KR20110030783A

KR20110030783A - 시편 시험장치

Info

Publication number: KR20110030783A
Application number: KR1020090088372A
Authority: KR
Inventors: 정연일
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-24
Also published as: KR101509785B1

Abstract

본 발명은 시편 시험장치에 관한 것으로서, 시편의 상부 및 하부에 각각 마련되어 상기 시편을 고정하기 위한 상부 지그 및 하부 지그와; 제1 유압 공급부에서 공급된 유압(油壓)으로 상기 시편을 변형시키는 제1 유압 실린더와; 상기 상부 지그에 마련되며, 상기 시편의 상부면에 밀착된 상태로 상기 시편과 변형되면서 상기 시편에 크랙이 발생할 때 상기 제1 유압 실린더에서 공급된 오일이 방출되는 것을 막아주는 오일 차단 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 유압을 이용하여 시편을 변형시킴으로써 종래 펀치와 시편 사이의 마찰에 의해 오차가 발생하였던 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 시편과 함께 변형되는 오일 차단 부재를 더 설치하여 시편 형상에 상관없이 오일의 방출을 막을 수 있기 때문에 모든 변형 모드를 측정할 수 있어 시편 고유의 성형한계도를 정확히 측정할 수 있다.

Description

시편 시험장치{DEVICE FOR TESTING SAMPLE}

본 발명은 시편 시험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 성형한계도의 오차를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 오일의 방출을 막을 수 있는 시편 시험장치에 관한 것이다.

종래의 성형한계도 시험기(101)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 시편(S')의 상부 및 하부를 고정하는 상부 지그(110) 및 하부 지그(120)와; 상부 지그(110)의 상부에 마련된 시험기 헤드(3)와; 시험기 헤드(3)의 상부에 설치된 카메라(5)와, 유압부(141)에서 제공된 유압에 의해 상방향으로 이동되어 시편(S')을 변형시키는 펀치(131)로 구성된다.

시편(S')의 성형한계곡선을 측정하기 위해서는, 시편(S')을 도 2와 같은 모양으로 제작하여 상부 지그(110) 및 하부 지그(120) 사이에 고정한 상태에서 도 3과 같이 펀치(131)를 들어올려 시편(S')을 변형시키며, 이 때 펀치(131)가 상승함에 따라 시편(S')이 변형하다가 크랙(C')이 발생하는 시점에서 도 4에 나타낸 주변형률(major strain) 및 부변형률(minor strain)을 측정하면 된다.

시편(S')의 종류는 도 2와 같이 가로 130mm에 세로 30, 50, 70, 90, 110, 130mm인 시편(S')을 보통 사용하는데, 시편(S')의 크기에 따라 도 4에 나타낸 4가지 변형 모드(단축 인장, 딥 드로잉, 평면 변형, 2축 인장)가 모두 구현된다. 따라서, 각각의 시편(S')에서 주변형률과 부변형률을 측정하여 X축을 부변형률 Y축을 주변형률으로 플롯(plot)하면 성형한계곡선이 완성된다. 이 때, 성형 한계도는 부품 성형시 성형량이 곡선의 위쪽에 위치하면 크랙(C')이 발생하고 아래에 위치하면 안전한 상태임을 나타낸다.

여기서, 주변형률과 부변형률을 측정하는 원리는 시편(S')에 백색 스프레이를 도포한 후 그 위에 검은색 스프레이를 도포한 시편(S')에 대하여, 초기 상태와 크랙(C')이 발생한 상태 이미지를 시험기 헤드(3)의 홀(3a)을 통해 카메라(5)로 측정하여 미세한 검은 점들의 이동거리와 시편(S') 각 부분의 명암 변화, 일정 격자 내의 검은 점들이 분포된 양을 측정하여 이미지를 코드화하는 프로그램을 통해 산출된다.

