측정 4

제14장 표면 거칠기

1. 개요

공작물 표면의 기하학적인 이상 평면으로부터 관찰한 좁은 범위의 편차로서 표면 거칠기(ROUGHNESS)는 작은 간격으로 나타나는 표면의 요철이 ‘거칠다 혹은 매끄럽다’ 하는 감각의 근본이 되는 것을 의미함.

파상도(WAVINESS)는 표면 거칠기에 비하여 큰 간격으로 거듭 나타나는 기복이며 전체의 길이에 비하면 작은 간격으로 나타나는 요철임.

2. 표면 거칠기의 필요성

가공 기술 및 제품의 고급화에 따라 표면 거칠기가 품질에 미치는 영향이 길이 및 형상과 더불어 비중이 증대되고 있음.

보통은 절삭가공품에서 표면 거칠기의 중요성이 부각되고 있는 실정임.

생산과정에 있어 미세한 변화인 기계의 마모, 절삭공구의 조건, 가공 표면의 성분, 절삭 방법, 작업자의 습관, 환경 조건 등과 같은 영향에 의해 표면 거칠기의 거칠고 매끄러움이 결정됨.

표면 거칠기가 매끄럽다는 것은 제품의 외관을 좋게 하여 구매력을 자극하고 기계적 기능과 수명을 연장시켜 고객의 신뢰를 확보할 수 있으며 보건 및 위생상의 안전에도 중요한 역할을 함.

하지만 너무 표면 거칠기의 매끄러움을 강조하다 보면 지나친 가공의 원인이 되어 가격의 상승을 부추길 우려도 있음.

3. 표면 거칠기의 표시법

(1) 최대 높이 거칠기(Rmax, Ry)

표면 거칠기 곡선의 중앙선에 대하여 상부와 하부에 평행선을 그었을 때 두 직선의 간격을 ㎛로 표시한 것으로 기준 길이 별 각 최대 높이를 평가 길이 내에서의 평균값으로 정의함.

(2) 중심선 평균 거칠기(Ra)

표면 거칠기 곡선의 중심선으로부터 위쪽 산 부분 면적의 합을 S1, 중심선으로부터 아래쪽 면적의 합을 S2로 할 때 S1=S2가 되도록 그은 선을 중심선으로 하여 측정 길이에 대한 그 편위의 산술평균을 나타낸 것.

(3) 10점 평균 거칠기(Rz)

채취 부분의 기준 길이 내의 단면 곡선에서 가장 높은 곳에서 3번째 봉우리와 가장 낮은 곳에서 3번째 골을 지나는 것을 중심선에 평행하게 그었을 때 두 직선의 거리로서 나타낸 것.

4. 표면 거칠기의 측정 방법

(1) 촉침법

1) 구조 및 측정 방법

촉침 확대장치, 이송장치, 지지장치 및 기록장치 등으로 되어 있으며 바늘 끝과 피측정물을 상대적으로 이동하여 바늘 끝의 운동을 확대하여 표면 거칠기 곡선을 기록함.

촉침의 선단 반지름 R이 커질수록 실제의 거칠기보다 작게 기록되며 R을 너무 작게 하면 측정압에 의해 측정면에 손상을 주고 촉침은 쉽게 마모가 됨.

2) 촉침 확대 방법

기계적 확대 방법.

빛 레버에 의한 확대 방법.

전기적 확대 방법.

공기 마이크로미터에 의한 확대 방법.

(2) 빛 절단식 측정법

1) 측정 방법

측정하고자 하는 면상에 평행한 광속을 투상하고 이것을 직접 관측하는 것으로 면을 빛으로 절단하여 그 단면을 관찰함.

2) 특징

측정면과 접촉이 없으므로 연질 재료의 측정에 적합함.

조작이 간편하고 신속하게 측정할 수 있음.

측미 접안렌즈를 사용하면 표면 거칠기를 직접 읽을 수 있음.

높은 배율로 측정하면 범위가 작아 국부적 표면 거칠기와 Rmax 외에는 측정할 수 없음.

