KR101744007B1 - 성형 방법과 성형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 예를 들면 환형 강관의 성형시에, 종래의 롤 성형의 생산성을 손상시키지 않고, 피성형재에 부여하는 부가적인 변형 왜곡이 적어 소요의 성형을 행하여, 치수 정밀도가 높아 고품질의 제품을 제조할 수 있는 성형 방법과 장치의 제공을 목적으로 하고 있다. 이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 성형 초기의 브레이크 다운 공정에 있어서, 성형 구멍형을 바깥쪽으로 향하게 하고 또한 요동 자유자재로 형성한 다이를 사용한 다이 열이 무한 궤도 위를 선회 이동하는 구성의 선회 유닛을 채용하고, 다이의 성형 구멍형으로 피성형 소재의 엣지부를 구속하여 다이를 소요의 각도로 변화시키면서 선회 이동시킴으로써 굴곡 성형을 실현하고, 성형 롤에 의한 휘감김 현상이나 국부적으로 발생하는 높은 접촉 응력에 기인하는 제 문제를 현저하게 저감시킬 수 있다.

Description

성형 방법과 성형 장치{FORMING METHOD AND FORMING DEVICE}

본 발명은 코일상 금속 재료나 소요 길이의 시트상 금속 재료로부터 환관(丸管) 등을 제조하는 성형 방법과 성형 장치에 관한 것이며, 특히 성형 초기의 브레이크 다운 공정에 있어서, 성형 구멍형을 바깥쪽으로 향하게 하고 또한 요동 자유자재로 형성한 다이를 사용한 다이 열(列)이 무한 궤도 위를 선회 이동하는 구성의 선회 유닛을 채용하고, 다이의 성형 구멍형으로 피성형 소재의 엣지부를 구속하여 다이를 소요의 각도로 변화시키면서 선회 이동함으로써 굴곡 성형을 실현하고, 성형 롤에 의한 휘감김 현상이나 국부적으로 발생하는 높은 접촉 응력에 기인하는 제 문제를 현저하게 저감시킬 수 있는 성형 방법과 성형 장치에 관한 것이다.

장척(長尺) 금속 제품의 성형 방법에는 주로 롤 성형과 프레스 성형이 있다. 후자의 프레스 성형에서는, 피성형 소재가 기본적으로는 단면 내의 2차원 변형만을 받아 여분의 왜곡과 잔류 응력이 적고, 제품 치수 정밀도도 얻기 쉽지만, 금형을 포함하는 설비 투자가 높고, 생산성이 나쁘고, 제품 길이에도 제약이 있다.

롤 성형에서는, 피성형 소재의 선단을 많은 성형 롤 스탠드군을 통과시키는 통판 작업은 곤란하기 때문에 시트재의 사용은 곤란하지만, 코일재를 사용하는 연속 생산이 가능하여 제품 길이의 제약도 적고, 생산성이 높으며, 설비 투자도 프레스 성형과 비교하여 저렴하게 할 수 있다. 그러나, 회전체인 성형 롤은 제조 능력이나 비용 등의 제약으로 크게 할 수 없고, 피성형 소재에는 그 롤로의 휘감김을 대표적으로 하는 3차원 변형을 받기 때문에 부가적 변형 왜곡이 발생하는 것 이외에, 휘감김에 기인하여 진행 방향의 저항이 커서 필요한 구동 에너지도 크다고 하는 문제를 일으키고 있다. 또한, 성형 롤과 피성형 소재의 접촉 영역에서의 원주속도(周速) 차이가 크고, 양자의 상대 미끄러짐에 의한 제품의 흠집 등의 표면 품질이 문제가 되는 경우가 많다. 성형 롤과 피성형 소재의 접촉 영역이 작기 때문에, 양자간의 면압이 높아져 상기 원주속도 차이와 함께 롤을 현저하게 마모시키는 문제를 일으키고 있다.

전봉(電縫) 용접관(electric resistance welded pipe)을 대표적으로 하는 성형 롤에 의한 관 제조 프로세스로서는, 코일재를 펴서 성형 공정에 공급하는 전공정, 브레이크 다운 롤이나 클러스터 롤, 핀 패스 롤로 실시되는 초기 성형 공정, 그리고 대향하는 소재 엣지부끼리를 예를 들면 고주파 용접하는 용접 공정, 관의 진원도와 진직도를 교정하는 사이징 공정, 제조된 금속관을 소정의 길이로 절단하는 절단 공정의 각 공정을 거치는 것이 일반적이다.

예를 들면, 상기한 브레이크 다운 공정에서는, 소판(素板)으로부터 관으로 성형되는 과정을 나타내는 성형 방식으로서, 소재 엣지부의 궤적이 사이클로이드 곡선이 되는 엣지 벤딩 방식, 상기 궤적이 인벌류트 곡선인 센터 벤딩 방식, 또한 서큘러 벤딩 방식이나 이들의 조합의 성형 방식, 또는 더블 벤딩 방식 등의 소판으로부터 관으로 성형되는 엣지의 궤적의 과정을 나타내는 롤 플라워(roll flower)가 적절히 선정되지만, 기본적으로는 상하에 배치되는 한 쌍의 볼록·오목 롤 및 사이드 롤을 사용하여 내면 및 외면으로부터 피성형 소재를 구속하여 소요의 단면 형상으로 성형한다.

USA 1,980,308 USA 3,145,758 일본 특허공보 제(소)55-51648 W02009/110372

성형 롤을 사용하는 관 제조 프로세스는 상기의 롤이라고 하는 회전체의 공구를 사용함으로써 높은 생산성을 가지고 있으며, 또한 최근, 제품 외경의 일정 범위 내에서의 롤의 겸용화에 관한 기술 개발이 왕성하게 행해져 온 결과, 현재는 매우 생산성이 높은 성형 방법이 되고 있다. 그러나, 회전체 공구를 사용하는 것에 의한 상기의 단점은 전혀 해소되고 있지 않다.

장척 금속 재료를 소요 형상으로 성형할 때, 롤의 단점을 감소시키기 위해서 롤 성형과 다이, 슈나 벨트, 또는 프레스 성형의 조합을 시험한 기술은 과거에도 많이 볼 수 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는 반원의 구멍형을 가진 금형을 한 쌍의 스프로킷간의 타원 궤도를 회전하는 엔드리스 체인에 연결 장착하여 반원의 구멍형이 연속되는 연결 금형을 한 쌍 준비하고, 수평으로 배치되는 띠판재의 양측에 반원 구멍형이 대향하도록 연결 금형을 수평으로 배치하여 성형 장치를 구성한 예가 나타난다.

특허문헌 1의 성형 장치는, 동 문헌의 도 2, 도 3에 도시되는 바와 같이, 종래부터 사용되는 상하 한 쌍, 좌우 한 쌍의 요철의 성형 롤과 같이, 오목한 반원 구멍형 내에 볼록한 원추 롤을 배치하여 양자 틈에 있는 성형 소재가 연속적으로 수평 이동하는 반원 구멍형의 서페이스를 모방함으로써 성형되고 이것이 장점이 되지만, 원추롤을 사용함으로써 상기의 단점으로부터는 조금도 벗어날 수는 없다. 또한, 연결 금형의 반원 구멍형이 갖는 원호는 1종뿐이며, 연결 금형의 엔드리스 체인을 교환시키지 않고는 다양한 구경의 관을 성형할 수는 없다.

특허문헌 2는 관 제조시에 상하 롤, 사이드 롤을 사용하면 피성형 소재를 항상 롤과 접촉시킬 수 없는 것을 감안하여, 특히 브레이크 다운 공정에서, 소재의 폭 중앙 부분의 성형은 종래의 상하 한 쌍 배치의 성형 롤을 사용하지만, 소재의 양 단부의 성형에 사이드 롤 대신 엔드리스 벨트를 사용하여 수평으로부터 순차적으로 들어 올려 성형하도록 3차원의 무한 궤도를 설정하고 있다. 또한, 상기 벨트 대신 체인 표면에 판상 슈를 연속적으로 배치한 컨베이어 체인을 사용하는 예도 개시되어 있다. 이 브레이크 다운 공정에서는 엔드리스 벨트나 체인의 궤도에 큰 성형 응력이 가해지지만, 피성형 소재의 두께가 얇은 것이나 저강도 재료인 경우에는 궤도의 기계적 강도를 유지할 수 있다고 해도, 그 이외에서는 곤란할 것이고, 또한 다양한 구경의 관을 성형할 수는 없다.

