KR101271853B1 - 다수의 중첩된 그리드를 사용한 강판의 성형성 평가 방법 - Google Patents

다수의 중첩된 그리드를 사용한 강판의 성형성 평가 방법 Download PDF

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Abstract

다수의 중첩된 그리드를 사용한 강판의 성형성 평가 방법이 제공된다. 강판의 성형성 평가 방법은, 강판 표면의 전 영역에 걸쳐 인접한 그리드와 중첩된 다수의 그리드들을 마킹하는 단계와 소정 직경의 펀치를 사용하여 다수의 그리드가 마킹된 강판을 가압하는 단계와, 가압 후에 발생되는 파단 주위의 그리드들의 변형 정도를 측정함으로써 강판의 성형성을 평가하는 단계를 포함하며, 중첩된 다수의 그리드들의 수는, 강판의 강도가 340MPa 이상인 경우 2개이며, 340MPa 미만인 경우에는 4개일 수 있다. 이를 통해 소재의 어느 지점에서 크랙이 발생한 경우라도 정확한 성형 한계도를 도출할 수 있다.

Description

다수의 중첩된 그리드를 사용한 강판의 성형성 평가 방법{METHOD OF EVALUATING FORMABILITY OF STEEL PLATE USING OVERLAPPED MULTIPLE GRIDS}
본 발명은 강판의 성형성을 평가하기 위한 방법으로, 특히 강판의 성형성을 평가하기 위해 강판의 표면에 마킹되는 그리드의 형상에 관한 것이다.
철강 소재를 이용한 신부품 개발시, 매우 다양한 부품 가공방법이 적용되는데, 가장 대표적인 가공방법으로 프레스 가공 또는 스탬핑 가공이 있다. 이중 프레스 가공시 가장 문제가 되는 것은 소재의 파단없이 원하는 형상을 얻을 수 있느냐는 것이다. 소재의 성형성(formability)은 크게 딥 드로잉, 장출성, 굽힙 가공성 및 신장 플레지성의 4가지로 분류할 수 있지만, 실제 프레스 가공에서는 상기와 같은 성형성이 복잡하게 조합되어 있다.
이에 의해 단순히 인장시험에서 평가하는 일출인장의 값이 항복강도, 인장강도, 연신율 등만으로는 프레스 가공시 받게 되는 복합 응력 상태를 예측하는 것이 현실적으로 어렵다.
이에 따라 소재의 실제 사용 조건과 가장 유사한 방법으로 실험실적 시험을 통해 성형성을 평가할 필요성이 대두되었고, 1960년대 Keelwe 및 Goodwin에 의해 성형 한계도(Forming Limit Diagram, FLD)의 개념이 도입되었다. 그 이후 원형 그리드 해석법(Circle Grid Analysis, CGA)이 도입되었으며, Keeler 및 Goodwin에 의한 FLD 개념과 함께 소재의 성형성을 평가하는 가장 일반적인 방법으로 인식되게 되었다.
성형 한계도는 일축 인장만으로 얻을 수 있는 소재의 특성의 부족분에 대하여 소재가 받을 수 있는 변형 모드별 성형성을 평가한 선도인 바, 이를 통해 소재의 성형성을 평가하고 있다.
상술한 성형 한계도는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 표면에 그리드(G)가 마킹된 소재(S)를 홀더(10)에 의해 고정시킨 후, 파단(C)이 발생할 때까지 펀치에 의해 가압한 후, 파단(C) 근처의 그리드(G)의 변형률을 사용하여 도출하게 된다. 이때 소재(S) 표면에 마킹되는 그리드(G)는 별도의 중첩 영역을 가지지 않는다.
따라서, 도 1b의 (a)에 도시된 바와 같이, 그리드(G)로부터 일정거리 떨어진 지점에 크랙(C)이 발생한 경우에는 안전 영역(SAFETY)에 해당하는 변형률, 도 1b의 (b)에 도시된 바와 같이, 그리드(G)의 경계에 크랙(C)이 발생한 경우에는 넥(Neck)에 해당하는 변형률만, 도 1b의 (c)에 도시된 바와 같이, 그리드(G)의 내부에 크랙(C)이 발생한 경우에는 페일 영역(FAIL)에 해당하는 변형률만을 얻을 수 있어 정확한 성형 한계도를 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 소재의 어느 지점에서 크랙이 발생한 경우라도 정확한 성형 한계도를 도출할 수 있는 다수의 중첩된 그리드를 사용한 강판의 성형성 평가 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 강판 표면의 전 영역에 걸쳐 인접한 그리드와 중첩된 다수의 그리드들을 마킹하는 단계; 소정 직경의 펀치를 사용하여 다수의 그리드가 마킹된 상기 강판을 가압하는 단계; 및 상기 가압 후에 발생되는 파단 주위의 그리드들의 변형 정도를 측정함으로써 상기 강판의 성형성을 평가하는 단계를 포함하며, 상기 중첩된 다수의 그리드들의 수는, 상기 강판의 강도가 340MPa 이상인 경우 2개이며, 340MPa 미만인 경우에는 4개인 강판의 성형성 평가 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 강판 표면의 전 영역에 걸쳐 인접한 그리드와 중첩된 다수의 그리드들을 마킹하는 단계; 소정 직경의 펀치를 사용하여 다수의 그리드가 마킹된 상기 강판을 가압하는 단계; 및 상기 가압 후에 발생되는 파단 주위의 그리드들의 변형 정도를 측정함으로써 상기 강판의 성형성을 평가하는 단계를 포함하며, 상기 중첩된 다수의 그리드들의 수는, 상기 강판의 연신율이 30% 이상인 경우 4개이며, 30% 미만인 경우에는 2개인 강판의 성형성 평가 방법을 제공한다.
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본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 다수의 그리드들 각각은,
원형 형상이거나, 사각 형상이거나 또는 사각 형상 내부에 원형 형상을 가질 수 있다.
특히, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 다수의 그리드들 각각은,
상기 강판의 이송 방향을 따라 인접한 그리드와 일정 영역 중첩되어 마킹될 수 있다.
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본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 소재의 어느 지점에서 크랙이 발생한 경우라도 정확한 성형 한계도를 도출할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 성형 한계도를 도출하기 위한 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 강판의 성형성 평가 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발생된 크랙 주변의 하나의 그리드를 중심으로 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 성형 한계도 도출을 위한 강판의 신장 전과 신장 후의 주변형률 및 부변형률을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 도출된 성형 한계도를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 다양한 형태의 그리드 형상을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 강판의 성형성 평가 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 강판의 성형성 평가 장치를 도시한 도면으로, 상술한 성형성 평가 장치는 다수의 그리드가 마킹된 강판(S)을 홀더(201)에 의해 고정시킨 후, 소정 직경의 펀치(202)를 사용하여 가압한다. 