항력에 기인되어, 생성된다.
실제로, 다이 연부는 절곡가공 중에 다이 연부 상에서 재료가 용이하게 이동하는 것을 허용하고 스크래칭 또는 기타 손상을 방지하도록 통상적으로 롤러이다.
마찬가지로, 절곡가공 펀치는 중심 액세스(access)를 중심으로 대칭이고, 전형적으로 금속 플레이트와 접촉하는 연속적인 만곡면을 갖는다(즉, 펀치는 금속 플레이트와 접촉하는 영역의 단면 프로파일에 임의의 모서리 또는 임의의 다른 불연속을 갖지 않음). 펀치의 곡률은 볼록하다. 즉, 곡률은 절곡가공될 플레이트를 향해 외측으로 만곡된다. 이러한 방식으로, 플레이트는 절곡가공 중에 하향 이동함에 따라 펀치의 주위를 균일하게 감싸므로 절곡가공 중에 금속 플레이트 내에 단일의 대칭적인 절곡부가 형성된다.
에어 절곡가공은 절곡가공 펀치의 대향측의 재료의 반대면에 가해지는 대항력을 필요로 하지 않으므로 때때로 "자유 절곡가공"으로 설명된다. 따라서 재료는 절곡가공 펀치 및 반대측의 카운터 펀치에 의해 클램핑되지 않는다.
에어 절곡가공은 절곡가공될 재료의 전체 길이에 걸쳐 일정한 절곡가공 힘을 가한다. 따라서, 에어 절곡가공 중에, 절곡가공 펀치는 절곡가공될 재료의 길이로 연장된다. 더욱이 다이 연부 및 절곡가공 펀치는 평행(즉, 그 전체 길이를 따라 직선이고 등거리 이격됨)이고, 따라서 절곡가공될 재료의 전체 길이를 따라 단일의 균일한 절곡부를 생성한다.
따라서, 다른 관점에서 볼 때, 본 개시는 재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법을 제공하고, 상기 방법은,
a. 제 1 다이 폭에 의해 분리된 제 1 쌍의 평행한 다이 지지체들 사이에 지지된 재료의 플레이트를 제공하는 단계;
b. 제 1 절곡가공 단계에서 제 1 절곡가공 펀치를 통해 제 1 절곡가공 힘을 제공함으로써 플레이트를 절곡가공하는 단계 - 상기 제 1 절곡가공 힘은 제 1 쌍의 평행한 다이 지지체의 지지면에 의해 형성되는 평면에 수직인 평면에 작용하고, 이는 제 1 쌍의 평행한 다이 지지체들 사이의 중심선에서 플레이트와 교차하고, 상기 제 1 절곡가공 펀치는 플레이트의 전체 길이에 걸쳐 연장됨 -; 및
c. 제 2 절곡가공 단계에서 제 2 절곡가공 펀치를 통해 제 2 절곡가공 힘을 제공함으로써 플레이트를 절곡가공하는 단계 - 상기 플레이트는 상기 제 1 절곡가공 단계 중에 제 2 다이 폭에 의해 분리된 제 2 쌍의 평행한 다이 지지체들 사이에 지지되고, 상기 제 2 절곡가공 힘은 상기 제 1 절곡가공 힘으로서 동일한 평면에 작용하고, 상기 제 2 절곡가공 펀치는 플레이트의 적어도 전체 길이에 걸쳐 연장되고, 제 2 절곡가공 펀치는 제 2 절곡가공 단계 중에 플레이트의 동일한 지점에서 동일한 방향으로 제 1 절곡가공 힘으로서 제 2 절곡가공 힘을 가한다.
상기 제 2 다이 폭은 상기 제 1 다이 폭보다 작고, 및/또는
상기 제 2 절곡가공 펀치의 반경은 상기 제 1 절곡가공 펀치의 반경보다 작다.
바람직하게는, 제 2 절곡가공 펀치의 반경은 제 1 절곡가공 펀치의 반경보다 작고, 제 1 다이 폭 및 제 2 다이 폭은 동일하다.
마찬가지로, 제 2 다이 폭이 제 1 다이 폭보다 작은 경우, 제 1 절곡가공 펀치의 반경은 제 2 절곡가공 펀치의 반경과 동일한 것이 바람직하다.
본 개시의 방법에서, 플레이트의 폭은 다이 개구를 가로질러 연장되는 치수(즉, 한 쌍의 평행한 다이 지지체 사이의 치수)이고, 플레이트의 길이는 다이 지지체에 평행하게 연장되는 치수이고, 플레이트의 두께는 절곡가공 중에 펀치가 이동하는 방향으로 연장되는 치수이다. 따라서, "플레이트의 적어도 전체 길이를 따라 연장되는 절곡가공 펀치"는 절곡가공 펀치가 어떤 좌굴(buckling)도 발생하지 않고 균일한 절곡부가 형성되도록 플레이트의 전체를 통해 힘을 가할 수 있음을 의미한다.
"다이 지지체"는 금속 플레이트와 접촉되는 다이의 연부를 의미한다. 전형적으로, 이들은 절곡가공 펀치가 플레이트의 중심에 하향으로 힘을 가하여 절곡부를 형성함에 따라 다이 개구의 내부로 플레이트가 용이하게 롤링(rolling)되는 것을 허용하도록 라운딩가공된 연부를 갖는다. 다이는 마찰의 양을 감소시키는 "롤러 다이"(즉, 축선을 중심으로 자유롭게 회전하는 실린더)인 것이 바람직하다. 2 개의 다이 지지체는 다이 개구를 가로질러 균일한 거리를 확보하도록 평행하다.
또한, 본 개시에서 용어 "상측" 및 "하측"은 다이 개구, 즉 다이 지지체 사이의 평면에 대한 위치를 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 "상측"은 다이 개구의 상측이고, "하측"은 다이 개구의 하측이다. 따라서, 다이 개구의 하측의 공간은 금속 플레이트의 절곡부가 형성됨에 따라 이 절곡부에 의해 점유되고, 또한 에어 절곡가공 중에 절곡가공 펀치는 금속 플레이트에 절곡부를 형성하는 경우에 다이 개구의 상측으로부터 다이 개구의 하측으로 이동한다.
본 개시의 방법은 다이 폭(즉, 지지면 사이의 거리) 및/또는 펀치 반경(즉, 재료와 접촉하는 절곡가공 펀치의 단면의 반경)로 인해 상이한 2 개의 절곡가공 단계를 포함하는 점을 제외하고는 표준 에어 절곡가공 방법론과 유사하다. 출원인은 이러한 2 단계 절곡가공 방법을 사용하는 경우에 절곡성이 표준 에어 절곡가공 방법론에 비해 40% 이상 향상될 수 있음을 발견하였다.
"절곡성"은 90° 절곡부의 최소 내부 반경과 시트 두께의 비율을 의미하거나, 상이한 관점에서 재료의 절곡성 한계에서 90° 절곡부의 내부 반경을 달성하기 위해 시트 두께가 곱해져야 하는 횟수를 의미한다. 절곡성은 "90° 절곡부의 최소 반경"(즉, 절곡부에서 어떤 왜곡도 발생하지 않으면서 90° 절곡부를 달성할 수 있는 최소 반경으로서 종종 지칭되며, 시트 두께 t의 배수로서 표현된다.
이론에 구애됨이 없이, 고강도 재료에서 평판화 경향을 유발하는 주요 인자는 높은 항복 대 강도 비율(yield to strength ratio) 및 전형적으로 매우 낮은 변형 경화 거동인 것으로 생각된다. 이들 특성의 조합은 재료의 좁은 부분 내에서 절곡가공 중에 발생되는 스트레인을 국소화하는 경향이 있다. 높은 항복 대 강도 비율은 플랜지의 소성 변형에 부정적인 영향을 미친다.
높은 항복 대 강도 비율을 가진 재료를 사용하는 경우, 정상적인 셋업, 즉 두께의 10-13 배의 다이폭으로 에어 절곡가공을 수행하면 펀치와의 접촉점에 매우 근접한 것을 제외하고 소성 변형이나 곡률 형상을 거의 얻지 못한다. 다시 말하면, 플랜지의 각도 변형의 주요 부분은 (힌지와 같이) 매우 국소적으로 참여하고, 결과적으로 플랜지를 따라 낮은 소성 스트레인 분포를 제공한다. 이러한 경우, 절곡부의 평탄화와 같은 현상 및 더 높은 국소화의 위험이 존재한다. 다이 폭을 증가시킴으로써, 변형의 주요 부분이 발생하는 플랜지의 영역이 확대되어 더 바람직한 스트레인 분포가 유도된다.
이들 효과는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 항복 대 강도 비율의 특성은 종래의 인장 응력-스트레인 데이터와 연결된다. 그러나, 모멘트-다이어그램(즉, 모멘트 대 절곡부 반경의 역수)는 절곡가공 중에 재료의 거동을 연구하는 보다 정확한 방법을 제공한다. 플랜지의 실제 곡률은 도 1a에 도시된 바와 같이 모멘트 곡선 위의 영역을 연구하여 모멘트-다이어그램으로부터 추론될 수 있다.
모멘트 곡선 위의 면적은 플랜지의 곡률의 실제 형상에 비례한다. 도 1a에서, 2 가지 유형의 재료가 비교되며, 하나의 재료(A)는 높은 항복 대 강도 비율을 갖고, 다른 재료(B)는 낮은 항복 대 강도 비율을 갖는다.
펀치(302)는 대칭면(304) 내에서 이동하여 다이(307) 사이에서 상기 재료(A 또는 B)를 절곡가공 각도(α/2)(306)까지 절곡시킨다. 이들 재료의 상이한 항복 대 강도 비율은 절곡가공(305)에서 플랜지의 상이한 형상을 유발할 것이다. 모멘트는 수평 축선을 따른 선형 함수(303)이다. M과 1/R 축(301) 사이의 면적은 플랜지의 곡률의 형상에 비례한다. 이 플롯은 또한 킹킹(kinking)을 방지하기 위한 최소 자유 절곡가공 반경(308)을 보여준다.
