KR20130119515A - 금속판 가공 장치 및 가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도 금속판을 3차원적으로 복잡한 형상으로 성형 가공할 때 효율적이고 범용적인 성형 가공 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 금속판을 성형하는 가공 장치로서, 성형 후의 금속판의 형상에 적합한 형상을 가진 금형(10) (펀치라고도 함)과, 상기 금형과의 사이에 금속판(H)을 개재시켜서 상기 금속판을 성형하는 복수의 롤(30~33)과, 상기 각 롤을 수평 방향으로 독립하여 이동시키고 또한 연직 방향으로 독립하여 승강시키는 롤 이동 기구(40)와, 상기 금형에 대한 롤의 누름 각도를 변화시키는 롤 각도 설정 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

금속판 가공 장치 및 가공 방법 {MACHINING APPARATUS AND MACHINING METHOD FOR METAL PLATE}

본 발명은 금속판을 성형하는 가공 장치 및 그 가공 장치를 사용한 가공 방법에 관한 것이다.

최근, 예를 들면 자동차용 부품, 건축 재료용 부품, 가구용 부품 등의 분야에서는, 강성을 확보한 상태에서 경량화를 실현하기 위하여, 고강도의 금속판이 사용되고 있다. 이러한 금속판의 성형은 종래부터, 예컨대 프레스 성형이나 롤 성형에 의하여 이루어지고 있으나, 금속판의 강도의 증가에 수반되는 성형성의 저하로 인하여, 금속판을 복잡한 형상으로 성형하는 것은 곤란하게 되었다.

예를 들면, 프레스 성형을 사용하였을 경우, 성형 후의 금속판에 인장력이 작용하는 플랜지부에는 그 플랜지부에 균열이 발생되고, 또한 금속판에 압축력이 작용하는 플랜지부에서는 그 플랜지부에 주름이 생기는 경우가 있다.

또한, 롤 성형을 사용하였을 경우, 금속판을 길이 방향으로 단일의 간단한 단면 형상으로 성형할 수 있으나, 금속판의 길이 방향으로 단면이 변화하는 복잡한 형상으로 성형하는 것은 곤란하다.

한편, 프레스 성형과 롤 성형을 조합하여 금속판을 성형하는 것이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에 개시된 장치는 스플라인 등의 외주면의 기어 형상부를 롤 성형에 의하여 성형하기 위한 프레스 가공 장치로서, 가공 대상이 되는 금속판이 외주면에 장착되는 금형과, 금형과 동심으로 배치된 다이 링과, 다이 링의 내주에 방사상으로 배치되고 금속판과 다이 링의 내주면 사이에 끼워져서 회전하는 복수의 성형 롤을 가지고 있다. 또한, 다이 링을 금형에 대하여 상대 이동시키는 동시에, 복수의 성형 롤을 회전시킴으로써 금속판을 성형하고 있다.

특허 문헌 2에는 샤시 형태의 긴 부재의 만곡 형상에 대응하여 성형 가공하는 롤 가공 장치로서, 긴 부재의 형상에 맞춘 직동 캠 위를 성형 롤이 이동하여 직동 캠의 형상에 따라 성형 롤이 승강함으로써 길이 방향으로 만곡된 형상으로 피가공물을 가공하는 롤 성형법이 개시되어 있다.

특허 문헌 3에는 직각으로 교차되는 금속판들을 결착(시밍)시키는 경우에, 결착부의 금속판을 겹치기 절곡(헤밍)할 때, 직각 단면을 가진 성형 롤을 금속판의 직각 결착 부분에 대고 회전하면서 프레스함으로써 결착부를 성형하는 롤 성형 방법이 개시되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 공개 특허 공보 평6-154925호 특허 문헌 2: 일본 공개 특허 공보 소64-31527호 특허 문헌 3: 일본 공개 특허 공보 평8-197161호

그러나 특허 문헌 1에 기재된 기술로는 금속판을 기어 형상(파도 형상)으로 성형할 수 있지만, 그 길이 방향의 단면은 동일한 형상이 된다. 즉, 길이 방향으로 단면이 변화하는 복잡한 형상으로 금속판을 성형할 수 없다. 또한, 금속판의 높이가 길이 방향으로 변화하도록 성형하는 것도 할 수 없다. 따라서 금속판을 삼차원적으로 복잡한 형상으로 성형할 수 없었다.

특허 문헌 2에 기재된 기술도 피가공재의 길이 방향의 단면이 동일한 형상이고, 또한 길이 방향에 대하여 수직인 한 방향으로 만곡시키도록 가공하는 경우에는 적용할 수 있으나, 금속판을 길이 방향으로 단면이 변화하는 복잡한 형상으로 성형할 수 없다.

특허 문헌 3에 기재된 기술도 피가공재의 어깨부의 일정 형상만 가공할 수 있고, 금속판을 복잡한 단면으로 또는 단면이 변화하는 복잡한 형상으로 성형할 수 없다.

