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AR 월간 아카이브: 5월 2020
마이크로 인덴테이션으로 채굴 절차 개선
마이크로 인덴테이션 연구 및 품질 관리
암석 역학은 암석 덩어리의 기계적 거동을 연구하는 학문으로 광업, 시추, 저수지 생산 및 토목 건설 산업에 적용됩니다. 기계적 특성을 정밀하게 측정할 수 있는 고급 계측기를 사용하면 이러한 산업에서 부품 및 절차를 개선할 수 있습니다. 성공적인 품질 관리 절차는 마이크로 스케일에서 암석 역학을 이해함으로써 보장됩니다.
마이크로 들여쓰기 는 암반 역학 관련 연구에 사용되는 중요한 도구입니다. 이러한 기술은 암석의 특성을 더 깊이 이해함으로써 굴착 기술을 발전시킵니다. 마이크로인덴테이션은 채굴 절차를 개선하는 드릴 헤드를 개선하는 데 사용됩니다. 마이크로인덴테이션은 광물에서 분필 및 분말 형성을 연구하는 데 사용되었습니다. 마이크로인덴테이션 연구에는 경도, 영 계수, 크리프, 응력-변형률, 파단 인성 및 압축을 단일 장비로 측정할 수 있습니다.
측정 목표
이 응용 프로그램에서는 Nanovea 기계식 테스터 광물 암석 샘플의 비커스 경도(Hv), 영률 및 파괴 인성을 측정합니다. 암석은 표준 화강암 복합물을 형성하는 흑운모, 장석 및 석영으로 구성됩니다. 각각은 별도로 테스트됩니다.
결과 및 토론
이 섹션에는 여러 샘플의 주요 수치 결과를 비교하는 요약 표와 각 압입을 포함한 전체 결과 목록이 압입의 현미경 사진(가능한 경우)과 함께 제공됩니다. 이러한 전체 결과에는 경도 및 영 계수의 측정값이 평균 및 표준 편차와 함께 침투 깊이(Δd)로 표시됩니다. 표면 거칠기가 압흔과 동일한 크기 범위에 있는 경우 결과에 큰 변동이 발생할 수 있다는 점을 고려해야 합니다.
경도 및 파단 인성에 대한 주요 수치 결과 요약표
결론
나노베아 기계식 테스터는 광물 암석의 단단한 표면에서 재현성과 정밀한 압입 결과를 보여줍니다. 화강암을 구성하는 각 재료의 경도와 영 계수는 깊이 대 하중 곡선에서 직접 측정했습니다. 표면이 거칠기 때문에 미세 균열을 일으킬 수 있는 높은 하중에서 테스트해야 했습니다. 미세 균열은 측정에서 나타난 일부 변화를 설명할 수 있습니다. 샘플 표면이 거칠기 때문에 표준 현미경 관찰을 통해 균열을 감지할 수 없었습니다. 따라서 균열 길이를 측정해야 하는 전통적인 균열 인성 수치를 계산할 수 없습니다. 대신, 하중을 증가시키면서 깊이 대 하중 곡선의 전위를 통해 균열의 시작을 감지하는 시스템을 사용했습니다.
파단 임계 하중은 고장이 발생한 하중에서 보고되었습니다. 단순히 균열 길이를 측정하는 기존의 파괴 인성 테스트와 달리 임계 파괴가 시작되는 하중을 얻을 수 있습니다. 또한 제어되고 면밀히 모니터링되는 환경을 통해 경도를 측정하여 다양한 샘플을 비교하기 위한 정량적 값으로 사용할 수 있습니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
인라인 거칠기 검사
인라인 프로파일러를 통한 즉각적인 오류 감지
Surface roughness and texture is vital to the end-use of a product. Fast, quanti able, and reliable inline inspection of the product surface ensures detecting the defective products immediately so as to determine the work
conditions of the production line. It not only improves productivity and e ciency, but also reduces defect rates,
re-work, and waste.
인라인 거칠기 검사를 위한 비접촉식 프로파일러의 중요성
표면 결함은 재료 가공 및 제품 제조에서 발생합니다. 인라인 표면 품질 검사는 최종 제품의 가장 엄격한 품질 관리를 보장합니다. 나노베아 3D 비접촉 프로파일로미터 접촉 없이 샘플의 거칠기를 결정하는 고유한 기능을 갖춘 색채 공초점 기술을 활용합니다. 여러 프로파일러 센서를 설치하여 제품의 다양한 영역의 거칠기와 질감을 동시에 모니터링할 수 있습니다. 분석 소프트웨어에 의해 실시간으로 계산된 거칠기 임계값은 빠르고 안정적인 합격/불합격 도구 역할을 합니다.
