표면 거칠기, 또는 간단히 거칠기란 표면의 불규칙성을 나타내는 특성입니다. 기계 가공 산업에서 이는 필수적인 핵심 지식으로 여겨지지만, 종종 가장 간과되는 측면 중 하나이기도 합니다. 기계 가공 분야에서 매개변수, 치형, 구조 등에 더 집중하는 경향이 있는 사람들은 표면 거칠기에 충분한 관심을 기울이지 않는 경우가 많습니다. 스스로에게 질문해 보세요. Ra 1.6의 선삭 표면은 어떤 모습일까요? 머릿속에 구체적인 이미지가 떠오르시나요?
표면 거칠기란 무엇입니까?
표면 거칠기는 표면 불규칙성의 특징입니다. 이는 실제 표면의 법선 벡터 방향이 이상적인 형태에서 얼마나 벗어나는가로 정량화됩니다. 편차가 크면 표면이 거칠고, 작으면 표면이 매끄럽습니다. 거칠기는 일반적으로 측정된 표면의 고주파, 단파장 성분으로 간주됩니다. 그러나 실제로는 표면이 특정 용도에 적합한지 확인하기 위해 진폭과 주파수 모두를 이해해야 하는 경우가 많습니다. 표면 거칠기는 가공 후 부품 표면의 질감을 나타내는 지표이며, 가공된 부품 표면의 미세한 편차와 불규칙성의 평균값을 나타냅니다.
표면 거칠기 지표
표면 거칠기는 물리적 물체가 주변 환경과 상호 작용하는 방식을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 일반적으로 거칠기 값이 높을수록 바람직하지 않지만, 제조 과정에서 거칠기를 제어하는 것은 어렵고 비용이 많이 듭니다. 설계자와 공정 엔지니어는 부품의 제조 비용과 응용 성능 사이에서 균형점을 찾아야 하는 경우가 많습니다.
표면 거칠기를 나타내는 가장 일반적인 지표는 다음과 같습니다.
Ra
Ra는 특정 거리에서 측정된 평균선으로부터의 표면 높이 편차의 산술 평균입니다. 평균선은 프로파일의 봉우리와 골짜기 사이의 "평균 중간점"입니다. Ra는 이 선 위의 모든 봉우리 높이의 평균입니다.
Rz
Rz는 지표면 불규칙성의 평균 최대 높이입니다. 이는 주어진 길이에 걸쳐 가장 높은 봉우리와 가장 낮은 골짜기 사이의 수직 거리의 평균값입니다.
Rp
Rp는 지정된 샘플링 길이 내에서 평균선으로부터 가장 높은 봉우리의 높이입니다.
Rv
Rv는 지정된 샘플링 길이 내에서 평균선으로부터 가장 깊은 골짜기의 깊이입니다.
두다
'레이(Lay)'는 표면 질감의 주된 방향을 나타내며, 표면의 불규칙성이 가장 많이 나타나는 방향을 의미합니다.
다음 그림은 부품 표면의 샘플 길이에 걸쳐 이러한 지표들을 보여줍니다.
Ra는 CNC 가공에서 표면 거칠기를 정의하는 데 가장 널리 사용되는 지표로, 단위는 마이크로미터(µm)입니다. Ra 값이 낮을수록 표면 불규칙성의 변화가 작아져 더 매끄러운 표면이 됩니다. Ra 값이 증가할수록 표면은 더욱 거칠어지고 질감이 두드러지게 나타납니다.
표면 거칠기가 중요한 이유는 무엇일까요?
표면 거칠기는 CNC 가공 프로젝트에서 매우 중요한 고려 사항입니다. 기능성과 미관에 영향을 미칠 뿐만 아니라 가공 비용, 노동력 및 시간에도 영향을 미칩니다. 표면 거칠기가 미치는 몇 가지 영향은 다음과 같습니다. CNC 가공 부품 과 같습니다 :
문의하기
마찰력은 표면 간 접촉을 유지하는 데 필수적이며, 표면 거칠기가 증가함에 따라 마찰력도 증가합니다. 조립 부품이나 취급해야 하는 부품과 같이 움직이지 않는 접촉이 필요한 구성 요소의 경우, 미끄러짐을 최소화하고 접지력을 유지하기 위해서는 충분한 표면 거칠기가 필요합니다.
