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롤포밍이란?
나란히 연속된 몇 셋의 성형 롤러에 연속적으로 금속띠판(Coil)을 통과시켜 순차적으로 성형 가공하여 평판에서 목적의 단면 형상으로 접어 나가는 소성 가공법이며, 순차적으로 행하기 때문에 제품의 외관 및 정도가 좋으며 대량 생산이 가능하므로 경제성이 뛰어난 가공방법이다. 롤 성형, 냉간 롤포밍, 냉간압연가공 등으로도 불려지고 있다. 금속을 가공하는 경우, 일반적으로 프레스가공, 판금이라고 하는 방법들이 사용되지만, 롤포밍의 경우 전부 자동(Automation)화 되어, 금속 시트(Sheet)가 롤포밍 성형기에 자동적으로 빨려 들어가서 가공된 성형품이빠져나오게 된다. 당연히 판금, 프레스가공에 비해서 가공스피드가 압도적으로 빠르게 된다.냉간롤포밍 제품은 건축, 자동차, 조선, 전자, 기계 등의 광범위한 산업분야에서 중요하게 사용되는 품목입니다. 그 용도는 가이드 레일, 윈도우 및 도어 프레임 등의 구조재료부터 보다 다양한 형상의 이형재에 이르기까지 매우 다양하다. 냉간 롤 성형법의 주된 장점은 실제적으로 무한하게 다양한 단면의 형상이 제조 가능하다는 점, 공정의 고 생산성, 공정상에서 재료강화 효과는 얻을 수 있다. 반면에 잔류응력과 새로운 제품을 생산하기 위한 장비 변경비용이 고가라는 부정적인 측면도 있다.

PROFIL?

PROFIL은 냉간 롤성형제품이나 접합된 판재로 관을 생산하는 제조회사를 위한, 그리고 롤성형과롤성형기, 또한 조관 제품을 설계하는 롤설계자들을 위한 롤 디자인 소프트웨어입니다.
PROFIL은 빠른 작업과 더불어 설계, 디자인, 계산 및 프로파일 및 롤도면, 플라워 패턴과 롤제작에서의 시간과 비용감소를 가능하게 합니다.
PROFIL 은 모든 윈도우 플랫폼에서 사용하기 때문에 사용자 인터페이스를 쉽게 사용할 수 있으며, 이는 자가 학습을 통해 효율적인 롤성형 설계를 가능게도와줄수 있습니다.
PROFIL은 CAD 인터페이스(DXF, IGE and MI)를 이용할 수 있으며, 이것은 AutoCAD 시스템의 도면을 만드는데 사용할 수 있습니다.AutoCAD, Solie Works, 그리고 LOGOCAD Triga의 ActiveX-interface 기반으로 사용할 수 있습니다.

PROFIL개발 역사

PROFIL 소프트웨어의 개발 스토리는 독일의 롤 성형 기업체와 협력한 UBECO에 의해 개발되어져 왔습니다.
이것이 1986년 Euro-BLECH 전시회에 공개되었을 때 참석자들에게 PROFIL의 롤설계 능력에 매우 깊은 인상을 주었습니다. 그래서 PROFIL 은 독일의 롤 성형 설계를 위한 선두적인 소프트웨어가 되었습니다.첫 버전은 MS-DOS와 HP-UNIX에서 운영되었습니다. 1997년 이후로 WINDOWS버전이 사용되고 있습니다. 이것은 그래픽 사용자 인터페이스에서 매우 유용하기 때문에 PROFIL은 세계적으로 유명해지게 되었습니다. 그사이에 350개 이상의 롤설계 고객 및 업체에 판매되었고, 25개국이상의 구매고객들은 그들의 롤디자인을 위해 PROFIL을 사용하고 있습니다.

PROFIL의 목적은 무엇인가?

