KR20220026877A - 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치 - Google Patents

금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 판재의 굽힘 가공 성형 시 굽힘부 표면의 미세 크랙 발생을 예측 및 검출할 수 있는 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치에 관한 것으로서, 금속 판재의 적어도 일부분을 가압하여 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공하는 제 1 굽힘 가공부와, 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공되는 상기 금속 판재의 굽힘부와 대응되는 위치에 형성될 수 있도록 상기 제 1 굽힘 가공부의 일측에 설치되어, 상기 금속 판재의 상기 굽힘부 표면을 촬영하는 제 1 센서부 및 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공된 상기 금속 판재의 굽힘 가공 전후의 상기 굽힘부 표면의 이미지를 상기 제 1 센서부로부터 제 1 이미지 신호로 인가 받고, 상기 제 1 이미지 신호를 디지털 이미지 상관법(DIC, Digital Image Correlation)으로 분석하여 상기 금속 판재의 상기 굽힘부 표면의 변형률을 산출하고 미세 크랙 발생 여부를 검출하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치{Metal plate bending processing test device}
본 발명은 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 금속 판재의 굽힘 가공 성형 시 굽힘부 표면의 미세 크랙 발생을 예측 및 검출할 수 있는 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 자동차 산업에서는 환경 및 연비 규제와 함께 안전기준이 계속해서 강화되고 있는 실정이다. 그 대책의 하나로서 강판의 고강도화에 의한 자동차 소재의 무게 감소를 도모하고 있다. 이에 따라, 고강도 강판인 초고장력강과 핫스탬핑강의 적용률이 꾸준히 증가하고 있는 추세로, 일반적으로, 초고장력강의 경우 전단가공 후 굽힘 성형 또는 드로잉 성형을 통하여 설계 디자인 요구사항에 적합한 형상으로 프레스 성형을 이용하여 가공하고 있다.
이러한, 프레스 성형을 이용한 초고장력강의 굽힘 성형 시, 굽힘부의 두께방향으로의 관통 크랙이 아닌 굽힘부 표면의 미세 크랙 발생 빈도의 증가 경향으로 단품의 성형성 및 조립품의 내구성능의 영향을 미칠 가능성이 높다. 이에 따라, ISO-7438(Metallic materials-Bend test) 등을 활용한 굽힘 시험을 진행하지만, 굽힘부 표면에 발생하는 미세 크랙을 예측하기에는 정밀도가 낮은 편으로서, 실질적으로 제품 제작처인 금형처나 부품 조립처의 굽힘부 미세크랙의 사전 검출 프로세스는 전무한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 초고장력강의 굽힘 성형 시 굽힘부의 두께방향으로 발생하는 관통 크랙이 아닌 굽힘부의 표면에 발생하는 미세 크랙을 예측 및 검출할 수 있는 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치가 제공된다. 상기 굽힘 가공 시험 장치는, 금속 판재의 적어도 일부분을 가압하여 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공하는 제 1 굽힘 가공부; 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공되는 상기 금속 판재의 굽힘부와 대응되는 위치에 형성될 수 있도록 상기 제 1 굽힘 가공부의 일측에 설치되어, 상기 금속 판재의 상기 굽힘부 표면을 촬영하는 제 1 센서부; 및 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공된 상기 금속 판재의 굽힘 가공 전후의 상기 굽힘부 표면의 이미지를 상기 제 1 센서부로부터 제 1 이미지 신호로 인가 받고, 상기 제 1 이미지 신호를 디지털 이미지 상관법(DIC, Digital Image Correlation)으로 분석하여 상기 금속 판재의 상기 굽힘부 표면의 변형률을 산출하고 미세 크랙 발생 여부를 검출하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 굽힘 가공부는, 상기 금속 판재의 하면을 지지하는 하부 다이; 및 상기 하부 다이의 상방에 승하강 가능하게 설치되고, 상기 하부 다이를 향하는 방향으로 하강하여 상기 하부 다이에 안착된 상기 금속 판재 상면의 적어도 일부분을 가압하여 굽힘 가공하는 제 1 펀치;를 포함하고, 상기 하부 다이는, 상기 제 1 펀치의 하강 시, 굽힘 가공되는 상기 금속 판재의 상기 굽힘부의 적어도 일부분 및 상기 제 1 펀치의 적어도 일부분을 수용할 수 있도록, 