KR101858858B1

KR101858858B1 - 홀 확장성 평가 시스템과 방법 및 이에 이용되는 시편의 제조 방법

Info

Publication number: KR101858858B1
Application number: KR1020160176384A
Authority: KR
Inventors: 구진모; 정한용
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-06-28

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 홀 확장성 평가 시스템은 내부 면의 일부는 절연성 영역 및 나머지 일부는 도전성 영역으로 구획되는 홀을 구비하는 시편; 상기 시편의 상면 및 하면을 고정하는 상부금형몰드, 상기 상부금형몰드에 삽입되어, 상기 시편의 홀의 확장시키는 하부금형몰드, 및 상기 시편의 홀의 내부면에 전류를 제공하고, 제공되는 전류를 검출하여 상기 홀의 크랙의 발생 유무를 판단하는 크랙 판단 장치를 포함할 수 있다.

Description

홀 확장성 평가 시스템과 방법 및 이에 이용되는 시편의 제조 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TESTING HOLE EXPANSION, AND METHOD FOR FABRICATING SPECIMEN USED BY THEM}

본 발명은 홀 확장성 평가 시스템과 방법 및 이에 이용되는 시편의 제조 방법에 관한 것이다.

자동차 산업 분야는 환경 문제가 대두되면서 적은 배기 가스를 배출하는 기술 개발에 많은 노력을 기울이고 있으며, 승객의 안전성 확보를 위한 각종 충돌 법규의 강화와 안전한 차량을 선호하는 고객이 많아짐에 따라 높은 강도의 부품으로 구성된 자동차 차제 제조 기술을 개발하고 있다.

최근, 충돌 안전성 및 배기가스 규제를 만족시키기 위해서 DP강(Dual Phase Steel, 590MPa), FB강(Ferrite Bainite Steel, 540MPa/590MPa)강 등의 고강도 강판이 개발되어 적용되고 있다. 이러한 강판은, 주로 차체 중 면 진동을 전달하고 엔진을 지지하며 충돌시 운전자와 승객의 안전을 제공하는 구조부에 적용된다. 구조부는 강도와 디자인 측면에서 사용자의 요구를 충족하기 위해 홀 플랜징 가공이 자주 사용된다. 판재 성형 공정 중 하나인 홀 플랜징(Hole Flanging) 성형은 구멍을 확장시키면서 구멍 주위에 플랜지를 만들어 구멍 주위의 강도 및 설계상의 목표를 충족시키기 위한 공정이다. 홀 플랜징 성형의 경우, 구멍을 확장시키는 공정의 경우에 재료의 성형성을 판단하기 위하여 구멍 확장 실험(Hole Expansion Test)을 수행하여 구멍 확장비(Hole Expansion Ratio, HER)를 측정하게 된다.

종래, 판재의 홀 확장비를 평가하는 방법은 일정 크기의 홀을 가진 시편을 확장시켜 가면서 홀 주위에서 파단 발생 유무를 육안으로 확인하는 방법이 널리 사용된다. 그러나 이러한 방법은 실험자의 육안과 주관적인 판정에 의존하기 때문에 실험 결과의 신뢰도와 재현성의 문재를 내포하고 있어 실험 자동화에 대한 필요성이 제기되고 있다. 하나의 방안으로 홀 주위에서 크랙 발생 시에 펀치에 가해지는 하중의 변화를 인식하여 자동적으로 실험 장치를 멈추도록 HER을 평가하는 방법이 대안이 될 수 있다. 하지만, 홀 확장 실험에서는 홀 주위에 크랙이 발생하여도 펀치에 가해지는 하중의 변화가 미미하여 하중의 급격한 변화를 이용하는 방법이 현실적이지 못하다. 또한, 영상 시스템을 활용하여 측정하는 방법이 있으나, 매우 고가의 장비를 추가적으로 구축해야 하는 문제점이 있다.

본 발명의 과제는 고가의 장비 없이, 크랙의 발생 유무를 정밀하게 판단할 수 있는 홀 확장성 평가 시스템과 방법 및 이에 이용되는 시편의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 시편에 제공되는 전류의 레벨의 변화로부터 크랙의 발생 유무를 판단하여, 홀 확장성 평가의 정확도를 높일 수 있다. 또한, 고가의 장비를 제거하여, 홀 확장성 평가시 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀 확장성 평가 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상부금형몰드와 하부금형몰드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 제작 공정도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 확장성 평가 방법을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀 확장성 평가 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상부금형몰드와 하부금형몰드를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 홀 확장성 평가 시스템(100)은 실린더유닛(107), 하부금형몰드(110), 및 상부금형몰드(120) 등을 포함할 수 있다.

