다양한 내부 나사 가공 방법을 분석, 평가 및 합리적으로 선택하면 부품 제조업체가 고품질 나사 구멍을 효율적이고 경제적으로 생산하는 데 도움이 될 수 있습니다. 5가지 주요 내부 나사 가공 방법의 장단점: 태핑, 압출, 밀링, 터닝 및 연삭.
내부 나사산의 태핑 가공
태핑은 많은 스레딩 작업에 효과적이고 일반적인 방법입니다. 일반적으로 초기 비용이 가장 낮지만, 전반적으로 가장 경제적인 것은 아닙니다.
태핑은 연속적인 절삭 공정으로, 작업물 소재를 순차적인 절삭 모서리로 제거하여 단일 패스에서 최종 나사산 크기를 얻습니다. 탭은 나사산의 주요, 부차 및 피치 직경에 맞게 특별히 제조됩니다. 탭은 단일 패스에서 거친 가공과 마무리를 완료해야 하므로 많은 양의 칩을 효과적으로 배출해야 하며 과도한 압력이 발생하여 나사산 품질에 문제가 생기거나 탭이 손상될 수 있습니다.
칩 제어는 태핑 시 무시할 수 없는 주요 문제이며, 특히 경도가 낮고 점도가 높으며 긴 스트립 칩을 생성하는 경향이 있는 공작물 재료를 가공할 때 더욱 그렇습니다. 이러한 스트립 칩은 탭 주위에 새 둥지를 형성하거나 칩 플루트에 축적되어 탭이 구멍에서 부러질 가능성이 있습니다. 알루미늄, 탄소강 및 300 시리즈 스테인리스강은 일반적으로 칩 제어에 가장 어려운 공작물 재료입니다.
탭은 경도가 HRC50 미만인 거의 모든 공작물 재료를 처리할 수 있으며, 일부 도구 제조업체는 경도가 최대 HRC65인 공작물 재료도 처리할 수 있는 탭을 제공합니다.
구멍 직경은 고려해야 할 또 다른 요소입니다. 대부분의 최종 사용자는 직경이 16mm 미만인 구멍만 탭핑할 수 있습니다. 구멍 직경이 16mm를 초과하면 공작 기계가 탭을 돌릴 만큼 충분한 전력이 있는지에 문제가 발생합니다. 구멍 직경이 6.35mm 미만이면 칩 공간이 제한적이고 소직경 탭의 강도가 낮아 탭핑에 문제가 발생하기 쉽습니다.
또한 탭으로 처리할 수 있는 내부 나사 길이는 일반적으로 직경의 3배 이상에 도달할 수 있습니다. 깊은 구멍 나사의 경우 탭은 종종 단일 이빨 나사 밀링 커터보다 빠릅니다. 칩이 구멍에서 성공적으로 배출될 수 있는 한 탭의 깊이를 탭할 수 있습니다.
직경과 피치가 고정되어 있기 때문에 하나의 탭으로 다양한 나사 크기를 처리할 수 없습니다. 또한 탭핑 시 탭과 구멍 벽 사이의 접촉 면적이 크고 절삭력이 높기 때문에 탭이 부러져 구멍에 끼어 작업물이 스크랩될 수 있습니다. 탭핑은 또한 공정을 효과적으로 완료하기 위해 높은 윤활제가 필요합니다.
내부 나사산 압출 가공
작업물 소재를 절단하는 대신 이송함으로써 압출 탭은 직경의 최대 4배까지 내부 나사산을 생산할 수 있습니다. 칩이 생성되지 않으므로 새 둥지 모양의 칩이 형성되는 것에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 그러나 압출 나사산은 작업물 경도가 약 HRC40 미만으로 제한되어야 합니다. 또한 작업물 소재는 소재를 이송해야 하기 때문에 연성이 좋아야 합니다.
압출 탭은 일반적으로 직경이 19mm 미만이며 0.5mm만큼 작을 수도 있습니다. 탭 직경이 클수록 가공 중에 발생하는 마찰이 커지고 공작 기계에 필요한 전력이 높아집니다.
절단 탭과 비교했을 때, 압출 탭은 더 단단하고 깨질 가능성이 적습니다. 절단 탭에 작용하는 압력은 다각형 표면을 통과하는 접선력이고, 압출 탭에 작용하는 압력은 탭 중심을 향한 반경 방향 힘이므로 접선력보다 훨씬 큽니다.
절단된 나사산과 비교했을 때 압출 탭은 더 강합니다. 왜냐하면 압출 탭은 작업물 재료의 입자 구조를 전단하는 것이 아니라 압축하여 나사산을 형성하기 때문입니다.
