KR20040087909A - 부분 경화된 기능팁을 갖는 나사 및 그의 생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제한된 방사 깊이의 외부 영역에서 결합부보다 더 큰 경도를 갖는 기능팁, 인접 결합부 및 헤드를 가지며, 저합금 탄소강으로 이루어진 나사의 생산방법에 있어서, 나사 몸체는 프레싱과 롤링에 의해 형성되고, 그후 기능팁이 경화 공정을 겪게 되는데, 경화는 높은 에너지 전달값을 갖는 순간적인 가열 및 이후의 쿠엔칭에 의해 수행되며, 기능팁의 외주부로 제한된다.

Description

부분 경화된 기능팁을 갖는 나사 및 그의 생산방법{SCREW WITH A PARTIALLY HARDENED FUNCTIONAL TIP AND PROCESS FOR THE PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 제한된 방사 깊이의 외부 영역에서 결합부보다 더 큰 경도를 갖는 기능팁, 인접 결합부 및 헤드를 가지며, 저합금 탄소강으로 이루어진 나사의 생산방법에 관한 것으로서, 여기서 나사 몸체는 프레싱과 롤링에 의해 형성되고, 그후 기능팁은 경화 공정을 겪는다. 본 발명은 또한 그러한 나사에 관한 것이다.

독일 특허 명세서 제22 11 608호로부터 공지된 자기 태핑(self-tapping) 나사의 생산에서는, 보다 큰 나사산(screwthread) 경도가 자기 태핑부로 제한되고, 나사산 코어(core)로 연장되며, 경화된 나사산 영역은 유도 코일에서의 가열과 이후의 쿠엔칭(quenching)에 의해 생산된다. 관련 기술업계가 추구하는 외주 주위로 균일한 경도를 얻는 것은 그 방법에 의해서만 가능하다. 그러나, 그것은 각각의 개별 나사를 위한 복잡한 조작 공정을 갖는 간헐적인 공정 절차를 초래한다. 그러므로, 비록 헤드의 프레싱과 나사산의 롤링에 의한 코어 경화가 충분하고 추가의 경화 효과가 나사의 수소-유도 취성 파괴(hydrogen-induced brittle fracture) 감응성을 증가시킨다 할지라도, 에너지 전달율은 가능한 정도에서 부족하고, 또한 코어의 추가 경화가 열전도의 결과로서 그의 외부 영역에서 발생한다. 마지막으로, 경화된 영역은 축방향으로 비교적 길지만, 경화된 영역이 결합될 요소내에 남아 있어서는 안되고 나삽되어 돌출되어야 하기 때문에, 특히 축방향으로 긴 기능팁은 외관을 망친다.

본 발명은 이를 치유하는 개선책을 찾는 것이다. 본 명세서의 초반부에 개시된 방법에 근거하여, 본 발명은 경화가 높은 에너지 전달율을 갖는 순간적인 가열과 그후의 쿠엔칭에 의해 수행되어 기능팁의 외주부로 제한되는 것을 제공한다. 이러한 방법은, 기능팁의 다른 외주부들이 기본적인 강도를 유지하는 동안, 경도가 전체 외주로 확장되지 않고 외주부로만 확장된다면, 나사의 기능팁의 작동은 실제 반대로 영향을 받지 않는다는 인식에 근거한다. 동시에, 그것은 연속적인 통과 방법에서 그러한 경화 공정을 수행할 가능성을 제공하므로써, 생산공정을 실질적으로 더 용이하고 저렴하게 만든다. 또한, 경화 효과는 나사산의 짧은 길이 방향의 부분상에 집중되어 설치된 상태에서 단지 상응하게 짧은 기능팁만이 돌출될 수 있다.

도 1은 나사산을 형성하기 위하여 제공되는 기능팁을 갖는 나사의 측면도,

도 2는 경화된 나사산 날개 영역의 빗금 표시를 갖는 도 1에 표시된 기능팁의 확대 도면,

도 3은 빗금에 의해 표시된 경화 영역을 갖는 도 1에서 라인 Ⅲ-Ⅲ상에 주어진 단면 변화를 도시한 도면,

도 4는 예비-보링 및 나사산-절단 기능팁을 갖는 다른 나사의 측면도,

도 5는 경도 영역의 빗금 표시를 갖는 도 4에서 강조된 기능팁의 확대 도면,

도 6은 도 5의 라인 Ⅵ-Ⅵ를 따라 주어진 부분의 도면,

도 7은 나사산 홀-형성 기능팁을 갖는 다른 나사 구조의 측면도,

도 8은 경화 영역의 빗금 표시를 갖는 도 7에서 강조된 기능팁의 확대 도면,

도 9는 도 8의 라인 Ⅸ-Ⅸ를 따라 주어진 부분의 도면,

도 10은 세 개의(부분적인) 나사산 날개를 갖는 나사산-형성 기능팁의 도 2에 상응하는 도면,

도 11은 도 10의 라인 A-A를 따라 주어진 부분의 도면,

도 12는 도 10의 라인 B-B를 따라 주어진 부분의 도면, 및

도 13은 도 10의 라인 C-C를 따라 주어진 부분의 도면.

