볼트와 나사는 자동차, 산업기계, 건설 등 다양한 산업분야에서 널리 사용되는 가장 기본적인 기계부품입니다. 볼트의 가장 큰 특징은 용접이나 리벳팅과 달리 조인 후에도 쉽게 풀 수 있고 다시 조여서 재사용할 수 있다는 점입니다.-
티타늄 볼트 제조 공정
볼트의 제조 재료는 일반적으로 코일형 와이어입니다. 산세, 윤활, 어닐링, 신선 등의 2차 가공을 거쳐 볼트 머리와 나사산을 성형하고, 열처리{1}}하고, 냉간 단조를 통해 표면 처리-합니다. 제품 유형에 따라 나사산 형성 전에 열처리가 필요한 경우도 있고 그렇지 않은 경우도 있습니다. 2차 가공은 일반적으로 전문 인력이 수행하지만 볼트 제조 공장에서 수행되는 경우도 있습니다.
볼트 헤드의 성형은 일반적으로 "업세팅(upsetting)"이라 불리는 업세팅 머신(upsetting machine) 또는 푸셔 핀 머신(pusher pin machine)과 같은 단조 기계를 사용하여 볼트 헤드를 냉간 단조하는 공정을 말한다. 냉간 압착이라고도 알려진 냉간 단조는 실온에서 가공하는 것을 말합니다. 이는 가공 전에 재료를 가열하는 온간 및 열간 가공과 대조되는 용어입니다. 단조 공정에는 코일형 강철을 적절한 길이로 절단한 후 여러 개의 단조 금형을 사용하여 재료를 압축하는 작업이 포함됩니다. 단조에는 업세팅, 딥 드로잉, 역압출, 마무리의 4단계가 포함됩니다. 업세팅에는 재료의 한쪽 끝을 압착하여 원래 직경 이상으로 확장하는 작업이 포함됩니다. 반대로 딥 드로잉은 재료의 한쪽 끝을 압착하여 더 작은 직경으로 수축시킵니다. 역압출은 재료의 한쪽 끝을 직경이 더 작은 다이에 밀어넣어 구멍을 만드는 동시에 바깥쪽으로 압출시키는 작업을 포함합니다. 마무리에는 단조 금형을 사용하여 과도한 두께를 제거하는 작업이 포함됩니다. 제품의 형태에 따라 이들 방법을 단독으로 사용하거나 조합하여 사용할 수 있습니다. 형상이 복잡할수록 제품을 점진적으로 형상화하려면 더 많은 가공 단계가 필요하지만 일반 볼트는 2~5단계만 거치면 성형할 수 있습니다.
나사산 부분의 성형 공정에는 압연 성형 기계를 사용하여 볼트 나사산 형성 공정에서 나사산을 냉간 단조하고 성형하는 작업이 포함됩니다. 성형방법은 볼트머리와 동일합니다. 스레드 형상은 두 세트의 단조 금형 사이에 블랭크를 고정하고, 동시에 블랭크를 회전시키면서 그 중 하나의 금형을 회전시키고, 소성 성형을 통해 스레드로 성형함으로써 형성됩니다. 스레드 성형에 사용되는 단조 금형을 "롤링 성형 금형"이라고 합니다. 압연 성형기에는 평면 단조 금형 압연 성형기, 원형 단조 금형 압연 성형기, 유성 압연 성형기의 세 가지 유형이 있습니다. 평면 단조 다이 압연 성형 기계는 두 개의 일반 압연 성형 다이를 사용합니다. 하나는 고정되어 있고 다른 하나는 앞뒤로 움직여 블랭크를 굴리고 모양을 만듭니다. 원형 단조 다이 롤링 성형 기계는 동일한 방향으로 회전하는 두 개의 평행한 원통형 롤링 성형 다이를 사용하여 두 다이 사이에 끼워진 블랭크를 롤링하고 성형합니다. 유성 압연 성형기는 원통형 단조 금형과 부채꼴 단조 금형({7}}) 사이에 블랭크를 체결하고, 원통형 단조 금형을 회전시켜 압연 성형합니다.
냉간 단조 및 열처리로 형성된 볼트는 일반적으로 플라스틱 가공에 적합한 경도를 가진 재료로 만들어집니다. 탄소 함량이 높거나 합금 원소가 첨가된 재료는 본질적으로 단단하고 가공이 어렵기 때문에 일부 재료는 연화를 위해 어닐링이 필요합니다. 대부분의 재료는 냉간 단조 조건에서 요구되는 강도를 충족할 수 없습니다. 냉간 단조 후 수행되는 열처리는 볼트에 필요한 강도와 기계적 특성을 부여하며 볼트 제조에서 가장 중요한 단계입니다. 볼트는 용도와 용도에 따라 다양한 강도 등급으로 분류됩니다. 성형된 볼트가 각각 필요한 기계적 특성을 갖도록 하려면 열처리가 필요합니다.