PROFIL은 엔지니어를 대체하는 것이 아니지만 이것은 보다 빠르고 쉽게, 혹은 더 안전한 디자인을 위한 실질적인 도움을 주게 될 것입니다.
이러한롤설계를 하기 위해 PROFIL 소프트웨어는 설계자(예를 들어 Strip의 길이는 계산하거나, 프로파일 디자인, 롤도면, 롤목록 편집하기 등등...)들의 반복적이고 지루한 작업을 덜어줄 수 있습니다. 따라서 롤포밍 설계자는 설계에만 집중할 수 있습니다..
롤설계자는 대부분 컴퓨터 기술자는 아닙니다. PROFIL 소프트웨어는 설계자들이 고안해낸 것들을 표현할 수 있습니다.
그리고 조작하고 배우기 쉽습니다.PROFIL 소프트웨어는 실질적인 요구사항을 수행하고 특정 요구에 부응하기위한 유연성을 갖추고 있습니다. 이것 또한 가장 최근의 과학적인 조사 결과들을 포함하고 있습니다.

PROFIL로 할수 있는 것?

PROFIL은 단면 섹션 정의를 하고, 시스템에 치수를 입력하거나 CAD윤곽 불러오기, 표준 프로파일을 위한 디자인 툴박스 사용하기, 또는 사용자의 도면을 위해 이런 매우 효과적인 롤설계툴과 병행해 기존과 다른 새로운 롤설계 공법을 고안해 낼 수 있습니다.

PROFIL은 설계하는 동안 설계자의 보조 역할을 합니다. 중성선을 결정하고 개발한 소재의 길이를 계산하는 것 이외에 PROFIL은 굽힘 가공 프로세스를 위한 모든 중요한 데이터를 계산해냅니다 :스프링백(spring back), 정역학 그리고 굽힘 모서리 부위의 응력.(the stress of the band edge)

PROFIL은 플라워 패턴을 설계할 때 작업속도가 향상됩니다. 단순히 편집기로 각도나 반경 값을 변경하거나 밴딩 스텝을 만들기 위한 수정 툴박스를 사용해 변경이 가능합니다. 사용자는 constant length나 반경 설계방법을 선택할 수 있습니다.

PROFIL은 플라워 패턴의 수정과 최적화를 위한 지원을 합니다. 모든 굽힘 각도의 수정작업 후에 굽힘 모서리 부위의 응력(the stress of the band edge)을 재검토 하여 보여주게 됩니다.

PROFIL은 캐드로 작업한 프로파일 윤곽이나 임의의 윤곽을 직접적으로 사용함으로써 롤디자인의 속도를 향상시킵니다. 또한 사용자의 개인적인 편의성을 위해 롤 수정을 위한 강력한 명령어를 사용할 수 있습니다. 단지 key stroke로만 롤 도면을 생성할 수 있으며, 롤금형의 도면은 자동으로 치수가 입력 되게 됩니다.

PROFIL은 롤목록의 생성과 NC프로그램(DIN66025)에 의해 롤 툴의 생성을 지원합니다. PROFIL은 굽힘 모서리 부위의 응력의 계산과 PSA, 그리고 FEA와 함께 최종 디자인을 확인함으로써 우수한 롤설계 결과 예측을 지원합니다.PROFIL의 데이타 베이스는 기존의 설계된 롤들을 새 프로젝트에서 재사용되어야 하는 경우에 적합한 롤을 찾는 것에 도움을 줍니다.

또한 PROFIL은 설계자가 과거에 설계된 유사한 프로파일들의 경험을 바탕으로한 부분을 고려하고자 할 때 유사한 프로젝트를 찾는 것에 도움을 줍니다.

PROFIL을 이용한 프로파일 디자인

프로파일 디자인:
생성한 단면 프로파일의 형상이나, 오토캐드에서 가져온 프로파일 단면을 캐드나 수치적인 입력값(길이, 각도, 반경 등) 입력할 수 있습니다.또는툴박스를 사용하거나 빠르게 단축키를 활용하여 패턴이나 설계를 쉽게 정의 할 수 있습니다.PROFIL은 불러들인 프로파일은 소재 재질과 선형에 따른 응력값, 초기 스트립의 길이나 스프링백 결과를 제공합니다.
플라워 디자인:
사용자에 의해 정의 된 각도 시퀀스를 플라워 패스를 얻을 수 있습니다.PROFIL은 플라워 생성 및 그리기, 노멀한밴딩엣지 스트레스를 설계하기 위한 센터라인 포밍 기법을 제공하고 있습니다.
롤디자인:
패스별롤들의롤 도면을 얻을 수 있습니다.
PROFIL은 롤 ,블랭크 사이즈와 무게, 부품목록과 NC-program의 도면들 모두를 제공합니다.

