제 12 장. 표면거칠기

12-1 표면거칠기의 중요성

부품도를 완성하기 위해서는 부품의 형상을 그리고 치수 및 공차를 기입하며 마- 부품도를 완성하기 위해서는 부품의 형상을 그리고, 치수 및 공차를 기입하며, 마지막으로 표면거칠기를 기입한다.- 부품도를 그릴 때 설계자는 가공을 해야 하는 부분(매끈한 부분)과 원소재 상태로남겨두어도 되는 부분(거친 부분)을 구분해야 한다남겨두어도 되는 부분(거친 부분)을 구분해야 한다.- 가공을 해야 하는 부분은 어느 정도의 매끈한 면으로 제작할 것인지를 지정: 정밀가공을 할수록 표면거칠기가 좋아진다.

표면거칠기에 관한 KS규격의 변천

1999년 이전 KS 규격 B0161 ‘표면거칠기 정의 및 표시’- 1999년 이전, KS 규격 B0161 ‘표면거칠기 정의 및 표시’- 중심선 평균 거칠기(Ra), - 최대높이(Rmax),

10점 평균 거칠기(Rz)- 10점 평균 거칠기(Rz)

등의 3종류가 규정되어 있었다.

• 1999년에 측정기기가 아날로그식에서 디지털식으로 변경되는 것을 계기로표면거칠기에 관한 ISO 468 표준 규격에 준거하여 KS 규격도 대폭 개정되었다.

• 이러한 개정에 따라서 표면거칠기의 종류도 6개로 확장이 되었고 명칭도 일부 변경이 되었다. 이 개정된 규격에 따르면, 표면거칠기를

– 산술평균 거칠기(Ra)

( )– 최대높이 거칠기(Ry)

– 10점평균 거칠기(Rz)

– 요철 평균간격(Sm)

– 국부 산봉우리 평균간격(S)

– 부하길이율(tp)

등의 6종류를 채택하였다.

12-2 표면거칠기와 관련된 용어의 정의

거칠기곡선

12-3 산술평균 거칠기 (Ra) – [중심선평균산출법]

거칠기곡선에서 평균선 방향으로 기준길이 L만큼을 뽑아내어 평균선 방향을- 거칠기곡선에서 평균선 방향으로 기준길이 L만큼을 뽑아내어 평균선 방향을 x축으로 하고, 높이 방향을 y축으로 하여, 거칠기곡선을 함수 y = f(x)로 표현하였을 때, 아래의 식으로 구해지는 값을 마이크로미터(μm)로 나타낸 것.

“표면 거칠기는 1.6a 로 한다.” 의의미→ 표면 거칠기를 Ra 방법으로 측정하였을 때 측정값이 1.6㎛를 넘으면 안 된다.

Ra 표면거칠기 값의 선정

앞의 식을 이용하여 R 의 값을 구하면 양의 실수 영역에서 무한히 많은 값- 앞의 식을 이용하여 Ra의 값을 구하면, 양의 실수 영역에서 무한히 많은 μm값이 구해질 수 있는데, 이 값을 바로 Ra 표면거칠기의 값으로 하는 것은 아니다. 이 값이 아래의 값에서 어느 값보다 작은가를 따져서, 그 값으로 Ra 표면거칠기의 값으로 정한다: 0 012 0 025 0 05 0 1 0 2 0 4 0 8 1 6 3 2 6 3 12 5의 값으로 정한다: 0.012, 0.025, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1.6, 3.2, 6.3, 12.5, 25, 50, 100, 200, 400 [μm]

- 각 Ra에 대응하는 고주파 통과 필터링(high-pass filter)을 위한 컷오프값 λc- 각 Ra에 대응하는 고주파 통과 필터링(high-pass filter)을 위한 컷오프값 λc 및 시편의 길이인 평가길이 Ln의 표준값은 아래 표에 따른다. 기준길이 L은 컷오프값과 같게 설정한다. ‘1.6 μm Ra 의 표면거칠기’와 같이 표시한다.(컷오프 값보다 큰 주파수는 통과시키지만 그 이하는 통과시키지 않는다)(컷오프 값보다 큰 주파수는 통과시키지만 그 이하는 통과시키지 않는다)

= 기준길이 L = 기준길이 L의 5배 기준길이 L 기준길이 L의 5배

제작공정별로 가능한 Ra 표면거칠기

12-4 최대높이 거칠기 (Ry) – [최대높이산출법]

거칠기곡선에서 평균선 방향으로 기준길이 L만큼을 뽑아내어 가장 높은 산봉- 거칠기곡선에서 평균선 방향으로 기준길이 L만큼을 뽑아내어 가장 높은 산봉우리 선과 가장 낮은 골바닥 선의 간격을 높이 방향으로 측정하여 마이크로미터(μm)로 나타낸 것을 말한다.

