KR102495104B1 - 시편 가공 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시편을 비교적 간단하게 굽힘 가공할 수 있는 시편 가공 장치에 관한 것으로, 상하이동 가능한 상부 그립부; 상기 상부 그립부에 대면하게 배치되고, 위치가 고정된 하부 그립부; 및 상기 하부 그립부에 연결되며, 상기 하부 그립부보다 위로 돌출한 굽힘수단을 포함하고, 상기 하부 그립부 및 상기 굽힘수단 상에 시편이 놓이고, 상기 상부 그립부가 하강하여 상기 시편이 소정 곡률로 굽힘 가공될 수 있다.

Description

시편 가공 장치 {Apparatus for forming sample}

본 발명은, 예컨대 하중 및 변위 측정의 인장시험을 위해, 시편을 비교적 간단하게 굽힘 가공할 수 있는 시편 가공 장치에 관한 것이다.

CTOD(Crack Tip Opening Displacement) 시험은 파괴인성시험의 한 종류로서, 시편에 아주 미세한 균열을 만든 후, 인장하중 혹은 굽힘모멘트를 가하여 균열 선단에 벌어지는 변위량을 측정한다.

예를 들어, 용접 후 각진 변형이 발생된 시편의 CTOD 시험을 위해서는 시편의 폭을 기준으로 일정 범위의 곡률 조건이 요구된다. 이를 불만족할 경우, 곡률의 범위를 만족하도록 시편을 "갈매기 날개(gull wing)" 형태로 만드는 부분 가공이 이루어진다.

이러한 부분 가공에서, 시험을 위해 노치가 형성되는 영역, 즉 용접부 부근에는 가공에 의한 변형의 영향을 받지 않도록 하는 것이 필수적이다. 가공 방법의 원리는 단순하지만 용접부 부근이 가공에 의한 변형을 받지 않고 시편의 한쪽 혹은 양쪽에 곡률부를 가공하는 것은 쉽지 않다.

(특허문헌 1) KR 1845727 B1

이에 본 발명은 시편을 비교적 간단하게 굽힘 가공할 수 있는 시편 가공 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시편 가공 장치는, 상하이동 가능한 상부 그립부; 상기 상부 그립부에 대면하게 배치되고, 위치가 고정된 하부 그립부; 및 상기 하부 그립부에 연결되며, 상기 하부 그립부보다 위로 돌출한 굽힘수단을 포함하고, 상기 하부 그립부 및 상기 굽힘수단 상에 시편이 놓이고, 상기 상부 그립부가 하강하여 상기 시편이 소정 곡률로 굽힘 가공될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 예컨대 용접 후 각진 변형이 발생한 시편을 간단한 공정으로 굽힘 가공할 수 있어, 시편의 가공에 소요되는 비용 및 시간을 절감하고 작업 생산성을 향상시킬 수 있으며, 요구 조건을 만족시키는 시편을 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 굽힘수단의 위치 조정을 통해 재료의 스프링백으로 인한 시편의 재가공을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 가공 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 굽힘수단을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 가공 후 시편을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

설명의 편의상, 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 가공 장치가 수직하게 배치된 경우를 예로 들어 설명한다. 하지만, 이에 한정되지 않으며, 장치의 구성이 수평 배치형인 경우에도 본 발명의 원리가 적용되는 것이 완전히 배제되지 않음을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 가공 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 굽힘수단을 확대하여 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시편 가공 장치는 상부 그립부(10), 하부 그립부(20), 굽힘수단(30)을 포함할 수 있다.

상부 그립부(10)는 상하이동 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들면, 상부 그립부는 프레스에 설치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상부 그립부(10)의 저면에는 시편(1)과의 미끄러짐을 방지하기 위한 요철부(11)가 형성될 수 있다.

하부 그립부(20)는 상부 그립부(10)에 대면하게 배치될 수 있다. 예를 들면, 하부 그립부는 프레스에 그 위치가 고정되게 설치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

하부 그립부(20)의 상면에는 시편(1)과의 미끄러짐을 방지하기 위한 요철부(21)가 형성될 수 있다.

상부 그립부(10)는 프레스의 상부에 위치한 슬라이더(미도시)에 상부 장착부(12)를 매개로 하여 연결되고, 하부 그립부(20)는 프레스의 하부에 위치한 볼스터(미도시)에 하부 장착부(22)를 매개로 하여 연결될 수 있지만, 반드시 이에 한정되지 않는다.