측정 목표
이 연구에서는 포인트 센서가 장착된 나노베아 거칠기 검사 컨베이어 시스템을 사용하여 아크릴 및 사포 샘플의 표면 거칠기를 검사합니다. 생산 라인에서 실시간으로 빠르고 안정적인 인라인 거칠기 검사를 제공하는 나노비아 비접촉식 프로파일로미터의 성능을 보여줍니다.
결과 및 토론
컨베이어 프로파일로미터 시스템은 트리거 모드와 연속 모드의 두 가지 모드로 작동할 수 있습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 트리거 모드에서는 샘플이 광학 프로파일러 헤드 아래를 통과할 때 표면 거칠기가 측정됩니다. 이에 비해 연속 모드는 금속판이나 직물과 같은 연속 시료의 표면 거칠기를 중단 없이 측정합니다. 여러 광학 프로파일러 센서를 설치하여 다양한 샘플 영역의 거칠기를 모니터링하고 기록할 수 있습니다.
실시간 거칠기 검사 측정 중에는 그림 4 및 그림 5와 같이 소프트웨어 창에 합격 및 불합격 경고가 표시됩니다. 거칠기 값이 지정된 임계값 내에 있으면 측정된 거칠기가 녹색으로 강조 표시됩니다. 그러나 측정된 표면 거칠기가 설정된 임계값 범위를 벗어나면 강조 표시가 빨간색으로 바뀝니다. 이 기능은 사용자가 제품의 표면 마감 품질을 확인할 수 있는 도구를 제공합니다.
다음 섹션에서는 아크릴과 사포 등 두 가지 유형의 샘플을 사용하여 검사 시스템의 트리거 및 연속 모드를 시연합니다.
트리거 모드: 아크릴 샘플의 표면 검사
일련의 아크릴 샘플이 컨베이어 벨트 위에 정렬되어 그림 1과 같이 광학 프로파일러 헤드 아래로 이동합니다. 그림 6의 가색 보기는 표면 높이의 변화를 보여줍니다. 거울처럼 완성된 아크릴 샘플 중 일부는 그림 6b와 같이 거친 표면 질감을 만들기 위해 샌딩 처리되었습니다.
아크릴 샘플이 광학 프로파일러 헤드 아래에서 일정한 속도로 움직이면 그림 7과 그림 8과 같이 표면 프로파일이 측정됩니다. 측정된 프로파일의 거칠기 값은 동시에 계산되어 임계값과 비교됩니다. 거칠기 값이 설정된 임계값을 초과하면 빨간색 불합격 경고가 시작되어 사용자가 생산 라인에서 불량 제품을 즉시 감지하고 위치를 파악할 수 있습니다.
연속 모드: 사포 샘플의 표면 검사
그림 9와 같이 사포 샘플 표면의 표면 높이 맵, 거칠기 분포 맵, 합격/불합격 거칠기 임계값 맵을 확인할 수 있습니다. 사포 샘플은 표면 높이 맵에서 볼 수 있듯이 사용된 부분에 몇 개의 높은 피크가 있습니다. 그림 9C의 팔레트에서 다른 색상은 로컬 표면의 거칠기 값을 나타냅니다. 거칠기 맵에서 사포 샘플의 온전한 영역은 균일한 거칠기를 나타내는 반면, 사용된 영역은 진한 파란색으로 강조 표시되어 이 영역의 거칠기 값이 감소되었음을 나타냅니다. 그림 9D와 같이 이러한 영역을 찾기 위해 합격/불합격 거칠기 임계값을 설정할 수 있습니다.
사포가 인라인 프로파일러 센서 아래를 계속 통과하면 그림 10과 같이 실시간 로컬 거칠기 값이 계산되고 기록됩니다. 설정된 거칠기 임계값에 따라 소프트웨어 화면에 합격/불합격 경고가 표시되어 빠르고 신뢰할 수 있는 품질 관리 도구로 사용됩니다. 생산 라인의 제품 표면 품질을 현장에서 검사하여 결함이 있는 부분을 적시에 발견할 수 있습니다.
결론
이 애플리케이션에서는 광학 비접촉식 프로파일러 센서가 장착된 나노베아 컨베이어 프로파일로미터가 신뢰할 수 있는 인라인 품질 관리 도구로 효과적이고 효율적으로 작동하는 것을 보여주었습니다.