Profile Design Toolbox로 프로파일을 설계할 때 : 예를 들어 U-,C- Hat 또는 Z-profile 과 같은 단순한 프로파일을 표현하기 위한 가장 빠른 방법은 Profile Design Toolbox를 사용하는 것입니다.

윈도우에 적절한 툴박스를 열고 입력창에 원하는 프로파일의 치수를 간단히 입력하고,툴박스 윈도우는 프로파일의 확장된 부분에 적용될 수 있습니다.
수치 데이터 입력:
간단한 프로파일을 설계하는 가장 빠른 방법은 프로파일 목록에 수치 데이터를 직접 입력하는 것입니다.프로파일의도면을 입력한 후에 모두 업데이트 됩니다.그래서 정확한 입력여부는 즉시 확인 가능합니다.프로파일 목록은 프로파일의 수치를 설명한 것입니다.이 목록의 각 라인은 프로파일의 직선부분(L=line)이나 곡선부분(A=Arc)을 나타냅니다.
엔티티 “PS”는 프로파일 목록을 종료하고 대칭적인 속성의 프로파일을 제공합니다 ; 프로파일의 나머지 반은 자동적으로 대칭됩니다.엔티티 “P"는 두 개의 비대칭적인 반쪽의 프로파일을 나눕니다. ”P"다음에 두 번째 반이 진행됩니다.
캐드 드로잉:
이것은 프로파일을 표현하기 위한 가장 편한 방법입니다.모든 종류의 프로파일, 특히 가장 복잡한 것들에 적합합니다.사용자의 CAD시스템 안에 도면을 생성하고,사용자는 센터라인이나 위아래의 윤곽선만 사용하며 그 소재의 두께는 나중에 입력됩니다.만약 사용자가 대칭적인 프로파일의 설계를 원한다면 사용자는 단지 절반만 그리면 됩니다.(상단의 예 참조)이것이 완료되면 PROFIL에 도면을 간단히 전송합니다.
플라워 패턴 설계
수정 툴박스:
사용자가 미리 정의된 단계 값으로 각도나 반경을 수정하기를 원할 경우 “Angle"나 "Radius" 버튼을 눌러 선택합니다.프로파일 위에 클릭하여 선택하고 프로파일의 굽힘 부분이 밴딩 되어져야 합니다. (밝은 파랑색상으로 표시됨)이제 "Up"이나 “Down"또는 Fast up""Fast down"중에 누르고 밴딩부위는 수정될 것입니다.A2나 A3(Constant radius)의 방법 중 하나는 계산하는데 사용이 되고 정의 되어질 수 있습니다.플라워 패턴을 설계하는 동안 Stress of Band Edge Window를 열고 항복점을 초과하지 않도록 주의하십시오.
각도 시퀀스 입력:
다른 방법으로는, 사용자는 프로파일 목록의 적절한 원주 안에 직접 원호부분의 새 반경이나 각도를 입력할 수 있습니다.그 프로파일에 선택된 굽힘 방법으로 종속적으로 구부려지고 그 플라워의 도면은 즉시 업데이트 됩니다.
자동롤금형 설계;
만일롤들이 프로파일에서 같은 윤곽을 얻어야 하는 경우 프로파일 목록에서 자동생성은 매우 유용합니다.이 방법은 모든 종류의 프로파일에 적용될 수 있습니다. 접힘 부분에서도 동일합니다.

