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[국내논문] 나사산 형상에 따른 초소형 나사 전조공정의 성형특성 고찰
Investigation into Thread Rolling Characteristics of Subminiature Screws According to Thread Shapes 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.40 no.11, 2016년, pp.971 - 978  

이지은 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) ,  김종봉 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과) ,  박근 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) ,  나승우 ((주)서울금속 기술연구소)

초록
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최근 전자제품의 소형화 및 경량화 추세에 따라 초소형 체결제품의 개발 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 이동통신기기 적용을 위한 초소형 나사(외경 1.0 mm 피치 0.25 mm)의 전조공정에 대한 연구를 수행하였으며, 특히 대칭 나사산과 비대칭 나사산의 성형을 위한 전조공정의 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석을 통해 전조금형의 수평방향 간격, 수직방향 간격, 이동 거리 등의 공정변수가 성형된 나사산의 형상정밀도에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 대칭 나사산과 비대칭 나사산에서 발생되는 재료 유동의 차이를 비교하고, 그에 따른 공정변수의 영향을 분석하였다. 상기 해석 결과로부터 도출된 공정변수를 실제 전조공정에 적용한 결과 대칭 나사산과 비대칭 나사산 모두 원하는 형상정밀도 내에서 성공적으로 성형될 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recent trends in miniaturization and lightness in portable electronics parts have driven developments in subminiature screws. This study aims to investigate the thread rolling process of a subminiature screw with an outer diameter and pitch of 1.0 and 0.25 mm, respectively. Finite element (FE) analy...

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문제 정의

  • 될 경우 체결되는 나사산의 개수 및 체결부의 접촉 면적이 감소하게 되어 체결특성이 저하될 것으로 예상되는데, 이러한 문제점을 해결하기 위해 종래 표준 나사산 형태로 사용된 정삼각형 형태의 대칭 나사산을 비대칭 형상으로 변경하여 나사의 체결력을 향상시키기 위한 연구가 진행되었다. (2)
  • 해석을 통해 전조공정에서 발생할 수 있는 다양한 성형불량을 방지하면서 KS나사 외경규격(0.9625 ± 0.0225 mm) (14)에 만족하는 성형조건을 제시하고자 한다.
  • 상기 연구에서는 모두 표준 대칭나사산을 적용한 전조공정에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 외경 1.0 mm, 피치 0.25 mm인 초소형 나사 (M1.0) 전조공정의 유한요소해석을 실시하였으며, 특히 체결력을 높이기 위한 비대칭 나사산의 전조 공정 해석을 통해 기존의 대칭 나사산 성형공정과 비교하고자 한다. 해석을 통해 전조공정에서 발생할 수 있는 다양한 성형불량을 방지하면서 KS나사 외경규격(0.
  • 0225 mm) (14)에 만족하는 성형조건을 제시하고자 한다. 또한 도출된 전조공정 조건을 적용하여 실제 실험을 수행하고 결과를 고찰하고자 한다.
  • 금형의 수평/수직 간격에 성형특성을 고찰하기 위해 였다. 해석은 소성가공 공정 그램인 AFDEX 3D를 사용하여 소재는 직경 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
나사를 제조하는 공정은 어떻게 구분되는가? 나사를 제조하는 공정은 나사의 머리부를 성형 하는 단조(Forging) 공정과 나사산을 성형하는 전조(Thread rolling) 공정으로 구분할 수 있다. (3) 전조 공정은 원기둥 형태의 소재를 나사산 형태의 패턴이 형성된 전조금형 사이에 삽입하여 소성변형을 유발시켜 나사산을 제조하는 공정이다.
전조 공정은 어떤 공정인가? 나사를 제조하는 공정은 나사의 머리부를 성형 하는 단조(Forging) 공정과 나사산을 성형하는 전조(Thread rolling) 공정으로 구분할 수 있다. (3) 전조 공정은 원기둥 형태의 소재를 나사산 형태의 패턴이 형성된 전조금형 사이에 삽입하여 소성변형을 유발시켜 나사산을 제조하는 공정이다.
나사산 전조공정에서 성형 후 원하는 치수의 외경을 얻기 위해서 필요한 것은 무엇인가? 나사산 전조공정은 나사산 모양의 홈이 형성된 고정부 금형(Stationary die)과 이동부 금형(Movable die) 사이에 원통형 소재를 삽입하여 왕복운동을 반복시켜 소성변형에 의해 나사산을 성형하는 공법이다. 이때 성형 후 원하는 치수의 외경을 얻기 위해서는 적절한 초기소재 직경과 금형간격의 설정이 필요하다.
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참고문헌 (15)

  1. Ra, S. W. and Park, K., 2015, "Recent Trends in Developing Subminiature Screw Parts," Proc. KSPE Spring Conf., pp. 1224. 

