셀프 태핑 스크류는 이에 적합한 표면을 요구한다

경량 구조에서 셀프 태핑 나사를 높게 평가한다. 설계 시 조립이나 기능에서 안전성을 보장하기 위해 나사 디자인과 표면 시스템의 정확한 정의가 필요하다.

 

안네도레 보세 문데(Annedore Bose-Munde): 전문 저널리스트

 

셀프 태핑 나사는 사전 드릴링하거나 주조된 코어 구멍서 나사를 조일 때에 칩 없이 자신과 매칭되는 나사산을 형성한다. 이는 형태 결합을 통해 고정을 포함하여 힘이 결합되는 연결 시스템으로 작용한다. 나사는 관통구 안에 그리고 알루미늄 주조된 코어 구멍에 또는 마그네슘 주조 요소와 아연 주조 요소에 위치한다.

전문가들은 나사를 확실하게 체결할 수 있기 위해, DIN 267 파트 30을 적용한다. 또한 강도 등급 10.9의 미터법 셀프태핑 스크류의 기계적 특성을 정의한다. 이는 정확하게 정의된 구멍이 있는 지정된 특수 시험 플레이트에서의 최소 파단 토크, 나사체결 토크 또는 태핑 토크와 인장 파괴 힘을 포함한다. 나사의 태핑 구역도 결정된다. 미터법 나사와의 비율 또는 미터법 나사에 대한 적합성이 추가로 정의된다. 즉 태핑되는 암나사산은 통상적인 미터법 나사를 수용할 수 있어야 한다.

             DIN 이외에 Magna, Ford, der BMW Group 또는 Bosch 등의 회사 규격들이 있다. 이 규격들은 까다로운 요건을 정의하는 경우가 많다. 납품업체들은 이를 충족하기 위해 모든 나사에 대한 정확한 지식이 필요하다. 토마스 야콥은 Arnold Umformtechnik의 제품 엔지니어링 매니저로, 고객의 요건뿐만 아니라 요구 사항에 대한 해답을 가지고 있다. „셀프태핑 스크류는 일차적으로 경량 금속에 사용됩니다. Taptite 2000은 매우 우수한 태핑 성능을 보유하고 있습니다.“ Taptite 2000은 나사산 코어 방향으로 너트의 흐름을 수월하게 하는 반경 프로파일을 특징으로 하고 있으며, 마찰이 줄어든다고 토마스 야콥은 설명하였다. 삼각형 모양인 이 횡단면은 안전하게 조립할 수 있도록 태핑 토크를 낮춘다. 이때 태핑 토크와 조임 토크 사이의 큰 편차 그리고 조임 토크와 스트리핑 토크(오버터닝 토크 또는 스크류 파단 토크) 사이의 충분한 간격이 있다.

             이 나사는 다양한 사용이 가능하다. 알루미늄 또는 알루미늄 주조, 마그네슘 주조에 주로 사용되지만 매시브 강 조인트에도 사용할 수 있다. 셀프 태핑 나사 사용 예시로는 기어 및 센서 나사 체결부, 모터 고정부, 고정 기판, 액추에이터, 펌프 등이다.

 

셀프태핑 나사는 알루미늄 주조 또는 기타 경량 금속 재질의 제품에 자주 사용된다. 하지만 매시브 강 체결부에서도 우수한 연결 기능을 수행한다.

표면 시스템이 어셈블리에 맞아야 한다

고객이 특별히 낮은 태핑 토크를 요구하는 영역에서 작업해야 한다면 표면 시스템도 중요한 역할을 한다. 나사의 표면은 대부분 부식 방지를 위한 기본 코팅, 즉 아연 코팅이나 아연-니켈 코팅 또는 아연말 코팅이 되어 있다. „OEM들은 대체적으로 기본 표면과 부식 방지와 관련된 규정을 갖고 있습니다. 당사는 그에 따라 나사에 필요한 마찰방지 코팅을 정의합니다. 이는 접합되는 금속 구성 요소의 예압 중심 설계에서 중요합니다.“(야콥) 표면 시스템과 관련하여 미터법 나사의 부식 방지와 마찰 값을 기준으로 한 VDA 기준 값이 있다. 이를 바로 셀프 태핑 나사에 적용할 수는 없지만 기준점으로 삼을 수 있다. 이를 보완하여 셀프 태핑 나사에 대해 마찰방지 코팅도 기능과 관련이 있는 경우가 많다. DIN 267 파트 30에 이 점을 명확하게 정의하고 있다.