이에 따라, 상부 그립부(10)는, 프레스의 램이 하강할 때 슬라이더와 함께 하부 그립부(20)에 대해 상대이동하고, 금속으로 된 시편(1)이 상부 그립부에 의해 소정 형상으로 굽힘 가공될 수 있다.

여기서, 시편(1)은 대략 사각형 단면을 가진 막대 형상으로 형성될 수 있으며, 중간에 용접부(2; 도 3 참조)를 가질 수 있다.

굽힘수단(30)은 하부 그립부(20)에 연결될 수 있다. 굽힘수단은 하부 그립부 주위에서 하부 그립부에 대해 상대적으로 위치가 조절되게 설치될 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 가공 장치에서, 굽힘수단(30)은, 일측에 한 쌍의 지지부(32)를 구비하고 타측에 가이드(33)를 갖춘 본체(31); 및 한 쌍의 지지부 사이에 연결되어 본체 상에서 회전하는 롤러부재(40)를 포함할 수 있다.

한 쌍의 지지부(32)는 본체(31)의 위로 연장되고, 한 쌍의 지지부 사이에 롤러부재(40)가 연결되어 본체 상에서 롤러부재가 소정 각도로 회전할 수 있다.

가이드(33)는 거꾸로 된 T자 모양으로 형성되어 본체(31)의 저면에 고정될 수 있다. 도면에서, 본체의 저면은 경사지게 형성된 것으로 도시되어 있지만, 반드시 이에 한정되지 않는다.

굽힘수단(30) 중 적어도 수평하게 배치된 롤러부재(40)의 상부 모선(母線)이 하부 그립부(20)의 상면보다 위로 돌출할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 가공 장치는, 하부 그립부(20)의 일측에 연결되고, 상면에 적어도 하나의 결합돌기(51)가 형성된 연결 프레임(50); 및 연결 프레임 상에 장착되고, 결합돌기에 끼워맞춰지는 적어도 하나의 결합홈(61)이 저면에 형성되며, 상면에 경사면(62)을 구비하고, 경사면에 제1 안내홈(63)이 형성된 경사블록(60)을 더 포함할 수 있다.

연결 프레임(50)의 측방 일측으로는 돌출부(52)가 형성되고, 하부 그립부(20)는 측방 일측으로 홈부(23)가 형성되어, 연결 프레임의 돌출부가 하부 그립부의 홈부에 끼워질 수 있다. 연결 프레임과 하부 그립부의 안정적인 결합을 위해, 연결 프레임의 돌출부와 하부 그립부의 홈부는 서로 장부이음으로 결합될 수 있다.

연결 프레임(50)의 상면에는 T자 모양으로 된 적어도 하나의 결합돌기(51)가 형성될 수 있다. 결합돌기는 연결 프레임의 폭방향(Y)으로 소정의 길이를 갖도록 연장될 수 있다. 이러한 연결 프레임의 위에는 경사블록(60)이 장착될 수 있다.

경사블록(60)의 저면에는 연결 프레임(50)의 결합돌기(51)에 끼워맞춰지고 T자 모양의 단면 형상을 가진 적어도 하나의 결합홈(61)이 형성될 수 있다. 결합홈은 경사블록의 폭방향(Y) 길이 전체에 걸쳐 연장한 관통홈으로 될 수 있다.

이와 같이 구성된 연결 프레임(50)의 결합돌기(51)와 경사블록(60)의 결합홈(61)은 서로 연결 프레임 또는 경사블록의 폭방향(Y)으로 상대이동하여 끼워맞춰지고 결합될 수 있다. 결합돌기와 결합홈이 서로 대응되는 단면 형상을 갖기 때문에, 예를 들어 경사블록의 길이방향(X)으로 힘이 가해지더라도 경사블록은 연결 프레임으로부터 이탈되지 않고 연결 프레임 상에 견고하게 지지될 수 있다.

여기서 미설명부호 Z는 장치의 높이방향을 표시한다.

또한, 경사블록(60)의 상면에는 경사면(62)이 형성될 수 있으며, 경사면에는 경사면의 경사를 따라 연장하고 거꾸로 된 T자 모양의 단면 형상을 가진 제1 안내홈(63)이 형성될 수 있다. 제1 안내홈은 경사면과 동일한 기울기를 가질 수 있다.

