KR20100076407A - 강판의 마찰계수 측정방법 - Google Patents

강판의 마찰계수 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 강판의 마찰계수 측정방법은 강판에 가해지는 블랭크 홀더력을 일정 간격으로 변화시키며 각각의 블랭크 홀더력에 따른 최대 펀치력을 측정하고, 각각 측정된 블랭크 홀더력과 최대 펀치력 데이터를 이용하여 2차 함수로 근사화하며, 2차 함수를 미분하여 얻어지는 기울기로 강판의 마찰 계수를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 발명은 블랭크 홀더력에 따른 압력별 마찰 계수를 변동 특성을 측정함으로써, 강판의 마찰 계수의 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
강판, 마찰 계수, 컵드로잉, 홀더력, 펀치력

Description

강판의 마찰계수 측정방법{METHOD FOR DETECTING FRICTION COEFFICIENT OF STRIP}
본 발명은 마찰계수 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컵드로잉 기기를 이용하여 가공시 압력 조건을 고려한 마찰계수를 측정하기 위한 강판의 마찰계수 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차용 강재의 가공성 평가에 있어서 마찰 특성은 중요한 부분을 차지하고 있으며, 이러한 마찰 특성을 측정하는 방법으로는 편면마찰시험법, 드로비드 마찰시험법, U 벤딩 마찰시험법, 컵드로잉 마찰계수 측정방법 등이 있다.
상기와 같은 마찰 시험법은 시험 기기의 특성에 따라 측정되는 마찰 계수의 값이 각각 다르게 나타나며, 이는 강판의 마찰 특성이 시험기기 및 측정조건에 따라 달라지는 것을 의미한다.
이를 해결하기 위해 최근에는 마찰 측정 신뢰도가 높은 컵드로잉 마찰계수 측정방법이 강판의 마찰 계수를 측정하기 위해 주로 사용되며, 이러한 컵드로잉 마찰계수 측정방법은 블랭크의 홀더력(Fbhf)과 펀치력(FP)에 의한 기울기에 의해 강판 의 마찰 계수를 측정하고 있다.
하지만, 종래 컵드로잉 마찰계수 측정방법은 블랭크의 홀더력과 펀치력에 의한 기울기가 상수로 구해지기 때문에 블랭크 홀더력의 압력 변동에 따른 마찰 계수를 측정하기 어려우며, 이로 인해 강판의 마찰 계수 측정 효율이 떨어지는 문제점을 발생시킨다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 블랭크 홀더력의 압력에 따른 강판의 마찰 계수를 측정하기 위한 강판의 마찰계수 측정방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 강판의 마찰계수 측정방법은 강판에 가해지는 블랭크 홀더력을 일정 간격으로 변화시키며 각각의 블랭크 홀더력에 따른 최대 펀치력을 측정하고, 각각 측정된 블랭크 홀더력과 최대 펀치력 데이터를 이용하여 2차 함수로 근사화하며, 2차 함수를 미분하여 얻어지는 기울기로 강판의 마찰 계수를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 블랭크 홀더력은 강판에 작용하는 평균 압력을 계산하여 측정될 수 있다.
상기 강판의 압력은 특정 블랭크 홀더력을 강판의 면적으로 나누어 측정될 수 있다.
상기 강판의 마찰 계수는 측정된 기울기에 두께 보정함수 및 재질 보정함수를 적용하여 측정될 수 있다.
본 발명은 블랭크 홀더력에 따른 압력별 마찰 계수를 변동 특성을 측정함으로써, 강판의 마찰 계수의 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 강판의 마찰계수 측정하기 위한 컵드로잉 성형 장치를 나타낸 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 블랭크 홀더력과 펀치력 사이의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 3은 본 발명에 따른 컵드로잉의 컵 가공 진행에 따른 클랭프 홀더부의 면적과 압력의 변화 선도를 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 블랭크 홀더력에 따른 평균 압력 선도를 나타낸 그래프이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 4종류의 강판에 따라 측정된 마찰 계수을 나타낸 그래프 및 실험 데이터이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 강판의 마찰계수를 측정하기 위한 컵드로잉 성형 장치는 블랭크 홀더(400, 500)가 상하부에 이격되어 설치되며, 블랭크 홀더(400, 500)의 일측에는 드로잉 펀치(300)가 마련된다. 상부 블랭크 홀더(500)와 하부 블랭크 홀더(400) 사이에는 미리 제작된 원형의 강판(CR: Cold Rolled Steel, 100)을 배치시키며, 특히, 드로잉 펀치(300)의 중심과 원형의 강판(100)의 중심은 일치되도록 배치시킨다.
이로부터 일정 드로잉 비를 가지는 원형의 강판(100)이 상부 블랭크 홀더(500)와 하부 블랭크 홀더(400) 사이에 배치되면, 상부 블랭크 홀더(500)에 시험 하중(Fbhf)을 가압하고, 이로 인해 하부 블랭크 홀더(400)와 강판(100)이 접촉하여 강판(100)의 유입을 제어한다. 이어서, 드로잉 펀치(300)를 위로 밀어 올리면 원형의 강판(100)은 컵 형상의 제품으로 가공된다.
상술한 구성을 통해 강판의 마찰계수를 측정하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 드로잉비가 1.9인 원형의 강판(100)을 준비한다. 여기서, 드로잉비는 드로잉 펀치(300)의 직경과 강판(100)의 직경의 비를 의미한다. 상기와 같이 강판(100)이 준비되면 상부 블랭크 홀더(500)와 하부 블랭크 홀더(400) 사이에 강판을 배치시키고, 강판(100)에 가압되는 시험 하중에 의해 블랭크 홀더력(Fbhf)을 측정한다. 이어서, 드로잉 펀치(300)를 상부로 들어올려 제품이 가공될 시 최대로 가해지는 펀치 하중(FP)을 기록하여 최대 펀치력(FP)을 측정한다.
블랭크 홀더력(Fbhf)과 펀치력(FP)이 측정되면 블랭크 홀더력(Fbhf)과 펀치력(FP)을 2차 함수(FP(Fbhf))로 근사화시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 블랭크 홀더력(Fbhf)에 따른 펀치력(FP)은 그래프에서 알 수 있듯이 2차 곡선 형태의 증가하게 되고, 이를 일반적인 근사화 방법을 이용하여 근사화함으로써, 수학식 1에 도시된 바와 같이, 2차 함수(FP(Fbhf))로 표현할 수 있다. 여기서, 일반적인 근사화 방법은 다양한 방법에 의해 결정될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