또한, 이들 종래 기술에 대해 공통적으로 말할 수 있는 것은, 이들이 종래의 롤 성형법의 연장이기 때문에 고장력 강으로 대표되는 고강도 금속판의 가공에는 적합하지 않다는 것이다. 향후 수요가 높아지는 고강도 금속판을 임의의 형상으로 가공하는 것에 대한 효율적면서 범용성이 높은 가공 기술이 요구되고 있다.

본 발명은, 종래의 롤 성형 기술에서는 가공의 한계가 있고 복잡한 단면이나 단면이 변화하는 복잡한 형상을 만드는 성형 가공은 할 수 없다는 문제점 및 고강도 금속판을 효율적으로 가공하는 방법에 대한 요구를 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고강도 금속판을 삼차원적으로 복잡한 형상으로 성형 가공할 때 효율적이면서 범용적인 성형 가공 기술을 제공하는 데 있다. 여기서 복잡한 형상의 성형 가공이란, 예컨대 단면이 모자(hat) 형태인 부품에 있어서, 모자부의 폭이 변화하거나 플랜지부의 폭이 변화하거나 혹은 연신 플랜지부와 압축 플랜지부가 공존하거나 하는 가공도 포함하는 것이다. 물론, 삼차원적으로 복잡한 형상이고 압축부, 인장부가 혼재하여 단순한 프레스 성형으로는 최종 제품에서 요구하는 형상을 얻기 어려운 성형 가공도 포함하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 고강도 금속판을 효율적으로 가공하는 프레스 가공과 복잡한 형상의 가공에 적합한 롤 성형법을 조합하여 프레스 금형에 롤을 접촉시켜 눌러서 금속판을 가공함으로써, 고강도 금속판이라도 임의의 형상으로 최적의 성형 가공을 할 수 있는 것을 알아 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 금속판을 성형하는 금속판 가공 장치로서, 성형 후의 금속판의 형상에 대응하는 형상을 가진 금형(펀치라고도 함)과, 상기 금형과의 사이에 금속판을 개재시켜서 상기 금속판을 성형하는 복수의 롤과, 상기 각 롤을 수평 방향으로 독립적으로 이동시키고 또한 연직 방향으로 독립적으로 승강시키는 롤 이동 기구와, 롤을 상기 금형에 누르는 각도를 바꿀 수 있는 롤 각도 설정 기구를 가진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 각 롤이 금형의 가장자리선(稜線)을 따라서 수평 방향으로 독립적으로 이동할 수 있으므로, 성형 후의 금속판의 단면이 길이 방향으로 변화하는 경우에도, 그 단면의 변화에 추종하여 각 롤을 이동시킬 수 있다. 또한, 각 롤이 연직 방향으로 독립적으로 승강할 수 있으므로, 성형 후의 금속판의 높이가 변화하는 경우에도 그 높이의 변화에 추종하여 각 롤을 승강시키고, 상기 롤과 금형의 대응하는 가공면 사이에 금속판을 소정의 하중으로 끼울 수 있다. 이와 같이 각 롤을 독립하여 삼차원적으로 이동시킬 수 있으므로, 금속판을 삼차원적으로 복잡한 형상으로 성형할 수 있다.

또한, 롤의 금형에 누르는 각도를 조절할 수 있는 롤 각도 설정 기구를 구비하고, 삼차원 이동 기구와 함께 움직임으로써, 어떠한 복잡한 형상의 성형 가공에도 대응할 수 있다.

또한, 상기 롤은 각각 하중 검출 장치를 가질 수 있다. 그 하중 검출 장치에 의하여 성형 가공시의 가공 하중을 제어하여 성형 가공할 수도 있다.

또한, 금형도 상하 이동하면서 성형 가공하여도 좋다.

또한, 삼차원적인 복잡한 형상이란 폭이 임의로 변화하는 부품 형상도 포함한다.

상기 롤은 본체 롤부와, 상기 본체 롤부로부터 동심으로 돌출되고 직경이 이 본체 롤부보다 작은 돌출 롤부를 가지고 있어도 좋다.

상기 본체 롤부와 상기 돌출 롤부 간의 코너부의 외주면에는, 그 전면(全面)에 걸쳐서, 측면에서 보았을 때 내측으로 볼록하게 만곡된 만곡부가 형성되고, 상기 복수의 롤은 곡률반경이 각기 다른 상기 만곡부를 구비한, 상기 롤을 가지고 있어도 좋다. 또한, 코너부란, 본체 롤부의 표면과 돌출 롤부의 외주면에 의하여 형성되는 구석 모서리 부분을 말한다.

상기 복수의 롤은 직경이 각기 다른 상기 돌출 롤부를 구비한 상기 롤을 가지고 있어도 된다.