도 1b는 다이 폭을 증가시킴으로써 스트레인의 국소화를 위한 영역이 더 넓은 영역에 걸쳐 분포됨을 보여준다. 따라서, 도 1a의 다이(307)는 도 1b에서 외부 다이(307a) 및 내부 다이(307b)로 대체된다. 외부 다이(307a)에 의한 예비-절곡가공은 더 넓은 변형 면적을 제공하므로 절곡가공(305)의 국소화의 위험이 더 작아진다. 모멘트 곡선은 외부 다이(307a)에 의한 예비-절곡가공에 기인되어 수정된 형상(309)을 가지며, 이로 인해 재료는 내부 다이(307b)를 사용하여 절곡가공되는 경우에 더 낮은 항복 강도 비율을 가지는 것처럼 거동하게 된다.
더 큰 다이 폭을 이용하는 것의 결점은 증가된 탄성복원에 대한 보상으로서 과도 절곡가공 각도가 증가하는 것이다. 이로 인해 절곡가공 스트로크의 최종 단계에서 나타나는 스트레인 국소화의 가능성이 증가한다. 본 개시는 재료가 여전히 높은 항복 대 강도 비율을 가지더라도 절곡가공 후에 평활한 형상의 플랜지의 곡률을 얻기 위한 방법을 제공함으로써 이들 문제를 극복한다. 본 개시의 방법은 2 개의 절곡가공 단계를 제공하며, 제 1 절곡가공 단계는 절곡부(305)에서 비교적 큰 곡률을 형성하고, 절곡가공 단계는 최종 절곡부 각도를 형성한다. 제 1 절곡가공 단계는 재료의 더 큰 면적에 걸쳐 절곡가공 힘을 분배하도록 도와줌으로써 스트레인의 국소화(및 결과적으로 변형 형성)의 위험성을 감소시킨다.
따라서, 제 1 절곡가공 단계를 수행하는 하나의 가능한 방법은 소위 자유-절곡가공을 적용하는 것, 즉, 전형적으로 비교적 좁은 반경을 가진 절곡가공 펀치를 사용하여 큰 다이 폭(예를 들면, 전형적으로 재료 두께의 20-30배(예를 들면, 20-25배)의 다이 폭)을 사용하여 절곡부에서 큰 반경을 형성하는 것이다. 자유-절곡가공은 전형적으로 재료가 절곡가공 펀치의 형상을 따르기 시작할 때까지 적용된다. 절곡가공-각도의 한계는 물론 재료 두께에 의존하고, 4-6 mm의 두께를 갖는 열간 압연 재료에 경우 약 30-80도(예를 들면, 70-80도)의 전형적인 근사 값을 갖는다. 이러한 곡률의 평활한 형상이 사전 형성된 경우, 재료는 제 2 절곡가공 하중이 가해지는 경우에 더 낮은 항복 대 강도 비율을 갖는 재료처럼 거동할 것이다. 전형적으로, 이는 재료 두께의 약 10-13 배의 다이 폭을 갖는 종래의 다이 셋업을 사용하여 행해진다.
재료를 큰 곡률 형상으로 변형시키는 대안적인 방법은 제 1 절곡가공 단계 시에 최종 절곡부 반경(즉, 제 2 절곡가공 단계 후에 최종 절곡가공된 재료의 원하는 반경)의 약 2 배와 같은 큰 절곡가공 펀치 반경을 사용하는 것이다. 다시 말하면, 제 1 절곡가공 스트로크는 전형적으로 약 30-80도(예를 들면, 70-80도)의 절곡가공 각도를 형성한다. 제 1 절곡가공 단계에서 더 큰 절곡가공 펀치를 사용하는 경우, 제 2 스트로크에서의 다이 폭은 단순하게 제 1 스크로크에서와 동일할 수 있고, 전형적으로 재료 두께의 약 10-13 배일 수 있으나, 절곡가공 펀치는 제 2 절곡가공 단계에 좁은 다이 폭으로 변경된다.
본 개시의 방법론은 견고한 절곡부를 형성하는데 필요한 조건이 예비-절곡가공된 재료에만 적용되므로 킹킹의 위험성이 낮은 견고한 절곡부가 형성될 수 있게 한다. 제 1 절곡가공 단계는 절곡가공 스트레인을 더 큰 면적에 걸쳐 효과적으로 분산시켜 절곡부에서 훨씬 더 큰 소성 변형 영역을 제공하므로 제 2 절곡가공 단계는 절곡부에서 킹킹 또는 평탄화가 초래될 가능성을 감소시킨다.
본 개시의 방법은 다수의 방식으로 구현될 수 있다. 본 개시의 바람직한 실시형태를 아래에서 더 상세히 설명한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하는 비제한적인 실시례를 이용하여 본 개시를 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시에 따른 절곡가공 단계와 비교된 표준 절곡가공 단계에 대한 모멘트 곡선을 도시하고,
도 2는 2 개의 상이한 절곡가공 펀치가 사용되는 실시형태에서 제 1 절곡가공 단계의 개략도를 도시하고,
도 3은 2 개의 상이한 절곡가공 펀치가 사용되는 실시형태에서 제 2 절곡가공 단계의 개략도를 도시하고,
도 4는 네스트형 이중 다이가 사용되는 실시형태에서 연속적인 절곡가공 단계의 개략도를 도시하고,
도 5는 네스트형 이중 다이를 사용하는 금속 플레이트의 실제의 절곡가공을 도시하고,
도 6은 조절가능한 다이가 사용되는 공정에서 제 1 절곡가공 단계의 개략도를 도시하고,
도 7은 제 2 절곡가공 단계의 개시 전에 조절되는 다이 폭의 개략도를 도시하고,
도 8은 더 좁은 다이 폭 상에서 실행되는 제 2 절곡가공 단계의 개략도를 도시하고,
도 9는 금속 플레이트가 제 1 절곡가공 단계에서 절곡가공되기 전에 제 1 절곡가공 힘을 수용하는 높이 조절 수단의 개략도를 도시하고,
도 10은 다이 폭이 조절되는 동안에 다이 지지체의 임의의 이동을 수용하는 높이 조절 수단의 개략도를 도시하고,
도 11은 더 좁은 다이 폭 상에서 실행되는 제 2 절곡가공 단계의 개략도를 도시하고,
도 12는 높이 조절 수단이 절곡가공 펀치와 일체인 방법에서 제 1 절곡가공 단계를 도시하고,
도 13은 절곡가공 펀치에서 높이 조절 수단에 의해 수용되는 다이 폭의 조절을 도시하고,
도 14는 더 좁은 다이 폭을 사용하여 실행되는 제 2 절곡가공 단계를 도시하고,
도 15는 본 개시의 방법에서 다이 조절과 제 2 절곡가공 단계를 실행하는 높이 조절 수단을 갖는 실제의 절곡가공 펀치의 사진을 도시하고,
도 16은 가상의 절곡가공 각도(α) 및 다이 폭 W을 나타내는 개략도를 도시하고,
도 17은 폭 조절 단계 중에 절곡가공 펀치 및 금속 플레이트의 이동을 도시하는 개략도이고,
도 18은 본 개시의 네스트형 이중 다이의 개략도이고,
도 19는 우측에 도시된 본 개시에 따른 절곡부를 갖는 실시례 5의 2 가지 절곡가공 시험에 후속하는 절곡가공된 플레이트의 중첩도이고,
도 20은 상이한 비율의 W2/W1에서 X/t 대 W2/t의 플롯이고,
도 21a는 2% 및 6%의 스트레인 레벨에 대한 예비-절곡가공 각도(α) 대 W2/t의 플롯이고,
도 21b는 2% 및 6%의 스트레인 레벨에 대한 H/t 대 W2/t의 플롯이고,
도 22a는 2.5% 내지 4.5%의 스트레인 레벨에 대한 예비-절곡가공 각도(α) 대 W2/t의 플롯이고,
도 22b는 2.5% 내지 4.5%의 스트레인 레벨에 대한 H/t 대 W2/t의 플롯이고,
도 23a는 실시례 1, 3 및 4에 대한 예비-절곡가공 각도(α) 대 W2/t의 플롯이고,
도 23b는 실시례 2에 대한 예비-절곡가공 각도(α) 대 W2/t의 플롯이고,
도 24a는 실시례 1, 3 및 4에 대한 H/t 대 W2/t의 플롯이고,
도 24b는 실시례 2에 대한 H/t 대 W2/t의 플롯이다.
본 개시의 방법은 양 단계의 절곡가공 힘이 플레이트의 동일한 위치에서 동일한 방향으로 가해지는 2 개의 에어 절곡가공 단계을 포함한다. 본 개시의 방법이 구현될 수 있는 몇가지 방법이 있으며, 이것은 두 절곡가공 단계에서 상이한 펀치 및 동일한 다이를 사용하는 것, 두 절곡가공 단계에서 동일한 펀치 및 상이한 다이를 사용하는 것, 이 둘의 조합을 포함하고, 여기서 제 1 다이는 제 2 다이가 되는 더 좁은 다이 폭으로 조절되고, 또는 다이 및 절곡가공 펀치의 둘 모두 제 1 에어 절곡가공 단계와 제 2 에어 절곡가공 단계 사이에서 상이하다.
다시 말하면, 이들 상이한 실시형태는 (예를 들면, 제 1 절곡가공 펀치와 제 2 절곡가공 펀치가 상이한 경우에 발생할 수 있는 것과 같은) 2 개의 개별적인 그리고 분리된 절곡가공 단계를 수행함으로써, (예를 들면, 절곡가공 펀치가 플레이트를 제 1 다이의 하측 및 내측에 위치하는 더 좁은 다이인 제 2 다이 내로 가압할 때 발생할 수 있는 것과 같은) 동일한 절곡가공 펀치를 사용하는 연속적인 절곡가공 단계를 수행함으로써, 또는 (예를 들면, 이하에서 더 설명되는 바와 같이 제 1 절곡가공 단계 후에 다이 폭이 조절될 때 발생할 수 있는 것과 같은) 제 1 절곡가공 단계와 제 2 절곡가공 단계 사이에서 점진적 천이를 포함하는 스태거식(staggered) 공정을 수행함으로써 실시될 수 있다.
이들 실시형태의 각각을 고려하면, 본 개시의 방법을 실행하는 한가지 방법은 동일한 다이(즉, 제 1 다이 및 제 2 다이(그리고 제 1 다이 폭 및 제 2 다이 폭)이 동일함)를 사용하여 2가지의 분리된 그리고 개별적인 에어 절곡가공 단계를 수행하는 것이다. 따라서, 제 1 절곡가공 단계 후에, 절곡가공 펀치는 제거될 수 있고, 더 좁은 반경의 제 2 절곡가공 펀치로 대체될 수 있다. 그러면 제 2 절곡가공 펀치는 제 2 절곡가공 단계에서 절곡가공 힘을 가하고, 제 2 다이는 제 1 다이와 동일하다.
