"나사산은 전 세계 제조 산업에서 최종 제품을 만들기 위해 부품의 연결과 결합에 크게 의존하는 만큼, 최종 제품의 강도와 내구성을 최적화하기 위해 부품 조립 과정에서 필요한 결합과 연결의 간극을 메워주는 구성 요소입니다."
나사산은 원통형 및 원추형 표면에 연속적으로 형성된 나선형 모서리로, 기계적 결합 및 제품 부품 연결에 사용됩니다. 용도에 따라 나사산은 내면 또는 외면에 형성됩니다. 외면에 형성된 나사산을 외측 나사산이라고 하고, 내면에 형성된 나사산을 내측 나사산이라고 합니다. 나사산 가공에는 크게 세 가지 방법이 있습니다., CNC 밀링, 선반을 이용한 나사 가공, 그리고 다이컷팅.
위치별 스레드 유형
나사산에는 간격 나사산, 기계 나사산, 래그 스크류, 셀프 태핑 스크류, ON 패스너, 나사 성형 스크류, U형 스크류 등 다양한 종류가 있습니다. 이 중 간격 나사산과 기계 나사산은 제조 산업에서 흔히 사용되는 유형입니다. 또한, 통합 나사산 시스템(Unified Screw Thread System)에 따르면 NC(굵은) 나사산과 UNF(가는) 나사산이 표준 나사산 분류입니다.
여기서는 내부적인 요인과 외부적인 요인에 대해 간략하게 논의해 보겠습니다.
내부 스레드
너트와 같은 체결 부품 내부를 따라 흐르는 나사산을 내나사라고 합니다. 내나사(암나사) 가공은 특수한 단일 날 나사 가공 공구를 사용하여 이루어집니다. 이와는 대조적으로, 일부 내나사는 탭이라고 하는 전통적인 공구를 사용하여 가공하기도 합니다. 내나사는 나사를 끼워 넣어 공작물에 고정시키는 역할을 합니다.
내부 나사 가공에 적합한 공칭 크기의 공구를 선택하고 최종 용도에 따라 나사를 만들 구멍의 직경을 확정하십시오.
이러한 실을 제조하는 동안 CNC 가공CAD 도면에서 실제 나사산 부분을 제거하고 주요 직경 프로파일만 남겨야 합니다. 주어진 관계식을 사용하여 탭핑에 필요한 직경을 계산하십시오.
코어 홀 직경 = 탭 직경 – 나사산 피치
또는,
탭 직경 = 코어 홀 직경 + 나사산 피치.
중심을 찾고 이전에 계산한 코어 홀 직경대로 구멍을 뚫은 다음, 탭 공구를 사용하여 구멍 가장자리에 탭을 내고 90도 카운터싱크로 모따기를 합니다. 이제 코어 홀에 돌려 넣어 연속 나사산을 만듭니다.
외부 스레드
나사산은 볼트와 같은 체결 부품의 축 바깥쪽을 따라 곡선으로 나 있습니다. 선반은 공작물에 외경 나사산을 가공하는 데 매우 효과적이고 널리 사용되는 기계입니다. 선삭이 가능한 모든 원통형 봉은 외경 나사산 가공에 적합합니다. 필요한 피치 깊이에 따라 공구를 선택할 수 있습니다.
외부 나사산 가공은 나사산 가공용 다이(원형 다이)를 선반에 고정하는 것으로 시작합니다. 먼저 모서리를 줄로 다듬고 45도 각도로 모따기합니다. 이제 절삭 공구로 공작물의 모서리를 살짝 건드린 후, 공구를 회전시켜 연속적인 나사산을 만듭니다.
내부 및 외부 스레드
공통 스레드 표준
나사산 가공은 일률적인 공정이 아닙니다. 용도에 따라 다양한 종류의 나사산이 필요할 수 있으며, 각 나사산은 고유한 특성과 적합성을 지닙니다. 다음은 일반적인 표준 나사산 유형입니다.
- 미터법 스레드: 전 세계적으로 널리 사용되는 미터 나사는 나사산 간격(나사산 사이의 거리)과 직경으로 정의됩니다. 단순성과 보편적인 수용성 덕분에 다양한 분야에서 활용됩니다.
- 통합 스레드: 이러한 실은 주로 미국과 캐나다에서 사용됩니다. UNC(Unified National Coarse)와 UNF(Unified National Fine) 나사산이 있으며, 각각 강도와 용도가 다릅니다.
- 휘트워스 스레드: 영국에서 유래한 휘트워스 나사는 55°의 나사산 각도를 가진 특유의 단면 형상이 특징입니다. 이러한 나사는 오래된 영국 기계 및 구조물에서 흔히 찾아볼 수 있습니다.
- 파이프 나사산: 이 나사산은 특히 파이프 및 부속품용으로 설계되어 액체 또는 가스 흐름에 대한 완벽한 밀봉을 보장합니다. 여기에는 NPT(National Standard Pipe Tapered) 및 BSPT(British Standard Pipe Tapered) 나사산이 포함됩니다.
