KR20090120809A - 도금강판의 플레이킹 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법 - Google Patents

도금강판의 플레이킹 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도금강판의 플레이킹(Flaking properties, 도금박리성) 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도금강판의 프레스 성형시 비드 통과부위에서 발생하는 플레이킹 현상을 재현하여 정량적으로 분석할 수 있는 측정 방법 및 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 길다란 스트립 형상의 시편을 마련하는 시편 마련 단계; 상기 시편을 세척하고 중량을 측정하는 기초 중량 측정 단계; 상기 시편이 U자형 또는 V자형으로 굽혀지도록 하중을 가하는 1차 변형 단계; 상기 시편이 U자형 또는 V자형으로 굽혀진 상태에서 상기 시편을 수평방향으로 이동시켜 상기 시편이 굽힘변형과 평탄변형을 연속적으로 거치도록 하는 연속 변형 단계; 및 상기 연속 변형 단계를 거친 시편을 세척하여 벗겨진 도금층을 제거하고 상기 시편의 무게를 측정하는 최종 중량 측정 단계;를 포함하는 도금강판의 플레이킹 측정 방법을 제공한다.
플레이킹, 도금강판

Description

도금강판의 플레이킹 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법{Flaking properties measuring apparatus and measrung method using the same}
본 발명은 도금강판의 플레이킹(Flaking properties, 도금박리성) 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도금강판의 프레스 성형시 비드 통과부위에서 발생하는 플레이킹 현상을 재현하여 정량적으로 분석할 수 있는 측정 방법 및 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
최근에는 자동차, 가전제품 등에서 방청보증 연한이 증가함에 따라 상대적으로 후도금에 장점을 가지고 있는 용융아연도금강판의 수요가 급속히 증가하고 있고 그에 따라 용융아연도금강판의 품질요구수준도 매우 까다로워지고 있다.
특히, 자동차용 합금화 용융아연도금강판의 경우는 매우 엄격한 표면관리기준을 가지고 있어 이러한 고객의 요구를 충족시키기 위한 대안 중 하나로서 사전에 강판의 프레스 성형시 도금박리현상을 예측하여 소재 개선여부를 검토하고 있다.
프레스 성형 중에 발생하는 도금박리현상은 파우더링(Powdering)과 구분하여 플레이킹(Flaking)이라 한다. 플레이킹(Flaking), 즉 도금박리현상은 소재를 프레스 가공시 다이(Die)와의 마찰로 인하여 도금층 표면이 금형에 응착되어 소재가 움직일 때 도금층이 벗겨지는 현상을 말하는 것으로 주로 프레스 성형 중 비드 통과부위에서 발생한다.
현재까지는 프레스 성형 중 발생하는 도금박리현상을 측정하기 위하여 소재의 파우더링성을 측정하는 시험장치를 이용하였었다. 그러나, 이 시험장치의 경우 소재를 잡아주어 블랭크 홀딩력(Blank Holding Force)을 조절하는 드로 비드(draw bead)부 없이 단순한 컵 모양으로 성형한 뒤 도금 박리량을 측정하기 때문에 드로 비드를 통과할 때의 플레이킹 현상에 대해서는 정확한 시험 및 측정을 할 수 없는 실정이었다.
본 발명의 목적은 도금 강판에서 발생하는 플레이킹 현상을 정량적으로 측정할 수 있는 측정방법을 제공하여, 소재 가공시 발생하는 도금층의 품질을 평가함으로써 제품 연구개발기간을 단축하고 시행착오를 줄일 수 있도록 하는 도금강판의 플레이킹 측정방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 시편을 사용하여 플레이킹 현상을 유도할 수 있는 도금강판의 플레이킹 측정장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 길다란 스트립 형상의 시편을 마련하는 시편 마련 단계; 상기 시편을 세척하고 중량을 측정하는 기초 중량 측정 단계; 상기 시편이 U자형 또는 V자형으로 굽혀지도록 하중을 가하는 1차 변형 단계; 상기 시편이 U자형 또는 V자형으로 굽혀진 상태에서 상기 시편을 수평방향으로 이동시켜 상기 시편이 굽힘변형과 평탄변형을 연속적으로 거치도록 하는 연속 변형 단계; 및 상기 연속 변형 단계를 거친 시편을 세척하여 벗겨진 도금층을 제거하고 상기 시편의 무게를 측정하는 최종 중량 측정 단계;를 포함하는 도금강판의 플레이킹 측정 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명은 양측 상단에 시편을 고정하기 위한 지지면을 형성하며, 양측 지지면의 사이에는 소정의 공간을 형성하고 있는 하부금형과, 평탄한 기초면 의 중앙에서 삼각 프리즘 형태로 돌출되어 상기 지지면과 평행한 방향으로 형성된 비드부를 구비하는 상부금형과, 상기 상부금형과 하부금형을 밀착시키는 프레스로 구성되는 금형부;와 상기 시편의 일측을 고정하는 클램프와, 상기 클램프를 수평방향으로 이송시키는 이송수단으로 구성되는 이송부;를 포함하며, 상기 시편이 상기 상부금형과 하부금형의 사이에 고정된 상태에서 수평방향으로 이송되어, 상기 시편이 연속적으로 굽힘변형과 평탄변형을 거치는 것을 특징으로 하는 도금강판의 플레이킹 측정 장치를 제공한다.