어떤 요소 부분의 부분적인 경화를 위한 저합금 탄소강의 짧은 주기 오스테나이트화(austeniting)는 잘 알려져 있으나, 그러한 방법을 적용하는 상기 기술된 특별한 방식은 그렇지 않다.

외주부 위의 기능팁을 가열하는 공정은 라인 인덕터(inductor)를 통해 나사의 선형 횡축 전진 운동(linear transverse advance movement)으로 유도적으로 수행될 수 있다. 에너지 전달이 훨씬 더 빠르고 나사 코어 방향으로 상응하게 더 낮은 열전도를 갖기 때문에, 레이저 빔의 작동을 이용하는 것이 특히 유리하다. 그러한 경우에, 다수의 레이저 빔들은 나사의 기능 팁의 외주부로 향하여 질 수 있다.

국부 레이저 경화는 문헌(DE 198 5 733 C1 또는 EP 0 130 749 B1)로부터 예시된 바와 같이 잘 알려져 있으나, 나사와 관련하여, 특히 본 발명의 방법의 특별한 형상과 관련하여서는 그렇지 아니하다.

기능팁의 부분 경화 이전에, 나사 몸체는 전체적으로 열처리되거나 표면 경화될 수 있다. 열처리는 오스테나이트 온도로의 가열, 쿠엔칭 및 템퍼링에 의해 실행되는 반면, 표면 경화는 오스테나이트 온도로 가열되는 도중 탄화(carburisation) 또는 카보니트라이딩(carbonitriding), 이어 다시 한번 쿠엔칭 및 템퍼링을 수행함으로써 실행된다.

바람직하게도, 주변으로 제한되는 경화 효과는 기능팁의 나사산-형성 나사 날개들의 플랭크부(flank portion)와 팁으로 방사상으로 제한된다. 기능팁이 예비-보링(pre-boring) 또는 플로우 홀 형성을 위한 절단 가장자리를 갖는다면, 경화 효과는 유리하게도 기능팁의 보어 홀-형성부의 절단 가장자리로 제한된다. 모든 경우에 있어서, 증가되는 경화 효과의 원인이 되는 순간적인 가열의 방사 깊이는 유리하게는 헤드를 향한 기능팁의 선단으로부터 축방향으로 감소될 수 있다.

따라서, 본 발명의 주제는 또한 제한된 방사 깊이의 외부 영역에서 결합부 보다 더 큰 경도를 갖는 기능팁, 인접 결합부 및 헤드를 가지며, 단지 기능팁의 외주부만 경화된다는 점에서 구별되는, 저합금 탄소강으로 이루어진 나사에 관한 것이다. 그것은, 만약 두 개의 직경으로의 상호 대향 외주부가 경화된다면, 생산 공학의 관점에서 특히 유리하다. 그러나, 특히 경화 공정이 레이저 빔에 의해 수행될 때, 나사 기능팁의 외주 위로 균일하게 분포되는 두 개 이상의 부분을 경화시키는 것이 가능하다.

도 1에 도시된 나사는 공구-맞물림(engaging)용 안착부(2)를 구비한 헤드(1)를 갖는다. 나사의 몸체(shank)(3)는 나사산(4)을 가지고 있다. 첫번째 날개는 기능팁(5)의 영역에서 뽀족해지고, 두 개의 인접 나사산 날개와 같이, 부분(8) 상부의 플랭크(7)과 팁(6)의 영역에서 본 발명에 따른 방식으로 경화된다. 도 3의 a) 내지 c)는 도 1의 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따라 주어지는 부분인, 경화된 외주부(8)를 도시하고 있는데, 빗금에 의해 표시된 바와 같이, 그것의 형상은 사용되는 경화 방법의 특성에 따라 다르다. 따라서, 도 3의 a)에 도시된 부분(8)은 라인 인덕터를 통해 나사의 선형 횡축 전진 운동으로 유도 가열(inductive heating)에 의해 생산되는 반면, 도 3의 b) 및 c)에서 경화된 부분(8)은 각각 세 개 및 두 개의 레이저 빔에 의한 가열에 의해 생산되었다.

