KR20200046661A - 시편 가이드 장치 - Google Patents

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KR20200046661A
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Abstract

일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치는, 시편을 지지하기 위한 바닥면과, 상기 시편에 접촉 가능한 2개의 변형 제한면들과, 상기 시편의 변형률을 설정하기 위해 상기 시편으로부터 이격되는 2개의 변형률 설정면들을 포함하는 업셋 베이스금형 내로 상기 시편을 가이드하기 위한 시편 가이드 장치이며, 상기 시편의 일면을 지지한 상태로, 상기 2개의 변형률 설정면들 중 어느 하나의 변형률 설정면을 따라 슬라이딩 가능한 제 1 파트; 상기 시편의 타면을 지지한 상태로, 상기 2개의 변형률 설정면들 중 다른 하나의 변형률 설정면을 따라 슬라이딩 가능한 제 2 파트; 및 상기 제 1 파트 및 제 2 파트를 연결하는 연결 파트를 포함할 수 있다.

Description

시편 가이드 장치{APPARATUS FOR GUIDING A SPECIMEN}
아래의 설명은 시편 가이드 장치에 관한 것이다.
시편의 미세조직 및 집합조직은 금속의 특성에 큰 영향을 미친다. 시편의 미세조직과 집합조직을 제어하기 위한 방법으로 상기 시편에 소성 변형을 가하거나, 열처리를 부가하는 방법이 이용될 수 있다. 소성 변형과 열처리를 통하여 시편의 조직을 제어하면, 시편의 특성을 향상시킬 수 있다.
일반적인 압연, 압출, 인발 등의 방법으로 시편에 소성 변형을 가하는 것은 시편의 내부에 큰 소성 변형을 일으킴과 동시에 외형의 변화를 초래하기 때문에 추가적인 공정으로 구현할 수 있는 소성 변형량의 한계가 있다.
시편의 크기 변화 없이 소성 변형을 부가하는 방법인 ECAP(Equal Cannel Angular Pressing) 공정은 시편의 크기 변화 없이 반복적으로 강한 소성 변형을 부가할 수 있다. 하지만 공정 특성상 접촉 마찰로 인해 상당히 높은 응력을 필요로 하며, 시편의 시작부와 끝단부에는 균일한 변형을 얻을 수 없으며, 시작부와 끝단의 불균일 부분을 제거하여야 하기 때문에 공정 진행에 따라 시편의 손실이 존재한다.
기존의 통상적인 업셋 단조 및 복귀 단조를 통하여 형상의 변화 없이 변형을 부가할 수 있으나, 업셋 단조 및 복귀 단조를 통한 반복 단조만으로는 시편 내부에 균일한 변형을 얻기가 힘들다. 이를 해소하고자, 업셋 단조 및 업셋 복귀 단조, 대각 단조 및 대각 복기 단조를 각기 다른 3개의 방향으로 연속적으로 반복함으로써, 시편의 형상 변화없이 균일한 변형을 부가하는 다축대각단조(MADF) 공정이 개발되었다.
다축대각단조 공정은 대량생산이 용이한 새로운 강소성가공법으로 재료물성을 혁신할 수 있는 유망한 기술이다. 이 기술은 12패스의 단조공정을 1싸이클로 하여 무한히 단조공정을 반복할 수 있다는 것을 특징으로 한다. 12패스의 단조공정은 업셋 단조 후 복귀단조를 수행하는 2패스의 단조공정을 단조축을 3개의 축방향으로 바꾸면서 3회 반복하고, 대각단조 후 복귀단조를 수행하는 2패스의 단조공정을 단조축인 대각방향을 바꾸면서 3회 반복하는 것으로 이루어져 있다.
업셋 단조를 실시하는 동안, 피단조재인 시편을 업셋 베이스금형에 장입할 때 업셋 베이스금형의 깊이가 시편의 길이보다 매우 크므로, 시편을 낙하시키는 방식으로 시편을 업셋 베이스금형 내에 위치시킨다. 그로 인해, 시편은 업셋 베이스금형의 가운데에 위치하기 어렵고, 그에 따라 변형이 대칭적으로 이루어지지 않을 수 있다. 시편을 대칭적으로 변형시키기 위해, 시편을 업셋 베이스금형의 가운데에 위치시키는 것이 중요하다.
마찬가지로, 업셋 복귀 단조를 실시하는 동안, 시편을 복귀 베이스금형에 장입할 때 복귀 베이스금형의 깊이가 시편의 길이보다 매우 크므로, 시편을 낙하시키는 방식으로 시편을 복귀 베이스금형 내에 위치시킨다. 그로 인해, 시편은 복귀 베이스금형의 가운데에 위치하기 어렵고, 그에 따라 변형이 대칭적으로 이루어지지 않을 수 있다. 시편을 대칭적으로 변형시키기 위해, 시편을 복귀 베이스금형의 가운데에 위치시키는 것이 중요하다.
마찬가지로, 대각 단조를 실시하는 동안, 대각 베이스금형의 깊이가 시편의 길이보다 매우 크므로, 시편의 양 모서리를 대각 베이스금형에 각각 대칭적으로 접촉시키기 어렵다. 시편을 대칭적으로 변형시키기 위해, 시편을 대각 베이스금형에 대칭적으로 위치시키는 것이 중요하다.
