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표면의 구성
 

표면(surface)은 형성하는 물체의 재질, 형성 방법, 가공 방법, 공학적 기능(enginnering function), 크기 등에 따라 달라지게 되며, 그 특성은 일반적으로 매우 복잡하다.

따라서 표면 조직(surface texture)의 특성화는 매우 많은 인자들로 표현되지만, 정통적으로 형상(form), 파상도(waviness), 거칠기(roughness)의 3가지로 단순화되어 사용된다.

이 중 거칠기와 파상도가 표면 조직의 중요한 구성 요소가 된다.

 

| 거칠기(roughness)

  실제의 표면 형상 기구에 의해 표면에 남겨진 생산공정의 고유한 속성이 표면상에 존재하는

  불규칙 성분(irregularities)을 의미한다.

| 파상도(waviness)

  거칠기의 간격보다 큰 간격으로 나타나는 표면의 굴곡으로 연삭 숫돌차의 불평형, 이송나사

  의 불균일, 기계의 진동, 재료의 열처리 불균일등 주로 기계 개개의 특성에 의해서 만들어지는 형상.

| 형상(form)

  거칠기와 파상도를 무시한 표면의 일반적인 겉보기 형상을 말한다.

표면의 평가(evaluation)

모든 공학 표면은 의도된 고유한 공학적 기능을 갖고 있으며, 이중 표면 거칠기는 기계 부품의 정밀 조립, 광학 부품의 품질 등에 큰 영향을 미치기 때문에 중요시되고 있으며, 철강업에서도 강판의 광택도, 도장성, 도금성, 가공성, 압연롤의 내마모성 등을 결정하는 요인으로서 중요한 품질관리 대상이 되고 있다.

최근에 이와 같은 생산 제품의 품질에 대한 표면 거칠기의 중요도가 부각됨에 따라 소비자들이 생산 제품의 표면 거칠기에 대한 관심도가 점차로 증가하는 추세에 있으며 이에 대응하기 위한 ON-LINE 표면 거칠기 관리가 강하게 요구되어지고 있다.

일반적으로 표면의 '매끄럽다'거나 '거칠다'라고 하는 것은 상대적 개념이며, 추상적으로 표면을 평가하는 방법이다.

이는 평가자에 따라 달라질 수 있으므로, 평가 대상의 고유한 특성이라 할 수 없게된다.

그러나 표면은 그것을 대표할 수 있는 고유한 값을 가지며, 이에 대한 평가를 정량화 시킬수 있다.

이로 인해 우리는 공학표면에 대하여 고유한 의도된 기능을 부과 할 수 있으며, 또한 측정을 통하여 만족도를 예측할 수 있을 것이다.

표면 조직은 면적의 개념이다. 따라서 표면 거칠기 또한 면적의 개념이 된다.

그러나 우리는 관습적으로 1차원적인 것 만을 다루어오고 있다.

즉 선(line)을 따라 측정, 형성되는 개념으로 취급되어 진다.

그럼에도 불구하고 대부분의 생산공정에서 무리없이 받아들여지고 있다.

그 주된 이유는 표면의 2차원적 성분이 유사한 1차원 거칠기의 연속된 형태로 구성되는 것으로 간주 되기 때문이다.

이는 전통적으로 사용되어져온 표면 거칠기의 측정 방법인 표면 상의 선을 따라 측정하는 촉침식이 그 좋은 예라 할 수 있다.

표면 거칠기
중심선 평균 거칠기 - Ra, arithmetical mean deviation of the profile

거칠기 곡선에서 그 중심선의 방향으로 측정 길이 l의 부분을 측정하고, 이 측정 부분의 중심건을 X축으로 하고, 거칠기 곡선율 y=f(x)로 나타내어지는 값으로 단위는 미크론(㎛, micro-meter)을 사용한다.

즉, Ra는 요철이나 거칠기 곡선의 모양에 대한 정보를 포함하지 않는다.

이는 같은 Ra값을 가진다고 하여도 서로 다른 형상을 지닐 수 있다는 것을 말한다.

Ra는 국제적으로 가장 많이 사용되는 표면 거칠기의 표시 방법으로 거칠기 곡선의 요철과 그 중심선에 포함된 면적의 합을 측정 길이로 나눈 것으로, 중심선에 대한 산술 평균 편차에 상당한다.

Ra는 KS B 0161에 Rmax, Rz와 함께 규정되어 있으며, CLA(center line average) 또는 AA(arithmetic average)로도 표기된다.

컷오프(cut-off)값은 원칙적으로 0.08, 0.25, 0.8, 2.5, 8, 25의 6종이며 표준값은 0.8mm로 한다.

중심선 표면 거칠기의 표기 방법은 중심선 표면 거칠기  ㎛, 컷오프값  mm 또는  ㎛ Ra λc  mm로 하고, 0.8mm의 컷오프값을 사용하는 경우에는 이를 생략할 수 있다.

제곱 평균 평방근 거칠기 - Rq, RMS

평균값 계산의 또다른 방법으로 통계 및 학계에 많이 알려진 제곱근 평균(Root Mean Square, RMS)의 방법을 이용한다.

즉, Ra는 요철이나 거칠기 곡선의 모양에 대한 정보를 포함하지 않는다.