             여기에서 표면 시스템과 어셈블리가 서로 정확하게 맞아야 한다. 즉 나사 형상 자체가 정확하고 나사 형상이 대응 부품과 가장 적합하게 맞아야 한다. 또한 기본 표면과 부식 방지 요건도 충분히 이행되어야 한다. 이 점은 위에서 언급한 코팅을 통해 달성할 수 있다. „상호 작용하는 전체 표면 시스템은 예압력에 큰 영향을 줍니다. 즉 기본 코팅과 마찰방지 코팅뿐만 아니라 씰링에도 영향을 미칩니다.“(야콥)

             Arnold는 Taptite 2000 및 아연말 코팅 플러스 씰링 그리고 윤활제 코팅으로 우수한 결과를 달성한다. „우리는 이를 바탕으로 다양한 응용 분야에 대해 구체적인 권장안을 제공할 수 있습니다.“(야콥)

             기술적 청결성도 조사하였으나, 윤활제와 씰링제가 부분적으로 벗겨져 세척 프로세스는 표면 시스템에 부정적인 영향을 준다는 것을 확인하였다. 또 다른 도전 과제는 부식 방지 요건이 까다로운 M6 미만의 소형 나사이다. 이 나사의 경우 후속 가공에 적합한 아연-니켈 코팅을 자주 사용하는데, 이 코팅은 가끔 태핑 프로세스에 방해 작용을 한다.

             예압력을 정의하는 데에는 전문 역량이 필요하다. 미터법 나사의 예압력 정의를 위한 요건과 연산법은 명확하게 정의되어 있는 반면, 셀프 태핑 나사는 시험 플레이트와 시험 플레이트에서 태핑 토크만이 구체화되어 있을 뿐이다.

             Arnold는 구체적인 고객의 적용 사례를 위해 비용이 적합한 금속 다이렉트 체결부를 만들기 위해 처음부터 고객과 긴밀히 협력한다. 이때 일련의 벤치마크 데이터에 유의하는 것이 중요하다. 원칙적으로 연결부에 필요한 예압력을 고려할 때 실제로 셀프 태핑 나사를 사용할 수 있는지 여부를 검토해야 한다. 또 다른 사항은 사용 가능한 설치 공간과 체결 깊이이다. 적용 사례에 따라 적합한 구현 권장안을 제시할 수 있다.

             „경량 금속 부품의 경우, 탭 홀 구멍이 미리 주조되어 있는 경우가 많습니다. 그런 경우 탭홀 모양은 어떠해야 하는지 그리고 얼마의 공차를 고려해야 하는지를 추천합니다. 고객은 여러 사항을 고려하여 권장 사항이 주조 기술 상 현실성이 있는지 주조 공장과 협의해야 합니다.“(야콥) 어셈블리의 구체적인 상황, 즉 부하와 온도도 영향을 미친다. 어셈블리에 대해 제조사 측에서 요구하는 조립 규정도 유념해야 한다.

             많은 회사들이 오버터닝 토크, 조임 토크, 태핑 토크와 관련하여 공장 규정을 사용한다. 강도 등급, 헤드 또는 나사산 디자인도 중요한 역할을 한다. „당사 패스너 테스팅 센터의 실험을 통해 당사는 고객의 순정 부품에서 나사 고장 분석을 이용하여 최적의 조임 토크를 정의하고 양산 조건에 적합한 조립을 보장하기 위해 고객을 지원합니다.“(야콥)

 

최초 체결 이후 완벽하게 견고함을 유지한다

토마스 야콥: „상호 작용하는 전체 표면 시스템은 태핑 토크가 낮은 셀프 태핑 나사의 예압력에 영향을 끼칩니다.“

원칙적으로 나사 연결부 설계를 위해 조립 프로세스 중 공정 안전성을 제공하기 위한 기준 값이 있다. Arnold는 다양한 도구가 탭 홀 설계와 „Fast Creator“, 나사 디자인 설계를 지원한다. 현재 Taptite 2000 나사를 위해 토크-예압 거동과 관련하여 기초적인 권장안을 제공할 도구를 개발 중이라고 야콥은 설명하였다.

„최초 체결 시 셀프 태핑 나사가 저절로 풀리는 일은 없습니다. 하지만 반복 체결이나 A/S 이후의 연결부 안전을 보장하기 위해 전체 표면 시스템을 검사하는 것이 좋습니다.“(야콥)

어떤 목적으로 셀프태핑 나사를 사용하든 결국 신뢰할 만한 연결 솔루션을 구현하기 위해서는, 표면 시스템의 올바른 설계만큼 정확한 사전 분석이 매우 중요하다.