이러한 방법은 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 도 2a에서, 재료의 플레이트(105)는 제 1 절곡가공 단계(100)에서 제 1 다이 폭(104)을 가진 제 1 다이(103) 상에 지지된다. 절곡가공 힘(101)은 큰 반경을 가진 제 1 절곡가공 펀치(102)에 의해 제공된다. 제 1 절곡가공 단계가 실행된 후(도 2b), 제 1 절곡가공 펀치는 제 2 절곡가공 펀치로 대체된다. 제 2 절곡가공 단계(200)(도 3a)에서, 제 2 절곡가공 펀치(202)는 부분적으로 절곡가공된 금속 플레이트(205)에 동일한 위치 및 동일한 방향으로 제 2 절곡가공 힘(201)을 제공하여 최종 절곡부(도 3b)를 제공한다. 본 실시형태에서, 제 2 다이(203) 및 제 2 다이 폭(204)은 제 1 다이(103) 및 제 1 다이 폭(104)과 동일하다.
2 개의 절곡가공 펀치를 사용하는 실시형태에서, 제 1 절곡가공 펀치의 반경은 제 2 절곡가공 펀치의 반경보다 크다. 제 1 절곡가공 단계에서 더 큰 절곡가공 펀치를 사용하면 재료는 최초에 특정 형상의 곡률을 얻는다. 이러한 방식으로, 절곡부는 동일한 최종 반경을 겨냥한 단일 스트로크로 절곡부를 형성할 때와 같은 방식으로 국소화되는 경향이 없다.
제 1 절곡가공 펀치와 제 2 절곡가공 펀치 사이의 비율은 결정적이지 않지만, 일반적으로 말하면 제 1 절곡가공 펀치의 반경이 클수록 유리한 효과가 더 커진다. 전형적으로, 제 2 절곡가공 펀치의 반경은 제 1 절곡가공 펀치의 반경의 3/4 미만, 더 바람직하게는 2/3 미만, 예를 들면, 제 1 절곡가공 펀치의 반경의 약 1/2이다.
제 2 절곡가공 펀치가 1/3 미만, 또는 1/5 미만 또는 심지어 1/10 미만의 제 2 절곡가공 펀치와 같이 제 1 절곡가공 펀치와 제 2 절곡가공 펀치 사이의 비율의 차이가 더 클 수도 있다. 이러한 큰 비율 차이는 다이 폭이 상당히 클 때, 또는 보다 정확하게는 절곡가공 펀치 반경 대 다이 폭의 비율이 클 때 보다 전형적으로 사용된다. 이는 제 1 펀치 반경이 지나치게 클 수 없으며, 전형적으로 다이 폭의 1/2 미만이어야 하기 때문이다.
도 2, 도 3, 및 본 명세서의 모든 다른 개략도(도 16 제외)에서, 절곡가공 장치는 다이 폭을 횡단하는 단면도로서 도시되어 있다. 다이 지지체는 원형으로 도시되어 있으나, 절곡가공 중에 다이가 플레이트를 롤링하여 다이 개구 내로 인입하도록 허용하는 한 다른 형상이 사용될 수 있음은 물론이다.
이러한 방식으로 상기 방법을 수행하는 경우, 플레이트가 제 1 절곡가공 단계와 제 2 절곡가공 단계 사이에서 이동하지 않도록 주의해야 하는 것은 물론이다. (예를 들면, 절곡가공 후에 발생하는 임의의 탄성복원에 기인되어) 플레이트가 이동해야 하는 경우, 제 2 절곡가공 단계에서 제 2 펀치에 의해 가해지는 힘은 시트의 동일한 장소에 있지 않을 수 있으며, 이는 불완전한 절곡부가 형성되도록 할 것이다.
이를 방지하기 위해, 플레이트가 제 2 절곡가공 단계의 개시 시에 적절하게 정렬되도록 보장하기 위한 정합 수단(registration means)을 포함하는 것이 바람직하다. 적절한 수단은 제 1 절곡가공 펀치가 제거되고, 제 2 절곡가공 펀치가 설치되는 동안에 플레이트를 정위치에 유지하는 클램프를 포함할 수 있다. 대안적으로, 정합 수단은 다이 상의 유사한 마크와 정렬될 수 있는 노치, 잉크 패턴 등과 같은 플레이트 상의 마크를 포함할 수 있다.
2 개의 개별적이고 분리된 절곡가공 단계를 수행하는 대안적인 방법은 제 1 절곡가공 단계 후에 플레이트를 제 1 다이로부터 제 2 다이로 물리적으로 이동시키는 것이다. 그러나, 이러한 방법은 번잡하고, 또한 제 2 절곡가공 단계 중에 플레이트가 적절하게 위치되지 않도록 할 가능성을 증가시킨다. 다시, 이는 제 2 절곡가공 힘이 플레이트의 상이한 부분에 가해지도록함으로써 불환전한 절곡부를 초래한다.
개별적인 절곡가공 단계를 이용하는 경우의 부적절한 정합으로부터 발생되는 이러한 문제를 방지하기 위해, 제 1 절곡가공 힘 및 제 2 절곡가공 힘이 연속적인 공정을 사용하는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 하나의 절곡가공 펀치(즉, 제 1 절곡가공 펀치와 제 2 절곡가공 펀치가 동일함)를 사용하는 공정, 그리고 절곡가공 펀치가 제 1 절곡가공 단계의 개시로부터 제 2 절곡가공 단계의 종료까지 플레이트 상에 연속적으로 힘을 가하는 공정. 힘은 플레이트가 절곡되기에 충분한 수준으로 연속적으로 가해질 수 있고, 또는 힘은 다이 폭이 조절되고 있는 동안에 플레이트를 유지하기에 충분한 수준으로 제 1 절곡가공 단계의 종료 시에 감소될 수 있다.
본 개시의 방법이 이 방법의 전체를 통해 절곡가공을 유발하기에 충분한 수준으로 가해지는 힘으로 연속적인 절곡가공 단계를 실행하기 위해, 제 2 다이가 제 1 다이의 하측 및 내측에 위치되고, 제 1 다이 및 제 2 다이가, 제 1 다이 및 제 2 다이의 다이 지지체에 의해 형성된 평면이 평행하도록 그리고 제 1 다이 및 제 2 다이의 중간점이 절곡가공 펀치에 의해 통과되는 평면에 위치되도록, 정렬되는 네스트형 이중 다이(nested double die)가 사용될 수 있다. 이러한 구성을 사용하여, 절곡가공 펀치는 제 1 절곡가공 단계를 실행할 수 있고, 제 1 다이의 큰 다이 폭에 기인되어 최초에 큰 넓은 절곡부(즉, 소위 "자유 절곡가공"에 의해 수행된 큰 반경의 절곡부)로 플레이트를 절곡시킨다. 일단 플레이트가 제 2 다이와 접촉하는 정도까지 절곡가공되면, 제 1 절곡가공 단계가 종료되고, 제 2 절곡가공 단계가 즉각 시작된다. 다음에 절곡가공 펀치는 더 좁은 다이를 사용하여 절곡가공 힘을 가하여 원하는 반경 및 최종 절곡부 각도를 얻고, 일반적인 방법으로 탄성복원을 허용한다.
개략적인 네스트형 이중 다이는 도 4a 내지 도 4c에 도시되어 있다. 도 4a에서, 재료의 플레이트(105)는 제 1 다이 폭(104)을 가진 제 1 다이(103) 상에 지지된다. 절곡가공 장치는 또한 제 1 다이(103)의 하측 및 내측에 위치된 제 2 다이(203)를 포함하여 네스트형 이중 다이를 제공하며, 제 2 다이 폭(204)은 제 1 다이 폭보다 작다.
제 1 절곡가공 단계(100)에서, 제 1 절곡가공 펀치(102)는 금속 플레이트(105) 상에 제 1 절곡가공 힘(101)을 가하여 도 4b에 도시된 바와 같이 절곡가공된 금속 플레이트(205)를 제공한다. 제 1 절곡가공 단계의 종료 시에, 절곡가공된 금속 플레이트(205)는 제 2 다이 폭(204)을 가진 제 2 다이(203)와 접촉하게 된다. 절곡가공 힘(101, 201)이 절곡가공 펀치(102, 202)에 의해 계속하여 가해지므로, 플레이트는 제 2 다이(203) 내에서 계속하여 절곡되어 최종 절곡부를 형성한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 개시에 따른 절곡가공 방법에서 사용되는 실제의 네스트형 이중 다이를 보여준다. 따라서, 도 5a 및 도 5b에서, 제 1 절곡가공 힘은 재료의 플레이트가 제 2 다이와 접촉할 때까지 가해진다. 이 시점에서, 플레이트가 겪는 절곡가공 모멘트는 제 2 내부 다이 및 절곡가공 펀치에 의해 제공된다. 도 5c는 도 5d에서 절곡가공 펀치가 제거되어 플레이트가 탄성복원에 의해 이완되기 전에 최종 구성으로 절곡가공된 플레이트를 보여준다.
전술한 바와 같이 네스트형 이중 다이를 사용하는 것의 대안으로서, 조절가능한 다이가 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 실시형태에서, 조절가능한 다이는 제 1 절곡가공 단계에서 적용되는 제 1 다이 폭 및 제 1 절곡가공 힘으로 설정될 수 있고; 절곡가공 힘은 감소될 수 있고, 다이 폭은 제 2 다이 폭으로 조절될 수 있고(예를 들면, 절곡가공 힘은 다이 폭이 제 2 다이 폭으로 조절되는 동안에 플레이트를 정위치에 유지하기에 충분한 수준까지 감소될 수 있음); 다음에 제 2 절곡가공 단계에서 제 2 절곡가공 힘이 가해진다.
다이 폭을 조절할 때 발생할 수 있는 문제는 다이 폭이 감소함에 따라 플레이트가 상방으로 가압되는 것인데, 이는 플레이트의 곡선을 따라 중심을 향해 이동하는 다이의 연부와의 접촉점의 당연한 결과이다. 다이 폭이 감소되는 동안에 절곡가공 펀치가 정지되어 있으면, 다이가 플레이트를 다이 내로 인입시킴에 따라 절곡가공 모멘트가 생성된다. 이를 방지하기 위해, 다이 폭이 조절됨에 따라 절곡가공 펀치가 상방으로 이동할 수 있는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 다이 폭이 조절되는 동안 가해지는 유일한 힘은 절곡가공 펀치의 중량에 대응한다. 이것은 전형적으로 다이 폭이 조절되는 동안에 플레이트를 정위체 유지하기에 충분히 큰 힘이지만 플레이트가 상방으로 밀릴 때 펀치가 상승될 수 있을 만큼 충분히 작다.
