나사는 어떻게 만들어지나요? 와이어부터 완성된 패스너까지

나사가 만들어지는 방법(먼저 명확한 답변)

대부분의 현대식 나사는 강선을 머리 부분과 자루 부분으로 성형한 후 표면에 나사산을 감은 다음 열처리(필요한 경우), 표면 마감, 검사를 거쳐 대량 생산됩니다. 가장 많은 양이 처리되는 경로는 와이어 → 냉간 압조 → 나사 압연 → 열처리(필요에 따라) → 코팅/도금 → 품질 관리 → 포장입니다.

이 방법은 재료를 절단하는 대신 변형을 통해 금속을 형성하기 때문에 빠르고 일관되며 낭비 효율적입니다. 특수 나사(특이한 합금, 특이한 형상, 매우 작은 런)의 경우 가공이 일부 단계를 대체할 수 있지만 핵심 목표는 동일하게 유지됩니다: 정확한 치수, 강한 나사산 및 제어된 표면 특성.

올바른 원료 선택

스크류 성능은 재료 선택에서 시작됩니다. 공장에서는 일반적으로 필요한 강도, 내식성 및 성형성에 맞는 코일형 와이어(또는 와이어로 끌어올릴 막대)를 받습니다.

일반적인 나사 재료와 용도

• 저/중탄소강: 경제적인 범용 나사; 내식성을 위해 종종 도금됩니다.
• 합금강: 고강도 패스너; 일반적으로 목표 경도를 위해서는 열처리가 필요합니다.
• 스테인레스강(예: 18-8/304, 316): 내식성; 일반적으로 합금강과 같이 매우 높은 경도로 열처리되지 않습니다.
• 황동/알루미늄: 전기, 화장품 또는 무게에 민감한 응용 분야; 일반적으로 강철보다 강도가 낮습니다.

일관성에 영향을 미치는 와이어 준비

성형하기 전에 와이어는 종종 청소되고 윤활 처리(또는 코팅)되므로 찢어짐 없이 다이에서 예상대로 흐를 수 있습니다. 작은 와이어 변동이 성형 및 나사 가공 후에 더 큰 변동이 되기 때문에 직진성과 직경 제어가 중요합니다. 많은 생산 환경에서 와이어 직경은 다음과 같이 제어됩니다. ±0.02mm ~ ±0.05mm (크기 및 표준에 따라 다름)은 다운스트림 치수를 안정적으로 유지하기 위한 일반적인 목표입니다.

단계별: 와이어에서 헤드 블랭크까지

첫 번째 주요 제조 단계에서는 냉간 성형을 통해 "블랭크"(나사산이 없거나 일부 특징이 있는 나사 모양의 부품)를 만듭니다. 냉간 성형은 가공 경화를 통해 금속을 강화하고 매우 높은 처리량을 가능하게 합니다.

콜드 헤딩(헤드 및 생크 형성)

냉간압조에서는 절단 도구를 사용하여 짧은 길이의 와이어를 절단한 다음 펀칭 및 다이를 통해 와이어의 모양을 변경하여 나사 머리와 자루로 만듭니다. 멀티 스테이션 헤더는 연속 히트에서 복잡한 헤드(팬, 육각, 접시형)와 형상(플랜지, 와셔, 언더헤드 반경)을 형성할 수 있습니다. 규모를 시각화하는 실용적인 방법: 대용량 헤더는 일반적으로 다음 범위에서 작동합니다. 분당 100~400개 부품 나사 크기와 복잡성에 따라 다릅니다.

구동 홈 또는 헤드 기능

드라이버 기능(Phillips, Torx 스타일, 육각 소켓, 사각형)은 일반적으로 헤딩 중에 모양의 펀치를 사용하여 펀치됩니다. 이것이 바로 리세스 품질이 펀치 마모, 윤활 및 정렬에 크게 좌우되는 이유입니다. 오목한 부분이 "부드럽게" 보이거나 쉽게 움푹 들어간 경우, 근본 원인은 종종 공구 마모나 잘못된 펀치 깊이 때문입니다.