일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치는, 다축대각단조(MADF)의 단조공정을 수행할 때에, 시편을 정확한 위치에 정확한 각도로 장입시킴으로써 시편의 대칭 변형을 달성하는 것을 목적으로 한다.
일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치는, 시편을 지지하기 위한 바닥면과, 상기 시편에 접촉 가능한 2개의 변형 제한면들과, 상기 시편의 변형률을 설정하기 위해 상기 시편으로부터 이격되는 2개의 변형률 설정면들을 포함하는 업셋 베이스금형 내로 상기 시편을 가이드하기 위한 시편 가이드 장치이며, 상기 시편의 일면을 지지한 상태로, 상기 2개의 변형률 설정면들 중 어느 하나의 변형률 설정면을 따라 슬라이딩 가능한 제 1 파트; 상기 시편의 타면을 지지한 상태로, 상기 2개의 변형률 설정면들 중 다른 하나의 변형률 설정면을 따라 슬라이딩 가능한 제 2 파트; 및 상기 제 1 파트 및 제 2 파트를 연결하는 연결 파트를 포함할 수 있다.
상기 제 1 파트는 상기 시편에 접촉하는 제 1 지지면과, 상기 어느 하나의 변형률 설정면을 따라 슬라이딩하는 제 1 슬라이딩면을 포함하고, 상기 제 2 파트는 상기 시편에 접촉하는 제 2 지지면과, 상기 다른 하나의 변형률 설정면을 따라 슬라이딩하는 제 2 슬라이딩면을 포함하고, 상기 제 1 지지면 및 제 1 슬라이딩면 사이의 거리는 상기 제 2 지지면 및 제 2 슬라이딩면 사이의 거리와 동일할 수 있다.
상기 제 1 슬라이딩면 및 제 2 슬라이딩면 사이의 거리는, 상기 2개의 변형률 설정면들 사이의 간격과 동일할 수 있다.
상기 연결 파트의 적어도 일부는, 상기 제 1 파트 및 제 2 파트가 상기 업셋 베이스금형 내측에 삽입된 상태에서, 상기 업셋 베이스금형의 상면으로부터 돌출될 수 있다.
상기 시편 가이드 장치는, 상기 시편에 자력을 선택적으로 인가하기 위한 전자석을 더 포함할 수 있다.
상기 전자석은, 상기 제 1 파트 및 제 2 파트가 상기 업셋 베이스금형 내측에 삽입된 상태에서 적어도 일부가 외부로 노출될 수 있다.
일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치는, 시편의 일 모서리를 지지하기 위한 베이스 모서리와, 상기 시편과 접촉 가능한 2개의 변형 제한면들과, 상기 시편의 다른 2개의 모서리를 각각 지지하기 위한 2개의 높이면들을 포함하는 대각 베이스금형 내로 상기 시편을 가이드 하기 위한 시편 가이드 장치이며, 상기 시편의 일면을 지지한 상태로, 상기 2개의 높이면들 중 어느 하나의 높이면을 따라 슬라이딩 가능한 제 1 파트; 및 상기 시편의 타면을 지지한 상태로, 상기 2개의 높이면들 중 다른 하나의 높이면을 따라 슬라이딩 가능한 제 2 파트를 포함할 수 있다.
상기 제 1 파트는 상기 시편에 접촉하는 제 1 지지면과, 상기 어느 하나의 높이면을 따라 슬라이딩하는 제 1 슬라이딩면을 포함하고, 상기 제 2 파트는 상기 시편에 접촉하고 상기 제 1 지지면과 직교하는 제 2 지지면과, 상기 다른 하나의 높이면을 따라 슬라이딩하는 제 2 슬라이딩면을 포함할 수 있다.
상기 제 1 슬라이딩면 및 제 2 슬라이딩면 사이의 거리는, 상기 2개의 높이면들 사이의 간격과 동일할 수 있다.
상기 제 1 파트는, 상기 제 1 지지면 및 제 1 슬라이딩면 사이에 형성되고 상기 시편으로부터 이격되는 제 1 경사면을 더 포함하고, 상기 제 2 파트는, 상기 제 2 지지면 및 제 2 슬라이딩면 사이에 형성되고, 상기 시편으로부터 이격되는 제 2 경사면을 더 포함할 수 있다.
상기 시편 가이드 장치는, 상기 제 1 파트 및 제 2 파트를 연결하고, 상기 제 1 파트 및 제 2 파트가 상기 대각 베이스금형 내측에 삽입된 상태에서, 적어도 일부가 상기 대각 베이스금형의 상면으로부터 돌출되는 연결 파트를 더 포함할 수 있다.
상기 시편 가이드 장치는, 상기 시편에 자력을 선택적으로 인가하기 위한 전자석을 더 포함할 수 있다.
상기 전자석은, 상기 제 1 파트 및 제 2 파트가 상기 대각 베이스금형 내측에 삽입된 상태에서 적어도 일부가 외부로 노출될 수 있다.
일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치는, 다축대각단조(MADF) 공정이 정확하게 수행되기 위한 시편의 위치 및 각도를 용이하게 맞출 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치는 빠른 속도로 시편을 베이스금형 내에 위치시킬 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치는 전자석을 이용하여 대량생산공정 및 자동화공정의 구현을 가능케 할 수 있다.