이러한 실시형태는 도 6 내지 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 따라서, 도 6a에서, 재료의 플레이트(105)는 제 1 다이 폭(104)을 가진 제 1 다이(103) 상에 위치된다. 제 1 절곡가공 단계(100)에서, 제 1 절곡가공 힘(101)이 절곡가공 펀치(102)를 통해 가해져서 절곡가공된 금속 플레이트(도 6b)를 제공한다. 원하는 수준의 절곡부에 도달되면, 제 1 절곡가공 힘은 감소되고, 제 1 다이 폭(104)은 제 2 다이 폭(204)(도 7a 및 도 7b 참조)을 가진 제 2 다이(203)를 형성하도록 조절된다. 다음에 제 2 절곡가공 단계(200)가 시작되고, 제 2 절곡가공 힘(201)이 절곡가공 펀치(202)에 의해 가해져서 최종 절곡가공된 플레이트(도 8 참조)를 제공한다.
플레이트를 상방으로 가압하는 조절가능한 다이에 의해 초래되는 문제를 극복하기 위한 다른 해결책은 스프링 또는 피스톤과 같은 높이 조절 수단을 제공하는 것이다. 제 1 절곡가공 단계 후에 힘을 감소시키는 경우, 높이 조절 수단은 절곡가공 펀치에 대해 조절가능한 다이와 플레이트를 압박하여 정위치에 유지시킨다. 다이 폭이 감소됨에 따라, 플레이트가 절곡가공되는 것을 방지하기 위해 요구되는 이동은 높이 조절 수단에 의해 수용된다. 일단 다이 폭이 조절되면, 절곡가공 펀치는 제 2 절곡가공 힘을 가하고, 높이 조절 수단은 필요한 경우에 절곡가공 개시까지 플레이트의 임의의 추각의 이동을 수용한다.
높이 조절 수단은 조절가능한 다이를 장착하는 지지체 내에 또는 절곡가공 펀치 내에, 또는 둘 모두에 장착될 수 있다. 본 개시의 전체를 통해 사용되는 "높이"라는 표현은 다이 개구에 의해 형성되는 평면으로부터의 수직 거리를 지칭하며, 반드시 수직 거리일 필요는 없다는 것에 주목해야 한다.
조절가능한 다이를 장착하는 지지체 내에 결합된 높이 조절 수단은 도 9 내지 도 11에 개략적으로 도시되어 있다. 따라서, 도 9a는 제 1 다이(103)가 선택적인 지지체(106)를 통해 높이 조절 수단(107) 상에 장착된 것을 보여준다. 절곡가공 펀치(102)가 재료의 플레이트(105)와 접촉하게 되면, 최초의 절곡가공 힘(101)은 높이 조절 수단(107)(도 9b 참조)에 의해 선택적으로 흡수된다. 다음에 절곡가공 힘(101)은 플레이트(105)를 절곡하여 절곡가공된 플레이트(도 10a)를 제공한다. 다음에 절곡가공 힘이 감소되어 절곡가공 펀치는 상방으로 이동하고, 플레이트는 펀치가 상승될 때 높이 조절 수단(107)으로 인해 펀치에 대해 압박된 상태로 유지되고, 높이 조절 수단은 다이 및 선택적인 지지체를 상방으로 이동시킨다(도 10a 참조). 다음에 제 1 다이 폭이 조절되어 제 2 다이 폭(204)(도 10b 참조)을 가진 제 2 다이(203)를 형성한다. 다이 폭의 조절이 실시됨에 따라, 펀치는 정위치에 유지되고, 높이 조절 수단(107)은 플레이트의 절곡부를 하방으로 이동시키는 다이에 의해 발생되는 임의의 이동을 보상한다(도 10b 참조). 일단 제 2 다이 폭(204)에 도달되면, 제 2 절곡가공 힘(201)이 제 2 절곡가공 단계(200)에서 절곡가공 펀치(202)에 의해 가해져서 최종 절곡가공된 플레이트를 형성할 수 있다(도 11 참조).
다이 폭이 조절되는 동안에 발생되는 플레이트의 이동을 수용하는 추가의 방법은 절곡가공 펀치에 높이 조절 수단을 장착하는 것이다. 이러한 절곡가공 펀치는 접촉 부분, 힘 제공 부분, 및 힘 제공 부분을 접촉 부분에 연결하는 높이 조절 수단을 포함할 수 있다.
따라서, 접촉 부분은 절곡가공되고 있는 플레이트와 접촉하는 펀치의 일부이다. 힘 제공 부분은 플레이트의 접촉 부분을 통해 힘을 가할 수 있고, 높이 조절 수단은 접촉 부분과 힘 제공 부분 사이의 거리를 조절할 수 있다. 전형적으로, 높이 조절 수단은 압축 스프링 또는 피스톤 또는 임의의 다른 탄성 및/또는 변위가능한 요소를 포함할 수 있다.
전형적으로, 힘 제공 부분은 플레이트 상의 접촉 수단을 통해 힘을 가하기 위해 물리적으로 이동할 수 있다. 그러나, 힘 제공 부분은 높이 조절 수단을 통해 접촉 부분 상에 힘을 가할 수 있다. 이러한 실시형태의 일례는, 높이 조절 수단이 피스톤인 경우에, 피스톤 로드의 단부가 접촉 수단을 구성하고, 피스톤 실린더가 힘 제공 부분을 구성하고, 피스톤 로드 자체가 높이 조절 수단에 대응하는 것이다.
펀치 내의 높이 조절 수단을 가진 실시형태의 일례는 도 12 내지 도 14에 개략적으로 도시되어 있다. 따라서, 도 12a는 지지체(106) 상에 장착된 제 1 다이(103)를 도시한다. 절곡가공 펀치는 접촉 부분(102), 높이 조절 수단(108) 및 힘 제공 부분(109)을 포함한다. 제 1 절곡가공 단계에서, 힘 제공 수단(108)은 펀치의 접촉 부분(102)을 플레이트(105)에 대해 압박하여, 플레이트를 제 1 다이 폭(104)을 가진 다이(103) 내로 인입시킴으로써 도 12b에 도시된 바와 같은 절곡가공된 플레이트를 제공한다.
도 13a에서, 높이 조절 수단(108)은 힘 제공 부분(109)과 절곡가공 펀치의 접촉 부분(102) 사이의 거리를 증가시키도록 연장된다. 이 구성에서, 힘 제공 부분은 상승되고, 접촉 부분은 플레이트와 접촉된 상태로 유지된다. 다음에 다이 폭이 조절되어 제 2 다이 폭(204)(도 13b 참조)을 가진 제 2 다이(203)를 제공한다. 이러한 조절 시에, 플레이트가 상방으로 가압됨에 따라 높이 조절 수단(108)은 절곡가공 펀치의 접촉 부분(102)이 힘 제공 부분(109)을 향해 상방으로 이동하도록 허용한다. 도 14는 최종 절곡가공된 플레이트를 제공하기 위해 실행되고 있는 제 2 절곡가공 단계를 도시한다.
도 15는 제 1 절곡가공 단계(단계 A) 후에 이러한 구성을 갖는 절곡가공 펀치의 사진 시리즈를 보여준다. 높이 조절 수단은 단계 B에서 힘 제공 부분이 상승됨에 따라 접촉 부분이 플레이트와 접촉된 상태로 유지되도록 보장한다. 단계 C는 다이 폭이 조절되고 있는 것을 도시하며, 플레이트의 상방 이동은 높이 조절 수단에 의해 수용된다. 단계 D는 제 2 절곡가공 단계를 도시하고, 단계 E에서는 절곡가공 펀치가 탄성복원을 허용하도록 상승된다.
바람직하게는, 본 개시의 방법은 제 2 다이 폭이 제 1 다이 폭보다 작은 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 제 1 절곡가공 펀치는 제 2 절곡가공 단계에서 제 2 절곡가공 펀치로서 사용된다. 이러한 실시형태에서, 제 1 절곡가공 단계의 시작으로부터 제 2 절곡가공 단계의 종료에 이르기까지 제 1 절곡가공 펀치가 플레이트 상에 연속적으로 힘을 가하는 것이 바람직하다.
원칙적으로 개시의 방법을 사용하는 경우에 개선된 결과가 달성되지만, 최상의 결과를 달성하기 위해 본 방법을 최적화하는 것이 물론 바람직하다. 따라서, 제 1 절곡가공 단계의 종료 시에 절곡부의 외부 섬유의 전형적인 스트레인은 2% 내지 9%, 더 바람직하게는 2% 내지 8%, 더 바람직하게는 2% 내지 6%, 더 바람직하게는 2% 내지 5%, 가장 바람직하게는 2.5% 내지 4.5%이다.
일부의 실시형태에서, 제 1 절곡가공 단계의 종료 시에 절곡부의 외부 섬유의 스트레인은 3% 내지 7%, 바람직하게는 4% 내지 6%이다.
본 개시의 목적을 위해 스트레인 ε는 다음의 식을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure pct00001
여기서 α는 절곡가공 각도, t는 플레이트 두께, 그리고 W1은 제 1 다이 폭(이것은 최초의 모멘트 암의 2 배에 해당함)이다. 도 16은 α 및 W1을 나타내는 개략도이다. 이 값은 실제 스트레인의 근사치일 뿐이지만, 여기서 언급되는 "스트레인"의 값은 이 식을 이용하여 계산해야 한다.
"절곡가공 각도"는 플레이트가 절곡가공되는 각도(α)를 의미한다. 절곡부의 지점은 실제로 곡선이므로, 절곡가공 각도는 플레이트의 비절곡 부분의 평면들이 일치하는 곳에서 발생하는 가상의 각도에 해당하고, 여기서 α는 0°(비절곡가공된 플레이트) 로부터 180°(완전히 절첩된 플레이트)까지 변한다. 이것은 물론 플레이트의 비절곡 부분의 평면에 대한 2 개의 법선 벡터에 의해 형성되는 각도에 해당한다. 절곡부 각도(α)는 도 3b 및 도 16에 개략적으로 도시되어 있다.