운동
마찰은 정지 접촉에는 필수적이지만, 움직이거나 진동하거나 하중을 받는 접촉 부품에는 해롭습니다. 마찰은 움직임을 방해하고, 에너지 소비를 증가시키며, 열을 발생시키고, 마모를 가속화하기 때문입니다. 마찰을 최소화하고 내마모성을 향상시키려면 표면 거칠기를 줄여야 합니다. 반대로, 거칠기는 윤활유 보유력을 높이는 홈을 만들어주는데, 이는 운동 시스템에서 필수적인 요소입니다.
코팅 접착력
표면 거칠기는 양극 산화 처리나 분체 도장과 같은 코팅을 지지하는 표면의 능력에 영향을 미칩니다. 비교적 거친 표면의 미세한 홈은 코팅 물질을 가두어 코팅의 흡수 및 유지 효과를 향상시킬 수 있습니다.
미학
표면 거칠기는 부품의 미적 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 광택, 거울처럼 반사되는 표면, 거친 표면 또는 무광택 표면은 표면 거칠기가 빛과 어떻게 상호 작용하는지에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 표면 거칠기가 낮을수록 빛 반사가 잘 되어 빛을 산란시키는 불규칙성이 적어지기 때문에 더욱 광택 있는 표면 마감을 얻을 수 있습니다.
비용
특정 표면 조도를 달성하는 것은 부품 비용에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 낮은 표면 조도를 얻으려면 낮은 가공 속도와 여러 번의 패스 가공 등 여러 가지 요소를 고려해야 합니다. 이러한 정밀한 공구 움직임은 표면 불규칙성을 최소화하지만 가공 시간, 노력 및 비용을 증가시킵니다.
또한, 표면 거칠기는 전기 전도성, 밀봉성, 위생 및 광학적 특성에 영향을 미칩니다. 미세한 수준이지만, 표면 질감은 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 표면 거칠기 자체는 본질적으로 좋거나 나쁜 것이 아니며, 이상적인 거칠기는 부품의 특정 용도에 따라 달라집니다.
표면 거칠기의 기본 요소
샘플링 길이
샘플링 길이 L은 표면 거칠기를 평가할 때 사용되는 지정된 기준선 길이입니다. 이는 부품 표면의 실제 형상 및 질감 특성을 고려하여 해당 표면 거칠기의 구체적인 특징을 반영하도록 선택해야 합니다. 샘플링 길이를 측정할 때는 실제 표면 프로파일의 전체 방향과 일치해야 합니다. 샘플링 길이를 정의하고 선택하는 목적은 표면의 굴곡 및 형상 오차가 거칠기 측정 결과에 미치는 영향을 제한하고 줄이는 것입니다. 거칠기 측정기에서 일반적으로 사용되는 샘플링 길이는 0.25mm, 0.8mm, 2.5mm입니다.
평가 길이
평가 길이는 프로파일을 평가하는 데 필요한 총 길이이며, 하나 또는 여러 개의 샘플링 길이로 구성될 수 있습니다. 부품의 각 부분에서 표면 거칠기가 완벽하게 균일하지 않을 수 있으므로, 단일 샘플링 길이로는 주어진 표면의 거칠기 특성을 적절하게 반영하지 못하는 경우가 많습니다. 따라서 표면 전체에 걸쳐 여러 개의 샘플링 길이를 측정하여 평가해야 합니다. 평가 길이는 일반적으로 1~5개의 샘플링 길이(L)를 포함합니다. 예를 들어, 샘플링 길이를 0.8mm로 설정하고 평가 길이를 5L로 선택하면 총 평가 길이는 5 * 0.8 = 4mm가 됩니다.
참조선
기준선은 표면 거칠기 매개변수를 평가하는 데 사용되는 프로파일 평균선입니다. 기준선에는 두 가지 유형이 있습니다.
- 최소제곱평균선: 샘플링 길이 내에서, 프로파일의 기하학적 형태를 가지며, 프로파일 오프셋의 제곱합이 최소화되는 선입니다.
- 프로파일의 산술 평균선: 샘플링 길이 내에서 이 선 위와 아래의 프로파일 면적은 동일합니다.
이론적으로 최소제곱평균선은 이상적인 기준선이지만, 실제 적용에서는 얻기 어렵습니다. 따라서 일반적으로 산술평균선을 대신 사용하며, 실제 측정 시에는 근사 위치의 직선을 활용할 수 있습니다.