Figure 112008089273696-PAT00001
여기서, a, b, c는 각각의 블랭크 홀더력(Fbhf)에서 측정된 펀치력(FP)을 대입하여 측정할 수 있으며, c는 블랭크 홀더력(Fbhf)이 0일 경우, 펀치력(FP)은 존재하지 않기 때문에 0의 상수값으로 결정될 수 있다.
상기와 같이, 블랭크 홀더력(Fbhf)과 펀치력(FP)에 의한 2차 함수(FP(Fbhf))가 근사화되면 2차 함수(FP(Fbhf))를 미분하여 기울기 함수(dFP(Fbhf)/dFbhf)를 구하고, 이로 인해 수학식 2에 도시된 바와 같이, 마찰 계수(
Figure 112008089273696-PAT00002
)를 측정할 수 있다. 여기서, 마찰 계수(
Figure 112008089273696-PAT00003
)는 강판(100)의 상하부에 가압되는 블랭크 홀더력(400, 500)에 의해 구해지며, 이를 1/2 함으로써, 강판(100)의 일면의 마찰 계수(
Figure 112008089273696-PAT00004
)를 측정할 수 있다.
Figure 112008089273696-PAT00005
여기서, 블랭크 홀더력(Fbhf)은 강판(100)에 작용하는 평균 압력(Pm)에 의해 측정될 수 있으며, 이로 인해 마찰 계수(
Figure 112008089273696-PAT00006
)는 수학식 3에 도시된 바와 같이, 대체될 수 있다.
Figure 112008089273696-PAT00007
여기서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 블랭크 홀더부(400, 500)의 면적은 컵 가공과정에서 지속적으로 감소하게 되며, 이로 인해 압력은 지속적으로 증가하게 된다. 이로 인해 평균 압력(Pm)은 블랭크 홀더력(Fbhf)을 평균 면적으로 나누어주면 된다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 블랭크 홀더력(Fbhf)에 따른 평균 압력 선도를 구하고, 이를 수학식 3에 대입하면 최종적으로 압력별 마찰 계수(
Figure 112008089273696-PAT00008
)를 측정할 수 있다.
한편, 강판(100)의 마찰 계수(
Figure 112008089273696-PAT00009
)는 강판(100)의 두께와 재질에 따라 달라질 수 있으며 이를 위해 수학식 4에 도시된 바와 같이, 두께 보정함수(
Figure 112008089273696-PAT00010
)와 재질 보정함수(
Figure 112008089273696-PAT00011
)를 적용함으로써, 강판(100)의 마찰 계수(
Figure 112008089273696-PAT00012
)를 측정할 수 있다. 여기서, 두께 보정함수(
Figure 112008089273696-PAT00013
)는 수학식 5에 도시된 바와 같이 측정될 수 있으며, 재질 보정함수(
Figure 112008089273696-PAT00014
)는 수학식 6에 도시된 바와 같이 측정될 수 있다.
Figure 112008089273696-PAT00015
Figure 112008089273696-PAT00016
여기서, C1, C2는 각 강판(100)에 대한 미리 정해진 상수값이며 t는 강판(100)의 두께를 나타낸다.
Figure 112008089273696-PAT00017
여기서, C3, C4, C5는 각 강판(100)에 대한 미리 정해진 상수값이며 n은 강판(100)의 가공경화 지수를 의미한다.
상기와 같이, 두께 보정함수(
Figure 112008089273696-PAT00018
)와 재질 보정함수(
Figure 112008089273696-PAT00019
)가 결정되면 이를 적용함으로써, 정확한 강판(100)의 마찰 계수(
Figure 112008089273696-PAT00020
)를 압력에 따라 측정할 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여, 서로 다른 종류의 강판에 압력에 따른 마찰 계수의 실험 결과를 설명한다.
블랭크 홀더력(Fbhf)은 0.5ton에서 0.5ton 단위로 변환시키며 컵드로잉 실험 을 수행하였으며, 이로 인해 도 5에 도시된 바와 같이, 블랭크 홀더력(Fbhf)과 펀치력(FP) 데이터를 측정하였다. 여기서, 블랭크 홀더력(Fbhf)에 대한 펀치력(FP)은 4.5와 6.3 사이에서 2차 곡선 형태로 균일하게 분포되었다.
이로부터 4개의 강판의 블랭크 홀더력(Fbhf)과 펀치력(FP) 데이터를 통해 도 6에 도시된 바와 같이, 근사화된 2차 함수(FP(X))를 각각 구할 수 있으며, 2차 함수(FP(X))의 데이터 정합성(R2)을 측정할 수 있다. 여기서, 4개 강판에 대한 근사화된 2차 함수(FP(X))는 99% 이상의 정합성을 가지도록 측정되었으며, 이로부터 2차 함수의 정확성을 신뢰할 수 있다.
상기와 같이, 근사화된 2차 함수(FP(X))를 미분하고, 미분된 함수(
Figure 112008089273696-PAT00021
)에 압력의 변화 예컨대, 5MPa, 25MPa, 50MPa에 따른 마찰 계수를 도 7에 도시된 바와 같이, 측정할 수 있다.
상기와 같이 본 발명은 블랭크 홀더력에 따른 압력별 마찰 계수를 변동 특성을 측정함으로써, 강판의 마찰 계수의 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 강판의 마찰계수 측정하기 위한 컵드로잉 성형 장치를 나타낸 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 블랭크 홀더력과 펀치력 사이의 관계를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 컵드로잉의 컵 가공 진행에 따른 클랭프 홀더부의 면적과 압력의 변화 선도를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 블랭크 홀더력에 따른 평균 압력 선도를 나타낸 그래프.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 4종류의 강판에 따라 측정된 마찰 계수을 나타낸 그래프 및 실험 데이터.
< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 강판 300: 드로잉 펀치
400: 하부 블랭크 홀더 500: 상부 블랭크 홀더

