롤 성형은 기계적인 수단을 통해 금속 시트를 특정 형태로 성형하는 공정입니다. 일반적으로 원형 및 원뿔형 부품을 생산하는 데 사용됩니다. 그러나 정밀한 기계 설계와 공정 최적화를 통해 직사각형 및 정사각형 부품과 같은 각진 금속 구조물도 효율적으로 생산할 수 있는 등 롤 성형 기술의 잠재력은 이보다 훨씬 뛰어납니다.
최신 롤 성형 장비는 이제 크라우닝 시스템, 지능형 소프트웨어 및 고정밀 컨트롤러와 통합되어 밀리미터 또는 마이크로미터 수준의 성형 정확도를 구현하고 안정적이고 일관된 제품 품질을 보장합니다.
이 유연하고 다기능적인 판금 가공 시스템은 현대 제조업의 핵심 장비 중 하나로 자리 잡았습니다. 가전제품의 금속 하우징부터 항공우주용 정밀 부품에 이르기까지 롤 성형 기술은 효율성, 정밀성, 고도의 맞춤화 덕분에 다양한 제조 시나리오에서 널리 사용되고 있습니다.
판금 벤딩 기술의 복잡성과 다양성에도 불구하고 롤 성형(특히 이 맥락에서 판금 압연 공정을 지칭)은 항상 고유한 성형 로직을 따릅니다. 이 글에서는 롤 성형 기술의 원리와 응용에 초점을 맞춥니다.
롤 성형기의 작동 원리
롤 성형 기술은 특정 기계 장치와 공정 흐름을 사용하여 금속 시트를 미리 설정된 기하학적 모양으로 서서히 구부립니다. 일반적인 제품에는 원형(O형), 홈(U형) 및 각진(각진) 구조 부품이 포함됩니다. 핵심 작동 원리는 롤러 사이의 상대적인 움직임을 사용하여 재료에 제어 가능한 굽힘력을 가하여 소성 변형을 일으키는 것입니다.
전통적인 판재 압연기는 일반적으로 상부 롤러와 하부 롤러가 기본 구조로 장착되어 있습니다. 상부 롤러는 압력을 통해 재료를 고정하고 안정적인 운송을 보장하는 클램핑 및 위치 지정 기능을 담당하고, 하부 롤러는 회전 운동을 통해 토크를 생성하여 재료를 롤러 표면을 따라 연속적으로 구부리도록 밀어주는 능동 구동 장치로 사용됩니다. 기술의 발전과 함께 현대의 판재 압연기는 2개의 롤러, 3개의 롤러, 심지어 4개의 롤러로 다양한 구성을 개발했으며, 기계 구조와 모션 로직도 다양한 재료 두께, 굽힘 반경 및 생산 효율성에 대한 요구를 충족하도록 최적화되었습니다.
성형 공정에서 금속 시트는 목표 모양에 도달할 때까지 롤러 사이에서 여러 차례 구부러지는 과정을 거쳐야 합니다. 복잡한 세부 사항(예: 가장자리 필렛) 또는 특수한 굽힘 요구 사항의 경우 일반적으로 보조 공정 또는 특수 장비가 추가 처리를 위해 필요합니다. 최종 제품의 치수 정확도와 모양 안정성은 재료 특성(탄성 계수, 항복 강도 등), 판 두께, 롤러 간격 및 압력 분포 등 여러 요소의 영향을 받으며, 정밀한 계산과 실시간 모니터링을 통해 동적으로 조정해야 한다는 점에 유의해야 합니다.
이 기술은 높은 효율성, 유연성 및 비용 이점으로 인해 자동차 제조, 건축 철골 구조물, 조선 등의 분야에서 핵심 가공 방법으로 자리 잡았으며 대규모 생산에서 상당한 경제적 이점을 보이고 있습니다.
롤 벤딩 머신 시스템
롤 벤딩 머신은 구동 방식에 따라 크게 기계식과 유압식으로 분류할 수 있습니다. 롤 벤딩 머신의 구조적 설계(롤러 수 등)에 따른 분류에 대한 자세한 내용은 이전 전문 문서를 참조하세요.
기계식 3롤 롤 벤딩 머신
기계식 3롤 벤딩 머신은 롤러 배열에 따라 대칭형과 비대칭형으로 나눌 수 있습니다.
