KR101143333B1 - 사각 격자 구조형 인서트 너트 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서 풀아웃 포스 강도를 높일 수 있는 사각격자 형태를 갖는 인서트 너트를 개시한다.
본 발명에 따른 인서트 너트는, 플랜지, 세레이션이 성형된 너트바디를 단조 성형한 후, 전조 금형물에 의해 상기 세레이션을 사선으로 전조 성형함으로써, 사각격자 형태를 전조 성형하는 인서트 너트에 있어서, 상기 세레이션에 의해 상기 사각격자의 측부인 격자 측선이 형성되되, 상기 사각격자의 상부인 격자 상선은 상기 격자 측선의 수직을 중심으로 각도 A°로 기울어지고, 곡률 R을 갖는 곡선을 형성함으로써, 상기 사각격자 간 각도가 60°미만으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 사각격자를 구현하기 위한 전조금형 돌기의 최소 각도인 60°를 유지하면서, 전조금형 돌기로부터 단조 가공되는 인서트 너트의 사각 격자 간 각도를 50°로 줄임으로써, 모재의 용융 부위가 인서트 너트의 사각격자 사이로 충분히 삽입 융착되도록 하여 인서트 너트의 풀아웃 포스를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 인서트 너트는, 플랜지, 세레이션이 성형된 너트바디를 단조 성형한 후, 전조 금형물에 의해 상기 세레이션을 사선으로 전조 성형함으로써, 사각격자 형태를 전조 성형하는 인서트 너트에 있어서, 상기 세레이션에 의해 상기 사각격자의 측부인 격자 측선이 형성되되, 상기 사각격자의 상부인 격자 상선은 상기 격자 측선의 수직을 중심으로 각도 A°로 기울어지고, 곡률 R을 갖는 곡선을 형성함으로써, 상기 사각격자 간 각도가 60°미만으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 사각격자를 구현하기 위한 전조금형 돌기의 최소 각도인 60°를 유지하면서, 전조금형 돌기로부터 단조 가공되는 인서트 너트의 사각 격자 간 각도를 50°로 줄임으로써, 모재의 용융 부위가 인서트 너트의 사각격자 사이로 충분히 삽입 융착되도록 하여 인서트 너트의 풀아웃 포스를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 인서트 너트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인서트 너트의 삽설과정에서 모재의 용융부위가 결착돌기의 상부에 안착되도록 하여, 모재와 인서트 너트 간의 결착력을 높일 수 있는 사각 격자 구조형 인서트 너트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 2개의 부재를 하나의 유닛으로 조립함에 있어 나사체결 부재가 널리 사용되는데, 근래 들어 전자제품과 같이 박형화가 요구되는 제품에는 제품과 일체로 사출성형 되는 인서트 너트가 사용된다. 일예로, 휴대폰 커버나 본체는 대부분 2개로 분할된 케이스로 성형되어 조립되며, 이와 같은 케이스에 전자부품의 용이한 조립을 위해서 인서트 너트가 압입 또는 인서트 사출에 의해 구비된다.
인서트 너트는 어떠한 장치를 결합하기 위해 본체 또는 하우징의 일부에 나사산을 갖는 구멍을 형성하는 공정의 번거로움을 개선하기 위해 일정한 크기의 구멍을 갖는 수지재 등의 재질로 만들어지는 기구를 고정되게 장착하여 일정한 범위의 직경을 갖는 나사 또는 볼트를 체결할 수 있도록 하는 결합기구의 일종이다.
상기한 인서트 너트는 사출되어 지그에 의해 고정된 하우징의 구멍에 삽입되어 일체로 고정되는 데 이때, 인서트 너트에 고주파의 전류를 이용하여 순간 열융착하는 방식으로 압착 공구에 의해 체결된다. 순간 열융착은 인서트 너트가 삽설되는 모재의 종류에 따라 그 온도의 차이가 있으나, 통상 인서트 너트는 300℃ 이상의 온도로 가열된 후, 모재의 삽설공에 가압 설치된다.