스레드 롤링: 스레드가 실제로 형성되는 방식

헤딩 후 대부분의 나사는 절단보다는 롤링을 통해 나사산을 얻습니다. 스레드 롤링은 금속을 변위시켜 나선형 프로파일을 각인하는 경화된 다이 사이의 블랭크를 누릅니다. 롤링된 실은 일반적으로 절단된 실보다 강합니다. 그레인 흐름이 나사산 모양을 따르고 표면이 기계 가공에 의해 노치가 발생하는 대신 냉간 가공되기 때문입니다.

두 가지 일반적인 롤링 설정

• 플랫 다이 롤링: 2개의 플랫 다이(하나는 고정식, 하나는 왕복식). 나사 및 고속 생산에 매우 일반적입니다.
• 원통형 다이 롤링: 블랭크를 롤링하는 원형 다이입니다. 직경이 더 크거나 특수 나사 형태에 사용되는 경우가 많습니다.

스레드 롤링 중 공장에서 제어하는 사항

주요 제어 요소는 블랭크 직경(압연 전), 다이 형상, 공급/압력 및 윤활입니다. 공백이 너무 크면 스레드가 너무 많이 채워질 수 있습니다. 너무 작고 실이 얕습니다. 실제 QC에서 공장에서는 게이지, 광학 비교기 또는 자동화된 비전 시스템을 사용하여 나사산 피치 정확도와 주요/소 직경을 추적하는 경우가 많습니다. 특히 작은 피치 오류로 인해 교차 스레드가 발생할 수 있는 작은 나사의 경우 더욱 그렇습니다.

열처리: 성형된 나사를 강력한 패스너로 전환

모든 나사가 열처리되는 것은 아니지만 많은 고강도 탄소강 및 합금강 나사가 열처리됩니다. 열처리에는 일반적으로 목표 강도와 인성의 균형을 달성하기 위한 경화(오스테나이트화 및 담금질) 및 템퍼링이 포함됩니다.

일반적인 목표와 그것이 중요한 이유

열처리를 해석하는 실용적인 방법은 경도입니다. 너무 부드럽고 실이 벗겨집니다. 너무 단단하면 나사가 부서지기 쉽습니다. 많은 경화 강철 나사는 다음과 같은 넓은 경도 범위에 위치합니다. HRC 28–45 등급과 사용 사례에 따라 다르지만 스테인리스 나사는 높은 경도보다 합금 화학 및 냉간 가공에 더 많이 의존하는 경우가 많습니다.

열처리 공장에서 흔히 발생하는 함정을 예방하려고 노력합니다.

• 왜곡: 고정, 부하 밀도 및 담금질 전략에 의해 제어됩니다.
• 탈탄: 표면 탄소 손실은 나사 측면을 약화시킬 수 있습니다. 대기 제어는 위험을 줄입니다.
• 수소 취성 민감도: 경화강 도금 시 특히 관련이 있습니다(지정된 경우 공정 제어 및 베이킹으로 관리).

마감 및 코팅: 부식 방지 및 일관된 토크

마무리는 미학 그 이상입니다. 코팅은 내식성, 마찰 및 일관된 설치 토크 느낌에 영향을 미칩니다. 많은 어셈블리에서 마찰 제어는 과도한 토크, 헤드 스냅 또는 일관되지 않은 클램프 하중을 방지하는 것입니다.

일반적인 마무리와 그 역할

• 아연 도금: 일반 부식 방지; 종종 패시베이션/탑코트와 짝을 이룹니다.
• 인산염 오일: 윤활성을 향상시키고 마모를 줄입니다. 특정 구조 또는 자동차 용도에 일반적입니다.
• 기계적 아연 도금 또는 아연 플레이크 시스템: 더 두꺼운 보호 또는 특정 부식 사양이 필요한 곳에 사용됩니다.
• 흑색 산화물: 최소한의 부식 방지; 종종 외관과 가벼운 윤활성을 위해 선택됩니다.

