판재가 너무 얇아 나사산을 붙잡지 못할 때

실제로 문서에 적혀 있는 하한

금속에 쓰는 ISO 1478 ST 태핑 나사의 구멍 데이터를 다루는 DIN 7975는 이렇게 직접 말합니다. 판 두께는 적어도 나사산 피치와 같아야 한다. 물림 한계 아래에서는 나사가 체결 토크를 전혀 만들지 못한 채 구멍 안에서 돌아갑니다 — 나사산을 내지 못하고 흔들리며 들어갈 뿐입니다. 표준은 이와 별도로, 체결되는 판재의 총두께가 피치보다 커야 한다고 요구합니다.

나사 크기별로 실제 대상이 되는 두께 범위

DIN 7975는 ST 크기마다 판 두께 범위를 표로 제시합니다. 이 부분은 눈앞에 두고 볼 가치가 있습니다. 하한이 나사 크기에 따라 움직이기 때문입니다 — 표 전체에 하나의 숫자가 적용되는 것이 아닙니다.

따라서 표 전체로는 약 0.8~7.5 mm에 걸칩니다. 이 값들은 지침값이지 시험 없이 강도를 보증하는 숫자가 아니며, 구멍 지름 자체도 판 두께뿐 아니라 판재의 인장 강도에 따라 달라집니다.

나사산 성형 나사에는 이에 해당하는 하한이 없습니다. DIN 7500-2는 재질과 물림 길이에 따른 구멍 지름을 제시할 뿐, 최소 두께 규칙은 없습니다. 2016년판은 예전의 짧은 물림 단계를 없애고 30 mm까지 다루며, 공개된 재수록 자료는 가장 짧은 단계들을 ‘2 mm 이하’로 묶어 놓았습니다. 그 2 mm를 공식적인 안전 하한으로 읽어서는 안 됩니다.

표준이 제시하는 해결책과 그 실제 가치

DIN 7975는 판이 충분히 두껍지 않을 때의 대책으로 버링 가공 또는 드로잉 가공한 파일럿 구멍 — 즉 버링 구멍 — 을 명시합니다. 그 치수는 제시하지 않습니다.

제조사 기술 자료에는 있습니다. 그리고 그 값은 흔히 반복되는 숫자보다 소박합니다.

• TAPTITE II의 계산 예는 0.060 인치 판재에 최소 0.053 인치의 버링 높이를 더해 총물림 0.113 인치를 얻습니다 — 약 판 두께의 1.88 ×이며, 매뉴얼은 이를 두 배에 가깝다고 표현합니다.
• Mate는 판재 아랫면에서 버링 윗단까지의 최대 성형 높이를 2.5 T로 제시합니다. 이는 찢어짐을 막기 위한 한계이지, 쓸 수 있는 나사산이 2.5 T 생긴다는 약속이 아닙니다.

따라서 ‘버링 구멍은 두께의 두세 배를 준다’는 인용할 수 있는 규칙이 아닙니다. 특정 공구와 재료 조건에서 2 T에 가깝다는 정도는 근거가 있습니다. 그리고 성형 높이가 얼마이든, 물림이라고 부르기 전에 입구 반경, 벽 두께 감소, 태핑 모따기, 불완전 나사산을 빼야 합니다.

강도에 대해: TAPTITE II는 파괴 토크가 거의 두 배라고, Mate는 펀칭 구멍 대비 유지력이 최대 두 배라고 주장합니다. 둘 다 시편 재질, 표본 크기, 산포, 인발 원자료를 공개하지 않으며, 같은 나사, 같은 재질, 같은 두께에서 평판 구멍과 버링 구멍을 비교한 독립 데이터도 찾지 못했습니다. 그 배수는 제조사의 기술적 주장으로 다루십시오.

얇은 판재의 접시형 자리파기: 형상이 먼저 바닥나는 곳

접시형 자리파기 깊이가 판 두께를 넘으면 원뿔면이 뒷면을 뚫고 나갑니다. 그러면 구멍 바닥이 커지고, 원통형 벽과 남은 지지 단면이 사라지며, 극단적인 경우에는 칼날 같은 모서리가 남습니다. 같은 판재가 나사산까지 제공해야 한다면 물림은 더 줄어듭니다.