(3) 광파 간섭법

1) 측정 방법

빛의 간섭을 이용하여 피측정면의 요철부로부터의 반사광과 표준 반사면으로부터의 반사광의 위상차에 의하여 간섭무늬를 만들고 그것을 현미경으로 확대하여 관측하는 방법임.

2) 특징

매우 매끄러운 표면을 비교적 광범위하게 측정하는 데 적합함.

(4) 표준편과의 비교법

사람의 촉각, 시각으로 비교용 표면 거칠기 표준편과 비교하여 측정하고자 하는 표면 거칠기를 비교하여 측정.

1차 가공한 밀링, 선반가공의 형상과 비슷한 형상과 2차 가공한 평면, 원통 연삭가공의 형상 등의 시편이 있음.

5. 표면 거칠기의 지시와 다듬질 기호

도면에 기호를 기입하여 표면 상태에 관한 요구 사항을 지시하는 것으로 표면 거칠기의 지시 기호에 의한 것과 다듬질 기호에 의한 것으로 표면 거칠기를 지시할 수 있음.

(1) 표면 거칠기의 지시

1) 대상면의 지시 방법

표면 거칠기를 지시할 때에는 60˚로 벌린 길이가 각각 다른 선으로 투상도의 외형선에 붙여서 지시함.

2) 제거 가공 지시 방법

① 제거 가공을 필요로 한다는 것을 지시하려면 대상면의 지시 기호의 짧은 쪽 다리 끝에 가로선을 그어서 지시함.

② 제거 가공을 허락하지 않는다는 것을 지시하려면 대상면의 지시 기호의 내접하는 원을 그려서 지시함.

③ 제거 가공 이외에 특별히 가공방법 등을 지시할 필요가 있을 경우에는 면의 지시 기호가 긴 쪽의 다리에 필요로 하는 길이만큼 수평으로 가로선을 그어서 지시함.

3) 표면 거칠기의 지시 방법

지시하는 표면 거칠기의 종류에 따라 중심선 평균 거칠기로 지시하는 방법, 최대 높이 거칠기 또는 10점 평균 거칠기로 지시하는 방법 등이 있으며 지시값의 단위는 ㎛로 하고 단위 기호는 기입하지 않음.

① 중심선 평균 거칠기로 지시하는 방법

– 허용할 수 있는 최대값만을 지시하는 경우에는 지시 기호의 위쪽이나 아래쪽에 기입할 것.

– 특정 구간으로 지시하는 경우에는 지시 기호의 위쪽이나 아래쪽에 상한값은 위로 하한값은 아래쪽에 나란히 기입할 것.

② 최대 높이 거칠기 또는 10점 평균 거칠기로 지시하는 방법

– 최대 높이 거칠기 또는 10점 평균 거칠기의 표준수열 중에서 선택하여 지시하고 필요에 따라서 표준수열을 따를 수 없는 경우에는 표면 거칠기의 허용할 수 있는 최대값을 Rmax ≤ 10S 또는 Rz ≤ 10Z와 같이 지시할 것.

– 표면 거칠기의 지시값은 대상면의 지시 기호의 긴 쪽에 가로선을 그어서 그 아래쪽에 약호와 함께 기입할 것.

– 표면 거칠기의 지시값에 대한 기준 길이를 지시할 경우에는 기준 길이에 규정하는 값에서 선택하여 표면 거칠기의 지시값의 아래쪽에 기입할 것.

4) 특수한 요구 사항의 지시 방법

① 가공방법

– 원하는 표면 거칠기를 얻기 위하여 표면 처리를 포함한 특정한 가공방법을 지시할 필요가 있을 경우에는 대상면의 지시 기호의 긴 쪽의 선에 가로선을 긋고 그 위에 문자 또는 기호를 기입할 것.

– 지시 예,

– 표면 처리에 관한 사항을 지시하는 경우에는 표면 거칠기의 값은 표면 처리 후의 값이며 표면 처리 전과 후의 양쪽의 표면 거칠기를 지시할 필요가 있을 때에는 다음과 같이 표시할 것.