또한, 철계, 니켈계 또는 코발트계 등 자성 특성을 갖는 소재의 시편의 경우, 전자석을 이용함으로써, 시편을 보다 안정적으로 베이스금형 내로 장입시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 시편 가공 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2a는 업셋 단조 및 업셋 복귀 단조가 수행되는 개념도이다.
도 2b는 대각 단조 및 대각 복귀 단조가 수행되는 개념도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 업셋 베이스금형, 업셋 가압금형 및 시편을 도시하는 사시도 및 평면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치의 사시도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 업셋 베이스금형 및 시편 가이드 장치의 사시도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치가 업셋 베이스금형 내로 시편을 안내한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 시편이 업셋 베이스금형 내에 배치된 상태를 도시하는 평면도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치가 업셋 베이스금형으로부터 분리된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 대각 베이스금형, 대각 가압금형 및 시편을 도시하는 사시도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치가 대각 베이스금형 내로 시편을 안내한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치가 대각 베이스금형에 삽입된 상태를 도시하는 평면도이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치가 대각 베이스금형으로부터 분리된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 시편이 대각 베이스금형 내에 배치된 상태를 도시하는 평면도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 시편 가공 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 시편 가공 방법은 제1단조 단계(S100) 및 제2단조 단계(S200)를 포함할 수 있다.
제1단조 단계(S100)는 제1축의 방향으로 육면체의 시편의 일 모서리의 방향인 제1축의 방향으로 업셋 단조를 수행한 후, 시편을 원래의 형상으로 복원시키는 업셋 복귀 단조를 수행하는 단계(S110), 제2축 및 제3축의 방향으로 각각 업셋 단조 및 업셋 복귀 단조를 순차적으로 수행하는 단계(S120, S130)을 포함한다.
제2단조 단계(S200)는 시편의 제1축과 평행한 모서리들 중 서로 간에 가장 멀리 이격된 두 모서리를 가압하는 대각 단조를 수행한 후, 원래의 형상으로 복원시키는 대각 복귀 단조를 수행하는 단계(S210), 제2축 및 제3축의 방향으로 각각 대각 단조 및 대각 복귀 단조를 수행하는 단계(S220, S230)를 포함한다.
도 2a는 업셋 단조 및 업셋 복귀 단조가 수행되는 개념도이다.
도 2a를 참조하면, 제1단조 단계(S100)는 제1축 내지 제3축으로 각각 업셋 단조 및 업셋 복귀 단조를 수행하는 단계(S110a, S110b, S120a, S120b, S130a, S130b)를 포함한다.
제1축의 방향으로 업셋 단조가 수행되고(S110a), 시편을 원래의 형상으로 복원시키기 위해 업셋 단조에 의해 돌출된 면을 가압하는 방향으로 업셋 복귀 단조가 수행된다(S110b). 다음으로, 제2축의 방향으로 업셋 단조가 수행되고(S120a), 업셋 단조에 의해 돌출된 면을 가압하는 방향으로 업셋 복귀 단조가 수행된다(S120b). 마지막으로, 제3축의 방향으로 업셋 단조가 수행되고(S130a), 업셋 단조에 의해 돌출된 면을 가압하는 방향으로 업셋 복귀 단조가 수행된다(S130b).
제1축 내지 제3축의 방향으로 업셋 및 업셋 복귀 단조를 수행함에 따라, 시편은 외부의 형상은 초기 형상으로 되며, 시편의 내부에는 주로 대각선 방향의 균일한 소성 변형이 가해지게 된다. 제1축 내지 제3축 방향으로의 업셋 단조 및 돌출 방향으로 수행되는 업셋 복귀 단조만으로는, 시편에 대각선 방향으로만 주로 변형이 가해지고, 시편의 각 면과 수직 또는 수평의 방향으로는 소성 변형이 거의 가해지지 않는다.
따라서, 시편 내부에 금속 면과 수직 및/또는 수평의 변형을 부가하기 위해 이하 대각 단조 및 대각 복귀 단조를 수행하게 된다.
도 2b는 대각 단조 및 대각 복귀 단조가 수행되는 개념도이다.
도 2b를 참조하면, 제2단조 단계(S200)는 제1축 방향의 모서리들 중 서로 가장 멀리 이격된 두 모서리를 시편의 내부 방향으로 가압하는 대각 단조 (S210a)와, 대각 단조에 의해 돌출 변형된 방향으로 가압하는 대각 복귀 단조(S210b)와, 제2축 방향의 두 모서리를 가압하는 대각 단조(S220a)와, 대각 단조에 의해 돌출 변형된 방향으로 가압하는 대각 복귀 단조(S220b)와, 제3축 방향의 두 모서리를 가압하는 대각 단조(S230a)와, 대각 단조에 의해 돌출 변형된 방향으로 가압하는 대각 복귀 단조(S230b)를 포함한다.
제1단조 단계(S100) 및 제2단조 단계(S200)를 수행하여, 시편 외부의 형상은 초기의 육면체의 형상으로 유지되지만, 시편의 내부에는 대각선 방향, 면에 수직/수평 방향으로 균일하게 소성 변형이 가해지게 된다. 이러한 소성 변형으로 인해, 금속의 미세조직 및 집합조직을 균일하게 제어할 수 있게 된다.
