자동차 나사: 유형, 용도 및 선택 가이드

자동차 나사가 다른 이유

자동차용 나사 다음을 포함하여 차량 환경의 고유한 요구 사항을 견딜 수 있도록 특별히 설계된 패스너입니다. 지속적인 진동, -40°F ~ 300°F의 온도 변동, 오일, 연료 및 도로 염분에 대한 노출 . 표준 철물점 나사와 달리 자동차 등급 패스너는 미터식 나사의 경우 ISO 898-1, 인치 계열 패스너의 경우 SAE J429와 같은 엄격한 품질 표준을 충족해야 하며 일반적으로 150,000마일의 차량 수명 동안 조임력과 구조적 무결성을 유지해야 합니다.

자동차 산업에서는 대략적으로 사용합니다. 차량당 개별 패스너 3,500~5,000개 대시보드 구성 요소를 고정하는 작은 나사부터 서스펜션 시스템을 고정하는 중요한 구조용 볼트까지 다양합니다. 이러한 다양성을 위해서는 트림 패널용 스테인레스 스틸 셀프 태핑 나사부터 섀시 구성 요소용 10.9등급 고장력 볼트에 이르기까지 특정 응용 분야에 최적화된 다양한 재료, 코팅, 나사산 설계 및 헤드 구성이 필요합니다.

자동차 나사의 일반적인 유형과 용도

셀프 태핑 나사

셀프 태핑 나사는 재료에 삽입될 때 자체 나사산을 생성하므로 미리 태핑된 구멍이 필요하지 않습니다. 나사산 형성 나사는 절단 없이 재료를 대체하므로 도어 패널, 대시보드 및 내부 트림과 같은 플라스틱 부품에 이상적입니다. 나사산 절단 나사는 실제로 재료를 제거하고 펜더 부착물 및 차체 패널과 같은 판금 응용 분야에서 잘 작동합니다. 간격이 있는 나사산이 있는 AB형 나사는 일반적으로 플라스틱(인치당 나사산 2~4개)에 사용되는 반면, 나사산이 가는 나사산이 있는 B형 나사는 금속 응용 분야(인치당 나사산 8~15개)에 적합합니다. .

기계 나사

기계 나사는 미리 태핑된 구멍이나 너트에 끼워지며 엔진실, 변속기 어셈블리 및 브레이크 시스템에 널리 사용됩니다. 일반적인 헤드 스타일에는 일반 조립용 팬 헤드, 플러시 장착 요구 사항을 위한 플랫 헤드(카운터싱크), 렌치 또는 소켓 액세스가 필요한 높은 토크 응용 분야용 육각 헤드가 포함됩니다. 표준 자동차 기계 나사의 범위는 다음과 같습니다. 미터법 크기는 M4~M12이며, M6 및 M8이 가장 자주 사용되는 크기입니다. .

특수 자동차 나사

• Torx 및 Torx Plus: 더 나은 토크 전달을 제공하고 캠아웃을 줄이는 6포인트 스타 드라이브, Phillips 동급 제품보다 최대 50% 더 높은 토크 사양을 갖춘 최신 차량에 점점 더 많이 사용됨
• 보안 나사: Pin-in-Torx와 같은 변조 방지 헤드 또는 번호판 및 헤드라이트 어셈블리와 같은 도난 위험이 있는 구성 요소를 위한 단방향 설계가 특징입니다.
• SEMS 나사: 대량 생산 라인에서 흔히 볼 수 있는 조립 시간을 절약하고 적절한 설치를 보장하기 위해 와셔(잠금 와셔 또는 평와셔)가 사전 조립되어 있습니다.
• 어깨 나사: 스로틀 링키지 및 시트 조정 메커니즘의 피벗 포인트로 사용되는 헤드와 스레드 사이의 부드러운 숄더 섹션을 가집니다.

재료 등급 및 강도 분류

자동차 나사는 특정 성능 요구 사항에 맞게 선택된 다양한 재료로 제조됩니다. 나사 머리의 등급 표시는 인장 강도와 재료 구성을 나타냅니다.