구체적으로, 사각 형상의 하부판(101)과 하부판(101)의 사각 모서리에는 원통바(102)가 마련되고, 상부판(103)은 원통바(102)에 의해 지지될 수 있다. 하부판(101)의 중앙부에는 피스톤(105) 및 피스톤(105)과 연결되어 피스톤(105)에 의해 상하로 선형 왕복 운동하는 외부로 노출된 유압실린더(106)를 포함하는 실린더유닛(107)이 배치될 수 있다. 실린더유닛(107)은 피스톤(105)에 선형 구동력을 발생시킬 수 있도록 유압을 공급하는 유압유닛(108)과 연결될 수 있다.

유압실린더(106)의 상면에 하부금형몰드(110)가 배치될 수 있고, 하부금형몰드(110)의 중앙부에 펀치(112)가 상부 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다. 펀치(112)는 정점에서 소정의 각도를 가지는 원뿔 형상으로 형성될 수 있고, 이외에 평면 형태의 원기둥 형상으로 형성될 수 있다.

상부판(103)의 하부면에는 상부금형몰드(120)가 배치될 수 있다. 상부금형몰드(120)는 상형 다이(122), 하형 블랭크 홀더(124) 및 고정대(126)를 포함할 수 있다. 상부금형몰드(120)의 고정대(126)는 상부판(103)의 하부면과 연결되어 고정되고, 상형 다이(122)는 고정대(126)와 연결될 수 있고, 하형 블랭크 홀더(124)는 시편(113)을 사이에 두고 상형 다이(122)와 대향하여 배치될 수 있다. 상형 다이(122)와 하형 블랭크 홀더(124) 사이에 소정의 직경을 가지는 홀(114)을 갖는 시편(113)을 삽입한 후 유동이 없도록 시편(113)은 강하게 압착 및 지지될 수 있다. 상부금형몰드(120)의 하부면 중앙부에는 펀치(112)가 삽입될 수 있는 구멍(125)이 형성될 수 있다.

유압유닛(108)에 의해 피스톤(105)을 작동시켜 유압실린더(106)를 상하로 선형 구동하면, 유압실린더(106)의 상면에 장착된 하부금형몰드(110)의 펀치(112)는 상부 방향으로 상승한다. 상부 방향으로 상승하는 펀치(112)가 상부금형몰드(120)의 구멍(125)으로 점차 삽입됨에 따라, 시편(113)의 홀(114)은 확장될 수 있다.

시편의 홀 확장비는 펀치(112)의 상승에 따라 홀 주위의 크랙이 발생하였을 때의 홀 크기와 최초 실험을 시작할 때 처음의 홀 크기의 비를 나타내고, 하기의 수학식 1에 의해 산출될 수 있다. 수학식 1에서, 여기서, D0는 초기 홀의 내경이고, Df는 최종 확장 홀의 내경이다.

[수학식 1]

본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 판단 장치는 시편의 홀의 내부면으로 제공되는 전류를 검출하고, 검출된 전류의 레벨이 변화하는 경우, 시편에 크랙이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 일 예로, 크랙 판단 장치는 하형 블랭크 홀더(124)와 상형 다이(122) 사이에 배치될 수 있다.

이 하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 판단 장치의 동작에 대하여 상술하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편을 나타낸 도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 홀은 내부 면의 일부는 도전성 영역 및 나머지 일부는 절연성 영역으로 구획될 수 있다. 홀의 내부 면의 도전성 영역에는 절연체 페이스트(113a)가 도포될 수 있고, 절연성 영역에는 도전체 페이스트(113b)가 도포될 수 있다. 이 하, 절연체 페이스트(113a)가 도포되는 영역을 절연성 영역으로, 도전체 페이스트(113b)가 도포되는 영역을 도전성 영역으로 가정하여 설명하도록 한다.