여기서 구해 주는 일반 표준은 없습니다. ISO 7721은 접시머리 형상과 그 측정을, ISO 15065와 DIN 74는 접시형 자리파기 치수와 그 호칭을 다룹니다. 이들은 기하학적 결합 표준이며 — 너무 얇은 판재도 여전히 정상적인 완전한 접시형 자리파기로 인정된다고 말하는 표준은 없고, 이들 표준에서도, ASME B18.6.3에서도 최소 잔여 두께에 관한 일반 규칙은 찾지 못했습니다.

판금 작업에서는 대신 성형 또는 딤플 방식의 접시 가공을 흔히 쓰지만, 이는 다른 판금 구조입니다. 판재에 비해 너무 깊게 절삭한 접시형 자리파기는 그것과 같은 것이 아닙니다.

판재가 얇아지면 실제로 무엇이 바뀌는가

방향은 맞고, 설계 기준에도 들어 있습니다. AISI S100과 EN 1993-1-3은 이미 나사의 인장과 전단, 인발(pull-out), 머리 관통(pull-over)을 별개의 한계 상태로 검토합니다. 시험에서도 나사 구멍의 돌출 변형, 나사산 전단, 인발, 판재가 머리 위로 말려 넘어가는 현상을 각각 다른 모드로 관찰합니다.

이를 더 날카롭게 표현하고 싶어집니다 — 같은 곡선 위의 더 낮은 점이 아니라 다른 곡선이라고. 그것은 엄밀한 경계라기보다 유용한 비유입니다. 두께, 구멍 지름, 피치, 머리 지름, 재료 강도, 하중 방향이 바뀌면서 파손 모드들은 연속적으로 경쟁하고, 섞이거나 점진적으로 넘어갈 수 있습니다. 얇은 판재의 인발에도 제한된 물림 나사산의 전단이 포함되므로 나사산 뭉개짐과 무관하지 않습니다. 또 두꺼운 단면이라고 해서 나사산 뭉개짐과 나사 파단만 있는 것도 아닙니다 — 그곳에도 지압, 가장자리 찢어짐, 머리와 관련된 파손이 있습니다.

그렇다면 더 큰 나사가 해결책일까요

초안에서는 단호하게 아니라고 썼습니다. 근거는 단호한 부정을 뒷받침하지 않습니다.

• 나사산 바깥지름이 커지면 일부 인발 및 지압 내력이 높아질 수 있습니다.
• 머리가 크거나 와셔를 쓰면 머리 관통 내력이 직접 높아집니다. AISI 설계식은 나사 지름과 유효 머리 지름을 유리한 변수로 다룹니다.
• 그러나 크기를 키우면 대개 구멍이 커지고 피치가 굵어집니다. 판 두께가 고정되어 있으면 나사산 수가 늘지 않을 수 있고, 순단면이 약해질 수도 있습니다.

정직하게 말하면 이렇습니다. 크기를 키우는 것은 보편적인 해결책이 아닙니다. 판재 쪽 내력 일부를 높일 수는 있지만 지배적인 파손 모드는 바뀌지 않을 수 있으므로, 인발, 머리 관통, 판재 변형을 모드별로 확인해야 합니다.

관련 주제

나사에 붙은 타입 문자가 애초에 나사산을 어떻게 만드는지를 정합니다: 태핑 나사의 타입 문자. 판재에서의 토크 범위는 태핑 나사 토크에 있습니다. 모재가 정말로 너트 역할을 할 수 없을 때의 선택지는 모재가 너트가 될 수 없을 때에 있습니다. 그리고 접시형 자리파기 형상 자체는 접시형 자리파기 치수에 있습니다.

참고 자료

• DIN 7975:2016 — §3.2(판 두께는 적어도 피치와 같아야 함, 대책으로 버링 또는 드로잉 파일럿 구멍), §3.4(체결부 총두께), 표 1(ST 크기별 두께 범위), 표 2(크기, 판재 인장 강도, 두께별 구멍 지름)
• DIN 7500-2:2016 — 재질과 물림 길이별 구멍 지름, 이에 해당하는 최소 두께 규칙 없음
• ISO 1478 — 태핑 나사 나사산, ISO 2702 — 열처리 태핑 나사
• ISO 7721(접시머리 형상), ISO 15065 및 DIN 74(접시형 자리파기 치수), ASME B18.6.3 — 최소 잔여 두께 규칙을 찾아보았으나 없음
• AISI S100 및 EN 1993-1-3 — 나사 인장과 전단, 인발, 머리 관통을 별개의 한계 상태로 다룸
• TAPTITE II 기술 매뉴얼, Mate Forming Solutions 태핑 버링 — 버링 높이와 제조사의 강도 주장

지침값은 검증을 대신하지 못합니다. 특정 체결부의 합격 여부는 귀사의 도면과 자체 시험으로 정해집니다.

