KR100902226B1 - 블라인드 나사 인서트 제조방법 - Google Patents

블라인드 나사 인서트 제조방법 Download PDF

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Abstract

블라인드 나사 인서트를 금속으로 제조하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법으로서, 냉간 성형공정에 의해 내부 나사산을 제외하고 인서트를 적어도 부분적으로 형성하는 단계와; 상기 내부나사산을 형성하는 단계와; 설치시에 변형을 촉진하기 위하여 상기 인서트의 적당한 부분을 어닐링하는 단계를 포함한다.

Description

블라인드 나사 인서트 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A BLIND THREADED INSERT}
본 발명은, 블라인드 나사 인서트를 금속으로 제조하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법으로서, 인서트를 가공물에 삽입하여 반경방향으로 확장시켜 상기 인서트를 가공물에 고정할 수 있는 블라인드 나사 인서트의 제조방법에 관한 것이다. 본문에서, "블라인드(blind)"란 가공물의 한쪽으로만 접근하여 상기 인서트를 설치할 수 있는 것을 의미한다. 이러한 블라인드 인서트는 제조산업에서 잘 알려져 있으며, 예를들면, 아브델 라지 플랜지 헥서트 및 아브델 신 시트 너트서트(Avdel Large Flange Hexsert and Avdel Thin Sheet Nutsert)(AVDEL, HEXSERT, THIN SHEET NUTSERT는 등록상표임)라는 이름으로 구입 가능하다.
일반적으로, 바(bar)를 기계가공하거나 또는 냉간 성형기술 및 벌크 어닐링 처리를 이용하여 블라인드 나사 인서트를 제조하며, 후자의 방법은 가장 경제적인 제조 방법을 제공한다. 최종 사용자에 의해 설치되는 경우, 이러한 패스너의 강도는 경하중(light duty) 또는 중하중(medium duty)의 용도에 적합하다. 따라서, 고하중(heavy duty)의 용도에 대해서는 상기 블라인드 나사 인서트는 사용되지 않는다.
본 발명의 목적은 고하중의 용도에 적합한 강도를 가지는 블라인드 나사 인서트를 생산하는 새로운 제조방법을 제공하는 데 있다.
종래 제조방법에서는, 벌크 어닐링(bulk annealing) 처리 후에 행해지는 단일의 냉간가공작업에 의해 나사부분의 경도 및 인장강도가 다소 증가하지만, 물론, 어닐링 이전의 냉간 가공의 강도증가에 대한 이점은 상실된다.
본 발명의 한 측면에 의하면, 청구항 제 1항에 기재된 바와 같은 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 청구항 제 6항에 기재된 바와 같은 제조방법을 제공한다. 이 방법에 의하면, 내부 나사산을 형성하기 전후에 벌크 어닐링 처리를 행한 다음에 상기 나사산 부분을 고주파 경화한다. 이 경우에, 인서트를 제조하는 재료는 고주파 경화 처리에 반응하기 위해 충분한 탄소원소나 기타 합금원소를 함유한 재료이다.
본 발명의 또 다른 특징은 첨부된 나머지의 청구항에 기재되어 있다. 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 인서트를 포함한다.
본 발명의 몇몇 특정한 예를 첨부도면을 참조하면서 실시예에 의해 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 가공물에 블라인드 나사 인서트를 설치하기 전과 후를 도 시하는 도면.
도 2a 내지 도 2c는 블라인드 나사 인서트의 제조를 위한 제조 공정도.
도 3a 및 도 3b와 도 4a 및 도 4b는 조임 토크를 체결 볼트에 인가하여 설치된 경우의 블라인드 인서트의 구성을 도시하는 도면.
도 6은 인서트의 너트부분의 재료의 경도 및 대응 인장강도를 나타내는 도면.
도 5a 및 도 5b는 이 경도 값이 관련된 인서트의 위치도.
도 7은 본 발명의 인서트를 유용하게 사용할 수 있는 특별한 타입의 가공물을 나타내는 도면.
도 8은 상기 가공물에 설치된 인서트를 나타내는 도면.
도 9는 상기 가공물에 적용된 설치후 처리를 나타내는 도면.
도 10 및 도 11은 세로방향을 따른 경도를 나타내는 도면.
도 1, 도 3, 도 4, 도 5a, 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11은 세로축단면을, 도 5b는 도 5a의 세로 방향 단면 상의 화살표를 따른 단면을 나타낸다.
도 2a, 도 4a 및 도 4b는 종래 기술을 예시한다.