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나사 가공 용어
나사 가공 용어
- 뿌리: 두 개의 조절 가능한 나사산이 바닥에 평평하거나 둥근 표면을 형성하며, 나사산 홈의 바닥면을 나사산뿌리라고 합니다.
- 문장실의 양쪽 면이 만나는 가장 바깥쪽 표면(실의 돌출 부분)
- 측면: 표면은 실의 뿌리와 끝을 연결하고 반대쪽 실과 접촉합니다.
- 나사산 각도: 축 평면에서 두 나사산의 인접한 두 측면이 이루는 각도를 나사산 각도라고 합니다.
- 트레드 깊이: 나사산의 끝과 뿌리 사이의 축 방향 거리를 나사산 깊이라고 합니다.
- 피치: 두 개의 동일한 실 사이의 거리
- 나선 각도: 실의 나선과 회전축에 수직인 선 사이의 각도
- 주요 직경: 외부 나사산의 마루(또는 내부 나사산의 뿌리)에 닿는 가상의 동축 원통의 직경
- 최소 직경: 외부 나사산의 뿌리(또는 내부 나사산의 마루)에 닿는 가상의 동축 원통의 지름
- 피치 직경: 장축과 단축의 평균
나사 가공 방법
나사산 가공을 하면 부품 간 나사 연결을 더 쉽게 만들 수 있습니다. 내부 나사산을 가공할 경우, 연결할 때 상대 부품이 제대로 삽입되어 고정될 수 있도록 해야 합니다.
나사산 가공에 가장 적합한 방법을 선택하는 것은 매우 중요하며, 기술적 난이도, 경제성, 시간 소모, 정확도, 공구 가용성 등 여러 요소를 고려해야 합니다.
CNC 밀링
CNC 밀링 밀링 가공은 내경 및 외경 나사산 모두에 사용할 수 있습니다. 나사 가공 공구의 원형 운동을 이용하여 측면 이동을 한 바퀴만 돌면서 나사산을 만듭니다. 이 방식은 다양한 크기의 나사산을 가공하는 데 사용되지만, 특히 큰 구멍에 가장 적합합니다. 밀링 가공으로 만든 나사산은 다음과 같은 특징을 가집니다. 높은 표면 마무리 그리고 정확한 치수 일관성을 갖습니다.
밀링을 이용한 나사 가공
나사 가공에는 솔리드 카바이드 공구와 인덱서블 공구 두 가지 유형의 효과적이고 널리 사용되는 공구가 있습니다. 이 공구들의 절삭날은 탭처럼 나선형이 아닌 평행하게 배열되어 있습니다. 다중 절삭날 나사 가공기는 한 번의 회전으로 구멍 전체를 가공하면서 나사산의 깊은 층까지 절삭합니다. 인덱서블 공구는 일반적으로 직경이 0.625인치 미만인 구멍에는 적합하지 않기 때문에 카바이드 공구는 주로 작은 구멍 가공에 사용됩니다. 그러나 높은 정밀도가 요구되지 않는 경우 카바이드 공구를 사용한 나사 가공은 다소 비용이 많이 듭니다. 인덱서블 공구는 공구 하나를 구입한 후 절삭날만 교체하면 되기 때문에 비용 효율성이 더 높습니다.
나사 밀링을 사용하면 여러 가지 이점이 있습니다. 탭핑은 하나의 공구로 다양한 직경에 접근할 수 있는 반면, 탭핑은 하나의 공구로 고정된 직경만 가공할 수 있으며, 직경이 큰 탭은 가격도 비쌉니다.
선반을 이용한 나사 가공
이 절삭 작업에는 초경 인서트가 장착된 단일 포인트 선삭 공구가 사용됩니다. 절삭을 진행하기 전에 선반 기계로 나사산을 절삭하는 데 필요한 피치, 리드, 깊이, 장축 및 단축 직경 등의 몇 가지 계산이 필요합니다.
선반 기계로 탭 가공을 할 때 가장 효과적인 방법은 탭 핸들을 사용하는 것입니다. 하지만 먼저 공작물을 척에 고정해야 합니다.
선반을 이용한 나사 가공
- 선반의 중심점에 나사 비트와 높이를 맞추십시오. 공구 비트는 공작물과 직각을 이루어야 합니다.
- 나사 가공 도구를 공작물에 조금 더 가까이 가져가십시오.
- 이제 핸들을 움직이세요. 예를 들어, 1mm 피치의 나사산을 만들려면 공작물이 한 바퀴 회전하는 동안 나사산 가공 공구가 1mm만큼 이동해야 합니다. 따라서 그에 맞춰 진행하세요.
나사산 다이 커팅
이는 대량 생산에 사용할 수 있고 높은 정확도나 품질이 요구되지 않는 간단하고 저렴한 나사산 가공 방식입니다. 나사산 가공용 다이를 사용하여 내부 나사산과 호환되는 외부 나사산을 만듭니다.
