KR20140034913A - 슬릿 중공 프로파일을 제조하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절단 블랭크로부터 슬릿 중공 프로파일을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 중공 프로파일은, 형성된 블랭크의 인접 가장자리를 따라 축 방향으로 슬릿을 구비하도록, 본질적으로 평탄한 블랭크로부터 롤링-업 기술에 의하여 또는 U-O-성형 기술에 의하여 제조된다. 상당히 치수적으로 안정된 슬릿 중공 파일이 간단히 제조될 수 있고 폐곡 중공 프로파일의 형성을 위하여 용이하게 접합될 수 있는 폐곡 중공 프로파일 제조 방법을 제공하는 목적은, 절단 블랭크가 폐곡 중공 프로파일로 성형될 때에 성형된 절단 블랭크의 대향 가장자리들이 서로 인접하고, 최종 형상으로 성형될 때에는 적어도 가장자리 접합부에 인접하는 중공 프로파일의 영역이 원주 방향으로 적어도 부분적으로 압축되도록, 국소적으로 제공된 단면 영역에 필요 성형 길이보다 큰 원주 길이를 제공하는 절단 블랭크에 의하여 달성된다.
Description
본 발명은 슬릿 중공 프로파일을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 그 방법에 있어서 중공 프로파일은, 성형된 블랭크(blank)의 인접 가장자리를 따라 축 방향으로 슬릿을 구비하도록, 본질적으로 평탄한 블랭크로부터 롤링-업(rolling-up) 기술에 의하여 또는 U-O-성형(U-O-forming)에 의하여 제조된다.
U-O-성형에 의하여 또는 본 출원인의 인폼(InnForm) T3® 기술이라는 명칭으로 또한 공지되어 있는 롤링-업 기술에 의하여, 본질적으로 평탄한 블랭크부터 제조되고 종방향 슬릿을 따라 확고한 결합 방식으로 접합되는 슬릿 중공 프로파일, 이른바 슬릿 프로파일(slit profile)의 제조는, 종래 기술로부터 공지되어 있다. 롤링-업 기술(InnForm T3)은, 다-단계 프레스, 단일 프레스 또는 예를 들어 연속 복합 방식으로서 프레스 라인을 사용하여 절단 블랭크로부터 중공 프로파일을 제조하는 것을 목적으로 채용되며, 프레스들은 성형 코어(forming core)의 사용과 함께 또는 사용 없이 일반적으로 금속 성형 및 절곡 작업에 의하여 주로 평탄한 절단 블랭크를 성형한다. U-O-성형의 경우에, 일반적으로, 본질적으로 평탄한 절단 블랭크는 대응 펀치 및 하측 다이에 의하여 우선 U-형상으로 성형된 후에, 제2 상측 다이에 의하여 O-형상으로 성형된다. U-O-성형은 프레스 라인 내에서 실시될 수도 있다. 그러나, 롤링-업 기술과 U-O-성형을 이용할 때에, 시트 평면 내에 스프링백과 탄성 및/또는 소성 왜곡(distortion)이 발생함으로써, 폐곡 중공 프로파일(closed hollow profile)의 형성을 위하여 접합될 때에 요구되는 형상 및 치수 안정성이 충분하지 않게 된다. 특히 고강도 및 초고강도 강에 있어서 더욱 발생하는 블랭크의 스프링백 및 왜곡은, 용접 전에 접합부 가장자리에서 소망 윤곽으로부터의 편차를 발생시킨다. 결과적으로, 중공 프로파일의 슬릿은 소망 폭으로부터 편차를 나타내며, 따라서 슬릿 중공 프로파일을 용접할 때에 문제가 발생할 수 있다.
독일 특허 공보 제DE 103 29 424 B4호에는, 종방향으로 변화하는 단면을 구비하는 중공 프로파일을 제조할 때에, 천이 영역(transition area)에 재료의 과잉 또는 재료의 부족이 제공됨으로써, 중공 파일로 성형되었을 때에 천이 영역에서 재료 두께 증가 또는 감소가 발생하지 않도록 절단 블랭크를 선정하는 방법이 공지되어 있다. 대조적으로, 독일 특허 공보 제DE 100 45 938 C1호는, 서로 대향하는 절단 블랭크의 가장자리들이 서로 완전히 맞닿을 수 있게 됨으로써 충전 재료의 사용 없이 용이하게 용접될 수 있는 폐곡 중공 프로파일을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이는, 블랭크의 종방향 가장자리들이 서로 접촉하게 되도록, 우선 성형-절곡 공구 내에서 절단 블랭크를 절곡하거나 롤 성형(roll forming)함으로써 달성된다. 이러한 절곡 및 롤-성형 공정 중에, 인접 가장자리들이 서로 완전하게 접촉 상태가 되고 중공 프로파일의 원추대 구역 내에 원주 만곡부(circumferential bulge)가 형성되도록, 시트 블랭크는 축방향 펀치에 의하여 축 방향으로 압축된다. 그러나, 이러한 축방향 압축은 추가 축방향 펀치와 추가 제조 단계를 주로 필요로 한다.