<간단한 도면부호에 대한 설명>
11, 18 : 인서트 12 :인서트의 외부면
13, 13': 블라인드 벌브 14, 14': 인서트의 내부나사산
15, 21, 26 : 볼트 17 : 볼트의 내부나사산
19, 25 : 가공물 22 : 구멍
23 : 슬러그 24 : 인서트의 상부면
27 : 플랫 앤빌 28 : 삽입 플랜지
도 2a 내지 도 2c의 단계 1의 제조방법은 연속적인 냉간 압조기를 이용하여 행한다. 도 2a 및 도 2c의 단계3과 도 2b의 단계 2에서와 같이 내부 나사산을 형성하는 제조방법은 일반적으로 롤 태핑(roll-tapping)이라 칭한다. 이들의 제조방법은, 블라인드 나사 인서트를 제조하는 데에 일반적으로 사용되는 방법으로서, 당해 기술분야에서 숙련된 자에게 공지되어 충분히 이해되고 있다.
따라서, 도 1a를 참조하면, 블라인드 나사 인서트(11)는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 공정중 어느 공정에 의해서도 제조될 수 있다. 도시된 예는 원통형이어서, 가공물(19)(도 1b)의 적절한 크기의 원형 구멍에 끼워 맞추도록 되어 있다. 기타 예(도시하지 않음)에서, 인서트의 외부면(12)은 단면이, 예를들면, 적용하는 구멍의 형상에 대응하여 끼워 맞추도록 육각형 또는 사각형의 다각형이 될 수 있다.
도 1a에 도시된 인서트의 구역1은 도 1b의 블라인드 측부 벌브(bulb)(13)를 형성하기 위해서는 설치공구(도시하지 않음)의 작동에 의해 소성 변형하기에 충분한 연성(ductility)을 가지는 것이 필요하다. 인서트의 제조방법의 종래예에서는, 상기 연성은, 도 2a의 단계 2에 도시한 바와 같이, 통상 배치(batch) 전체에 적용하는 벌크 처리로서, 어닐링 처리를 인서트 전체에 행함으로써 달성된다. 도 2a의 공정 1에 도시한 바와 같은 종래 기술의 인서트의 제조방법에서는, 도 1a의 내부 나사산(14)을 도 2a의 단계3에서 형성한다. 어닐링 처리 후에 이러한 방식으로 형성함으로써, 나사 부분에 다소의 국부적인 가공 경화가 발생한다. 벌크 어닐링 처리 후에 인서트 블랭크의 경도는 일반적으로 115 Hv(비커스 경도수치)이며, 상기 인서트의 재료는 일반적으로 탄소 0.1%를 함유하는 저탄소강이다. 상기 나사의 경화는 상기 나사표면 부근의 재료에 국부적으로 제한된다. 도 6의 '공정 1'의 라인으로 도시된 바와 같이, 상기 나사 면으로부터 짧은 거리에서 상기 경도가 급격히 감소한다. 체결 볼트가 고 레벨의 조임토크를 필요로 하는 고부하의 용도에 이러한 인서트를 사용하고자 하는 경우에는, 도 5b 및 도 6에 도시한 바와 같이 이 단면에서의 재료의 강도가 상대적으로 낮기 때문에, 이 인서트의 나사산에 대해 도 4a의 볼트(15)를 조임으로서 생성된 반경방향의 힘은, 도 4a 및 도 4b의 도시한 부분(16)과 같이, 너트부분을 반경방향으로 확장하도록 하는 데 충분하다. 이로 인하여 도 4b의 볼트의 나사산(17)과 인서트의 내부 나사산(14') 사이의 접촉영역의 감소를 일으킨다. 상기 인서트의 나사산의 경도가 낮아짐과 동시에 접촉영역이 감소하기 때문에 비교적 약한 조임 토크에서도 나사가 파손된다. 예를들면, M8 나사산으로 된 인서트가 약 40 내지 45Nm의 조임 토크에서도 파손된다.
본 실시예(도 2b의 공정 2)의 처리에 의해 인서트를 제조함으로써, 도 2b에서 냉간성형작업단계 1과 롤탭핑작업단계 2에 의해 와이어를 인서트로 변환시키는 경우 및 와이어제조공정시에 생성된 재료의 가공경화가 축적되고, 이에 의해 공정 2에 대해서 도 6에 도시된 바와 같이, 고레벨의 경도로 된다. 이와 같이, 밴드 어닐링단계3(도2b)에 의해 충분한 연성을 제공하여 균열 없는 블라인드 벌브(13)를 형성할 수 있고, 또한 볼트(21)(도 3a)를 매우 높은 조임 토크로 조이는 경우에도, 상기 인서트의 내부 나사부분(20)이 팽창에 대항할 수 있는 충분한 강도를 가지고 있기 때문에, 상기 공정에 의해 제조된 인서트(18)(도 3a)를 상기 가공물(19)에 만족스럽게 설치할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 공정에 의해 제조된 M8 인서트는 70Nm를 초과하는 토크로 파손 없이 조일 수 있다. 이러한 인서트는 등급 10.9 및 12.9볼트에 대한 조임 토크에 대해서 적합하다.