나사산 다이 커팅
다이를 사용하여 나사산을 가공하기 전에, 먼저 가공물의 한쪽 끝면을 45도 각도로 모따기해야 합니다. 이 작업은 기계 또는 수작업으로 할 수 있습니다. 그런 다음, 적절한 직경의 다이를 선택하고 가공물의 끝면에 다이를 장착한 후 다이 스톡에 단단히 고정합니다. 다이 스톡은 가공물의 길이를 따라 쉽게 회전하여 나사산을 만들 수 있도록 설계되었습니다.
나사산 가공용 다이는 금속 가공 및 제조 산업에서 마모된 구멍이나 볼트의 나사산을 복구하는 데에도 널리 사용됩니다. 다이를 사용하여 만든 나사산은 강도와 내구성을 향상시키는 동시에 공정 중 금속 잔류물 낭비가 적어 재료 비용을 절감합니다.
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키 스레드 디자인 팁
나사산 설계 시 몇 가지 간단한 고려 사항은 나사산 가공의 효율성, 정밀도 및 품질에 상당한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 균일한 공작물 표면을 확보하고 외부 나사산 가공 시에는 45도 모따기를 적용해야 합니다. 또한, 활용도를 높이기 위해 표준 크기의 낮은 높이의 나사산을 설계하고, 내압성을 고려하여 두께를 선택해야 합니다.
- 절삭 작업을 진행하기 전에 공작물의 표면이 길이 방향으로 균일한지 확인하십시오.
- 외부 나사산을 만들려면 절삭 전에 끝면을 45도 각도로 모따기해야 합니다. 내부 나사산의 끝부분에는 카운터싱크가 필요합니다.
- 향후 적용 분야에 대한 특별한 요구 사항이 없다면, 높이가 낮고 표준 크기의 나사산을 설계하는 것이 바람직합니다.
- 나사산 두께는 결합 시 발생하는 압력을 견딜 수 있도록 선택해야 합니다.
나사산 표면 마감
표면 마감 처리된 나사
가공이 완료된 후 나사산의 표면 마감 처리는 미적인 이유뿐만 아니라 제품의 전반적인 기능성을 향상시키고 수명을 연장하는 데 매우 중요합니다. 또한 부식 및 표면 손상을 방지하여 기계적 결합의 고장을 막는 최선의 방법입니다.
그림과 검은 산화물 마감 처리는 실의 표면을 처리하는 두 가지 효과적인 방법입니다. 하지만 도색은 흑색 산화 처리에 비해 수명이 짧습니다.
흑색 산화 마감
본질적으로 이는 나사산 표면에 미세한 자철석(Fe3O4) 층이 코팅된 것입니다. 흑색 산화물 코팅의 두께는 매우 얇기 때문에 치수 안정성, 설계 매개변수 또는 특성에 영향을 미치지 않습니다. 흑색 산화물 마감 처리를 위해 가공된 나사산 배치를 적절한 온도(130~150°C)의 알칼리성 염 용액에 담급니다.
다음은 실의 흑색 산화 처리 방법에 대한 단계입니다.
1. 알칼리성 수용액을 사용하여 나사산을 (일괄적으로) 세척합니다.
2. 알칼리성 용액은 나사산 표면과 반응하여 표면 마감을 손상시킬 수 있으므로 즉시 증류수로 세척하십시오.
3. 산성 세척액을 중화시키기 위해 다시 물로 헹궈주세요.
4. 실을 끓는 알칼리 용액에 5분에서 45분 동안 담그십시오.
5. 고압수를 사용하여 깨끗하게 세척한 후 건조시키십시오.
6. 나사산의 부식 방지 및 미관 개선을 위해 왁스, 오일, 래커 또는 기타 2차 코팅 재료를 도포하십시오.
7. 이제 스레드 배치가 대상 애플리케이션에서 사용할 준비가 되었습니다.
맺음말
나사 가공은 제조 공정에서 필수적인 부분입니다. 따라서 적절한 가공 방법을 선택하는 것은 매우 중요합니다. 이는 최종 용도, 기술적 가용성 및 경제적 타당성을 고려하여 결정해야 합니다. 다소 복잡해 보일 수 있지만, 결코 소홀히 할 수 없는 부분입니다.
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FAQ's
제조 과정에서 나사 가공이 중요한 이유는 무엇입니까?
나사 가공은 가장 효과적인 일체형 부품 제조 방법 중 하나입니다. 나사는 다양한 메커니즘과 제품 부품을 연결하는 데 필수적입니다. 나사 가공은 매우 간단한 구조로 여러 구성 요소의 접합부와 연결부를 강화합니다.
나사 가공에 널리 사용되는 기술은 무엇인가요?
밀링, 선반, 다이는 제조 산업에서 나사 가공에 가장 널리 사용되고 실용적인 기술입니다.
나사 가공에 가장 적합한 기술은 무엇입니까?
이는 나사산 크기, 적용 분야, 기술적 가용성, 경제적 타당성, 정확도 요구 사항 등 다양한 요인에 따라 달라집니다.
나사산의 표면 마감 처리가 중요한가요?
네, 녹 발생을 방지하고 연결부의 내구성을 높이며 미관상으로도 보기 좋게 하려면 필수적입니다.