KR101440108B1 - 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치를 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치는 금형재를 접촉시킨 시험대상 판재의 왕복이동으로 생성되는 스크래치를 통해 수직력 대비 마찰력을 측정함으로써 접촉면압에 따른 마찰계수 측정이 가능하고, 시험대상 판재가 측방향으로 일정간격 오프셋 이동하면서 반복적으로 금형재와 미끄럼 접촉하면서 스크래치가 생성되는 작동 구조를 통해 제품 양산공정 상의 판재 성형에서의 미끄럼 접촉모드가 구현될 수 있어 산업적으로 활용가능한 마찰계수 정보를 획득할 수 있으며, 금형재의 형상 조정이나 금형재로 사용되는 반구형 가압핀의 접촉 곡률(r)을 조절함으로써 저면압에서 극고면압까지 접촉면압의 크기를 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 시험대상 판재나 금형재를 설정온도로 가열할 수 있어 열간 성형 조건에서의 마찰계수 측정이 가능하며, 특히 스탬핑이나 딥 드로잉과 같은 판재 프레스성형을 포함하는 소성가공에서 금형재와 금속판재 간 마찰계수의 측정과 내-골링(galling) 특성평가가 가능하도록 한다.
본 발명에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치는 수직으로 배치되어 수직방향으로 이동하는 가압기와; 가압기 하단에 고정되고, 가압기에 의해 가압력이 조절되는 금형재와; 금형재 하측에 배치되고, 시험대상 판재가 상부표면에 고정되는 고정판과; 가압기가 결합되고, 가압기의 수직이동을 유도하는 수직이송기와; 고정판이 결합되어 고정판의 스크래치용 X축 수평이동과 오프셋용 Y축 수평이동을 유도하는 수평이송기와; 가압기, 수직이송기, 수평이송기의 작동을 제어하고, 시험대상 판재의 스크래치 시험에 따른 마찰계수의 산출이나 내-골링(galling) 특성 평가를 수행하는 컨트롤러를 포함하여, 수직이송기에 의해 가압기가 하강하여 시험대상 판재 표면에 접촉되고, 가압기에 의해 금형재가 설정된 가압력으로 시험대상 판재 표면에 밀착되고, 수평 이송기에 의해 시험대상 판재가 스크래치용 X축 수평이동과 오프셋용 Y축 수평이동을 반복하면서 스크래치 시험이 수행되도록 한다.

Description

마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치{scratch test apparatus for the evaluation of anti-galling and the measurement of friction coefficient for sheet metal}

본 발명은 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 금형재를 접촉시킨 시험대상 판재의 왕복이동으로 생성되는 스크래치를 통해 수직력 대비 마찰력을 측정함으로써 접촉면압에 따른 마찰계수 측정이 가능하고, 시험대상 판재가 측방향으로 일정간격 오프셋 이동하면서 반복적으로 금형재와 미끄럼 접촉하면서 스크래치가 생성되는 작동 구조를 통해 제품 양산공정 상의 판재 성형에서의 미끄럼 접촉모드가 구현될 수 있어 산업적으로 활용가능한 마찰계수 정보를 획득할 수 있으며, 금형재의 형상 조정이나 금형재로 사용되는 반구형 가압핀의 접촉 곡률(r)을 조절함으로써 저면압에서 극고면압까지 접촉면압의 크기를 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 시험대상 판재나 금형재를 설정온도로 가열할 수 있어 열간 성형 조건에서의 마찰계수 측정이 가능하며, 특히 스탬핑이나 딥 드로잉과 같은 판재 프레스성형을 포함하는 소성가공에서 금형재와 금속판재 간 마찰계수의 측정과 내-골링(galling) 특성평가가 가능하도록 하는 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치에 관한 것이다.

종래의 각종 금속 판재에 대한 마찰계수의 측정은 회전 방식인 핀 온 디스크(pin-on-disc) 타입의 스크래치 시험장치에 의해 수행되는 것이 일반적이었다. 핀 온 디스크 타입의 스크래치 시험장치에 관련하여 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0430470호 "마찰시험장치" 등이 안출되어 있다.