- Ry는 평가길이 Ln 내에서 흠집이라고 생각되는 보통 이상의 높은 산 및 낮은골이 없는 부분에서 기준길이 만큼 뽑아내서 측정한다.

- Ry 는 시편의 여러 부분에 대하여 측정하고, 그 측정값들의 산술평균값으로 정한다.

“표면 거칠기는 1 6Ry 로 한다 ”표면 거칠기는 1.6Ry 로 한다.의 의미→ 표면 거칠기를 Ry 방법으로 측정하였을 때 측정값들 중에서 최대값이 1 6㎛를 넘으면 안에서 최대값이 1.6㎛를 넘으면 안된다.

12-5 10점평균 거칠기 (Rz)

거칠기곡선에서 평균선 방향으로 기준길이 L만큼을 뽑아내어 높이 방향으로- 거칠기곡선에서 평균선 방향으로 기준길이 L만큼을 뽑아내어 높이 방향으로측정한 가장 높은 산봉우리부터 5번째 산봉우리까지의 높이의 평균값과 가장 낮은 골바닥에서 5번째까지의 골바닥의 깊이의 절대값의 평균값과의 합을 아래의식과 같이 구하여 마이크로미터(μm)로 나타낸 것을 말한다식과 같이 구하여 마이크로미터(μm)로 나타낸 것을 말한다.

- Rz는 평가길이 Ln내에서 흠집이라고 생각되는 보통 이상의 높은 산 및 낮은 골이 없는 부분에서 기준길이 만큼 뽑아내서 측정한다이 없는 부분에서 기준길이 만큼 뽑아내서 측정한다.

“표면 거칠기는 1.6Rz 로 한다.”의 의미→ 표면 거칠기를 Rz 방법으로 측정하였을 때 측정값이1.6㎛를 넘으면 안 된다.

Ry 및 Rz 표면거칠기 값의 선정

앞의 방법으로 R 및 R 의 값을 구하고 이 값이 아래의 값에서 어느값보다 작- 앞의 방법으로 Ry 및 Rz의 값을 구하고, 이 값이 아래의 값에서 어느값보다 작은가를 따져서, 그 값으로 Ry 및 Rz 표면거칠기의 값으로 정한다:

0.025, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1.6, 3.2, 6.3, 12.5, 25, 50, 100, 200, 400 800 1600[μm]400, 800, 1600[μm]

- 기준길이는 0.08mm, 0.25mm, 0.8mm, 2.5mm, 8mm, 25mm 등의 6 종류에서 고르며 각 Ry 및 Rz에 대응하는 기준길이 L 및 평가길이 Ln의 표준값은 아래서 고르며, 각 Ry 및 Rz에 대응하는 기준길이 L 및 평가길이 Ln의 표준값은 아래표에 따른다. 일반적으로 ‘6.3μmRy 또는 6.3μmRz 의 표면거칠기’라고 표시한다.

Rz도동일Rz도동일

Ra와 Ry/Rz의 크기 비교

R 의 정의와 R 및 R 의 정의를 비교하여 보면 R 값이 R 나 R 값의 1/4 정- Ra의 정의와 Ry 및 Rz의 정의를 비교하여 보면, Ra값이 Ry나 Rz값의 1/4 정도 된다는 것을 알 수 있다. - 왜냐하면, Ra는 평균선을 기준으로 (+)방향 한 방향으로의 산술평균값인 반면, Ry와 Rz는 평균선 위쪽과 아래쪽의 진폭을 합한 값이기 때문이다Ry와 Rz는 평균선 위쪽과 아래쪽의 진폭을 합한 값이기 때문이다. - 만일 Ra값을 표준으로 사용하고 있다면, Ry나 Rz값으로 이미 측정한 표면거칠기 값은 그 값의 1/4 수준으로 Ra값으로 환산을 하면 그 크기에 대한 감을 잡을 수 있다을 수 있다.

