KR102458796B1

KR102458796B1 - 몰드 슬라이딩 재료 마모 시험 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102458796B1
Application number: KR1020210008440A
Authority: KR
Inventors: 양희선; 백동천; 류경하; 박종원; 이태현; 이종직
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2022-10-26
Also published as: KR20220105739A

Abstract

본 발명은 선형 왕복운동을 통한 재료마모시험 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 상부시료와 하부시료의 접합면과 하중을 가하는 하중부가 일치하지 않은 상황에서 마모시험을 실시 할 수 있도록 하는 몰드 슬라이딩 재료마모시험 시스템 및 방법을 제공함에 있다. 또한, 복수의 장치가 하나의 슬라이드를 공유함으로써 시험 측정 및 데이터 비교에 용이하도록 구성하였다.

Description

몰드 슬라이딩 재료 마모 시험 시스템 및 방법{Material Abrasion Test System For Mold Sliding and Test Method Thereof}

본 발명은 마모 시험 시스템 및 방법에 대한 것으로, 더 자세하게는 실린더의 왕복운동을 통해 시료의 마모량을 측정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 마모시험장치는 재료의 마찰, 마모 특성을 평가하는 시험기이다. 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 구동되며, 면접촉, 선접촉, 점접촉으로 시험이 가능하다. 추가적으로 온도, 습도 등의 환경적 분위기를 조절하여 다양한 마찰, 마모 시험을 수행할 수 있다.

종래의 마찰 시험기는 선형왕복 시험장치가 주를 이루고 있으며, 하부시편이 수평방향으로 선형 이동하는 구조체 또는 상부시편을 고정하고 있는 팔이 선형운동을 통해 마찰마모시험이 이루어졌다. 시료에 하중을 가하는 하중선과 상부시료와 하부시료 접촉하는 접촉면이 일치하게 구성되어졌다. 하지만 하중선과 접촉면이 일치하지 않은 제품에 적용하기 위해 접촉면과 하중선이 이격된 상황에서의 마모시험이 필요하다.

또한, 종래의 마찰 시험기는 마찰력만 측정할 수 있으므로, 마모 정도는 마찰력 시험 후 별도의 마모량 측정 장비에 의해 측정되었다.

또한, 종래의 마찰 시험기는 상부시료가 결합되는 팔에 형성된 홀에 삽입이 가능하도록 구성되어 홀보다 크게 형성될 수 없어 상부시료 크기 및 시험에 제한이 되어 왔다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 시료간 접촉면에서 일정 간격 이격하여 하중을 부여하도록 구성되어, 접촉면과 하중선이 이격된 상황에서의 마모 시험이 가능한 재료 마모 시험 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 마찰에 의한 상부시편과 하부시편의 마모량을 측정하는 마모시험장치에 있어서, 상면에 고정된 하부시편을 길이방향으로 왕복 운동시키는 슬라이드실린더 일 측에 상부시편이 돌출되어 고정되고 상기 슬라이드 실린더 운동방향에 수직하게 배치되어 상기 하부시편의 상면 및 상기 상부시편의 하면을 면접촉시키는 포스트 상기 포스트가 수직방향이동만 가능하도록 제한하는 칼럼 및 상기 칼럼에 고정되며 상기 포스트와 연결되어 상기 포스트의 수직방향 이동량을 측정함으로써 상기 상부시편의 마모량을 측정하는 측정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기포스트는 상기 칼럼에 결합되어 수직방향이동이 가능한 포스트 몸체, 상기 포스트 몸체의 상단에 길이방향으로 결합되어 상기 포스트의 이동변위에 따라 수직방향으로 이동되는 측정베이스, 및 상기 포스트 몸체의 하단에 상기 상부시편과 결합하는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합부는 하면에 배치되며, 수직방향으로 상기 상부시편을 고정하는 포스트 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 포스트 몸체의 상면에 수직방향으로 결합되는 원기둥형태의 하중가이드, 상기 하중가이드에 끼워지도록 구멍이 형성된 무게 추를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 하나의 상기 슬라이드 실린더 당 적어도 하나의 상기 포스트가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 하나의 상기 슬라이드 실린더 당 복수 개의 상기 포스트가 구비되는 경우, 복수 개의 상기 포스트는 서로 마주보게 배치되거나 일렬로 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 마모시험장치를 이용한 마모시험방법에 있어서, 상기 슬라이드실린더에 상기 하부시편이 고정되며, 상기 포스트에 상기 상부시편이 고정되는 시편고정단계, 상기 포스트가 상기 상부시편에 하중을 부여하여 상기 하부시편과 면접촉시키는 하중부여단계, 상기 슬라이드 실린더가 공압에 의해 왕복 운동하는 왕복운동단계, 및 상기 슬라이드 실린더가 왕복 운동함에 따라 상기 측정기가 상기 상부시편의 마모량을 측정하는 측정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 마모시험장치를 이용한 마모시험방법에 있어서, 상기 슬라이드실린더에 상기 하부시편이 고정되며, 복수 개의 상기 포스트에 각각 상기 상부시편이 고정되는 시편고정단계, 복수 개의 상기 포스트가 각각 상기 상부시편에 하중을 부여하여 상기 하부시편과 면접촉시키는 하중부여단계, 상기 슬라이드 실린더가 공압에 의해 왕복 운동하는 왕복운동단계, 상기 슬라이드 실린더가 왕복 운동함에 따라 복수 개의 상기 측정기가 각각의 상기 상부시편의 마모량을 측정하는 측정단계, 및 복수 개의 상기 측정기에서 측정된 각각의 상기 상부시편의 마모량이 비교 분석되는 비교분석단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 접촉면에서 일정 간격 이격하여 하중을 부여하도록 구성되어, 접촉면과 하중선이 이격된 상황에서의 마모시험이 가능하다.

