Saint-Gobain 시험 역량

NORGLIDE^® 베어링은 마찰력이 낮은 PTFE층과 금속으로 이루어진 자체 윤활 플레인 베어링입니다. 소재의 구조는 금속층과 요구 조건에 맞춰 개발한 PTFE 복합물의 다양한 조합으로 제작됩니다.

RENCOL^® 톨러런스 링(Tolerance Ring)은 주로 원통형 결합 구성 요소의 조립에 사용됩니다. 베어링 및 기타 조립품의 간단한 조립에 사용가능하며, 풀리 또는 기어 마운트의 토크 전달도 가능합니다. 또한 잠재적인 과부하로 인해 부품 손상이 예상될 때, 손상을 방지하기 위한 슬립 클러치 역할도 가능합니다. 

SPRINGLIDE™ (스프링글라이드)는 강철 스프링 요소와 부드럽고 마찰이 적은 폴리머 층을 결합한 소재를 사용합니다.  SPRINGLIDE™ (스프링글라이드)는 공차 범위내에 존재하는 부품간의 간극을 없애주어 래틀 소음이 방지할 수 있습니다. SPRINGLIDE™ (스프링글라이드)는 NORGLIDE^®와 RENCOL^® 의 최신 기술을 활용하여 하나의 단순화된 제품으로 만들어졌습니다. 

당사의 선형 마찰 시험(LFT) 장비는 베어링과 관련된 선형 이동으로 인한 마찰 및 마모를 측정합니다. 저희가 보유한 LFT 중 자동차의 조향 부품 중 하나인 요크(YOKE)를 시험하기 위해 Saint-Gobain에서 제작한 '요크 테스터'(그림 2)가 있습니다. 해당 장비는 브레이크 시스템, 헤드 레스트 등의 자동차 산업과 다른 분야에서도 사용될 수 있습니다. 서로 다른 재료가 선형 동작으로 작동하는 제품에 대해 LFT 장비는 마찰 수준과 내구성을 시험할 수 있습니다. 시험은 실제 적용 상황을 반영하기 위해 하중, 작동 속도, 스트로크, 윤활 및 온도를 포함한 다양한 조건에서 수행 될 수 있습니다.

그림 2. ‘요크 테스터’ (선형 운동 시험 장비)

그림 3. 토크 테스터 (회전 운동 시험 장비)

토크 테스터(그림 3)는 회전(또는 비틀림) 마찰을 측정합니다. 전반적인 비틀림 마찰 외에도 서로 움직일 때 재료의 히스테리시스(변형)를 측정하고, 방향을 변경하거나 하중에 따른 토크 값을 측정할 수 있습니다. 자동차 부문의 제품으로는 힌지, 조향시스템의 센서 어셈블리 및 헤드업 디스플레이(HUD)의 피니언 어셈블리가 있으며, 다른 많은 시스템과 산업에서 사용이 될 수 있습니다. 시험에 사용하는 입력 토크, 회전 속도, 온도와 같은 요인은 다양할 수 있습니다.

그림 4. M15 토크 테스터

그림 5. Mecmesin 토크 테스터

그림 6. TL500 토크 테스터

당사의 플렉서블 테스트 베드(그림 7)는 전체 시스템의 마찰과 효율을 측정하며, 동시 선형, 회전,  진동 등의 복잡한 조합을 적용하여 시험 할 수 있습니다. 일반적으로 두 개의 선형 축과 하나의 회전 축이 움직임에 적용됩니다. 예를 들어 한 방향으로 여러 번 회전한 다음 중지한 후 반대로 동일한 작업을 수행하는 반복 패턴을 포함할 수 있습니다. 자동차 도어, 시트 및 조향 시스템 이 외에도 플렉서블 테스트 베드는 자전거 조향 장치와 태양광 발전 장비 등을 포함한 제품 시험에도 사용 가능합니다. 다양한 작동 움직임 조합과 함께 입력 토크 및 부하, 슬라이딩 및 회전 속도, 스트로크와 같은 요인을 변화하여 시험할 수 있습니다. 