밴드어닐링 작업에 의해서 생성된 경도 프로파일(윤곽)은, 밴드 어닐링 코일의 기하학적인 형상, 기계의 동력 설정 및 처리시간 등의 선택된 공정 파라미터에 따라서 변경될 수 있다. 블라인드 벌브를 형성할 경우, 심각한 소성변형으로 인하여, 어닐링된 구역으로부터 경화된 구역으로 매끄러운 이행부를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 프로파일은 도 10에 도시되어 있으며, 여기서 M8 인서트는 인서트 플랜지(헤드라고도 함)(28)와 변형 원통형 부분(변형부분이라고도 함)(29) 사이에 대략 1.5mm의 거리에 걸쳐서 경도 이행부가 있고, 나사부분(너트부분이라고도 함)(30)과 변형 원통형 부분(29) 사이에 대략 2.0mm의 거리에 걸쳐서 경도 이행부를 가진다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 등급 10.9볼트 및 등급 12.9볼트와의 적합성을 위하여 구역 1(도 1a)에서 필수 연성을, 구역 2에서 고강도를 가지는 인서트를 도 2c의 제조공정 3을 이용하여 제조할 수 있다. 이 경우에, 상기 인서트는 일반적으로 0.3% 내지 0.35% 탄소를 함유하는 중탄소강으로 제조된다. 벌크 어닐링 공정 단계 2(도 2c)에 의해 대체로 140Hv의 경도를 생성한다. 이 경도에서, 인서트는 설치하는 동안 파괴 없이 상기 블라인드 측부 벌브 형성에 견디기에 충분한 연성을 가진다. 공정 3의 단계 4(도 2c)는 도 1a의 구역 2의 고주파 경화를 포함한다. 도 6의 공정 3의 라인으로 나타낸 바와 같이, 이 공정에 의해 구역 2에 약 350 내지 400Hv의 대체로 균일한 경도를 생성한다.
상기 고주파 경화처리는 경화가 구역 1에 연장되지 않도록 제어되고, 이와같이 제어되지 않으면, 블라인드 벌브가 형성되는 경우에 어닐링 부분과 경화된 부분의 접속부분에서 균열되기 쉽다. 이 때문에, 고주파 경화 구역은 구역 2의 전체 길이에 연장되지 않는다. 예를들면, M8 인서트에 대해서는, 구역 2의 경화처리 되지않은 부분은 도 11에 도시된 바와 같이 대략 0.5mm이다. 내부 나사산을 고주파경화단계 후에 형성하도록, 도 2c의 단계 3과 단계 4를 서로 교환함으로써 상기 실시예의 방법을 변경할 수 있다.
공정 2(도 2b) 또는 공정 3(도 2c)에 의해 제조된 본 발명의 인서트는, 하이드로포밍된(hydroformed) 부분으로서 알려진 가공물에 사용하는 것이 특히 적합하다는 이점이 있다. 도 7에 도시된 이러한 가공물에서, 인서트가 설치될 구멍을 하이드로포밍(hydroforming)의 처리시에 뚫는다. 이것은 블라인드 작업이기 때문에, 종래의 구멍 관통작업에서와 같은 다이가 없다. 이에 의해, 재료가 상기 구멍의 가장자리에서 상기 가공물의 상부 표면보다 낮아지는 딤플링 효과(dimpling effect)를 초래한다. 하이드로포밍된 부분에서 구멍을 뚫는 다른 특징은 도 7의 피어스 슬러그(pierce slug)(23)가 모재 가공물에 부착된 채로 의도적으로 잔류되는 특징이 있다.
본 발명의 인서트를 사용하는 이점은 다음 설명으로부터 자명하게 된다.
도 7에 도시된 바와 같은 가공물의 하이드로포밍부에 설치된 블라인드 인서트의 세로방향의 단면을 도시한 도 8을 참조하면, 상기 잔류하는 슬러그와 접하는 구멍(22)의 원주 위치에 있는 블라인드 벌브(13')는, 블라인드 벌브(13)가 균일하게 형성될 수 없을 정도로, 상기 슬러그에 의해 부분적으로 방해되는 것을 알 수 있다. 그러나, 상기 인서트가 이 구역에서 연성이기 때문에, 이러한 장애물의 주위에서 소성변형이 가능하다. 또한, 일예로서, 상기 구멍의 딤플 효과에 의해 설치된 인서트의 상부면(24)이 하이드로포밍된 가공물의 표면(25) 아래에 있게 된다.
이러한 경우에, 인서트(24)(도9)의 상부가 가공물(25)의 상부 표면의 레벨과 같게 될 때까지, 충분한 당김력을 인가하여 가공물의 딤플이 감소되게 하는 드로 볼트(draw bolt)(26) 및 플랫 앤빌(flat anvil)(27)로 이루어진 공구를 도 9에 도시된 바와 같이 사용할 수 있다. 물론, 인서트의 상부면(24)이 가공물의 레벨(25)보다 높게 되어야 하는 경우에는, 정면에 환형상의 오목부를 가지는 앤빌을 사용할 수 있다. 인서트 설치공구의 작용과 드로 볼트 및 앤빌의 작용을 결합하는 것도 실행할 수 있다. 딤플을 편평하게 하기 위해 드로 볼트와 앤빌을 사용하는 작업은 비교적 큰 힘을 필요로 하고, 그 힘은 인서트의 나사와 블라인드 측부 벌브를 개재하여 가공물에 전달되어야만 한다. 블라인드 측부 벌브 영역에서의 높은 연성과 나사의 고 강도를 조합해서 가지는 인서트가 이러한 용도에 이상적이다. 본 예제의 인서트는 이러한 요구에 대처할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예의 상세한 설명에 제한되는 것은 아니다.