그런데, 종래 성형한계도 시험기(101)는 시편(S')을 변형시킬 때, 도 5와 같이 펀치(131)의 헤드가 시편(S')과 먼저 접촉하여 펀치(131)와 시편(S') 사이에 마찰이 발생한다. 이에, 이론상으로는 펀치(131)가 상승하여 시편(S')을 변형시킬 때 가장 많은 변형이 발생하는 부분이 시편(S')의 중심(시험이 종료된 시편(S')의 곡면 중심부)에서 크랙(C')이 발생해야 한다.

그러나, 펀치(131)와 시편(S')의 중심은 초기부터 접촉하고 시편(S')의 테두리 부분은 펀치(131)의 상승이 종료될 시점에 펀치(131)와 접촉함에 따라, 실제 시험에서는 시편(S')의 중심과 펀치(131) 사이의 마찰에 의해 중심의 변형이 억제 되어 시편(S')의 테두리 부분과 시편(S')의 중심 사이에서 변형이 가장 많이 일어나 A 부분에서 크랙(C')이 발생한다.

그 결과, 시편(S')과 펀치(131) 사이의 마찰 영향에 의해 고유 성형한계를 측정함에 있어 오차가 발생하는 문제점이 있었다.

이와 같은 성형한계도 시험기(101)의 문제점을 해결하기 위해 도 6과 같은 벌징 시험기(201)를 이용하여 시편(S')의 성형한계를 측정하기도 한다.

벌징 시험기(201)는 상부 지그(110) 및 하부 지그(120) 사이에 시편(S')을 고정시키고, 그 시편(S')을 유압(油壓, P)을 이용하여 변형시켜 성형 한계도를 측정하는 방식이다. 주변형률 및 부변형률을 측정하는 원리는 성형한계도 시험기(101)와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 하겠다.

그런데, 종래 벌징 시험기(201)는 유압에 의해 시편(S')을 변형시키기 때문에 도 6의 (c)와 같이 시편(S')에 크랙(C')이 발생하면 오일이 방출되는 문제점이 있어, 도 4의 4가지 변형 모드 중 2축 인장 모드 한 가지만 구현이 가능한 한계가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 성형한계도 시험기에서 발생하였던 시편과 펀치 사이의 마찰 문제와, 벌징 시험기에서 발생하였던 변형모드 구현의 제약을 모두 해결할 수 있는 시편 시험장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명의 시편 시험장치에 따라, 시편의 상부 및 하부에 각각 마련되어 상기 시편을 고정하기 위한 상부 지그 및 하부 지그와; 제1 유압 공급부에서 공급된 유압(油壓)으로 상기 시편을 변형시키는 제1 유압 실린더와; 상기 상부 지그에 마련되며, 상기 시편의 상부면에 밀착된 상태로 상기 시편과 변형되면서 상기 시편에 크랙이 발생할 때 상기 제1 유압 실린더에서 공급된 오일이 방출되는 것을 막아주는 오일 차단 부재에 의해 달성된다.

여기서, 상기 상부 지그의 하부면에는 상측에 상기 오일 차단 부재가 설치되고, 상기 하부 지그가 수용되기 위한 수용부가 함몰 형성된 것이 바람직하다.

이 때, 상기 제1 유압 실린더의 하측에 일체로 결합되며, 상기 시편이 상기 수용부에서 고정되도록 제2 유압 공급부에서 공급된 유압에 의해 상향 이동되어 상기 하부 지그를 상기 수용부에 삽입시키는 제2 유압 실린더를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 오일 차단 부재는 고강도 · 고연성의 비정질 나노 복합재료로 구성된 오일막인 것이 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유압을 이용하여 시편을 변형시킴으로써 종래 펀치와 시편 사이의 마찰에 의해 오차가 발생하였던 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 시편과 함께 변형되는 오일 차단 부재를 더 설치하여 시편 형상에 상관없이 오일의 방출을 막을 수 있기 때문에 모든 변형 모드를 측정할 수 있어 시편 고유의 성형한계도를 정확히 측정할 수 있는 시편 시험장치가 제공된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

설명에 앞서, 종래와 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 종래에서 설명하고, 종래와 다른 구성에 대해서만 설명하겠다.