상기 제 1 펀치가 하강하는 위치와 대응되는 위치에 상기 제 1 펀치와 대응되는 형상으로 오목하게 형성되는 굽힘 성형부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하부 다이는, 상기 굽힘 성형부의 중심부로부터 상기 하부 다이의 하면을 관통하도록 형성되는 개방부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 센서부는, 상기 금속 판재의 상기 굽힘부의 표면을 촬영할 수 있도록, 상기 하부 다이의 하방에 상기 개방부와 대응되는 위치에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 펀치는, 상기 금속 판재를 점접촉 또는 선접촉에 의해 가압할 수 있도록 전체적으로 역삼각 형상으로 형성되고, 상기 금속 판재와의 접촉부가 둥근 모서리를 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 펀치의 상기 접촉부는, 0.1mm 내지 15mm의 반지름으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 개방부는, 0.1mm 내지 10mm의 폭과 0.1mm 내지 10mm의 높이를 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공된 상기 금속 판재의 상기 굽힘부의 적어도 일부분을 가압하여, 상기 제 1 굽힘 각도 보다 큰 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공하는 제 2 굽힘 가공부; 및 상기 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공되는 상기 금속 판재의 상기 굽힘부와 대응되는 위치에 형성될 수 있도록 상기 제 2 굽힘 가공부의 일측에 설치되어, 상기 금속 판재의 상기 굽힘부 표면을 촬영하는 제 2 센서부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 굽힘 가공부는, 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공된 상기 금속 판재의 일측을 지지하는 상기 하부 다이와 대향되게 형성되어 상기 금속 판재의 타측을 지지하는 상부 다이; 및 상기 하부 다이와 상기 상부 다이 사이에서 상기 금속 판재의 상기 굽힘부를 향하는 방향으로 전후진 가능하게 설치되고, 상기 금속 판재의 상기 굽힘부를 가압하여 상기 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공하는 제 2 펀치;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공된 상기 금속 판재의 굽힘 가공 전후의 상기 굽힘부 표면의 이미지를 상기 제 2 센서부로부터 제 2 이미지 신호로 인가 받고, 상기 제 2 이미지 신호를 디지털 이미지 상관법으로 분석하여 상기 금속 판재의 상기 굽힘부 표면의 변형률을 산출하고 미세 크랙 발생 여부를 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 금속 판재의 굽힘 반경 대비 소재 두께의 비율과, 상기 굽힘부 표면의 변형율과의 관계를 이용하여, 2차 함수식을 가지는 굽힘 한계선도 그래프를 산출할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초고장력강과 같은 금속 판재의 굽힘 가공 시 종래의 굽힘 가공 시험에서 도출한 성형한계도(Forming Limit Diagram)에서 예측 불가하였던 굽힘부 표면의 미세 크랙 발생을 예측 및 검출할 수 있다. 또한, 금속 판재의 굽힘 가공 시 발생할 수 있는 굽힘부 표면의 미세 크랙에 대하여 시험 방법, 측정, 예측 가능한 수학적 모델을 제시함으로써, 이에 따라 도출된 임계 굽힘 한계선도를 활용할 경우 자동차 부품 개발 시 제품 형상에 따른 굽힘부의 미세 크랙을 사전에 예측하여, 제품 개발에 소요되는 일정 및 비용을 절감할 수 있는 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치에서 금속 판재의 굽힘 가공을 시험하는 과정을 단계별로 나타내는 단면도들이다.
도 6은 도 1의 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치에서 측정된 변형률 값을 이용하여 도출된 굽힘 한계선도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 1의 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치에서 굽힘 시험된 금속 판재의 실제 결과를 나타내는 이미지이다.
도 8은 도 1의 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치에서 측정된 굽힘부 표면의 변형을 측정한 결과를 나타내는 이미지이다.
도 9는 도 8의 실험과 동일한 절차로 전산모사(Bending Simulation)를 통하여 도출된 굽힘부 표면의 변형을 예측한 결과를 나타내는 이미지이다.
