KR20200136105A

KR20200136105A - 금속판 전단장치 및 그 제어방법과 금속판 전단방법

Info

Publication number: KR20200136105A
Application number: KR1020190061713A
Authority: KR
Inventors: 정연일
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-12-07
Also published as: US20200376573A1; CN111992790A; US11331731B2

Abstract

금속판 전단장치 및 그 제어방법과 금속판 전단방법을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치는 하부패드; 하부패드 위에 승강 가능하게 설치되며 하부패드 위에 놓인 절단대상 금속판의 상면을 가압해 고정하는 상부패드; 상부패드 측면에 인접하여 승강 가능하게 설치되며 하강에 의해 금속판의 전단라인을 전단하는 전단날; 및 금속판의 전단라인을 국부적으로 가열하는 가열장치를 포함한다.

Description

금속판 전단장치 및 그 제어방법과 금속판 전단방법{METAL PLATE SHEARING DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF, AND METAL PLATE SHEARING METHOD}

본 발명은 전단 과정에서 칩(chip) 또는 버(burr)의 발생을 최소화할 수 있는 금속판 전단장치 및 그 제어방법과 금속판 전단방법에 관한 것이다.

차체의 부품을 제조하기 위한 프레스공정은 금속판을 가압해 성형하는 드로잉(drawing) 공정, 드로잉 공정 후 불필요한 부분을 절단하여 제거하는 트리밍(trimming) 공정, 추가 형상을 만드는 플랜징(flanging) 공정, 홀 등을 가공하는 피어싱(piecing) 공정을 포함할 수 있다. 이 중 트리밍 공정은 완성된 부품의 전단면 품질을 결정하기 때문에 중요하다.

트리밍 공정처럼 금속판을 전단하는 전단장치는 금속판이 놓이는 하부패드, 하부패드에 놓인 금속판 상면을 가압해 고정하는 상부패드, 고정된 금속판를 전단하는 전단날을 포함할 수 있다. 금속판은 하부패드와 상부패드에 의해 고정된 후 전단날의 하강동작에 의해 전단될 수 있다.

금속판의 전단면은 하강하는 전단날에 의해 소성변형되면서 잘리는 상측의 전단영역(Shear zone)과, 전단날의 하중에 의해 소성변형 없이 파단되는 하측의 파단영역(Breaking zone)을 포함할 수 있다. 통상적으로 강판보다 연성이 부족한 알루미늄판은 전단 시 전단면의 취성 파단으로 인해 전단영역보다 파단영역이 크다.

알루미늄판처럼 상대적으로 연성이 부족한 금속판은 전단과정에서 파단영역이 증가하면서 칩(Chip)과 버(Burr)의 발생이 많아진다. 하강하는 전단날이 파단영역의 불균일한 파면을 긁어 내리면서 많은 칩을 발생시키고, 하강하는 전단날이 불균일한 파면을 밀어 내리면서 버를 발생시킨다. 전단 과정에서 발생한 칩과 버는 제품의 취급과정에서 표면의 흠집이나 불량을 야기할 수 있다.

본 발명의 일 측면은 전단 과정에서 칩(chip) 또는 버(burr)의 발생을 최소화할 수 있는 금속판 전단장치 및 그 제어방법과 금속판 전단방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하부패드; 상기 하부패드 위에 승강 가능하게 설치되며 상기 하부패드 위에 놓인 절단대상 금속판의 상면을 가압해 고정하는 상부패드; 상기 상부패드 측면에 인접하여 승강 가능하게 설치되며 하강에 의해 상기 금속판의 전단라인을 전단하는 전단날; 및 상기 금속판의 전단라인을 국부적으로 가열하는 가열장치를 포함하는 금속판 전단장치가 제공될 수 있다.

상기 가열장치는 상기 전단날 하부의 상기 하부패드 측면에 인접하여 승강 가능하게 설치될 수 있다.

상기 가열장치는 상기 하부패드의 측면에 인접하여 승강 가능하게 설치된 지지블록; 상기 지지블록 상부에 설치되며 상기 금속판의 전단라인을 가열하는 유도가열히터; 및 상기 지지블록 상부에 마련되어 상기 유도가열히터를 수용하며 상면이 개방된 히터수용부;를 포함할 수 있다.

상기 가열장치는 상기 유도가열히터에 의한 상기 지지블록의 가열을 차단하도록 상기 히터수용부 내면에 마련된 유도가열차폐부를 더 포함할 수 있다.

상기 유도가열차폐부는 상기 히터수용부 내면에 코팅된 부도체물질을 포함할 수 있다.

상기 가열장치는 고정된 상태로 상기 지지블록에 슬라이딩 가능하게 결합되며 상기 지지블록의 승강을 안내하는 복수의 승강안내로드; 및 상기 복수의 승강안내로드의 외면에 각각 설치되며 상기 지지블록에 상승 복원력을 부여하는 복원스프링;을 더 포함할 수 있다.

상기 금속판 전단장치는 상기 금속판의 전단라인과 인접하는 상기 하부패드의 상측 모서리부, 상기 상부패드의 하측 모서리부, 상기 전단날의 하부를 냉각시키는 냉각장치를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각장치는 상기 하부패드의 상측 모서리부, 상기 상부패드의 하측 모서리부, 상기 전단날의 하부에 각각 마련된 냉매관로; 및 상기 냉매관로로 냉매를 공급하는 냉매공급부;를 포함할 수 있다.