본 발명에 따른 시편 시험장치(1)는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 시편(S)의 상부 및 하부에 각각 마련되어 시편(S)을 고정하는 상부 지그(10) 및 하부 지그(20)와; 제1 유압 공급부(41)에서 공급된 유압(油壓)으로 시편(S)을 변형시키는 제1 유압 실린더(31)와; 상부 지그(10)에 마련되어 시편(S)이 변형될 때 시편(S)의 상부면에 밀착된 상태로 변형되면서 시편(S)에 크랙(C)이 발생하는 경우 제1 유압 실린더(31)에서 공급된 오일이 방출되는 것을 막아주는 오일 차단 부재(50)로 구성된다.

상부 지그(10)는 중앙에 관통공(12)이 형성된 원통 모양으로 이루어지고, 하 부면에는 상측에 오일 차단 부재(50)가 설치되는 수용부(11)가 함몰 형성되어 있다.

수용부(11)에는 하부 지그(20)가 수용되는 공간으로서, 하부 지그(20)가 수용부(11)에 수용됨으로써 시편(S)이 상부 지그(10) 및 하부 지그(20)에 의해 고정될 수 있다.

하부 지그(20)는 중앙에 관통공(12)이 형성된 원통 모양으로 이루어지고, 제1 유압 실린더(31)의 하측에 일체로 결합된 제2 유압 실린더(32)가 상향 이동됨으로써 수용부(11)에 삽입된다. 즉, 제2 유압 실린더(32)는 제2 유압 공급부(42)에서 공급된 유압에 의해 상향 이동되는데, 제2 유압 실린더(32)가 상향 이동됨에 따라 제1 유압 실린더(31) 역시 상향 이동되고, 그 결과 제1 유압 실린더(31)의 상측에 안착되어 있던 하부 지그(20)가 수용부(11)를 향해 상향 이동 가능하다.

이 때, 상부 지그(10) 및 하부 지그(20)의 각 관통공(12)은 제1 유압 실린더(31)에서의 유압이 지나가는 통로가 된다.

오일 차단 부재(50)는 제1 유압 실린더(31)에서 공급되는 유압에 의해 시편(S)이 변형되는 과정에서 시편(S)에 크랙(C)이 발생하는 경우 크랙(C)을 통해 오일이 방출되는 것을 방지하는 역할을 하는 것이다.

여기서, 고강도 · 고연성의 비정질 나노 복합재료로 구성된 오일막인 것이 바람직하다. 고강도 · 고연성의 비정질 나노 복합재료는 철강재료 대비 2 ~ 3배 정도의 강도를 가지고 있고 연성 측면에서 월등히 높기 때문에 시편(S)의 변형이 종료될 때까지 즉, 크랙(C)이 발생할 때까지 시편(S)에 밀착되어 동시에 변형되고, 유압이 제거된 후에는 고연성의 성질 때문에 원상태로 복원될 수 있기 때문이다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 시편 시험장치(1)를 이용하여 시편(S)의 성형 한계도를 시험하는 과정에 대하여 도 8을 참조하여 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 시편(S)을 하부 지그(20)의 상부에 올려 놓은 상태에서 시편(S)의 이미지를 카메라(5)로 측정한다.

그 후, 제2 유압 공급부(42)를 작동시켜 제2 유압 실린더(32)를 상향 이동시키면, 하부 지그(20)는 도 8의 (b)와 같이 상향 이동되어 상부 지그(10)의 수용부(11)에 삽입됨으로써, 도 8의 (c)와 같이 시편(S)이 상부 지그(10) 및 하부 지그(20) 사이에서 고정된다.

그 후, 제1 유압 공급부(41)를 작동시켜 제1 유압 실린더(31)에 유압을 공급하면, 도 8의 (d)와 같이 제1 유압 실린더(31)로부터의 유압에 시편(S) 및 오일 차단 부재(50)가 함께 변형되면서 도 8의 (e)와 같이 시편(S)에 크랙(C)이 발생할 때까지 유압을 가하고 그 이후에 유압을 제거하여 시험을 종료한다.