특허문헌 3은 대구경의 관을 성형할 때, 시트재를 프레스 금형으로 U형으로 성형하고 이어서 O형으로 성형하는, 소위 UO 포밍을 연속적으로 행하는 성형 장치를 개시하고 있다. 이 장치는 U형 성형부와 O형 성형부의 2장치로 이루어지고, U형 성형부는 펀치형의 다이 편(片)을 체인을 개재하여 다수 연결하여 무단 띠상의 연속 펀치 다이스와, U형의 다이 편을 체인을 개재하여 다수 연결하여 무단 띠상의 연속 회전 다이스를 소요의 궤도 부분에서 요철이 맞물리도록 유지하여 회전 구동되고, 또한, O형 성형부는 반원형의 다이 편을 체인을 개재하여 다수 연결하여 무단 띠상의 연속 회전 다이스를, 소요의 궤도 부분에서 반원이 대향하여 원을 형성하도록 유지하여 회전 구동된다.

또한, 시트재를 프레스 금형으로 J형으로 성형하는 것을 반복하여 행하여 C형으로 성형하고 이어서 O형으로 성형하는, JCO 포밍이 실용화되어 있다.

통상 400mm 이상의 대구경의 UO 포밍, JCO 포밍에서는, 장치의 프레스 압력은 매우 큰 것이며, 상기 장치에서는 큰 무단 띠상의 연속 회전 다이스를 회전 구동시키는 동시에 종래 프레스와 같은 압력을 무한 궤도의 소요 개소에서 재료에 가할 수 있도록 구성할 필요가 있으며, 장치의 거대화가 불가피한 동시에, 각 다이 편의 서페이스 형상은 1종뿐으로, 당연히 다양한 구경은 성형할 수 없다.

한편, 본 발명자들은 특허문헌 4에서, 상기의 특허문헌 1 내지 3과는 상이한 전혀 새로운 기술 사상으로 성형하는 방법과 장치를 제안하였다. 이것은 선회 곡면의 구멍형을 갖는 슈 블록을 다수개 연결하고, 구멍형을 바깥쪽으로 향하게 하고 무한 궤도 위를 연속 이동 가능하게 한 무단 슈 블록 열을 사용하여, 피성형재와 접촉하는 성형 구간의 무한 궤도면에 가상의 거대 직경 원의 소요 원호 부분과 동일한 곡률 반경과 길이를 부여하여 성형시에 마치 거대 성형 롤의 사용을 실질적으로 구현화할 수 있는 구성의 성형 장치이다.

이 신규한 성형 방법과 장치는 관 제조에 있어서의 브레이크 다운 공정에도 채용할 수 있고, 종래의 롤 성형의 특징인 연속성과 고생산성을 유지하면서, 상기한 성형 롤의 단점을 크게 저감시켜 프레스 성형과 거의 동일하게 피성형 소재를 2차원적으로 변형시킬 수 있다. 그러나, 브레이크 다운 성형 장치를 구성하는 경우에는 선회 유닛 세트를 복수단 사용하지 않으면 안되고, 설비 비용의 면에서 베스트라고는 할 수 없다.

본 발명은 환관이나 각관(角管)이 개구 단면재 등의 성형, 특히 종래의 브레이크 다운 공정에 상당하는 초기 공정부터 중기의 성형 공정에 있어서, 종래의 롤 성형의 생산성을 손상시키지 않고, 또한 일정 구경 범위에서 장치의 겸용이 가능하고, 피성형 소재에 주는 부가적 변형 왜곡이 적어 소요의 성형을 행하여, 치수 정밀도가 높고 고품질의 제품을 제조할 수 있는 신규한 성형 장치와 성형 방법의 제공을 목적으로 하고 있다.

본 발명자들은 특허문헌 4에서 제안한 것과 같은 무단 다이 열을 사용한 선회 유닛을 1세트 사용하는 구성으로, 브레이크 다운 공정을 완료할 수 있는 성형 장치를 목적으로, 또한 예를 들면 서큘러 벤딩 방식의 롤 플라워에서의 엣지의 궤적대로 피성형 소재의 엣지부를 판 폭 방향의 외측으로부터 구속하여 구부리는 것이 가능한 장치의 구성을 목적으로, 다이의 형상이나 구성, 무단 다이 열의 궤도의 구성이나 선회 방법 등에 관해서 예의 검토하였다.

그 결과, 본 발명자들은 피성형 소재의 엣지부를 판 폭 방향의 외측으로부터, 특히 단면에 당접하여 구속할 수 있도록 다이의 구멍형은 예를 들면 단면 L자형으로 하고, 다이 자체를 바깥쪽으로 향한 당접 각도(abutment angle)를 자유자재로 하여 무한 궤도를 선회하는 다이 블록 열을 형성하고, 직선 궤도 위를 다이스가 연속적으로 이동할 때 예를 들면 미리 설정한 변화율로 요동 각도를 변경할 수 있는 각도 제어 기구, 예를 들면 직선 궤도에 병설하는 모방 궤도에 따라 다이스 열이 당접 각도를 변경함으로써, 상기한 종래의 롤 성형에서 알려진 성형 방식으로부터 선정한 소요의 성형 방식의 롤 플라워에서 규정되는 엣지의 궤적대로 굴곡 성형할 수 있는 것을 밝혀내고, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명은,

성형 구멍형을 바깥쪽으로 향하게 하고 또한 요동 자유자재로 형성한 다이를 복수개, 선회 방향으로 연결하여 무단 열을 형성한 다이 열을, 무한 궤도부 위를 선회 이동 가능하게 하여, 각 다이의 성형 구멍형의 요동 각도를 변화시키고 또한 유지하는 각도 제어 기구를 구비한 선회 유닛을 가지고,

이 선회 유닛의 한 쌍을 대향 배치하고, 그 대향하는 성형 구멍형 사이에 피성형 소재를 진입 가능하게 하고, 각 성형 구멍형이 연속하여 상기 소재의 폭 방향의 양 단부를 구속하여 동기 이동하는 요소 길이의 직선 또는 거의 직선의 궤도 구간을 성형 구간으로 하는 구성을 가지고,

피성형 소재가 이 성형 구간을 통과하는 동안, 상기 제어 기구가 상기 궤도에 병설된 모방 궤도를 모방함으로써,각 다이의 성형 구멍형은 피성형 소재의 엣지부에 당접하는 상기 요동 각도를, 예를 들면 미리 설정된 성형 공정에 따르는 각도 변화 패턴 등의 변화율로 변화시키면서 피성형 소재의 성형을 행하는 기구를 가진 성형 장치와 성형 방법이다.

또한, 발명자들은 상기 구성의 성형 장치와 성형 방법에 있어서,

각도 제어 기구는, 상기 직선 또는 거의 직선의 궤도에 병설하는 모방 궤도에 따라 이동하는 것에 동반하는 직선 운동을 다이의 요동 운동으로 변환하는 랙 앤 피니언 기구에 의해, 성형 구멍형의 요동 각도를 연속적으로 변화시키는 구성,

각 다이의 성형 구멍형의 단면 형상이 대략 L자형인 구성,

한 쌍의 선회 유닛의 대향 간격 사이에, 피성형 소재의 폭 중앙부를 굴곡의 외면으로부터 당접시키는 단수 또는 복수의 서포트 롤을 피성형 소재의 폭 방향 또는 진행 방향 또는 그 양 방향을 따라 배치하여 성형을 행하는 구성,

성형 구간을 나온 직후의 피성형 소재의 굴곡의 외면으로부터 당접하는 단수 또는 복수의 서포트 롤을 피성형 소재의 둘레 방향 또는 진행 방향 또는 그 양방향을 따라 배치하여 성형을 행하는 구성,

한 쌍의 선회 유닛의 대향 간격 사이에, 피성형 소재의 폭 중앙부를 굴곡의 외면으로부터 당접시키는 복수의 서포트 롤을 당접시켜 성형할 때, 상기 롤을 롤 홀더로 지지시키고 또한 상기 홀더를 연결하여 컨베이어 벨트로 하여, 각 세트의 선회 유닛 사이의 롤을 피성형 소재의 하류측 또는 상류측으로 쌍방향으로 이송 가능하게 하고, 또한 상기 롤의 롤 캘리버(roll caliber)의 곡률 반경이 상기 하류측으로부터 상류측으로 순차적으로 작아지도록 배치된 서포트 롤 열을 상기 컨베이어 벨트의 위치를 이동시켜 선택하는 구성을 함께 제안한다.

