KR19990051770A

KR19990051770A - 펀치 스트레칭에 의한 강판의 소성이방성 측정방법

Info

Publication number: KR19990051770A
Application number: KR1019970071152A
Authority: KR
Inventors: 박기철; 남재복
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 1999-07-05

Abstract

본 발명은 반구형의 금속 강체 펀치를 이용한 스트레칭(Stretching) 시험에 의하여 금속 강판의 소성이방성을 측정하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 펀치 스트레칭에 의한 강판의 소성이방성 측정 방법은, 금속 강판의 디프 드로잉(Deep Drawing)성을 나타내는 소성이방성 계수를 펀치 스트레칭 시험으로 측정하는 방법으로서, 변형율을 측정하기 위한 다수의 그리드(20)가 표면에 형성된 금속 강판 시험편(17)을 준비하고, 이 시험편을 상부다이(13)와 하부홀더(14) 사이에 배치하고 상부다이(13)를 하강시켜 시험편(17)을 구속하며,이어서, 펀치(16)를 상승시켜 시험편을 변형시키고, 변형된 시험편 표면의 그리드(20)의 주변형율과 부변형율을 측정하여 소성이방성 계수를 구하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

또한, 본 발명에서는 시험편(17)의 하면 중앙부와 펀치(16) 상면 중앙부에 마찰집중을 방지하기 위한 윤활제를 도포하며, 펀치(16)의 상승높이가 직경의 28%, 시험편(17) 길이가 펀치 직경의 2배, 시험편 표면에 형성된 그리드 직경은 2.5㎜이다.

Description

펀치 스트레칭에 의한 강판의 소성이방성 측정 방법

본 발명은 반구형의 금속 강체 펀치를 이용한 스트레칭 시험에 의하여 금속 강판의 소성이방성을 측정하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 한쪽 끝이 반구형인 형상을 가지는 원통 실린더형의 강체 펀치로 폭이 25㎜인 대상 강판을 변형시켜 그때의 강판 표면에 발생한 주방향 및 부방향의 변형율을 측정함으로써 대상 강판의 소성이방성 계수를 구하는 펀치 스트레칭(Punch Stretching)에 의한 강판의 소성이방성 측정 방법에 관한 것이다.

금속의 소성이방성을 나타내는 계수는 금속 강판이 소성변형을 받을 때, 강판의 두께 방향의 변형율에 대한 폭방향의 변형율 비를 나타내는 개념으로, 물리적으로는 강판이 변형될 때 소재 두께가 변화하면서 소재의 폭이 줄어드는 성질의 척도를 나타낸다.

이와같은 소성이방성 계수는 원통 또는 각통의 용기를 성형할 때 성형성을 결정하는 지배적인 재질 특성치의 하나이다.

도 1 (a)는 일반적인 용기 성형 공정인 디프 드로잉(Deep Drawing) 공정을 나타내는데, 상부 홀더(1)와 하부 다이(2) 사이에 배치된 금속강판(3)이 펀치(4)가 하강함에 따라 변형되어 도 1(b)와 같은 형상으로 성형이 진행된다. 이때 플랜지부(5)의 변형상태를 나타내는 도 1(c) 에서와 같이, 소재인 금속강판(3)은 펀치를 중심으로 폭방향 즉, 원주방향으로는 압축변형을, 길이방향으로는 인장변형을 받게 된다.

따라서 소재는 폭방향의 압축변형을 적극적으로 수용하여 플랜지부(5)에서의 두께(A)가 원판의 두께(B)보다 두꺼워지게 되는 것이 일반적인 경향이다.

그러나 압축변형을 수용하지 못하면 플랜지부(5)에서의 두께가 균일하게 두꺼워지는 것이 아니라 불균일한 두께 변형 즉, 주름이 발생하게 되어 전체적인 디프 드로잉 성형공정이 실패하게 된다.