상기 가열장치는 상기 금속판 전단라인과 인접하는 상기 상부패드의 하측 모서리부와 상기 하부패드의 상측 모서리부 중 적어도 하나에 마련될 수 있다.

상기 상부패드 또는 상기 하부패드는 상기 가열장치의 열이 상기 가열장치의 위치로부터 다른 영역으로 확산되는 것을 차단하는 열차단부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 하부패드 위에 전단 대상의 금속판이 놓이면 상부패드를 하강시켜 상기 금속판을 가압해 고정하고; 상기 하부패드 위에 상기 금속판이 놓이면 가열장치가 상기 금속판의 전단라인을 국부적으로 가열하고; 상기 금속판의 전단라인을 가열한 후 전단날을 하강시켜 상기 금속판의 전단라인을 전단하도록 제어하는 금속판 전단장치의 제어방법이 제공될 수 있다.

상기 금속판의 전단라인이 200 ~ 300℃로 가열되도록 상기 가열장치를 제어할 수 있다.

상기 가열장치에 의한 가열은 상기 하부패드 위에 상기 금속판이 놓인 후 시작하고, 상기 전단날이 상기 금속판의 전단라인을 전단하기 전에 종료하도록 제어할 수 있다.

상기 가열장치가 상기 금속판의 전단라인을 가열하는 동안에는 상기 금속판의 전단라인과 인접하는 상기 하부패드의 상측 모서리부, 상기 상부패드의 하측 모서리부, 상기 전단날의 하부를 냉각시키는 냉각장치를 동작시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전단장치의 하부패드와 상부패드로 전단대상의 금속판을 고정하고; 상기 금속판의 전단라인을 설정온도로 가열해 상기 금속판의 전단라인 신율을 국부적으로 향상시키고; 상기 금속판의 전단라인을 가열한 후 상기 전단장치의 전단날을 하강시켜 상기 금속판의 전단라인을 전단하는 금속판 전단방법이 제공될 수 있다.

상기 전단방법은 상기 전단라인의 전단영역이 50%이상 형성되고, 파단영역이 상기 전단라인의 내측으로 형성되도록 할 수 있다.

상기 금속판은 알루미늄판 또는 마그네슘판일 수 있다.

상기 전단방법은 상기 전단날의 하강궤적과 수직인 선에 대한 상기 금속판의 기울기에 의해 결정되는 전단각도(θ)를 0도로 설정한 경우, 상기 전단날과 상기 상부패드의 이격에 의해 결정되는 전단간극(t)을 상기 금속판 두께의 10 ~ 20%로 설정할 수 있다.

상기 전단방법은 상기 전단날의 하강궤적과 수직인 선에 대한 상기 금속판의 기울기에 의해 결정되는 전단각도(θ)를 0 ~ 5도로 설정한 경우, 상기 전단날과 상기 상부패드의 이격에 의해 결정되는 전단간극(t)을 상기 금속판 두께의 5 ~ 15%로 설정할 수 있다.

상기 전단방법은 상기 전단날의 하강궤적과 수직인 선에 대한 상기 금속판의 기울기에 의해 결정되는 전단각도(θ)를 5 ~ 10도로 설정한 경우, 상기 전단날과 상기 상부패드의 이격에 의해 결정되는 전단간극(t)을 상기 금속판 두께의 5 ~ 15%로 설정할 수 있다.

상기 전단방법은 상기 전단날의 하강궤적과 수직인 선에 대한 상기 금속판의 기울기에 의해 결정되는 전단각도(θ)를 10 ~ 15도로 설정한 경우, 상기 전단날과 상기 상부패드의 이격에 의해 결정되는 전단간극(t)을 상기 금속판 두께의 5 ~ 15%로 설정할 수 있다.

상기 전단방법은 상기 전단날의 하강궤적과 수직인 선에 대한 상기 금속판의 기울기에 의해 결정되는 전단각도(θ)를 15 ~ 20도로 설정한 경우, 상기 전단날과 상기 상부패드의 이격에 의해 결정되는 전단간극(t)을 상기 금속판 두께의 0 ~ 10%로 설정할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치는 가열장치가 금속판의 전단라인을 국부적으로 가열하여 전단라인의 신율을 높이기 때문에 전단 과정에서 칩(chip) 또는 버(burr)의 발생을 최소화할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치는 냉각장치가 금속판의 전단라인과 인접하는 하부패드의 상측 모서리부, 상부패드의 하측 모서리부, 전단날의 하측을 냉각시키기 때문에 가열장치의 가열에도 불구하고 전단장치의 손상을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치는 가열장치에 의한 가열이 금속판의 전단라인으로 제한되고, 전단라인의 주변이 냉각장치에 의해 냉각되기 때문에 전단 후 제품화될 금속판(하부패드와 상부패드에 의해 고정된 부분)의 열변형을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치의 가열장치 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선에 따른 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치의 전단동작을 단계적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치의 동작 타이밍도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치의 전단각도 및 전단날 간극을 조정한 상태를 나타낸다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치의 전단각도 및 전단날 간극을 변경함에 따른 금속판의 전단상태를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치의 가열장치 설치위치가 변경된 예를 나타낸다.

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 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치는 하부패드(10), 상부패드(20), 전단날(30), 가열장치(40), 냉각장치(50), 제어부(60)를 포함할 수 있다.