시편은 자성 특성을 갖는 소재일 수 있다. 예를 들어, 시편은 철계, 니켈계, 코발트계 등의 자성 특성을 갖는 소재일 수 있으나, 시편의 특성 및 종류는 이에 제한되지 않음을 밝혀 둔다.
도 3은 일 실시 예에 따른 업셋 베이스금형(110), 업셋 가압금형(120) 및 시편(10)을 도시하는 사시도 및 평면도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치(21)의 사시도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 업셋 베이스금형(110) 및 시편 가이드 장치(21)의 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 업셋 베이스금형(110)은 시편(10)을 수용할 수 있다. 업셋 베이스금형(110)은 바닥면(118), 변형 제한면들(111a, 111b) 및 변형률 설정면들(113a, 113b)을 포함할 수 있다. 변형 제한면들(111a, 111b)는 서로 마주하고, 변형률 설정면들(113a, 113b)은 서로 마주할 수 있다. 바닥면(118),- 변형 제한면들(111a, 111b) 및 변형률 설정면들(113a, 113b)은 직육면체 형상의 홈인 수용부(119)를 형성할 수 있다. 시편(10)은 수용부(119)에 구비될 수 있다.
업셋 가압금형(120)은 업셋 베이스금형(110)을 따라 슬라이딩 가능하다. 업셋 가압금형(120)은 업셋 베이스금형(110)을 따라 슬라이딩하여, 업셋 베이스금형(110) 내부에 수용되어 있는 시편(10)을 변형시킬 수 있다. 업셋 가압금형(120)은, 예를 들어, 직육면체 형상을 가질 수 있다. 업셋 가압금형(120)의 두 개의 면들은 변형 제한면들(111a, 111b) 각각에 면접촉 가능하고, 업셋 가압금형(120)의 다른 두 개의 면들은 각각 변형률 설정면들(113a, 113b) 각각에 면접촉 가능하다.
바닥면(118)은 시편(10)을 지지할 수 있다. 바닥면(118)의 면적은 변형 제한면들(111a, 111b)의 간격과 변형률 설정면들(113a, 113b)의 간격에 의해 결정될 수 있다. 업셋 가압금형(120)에 의해 시편(10)이 가압될 때, 바닥면(118)은 시편(10)을 기준으로 업셋 가압금형(120)의 반대쪽에서 시편(10)을 가압할 수 있다. 시편(10)은 업셋 가압금형(120) 및 바닥면(118)에 의해 눌려져 편평한 형상으로 변형될 수 있다.
변형 제한면들(111a, 111b)은 시편(10)의 제1방향(X) 소성 변형을 제한하도록 시편(10)의 제1방향(X) 면들과 맞닿을 수 있다. 시편(10)은 두 개의 제1방향 면을 가질 수 있다. 이에 대응하여 업셋 베이스금형(110)도 두 개의 변형 제한면들(111a, 111b)을 가질 수 있다. 변형 제한면들(111a, 111b)은 업셋 베이스금형(110)에 수용된 시편(10)을 기준으로 제1방향(X)을 따라 서로 반대쪽에 위치할 수 있다. 변형 제한면들(111a, 111b)은 시편(10)의 제1방향(X) 면들과 맞닿을 수 있다. 따라서 시편(10)에 외력이 가해지더라도 변형 제한면들(111a, 111b)은 시편(10)의 제1방향(X) 소성 변형을 제한할 수 있다.
변형률 설정면들(113a, 113b)은 시편(10)의 제2방향(Y) 변형률을 설정하도록 시편(10)의 제2방향 면들로부터 이격될 수 있다. 시편(10)은 업셋 베이스금형(110)의 변형률 설정면들(113a, 113b)에 각각 마주하는 두 개의 제2방향 면들을 갖는다. 변형률 설정면들(113a, 113b)은 업셋 베이스금형(110)에 수용된 시편(10)을 기준으로 제2방향(Y)을 따라 서로 반대쪽에 위치할 수 있다. 시편(10)에 외력이 가해지면, 시편(10)은 제 2 방향(Y)으로 소성 변형될 수 있다. 시편(10)의 제 2 방향(Y) 소성 변형은 변형률 설정면들(113a, 113b)에 맞닿을 때까지 이루어질 수 있다. 즉, 변형률 설정면들(113a, 113b)은 시편(10)의 변형률을 설정할 수 있다. 변형률 설정면들(113a, 113b)은 변형량 설정면들로 명명될 수도 있다.
시편(10)의 변형률은 업셋 베이스금형(110)에 수용된 시편(10)과 변형률 설정면들(113a, 113b) 사이의 거리에 따라 결정될 수 있다. 시편(10)의 변형률이 상대적으로 작게 설정되려면, 변형률 설정면들(113a, 113b)은 상대적으로 시편(10)에 가깝게 배치되어야 한다. 한편, 시편(10)의 변형률이 상대적으로 크게 설정되려면 변형률 설정면들(113a, 113b)은 상대적으로 시편(10)으로부터 멀리 배치되어야 한다.
시편 가이드 장치(21)는 시편(10)의 일면을 지지하는 제 1 파트(211)와, 시편(10)의 타면을 지지하는 제 2 파트(212)와, 제 1 파트(211) 및 제 2 파트(212)를 연결하는 연결 파트(213)와, 시편(10)에 선택적으로 자력을 인가하기 위한 전자석(214)을 포함할 수 있다. 제 1 파트(211) 및 제 2 파트(212) 각각은 연결 파트(213)로부터 같은 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 제 1 파트(211), 제 2 파트(212) 및 연결 파트(213)는 대략 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있다. 제 1 파트(211) 및 제 2 파트(212) 및 연결 파트(213)는 시편의 서로 다른 면을 각각 지지할 수 있다.