또한, 포스트의 몸체보다 결합부가 크게 형성이 가능하여 시료에 맞는 포스트를 제작 및 결합이 용이하다.

또한, 슬라이드 실린더 양측에 복수의 마모시험장치를 구성하여 시험을 동시에 진행하고 비교 분석에 용이 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 사시도
도 2는 본 발명의 정면도
도 3은 본 발명의 정면도
도 4는 본 발명의 정면확대도
도 5는 본 발명의 측면도
도 6은 본 발명의 측면확대도
도 7은 본 발명의 순서도

기존에도 시료 간 왕복 마찰운동을 통한 마모시험이 개시되어 있다. 그러나 본 발명은 시료 간 접촉면이 하중선과 이격된 상황에서 시험이 가능하도록 제시한다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 대한 몰드 슬라이딩 재료 마모시험시스템 및 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

[1] 전체구성 및 동작원리

먼저, 도 1은 본 발명의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 베이스(100)에 슬라이드 실린더(200)가 배치된다. 슬라이드 실린더(200)는 실린더(200)를 관통하는 가이드(221)와 공압 실린더를 포함된다. 슬라이드 실린더(200) 상면에는 하부시료(210)가 결합되며, 이때 상면 중앙이 아닌 상면의 양 측에 배치되는 것이 특징이다. 슬라이드 실린더(200)의 운동방향에 수직하게 칼럼(300)이 간격 배치된다. 칼럼(300)은 수직운동을 되는 포스트(400)와 결합되며, 상부시료(421)는 하부시료(210)의 상면에 배치된다, 상부시료(421)는 포스트(400) 하단에 고정되어 포스트(400) 자중과 상단에 배치된 하중 가이드(430), 추가 웨이트(440)의 하중을 통해 하부시료(210)에 가압된다. 이에 본 발명은 슬라이드 실린더(200)의 왕복 운동을 통해 상부시료(421)와 하부시료(210)의 마찰로 인한 마모가 발생하며 시료의 마모량을 포스트(400)의 수직방향 변위를 측정하는 측정기(500)를 통해 연속적으로 측정된다.

이때, 도시되지 않았으나 하부시료(210)는 슬라이드 실린더(200) 운동방향으로 양측에 볼트로 결합되어 있어 분리 결합에 용이하다. 슬라이드 실린더(200)는 양측에 스토퍼(220)가 배치되며, 일 측에 스피드 컨트롤러와 솔레노이드 밸브가 배치되어 공압을 통해 슬라이드 실린더(200)가 왕복운동을 실시한다. 마모시험장치는 슬라이드 실린더(200) 운동방향으로 수직하게 복수개 배치가 가능하며, 하나의 실린더(200)를 공유하여 시험을 실시 할 수 있다. 상부시료(421)를 결합하는 포스트(400) 역시 복수개 배치된다. 칼럼(300)은 베이스(100)에 고정된 칼럼베이스를 통해 고정된다.

