기계식 패스너 완벽 가이드: 종류, 용도, 장단점 총정리

오늘날 산업 현장에서는 어떤 소재의 기기든 패스너를 사용하여 깔끔하고 강력한 접합을 만듭니다. 용접, 납땜, 브레이징, 접착 등 다른 접합 방식은 소재를 영구적으로 결합합니다. 이 때문에 대부분의 패스너가 더 나은 대안이 되는데, 접합 부품을 손상시키지 않고 분해 및 제거할 수 있기 때문입니다. 다만 리벳 같은 일부 패스너는 영구 결합하며, 분해하려면 리벳 자체가 파괴되어야 합니다.

이 글에서는 기계식 패스너의 정의, 용도, 기능, 소재, 종류를 다루며, 영구 접합 방식 대비 패스너의 장단점도 함께 알아보겠습니다.

패스너(Fastener)란 무엇인가?

패스너는 두 개 이상의 물체를 기계적으로 결합하는 장치입니다. 일반적으로 영구 또는 비영구 방식이 가능하지만, 주로 비영구 접합을 만드는 데 사용됩니다. 이는 접합 부품을 손상시키지 않고 분해 또는 제거할 수 있게 합니다. 용접 같은 다른 접합 공정은 영구 접합을 생성합니다.

패스너는 금속 가공, 목공 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 이 분야에서 접합 공정으로 패스너를 활용하면 여러 면에서 편리해집니다. 금속 패스너는 강도가 높고 상당한 하중을 견뎌야 합니다. 주로 분말 야금 및 주조 공정으로 제조됩니다.

나사산 패스너는 설치와 제거가 용이해 부품 조립에 가장 널리 쓰입니다. 패스너 나사산은 ISO(미터법)와 ANSI(통일규격) 두 가지 주요 표준으로 표준화되어 있습니다. 나사산은 용도에 따라 오른나사 또는 왼나사가 가능하지만, 대부분 오른나사입니다. 나사산 패스너의 세 가지 주요 유형은 볼트, 나사, 스터드입니다.

패스너의 용도

패스너의 용도는 다른 접합 공정 대비 더 큰 이점을 제공하므로 오늘날 매우 일반적입니다. 사실 거의 모든 산업 용도가 패스너만으로 설계 가능하지만, 몇 가지 요소를 고려해야 합니다. 고려 사항은 다음과 같습니다:

• 나사산 사양
• 패스너에 가해지는 하중
• 패스너의 강성
• 필요한 패스너 개수

특정 용도에 패스너를 선택할 때 추가로 고려해야 할 사항은 다음과 같습니다:

• 접근성
• 설치 공정
• 환경 조건(온도, 부식성 요소, 수분 노출 등)
• 중량 제한
• 접합할 소재

우리 주변의 일반적인 패스너 용례로는 의자, 테이블, 스툴, 문, 창문, 주방용품, 전기기기 등이 있습니다. 광범위한 산업용으로는 자동차, 항공, 농기계, 해양 분야 등이 있으며, 사실상 장비를 다루는 모든 곳에 패스너가 고려됩니다.

패스너 소재

앞서 언급했듯 분말 야금과 주조가 패스너 제조의 일반적인 기술입니다. 패스너는 주로 강철로 만듭니다. 산업용 주요 강철 패스너로는 탄소강, 스테인리스강, 합금강이 있습니다. 스테인리스강 패스너는 200계열, 300계열, 400계열 세 등급으로 사용됩니다.

티타늄, 알루미늄, 다양한 합금 등 다른 소재도 금속 패스너 제조에 사용됩니다. 많은 경우 금속 패스너의 성능 향상을 위해 특수 코팅이나 도금을 적용합니다. 예를 들어 내식성 강화가 대표적입니다. 아연, 크롬, 용융 아연 도금이 패스너에 적용되는 일반적인 코팅/도금 방식입니다. 다만 철은 대부분의 패스너 구성 성분입니다.

패스너의 종류

일반적인 패스너 종류와 설명은 다음과 같습니다.

나사산 패스너(Threaded Fastener):

나사산 패스너는 내부 및 외부 나사산을 가집니다. 나사, 너트, 볼트가 대표적인 나사산 패스너입니다.

볼트(Bolts) – 한쪽 끝에 헤드(주로 육각 헤드)가 있고 다른 쪽에 나사산이 있습니다. 볼트는 일반적으로 너트와 함께 사용되며, 때로는 와셔와 함께 고정됩니다.

나사(Screws) – 볼트와 유사하게 한쪽 끝에 헤드가 있고 다른 쪽에 나사산이 있습니다. 나사는 보통 내부 나사산이 있는 구멍에 체결합니다. 캡 스크류, 머신 스크류, 우드 스크류가 대표적인 나사 종류입니다.