따라서, 상기 모재의 삽설공 내주면은 인서트 너트 온도에 의해 용융되며, 용융 과정에서 인서트 너트의 외주부에 형성된 다수 돌기 사이로 융착되어 모재와 인서트 너트 간의 결합이 이루어진다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전조금형 돌기의 가공각도를 변형시키지 않고, 인서트 너트의 전조공정 시 사각격자 간 각도를 줄임으로써, 모재의 용융 부위가 인서트 너트의 사각격자 사이로 충분히 삽입 융착되어 인서트 너트의 풀아웃 포스를 향상시킬 수 있는 사각 격자 구조형 인서트 너트 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 사각격자 구조형 인서트 너트의 격자를 전조 가공하기 위한 전조 금형물의 금형돌기를 15°의 사선으로 형성하고, 곡률형태로 제조함으로써, 인서트 너트의 격자를 사각 형태를 유지하되, 격자간 각도를 현재 60°에서 50°로 축소할 수 있는 사각 격자 구조형 인서트 너트 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 사각 격자 구조형 인서트 너트는, 플랜지, 세레이션이 성형된 너트바디를 단조 성형한 후, 전조 금형물에 의해 상기 세레이션을 사선으로 전조 성형함으로써, 사각격자 형태를 전조 성형하는 인서트 너트에 있어서, 상기 세레이션에 의해 상기 사각격자의 측부인 격자 측선이 형성되되, 상기 사각격자의 상부인 격자 상선은 상기 격자 측선의 수직을 중심으로 각도 A°로 기울어지고, 곡률 R을 갖는 곡선을 형성함으로써, 상기 사각격자 간 각도가 60°미만으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 전조 성형을 위한 전조 금형물의 곡률금형 돌기는, 상기 전조 금형물의 길이 방향으로부터 수직된 수직선을 중심으로 각도 A°만큼 기울어진 사선을 형성하고, 상기 사선에 의해 원호를 형성하되 상기 수직선이 상기 원호에 접선하도록 곡률 R을 갖는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따른 사각 격자 구조형 인서트 너트의 제조방법은, 플랜지, 사각격자 형태를 갖는 인서트 너트의 제조 방법에 있어서, a) 플랜지, 세레이션이 성형된 너트바디를 단조 성형하여 단조 성형물을 제공하는 단계; b) 길이 방향으로부터 수직된 수직선을 중심으로 각도 A°만큼 기울어진 사선을 형성하고, 상기 사선에 의해 원호를 형성하되 상기 수직선이 상기 원호에 접선하도록 곡률 R을 갖는 곡률금형 돌기가 마련된 전조 금형물을 이용하여, 상기 단조 성형물을 가압하는 단계; 및 c) 상기 단조 성형물을 회전 진입시켜 전조 공정을 수행하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제시되는 사각 격자 구조형 인서트 너트 구조 및 이의 제조방법은, 사각격자를 구현하기 위한 전조금형 돌기의 최소 각도인 60°를 유지하면서, 전조금형 돌기로부터 단조 가공되는 인서트 너트의 사각 격자 간 각도를 50°로 줄임으로써, 모재의 용융 부위가 인서트 너트의 사각격자 사이로 충분히 삽입 융착되도록 하여 인서트 너트의 풀아웃 포스를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 사각격자 형태를 갖는 인서트 너트를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a, 2b는 종래 인서트 너트의 풀아웃 포스 강도를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 인서트 너트의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a, 4b는 도 3에 따른 인서트 너트의 설계 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 금형돌기의 설계 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 의해 생산된 인서트 너트를 대비하기 위한 사진이다.
도 7a는 종래 인서트 너트의 풀아웃 포스 강도를 측정한 데이터이다.
도 7b는 본 발명에 따른 금형돌기의 각도에 따른 부하량 변화를 설명하기 위한 실험 데이터이다.
도 7c는 본 발명에 따른 인서트 너트의 풀아웃 포스 강도를 측정한 데이터이다.
도 2a, 2b는 종래 인서트 너트의 풀아웃 포스 강도를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 인서트 너트의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a, 4b는 도 3에 따른 인서트 너트의 설계 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 금형돌기의 설계 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 의해 생산된 인서트 너트를 대비하기 위한 사진이다.
도 7a는 종래 인서트 너트의 풀아웃 포스 강도를 측정한 데이터이다.
도 7b는 본 발명에 따른 금형돌기의 각도에 따른 부하량 변화를 설명하기 위한 실험 데이터이다.
도 7c는 본 발명에 따른 인서트 너트의 풀아웃 포스 강도를 측정한 데이터이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 사각격자 형태를 갖는 인서트 너트의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 금속 봉을 절단하여 플랜지(303) 및 너트 바디(307)를 단조 성형함과 동시에, 상기 너트 바디(307)의 외주면 상으로 다수 개의 세레이션(305)을 성형한 단조 성형물(301)이 제공된다.