Ra 표면거칠기 Ry 표면거칠기 Ra 표면거칠기

12-9 표면거칠기의 지시 및 기입방법

KS 규격 B0617 '제도 표면의 결 도시방법‘을 따른다 표면거칠기를 제품제- KS 규격 B0617 '제도 - 표면의 결 도시방법‘을 따른다. 표면거칠기를 제품제작도면에 기입할 경우, 표면거칠기를 지시하는 면, 제거가공이 필요한지의 여부, 허용하는 표면거칠기의 상한 등은 반드시 지시한다.

- 그림의 (a)는 원소재의 면을 제거가공을 해서 Ra 표면거칠기로 6.3μm 이내의면으로 만들어야 한다는 의미이고, (b)는 제거가공을 하지 말라는 표시이며, 이상태에서 원소재의 면이 Ra 표면거칠기로 25μm 이내의 면이 되어야 한다는 뜻상태에서 원소재의 면이 Ra 표면거칠기로 25μm 이내의 면이 되어야 한다는 뜻이다. (a), (b)에서 모두 숫자는 그 면이 최소한 내야 하는 Ra 표면거칠기의 상한값을 의미하며, 단위는 μm이다.

대표적인 Ra 표면거칠기 기입 사례

그림에서 부품의 가운데를 관통하는 구멍은 0 8 R 를 내기 위해서 특별히- 그림에서 부품의 가운데를 관통하는 구멍은 0.8μmRa를 내기 위해서 특별히연마 공정을 이용하여 제거가공을 하라는 표시가 되어 있다. 한편, 양쪽 끝면은표면거칠기 3.2μmRa로 제거가공을 하라는 것인데 가공 공정은 지시하지 않았다.

- 부품도의 윗부분 왼쪽 공간의 표면거칠기의 의미는 3.2μmRa와 0.8μmRa(G)로 표면거칠기의 지시가 되어 있는 면을 제외하고 특별히 표면거칠기 지시가 되어 있지 않은 모든 면은 6 3μmRa 표면거칠기로 제거가공 하라는 뜻이다어 있지 않은 모든 면은 6.3μmRa 표면거칠기로 제거가공 하라는 뜻이다.

표면거칠기 기입 방향

그림 ( )와 같이 도면의 아래쪽 또는 오른쪽에서 읽을 수 있도록 기입한다 부- 그림 (a)와 같이 도면의 아래쪽 또는 오른쪽에서 읽을 수 있도록 기입한다. 부품의 아래쪽에 있는 면의 표면거칠기는 외형선으로부터 지시선을 끌어내어 상향기입한다.

- Ra 표면거칠기를 기입하는 경우에는 (b)와 같이 표시한다.

대부분 면이 동일한 표면거칠기일 경우

한 개의 부품에서 대부분이 동일한 크기의 표면거칠기이고 일부분의 면만이- 한 개의 부품에서, 대부분이 동일한 크기의 표면거칠기이고, 일부분의 면만이다른 표면거칠기일 경우, 동일한 표면거칠기를 여러 면에다가 기입하면 도면이혼잡스럽게 된다. 따라서, 대부분의 도면은 아래 그림과 같이 그린다.

- 그림 (a)는 0.8μmRa와 3.2μmRa 표면거칠기로 지시가 되어있는 면을 제외하고, 모든 면은 6.3μmRa 표면거칠기로 제거가공을 하라는 뜻이다.

- 한편, (b)는 모든 면을 6.3μmRa 표면거칠기로 제거가공을 하라는 의미이다.

12-10 다듬질기호 (참고)

KS 규격 B0617 ‘표면의 결 도시방법’ 에서 규정- KS 규격 B0617 ‘표면의 결 도시방법’ 에서 규정- 1999년도 KS 규격 개정판에서 다듬질기호는 국제성이 없고 지속적으로 ISO에서 추천하는 표면거칠기 기입법으로 이행하도록 추천하였기 때문에 부속서에서도 삭제 됨도 삭제 됨- 하지만, 여전히 관행적으로 다듬질기호를 사용하고 있는 경우도 있으므로 참고정도로 알아둘 것

- 다듬질 기호는 역삼각형(▽)과 파형(~)을 사용하여 표시- 역삼각형은 제거 가공하는 면에 대하여, 파형은 제거 가공하지 않는 면에 대하여 적용하여 적용- 역삼각형이 많을 수록 표면거칠기의 값이 작은 경우를 나타낸다.(일반적으로 역삼각형 1개가 25a, 2개가 6.3a, 3개가 1.6a, 4개가 0.2a)