본 발명은 도금강판의 중요 특성인 플레이킹 현상을 재현하여 정량적으로 분석할 수 있는 방법과 장치를 제공함으로써, 도금강판의 프레스 성형시에 발생하는 플레이킹 현상을 정량적으로 비교적 정확하게 측정할 수 있도록 해줌으로써, 소재의 실제 제품 성형시 나타날 수 있는 표면문제를 사전에 예측하여 불량률을 감소시키고 소재의 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 가져온다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 도금강판의 플레이킹 측정 방법 및 장치의 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
한편, 설명의 편의상 종래 발명과 구성 및 작용이 동일한 부분은 동일한 부호 또는 명칭을 사용한다.
이하에서, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.
도 1은 Fe함량에 따른 GA 및 Fe-P 플래쉬(flash) 강판의 박리 경향을 나타낸다. Fe함량이 증가하면 비드 통과 중에 굽힘 변형이 가해져 GA나 Fe-P 플래쉬(flash) 강판의 도금박리가 거의 같은 수준으로 발생한다. 그런데 9%이하의 낮은 Fe함유 구간에서는 Fe-P 강판의 경우 도금박리가 거의 발생하지 않으나 GA강판의 경우 박리가 발생한다.
이는 도금층이 금형에 응착되어 도금박리현상이 일어났기 때문이다. 즉, 파우더링(Powdering)현상과 달리 도금박리(Flaking)현상은 낮은 Fe함유 소재에서 발생한다. 또한 도금박리현상의 경우 파우더링에 의하여 야기되는 박리 현상과 달리 도금층이 단상으로 구성되어 있음에도 불구하고 소재와 도금층간 계면에서 도금층 박리현상이 관찰된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플레이킹 측정 방법을 나타낸 공정순서도이 다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플레이킹 측정 방법은 길다란 스트립 형상의 시편을 마련하는 시편 마련 단계(S-21), 상기 시편을 세척하고 중량을 측정하는 기초 중량 측정 단계(S-22), 상기 시편이 U자형 또는 V자형으로 굽혀지도록 하중을 가하는 1차 변형 단계(S-23), 상기 시편이 U자형 또는 V자형으로 굽혀진 상태에서 상기 시편을 수평방향으로 이동시켜 상기 시편이 굽힘변형과 평탄변형을 연속적으로 거치도록 하는 연속 변형 단계(S-24), 상기 연속 변형 단계를 거친 시편을 세척하여 벗겨진 도금층을 제거하고 상기 시편의 무게를 측정하는 최종 중량 측정 단계(S-25)를 포함한다.
상기 1차 변형 단계(S-23)는 길다란 스트립 모양의 시편을 상부금형과 하부금형의 사이에 고정시킨 후, 상부금형을 하강하여 시편이 V자 또는 U자 형상으로 되도록 가공하는 것이다. 이러한 1차 변형만으로는 플레이킹 유도되는 것은 아니므로 1차 변형된 상태에서, 시편이 금형부를 통과하도록 수평방향으로 이송시키는 연속 변형 단계(S-24)를 거치게 된다.
이렇게 1차 변형 단계(S-23)과 연속 변형 단계(S-24)를 거치면 시편의 거의 전구간이 굽힘변형과 평탄변형을 겪게 되므로, 플레이킹으로 인한 도금박리량의 측정이 용이해 진다.
본 발명은 스트립 형상의 시편을 마련하여, 시편의 평가구간에 굽힘변형과 평탄변형을 연속적으로 가하여, 시편에 플레이킹 발생을 유도하는 것이다.