사양 스타일 측정항목의 실제 예

코팅 요구사항은 종종 측정 가능한 용어로 작성됩니다. 구매 사양에서 볼 수 있는 예로는 코팅 두께 목표(일반적으로 5~12μm 표준에 따라 특정 아연 시스템의 범위) 및 염수 분무 시간과 같은 부식 테스트 요구 사항이 있습니다. 이 숫자는 표준과 응용 분야에 따라 다르지만 요점은 일관됩니다. 마무리는 다른 기능적 차원과 마찬가지로 제어됩니다.

품질 관리: 제조업체가 나사가 "올바른지" 확인하는 방법

Screw QC는 빠른 진행/불실행 확인과 주기적인 심층 측정을 혼합합니다. 대용량 라인은 인라인 감지(시각, 힘 모니터링)와 치수 및 기계 테스트를 위한 샘플링 계획을 결합하는 경우가 많습니다.

기대할 수 있는 치수 검사

• 헤드 직경/높이 및 언더헤드 기능: 캘리퍼, 광학 측정 또는 게이지.
• 나사 맞춤: 피치 직경과 기능적 맞물림을 확인하기 위한 GO/NO-GO 나사 게이지.
• 길이 및 포인트 형상: 셀프 태핑 또는 나무 나사에 특히 중요합니다.

생산 로트에서 일반적으로 사용되는 기계적 테스트

1. 경화 등급의 열처리 결과를 확인하기 위한 경도 테스트.
2. 헤드/홈이 기대 이하로 파손되지 않도록 보장하는 비틀림 강도(고장까지의 구동).
3. 인장 또는 쐐기 테스트(표준에서 요구하는 경우)를 통해 최고의 강도와 연성을 확인합니다.
4. 코팅 접착력 및 부식 테스트(지정된 경우)와 두께 측정.

실용적인 요점: 공급업체가 사용된 게이지와 기계적 테스트를 명확하게 명시하고 요청 시 로트 수준 결과를 제공할 수 있다면 이는 해당 프로세스가 즉석에서가 아니라 통제된다는 강력한 신호입니다.

특수 나사 제작 방법(가공 vs 성형)

모든 나사가 냉간 압연 및 압연에 적합한 것은 아닙니다. 매우 소량, 매우 복잡한 형상 및 특정 재료는 CNC 가공 또는 하이브리드 접근 방식(가공된 블랭크 압연 스레드 또는 롤링이 불가능한 가공 스레드)을 통해 생산될 수 있습니다.

가공이 의미 있는 경우

• 헤딩 다이에 대한 툴링 비용이 정당화되지 않는 프로토타입 및 소량 실행.
• 특이한 머리 모양이나 형성하기 어려운 통합 기능.
• 냉간 성형이 어렵거나 여러 기능에 대해 엄격한 기하학적 공차가 필요한 합금입니다.

예상되는 장단점

가공은 일반적으로 부품당 비용과 재료 낭비를 증가시키지만 선행 툴링 복잡성을 줄이고 매우 특정한 기능 공차를 유지할 수 있습니다. 냉간 성형은 부품이 표준화되고 수량이 많은 경우 부품당 사이클 시간이 매우 낮기 때문에 주로 사용됩니다.

결론: 나사 제조에 대해 생각하는 실용적인 방법

"나사는 어떻게 만들어지는가"에 대한 신뢰할 수 있는 정신적 모델을 원한다면 기능적 체크포인트에 집중하세요. 형상이 먼저 형성되고, 강도와 핏을 위해 실을 감고, 필요한 경우 열처리를 통해 특성을 설정하며, 마무리 및 QC를 통해 성능이 안정화됩니다.

공급업체나 프로세스를 비교할 때 어떤 경로를 사용하는지(냉간 압연 vs 기계 가공), 어떤 테스트를 실행하는지(스레드 게이지, 경도, 비틀림), 문서화할 수 있는 마감 관리는 무엇인지 물어보세요. 이러한 답변은 일반적으로 마케팅 용어보다 실제 조립 성능을 더 잘 예측합니다.