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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 박판 스프링 용도로 사용되고 있는 재료 중 냉간 압연 강대인 SK5 CSP- H재와 스테인리스 강대인 STS301 CSP-EH재 및 동합금 재료인 양백 C7701-H재의 기계적 특성 및 굽힘성형성 평가 실험을 행하였다
제안 방법
- Table 2는 본 실험에서 사용한 굽힘 실험 조건을 나타낸 것이고, 굽힘 시험은 Fig.4에서 보는 바와 같은 만능재료시험기에 제작된 U형 굽힘 금형을 장착하여 실험속도는 10mm/min으로 행하였고, 이때 굽힘 하중과 변위의 관계는 재료시험기와 Interface된 컴퓨터에서 Data가 자동 저장되어 분석할 수 있도록 하였다.
- 이때 금형의 구조는 다이폭 (W)은 70mm, 다이 어께 반경 (Rd)은 5mm로 고정 하였고, 펀치 어께 반경(Rp)가 스프링 백에 미치는 영향을 고려할 수 있도록 (Rp)는 5mm와 10mm의 두 종류로 하였다. 또한, 틈새량(C)은 시험 조건에 따라 변화를 줄 수 있도록 제작 하였고, 틈새게이지를 사용하여 틈새량을 조절하였다. 이때 굽힘 깊이는 12mm로 일정하게 하였다.
- 본 실험에서 사용한 U 굽힘 시험편의 규격 및 형상은 Fig. 3과 같고, 시험재료의 압연 방향으로 시험편의 동일 규격화를 위해 프레스에서 블랭킹가공을 하였다. 이때, 시험편의 굽힘선 방향은 압연 방향에 직교하도록 하였다.
- 본 실험에서 적용한 굽힘 시험은 스프링 재료의 탄성복원력인 스프링 백을 측정하여 굽힘 성형성을 평가하기 위한 것으로 U 형 굽힘 실험을 실시하였다. 특히 U 형 굽힘 실험의 경우 굽힘 실험에 미치는 인자는 소재의 종류와 두께, 펀치와 다이 어께 반경, 다이 어깨 폭, 틈새, 성형 깊이 등을 고려해야 한다[12].
- 2와 같은 U굽힘 금형을 제작하여 실험에 사용하였다. 이때 금형의 구조는 다이폭 (W)은 70mm, 다이 어께 반경 (Rd)은 5mm로 고정 하였고, 펀치 어께 반경(Rp)가 스프링 백에 미치는 영향을 고려할 수 있도록 (Rp)는 5mm와 10mm의 두 종류로 하였다. 또한, 틈새량(C)은 시험 조건에 따라 변화를 줄 수 있도록 제작 하였고, 틈새게이지를 사용하여 틈새량을 조절하였다.
- 인장시험편의 규격 및 형상은 Fig.l과 같고, 시험편의 동일 규격화를 위하여 금형을 제작하여 프레스에서 블랭킹 가공을 하였다.
- 25mm 이상이면 충분한 것으로 고려되고 있다. 한편 본 실험재료의 경우 소재 두께(t)가 각각 다르기 때문에, 일정한 틈새량 (C)에 의한 각각의 소재 별 스프링백 의 영향을 비교하는데 문제가 있어서 본 실험에서는 순수 U 형 굽힘 특성인 틈새비[틈새량/소재두께 (C/t)] 가 C/t=l 인 경 우와, 틈새 량이 소재두께보다 작은 아이 어닝 가공 특성이 고려된 U형 굽힘 조건인 틈새비가C/t =0.3인 경우를 중심으로 스프링백 량을 비교 검토하였다[13].
대상 데이터
- 본 실험에서 사용한 박판 스프링재료는 박판 스프링 소재로 많이 사용되고 있는 재료중 냉간압연 후 850℃ 에서 15분간 유지하고 330℃의 염욕에서 15분간 유지 후, 공냉처리를 한 열처리 강대인 탄소공구 강대(SK5 CSP-H재)와 열간 코일에서 냉간압연을 하여 1150~1160℃에서 고용화 열처리를 한 후, 냉간 조질압연을 통하여 최종 사용두께를 결정하는 스테인리스 강대(STS301 CSP-EH 재) 및 비철금속 동합금계 재료인 C7701-H 재를 선정하였다.