도 10은 실제 자동차 부품 가공 시 발생하는 변위-하중 곡선과 굽힘 가공 시험 방법 별 변위-하중 곡선을 나타내는 그래프들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2 내지 도 5는 도 1의 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)에서 금속 판재(P)의 굽힘 가공을 시험하는 과정을 단계별로 나타내는 단면도들이다. 그리고, 도 6은 도 1의 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)에서 측정된 변형률 값을 이용하여 도출된 굽힘 한계선도를 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)는, 제 1 굽힘 가공부(10)와, 제 2 굽힘 가공부(20)와, 제 1 센서부(S1)와, 제 2 센서부(S2) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 굽힘 가공부(10)는, 금속 판재(P)의 적어도 일부분을 가압하여 금속 판재(P)를 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제 1 굽힘 가공부(10)는, 금속 판재(P)의 하면을 지지하여, 그 상부에 금속 판재(P)가 안착되는 하부 다이(11) 및 하부 다이(11)의 상방에 서보 모터와 같은 구동부(M)에 의해 승하강 가능하게 설치되고, 하부 다이(11)를 향하는 방향으로 하강하여 하부 다이(11)에 안착된 금속 판재(P) 상면의 적어도 일부분을 가압하여 굽힘 가공하는 제 1 펀치(12)를 포함할 수 있다.
또한, 하부 다이(11)는, 제 1 펀치(12)의 하강 시, 굽힘 가공되는 금속 판재(P)의 굽힘부(B)의 적어도 일부분 및 제 1 펀치(12)의 적어도 일부분을 수용할 수 있도록, 제 1 펀치(12)가 하강하는 위치와 대응되는 위치에 제 1 펀치(12)와 대응되는 형상으로 오목하게 형성되는 굽힘 성형부(11a)가 형성될 수 있다.
이러한, 굽힘 성형부(11a)는 제 1 펀치(12)를 기준으로 마주보게 대향되는 두 경사면으로 구성되어 전체적으로 “V”자의 골짜기 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 두 경사면이 이루는 각도는 상기 제 1 굽힘 각도와 동일할 수 있다.
이에 따라, 제 1 펀치(12)에 의해 상면 중심부가 가압되어 굽힘 가공되는 금속 판재(P)의 굽힘부(B)가 점점 굽힘 성형부(11a)의 내부로 하강하면서 굽힘부(B) 인근의 하면이 상기 제 1 굽힘 각도를 이루는 상기 두 경사면에 의해 지지됨으로써, 금속 판재(P)가 상기 제 1 굽힘 각도로 안정적으로 굽힘 가공될 수 있다.
또한, 하부 다이(11)는, 굽힘 성형부(11a)의 중심부로부터 하부 다이(11)의 하면을 관통하도록 형성되는 개방부(11b)가 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 개방부(11b)는, 0.1mm 내지 10mm의 폭(W)과 0.1mm 내지 10mm의 높이(H)를 가지도록 형성되는 일종의 홀(Hole)부로서, 개방부(11b)를 통해서 후술될 제 1 센서부(S1)가 금속 판재(P)의 굽힘부(B)를 촬영할 수 있다.
또한, 제 1 펀치(12)는, 금속 판재(P)의 중심부를 점접촉 또는 선접촉에 의해 가압할 수 있도록 전체적으로 역삼각 형상으로 형성되고, 금속 판재(P)와의 접촉부(12a)가 둥근 모서리를 가지도록 형성될 수 있다. 예컨대, 금속 판재(P)의 굽힘 성형을 용이하게 하고 제 1 펀치(12)에 의한 가압부에 손상이 발생하지 않도록, 제 1 펀치(12)의 접촉부(12a)는, 0.1mm 내지 15mm의 반지름으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 센서부(S1)는, 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공되는 금속 판재(P)의 굽힘부(B)와 대응되는 위치에 형성될 수 있도록, 제 1 굽힘 가공부(10)의 하부 다이(11)에 형성된 개방부(11b)에 설치되어, 금속 판재(P)의 굽힘 가공 시 금속 판재(P)의 굽힘부(B) 표면을 촬영할 수 있다.
이때, 제어부(30)는, 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공된 금속 판재(P)의 굽힘 가공 전후의 굽힘부(B) 표면의 이미지를 제 1 센서부(S1)로부터 제 1 이미지 신호로 인가 받고, 상기 제 1 이미지 신호를 디지털 이미지 상관법(DIC, Digital Image Correlation)으로 분석하여 금속 판재(P)의 굽힘부(B) 표면의 변형률을 산출하고 미세 크랙 발생 여부를 검출할 수 있다.