상기 금형의 하면 형상은 외측에 비하여 내측이 돌출된 형상이며, 상기 돌출 롤부는 상기 본체 롤부에 대하여 내측으로 돌출되어 있어도 좋다. 또한, 상기 금형의 하면 형상은 내측에 비하여 외측이 돌출된 형상이고, 상기 돌출 롤부는 상기 본체 롤부에 대하여 외측으로 돌출되어 있어도 좋다.

다른 관점에 의한 본 발명은 금형 및 복수의 롤을 사용하여 금속판을 성형하는 금속판 가공 방법으로서, 상기 각 롤이 독립적으로 연직 방향으로 상승하고, 상기 롤과 상기 금형의 하면 사이에 금속판을 소정의 하중으로 끼우면서 금형 금속판을 성형하는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 상기 각 롤이 상기 금형의 가장자리선을 따라서 독립적으로 이동하여도 좋다.

또한, 상기 각 롤이 연직 방향의 승강에 추가하여 수평 방향의 이동도 할 수 있고, 임의의 위치에서 금속판을 소정의 하중으로 개재시키면서 성형 가공하여도 좋다.

그 때, 롤 각도 설정 기구에 의해 상기 각 롤이 금형을 누르는 각도를 임의로 설정하여 성형 가공하여도 좋다.

상기 복수의 롤은 상기 금형의 하면의 가장자리선을 따라서 수평 방향으로 복수 회 왕복 이동하여 금속판을 성형하여도 좋다.

상기 롤은 본체 롤부와, 상기 본체 롤부로부터 돌출되며, 직경이 상기 본체 롤부보다 작은 돌출 롤부와, 상기 본체 롤부와 상기 돌출 롤부 간의 코너부의 외주면에 전주에 걸쳐서 형성되고 측면에서 보았을 때 내측으로 볼록하게 만곡된 만곡부를 가지고, 상기 만곡부의 곡률반경이 각기 다른 상기 복수의 롤을 사용하여 금속판을 성형하여도 좋다.

상기 돌출 롤부의 직경이 각기 다른 상기 복수의 롤을 사용하여 금속판을 성형하여도 좋다.

성형 후의 금속판이 연신 플랜지부와 압축 플랜지부를 가지고 있어도 좋다.

그 때, 성형 후의 금속판에 인장력이 작용하는 연신 플랜지부에서는, 한 쌍의 상기 롤이 상기 연신 플랜지부를 중심으로 서로 가까워지는 방향으로 이동하여, 상기 연신 플랜지부를 성형하여도 좋다. 또한, 성형 후의 금속판에 압축력이 작용하는 압축 플랜지부에서는, 한 쌍의 상기 롤이 상기 압축 플랜지부를 중심으로 서로 멀어지는 방향으로 이동하여 상기 압축 플랜지부를 성형하여도 좋다.

물론, 금속판이 780MPa 이상의 인장 강도를 가진 고장력 강이라도 좋다.

또한, 인장 강도 980MPa 이상의 초고장력 강이라도, 1470MPa 이상의 초초고장력 강이라도 좋다.

본 발명에 의하면, 고강도 금속판을 효율적으로 삼차원적인 복잡 형상으로 성형 가공할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 가공 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 가공 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 가공 장치의 금형을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 가공 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는 성형 후의 금속판을 나타내는 평면도이다.
도 6은 성형 후의 금속판을 나타내는 측면도이다.
도 7은 성형 후의 금속판을 나타내는 측면도이다.
도 8은 롤을 나타내는 측면도이다.
도 9는 가공 장치에서 금속판을 성형하는 모습을 나타낸 설명도이다.
도 10은 가공 장치에서 금속판을 성형하는 모습을 나타낸 설명도이다.
도 11은 가공 장치에서 금속판을 성형하는 모습을 나타낸 설명도이다.
도 12는 다른 실시 형태에 따른 롤의 측면도이며, 도 12의 (a)는 곡률반경이 R1인 만곡부가 있는 롤을 나타내고, 도 12의 (b)는 곡률반경이 R2인 만곡부가 있는 롤을 나타내고, 도 12의 (c)는 곡률반경이 R3인 만곡부가 있는 롤을 나타내고, 도 12의 (d)는 만곡부가 없는 롤을 나타내고 있다.
도 13은 다른 실시 형태에 따른 가공 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 14는 복잡한 형상으로 성형한 금속판을 나타내는 도면이며, 도 14의 (a)는 부감도를, 도 14 (b)는 평면도를, 도 14의 (c)는 측면도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 실시 형태에 따른 평판 모양의 금속판(H)을 성형하는 가공 장치(1)의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다. 또한, 도 3은 가공 장치(1)의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.