제 1 파트(211)는 시편(10)의 일면(도 5 기준으로, -y 방향 면)을 지지한 상태로, 2개의 변형률 설정면들(113a, 113b) 중 어느 하나의 변형률 설정면(113a)을 따라 슬라이딩 가능하다. 제 1 파트(211)는 시편(10) 중 변형률 설정면(113a)을 마주하는 면과, 변형률 설정면(113a) 사이의 거리를 설정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 파트(211)는 변형률 설정면(113a)과 시편(10) 사이의 최소 거리를 설정할 수 있다. 제 1 파트(211)는 시편(10)이 변형률 설정면(113a)에 과도하게 근접하는 것을 방지할 수 있다.
제 2 파트(212)는 시편(10)의 타면(도 5 기준으로, +y 방향 면)을 지지한 상태로, 2개의 변형률 설정면들(113a, 113b) 중 다른 하나의 변형률 설정면(113b)을 따라 슬라이딩 가능하다. 제 2 파트(212)는 시편(10) 중 변형률 설정면(113b)을 마주하는 면과, 변형률 설정면(113b) 사이의 거리를 설정할 수 있다. 예를 들어, 제 2 파트(212)는 변형률 설정면(113b)과 시편(10) 사이의 최소 거리를 설정할 수 있다. 제 2 파트(212)는 시편(10)이 변형률 설정면(113b)에 과도하게 근접하는 것을 방지할 수 있다.
연결 파트(213)는 제 1 파트(211) 및 제 2 파트(212)를 연결할 수 있다. 연결 파트(213)는 상기 시편(10)의 일면 및 타면 사이에 배치된 면(도 5 기준으로, +z 방향 면)을 지지한 상태로, 업셋 베이스금형(110)을 따라 슬라이딩 가능하다.
전자석(214)은 시편(10)에 자력을 선택적으로 인가할 수 있다. 예를 들어, 전자석(214)은 시편(10)이 제 1 파트(211) 및 제 2 파트(212) 사이에 배치될 경우, 온(on) 상태로 전환되어, 시편(10)이 시편 가이드 장치(21)로부터 이탈하지 않도록 자력을 인가할 수 있다. 한편, 전자석(214)은 시편(10)이 수용부(119) 내에 정상적으로 배치된 후, 오프(off) 상태로 전환되어, 시편(10)을 시편 가이드 장치(21)로부터 안정적으로 분리시킬 수 있다.
시편 가이드 장치(21)는 시편(10)이 수용부(119) 내로 장입되어 바닥면(118)상의 정확한 위치에 배치될 수 있도록 보조할 수 있다. 여기서, 정확한 위치에 배치된다는 것은 시편(10)의 중심이 2개의 변형률 설정면들(113a, 113b)의 중심에 위치하는 것을 의미한다. 이러한 경우, 시편(10)의 +y 방향 및 -y 방향의 변형률은 동일할 수 있고, 균일한 소성 변형이 이뤄질 수 있다. 즉, 시편 가이드 장치(21)는 시편(10)의 높이 보다 큰 깊이를 갖는 업셋 베이스금형(110) 내로 시편(10)을 안정적으로 안내할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치(21)가 업셋 베이스금형(110) 내로 시편(10)을 안내한 상태를 도시하는 단면도이고, 도 7은 일 실시 예에 따른 시편이 업셋 베이스금형 내에 배치된 상태를 도시하는 평면도이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치(21)가 업셋 베이스금형(110)으로부터 분리된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 제 1 파트(211)는 제 1 지지면(211a) 및 제 1 슬라이딩면(211b)을 포함할 수 있다.
제 1 지지면(211a)은 시편(10)에 접촉할 수 있다. 제 1 지지면(211a)은 예를 들어 시편(10)과 면 접촉하여 시편(10) 및 변형률 설정면(113a, 도 3 참조)이 서로 평행하게 마주하도록 보조할 수 있다.
제 1 슬라이딩면(211b)은 변형률 설정면(113a, 도 3 참조)을 따라 슬라이딩 가능하다. 제 1 슬라이딩면(211b)은 업셋 베이스금형(110)과 면 접촉하여 시편(10) 및 변형률 설정면(113a, 도 3 참조)이 서로 평행하게 마주하도록 보조할 수 있다.
제 2 파트(212)는 제 2 지지면(212a) 및 제 2 슬라이딩면(212b)을 포함할 수 있다.
제 2 지지면(212a)은 시편(10)에 접촉할 수 있다. 제 2 지지면(212a)은 예를 들어 시편(10)과 면 접촉하여 시편(10) 및 변형률 설정면(113b, 도 3 참조)이 서로 평행하게 마주하도록 보조할 수 있다.
제 2 슬라이딩면(212b)은 변형률 설정면(113b, 도 3 참조)을 따라 슬라이딩 가능하다. 제 2 슬라이딩면(212b)은 업셋 베이스금형(110)과 면 접촉하여 시편(10) 및 변형률 설정면(113b, 도 3 참조)이 서로 평행하게 마주하도록 보조할 수 있다.