Claims (18)

  1. 반경방향으로 확장된 헤드, 단일의 변형부분 및 너트부분을 가진 블라인드 나사 인서트를 금속으로 제조하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법으로서,
    (a) 냉간성형 공정에 의해, 내부 나사산을 제외하고 상기 인서트를 적어도 부분적으로 형성하는 단계;
    (b) 상기 너트부분에 상기 내부 나사산을 형성하는 단계; 및
    (c) 설치시에 변형을 촉진하기 위하여, 길이의 대부분을 따라서 상기 너트부분의 경도보다 낮고 일정한 값의 경도값을 가지도록 상기 인서트의 상기 변형부분을 어닐링하는 단계;
    를 포함하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 인서트의 상기 변형부분을 밴드 어닐링함으로써, 상기 변형부분에서 고 연성을 얻는 것을 특징으로 하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 밴드 어닐링은 상기 인서트의 고 연성이 필요한 부분으로부터 상기 인서트의 고 강도가 필요한 부분까지 제어된 경도 윤곽을 생성하는 것을 특징으로 하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속은 저 탄소강인 것을 특징으로 하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 나사산을 형성하는 단계 및 상기 인서트의 상기 변형부분을 밴드 어닐링하는 단계의 순서를 교환함으로서 변경되는 것을 특징으로 하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법.
  6. 반경방향으로 확장된 헤드, 단일의 변형부분 및 너트부분을 가진 블라인드 나사 인서트를 금속으로 제조하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법으로서,
    (a) 냉간성형 공정에 의해, 내부 나사산을 제외하고 패스너를 적어도 부분적으로 형성하는 단계;
    (b) 길이의 대부분을 따라서 상기 너트부분의 경도보다 낮고 일정한 값의 경도값을 가지도록 상기 인서트의 상기 변형부분을 어닐링하는 단계;
    (c) 상기 너트부분에 상기 내부 나사산을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 너트부분의 적어도 일부를 고주파경화하는 단계;
    를 포함하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 내부 나사산을 형성하는 단계 및 상기 변형부분을 어닐링하는 단계의 순서를 교환함으로써 변경되는 것을 특징으로 하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 금속은 중탄소강인 것을 특징으로 하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법.
  9. 제 1항 내지 제 3항 또는 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
    후의 표면처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 표면처리 단계는 전기도금을 포함하는 것을 특징으로 하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 반경방향으로 확장된 헤드, 단일의 변형부분 및 너트부분을 가지는 블라인드 나사 인서트를 금속으로 제조하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법으로서,
    (a) 냉간성형 공정에 의해, 내부 나사산을 제외하고 상기 인서트를 부분적으로 형성하는 단계;
    (b) 설치시에 변형을 촉진하기 위하여, 길이의 대부분을 따라서 상기 너트부분의 경도보다 낮고 일정한 낮은 값의 경도값을 가지도록 상기 인서트의 상기 변형부분을 어닐링하는 단계; 및.
    (c) 상기 내부 나사산을 형성하는 단계;
    를 가지는 것을 특징으로 하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 내부 나사산을 형성하기 전에 단계(a)의 형성단계를 완료하는 단계를 더 가지는 것을 특징으로 하는 블라인드 나사 인서트의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
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