도 2 내지 도 4는 본 발명을 단일 시험 기준으로 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 정면도이다. 도 2를 참조하면, 베이스(100) 중앙에 슬라이드 실린더(200)가 배치되며 슬라이드 실린더(200) 윗면에 하부시료(210)가 배치된다. 칼럼(300)은 슬라이드 실린더(200)의 운동방향에 수직하게 배치되고, 하부시료(210)에 하중을 가하는 포스트(400)와 결합된다. 포스트(400)는 칼럼(300)에 형성된 홈과 칼럼 커버(322)를 통해 수직방향으로만 이동이 가능하도록 제한된다. 포스트(400)는 상단에 원통형의 하중 가이드(430)를 삽입하여 하중 변경에 용이하도록 구성할 수 있다. 중앙에 구멍이 형성된 추가 웨이트(440)를 하중 가이드(430)에 삽입하여 시료에 하중을 더 가할 수 있다. 칼럼(300)의 상단 한 측에 브라킷(510)을 결합하여 측정기(500)가 수직방향으로 고정된다. 또한, 마모량 측정의 기준이 되는 측정 베이스(520)는 포스트(400) 상단 측면에 결합된다. 측정기(500)는 측정 베이스(520)와의 거리를 시험 전 영점을 설정한다. 이후 슬라이드 실린더(200)가 왕복운동을 통해 상부시료(421)와 하부시료(210)의 마모됨에 따라, 포스트(400) 및 측정 베이스(520)가 수직방향으로 이동하게 되며 측정기(500)가 이동된 변위 값을 지속적으로 측정하도록 한다.

이때, 추가 웨이트(440)는 정해진 무게로 형성되는 것을 특징으로 한다. 브라킷(510)의 형상은 도면에 도시된 형상으로 한정하지 않으며, 측정기(500)를 칼럼(300)에 고정할 수 있도록 형성되는 것이 충분하다.

도 3은 슬라이드 실린더를 제외한 본 발명의 정면도이다. 도 3을 참조하면, 베이스(100)에 칼럼베이스가 고정되며, 칼럼베이스에 칼럼(300)이 고정되고 칼럼(300)은 칼럼 몸체(310)와 돌출부(320)로 구성된다. 칼럼 몸체(310)는 측정기(500)를 고정하는 브라킷(510)과 결합된다. 돌출부(320)는 칼럼 몸체(310)의 상단으로부터 실린더(200) 방향으로 돌출 형성되며 중앙에는 포스트(400)와 결합하기 위한 포스트(400) 단면에 대응하는 칼럼 홈(321)이 형성된다. 돌출부 말단에는 칼럼 커버(322)가 결합되어 포스트(400)의 수평운동을 제한하는 것을 특징으로 한다. 이때, 칼럼 몸체(310)와 돌출부(320)는 일체형으로 구성될 수 있다. 포스트(400)는 포스트 몸체(410)와 결합부(420)로 구성된다. 포스트 몸체(410)는 칼럼 홈(321)에 대응하는 단면을 가지고 있으며, 칼럼 홈(321)에 의해 수직운동으로 제한되고 상단에 시료에 가하는 하중을 변경할 수 있는 하중 가이드(430)와 추가 웨이트(440)가 결합되어 있다. 결합부(420)는 포스트 몸체(410) 하단에 형성되며 단면이 포스트 몸체(410)의 단면보다 크게 형성되어 있다. 이로 인해 상부시료(421)가 칼럼(300)에 부딪히지 않도록 구성되었다.

이때, 결합부(420)의 너비방향의 크기가 포스트 몸체(410)와 동일하게 도면에 작성되어 있으나, 결합되는 상부시료(421)에 맞게 포스트 몸체(410)보다 더 크게 형성될 수 있다. 칼럼 홈(321)은 포스트 몸체(410)의 단면에 대응하며, 포스트(400)는 칼럼 커버(322)를 통해 포스트(400) 교체가 가능하게 구성되어 시료에 따른 교체가 용이하다.

도 4는 결합부 확대도이다. 도 4를 참조하면, 포스트(400)의 결합부(420)는 포스트 몸체(410) 하단에 형성되며 하면에 포스트 홈(422)이 상부시료(421)의 크기에 대응하도록 형성되어 상부시료(421)가 결합된다. 결합부(420) 하면에는 포스트 커버(423)가 배치되어 수직방향으로 상부시료(421)를 고정한다.