검사 시스템을 생산 라인에 설치하여 현장에서 제품의 표면 품질을 모니터링할 수 있습니다. 거칠기 임계값은 제품의 표면 품질을 판단하는 신뢰할 수 있는 기준으로 작동하여 사용자가 결함이 있는 제품을 제때 발견할 수 있도록 합니다. 다양한 유형의 제품에 대한 검사 요구 사항을 충족하기 위해 트리거 모드와 연속 모드의 두 가지 검사 모드가 제공됩니다.
여기에 표시된 데이터는 분석 소프트웨어에서 사용할 수 있는 계산의 일부만을 나타냅니다. 나노베아 프로파일로미터는 반도체, 마이크로일렉트로닉스, 태양광, 섬유, 광학, 자동차, 항공우주, 야금, 기계 가공, 코팅, 제약, 생의학, 환경 등 다양한 분야의 거의 모든 표면을 측정합니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
블록-온-링 마모 테스트
블록 온 링 마모 평가의 중요성
슬라이딩 마모는 하중을 받는 접촉 부위에서 두 소재가 서로 미끄러지면서 발생하는 점진적인 소재 손실입니다. 슬라이딩 마모는 자동차, 항공우주, 석유 및 가스 등 기계와 엔진이 작동하는 다양한 산업에서 필연적으로 발생합니다. 이러한 슬라이딩 동작은 표면에서 심각한 기계적 마모와 재료 이동을 유발하여 생산 효율성, 기계 성능을 저하시키거나 심지어 기계에 손상을 입힐 수 있습니다.
슬라이딩 마모에는 접착 마모, 2체 마모, 3체 마모 및 피로 마모와 같은 접촉 표면에서 발생하는 복잡한 마모 메커니즘이 포함되는 경우가 많습니다. 재료의 마모 거동은 정상 하중, 속도, 부식 및 윤활과 같은 작업 환경에 의해 크게 영향을 받습니다. 다재다능한 트라이보미터 다양한 실제 작업 조건을 시뮬레이션할 수 있는 것이 마모 평가에 이상적입니다.
Block-on-Ring(ASTM G77) 테스트는 다양한 시뮬레이션 조건에서 재료의 슬라이딩 마모 거동을 평가하는 널리 사용되는 기술로, 특정 마찰 공학 응용 분야에 대해 신뢰할 수 있는 재료 커플 순위를 지정할 수 있습니다.
Block-on-Ring(ASTM G77) 테스트는 다양한 시뮬레이션 조건에서 재료의 슬라이딩 마모 거동을 평가하는 널리 사용되는 기술로, 특정 마찰 공학 응용 분야에 대해 신뢰할 수 있는 재료 커플 순위를 지정할 수 있습니다.
측정 목표
이 응용 분야에서 나노베아 기계식 테스터는 스테인리스 스틸 SS304 및 알루미늄 Al6061 금속 합금 시료의 YS 및 UTS를 측정합니다. 샘플은 나노베아 압입 방법의 신뢰성을 보여주는 일반적으로 인정되는 YS 및 UTS 값을 위해 선택되었습니다.
S-10 링에 있는 H-30 블록의 슬라이딩 마모 거동은 Block-on-Ring 모듈을 사용하는 Nanovea 마찰계로 평가되었습니다. H-30 블록은 경도가 30HRC인 01 공구강으로 제작되는 반면, S-10 링은 표면 경도가 58~63HRC이고 링 직경이 ~34.98mm인 강철 유형 4620입니다. Block-on-Ring 테스트는 마모 거동에 대한 영향을 조사하기 위해 건조하고 윤활된 환경에서 수행되었습니다. USP 중질 미네랄 오일을 사용하여 윤활 테스트를 수행했습니다. 마모 트랙은 Nanovea를 사용하여 검사되었습니다. 3D 비접촉 프로파일로미터. 시험 변수는 표 1에 요약되어 있습니다. 마모율(K)은 K=V/(F×s) 공식을 사용하여 평가되었으며, 여기서 V는 마모량, F는 일반 하중, s는 슬라이딩 거리입니다.
결과 및 토론
그림 2는 건조하고 윤활된 환경에서 Block-on-Ring 테스트의 마찰 계수(COF)를 비교합니다. 블록은 윤활 환경보다 건조한 환경에서 훨씬 더 많은 마찰을 갖습니다. COF
첫 번째 50회전에서 런인 기간 동안 변동하고 나머지 200회전 마모 테스트에서는 ~0.8의 일정한 COF에 도달합니다. 이에 비해 USP 중질광유 윤활에서 수행된 Block-on-Ring 테스트는 500,000회전 마모 테스트 전체에서 0.09의 일정하고 낮은 COF를 나타냅니다. 윤활제는 표면 사이의 COF를 ~90배까지 크게 줄입니다.