도전체 페이스트(113b)는 홀의 내부 면에 대략 전면적으로 형성되고, 절연체 페이스트(113a)는, 홀의 내부 면 중 홀의 상변의 일 지점과 하변의 일 지점을 연결하도록 일 방향으로 연장되는 형상으로 형성될 수 있다. 절연체 페이스트(113a)가 홀의 상변의 일 지점과 하변의 일 지점을 연결하도록 형성되어, 도전체 페이스트(113b)는 홀의 원주를 따라 적어도 한 번 단절될 수 있다. 일 예로, 상변의 일 지점과 하변의 일 지점을 연결하는 절연체 페이스트(113a)는 홀의 높이 방향에 비하여 경사질 수 있다. 즉, 상변의 일 지점과 하변의 일 지점은 홀의 높이 방향에서 서로 어긋나도록 배치되고, 상변의 일 지점과 하변의 일 지점을 연결하는 절연체 페이스트(113a)는 높이 방향과 교차할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 제작 공정도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시편은 홀의 내부 면에 절연체 페이스트(113a)를 도포하는 것으로 시작한다(도 4(a)). 절연체 페이스트(113a)를 형성한 후, 홀의 내부 면 중 상변의 일 지점과 하변의 일 지점을 연결하는 일 방향으로 연장되는 형상의 마스크를 형성한다(도 4(b)). 마스크를 형성한 후, 마스크 및 절연체 페이스트(113a) 상에 도전체 페이스트(113b)를 도포한다(도 4(c)). 도전체 페이스트(113b)를 형성한 후, 마스크를 제거하면 도 3에 도시된 바와 같은 시편이 제작될 수 있다(도 4(d)).

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 확장성 평가 방법을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀 확장성 평가 방법은 내부 면의 일부는 절연성 영역 및 나머지 일부는 도전성 영역으로 구획되는 홀을 구비하는 시편 중 도전성 영역의 두 지점에 전류를 제공하는 단계, 상기 도전성 영역의 두 지점으로 제공되는 전류를 검출하는 단계, 및 상기 검출된 전류의 레벨에 따라 크랙의 발생 유무를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 확장성 평가 시스템의 크랙 판단 장치(130)는 도전체 페이스트(113b)의 두 지점과 연결되어 전류를 제공하는 전류 제공부(131) 및 전류 제공부(131)와 병렬로 연결되어 상기 전류 제공부(131)로부터 제공되는 전류를 검출하는 전류 검출부(132)를 포함할 수 있다.

전류 제공부(131)와 연결되는 도전체 페이스트(113b)의 두 지점 각각은 상술한 절연체 페이스트(113a)가 연장되는 방향을 정의하는 홀의 상변의 일 지점과 하변의 일 지점과 소정의 거리 이격되어 형성될 수 있다. 일 예로, 전류 제공부(131)와 연결되는 도전체 페이스트(113b)의 두 지점은 홀의 높이 방향으로 연장되는 연장선 상에 위치할 수 있고, 전류 제공부(131)와 연결되는 도전체 페이스트(113b)의 두 지점은 높이 방향의 연장선은 절연체 페이스트(113a)와 교차할 수 있다.

홀 확장성 평가시, 홀의 내부면에서 크랙이 발생하지 않는 경우, 전류 제공부(131)와 연결되는 도전체 페이스트(113b)의 두 지점이 상호 전기적으로 연결되어, 전류 제공부(131)로부터 인가되는 전류는, 전류 검출부(132)에 의해 검출될 수 있다. 다만, 이와 달리, 홀의 내부면에서 크랙이 발생하는 경우, 전류 제공부(131)와 연결되는 도전체 페이스트(113b)의 두 지점이 전기적으로 분리되어, 회로적으로 개방 상태로 전환된다. 이로써, 전류 제공부(131)는 도전체 페이스트(113b)의 두 지점에 전류를 제공할 수 없으므로, 전류 검출부(132)는 전류 제공부(131)로부터 제공되는 전류를 검출할 수 없게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 절연체 페이스트(113a)를 홀의 높이 방향에 비하여 경사지게 형성하고, 전류 제공부(131)와 연결되는 도전체 페이스트(113b)의 두 지점의 높이 방향의 연장선을 절연체 페이스트(113a)와 교차하도록 배치하여, 크랙 발생시, 상기 두 지점의 전기적 분리를 용이하게 할 수 있다. 따라서, 전류 검출부(132)는 전류 제공부(131)로부터 제공되는 전류의 레벨 변화를 검출하여, 홀 확장성 평가시, 크랙의 발생 유무를 정밀하게 판단할 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

101: 하부판
102: 원통바
103: 상부판
105: 피스톤
106: 유압실린더
107: 실린더 유닛
108: 유압유닛
110: 하부금형몰드
112: 펀치
113: 시편
113a: 절연체 페이스트
113b: 도전체 페이스트
114: 홀
120: 상부금형몰드
122: 상형 다이
124: 하형 블랭크 홀더
126: 고정대

