설계 도면에서 표면 거칠기 기호는 부품의 기능과 성능을 결정짓는 중요한 요소입니다. 부품의 가공법에 따른 표면 조도 표기법과 최적의 표면 거칠기 기호 선택 기준을 상세히 설명합니다. 절삭, 연삭, 밀링 등 다양한 가공 방식에 따른 표면 조도 특성을 이해하고, 설계 요구 조건에 맞는 표면 거칠기 기호를 선택하는 방법을 제시합니다. 또한, 표면 거칠기 측정 방법과 관련 규격(KS, ISO)을 함께 다루어 설계 도면의 완성도를 높이는 데 도움을 드립니다.
기계 가공법에 따른 기하공차 기호 기입 방법
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이와 같이 가공 과정에서 필연적으로 발생하게 되는 표면의 미세한 높낮이 요철 상태를 표면 거칠기 또는 표면 조도라고 하며, 이를 수치화한 값의 표기로 Ra (평균 거칠기), Rz (10점 평균 거칠기) 등의 다양한 파라미터로 표현합니다.
“표면 거칠기 단위 = µm (마이크로미터)”
표면 거칠기의 기호와 측정값 (Ra, 중심선 평균 거칠기)
표면 거칠기를 수치상으로 나타내기 위해 Ra, Rz, Ry 등과 같은 다양한 값이 사용되며, 각 값은 표면의 특성을 다르게 표현합니다. 가장 일반적으로 사용되는 표면 거칠기 값은 Ra 값으로 다음과 같습니다.
• Ra (중심선 평균 거칠기, Roughness Average)
표면의 미세한 높낮이 차이를 평균화한 값으로, 표면의 거칠기를 대표하는 대표적인 값입니다. Ra는 표면 프로파일의 평균 거리로, 미세한 기복의 절댓값을 평균하여 계산합니다.
"Ra 값이 클수록 표면은 거칠고 불규칙적입니다."
이 외에도 표면 거칠기를 표기하는 값은 다음과 같습니다.
• Rz (10점 평균 거칠기)
표면에서 가장 높은 5개의 봉우리와 가장 낮은 5개의 골짜기의 평균 높이를 기준으로 계산됩니다. 극단적인 높낮이를 반영합니다.
• Ry (최대높이 거칠기)
표면 프로파일에서 가장 높은 봉우리와 가장 깊은 골짜기 간의 총 높이를 나타냅니다.
• Rq (제곱평균 거칠기)
표면 높낮이의 제곱을 평균한 후 제곱근을 구한 값으로, Ra보다 표면 변동성이 클 때 더 큰 값을 나타냅니다.
• Rsk (왜곡 계수)
표면의 비대칭성을 나타내며, 봉우리와 골짜기 중 어느 쪽에 더 치우쳐 있는지를 평가합니다.
• Rku (첨도 계수)
표면 높낮이가 얼마나 뾰족한지, 즉 고저 차이가 집중되어 있는지를 나타냅니다. Rku 값이 클수록 표면이 뾰족하고 급격한 변화가 많습니다.
표면 거칠기를 나타내는 수치는 위와 같이 다양하지만, 이중 Ra 값을 표준적 지표로 널리 사용되고 있습니다.
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표면 거칠기 기호의 선택 기준
표면 거칠기 기호를 선택할 때는 부품의 사용 환경, 가공 방법, 기계적 성능 요구 사항 등과 같은 다양한 요소를 고려합니다.
사용 환경에 따른 선택
부품이 작동하는 환경에 따라 표면 거칠기를 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 고온이나 고압 환경에서 장치가 작동하는 경우 부품의 표면 거칠기가 중요한 역할을 할 수 있습니다. 또한, 부품이 다른 부품과 밀착되어 마찰이 발생하는 경우 마찰 계수를 낮추기 위해 표면을 매끄럽게 처리해야 할 필요가 있습니다.
가공 방법에 따른 선택
부품이 가공되는 방법에 따라 적절한 표면 거칠기 기호를 선택합니다. 각 가공 방법은 표면 조도에 영향을 미치므로, 부품의 가공 방식에 적합한 표면 거칠기를 정의해야 합니다. 예를 들어, 연삭 가공은 매우 매끄러운 표면을 만들 수 있지만, 선반 가공이나 밀링 가공에서는 상대적으로 거친 표면이 형성될 수 있습니다.
