기계 설계 표면 거칠기 조도 계산법 및 기호 정리

표면 거칠기

1. 표면 구조

기계 가공 부품 표면은 부품의 실제 표면은 그것을 만드는 데 사용된 제조공정에 따라 표면 특성이 매우 다양한 형태로 결정됩니다. 표면은 직선적이고 평평한 것처럼 보이지만 이를 확대하여 보면 거칠기(roughness), 표면파형(waviness), 흠집(flaws) 및 기계적 공정에 의한 무늬(pattern)와 방향(direction)을 지니고 있습니다.

(1) 표면 거칠기(surface roughness)

 가공된 제품의 표면에 작은 구간에서의 기복을 표면 거칠기라 합니다.

(2) 파상도(waviness)

표면의 단면에서 표면 거칠기보다 큰 간격에서 거시적으로 본 표면의 굴곡을 파상도라 합니다.

(3) 결(lay)

결은 주로 가공 방식에 따라 다르게 나타나는 표면의 전체적인 무늬로 수평, 수직, 교차, 무방향, 동심원, 방사형 등이 있다. 거칠기의 측정은 결에 대하여 직각 방향으로 합니다.

(4) 흠(flaw)

흠은 비교적 불규칙하게 공작물 나타나는 결함으로 긁힘(scratch), 갈라진 틈(crack), 기공(blow hole), 찍힌 자국(dent) 등이 있습니다.

 

 

2. 표면 조직의 규제 필요성

표면 조직은 표면의 미려함을 결정하는 요소일 뿐만 아니라, 마찰과 마모 특성, 부품의 조립, 접촉부의 전기적인 특성, 부품의 기계적 또는 물리적 특성에 영향을 미칩니다. 기계요소 부품에 많이 사용되는 유체 윤활 부분에서 표면 조직이 거친 경우, 접촉 부분에 하중이 집중되어 발생하는 고체 마찰로 인해 마모나 변형 등이 빠르게 진행되어 정밀도가 낮아지고 수명이 단축됩니다. 반면에 표면 조직이 좋은 경우, 하중이 분산되어 윤활 막이 균일하게 형성되어 원활한 윤활 작용으로 기능과 수명이 향상됩니다. 

 

3. 표면 거칠기의 정의

KS 규격에서 표면 거칠기를 정의로는 최대 높이(Rmax), 10점 평균 거칠기(Rz), 산술 평균 거칠기(중심선 평균 거칠기)(Ra)의 3가지를 규정하고 있습니다. 

 

측정표 예시)

산과 골의 높이 측정 예시

(1) 최대 높이(Rmax)

거칠기 단면 곡선에서 기준 길이만큼 채취한 부분의 평균선에 평행한 두 직선 사이의 간격을 미크로 단위(µm)로 표시한 값을 말하며 Rmax로 표기합니다. 평균선에서의 차이 중 가장 큰 값과 가장 작은 값의 차이를 구합니다. 

예) 최댓값 7번 : 9, 최솟값 4번: -7, 최대 높이(Rmax) = 9-(-7) = 16 (µm)

 

(2) 10점 평균 거칠기(Rz)

단면 곡선으로부터 기준 길이만큼 채취한 부분에서 평균선에 평행 또는 한 단면 곡선을 가로지르지 않는 직선에서 세로 배율의 방향으로 측정한 가장 높은 곳으로부터 5번째까지의 산봉우리의 표고 평균값과 가장 깊은 골 밑으로부터 5번째까지의 골밑 표고 평균값과의 차이를 µm으로 나타낸 것이며 Rz로 표기합니다. 

예)

가장 높은 산 5개 : (1번: 2), (5번: 6), (7번: 9), (9번: 1), (11번: 4). 산 평균값 = (2+6+9+1+4) / 5 = 4.4

가장 깊은 골 5개 : (2번: -5), (4번: -7), (8번: -1), (10번: -3), (12번: -5).  골 평균값 = (-5-7-1-3-5) / 5 = -4.2

산과 골의 평균값 차이 Rz = 4.4-(-4.2) = 8.6 (µm)

 

(3) 산술평균 거칠기(중심선 평균 거칠기)

거칠기 곡선의 중심선 방향으로 측정 길이 L 부분에서 거칠기 곡선의 면적을 구한 후 이 면적을 길이 L로 나누면 직사각형 높이의 값을 미크론미터(µm) 단위로 나타낸 것이며 Ra로 표기합니다. 

예) 측정 편차의 절댓값 : 2, 5, 2, 7, 6, 1, 9, 1, 1, 3. 편차 절댓값의 평균 Ra = (2+5+2+7+6+1+9+1+1+3) / 10 = 3.7 (µm) 

 

(4) 다듬질 기호와 표면 거칠기

가공 방법에 따른 표면 거칠기

표면 거칠기 도시 방법

 

 

출처, 국가직무능력표준 https://www.ncs.go.kr/index.do

 

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