데이터처리
- 실험 재료는 0.5m 이하의 박판이므로 경도값의 측정은 시험편을 마운팅 한 후, 미소 비커어스 경도계 [Model Future Tech. FM-기를 사용하여 100g 의 시험 하중 조건에서 측정회수는 10 회 실시하여 평균값을 구하였다[11].
성능/효과
- (1) SK5 CSP-H 재는 템퍼드-마르텐사이트 기지에 백색 탄화물조직이, STS301 CSP-EH 재는 오스테나이트 조직 이 매우 치 밀하고, 집합조직내에 많은 슬립 발생에 의한 쌍성조직을, C7701-H 재는 풀림쌍정이 a 결정입자에 발생한 다결정조직과 슬립밴드가 관찰되었다.
- (2) SK5 CSP-H 재의 경도값(Hv)은 473.9~489.4 의 범위에서, STS301 CSP-EH 재의 경도값(Hv)은 518.1 ~522.5 의 범위에서, C7701-H 재의 경도값(Hv)은 210.7 을 갖는다.
- (4) 굽힘 실험결과 굽힘 하중은 펀치어깨반경 (Rp)과 틈새비 (C/t)가 클수록 저하하는 경향을 갖으나, 이 현상은 시험편 두께가 큰 SK5 CSP-H재의 틈새비(C/t)가 0.3인 아이어닝 굽힘시험 조건에서 매우 크게 나타나며, 시험편 두께가 0.15mm 이하인 STS301 CSP-EH재 및 C7701-H재의 경우에는 동일 (Rp)조건에서 (C/t)가 0.3에서 1.25 및 1.875로 크게 증가하여도 굽힘하중은 큰 변화가 나타나지 않는다.
- (5) 굽힘성형성의 척도인 스프링백 량은 동일한 재질과 동일한 (Rp)의 조건에서도 두께가 얇을수록, 틈새비(C/t)가 클수록 증가함을 볼 수 있었고, 스프링백량은 시험재료 모두 펀치어께 반경비 (Rp/t)가 클수록 증가한다.
- 167.5kg0mitf 및 !48.5kgf/iwtf, 연신율은 7.9%이고, STS301 CSP-EH 재의 인장강도 및 항복강도는 각각 177.4~183.lkgf/mm2및 176.2~ 18L6kgf/mm2 , 연신율은 약 3.0-3.4%, C7701-H 재의 인장강도 및 항복강도는 각각 69.4kgf/mm2 및 68.7kgf/nmf, 연신율은 2.1% 이다.
- 3인 아이어닝 굽힘 시험조건에서 굽힘하중이 현저히 저하하였다. 또한 동일한 (Rp)조건에서도 시편 두께가 큰 SK5 CSP-H재는 (C/t)의 값이 증가할수록 굽힘하중은 현저히 저하하나, 시편 두께가 0.15mm 이하인 STS301 CSP-EH재 및 C7701-H재의 경우에는 (C/t)가 0.3에서 1.25 및 1.785로 크게 증가하여도 굽힘하중은 크게 저하하지 않고 있음을 알 수 있었다.
- 또한 틈새비(C/t)가 0.3 및 1.0 인 조건에서의 박판 스프링 용 소재 에 대한 스프링백 량과 펀치 어께반경비(Rp/t)의 관계식 을 각각 얻을 수 있었다.
- 또한 스프링백 량은 (Rp)가 큰 경우보다는 작은 경우에서, 소재 두께(t)가 얇은 STS301 CSP-EH 재 및 C7701-H 재가 소재 두께(t)가 상대적으로 큰 SK5CSP-H 재보다 (C/t)가 클수록 스프링백 량은더욱 크게 증가하고 있다. 실험결과 본 실험재료 중 스프링 백 량은 0.5mm 두께를 갖는 SK5 CSP- H 재가 (Rp)가 5mm 이 고, 틈새 비 (C/t) 0.3-1.0 조건에 서 스프링백 량이 37.9 °~38.7 °으로 발생 하여 굽힘 성형성이 가장 우수하였다.
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