본 발명은 다이 자체를 피성형 소재의 엣지부로의 당접 각도를 자유자재로 하여 무한 궤도를 선회하는 다이 열을 사용한 한 쌍의 선회 유닛으로 성형 장치를 구성하고, 성형 구간인 직선 궤도 위를 다이가 연속적으로 이동할 때 소요의 변화율로 요동 각도를 변경하도록 성형 구멍형의 각도를 제어함으로써, 예를 들면 서큘러 벤딩 등의 소요의 성형 방식에 의해 소판으로부터 관으로 성형되는 과정을 나타내는 롤 플라워(이하, 성형 플라워라고 한다)에서의 엣지의 궤적대로 피성형 소재의 엣지부를 연속적으로 구속하면서 목적의 굴곡 성형을 실시할 수 있기 때문에, 마치 프레스 성형과 같이, 피성형 소재가 기본적으로는 단면 내의 2차원 변형만을 받고, 여분의 왜곡과 잔류 응력이 적은 성형이 가능해진다.

또한, 본 발명에서는 예정한 성형 플라워에서의 엣지의 궤적대로 피성형 소재의 엣지부를 연속적으로 구속하고 있기 때문에 안정된 엣지 궤적으로 성형할 수 있고, 롤 성형에서 발생하기 쉬운 비틀림 현상을 완전히 억제할 수 있어 엣지부를 확실하게 맞댈 수 있기 때문에, 용접 품질이 현저하게 향상되고, 특히 엣지부의 맞대기 정밀도가 요구되는 레이저 용접에도 최적인 성형 방법이다.

요컨데 본 발명은 성형 롤로는 실현할 수 없는 피성형 소재의 진입 방향의 저항이 작아 저왜곡의 성형이 가능하여, 예정대로의 안정된 엣지 궤적을 확보할 수 있기 때문에, 피성형 소재의 선단부에 과도한 성형을 강요하지 않고, 생산성, 제조 수율의 향상 효과가 얻어지고 또한 성형에 필요로 하는 에너지가 적고, 저가공 경화, 저잔류 응력이며, 용접 품질을 비롯하여, 표면 품질 등의 향상 효과가 높아 매우 고품질의 관 제조가 가능해진다.

본 발명은 두께가 매우 얇은 재료, 두꺼운 재료나 고경도재 등의 종래 롤 성형에서 난성형이라고 하는 재료의 관 제조에 있어서도, 롤로의 휘감김 현상에 기인하는 진입 저항의 증가나 테두리 물결의 발생이나, 롤 표면 원주속도 차이에 기인하는 재료의 눌어붙기 등의 롤 특유의 문제가 발생하지 않기 때문에, 고품질의 관 제조가 가능해진다.

또한, 본 발명에서는, 관 제조시에 피성형 소재가 장척의 연속 재료가 아니더라도 관 제조가 가능하기 때문에, 시트재, 코일재를 접속 용접하지 않고 관 제조가 가능해지고, 입구측의 코일 연결 설비나 출구측의 주행 절단기 등의 설비가 불필요해지며, 또한 시트재에서는 피성형 소재 폭에 제약이 없는 점에서 대구경의 강관의 제조도 가능하여, 소위 UOE 성형법을 치환할 수 있다.

본 발명은 브레이크 다운 공정을 담당하는 한 쌍의 선회 유닛으로 이루어지는 장치의 구성이 비교적 간단한 구조를 가지고, 그밖에 상호 간섭하는 기계 구성이 없기 때문에, 성형 공구로서의 겸용성이 높은 이점이 있으며, 성형 시에 피성형 소재의 엣지부를 연속적으로 구속하기 때문에, 예를 들면 구멍형의 단면 형상이 L자형인 다이를 사용하면, 1개의 성형 장치로 두께가 얇은 재료에서부터 두꺼운 재료까지 성형할 수 있고, 또한 한 쌍의 선회 유닛의 대향 간격을 변경함으로써 다양한 판 폭의 소판을 통과시킬 수 있어 몇배의 구경 비율로 성형이 가능한 성형 장치를 제공할 수 있으며, 겸용 가능한 성형 장치로서의 코스트 다운을 도모하는 것이 가능하다.

또한, 1개의 성형 장치로 피성형 소재를 항상 구속하여 행하는 브레이크 다운 공정에서 목적의 성형 형상이 확실하게 얻어진다고 하는 성형 효과가 높고, 이로 인해 상기 공정의 전후 공정에서의 설비를 종래에 비해 생략하거나 다단 배치를 단수 배치로 간소화할 수 있기 때문에, 관 제조 라인으로서의 설비의 코스트 다운을 도모할 수 있다.

도 1은 성형 장치의 평면 설명도이다.
도 2는 도 1의 A-A선 있어서의 단면에서 보는 선회 유닛의 구성을 도시하는 정면 설명도이다.
도 3은 도 1의 B 방향에서 본 성형 장치의 측면 설명도이며, 도면의 중심선으로부터 우측은 성형 장치가 예정하는 최소 직경의 관 제조인 경우, 도면의 동 좌측은 예정하는 최대 직경의 관 제조인 경우를 도시한다.
도 4a는 성형 장치의 성형 구간에서 최초의 다이에 피성형 소재가 당접하고 있는 상태의 피성형 소재의 횡단면을 도시하는 것이며, 상기 다이와 각도 제어 기구의 상세를 도시하는 종단 설명도이다.
도 4b는 성형 장치의 성형 구간에서 최후의 다이에 피성형 소재가 당접하고 있는 상태의 피성형 소재의 횡단면을 도시하는 것이며, 상기 다이와 각도 제어 기구의 상세를 도시하는 종단 설명도이다.
도 5a는 종래의 더블 벤딩 성형 방식에 의해 소판으로부터 관으로 성형되는 과정을 도시하는 롤 플라워 설명도이다.
도 5b는 종래의 서큘러 벤딩 성형 방식에 의해 소판으로부터 관으로 성형되는 과정을 도시하는 롤 플라워 설명도이다.
도 6a는 실시예의 더블 벤딩 성형 방식에 의해 소판으로부터 관으로 성형되는 과정을 도시하는 롤 플라워 설명도이다.
도 6b는 실시예의 더블 벤딩 성형 방식을 채용한 관 제조 라인의 스탠드 구성예를 도시하는 설명도이다.
도 7은 실시예의 더블 벤딩 성형 방식에 의한 성형 과정을 시뮬레이션한 성형 소재를 도시하는 사시 설명도이며, 실시예의 성형 장치를 제거한 상태를 도시한다.
도 8a는 실시예의 서큘러 벤딩 성형 방식에 의해 소판으로부터 관으로 성형되는 과정을 도시하는 롤 플라워 설명도이다.
도 8b는 실시예의 서큘러 벤딩 성형 방식을 채용한 관 제조 라인의 스탠드 구성예를 도시하는 설명도이다.
도 9는 하부 롤 유닛의 다른 실시예를 도시하는 사시 설명도이다.
도 10은 도 1에 도시하는 성형 장치의 평면 설명도에 있어서, 선회 유닛의 대향 간격을 소판의 입구측에서 넓게 벌린 상태를 도시하는 설명도이다.

본 발명에 의한 한 쌍의 선회 유닛을 사용한 성형 장치의 구성예를 설명한다. 도 1 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, 각 선회 유닛(1a, 1b)은 여기에서는 장타원 궤도를 선회하는 구성을 채용하였다. 그래서, 2개의 스프로킷(도시 생략) 상하 2장의 장척 면판(2, 3)의 양 단 사이에 축지하고, 복수개의 다이(10)가 다이 홀더(12)를 개재하여 선회 방향으로 핀(14)으로 연결되어 무단 열을 형성한 다이 열(5)을 사용하고, 다이 열(5)의 내측에 위치하는 핀(14)을 상기 스프로킷에 맞물리게 하고 있고, 다이 열(5)은 이러한 스프로킷을 내장하는 대직경의 서포트 롤러(4)로 팽팽하게 걸고 있다. 따라서, 선회 유닛(1a, 1b)은 스프로킷의 한쪽 또는 양쪽을 구동 모터(8)로 회전 구동함으로써 다이 열(5)을 선회시킬 수 있다.