이러한 종래 기술을 출발점으로 하여, 본 발명의 기초를 형성하는 목적은, 상당히 치수적으로 안정된 슬릿 중공 프로파일이 간단히 제조될 수 있고 폐곡 중공 프로파일의 형성을 위하여 용이하게 용접될 수 있는 폐곡 중공 프로파일 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 교시에 따르면, 절단 블랭크가 폐곡 중공 프로파일로 성형될 때에 성형된 절단 블랭크의 대향 가장자리들이 서로 인접하고, 최종 형상으로 성형될 때에는 적어도 가장자리 접합부(edge joint)에 인접하는 중공 프로파일의 영역이 원주 방향으로 적어도 부분적으로 압축되도록, 국소적으로 제공된 단면 영역 내에 필요 성형 길이보다 큰 원주 길이를 제공하는 절단 블랭크에 의하여, 목적이 달성된다.
롤링-업 기술(InnForm T3®)을 이용할 경우와 U-O-성형을 이용할 경우 모두에 있어서, 금속 성형 공정 중에 원주 방향으로 실시되는 슬릿 중공 프로파일의 압축은 중공 프로파일의 가장자리 접합부의 무결함 성형(clean formation)이 이루어지게 하며, 마무리된 부품의 스프링백은 최소화되는 것으로 밝혀졌다. 이러한 목적으로, 절단 블랭크는 예를 들어 국소적으로 제공된 단면 영역 내에서 필요 성형 길이보다 큰 원주 길이를 제공하도록 선정되어야 한다. 성형 길이는 국소적으로 제공된 원주에 대응하는 절단 블랭크의 치수이다. 이에 따라, 롤링-업 기술 또는 U-O-성형을 이용할 때에, 블랭크의 원주 방향으로의 압축은 자동적으로 이루어지며, 적어도 가장자리 접합부에 바로 인접하는 중공 프로파일의 영역이 압축된다. 이는 스프링백을 현저하게 최소화하고 슬릿 중공 프로파일에 무결함 가장자리 접합부를 형성시키기에 충분하다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따르면, 슬릿 중공 프로파일의 치수 안정적 가장자리 접합부는, 국소적으로 제공된 단면 영역에 원주 길이의 여분 길이(excess length)가 필요 성형 길이의 적어도 1% 내지 10%, 바람직하게는 2% 내지 5%인 구성에 의하여 제공될 수 있다. 국소적으로 제공된 단면 영역에서의 공칭 원주 길이는 이 영역에 단면 영역을 제공하는 데에 실제로 필요한 원주에 해당한다. 바람직하게는, 절단 블랭크의 성형 및 중공 프로파일의 압축을 더욱 용이하게 하기 위하여, 여분 길이는 양 가장자리 영역에 걸쳐서 대칭적으로 분배된다.
본 발명에 따른 방법은 중공 프로파일을 그 전체 단면에 걸쳐서 압축함으로써 더욱 개선될 수 있다. 특히 이와 같은 경우는, 중공 프로파일이 둥근 단면 영역, 예를 들면 원형 또는 타원형 단면 영역을 구비할 때이다.
본 발명에 다음 실시 형태에 따르면, 중공 프로파일은 전체 가장자리 접합부를 따라서 압축된다. 이에 따라, 중공 프로파일의 스프링백은 가장자리 접합부의 전체 축방향 길이에 걸쳐서 감소될 수 있고, 따라서 상당히 치수적으로 안정된 가장자리 접합부가 제공될 수 있다.
제조된 중공 프로파일이 적어도 소정 영역에서 둥근 단면을 구비하면, 중공 프로파일은 이 영역에서 본 발명에 따른 방법에 의하여 전체 단면에 걸쳐서 압축될 수 있다.
본 발명에 따른 추가 실시 형태에 따르면, 제조된 중공 프로파일은 적어도 소정 영역 내에 박스 형상 또는 각진 형상의 단면(cornered cross-section)을 구비함으로써, 특히 적어도 가장자리 접합부에 인접하는 중공 파일의 영역은 본 발명에 따른 방법에 의하여 압축될 수 있고, 상당히 치수적으로 안정된 가장자리 접합부가 또한 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 모든 단면 형상에 적용될 수 있으며, 종방향에서 보았을 때에 모든 조합, 예를 들면 원형/타원형/박스형의 조합도 가능하다. 특히, 공구 설계와 관련하여, 여분 길이는 모든 다른 영역에서 스프링백-최소화 효과를 갖도록 치수가 설정될 수 있다.
