드릴탭 나사탭의 절삭토크와 탭핑조건

드릴탭, 나사탭의 절삭토크 및 탭핑 조건에 대해서 자세히 알아보겠습니다.

 

1. 절삭 토크

탭핑 작업을 할 때 회전의 저항을 탭의 절삭토크라고 칭합니다. 이 저항은 주로 식부의 원접선방향으로 걸리게 됩니다. 토크에 영향을 주는 것은 탭의 종류, 경사각, 식부의 길으 등 탭 형상에 관한 것이 있습니다. 그리고 피삭재 종류, 나사낼 길이, 밑구멍의 크기 등 절삭조건에 관한 것도 있습니다.

이러한 것들이 서로 복잡한 관계 속에 탭핑 작업에서 저항으로 나타나게 됩니다.

 

1-1. 최대 절삭 토크 산출식

탭핑할 때 최대절삭토크를 구하는 산출식은 다음과 같습니다.

 

T=tanθ/240*K*k*(D-Do)²*(D+2Do)

 

여기서 T는 절삭토크(kgf*cm), K는 비절삭저항(kg/mmf), k는 탭형상 및 절삭칩에 의한 보정정수, D는 탭 외경(mm), Do는 밑구멍(mm), θ는 나사산의 반각(˚)을 의미합니다.

단, 나사산의 길이 조건은 포함되어 있지 않습니다.

 

1-2. 필요동력 산출식

필요동력의 산출은 토크(순간적인 힘)와 회전수(분당)의 곱을 이용해 구합니다.

PS(마력)=2πN*T/75X60X100=0.000014*N*T

T는 최대절삭토크(kgf*cm), N은 회전수(rpm)를 의미합니다. ※(1PS=75kgf*m/s)
현장에서 실제 작업시의 여러 손실과 탭 작업시 토크의 증가 등을 고려하면, 계산된 칫수의 4배 정도의 동력이 필요로하게 됩니다.

 

1-3. 절삭 토크에 영향을 주는 요인

절삭토크는 여러가지 요인에 따라 변하게 됩니다. 절삭초기 그리고 날 끝이 마모한 상황에서도 절삭토크가 변하게 됩니다.

 

1-4. 관용테이퍼 탭의 절삭토크

관용테이퍼 탭의 경우, 일반 평행탭과 다르게 완전나사부에서도 절삭을 하게 됩니다. 따라서 마찰저항력이 증가해 핸드탭의 경우보다 2,3배의 절삭토크를 갖게 됩니다.

 

2. 탭핑 가공의 조건

절삭가공들 중에서도 탭핑의 경우는 절삭기구의 사용설명이 어려운 측에 속합니다. 굉장히 많은 요소가 얽혀있기 때문에 한두가지만으로는 문제 해결이 어려운 경우가 많습니다.

다시 말해, 작업 전에 탭핑 작업의 복잡한 조건이나 방법을 확인하고 공구품질과의 연관성 등도 체크한 다음 탭을 선정하는 것이 바람직합니다.

 

2-1. 피삭재

탭핑 작업할 때 피삭재 성질은 공구수명과 피삭암나사 정도의 사상면 등에 큰 영향을 미칩니다. 경사각만 보아도 동 재질의 경우 16도, 동합금의 경우 3도 정도로 적용사양의 차이가 크게 납니다. 

따라서 경사각 외에 유효경, 경도, 표면처리 등을 함께 고려해야 탭핑 성능을 끌어올릴 수 있습니다.

 

피삭재와 성질 탭으로서 고려점의 관계는 다음과 같습니다.

피삭재	성질	탭으로서의 고려점
저탄소강	연질이며 사상면 불량이나 용착을 일으키기 쉽다	경사각을 강하게 호모처리가 유효
주강 중고탄소강 망간강 크롬강 공구강	공구마모가 크다	경도를 높게
스테인레스강	용착성이 크다 가공경화성이 크다 절삭칩은 강인하며 연속한다	경사각을 강하게 비틀림 홈탭 호모처리
주철	공구마모 크다 확대여유 작다 절삭칩은 분단	마모방지를 위해 경사각을 약하게, 질화처리 오버사이즈
알우미늄	연질이며 전연성이 크다 사상면불량이 생기기 쉽다 절삭칩의 부피가 커진다	경사각을 강하게 날두께를 얇게 홈 없는 탭이 최적
알루미늄합금	주철과 유사하지만 그외에 사상면 불량이 생기기 쉽다	경사각을 강하게 비틀림 홈탭 오버사이즈 홈이 없는 탭이 최적
동합금	사상면 불량이 생기기 쉽다 확대여유 작다	경사각을 약하게 오버사이즈 황동은 홈없는 탭이 최적
열경화성수지	공구마모 크다 확대여유 작다(수축한다) 절삭칩 분단	경사각을 약하게 오버사이즈 질화처리

2-2. 나사밑구멍의 지름

탭핑 작업은 밑구멍 지름을 몇으로 하느냐에 따라 크게 좌우됩니다. 밑구멍 지름이 암나사 내경 공차의 범위 안에 있다면 해당 나사의 강도에는 별 영향이 없기 때문에 가능한 크게 하는 것이 좋습니다.

만약 밑구멍 지름이 작으면 절삭 칩의 양이 증가할 것이고 이것은 절삭 토크도 커지게 만들어서 결국 탭을 마모시키고 파손되게 하는 경우가 생기게 됩니다.

따라서 밑구멍 지름이 탭 수명, 작업효율, 피삭암나사 정도에 영향을 주는 것을 숙지하고 암나사 내경 허용 한계 치수 안에서 가능한 크게 해야 하는 것입니다. 

미터병목나사, 미터세목나사, 유니파이세목나사, 유니파이병목나사에 관해 JIS B1004(나사밑구멍 지름)에 의한 밑구멍 지름 규정이 따로 있습니다.

걸리기율은 수나사 나사산과 암나사 나사홈이 서로 맞물렸을 때 높이와 기준산형의 높이와의 비율을 의미합니다. 산출식은 다음과 같습니다.

걸리기율=(숫나사외경)-(암나사내경)/2X(숫나사산의 기준높이) X100

 

암나사 외경은 밑구멍지름과 같습니다. 따라서 피치(P)와 수나사(d), 걸리기율을 정하면 밑구멍 지름은 다음의 산출식으로 구할 수 있습니다. (미터, 유니파이 나사의 경우)

밑구멍지름=d-2 X 0.541266P X 걸리기율/100

 

걸리기율이 크면(밑구멍지름이 작으면) 절삭토크가 급증하게 되어 탭핑 작업이 어려워 집니다.

수나사는 기준산형대로 하고 암나사 산의 높이를 바꾸어 걸리기율을 바꾸어 (100%, 60%) 암나사 산의 단면적을비교하면, 나사 걸리기율이 60% 일 때, 나사산의 단면적은 73.3%가 됩니다. 나사산 강도는 나사산의 단면적에 비례하므로 암나사 산의 높이를 작게 해도 나사산 강도는그다지 약해지지 않는 것을 알 수 있습니다.

또 암나사 측 산의 단면적감소율 26.7%는 탭으로 제거되는 부분의 단면적감소율 44.4%라는 큰 값이 되므로, 밑구멍지름은 가능한 크게 하는 것이 유리하다는 것을 알 수 있습니다.

 

지금까지 드릴탭, 나사탭의 절삭토크와 탭핑조건에 대해 알아보았습니다. 감사합니다.