대칭 디자인:
두 개의 평행 롤러가 하단에 배치되고 세 번째 롤러가 그 위에 수직으로 중앙에 배치됩니다. 하단 롤러는 회전을 통해 주 구동력을 제공하여 재료가 롤러 사이에서 연속적으로 구부러지도록 구동합니다. 이는 기존의 원통형 또는 원뿔형 공작물을 성형하는 데 적합합니다.비대칭 디자인:
상단 롤러는 중앙에 수직으로 배치된 메인 구동 롤러입니다. 그 아래에 평행 롤러가 배치되고 세 번째 롤러는 측면으로 오프셋됩니다. 사이드 롤러는 사전 절곡 단계에서 중요한 역할을 하며, 일반적으로 대칭 디자인에서 유사한 결과를 얻기 위해 보조 장치가 필요한 시트 가장자리를 정밀하게 구부릴 수 있습니다.
유압 롤 벤딩 머신
유압식 롤 벤딩 머신의 상부 롤러는 드럼 모양으로 설계되었으며 유압 시스템을 사용하여 수직 리프팅을 실현합니다. 이 기능은 다양한 재료 두께에 대한 기계의 적응성을 크게 향상시키고 재료 가장자리의 직진성을 보장합니다. 유압 구동 및 조정의 유연성 덕분에 복잡한 모양이나 고정밀 요구 사항을 처리하는 데 더욱 유리합니다.
기계식 롤 벤딩 머신은 구조가 간단하고 유지보수가 용이하여 대규모 표준화 생산에 적합하고, 유압식 롤 벤딩 머신은 고정밀 제어와 유연성으로 맞춤형 가공이나 엄격한 표면 품질을 요구하는 산업에 더 적합하며, 두 가지 유형의 롤 벤딩 머신은 각각 다른 응용 분야에서 장점을 가지고 있습니다.
공정 측면에서 냉간 절곡과 열간 절곡의 차이점
판금 절곡 분야에는 선택할 수 있는 다양한 성형 공정이 있습니다. 그러나 공작물에 대한 구체적인 압연 계획을 확정하기 전에 먼저 열간 절곡과 냉간 절곡이라는 두 가지 핵심 공정 유형을 구분하는 것이 필수적입니다.
콜드 벤딩 프로세스
냉간 절곡은 소재를 예열할 필요 없이 직접 절곡하는 공정을 말합니다. 냉간 절곡의 주요 장점은 높은 가공 효율(가열/냉각 사이클 필요 없음)과 저렴한 비용(에너지 소비 또는 산화 손실 없음)으로, 특히 얇고 중간 두께의 판재를 규칙적으로 성형하는 데 적합합니다. 그러나 상온에서 재료의 가소성이 제한되기 때문에 냉간 절곡에는 높은 장비 강성과 성형 정확도가 필요하며 고강도 재료나 복잡한 단면의 가공품은 가공하기 어렵습니다. 롤 벤딩 머신을 구매할 계획이라면 제품 배치 크기, 재료 특성 및 정밀도 요구 사항을 기반으로 냉간 벤딩 공정의 적용 가능성을 종합적으로 평가해야 합니다.
핫 벤딩 프로세스
열간 절곡은 재결정 온도 이상으로 공작물을 국부적으로 가열하여 소재의 가소성을 크게 향상시켜 성형 저항을 줄이고 치수 정확도를 개선합니다. 열간 절곡의 기술적 장점은 다음과 같습니다:
고정밀 성형: 열간 절곡은 복잡한 단면 형상 및 큰 곡률 반경의 공작물을 안정적으로 가공할 수 있습니다.
폭넓은 소재 호환성: 고강도 강철, 티타늄 합금 등과 같이 냉간 굽힘으로 성형하기 어려운 소재에 특히 적합합니다.
에너지 절약 잠재력: 냉간 절곡에 비해 열간 절곡은 장비 구동 시스템의 전력 요구량을 줄일 수 있습니다. 하지만 열간 절곡은 소재의 성능 저하나 표면 산화를 방지하기 위해 가열 온도, 유지 시간, 냉각 속도를 정밀하게 제어해야 한다는 점에 유의해야 합니다.
웜 벤딩 프로세스(하이브리드 프로세스)
온간 절곡은 냉간 절곡과 열간 절곡의 절충안입니다. 공작물을 중간 온도 범위(일반적으로 재결정 온도 이하)로 가열하여 성형 저항을 줄이면서 열 영향 영역을 최소화합니다. 열간 절곡의 장점은 다음과 같습니다:
더 나은 성형성: 스프링백을 줄이고 치수 안정성을 향상시킵니다.
내부 스트레스 감소: 냉간 굽힘에 비해 소재의 잔류 내부 응력이 현저히 감소합니다.
보통 장비 비용: 완전한 고온 환경이 필요하지 않으므로 장비의 내열 요구 사항이 낮습니다. 그러나 열간 절곡은 가열 에너지 소비와 성형 효율의 균형을 맞춰야 하며 온도 구배로 인해 국부적인 성능 차이가 발생할 수 있습니다.