절곡부 각도(α)는 본 기술분야에서 공지된 적합한 식을 이용하여 단순한 형상으로부터 계산될 수 있다. 완전성을 위해, α를 계산하기 위한 적합한 식은,
Figure pct00002
여기서,
L 0 은 다이 폭의 1/2(즉, W1의 1/2)이고,
Q = R k + R d + t,
R k 는 펀치 반경,
R d 는 다이 연부의 반경(롤러 반경),
t는 샘플의 두께,
S는 절곡가공 펀치의 변위 거리이다.
"펀치의 반경" 및 "다이 연부의 반경"은 절곡가공될 재료와 접촉되는 펀치/다이 연부의 만곡된 부분의 반경을 의미한다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 위 식에서 최종 항(180/π)은 arcsin 함수로부터의 결과를 라디안으로부터 도로 단순히 변환시킨다. 이 항은 스칼라이고, α를 계산하는데 결정적이지 않다.
위의 스트레인 식으로부터 스트레인은 플레이트 두께에 비례하고, 제 1 다이 폭에 반비례하는 것이 분명하다. 이러한 관계의 결과로서, 제 1 다이 폭이 증가함에 따라, 주어진 절곡가공 각도에 대해 유도된 스트레인은 더 낮아진다. 결과적으로 이는 제 1 절곡가공 단계에서 최적의 스트레인을 달성하기 위해 더 큰 절곡가공 각도가 필요함을 의미한다.
마찬가지로, 플레이트 두께가 증가함에 따라, 주어진 절곡가공 각도에 대한 스트레인이 따라서 증가한다. 이는 더 두꺼운 플레이트는, 제 1 절곡가공 단계에서 최적의 스트레인을 달성하기 위해, 더 적은 절곡가공 각도를 필요로 함을 의미한다.
그럼에도 불구하고 이러한 관계는 스프레인에 대한 표현을 개발함으로써 정량화될 수 있다. 예를 들면, 상기 표현을 재배열하면, 외부 다이의 다이 폭은 다음과 같이 추정될 수 있다.
Figure pct00003
Figure pct00004
은 내부 다이와 외부 다이,
Figure pct00005
사이의 비율에 의해 표현될 수도 있다.
Figure pct00006
이들 2 개의 식을 조합하면,
Figure pct00007
이들 식은 재료의 두께 및 다이 폭에 대한 소정의 스트레인을 달성하는데 필요한 절곡가공 각도를 계산하는데 사용될 수 있다. 또한 예를 들면, 전술한 α에 대해 공지된 식에 의해 주어진 절곡부 각도에 대한 수직 변위(높이 차이)를 계산하는 것이 가능하다. 이들 식으로부터, 주어진 재료 두께에 대한 주어진 스트레인을 달성하는데 필요한 네스트형 이중 다이의 형상이 계산될 수 있고, 필요에 따라 최적화될 수 있다.
지침으로서, 도 21a는 다양한 두께의 재료에 대해 (내부 다이 폭에 대한) 다양한 전형적인 비율의 다이 폭(W2/W1 = 1/3, 2/5, 및 1/2)에 대해 2%(하부의 선들) 및 6%(상부의 선들)의 스트레인 간격에 대한 예비-절곡가공 각도(α)를 도시한다. 도 21b는 유사한 플롯이지만 절곡가공 각도(α) 대신 H/t 값이 플롯되어 있다. 도 22a 및 도 22b는 동일하지만, 2.5% 및 4.5%의 스트레인 수준에 대한 플롯이다.
도 21a 및 22a는 제 1 절곡가공 단계의 종료 시에 가능한 절곡가공 각도의 큰 변화를 보여준다. 이러한 변화에도 불구하고, 전형적으로 제 1 절곡가공 단계 후의 절곡가공 각도는 15° 이상, 바람직하게는 20° 이상, 바람직하게는 25° 이상, 더 바람직하게는 30° 이상, 더 바람직하게는 40° 이상이다.
제 1 단계 후의 절곡가공 각도는 전형적으로 120° 이하, 바람직하게는 100° 이하, 더 바람직하게는 85° 이하이다.
제 1 단계에 대한 절곡가공 각도의 가능한 범위는 15° 내지 120°, 대안적으로는 20° 내지 100°, 대안적으로는 30° 내지 100°, 대안적으로는 50° 내지 120°, 더 바람직하게는 60° 내지 100°, 더욱 더 바람직하게는 65° 내지 85°이다.
도 21a 및 도 22a로부터 절곡가공 각도는 재료 두께, 또는 특히 내부 다이 폭 대 재료 두께의 비율에 의존함이 명백하다.
예를 들면, 전형적으로 권장되는 것보다 훨씬 작은
Figure pct00008
와 같은 좁은 다이 폭의 경우, 제 1 절곡가공 단계의 종료 시에 절곡가공 각도는 전형적으로 외부-공구의 폭에 따라 약 20° 내지 60°이다.
큰 다이
Figure pct00009
을 적용하는 경우, 제 1 절곡가공 단계의 종료 시에 절곡가공 각도는 약 60° 내지 155°와 같이 전형적으로 더 크다.
그러나, 좁은 절곡가공 반경을 목적으로 고강도 재료를 절곡가공하는 경우, 사용되는 가장 일반적인 다이 폭은
Figure pct00010
이다. 이러한 다이 폭을 사용하는 경우, 예비-절곡가공 각도는 전형적으로 다음의 범위 내에 있다.
Figure pct00011
이러한 변화(특히 절곡가공되는 재료)로 인해, 네스트형 이중 다이를 사용하는 경우에, 최적의 절곡가공 각도(전술한 범위 내)를 달성하기 위해, 제 1 다이에 대한 제 2 다이의 높이(즉, 수직 변위)를 조절해야 할 수도 있다.
네스트형 이중 다이(및 제 1 절곡가공 단계 및 제 2 절곡가공 단계에 대해 전형적으로 동일한 절곡가공 펀치)를 사용하는 경우, 제 2 다이 폭은 전형적으로 제 1 다이 폭의 1/4 이상, 바람직하게는 1/3, 더 바람직하게는 2/5, 대부분의 경우 약 1/2이다.
유사한 방식으로, 제 2 다이 폭은 전형적으로 제 1 다이 폭의 2/3 이하, 바람직하게는 3/5 이하이다.
네스트형 이중 다이(및 제 1 절곡가공 단계 및 제 2 절곡가공 단계에 대해 전형적으로 동일한 절곡가공 펀치)를 사용하는 경우, 따라서 제 2 다이 폭은 전형적으로 제 1 다이 폭의 1/4 내지 2/3, 바람직하게는 제 1 다이 폭의 1/3 내지 2/3, 바람직하게는 2/5 내지 3/5, 가장 바람직하게는 제 1 다이 폭의 약 1/2이다.
도 21a 및 도 22a에 명확히 도시된 바와 같이, 내부 다이와 외부 다이의 비율이 더 클 때(즉,
Figure pct00012
이 증가할 때) 예비-절곡가공 각도는 더 작다. 외부 다이이 크기가, 예를 들면,
Figure pct00013
로 설정된 경우, 예비-절곡가공 각도를 위한 대략 범위는 전형적으로 약
Figure pct00014
로 감소한다.
전형적으로, 최종 절곡가공 단계에 대한 다이 폭은 8t 내지 20t(여기서, t는 플레이트 두께에 해당됨), 바람직하게는 8t 내지 15t, 바람직하게는 10t 내지 13t이다. 따라서, 이중 다이를 사용하는 경우, 제 1 다이에 대한 다이 폭은 전형적으로 이것의 2 배, 또는 18t 내지 30t, 바람직하게는 18t 내지 27t, 더 바람직하게는 20t 내지 25t(여기서, t는 플레이트 두께에 해당됨)이다.
높이 조절 수단은 다이 폭이 조절될 때 발생되는 플레이트의 이동을 수용할 수 있어야 한다. 플레이트가 이동하는 거리는 다른 변수 중에서도 최초 다이 폭과 최종 다이 폭 사이의 차이 및 절곡가공 각도에 따라 변화된다. 제 2 다이 폭이 제 1 다이 폭의 1/2인 경우, 이동되는 거리는 약
Figure pct00015
이다.
여기서, W1은 제 1 다이의 다이 폭에 대응하고, α는 제 1 절곡가공 단계 후의 절곡가공 각도이다. 이 식의 기원은 도 17로부터 이해될 수 있으며, 여기서 다이는 점선을 따라 제 1 다이 위치(307-1)로부터 제 2 다이 위치(307-2)로 이동되어 절곡가공 펀치(302)를 상방으로 상승(310)시킨다.
높이 조절 수단이 이동해야 하는 양은 재료 두께(예를 들면, 18t ≤ W1 ≤ 30t)와 관련하여 목표 다이 폭에 대한 제 1 절곡가공 단계 후의 목표 스트레인(전형적으로 2-6%)으로부터 유도될 수 있다. 따라서, 어느 정도까지, 이들 높이 조절은 목표 스트레인 및 다이 폭 대 재료 두께의 비율에 의존한다.
전형적으로, 높이 조절 수단은 W1의 4% 이상(여기서, W1은 제 1 다이의 다이 폭), 바람직하게는 W1의 5% 이상, 더 바람직하게는 W1의 7.5% 이상을 이동할 수 있다.
바람직하게는, 높이 조절 수단은 W1의 4% 내지 W1의 55%, 더 바람직하게는 W1의 4% 내지 40%, 더 바람직하게는 W1의 5% 내지 35%를 이동할 수 있다.
일부의 실시형태에서, 높이 조절 수단은 W1의 10% 내지 W1의 55%, 더 바람직하게는 W1의 15% 내지 W1의 40%를 이동할 수 있다.
본 개시의 방법은 임의의 재료의 플레이트에 대해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 재료는 절곡가공될 수 있다는 점에서 전성이며(즉, 재료는 변형 시에 어느 정도의 탄성-소성 거동을 나타내는 점에서 가단성 또는 유연성임), 절곡가공 힘이 제거된 후에 그 절곡가공된 형상을 유지할 수 있는 것이 바람직하다.
특히 바람직하게는, 재료는 금속 재료이다. 따라서 본 개시의 방법은 본 명세서에 기재된 단계, 특히 청구항 1 내지 청구항 14에 기재된 단계를 포함하는 금속 재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법으로서 동등하게 간주될 수 있다.