자동차 엔진에 사용되는 볼트는 윤활유에 들러붙는 경우가 많기 때문에 표면 처리를 하지 않아도 녹이 슬지 않습니다. 그러나 이는 볼트의 작은 부분일 뿐입니다. 대부분은 부식성 환경에서 사용되므로 표면 처리 없이는 빨리 녹슬게 됩니다. 녹슨 볼트를 처리하지 않고 방치하면 부식으로 인해 나사가 풀리지 않으며, 심한 경우 부러져 심각한 사고로 이어질 수 있습니다. 따라서 부식성 환경에서 사용되는 볼트에는 전기 도금과 같은 표면 처리가 필요합니다. 볼트 표면처리는 크게 전기도금과 코팅으로 나눌 수 있습니다. 가장 널리 사용되는 방법은 전기도금으로, 가격이 저렴하고 내식성이 좋은 장점이 있습니다. 전기도금보다 더 높은 내식성이 요구되는 경우에는 아연도금철, 아연-니켈 등의 합금 전기도금을 사용하거나 아연-알루미늄 복합 코팅을 적용할 수 있습니다.
자동차용 볼트 개발 방향
최근 몇 년간 자동차 제조사들은 부품 비용 절감, 경량화, 고강도화를 요구해 왔습니다. 동시에 환경 문제를 해결하기 위해서는 CO2 배출을 줄여야 하고, 연료 소비를 줄이기 위해서는 차량 중량을 최소화해야 합니다. 볼트 제조 비용에서는 블랭크 비용이 큰 부분을 차지합니다. 따라서 가장 효과적인 방법은 재료 자체의 비용을 줄이는 것입니다. 일본 자동차 제조사들은 자재 공급 비용을 줄이기 위해 저렴한 해외 자재 활용 방안을 연구하고 있다. 고객 요구 사항을 충족하기 위해 볼트 제조업체는 볼트 무게 감소에 대한 다양한 연구도 수행했습니다. 볼트 무게를 줄이기 위한 조치로 알루미늄이나 티타늄과 같은 경량 금속을 사용하는 반면, 볼트 크기를 줄이는 방법도 있습니다. 볼트 크기를 줄이면 무게는 줄어들 수 있지만, 동일한 강도 등급에 대해 볼트 크기를 줄이면 단면적 감소로 인해 볼트의 조임력이 감소합니다.-
따라서 볼트 크기를 줄이면서 동일한 수준의 강도를 보장하려면 볼트의 강도를 높여야 합니다. JIS와 같은 현재의 공공 표준과 자동차 제조업체의 자체 표준은 강도 등급이 12.9 미만인 볼트에 대한 요구 사항만 지정합니다. 일반 담금질 및 템퍼링 볼트의 경우 강도 등급이 12.9를 초과하면 지연 파괴 특성이 급격히 저하됩니다. 10.9 또는 12.9의 고강도 볼트가 이미 사용 중인 일부 응용 분야에서는 크기 감소를 통한 중량 감소를 달성하려면 강도 등급이 12.9를 초과하는 볼트를 사용하고 지연 파괴 특성을 개선하는 방법을 채택해야 합니다. 높은 강도를 달성하기 위해 일부 담금질 및 템퍼링 볼트는 합금 원소를 추가하여 지연 파괴 특성을 개선합니다. 합금 원소를 추가하면 지연 파괴 특성이 어느 정도 향상될 수 있지만, 이러한 원소의 높은 가격은 필연적으로 비용을 증가시킵니다.
또 다른 접근 방식은 담금질 및 템퍼링되지 않은 볼트를 사용하는 것입니다.- 비-담금질 및 템퍼링 볼트는 성형 후 열처리가 필요하지 않습니다. 그들의 힘은 주로 작업 강화를 통해 보장됩니다. 비- 담금질 및 템퍼링 볼트의 미세 구조는 담금질 및 템퍼링 볼트의 미세 구조와 완전히 다르며 지연 파괴에 대한 강한 저항성을 나타냅니다. 비-템퍼링 볼트는 템퍼링 볼트보다 탄소 함량이 높은 재료를 사용합니다. 빌렛 단계에서 제어된 냉각 및 열처리를 통해 면적을 크게 줄일 수 있습니다. Wire Drawing을 통한 가공경화 후, 볼트성형단계에서 추가적인 가공경화를 통해 볼트의 강도를 확보합니다. 일반 볼트는 성형 후 담금질을 하지 않지만, 냉간 단조를 통해 내부 변형을 제거하기 위해 블루잉 작업을 거쳐야 합니다. 단점은 재료의 경도가 강화 볼트보다 높아서 성형이 매우 어렵다는 것입니다. 현재 엔진에 사용되는 비{12}}템퍼링 볼트의 강도는 1600MPa이고, 차체에 사용되는 -비템퍼링 볼트의 강도는 1400MPa에 달합니다. 이러한 고강도 볼트에 대한 수요는 앞으로 더욱 확대될 것으로 예상됩니다.-