선택 권장 사항
콜드 벤딩: 박판, 배치 생산 및 정밀도가 낮은 공작물에 적합합니다.
핫 벤딩: 고부가가치, 복잡한 단면 또는 가공하기 어려운 재료에 가장 적합합니다.
따뜻한 굽힘: 높은 치수 정밀도와 재료 성능이 필요한 시나리오에 이상적입니다.
특정 공작물 재료, 단면 모양, 생산 배치 및 비용 예산과 장비 공급업체의 기술 지원 역량을 기반으로 공정의 타당성을 종합적으로 평가하는 것이 좋습니다.
사전 벤딩 프로세스 분석
금속판 가공에서 굽힘 압력은 롤러의 접촉 영역에만 적용되므로 재료의 "유효 길이"는 대부분 변형되지 않습니다. 변형되지 않은 부분을 "직선 모서리"라고 합니다. 직선 모서리가 있으면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:
수축 및 변형: 직선 모서리는 후속 가공 중에 반동이나 뒤틀림이 발생하기 쉬우므로 공작물의 정확도에 영향을 미칩니다.
재료 낭비: 직선 모서리 영역을 효과적으로 활용할 수 없어 재료 낭비가 증가합니다.
주요 예비 공정인 프리벤딩은 직선 모서리를 미리 국부적으로 소성 변형하여 후속 가공에서 수축 및 변형 위험을 크게 줄일 수 있습니다. 핵심 원리는 사전 변형의 양을 제어하여 굽힘 영역과 직선 모서리 영역 사이에 전환 영역을 만들어 응력 분포의 균형을 맞추는 것입니다.
프리벤딩 프로세스의 이론적 토대
굽힘 유형(대칭/비대칭)과 시트 두께에 따라 굽힘 전 매개변수(예: 굽힘 각도 및 압력)를 정밀하게 계산해야 합니다.
대칭 굽힘: 직선 모서리의 길이는 일반적으로 시트 두께와 양의 상관관계가 있으며, 사전 굽힘량은 공식 도출 또는 경험적 값을 통해 결정됩니다.
비대칭 굽힘: 고르지 않은 힘으로 인해 직선 가장자리 영역은 변위가 발생하기 쉬우므로 측면 힘을 보정하여 사전 굽힘 매개 변수를 계산해야 합니다.
사전 굽힘 프로세스의 구현 방법
프로세스 요구 사항에 따라 운영자는 다음 기술 솔루션 중에서 선택할 수 있습니다:
프레스 벤딩: 기계식 프레스를 사용하여 직선 가장자리 영역에 수직 압력을 가하여 국소 소성 변형을 달성합니다.
템플릿 롤 벤딩: 롤러와 결합된 맞춤형 금형을 사용하여 직선 가장자리를 점진적으로 구부립니다.
세그먼트 롤 벤딩: 세그먼트 롤러 구조는 직선 가장자리를 미리 구부리기 위해 섹션에 압력을 가하는 데 사용됩니다.
버퍼 블록 유압 벤딩: 유압 버퍼 장치를 사용하여 직선 모서리에 제어 가능한 액체 압력을 가하여 고정밀 가공에 적합합니다.
프리벤딩 프로세스의 주요 제어 포인트
롤링 공정 중에는 다음과 같은 문제를 방지하기 위해 공작물의 정확한 중심을 잡아야 합니다:
트위스트: 공작물의 정렬이 잘못되면 단면 왜곡이 발생하여 조립 정확도에 영향을 줄 수 있습니다.
치수 편차: 횡력이 고르지 않으면 굽힘 반경에 변동이 발생할 수 있습니다.
중앙 제어 방법:
사이드 롤러 센터링: 측면 롤러를 사용하여 공작물의 위치를 동적으로 조정합니다.
측면 롤러 그루브: 측면 롤러 표면에 가공 가이드 홈을 가공하여 공작물의 측면 이동을 제한합니다.
경사형 센터링: 경사 롤러를 사용하면 중력이 공작물의 중심을 잡는 데 도움이 됩니다.
프리벤딩 공정은 직선 모서리 영역의 응력 분포를 최적화하여 금속판의 성형 정확도와 재료 활용도를 크게 향상시킵니다. 실제 적용에서는 공작물 구조, 재료 특성 및 장비 성능에 따라 사전 절곡 방법과 파라미터 제어 전략을 종합적으로 선택해야 효율적이고 안정적인 가공 결과를 얻을 수 있습니다.