하부패드(10)는 상부에 전단대상의 금속판(1)이 놓이는 상면을 포함하고, 하부가 지면 또는 설치구조물에 고정될 수 있다.상부패드(20)는 하부패드(10)의 상부에 승강 가능하게 설치되고 하강동작에 의해 하부패드(10) 위에 놓인 금속판(1)의 상면을 가압해 고정할 수 있다.

전단날(30)은 상부패드(20)의 측면에 인접한 상태로 승강하도록 설치된다. 하부패드(10)와 상부패드(20)에 의해 고정된 금속판(1)의 전단라인(1a)은 전단날(30)이 하강하는 동작에 의해 전단될 수 있다.

가열장치(40)는 전단날(30) 하부의 하부패드(10) 측면에 인접한 상태로 승강 가능하게 설치되며, 하부패드(10)와 상부패드(20)에 의해 고정된 금속판(1)의 하측으로부터 금속판(1)의 전단라인(1a)을 가열할 수 있다.

도 1과 도 2를 참조하면, 가열장치(40)는 하부패드(10)의 측면에 인접하여 승강하는 지지블록(41)과, 지지블록(41) 상부에 설치되며 금속판(1)의 전단라인을 가열하는 유도가열히터(42)와, 유도가열히터(42)를 수용하도록 지지블록(41) 상부에 홈형태로 마련되며 상면이 개방된 히터수용부(43)를 포함한다.

유도가열히터(42)는 금속판(1)의 전단라인(1a)의 하부에 근접하도록 위치하며, 금속판(1) 전단라인(1a)만을 국부적으로 가열할 수 있도록 금속판(1)의 전단라인(1a)의 길이방향으로 길게 연장된다. 유도가열히터(42)를 지지하는 지지블록(41)의 히터수용부(43)도 금속판 전단라인(1a) 방향으로 길게 연장된다.

도 2와 도 3을 참조하면, 히터수용부(43)는 유도가열히터(42)를 완전히 수용할 수 있는 공간을 가진다. 히터수용부(43)는 유도가열히터(42)를 지지할 수 있도록 내부에 마련된 복수의 칸막이(43a)를 포함할 수 있다. 유도가열히터(42)는 복수의 칸막이(43a)에 의해 지지됨으로써 히터수용부(43)의 내면과 이격된 상태를 유지할 수 있다.

가열장치(40)는 도 3에 도시한 바와 같이, 유도가열히터(42)에 의한 지지블록(41)의 가열을 차단하도록 히터수용부(43) 내면에 마련된 유도가열차폐부(44)를 구비한다.

유도가열차폐부(44)는 500도 이상의 고온에서 견딜 수 있고, 자기장 차폐가 가능한 부도체물질이 히터수용부(43) 내면에 코팅되는 방식으로 마련될 수 있다. 일 예로 유도가열차폐부(44)는 세라믹코팅층일 수 있다. 유도가열차폐부(44)는 유도가열히터(42)의 자기장이 히터수용부(43)의 상측 개구를 통해 금속판(1) 쪽으로만 항하도록 하기 때문에 금속판 전단라인(1a)의 가열효율을 높일 수 있다.

가열장치(40)는 도 2에 도시한 바와 같이, 하측이 고정된 상태로 지지블록(41)의 슬라이딩홈(45)에 슬라이딩 가능하게 결합되어 지지블록(41)의 승강을 안내하는 복수의 승강안내로드(46)와, 복수의 승강안내로드(46)의 외면에 각각 설치되어 지지블록(41)에 상승 복원력을 부여하는 복원스프링(47)을 포함한다.

가열장치(40)의 지지블록(41)은 도 4의 예처럼 복원스프링(47)의 신장에 의해 상승한 상태를 유지하거나, 도 7의 예처럼 금속판(1)의 전단을 위해 전단날(30)이 하강할 때 밀려 하강할 수 있다. 금속판(1)을 전단한 후 전단날(30)이 상승하면, 지지블록(41)은 복원스프링(47)의 신장에 의해 다시 상승하여 유도가열히터(42)가 금속판(1) 전단라인(1a)에 근접하도록 할 수 있다.

본 실시 예는 금속판(1)의 전단라인(1a)을 유도가열히터(42)로 가열하는 방식을 제시하였으나, 가열방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 가열방식은 유도가열 외에도 복사 가열, 레이저 가열, 가스 가열 등이 채용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 냉각장치(50)는 금속판(1)의 전단라인(1a)과 인접하는 하부패드(10)의 상측 모서리부, 상부패드(20)의 하측 모서리부, 전단날(30)의 하측을 냉각시켜 하부패드(10), 상부패드(20), 전단날(30)이 유도가열히터(42)에 의해 가열되는 것을 방지한다.

냉각장치(50)는 하부패드(10)의 상측 모서리부, 상부패드(20)의 하측 모서리부, 전단날(30)의 하부에 각각 마련된 냉매관로(51,52,53)와, 이들 냉매관로(51,52,53)로 냉매를 공급하는 냉매공급부(54)를 포함할 수 있다. 냉매공급부(54)는 하부패드(10), 상부패드(20), 전단날(30)에 마련된 각 냉매관로(51,52,53)로 냉매를 공급하여 하부패드(10), 상부패드(20), 전단날(30)을 냉각시킬 수 있다. 또 냉매공급부(54)는 각 냉매관로(51,52,53)로부터 냉매를 회수하여 냉각시킨 후 각 냉매관로(51,52,53)로 재 공급할 수 있다.