본 실시 형태에서는 가공 장치(1)를 사용하고, 금속판(H)을 도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이 그 내측이 볼록하게 돌출되도록 성형한다. 금속판(H)은 도 5에 나타낸 바와 같이 평면으로 보았을 때 사행(蛇行)하고 있다. 또한, 성형 후의 금속판(H)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 그 높이가 상기 금속판(H)의 길이 방향(도 6의 X 방향)을 따라서 변화하고 있다. 성형 후의 금속판(H)의 돌출부(H1)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 대략 사각형 형태를 띠고 있다. 이 돌출부(H1)는 금속판(H)의 길이 방향을 따라서 연속적으로 형성되고 그 크기가 변화하고 있다. 즉, 돌출부(H1)의 높이(D)(도 7의 Z 방향)와 폭(W)(도 7의 Y 방향)이 금속판(H)의 길이 방향으로 변화하는 형상으로 되어 있다.

가공 장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 금형(10)(펀치라고도 함)을 가지고 있다. 금형(10)은 성형 후의 강판(H)의 형상에 대응하는 하면 형상을 가지고 있다. 즉, 금형(10)은 도 3에 나타낸 바와 같이 평면으로 보았을 때 사행하고 있다. 또한, 금형(10)의 하면은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 그 높이가 상기 금형(10)의 길이 방향(도 1의 X 방향)을 따라서 변화하고 있다. 또한, 금형(10)의 하면의 내측에는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 외측에 비하여 돌출된 돌출부(11)가 금형(10)의 길이 방향 (도 3의 X 방향)을 따라서 형성되어 있다.

금형(10)의 아래에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 2개의 레일(20, 21)이 설치되어 있다. 레일(20, 21)은 도 3에 나타낸 금형(10)의 돌출부(11)의 가장자리선(L1, L2)을 따라서 설치되어 있다.

레일(20) 위에는, 도 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 복수, 예를 들면 4가지 종류의 롤(30 내지 33)이 배치되어 있다. 또한, 레일(21) 위에도 마찬가지로 롤(30 내지 33)들이 배치되어 있다. 즉, 가공 장치(1)에는 합쳐서 8개의 롤(30 내지 33)이 설치되어 있다. 각 롤(30 내지 33)에는 상기 롤(30 내지 33)을 지지하고, 레일(21, 21) 위를 수평 방향으로 독립적으로 이동 가능한 롤 이동 기구(4O)가 각각 설치되어 있다. 롤 이동 기구(40)는 후술하는 바와 같이 롤(30 내지 33)을 연직 방향으로 독립적으로 승강시킬 수 있다.

롤(30)은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 본체 롤부(30a)와, 본체 롤부 (30a)로부터 동심으로 돌출되고 직경이 상기 본체 롤부(30a)보다 작은 돌출 롤부(30b)를 가지고 있다. 이 롤(30)은 도 2에 나타내는 바와 같이 금형(10)의 돌출부(11)의 가장자리선(L1, L2)의 하부에 배치되어 있다. 또한, 롤(30)은 돌출부(11)의 형상에 적합하도록, 본체 롤부(30a)가 돌출부(11)의 외측에 배치되고, 돌출 롤부(30b)가 돌출부(11)의 아래쪽에 배치되어 있다. 즉, 롤(30)은 돌출 롤부(30b)가 내측으로 돌출하도록 레일(20, 21) 위에 배치되어 있다. 또한, 롤(31 내지 33)도 구성이 동일한 본체 롤부(31a 내지 33a)와 돌출 롤부(31b 내지 33b)를 가지고 레일(20, 21) 위에 동일하게 배치되어 있다.

롤 이동 기구(40)는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 롤(30)의 중심을 관통하여 지지하는 샤프트(41)를 가지고 있다. 샤프트(41)는 지지 부재(42)를 사이에 두고 실린더(43)에 의하여 지지되고 있다. 실린더(43)로는 예를 들면 유압식의 실린더가 사용되고, 이 실린더(43)에 의하여 롤(30)이 연직 방향으로 승강할 수 있다. 또한, 롤(30)이 승강됨으로써 상기 롤(30)과 금형(10)의 하면 사이에 금속판(H)을 끼워서 성형할 수 있다. 실린더(43)의 하면에는 예를 들면 모터(도시하지 않음) 등을 내장한 구동 기구(44)가 설치되어 있다. 이 구동 기구에 의하여, 롤(30)은 레일(20, 21) 위를 수평 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 도 2는 롤(30)의 롤 이동 기구(40)에 대하여 설명하였지만 다른 롤(31 내지 33)의 롤 이동 기구(40)도 동일한 구성을 가지고 있다.

롤 이동 기구(40)의 실린더(43) 및 구동 기구(44)는, 도 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 제어부(50)에 의하여 제어되고 있다. 제어부(50)에서는 실린더(43)를 제어하여, 롤(30 내지 33)과 금형(10) 사이에 금속판(H)을 끼울 때의 연직 하중을 소정의 하중으로 제어하고 있다. 연직 하중은 실린더(43)로의 입력(예를 들면, 유압 실린더라면 유량)에서 환산하여 측정할 수 있다. 또한, 예를 들면 실린더(43)와 구동 기구(44) 사이에 하중 측정 장치(도시하지 않음)를 설치하고 그것에 의하여 하중을 측정하여도 좋다.

