나사산이 뭉개졌을 때: 실제로 어느 쪽이 파손됐는가

세 가지 파손, 한 단어

무엇이든 수리하기 전에 할 세 가지 확인

• 나사를 풀어 확대경으로 나사산을 봅니다. 길이 일부에서 산마루가 납작해졌다면 나사가 전단된 것입니다. 날카롭고 손상 없는 나사산이면 나사는 전단되지 않았습니다
• 상태가 확실한 나사를 손으로 구멍에 돌려 넣어 봅니다. 저항 없이 돌아 들어가고 조여지지 않으면 구멍이 파손된 것입니다
• 다른 무엇보다 먼저 드라이브 홈을 봅니다. 홈이 뭉개졌는데 나사가 아직 조이고 있다면 캠아웃이며, 나사산은 엉뚱한 단서입니다

그렇다면 구멍이 불량 부품입니다 — 다만 그것이 설계대로 작동한 결과인 경우가 많습니다

나사 체결부는 일부러 한쪽이 더 약하도록 설계하며, 올바른 약한 고리는 구멍이 아니라 나사입니다. 나사가 전단되면 나사 하나 값이 들고, 하우징 나사산이 뭉개지면 하우징 값이 듭니다. 일반적인 설계 원칙은 나사산 전단 면적이 나사의 유효 단면적보다 넉넉하게, 대략 2배 크도록 하는 것입니다. 그래야 과부하가 걸렸을 때 값싼 부품이 끊어집니다.

• 구멍이 뭉개졌다면 이 비율이 확보되지 않은 것입니다. 거의 언제나 원인은 무른 모재에서의 물림 길이이지, 나쁜 나사가 아닙니다
• 구멍 깊이는 물림 길이가 아닙니다. 깊은 구멍이라도 나사산 부분이 짧거나, 모따기가 첫 산을 먹어 버리면 실제로 하중을 받는 나사산은 도면에서 보이는 것보다 적습니다
• M3 미만에서는 계산이 가혹해집니다. 지름 하나만큼의 물림 길이로도 가는 피치에서는 나사산 수가 적고, 모따기로 한 산을 잃는 것이 전체에서 차지하는 비중이 훨씬 큽니다

규격이 실제로 의도하는 파손이 세 가지 중 무엇인지는 너트에는 숫자가 하나뿐입니다에서 다룹니다.

원인 네 가지, 실제로 해당하는 빈도순

• 과토크. 가장 흔하면서 가장 드물게 측정되는 원인입니다. 감으로 맞추거나 교정하지 않은 클러치로 설정한 드라이버는 하나의 값이 아니라 산포를 냅니다. 게다가 그 토크 중 얼마가 체결 축력이 되는지는 애초에 마찰이 정합니다
• 물림 길이 부족. 위에서 본 것처럼 도면의 문제이며, 양산에 들어가서야 드러납니다
• 잘못된 파일럿 구멍. 너무 작으면 체결 토크가 올라가 나사가 전단되고, 너무 크면 나사산을 성형할 재료가 부족합니다. 올바른 크기는 하나의 숫자가 아니라 범위입니다
• 나사가 스스로 만든 나사산의 반복 분해. 태핑 나사나 나사산 성형 나사는 박히면서 나사산을 만듭니다. 다시 조립할 때마다 나사산을 또 깎거나 변형시키며, 매번 되돌아오지 않는 재료가 없어집니다. 플라스틱에서는 이것이 예외가 아니라 일반적인 경우입니다

수리 방법과 각각의 대가

이 모든 것에 앞서 대부분이 가장 먼저 묻는 질문이 있습니다. 부어 넣어서 메울 수 있는 것이 있는가. 흔히 거론되는 후보 넷 중 셋은 하중이 아닌 다른 용도로 등급이 매겨져 있습니다.

다음 파손을 막는 질문

이 체결부는 제품 수명 동안 몇 번 열리게 됩니까? 한 번이라면 나사가 만든 나사산으로 충분합니다. 5번이라면 아슬아슬합니다. 20번이라면 처음부터 인서트가 정답이었고, 구멍이 뭉개지는 것은 시간문제였을 뿐입니다.

이 문제를 풀려고 나사 자체를 바꾼다면, 바꾸기 전에 재검증 비용부터 산정하십시오. 나사산 형상, 길이, 코팅이 달라지면 마찰이 바뀌고 그에 따라 체결 축력이 바뀝니다. 이는 부품 교체가 아니라 체결부의 변경입니다.

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

나사와 구멍 중 어느 쪽 나사산이 뭉개졌는지 어떻게 구분합니까?

나사를 풀어 확대경으로 나사산을 봅니다. 길이 일부에서 산마루가 납작해지거나 없어졌다면 나사가 전단된 것입니다. 나사의 나사산은 날카롭고 손상이 없는데 상태가 확실한 나사를 구멍에 넣었을 때 조여지지 않고 헛돈다면 구멍이 파손된 것입니다. 나사는 아직 조이고 있는데 머리의 드라이브 홈이 뭉개졌다면 나사산은 전혀 파손되지 않았습니다. 이것은 캠아웃이며 원인은 드라이버 쪽에 있습니다.

왜 나사가 아니라 구멍이 뭉개집니까?

나사 체결부는 한쪽이 약한 고리가 되도록 설계하며, 올바른 약한 고리는 나사입니다. 나사가 전단되면 나사 하나 값이지만 하우징 나사산이 뭉개지면 하우징 값이 들기 때문입니다. 일반적인 원칙은 나사산 전단 면적이 나사의 유효 단면적보다 대략 2배 커야 한다는 것입니다. 구멍이 뭉개졌다면 이 비율이 확보되지 않은 것이며, 보통 원인은 무른 모재에 물린 나사산 수가 너무 적었기 때문이지 나사 불량 때문이 아닙니다.

와이어 나사산 인서트가 더 큰 나사보다 낫습니까?

진단과 문서화 측면에서는 그렇습니다. 와이어 나사산 인서트는 원래 나사 치수를 되살리고 모재 나사산보다 강한 경우가 많아 품번과 도면이 그대로 유효합니다. 더 큰 나사를 박으면 부품이 바뀌고 약한 고리가 옮겨지며, 무엇이 파손됐는지 확인하는 데 필요한 표면이 사라집니다. 그래서 같은 체결부가 이유에 대한 기록 없이 다시 파손되기 쉽습니다.

태핑 나사는 왜 몇 번 재조립하면 나사산이 뭉개집니까?

태핑 나사나 나사산 성형 나사는 박히면서 나사산을 만듭니다. 다시 조립할 때마다 그 나사산을 또 깎거나 변형시키며, 매번 되돌아오지 않는 재료가 없어집니다. 제품 수명 동안 몇 번 넘게 열 체결부라면 나사가 스스로 만드는 나사산은 잘못된 선택이고, 인서트 성형이나 압입 인서트가 처음부터 정답이었습니다. 토크 관리로는 해결되지 않습니다.

참고 자료

• ISO 898-1 — Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel (강도 등급과 보증 하중)
• Roy Mech — Screw thread stress area calculations (유효 단면적과 나사산 전단 면적)
• Screw thread — Wikipedia