또한, 제 2 굽힘 가공부(20)는, 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공된 금속 판재(P)의 굽힘부(B)의 적어도 일부분을 가압하여, 상기 제 1 굽힘 각도 보다 큰 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제 2 굽힘 가공부(20)는, 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공된 금속 판재(P)의 일측을 지지하는 하부 다이(11)와 대향되게 형성되어 금속 판재(P)의 타측을 지지하는 상부 다이(21) 및 하부 다이(11)와 상부 다이(21) 사이에서 금속 판재(P)의 굽힘부(B)를 향하는 방향으로 전후진 가능하게 설치되고, 금속 판재(P)의 굽힘부(B)를 가압하여 상기 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공하는 제 2 펀치(22)를 포함할 수 있다.
아울러, 본 실시예에서는, 제 2 굽힘 가공부(20)가 제 1 굽힘 가공부(10)와 하나의 장치로 함께 구성되는 것을 예로 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고, 제 1 굽힘 가공부(10)와 제 2 굽힘 가공부(20)가 별도의 장치로 구성되는 것도 가능할 수 있다.
또한, 제 2 센서부(S2)는, 상기 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공되는 금속 판재(P)의 굽힘부(B)와 대응되는 위치에 형성될 수 있도록 제 2 굽힘 가공부(20)의 일측에 설치되어, 금속 판재(P)의 굽힘부(B) 표면을 촬영할 수 있다.
이때, 제어부(30)는, 상기 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공된 금속 판재(P)의 굽힘 가공 전후의 굽힘부(B) 표면의 이미지를 제 2 센서부(S2)로부터 제 2 이미지 신호로 인가 받고, 상기 제 2 이미지 신호를 디지털 이미지 상관법으로 분석하여 금속 판재(P)의 굽힘부(B) 표면의 변형률을 산출하고 미세 크랙 발생 여부를 검출할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)를 이용한 금속 판재(P)의 굽힘 가공 시험 과정을 보다 상세하게 설명하면, 먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 금속 판재(P)를 제 1 굽힘 가공부(10)의 하부 다이(11) 상면에 안착시킬 수 있다.
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 구동부(M)의 구동에 의해 제 1 펀치(12)가 하부 다이(11)를 향하는 방향으로 하강하여 금속 판재(P) 상면의 중심부를 가압함으로써, 금속 판재(P)를 90도로 설정된 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공할 수 있다.
이때, 제 1 센서부(S1)가 금속 판재(P)의 굽힘부(B)를 촬영하고, 제어부(30)에서 제 1 센서부(S1)로부터 금속 판재(P)의 굽힘 가공 전후의 굽힘부(B)의 표면의 이미지를 상기 제 1 이미지 신호를 실시간으로 인가 받음으로써, 금속 판재(P)의 굽힘 가공 과정에서 굽힘부(B) 표면의 미세 크랙 발생 여부를 실시간으로 검출하거나, 상기 제 1 이미지 신호를 이미지 상관법으로 분석하여 굽힘부(B) 표면의 변형률을 산출할 수 있다.
아울러, 금속 판재(P)의 소재가 180도 굽힘 가공한 소재일 경우, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 추가적인 굽힘 가공을 할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공된 금속 판재(P)를 90도 회전시킨 후, 하부 다이(11)와 상부 다이(21) 사이에 안착시킬 수 있다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 굽힘 가공부(20)의 제 2 펀치(22)가 전진하여 금속 판재(P)의 밴딩부(B) 내측을 가압함으로써, 금속 판재(P)를 180도로 설정된 상기 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공할 수 있다.
이때, 제 2 센서부(S2)가 금속 판재(P)의 굽힘부(B)를 촬영하고, 제어부(30)에서 제 2 센서부(S2)로부터 금속 판재(P)의 굽힘 가공 전후의 굽힘부(B)의 표면의 이미지를 상기 제 2 이미지 신호를 실시간으로 인가 받음으로써, 금속 판재(P)의 굽힘 가공 과정에서 굽힘부(B) 표면의 미세 크랙 발생 여부를 실시간으로 검출하거나, 상기 제 2 이미지 신호를 이미지 상관법으로 분석하여 굽힘부(B) 표면의 변형률을 산출할 수 있다.