또한, 제어부(50)는 구동 기구(44)를 제어하고, 롤(30 내지 33)들의 수평 방향 이동, 예를 들면 이동 방향, 이동 속도, 왕복 이동 회수 등을 제어하고 있다. 이들 금속판(H)을 끼울 때의 소정의 하중이나 롤(30 내지 33)의 수평 방향의 이동은 금속판(H)의 재질, 두께, 또는 성형 후의 형상에 따라 설정된다. 또한, 설정 조건에 따라서는 롤(30 내지 33)들을 수평 방향으로 왕복 이동시키지 않고 1회의 이동으로 금속판(H)을 성형하여도 좋다.

이상에서는, 레일(20, 21) 위를 구동 기구가 이동함으로써, 각 롤도 각각 독립적으로 이동하는 형태를 설명하였다. 그러나, 이 형태에서는 레일 배치 범위만 이동 가능하지만, 이에 한정될 필요는 없고 여러 가지 형태를 생각할 수 있다.

예를 들면, 수평정판(도시하지 않음) 위의 임의의 위치로 이동 가능한 구동 기구(44)라면, 각 롤마다 독립적으로, 임의의 위치로 이동시킬 수 있다. 이러한 구성에 실린더(43)와 지지 부재(42)를 개재시켜서 각 롤이 연직 상하 이동할 수 있기 때문에, 결과적으로 삼차원 공간의 임의의 위치에 각 롤을 독립적으로 배치하는 것도 가능하다. 이와 같이, 이동 기구에 대하여는 본 형태에 한정되지 않고, 삼차원 공간에 각 롤을 배치할 수 있다면 본 발명의 기술 범위에 들어가는 것이다.

또한, 상기 형태에서는 각 롤(30)의 롤 이동 기구(40)에 대한 설치 각도가 고정되어 있으나, 예를 들면, 도 2에서 각 롤(30)을 지지하는 샤프트(41)가 Z축(경우에 따라서는 Y축도)을 중심으로 회전하는 기구(도시하지 않음)를 가지고 있어도 좋고, 또한 X축 (지면(紙面)과 수직인 방향)을 중심으로 회전하는 기구(도시하지 않음)를 가지고 있어도 좋다. 이 회전 기구들에 의하여, 롤 (30)이 금형(10)에 눌리는 각도를 임의로 설정하는 것이 가능해진다. 본 발명에서는 이 회전 기구들을 총칭하여 롤 각도 설정 기구라고 부른다.

어떤 형태이든, 가공 하중은 반력으로서 레일(20, 21) 또는 수평정판(도시하지 않음) 등과 같은 구동 기구(4O)의 지지 부재에 가하여지게 된다. 지지 부재는 형상이 단순해지기 때문에 그 가공 반력에 견딜 수 있는 강성으로 하는 것이 용이하고, 전체의 장치 강성을 피가공재가 되는 금속 재료에 따라 설계함으로써 큰 가공 하중을 요하는 고장력강이나 초고장력강, 초초고장력강에도 대응하는 장치를 설계하는 것이 용이해진다.

다음으로, 도 1과 같이 구성된 가공 장치(1)를 사용하여 금속판(H)을 가공하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 도 9에 나타낸 바와 같이, 금형(10)을 하강시키는 동시에 각 롤(30 내지 33)을 독립적으로 상승시켜서 금형(10)의 하면과 롤(30 내지 33) 사이에 금속판(H)을 끼운다. 또한, 금속판(H)을 끼우면서 각 롤(30 내지 33)을 독립적으로 레일(20, 21) 위에서 왕복 이동시킨다. 이 때, 금속판(H)에 가해지는 연직 하중이 항상 소정의 하중이 되도록 제어부(50)에 의하여 실린더(43)가 제어되고 있다. 또한, 롤(30 내지 33)들의 이동 방향, 이동 속도, 왕복 회수 등이 소정의 값이 되도록 제어부(50)에 의하여 구동 기구(44)가 제어되고 있다. 이렇게 하여, 금속판(H)이 소정의 형상으로 성형된다.

이상의 실시 형태에 의하면, 각 롤(30 내지 33)이 구동 기구(44)에 의하여 금형(10)의 하면의 가장자리선(L1, L2)을 따라서 수평 방향으로 독립적으로 이동할 수 있으므로, 성형 후의 금속판(H)의 단면이 변화하여도 그 단면의 변화에 추종하여 각 롤(30 내지 33)을 이동시킬 수 있다. 또한, 각 롤(30 내지 33)이 실린더(43)에 의하여 연직 방향으로 독립적으로 승강할 수 있으므로, 성형 후의 금속판 H의 높이가 변화하더라도 그 높이의 변화에 추종하여 각 롤(30 내지 33)을 승강시키고 상기 롤과 금형의 하면 사이에 금속판을 소정의 하중으로 끼울 수 있다. 이와 같이, 각 롤(30 내지 33)을 독립적으로 삼차원적으로 이동시킬 수 있으므로 금속판(H)을 삼차원적으로 복잡한 소정의 형상으로 성형할 수 있다.