절삭 탭핑과 비교했을 때, 압출 탭핑은 토크와 출력이 더 큰 기계가 필요하고, 공작물 클램핑 안정성에 대한 요구사항이 더 높고, 절삭 공작물 소재보다 공작물 소재를 전달하는 데 필요한 힘이 더 크고, 나사 구멍에 대한 드릴링 정확도가 더 높아야 합니다.
의료 산업 및 항공우주 산업을 포함한 일부 산업에서는 압출 태핑이 허용되지 않습니다. 압출 태핑으로 형성된 나사 피치에는 결함이 있으며 항공우주 산업은 나사 피치에서 날카로운 점(U자형 이빨 모양)을 허용하지 않습니다. 그러나 이 결함은 나사의 인장 강도에 영향을 미치지 않으므로 일반 용도 부품에 대해 거부할 이유가 되지 않습니다.
내부 나사산의 밀링 가공
스레드 엔드밀 나선형 보간을 사용하여 내부 및 외부 나사산을 절단합니다. 지난 10~15년 동안 제작된 대부분의 CNC 기계에는 나사 밀링 기능이 있습니다.
스레드 밀링은 솔리드 카바이드 스레드 밀 또는 인덱서블 인서트 스레드 밀(스틸 섕크 및 카바이드 인서트 포함)로 수행할 수 있습니다. 멀티 투스 스레드 밀은 구멍 주위를 한 바퀴 돌면서 전체 깊이의 스레드를 생성하는 반면, 싱글 투스 스레드 밀은 한 면에 절삭 날이 있고 한 번에 하나의 스레드만 생성할 수 있습니다. 그러나 대부분의 스레드 밀은 여러 개의 이빨을 가지고 있습니다.
스레드 밀링은 최대 HRC 65의 경도를 가진 공작물 소재를 가공하는 데 적합하며 뛰어난 다재다능성을 가지고 있습니다. 하나 또는 두 개의 다른 코팅이 있는 스레드 밀은 일반적으로 다양한 공작물 소재를 가공하는 데 사용됩니다.
스레드 밀링을 위한 칩 제어는 일반적으로 어렵지 않습니다. 스레드 밀링은 단속적 절단으로, 작업물 재료의 칩 특성에 관계없이 짧고 단속적인 칩을 형성할 수 있습니다.
스레드 밀은 0-80(절삭 직경 1.524mm)만큼 작은 스레드부터 가장 큰 구멍 직경을 가진 스레드까지 광범위한 크기를 포괄합니다. 일반적으로 스레드 밀링에 가장 적합한 구멍 깊이는 구멍 직경의 약 2.5배 이내로 제어됩니다. 스레드 밀링의 절삭력은 균형이 맞지 않습니다. 밀링 길이가 너무 길면 큰 반경 절삭력이 큰 측면 압력을 형성하여 밀링 커터 처짐, 절삭 날 칩핑, 심지어 작은 크기의 밀링 커터와 같은 문제를 일으킵니다.
그러나 단일 이빨 스레드 밀링 커터는 구멍 직경의 최대 20배까지 더 깊은 나사 구멍을 가공할 수 있습니다. 모든 절단이 밀링 커터 끝에서 이루어지므로 도구 처짐 문제가 없습니다. 유전 장비나 대형 에너지 구성 요소를 생산하는 많은 사용자는 긴 섕크 스레드 밀링 커터를 사용해야 합니다. 그들에게 단일 이빨 밀링 커터로 여러 개의 스레드를 밀링하는 것은 느리지만 250mm 길이의 탭에 $1,000을 투자하는 것보다 여전히 비용 효율적입니다.
스레드 밀링에는 많은 장점이 있습니다. 단일 밀링 커터를 사용하여 피치가 같고 구멍 직경이 다른 일련의 나사 구멍을 가공할 수 있는 반면, 단일 이빨 밀링 커터는 여러 피치와 여러 구멍 직경이 있는 나사 구멍을 가공할 수 있습니다. 또한 스레드 밀링 커터를 사용하여 블라인드 홀과 관통 홀을 모두 가공할 수 있으며, 오른쪽 나사산과 왼쪽 나사산을 모두 가공할 수 있습니다. 스레드 밀링 커터는 평평한 바닥 구조를 가지고 있기 때문에 블라인드 홀의 바닥에 가까운 완전한 나사산도 가공할 수 있습니다. 엔드밀 파손되면 부품이 폐기될 가능성이 낮습니다. 마지막으로, 스레드 밀링 커터는 다른 구멍 가공 도구와 결합하여 복합 도구(예: 드릴링, 챔퍼링 및 스레드 밀링 복합 도구)를 형성할 수도 있습니다.