따라서 이와 같은 디프 드로잉(Deep Drawing) 공정에서의 플랜지부의 균일한 두께증가를 결정하는 인자가 바로 금속강판의 소성이방성 계수(γ)로서 다음과 같이 정의 된다.

γ = ε_w/ε_t

여기서, ε_w는 폭방향의 변형율, ε_t는 두께방향의 변형율을 나타낸다.

상기 식에서 알 수 있듯이 소성이방성 계수가 클수록 두께방향 대비 폭 방향의 변형율이 크므로 플랜지부에서의 압축변형시 폭방향 변형이 쉽게 일어나 균일한 두께 증가를 얻을 수 있다.

금속 강판의 소성이방성 계수를 얻기 위한 종래의 공지기술로, 널리 사용되는 실험방법으로 인장시험법이 있다.

인장시험법에서는 도 2(a) 도시와 같은 형상으로 금속강판을 가공하고 좁은 폭내부의 일정거리(C)(표점거리라고 부름)를 표시해둔 인장시험편을 준비하고, 유압식 또는 기계식으로 구동되어 상,하로 인장력을 가할 수 있는 인장시험기의 시험편 물림용 척(Chuck)부에 도 2(a) 도시와 같은 시험편의 폭이 넓은 평행부(C)를 물리고 인장력(D)을 가하여 일정량만큼 당긴 후(통상 15%의 연신율을 줌) 얻어진 도 2(b)도시와 같은 변형된 시험편의 폭방향의 변형량(E)과 길이 방향 변형량(F)을 측정하여 소성이방성 계수를 구하는 방법이 사용되고 있다.

그러나 종래의 인장시험에 의한 소성이방성 계수 측정법에서는 균일한 인장력을 가할 수 있는 인장시험기를 보유하여야 할 뿐아니라 인장시험편을 준비하여야 한다.

인장시험편의 형상 및 가공법은 국베 규격으로 관리(금속박판의 경우ASTM E-8)되고 있을 정도로 시험편을 준비하기가 까다롭고 규격에서 약간이라도 벗어나게 제작된 시험편의 인장시험 결과는 아주 다른 값을 보이게 된다.

따라서 통상의 금속판재의 특성평가 업무에 종사하는 관련자들은 인장시험편을 규격에 맞게 제작하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있는데, 인장시험편은 크게 타발법과 밀링법에 의해 제작한다.

타발법은 미리 인장시험편의 형상과 일치하는 상,하형의 금형을 제작하여 타발에 의하여 제작하는 방법으로 제조되는 시험편의 형상이 금형의 사용 초기에는 항상 일정하고 쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있지만, 장기간 사용할 때 금형 마모에 의하여 규격에서 벗어나는 시험편이 제작되며, 시험대상이 되는 금속강판의 두께 범위에 따라 여러 벌의 적절한 상,하형 다이 간격을 가지는 금형을 준비하여야 하는 단점이 있다.

밀링가공에 의하여 인장시험편을 제조하는 밀링법은 정확한 치수를 얻을 수 있지만 시험편 준비에 많은 시간이 소요되기 때문에 특수 목적 이외에는 잘 사용되지 않고 있다.

본 발명은 상기 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 까다로운 시험편 준비절차가 필요없이 쉽게 금속강판의 소성이방성계수를 구할 수 있는 펀치 스트레칭에 의한 강판의 소성이방성 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1(a)는 통상의 소재의 디프 드로잉 시험 공정을 나타내는 도면,

도 1(b)는 공정 진행중 시험편의 형상을 나타내는 도면,

도 1(c)는 시험편 플랜지부의 변형 상태를 나타내는 도면,

도 2(a)는 통상의 인장시험법에 사용되는 변형전 시험편을 나타내는 도면,

도 2(b)는 변형후 시험편을 나타내는 도면,

도 3(a)는 본 발명의 소성이방성 측정 방법을 도시한 도면,

도 3(b)는 본 발명에 사용된 변형전의 시험편을 나타낸 도면,

도 3(c)는 본 발명에 사용된 변형된 시험편을 도시한 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