또한, 실린더(43)와 구동 기구(44)가 제어부(50)에 의하여 제어되고 있기 때문에, 금형(10)의 하면과 롤(30 내지 33)에서 금속판(H)을 항상 소정의 하중으로 사이에 끼울 수 있다. 이 때문에, 금속판(H)을 높은 정밀도로 소정의 형상으로 성형할 수 있다.

그런데, 도 5에 도시하는 바와 같이 금속판(H)을 성형하는 경우, 예를 들면 성형 후의 금속판(H)에 인장력이 작용하는 부분(A)(이하,「연신 플랜지부(A)」라 함)에서 금속판(H)의 균열이 발생하는 경우가 있다. 이에 가공 장치(1)를 사용하여 금속판(H)을 성형할 때에, 도 10에 나타내는 바와 같이 한 쌍의 서로 이웃하는 롤(30, 31)을 연신 플랜지부(A)를 중심으로 하여 서로 가까워지는 방향으로 이동시켜서 상기 연신 플랜지부(A)를 성형하여도 좋다. 이 경우, 롤(30, 31)에 의하여 연신 플랜지부(A)에 가해지는 인장력이 완화되므로, 성형 후의 연신 플랜지부(A)에서 금속판(H)의 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 5에 나타낸 바와 같이 금속판(H)을 성형하는 경우, 예를 들면 성형 후의 금속판(H)에 압축력이 작용하는 부분(B)(이하,「압축 플랜지부(B)」라 함)에서 금속판(H)의 주름이 발생하는 경우가 있다. 이에, 가공 장치(1)를 사용하여 금속판(H)을 성형할 때, 도 11에 나타내는 바와 같이 한 쌍의 서로 이웃하는 롤(30, 31)을 압축 플랜지부(B)를 중심으로 서로 멀어지는 방향으로 이동시켜서 상기 압축 플랜지부(B)를 성형하여도 좋다. 이 경우, 롤(30, 31)에 의하여 압축 플랜지부(B)에 가해지는 압축력이 완화되므로, 성형 후의 압축 플랜지부(B)에서 금속판 H의 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이상의 실시 형태에서는, 롤(30 내지 33)들이 동일한 형상을 가지고 있었지만, 도 12의 (a) 내지 (d)에 나타내는 바와 같이 이 롤(30 내지 33)들을 다른 형상으로 하여도 좋다. 이 경우, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 롤(30)에서 본체 롤부(30a)와 돌출 롤부(30b) 간의 코너부, 즉, 본체 롤부(30a)의 표면과 돌출 롤부(30b)의 외주면에 의하여 형성되는 구석 모서리부의 외주면에는 전주에 걸쳐서 측면에서 보았을 때 내측으로 볼록하게 만곡되는 만곡부(30c)가 형성되어 있다. 만곡부(30c)는 곡률반경(R1)을 가지고 있다. 도 12의 (b) 및 (c)의 롤(31, 32)에도 똑같이 만곡부(31c, 32c)가 각각 형성되어 있다. 각 만곡부(31c, 32c)는 곡률반경(R2, R3)을 각각 가지고 있다. 만곡부(30c 내지 32c)의 곡률반경(R1 내지 R3)은 서로 다른 곡률반경으로서 Rl>R2>R3이 된다. 한편, 도 12의 (d)에 나타낸 바와 같이, 롤(33)에는 전술한 만곡부는 형성되어 있지 않다.

그리고, 이상의 롤(30 내지 33)들을 사용하여 금속판(H)을 성형할 때, 먼저 곡률반경이 큰 만곡부(30c)가 있는 롤(3O)을 사용하여 금속판(H)을 성형한다. 이어서, 롤(31, 32)들을 순서대로 사용하여 금속판(H)을 성형한다. 마지막으로, 만곡부가 없는 롤(33)을 사용하여 금속판(H)을 소정의 형상으로 성형한다. 이와 같이 금속판(H)을 단계적으로 성형함으로써 금속판(H)을 효율적으로 소정의 형상으로 성형할 수 있다.

또한, 이상과 같이 금속판(H)을 단계적으로 성형하기 위하여 롤(30 내지 33)들의 돌출 롤부(30b 내지 33b)들의 직경을 순서대로 작게 하여도 좋다.

이상의 실시 형태에서는 하면의 내측에 돌출부(11)가 형성된 금형(10)을 사용하였지만, 도 13에 나타낸 바와 같이 하면의 외측이 내측에 비하여 돌출된 금형(60)을 사용하여도 좋다.