② 줄무늬 방향

– 줄무늬 방향을 지시하여야 할 경우에는 규정하는 기호를 대상면의 지시 기호 오른쪽에 기입하고 규정이 되어 있지 않은 줄무늬 방향을 지시하고자 할 경우에는 적당한 주기를 붙여서 지시할 것.

– 지시 예,

③ 지시 사항의 기입 위치

– 대상면의 지시 기호에 대한 여러 가지 사항의 기입 위치를 다음과 같이 기입할 것.

5) 도면에 기입하는 방법

① 대상면의 표면 거칠기를 지시하는 경우에는 아래쪽부터 읽을 수 있도록 기입할 것.

② 중심선 평균 거칠기 값만을 지시하는 경우에는 아래쪽과 오른쪽부터 기입하는 방법을 따르지 않아도 되며 지시 기호는 대상면을 나타내는 외형선과 그 연장선 또는 치수 보조선에 접하여 투상도의 바깥쪽에 기입할 것.

③ 지시 기호를 대상면을 나타내는 외형선과 그 연장선 또는 치수 보조선에 접하여 투상도의 바깥쪽에 기입할 수 없을 경우에는 치수 다음에 기입하거나 지시선을 사용하여  치수 다음에 기입할 것.

④ 라운드 및 모떼기부의 지시 기호를 기입할 경우에는 치수선 또는 연장선, 지시선을 사용할 것.

6) 도면에 간략하게 기입하는 방법

① 표면 거칠기의 기호를 여러 곳에 반복하여 기입하여야 할 경우에는 가공 지시와 로마자 알파벳 소문자를 표면 거칠기 값의 약호로 규정하여 기입하고 의미를 주기에 기입할 것.

② 전체의 면을 동일한 표면 거칠기로 지시할 경우에는 정면도의 위나 부품 번호의 옆 또는 표제란 부근에 기입할 것.

③ 대부분은 동일한 표면 거칠기이고 일부분만이 다르게 되어 있는 경우에는 투상도에 지시한 기호나 지시하지 않은 기호 다음에 괄호를 사용하여 기입할 것.

(2) 다듬질 기호 및 기입 방법

1) 다듬질 기호

다듬질 기호로 표면 거칠기를 지시할 경우에는 그 정도를 삼각 기호의 수 및 파형 기호로 표시하며 표면 거칠기의 표준수열에서 중심선 평균 거칠기는 a, 최대 높이 거칠기는 S, 10점 평균 거칠기는 Z의 기호를 표준수열 다음에 기입할 것.

다듬질 기호로 대상면에 표면 거칠기를 지시하는 경우에는 필요에 따라 표면 거칠기의 표준수열, 컷오프값 또는 기준길이, 가공방법, 줄무늬 방향의 기호 및 다듬질 여유값을 기입할 수 있음.

2) 다듬질 기호의 기입 방법

3) 다듬질 기호의 기입 시 주의사항

치수를 기입한 주요 부분에 모아서 보기 쉽도록 다듬질 기호를 기입할 것.

외형선상에 기입하고 은선상에는 다듬질 기호를 기입하지 않을 것.

회전체의 면에 대한 기호는 모선상에 1개소에만 다듬질 기호를 기입할 것.

단면도에 다듬질 기호를 기입할 경우에는 단면의 외형선상에 기입하고 단면의 전방에 보이는 선 위에는 기입하지 않을 것.

접촉면이 같은 표면 상태인 경우에는 어느 한쪽 면을 나타내는 선 위에만 다듬질 기호를 기입하고 다른 면에는 기입하지 않을 것.

대칭면에는 그 양면을 나타내는 외형선 위에 다듬질 기호를 기입할 것.

다듬질 기호는 각 면에 기입하는 것이 원칙이나 각 면의 상태가 도형에서 분명한 경우에는 한 면에만 기입하고 다른 면은 생략할 것.

구멍에 다듬질 기호를 기입할 경우에는 구멍으로 향한 지시선 위에 기입할 것.

표면 거칠기 측정에 대한 포스트를 마쳤으며 다음에는 3차원 측정 및 특수 측정법에 대한 포스트를 진행할 예정입니다.