13:상부다이 14:하부홀더 15:비드 16:펀치

17:시험편 20:그리드

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 펀치 스트레칭에 의한 강판의 소성이방성 측정 방법은, 금속 강판의 디프 드로잉성을 나타내는 소성이방성 계수를 펀치 스트레칭 시험으로 측정하는 방법으로서, 변형율을 측정하기 위한 다수의 그리드(20)가 표면에 형성된 금속 강판 시험편(17)을 준비하고, 이 시험편을 상부다이(13)와 하부홀더(14) 사이에 배치하고 상부다이(13)를 하강시켜 시험편(17)을 구속하며,이어서, 펀치(16)를 상승시켜 시험편을 변형시키고, 변형된 시험편 표면의 그리드(20)의 주변형율과 부변형율을 측정하여 소성이방성 계수를 구하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 3(a)는 반구형 강체 펀치(Punch)를 이용한 스트레칭(Stretching) 시험의 예를 도시하는데, 상부다이(13)와 하부홀더(14) 사이에 금속강판 시험편(17)을 배치하고 반구형 펀치(16)를 상승시켜 시험편(17)에 스트레칭 변형을 가하는데, 이때 상부다이(13)를 하부홀더(14) 쪽으로 강하게 누름과 동시에 비드(15)를 형성하여 소재가 빨려 들어가지 않도록 하는 것이다.

본 발명은 이와 같은 강체 펀치를 이용한 금속강판의 스트레칭 시험으로부터 소성이방성을 측정하는 것으로 시험편의 준비 및 시험과정이 간단하다는 특징이 있다.

도 3(b)는, 도 3(a)의 시험편(17)의 변형전 형상으로, 본 시험법에 사용되는 시험편의 형상을 나타내는데, 도시와 같이 아주 단순한 모양을 하고 있으며 그 준비 과정도 간단하다.

즉, 대상이 되는 강판을 폭(G)이 25㎜, 길이(H)는 강체편치(16) 직경의 약 2배 정도인 스트립으로 절단하고, 시험후의 표면 변형율 측정을 위한 원형 또는 사각형의 그리드(20)를 형성하면 시험편 준비가 종료된다.

시험편의 폭은 여러번의 반복시험을 통하여 25㎜로 결정하였는데, 너무 폭이 좁은 경우 시험도중 시험편의 중간부가 끊어지고, 너무 넓은 경우는 강체 펀치(16)와 시험편(17) 사이에 마찰력이 작용해 정확한 인장변형 모드가 나타나지 않는다.

강체펀치(16)는 어느정도 이상의 직경을 가져야 변형후 시험편의 변형율을 용이하게 측정할 수 있는데, 본 발명에서는 75∼100㎜ 정도를 제안한다.

또한, 도 3(b) 도시와 같이, 시험전에 시험편에 형성하는 그리드(20)는 크기가 작을수록 정확한 표면 변형율을 나타낸다고 할 수 있으나 너무 작은 경우 측정이 어렵기 때문에 원형 그리드인 경우의 직경 또는 사각 그리드인 경우 한변의 길이를 각각 2.5㎜로 제한한다.

상기 설명한 바와 같이 펀치 스트레칭 시험 조건을 확립하고 시험편을 준비한 다음, 소성이방성계수를 구하는 순서에 대하여 이하 설명한다.

시험도중 도 3(a) 도시와 같은 펀치(16)와 시험편(17)의 접촉면에서의 마찰에 의한 변형구속을 방지하기 위하여 윤활성이 우수한 윤활제(우지가 가장 적합함)를 시험편(17)의 하면 중간부 및 펀치(16)의 상면 중앙부에만 도포한다.