그러나 태핑과 비교했을 때, 스레드 밀링은 일반적으로 더 긴 사이클이 걸립니다. 스레드 밀링은 특수한 처리 프로그램이 필요하기 때문에 일부 사용자는 이 처리 방법을 사용하기를 꺼릴 수 있습니다. 그러나 이 프로그램은 복잡하지 않으며 많은 CNC 프로그래밍 소프트웨어를 사용하여 컴파일할 수 있습니다.
일부 회사는 작업자가 가공에 개입하는 것을 원하지 않기 때문에 여전히 태핑을 선호합니다. 스레드 밀링은 작업자가 기계 공구에 대한 일부 보상 조정을 해야 합니다. 밀링 커터의 직경은 정상적인 마모로 인해 점차 감소합니다. 적절한 가공 크기를 유지하기 위해 작업자는 조정을 통해 공구 마모를 보상해야 합니다. 먼저 나사 공차를 측정한 다음 측정된 마모에 따라 가공 매개변수를 조정해야 합니다. 작업자는 게이지로만 정기적으로 나사를 테스트할 수 있습니다. 테스트 결과가 만족스럽지 않으면 탭을 교체해야 합니다.
내부 나사 터닝 가공
내부 나사산을 생산하는 또 다른 방법은 인덱싱 가능한 인서트 또는 소형 솔리드 바디 보링 도구로 다축 기계 또는 선반에서 나사산을 돌리는 것입니다. 이 공정은 단일 이빨 또는 다중 이빨 인서트로 수행할 수 있습니다. 다중 이빨 인서트는 각 절삭 모서리에 여러 개의 이빨이 있으며, 이후의 각 이빨은 이전 이빨보다 더 깊게 절삭됩니다. 다중 이빨 인서트를 사용하면 나사산을 완성하는 데 필요한 패스 수가 줄어듭니다. 그러나 다중 이빨 인서트는 더 비싸므로 소량 생산이 아닌 대량 생산에 더 유리합니다.
내부 나사산은 솔리드 바디 보링 도구로 돌릴 수도 있습니다. 단일 이빨 도구로 나사산을 돌릴 때 사용자는 전체 프로파일 또는 부분 프로파일 인서트(다중 이빨 인서트는 전체 프로파일만 있음)를 사용할 수 있으며, 전체 프로파일 인서트는 능선을 포함한 전체 나사산 프로파일을 생성합니다(인서트는 나사산의 단경을 절단함). 이 인서트의 경우 피치마다 별도의 인서트가 필요합니다.
풀 프로파일 인서트는 부분 프로파일 인서트보다 적은 패스로 더 강하고 정확한 나사산을 생산합니다. 이는 나사산의 주요 직경, 보조 직경, 피치 직경을 동시에 생산할 수 있기 때문입니다.
일부 이빨 모양 인서트에는 능선이 없고(나사산 직경을 절단할 수 없음) 일부 이빨 모양 인서트에는 이빨이 하나만 있어 다른 절삭 깊이를 사용하여 다른 피치를 생산할 수 있습니다. 이 나사산은 매우 날카로운 능선 아크를 가지고 있어 거친 나사산의 강도가 떨어지고 가공하는 데 시간이 더 오래 걸립니다.
인덱서블 툴로 나사를 선삭하는 가공 크기 범위는 가장 큰 직경에서 6mm만큼 작은 나사 구멍까지 매우 넓습니다. 직경이 6mm 미만인 나사 구멍은 솔리드 카바이드 툴로 가공해야 하며, 가공할 수 있는 최소 구멍 직경은 약 1.25mm에 이를 수 있습니다. 대구경 구멍의 경우 Vargus는 약 100년 동안 사용되어 온 수직 터렛 선반에서 최대 0.9m 직경의 대형 나사 구멍을 가공했습니다. 선삭을 제외하고는 이렇게 큰 구멍 나사를 가공할 수 있는 다른 방법은 없습니다. 이 오래된 공작 기계에는 나선형 보간 기능이 없습니다.
강철 섕크가 있는 나사 선삭 공구는 구멍 직경의 최대 3배까지 구멍을 가공하는 데 적합한 반면, 카바이드 섕크가 있는 공구는 구멍 직경의 4~5배까지 구멍을 가공할 수 있습니다.
나사 터닝은 다양한 공작물 소재를 처리할 수 있으며, 나사는 최대 HRC50 경도의 공작물이나 하스텔로이, 인코넬과 같은 고온 합금에서 터닝할 수 있습니다. 그러나 이러한 소재는 단단하고 연마성이 있어 공구 수명이 단축됩니다.