이러한 경사블록(60)은 경사면(62)의 기울기에 따라 복수로 준비될 수 있으며, 예를 들어 시편(1)에 가공하는 곡률부(3; 도 3 참조)의 곡률 정도에 따라 기울기가 상이한 경사블록들 중 하나가 채택되어 연결 프레임(50) 상에 장착될 수 있다.

굽힘수단(60)도 경사면(62)의 기울기 또는 본체(31)의 높이에 따라 복수로 준비될 수 있으며, 예를 들어 시편(1)의 가공하는 곡률 정도에 따라 본체의 높이가 상이한 굽힘수단들 중 하나가 채택되어 경사블록(60) 상에 장착될 수 있다.

경사블록(60)의 제1 안내홈(63)에는 굽힘수단(30)의 본체(31)의 저면에 구비된 가이드(33)가 삽입되고서 가이드가 제1 안내홈을 따라 이동할 수 있다. 굽힘수단의 가이드가 경사블록의 제1 안내홈 내에서 그 이동이 안내될 수 있고, 이로써 경사블록의 경사면(62) 상에서 굽힘수단 및 롤러부재(40)의 위치가 가변될 수 있음은 물론, 굽힘수단 및 롤러부재의 높이가 가변될 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시편 가공 장치에서, 경사블록(60)의 경사면(62) 상에서 굽힘수단(30)의 위치가 조정된 후 그 조정 위치를 고정하기 위해, 경사블록의 경사면에는 제2 안내홈(64)이 추가로 형성됨과 더불어, 굽힘수단은, 본체(31)에 설치되고, 본체의 측방으로 연장한 평탄면(36)을 구비하며, 평탄면에 관통홀(37)이 형성된 고정 브라켓(35); 및 제2 안내홈에 삽입되고서 제2 안내홈을 따라 이동 가능하며, 고정 브라켓의 관통홀에 체결되는 체결구(41)를 더 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 경사블록(60)의 상면에는 경사면(62)이 형성될 수 있으며, 경사면에는 경사면의 경사를 따라 연장하고 거꾸로 된 T자 모양의 단면 형상을 가진 제2 안내홈(64)이 형성될 수 있다. 제2 안내홈도 경사면과 동일한 기울기를 가질 수 있다.

경사면(62)에서, 제2 안내홈(64)은 제1 안내홈(63)으로부터 경사블록(60)의 폭방향(Y)으로 일정한 거리만큼 이격되어 제1 안내홈과 평행하게 연장할 수 있다.

고정 브라켓(35)은 대략 L자 형상으로 형성되어, 직립면(38)은 굽힘수단(30)의 본체(31)의 측면에 고정되게 결합될 수 있다. 고정 브라켓의 결합에는 용접 또는 볼팅 등이 이용되어, 고정 브라켓이 굽힘수단의 본체에 견고하게 일체로 결합될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예컨대 고정 브라켓이 본체와 일체로 성형될 수도 있다.

고정 브라켓(35)의 평탄면(36)은 본체(31)의 측방으로 연장하고 그 중앙에 관통홀(37)이 형성될 수 있다.

체결구(41)로는 볼트(42)와 너트(43)가 채용될 수 있다. 볼트(42)의 헤드가 경사블록(60)의 제2 안내홈(64)에 삽입됨과 동시에 볼트의 단부는 고정 브라켓(35)의 평탄면(36)에 있는 관통홀(37)에 삽입될 수 있다.

굽힘수단(30)의 본체(31)에 결합된 고정 브라켓(35)의 평탄면(36) 상에서, 경사블록(60)의 제2 안내홈(64)에 삽입되어 헤드가 걸려 있는 볼트(42)의 단부에 너트(43)가 체결되어 조여짐으로써, 고정 브라켓이 경사블록의 경사면(62)에서 그 위치가 고정되게 되고, 이에 따라 경사블록의 경사면에서 굽힘수단의 본체 및 롤러부재(40)의 위치가 고정될 수 있게 되는 것이다.

너트(43)와 볼트(42)의 체결이 느슨하게 풀어진 경우에, 볼트의 헤드는 경사블록(60)의 제2 안내홈(64)을 따라 이동할 수 있다. 볼트 및 그 헤드가 경사블록의 제2 안내홈 내에서 이동이 안내될 수 있고, 이로써 경사블록의 경사면(62) 상에서 고정 브라켓(35) 및 굽힘수단(30)의 본체(31)의 위치가 가변될 수 있다.