가장 중요한 개선은 고강도 금속 재료에서 발견된다.
바람직하게는, 재료는 강이다. 더 바람직하게는, 재료는 고급 고강도 강(AHSS)이고, 가장 바람직하게는 초고강도 강(UHSS)이다.
바람직하게는, 재료는 냉간 압연된 마르텐사이트계 강이다.
바람직하게는, 재료는 이중상 강이다.
본 명세서에서 사용되는 "고급 고강도 강"은 550 Mpa 이상의 항복 강도를 가지며, 초고강도 강(AHSS의 하위집합)은 780 Mpa 이상의 항복 강도를 갖는다.
바람직하게는, 재료는 높은 항복 대 인장 강도 비율(즉, 항복 강도 대 인장 강도의 비율)을 갖는다. 바람직하게는, 재료는 0.85 내지 1.0, 더 바람직하게는 0.87 내지 1.0, 더욱 더 바람직하게는 0.9 내지 1.0의 항복 대 인장 강도 비율을 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 인장 강도 및 항복 강도는 ISO6892-1 또는 EN10002-1, 바람직하게는 ISO6892-1을 이용하여 측정된다.
본 개시의 추가의 양태는 금속 플레이트를 에어 절곡가공하기 위한 네스트형 이중 다이이고, 상기 이중 다이는 제 1 다이 폭(W1)을 갖는 제 1 다이 및 제 2 다이 폭(W2)을 갖는 제 2 다이를 포함하고, 제 2 다이 폭은 제 1 다이 폭보다 작고, 제 2 다이는 제 1 다이의 하측 및 내측에 위치되고, 제 1 다이 및 제 2 다이의 다이 지지체에 의해 형성되는 평면들이 평행하도록, 그리고 제 1 다이 및 제 2 다이의 중심선들이 평행하고, 둘 모두가 제 1 다이 및 제 2 다이의 상연부에 의해 형성되는 평면에 수직인 평면 내에 위치되도록 정렬된다.
이러한 네스트형 이중 다이는 도 18에 개략적으로 도시되어 있다. 네스트형 이중 다이가 본 개시의 바람직한 실시형태에 따른 제 1 절곡가공 단계 및 제 2 절곡가공 단계를 확실히 제공하도록, 제 1 다이(103)와 제 2 다이(203) 사이의 높이 차이(H)는 도 18에 도시된 네스팅 각도(nesting angle; β)가 전술한 바람직한 절곡가공 각도(α)의 1/2이되도록 설정된다. 마찬가지로, 제 2 다이 폭(W2)은 제 1 다이 폭(W1)의 약 1/4 내지 2/3, 전형적으로는 1/3 내지 2/3이 되도록 조절된다. H 및 X는 tan(β)에 관련되고, X는 (W1-W2)/2에 대응하므로, 이들 요구조건은 본 개시의 네스트형 이중 다이가 다음의 식을 따른다는 것을 의미한다.
Figure pct00016
; 및
Figure pct00017
바람직하게는,
Figure pct00018
; 및
Figure pct00019
바람직하게는,
Figure pct00020
; 및
Figure pct00021
바람직하게는,
Figure pct00022
바람직하게는,
Figure pct00023
바람직하게는,
Figure pct00024
더 바람직하게는,
Figure pct00025
위에서 설명한 바와 같이, 새로운 방법의 이점은 비교적 낮은 초기 절곡가공 각도에서 달성될 수 있다. 따라서, 다이 형상의 가능한 범위는 다음의 식을 만족시킨다.
Figure pct00026
바람직하게는,
Figure pct00027
바람직하게는,
Figure pct00028
바람직하게는,
Figure pct00029
바람직하게는,
Figure pct00030
위에서 특정된 W1 및 W2의 비율을 가진 이들 형상이 적절히 사용된다.
전술한 바와 같이, 본 방법론은 전형적으로 제 1 절곡 후의 스트레인이 특정 수준, 바람직하게는 2% 내지 6%가 되도록 보장한다. 스트레인은 절곡가공될 재료의 두께에 비례하므로 대안적으로 본 방법론은 다음의 식을 이용하여 이 두께의 항으로 표현될 수 있다.
Figure pct00031
H를 도출하면,
Figure pct00032
Figure pct00033
및
Figure pct00034
는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00035
Figure pct00036
그리고, 앞에서 도출된 바와 같이,
Figure pct00037
따라서,
Figure pct00038
비율 H/t에 의해 재료 두께를 기준으로 높이 조절을 수행하는 것이 더 간단해진다. 비율 H/t의 값은 높이 H를 얻는 재료 두께의 배수이다.
도 21b 및 도 22b는 다양한 비율의 W2/W1에 대한 일정한 스트레인(도 21b - 2% 및 6%; 도 22b - 2.5% 및 4.5%)에서 H/t 대 W2/t의 플롯을 도시한다.
전술한 바와 같이, 고강도 재료의 가장 일반적인 다이 폭은 10*t 내지 13*t의 범위이다. 2% 내지 6%의 바람직한 스트레인과 2/5 내지 1/2의 바람직한 폭 비율(W2/W1)에 대해 H/t의 범위는 다음과 같다.
Figure pct00039
2/5 내지 1/2의 W2/W1의 비율과 2.5% 내지 4.5%의 스트레인에 대해, H/t의 범위는 다음과 같다.
Figure pct00040
이들 식은 주어진 재료 및 다이 폭에 대해 원하는 스트레인을 달성하기 위해 필요한 절곡가공 펀치의 대략적인 변위를 결정하는데 적용될 수 있다. 이 파라미터는 조절가능한 다이를 사용하여 본 방법을 실행하는 경우에 유용하다. 예를 들면, 본 기술분야로부터 공지된(그리고 위에서 설명된) α에 대해 이식을 재배열하면, 절곡가공 펀치의 변위는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00041
여기서,
Figure pct00042
은 최초 다이 폭이고,
Figure pct00043
는 이동가능한 다이에 대한 진입 다이 반경이고,
Figure pct00044
는 나이프 반경이고,
Figure pct00045
는 제 1 절곡가공 단계의 종료 시의 추정 각도이다.
절곡부 각도는 다음과 같이 스트레인과 관련하여 표현될 수 있다.
Figure pct00046
여기서,
Figure pct00047
는 제 1 절곡 후에 이동가능한 다이가 조절될 제 2 다이 폭이다.
Figure pct00048
는 제 1 다이 폭과 제 2 다이 폭 사이의 비율(또는 대안적으로 대응하는 네스트형 이중 다이에 대한 외부 다이 폭과 내부 다이 폭 사이의 비율)이다.
ε는 제 1 절곡가공 단계에서 사전-스트레이닝(pre-straining)의 수준이다.
조절가능한 다이의 경우, 두 다이 지지체가 조절되어야 할 거리 X(도 18 참조)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00049
또는,
Figure pct00050
네스트형 이중 다이에 대해 입증되는 바와 같이 다음과 같다.
Figure pct00051
따라서,
Figure pct00052
는
Figure pct00053
이다(도 18 참조).
도 20은 상이한 비율의 W2/W1에 대해 X/t 값이 W2/t에 관하여 어떻게 변화하는지를 보여준다.
바람직하게는, 제 1 다이의 림은 롤러를 포함한다. 제 1 다이에서 롤러를 사용하면 플레이트가 다이와 접촉하는 마찰을 감소시키고, 절곡가공 힘이 절곡부에 집중될 가능성 및 변형 발생의 가능성을 감소시킨다.
본 개시의 또 다른 양태는 높이 조절 수단 상에 장착되는 조절가능한 다이 부분을 포함하는 재료(예를 들면, 금속)의 플레이트를 에어 절곡가공하기 위한 조절가능한 다이이고, 조절가능한 다이 부분은 다이 폭의 조절되도록 허용하는 이동가능한 연부를 포함하고, 상기 높이 조절 수단은 조절가능한 다이 부분의 위치가 다이 개구에 의해 형성되는 평면에 수직인 방향으로 가역적으로 이동하는 것을 허용하고, 상기 가역적 이동은 외력의 영향으로 실행될 수 있는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 높이 조절 수단의 가역적 이동은 조절가능한 다이 부분의 다이 폭이 다이 연부와 다이 개구의 평면 아래에 위치하는 공칭점에 의해 형성되는 각도를 변화시킴이 없이 조절되도록 허용할 수 있다. 이러한 방식으로, 높이 조절 수단은, 다이 연부의 이동이 다이 연부와 펀치 사이의 절곡가공 모멘트의 변화를 유발함이 없이, 절곡가공 펀치가 제 1 에어 절곡가공 단계 후에 금속 플레이트와 접촉하고 있는 동안에 다이 폭의 조절을 허용한다.
따라서, 본 개시의 또 다른 양태는 재료(예를 들면, 금속)의 플레이트를 에어 절곡가공하기 위한 장치로서,
높이 조절 수단 상에 장착된 조절가능한 다이 부분을 포함하는 조절가능한 다이 - 상기 조절가능한 다이 부분은 평행한 이동가능한 연부들를 포함하고, 상기 연부에는 다이 폭을 가진 다이 개구가 형성되고, 상기 이동가능한 연부는 상기 다이 폭이 조절되도록 허용함 -, 및
상기 이동가능한 연부에 평행하게 배향되고, 상기 이동가능한 연부로부터 등거리인, 그리고 상기 조절가능한 다이의 다이 개구에 의해 형성된 평면에 수직인 평면 내에서 상기 다이 개구의 상측 위치로부터 상기 다이 개구 하측 위치까지 이동하도록 배치된 절곡가공 펀치를 포함하고,
상기 높이 조절 수단은 다이 개구에 의해 형성된 평면에 수직인 방향으로 조절가능한 다이 부분의 위치를 가역적으로 이동시키도록 허용하고,
높이 조절 수단의 가역적 이동으로 인해, 이동가능한 연부 및 절곡가공 펀치에 의해 형성되는 각도를 변화시킴이 없이 절곡가공 펀치가 다이 개구 아래의 위치에 위치하고 있는 동안에, 조절가능한 다이의 다이 폭이 조절되도록 허용될 수 있다.
전형적으로, 높이 조절 수단은 스프링 또는 피스톤, 바람직하게는 피스톤이다.