측정 스트로크(이동 길이)
측정 스트로크는 센서 스타일러스가 공작물 위를 이동하는 실제 거리를 의미합니다. 측정 스트로크는 일반적으로 평가 길이와 두 개의 추가 샘플링 길이를 더하여 계산합니다. 예를 들어, 평가 길이를 5L로, 샘플링 길이 L을 0.8mm로 선택하면 측정 스트로크는 5L + 2L = 7L이 됩니다. 따라서 측정 스트로크는 7 * 0.8 = 5.6mm입니다. 이 개념을 이해하는 것은 공작물에서의 실제 이동 거리를 계산하는 데 매우 중요하며, 이를 통해 유효한 측정을 위해 필요한 최소 접촉면적을 결정할 수 있습니다.
CNC 가공 표면 거칠기 등급
가공된 표면의 거칠기는 일반적으로 평균 거칠기(Ra)로 측정됩니다. 제조된 부품의 Ra 값은 일반적으로 0.1µm에서 6.3µm(매끄러운 표면에서 거친 표면) 범위에 있습니다. 표면 거칠기는 이 범위를 벗어나는 값도 나타낼 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어, 반도체 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼는 Ra 값이 0.01µm인 표면 거칠기로 생산될 수 있습니다.
표면 거칠기 등급 비교
표면 거칠기는 무작위적인 것이 아닙니다. 제조업체는 특정 Ra 값을 얻기 위해 특정한 공정 조치를 취합니다. 표준화를 위해 대부분의 제조업체는 네 가지 표면 거칠기 등급을 제공합니다.
- 3.2μm 라
- 1.6μm 라
- 0.8μm 라
- 0.4μm 라
표면 거칠기 등급은 각각 질감, 특성, 장점, 한계 및 적합한 적용 분야가 다릅니다.
라 3.2
Ra 3.2 µm는 CNC 가공 부품의 상업적 표준입니다. 고객이 별도로 지정하지 않는 한, 제조업체는 이를 기본값으로 사용합니다. Ra 3.2 µm는 기계 가공선이 뚜렷하게 보이지만 대부분의 소비자 부품에 사용하기에 충분히 매끄러운 표면을 특징으로 합니다. 이는 응력, 하중 또는 진동에 노출되는 부품에 권장되는 최대 표면 거칠기입니다. Ra 3.2 µm를 기준으로 하기 때문에 추가 비용이 발생하지 않습니다.
어플리케이션 : 구조용 기계 브래킷, 자동차 후드, 일반 공구 고정 장치 및 기계 섀시.
라 1.6
Ra 1.6 µm는 정밀 가공 및 응력이 가해지는 부품은 물론, 저속 운동, 미미한 진동 및 경하중이 가해지는 표면에 적합합니다. 이 등급은 절삭 자국이 희미하고 거의 보이지 않는 것이 특징입니다. 높은 가공 속도, 낮은 이송 속도 및 얕은 절삭을 통해 이러한 품질을 얻을 수 있습니다. 이 등급을 사용하면 생산 비용이 약 2.5% 증가합니다.
어플리케이션 : 유압 피스톤 로드, 저속 기어박스, 정밀 패스너 및 전자 장치 하우징.
라 0.8
Ra 0.8 µm는 최고급 표면 조도로 분류되며, 이를 달성하기 위해서는 후처리 공정이 필요합니다. 높은 응력 집중과 무거운 하중을 받는 부품은 물론 진동 및 움직이는 부품에 이상적입니다. 엄격한 품질 관리와 정밀 가공이 요구되기 때문에, 이 등급은 기준 생산 비용을 5% 증가시킵니다.
어플리케이션 : 정밀 기어, 유압 밸브 부품, 의료 기기 하우징 및 보석 부품.
라 0.4
Ra 0.4 µm는 최고급 수준의 매끄러운 표면 조도로 간주되며, 대부분의 제조업체에서 제공하는 최고 수준의 CNC 가공 조도입니다. 눈에 띄는 절삭 자국이 없으며, 일반적으로 정밀하고 엄격하게 제어된 가공 후 추가 공정을 통해 얻어집니다. 세련이러한 추가적인 노력으로 인해 생산 비용이 최대 15%까지 증가할 수 있습니다. 이 공정은 높은 장력과 응력을 받는 고속 회전 또는 진동하는 접합 부품 및 구성 요소에 적합합니다.
어플리케이션 : 베어링 표면, 실린더 로드, 광학 부품 및 정밀 사출 금형.