스터드(Studs) – 양쪽 끝에 나사산이 있어 헤드가 없습니다. 내부 나사산 구멍이 있는 부품들을 연결하는 데 사용됩니다. 이 경우 두 부품이 결합됩니다.

너트(Nuts)

너트는 볼트와 함께 사용하여 두 개 이상의 부품을 클램핑합니다. 일반적인 너트 종류는 다음과 같습니다:

육각 너트(Hex Nuts) – 내부 나사산이 있는 일반 육각 너트입니다. 가장 흔한 너트 유형으로 수많은 용도에 쓰입니다.

록 너트(Locknuts) – 다른 물체에 클램핑하지 않고 너트를 제자리에 고정해야 할 때 사용합니다.

나일론 인서트 너트(Nylon Insert Nuts) – 육각형 너트에 나일론 인서트가 있어 진동으로 인한 풀림을 방지합니다.

시어 너트(Shear Nuts) – 육각 잡음 포인트가 있는 원뿔형 너트로, 최대 토크에 도달하면 육각 헤드가 부러집니다. 제거가 어렵습니다.

윙 너트(Wingnuts) – 양쪽에 두 개의 외부 날개가 있어 손으로 돌릴 수 있습니다. 너트를 정기적으로 제거해야 하는 용도에 흔히 쓰입니다.

와셔(Washers)

와셔는 볼트, 나사, 너트 헤드 사이에 끼워 소재를 클램핑하는 패스너입니다. 주 목적은 헤드의 베어링 면적을 늘리고 하부 소재 손상을 방지하는 것입니다. 와셔 종류와 용도는 다음과 같습니다.

평와셔(Flat Washers) – 가장 일반적인 와셔로 볼트, 나사, 너트의 하중을 조임 시 고르게 분산시킵니다.

컵 와셔(Cup Washers) – 컵 형태라 패스너 헤드가 들어맞습니다. 패스너 헤드와 플러시 마감을 만들며 우드 스크류와 함께 사용됩니다.

스프링 와셔(Spring Washers) – 록 와셔라고도 하며 볼트, 나사, 너트가 진동으로 풀리는 것을 방지합니다.

리페어 와셔(Repair Washers) – 페니 와셔 또는 펜더 와셔라고도 합니다. 더 넓은 베어링 면적을 만들고 풀스루를 방지하도록 설계되었습니다. 내부 직경이 작은 것이 특징입니다.

리벳(Rivets)

앞서 언급했듯 리벳은 영구 패스너로, 제거 시 재사용할 수 없습니다. 일부 산업과 특수 용도에 쓰이지만, 주로 금속 시트와 플레이트 접합에 사용됩니다.

팝 리벳(Pop Rivets) – 햇(hat)과 맨드렐(mandrel)로 구성됩니다. 두 소재를 결합하는 데 사용됩니다. 작동 시 맨드렐이 리벳 본체로 밀려들어가 본체가 확장되어 소재를 잡습니다. 맨드렐 잔여분은 고정되면 끊어집니다.

라지 플랜지 팝 리벳(Large Flange Pop Rivets) – 팝 리벳과 용도는 유사하지만 더 큰 플랜지를 가집니다.

멀티-그립 리벳(Multi-grip Rivets) – 서로 다른 두께의 소재를 결합할 때 사용합니다. 보통 여러 리벳 크기가 필요하지만, 멀티-그립 리벳은 매우 범용적이고 비용 효율적입니다.

패스너의 장단점

장점:

패스너의 다양한 용도에서의 이점은 다음과 같습니다:

• 부품 경량화 달성 가능
• 인장 강도 Rm = 1500 MPa까지의 고강도 강재 접합 가능
• 공구 내 최소 공간 요구
• 공구 유지보수가 쉽고 단순
• 단일 너트 타입으로 t = 0.5~5mm의 다양한 시트 두께 접합 가능
• 모든 표면 코팅 시트 패널 적용 가능
• 모든 작업 방향에서 쉽고 간단한 설치

단점:

패스너의 좋은 장점에도 불구하고 몇 가지 한계가 존재합니다. 단점은 다음과 같습니다:

• 부품에 추가 중량 발생
• 접합 라인이 명확히 드러남
• 구멍 가공 필요로 부품 약화
• 특정 지점에 모든 하중 집중으로 피로에 기여
• 재체결 어려움
• 부식
• 정밀한 힘 제어 필요

결론

일반적으로 패스너는 영구 또는 비영구 방식이 가능하지만 주로 비영구 접합을 만드는 데 사용됩니다. 두 개 이상의 물체를 기계적으로 결합하는 장치입니다. 이상으로 기계식 패스너의 정의, 용도, 기능, 소재, 종류와 장단점에 대한 논의를 마칩니다.

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