이에 따라, 제어부(30)는, 금속 판재(P)의 굽힘 반경 대비 소재 두께(t)의 비율에 따른 변형률을 실측함으로써, 도 6에 도시된 바와 같이, [굽힘반경/소재두께]와 [굽힘부 표면의 변형률]과의 관계를 이용하여 아래의 [수식 1]의 2차 함수식을 가지는 굽힘 한계선도 그래프를 산출할 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00001
Figure pat00002
: 임계 굽힘한계 변형률
R: 굽힘반경
그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)는, 초고장력강과 같은 금속 판재(P)의 굽힘 가공 시 종래의 굽힘 가공 시험에서 도출한 성형한계도(Forming Limit Diagram)에서 예측 불가하였던 굽힘부(B) 표면의 미세 크랙 발생을 예측 및 검출할 수 있다.
또한, 금속 판재(P)의 굽힘 가공 시 발생할 수 있는 굽힘부(B) 표면의 미세 크랙에 대하여 시험 방법, 측정, 예측 가능한 수학적 모델을 제시함으로써, 이에 따라 도출된 임계 굽힘 한계선도를 활용할 경우 자동차 부품 개발 시 제품 형상에 따른 굽힘부(B)의 미세 크랙을 사전에 예측하여, 제품 개발에 소요되는 일정 및 비용을 절감하는 효과를 가질 수 있다.
도 7은 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)에서 굽힘 시험된 금속 판재(P)의 실제 결과를 나타내는 이미지이고, 도 8은 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)에서 측정된 굽힘부(B) 표면의 변형을 측정한 결과를 나타내는 이미지이다. 그리고, 도 9는 도 8의 실험과 동일한 절차로 전산모사(Bending Simulation)를 통하여 도출된 굽힘부(B) 표면의 변형을 예측한 결과를 나타내는 이미지이고, 도 10은 실제 자동차 부품 가공 시 발생하는 변위-하중 곡선과 굽힘 가공 시험 방법 별 변위-하중 곡선을 나타내는 그래프들이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)를 이용하여 금속 판재(P)의 굽힘 가공 시험을 한 결과, 제 1 센서부(S1) 및 제 2 센서부(S2)를 금속 판재(P) 굽힘부(B)의 표면에 발생하는 미세 크랙을 용이하게 검출할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제어부(30)에서 제 1 센서부(S1) 및 제 2 센서부(S2)의 이미지 신호를 디지털 이미지 상관법으로 분석하여 산출한 금속 판재(P) 굽힘부(B)의 표면의 변형율과, 전산모사(Bending Simulation)를 통하여 예측된 굽힘부(B) 표면의 변형률이 거의 유사한 것으로 나타나, 본 발명의 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)로 산출된 금속 판재(P) 굽힘부(B)의 표면의 변형률 값의 신뢰성을 확인할 수 있었다.
또한, 도 10의 (a)에 도시된 실제 자동차 부품 가공 시 펀치에 발생하는 변위-하중 곡선과, 도 10의 (b)에 도시된 본 발명의 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)의 굽힘 가공 시 펀치에 발생하는 변위-하중 곡선이 거의 유사한 패턴을 나타내는데 반해, 도 10의 (C)에 도시된 종래의 ISO-7438 굽힘 시험에 따른 변위-하중 곡선과 도 10의 (d)에 도시된 VDA238-100 굽힘 시험에 따른 변위-하중 곡선의 패턴이 상이한 것으로 나타났다.