표면 거칠기를 측정하는 방법은 무엇입니까?
표면 거칠기 측정은 정성적 방법과 정량적 방법의 두 가지로 나뉩니다. 정성적 평가는 육안 검사 또는 현미경을 이용하여 측정 대상 표면을 알려진 거칠기 등급의 표준 시편과 비교하는 방식입니다. 반면, 정량적 평가는 특정한 측정 방법과 해당 장비를 사용하여 표면 거칠기의 수치 값을 결정하는 방식입니다.
비교 방법
이 방법은 현장 작업장에서 측정하는 데 사용되며 일반적으로 중간 정도 또는 비교적 거친 표면에 적용됩니다. 이 방법은 측정 대상 표면을 특정 수치가 표시된 거칠기 시편과 비교하여 표면 거칠기 값을 측정합니다.
스타일러스 방식
표면 거칠기는 끝단 반경이 약 2마이크로미터인 다이아몬드 스타일러스를 사용하여 측정하며, 이 스타일러스는 측정 대상 표면 위를 천천히 미끄러지듯 움직입니다. 다이아몬드 스타일러스의 수직 변위는 전기 길이 센서를 통해 전기 신호로 변환됩니다. 증폭, 필터링 및 계산 과정을 거친 후, 표면 거칠기 값은 디스플레이 장치에 표시됩니다. 측정된 단면의 프로파일 곡선을 기록하기 위해 레코더를 사용할 수도 있습니다.
일반적으로 표면 거칠기 값만 표시하는 장비를 표면 거칠기 측정기라고 하고, 표면 프로파일 곡선을 동시에 기록할 수 있는 장비를 표면 거칠기 프로파일 측정기라고 합니다. 두 종류의 측정 장비 모두 프로파일의 산술 평균 편차(Ra), 미세 요철의 10점 높이(Rz), 프로파일의 최대 높이(Ry) 및 기타 여러 평가 매개변수를 자동으로 계산할 수 있는 전자 연산 회로 또는 컴퓨터를 갖추고 있습니다. 이 방법은 측정 효율이 높으며 Ra 값이 0.025~6.3 마이크로미터 범위인 표면 거칠기 측정에 적합합니다.
광분할
이 방법에서는 슬릿을 통과한 빛으로 형성된 띠를 측정 대상 표면에 투사하고, 이 띠와 표면의 교선이 이루는 프로파일 곡선을 이용하여 표면 거칠기를 측정합니다. 광원에서 방출된 빛은 콘덴서 렌즈, 슬릿, 그리고 대물렌즈 1을 통과하여 슬릿을 통해 표면에 45° 경사각으로 투사되어 단면 프로파일 이미지를 형성합니다. 이 이미지는 대물렌즈 2에 의해 확대되어 레티클에 투사됩니다. 먼저 마이크로미터 접안렌즈와 판독 드럼을 사용하여 "h" 값을 읽고, 이를 통해 "H" 값을 계산합니다.
이 방법을 사용하는 도구를 광학 단면 현미경이라고 합니다. 이 현미경은 Rz 및 Ry 값이 0.8~100 마이크로미터 사이인 표면 거칠기를 측정하는 데 적합합니다. 그러나 수동으로 점을 선택해야 하고 측정 효율이 낮습니다.
간섭 계측
이 방법은 광파 간섭 원리(광학 평면 및 레이저 길이 측정 기술 참조)를 이용하여 측정 대상 표면의 형상 오차를 간섭 무늬 패턴으로 나타냅니다. 고배율 현미경(최대 500배)을 사용하여 이러한 간섭 무늬의 미세한 부분을 확대하여 측정함으로써 표면 거칠기를 구합니다.
이 방법을 사용하는 측정 도구를 간섭 현미경이라고 합니다. 이 기술은 Rz 및 Ry 값이 0.025~0.8 마이크로미터 범위인 표면 거칠기를 측정하는 데 적합합니다.
Getzshape가 어떻게 도움을 줄 수 있을까요?
Getzshape는 고품질 맞춤형 CNC 가공, 판금 제작, 방전 가공 등을 제공합니다. 첨단 장비와 엄격한 품질 관리를 통해 시제품부터 대량 생산까지 정확하고 정시 납품을 보장합니다. 종합적인 제조 파트너로서, 당사는 소싱, 가공, 후가공 및 물류에 이르기까지 모든 과정을 효율화합니다.