SAE(인치) 패스너의 경우 등급 시스템이 다릅니다. 2등급(저탄소강, 60,000psi), 5등급(중탄소강, 120,000psi), 8등급(중탄소합금강, 150,000psi) . 5등급은 가장 일반적인 자동차 용도로 사용되는 반면, 8등급은 커넥팅 로드 및 플라이휠 볼트와 같은 중요한 고응력 애플리케이션용으로 예약되어 있습니다.

보호 코팅 및 표면 처리

보호되지 않은 강철 나사는 자동차 환경에서 몇 주 내에 녹슬게 됩니다. 표면 처리로 수명 연장 및 외관 유지 두께 5~20미크론 .

아연 도금

가장 일반적인 자동차 코팅인 아연도금(아연도금)은 96~720시간의 염수 분무 저항성 두께에 따라. 투명 아연은 내부 구성 요소에 대한 기본적인 보호 기능을 제공하며, 노란색 또는 검정색 아연 크롬산염 코팅은 향상된 내식성을 위해 추가 변환 층을 추가합니다. 그러나 환경 규제로 인해 전통적인 6가 크로메이트 마감재가 단계적으로 폐지되고 3가 크로메이트 대체 마감재로 대체되고 있습니다.

인산염 코팅

인산아연과 인산망간은 결정질 표면층을 형성하여 페인트 접착력을 향상시키고 가벼운 내식성을 제공합니다. 흑색 인산염(망간 기반)은 차량 조립 시 차체 색상으로 도색되는 나사에 자주 사용됩니다. 또한 이러한 코팅은 설치 중 마찰을 줄이고 나사산 마모를 방지합니다.

고급 코팅

• 기하학/Dacromet: 수소 취성 문제 없이 1,000시간의 염수 분무 저항성을 제공하는 아연-알루미늄 플레이크 코팅, 섀시 패스너로 점점 인기가 높아지고 있음
• 흑색 산화물: 최소한의 부식 방지 기능을 제공하지만 눈에 보이는 패스너에 탁월한 외관을 제공하고 광학 어셈블리의 빛 반사를 방지합니다.
• 무전해 니켈: 배기 매니폴드와 같은 고온 응용 분야에 사용되며 최대 750°F의 온도를 견딜 수 있습니다.
• 세라믹 코팅: 극한의 온도 저항(1200°F) 및 내화학성을 요구하는 성능 애플리케이션에 적용

나사 규격 및 피치 사양

나사산 설계는 조임력, 진동 저항 및 조립 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 최신 차량은 주로 미터법 ISO 스레드를 사용하지만 미국 제조업체는 여전히 특정 구성 요소에 대해 일부 SAE(통합) 스레드를 통합합니다.

메트릭 스레드 직경과 피치로 지정됩니다(M8 x 1.25는 직경 8mm, 나사산 간 1.25mm를 의미함). 거친 피치 나사(M8 x 1.25)를 사용하면 알루미늄과 같은 부드러운 소재에 더 빠른 설치와 더 나은 성능을 제공할 수 있으며, 미세한 피치 나사(M8 x 1.0)는 더 미세한 조정과 더 큰 인장 응력 영역을 제공하므로 벽이 얇은 부분에 이상적입니다. 자동차 산업은 대부분의 응용 분야에 대해 M6 x 1.0, M8 x 1.25, M10 x 1.5 및 M12 x 1.75의 특정 피치 조합으로 표준화되었습니다.

스레드 결합 길이 관절의 힘에 중요합니다. 일반적으로 맞물림은 강철의 경우 나사 직경의 1.5배, 알루미늄의 경우 2.0배, 플라스틱의 경우 2.5배와 같아야 합니다. 예를 들어, M8 나사는 다음과 같은 전체 인장 강도를 발휘하려면 강철에 최소 12mm의 나사 결합이 필요합니다. 등급 8.8의 경우 약 18kN .