상기 단조 성형물(301)은 제1 곡률 금형돌기(313)가 가공된 제1 전조 금형물(311) 및 제2 곡률 금형돌기(323)가 가공된 제2 전조 금형물(321) 사이로 인입된 후, 각 전조 금형물(311, 321)이 상기 단조 성형물(301)을 가압함과 동시에, 상기 단조 성형물(301)이 일정 속도로 회전 진행함으로써, 상기 세레이션(305)이 사각격자 형태를 갖도록 전조 가공된다.
여기서, 상기 각 곡률 금형돌기(313, 323)의 돌기 간 각도인 전조금형 각도는 60°를 이루며, 상기 전조금형 각도는 금형물을 가공하기 위한 CNC 선반의 가공 각도이기 때문에, 실질적으로 이러한 각도를 줄이기에는 어려움이 있다. 따라서, 전조금형 각도를 유지하면서, 각 곡률 금형돌기(313, 323)를 일정 곡률 R을 갖도록 가공하여 실질적으로 세레이션(305)에서 형성되는 사각격자 간 각도를 줄이게 된다.
이를 위해, 높이 L을 갖는 각 전조 금형물(311, 321) 상으로 가공되는 곡률금형 돌기는 도 4a에 도시된 바와 같이, 전조 금형물의 길이 방향으로부터 수직된 수직선을 중심으로 각도 A°만큼 기울어진 사선을 형성하고, 상기 사선에 의해 원호를 형성하되 상기 수직선이 상기 원호에 접선하는 곡률 R에 의해 상기 곡률금형 돌기가 가공되는 것이다.
이는 상기 전조 금형물의 중심 즉, L/2의 위치가 단조 성형물(301)의 접촉 위치로 가정할 때, 접촉점에서 곡률금형 돌기의 기울어진 각도가 A°를 형성하도록 함에 있다. 즉, 도시된 바와 같이, 단조 성형물(301)과 전조 금형물이 맞닿는 부분 P 지점에서의 접촉 사선은 상기 원호의 법선으로서 각도 A°를 형성하기 때문에, 곡률금형 돌기의 단면은 P지점에서 A°만큼 기울어진다.
여기서, 곡률 R을 형성하는 것은 사각격자 사이의 각도를 완만하게 유지하여 모재 용융부의 흐름을 억제하기 위한 것이다. 도 4b에 도시한 바와 같이, 격자의 측선은 단조된 세레이션(305)에 의해 형성되나, 격자의 상선은 전조 과정에서 곡률금형 돌기에 의해 완만한 곡선을 갖도록 성형됨에 따라, 모재의 용융부가 적재될 수 있는 공간이 넓고 용융부의 흐름을 억제함으로써, 풀아웃 포스 강도를 높이게 되는 것이다.
그러면, 본 발명에서 제시되는 사선의 각도 A°의 정의를 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, (A)는 곡률금형 돌기의 곡률이 없을 경우로서, 돌기의 단면이 전조 금형물의 길이 방향과 수직상태를 이루며, 돌기의 가공과정에서 형성되는 각도는 60°이다. 따라서, 이러한 금형돌기에 의해 단조 성형물의 외주면 상으로 형성되는 각도 또한 60°를 이룬다. 그러나, 상기 전조 금형물에 형성되는 금형돌기의 각도를 가미할 경우, 예컨대 (B)와 같이 금형돌기의 단면이 도면의 수직을 중심으로 15°기울어질 경우, 이로부터 단조 성형물의 외주면 상으로 형성되는 각도는 대략 50°를 이룬다.
동일한 방법으로, (C)와 같이 금형돌기의 단면이 도면의 수직을 중심으로 45°의 각도로 기울어질 경우, 단조 성형물의 외주면 상으로 형성되는 각도는 30°이고, 이론적으로 상기 금형돌기의 단면이 도면의 수직으로부터 90°기울어진 경우 (D)와 같이 약 0°에 가까운 각도가 형성된다.