제어부(60)는 설정된 프로그램에 따라 전원공급부(70)를 제어하여 유도가열히터(42)의 가열을 제어할 수 있고, 냉매공급부(54)를 제어해 각 냉매관로(51,52,53)로 냉매 공급을 제어할 수 있다.

본 실시 예는 냉매관로(51,52,53)와 냉매공급부(54)를 포함하는 냉각장치(50)를 제시하였으나, 냉각장치의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 냉각장치는 금속판(1)의 전단라인(1a)과 인접하는 하부패드(10)의 상측 모서리부, 상부패드(20)의 하측 모서리부, 전단날(30)의 하부에 에어를 분사하여 냉각시키는 방식일 수도 있다.

도면에 나타내지는 않았지만, 상부패드(20)와 전단날(30)은 각각 별도의 승강장치에 의해 승강할 수 있고, 이러한 승강장치들은 제어부(60)에 의해 동작이 제어될 수 있다. 그 밖에도 본 실시 예의 금속판 전단장치는 상부패드(20)의 승강 상태를 감지하는 복수의 센서, 전단날(30)의 승강 상태를 감지하는 복수의 센서, 금속판(1)의 전단라인(1a)이 가열되는 온도를 감지하는 온도센서, 상부패드(20)와 하부패드(30) 및 전단날(30)의 온도를 감지하는 복수의 온도센서를 포함할 수 있다. 센서들의 감지정보는 제어부(60)로 전달되고, 제어부(60)는 이를 토대로 금속판 전단장치의 동작을 제어할 수 있다.

다음은 도 4 내지 도 7을 참조하면서 금속판 전단장치의 동작을 설명한다.

도 4를 참조하면, 초기 상태에서 상부패드(20)와 전단날(30)은 상승한 상태를 유지하고, 가열장치(40)의 지지블록(41)은 상단이 하부패드(10)의 상면과 대등한 높이로 유지된다. 전단을 위한 금속판(1)은 이 상태에서 하부패드(10)의 상면 위에 놓일 수 있다. 금속판(1)은 알루미늄판 또는 마그네슘판일 수 있다. 본 실시 예의 설명에서 알루미늄판이란 순수 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판을 의미하고, 마그네슘판도 순수 마그네슘판 또는 마그네슘 합금판을 의미한다.

하부패드(10) 상면에 금속판(1)이 놓이면, 제어부(60)는 유도가열히터(42)에 전원을 공급하여 금속판(1)의 전단라인(1a)을 국부적으로 가열한다. 금속판(1)이 하부패드(10) 상면에 놓여 정지하기 전에 유도가열히터(42)의 가열이 이루어지면, 금속판(1)의 이동과정에서 금속판(1) 다른 부분의 가열에 의해 금속판(1)의 변형이 발생할 수 있다. 따라서 금속판(1)의 가열은 금속판(1)이 하부패드(10) 위에 놓인 후에 이루어짐이 바람직하다.

또 하부패드(10) 상면에 금속판(1)이 놓이면, 전단라인(1a)과 인접하는 하부패드(10)의 상측 모서리부, 상부패드(20)의 하측 모서리부, 전단날(30) 하측의 가열 방지를 위해 냉매공급부(54)를 동작시켜 이 부분들의 냉각이 이루어지도록 한다. 제어부(60)는 도 5에 도시한 바와 같이, 금속판(1)의 결속을 위해 상부패드(20)를 하강시켜 금속판(1)을 고정한다.금속판(1)이 고정된 후, 제어부(60)는 도 6에 도시한 바와 같이, 금속판 전단라인(1a)의 전단을 위해 전단날(30)을 하강시킨다. 이때 제어부(60)는 유도가열히터(42)에 의해 전단날(30)이 가열되는 것을 방지하기 위해 전단날(30)이 금속판(1)에 도달하기 직전에 유도가열히터(42)의 가열을 종료시킬 수 있다.

도 6의 상태에서 전단날(30)이 더 하강하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 금속판(1)의 전단라인(1a)이 전단날(30)에 의해 전단되고, 가열장치(40)의 지지블록(1)은 하강하는 전단날(30)에 밀려 하강한다. 지지블록(41)은 하강하면서 복원스프링(47)에 의해 완충된다.

금속판(1)의 전단 완료 후, 도 4에 도시한 바와 같이, 전단날(30)이 상승하면, 지지블록(41)은 복원스프링(47)의 신장에 의해 유도가열히터(42)가 금속판 전단라인(1a)에 근접하도록 상승한다.

이처럼 본 실시 예에 따른 금속판 전단장치는 유도가열히터(42)가 금속판(1)의 전단라인(1a)을 국부적으로 가열하여 전단라인(1a)의 신율을 높이기 때문에 전단 과정에서 칩(chip) 또는 버(burr)의 발생을 최소화할 수 있다.

또 본 실시 예에 따른 금속판 전단장치는 냉각장치(50)가 금속판(1)의 전단라인(1a)과 인접하는 하부패드(10)의 상측 모서리부, 상부패드(20)의 하측 모서리부, 전단날(30)의 하측을 냉각시키기 때문에 유도가열히터(42)의 가열에도 불구하고 전단장치의 손상을 방지할 수 있다. 아울러, 냉각장치(50)의 동작에 의해 가열이 금속판(1)의 전단라인(1a)으로 제한되기 때문에 전단 후 제품화될 금속판(1, 하부패드와 상부패드에 의해 고정된 부분)의 열변형도 방지할 수 있다.