그림 3과 4는 건식 및 윤활 마모 테스트 후 블록의 마모 흉터에 대한 광학 이미지와 단면 2D 프로파일을 보여줍니다. 마모 트랙 부피와 마모율은 표 2에 나와 있습니다. 200회전 동안 72rpm의 낮은 회전 속도에서 건식 마모 테스트를 거친 스틸 블록은 9.45mm˙의 큰 마모 흉터 부피를 나타냅니다. 이에 비해 광유 윤활유를 사용하여 500,000회전 동안 197rpm의 높은 회전 속도로 마모 테스트를 수행한 경우 마모 트랙 부피는 0.03mm˙로 훨씬 작아집니다.
그림 3의 이미지는 윤활 마모 테스트의 경미한 마모와 비교하여 건조한 조건에서 테스트하는 동안 심각한 마모가 발생하는 것을 보여줍니다. 건식 마모 테스트 중에 발생하는 높은 열과 강한 진동은 금속 파편의 산화를 촉진하여 심각한 삼체 마모를 유발합니다. 윤활 테스트에서는 미네랄 오일이 마찰을 줄이고 접촉면을 냉각시킬 뿐만 아니라 마모 중에 생성된 연마 파편을 멀리 이동시킵니다. 그 결과 마모율이 최대 8×10배까지 현저히 감소합니다. 이처럼 서로 다른 환경에서 내마모성에 큰 차이를 보이는 것은 실제 서비스 조건에서 적절한 슬라이딩 마모 시뮬레이션이 중요하다는 것을 보여줍니다.
테스트 조건에 작은 변화가 생기면 마모 거동이 크게 달라질 수 있습니다. 나노베아 트라이보미터의 다양한 기능 덕분에 고온, 윤활 및 마찰 부식 조건에서 마모를 측정할 수 있습니다. 고급 모터에 의한 정확한 속도 및 위치 제어를 통해 0.001 ~ 5000rpm 범위의 속도에서 마모 테스트를 수행할 수 있으므로 다양한 마찰 조건에서 마모를 조사하는 연구/테스트 실험실에 이상적인 도구입니다.
샘플의 표면 상태는 나노비아의 비접촉식 광학 프로로미터로 검사했습니다. 그림 5는 마모 테스트 후 링의 표면 형태를 보여줍니다. 슬라이딩 마모 과정에서 생성된 표면 형태와 거칠기를 더 잘 보여주기 위해 실린더 형태를 제거했습니다. 200 회전의 건식 마모 테스트 동안 3체 마모 공정으로 인해 상당한 표면 거칠기가 발생했습니다. 건식 마모 테스트 후 블록과 링은 각각 14.1 및 18.1 µm의 거칠기 Ra를 보였는데, 이는 더 높은 속도에서 장기간 500,000회전 윤활 마모 테스트의 5.7 및 9.1 µm와 비교했을 때 매우 높은 수치입니다. 이 테스트는 피스톤 링-실린더 접촉부의 적절한 윤활이 얼마나 중요한지 보여줍니다. 마모가 심하면 윤활을 하지 않아도 접촉면이 빠르게 손상되어 서비스 품질이 돌이킬 수 없을 정도로 저하되고 엔진이 파손될 수도 있습니다.
결론
본 연구에서는 ASTM G77 표준에 따라 Block-on-Ring 모듈을 사용하여 강철 금속 커플의 슬라이딩 마모 거동을 평가하기 위해 Nanovea의 마찰계가 어떻게 사용되는지 보여줍니다. 윤활제는 재료 쌍의 마모 특성에 중요한 역할을 합니다. 미네랄 오일은 H-30 블록의 마모율을 ~8×10ˆ, COF를 ~90배 감소시킵니다. Nanovea 마찰계는 다양한 기능을 갖추고 있어 다양한 윤활, 고온 및 마찰 부식 조건에서 마모 거동을 측정하는 데 이상적인 도구입니다.
Nanovea의 트라이보미터(Tribometer)는 하나의 사전 통합 시스템에서 선택적으로 사용할 수 있는 고온 마모, 윤활 및 마찰 부식 모듈과 함께 ISO 및 ASTM 규격 회전 및 선형 모드를 사용하여 정확하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공합니다. Nanovea의 탁월한 제품군은 얇거나 두꺼운 코팅, 부드럽거나 단단한 코팅, 필름 및 기판의 마찰 특성 전체 범위를 결정하는 데 이상적인 솔루션입니다.