플레이킹이 발생하여 도금박리가 발생하면 시편의 중량이 감소하게 되므로, 기초 중량 측정 단계(S-22)에서 측정된 중량과, 최종 중량 측정 단계(S-25)에서 측정된 중량을 비교함으로써 도금 강판의 플레이킹 특성을 정량적으로 측정할 수 있도록 해준다.
측정의 정확성을 위해서 기초 중량 측정 단계(S-22)와, 최종 중량 측정 단계(S-25)는 mg(밀리그램) 단위로 중량을 측정하는 것이 바람직하며, 박리된 도금을 제거하기 위하여 최종 중량 측정 단계(S-25)에서의 세척은 초음파 세척을 이용하는 것이 바람직하다.
이하에서는 상기와 같은 플레이킹 측정 방법을 수행할 수 있는 플레이킹 측정 장치에 관하여 살펴본다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플레이킹 측정 장치를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플레이킹 측정 장치는 크게 금형부(100)와 이송부(200)로 이루어진다.
금형부(100)는 양측 상단에 시편(20)을 고정하기 위한 지지면(122)을 형성하며 양측 지지면의 사이에는 소정의 공간(124)을 형성하고 있는 하부금형(120)과, 평탄한 기초면(142)의 중앙에서 삼각 프리즘 형태로 돌출되어 상기 지지면(122)과 평행한 방향으로 형성된 비드부(144)를 구비하는 상부금형(140)과, 상기 상부금형(140)과 하부금형(120)을 밀착시키는 프레스(160)를 포함한다.
이송부(200)는 금형부(100)의 일측에 배치되어, 금형부에 의하여 변형된 시편(20)을 잡아당기는 역할을 수행하는 것으로, 상기 시편(20)의 일측을 고정하는 클램프(220)와, 상기 클램프를 수평방향으로 이송시키는 이송수단(240)을 포함한다.
상기 이송수단(240)은 상부금형(140)과 하부금형(120)의 사이에서 변형된 시편(20)을 수평방향으로 잡아당겨서, 시편(20)의 전체 구간에서 플레이킹이 발생하도록 유도하는 것으로, 수평방향으로 왕복 가능한 유압실린더를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 이송수단(240)의 단부에는 클램프(220)가 구비되며, 클램프(220)는 시편(20)의 일측을 고정하는 역할을 수행한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플레이킹 측정 장치의 금형부를 나타낸 분리사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플레이킹 측정 장치에 시편이 고정된 상태를 나타낸 측면도이다.
도 4를 참조하면, 금형부(100)는 상부금형(140)과 하부금형(120)을 포함한다. 하부금형(120)은 양측에 시편(20)을 고정하기 위한 지지면(122)을 형성하고 있으며, 지지면(122)의 사이에는 시편(20)이 변형할 수 있는 공간(124)을 형성하고 있다.
상부금형(140)은 지지면(122)에 대응하는 평탄한 기초면(142)과, 기초면(142)의 중앙에 삼각 프리즘 형상으로 돌출되어 있는 비드부(144)를 포함한다.
비드부(144)의 재질은 일반 프레스 금형의 재질과 동일한 종류를 사용하는 것이 시험의 신뢰성을 향상시키는데 도움이 된다. 일반적으로 냉간용공구강으로는 SKD11 재질이 많이 사용된다.
도 5를 참조하면, 시편(20)은 상부금형(140)과 하부금형(120)의 사이에 1차적으로 변형을 받게 된다. 이 상태에서 시편(20)을 수평방향으로 이동시키게 되면 시편(20)의 전체 구간이 굽힘변형과 평탄변형을 겪게 되므로, 플레이킹의 양을 측정하기가 더욱 용이해진다.
본 발명은 플레이킹 현상을 측정하기 위한 것인데, 시편(20)을 수평방향으로 이송하는 경우에 비드부(144)의 하단 모서리(145)나 지지면(125)의 모서리(125)에서 긁힘 현상이 발생하게 되면 측정 결과에 신뢰성이 떨어지게 된다. 따라서, 비드부(144)의 모서리(145)와 지지면(122)의 모서리(125)는 0.2~1.0R 의 곡률반경을 가지도록 라운드 처리되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 플레이킹 측정 장치를 이용한 플레이킹 측정 방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도면의 상부에 도시된 바와 같이, 상부금형(160)이 상승한 상태에서 클램프(220)에 시편(20)을 고정하고 하부금형(120)의 위쪽에 위치시킨다. 물론 시편(20)을 고정하기 이전에는 앞서 설명한 바와 같이 시편(20)의 중량을 측정한다.