선회 유닛(1a, 1b)은 x방향으로 같은 길이를 가진 경사용 프레임(20a, 20b)에 z방향으로 소요 각도 경사시켜서 지지되고 있으며, 경사용 프레임(20a, 20b) 자체는 공통의 베드(36)에 슬라이드용 합금을 개재하여 y방향으로 슬라이드하는 슬라이드 기구(21a, 21b)로 지지된다. 여기에서는, 경사용 프레임(20a, 20b)의 슬라이드면의 x방향의 중심부에 y방향의 긴 구멍을 형성하고, 베드(36)측에 돌설된 핀이 y방향의 긴 구멍에 삽입되어 상기 프레임(20a, 20b)의 x방향의 움직임이 규제된다. 베드(36)의 x방향의 한쪽, 장치로서 대향하는 측에 재치되는 경사용 프레임(20a, 20b)은 베드(36)의 x방향의 다른쪽에 설치하는 링크 기구(22a, 22b, 23a ,23b)로 y방향의 슬라이드 위치가 규제된다.

슬라이드 위치 제어용의 링크 기구(22a, 22b, 23a, 23b)는 나사 홈이 파여진 회전 샤프트(24)에 접근 및 후퇴 이동 가능하게 나사 결합하는 한 쌍의 너트 슬라이더(25)에 각각 아암(26, 27)을 설치하고, 양쪽의 아암(26, 27)의 타단을 닫고 경사용 프레임(20a, 20b)에 접속함으로써, 회전 샤프트(24)를 핸들(28)로 회전시키면 y방향의 슬라이드량을 규제할 수 있다.

경사용 프레임(20a, 20b)에는 각각 이 링크 기구를 x방향으로 2세트(22a, 22b), (23a, 23b) 설치하고 있으며, 상기한 바와 같이 핀과 긴 구멍의 기구로 x방향의 움직임이 규제되지만, y방향으로는 평행 이동도 경사 이동도 가능하다.

이러한 기구를 가지고 경사 이동시킴으로써, 도 10에 도시하는 바와 같이, x방향의 선회 유닛(1a, 1b)의 대향 간격을 입구측의 소판 상당 폭으로부터 출구측의 관상 상당 폭으로 순차적으로 좁힌 상태로 할 수 있다.

경사용 프레임(20a, 20b)을 개재하여 선회 유닛(1a, 1b)을 재치하는 베드(36)는 베이스대(基臺; 31)로 승강 가능하게 지지되지만, 베드(36)의 하면에서 x방향의 2개소에 승강 샤프트를 수하(垂下)하여 베이스대(31) 위에 설치한 베어링에 삽통함으로써 x방향 및 y방향의 움직임을 규제하는 기능을 가진 지지축부(32)를 구성하고 있다. 베드(36)의 승강에는 승강용 잭(33)을 별도 베이스대(31) 위에 설치하고 있으며, 승강용 잭(33)의 기어 박스에 회전을 전달하는 샤프트(34)를 적절히 배치하여 그 단부에 핸들(35)을 설치하고, 이것을 회전시켜 승강을 행한다.

다이 열(5)의 구성을 상세하게 설명하면, 여기에서는 다이(10)의 성형 구멍형(11)이 선회의 바깥쪽으로 향하도록 또한 성형 구멍형(11)이 요동 자유자재로 유지되도록, 각 다이(10)를 다이 홀더(12)에 그 연결 방향으로 배치하는 축(13)으로 축지하고 있으며, 각 다이 홀더(12)에 요철 끼워 맞춤의 연결부를 설치하여 인접하는 다이 홀더(12)와 핀(14)으로 연결하여 다이 열(5)을 형성하고 있다. 또한 상기한 바와 같이, 다이 열(5)은 스프로킷을 내장하는 대직경의 서포트 롤러(4)로 팽팽하게 걸고 있다.

선회 유닛(1a, 1b)의 무한 궤도는, 여기에서는 2개의 x방향의 직선 궤도부와 2개의 선회 궤도부로 구성되지만, 한 쌍의 서포트 롤러(4) 사이에 있어서, 한쪽의 직선 궤도부에서 다이 열(5)의 y, z방향의 성형 하중을 받도록 6개의 대직경의 백업 롤러(6)를 다이 열(5)의 이면과 접촉하도록 그 축심이 스프로킷의 축심과 평행해지도록 x방향으로 직렬시켜 면판 사이에 축지 배치하고 있다.

선회 유닛(1a, 1b)은 상기의 성형 하중을 받는 기구를 구비한 직선 궤도부에 각 다이의 성형 구멍형(11)의 요동 각도를 변화시키고 또한 유지하는 각도 제어 기구(7)를 구비하고 있다. 각도 제어 기구(7)에는, 여기에서는 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 각 다이 홀더(12)로 축지한 다이(10)의 성형 구멍형(11)의 이면측에 원호상 기어면(15)을 설치하고, 축지 방향과는 직교하는 y-z 평면의 직선상 기어면(17)을 설치한 로드(16)로 맞물리게 하여 랙 앤 피니언 기구를 구성하고 있으며, 로드(16)의 타단에는 롤러 팔로워(18)를 설치하고 있다.

따라서, 다이 열(5)은 다수의 다이 홀더(12)가 연결되어 무단 열을 형성하지만, 각 다이 홀더(12)는 그것으로 축지하는 바깥쪽으로 향한 성형 구멍형(11)을 형성한 다이(10) 자체와 다이(10) 이면측의 원호상 기어면(15)과 맞물리는 로드(16)를 수하하도록 내장하고 있다. 환언하면, 연결되는 다이 홀더(12)가 각각 내장하는 다이(10)와 수하 가능하게 된 로드(16)는 쌍으로 선회하기 때문에, 로드(16) 선단의 롤러 팔로워(18)가 선회하는 궤도면판(19)을 구비함으로써, 푸시 로드의 기능을 가지고 그 궤도 높이 위치가 로드(16)의 위치를 규제한다.

여기에서, 상기한 직선 궤도부에 x방향의 경사 각도를 가진 궤도면판(19)을 배치함으로써, 다이 열(5)이 상기 직선 궤도부를 통과할 때, 각 로드(16)는 경사진 궤도면판(19)을 모방함으로써 직선 운동을 다이(10)가 요동하는 회전 운동으로 변환하여, 각 다이(10)의 성형 구멍형(11)은 연속적으로 요동 각도를 변화시킬 수 있다.

도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 이 성형 장치(Orbiter Die Forming Machine(ODF))의 구성에서는, 한 쌍의 선회 유닛(1a, 1b)은 성형 하중을 받는 기구와 각도 제어 기구(7)를 구비한 직선 궤도부끼리를 대향시켜 피성형 소재(w)가 도면의 우측에서 진입하여 좌측으로 나오도록 배치하고 있다. 여기에서는 대향 간격이 x방향으로 진행함에 따라 y방향으로 좁아지도록, z방향에 대향하는 측은 수평을 유지하지만, 도 3에 도시하는 바와 같이, x방향에서 보면 선회 유닛(1a, 1b)끼리 단면 V자형을 구성하도록 경사 배치하고 있다.

성형 장치(ODF)는 선회 유닛(1a, 1b)의 한 쌍을 대향 배치한 그 직선 궤도부에서, 그 대향하는 성형 구멍형(11) 사이에 피성형 소재(w)를 진입 가능하게 하고, 각각의 성형 구멍형(11)이 각도 제어 기구(7)에 따라 요동함으로써, 피성형 소재(w)의 진행 방향의 양 엣지부를 구속하여 동기 이동할 수 있어 이 구간이 소정의 성형을 행하는 성형 구간으로 되어 있다.

본 발명에 의한 성형 방법을 설명하기 전에, 종래 기술의 항에서 서술한 성형 방식을 설명한다. 종래의 서큘러 벤딩 성형 방식에 의해 피성형 소재(w)로부터 관으로 성형되는 과정을 나타내는, 롤 플라워라고 불리는 설명도를 도 5b에 도시한다. n개의 성형 롤로 소판으로부터 관으로 순차적으로 굴곡 성형하는 것으로 가정하고, n단계에서 소판 폭 중앙으로부터 엣지부를 향하여 굴곡 성형을 완료하도록 성형량을 배분하여 마지막에 양 엣지부를 굴곡 성형하는 것으로, 관 바닥이 되는 소판 폭 중앙을 고정시켜 보면, 도 5b에 도시하는 바와 같이 소판의 양 엣지부의 궤적이 그려진다.