그 후, 롤은 매우 효과적인 기능에 의해 수정될 수 있습니다.
· conical, cylindrical, and arched extension
· split at corner, split between corners, join
· turn, move, mirror, delete
· cut, copy, paste (to and from the clipboard)
· change width, diameter and fillet radius at each corner
· attach clearance angle
캐드 디자인:
사용자가 스스로 롤 윤곽을 표현하기를 원하는 경우 CAD설계를 추천합니다.CAD에 프로파일 도면을 전송하고 프로파일 윤곽을 수정함으로써 원하는 롤 윤곽을 설계 할 수 있습니다.이후에 PROFIL로 롤 윤곽을 전송합니다.
기존 롤DB의 재사용:
롤을 저장함으로부터 현재 작업하는 롤으로 재사용하기 위해서는 Roll Stock Management를 사용합니다.

조관 및 형상튜브 설계

PROFIL에는 조관 설계를 위한 툴박스내의 파워풀한 기능을 사용하여,
· 조관과 형상 튜브를 위한 캘리브레이션스텐드
· 용접 패스 지원
· 핀 패스 지원
· 일반적인 브레이크 다운 방식과 W밴딩 브레이크 다운 설계 지원
· 핀-패스를 위한 상하 롤 지원
· 브레이크 다운 공정을 위한 상하부 롤 지원
· 싸이드롤 지원
이형관은스텐드를재설정(calibrating)하거나 원을 그린 원형관으로부터 형성됩니다. 중간단계의 단면의 패턴을 설계를 수동으로 해야 한다면 매우 시간소모가 큰 업무입니다.PROFIL은 이것한 부분을 자동으로 할 수 있습니다.PROFIL 조관 설계 기능은 원형관으로 용접이 될 때까지 모두 통과를 위해 단면의 패턴을 제공합니다.만일 사용자가 이 기능을 반복적으로 요구하는 경우 PROFIL은 항상 같은 문제로인한 많은 해결방법들을 보유하고 있으므로 다른 방안들을 고안해 낼 수 있습니다.

스트립의 길이 계산 방법, 밴딩 방법

스트립의 길이 계산 방법
Other 방법: 이것은 모든 알려진 방법들 중 가장 정밀한 방법입니다. 이것이 시트두께, 곡률반경과 각도에 의한 개발길이를 계산해 주기 때문입니다.

DIN 6935 방법: DIN 6935 계산 방법은 Oehler 방식보다 정밀도가 다소 떨어지며, 시트 두께와 굽힘 반경에 상관없이 길이를 계산한다.

User defined 방법: 더불어 user define방식은 회사의 명확한 기준을 고려하도록 추가 될 수 있습니다.
밴딩 방법
굽힘 길이가 일정하게 유지되는 방식 (A1): 길이가 지속되는 동안, 각도가 사전 설정된 후 반경이 계산되거나 반경이 사전 설정된 후 각도가 계산 되어집니다.

굽힘 반경이 일정하게 유지되는 방식 (A2/A3): 반경은 지속되는동안 각도는 사전설명되고 새로운 길이가 측정됩니다.

스트립 폭을 유지하기위해, 이전의 길이(좌측) 또는 그다음의 부분(우측) 또는 두부분 모두 보정이 됩니다.

트렉 홀딩 방식 (A4):여분의 길이는 전,후 부분에 자동적으로 나뉘게 되고, 스트립은 내부나 외부에 접선의 반복 교점과 함께 바로 안내됩니다.

스프링백 계산

만일롤성형된단면의 스프링백의 구간을 구하자고 한다면,이는사용된 재질, 시트두께와 곡률반경과 각도에 의해 측정됩니다.

스프링백 계산은 불러들인 단면의 프로파일의사용자가 선택한 밴딩구간이나 아니면 전체 프로파일 밴딩 구간을 다 선택하여 스프링백을 계산할 수 있습니다.

이것은 롤 설계에서중요한 부분을 차지하고 있으며, 다음 롤금형 패스를 설계하고 보완하는 중요한 설계 변수로 작용할 수 있습니다.