도 8은 전술한 바와 같은 금속판 전단장치의 동작제어를 위한 타이밍도이다,

도 8을 참조하면, 시간의 경과에 따른 전단장치의 동작은 금속판(1)이 진입하여 안착되는 안착구간(A), 금속판(1)의 고정을 위한 상부패드 하강구간(B), 금속판(1)의 전단을 위한 전단날 하강구간(C), 전단 후 상부패드(20)와 전단날(30)이 상승하는 상승구간(D), 유도가열히터(42)가 금속판(1)의 전단라인(1a)을 가열하는 가열구간(E)으로 구분할 수 있다.

도 8에 도시한 바와 같이, 유도가열히터(42)에 의한 금속판 전단라인(1a)의 가열은 하부패드(10) 위에 금속판(1)이 놓인 후 시작하고, 전단날(30)이 금속판(1)의 전단라인(1a)을 전단하기 전에 종료할 수 있다. 즉 가열은 안착구간(A)의 종료시점에 시작하고 하강구간(C)의 종료 직전에 마칠 수 있다.

냉각장치(50)는 가열장치(40)가 금속판(1)의 전단라인(1a)을 가열하는 가열구간(E) 뿐아니라, 가열구간(E) 전후에도 동작하여 금속판(1)의 전단라인(1a)과 인접하는 하부패드(10)의 상측 모서리부, 상부패드(20)의 하측 모서리부, 전단날(30)의 하부가 유도가열히터(42)의 가열에도 불구하고 설정한 온도(냉각상태)를 유지하도록 할 수 있다. 이처럼 냉각장치(50)가 동작하면, 금속판(1)의 가열이 전단라인(1a)으로 제한되기 때문에 전단 후 제품화될 금속판(1, 하부패드와 상부패드에 의해 고정된 부분)의 열변형을 방지할 수 있다.

가열구간(E)에서 유도가열히터(42)가 금속판(1)을 가열하는 온도는 금속판(1)의 소재에 따라 다르게 설정될 수 있다. 아래의 표 1은 전단 대상의 금속판(1)이 차체 소재로 이용되는 6000계 알루미늄판(A6014-T4, 1.1t)인 경우, 가열에 따른 인장강도 및 신율 변화를 나타낸다.

온도(℃)	인장강도(MPa)	신율(%)	넥킹 이후 신율/신율
~ 50	265	31	23
50 ~ 100	244	35	40
100 ~ 150	220	37	41
150 ~ 200	201	39	64
200 ~ 250	137	66	89
250 ~ 300	89	68	94
300 ~ 350	41	60	82

표 1에 나타낸 바와 같이, 6000계 알루미늄판은 인장 시 상온(Room Temperature) ~ 300℃ 까지 온도가 증가함에 따라 강도 감소, 신율 증가, 소성변형 구간 중 로컬 변형(넥킹 이후 신율/신율) 비율 증가의 경향을 보인다. 하지만 300℃ 이상으로 온도가 증가하면 강도와 신율이 동시에 감소하고, 가장 중요한 소성변형 구간 중 로컬 변형(넥킹 이후 신율/신율) 비율도 감소하는 경향을 보인다. 결국, 이러한 알루미늄판을 전단하는 과정에서 취성파단을 방지하고 연성파단을 극대화하여 칩(chip) 및 버(burr)를 저감하기 위해서는 신율 및 소성변형 구간 중 로컬 변형(넥킹 이후 신율/신율) 비율이 급격히 증가하는 200 ~ 300℃로 전단라인의 온도를 높일 필요가 있다.

전단대상 금속판(1)이 차체의 소재로 쓰이는 5000계 또는 6000계 알루미늄판인 경우, 도 8의 가열구간(E)에서 유도가열히터(42)는 전단라인(1a)을 200 ~ 300℃로 가열함으로써 전단 과정에서 칩 또는 버의 발생을 줄일 수 있다. 5000계 또는 6000계 알루미늄판을 200 ~ 300℃로 가열하는데 대략 3초의 시간이 소요되므로, 도 8에 도시한 바와 같이, 가열구간(E)은 3초이상으로 설정함이 바람직한다.

도 9는 금속판 전단장치의 전단각도(θ) 및 전단날 간극(t)을 조정한 상태를 나타낸다. 본 실시 예에 따른 금속판 전단장치는 금속판의 전단라인(1a)을 국부적으로 가열하는 것 외에 전단각도(θ)와 전단간극(t)을 조정하여, 칩 또는 버의 발생을 줄일 수 있다. 전단각도(θ)는 전단날(30)의 하강궤적과 수직인 선(L)에 대한 금속판(1)의 기울기이고, 전단간극(t)은 전단날(30)과 상부패드(20) 측면 사이의 간격이다. 전단각도(θ)는 금속판(1)이 고정되는 하부패드(10) 상면과 상부패드(20) 하면의 기울기를 조정하는 방식으로 설정할 수 있고, 전단간극(t)은 상부패드(20)의 측면과 전단날(30) 측면의 이격을 조정하는 방식으로 설정할 수 있다.

도 10 내지 도 14는 전단각도(θ) 및 전단간극(t)을 변경해 가면서 금속판의 전단상태를 확인한 것으로, 각각 전단부분의 단면 사진과 정면 사진들을 나타낸다.