또한, 종래의 더블 벤딩 성형 방식에 의해 소판으로부터 관으로 성형되는 과정을 도 5a에 기초하여 설명하면, 우선 평평한 피성형 소재(w)의 폭 중앙부를 들어 올리는 동시에 양 엣지부의 굴곡을 상하 요철 롤로 행하고, 이어서 폭 중앙부를 펴면서 상기의 서큘러 벤딩 성형 방식과 같이 판 폭 중앙으로부터 굴곡 성형하지만, 처음에 양 엣지부의 성형을 완료하고 있기 때문에, 접합에 필요한 양호한 엣지 맞대기 상태를 얻기 쉽다.

종래의 성형 롤을 사용하는 성형 방법에서는, 기본적으로 소판을 요철 롤 사이에 끼우거나, 사이드 롤이나 케이지 롤과 같이 구부려 일으켜 세운 소판의 외측으로부터 가압하도록, 성형 롤과 피성형 소재(w)는 모두 점 또는 선 접촉할 수 밖에 없고, 엣지 벤딩 성형 방식에서는, 초기의 엣지부의 성형을 행한 후에는, 브레이크 다운 공정에서 양 엣지부를 구속하여 굴곡 성형을 행하지는 않고, 서큘러 벤딩 성형 방식에서는 반대로 브레이크 다운 공정을 끝낸 후, 용접 공정에 대비하여 다단 배치한 핀 패스 롤로 양 엣지부를 굴곡 성형하는 것이 실시되고 있었다.

이것에 대해 본 발명에서는, 상기의 어느 성형 방식의 경우에도, 브레이크 다운 공정의 전 공정 중, 예정한 성형 플라워에 있어서의 엣지의 궤적대로, 도 7의 성형 과정을 시뮬레이션한 설명도에 도시하는 바와 같이 피성형 소재의 엣지부를 연속적으로 구속하여 굴곡 성형을 행하는 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명의 성형 방법을 실시할 때, 예를 들면 더블 벤딩 성형 방식의 성형 플라워를 채용했다고 하면, 상기의 도 5a의 롤 플라워도는 피성형 소재(w)의 관 바닥이 되는 판 폭 중앙을 고정시켜 소판의 양 엣지부의 궤적을 그리지만, 이 발명에서는 도 6a에 도시하는 바와 같이, 피성형 소재(w)의 관 바닥이 되는 판 폭 중앙부측이 이동하여, 양 엣지부의 궤적을 동일한 수평 위치에 고정시켜 보는 것이며, 표시가 상이하지만, 이것은 완전히 동일한 성형 공정이다.

상기와 같이 성형 장치(ODF)는 선회 유닛(1a, 1b)의 한 쌍을 그 직선 궤도부에서 대향 배치하고 있고, 환언하면 그 대향하는 성형 구멍형(11) 사이에 피성형 소재(w)를 진입 가능하게 한 직선 궤도부 사이를 성형 구간으로 하고, 각각의 성형 구멍형(11)은 상기 피성형 소재(w)의 진행 방향의 양 단부를 구속하여 동기 이동하는 성형 구간에서는 높이 z방향에서는 수평을 유지한 채이다.

단, 각각의 성형 구멍형(11)은 각 다이 홀더(12)에 내장되는 각도 제어 기구(7)의 로드(16)에 따라 당접 각도를 구멍형(11)이 대략 위를 향하는 것으로부터 순차적으로 아래를 향하는 것으로 변경하는 동시에, 대향하는 성형 구멍형(11)의 간격을 좁혀 감으로써, 상기 피성형 소재(w)의 진행 방향의 양 엣지부를 구속하여 동기 이동하는 성형 구간에서, 도 6a에 도시하는 궤적대로의 소정의 성형을 행할 수 있다.

도 1에 도시하는 성형 장치(ODF)의 평면도에서 피성형 소재(w)에 처음에 당접하는 다이(10)의 위치에서 종단한 도 4a에 도시하는 종단 측면도에 도시하는 바와 같이 대략 평탄한 피성형 소재(w)의 양 엣지부에 당접하는 성형 구멍형(11)은 대략 위를 향하지만, 성형 구간 최종 다이(10)의 위치에서 종단한 도 4b에 도시하는 종단 측면도에서는, 피성형 소재(w)는 대략 원형을 형성하고 있으며, 양 엣지를 구속하는 다이(10)의 성형 구멍형(11)은 아래를 향하는 것을 알 수 있다.

따라서, 이 성형 장치(ODF)는 한 쌍의 선회 유닛의 직선 궤도부로 구성되는 성형 구간에서, 상기 피성형 소재의 진행 방향의 양 단부를 구속하여 동기 이동하여 브레이크 다운 공정을 완료하고 있는 것을 알 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시하는 성형 장치(ODF)에서 도시하는 바와 같이, 피성형 소재(w)의 양 엣지를 구속하여 굴곡 성형을 행할 때의 성형 반력을 받기 위해, 또한 선회 유닛(1a, 1b)의 진행 방향에 있어서의 각 다이(10)의 선회 각도에 따른 성형량의 배분을 적절히 제어하기 위해서, 성형 구간에 있는 피성형 소재(w)의 폭 중앙부를 하측으로부터 당접하여 지지하는 서포트 롤로서의 하부 롤은 필요하고, 도 4b에 도시하는 롤 플라워도에 도시하는 관 바닥측의 곡률을 따르는 오목면을 가진 다수의 소직경 롤(44), 또는 폭 방향으로 2분할하여 당접 방향을 변경한 소직경 롤로 이루어지는 2분할 롤(41)을 x방향으로 배치할 수 있다.

또한, 하부 롤의 서페이스에는 진행 방향에서의 배치 위치에 있어서, 목표 구경에 따라 각각 필요로 하는 곡률이 있기 때문에, 실시예 1과 같이 공용 롤로서 사용하는 것 외에, 실시예 2, 실시예 3과 같이, 전용 곡률을 부여한 롤을 목표 구경에 따라 교환 가능하게 한 카세트 플레이트나 컨베이어 벨트 구성의 장치를 채용할 수 있다.

굴곡의 외면으로부터 당접하여 이러한 서포트를 행하는 하부 롤 유닛(40) 대신, 소요 곡률의 구멍형을 갖는 다이를 연결한 다이 열로 구성한 서포트 선회 유닛의 구성을 채용할 수 있고, x방향에 1개 또는 복수의 유닛을 배치할 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시하는 성형 장치(ODF)는 도시한 위 아래를 180도 반대로 해도, 90도 회전시켜도 성형이 가능하고, 이 경우, 이러한 서포트 롤은 상부 롤이나 사이드 롤로서 배치하게 된다.

또한, 목표 구경이 크고 피성형 소재(w)의 폭이 긴 경우 등은 굴곡의 외면으로부터 당접하는 단수 또는 복수의 서포트 롤을 피성형 소재(w)의 폭 방향 또는 진행 방향 또는 그 양 방향을 따라 배치할 수 있다.

또한, 성형 장치(ODF)의 출구측에 있어서도, 서포트 롤을 피성형 소재(w)의 폭 방향 또는 진행 방향 또는 그 양 방향을 따라 배치할 수 있다.

본 발명에 의한 성형 장치는 관 제조 라인 전체적으로 보면 라인 전후에 다른 구동형의 성형 롤 스탠드를 구비하기 때문에, 반드시 선회 유닛을 회전 구동할 필요는 없지만, 적어도 한 쌍의 선회 유닛 자체가 피성형 소판의 통과 저항이 되지 않을 정도의 구동력을 가지고 있는 것이 바람직하다.

다이 및 그 성형 구멍형은 그 구성이나 형상이 한정되는 것이 아니며, 상기한 도면에서는 용접관의 제조를 목적으로 하여 단면 형상으로 대략 L자형을 채용한 구성을 도시하고 있지만, 동일한 관 제조라도 엣지부를 용접하지 않는 코킹관이나 플랜지 장착 관과 같이 미리 소정의 엣지부 형상을 성형한 후, 관상으로 성형하는 경우, 다이는 엣지의 형상에 맞춰서 유지할 수 있는 구멍형 형상을 채용하면 좋다. 따라서, 이 발명의 성형법 및 장치는, 상기한 관재 외에, 다양한 단면 형상의 오픈 채널재라도 성형할 수 있다.

또한, 성형 구멍형은 상기의 단면 대략 L자형의 평면으로 구성되는 것 외에, 소재의 엣지부에 이어지는 부분의 곡률에 따른 곡면을 부여한 단면 대략 L자형을 채용할 수도 있다.