프로파일정적 계산, 밴딩엣지의 응력 계산

롤포밍 정적 계산
프로파일이 load-bearing구조를 설계하고 강도계산이 필요한 경우, 프로파일 단면의 고정적 변수가 필요하게 됩니다.이것들은 자동으로 측정되고 별도의 윈도우에 표시됩니다.이로 인해 프로파일은 주어진 파라미터에 충족되며 설계가 가능해 집니다. 정적 해석 결과는 CAD시스템으로 전송될 수 있습니다.
밴딩엣지의 응력 계산
만일 프로파일의 다리가 한스텐드에서다른쪽으로 순차로 구부려지면 그 가장자리는 프로파일의 web보다 더 긴 쪽으로 이동합니다.이는엣지가장자리에 높은 압력과 응력을 야기할 수 있습니다.만약 롤포밍 공정에서 시트 재료의 탄성구간 내 그 스트레칭과변형량은 프로파일이 스탠드 안에 남아 있는 한 제품은 다시 원래의 길이로 되돌아 옵니다.

또 다른 경우, 만약 두 밴딩 스텝 사이에서 엣지의응력값이항복점을 초과하면, 이는 프로파일의 가장자리에 비틀림이나 웨이브 같은 결함을 일으키는 재료에서 변형율 값이 남게 될 것이다.항복점과 관련된 상대적인 응력값은계산이 되어지고 별도의 윈도우에 표시 됩니다. 이것으로 설계자는 굽힘 과정 동안에 밴딩엣지들의 안전 로드값을확인 가능합니다.

프로파일 응력 계산 (PSA)

시트 표면은 작은 직사각형 shell부분으로 분할됩니다.롤성형기를 통해 롤성형되는 동안 직사각형은 변형이 됩니다.스트립의 예견 되어지는 성형과 변형량의 길이 늘림이나 줄임으로부터 응력이 유발될 수 있습니다.재료의항복점과 관련이 있는 응력은 컬러의 범주에 배속되고 3D 요소 모델에서 표시됩니다.
단면 프로파일 응력 분석은 PROFIL소프트웨어의 통합된 기능이며 비선형 유한요소 해석없이결과를 확인할 수 있습니다. 이것은 즉시플라워 패턴 설계 후에 볼 수 있는 결과를 의미합니다. 종단면의 응력값은 굽힘 가장자리뿐만 아니라 전체 프로파일의 단면에서 측정됩니다.최대응력이굽힘 모서리에 있지않는 경우 롤설계에서는매우 중요합니다.(예, 접힌 가장자리가 구부러진경우)

비선형 유한요소 해석(가상의 롤포밍 머신 해석)

롤포밍 유한요소 시물레이션 프로세스는 설계자가 롤 성형기계를 통해 스트립을 성형하고 최종 롤 스텐드를 통과한 후 프로파일 내에서 응력와 변형율에 대해 매우 명확한 정보를 얻은 것을 가능하게 합니다. 또한 설계된 롤에 의해 형성된 프로파일의 형상을 계산합니다.

PROFIL에는 기존 선형 해석의 결과보다 더 좋은 결과물을 얻기 위해 ABAQUS/Explicit와 LS-DYNA 비선형해석 인터페이스 내장하고 있다.외연적 비선형 유한요소 해석은 실제 롤포밍 공정을 정확히 계산할 수 있으며, 이는 얇은 시트가 성형될 때 자주 야기되는 oil-canning 결함을 고려할 수 있습니다. 또한 빠른 시간내에 롤포밍 결과를 도출 할 수도 있습니다.
내연적 유한요소 계산은 그 수치적 계산이 불규칙적일 때 갑작스런 중단을 피하기위한 특별한 조치들을 필요로 합니다. 따라서 PROFIL은 외연적 유한요소 해석 기법을 사용하는 ABAQUS/Explicit, LS-DYNA/Explicit 인터페이스를 지원하고 있다.

시뮬레이션의 결과로 설계자는 최종 롤스텐드를 통과한 후에 프로파일의 최종 형상을 얻을 수 있습니다.이결과는 설계된 형상과 함께 비교도 가능합니다.각각의 스칼라는 높은 응력과 남아있는 변형의 위치에 대해 확인 할 수 있습니다.이것은 설계자가 원하지 않는 변형의 원인을 찾고, 롤이 수정될 필요가 있는 정보를 롤설계자에게 제공할 수 있도록 도와줍니다.