체결구(41)로는 반드시 전술한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 고정 브라켓(35)의 평탄면(36)에 있는 관통홀(37)에 나사산이 형성된 경우에는 고정용 나사만 있어도 된다.

이와 같이, 굽힘수단(30)의 위치를 조정하고 고정할 수 있게 됨으로써, 재료의 스프링백으로 인한 시편(1)의 재가공을 사전에 예방할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 가공 장치의 조립 및 작동에 대해 간략히 설명한다.

예를 들면, 상부 그립부(10)가 프레스의 상부에 위치한 슬라이더에 장착되고, 하부 그립부(20)가 프레스의 하부에 위치한 볼스터에 장착될 수 있다.

또한, 하부 그립부(20)의 일측에 연결 프레임(50)이 결합된 상태에서, 복수의 경사블록 중 시편(1)의 가공할 곡률에 적합한 기울기를 가진 경사블록(60)이 선택되어 연결 프레임 상에 장착된다.

연결 프레임(50)의 결합돌기(51)와 경사블록(60)의 결합홈(61)이 서로 연결 프레임 또는 경사블록의 폭방향(Y)으로 상대이동하여 끼워맞춰짐으로써, 해당 경사블록이 연결 프레임에 결합될 수 있다.

경사블록(60)의 제1 안내홈(63)에는 굽힘수단(30)의 본체(31)의 저면에 구비된 가이드(33)가 삽입됨과 더불어, 경사블록의 제2 안내홈(64)에는 본체의 측면에 결합된 고정 브라켓(35)의 관통홀(37)에 끼워져 있는 볼트(42)의 헤드가 삽입될 수 있다.

굽힘수단(30)의 가이드(33)가 경사블록(60)의 제1 안내홈(63) 내에서 이동됨과 동시에 볼트(42) 및 그 헤드는 경사블록의 제2 안내홈(64)을 따라 이동할 수 있다. 이로써 경사블록의 경사면(62) 상에서 굽힘수단 및 롤러부재(40)의 위치가 가변될 수 있음은 물론, 굽힘수단 및 롤러부재의 높이가 가변될 수 있다.

굽힘수단(30)의 위치가 조정된 후, 고정 브라켓(35)의 평탄면(36) 상에서 너트(43)가 볼트(42)의 단부에 체결되어 조여짐으로써, 고정 브라켓이 경사블록(60)의 경사면(62)에서 그 위치가 고정되게 되고, 이에 따라 경사블록의 경사면에서 굽힘수단의 본체(31) 및 롤러부재(40)의 위치가 고정될 수 있다.

이와 같이 해서, 굽힘수단(60)이 경사블록(60) 상에 장착된다.

다음으로, 시편(1)을 굽힘수단(30)의 롤러부재(40) 상에 걸쳐 놓고서 시편의 일측 단부를 하부 그립부(20)에 올려 놓는다.

예를 들어 프레스의 램이 슬라이더와 함께 하강할 때 상부 그립부(10)는 하부 그립부(20)를 향해 접근하면서, 시편(1)을 일정한 압력으로 눌러준다. 이때, 시편은 굽힘수단(30)의 롤러부재(40)를 지지점으로 하여 상부 그립부에 의해 요구되는 곡률로 굽힘 가공될 수 있다.

도 3은 가공 후 시편을 도시한 도면으로서, 시편(1)의 중간에는 용접 후 각진 변형이 발생된 부위가 용접부(2) 주위에 존재하고 있으며, 시편의 양측으로 부분 가공된 곡률부(3)가 형성되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시편 가공 장치를 사용하여 용접부(2)가 있는 시편(1)을 굽힘 가공하게 되면, 용접부 부근에는 가공에 의한 변형의 영향을 받지 않도록 하면서 시편의 한쪽 혹은 양쪽에 곡률부(3)를 용이하게 형성할 수 있다.

본 출원인은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 가공 장치를 사용하여 가공된 시편(1)에 대하여 시뮬레이션을 통해 가공 후 응력 분포의 해석을 실시하였다.

