표면거칠기

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[2] 표면거칠기(粗度) 측정(교과서 p535)

기계부품의 기능은 그 표면상태에 의존하는 경우가 많다. 따라서 최적의 성능을 갖는 기계의 설계를 위해서는 설계자와 가공자가 표면의 성질에 대하여 충분한 이해를 하고 있어야 한다. 표면의 성질에 미치는 영향은 표면거칠기, 잔류응력, 변질층 등이 있으나 여기에서는 표면거칠기의 측정법에 대하여 기술한다.
금속표면은 주조, 소성가공, 용단(熔斷), 절삭가공 등에 의하여 크고 작은 불규칙한 요철(凹凸)로 되어 있고, 이 상태를 나타내기 위하여 다음과 같은 용어가 사용된다.

1. 표면(表面; surface): 한 물체가 다른 물체 또는 물질과 분리되는 경계면 이다.
2. 이상표면(理想表面; normal surface): 이론적으로 정확한 면으로서, 일반적으로 설계도면에 표시되는 면이다.
3. 표면의 불규칙성(surface irregualities): 이상표면으로부터 일탈 정도로서, 표면거칠기 및 파상도로 표시한다.
4. 단면곡선(斷面曲線; unfiltered profile): 측정면의 평균 표면에 직각인 평면으로 절단하였을 때 그 면의 윤곽선을 말하며, 특별한 언급이 없으면 조도가 가장 크게 나타나는 곡선을 단면의 윤곽선이라 한다.
5. 조도곡선(粗度曲線; roughness profile): 단면곡선으로부터 저주파 성분의 불규칙한 것을 제거하는 방법에서 정해지는 곡선이다.
6. 파상도(波狀度; waviness): 깊이에 비하여 큰 간격으로 반복되는 이상표면으로부터의 일탈 편차(偏差)로서, milling cutter의 편심, 공작기계 또는 공구의 진동 등에 의하여 생긴다.
7. 파상도 높이(波狀度高; waviness height): 연속되는 파상선(波狀線; wave)의 산(peak)과 골(valley)간의 거리이다.
8. 파상도폭(waviness width): 연속되는 파(波; waveness)의 산과 산 또는 골과 골간의 거리이다.
9. lay 또는 lay direction: 절삭공구의 작용에 의하여 생기는 자국의 방향이다.
10. flow: 불규칙적으로 나타나는 균열(crack), 기공(blow hole), 긁힘(scratch) 등을 말하며, 특별한 지시가 없으면 표면거칠기의 측정에 포함시키지 않는다.
11. 표면거칠기(粗度; roughness): 상대적으로 작은 범위에서 표면의 요철의 정도로서, 파상도에 중첩되며 높이, 폭, 방향이 표면거칠기의 형상을 정해 준다.
12. 평균선(最小自乘平均線; mean line): 단면곡선(profile) 또는 거칠기 곡선의 채취 부분에서 측정면의 기하학적 형태를 갖는 선으로서 단면곡선까지의 편차의 제곱의 합이 최소가 되는 직선이다.

    평균선
    

13. 중심선(中心線; centerline, arithmetric mean line of profile): 평균선에 평행하며 단면곡선으로 둘러싸인 상하 면적이 같게 되는 위치의 직선이다.

    중심선
    

14. cut-off 값: 조도곡선을 구할 때 감쇠율이 -12dB/oct의 고역 filter의 사용에서 그 이득이 75%가 되는 주파수에 해당하는 파장으로서 0.08, 0.25, 0.8, 2.5, 8.25mm로 되어 있다.

용어 정의 및 조도의 기록법

(1) 조도 표시법:

(1-1) 중심선평균조도(中心線 平均粗度; arithmetical average roughness, centerline average roughness):

중심선에서 단면곡선까지의 평균 높이로서 R_a, CLA, AA의 기호로 표시한다.

중심선평균조도

cut-off의 표준값은 0.8mm 이며, 조도의 표시 단위는 mm, μmR_a, λ_c...mm이며, 다음 표를 참조하라.

(1-2) 최대높이조도(最大높이粗度; maximum height roughness):

채취 부분의 기준길이(cut-off) 내의 조도곡선에서 중심선에 평행하고 그 곡선의 최고점과 최저점을 지나는 두 평행선간의 상하 거리로 조도의 크기를 나타내며, cut-off는 위의 표와 같다.

최대높이조도

(1-3) 10 점평균조도(十點平均 粗度; ten point median height):

KS에서는 채취 부분의 기준길이(cut-off) 내의 조도곡선에서 제일 높은 곳에서부터 3번째의 봉우리와 가장 낮은 쪽에서 순번대로 3번째의 골을 지나고 중심선에 평행한 2선간의 거리로 나타내고, ISO에서는 제일 높은 봉우리에서 5번째까지의 평균 높이와 제일 낮은 골에서 5번째까지의 평균 골깊이 사이의 거리로 나타내는 조도 표시법이다. 10점평균조도 R_z는 다음과 같이 구하며 cut-off와 R_z의 단위는 위의 표와 같다.

10 점평균조도

R_max, R_z, R_a 및 삼각기호의 관계는 다음 표와 같다.