이와 같은 핀 온 디스크 타입의 마찰계수 측정용 스크래치 시험장치는 이미 접촉했던 시험대상 판재의 표면을 다시 핀(pin), 볼(ball), 블록(block) 등의 금형재가 접촉하게 되는 구조임에 따라, 시험대상 판재와 금형재 간 마찰계수가 실제에 비해 과도하게 측정되는 문제점이 있었다.

한편, 스탬핑이나 딥 드로잉과 같은 판재 프레스성형을 포함하는 소성가공에서는 금속 유동이 유발되기보다는 판재와 금형재 상호간에 일정압력이 가해지면서 서로 미끄럼 운동하게 되므로, 판재와 금형재 표면 간 상호작용에 의해 마찰이 발생된다. 여기서, 종래의 핀 온 디스크 타입의 마찰계수 측정용 스크래치 시험장치의 경우, 반복적으로 판재와 금형재 표면에 마찰이 가해지면 판재와 금형재의 상태 특성(조도, 경도, 온도 등)이 변화될 뿐만 아니라, 마멸이 발생하면서 접촉면적이 크게 변화되었다. 이에 따라 판재 프레스성형을 포함하는 소성가공 공정에서의 마찰계수 측정이 정상적으로 수행되지 못하였고, 내-골링(galling) 특성 평가를 정상적으로 수행하기 어려운 문제점이 있었다.

그리고, 종래에는 판재 프레스성형 공정에서의 스트립 드로잉 시험에 의해 마찰계수가 측정되도록 하였는데, 이 경우 판재의 양단에서 일정크기의 압력을 부가한 다음 판재를 인출하는 구조임에 따라, 판재의 마찰계수 측정에 적합하지만 금형재의 수명과 연관되는 내-골링(galling) 특성을 평가하는데 있어서는 상당한 시간, 작업량 및 판재가 소모되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0430470호 "마찰시험장치"

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 가압기 하단에 고정되어 미세 수직이동하면서 가압력이 조절되는 금형재가 밀착된 시험대상 판재가 수평이송기에 의해 왕복이동되면서 생성시킨 스크래치를 통해 수직력 대비 마찰력이 측정됨에 따라, 접촉면압에 따른 마찰계수 측정이 가능하고, 시험대상 판재가 스크래치용 X축 수평이동과 오프셋용 Y축 수평이동을 반복하면서 금형재와 미끄럼 접촉하여 스크래치를 생성시키는 동작을 통해 제품 양산공정 상의 판재 성형에서의 미끄럼 접촉모드가 구현될 수 있어 산업적으로 활용가능한 마찰계수 정보를 획득할 수 있는 새로운 형태의 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 금형재의 형상 조정이나 금형재로 사용되는 반구형 가압핀, 반구 절단형 가압핀, 곡면 블록체 등의 접촉 곡률(r)을 조절하여 저면압에서 극고면압까지 접촉면압의 크기를 조절할 수 있는 한편, 컨트롤러에 의해 가열온도가 제어되는 가열기를 구비하여 시험대상 판재나 금형재가 설정온도로 가열될 수 있도록 함에 따라 열간 성형 조건에서의 마찰계수 측정을 비롯한 다양한 온도조건에서의 마찰계수 측정을 수행할 수 있는 새로운 형태의 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명은 스탬핑이나 딥 드로잉과 같은 판재 프레스성형을 포함하는 소성가공에서 금형재와 금속판재 간 마찰계수의 측정과 내-골링(galling) 특성평가가 가능하도록 하는 새로운 형태의 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 수직으로 배치되어 수직방향으로 이동하는 가압기와; 상기 가압기 하단에 고정되고, 상기 가압기에 의해 가압력이 조절되는 금형재와; 상기 금형재 하측에 배치되고, 시험대상 판재가 상부표면에 고정되는 고정판과; 상기 가압기가 결합되고, 상기 가압기의 수직이동을 유도하는 수직이송기와; 상기 고정판이 결합되어, 상기 고정판의 스크래치용 X축 수평이동과 오프셋용 Y축 수평이동을 유도하는 수평이송기와; 상기 가압기, 수직이송기, 수평이송기의 작동을 제어하고, 상기 시험대상 판재의 스크래치 시험에 따른 마찰계수의 산출이나 내-골링(galling) 특성 평가를 수행하는 컨트롤러를 포함하여, 상기 수직이송기에 의해 상기 가압기가 하강하여 상기 시험대상 판재 표면에 접촉되고, 상기 가압기에 의해 상기 금형재가 설정된 가압력으로 상기 시험대상 판재 표면에 밀착되며, 상기 수평 이송기에 의해 상기 시험대상 판재가 스크래치용 X축 수평이동과 오프셋용 Y축 수평이동을 반복하면서 스크래치 시험이 수행되도록 하는 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치를 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치에서 상기 금형재는 상기 가압기 하단에 수직이동이 가능하게 고정되고, 상기 가압기는 상기 금형재의 수직이동을 유도하면서 상기 시험대상 판재에 대한 상기 금형재의 가압력을 조절하게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치에서 상기 금형재는 반구형상의 접촉구를 갖는 반구형 가압핀과, 하단이 수평 절단면으로 이루어진 반구형상의 접촉구를 갖는 반구 절단형 가압핀과, 반원형 곡면의 접촉구를 갖는 곡면형 블록체 군 중에서 선택된 어느 하나이다.