이후 강판(S)에 파단(크랙)이 발생되면, 파단(크랙) 주위의 그리드들의 변형 정도(변형률, 후술함)를 측정함으로써, 강판(S)의 성형성을 평가할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발생된 크랙 주변의 하나의 그리드를 중심으로 확대한 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 그리드들(G1 내지 G4)이 마킹된 강판을 소정 직경의 펀치(202)를 사용하여 가압하면, 크랙(C)을 중심으로 그리드(G1 내지 G4)들의 변형이 발생된다. 전제로, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 다수의 그리드들(G1 내지 G4)의 형상은 원형(도 6의 도면부호 600 참조)이며, 그리드들(G1 내지 G4) 각각은 강판 표면의 전 영역에 걸쳐 인접한 그리드와 일정 영역 중첩되어 마킹되도록 구성되어 있다. 특히, 다수의 그리드들(G1 내지 G4) 각각은 강판의 이송 방향을 따라 인접한 그리드와 일정 영역 중첩될 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 그리드(G1) 내에 3개의 그리드(G2 내지 G4)가 중첩됨으로 인해, 크랙(C)으로부터 일정 거리 이격된 지점의 그리드(G2)로부터는 안전 영역(SAFETY)에 해당하는 변형률을, 크랙(C)의 경계에 위치한 그리드(G1)로부터는 넥(Neck)에 해당하는 변형률을, 크랙(C)이 내부에 발생한 그리드(G3 G4)로부터는 페일 영역(FAIL)에 해당하는 변형률을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 3에서는 하나의 그리드(G1) 내에 3개의 그리드(G2 내지 G4)가 중첩되는 것으로 도시하고 있으나, 이는 실시예에 불과할 뿐 필요에 따라 4개 이상의 그리드가 중첩되도록 마킹할 수 있음에 유의하여야 한다. 이렇게 구한 변형률로부터 후술하는 바와 같이 강판의 성형성 평가를 위한 성형 한계도를 도출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 하나의 그리드내에 중첩되는 다수의 그리드들의 수는 강판의 강도에 따라 달라질 수 있는데, 강판의 강도가 340MPa 이상인 경우 2개이며, 340MPa 미만인 경우에는 4개일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 하나의 그리드내에 중첩되는 다수의 그리드들의 수는 연신율(elongation)에 따라 달라질 수 있으며, 강판의 연신율이 30% 이상인 경우 4개이며, 30% 미만인 경우에는 2개일 수 있다. 상술한 바와 같은 본 발명의 실시 형태에 의하면, 강판의 연신율 및 강도에 따라 중첩되는 그리드들의 수를 한정하고 있으나, 이는 실시예에 불과하며, 다른 다양한 강판의 특성에 따라 다양한 수의 그리드들을 중첩시킬 수 있음에 유의하여야 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 성형 한계도 도출을 위한 강판의 신장 전과 신장 후의 주변형률 및 부변형률을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 도출된 성형 한계도를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 신장 전의 그리드의 형상이 원형이라고 가정할 경우, 주변형률과 부변형률을 측정할 수 있다. 여기서, 주변형률은 그리드의 직경 변화가 가장 큰 방향이 주변형률이며, 그리드의 직경 변화가 가장 작은 방향이 부변형률로 정의할 수 있다. 이렇게 구한 주변형률과 부변형률로부터 도 5에 도시된 바와 같은 성형 한계도(FLD)를 도출할 수 있다.
도 5를 참조하여 성형 한계도를 더욱 상세하게 설명하면, 다수의 그리드가 마킹된 강판을 홀더에 의해 고정시킨 후, 소정 직경의 펀치를 사용하여 가압하면, 다음과 같은 세 가지 형태의 변형 모드가 발생한다.
첫째, 한 방향으로만 늘어나고 그에 수직한 방향으로는 줄어드는 단축인장모드이다. 이 단축인장모드는 시편의 폭이 작을수록 잘 발생된다.
둘째, 한 방향으로는 늘어나고 그에 수직한 방향으로는 변형이 발생하지 않는 평면변형모드이다. 이 평면변형모드는 시편의 중간 크기인 100. 125, 130, 135mm 등에서 발생된다.
셋째, 한 방향으로 늘어나고, 그에 수직한 방향으로도 늘어나는 장출모드이다. 이 장출모드는 시편의 폭이 클수록 잘 발생된다.
상술한 여러 가지 모드에 의해 발생된 그리드의 주변형률 및 부변형률(도 4 참조)을 도시한 곡선이 도 5에 도시된 바와 같은 성형 한계도이다.
마지막으로, 도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 다양한 형태의 그리드 형상을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 그리드 형상은 이미 기술된 바와 같은 원형 형상(도면부호 600 참조) 외에도 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
일 예로, 중첩되는 그리드 형상은, 도면부호 601과 같은 사각 형태일 수 있으며, 도면부호 602와 같은 사각 형태의 내부에 원형이 삽입된 형태일 수 있다. 상술한 그리드 형상은 일 실시예에 불과하며, 당업자의 필요에 따라 다양한 형태의 그리드가 중첩되도록 강판의 표면에 마킹될 수 있음에 유의하여야 한다.
마지막으로, 도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 강판의 성형성 평가 방법을 설명하는 흐름도로, 발명의 간명화를 위해 도 2 내지 도 6과 관련하여 중복된 설명은 생략한다.
도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 우선 단계 700에서, 강판(S) 표면의 전 영역에 걸쳐 인접한 그리드와 일정 영역 중첩된 다수의 그리드들을 마킹한다.
이후, 단계 701에서, 소정 직경의 펀치(202)를 사용하여 다수의 그리드가 마킹된 강판(S)을 가압한다.
마지막으로, 단계 702에서, 가압 후에 발생되는 파단 주위의 그리드들의 변형 정도를 측정함으로써, 강판(S)의 성형성을 평가할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 다수의 그리드들 각각이 인접한 그리드와 일정 영역 중첩되도록 마킹함으로써, 소재의 어느 지점에서 크랙이 발생한 경우라도 안전 영역(SAFETY), 페일 영역(FAIL) 및 넥(Neck)에 해당하는 변형률을 모두 얻을 수 있어 정확한 성형 한계도를 도출할 수 있는 기술적 효과가 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10, 201: 홀더
200: 강판의 성형성 평가 장치
202: 펀치
S; 강판
C: 크랙
G: 그리드
FLD: 성형한계도