자동차 애플리케이션 선택 기준

부하 요구 사항

패스너가 경험하게 될 실제 인장 및 전단 하중을 계산합니다. 동적 하중(진동, 충격)의 경우 안전계수 3-5를 적용합니다. 정적 구조 하중의 경우 2~3배가 일반적입니다. 기억해 토크 사양은 조임력에서 패스너 내하중의 70-90%를 생성합니다. 과토크가 가해질 경우 외부 부하를 위한 최소한의 여유분을 남겨둡니다.

환경 조건

습기, 염분, 극한 온도, 화학 물질 및 UV 방사선에 대한 노출을 평가합니다. 차체 하부 구성품은 최고의 부식 방지 성능(지오메트 또는 스테인레스 스틸)이 필요하고, 엔진 베이 패스너는 고온 저항(300°F 등급)이 필요하며, 내부 나사는 기본 아연 도금을 사용할 수 있습니다. 해안 차량 체험 5~10배 빠른 부식 속도 염분 노출로 인해 내륙 차량보다

재료 호환성

갈바닉 부식을 방지하려면 나사 재료를 모재 재료에 맞추십시오. 전해질(물, 염분)이 있는 상태에서 이종 금속이 접촉하면 양극성이 높은 금속일수록 부식이 가속화됩니다. 알루미늄 부품에는 스테인리스 스틸 또는 코팅 강철 나사를 사용하십시오. 플라스틱 어셈블리의 경우 플라스틱 유형의 나사 제거 토크를 고려하십시오. ABS 스트립은 대략 M5 나사의 경우 0.8Nm, 유리 충전 나일론은 2.5Nm를 허용합니다. .

조립 고려사항

1. 도구 접근: 오목한 부분에는 로우 프로파일 헤드나 내부 육각형(Allen)과 같은 특수 드라이브가 필요할 수 있습니다.
2. 설치 속도: 셀프 태핑 나사는 태핑 작업을 제거합니다. 캡티브 와셔가 있는 SEMS 나사로 부품 취급 감소
3. 토크 정확도: 중요한 조인트에는 TTY(토크 항복) 패스너 또는 토크 각도 사양이 필요합니다.
4. 서비스 용이성: 유지 관리를 위해 나사를 제거해야 합니까? 나사 고정 화합물과 정토크 기능은 풀림을 방지하지만 분해를 복잡하게 만듭니다.

토크 사양 및 설치 모범 사례

자동차 나사가 올바르게 작동하려면 적절한 토크가 필수적입니다. 토크가 부족하면 조인트가 분리되고 패스너가 느슨해집니다. 과도한 토크로 인해 나사산이 벗겨지거나 패스너가 파손되거나 재료가 손상될 수 있습니다. 자동차 패스너 고장의 약 85%는 잘못된 설치 토크로 인해 발생합니다. .

토크 값은 나사 크기, 등급, 나사산 피치, 코팅 및 마찰에 따라 달라집니다. 건식 M8 x 1.25 등급 8.8 나사에는 일반적으로 25Nm가 필요하지만 동일한 윤활 나사는 동일한 조임력을 달성하기 위해 20Nm만 필요할 수 있습니다. 항상 이러한 변수를 설명하는 제조업체 사양을 따르십시오.

스레드 잠금 방법

• 나일론 인서트 잠금 너트(Nyloc): 플라스틱 인서트는 마찰을 발생시킵니다. 교체가 필요하기 전까지 5~10회의 설치 주기 동안 효과적입니다.
• 변형된 스레드 패치: 나사산에 미리 도포된 레진은 설치 중에 경화되어 별도의 화합물 없이 화학적 잠금 기능을 제공합니다.
• 액체 스레드 로커: 서비스 가능한 조인트용 Loctite 243(중간 강도) 또는 영구 조립용 271(고강도)과 같은 혐기성 접착제
• 잠금 와셔: 스플릿 와셔와 톱니 와셔는 예전에 생각했던 것보다 덜 효과적입니다. 테스트 쇼 일반 와셔에 비해 최소한의 진동 저항 개선