이와 같은 본 발명에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치에서 상기 수직이송기는 서로 이격되어 수직으로 배치되는 복수개의 수직 지지대와; 상기 각 수직 지지대에 삽입되어 상기 수직 지지대를 타고 수직이동하게 되는 복수개의 베어링과; 상기 베어링과 일체로 결합되어 수평하게 배치되고, 상기 가압기가 중앙부에 고정되며, 상기 베어링과 일체로 수직이동하는 이동판과; 나사산이 형성된 바(bar) 형상으로 이루어져 상하방향으로 암나사가공된 삽입홀을 갖는 상기 가압기가 삽입되는 스크류 및; 상기 스크류와 결합되어 상기 스크류를 회전시키는 구동모터를 포함하여 상기 구동모터의 구동에 따라 상기 가압기의 수직이동이 유도되도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치에서 상기 금형재와 시험대상 판재 중 선택된 어느 하나를 가열하게 되고, 상기 컨트롤러에 의해 가열온도가 조절될 수 있는 가열기를 더 포함하여, 열간 성형 조건에서의 마찰계수의 산출이나 내-골링(galling) 특성 평가를 수행할 수 있도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치에서 상기 가열기는 상기 가압기 하단에 배치되어 상기 가압기 하단에 고정되는 금형재를 가열하는 금형재 가열기구와; 상기 고정판과 일체로 결합되어 상기 고정판 상부표면에 고정된 시험대상 판재를 가열하는 고정판 가열챔버를 포함하는 구성으로 이루어진다.

이와 같은 본 발명에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치에서 상기 가열기는 상기 수직이송기의 이동판 저면에 고정되고, 상기 금형재와 고정판 사이 공간으로 고주파를 발산시켜 상기 금형재와 상기 고정판 상부표면에 고정된 시험대상 판재를 가열하게 되는 고주파 가열기구이다.

이와 같은 본 발명에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치에서 상기 가열기는 상기 고정판의 양단부에 결합되고, 상기 고정판으로 전류를 인가하면서 저항열에 의해 상기 고정판 상부표면에 고정된 시험대상 판재가 가열되도록 하는 저항 가열기구이다.

