드릴탭 나사탭의 정도와 재질 알아보기

지난 글에 이어서 드릴탭, 나사탭이라고도 불리는 탭의 정도와 재질에 대해 살펴보겠습니다.

 

4. 나사탭의 정도

나사탭의 정도는 외경,유효경,골경,피치,산의 반각 흔들림의 허용차등이 JIS 등급에 따라 구분되어 있습니다. 등급 선정은 일반적으로 암나사의 등급과 맞추어 동일한 것을 사용하지만 탭핑 된 암나사가 탭 등급과 같은 정도로 결과물이 나온다고 할 수 없습니다.

탭의 절삭성, 피삭재, 사용조건에 따라 암나사 치수가 변하기 때문에 탭 등급은 선정의 기준일 뿐이고 반드시 암나사의 정도가 보증된다고 할 수는 없습니다. 미터나사 핸드탭은 1987년부터 ISO규격이 도입되었습니다. 병목, 세목이 동일규격번호로 통합되어 탭의 정도 형상도 바뀌어 있습니다.

 

4.1 나사탭 유효경

 암나사의 정도를 결정할 때, 탭 유효경은 가장 중요한 특성입니다. JIS 나사 용어에서는 이를 나사홈의 폭이 나사산의 폭과 동일하게 되는 가상적인 원통(또는 원추)의 직경이라고 설명합니다.

 통상 탭 정도로 JIS 규정 Ⅱ급이 표준으로 사용됩니다. 하지만 이것으로서는 선택의 폭이 좁기 때문에 탭 정도를 단계식으로 작업조건에 맞추어 설정하여 필요상황에 따라 선택하도록 OH정도방식을 채용했습니다.

 

4.2 나사탭 외경

 탭 산정에 접하는 가상적인 원통(또는 원추) 직경을 외경이라 합니다.

 외경의 정도는 탭 산정이 가장 낮은 경우에도 기준산형 보다 조금 높게하고 수나사 산정과 간섭받지 않도록 결정됩니다. JIS에서 암나사 골지름의 허용차는 규정하고 있지 않습니다. 하지만 탭의 산정이 너무 뾰족해지지 않도록 산정을 평평하게 가공하여 강도부족을 막습니다.

 

4.3 골지름

 탭 골밑에 접하는 가상적인 원통(또는 원추) 직경을 골지름이라고 합니다.

 탭핑시에 밑구멍에 닿지 않도록 작게 설정합니다.

 

4.4 피치

 나사의 단면에서 가까운 나사산 간의 거리를 평행하게 측정한 값입니다.

 

4.5 나사산의 각도

 나사의 단면에서 인접한 2개의 나사산이 이루는 각도입니다. 나사산의 전각이라고 합니다.

 

4.6 흔들림

 탭 나사부, 샹크의 흔들림 허용차는 JIS에서 가이드라인을 제공하고 있습니다. 흔들림이 크면 절삭 시 과도한 부하가 걸려 암나사나 절삭날이 쉽게 손상되기 때문에 흔들림이 없거나 덜한 탭을 선정하는 것이 중요합니다.

 

나사부, 샹크부의 흔들림 허용차

품명/등급	1급	2급	3급
핸드탭	0.03	0.04	0.2
너트탭	-	0.04	0.12
관용탭	-	0.04	0.2

 

5. 나사탭 재질

 

5.1 고속도공구강(하이스 HSS/SKH)

 나사탭 재료는 점점 고급화하고 있습니다. 기존의 주류를 이루던 합금공구강(SKS)에서 고속도공구강(SKH)으로 바뀌어 가는 추세입니다. 더불어 초경합금 탭도 많이 사용하고 있습니다. SKS 재질 탭은 가공해야하는 수량이 적고 수가공으로 하는 경우에 여전히 사용되지만, 자동차부품 등 양산가공에서는 효율성이 떨어집니다. SKS 재질과 SKH 재질 탭의 성능차는 "고온경도의 차이"에서 나타납니다. 탭핑을 할 때, 절삭시의 열 발생으로 인해 날끝의 온도가 상승하게 됩니다. 이 때 SKH의 경우, 약 600도씨의 고온에도 고온경도가 높아 날 끝이 잘 마모되지 않습니다.

몰리브덴 (Mo)계 고속도공구강은 텅스텐(W)계에 비해 탄소 외 화합물인 단단한 탄화물이 미세하여 인성이 높아서 날끝형상이 얇습니다. 이것은 이빠짐이나 부러지기 쉬운 공구에 적합합니다. 이러한 이유로 몰리브덴계 SKH58이 나사탭용 고속도공구강으로 보급되었는데 최근에는 탭의 고성능화를 위해 고바나듐( V )계 재료로 바뀌어 가고 있습니다.

보통 고속도공구강 성분중에 코발트(Co)는 고온경도 높여 내열성 향상을 실현할 수 있습니다.

바나듐은 고온경도를 높이며 탄화물이 단단하기 때문에 내마모성을 향상시킵니다. 즉, 열처리된 고경도 피삭재를 탭핑 할 시에는 바나듐 함유량이 많은 재료가 사용됩니다.

 

5.2 분말하이스

 단단한 탄화물의 바나듐 함량을 높여 탭핑 성능을 향상시키는 아이디어는 과거부터 이야기 되었지만 피연삭성 저하로 실용화되지는 못했습니다.

하지만 이후 특수한 제강법이 개발되어 피연삭성을 저하시키지 않고 바나듐 함량을 높일 수 있게 되었습니다. 이는 일반적 용해제강법과 다른 분말야금법입니다.

탭용 고속도공구강의 성분인 CPM-T15는 바나듐 함량이 5%입니다. 탄화물은 미세하고 균일하게 분포해 있습니다. 이러한 탄화물 미세화가 피연삭성의 저하를 방지하는 것입니다.

피삭재별, 절삭유별 실험에서  탭 재질에 의한 효과를 보면, 바나듐 함량이 높을수록, 수용성유가 아닌 불수용성유일수록 수명이 더 길게 나타납니다. 이를 비추어 보면, SKH58(바나듐2%)에 비하여 CPM-T15(바나듐5%)의 수명이 3배정도 더 길게 나옵니다.

 

5.3 초경합금

초경합금 탭은 탭 수명을 극대화하기 위해 나왔습니다.

FC250에 30000회의 탭핑 했을 때 데이터를 살펴보면 SKH 탭 보다 절삭토크 상승이 적으며 수명이 10배 이상입니다. FC 재질 양산가공에 뛰어난 성능을 가지고 있는 것을 확인할 수 있습니다. 

적용되는 피삭재는 FC, ADC, 열경화성수지, HRC50 이상의 고경도강등입니다. 이러한 피삭재는  SKH 탭으로 절삭하는 것보다 초경합금 재질을 사용하는 것이 더 나은 결과를 도출합니다. 탭에 사용되는 초경합금에는 초미립자 타입이 주류를 이룹니다. 이는 항절력이 높기 때문입니다.

SKH 재질 탭 보다 파손 강도가 낮아서, 사용시에 탭을 밑구멍 중심에 맞추어 할 필요가 있습니다. 미래에는 일반강 피삭재에 작업시에도 적용할 수 있는 초경탭이 발달할 것으로 예상됩니다.