금형(60)의 돌출부(61)는 상기 금형(60)의 하면의 양 외측에 형성되어 있다. 이 경우, 레일(20, 21) 은 돌출부(61)의 가장자리선(L3, L4)을 따라서 설치되어 있다. 또한, 롤(30)은 돌출부(61)의 형상에 적합하도록 본체 롤부(30a)가 돌출부(61)의 내측에 배치되고, 돌출 롤부(30b)가 돌출부(61)의 아래에 배치되어 있다. 즉, 롤(30)은 돌출 롤부(30b)가 외측으로 돌출하도록 레일(20, 21) 위에 배치되어 있다. 또한, 롤(31 내지 33)들도 레일(20, 21) 위에 동일하게 배치되어 있다.

이상의 실시의 형태에서는 실린더(43)로 유압식 실린더가 사용되었지만, 롤(30 내지 33)들의 연직 방향의 승강을 제어할 수 있는 것이면 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 실린더(43)로 전동식 실린더나 공압식 실린더 등을 사용할 수 있다. 또한, 예를 들면 각 롤(30 내지 33)의 연직 하중이 일정한 경우에는 실린더(43)로 용수철을 사용할 수도 있다.

또한, 이상의 실시의 형태에서는 구동 기구(44)에 모터 (도시하지 않음) 등이 내장되어 있지만, 모터를 구동 기구(44)의 외부에 설치하고, 롤(30 내지 33)을 수평 방향으로 이동시켜도 좋다. 또한, 롤(30 내지 33)의 각 구동 기구(44)를 예를 들면 와이어로 연결하고, 상기 구동 기구(44)에 의하여 롤(30 내지 33)을 수평 방향으로 이동시켜도 좋다.

[실시예]

이하, 본 발명의 가공 장치를 사용한 경우의 금속판의 성형성에 대하여 종래의 가공 장치를 사용한 경우와 비교하여 설명한다. 본 실시예에서는 금속판 가공 장치로 앞서의 도 1 내지 도 4에 나타낸 가공 장치(1)를 사용하였다. 또한, 종래의 가공 장치로서 2000kN의 프레스기를 사용하였다.

그리고, 이 가공 장치들을 사용하여, 표 1에 나타낸 기계적 특성을 가진 3가지 종류의 강판, 즉 연강판(제1번 시험재), 780MPa HSS 강판(제2번 시험재), 980MPa HSS 강판(제3번 시험재), 1470MPa 강판(제4번 시험재)을, 각각 도 5에 나타낸 형상으로 성형하였다. 또한, 강판을 성형할 때의 블랭크 홀더 하중은 400kN이었고, 배압 하중은 170kN이었다. 또한, 강판을 성형할 때의 윤활 조건으로서 방청유를 사용하였다.

이상의 조건으로 실험을 한 결과, 종래의 가공 장치를 사용하였을 경우, 제1번 시험재의 강판의 성형성은 양호하였지만, 제2번 시험재의 강판에서는 압축 플랜지부(도 5의 압축 플랜지부(B))에 주름이 발생하였다. 또한, 제3번 및 제4번 시험재의 강판에서는 압축 플랜지부(도 5의 압축 플랜지부(B))에서 주름이 발생하고 연신 플랜지부(도 5의 연신 플랜지부(A))에서 균열이 발생하였다.

이에 비하여, 본 발명의 가공 장치를 사용한 경우에, 제1번 시험재 내지 제4번 시험재의 모든 강판을 양호하게 성형할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 가공 장치를 사용하였을 경우, 고강도의 강판을 복잡한 형상으로 높은 정밀도로 성형할 수 있다는 것을 알 수 있다.

시험재 번호	강판	판 두께 (mm)	항복 응력 (MPa)	인장 강도 (MPa)	연신율(%)	n값
1	연강	1.2	149	293	49	0.268
2	780MPa HSS	1.2	472	811	28	0.235
3	980MPa HSS	1.2	579	990	18	0.124
4	1470MPa HSS	1.2	1350	1495	8	0.08

또한, 표 1의 제3번 및 제4번 시험재의 강판을, 도 14에 나타낸 단면 형상은 도 7과 같이 거의 장방형의 홈형상이고, 도 5 및 도 6과 같이 금속판의 길이 방향에 대하여 수평 방향으로 100mm 및 수직 방향으로 75mm가 만곡된 있는 형상이며, 또한 금속판의 길이 방향에 대하여 높이(도 7의 D)가 한쪽 단부의 30mm에서부터 다른쪽 단부의 40mm가 되기까지 변화하는 형상으로 가공하였다. 복잡한 형상의 가공에 있어서도 주름이나 균열의 발생은 없었다.

본 발명은 금속판을 삼차원적으로 복잡한 형상으로 성형할 때에 유용하다.