또한, 이 발명의 선회 유닛에 있어서, 무한 궤도는 장타원 궤도 외에, 직사각형 궤도, 삼각 궤도 등 공지된 어느 무한 궤도도 채용할 수 있다. 선회부도 스프로킷 외에, 기어 구조, 회전 베어링 구조 등 공지의 어느 기구도 채용할 수 있다.

마찬가지로 하중을 받는 기구에는, 대직경의 서포트 베어링군을 직렬 배치한 구성 외에, 슬라이드판이나 소직경 롤러를 다수 배치한 면판의 구성 등 공지의 어느 기구도 채용할 수 있다.

다이 열은 각 다이의 성형 구멍형이 z방향으로 요동 자유자재로 유지되는 구성이며, 성형 구멍형부를 요동 자유자재로 유지하는 다이 자체를 연결하는 것 외에, 다이를 요동 자유자재로 유지한 다이 홀더를 연결하는 구성, 체인에 다이를 요동 자유자재로 유지시킨 구성, 특허문헌 4에 기재하는 다이 내에 베어링을 내장하는 구성 등, 공지의 컨베이어나 체인의 어느 구성도 채용할 수 있다.

선회 유닛으로 성형 구간을 구성하는 부분은, 실시예에서는 소요 길이의 직선 궤도부이지만, 특허문헌 4에 기재하는 가상의 거대 직경 원의 소요 원호 부분 등의 거의 직선의 궤도를 채용하는 것이 가능하다.

각도 제어 기구에는 요동 자유자재로 축지한 다이를 대략 피니언화 하여 이것과 맞물리는 랙부를 한쪽 단부에 설치하고, 다른쪽 단부에는 롤러 팔로워를 구비한 로드로 경사 궤도의 직선 운동을 다이의 회전 운동으로 변경하는 기계 기구 외에, 공지의 직선 운동과 회전 운동의 변경을 행하는 기계 기구를 채용할 수 있다.

또한, 각도 제어 기구로 다이의 요동 각도를 미리 설정된 성형 공정에 따르는 각도 변화 패턴 등의 변화율로 변화시킬 때, 실시예에서는 성형 구멍형에 단면 대략 L자형을 채용하는 것으로부터 각속도가 일정해지도록 각도 제어했지만, 제어 방법은 미리 선정하는 성형 공정, 성형 구간을 구성하는 궤도부, 각도 제어 기구, 성형 구멍형 등의 구성에 따라 적절히 선정하면 좋다.

실시예

실시예 1, 2는 도 1에서 도 3에 도시하는 구성으로 이루어지는 성형 장치(ODF)를 사용하고, 도 6a에 도시하는 더블 벤딩 성형 방식과 도 8a에 도시하는 서큘러 벤딩 성형 방식에 의해 소판으로부터 관으로의 성형을 행하는 경우를 나타낸다. 후술하는 바와 같이 성형 방식의 차이에 따라 관 제조 목표 구경 범위가 중복되는 부분은 있지만, 목표의 구경 범위가 상이하도록 설정하고 있고, 성형 장치 그 자체는 완전히 같은 구성이며, 단순히 구경 범위의 차이에 따라 닮은꼴(相似形)로 장치의 크기가 상이할 뿐이다.

본 발명은 1개의 장치의 겸용 범위가 넓은 것이 특징이지만, 동일한 설계의 장치에서 유사하게 치수를 변경하는 것만으로 소직경에서 대직경의 관 제조가 가능한 것도 특징이다.

실시예 1

관 제조 라인의 스탠드 구성은, 더블 벤딩 성형 방식에 의한 경우에는, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 도면의 우측이 입구측이며, 우선 소판 상태의 피성형 소재(w)를 보내기 위한 홈이 있는 사이드 롤로 이루어지는 엔트리 가이드 스탠드(EG), 피성형 소재(w)의 양 엣지부를 소요 원호상으로 성형하는 상하 롤로 이루어지는 엣지 벤드 스탠드(EB), 엣지 벤드 스탠드(EB)로 들어 올려진 판 폭 중앙부를 펴는 상하 롤로 이루어지는 리버스 벤드 스탠드(RVS), 판상에서부터 대략 원형까지 성형하는 브레이크 다운 공정을 행하는 한 쌍의 선회 유닛으로 이루어지는 성형 장치(ODF) 스탠드, 브레이크 다운 공정을 완료하여 용접에 대비하여 엣지부를 맞대기 위한 상하 롤로 이루어지는 핀 패스 롤 스탠드(FP)와, 그 전단의 사이드 롤로 이루어지는 핀 패스 사이드 롤 스탠드(FPS)를 구비하고, 종단은 용접을 행하는 스퀴즈 롤 스탠드(SQ)이며, 여기에서는 TIG 용접을 채용한다.

성형 장치(ODF)는, 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 성형 예정 구경에 따라 곡률을 선정한 2분할 롤(41)을 공통 베드(42)에 소요의 높이를 조정하여 다수 병렬한 구성의 하부 롤 유닛(40)을 베이스대(31)에 소요 높이로 세워 설치한 스탠드(43) 위에 재치하고, 겸용 범위마다 교환 가능하게 구성하고 있다.

또한 여기에서는, 성형 구간을 나온 피성형 소재(w)가 다이(10)의 성형 구멍형(11)으로부터 용이하게 이탈하도록, 성형 장치(ODF)의 출구측에 서포트 롤로서 소직경의 사이드 롤(51)군 및 하부 롤을 탑재한 사이드 롤 유닛(50)을 베이스대(31)에 설치한 스탠드(53)에 승강 기구(52)를 개재하여 재치하고 있다.

성형 장치(ODF)의 겸용 범위는 구경 38.1 내지 114.3mm, 두께 0.6 내지 6.0mm을 상정하고, 장치의 설계 최대 선하중은 60kgf/mm으로 하였다. 라인 속도는 10m/min이 되도록 설정하였다. 용접에는 TIG 용접을 사용하였다.

피성형 소재에 스테인레스강(SUS304), 고장력 강판을 사용하여 상기 겸용 범위에서 다양한 구경, 두께의 조합으로 관을 제조한 결과, 피성형 소재의 진입 저항이 작고, 소재의 선단 및 후단에 연신이나 변형도 없고, 프레스 성형과 같이 여분의 왜곡과 잔류 응력이 적은 성형이 가능하여, 눌어붙기 등이 전무하여 표면 품질도 양호하고, 롤링도 완전히 억제할 수 있어 엣지부의 맞대기 상태도 매우 양호하여 용접 품질이 종래에 비해 현저하게 향상되었다.

도 7에 실시예 1의 더블 벤딩 성형 방식에 의한 성형 과정을 시뮬레이션한 성형 소재를 도시하지만, 브레이크 다운 공정의 전공정 중, 예정한 롤 플라워에 있어서의 엣지의 궤적대로 피성형 소재의 엣지부를 연속적으로 구속하여 굴곡 성형을 행할 수 있고, 피성형 소재의 진입 저항이 작고, 롤링도 완전히 억제할 수 있어 엣지부의 맞대기 상태도 매우 양호해지는 것을 알 수 있다.

종래의 성형 롤군을 사용한 관 제조에서는 장치 구성의 차이도 있지만, 피성형 소재의 진입 저항은 보통강이라도 크기 때문에 구동 롤용의 전동기를 다수 준비할 필요가 있으며, 당연히 성형시에 여분의 왜곡 부가와 잔류 응력이 불가피하다.

이것에 대해 본 성형 장치(ODF)의 경우에는 선회 유닛(1a, 1b) 자체가 피성형 소판의 통과 저항이 되지 않을 정도의 약간의 구동력을 가진 구동 모터(8)에 의해 스프로킷(4)을 구동하여 다이 열(5)을 회전 구동하고 있기 때문에, 진입 저항은 무시할 수 있고, 고강도의 소재라도 눌어붙기 등이 전무해진다. 브레이크 다운 공정에 있어서의 소비 전력은 종래의 성형 롤과 비교하여 1/3로 저감시킬 수 있다.

실시예 2

실시예 1의 장치를 사용하여 더블 벤딩 성형 방식으로, 시트재의 인탈산동판을 사용하고, 구경 63.5mm, 두께 0.8mm, 길이 4000mm의 동관(銅管)을 제조하였다. 마찬가지로 시트재의 티탄판(H4631)을 사용하고, 구경 63.5mm, 두께 1.2mm, 길이 5500mm의 Ti관을 제조하였다. 이 때, 하부 롤 유닛에는, 도 1과 도 2에 도시하는 구성과는 달리, 상기 목표 구경 전용의 다양한 곡률을 각각 가진 롤을 순차적으로 한 장의 공통 베드(42) 위에 배열한 구성으로 이루어지는 교환식의 구경별 전용 하부 롤 유닛으로 교환하여 성형하였다.

