금속에 쓰는 나사산 성형 나사: 변수는 구멍입니다

표준 상황은 예상보다 복잡합니다

이미 존재하지 않는 문서를 인용하기 쉬우므로 이 부분부터 정리할 필요가 있습니다.

사람들이 놓치는 것은 폐지입니다. ISO 7085의 유럽판은 파단 토크와 경도 요구 사항의 기술적 문제 때문에 철회되었고 DIN 7500-1이 그 자리를 이어받았습니다. 따라서 “ISO 7085”를 지정한 도면은 아무것도 지정하지 않은 것입니다.

이왕 말이 나온 김에 하나 더 바로잡습니다. 저희도 잘못 알고 있었기 때문입니다. DIN 7500-1은 삼각엽형 단면을 규정하지 않습니다. 이 표준은 성능과 기술 조건에 관한 표준이며 나사 형상은 제조사가 정합니다. 삼각엽형은 시장에서 지배적인 구현일 뿐 표준이 요구하는 것이 아닙니다.

로브가 실제로 하는 일

흔한 설명, 그리고 저희가 초안에 쓴 설명은 삼각엽형 나사가 구멍에 세 점으로 닿으므로 성형이 간헐적으로 일어나고 그 사이에 재료가 이완된다는 것입니다. 실제로는 그렇지 않습니다.

나사가 돌면서 로브는 구멍 벽을 따라 연속적으로 쓸고 지나갑니다. 고정된 세 점이 있는 것이 아니며 성형 작용도 멈추지 않습니다. 로브 형상이 하는 일은 다음과 같습니다.

• 완전한 원형 단면에 비해 순간마다 접촉하는 면적을 줄입니다.
• 소성 성형 압력을 로브에 집중시킵니다.
• 마찰을 줄이고 따라서 성형 토크를 낮춥니다.
• 밀려난 재료를 지름이 작은 여유 영역으로 보내며, 로브가 지나간 뒤에는 탄소성 회복이 일어납니다.

유한 요소 연구는 체결 토크가 더 낮다는 점을 확인하고 이를 작은 접촉 면적 덕분으로 봅니다. 일반적으로 인용할 수 있는 백분율은 없습니다. 공급업체가 수치를 제시한다면 어떤 구멍, 어떤 재료, 어떤 두께에서 나온 값인지 물어보십시오.

모재 쪽에서 일어나는 일

여기서 두 가지는 근거가 충분하고 하나는 자주 과장됩니다.

흔히 인용되지만 저희가 보증할 수 없었던 세 가지 수치

이 수치들은 공급업체 자료에 등장하고 사양서에 그대로 옮겨지기 때문에 일부러 찾아보았습니다.

• “나사산 파손 토크는 체결 토크의 최소 3:1이어야 한다.” 이를 표준 요구 사항으로는 찾지 못했습니다. DIN 7500-1과 폐지된 ISO 7085의 성능 표는 최대 체결 토크를 나사 자체의 최소 파단 토크와 비교하며, 모재의 나사산 파손 토크와 비교하지 않습니다. 3:1이라는 수치는 특정 얇은 강판에 대한 제조사 시험 데이터에 나오며, 측정된 비율은 약 2.0:1에서 3.4:1이었습니다. 이는 제품, 구멍, 두께에 따른 값입니다.
• “나사산 성형은 나사산 절삭보다 인발 강도가 높다.” 두 나사 종류 사이에서는 입증되지 않았습니다. 신뢰할 만한 비교 연구는 성형 탭과 절삭 탭을 비교한 것입니다. 그중 하나는 C22 강에서 성형 나사산의 인장 강도가 약 27% 높다고 보고하지만, 이를 두 나사의 비교에 그대로 옮길 수는 없습니다.
• “성형에는 절삭 여유가 없다.” 저희가 직접 썼다가 삭제한 문장입니다. 표준화된 진술이 아니며 문서가 뒷받침하지 않는 정밀함을 암시합니다.

실제 차이가 드러나는 곳은 구멍입니다

여기에는 구체적인 것이 있습니다. 두 DIN 문서가 권장하는 구멍 공차를 비교해 보십시오.

성형용 구멍에는 폭의 약 60%~62.5%가 주어집니다. 실무상의 결과는 이렇습니다. 태핑 나사에는 여유 있게 맞던 같은 드릴 가공 공정이 나사산 성형 나사에 필요한 범위는 지키지 못할 수 있습니다.

근거로 볼 때 구멍 지름은 이 공정에서 가장 중요한 변수 중 하나이기도 합니다. 구멍을 키우면 성형 토크는 떨어지지만 나사산 충전율과 나사산 파손에 대한 여유도 줄어듭니다. 구멍을 줄이면 더 많은 재료를 밀어내야 하므로 성형 토크가 올라갑니다.

도면에 올리기 전에 정해야 할 것

• 조인트에 필요한 메커니즘 — 칩은 강도 문제인 동시에 오염 문제이며, 나사 종류 선택에서 다룹니다.
• 지름만이 아니라 구멍 지름과 그 공차. H11은 권장값이지 기존 드릴 가공 공정이 공짜로 내주는 결과가 아닙니다.
• 구멍을 만드는 방법. 같은 호칭 치수라도 펀칭 구멍과 드릴 구멍은 다르게 거동합니다.
• 사용 중 조인트를 분리하는지 여부. 체결하면서 만든 나사산은 재조립 때 전혀 다른 문제가 됩니다 — 나사 재사용을 참고하십시오.
• 양산 전 검증. 표준이 명시적으로 요구하기 때문입니다.