제 1 지지면(211a) 및 제 1 슬라이딩면(211b) 사이의 거리(D1)는, 제 2 지지면(212a) 및 제 2 슬라이딩면(212b) 사이의 거리(D2)와 동일할 수 있다. 이 경우, 시편(10)은 2개의 변형률 설정면들(113a, 113b, 도 3 참조)의 중앙에 위치할 수 있다.
제 1 슬라이딩면(211b) 및 제 2 슬라이딩면(212b) 사이의 거리(D3)는 2개의 변형률 설정면들(113a, 113b, 도 3 참조) 사이의 간격과 동일할 수 있다. 이와 같은 경우, 제 1 슬라이딩면(211b) 및 제 2 슬라이딩면(212b)은 동시에 업셋 베이스금형(110)을 따라 슬라이딩할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 슬라이딩면(211b) 및 제 2 슬라이딩면(212b)은 슬라이딩 방향에 수직한 방향으로, 업셋 베이스금형(110)으로부터 이격된 간극 없이 슬라이딩 가능하므로, 시편(10)을 안정적으로 2개의 변형률 설정면들(113a, 113b, 도 3 참조)의 중앙에 위치시킬 수 있다.
한편, 연결 파트(213)의 폭은 제 1 슬라이딩면(211b) 및 제 2 슬라이딩면(212b) 사이의 거리보다 작거나 같을 수 있다.
연결 파트(213)의 적어도 일부는, 제 1 파트(211) 및 제 2 파트(212)가 업셋 베이스금형(110) 내측에 삽입된 상태에서, 업셋 베이스금형(110)의 상면으로부터 돌출될 수 있다(도 6 참조). 이와 같은 구조에 의하면, 사용자는 시편(10)을 업셋 베이스금형(110) 내에 위치시킨 후, 연결 파트(213)를 용이하게 집어 올릴 수 있다.
전자석(214)은 예를 들어 연결 파트(213)의 상면에 배치될 수 있다. 전자석(214)은 제 1 파트(211) 및 제 2 파트(212)가 업셋 베이스금형(110) 내측에 삽입된 상태에서 적어도 일부가 외부로 노출될 수 있다. 사용자는 제 1 파트(211) 및 제 2 파트(212)의 장입 여부에 관계없이, 전자석(214)을 용이하게 제어할 수 있다.
앞서, 업셋 단조를 수행하기 전에 시편을 업셋 베이스금형 내에 안내하기 위한 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치에 대해 설명하였다. 앞서 설명한 일 실시 예에 따른 시편 가이드 장치는 업셋 또는 대각 복귀 단조를 수행하기 전에 시편을 복귀 베이스금형(미도시) 내에 안내하는 데에 사용될 수 있음을 밝혀 둔다.
도 9는 일 실시 예에 따른 대각 베이스금형, 대각 가압금형 및 시편을 도시하는 사시도이다.
대각 베이스금형(210)은 변형 제한면들(211a, 211b), 베이스 모서리(218), 베이스 경사면들(217a, 217b) 및 높이면들(213a, 213b)을 포함한다. 변형 제한면들(211a, 211b), 베이스 모서리(218), 베이스 경사면들(217a, 217b) 및 높이면들(213a, 213b)은 시편(10)을 수용하는 수용부(219)를 형성한다.
변형 제한면들(211a, 211b)은 시편(10)의 일 방향(X축 방향) 소성 변형을 제한하도록 상기 일 방향(X축 방향)을 바라보는 시편(10)의 면들과 맞닿는다. 따라서 시편(10)에 외력이 가해지더라도 변형 제한면들(211a, 211b)은 시편(10)의 소성 변형을 제한할 수 있다.
베이스 모서리(218)는 대각 베이스금형(210)에 수용된 시편(10)의 모서리(10a)를 지지한다. 대각 가압금형(미도시)에 의해 대각 베이스금형(210)에 수용된 시편(10)이 가압될 때, 베이스 모서리(218)는 시편(10)의 모서리(10a)를 가압한다.
시편(10)은 변형 제한 방향(X축 방향)에 평행한 네 개의 모서리(10a, 10b, 10c, 10d)를 갖는다. 시편(10)은 네 개의 모서리들 중 서로 대각선 방향에 위치한 임의의 두 모서리(10a, 10d)가 가까워지도록 변형된다.
베이스 경사면들(217a, 217b)은 시편(10)의 변형률을 설정하도록 베이스 모서리(218)의 양쪽에 대칭적으로 경사지게 형성된다. 시편(10)이 대각 가압금형(미도시)에 의해 가압되기 전에 베이스 경사면들(217a, 217b)은 시편(10)의 면으로부터 이격되어 있다. 외력이 충분하게 가해지면 시편(10)의 소성 변형은 베이스 경사면들(217a, 217b)에 맞닿을 때까지 이루어지므로, 베이스 경사면들(217a, 217b)은 시편(10)의 변형률을 설정할 수 있다.
시편(10)에 외력이 가해지면, 시편(10)은 베이스 경사면들(217a, 217b)에 대응되는 형태로 소성 변형될 수 있다. 베이스 모서리(218)에 의해 가압되는 시편(10)의 모서리(10a)의 양쪽에는 두 면이 위치하고 있다. 시편(10)이 대각 가압금형(미도시)에 의해 가압되기 전에 이 두 면이 이루는 각도는 실질적으로 90도이다. 시편(10)이 대각 가압금형(미도시)에 의해 가압되면, 상기 두 면이 이루는 각도는 둔각으로 변형된다. 이 둔각은 베이스 경사면들(217a, 217b) 사이의 각도와 동일하다.