도 10은 전단각도(θ) 0도에서 전단간극(t) 변경에 따른 금속판(1)의 전단상태를 나타낸다. 도 10에 도시한 바와 같이, 전단각도(θ) 0도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 0 ~ 10%인 경우는 전단면의 전단영역이 대략 20%, 파단영역이 대략 80%다. 이 경우는 파단영역이 전단라인의 내측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되지 않기 때문에 버가 생기지 않지만, 파단영역이 매우 커서 칩의 발생이 많다.

전단각도(θ) 0도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 10 ~ 20%인 경우는 전단영역이 대략 50%, 파단영역이 대략 50%다. 이 경우는 파단영역이 전단라인의 내측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되지 않기 때문에 버가 생기지 않고, 파단영역도 상대적으로 작기 때문에 칩의 발생을 최소화할 수 있다.

전단각도(θ) 0도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 20% 이상인 경우는 전단영역이 대략 50%, 파단영역이 대략 50%다. 하지만 이 경우는 파단영역이 전단라인의 외측으로 형성되어 하강하는 전단날(30)과 간섭되기 때문에 칩과 버의 생성이 많아진다.

칩과 버의 생성을 줄이는 전단면의 형태는 전단영역이 50%이상 형성되고, 파단영역이 전단라인의 내측으로 형성되도록 하는 것이 좋다. 따라서 전단각도(θ)를 0도로 설정한 경우 전단 시 칩과 버의 발생을 줄이기 위해서는 전단간극(t)을 금속판(1) 두께의 10 ~ 20%으로 설정하는 것이 좋다.

도 11은 전단각도(θ) 0 ~ 5도에서 전단간극(t) 변경에 따른 금속판(1)의 전단상태를 나타낸다. 도 11에 도시한 바와 같이, 전단각도(θ) 0 ~ 5도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 0 ~ 5%인 경우는 전단면의 전단영역이 대략 20%, 파단영역이 대략 80%다. 이 경우는 파단영역이 전단라인의 내측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되지 않기 때문에 버가 생기지 않지만, 파단영역이 매우 커서 칩의 발생이 많다.

전단각도(θ) 0 ~ 5도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 5 ~ 15%인 경우는 전단영역이 대략 50%, 파단영역이 대략 50%다. 이 경우는 파단영역이 전단라인의 내측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되지 않기 때문에 버가 생기지 않고, 파단영역도 상대적으로 작기 때문에 칩의 발생을 최소화할 수 있다.

전단각도(θ) 0 ~ 5도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 15% 이상인 경우는 전단영역이 대략 60%, 파단영역이 대략 40%다. 하지만 이 경우는 파단영역이 전단라인의 외측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되기 때문에 칩과 버의 생성이 많아진다.

따라서 전단각도(θ)를 0 ~ 5도로 설정한 경우 전단 시 칩과 버의 발생을 줄이기 위해서는 전단간극(t)을 금속판(1) 두께의 5 ~ 15%으로 설정하는 것이 좋다.

도 12는 전단각도(θ) 5 ~ 10도에서 전단간극(t) 변경에 따른 금속판(1)의 전단상태를 나타낸다. 도 12에 도시한 바와 같이, 전단각도(θ) 5 ~ 10도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 0 ~ 5%인 경우는 전단면의 전단영역이 대략 30%, 파단영역이 대략 70%다. 이 경우는 파단영역이 전단라인의 내측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되지 않기 때문에 버가 생기지 않지만, 파단영역이 매우 커서 칩의 발생이 많다.

전단각도(θ) 5 ~ 10도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 5 ~ 15%인 경우는 전단영역이 대략 60%, 파단영역이 대략 40%다. 이 경우는 파단영역이 전단라인의 내측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되지 않기 때문에 버가 생기지 않고, 파단영역도 상대적으로 작기 때문에 칩의 발생을 최소화할 수 있다.

전단각도(θ) 5 ~ 10도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 15% 이상인 경우는 전단영역이 대략 70%, 파단영역이 대략 30%다. 하지만 이 경우는 파단영역이 전단라인의 외측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되기 때문에 칩과 버의 생성이 많아진다.

따라서 전단각도(θ)를 5 ~ 10도로 설정한 경우 전단 시 칩과 버의 발생을 줄이기 위해서는 전단간극(t)을 금속판(1) 두께의 5 ~ 15%으로 설정하는 것이 좋다.

도 13은 전단각도(θ) 10 ~ 15도에서 전단간극(t) 변경에 따른 금속판(1)의 전단상태를 나타낸다. 도 13에 도시한 바와 같이, 전단각도(θ) 10 ~ 15도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 0 ~ 5%인 경우는 전단면의 전단영역이 대략 40%, 파단영역이 대략 60%다. 이 경우는 파단영역이 전단라인의 내측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되지 않기 때문에 버가 생기지 않지만, 파단영역이 매우 커서 칩의 발생이 많다.

전단각도(θ) 10 ~ 15도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 5 ~ 15%인 경우는 전단영역이 대략 70%, 파단영역이 대략 30%다. 이 경우는 파단영역이 전단라인의 내측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되지 않기 때문에 버가 생기지 않고, 파단영역도 상대적으로 작기 때문에 칩의 발생을 최소화할 수 있다.