여기서, 금형돌기의 기울어지는 각도는 전술된 사선의 개념에 해당하는 것으로, 이러한 사선의 기울기가 클수록 단조 성형물의 외주면 상으로 형성되는 각도는 작아지나, 단조 성형물의 전조 과정 즉, 단조 성형물을 회전 진행시키기 위한 과정에서 극도의 부하가 발생한다. 따라서, 금형돌기의 기울기 A°는 한정될 수밖에 없는데, 전조 공정의 부하를 가중시키지 않으면서 돌기의 각도를 줄일 수 있는 사선의 각도는 대략 15°내지 20°가 바람직하다.
이를 측정하기 위해, 상기 단조 성형물(301)을 전조하기 위해 회전 가압할 때, 단조 성형물(301)에서 발생하는 발열 즉, 온도를 측정함으로써, 전조 공정의 부하량으로 상정될 수 있도록 하였다. 또한, 기울어진 각도는 0°부터 15°단위로 설정하였으며, 각도 설정을 위해 상기 전조 금형물을 해당 각도별로 기울여 실험하였다.
도 6b에서 인지되는 바와 같이, 금형돌기의 기울어진 각도가 0°일 때, 단조 성형물(301)에서 발생하는 온도는 167℃이며, 이는 시스템의 정상적인 온도이다. 그러나, 금형돌기의 각도가 15°일 경우, 단조 성형물(301)에서 발생하는 온도는 175℃로 상승하였으며, 금형돌기의 각도가 30°일 경우, 단조 성형물(301)에서 발생하는 온도는 85℃로 증가하였다. 또한, 금형돌기의 각도가 45°로 증가할 경우에는 온도 상승폭이 매우 높으며 209℃로 측정되었다. 그리고, 금형돌기의 각도를 60°로 높일 경우, 측정 온도는 247℃이며, 금형돌기의 기울기를 70°에 근접할 경우 시스템 부하가 증가하여 실험이 어려운 상태로 인지되었다. 따라서, 금형돌기의 기울기가 75°, 90°에 대한 실험은 불가능하였다.
단조 성형물(301)에서 발생하는 온도가 대략 200°에 근접하면 냉각수의 종류를 변경시켜야 하는 문제가 있고 이는 제조 단가의 상승을 유발한다. 따라서, 본 실험에서 판단되는 바와 같이, 금형돌기의 각도(A)는 15°내지 30°미만이 바람직할 것으로 판단되었다. 또한, 이때 단조 성형물에 형성되는 각도는 대략 50°내지 40°인데, 풀아웃 포스 강도를 높이기 위해서는 단조 성형물에 형성되는 각도가 낮음이 바람직할 것이나, 제품의 생산성을 감안할 때 50° 즉, 금형돌기의 각도(A)는 15°내외가 바람직할 것이다.
그러면, 도 4a를 다시 참조하여 곡률 R을 산출하면 다음과 같다.
먼저, 사선의 각도 A는 곡률의 중심점 Y와 접점 P와의 각도와 같기 때문에, 원호의 각도 B는 사선의 각도 A의 두 배가 된다. 그리고, 도시된 x를 산출하면, 아래의 수학식 1;
cos(15°) = L/2x 로서,
x = 2.07×L 이다.
그러면, 곡률 R을 상기 x를 참조하여 산출하면 아래의 수학식 2;
cos(75°) = x/R 로서,
R = 7.99×L 이다.
결국, 곡률 R은 전조 금형물의 높이 L의 8배 정도로 설정됨으로써, 각 전조 금형물(311, 321)에 형성되는 곡률금형 돌기(313, 323)는 기울기 15°이고, 곡률을 갖되 곡률의 반경은 전조 금형물 높이의 8배와 갖도록 설계된다. 따라서, 이러한 설계 구조를 갖는 각 전조 금형물(311, 321)에 의해 전조된 사각격자는 격자 상선이 곡률 형태를 이루고, 이로부터 풀아웃 포스 강도를 높이게 된다.
도 6은 종래 사각격자 형태의 인서트 너트와, 본 발명에 따른 사각격자 형태의 인서트 너트를 나타낸 사진이다. 본 발명에 의한 사각격자 형태의 인서트 너트는 격자 간 각도가 50°로서, 종래의 인서트 너트에 비해 각도가 낮음을 시각적으로 인지되고 있다.
또한, 본 출원인은 본 발명에 따른 사각 격자의 형태를 갖는 인서트 너트의 풀아웃 포스를 실험하였으며, 모재의 재질은 통상적으로 사용되는 차량용 사출재질인 PA66-GF35, PA6-GF30가 사용되었으며, 도 7c와 같다.