본 개시의 또 다른 양태는 재료(예를 들면, 금속)의 플레이트를 에어 절곡가공하기 위한 장치로서,
조절가능한 다이 부분을 포함하는 조절가능한 다이 - 상기 조절가능한 다이 부분은 다이 폭이 조절되도록 허용하는 이동가능한 연부를 포함함 - 및
접촉 부분, 힘 제공 부분 및 높이 조절 수단을 포함하는 절곡가공 펀치를 포함하고, 상기 높이 조절 수단은 접촉 부분의 위치가 다이 개구에 의해 형성되는 평면에 수직인 방향으로 절곡가공 펀치의 힘 제공 부분에 대해 가역적으로 이동하는 것을 허용한다.
본 장치는 에어 절곡가공에 적합하고, 따라서 이동가능한 연부들은 평행하고, 다이 폭을 가진 다이 개구를 형성하고, 절곡가공 펀치는 이동가능한 연부에 평행하게 배향되고, 이동가능한 연부로부터 등거리인, 그리고 조절가능한 다이의 다이 개구에 의해 형성되는 평면에 수직인 평면 내에서 다이 개구 위의 위치로부터 다이 개구 아래의 위치까지 이동하도록 배치된다.
높이 조절 수단은, 절곡가공 펀치의 힘 제공 부분의 임의의 이동 또는 변화를 필요로 함이 없이 다이 폭이 조절되는 동안에, 플레이트의 임의의 이동을 보상한다. 다시 말하면, 플레이트가 절곡가공 펀치에 의해 절곡가공된 경우, 펀치의 접촉 부분은 조절가능한 다이의 이동가능한 연부들 사이(또는 아래)에 위치한다. 플레이트가 정위치에 있는 동안에 다이 폭을 조절하면 플레이트가 접촉 부분에 대해 상방으로 가압된다(또는 대안적으로 다이 폭이 증가된 경우에는 플레이트가 접촉 부분으로부터 멀어지는 방향으로 하강한다). 높이 조절 수단은 접촉 부분을 상승 또는 하강시켜 이를 보완하므로, 다이 폭이 조절되는 동안에 플레이트 상에 절곡가공 힘의 어떤 변화도 없이, 그리고 힘 제공 부분의 어떤 변화도 요구함이 없이 플레이트와 접촉된 상태를 유지한다.
따라서, 바람직하게는 높이 조절 수단으로 인해, 변화시킴이 없이, 그리고 힘 제공 부분의 어떤 이동도 없이, 펀치의 접촉 부분이 다이 개구 아래의 위치에 위치하는 동안에 조절가능한 다이의 다이 폭 부분이 조절되도록 허용된다.
따라서, 본 개시는 재료(예를 들면, 금속)의 플레이트를 에어 절곡가공하기 위한 장치를 제공하며, 이 장치는,
조절가능한 다이 부분을 포함하는 조절가능한 다이 - 상기 조절가능한 다이 부분은 평행한 이동가능한 연부들를 포함하고, 상기 연부에는 다이 폭을 가진 다이 개구가 형성되고, 상기 이동가능한 연부는 상기 다이 폭이 조절되도록 허용함 -, 및
상기 이동가능한 연부에 평행하게 배향되고, 상기 이동가능한 연부로부터 등거리인, 그리고 상기 조절가능한 다이의 다이 개구에 의해 형성된 평면에 수직인 평면 내에서 상기 다이 개구의 상측 위치로부터 상기 다이 개구 하측 위치까지 이동하도록 배치된 절곡가공 펀치를 포함하고,
상기 절곡가공 펀치는 접촉 부분, 힘 제공 부분 및 높이 조절 수단을 포함하고,
상기 높이 조절 수단은 접촉 부분의 위치가 다이 개구에 의해 형성되는 평면에 수직인 방향으로 절곡가공 펀치의 힘 제공 부분에 대해 가역적으로 이동하는 것을 허용하고, 높이 조절 수단으로 인해, 변화시킴이 없이, 그리고 힘 제공 부분의 어떤 이동도 없이, 펀치의 접촉 부분이 다이 개구 아래의 위치에 위치하는 동안에 조절가능한 다이의 다이 폭 부분이 조절되도록 허용된다.
이러한 실시형태에서, 조절가능한 다이 부분은 W1의 최대 다이 폭을 가지며, 이동가능한 연부는 바람직하게는 아래의 식과 같은 W2의 제 2 다이 폭을 제공하도록 다이 폭을 조절할 수 있다.
Figure pct00054
더 바람직하게는,
Figure pct00055
더 바람직하게는,
Figure pct00056
더 바람직하게는,
Figure pct00057
마찬가지로, 높이 조절 수단은 바람직하게는 W1(여기서, W1은 제 1 다이의 다이 폭임)의 4% 이상을 이동할 수 있고, 바람직하게는 W1의 5% 이상, 더 바람직하게는 W1의 7.5% 이상, 더 바람직하게는 W1의 4% 내지 W1의 55%, 더 바람직하게는 W1의 4% 내지 40%, 더 바람직하게는 W1의 5% 내지 35%, 대안적으로는 W1의 10% 내지 W1의 55%, 더 바람직하게는 W1의 15% 내지 W1의 40%를 이동할 수 있다.
다음의 비제한적 실시례는 본 개시의 방법론을 구현한다.
실시례 1
960 MPa의 항복 강도를 가진 6 mm 두께의 수 개의 열간 압연 강 플레이트를 종래의 에어 절곡가공 다이 및 본 개시에 따른 네스트형 이중 다이를 사용하여 90°로 절곡가공하였다. 이중 다이는 180 mm의 폭을 가진 외부 다이 및 80 mm의 폭을 가진 내부 다이(즉, 13xt)로 구성하였다. 내부 다이는 외부 다이 아래 35 mm(즉, 진입 다이 반경의 상면 사이의 거리)에 위치되었다 이 구성을 사용하면 제 1 절곡가공 각도는 약 70°이다. 개략적인 사전-스트레인 백분율은 약 4.1%였다. 대조 절곡가공은 80 mm의 다이 폭을 가진 단일 절곡가공 다이를 사용하였다.
얻어진 결과는 다음의 표에 요약되어 있다.
Figure pct00058
이들 데이터는 본 개시의 방법론을 사용하여 얻어진 절곡성이 종래의 단일 절곡가공 단계를 사용한 것에 비해 상당히 개선되었음을 보여준다.
실시례 2
1000 DP HT 및 1200M로 표시되는 2 가지 유형의 고강도 냉간 압연 강(각각 1000 및 1200 MPa의 항복 강도를 가짐)을 종래의 에어 절곡가공 및 본 개시에 따른 2 단계 방법을 이용하여 90°로 절곡가공하였다.
각각 상이한 두께 1.0 mm 및 1.4 mm의 시험된 두 재료 모두에 대해 동일한 셋업의 이중 다이가 사용되었다 2 가지 시험을 위한 셋업은 아래의 표에 나타나 있다.
Figure pct00059
결과는 아래의 표에 나타나 있다.
Figure pct00060
볼 수 있듯이, 본 개시의 방법론을 이용하면 절곡성이 상당히 개선된다.
실시례 3
실물 크기의 3 미터 길이의 네스트형 이중 다이를 시험하여 이전에 제시된 더 짧은 샘플의 경우와 동일한 개선을 확인하였다. 본 시험에서 사용된 재료는 960 MPa의 항복 강도 및 약 1050 MPa의 극한 강도를 가진 6 mm 열간 압연 강이다. 모든 시험에서 재료는 90 도 절곡가공되었다.
최초에 400 mm의 길이를 가진 짧은 샘플을 종래 다이에서 절곡가공하여 적용된 재료의 최소 절곡가공 반경을 얻었다. 다음 단계에서, 내부 다이의 높이 위치를 최적화하기 위해 짧은 샘플을 실물 크기의 네스트형 이중 다이에서 절곡가공하였다. 마지막으로 실물 길이의 플레이트를 절곡가공하였다. 아래의 표에 이들 시험을 위한 셋업이 나타나 있다.
Figure pct00061
얻어진 결과는 다음의 표에 요약되어 있다.
Figure pct00062
이 결과로부터 이중 다이 절곡가공의 적용에 의한 절곡성의 개선은 긴 빔을 절곡가공하는데도 여전히 효과가 있음이 확인된다.
실시례 4
10 mm 두께의 열간 압연된 900 MPa 재료를 이중 다이 절곡가공으로 시험하였다. 이 시험의 목표는, 예를 들면, 대형 차량 프레임 빔의 성능을 향상시킬 수 있는 절곡가공 반경을 얻기 위한 것이다. 이러한 성능 향상을 위해 필요한 절곡가공 반경은 두께의 2 배에 근접한다. 종래의 절곡가공의 경우, 700 내지 900의 항복 수준 사이에서 절곡성 성능에 관하여 거대한 단계이다.
아래의 표는 이 시험을 위한 셋업을 보여준다.
Figure pct00063
사용된 재료 집단(batch)은 이것이 가져야 할 성능에 비해 상당히 부족한 절곡성 성능을 가졌다. 본 데이터 시트는 4.5xt가 종래의 절곡가공을 위한 최소 절곡가공 반경임을 나타내고 있다.
이러한 특정의 재료 집단의 경우, 약간 더 큰, 즉, 5xt가 "평탄화"를 방지하는 것으로 확인되었다. "평탄화" 경향은 절곡부의 외부 섬유가 국소화하는, 그리고 균질한 형상의 곡률을 얻지 못하는 경향이다. 그러나, 절곡가공의 성능이 나쁜 재료의 경우에도, 본 이중 절곡가공 기법은 절곡성을 대단히 향상시킨다. 아래의 표에 그 결과가 나타나 있다.
Figure pct00064
생산된 이 빔은 100 mm의 플랜지-높이만 가지고 있었지만, 외부 공구는 공정의 초기 단계에서 지지할 수 있는 추가의 재료를 필요로 하지만 여전히 이중 다이 절곡가공에 의해 가능하였다.
실시례 5
동일한 다이 폭 및 큰 펀치를 사용한 예비 절곡가공.
먼저 두께 6 mm의 열간 압연 960 재료를 35 mm 반경의 펀치를 사용하여 약 α= 60 도로 예비-절곡가공하였다. 다음에 펀치를 더 좁은 크기(즉, 반경 18 mm)로 변경하였고. 최종적으로 90 도의 절곡부로 절곡가공하였다.