마지막으로, 가장자리 접합부에 제공된 중공 프로파일의 슬릿이 성형 작업 후에, 특히 레이저 빔에 의하여 용접되도록, 본 발명은 더욱 개선될 수 있다. 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상당히 치수적으로 안정된 가장자리 접합부가 본 발명에 따른 방법에 의하여 달성될 수 있으므로, 제조될 폐곡 중공 프로파일이 소정 위치에서 다른 단면 영역을 구비하는지는 중요하지 않다. 다시 말하자면, 심지어 단면 영역 자체의 성형 방법과는 무관하게, 본 발명에 따른 방법에 의하여, 가장자리 접합에 참여하는 중공 프로파일의 영역은 압축되고, 그에 따라 치수적으로 안정된 방식으로 가장자리 접합부가 형성된다.
도 1은 관형 중공 프로파일을 제조하기 위한 절단 블랭크의 개략도를 사시도 형태로 나타낸다.
도 2 내지 도 4는 U-O-성형 작업의 여러 성형 단계들에 있어서 도 1로부터의 절단 블랭크를 마찬가지로 사시도로 나타낸다.
도 5는 롤링-업 기술(InnForm T3®)을 이용하여 중공 프로파일을 제조하기 위한 절단 블랭크를 사시도로 나타낸다.
도 6은, 롤링-업 기술을 이용하는 최종 성형 단계 전에, 복잡한 중공 프로파일로 성형되는 도 5로부터의 절단 블랭크를 사시도의 형태로 나타낸다.
도 2 내지 도 4는 U-O-성형 작업의 여러 성형 단계들에 있어서 도 1로부터의 절단 블랭크를 마찬가지로 사시도로 나타낸다.
도 5는 롤링-업 기술(InnForm T3®)을 이용하여 중공 프로파일을 제조하기 위한 절단 블랭크를 사시도로 나타낸다.
도 6은, 롤링-업 기술을 이용하는 최종 성형 단계 전에, 복잡한 중공 프로파일로 성형되는 도 5로부터의 절단 블랭크를 사시도의 형태로 나타낸다.
또한, 도면과 관련된 예시적 실시 형태에 의하여 본 발명이 더욱 상세히 설명될 것이다.
우선, 도 1의 사시도에는 가장자리 영역(1a, 1b)에 여분의 길이를 구비하는 절단 블랭크(1)가 도시되어 있으며, 이 영역은 후에 중공 프로파일의 가장자리 접합부를 형성한다. 길이 A는 필요한 성형 길이, 즉 단면 영역을 제공하기 위하여 필요한 블랭크의 원주 길이를 나타낸다. 도 2, 도 3 및 도 4에는, 절단 블랭크(1)를 U-O-성형하기 위한 각각의 성형 단계가 사시도로 도시되어 있다. 절단 블랭크(1)는 초기에 도 2의 U-형상으로 성형된다. 이는 일반적으로 평탄한 절단 블랭크(1)를 U-형상으로 성형하는 펀치를 이용하는 제1 다이 반분체(first die half)에 의해 실시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 절단 블랭크의 추가 성형 중에, U-형상은 우선 폐곡된다. 이는, 절단 블랭크(1)의 가장자리 영역(1a, 1b)들이 서로 인접하도록, 흔히 상측 다이 반분체를 사용함으로써 달성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 절단 블랭크(1)가 최종 형상으로 성형되면, 가장자리 영역(1a, 1b)들은 서로 인접하고, 전체 단면에 걸쳐서 중공 프로파일의 압축을 일으킨다. 압축에 의하여, 절단 블랭크의 스프링백이 현저하게 감소함으로써, 특히 치수적으로 안정된 중공 프로파일의 종방향 슬릿(2)이 제공될 수 있다. 도 4에서의 화살표가 나타내는 바와 같이, 중공 프로파일의 압축은 원주 방향으로 발생한다. 레이저 빔 용접에 있어서는 용접 영역의 제한적 확장으로 인하여 슬릿의 치수 안정성이 특별히 요구되므로, 종방향 슬릿(2)은 레이저 빔 용접을 실시하기에 특히 적합하다. 도 4로부터 추론될 수 있는 바와 같이, 종방향 슬릿을 구비하는 중공 프로파일로 성형된 절단 블랭크(1)는 원주 방향으로 전체 축 길이에 걸쳐서 압축된다. 그러나, 용접될 종방향 슬릿을 제공하기 위하여 필요한 영역 내에서만 절단 블랭크가 압축되는 것으로 생각될 수도 있다.