전단각도(θ) 10 ~ 15도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 15% 이상인 경우는 전단영역이 대략 75%, 파단영역이 대략 25%다. 하지만 이 경우는 파단영역이 전단라인의 외측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되기 때문에 칩과 버의 생성이 많아진다.

따라서 전단각도(θ)를 10 ~ 15도로 설정한 경우 전단 시 칩과 버의 발생을 줄이기 위해서는 전단간극(t)을 금속판(1) 두께의 5 ~ 15%으로 설정하는 것이 좋다.

도 14은 전단각도(θ) 15 ~ 20도에서 전단간극(t) 변경에 따른 금속판(1)의 전단상태를 나타낸다. 도 14에 도시한 바와 같이, 전단각도(θ) 15 ~ 20도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 0 ~ 10%인 경우는 전단면의 전단영역이 대략 70%, 파단영역이 대략 30%다. 이 경우는 파단영역이 전단라인의 내측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되지 않기 때문에 버가 생기지 않고, 파단영역도 상대적으로 작기 때문에 칩의 발생을 최소화할 수 있다.

전단각도(θ) 15 ~ 20도에서 전단간극(t)이 금속판(1) 두께의 10% 이상인 경우는 전단영역이 대략 95%, 파단영역이 대략 5%다. 하지만 이 경우는 파단영역이 전단라인의 외측으로 형성되어 전단날(30)과 간섭되기 때문에 칩과 버의 생성이 많아진다.

따라서 전단각도(θ)를 15 ~ 20도로 설정한 경우 전단 시 칩과 버의 발생을 줄이기 위해서는 전단간극(t)을 금속판(1) 두께의 0 ~ 10%으로 설정하는 것이 좋다.

도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 금속판 전단장치의 가열장치 설치위치가 변경된 예를 나타낸다. 도 15의 예처럼 금속판(1)의 전단라인(1a)을 국부적으로 가열하는 가열장치(81,82)는 금속판 전단라인(1a)과 인접하는 상부패드(20)의 하측 모서리부와, 하부패드(10)의 상측 모서리부에 마련될 수도 있다.

도 15는 가열장치(81,82)가 상부패드(20)의 하측 모서리부와 하부패드(10)의 상측 모서리부 모두에 마련된 경우를 제시하였으나, 이러한 가열장치는 상부패드(20)의 하측 모서리부와 하부패드(10)의 상측 모서리부 중 어느 한 쪽에만 마련될 수도 있다. 가열장치(81,82)의 가열방식은 유도가열, 복사 가열, 레이저 가열, 가스 가열 등이 채용될 수 있다.

도 15의 예처럼 가열장치(81,82)가 상부패드(20)와 하부패드(10)에 마련될 경우, 상부패드(20)와 하부패드(10)에는 가열장치(81,82)의 열이 가열장치(81,82)의 위치로부터 상부패드(20)와 하부패드(10)의 다른 영역으로 확산되는 것을 차단하는 열차단부(91,92)가 마련될 수 있다. 열차단부(91,92)는 상부패드(20)와 하부패드(10)에 매입되어 열전달을 차단하는 단열재 또는 냉각수가 흐르도록 상부패드(20)와 하부패드(10)에 마련된 냉매관로일 수 있다.

열차단부(91,92)는 가열장치(81,82)에 의한 가열이 금속판(1)의 전단라인(1a) 쪽에 제한되도록 하여 제품화될 금속판(1, 하부패드와 상부패드에 의해 고정된 부분)의 열변형을 방지할 수 있다.

10: 하부패드, 20: 상부패드,
30: 전단날, 40,81,82: 가열장치,
41: 지지블록, 42: 유도가열히터,
43: 히터수용부, 44: 유도가열차폐부,
50: 냉각장치, 51,52,53: 냉매관로,
54: 냉매공급부, 60: 제어부,
70: 전원공급부, 91,92: 열차단부.