별도로 다뤄야 할 만큼 거동이 다른 플라스틱의 경우는 플라스틱용 나사를 참고하십시오. 이 결정이 다른 결정들 사이에서 어디에 위치하는지는 나사 사양을 빠짐없이 지정하는 방법(영어)에 있습니다.

참고 자료

• DIN 7500-1:2021-07 — ISO 미터 나사산용 나사산 성형 나사, 침탄 경화 및 뜨임 처리한 나사의 기술 사양, M2~M12
• DIN 7500-2:2016-04 — 구멍 지름 권장값, H11 권장, 검증 요구
• ISO 7085:1999 — 2010-02-10 폐지, 현재 유효한 ISO 대응 표준 없음
• ISO 1478:1999 — 태핑 나사의 나사산, ST1.5~ST9.5 나사산과 끝부분 치수
• DIN 7975:2016-04 — 금속에 쓰는 ST 태핑 나사의 구멍 데이터, H12
• DIN 7513 / DIN 7516 — ISO 미터 나사산을 가진 나사산 절삭 나사
• ISO 286-2 — H11과 H12의 공차 폭
• Stéphan 외, Journal of Materials Processing Technology, 2012; Mathurin 외, 나사산 성형 조립의 3D 유한 요소 모델링 — 성형 토크와 파일럿 구멍 지름
• Sarafraz 외, Engineering Failure Analysis, 2021 — 성형 암나사와 절삭 암나사의 비교

특정 조인트의 합격 여부는 도면과 표준이 요구하는 검증에 따릅니다.

나사를 표준이 아니라 형식 문자로 지정했다면 그 문자가 어느 체계에서 왔는지 확인하십시오 — 태핑 나사의 형식 문자에서 ISO와 ASME의 충돌을 다룹니다.

주물에서는 구멍이 지나는 벽이 균일하지 않으므로 구멍이 더 까다롭습니다. 다이캐스팅은 하나의 재료가 아닙니다.

이 글은 2단계: 나사산를 다룹니다. 전체 순서는 모재, 나사산, 머리, 구동부, 표면 처리, 문서이며, 순서를 바꾸면 재작업이 되는 이유는 영어 글 Specifying a screw에 설명되어 있습니다.

자주 묻는 질문

나사산 성형 나사란 무엇입니까?

모재 금속을 깎아 내지 않고 밀어내어 상대 나사산을 만드는 나사로, 칩이 나오지 않습니다. ISO 미터 나사산에 대해 현재 유효한 문서는 DIN 7500-1:2021-07이며 M2부터 M12까지의 침탄 경화 및 뜨임 처리 나사를 다룹니다. 이 표준은 성능과 기술 조건에 관한 표준으로 나사 형상을 규정하지 않는다는 점에 유의하십시오. 이런 나사와 흔히 연결되는 삼각엽형 단면은 시장에서 지배적인 구현일 뿐 표준 요구 사항이 아닙니다.

나사산 성형 나사에 관한 ISO 표준이 있습니까?

현재는 없습니다. ISO 7085:1999는 침탄 경화 및 뜨임 처리한 미터 나사산 전조 나사의 기계적 요구 사항과 성능 요구 사항을 다뤘지만 2010년 2월 10일 폐지되었고, 유럽판은 파단 토크와 경도 요구 사항의 기술적 문제로 철회되었습니다. DIN 7500-1이 이를 이어받았으므로 ISO 7085를 지정한 도면은 폐지된 문서를 지정하는 것입니다.

나사산 성형 나사에는 어떤 구멍이 필요합니까?

DIN 7500-2:2016-04는 나사산 크기, 모재, 유효 물림 길이별 구멍 지름을 표로 제시하며 H11을 권장합니다. 이는 제조사와 사용자 시험에서 얻은 권장값임이 명시되어 있으며, 성형부 형상, 물림 길이, 구멍을 만든 방법, 구멍 벽의 가공 경화가 모두 필요한 값을 바꾸므로 표준은 양산 전 검증을 요구합니다. 2016년판은 강과 알루미늄을 다루며 구리 데이터는 삭제되었습니다.

구멍 공차가 정말 태핑 나사보다 엄격합니까?

이 나사들을 직접 다루는 두 DIN 문서 안에서는 그렇습니다. DIN 7500-2는 나사산 성형에 H11을 권장하고, DIN 7975는 금속에 쓰는 ST 태핑 나사에 H12를 씁니다. ISO 286-2에 따르면 1 mm 초과 3 mm 이하에서 0.060 대 0.100 mm, 3 초과 6 이하에서 0.075 대 0,120, 6 초과 10 이하에서 0.090 대 0.150으로 폭의 약 60~62.5퍼센트입니다. 이 비교는 두 사양 사이의 것이며 모든 나사산 절삭 나사 형상과 재료에 통하는 보편 법칙은 아닙니다.

나사산 성형 나사가 나사산 절삭 나사보다 더 잘 고정됩니까?

두 나사 종류 사이에서는 이를 입증하지 못했습니다. 신뢰할 만한 비교 연구는 성형 탭과 절삭 탭을 비교한 것이며, 한 연구는 C22 강에서 성형 나사산의 인장 강도가 약 27퍼센트 높다고 보고하지만 이를 그대로 옮길 수는 없습니다. 실제 강도는 모재, 구멍 지름, 나사산 형상, 유효 물림 길이, 나사산이 얼마나 완전히 성형되었는지에 달려 있습니다. “성형이 더 잘 고정된다”는 말은 확립된 결과가 아니라 공급업체가 흔히 하는 주장으로 받아들이십시오.