1: 가공 장치
10: 금형
11: 돌출부
20, 21: 레일
30 내지 33: 롤
30a 내지 33a: 본체 롤부
30b 내지 33b: 돌출 롤부
30c 내지 33c: 만곡부
40: 롤 이동 기구
41: 샤프트
42: 지지 부재
43: 실린더
44: 구동 기구
50: 제어부
60: 금형
61: 돌출부
A: 연신 플랜지부
B: 압축 플랜지부
H: 금속판
H1: 돌출부
Ll 내지 L4: 가장자리선
R1 내지 R3: 곡률반경

Claims (16)

1. 금속판을 성형하는 금속판 가공 장치로서,
   성형 후의 금속판의 형상에 대응하는 면 형상을 가진 금형과,
   상기 금형과의 사이에 금속판을 개재시켜서 상기 금속판을 성형하는 복수의 롤과,
   상기 각 롤을 수평 방향으로 독립적으로 이동시키고 또한 연직 방향으로 독립적으로 승강시키는 롤 이동 기구를 구비하고,
   상기 이동 기구는 롤을 상기 금형에 누르는 각도를 임의로 설정할 수 있는 롤 각도 설정 기구를 구비하고,
   상기 롤은 본체 롤부와, 상기 본체 롤부로부터 동심으로 돌출되고 직경이 상기 본체 롤부보다 작은 돌출 롤부를 가진 것을 특징으로 하는 금속판 가공 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 이동 기구는 상기 금형의 가장자리선을 따라서 독립적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 이동 기구는 가공 하중 검출 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 본체 롤부와 상기 돌출 롤부 간의 코너부의 외주면에는, 그 전면(全面)에 걸쳐서, 측면에서 보았을 때에 내측으로 볼록하게 만곡된 만곡부가 형성되고, 상기 복수의 롤은 곡률반경이 각기 다른 상기 만곡부를 구비한, 상기 롤을 가진 것을 특징으로 하는 금속판 가공 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 롤은 직경이 각기 다른 상기 돌출 롤부를 구비한, 상기 롤을 가진 것을 특징으로 하는 금속판 가공 장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금형의 면 형상은 외측에 비하여 내측이 돌출된 형상이며, 상기 돌출 롤부는 상기 본체 롤부에 대하여 내측으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 장치.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금형의 면 형상은 내측에 비하여 외측이 돌출된 형상이며, 상기 돌출 롤부는 상기 본체 롤부에 대하여 외측으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 장치.
8. 금형 및 복수의 롤을 사용하여 금속판을 성형하는 금속판 가공 방법으로서,
   상기 각 롤이 독립적으로 연직 방향으로 상승하고, 상기 롤과 상기 금형 사이에 금속판을 소정의 하중으로 끼우면서 상기 각 롤이 수평 방향으로 독립적으로 이동하여 상기 금속판을 성형하고,
   롤 각도 설정 기구에 의해 상기 각 롤이 금형을 누르는 각도를 임의로 설정하여 상기 금속판을 성형 가공하고,
   상기 롤은 본체 롤부와, 상기 본체 롤부로부터 동심으로 돌출되고 직경이 상기 본체 롤부보다 작은 돌출 롤부를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 롤은 상기 금형의 가장자리선을 따라서 독립적으로 수평 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 롤은 상기 금형의 가장자리선을 따라서 수평 방향으로 왕복 이동하여, 금속판을 성형하는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 방법.
11. 제8항에 있어서,
    상기 롤은 본체 롤부와, 상기 본체 롤부로부터 돌출되고 직경이 상기 본체 롤부보다 작은 돌출 롤부와, 상기 본체 롤부와 상기 돌출 롤부 간의 코너부의 외주면에 전체 둘레에 걸쳐서 설치되고 측면에서 보았을 때 내측으로 볼록하게 만곡된 만곡부를 가지며, 상기 만곡부의 곡률반경이 각기 다른 상기 복수의 롤을 사용하여 금속판을 성형하는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 방법.
12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출 롤부의 직경이 각기 다른 상기 복수의 롤을 사용하여 금속판을 성형하는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 방법.
13. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    성형 후의 금속판은 인장력이 작용하는 연신 플랜지부 또는 압축력이 작용하는 압축 플랜지부 중 어느 하나 또는 둘 다를 갖는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 방법.
14. 제13항에 있어서,
    성형 후의 금속판에 인장력이 작용하는 연신 플랜지부에서는, 한 쌍의 상기 롤이 상기 연신 플랜지부를 중심으로 서로 가까워지는 방향으로 이동하여 상기 연신 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 방법.
15. 제13항에 있어서,
    성형 후의 금속판에 압축력이 작용하는 압축 플랜지부에서는, 한 쌍의 상기 롤이 상기 압축 플랜지부를 중심으로 서로 멀어지는 방향으로 이동하여 상기 압축 플랜지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 금속판 가공 방법.
16. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속판은 인장 강도가 780 MPa 이상인 고장력 강판인 것을 특징으로 하는 금속판 가공 방법.

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