다음으로 도면의 중앙에 도시된 바와 같이, 프레스(160)를 작동하여 상부금형(160)을 하강시켜서, 시편(20)이 상부금형(160)과 하부금형(140)의 사이에서 1차적으로 V자 형태 또는 U자 형태로 변형 되도록 한다.
다음으로 도면의 하단에 도시된 바와 같이, 이송수단(220)을 작동하여 시편(20)을 우측으로 이동시켜 시편(20)의 전체 구간이 상부금형(160)과 하부금형(140)을 통과하며 굽힘변형과 평탄변형을 겪게 하여 플레이킹 현상을 유도한다.
이 때, 시편(20)은 상부금형(160)과 하부금형(140)의 사이에서 5kN(0.5ton) ~ 500kN(50ton) 의 압력을 받게 된다. 압력은 상기의 범위에서 시편이 실제 가공중에 받는 하중에 근거하여 설정하게 된다. 그리고, 시편은 수직방향으로 상부금형(160)과 하부금형(140)의 사이에서 압력을 받으면서 10~30mm/min 의 속도로 이송된다.
다음으로, 시편(20)을 초음파로 세척한 다음 중량을 측정하여 중량의 변화량을 산출함으로써 소재의 플레이킹 특성을 정량적으로 측정한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
도 1은 Fe함량에 따른 GA 및 Fe-P 플래쉬(flash) 강판의 박리 경향을 나타낸 그래프,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플레이킹 측정 방법을 나타낸 공정순서도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플레이킹 측정 장치를 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플레이킹 측정 장치의 금형부를 나타낸 분리사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플레이킹 측정 장치에 시편이 고정된 상태를 나타낸 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 플레이킹 측정 장치를 이용한 플레이킹 측정 방법을 개략적으로 나타낸 공정도임.
* 도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명 *
20 : 시편 100 : 금형부
120 : 하부금형 140 : 상부금형
160 : 프레스 200 : 이송부
220 : 클램프 240 : 이송수단

Claims (8)

  1. 길다란 스트립 형상의 시편을 마련하는 시편 마련 단계;
    상기 시편을 세척하고 중량을 측정하는 기초 중량 측정 단계;
    상기 시편이 U자형 또는 V자형으로 굽혀지도록 하중을 가하는 1차 변형 단계;
    상기 시편이 U자형 또는 V자형으로 굽혀진 상태에서 상기 시편을 수평방향으로 이동시켜 상기 시편이 굽힘변형과 평탄변형을 연속적으로 거치도록 하는 연속 변형 단계;
    상기 연속 변형 단계를 거친 시편을 세척하여 벗겨진 도금층을 제거하고 상기 시편의 무게를 측정하는 최종 중량 측정 단계;를 포함하는 도금강판의 플레이킹 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기초 중량 측정 단계와 상기 최종 중량 측정 단계는 시편의 중량을 mg 단위로 측정하는 것을 특징으로 하는 도금강판의 플레이킹 측정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연속 변형 단계는 시편에 5~500 kN 범위의 하중을 가하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금강판의 플레이킹 측정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연속 변형 단계는 시편을 10~30mm/min 범위의 속도로 이송하는 것을 특징으로 하는 도금강판의 플레이킹 측정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종 중량 측정 단계에서의 시편의 세척은 초음파 세척을 이용하는 것을 특징으로 하는 도금강판의 플레이킹 측정 방법.
  6. 양측 상단에 시편을 고정하기 위한 지지면을 형성하며, 양측 지지면의 사이에는 소정의 공간을 형성하고 있는 하부금형과, 평탄한 기초면의 중앙에서 삼각 프리즘 형태로 돌출되어 상기 지지면과 평행한 방향으로 형성된 비드부를 구비하는 상부금형과, 상기 상부금형과 하부금형을 밀착시키는 프레스로 구성되는 금형부;와
    상기 시편의 일측을 고정하는 클램프와, 상기 클램프를 수평방향으로 이송시키는 이송수단으로 구성되는 이송부;를 포함하며,
    상기 시편이 상기 상부금형과 하부금형의 사이에 고정된 상태에서 수평방향으로 이송되어, 상기 시편이 연속적으로 굽힘변형과 평탄변형을 거치는 것을 특징으로 하는 도금강판의 플레이킹 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부금형의 비드부 모서리는 0.2R~1.0R 의 곡률을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 도금강판의 플레이킹 측정 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부금형의 지지면 모서리는 0.2R ~ 1.0R 의 곡률을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 도금강판의 플레이킹 측정 장치.
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