동관도 티탄관도 모두 눌어붙기나 표면 흠집 등도 없어 표면 품질이 우수하고 또한 용접부의 테두리 물결도 전무한 고품질의 관이 얻어졌다.

또한 마찬가지로 실시예 1의 장치를 사용하고, 시트재의 알루미늄판(A1070)을 사용하여, 구경 114.3mm, 두께 1.6m, 길이 4000mm의 알루미늄관을 제조하였다. 이 경우도, 상기의 80 내지 83mm의 목표 구경에 적합한 다양한 곡률을 가진 전용 롤을 순차적으로 재치한 공통 베드 플레이트 교환식의 하부 롤 유닛을 사용하였다.

얻어진 알루미늄관은 눌어붙기나 표면 흠집 등도 없어 표면 품질이 우수하고 또한 용접부의 테두리 물결도 전무한 고품질의 관이었다.

실시예 3

실시예 1의 성형 장치(ODF)에 있어서, 베이스대(31)에 소요 높이로 세워서 설치한 스탠드(43) 위에 놓여진 공통 베드(42) 위에 2분할 롤(41)군을 배치하는 구성의 하부 롤 유닛(40) 대신, 도 9에 도시하는 바와 같은 하부 롤 교환 장치(70)를 채용하였다.

하부 롤 교환 장치(70)는 하부 롤(60)을 축지하는 롤 홀더(71)의 다수개를 연결하여 컨베이어화하고, 이 컨베이어 벨트(72)를 선회 유닛(1a, 1b)의 하방에 위치하는 한 쌍의 회전 드럼(73, 74)에 의해 잭(76)으로 지지되는 레일 위를 이동 가능하게 하고 있다. 회전 드럼(73, 74)은 스탠드간에 배치하는 잭(75)에 의해 승강가능하게 유지되고, 회전 드럼(73, 74)의 축지부의 핸들을 돌림으로써 무단 컨베이어 벨트(72)가 회전하여 롤 홀더(71)로 축지되는 하부 롤(60)이 이동한다. 각 하부 롤(60)의 서페이스에는 성형 장치(ODF)의 겸용 범위에 따라 필요로 하는 다양한 곡률을 부여하여, 각 롤을 순차적으로 배열시켜 둠으로써, 선회 유닛(1a, 1b) 사이의 소요 부위에서 목적 구경에 따라 필요로 하는 전용 곡률을 구비한 하부 롤(60)로 교환하여 배치할 수 있어 성형시의 반력의 지지는 물론, 선회 유닛(1a, 1b)의 진행 방향에 있어서의 각 다이(10)의 선회 각도에 따른 성형량의 배분을 적절히 제어할 수 있었다.

또한, 여기에서는 컨베이어 벨트(72)를 무단화했지만, 하류측 또는 상류측으로 쌍방향으로 이송 가능하다면 롤을 선택 사용할 수 있기 때문에, 무단화하지 않는 구성도 채용할 수 있다.

실시예 4

관 제조 라인의 스탠드 구성은, 도 8a에 도시하는 서큘러 벤딩 성형 방식에 의한 경우에는, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 도면의 우측이 입구측이며, 우선 소판 상태의 피성형 소재(w)를 보내기 위한 상하 핀치롤과 홈이 있는 사이드 롤로 이루어지는 엔트리 가이드 스탠드(EG), 브레이크 다운 공정을 모두 행하는 한 쌍의 선회 유닛으로 이루어지는 성형 장치(ODF) 스탠드, 브레이크 다운 공정을 완료하여 피성형 소재(w)의 양 엣지부를 소요 원호상으로 성형하고 또한 용접에 대비하여 엣지부를 맞대기 위한 상하 롤로 이루어지는 핀 패스 롤 스탠드(FP)와, 그 전단의 사이드 롤로 이루어지는 핀 패스 사이드 롤 스탠드(FPS)를 3세트, 총 6단을 구비하고, 종단은 용접을 행하는 스퀴즈 롤 스탠드(SQ)이며, 여기에서는 고주파 용접을 채용하였다. 하부 롤 유닛(40)과 사이드 롤 유닛(50)은 실시예 1과 같이 구비하고 있다.

성형 장치(ODF)의 겸용 범위는 구경 60.5 내지 168.3mm, 두께 0.8 내지 6.0mm을 상정하고, 장치의 설계 최대 선하중은 60kgf/mm으로 하였다. 라인 속도는 60m/min이 되도록 설정하였다.

피성형 소재에 보통 강판을 사용하여 상기 겸용 범위에서 다양한 구경, 판 두께의 조합으로 관을 제조한 결과, 실시예 1과 동일하게, 피성형 소재의 진입 저항이 작고, 여분의 왜곡과 잔류 응력이 적은 성형이 가능하고, 롤링도 완전히 억제할 수 있어 양호한 표면 품질을 얻을 수 있다.

실시예 5

구경 630mm, 두께 22mm, 길이 18000mm의 대직경 관을 제조하기 위해서는, 소요 치수의 시트재를 사용하고, 우선 엣지부를 원호상으로 하는 C 프레스, 관 바닥이 되는 판 폭 중앙을 가압하는 U 프레스, 원통상으로 하는 O 프레스의 각 공정을 거치는 UO 포밍이 통상의 제조법이다. UO 포밍에서는 프레스 장치에 고압 프레스를 사용할 필요가 있으며, 특히 U 프레스에서는 굴곡 모멘트 길이가 짧고, 재료 전장을 한번에 성형하기 때문에, 상기의 예에서는 피성형 소재로부터 700tonf의 성형 반력을 받기 때문에, 이 반력 이상의 성형 능력을 갖는 고압 프레스가 필요해진다.

이것에 대해 성형 장치(ODF)의 경우에는, 피성형 소재로부터의 성형 반력은 180tonf이기 때문에, 성형 장치로서의 필요한 강성 강도가 상대적으로 작아 재료 및 제조 비용은 현저하게 저감시킬 수 있고, 관 제조에 요하는 에너지도 전력 환산으로 현저하게 저감시킬 수 있다.

상세를 설명하면, 관 제조 라인의 구성은 도 6b와 거의 같으며, 시트재의 피성형 소재를 보내기 위한 엔트리 가이드 스탠드, 피성형 소재의 양 엣지부를 소요 원호상으로 성형하는 상하 롤로 이루어지는 엔지 벤드 스탠드, 브레이크 다운 공정을 모두 행하는 한 쌍의 선회 유닛으로 이루어지는 성형 장치 스탠드, 브레이크 다운 공정을 완료하여 용접에 대비하여 엣지부를 맞대기 위한 상하 롤로 이루어지는 핀 패스 롤 스탠드와, 그 전단의 사이드 롤로 이루어지는 핀 패스 사이드 롤 스탠드를 구비하고, 종단은 용접을 행하는 스퀴즈 롤 스탠드이다. 상기의 성형 롤 스탠드는 물론 한 쌍의 선회 유닛으로 이루어지는 성형 장치는 실시예 1, 2와 같은 구성이지만, 상정되는 성형 하중을 견디도록 닮은꼴로 대형화된다.

이러한 구성에 의해, 구경 630mm, 판 두께 22mm, 길이 18000mm의 대직경 관을 시트재로부터 선단 및 후단부에 변형을 초래하지 않고 용이하게 관을 제조할 수 있고, 설비와 소비 전력의 점에서 에너지 절약 제조법으로서도 UO 포밍법의 대체로서 확립할 수 있다.

본 성형 방법은 예정한 롤 플라워에 있어서의 엣지의 궤적대로 피성형 소재의 엣지부를 연속적으로 구속하여, 마치 프레스 성형과 같이, 피성형 소재가 기본적으로는 단면 내의 2차원 변형만을 받고, 여분의 왜곡과 잔류 응력이 적은 성형이 가능하고, 성형 과정에서 스프링백을 거의 일으키지 않는 것과 더불어, 두께가 매우 얇은 재료에서 발생하기 쉬운 롤로의 휘감김 현상에 기인하는 테두리 물결이나, 원주속도 차이에 의해 발생하는 재료의 눌어붙기, 특히 두께가 두꺼운 재료에서 발생하기 쉽다고 하는 재료의 구속력 부족에 따르는 재료의 사행(蛇行) 현상 등의 롤 특유의 문제가 발생하지 않기 때문에, 두께가 매우 얇은 재료, 비철 금속, 두께가 두꺼운 재료나 고경도재 등의 종래의 롤 성형에서 난성형이라고 하는 재료의 관 제조에 최적이다.