이때, 결합부(420)의 크기에 제한이 없기에 상부시료(421)의 크기 선정에 자유로우며, 결합부(420)와 상부시료(421)간의 고정방식을 자유롭게 바꿀 수 있다. 예를 들어, 측면으로 포스트 홈(422)을 형성하고 포스트 커버(423)를 형성하여 고정하면 상부시료(421)가 왕복운동 시 좌우측으로 흔들리는 것을 보안할 수 있는 방안이 될 수 있다. 이에 목적에 따라 포스트 홈(422)과 포스트 커버(423)의 방향은 변경될 수 있으며 제한을 두지 않는다. 포스트 커버(423)도 직접적으로 시험하중에 영향이 있어 얇게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 포스트 홈(422)과 포스트 커버(423)는 실린더(200)가 왕복운동 시 가해지는 진동 및 방향 전환 시, 흔들리는 것을 방지하기 위해 방진부재를 추가하여 고정을 견고히 할 수 있다. 포스트 홈(422)은 결합부(420)에 관통 형성될 수 있으며 고정에 대해 추가적인 설치가 가능하다.

도 5는 본 발명의 측면도이다. 단일 실린더에 복수의 마모시험장치를 설치하였을 경우를 도시화 하였다. 도 5를 참조하면, 베이스(100) 중앙에 슬라이드 실린더(200)가 배치되며 슬라이드 실린더(200) 윗면에 하부시료(210)가 배치된다. 칼럼(300)은 슬라이드 실린더(200) 측면에 배치되고, 상부시료(421)에 하중을 가하는 포스트(400)와 결합된다. 포스트(400)는 칼럼(300)에 형성된 홈과 칼럼 커버(322)를 통해 수직방향으로만 이동이 가능하도록 제한된다. 배치된 칼럼(300)은 상부시료(421)와 결합된 포스트(400)와 측정기(500)를 고정하는 브라킷(510)이 결합된다. 칼럼(300)은 베이스(100)에 고정되는 칼럼 몸체(310)와 칼럼 몸체(310)에서 실린더(200) 방향으로 돌출 형성된 돌출부(320)로 구분 할 수 있다. 돌출부(320)는 중앙 수직방향으로 포스트 몸체(410)에 대응하는 칼럼 홈(321)을 포함하고 있으며, 포스트(400)가 칼럼 홈(321)에 결합 후에 고정하기 위한 칼럼 커버(322)를 추가로 포함한다. 결합된 포스트(400)는 상부시료(421)가 측면으로 돌출되도록 결합되며 자세한 내용은 후술하도록 한다.

도 6은 본 발명의 측면 확대도이다. 도 6을 참고하면, 슬라이드 실린더(200)의 윗면에 하부시료(210)가 배치되고, 측면에 이격되어 칼럼(300)이 배치된다. 칼럼(300)은 칼럼 몸체(310)와 상단에 돌출 형성되어 포스트(400)와 결합이 가능한 돌출부(320)를 포함한다. 포스트(400)는 칼럼(300)에 의해 수직운동이 가능한 포스트 몸체(410)와 상부시료(421)가 결합된 결합부(420)를 포함한다. 슬라이드 실린더(200)의 상면 양측에 하부시료(210)가 결합되어 있으며, 자세하게는 슬라이드 실린더(200)보다 외측으로 돌출되도록 배치된다. 포스트(400)로부터 하중선과 상부시료(421)와 하부시료(210)가 접하는 접촉면이 이격되어 마모시험을 실시된다.

[2] 마모시험 방법

도 7은 본 발명의 재료마모시험 순서도이다. 도 7을 참조하면, 마모시험장치를 이용한 마모시험 방법에 있어서, 먼저 베이스에 슬라이드 실린더가 고정되고, 슬라이드 실린더 윗면에 하부시편이 고정되며, 슬라이드 실린더 측면에 칼럼이 배치되고, 칼럼의 돌출부에 포스트가 결합되고, 포스트의 결합부에 상부시편이 고정되는 시편고정단계(S1)이다. 시편고정단계(S1) 이후, 포스트의 자중과 포스트 상단에 결합된 하중 가이드 및 추가 웨이트에 의해 상기 상부시편이 하부시편에 접촉하여 하중을 부여하는 하중부여단계(S2)이다. 하중부여단계(S2) 이후, 슬라이드 실린더가 제어부에 포함된 스피드 컨트롤러와 솔레노이드 밸브의 제어로 공압에 의해 왕복 운동하여 상부시료와 하부시료가 마찰되는 재료마모시험을 실시하는 왕복운동단계(S3)이다. 왕복운동단계(S3) 이후, 슬라이드 실린더가 왕복 운동함에 따라 측정기가 상부시편과 하부시편의 마모량을 측정하는 측정단계(S4)를 포함한다.