도 4에 도시된 나사는 외부 공구-맞물림 형태(11)를 갖는 헤드(10)와, 나사산 (13)을 갖는 몸체(12)를 갖는다. 그의 기능팁(14)은 절단 가장자리(16)를 구비한 보링부(boring portion)(15)와 이어 나사산을 형성하는 나사산 날개들(17)을 가지며, 그의 형태는 도 1에 도시된 나사의 그것에 상응한다(도 4에 있어서, 라인 Ⅲ-Ⅲ을 참조). 보링부(15)의 경화된 외주부(18)는 도 5의 라인 Ⅵ-Ⅵ로 도 6의 도면에 도시되어 있으며; 그의 축 정도는 도 5에 직접적으로 도시되어 있다.

도 7에 도시된 나사는 공구-맞물림용 안착부(21)를 구비한 헤드(20)를 갖는다. 나사산(23)을 갖는 몸체(22)는 홀-형성부(25)를 구비한 기능팁(24)를 가지며, 그의 경화는 도 9의 외주부(26)에 도시되어 있다. 부분(26)의 축 정도는 도 8로부터 보여질 수 있다. 홀-형성 팁(25)과 인접한 나사산(23)의 날개(27)는, 도 1에 기술되고 도 2 및 3에 도시된 바와 같이(도 7의 Ⅲ-Ⅲ의 부분에 도시됨), 외주부(8)에서 다시 경화된다.

유리하게도, 본 발명에 따른 기능팁의 경화는 기능팁의 선단을 향하여 축방향으로 그의 방사 깊이에 대하여 증가될 수 있다. 도 10과 관련된 도 13에 도시된 바와 같이, 다음의 나사산 날개(도 12 및 11)에 있어서, 그것은 첫번째 나사산 날개 영역에서 가장 크며, 나사 헤드로 향하면서 감소된다. 보링 또는 플로우 홀- 형성부를 갖는 기능팁에 (각각 도 4 및 도 7) 상응하는 사항이 또한 적용된다. 그러한 방식으로, 가장 큰 경도를 가지며, 따라서 나사의 맞물림 능력이 관련되는 각각의 작업 과정의 초기에 이용가능하다.

본 발명의 나사는 기능팁의 두 개의 직경으로 상호 대향 외주부가 경화된다면, 생산 공학의 관점에서 특히 유리하다. 특히, 경화 공정이 레이저 빔에 의해 수행될 때, 나사 기능팁의 외주 위로 균일하게 분포되는 두 개 이상의 부분을 경화시키는 것이 가능하다.

Claims (13)

1. 제한된 방사 깊이의 외부 영역에서 결합부보다 더 큰 경도를 갖는 기능팁, 인접 결합부 및 헤드를 가지며, 저합금 탄소강으로 이루어지고, 그의 몸체는 프레싱과 롤링에 의해 형성되고, 그후 기능팁이 경화 공정을 겪게 되는 나사의 생산방법에 있어서,

   상기 경화는, 높은 에너지 전달값을 갖는 순간적인 가열 및 이후의 쿠엔칭에 의해 수행되며 기능팁의 외주부로 제한됨을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   경도를 증가시키는 순간적인 가열의 방사 깊이는 헤드를 향한 기능팁의 선단으로부터 축방향으로 감소됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   가열 공정은 라인 인덕터를 통한 나사의 선형 횡축 전진 운동으로 유도적으로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   가열 공정은 레이저 빔의 작동에 의해 수행됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   다수의 레이저 빔들은 나사의 기능팁의 외주부로 향하여짐을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   기능팁의 경화 이전에, 나사 몸체는 전체적으로 열처리(오스테나이트 온도로 가열하여 쿠엔칭 및 템퍼링)됨을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   기능팁의 경화 이전에, 나사 몸체는 전체적으로 표면 경화(탄화 또는 카보니트라이딩으로 오스테나이트 온도로 가열, 쿠엔칭 및 템퍼링)됨을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   경화 효과는 기능팁의 나사산-형성 나사산 날개들의 플랭크부와 팁으로 제한됨을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   경화 공정은 기능팁의 보어 홀-형성부의 절단 가장자리로 제한됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제한된 방사 깊이의 외부 영역에서 결합부보다 더 큰 경도를 갖는 기능부, 인접 결합부 및 헤드를 가지며, 저합금 탄소강으로 이루어진 나사에 있어서,

    상기 기능팁의 외주부만이 경화됨을 특징으로 하는 나사.
11. 제 10항에 있어서,

    더 큰 경도의 방사 깊이는 헤드를 향하여 기능팁의 선단으로부터 축방향으로 감소됨을 특징으로 하는 나사.
12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,

    상기 기능팁의 두 개의 직경으로 상호 대향 외주부가 경화됨을 특징으로 하는 나사.
13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,

    외주부의 상부에서 균일하게 분포되는 기능팁의 두 개 이상의 부분이 경화됨을 특징으로 하는 나사.