Claims (4)

  1. 강판(100)에 가해지는 블랭크 홀더력(Fbhf)을 일정 간격으로 변화시키며 각각의 블랭크 홀더력(Fbhf)에 따른 최대 펀치력(FP)을 측정하고, 각각 측정된 블랭크 홀더력(Fbhf)과 최대 펀치력(FP) 데이터를 이용하여 2차 함수(FP(Fbhf))로 근사화하며, 2차 함수를 미분하여 얻어지는 기울기(dFP(Fbhf)/dFbhf)로 강판의 마찰 계수(
    Figure 112008089273696-PAT00022
    )를 측정하는 것을 특징으로 하는 강판의 마찰계수 측정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 블랭크 홀더력(Fbhf)은 강판(100)에 작용하는 평균 압력(Pm)을 계산하여 측정되는 것을 특징으로 하는 강판의 마찰계수 측정방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 강판(100)의 압력(Pm)은 특정 블랭크 홀더력(Fbhf)을 강판(100)의 면적으로 나누어 측정되는 것을 특징으로 하는 강판의 마찰계수 측정방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 강판(100)의 마찰 계수(
    Figure 112008089273696-PAT00023
    )는 측정된 기울기(dFP(Fbhf)/dFbhf)에 두께 보정함수(
    Figure 112008089273696-PAT00024
    ) 및 재질 보정함수(
    Figure 112008089273696-PAT00025
    )를 적용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 강판의 마찰계수 측정방법.
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