도 5는 절단 블랭크(3)의 다른 예시적 실시 형태를 사시도로 나타낸다. 이 절단 블랭크(3)는 롤링-업 기술의 적용을 위한 것이다. 롤링-업 기술의 경우에, 본질적으로 평탄한 절단 블랭크는 다-단계 프레스, 단일 프레스 또는 바람직하게는 성형 코어(4)를 이용하는 프레스 라인에 의하여 중공 프로파일로 성형된다. 도 5에는, 국소 단면을 제공하는 원주 길이가 도면 부호 3a와 3b로 도시되어 있다. 이를 넘어서 존재하는 절단 블랭크(3)의 가장자리 영역은, 절단 블랭크(3)가 최종 형상으로 성형되었을 때에, 절단 블랭크를 압축하기 위하여 본 발명에 따라 이용된다.
도 5로부터 추론될 수 있는 바와 같이, 절단 블랭크(3)의 여분의 길이는, 제조될 중공 프로파일의 형상에 다양하게 의존하는 원주 방향으로 변경될 수 있다. 절단 블랭크의 원주 길이에 있어서 필요 원주 길이 또는 성형 길이의 적어도 1% 내지 10%, 바람직하게는 필요 성형 길이의 2% 내지 5%의 여분의 길이를 선택하면, 상당히 치수적으로 안정된 종방향 슬릿을 구비하는 중공 파일과 관련하여 특히 양호한 결과가 나타나는 것으로 밝혀졌다.
마지막으로, 도 6에는, 예비-성형 블랭크(pre-formed blank)로 미리 성형된 절단 블랭크(3)가 도시되어 있으며, 성형 코어(4), 하측 다이 반분체(5) 및 상측 다이 반분체(6)에 의하여 최종 형상으로 성형된다. 원주 방향으로 축 길이에 걸쳐서 제공된 절단 블랭크의 여분의 길이는, 절단 블랭크를 슬릿 중공 프로파일로 성형할 때에 스프링백이 현저히 감소하도록, 제조될 중공 프로파일을 최종 형상으로의 성형 전에 압축하는 데에 이용된다.
Claims (7)
- 절단 블랭크(1, 3)로부터 슬릿 중공 프로파일을 제조함에 있어서, 중공 프로파일은, 성형된 블랭크의 인접 가장자리들을 따라 축 방향으로 뻗은 슬릿(2)을 구비하도록, 본질적으로 평탄한 블랭크(1, 3)로부터 롤링-업 기술 또는 U-O-성형에 의하여 제조되며, 절단 블랭크(1, 3)가 폐곡 중공 프로파일로 성형될 때에는 성형된 절단 블랭크의 대향 가장자리(1a, 1b, 3a, 3b)들이 서로 인접하고, 최종 형상으로 성형될 때에는 적어도 가장자리 접합부에 인접하는 중공 프로파일의 영역이 원주 방향으로 적어도 부분적으로 압축되도록, 절단 블랭크(1, 3)는 국소적으로 제공된 단면 영역에 필요 성형 길이보다 큰 원주 길이를 제공하는 슬릿 중공 프로파일 제조 방법에 있어서,
절단 블랭크(1, 3)의 원주 길이의 여분의 길이는 두 가장자리 영역들에 걸쳐서 대칭적으로 분배되어 있는 것을 특징으로 하는 슬릿 중공 프로파일 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
국소적으로 제공된 단면 영역에서 절단 블랭크(1, 3)의 원주 길이의 여분의 길이는 필요 성형 길이의 적어도 1% 내지 10%, 바람직하게는 2% 내지 5%인 것을 특징으로 하는 슬릿 중공 프로파일 제조 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
중공 프로파일은 전체 단면에 걸쳐서 압축되는 것을 특징으로 하는 슬릿 중공 프로파일 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 있어서,
중공 프로파일은 가장자리 접합부 전체를 따라 압축되는 것을 특징으로 하는 슬릿 중공 프로파일 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 있어서,
제조된 중공 프로파일은 적어도 소정 영역 내에 둥근 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 슬릿 중공 프로파일 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
제조된 중공 프로파일은 적어도 소정 영역 내에 박스 형상 또는 각진 형상의 단면을 구비하고, 적어도 가장자리 접합부에 인접하는 영역 내에는 증가된 원주 길이가 제공되는 것을 특징으로 하는 슬릿 중공 프로파일 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 있어서,
가장자리 접합부에 제공된 중공 프로파일의 슬릿은 성형 후에 용접되며, 특히 레이저 빔에 의하여 용접되는 것을 특징으로 하는 슬릿 중공 프로파일 제조 방법.
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