Claims (7)

  1. 강판 표면의 전 영역에 걸쳐 인접한 그리드와 중첩된 다수의 그리드들을 마킹하는 단계;
    소정 직경의 펀치를 사용하여 다수의 그리드가 마킹된 상기 강판을 가압하는 단계; 및
    상기 가압 후에 발생되는 파단 주위의 그리드들의 변형 정도를 측정함으로써 상기 강판의 성형성을 평가하는 단계를 포함하며,
    상기 중첩된 다수의 그리드들의 수는, 상기 강판의 강도가 340MPa 이상인 경우 2개이며, 340MPa 미만인 경우에는 4개인 다수의 중첩된 그리드를 사용한 강판의 성형성 평가 방법.
  2. 강판 표면의 전 영역에 걸쳐 인접한 그리드와 중첩된 다수의 그리드들을 마킹하는 단계;
    소정 직경의 펀치를 사용하여 다수의 그리드가 마킹된 상기 강판을 가압하는 단계; 및
    상기 가압 후에 발생되는 파단 주위의 그리드들의 변형 정도를 측정함으로써 상기 강판의 성형성을 평가하는 단계를 포함하며,
    상기 중첩된 다수의 그리드들의 수는, 상기 강판의 연신율이 30% 이상인 경우 4개이며, 30% 미만인 경우에는 2개인 다수의 중첩된 그리드를 사용한 강판의 성형성 평가 방법.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 그리드들 각각은,
    원형 형상을 가지는 다수의 중첩된 그리드를 사용한 강판의 성형성 평가 방법.
  4. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 그리드들 각각은,
    사각 형상을 가지는 다수의 중첩된 그리드를 사용한 강판의 성형성 평가 방법.
  5. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 그리드들 각각은,
    사각 형상 내부에 원형 형상을 가지는 다수의 중첩된 그리드를 사용한 강판의 성형성 평가 방법.
  6. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 그리드들 각각은,
    상기 강판의 이송 방향을 따라 인접한 그리드와 일정 영역 중첩되어 마킹되는 다수의 중첩된 그리드를 사용한 강판의 성형성 평가 방법.
  7. 삭제
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