다음 시험에서, 18 mm의 펀치 반경으로 1회의 절곡가공 스트로크를 이용하여 종래의 방식으로 동일한 재료에 대해 동일한 절곡부를 형성하였다.
두 실험 모두에서 동일한 다이 폭(W=85 mm)을 사용하였다.
도 19에서 형상의 차이를 보여주기 위해 2 개의 절곡부를 하나의 도면에 제시하였다. 그러므로 본 이미지는 본 개시 따라 절곡가공된 플레이트의 사진(우측)과 종래 기술의 방법론에 따라 절곡가공된 플레이트(좌측)로 구성된 합성사진이다. 양 이미지는 펀치와 다이가 대략 일치되도록 정렬되었다. 그러나, 좌우측 사이의 분할선은 플레이트의 불연속에서 명확히 나타난다. 이 도면은 더 큰 펀치 반경을 갖는 예비 절곡가공 단계를 포함하는 본 개시의 방법론을 사용함으로써 개선된 곡률이 달성됨을 보여준다.
도 23a 및 도 23b는 실시례 1 내지 4의 각각에 대한 예비-절곡가공 각도(α) 대 W2/t 값을 도시하며, 2.5-4.5%의 스트레인 간격이 점선으로 도시되어 있다. 실시례 1, 3 및 4는 1/2.25의 W2/W1 비율을 가진 이중 다이를 사용하고, 반면에 실시례 2의 이중 다이는 1/2.45의 비율을 갖는다. 도 24a 및 도 24b는 H/t 대 W2/t 값에 대한 유사한 플롯을 도시한다. 알 수 있듯이, 모든 실시례는 본 방법을 최적화하는데 전형적으로 필요한 원하는 스트레인 범위 내에 있다.
청구항의 범위 내에서 본 개시의 추가의 변형은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들면, 본 개시에 따른 방법은 반드시 네스트형 이중 다이 또는 조절가능한 다이를 사용하여 실행할 필요는 없고, 제 1 절곡가공 힘 및 제 2 절곡가공 힘이 재료의 플레이트의 동일한 지점에 그리고 동일한 방향으로 가해질 수 있는 한 임의의 다이 또는 다이들을 이용하여 실행할 수도 있다. 더욱이, 본 방법은 반드시 균일한 두께 및 단면을 가진 평평한 재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 것에 제한될 필요는 없다. 재료의 플레이트는 하나 이상의 비평면 부분을 포함할 수 있고, 및/또는 불균일한 두께 및/또는 불균일한 단면을 가질 수 있다.

Claims (21)

  1. 재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법으로서,
    제 1 절곡가공 펀치 및 제 1 다이 폭을 가진 제 1 다이를 사용하여 제 1 절곡가공 힘을 가함으로써 제 1 에어(air) 절곡가공 단계에서 재료의 플레이트를 에어 절곡가공하는 단계; 다음에
    제 2 절곡가공 펀치 및 제 2 다이 폭을 가진 제 2 다이를 사용하여 제 2 절곡가공 힘을 가함으로써 제 2 에어 절곡가공 단계에서 재료의 플레이트를 에어 절곡가공하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 절곡가공 힘 및 제 2 절곡가공 힘은 상기 플레이트의 동일한 지점에서 동일한 방향으로 가해지고,
    상기 제 2 다이 폭은 상기 제 1 다이 폭보다 작고, 및/또는
    상기 제 2 절곡가공 펀치의 반경은 상기 제 1 절곡가공 펀치의 반경보다 작은,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 다이 폭은 상기 제 1 다이 폭보다 작은,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 다이가 상기 제 1 다이 하측 및 내측에 위치하는 네스트형(nested) 이중 다이가 사용되고, 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이는, 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이에 의해 형성된 평면들이 평행하도록, 그리고 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이의 중간점이 상기 제 1 절곡가공 단계 및 상기 제 2 절곡가공 단계 중에 상기 절곡가공 펀치가 통과하는 평면에 위치하도록, 정렬되는,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 절곡가공 단계 후에, 상기 제 1 다이 폭은 상기 제 2 다이 폭을 가진 상기 제 2 다이를 형성하도록 조절되는,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 절곡가공 펀치의 중량은 상기 다이 폭이 조절되는 동안에 상기 플레이트를 정위치에 유지시키는,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에있어서,
    높이 조절 수단이 상기 제 2 다이 폭을 형성하기 위한 조절 중에 상기 펀치에 대해 상기 플레이트를 압박하는,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일한 상기 절곡가공 펀치가 상기 제 1 절곡가공 펀치 및 상기 제 2 절곡가공 펀치로서 사용되는,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 다이 폭(W1) 및 상기 제 2 다이 폭(W2)은 다음의 관계, 즉
    Figure pct00065

    를 만족시키는,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 W1은 18t 내지 30t, 바람직하게는 20t 내지 25t이고, 상기 W2는 8t 내지 20t, 바람직하게는 8t 내지 15t, 바람직하게는 10t 내지 13t이고, 상기 t는 절곡가공되는 플레이트의 두께인,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    네스트형 이중 다이가 사용되고, 상기 제 1 다이와 상기 제 2 다이 사이의 높이 차이(H)는 다음의 관계,
    Figure pct00066

    바람직하게는,
    Figure pct00067

    을 만족시키는,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Figure pct00068

    바람직하게는,
    Figure pct00069

    이고,
    여기서 H는 상기 제 1 다이와 상기 제 2 다이 사이의 높이 차이이고, t는 절곡가공되는 재료의 두께인,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 6 항 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 절곡가공 펀치의 반경은 상기 제 1 절곡가공 펀치의 반경보다 작은,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 절곡가공 단계의 말기에 상기 절곡부의 외부 섬유의 스트레인은 2% 내지 9%, 바람직하게는 2% 내지 6%, 더 바람직하게는 2.5% 내지 4.5%인,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 절곡가공 단계 후에, 상기 절곡가공 각도는 15° 내지 120°, 바람직하게는 20° 내지 100°인,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료는 금속 재료인,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료는 0.85 내지 1.0의 항복 대 인장 강도 비율을 갖는,
    재료의 플레이트에 절곡부를 형성하는 방법.
  17. 금속 플레이트를 에어 절곡가공하기 위한 네스트형 이중 다이로서, 상기 이중 다이는 제 1 다이 폭(W1)을 가진 제 1 다이 및 제 2 다이 폭(W2)을 가진 제 2 다이를 포함하고, 상기 제 2 다이 폭은 상기 제 1 다이 폭보다 작고, 상기 제 2 다이는 상기 제 1 다이의 하측 및 내측에 위치되고, 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이의 다이 지지체에 의해 형성된 평면이 평행하도록, 그리고 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이의 중심선들이 평행하고, 상기 중심선들 둘 모두가 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이의 상연부에 의해 형성된 평면에 수직인 평면 내에 위치하도록 정렬되고,
    상기 네스트형 이중 다이는 다음의 식에 따르고,
    Figure pct00070
    및
    Figure pct00071

    여기서 H는 상기 제 1 다이와 상기 제 2 다이 사이의 높이 차이인,
    네스트형 이중 다이.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 다이의 높이는 상기 제 1 다이에 대해 조절될 수 있는,
    네스트형 이중 다이.
  19. 제 17항 또는 제18 항에 있어서,
    다음의 식,
    Figure pct00072
    및
    Figure pct00073

    이 만족되는,
    네스트형 이중 다이.
  20. 금속 플레이트를 에어 절곡가공하기 위한 장치로서,
    높이 조절 수단 상에 장착된 조절가능한 다이 부분을 포함하는 조절가능한 다이 - 상기 조절가능한 다이 부분은 평행한 이동가능한 연부들를 포함하고, 상기 연부에는 다이 폭을 가진 다이 개구가 형성되고, 상기 이동가능한 연부는 상기 다이 폭이 조절되도록 허용함 -, 및
    상기 이동가능한 연부에 평행하게 배향되고, 상기 이동가능한 연부로부터 등거리인, 그리고 상기 조절가능한 다이의 다이 개구에 의해 형성된 평면에 수직인 평면 내에서 상기 다이 개구의 상측 위치로부터 상기 다이 개구 하측 위치까지 이동하도록 배치된 절곡가공 펀치를 포함하고,
    상기 높이 조절 수단은 상기 조절가능한 다이 부분의 위치가 상기 다이 개구에 의해 형성된 평면에 수직인 방향으로 가역적으로 이동하는 것을 허용하고, 상기 높이 조절 수단의 가역적 이동은, 상기 절곡가공 펀치가 상기 이동가능한 연부와 상기 절곡가공 펀치에 의해 형성된 각도를 변화시키지 않은 상태에서 상기 다이 개구의 하측에 위치되는 동안에, 상기 조절가능한 다이의 다이 폭이 조절되도록 허용할 수 있는,
    공기 절곡가공 장치.
  21. 금속 플레이트를 에어 절곡가공하기 위한 장치로서,
    조절가능한 다이 부분을 포함하는 조절가능한 다이 - 상기 조절가능한 다이 부분은 평행한 이동가능한 연부들를 포함하고, 상기 연부에는 다이 폭을 가진 다이 개구가 형성되고, 상기 이동가능한 연부는 상기 다이 폭이 조절되도록 허용함 -, 및
    상기 이동가능한 연부에 평행하게 배향되고, 상기 이동가능한 연부로부터 등거리인, 그리고 상기 조절가능한 다이의 다이 개구에 의해 형성된 평면에 수직인 평면 내에서 상기 다이 개구의 상측 위치로부터 상기 다이 개구 하측 위치까지 이동하도록 배치된 절곡가공 펀치를 포함하고,
    상기 절곡가공 펀치는 접촉 부분, 힘 제공 부분 및 높이 조절 수단을 포함하고,
    상기 높이 조절 수단은 상기 접촉 부분의 위치가 상기 다이 개구에 의해 형성된 평면에 수직인 방향으로 상기 절곡가공 펀치의 힘 제공 부분에 대해 가역적으로 이동되도록 허용하고, 상기 높이 조절 수단은, 상기 이동가능한 연부 및 상기 접촉 부분에 의해 형성된 각도를 변화시키기 않는 상태로 그리고 상기 힘 제공 부분의 어떤 이동도 없는 상태로 상기 펀치의 접촉 부분이 상기 다이 개구의 하측의 위치에 위치하는 동안에, 상기 조절가능한 다이의 다이 폭이 조절되도록 허용하는,
    공기 절곡가공 장치.
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