제품 이송 시 결함 최소화를 위한 CFRP 이중 롤러의 Gap block 설계 전략

Abstract

이중 롤러는 Gap block 설계에 따라 동일한 크기와 하중 조건에서도 다양한 변형 양상을 가질 수 있다. 이러한 특성을 활용하여, 본 연구에서는 제품 이송 과정에서 발생되는 주름과 같은 결함을 최소화하기 위한 Carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) 이중 롤러의 Gap block 설계 방법을 제안한다. 가장 먼저, Gap block에 대한 주요 설계 변수와 공정 정밀도를 고려한 분석 case들을 선정하고, 유한 요소 해석을 활용하여 CFRP 이중 롤러의 변형 양상을 추출한다. 여기서, 본 연구의 목적을 만족하는 최적의 Gap block 설계를 수행하기 위해, 제품과 롤러가 접촉하는 지점들 간의 변형 편차에 기반하여 CFRP 이중 롤러의 변형 양상들을 비교 분석한다. 그 결과, 본 연구에서 제안한 Gap block 설계 방법을 통해, 롤러의 직경 또는 길이와 같은 전체적인 크기 변화 없이 제품 이송 시 결함을 크게 감소시킬 수 있는 최적화된 CFRP 이중 롤러를 구축할 수 있었다.

Due to the structural characteristic of a double roller, the double roller can have various deformation behaviors depending on a gap block design, even if dimensions and loading conditions for the double roller are the same. Based on this feature, we propose a strategy for designing the gap block of the carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) double roller to minimize defects (e.g., sagging and wrinkling), which can be raised during the product conveying process, with the pursue of the lightweight design. In the suggested strategy, analysis cases are first selected by considering main design parameters and engineering tolerances of the gap block, and then deformation behaviors of these selected cases are extracted using the finite element method (FEM). Here, to obtain the optimal gap block parameters that satisfy the purpose of this study, deformation deviations in the contact area are calculated and compared using the extracted deformation behaviors. Note that the contact area in this work is located between the product and the roller. As a result, through the design method of the gap block proposed in this work, it is possible to construct the CFRP double roller that can significantly decrease the defects without changing the overall sizes of the roller. A detailed method is suggested herein, and the results are evaluated in a numerical way.