그림 7. 플렉서블 테스트 베드 (여러가지 종류의 마찰과 효율 시험용)

그림 8. 공압 진동기 (내구 시험용)

추가적인 제품 시험 장비로는 공압 진동기가 있습니다.(그림 8). 당사의 공압 진동기는 최대 35Hz의 진동 선형 작동이 가능합니다. 이 장비는 기본 원리 시험과 제품 관련 시험 모두에 사용됩니다. 피로 파괴와 같은 재료 특성을 식별하기 위해 3점 굽힘과 같은 기본 원리 시험을 수행합니다. 제품 수준에서 공압 진동기는 완제품에 대한 피로 시험 또는 내구 수명을 검증하는 데 사용됩니다.

고정밀 현미경을 사용하여 시험 전후의 표면을 면밀히 조사하여 변경된 사항을 확인할 수 있습니다. 예를 들어, 손상 영역이나 한 표면에서 다른 표면으로 물질이 이동하는 영역을 찾을 수 있습니다. 우리가 보유한 장비는 에너지 분산 X선 분광법(EDS)을 사용하는 주사 전자 현미경(SEM)이 있습니다. (그림 9) 이는 매우 상세한 이미지를 제공할 뿐만 아니라 전사된 물질의 화학적 구성을 분석할 수 있습니다.

그림 9. 에너지 분산 X선 분광법(EDS)을 사용하는 주사 전자 현미경(SEM) – 표면 및 조성물을 식별

그림 10. 디지털 3D 현미경

그림 11. 공초점 3D 레이저 스캐닝 현미경

분석 작업의 또 다른 측면은 품질 관리입니다. 예를 들어, 제품의 모든 치수가 적용 전과 후, 생산 실행 전반에 걸쳐 정확해야 합니다. 3차원 측정기(CMM)를 사용하여(그림 12) 단일 지점 위치에서 제품의 전체 3D 모양에 이르기까지 무엇이든 측정할 수 있습니다.

그림 12. 3차원 측정기(CMM)

물리적 프로브가 제품을 측정하지 않고 광학 측정 장비를 사용할 수 있습니다. 영국 Bristol에는 OGP CNC 670이 있습니다(그림 14). 도면과 비교하여 기하학적 특성을 측정하고 확인할 수 있는 베드 및 프로그래밍 기능이 있습니다. 톨러런스 링, 지그, 고객 구성 요소 및 어셈블리를 측정하는 데 사용됩니다.

그림 14. OGP CNC 670 광학 측정 장비

당사는 염수분무실(그림 16)을 사용하여 베어링, 톨러런스 링(필요한 경우), 어셈블리 및 기타 내식성을 시험합니다. DIN EN ISO 9227에 따르면 이러한 가속 시험은 일반적으로 염화 나트륨 용액5%를 포함하며, pH는 6.5에서 7.2사이이며 35℃에서 실시됩니다. 녹에 대한 검사는 24 시간마다 한 번 이루어지며 검사 사이에는 시편에 염수를 지속적으로 분사합니다. 가장 일반적으로 시험은 적녹이 나타나는 데 걸린 시간을 측정합니다. 시험 결과는 적녹없이 24, 48, 72, 96, 120, 240, 480 또는 960 시간으로 명시될 수 있습니다.

적녹 외에도 50 개 이상의 다른 종류의 부식이 있습니다 - 그들의 외관 또는 원인에 따라 명명되었습니다. 베어링에 영향을 미치는 주요 종류는 표면, 틈새 및 이종금속 간 전위차에 의한 부식입니다.

실제 조건을 반영하기 위해 시험 장비 챔버의 온/습도 조건이 며칠의 주기에 따라 달라질 수 있습니다 - 예를 들어 OEM 사양에 따르면 소금 분무(비), 건조(태양), 높은 습도(안개)의 기간 등이 있습니다. 이 테스트는 일반적으로 6 주 또는 12 주 동안 지속됩니다. 우리는 또한 진흙과 기계적 스트레스와 같은 요인과 결합하여 전반적인 변수의 영향을 시험할 수 있습니다.