이는 같은 Ra값을 가진다고 하여도 서로 다른 형상을 지닐 수 있다는 것을 말한다.

Ra는 국제적으로 가장 많이 사용되는 표면 거칠기의 표시 방법으로 거칠기 곡선의 요철과 그 중심선에 포함된 면적의 합을 측정 길이로 나눈 것으로, 중심선에 대한 산술 평균 편차에 상당한다.

Ra는 KS B 0161에 Rmax, Rz와 함께 규정되어 있으며, CLA(center line average) 또는 AA(arithmetic average)로도 표기된다.

컷오프(cut-off)값은 원칙적으로 0.08, 0.25, 0.8, 2.5, 8, 25의 6종이며 표준값은 0.8mm로 한다.

중심선 표면 거칠기의 표기 방법은 중심선 표면 거칠기  ㎛, 컷오프값  mm 또는  ㎛ Ra λc  mm로 하고, 0.8mm의 컷오프값을 사용하는 경우에는 이를 생략할 수 있다.

최대 높이 - Rmax, maximum height of the profile

단면 곡선에서 기준 길이 만큼 측정한 부분의 평균선에 평행한 두 직선으로 측정한 부분을 끼울 때, 이 두직선의 간격을 미크론(㎛, micro-meter)로 표시한 것을 말한다.

즉 최대값에서 최소값을 뺀값과 동일하다.

이는 중심선을 결정하지 않고서도 측정할 수 있기 때문에 비교적 많이 사용된다.

최대높이 Rmax는 그 정의나 기호가 규격에 따라 다소 차이를 보이는데, 우리나라의 경우 KS B 0161-1988에 규정되어 있으며, 이는 미국의 ANSI B 46.1-1978, 일본의 JIS B 0601-1982와 같이 Rmax로 사용하고, 독일의 경우 DIN 4768-1974에서 여러번의 측정 결과 얻어진 Rmax중 가장 큰 값을 Rmax로 정의하고 있으며, ISO 4287/1-1984에서는 Ry로 표기하고 있다.

10점 평균 거칠기 - Rz, ten point height

KS에서는 단면곡선의 평균선에 평행하고, 상하에서 각각 3번째의 최고접과 골을 통과하는 평행선 사이의 거리를 측정하여 미크론(㎛, micro-meter)으로 표시한다

ISO에서는 기준 길이 내의 가장 졸은 봉우리에서 5번째까지의 평균 높이와 가장 낮은 골에서 5번째까지의 골 평균깊이와의 거리를 측정하여 미크론(㎛, micro-meter)으로 표시한다.

표면 거칠기의 기호
Rmax Rz Ra 삼각기호
(0.05S)
0.1S
0.2S
0.4S
0.8S
(0.05Z)
0.1Z
0.2Z
0.4Z
0.8Z
(0.012a)
0.025a
0.05a
0.1a
0.2a
▽▽▽▽
1.6S
3.2S
6.3S
1.6Z
3.2Z
6.3Z
0.4a
0.8a
1.6a
▽▽▽
12.5S
(18S)
25S
12.5Z
(18Z)
25Z
3.2a
 
6.3a
▽▽
(35S)
50S
(70S)
100S
(35Z)
50Z
(70Z)
100Z
 
12.5a
 
25a
    특별히 규정하지 않음. ~
표면 거칠기의 측정
측 정 방 법 측 정 기 도 시 (圖 示)
감능적 비교법
(感能的 比較法)
거칠기견본 Fig.4
비교용 표준법 Fig.5
경사 절단법
(傾斜 切斷法)
절단용구
현미경
Fig.6
촉침법
(觸針法)
촉침식 측정기
(기록계 또는 지시계)
Fig.7
광절단법
(光切斷法)
광절단 현미경 Fig.8
광학적 반사법
(光波的 反射法)
반사식 거칠기 측정기 Fig.9
광파간섭법
(光波干涉法)
현미간섭계 Fig.10
각 국의 표면 거칠기 표기법
국 가 중심선 평균 거칠기 자승평균 평방근 거칠기 최대 높이 십점 평균 거칠기 산골의 평균 간격 산마루의 평균 간격 상대 부하 길이 평균 깊이 파상도 비 고
 RaRqRmaxRz SmS    
ISO-468Ra RyRz Sm tp   
한 국Ra RmaxRz       
미 국 Ra          
유고슬라비아 Ra RmaxRz KS, SmPn   
러시아 Ra RmaxRz       
스위스 Ra          
스웨덴 Ra RmaxRz   KB  H
스페인 hmhrme   H     
루마니아 Ra RmaxRz       
폴란드 Ra      tc, tp Wz 
네덜란드 Ra          
일본 Ra RmaxRz       
이탈리아 RaRaq   R     
헝가리 RahqRmax     RtW 
독 일 Ra Rt   ArtpRpW 
프랑스 Ra Rmax, Rt  RArtr, cRpWR
필란드 Ra RmaxRz       
덴마아크 Ra RmaxRz    Ru R
체코슬로바키아 Ra RmaxRz       
캐나다 Ra          
불가리아 Ra RmaxRz       
오스트리아 Ra Rt    tap W 
오스트레일리아 Ra Rδ         
아르헨티나 Ra    Hpi