단일 실린더에 복수개 시험을 실시할 경우 측정단계(S4) 이후, 슬라이드 실린더가 왕복 운동함에 따라 복수개의 측정기가 각각의 상부시편의 마모량을 측정하는 측정단계, 복수개의 측정기에서 측정된 각각의 상부시편의 마모량이 비교분석하는 비교분석단계(S5)를 포함한다.

본 발명은 상기한 실시예로 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 베이스
200 : 슬라이드 실린더
210 : 하부시료 220 : 스토퍼 221 : 가이드
300 : 칼럼
310 : 칼럼 몸체 320 : 돌출부
321 : 칼럼 홈 322 : 칼럼 커버
400 : 포스트
410 : 포스트 몸체 420 : 결합부
421 : 상부시료 422 : 포스트 홈 423 : 포스트 커버
430 : 하중 가이드 440 : 추가 웨이트
500 : 측정기
510 : 브라킷 520 : 측정 베이스

Claims

상부시편 및 하부시편을 마찰시켜 마모량을 측정하는 마모시험장치에 있어서,
상면에 고정된 하부시편을 길이방향으로 왕복 운동시키는 슬라이드 실린더;
상기 슬라이드 실린더와 이격되어 배치되는 칼럼;
상기 슬라이드 실린더와 수평방향으로 이격되어 배치되며, 상기 칼럼과 수평방향의 이동이 제한되도록 결합되고, 일단에 상기 슬라이드 실린더를 향해 상부시편이 돌출되어 결합되는 포스트;
상기 칼럼에 고정되며 상기 포스트의 수직방향 이동량을 측정함으로써 상기 상부시편의 마모량을 측정하는 측정기;를 포함하고,
상기 포스트가 상부시편에 하중을 가하여 상부시편과 하부시편을 접촉시키되,
상부시료에 하중을 가하는 하중선과 상부시료와 하부시료가 접촉하는 접촉면이 일정 간격 이격되도록 형성된 것을 특징으로 하는 마모시험장치.
제 1항에 있어서 상기포스트는,
상기 칼럼에 결합되어 수직방향이동이 가능한 포스트몸체,
상기 포스트몸체의 상단에 길이방향으로 결합되어 상기 포스트의 이동변위에 따라 수직방향으로 이동되는 측정베이스, 및
상기 포스트 몸체의 하단에 상기 상부시편과 결합하는 결합부
를 포함하는 마모시험장치.
제 2항에 있어서,
상기 결합부는 하면에 배치되며, 수직방향으로 상기 상부시편을 고정하는 포스트 커버를 포함하는 마모시험장치.
제 2항에 있어서,
상기 포스트몸체의 상면에 수직방향으로 결합되는 원기둥형태의 하중가이드,
상기 하중가이드에 끼워지도록 구멍이 형성된 무게 추를 포함하는 마모시험장치.
제 1항에 있어서,
하나의 상기 슬라이드 실린더 당 적어도 하나의 상기 포스트가 구비되는 것을 특징으로 하는 마모시험장치.
제 5항에 있어서,
하나의 상기 슬라이드 실린더 당 복수개의 상기 포스트가 구비되는 경우,
복수개의 상기 포스트는 서로 마주보게 배치되거나 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 마모시험장치.
제 1항의 마모시험장치를 이용한 마모시험방법에 있어서,
상기 슬라이드실린더에 상기 하부시편이 고정되며, 상기 포스트에 상기 상부시편이 고정되는 시편고정단계;
상기 포스트가 상기 상부시편에 하중을 부여하여 상기 하부시편과 면접촉시키는 하중부여단계;
상기 슬라이드 실린더가 공압에 의해 왕복 운동하는 왕복운동단계;
상기 슬라이드 실린더가 왕복 운동함에 따라 상기 측정기가 상기 상부시편의 마모량을 측정하는 측정단계;
를 포함하는 마모시험방법.
제 5항의 마모시험장치를 이용한 마모시험방법에 있어서,
상기 슬라이드실린더에 상기 하부시편이 고정되며, 복수개의 상기 포스트에 각각 상기 상부시편이 고정되는 시편고정단계;
복수개의 상기 포스트가 각각 상기 상부시편에 하중을 부여하여 상기 하부시편과 면접촉시키는 하중부여단계;
상기 슬라이드 실린더가 공압에 의해 왕복 운동하는 왕복운동단계;
상기 슬라이드 실린더가 왕복 운동함에 따라 복수개의 상기 측정기가 각각의 상기 상부시편의 마모량을 측정하는 측정단계;
복수개의 상기 측정기에서 측정된 각각의 상기 상부시편의 마모량이 비교분석 되는 비교분석단계;
를 포함하는 마모시험방법.