칩 제어는 내부 나사 선삭에서 매우 중요하며, 특히 블라인드 홀 나사를 선삭할 때 더욱 그렇습니다. 사용자는 인서트 지오메트리를 사용하여 칩을 제어하고, 인피드 방법(방사형 인피드, 플랭크 인피드, 플랭크 수정 인피드 또는 플랭크 교대 인피드 포함) 또는 역나선 방법(스핀들을 향하는 것이 아니라 스핀들에서 멀어지는 나사 형성 방향)을 사용하여 칩 배출을 도울 수 있습니다.
어떤 인피드 방법을 사용할지는 가공 조건에 따라 달라지지만, 대부분의 경우 수정된 플랭크 방사형 인피드를 사용하는 것이 유익하므로 기본 선호 사항이 될 수 있습니다. 그러나 거의 모든 공작 기계에서 가공 프로그램의 매개변수가 변경되지 않으면 가공은 방사형 인피드 모드에서 수행됩니다.
내부 나사산 연삭
나사 연삭은 고정밀 가공 방법이며 엄격한 공차 요구 사항이 있는 정밀 내부 나사산에 효과적인 선택입니다. 다양한 내부 나사산, 홈, 베어링 레이스웨이 및 기타 관련 부품 기능을 연삭기에서 가공할 수 있습니다. 내부 나사 연삭기로 가공할 수 있는 일반적인 부품에는 나사 링 게이지, 롤러 너트, 볼 스크류 등이 있습니다.
내부 나사 연삭은 일반적으로 전용 연삭기에서 수행해야 합니다. 일반적으로 정밀한 치형 프로파일을 가진 나사를 연삭하기 위해서는 공작 기계의 연삭 휠 설치 위치를 나사의 나선 각도에 따라 기울여야 하며, 이를 위해서는 회전 축이 필요한데, 대부분의 범용 연삭기에는 이러한 축이 없습니다. 때로는 A축 평행 연삭 방법을 사용할 수도 있는데, 수정된(나선형 프로파일을 교정한) 다중 치형 연삭 휠을 직접 공작물에 삽입하여 외부 나사를 연삭하지만, 내부 나사 연삭에는 나선 각도에 따라 A축에 설치된 단일 치형 연삭 휠이 필요합니다.
좋은 가공 경제성을 갖춘 나사 연삭의 내경 크기는 일반적으로 10-25mm입니다. 깊은 구멍 내부 나사를 연삭하기 위한 경험 법칙은 연삭 휠 샤프트 길이와 직경의 비율이 7:1을 초과하지 않는다는 것입니다. 깊은 내부 나사를 연삭하는 데 있어 주요 과제는 나선 각도 대 구멍 직경입니다. 나사 길이가 증가하고 구멍 직경이 감소함에 따라 연삭 스핀들이 작업물과 충돌할 가능성이 더 높기 때문에 높은 나선 각도에서 연삭하는 것이 어려워집니다.
내부 나사산 연삭을 위한 칩 제어는 연삭 구역을 냉각수로 플러싱하는 것을 포함합니다. 다시 말해서, 내부 구멍 공간이 제한되어 있기 때문에 휠과 연삭 스핀들이 작은 구멍에 들어가는 것을 방해하지 않고 휠 회전 방향으로 연삭 구역으로 냉각수를 공급하는 것은 어렵습니다.
내부 나사산 연삭은 매우 정확하여 휠이 형성된 후 필요에 따라 휠을 정확하게 윤곽을 잡고 빠르게 재윤곽할 수 있습니다. 또한 내부 나사산 연삭은 생산성을 높입니다. 다른 휠을 변경하지 않고도 휠을 재윤곽하여 다양한 나사산 모양을 생산할 수 있습니다.
우수한 내부 나사 연삭기는 여러 가지 특징을 갖춰야 합니다. 즉, 우수한 강성, 열 안정성, 높은 축 동작 정확도, 정확한 폐쇄 루프 위치 피드백, 온도 제어식 정밀 스핀들입니다.
부품 제조업체는 어떤 내부 나사산 가공 방법을 사용할지 어떻게 결정합니까? 각 가공 방법에는 고유한 장단점이 있습니다. 한 가지 가공 방법으로 만족스러운 결과를 얻을 수 없는 경우 다른 가공 방법을 시도해야 합니다. 내부 나사산 가공 공정을 결정할 때는 어떤 종류의 공작 기계를 가지고 있는지 고려하고 공구 비용, 가공 주기 및 공구 수명을 신중하게 평가하는 것이 중요합니다.