보다 자세한 부식 시험과 전기화학 시스템의 특성화를 위해 전기화학 임피던스 분광법(EIS)과 함께 전위차계를 사용할 수 있습니다. 이를 통해 우리는 전해질을 쉽게 변경할 수 있을 뿐만 아니라 산, 염기 또는 알칼리와 같은 특정 조건의 시험을 수행할 수 있습니다.

그림 16. 염수 분무 장비

Saint-Gobain에서 유한 요소 해석(FEA)은 다양한 허용 오차 및 작동 조건에 걸쳐 대표적인 하위 어셈블리의 처리, 조립 및 성능을 고려하여 제품 설계 및 개발을 지원하는 데 사용됩니다.

FEA는 물리적 프로세스를 가상화하여 시험을 보완하여 예측 기능을 제공하여 훨씬 광범위한 파라미터를 이해할 수 있습니다. 또한 물리적 테스트만으로는 불가능할 수 있는 통찰력을 얻을 수 있고 숨겨진 행동과 메커니즘을 드러낼 수 있습니다. 

그림 18은 결합 구성요소에 조립된 톨러런스 링의 정확한 표현과 함께 RENCOL^® 톨러런스 링 어셈블리의 시각화를 보여줍니다. 이러한 유형의 분석은 부품이 만들어지기 전에 최종 성능에 대한 조립 프로세스의 영향을 예측하는 데 도움이 될 수 있으며 ABAQUS를 기반으로 하는 고유한 FEA 도구를 사용하여 톨러런스 링 제품의 엔지니어가 일상적으로 수행할 수 있습니다. 

설계 프로세스에 사용되는 FEA뿐만 아니라, 사내 전문 FEA팀은 고객에게 특정 프로젝트 요구 사항을 지원하고 SPRINGLIDE™ 및 특정 NORGLIDE^® 등 신제품 개발을 지원하기 위한 새롭고 맞춤형 방법을 지속적으로 개발하고 있습니다.

간단한 예로, 압입 조립에 사용된 일부 회전 베어링에 대해 FEA를 지원하였습니다. 해당 FEA에 사용된 NORGLIDE^® 베어링은 PTFE 층과 back steel로 구성되어 있었습니다. NORGLIDE^® 베어링은 경쟁품은 플라스틱 구조만을 가지고 있었습니다. 베어링이 삽입된 금속 링크의 압력은 플라스틱 제품을 통해 바로 전달되어 내부 및 외부 표면 모두에 넓은 선 접촉 응력을 생성하였습니다. NORGLIDE^® 제품에서 PTFE는 압력을 고르게 분산시켰고, 그 결과 강철 외부 표면에는 선 접촉 응력이 발생하지만 PTFE 내부 표면에는 응력이 없었습니다.

그림 18. 톨러런스 링 조립품의 FEA 결과 (Von-Mises Stresses)

위의 내용에서 언급된 시험은 기본 원리 시험을 통해 얻은 필수 지식을 기반으로 합니다. 우리는 재료의 강성과 강도 특성을 결정하기 위해 사용되는 보편적 인장/압축 시험 장비를 가지고 있습니다. (그림 20) 우리는 또한 재료 밀도, 경도 및 표면 거칠기를 측정하는 장비가 있습니다. 

그림 20. 인장 시험기

트라이보미터와 함께 기본 원리 시험에는 JBT(저널 베어링 시험기)를 사용하여 수행됩니다(그림 22). 이 시험은 마찰 계수(COF)와 슬라이딩 베어링의 마모 성능을 결정하는 데 사용됩니다. 다양한 시장의 광범위한 작동 조건을 반영한 여러가지 작동 조건에서 시험이 수행됩니다.

그림 22. 저널 베어링 시험기(JBT)