또한, 본 성형 방법은 피성형 소재가 연속 재료이면 고속 생산이 가능하고, 장치로서의 겸용 범위가 넓고, 또한 시트재, 코일재를 접속 용접하지 않고 단체 재료로 관 제조가 가능하여, 다품종 소량 생산에도 최적이며, 또한 피성형 소재 폭에 제약이 없는 점에서 대구경의 강관의 제조도 가능하고, UO 포밍이나 JCO 포밍을 에너지 절약 제조법으로서 치환할 수 있다.

EG 엔트리 가이드 스탠드
EB 엣지 벤드 스탠드
RVS 리버스 벤드 스탠드
ODF 성형 장치 스탠드
FPS 핀 패스 사이드 롤 스탠드
FP 핀 패스 롤 스탠드
SQ 스퀴즈 롤 스탠드
w 피성형 소재
1a, 1b 선회 유닛
2, 3 장척면판
4 서포트 롤러
5 다이 열
6 백업 롤러
7 각도 제어 기구
8 구동 모터
10 다이
11 성형 구멍형
12 다이 홀더
13 축
14 핀
15 원호상 기어면
16 로드
17 직선상 기어면
18 롤러 팔로워
19 궤도면판
20a, 20b 경사용 프레임
21a, 21b 슬라이드 기구
22a, 22b, 23a, 23b 링크 기구
24 회전 샤프트
25 너트 슬라이더
26, 27 아암
28, 35 핸들
31 베이스대
32 지지축부
33 승강 잭
34 샤프트
36 베드
40 하부 롤 유닛
41 2분할 롤
42 공통 베드
43, 53 스탠드
44 소직경 롤
50 사이드 롤 유닛
51 사이드 롤
52 승강 기구
60 하부 롤
70 하부 롤 교환 장치
71 롤 홀더
72 컨베이어 벨트
73, 74 회전 드럼
75 잭
76 지지용 잭

Claims (12)

1. 성형 구멍형을 바깥쪽으로 향하게 하고 또한 요동 자유자재로 형성한 다이를 복수개, 선회 방향으로 연결하여 무단 열을 형성한 다이 열을 무한 궤도부 위를 선회 이동 가능하게 하고, 각 다이의 성형 구멍형의 요동 각도를 변화시키고 또한 유지하는 각도 제어 기구를 구비한 선회 유닛을 가지며, 이 선회 유닛의 한 쌍을 대향 배치하고, 그 대향하는 성형 구멍형 사이에 피성형 소재를 진입 가능하게 하고, 각 성형 구멍형이 연속하여 상기 소재의 진행 방향의 양 단부를 구속하여 동기 이동하는 소요 길이의 직선궤도부의 구간을 성형 구간으로 하는 구성을 가지며, 피성형 소재가 이 성형 구간을 통과하는 동안, 상기 각도 제어 기구가 상기 직선 궤도부에 병설된 모방 궤도를 모방함으로써, 각 다이의 성형 구멍형은 피성형 소재의 엣지부에 당접하는 상기 요동 각도를 미리 설정한 변화율로 변화시켜 피성형 소재의 성형을 행하는 성형 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 각도 제어 기구는 상기 직선 궤도부에 병설하는 모방 궤도를 모방하여 이동하는 것에 따르는 직선 운동을 다이의 요동 운동으로 변환하는 랙 앤 피니언 기구에 의해 성형 구멍형의 요동 각도를 연속적으로 변화시키는 성형 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 각 다이의 성형 구멍형의 단면 형상이 L자형인 성형 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 한 쌍의 선회 유닛의 대향 간격 사이에, 피성형 소재의 폭 중앙부를 굴곡의 외면으로부터 당접시키는 단수 또는 복수의 서포트 롤을 피성형 소재의 폭 방향 또는 진행 방향 또는 그 양 방향을 따라 배치하여 성형하는 성형 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 한 쌍의 선회 유닛의 대향 간격 사이에, 피성형 소재의 폭 중앙부를 굴곡의 외면으로부터 당접하는 복수의 서포트 롤을 당접시켜 성형할 때, 상기 롤을 롤 홀더로 지지시키고 또한 상기 홀더를 연결하여 컨베이어 벨트로 하고, 한 쌍의 선회 유닛 사이의 롤을 피성형 소재의 하류측 또는 상류측으로 쌍방향으로 이송 가능하게 하고, 또한 상기 롤의 롤 캘리버(roll caliber)의 곡률 반경이 상기 하류측에서부터 상류측으로 순차적으로 작아지도록 배치된 서포트 롤 열을 상기 컨베이어 벨트의 위치를 이동시켜 선택하는 성형 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 성형 구간을 나온 직후의 피성형 소재의 굴곡의 외면으로부터 당접하는 단수 또는 복수의 서포트 롤을 피성형 소재의 둘레 방향 또는 진행 방향 또는 그 양 방향을 따라 배치하여 성형을 행하는 성형 방법.
7. 성형 구멍형을 바깥쪽으로 향하게 하고 또한 요동 자유자재로 형성한 다이를 복수개, 선회 방향으로 연결하여 무단 열을 형성한 다이 열을 무한 궤도부 위를 선회 이동 가능하게 하고, 각 다이의 성형 구멍형의 요동 각도를 변화시키고 또한 유지하는 각도 제어 기구를 구비한 선회 유닛을 가지고, 이 선회 유닛의 한 쌍을 그 직선 궤도부에서 대향 배치하고, 그 대향하는 성형 구멍형 사이에 피성형 소재를 진입 가능하게 하고, 각 성형 구멍형이 연속하여 상기 소재의 진행 방향의 양 단부를 구속하여 동기 이동하는 소요 길이의 직선 궤도부의 구간을 성형 구간으로 하는 구성을 가지고, 피성형 소재가 이 성형 구간을 통과하는 동안, 상기 각도 제어 기구가 상기 직선 궤도부에 병설된 모방 궤도를 모방함으로써, 각 다이의 성형 구멍형은 피성형 소재의 엣지부에 당접하는 상기 요동 각도를 미리 설정한 변화율로 변화시켜 피성형 소재의 성형을 행하는 기구를 가진 성형 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 각도 제어 기구는 상기 직선 궤도부에 병설하는 모방 궤도를 모방하여 이동하는 것에 따르는 직선 운동을 다이의 요동 운동으로 변환하는 랙 앤 피니언 기구에 의해 성형 구멍형의 요동 각도를 연속적으로 변화시키는 성형 장치.
9. 제 7 항에 있어서, 각 다이의 성형 구멍형의 단면 형상이 L자형인 성형 장치.
10. 제 7 항에 있어서, 한 쌍의 선회 유닛의 대향 간격 사이에, 피성형 소재의 폭 중앙부를 굴곡의 외면으로부터 당접하는 단수 또는 복수의 서포트 롤을 피성형 소재의 폭 방향 또는 진행 방향 또는 그 양 방향을 따라 배치한 성형 장치.
11. 제 7 항에 있어서, 한 쌍의 선회 유닛의 대향 간격 사이에, 피성형 소재의 폭 중앙부를 굴곡의 외면으로부터 당접하는 복수의 서포트 롤을 배치할 때, 상기 롤을 롤 홀더로 지지시키고 또한 상기 홀더를 연결하여 컨베이어 벨트로 하여, 한 쌍의 선회 유닛 사이의 롤을 피성형 소재의 하류측 또는 상류측으로 쌍방향으로 이송 가능하게 하고, 또한 상기 롤의 롤 캘리버의 곡률 반경이 상기 하류측에서부터 상류측으로 순차적으로 작아지도록 배치되고, 상기 컨베이어 벨트의 위치를 이동시킴으로써 선택 사용 가능하게 한 서포트 롤 열을 갖는 성형 장치.
12. 제 7 항에 있어서, 성형 구간을 나온 직후의 피성형 소재의 굴곡의 외면으로부터 당접하는 단수 또는 복수의 서포트 롤을 피성형 소재의 둘레 방향 또는 진행 방향 또는 그 양 방향을 따라 배치한 성형 장치.
    

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