본 발명에 의한 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치에 의하면, 금형재를 접촉시킨 시험대상 판재의 왕복이동으로 생성되는 스크래치를 통해 수직력 대비 마찰력을 측정함으로써 접촉면압에 따른 마찰계수 측정이 가능하고, 시험대상 판재가 측방향으로 일정간격 오프셋 이동하면서 반복적으로 금형재와 미끄럼 접촉하면서 스크래치가 생성되는 작동 구조를 통해 제품 양산공정 상의 판재 성형에서의 미끄럼 접촉모드가 구현될 수 있어 산업적으로 활용가능한 마찰계수 정보를 획득할 수 있으며, 금형재의 형상 조정이나 금형재로 사용되는 반구형 가압핀의 접촉 곡률(r)을 조절함으로써 저면압에서 극고면압까지 접촉면압의 크기를 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 시험대상 판재나 금형재를 설정온도로 가열할 수 있어 열간 성형 조건에서의 마찰계수 측정이 가능하며, 특히 스탬핑이나 딥 드로잉과 같은 판재 프레스성형을 포함하는 소성가공에서 금형재와 금속판재 간 마찰계수의 측정과 내-골링(galling) 특성평가가 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치를 보여주기 위한 도면;
도 2의 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치의 작동과정을 보여주기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치에 의해 스크래치가 형성된 시험대상 판재을 보여주기 위한 도면;
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치을 이루는 다종(多種)의 금형재를 보여주기 위한 도면;
도 5는 반구형 가압핀과 곡면형 블록체으로 이루어진 금형재에 의해 중고면압과 극고면압 조건에서 스크래치 시험이 수행되는 것을 보여주기 위한 도면;
도 6은 반구 절단형 가압핀으로 이루어진 금형재에 의해 저면압과 중고면압 조건에서 스크래치 시험이 수행되는 것을 보여주기 위한 도면;
도 7 내지 도 9는 가열기가 적용된 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치를 보여주기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 9에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 스크래치 시험장치, 마찰시험장치 마찰계수 측정, 내-골링(galling) 특성 평가 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치(100)는 도 1에서와 같이 가압기(10), 금형재(20), 고정판(30), 수평이송기(50), 컨트롤러(60)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

가압기(10)는 수직으로 배치되어 수직방향으로 이동하는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 가압기(10)는 로드셀을 구비하여 하중 제어가 가능한 로드셀 가압기(11)로 이루어지고, 이와 같은 로드셀 가압기(11) 하단에 금형재 고정단(12)이 형성되어 금형재(20)가 고정될 수 있도록 한다.

금형재(20)는 가압기(10) 하단에 수직이동이 가능하게 고정되어 시험대상 판재(1)와 접촉하게 되는 것으로, 가압기(10)에 의해 가압력이 조절된다. 여기서 가압기(10)는 시험대상 판재(1)에 접촉하고 있는 금형재(20)의 미세 수직이동을 유도하면서 시험대상 판재(1)에 대한 금형재(20)의 가압력을 조절하게 된다.

고정판(30)은 금형재(20) 하측에 배치되는 것으로, 시험대상 판재(1)가 고정판(30)의 상부표면에 고정된다.

수직이송기(40)는 가압기(10)가 결합되는 것으로, 가압기(10)의 수직이동을 유도하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 수직이송기(40)는 복수개의 수직 지지대(41), 지지 스프링(42), 베어링(43), 이동판(44), 스크류(45), 구동모터(46), 지지판(47)을 구비하여 이루어진다.

수직 지지대(41)는 가압기(10)를 지지하기 위한 것으로, 복수개의 수직 지지대(41)가 서로 이격되어 수직으로 배치되는데, 본 발명의 실시예에 따른 수직이송기(40)는 4개의 수직 지지대(41)가 사각형상으로 배치되도록 한다.

지지 스프링(42)은 하단부가 수직 지지대(41)에 고정되는 것으로, 지지 스프링(42)의 상단부에 베어링(43)이 배치되어 베어링(43)에 지지 스프링(42)에 의해 탄성지지된다.

베어링(43)은 각 수직 지지대(41)에 삽입되어 수직 지지대(41)를 타고 수직이동하게 되는 것으로, 이와 같은 베어링(43)은 이동판(44)의 수직이동시 가이드 역할을 수행하게 된다.

이동판(44)은 복수개의 베어링(43)과 일체로 결합되어 수평하게 배치되는 것으로, 베어링(43)과 일체로 수직이동하게 된다. 각 베어링(43)은 이동판(44)의 모서리 부위에 배치된다. 이동판(44)의 중앙부에는 가압기(10)가 고정되어 가압기(10)의 수직이동을 유도하게 된다.