얇은 판재에 나사산을 넣는 또 다른 방법은 압입하는 것이며, 여기에는 별도의 지배 조건이 있습니다. 셀프 클린칭 체결 부품은 판재가 그 부품보다 무를 것을 요구하는데, 이는 핸드북이 전부 스테인리스강인 조합에서는 배제하는 짝입니다.

이 글은 1단계: 모재를 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

판재가 얼마나 얇아지면 태핑 나사가 제 기능을 못 합니까?

DIN 7975는 판 두께가 적어도 나사산 피치와 같아야 하고, 체결되는 판재의 총두께는 피치보다 커야 한다고 규정합니다. 물림 한계 아래에서는 나사가 체결 토크를 만들지 못한 채 구멍 안에서 돌아갑니다. 표준은 ST 크기별 두께 범위도 표로 제시하는데, ST2.2의 0.8~1.8 mm부터 ST9.5의 2.1~7.5 mm까지이므로 하한은 나사 크기에 따라 달라집니다.

최소 물림 산 수가 정해져 있습니까?

표준에서 찾은 것은 없습니다. ‘최소 한 산 반’과 ‘최소 두 산’은 업계의 경험칙이며, DIN 7975, DIN 7500-2, ISO 1478, ISO 2702와 제조사 자료를 살펴보았지만 이를 판재 체결부의 일반 요구 사항으로 정한 일차 표준은 찾지 못했습니다. NASA 문서에 나오는 1.5산은 잠금 인서트의 돌출량을 가리키며, 다른 문제입니다.

버링 구멍은 실제로 물림을 얼마나 늘려 줍니까?

흔히 인용되는 숫자보다 적습니다. TAPTITE II의 계산 예는 0.060 인치 판재에 최소 0.053 인치의 버링을 더해 총 0.113 인치, 즉 판 두께의 약 1.88배를 얻으며, 이를 두 배에 가깝다고 표현합니다. Mate는 최대 성형 높이를 2.5 T로 제시하지만, 이는 쓸 수 있는 나사산의 약속이 아니라 찢어짐을 막기 위한 한계입니다. 두께의 두세 배는 인용할 수 있는 규칙이 아니며, 물림이라고 부르기 전에 입구 반경, 벽 두께 감소, 태핑 모따기, 불완전 나사산을 모두 빼야 합니다.

접시형 자리파기가 판재보다 깊으면 어떻게 됩니까?

원뿔면이 뒷면을 뚫고 나가 구멍 바닥이 커지고, 원통형 벽과 남은 지지 단면이 사라지며, 극단적인 경우 칼날 같은 모서리가 남습니다. ISO 7721, ISO 15065, DIN 74, ASME B18.6.3은 기하학적 표준이며, 어느 것도 이에 대한 해결책이나 최소 잔여 두께의 일반 규칙을 제공하지 않습니다. 판금 작업에서는 대신 성형 또는 딤플 방식의 접시 가공을 흔히 쓰지만, 이는 다른 구조이지 같은 것이 아닙니다.

더 큰 나사를 쓰면 얇은 판재 체결부가 해결됩니까?

때로는 그렇지만 규칙은 아닙니다. 나사산 바깥지름이 커지면 일부 인발 및 지압 내력이 높아질 수 있고, 머리가 크거나 와셔를 쓰면 머리 관통 내력이 직접 높아집니다. AISI 설계식은 나사 지름과 유효 머리 지름을 유리한 변수로 다룹니다. 그러나 크기를 키우면 대개 구멍이 커지고 피치가 굵어져, 판 두께가 고정된 상태에서는 나사산 수가 늘지 않을 수 있고 순단면이 약해질 수도 있습니다. 인발, 머리 관통, 판재 변형을 모드별로 확인해야 합니다.