설치 순서

실린더 헤드 또는 휠 장착과 같은 다중 패스너 조인트의 경우 중앙에서 시작하여 바깥쪽으로 작업하는 별 패턴을 따르십시오. 단계적으로 조이십시오: 첫 번째 패스는 50% 토크, 두 번째 패스는 75%, 최종 패스는 100%입니다. 이는 균일한 하중 분산을 보장하고 결합 표면의 뒤틀림을 방지합니다. 일부 중요한 패스너는 토크 각도 방법을 사용합니다. 즉, 초기 토크(꼭 맞는 사양)로 조인 다음 추가 각도(일반적으로 90-180°)를 회전하여 정밀한 클램프 하중을 얻습니다.

품질 표준 및 규정 준수 요구 사항

자동차 패스너 제조업체는 안전과 신뢰성을 보장하기 위해 엄격한 품질 표준을 준수해야 합니다. ISO/TS 16949(현재 IATF 16949) 품질 경영 시스템은 특히 자동차 생산 요구 사항을 다루고 있습니다. 히트 로트 번호를 통한 100% 치수 검증, 재질 인증 및 추적성 .

테스트 프로토콜에는 인장 테스트(파괴될 때까지 당기기), 내하중 테스트(항복 강도의 90%까지 하중), 경도 테스트(Rockwell 또는 Vickers) 및 내식성을 위한 염수 분무 테스트(ASTM B117)가 포함됩니다. 중요 안전 패스너는 Cpk 값이 1.67 이상인 통계 샘플링을 거칩니다. 백만 개의 기회당 0.6개 미만의 결함 .

위조 패스너는 심각한 안전 문제를 나타냅니다. 정품 자동차 나사에는 제조업체와 등급을 나타내는 추적 가능한 헤드 표시가 있습니다. OEM 패스너에는 식별을 위한 독점 표시나 색상이 포함되는 경우가 많습니다. 교체 나사를 조달할 때 공급업체 자격 증명을 확인하고 재료 인증을 요청하여 사양 준수를 확인하십시오.

자동차 패스너 기술의 새로운 동향

자동차 산업은 경량화, 조립 자동화 및 지속 가능성 목표를 달성하기 위해 패스너 기술을 지속적으로 혁신하고 있습니다.

경량 소재: 티타늄 패스너는 강도를 유지하면서 강철에 비해 무게를 40% 줄입니다. 하지만 대중 시장 차량의 경우 비용이 여전히 엄청나게 높습니다. 강화된 나사산이 있는 알루미늄 나사는 중요하지 않은 용도로 사용됩니다. 복합재 및 하이브리드 패스너는 최적화된 중량 대비 강도 비율을 위해 재료 유형을 결합합니다.

스마트 패스너: 내장된 센서는 볼트 장력, 온도 및 진동을 실시간으로 모니터링하여 데이터를 무선으로 전송합니다. 이 기술을 사용하면 상용차 및 고성능 애플리케이션에서 예측 유지 관리와 즉각적인 결함 감지가 가능합니다. 현재 구현 비용 센서 장착 패스너당 $50-200 그러나 생산 규모에 따라 중요한 조인트에 대해서는 경제적이 될 수 있습니다.

친환경 대안: 제조업체는 REACH 규정을 충족하는 재생 가능한 자원과 크롬이 없는 코팅을 사용하여 바이오 기반 나사 고정 화합물을 개발합니다. 일부 회사에서는 차량 분해 중 특정 조건(열, 화학물질 노출)에서 분해되는 폴리머를 사용하여 수명이 다한 재활용을 단순화하기 위해 분해 가능한 패스너를 탐색합니다.

고급 결합 기술: 플로우 드릴 나사 결합(폼 드릴링)은 나사 자체가 한 번의 작업으로 구멍을 만들고 탭핑함으로써 별도의 구멍 드릴링 작업을 제거하고 조립 시간을 다음과 같이 단축합니다. 판금 적용 분야의 경우 30-40% . 마찰 용접 나사는 회전 열을 통해 분자 결합을 생성하여 추가 실란트 없이 기밀 조인트를 생성합니다.