시편(10)의 변형률은 베이스 경사면들(217a, 217b)이 이루는 각도에 따라 설정될 수 있다. 베이스 경사면들(217a, 217b)의 각도는 100~170도로 설정될 수 있다. 시편(10)의 변형률이 상대적으로 작게 설정되려면, 베이스 경사면들(217a, 217b)의 각도는 100도에 가깝게 형성된다. 시편(10)의 변형률이 상대적으로 크게 설정되려면, 베이스 경사면들(217a, 217b)의 각도는 170도에 가깝게 형성된다.
높이면들(213a, 213b)은, 시편(10)의 변형률을 설정하고 시편(10)을 팔면체로 변형시키도록 대각 베이스금형(210)에 수용된 시편(10)에 접촉한다. 네 개의 모서리 중 서로 대각선 방향에 위치한 임의의 두 모서리(10a, 10d)는 베이스 모서리(218)와 가압 모서리(미도시)에 의해 가압된다. 그리고 나머지 두 모서리(10b, 10c)는 서로 반대쪽에서 높이면들(213a, 213b)에 각각 맞닿게 된다.
시편(10)이 대각 가압금형(미도시)에 의해 가압되면, 높이면들(213a, 213b)은 상기 나머지 두 모서리(10b, 10c)를 면으로 변형시킨다. 이에 따라 시편(10)은 모서리들의 양쪽에 두 면이 배치되는 육면체의 형상(10b 모서리의 양쪽에 두 면이 배치되고, 10c 모서리의 양쪽에 두 면이 배치되는 구조)에서 면의 양쪽에 두 면이 배치되는 팔면체의 형상( 10b 모서리가 소성 변형되어 형성된 면의 양쪽에 두 면이 배치되고, 10c 모서리가 소성 변형되어 형성된 면의 양쪽에 두 면이 배치되는 구조)으로 변형된다.
시편 가이드 장치(31)는 제 1 파트(311), 제 2 파트(312), 연결 파트(313) 및 전자석(314)을 포함할 수 있다.
제 1 파트(311)는 시편(10)의 일면(도 9 기준으로, -y 및 +z 면)을 지지한 상태로, 2개의 높이면들(213a, 213b) 중 어느 하나의 높이면(213a)을 따라 슬라이딩 가능하다. 제 1 파트(311)는 시편(10)에 접촉하는 제 1 지지면(311a)과, 어느 하나의 높이면(213a)을 따라 슬라이딩 가능한 제 1 슬라이딩면(311b)을 포함할 수 있다. 제 1 지지면(311a) 및 제 1 슬라이딩면(311b)은 대략 45도 각도를 이룰 수 있다.
제 2 파트(312)는 시편(10)의 타면(도 9 기준으로, +y 및 +z 면)을 지지한 상태로, 2개의 높이면들(213a, 213b) 중 다른 하나의 높이면(213b)을 따라 슬라이딩 가능하다. 제 2 파트(312)는 시편(10)에 접촉하는 제 2 지지면(312a)과, 다른 하나의 높이면(213b)을 따라 슬라이딩 가능한 제 2 슬라이딩면(312b)을 포함할 수 있다. 제 2 지지면(312a) 및 제 2 슬라이딩면(312b)은 대략 45도 각도를 이룰 수 있다. 제 2 슬라이딩면(312b)은 제 1 슬라이딩면(311b)과 대략 직교할 수 있다. 제 1 슬라이딩면(311b) 및 제 2 슬라이딩면(312b)은 정육면체의 시편(10)을 안정적으로 지지할 수 있다.
제 1 슬라이딩면(311b) 및 제 2 슬라이딩면(312b) 사이의 거리(D4)는 2개의 높이면들(213a, 213b) 사이의 간격과 동일할 수 있다. 이와 같은 구조에 따라, 제 1 파트(311) 및 제 2 파트(312)는 흔들림 없이 대각 베이스금형(210) 내를 슬라이딩 가능하다.
제 1 파트(311)는 제 1 지지면(311a) 및 제 1 슬라이딩면(311b) 사이에 형성되고 시편(10)으로부터 이격되는 제 1 경사면(311c)을 더 포함할 수 있다. 또한, 제 2 파트(312)는 제 2 지지면(312a) 및 제 2 슬라이딩면(312b) 사이에 형성되고 시편(10)으로부터 이격되는 제 2 경사면(312c)을 더 포함할 수 있다. 제 1 경사면(311c) 및 제 2 경사면(312c)은 사용자로 하여금 정육면체 시편(10)이 45도 회전되어 장입되는 회전 각도를 용이하게 맞추도록 보조할 수 있다. 제 1 경사면(311c) 및 제 2 경사면(312c)은 시편(10)과 시편가이드장치(31) 사이에 일부 공간을 형성시킴으로써, 이물질의 존재, 시편의 모서리의 손상, 시편 모서리의 버 발생 등에 의한 결함이 있더라도 2개의 지지면(311a, 312a)이 시편에 용이하게 밀착되도록 보조할 수 있다.