해석 결과에 따르면, 시편(1) 중 직접적으로 굽힘 가공되는 곡률부(3)에 대해서만 국부적으로 응력 분포가 발생하며, 이외의 구간, 즉 용접부(2)를 포함한 다른 부분에는 가공에 따른 응력 분포의 영향을 받지 않음을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 용접 후 각진 변형이 발생한 시편을 간단한 공정으로 굽힘 가공할 수 있어, 시편의 가공에 소요되는 비용 및 시간을 절감하고 작업 생산성을 향상시킬 수 있으며, 요구 조건을 만족시키는 시편을 제공할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

예를 들면, 상호 결합하는 가이드와 제1 안내홈, 결합돌기와 결합홈, 돌출부와 홈부 등은 서로 반대로 배치되도록 설계되어도 무방하다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 시편 2: 용접부
3: 곡률부 10: 상부 그립부
11, 21: 요철부 12: 상부 장착부
20: 하부 그립부 22: 하부 장착부
30: 굽힘수단 31: 본체
32: 지지부 33: 가이드
35: 고정 브라켓 36: 평탄면
37: 관통홀 38: 직립면
40: 롤러부재 41: 체결구
42: 볼트 43: 너트
50: 연결 프레임 51: 결합돌기
52: 돌출부 60: 경사블록
61: 결합홈 62: 경사면
63: 제1 안내홈 64: 제2 안내홈

Claims (7)

1. 상하이동 가능한 상부 그립부;
   상기 상부 그립부에 대면하게 배치되고, 위치가 고정된 하부 그립부;
   상기 하부 그립부에 연결되며, 상기 하부 그립부보다 위로 돌출한 굽힘수단; 및
   상기 굽힘수단의 하부에 위치하고, 상면에 경사면을 구비하며, 상기 굽힘수단의 위치가 상기 경사면 상에서 가변되는 경사블록;을 포함하고,
   상기 하부 그립부 및 상기 굽힘수단 상에 시편이 놓이고, 상기 상부 그립부가 하강하여 상기 시편이 소정 곡률로 굽힘 가공되는 시편 가공 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부 그립부의 저면과 상기 하부 그립부의 상면에는 상기 시편과의 미끄러짐을 방지하기 위한 요철부가 형성된 시편 가공 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 굽힘수단은,
   일측에 한 쌍의 지지부를 구비하고, 타측에 가이드를 갖춘 본체; 및
   상기 한 쌍의 지지부 사이에 연결되어 상기 본체 상에서 회전하는 롤러부재
   를 포함하는 시편 가공 장치.
   
4. 상하이동 가능한 상부 그립부;
   상기 상부 그립부에 대면하게 배치되고, 위치가 고정된 하부 그립부;
   상기 하부 그립부에 연결되며, 상기 하부 그립부보다 위로 돌출하고,
   일측에 한 쌍의 지지부를 구비하고, 타측에 가이드를 갖춘 본체와 상기 한 쌍의 지지부 사이에 연결되어 상기 본체 상에서 회전하는 롤러부재를 포함하는 굽힘수단; 및
   상기 상부 그립부의 저면과 상기 하부 그립부의 상면에는 시편과의 미끄러짐을 방지하기 위한 요철부;를 포함하고,
   상기 하부 그립부 및 상기 굽힘수단 상에 시편이 놓이고, 상기 상부 그립부가 하강하여 상기 시편이 소정 곡률로 굽힘 가공되며,
   상기 하부 그립부의 일측에 연결되고, 상면에 적어도 하나의 결합돌기가 형성된 연결 프레임; 및
   상기 연결 프레임 상에 장착되고, 상기 결합돌기에 끼워맞춰지는 적어도 하나의 결합홈이 저면에 형성되며, 상면에 경사면을 구비하고, 상기 경사면에 제1 안내홈이 형성된 경사블록
   을 더 포함하고,
   상기 제1 안내홈에는 상기 굽힘수단의 본체에 구비된 상기 가이드가 삽입되고 이동 가능하여, 상기 경사면 상에서 상기 굽힘수단의 위치가 가변되는 시편 가공 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 경사블록의 경사면에는 제2 안내홈이 형성되고,
   상기 굽힘수단은,
   상기 본체에 설치되고, 상기 본체의 측방으로 연장한 평탄면을 구비하며, 상기 평탄면에 관통홀이 형성된 고정 브라켓; 및
   상기 제2 안내홈에 삽입되어 이동 가능하며, 상기 관통홀에 체결되는 체결구
   를 더 포함하는 시편 가공 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 경사블록은 상기 경사면의 기울기에 따라 복수로 준비되고,
   상기 시편에 가공하는 곡률에 따라 기울기가 상이한 경사블록들 중 하나가 채택되어 상기 연결 프레임 상에 장착되는 시편 가공 장치.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 상부 그립부와 상기 하부 그립부는 프레스에 설치되는 시편 가공 장치.

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