Claims

하부패드;
상기 하부패드 위에 승강 가능하게 설치되며 상기 하부패드 위에 놓인 절단대상 금속판의 상면을 가압해 고정하는 상부패드;
상기 상부패드 측면에 인접하여 승강 가능하게 설치되며 하강에 의해 상기 금속판의 전단라인을 전단하는 전단날; 및
상기 금속판의 전단라인을 국부적으로 가열하는 가열장치;를 포함하는 금속판 전단장치.
제1항에 있어서,
상기 가열장치는 상기 전단날 하부의 상기 하부패드 측면에 인접하여 승강 가능하게 설치되는 금속판 전단장치.
제2항에 있어서,
상기 가열장치는,
상기 하부패드의 측면에 인접하여 승강 가능하게 설치된 지지블록;
상기 지지블록 상부에 설치되며 상기 금속판의 전단라인을 가열하는 유도가열히터; 및
상기 지지블록 상부에 마련되어 상기 유도가열히터를 수용하며 상면이 개방된 히터수용부;를 포함하는 금속판 전단장치.
제3항에 있어서,
상기 가열장치는 상기 유도가열히터에 의한 상기 지지블록의 가열을 차단하도록 상기 히터수용부 내면에 마련된 유도가열차폐부를 더 포함하는 금속판 전단장치.
제4항에 있어서,
상기 유도가열차폐부는 상기 히터수용부 내면에 코팅된 부도체물질을 포함하는 금속판 차단장치.
제3항에 있어서,
상기 가열장치는,
고정된 상태로 상기 지지블록에 슬라이딩 가능하게 결합되며 상기 지지블록의 승강을 안내하는 복수의 승강안내로드; 및
상기 복수의 승강안내로드의 외면에 각각 설치되며 상기 지지블록에 상승 복원력을 부여하는 복원스프링;을 더 포함하는 금속판 전단장치.
제2항에 있어서,
상기 금속판의 전단라인과 인접하는 상기 하부패드의 상측 모서리부, 상기 상부패드의 하측 모서리부, 상기 전단날의 하부를 냉각시키는 냉각장치를 더 포함하는 금속판 전단장치.
제7항에 있어서,
상기 냉각장치는,
상기 하부패드의 상측 모서리부, 상기 상부패드의 하측 모서리부, 상기 전단날의 하부에 각각 마련된 냉매관로; 및
상기 냉매관로로 냉매를 공급하는 냉매공급부;를 포함하는 금속판 전단장치.
제1항에 있어서,
상기 가열장치는 상기 금속판 전단라인과 인접하는 상기 상부패드의 하측 모서리부와 상기 하부패드의 상측 모서리부 중 적어도 하나에 마련되는 금속판 전단장치.
제9항에 있어서,
상기 상부패드 또는 상기 하부패드는 상기 가열장치의 열이 상기 가열장치의 위치로부터 다른 영역으로 확산되는 것을 차단하는 열차단부를 포함하는 금속판 전단장치.
하부패드 위에 전단 대상의 금속판이 놓이면 상부패드를 하강시켜 상기 금속판을 가압해 고정하고;
상기 하부패드 위에 상기 금속판이 놓이면 가열장치가 상기 금속판의 전단라인을 국부적으로 가열하고;
상기 금속판의 전단라인을 가열한 후 전단날을 하강시켜 상기 금속판의 전단라인을 전단하도록 제어하는 금속판 전단장치의 제어방법.
제11항에 있어서,
상기 금속판의 전단라인이 200 ~ 300℃로 가열되도록 상기 가열장치를 제어하는 금속판 전단장치의 제어방법.
제11항에 있어서,
상기 가열장치에 의한 가열은 상기 하부패드 위에 상기 금속판이 놓인 후 시작하고, 상기 전단날이 상기 금속판의 전단라인을 전단하기 전에 종료하도록 제어하는 금속판 전단장치의 제어방법.
제11항에 있어서,
상기 가열장치가 상기 금속판의 전단라인을 가열하는 동안 상기 금속판의 전단라인과 인접하는 상기 하부패드의 상측 모서리부, 상기 상부패드의 하측 모서리부, 상기 전단날의 하부를 냉각시키는 냉각장치를 동작시키는 금속판 전단장치의 제어방법.
전단장치의 하부패드와 상부패드로 전단대상의 금속판을 고정하고;
상기 금속판의 전단라인을 설정온도로 가열해 상기 금속판의 전단라인 신율을 국부적으로 향상시키고;
상기 금속판의 전단라인을 가열한 후 상기 전단장치의 전단날을 하강시켜 상기 금속판의 전단라인을 전단하는 금속판 전단방법.
제15항에 있어서,
상기 전단라인의 전단영역이 50%이상 형성되고, 파단영역이 상기 전단라인의 내측으로 형성되도록 하는 금속판 전단방법.
제15항에 있어서,
상기 금속판이 마그네슘판인 금속판 전단방법.
제15항에 있어서,
상기 금속판이 알루미늄판인 금속판 전단방법.
제18항에 있어서,
상기 전단날의 하강궤적과 수직인 선에 대한 상기 금속판의 기울기에 의해 결정되는 전단각도(θ)를 0도로 설정한 경우, 상기 전단날과 상기 상부패드의 이격에 의해 결정되는 전단간극(t)을 상기 금속판 두께의 10 ~ 20%로 설정하는 금속판 전단방법.
제18항에 있어서,
상기 전단날의 하강궤적과 수직인 선에 대한 상기 금속판의 기울기에 의해 결정되는 전단각도(θ)를 0 ~ 5도로 설정한 경우, 상기 전단날과 상기 상부패드의 이격에 의해 결정되는 전단간극(t)을 상기 금속판 두께의 5 ~ 15%로 설정하는 금속판 전단방법.
제18항에 있어서,
상기 전단날의 하강궤적과 수직인 선에 대한 상기 금속판의 기울기에 의해 결정되는 전단각도(θ)를 5 ~ 10도로 설정한 경우, 상기 전단날과 상기 상부패드의 이격에 의해 결정되는 전단간극(t)을 상기 금속판 두께의 5 ~ 15%로 설정하는 금속판 전단방법.
제18항에 있어서,
상기 전단날의 하강궤적과 수직인 선에 대한 상기 금속판의 기울기에 의해 결정되는 전단각도(θ)를 10 ~ 15도로 설정한 경우, 상기 전단날과 상기 상부패드의 이격에 의해 결정되는 전단간극(t)을 상기 금속판 두께의 5 ~ 15%로 설정하는 금속판 전단방법.
제18항에 있어서,
상기 전단날의 하강궤적과 수직인 선에 대한 상기 금속판의 기울기에 의해 결정되는 전단각도(θ)를 15 ~ 20도로 설정한 경우, 상기 전단날과 상기 상부패드의 이격에 의해 결정되는 전단간극(t)을 상기 금속판 두께의 0 ~ 10%로 설정하는 금속판 전단방법.