연결 파트(313)는 제 1 파트(311) 및 제 2 파트(312)를 연결할 수 있다. 제 1 파트(311) 및 제 2 파트(312)는 연결 파트(313)로부터 같은 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 연결 파트(313)의 적어도 일부는, 제 1 파트(311) 및 제 2 파트(312)가 대각 베이스금형(210) 내측에 삽입된 상태에서, 대각 베이스금형(210)의 상면으로부터 돌출될 수 있다.
전자석(314)은 시편(10)에 선택적으로 자력을 인가할 수 있다. 전자석(314)의 적어도 일부는, 제 1 파트(311) 및 제 2 파트(312)가 대각 베이스금형(210) 내측에 삽입된 상태에서 외부로 노출될 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (13)

  1. 시편을 지지하기 위한 바닥면과, 상기 시편에 접촉 가능한 2개의 변형 제한면들과, 상기 시편의 변형률을 설정하기 위해 상기 시편으로부터 이격되는 2개의 변형률 설정면들을 포함하는 업셋 베이스금형 내로 상기 시편을 가이드하기 위한 시편 가이드 장치에 있어서,
    상기 시편의 일면을 지지한 상태로, 상기 2개의 변형률 설정면들 중 어느 하나의 변형률 설정면을 따라 슬라이딩 가능한 제 1 파트;
    상기 시편의 타면을 지지한 상태로, 상기 2개의 변형률 설정면들 중 다른 하나의 변형률 설정면을 따라 슬라이딩 가능한 제 2 파트; 및
    상기 제 1 파트 및 제 2 파트를 연결하는 연결 파트를 포함하는 시편 가이드 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 파트는 상기 시편에 접촉하는 제 1 지지면과, 상기 어느 하나의 변형률 설정면을 따라 슬라이딩하는 제 1 슬라이딩면을 포함하고,
    상기 제 2 파트는 상기 시편에 접촉하는 제 2 지지면과, 상기 다른 하나의 변형률 설정면을 따라 슬라이딩하는 제 2 슬라이딩면을 포함하고,
    상기 제 1 지지면 및 제 1 슬라이딩면 사이의 거리는 상기 제 2 지지면 및 제 2 슬라이딩면 사이의 거리와 동일한 시편 가이드 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 슬라이딩면 및 제 2 슬라이딩면 사이의 거리는, 상기 2개의 변형률 설정면들 사이의 간격과 동일한 시편 가이드 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 파트의 적어도 일부는, 상기 제 1 파트 및 제 2 파트가 상기 업셋 베이스금형 내측에 삽입된 상태에서, 상기 업셋 베이스금형의 상면으로부터 돌출되는 시편 가이드 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시편에 자력을 선택적으로 인가하기 위한 전자석을 더 포함하는 시편 가이드 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자석은, 상기 제 1 파트 및 제 2 파트가 상기 업셋 베이스금형 내측에 삽입된 상태에서 적어도 일부가 외부로 노출되는 시편 가이드 장치.
  7. 시편의 일 모서리를 지지하기 위한 베이스 모서리와, 상기 시편과 접촉 가능한 2개의 변형 제한면들과, 상기 시편의 다른 2개의 모서리를 각각 지지하기 위한 2개의 높이면들을 포함하는 대각 베이스금형 내로 상기 시편을 가이드 하기 위한 시편 가이드 장치에 있어서,
    상기 시편의 일면을 지지한 상태로, 상기 2개의 높이면들 중 어느 하나의 높이면을 따라 슬라이딩 가능한 제 1 파트; 및
    상기 시편의 타면을 지지한 상태로, 상기 2개의 높이면들 중 다른 하나의 높이면을 따라 슬라이딩 가능한 제 2 파트를 포함하는 시편 가이드 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 파트는 상기 시편에 접촉하는 제 1 지지면과, 상기 어느 하나의 높이면을 따라 슬라이딩하는 제 1 슬라이딩면을 포함하고,
    상기 제 2 파트는 상기 시편에 접촉하고 상기 제 1 지지면과 직교하는 제 2 지지면과, 상기 다른 하나의 높이면을 따라 슬라이딩하는 제 2 슬라이딩면을 포함하는 시편 가이드 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 슬라이딩면 및 제 2 슬라이딩면 사이의 거리는, 상기 2개의 높이면들 사이의 간격과 동일한 시편 가이드 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 파트는, 상기 제 1 지지면 및 제 1 슬라이딩면 사이에 형성되고 상기 시편으로부터 이격되는 제 1 경사면을 더 포함하고,
    상기 제 2 파트는, 상기 제 2 지지면 및 제 2 슬라이딩면 사이에 형성되고, 상기 시편으로부터 이격되는 제 2 경사면을 더 포함하는 시편 가이드 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 파트 및 제 2 파트를 연결하고, 상기 제 1 파트 및 제 2 파트가 상기 대각 베이스금형 내측에 삽입된 상태에서, 적어도 일부가 상기 대각 베이스금형의 상면으로부터 돌출되는 연결 파트를 더 포함하는 시편 가이드 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 시편에 자력을 선택적으로 인가하기 위한 전자석을 더 포함하는 시편 가이드 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전자석은, 상기 제 1 파트 및 제 2 파트가 상기 대각 베이스금형 내측에 삽입된 상태에서 적어도 일부가 외부로 노출되는 시편 가이드 장치.
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