스크류(45)는 나사산이 형성된 바(bar) 형상으로 이루어져 상하방향으로 암나사가공된 삽입홀을 갖는 가압기(10)가 삽입되도록 한다.

구동모터(46)는 스크류(45)와 결합되어 스크류(45)를 회전시키는 것으로, 스크류(45)의 회전에 따라 가압기(10)가 스크류(45)를 타고 수직이동하게 된다.

지지판(47)는 수직 지지대(41) 상측에 수평하게 배치되어 수직 지지대(41)에 의해 지지되는 것으로, 지지판(47)에 구동모터(46)가 고정된다.

수평이송기(50)는 고정판(30)이 결합되어 고정판(30)의 스크래치용 X축 수평이동과 오프셋용 Y축 수평이동을 유도하게 된다. 여기서 스크래치용 X축 수평이동은 고정판(30)이 X축방향으로 이동하면서 고정판(30)에 고정된 시험대상 판재(1)의 표면에 스크래치(2)가 형성되도록 하는 것이고, 오프셋용 Y축 수평이동은 금형재(20)가 시험대상 판재(1)의 표면으로부터 이격된 상태에서 고정판(30)이 Y축 방향으로 설정간격만큼 오프셋 이동하도록 하는 것이다. 이와 같은 수평이송기(50)는 볼스크류(51)와 Y축 이송프레임(52)을 구비하여 Y축 수평이동을 수행하고, X축 이송기구(53)를 구비하여 Y축 수평이동을 수행한다. X축 이송기구(53)는 볼스크류 구조나 실린더 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 수평이송기(50)는 다양한 분야에서 일반화되어 있는 기술임에 따라, 상세한 설명을 생략한다.

컨트롤러(60)는 가압기(10), 수직이송기(40), 수평이송기(50)의 작동을 제어하는 한편, 시험대상 판재(1)의 스크래치 시험에 따른 마찰계수의 산출이나 내-골링(galling) 특성 평가를 수행한다. 또한 컨트롤러(60)는 산출된 마찰계수 정보나 내-골링 특성 평가 정보를 출력장치에 출력하게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치(100)는 수직이송기(40)에 의해 가압기(10)가 하강하여 도 2의 (a)에서와 같이 시험대상 판재(1)의 표면에 접촉되도록 하고, 가압기(10)에 의해 금형재(20)가 시험대상 판재(1)의 표면에서 미세 수직이동하면서 설정된 가압력으로 시험대상 판재(1) 표면에 밀착되도록 한 다음, 도 2의 (b)에서와 같이 수평이송기(50)에 의해 시험대상 판재(1)가 스크래치용 X축 수평이동과 오프셋용 Y축 수평이동을 반복하면서 도 3에서와 같이 스크래치 시험이 수행되도록 한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치(100)의 금형재(20)는 도 4의 (a) 내지 (c)에서와 같이 다양한 구성으로 이루어질 수 있는데, 도 4의 (a)에서와 같이 반구형상의 반구형 접촉구(211)를 갖는 반구형 가압핀(21)으로 이루어지거나, 도 4의 (b)에서와 같이 하단이 수평 절단면(222)으로 이루어진 반구형상의 반구 절단형 접촉구(221)를 갖는 반구 절단형 가압핀(22)으로 이루어지거나, 도 4의 (c)에서와 같이 반원형 곡면의 곡면 접촉구(231)를 갖는 곡면형 블록체(23)로 이루어질 수 있다. 이와 같은 금형재(20)는 가압기(10)의 금형재 고정단(12)에 형성된 삽입홈(121)으로 수직이동이 가능하게 끼워져 고정된다. 여기서 금형재(20)는 가압기(10)에 의해 미세 수직이동으로 시험대상 판재(1)의 표면에 밀착되는 정도를 달리하여 접촉 곡률(r)을 조절함으로써 시험대상 판재(1)에 대한 접촉 면압의 크기를 달리할 수 있는데, 도 5에서와 같이 반구형 가압핀(21)과 곡면형 블록체(23)의 경우 접촉면적이 최소화됨에 따라 중고면압에서 극고면압까지 접촉면압의 크기를 조절하면서 스크래치 시험을 수행할 수 있게 되고, 도 6에서와 같이 반구 절단형 가압핀(22)의 경우 접촉면적이 반구형 가압핀(21)과 곡면형 블록체(23)에 비해 커짐에 따라 저면압에서 중고면압까지 접촉면압의 크기를 조절하면서 스크래치 시험을 수행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치(100)는 도 7 내지 도 9에서와 같이 가열기(80)를 더 구비할 수 있다. 가열기(80)는 금형재(20)나 시험대상 판재(1)를 가열하게 되는 것으로, 컨트롤러(60)에 의해 가열온도가 조절될 수 있다. 이와 같은 가열기(80)를 구비함으로써 열간 성형 조건에서의 마찰계수의 산출이나 내-골링(galling) 특성 평가를 수행할 수 있게 된다.