여기서, 시편(S)에 크랙(C)이 발생하는 시점 측정은, 도 9에 도시된 바와 같이, 시편(S)이 유압에 의해 변형이 일어나면 변형량이 증가할수록 변형을 위한 유압 하중은 증가하는데, 크랙(C)이 발생하면 순간적으로 오일이 크랙(C)을 통과하기 때문에 유압 하중이 낮아지는 현상이 발생하므로, 그 변곡점이 크랙(C)이 발생하는 시점이 되는 것이다.

마지막으로, 시편(S)에 유압이 제거된 후 상부 지그(10)를 열고 변형된 시 편(S)의 이미지를 카메라(5)로 촬영한 후, 시편(S)의 변형전 이미지와 변형후 이미지를 이용하여 프로그램을 통해 주변형률 및 부변형률을 산출하면 된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 유압을 이용하여 시편(S)을 변형시킴으로써 종래 펀치(131)와 시편(S) 사이의 마찰에 의해 오차가 발생하였던 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 시편(S)과 함께 변형되는 오일 차단 부재(50)를 더 설치하여 시편(S) 형상에 상관없이 오일의 방출을 막을 수 있기 때문에 모든 변형 모드를 측정할 수 있어 시편(S) 고유의 성형한계도를 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 변형될 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예는 본 발명의 청구범위에 속한 것이다.

도 1은 종래 성형한계도 시험기를 개략적으로 도시한 개략도.

도 2는 도 1의 시편의 형상을 나타낸 도면.

도 3은 도 1의 성형한계도 시험기에 의해 시편이 성형된 상태를 도시한 도면.

도 4는 시편의 4가지 변형 모드를 나타낸 그래프.

도 5는 종래 성형한계도 시험기의 문제점을 설명하기 위한 도면.

도 6의 (a) 내지 (c)는 종래의 벌징 시험기에 의해 시편이 성형되는 과정을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 따른 시편 시험기를 개략적으로 도시한 개략도.

도 8의 (a) 내지 (e)는 도 7의 시편 시험기에 의해 시편이 성형되는 과정을 타나낸 도면.

도 9는 도 8 과정에서 시간에 따른 유압 하중을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 상부 지그 11 : 수용부

20 : 하부 지그 31 : 제1 유압 실린더

32 : 제2 유압 실린더 41 : 제1 유압 공급부

42 : 제2 유압 공급부 50 : 오일 차단 부재

Claims

시편의 상부 및 하부에 각각 마련되어 상기 시편을 고정하기 위한 상부 지그 및 하부 지그와;

제1 유압 공급부에서 공급된 유압(油壓)으로 상기 시편을 변형시키는 제1 유압 실린더와;

상기 상부 지그에 마련되며, 상기 시편의 상부면에 밀착된 상태로 상기 시편과 변형되면서 상기 시편에 크랙이 발생할 때 상기 제1 유압 실린더에서 공급된 오일이 방출되는 것을 막아주는 오일 차단 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편 시험장치.
청구항 1에 있어서,

상기 상부 지그의 하부면에는 상측에 상기 오일 차단 부재가 설치되고, 상기 하부 지그가 수용되기 위한 수용부가 함몰 형성된 것을 특징으로 하는 시편 시험장치.
청구항 2에 있어서,

상기 제1 유압 실린더의 하측에 일체로 결합되며, 상기 시편이 상기 수용부에서 고정되도록 제2 유압 공급부에서 공급된 유압에 의해 상향 이동되어 상기 하부 지그를 상기 수용부에 삽입시키는 제2 유압 실린더를 더 포함하는 것을 특징으 로 하는 시편 시험장치.
청구항 1에 있어서,

상기 오일 차단 부재는 고강도 · 고연성의 비정질 나노 복합재료로 구성된 오일막인 것을 특징으로 하는 시편 시험장치.