이어서, 시험편(17)을 상부다이(13)와 하부홀더(14) 사이에 정확히 중심을 맞추어 배치한 다음, 상부다이(13)를 하강시켜 시험편(17)을 강하게 구속시킨다. 이때 구속력은 시험도중 시험편(17)의 양쪽 금형속에 물려 있는 부분이 빨려 들어가지 않을 정도이면 충분하다.

그 후, 펀치(16)를 상승시켜 시험편(17)을 변형시키는데, 이때의 펀치(16)의 상승 높이는 펀치 직경의 28%(예를들어, 직경 100㎜인 펀치로 소성이방성 계수를 구하는 실험을 하는 경우, 펀치의 상승 높이는 28㎜임)로 고정한다. 이와 같은 펀치의 상승 높이는, 앞에서 설명된 바와 같은 기존의 인장시험을 통하여 소성이방성계수를 구하고자 할 때 통상적으로 소재에 가하는 인장 연신율이 15%인 사실로 부터 결정되었다.

즉, 펀치 직경의 28%에 해당하는 펀치의 상승 높이를 얻었을 때 변형된 시험편 표면의 주변형율이 15%가 된다.

이상의 조건으로 시험이 왼료된 도 3(c) 도시와 같은 시험편(17) 표면의 변형된 그리드(20)의 주변형율(I)(ε_l에 해당) 및 부변형율(J)(ε_w에 해당)을 측정하여 다음 식으로 소성이방성 계수를 구한다.

γ = ε_w/ε_t= ε_w/- (ε_l+ ε_w)

위 식에서는 소성변형시의 체적불변의 법칙(ε_l+ ε_w+ ε_t= 0 )의 개념이 포함되었다.

이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

실시예

표 1은 기존의 인장시험법 및 본 발명에 의한 방법으로 구한 대표적인 3종의 냉간압연 강판에 대한 소성이방성 계수의 도출 결과를 나타내고 있다.

강판 종류	소성이방성 계수
강판 종류	종래의 인장시험법	본 발명예
EDDQ 0.8t	1.97	1.93
CQ II 0.7t	1.80	1.79
CHSP35E 0.7t	1.62	1.56

상기 표 1 로부터 알 수 있는 바와같이, 종래의 인장시험법보다 본 발명에 의한 값이 약간 낮은 경향을 보이나, 전체적으로 재질의 수준을 잘 나타내고 있다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 복잡한 시험편의 준비절차 없이 간단한 방법으로 금속강판의 소성이방성 계수를 측정할 수 있어서 금속 강판의 디프 드로잉성을 효과적으로 판단할 수 있으며, 강판 성형 작업과 관련된 현장에 유용하게 적용될 수 있다.

Claims

금속 강판의 디프 드로잉성을 나타내는 소성이방성 계수를 펀치 스트레칭 시험으로 측정하는 방법으로서, 변형율을 측정하기 위한 다수의 그리드(20)가 표면에 형성된 금속 강판 시험편(17)을 준비하고,

이 시험편을 상부다이(13)와 하부홀더(14) 사이에 배치하고 상부다이(13)를 하강시켜 시험편(17)을 구속하며,

이어서, 펀치(16)를 상승시켜 시험편을 변형시키고,

변형된 시험편 표면의 그리드(20)의 주변형율과 부변형율을 측정하여 소성이방성 계수를 구하는 것을 특징으로 하는 펀치 스트레칭에 의한 강판의 소성이방성 측정 방법.
제 1 항에 있어서, 시험편(17)의 하면 중앙부와 펀치(16) 상면 중앙부에 마찰집중을 방지하기 위한 윤활제를 도포하는 것을 특징으로 하는 펀치 스트레칭에 의한 강판의 소성이방성 측정 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 펀치(16)의 상승높이가 직경의 28%이며, 시험편(17) 길이가 펀치 직경의 2배이며, 시험편 표면에 형성된 그리드 직경은 2.5㎜인 것을 특징으로 하는 펀치 스트레칭에 의한 강판의 소성이방성 측정 방법.