가열기(80)는 다양한 구성으로 이루어질 수 있는데, 도 7에서와 같이 가압기(10) 하단의 금형재 고정단(12)에 배치되어 가압기(10) 하단의 금형재 고정단(12)에 고정되는 금형재(20)를 가열하게 되는 금형재 가열기구(82)와, 고정판(30)과 일체로 결합되어 고정판(30) 상부표면에 고정된 시험대상 판재(1)를 가열하는 고정판 가열챔버(81)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다. 그리고, 가열기(80)는 도 8에서와 같이 수직이송기(40)의 이동판(44) 저면에 고정되어 아래로 연장되고, 금형재(20)와 고정판(30) 사이 공간으로 고주파를 발산시켜 금형재(20)나 고정판(30) 상부표면에 고정된 시험대상 판재(1)를 가열하게 되는 고주파 가열기구(83)로 이루어질 수도 있다. 또한, 가열기(80)는 고정판(30)의 양단부에 결합되고, 고정판(30)으로 전류를 인가하면서 저항열에 의해 고정판(30) 상부표면에 고정된 시험대상 판재(1)가 가열되도록 하는 저항 가열기구(84)로 이루어질 수도 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치(100)는 가압기(10) 하단에 고정되어 미세 수직이동하면서 가압력이 조절되는 금형재(20)가 밀착된 시험대상 판재(1)가 수평이송기(50)에 의해 왕복이동되면서 생성시킨 스크래치(2)를 통해 수직력 대비 마찰력이 측정됨에 따라, 접촉면압에 따른 마찰계수 측정이 가능하고, 시험대상 판재(1)가 스크래치용 X축 수평이동과 오프셋용 Y축 수평이동을 반복하면서 금형재(20)와 미끄럼 접촉하여 스크래치(2)를 생성시키는 동작을 통해 제품 양산공정 상의 판재 성형에서의 미끄럼 접촉모드가 구현될 수 있어 산업적으로 활용가능한 마찰계수 정보를 획득할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치(100)는 금형재(20)의 형상 조정이나 금형재(20)로 사용되는 반구형 가압핀(21), 반구 절단형 가압핀(22), 곡면 블록체(23) 등의 접촉 곡률(r)을 조절하여 저면압에서 극고면압까지 접촉면압의 크기를 조절할 수 있는 한편, 컨트롤러(60)에 의해 가열온도가 제어되는 가열기(80)를 구비하여 시험대상 판재(1)나 금형재(20)가 설정온도로 가열될 수 있도록 함에 따라 열간 성형 조건에서의 마찰계수 측정을 비롯한 다양한 온도조건에서의 마찰계수 측정을 수행할 수 있게 된다.