  2. Min, K. B., Kim, J. B., Park, K. and Ra, S. W., 2014, "Evaluation of Clamping Characteristics for Subminiature Screws According to Thread Angle Variation," J. Korean. Soc. Precis. Eng., Vol. 31, No. 9, pp. 839-846. 

  3. Lee, J. E., Kim, J. B. and Park, K., 2015, "Finite Element Analysis for Improvement of Folding Defects in the Forging Process of Subminiature Screws," J. Korean. Soc. Precis. Eng., Vol. 32, No. 6, pp. 509-515. 

  4. Domblesky, J. P. and Feng, F., 2002, "A Parametric Study of Process Parameters in External Thread Rolling," J. Mater. Process. Technol., Vol. 121, No. 2-3, pp. 341-349. 

  5. Park, K. D., Song, J. H., Lee, G. A., Lee, N. K., Lee, H. W. and Ra, S. W., 2009, "Simulation Based Process Design of Flat Die Thread Rolling for Micro Screw," Trans. Mater. Process, pp. 62-65. 

  6. Song, J. H., Lee, J., Lee, H. J., Lee, G. A., Park, K. D., Ra, S. W. and Lee, H. W., 2011, "Analysis and Experiments on the Thread Rolling Process for Micro-Sized Screws (Part I: Process Parameter Analysis by Finite-Element Simulation)," Trans. Mater. Process, Vol. 20, No. 8, pp. 581-587. 

  7. Song, J. H., Lee, J., Lee, H. J., Lee, G. A., Park, K. D., Ra, S. W. and Lee, H. W., 2012, "Numerical Analysis and Experimental Study of Thread Rolling Process for Micro-sized Screw (PartII: Application to a Microscrew with Diameter of $800{\mu}m$ )," Trans. Mater. Process, Vol. 21, No. 3, pp. 179-185. 

  8. Jang, S. J., Lee, M. C., Shim, S. H., Son, Y. H., Yoon, D. J. and Joun, M. S., 2010, "Finite Element Analysis of Manufacturing Process of 12 Point Flange Head Bolt with Emphasis on Thread Rolling Process," Trans. Mater. Process, Vol. 19, No. 4, pp. 248-252. 

  9. Shin, M. S., Cha, S. H. and Kim, J. B., 2010, "Prediction of Crack Initiation and Its Application to the Design of Lead Screw Thread Rolling Process," Trans. Mater. Process, Vol. 19, No. 3, pp. 160-166. 

  10. Lee, H. W., Song, J. H., Lee, G. A., Lee, H. J., Park, K. D. and Bae, S. M., 2011, "Thread Forming of a Micro Screw for Storage Device using Finite Element Analysis," Adv. Mater. Research, Vol. 264, pp. 1613-1618. 

  11. Kao, Y. C., Cheng, H. Y. and She, C. H., 2006, "Development of an Integrated CAD/CAE/CAM System on Taper-tipped Thread-rolling Die-plates," J. Mater. Process. Technol, Vol. 177, No. 1-3, pp. 98-103. 

  12. Peter, Z., Gontarz, A. and Weronski, W., 2004, "New Method of Thread Rolling," J. Mater. Process. Technol, Vol. 153-154, pp. 722-728. 

  13. Hwang, Y. M., Hwang, K. N. and Chang, C. Y., 2013, "Study on Heading and Thread-rolling Processes of Magnesium Alloy Screws," Key Engineering Materials, Vol. 535-536, pp. 322-325. 

  14. KS B 0211, Limits of Sizes and Tolerances for Metric Coarse Screw Threads, 2012 

  15. ISO, 1984, ISO Standards Handbook 18 Fasteners and Screw Threads, ISO, Switzerland, pp. 72-76. 

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