기계적 성능 요구 사항
작동하는 기계 부품의 기능에 따라 필요한 표면 조도가 달라집니다. 예를 들어, 정밀 기계 부품이나 정밀 측정기 부품의 경우 표면 거칠기가 매우 중요할 수 있습니다. 반면, 단순한 구조적 부품에서는 표면 거칠기가 상대적으로 덜 중요한 경우도 있습니다.
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가공 방법에 따른 표면 거칠기 적용예
표면 거칠기는 가공 방법에 따라 부품의 표면 품질이 크게 달라집니다. 각 가공 방법은 표면의 특성, 즉 거칠거나 매끄러움 또는 평활도 등에 영향을 미치며, 이것은 기계의 성능에도 중요한 역할을 합니다.
선반 (Turning)
• 선삭은 원통형 부품을 회전시켜 절삭 도구로 표면을 가공하는 방법으로 빠르게 부품의 가공을 완성하지만, 상대적으로 표면 거칠기가 크게 나타납니다.
밀링 (Milling)
• 밀링은 회전하는 절삭 공구를 이용해 표면을 가공하는 방법입니다. 선삭에 비해 세밀하게 높낮이를 조절할 수 있지만, 공구 상태에 따라 표면의 상태가 고르지 않게 형성될 수 있습니다.
연삭 (Grinding)
• 연삭은 연삭 휠을 사용하여 매우 정밀하게 표면을 다듬는 방법으로, 고정밀 부품을 제조할 때 주로 사용됩니다. 다른 가공 방법에 비해 표면 거칠기가 매우 작고 균일합니다.
드릴링 (Drilling)
• 드릴 작업은 주로 구멍을 뚫는 가공 방법으로, 드릴날이 회전하면서 재료를 가공합니다. 상대적으로 표면 거칠기는 가공 내경에 따라 달라지며, 특히 깊은 구멍을 뚫을 경우 표면 상태가 더 나빠질 수 있습니다.
방전 가공 (EDM, Electrical Discharge Machining)
• 방전 가공은 전기적 방전을 이용해 재료를 제거하는 방법으로, 주로 정밀한 형상을 만드는 데 사용됩니다. 표면 거칠기가 상대적으로 매끄럽고 정밀한 가공이 가능하지만, 조건에 따라 표면이 다소 불규칙할 수 있습니다.
랩핑 (Lapping)
• 랩핑 가공은 표면을 부드럽게 하기 위해 두 표면을 마찰시키는 방식입니다. 주로 거울과 같은 매우 미세한 표면 처리가 필요할 때 사용되며, 표면 거칠기가 매우 낮아 고정밀 부품의 마무리 가공에 자주 사용됩니다.
연마 (Polishing)
• 연마는 표면을 매끄럽게 처리하여 광택을 내는 가공 방법으로 표면 거칠기를 극단적으로 줄일 수 있으며, 매우 매끄러운 표면을 만들 수 있습니다. 주로 미려한 외관을 요구하는 부품에서 사용됩니다.
식각 (Etching)
• 식각은 화학적 방법으로 표면을 미세하게 처리하여 질감을 부여하는 방법으로 표면에 미세한 패턴이나 거칠기를 추가할 수 있으며, 표면 거칠기가 일정한 정도로 균일하게 유지됩니다.
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도면 제도 시 표면 거칠기 기호 (다듬질 기호) 기입법
표면 거칠기 기호는 설계 도면에서 부품의 표면 특성을 정확히 전달하여 설계자가 요구하는 표면 품질을 제작자가 명확하게 이해하고, 적합한 가공 방법을 선택하기 위함입니다.
• Ra 3.2 : 표면의 평균 거칠기 높이가 3.2 µm임을 나타냅니다.
• Rz 20 : 표면의 최대 높이 차이가 20 µm임을 나타냅니다.
• Ra 1.6, Rz 10 : 표면의 평균 거칠기 높이는 1.6 µm, 최대 높이 차이는 10 µm입니다.
글을 마치며,
설계 도면에서 표면 거칠기 기호를 정확하게 선택하고 표기하는 것은 부품의 성능과 품질을 보장하고, 가공 과정에서 요구되는 정밀도를 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 부품의 가공 방법에 따라 표면 거칠기 기호는 달라지며, 이를 통해 가공의 특성을 정확히 반영할 수 있습니다. 또한, 표면 거칠기 기호를 잘 활용하면 부품의 기능적 요구 사항을 충족시킬 수 있고, 제조 과정에서 발생할 수 있는 문제를 예방할 수 있습니다.