이와 같이, 본 발명의 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치(100)에 따라 금속 판재(P)의 굽힘 시험을 할 경우, 실제 금속 판재(P)를 차체부품 또는 프레스 금형을 이용하여 가공 시 발생하는 변위-하중과의 가장 근접한 모드로 구현 가능함으로써, 실제 제품 가공 시와 동일한 조건하에서 평가를 진행하여 굽힘 가공 시험의 실효성을 더욱 증대시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 제 1 굽힘 가공부
11: 하부 다이
12: 제 1 펀치
20: 제 2 굽힘 가공부
21: 상부 다이
22: 제 2 펀치
30: 제어부
S1: 제 1 센서부
S2: 제 2 센서부
P: 금속 판재
B: 굽힘부
100: 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치

Claims (11)

  1. 금속 판재의 적어도 일부분을 가압하여 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공하는 제 1 굽힘 가공부;
    상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공되는 상기 금속 판재의 굽힘부와 대응되는 위치에 형성될 수 있도록 상기 제 1 굽힘 가공부의 일측에 설치되어, 상기 금속 판재의 상기 굽힘부 표면을 촬영하는 제 1 센서부; 및
    상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공된 상기 금속 판재의 굽힘 가공 전후의 상기 굽힘부 표면의 이미지를 상기 제 1 센서부로부터 제 1 이미지 신호로 인가 받고, 상기 제 1 이미지 신호를 디지털 이미지 상관법(DIC, Digital Image Correlation)으로 분석하여 상기 금속 판재의 상기 굽힘부 표면의 변형률을 산출하고 미세 크랙 발생 여부를 검출하는 제어부;
    를 포함하는, 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 굽힘 가공부는,
    상기 금속 판재의 하면을 지지하는 하부 다이; 및
    상기 하부 다이의 상방에 승하강 가능하게 설치되고, 상기 하부 다이를 향하는 방향으로 하강하여 상기 하부 다이에 안착된 상기 금속 판재 상면의 적어도 일부분을 가압하여 굽힘 가공하는 제 1 펀치;를 포함하고,
    상기 하부 다이는,
    상기 제 1 펀치의 하강 시, 굽힘 가공되는 상기 금속 판재의 상기 굽힘부의 적어도 일부분 및 상기 제 1 펀치의 적어도 일부분을 수용할 수 있도록, 상기 제 1 펀치가 하강하는 위치와 대응되는 위치에 상기 제 1 펀치와 대응되는 형상으로 오목하게 형성되는 굽힘 성형부;
    를 포함하는, 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하부 다이는,
    상기 굽힘 성형부의 중심부로부터 상기 하부 다이의 하면을 관통하도록 형성되는 개방부;
    를 더 포함하는, 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 센서부는,
    상기 금속 판재의 상기 굽힘부의 표면을 촬영할 수 있도록, 상기 하부 다이의 하방에 상기 개방부와 대응되는 위치에 설치되는, 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 펀치는,
    상기 금속 판재를 점접촉 또는 선접촉에 의해 가압할 수 있도록 전체적으로 역삼각 형상으로 형성되고, 상기 금속 판재와의 접촉부가 둥근 모서리를 가지도록 형성되는, 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 펀치의 상기 접촉부는, 0.1mm 내지 15mm의 반지름으로 형성되는, 금속 판재의 굽힘 가공 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 개방부는,
    0.1mm 내지 10mm의 폭과 0.1mm 내지 10mm의 높이를 가지도록 형성되는, 금속 판재의 굽힘 가공 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공된 상기 금속 판재의 상기 굽힘부의 적어도 일부분을 가압하여, 상기 제 1 굽힘 각도 보다 큰 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공하는 제 2 굽힘 가공부; 및
    상기 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공되는 상기 금속 판재의 상기 굽힘부와 대응되는 위치에 형성될 수 있도록 상기 제 2 굽힘 가공부의 일측에 설치되어, 상기 금속 판재의 상기 굽힘부 표면을 촬영하는 제 2 센서부;
    를 더 포함하는, 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 굽힘 가공부는,
    상기 제 1 굽힘 각도로 굽힘 가공된 상기 금속 판재의 일측을 지지하는 상기 하부 다이와 대향되게 형성되어 상기 금속 판재의 타측을 지지하는 상부 다이; 및
    상기 하부 다이와 상기 상부 다이 사이에서 상기 금속 판재의 상기 굽힘부를 향하는 방향으로 전후진 가능하게 설치되고, 상기 금속 판재의 상기 굽힘부를 가압하여 상기 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공하는 제 2 펀치;
    를 포함하는, 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 2 굽힘 각도로 굽힘 가공된 상기 금속 판재의 굽힘 가공 전후의 상기 굽힘부 표면의 이미지를 상기 제 2 센서부로부터 제 2 이미지 신호로 인가 받고, 상기 제 2 이미지 신호를 디지털 이미지 상관법으로 분석하여 상기 금속 판재의 상기 굽힘부 표면의 변형률을 산출하고 미세 크랙 발생 여부를 검출하는, 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 금속 판재의 굽힘 반경 대비 소재 두께의 비율과, 상기 굽힘부 표면의 변형율과의 관계를 이용하여, 2차 함수식을 가지는 굽힘 한계선도 그래프를 산출하는, 금속 판재의 굽힘 가공 시험 장치.
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