볼트의 제조 공정

볼트는 다양한 크기와 형상을 가질 수 있지만 기본 생산 과정은 일반적으로 같습니다. 냉간 단조 강선을 원하는 형상으로 성형하는 것을 시작으로, 재료 강도를 증가시키기 위한 열 처리와 내구성을 향상하기 위한 표면 처리 등의 공정 후, 포장하여 출하합니다. 그러나 고성능의 고급 볼트 설계의 경우, 생산 공정에 여러 단계가 추가될 수 있습니다.

자동차 업계의 주요 파스너 공급업체 중 하나인 스웨덴 제조업체 Bluten은 볼트 생산 공정의 모든 단계와 측면에 있어 많은 노하우를 보유하고 있습니다. 스웨덴 Hallstahammar에 위치한 Bulten의 생산 공장 기술 관리자인 Henrik Oscarson는 “우리는 카탈로그 부품을 생산하지 않습니다. 모두 고객의 사양에 따라 맞춤형으로 설계됩니다.” 라고 말합니다.

“파스너가 사용되는 용도에 따라서, 정확하게 올바른 볼트를 생산하기 위한 다양한 방법이 있습니다.”

볼트의 생산 공정

냉간 단조

냉간 단조는 코일을 풀고 곧게 펴 일정한 길이로 절단한 대형 강철 선재 상태에서 공정이 시작됩니다. 강철 등급은 ISO 898-1 표준에 따라 산업 전반에 걸쳐 표준화되어 있습니다. 특수 공구를 사용하여 와이어 선재를 요구되는 형상으로 냉간 단조합니다. 이것은 기본적으로 강재가 성형되는 단계입니다. 실온, 고압 조건에서 일련의 금형을 통과하도록 합니다. 툴링 자체는 상당히 복잡할 수 있습니다. 최대 200개의 부품을 포함하고 있으며, 이때 허용 오차는 100분의 1mm입니다. 냉간 단조가 완료되면 볼트를 빠르고 대량으로 생산할 수 있으며 높은 균일성을 보장합니다.

냉간 단조만으로는 요구되는 형상을 구현할 수 없는 보다 복잡한 볼트 설계의 경우, 추가 회전(turning) 또는 드릴링이 필요할 수 있습니다. 회전은 강재를 요구되는 형상과 설계를 달성하기 위해서 볼트를 고속으로 회전시켜 강재를 절삭하는 가공을 말합니다. 드릴링은 볼트에 구멍을 가공하는 것입니다. 필요한 경우 전체 공정 중 이 단계에서 일부 볼트에 와셔가 부착될 수도 있습니다.

열 처리

열 처리는 볼트를 극한의 온도에 노출시켜 강철을 경화시키는 모든 볼트의 표준 생산 공정입니다. 나사산 가공(threading)는 일반적으로 열 처리 전에 강철이 연질일 때 압연 또는 절삭합니다. 압연(rolling)은 냉간 단조와 매우 유사하며 볼트를 금형에 통과시켜 강철을 나사산으로 성형하는 작업을 포함합니다. 절삭(cutting)은 강철을 절단하고 제거하여 나사산을 형성하는 것입니다.

열 처리는 강철의 재료 특성을 변화하여 더 단단하게 만들기 때문에, 열 처리 전에 나사산 가공을 하는 것이 더 쉽고 비용 효율적입니다. 그러나 열 처리 후 나사산 가공을 하면 재료 피로 성능이 향상됩니다.

Henrik Oscarson은 “열 처리로 인해 열 자국(heat mark)이 생기고 볼트가 약간 손상될 수 있습니다.”라고 설명합니다. “이러한 이유로 일부 고객은 특히 엔진 및 실린더 헤드 볼트와 같은 용도일 때, 열 처리 공정 후 나사산 가공을 요구하기도 합니다. 경화된 강철을 성형해야 하기 때문에 비용은 더 많이 들지만 나사산 모양을 더 잘 유지할 수 있습니다.”

크기와 표면

길이가 볼트 직경의 10배 이상인 긴 볼트의 경우에 열 처리 후, 강철이 원래 강철 와이어의 둥근 모양으로 되돌아가려는 현상이 있습니다. 따라서 열 처리 후 교정 작업이 필요한 경우가 많습니다.

표면 처리의 선택은 볼트의 용도와 고객의 요구 사항에 따라 결정됩니다. 종종 파스너의 주요 관심사는 내식성이며, 따라서 전해 처리를 통해 적용되는 아연 도금 코팅이 일반적인 솔루션이 될 수 있습니다. 이 도금 공정은 볼트를 아연이 함유된 액체에 담그고 전류를 흘려서 아연이 볼트 표면에 코팅층을 형성하도록 하는 공정입니다. 그러나 전해 처리는 수소 취성의 위험을 증가시킵니다. 또 다른 옵션은 아연 플레이크인데, 이 공정은 비록 비싸지만 훨씬 더 높은 내식성을 제공합니다.

엔진 내부나 오일에 정기적으로 노출되는 적용처와 같이 내식성이 문제가 되지 않는 경우, 인산염을 사용하는 것이 더 비용 효율적인 방법입니다. 표면 처리가 완료되면, 일반적으로 표준 볼트는 포장할 준비가 된 것입니다. 그러나 고급 설계에서는 브라켓과 같은 일부 추가 어셈블리가 필요할 수 있습니다. 다른 볼트도 잠금 패치(locking patch) 또는 액체 패치(liquid patch)와 같은 어떤 형태의 패치가 필요합니다. 잠금 패치는 나사산 위에 두꺼운 나일론 층으로 구성되어 그립을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 액체 패치는 나사산 형성 토크를 개선하는 데 도움이 됩니다.

이 단계가 완료되면 드디어 볼트가 완성됩니다. 이제 남은 것은 볼트를 포장하고 배송하기 전에 균일성과 일관성을 보장하기 위한 일종의 품질 관리 공정만 남습니다.

볼트의 생산 공정을 요약하면 다음과 같습니다.

1. 와이어 - 코일을 풀고 곧게 편 상태의 선재를 일정한 길이로 절단합니다.
2. 냉간 단조 - 강철을 상온에서 요구된 형상으로 성형합니다.
3. 볼트 헤드 - 고압 조건에서 강철을 일련의 금형에 통과시켜 점진적으로 가공합니다.
4. 나사산 가공 - 압연하거나 절삭하여 나사산을 형성합니다.
5. 열 처리 - 볼트를 극한의 온도에 노출시켜 강철을 경화합니다.
6. 표면 처리 - 용도에 따라 다르며, 일반적으로 아연 도금은 내식성을 향상시킵니다.
7. 포장/재고 - 균일성 및 일관성을 보장하기 위한 품질 관리 공정 후, 볼트를 포장합니다.