특히 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치(100)는 스탬핑이나 딥 드로잉과 같은 판재 프레스성형을 포함하는 소성가공에서 금형재(20)와 금속판재 간 마찰계수의 측정과 내-골링(galling) 특성평가가 가능하게 된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

1 : 시험대상 판재 2 : 스크래치
10 : 가압기 11 : 로드셀 가압기
12 : 금형재 고정단 121 : 삽입홈
20 : 금형재 21 : 반구형 가압핀
211 : 반구형 접촉구 22 : 반구 절단형 가압핀
221 : 반구 절단형 접촉구 222 : 수평 절단면
23 : 곡면형 블록체 231 : 곡면 접촉구
30 : 고정판 40 : 수직이송기
41 : 수직 지지대 42 : 지지 스프링
43 : 베어링 44 : 이동판
45 : 스크류 46 : 구동모터
47 : 지지판 50 : 수평이송기
51 : 볼스크류 52 : Y축 이송프레임
53 : X축 이송기구 60 : 컨트롤러
70 : 몸체프레임 80 : 가열기
81 : 가열 챔버 82 : 금형재 가열기구
83 : 고주파 가열기구 84 : 저항 가열기
100 : 스크래치 시험장치

Claims (8)

1. 수직으로 배치되어 수직방향으로 이동하는 가압기와;
   상기 가압기 하단에 고정되고, 상기 가압기에 의해 가압력이 조절되는 금형재와;
   상기 금형재 하측에 배치되고, 시험대상 판재가 상부표면에 고정되는 고정판과;
   상기 가압기가 결합되고, 상기 가압기의 수직이동을 유도하는 수직이송기와;
   상기 고정판이 결합되어, 상기 고정판의 스크래치용 X축 수평이동과 오프셋용 Y축 수평이동을 유도하는 수평이송기와;
   상기 가압기, 수직이송기, 수평이송기의 작동을 제어하고, 상기 시험대상 판재의 스크래치 시험에 따른 마찰계수의 산출이나 내-골링(galling) 특성 평가를 수행하는 컨트롤러 및;
   상기 금형재와 시험대상 판재 중 선택된 어느 하나를 가열하게 되고, 상기 컨트롤러에 의해 가열온도가 조절될 수 있는 가열기를 포함하여,
   상기 수직이송기에 의해 상기 가압기가 하강하여 상기 시험대상 판재 표면에 접촉되고, 상기 가압기에 의해 상기 금형재가 설정된 가압력으로 상기 시험대상 판재 표면에 밀착되며, 상기 수평 이송기에 의해 상기 시험대상 판재가 스크래치용 X축 수평이동과 오프셋용 Y축 수평이동을 반복하면서 스크래치 시험이 수행되도록 하는 한편, 열간 성형 조건에서의 마찰계수의 산출이나 내-골링(galling) 특성 평가를 수행할 수 있도록 하되,
   상기 가열기는 상기 수직이송기의 이동판 저면에 고정되고, 상기 금형재와 고정판 사이 공간으로 고주파를 발산시켜 상기 금형재와 상기 고정판 상부표면에 고정된 시험대상 판재를 가열하게 되는 고주파 가열기구인 것을 특징으로 하는 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 금형재는 상기 가압기 하단에 수직이동이 가능하게 고정되고,
   상기 가압기는 상기 금형재의 수직이동을 유도하면서 상기 시험대상 판재에 대한 상기 금형재의 가압력을 조절하게 되는 것을 특징으로 하는 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 금형재는 반구형상의 접촉구를 갖는 반구형 가압핀과, 하단이 수평 절단면으로 이루어진 반구형상의 접촉구를 갖는 반구 절단형 가압핀과, 반원형 곡면의 접촉구를 갖는 곡면형 블록체 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 수직이송기는 서로 이격되어 수직으로 배치되는 복수개의 수직 지지대와;
   상기 각 수직 지지대에 삽입되어 상기 수직 지지대를 타고 수직이동하게 되는 복수개의 베어링과;
   상기 베어링과 일체로 결합되어 수평하게 배치되고, 상기 가압기가 중앙부에 고정되며, 상기 베어링과 일체로 수직이동하는 이동판과;
   나사산이 형성된 바(bar) 형상으로 이루어져 상하방향으로 암나사가공된 삽입홀을 갖는 상기 가압기가 삽입되는 스크류 및;
   상기 스크류와 결합되어 상기 스크류를 회전시키는 구동모터를 포함하여,
   상기 구동모터의 구동에 따라 상기 가압기의 수직이동이 유도되도록 하는 것을 특징으로 하는 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치.
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