도시된 바와 같이, 풀아웃 포스의 단위는 kgf이며, 인서트 너트의 초음파 가열 온도는 300℃ 내지 350℃가 유지되도록 하였다. 인지되는 바와 같이, PA66-GF35 재질의 모재가 사용될 때는 평균, 820.4kgf이고, PA6-GF30 모재가 사용될 경우, 평균 807kgf이다. 따라서, 종래 사용되던 사각격자 형태의 인서트 너트에 비해, 28% 내지 29%의 풀아웃 포스 강도가 높아졌다.
본 발명에서 제시하는 사각격자 형태를 갖는 인서트 너트는, 전조금형을 위한 금형돌기의 가공 각도를 현재 최소 각도인 60°를 유지하면서, 이로부터 전조 가공되는 격자 간 각도를 50°로 축소시킴에 따라, 인서트 너트의 초음파 가열 후 모재로 압입할 때, 모재의 용융부위가 격자 간 사이로 많은 양이 융착되어 인서트 너트의 풀아웃 포스 강도를 높인다. 따라서, 인서트 너트의 스펙을 높임에 따라, 해외 시장 공략에 충분히 기여함으로써 산업적 이용 가치가 높을 것으로 판단된다.
301 : 단조 성형물 303 : 너트 바디
305 : 세레이션 311 : 제1 전조 금형물
313 : 제1 곡률금형 돌기 321 : 제2 전조 금형물
323 : 제2 곡률금형 돌기
305 : 세레이션 311 : 제1 전조 금형물
313 : 제1 곡률금형 돌기 321 : 제2 전조 금형물
323 : 제2 곡률금형 돌기
Claims (7)
- 플랜지, 세레이션이 성형된 너트바디를 단조 성형한 후, 전조 금형물에 의해 상기 세레이션을 사선으로 전조 성형함으로써, 사각격자 형태를 전조 성형하는 인서트 너트에 있어서,
상기 세레이션에 의해 상기 사각격자의 측부인 격자 측선이 형성되되, 상기 사각격자의 상부인 격자 상선은 상기 격자 측선의 수직을 중심으로 각도 15°내지 30°로 기울어지고, 곡률 R을 갖는 곡선을 형성함으로써, 상기 사각격자 간 각도는 50°내지 40°로 형성되는 것을 특징으로 하는 사각 격자 구조형 인서트 너트. - 제 1 항에 있어서,
상기 전조 성형을 위한 전조 금형물의 곡률금형 돌기는, 상기 전조 금형물의 길이 방향으로부터 수직된 수직선을 중심으로 각도 15°내지 30°로 기울어진 사선을 형성하고, 상기 사선에 의해 원호를 형성하되 상기 수직선이 상기 원호에 접선하도록 곡률 R을 갖는 것을 특징으로 하는 사각 격자 구조형 인서트 너트. - 제 1 항에 있어서,
상기 곡률 R은 상기 전조 금형물의 높이 L의 8배인 것을 특징으로 하는 사각 격자 구조형 인서트 너트. - 삭제
- 사각격자 형태를 갖는 인서트 너트의 제조 방법에 있어서,
a) 플랜지, 세레이션이 성형된 너트바디를 단조 성형하여 단조 성형물을 제공하는 단계;
b) 길이 방향으로부터 수직된 수직선을 중심으로 각도 15°내지 30°로 기울어진 사선을 형성하고, 상기 사선에 의해 원호를 형성하되 상기 수직선이 상기 원호에 접선하도록 곡률 R을 갖는 곡률금형 돌기가 마련된 전조 금형물을 이용하여, 상기 단조 성형물을 가압함으로써, 사각 격자 간 각도를 50°내지 40°로 유지하는 단계; 및
c) 상기 단조 성형물을 회전 진입시켜 전조 공정을 수행하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 사각 격자 구조형 인서트 너트의 제조방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 곡률 R은 상기 전조 금형물의 높이 L의 8배인 것을 특징으로 하는 사각 격자 구조형 인서트 너트의 제조방법. - 삭제
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KR101374290B1 (ko) * | 2013-01-15 | 2014-03-14 | 천일엔지니어링(주) | 파이프 성형 장치 |
KR20220032804A (ko) | 2020-09-08 | 2022-03-15 | 김승현 | 인서트 부품 및 이의 제조 방법 |
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2011
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