Claims

내부 면의 일부는 절연성 영역 및 나머지 일부는 도전성 영역으로 구획되는 홀을 구비하는 시편;
상기 시편의 상면 및 하면을 고정하는 상부금형몰드;
상기 상부금형몰드에 삽입되어, 상기 시편의 홀의 확장시키는 하부금형몰드; 및
상기 시편의 홀의 내부면에 전류를 제공하고, 제공되는 전류를 검출하여 상기 홀의 크랙의 발생 유무를 판단하는 크랙 판단 장치; 를 포함하는 홀 확장성 평가 시스템.
제1항에 있어서,
상기 절연성 영역에는 절연체 페이스트가 도포되고, 상기 도전성 영역에는 도전체 페이스트가 도포되는 홀 확장성 평가 시스템.
제1항에 있어서,
상기 절연성 영역은 상기 홀의 내부 면 중 상변의 일 지점과 하변의 일 지점을 연결하도록 일 방향으로 연장되는 홀 확장성 평가 시스템.
제3항에 있어서,
상기 절연성 영역은 홀의 높이 방향에 비하여 경사지게 형성되는 홀 확장성 평가 시스템.
제4항에 있어서,
상기 상변의 일 지점과 상기 하변의 일 지점은 높이 방향에서 서로 어긋나는 홀 확장성 평가 시스템.
제5항에 있어서,
상기 도전성 영역은 상기 홀의 원주를 따라 적어도 한 번 단절되는 홀 확장성 평가 시스템.
제2항에 있어서, 상기 크랙 판단 장치는,
상기 도전성 영역에 전류를 제공하는 전류 제공부; 및
상기 전류 제공부로부터 제공되는 전류를 검출하는 전류 검출부; 를 포함하는 홀 확장성 평가 시스템.
제7항에 있어서, 상기 전류 제공부는,
상기 도전성 영역의 두 지점과 연결되어 전류를 제공하고, 상기 도전성 영역의 두 지점은 상기 홀의 높이 방향으로 연장되는 연장선 상에 위치하는 홀 확장성 평가 시스템.
제7항에 있어서, 상기 전류 검출부는,
상기 전류 제공부로부터 제공되는 전류의 레벨 변화를 검출하여 크랙 유무를 판단하는 홀 확장성 평가 시스템.
내부 면의 일부는 절연성 영역 및 나머지 일부는 도전성 영역으로 구획되는 홀을 구비하는 시편 중 도전성 영역의 두 지점에 전류를 제공하는 단계;
상기 도전성 영역의 두 지점으로 제공되는 전류를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 전류의 레벨에 따라 크랙의 발생 유무를 판단하는 단계; 를 포함하는 홀 확장성 평가 방법.
제10항에 있어서,
상기 절연성 영역에는 절연체 페이스트가 도포되고, 상기 도전성 영역에는 도전체 페이스트가 도포되는 홀 확장성 평가 방법.
제10항에 있어서,
상기 절연성 영역은 상기 홀의 내부 면 중 상변의 일 지점과 하변의 일 지점을 연결하도록 일 방향으로 연장되는 홀 확장성 평가 방법.
제12항에 있어서,
상기 절연성 영역은 상기 홀의 높이 방향에 비하여 경사지게 형성되는 홀 확장성 평가 방법.
제13항에 있어서,
상기 상변의 일 지점과 상기 하변의 일 지점은 높이 방향에서 서로 어긋나는 홀 확장성 평가 방법.
제14항에 있어서,
상기 도전성 영역은 상기 홀의 원주를 따라 적어도 한 번 단절되는 홀 확장성 평가 방법.
제10항에 있어서,
상기 도전성 영역의 두 지점은 상기 홀의 높이 방향으로 연장되는 연장선 상에 위치하는 홀 확장성 평가 방법.
제10항에 있어서, 상기 크랙의 발생 유무를 판단하는 단계는,
상기 검출된 전류의 레벨이 변화하는 경우, 상기 크랙이 발생된 것으로 판단하는 홀 확장성 평가 방법.
홀이 구비하는 시편을 마련하는 단계;
상기 홀의 내부 면에 절연체 페이스트를 도포하는 단계;
상기 홀의 상변의 일 지점과 하변의 일 지점을 연결하는 일 방향으로 연장되는 형상의 마스크를 형성하는 단계;
상기 절연체 페이스트 및 상기 마스크 상에 도전체 페이스트를 도포하는 단계; 및
상기 마스크를 제거하는 단계; 를 포함하는 시편의 제조 방법.
제18항에 있어서,
상기 마스크는 상기 홀의 높이 방향에 비하여 경사지게 형성되는 시편의 제조 방법.
제19항에 있어서,
상기 상변의 일 지점과 상기 하변의 일 지점은 높이 방향에서 서로 어긋나는 시편의 제조 방법.
제20항에 있어서,
상기 마스크를 제거한 후, 상기 도전체 페이스트는 상기 홀의 원주를 따라 적어도 한 번 단절되는 시편의 제조 방법.