가공 표면 거칠기 측정에 대한 필수 가이드

"표면 거칠기 ra는 CNC 가공에서 중요한 요소입니다. 왜냐하면 생산된 부품의 성능, 마모 및 수명을 결정하기 때문입니다."

가공된 표면의 표면 조도는 생산된 부품의 품질, 신뢰성 및 성능을 결정하는 핵심 요소입니다. 매끄러운 표면은 마찰을 줄여주기 때문에 거친 표면보다 부품의 내구성을 높여줍니다. 하지만 각 분야마다 요구되는 표면 조도의 정도가 다르다는 점을 아는 것이 중요합니다. 다양한 종류의 표면 조도에 대한 지식은 생산된 부품의 품질, 신뢰성 및 성능을 향상시키는 데 필수적입니다. 표면 거칠기 ra 이는 제조된 부품의 품질과 성능 향상에 도움이 될 수 있습니다.  

표면 마감 차트란 무엇인가요?

표면 조도표는 제조 공정에서 다양한 표면 조도 유형과 그에 따른 표면 거칠기 값을 보여주는 데 사용됩니다. 엔지니어는 이 표를 통해 부품의 성능과 외관을 최적화하는 데 가장 적합한 조도 방식을 파악할 수 있습니다. 또한, 이 표는 마이크로미터(μm) 또는 마이크로인치(μinch) 단위를 사용하며, 각 조도 방식이 어떻게 얻어지는지에 대한 설명도 포함하고 있습니다.

표면 거칠기 차트

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가공 표면 마감이란 무엇인가요? 

가공 마감 옵션

금형/기계공작 표면 마무리 금속 표면을 변형시키거나 절단하거나 재료를 추가하는 등의 방법으로 표면을 바꾸는 공정을 가공이라고 할 수 있습니다. 가공은 표면의 질감을 측정하며, 그 특징은 다음과 같습니다. 

• 놓다: 표면 무늬의 방향은 제조 공정의 결과물입니다. 
• 물결 모양: 휘어짐이나 기타 설정된 기준에서 벗어난 변형과 같은 추가적인 심각한 왜곡. 
• 표면 거칠기 ra: 표면 아래의 거칠기와 미세한 피치. 기계공들은 표면 마감이라는 용어를 사용하여 이러한 의미를 나타냅니다. 표면 거칠기그리고 '표면 질감'이라는 용어는 이 세 가지를 모두 포괄합니다.

기계 가공 표면 마감의 이점

정밀 가공된 표면 마감은 다음과 같은 장점을 제공합니다. 첫째, 표면의 불규칙성을 제거하여 표면을 평평하게 만들어 더욱 균일하게 만듭니다. 이는 결과적으로 제품의 품질 향상에 기여합니다. 

또한, 이러한 표면 처리는 코팅의 접착력을 향상시켜 페인트와 코팅이 표면에 더 잘 접착되도록 합니다. 이는 보호 수준을 높일 뿐만 아니라 보호층의 수명도 연장시켜 줍니다. 매끄러운 표면은 시각적으로도 더욱 보기 좋으며, 이는 소비자 제품의 경우 매우 중요한 요소일 수 있습니다. 기계 가공된 표면 마감은 매끄럽고 광택 있는 표면을 제공하는 것 외에도 부식 및 화학 물질로부터 보호해 줍니다. 따라서 특히 극한 사용 환경에서도 제품의 내구성을 높여줍니다. 

또한, 이러한 표면 처리는 전기 전도성을 향상시키고 재료의 전도성을 높여 전도성을 개선합니다. 이는 특히 전자 제품 분야에서 중요한 역할을 합니다. 마지막으로, 정밀 가공된 표면은 마찰을 최소화하여 제품의 강도를 향상시킵니다. 마찰은 제품의 마모를 유발하여 강도를 약화시키는 요인입니다. 따라서 부품은 더욱 견고하고 신뢰할 수 있게 제 기능을 수행할 수 있습니다.

표면 거칠기 기호 및 용어

• Ra(거칠기 평균): 이는 표면의 길이 방향을 따라 표면의 최고점과 최저점의 평균값을 정의합니다. 이를 중심선 평균(CLA)이라고도 합니다. 
• Rz(평균 표면 거칠기 깊이): 이 방법은 최고값과 최저값 사이의 가장 큰 차이 5개의 평균을 계산합니다. 거칠기를 구하기 위해 이러한 측정값을 사용하여 평균 거칠기를 구합니다.  
• Rp(최고 높이): 이는 평가 기간 동안 능선에서 표면 윤곽의 중심선까지의 거리입니다. 
• Rv(계곡 깊이): 이는 평가 기간 동안 표면 프로파일의 최저점이 표면 프로파일의 평균선에서 얼마나 벗어나는지를 나타냅니다. 
• Rmax(프로필의 최대 높이): 이는 평가 기간의 최고점과 최저점 사이의 최대 차이를 정의합니다.

여기에는 다양한 종류의 표면 마감 기호그리고 그것들의 의미 

=: 절삭 공구에 의해 남겨진 치아 사이의 공간을 나타내며, 이 공간은 도면에 표시된 표면 또는 뷰와 평행합니다.  

⊥ 도면에 묘사된 표면 또는 뷰에 수직인 절삭 공구 자국을 보여줍니다.  

X: 절삭 공구가 남긴 자국을 말하며, 이 자국들은 서로 직각을 이룹니다.  

M: 연마 또는 래핑 과정에서 생성되는 홈을 의미하며, 이 경우 홈의 방향은 연속적일 수도 있고 반드시 한 방향일 필요는 없습니다.  

C: 표면의 중심을 기준으로 동심원을 이루는 원 안에 표시된 것을 의미합니다.  

R: 절삭 공구에 의해 표면에 생기는 자국으로, 표면에 평행하며 방사형일 수도 있습니다.

다양한 표면 거칠기 Ra 값을 얻을 수 있는 가능성

가공 시 표면 조도는 프로젝트 요구 사항에 따라 특정 수준으로 유지됩니다. 이는 우연이 아니라 계획된 것이며, 일반적으로 ISO 4287과 같은 표준에 따라 값이 설정됩니다. 이러한 표준은 다양한 제조 및 후처리 작업에 적합한 Ra 값을 25μm에서 0.025μm 사이로 정의합니다. 

At 프로린 테크당사는 CNC 가공 애플리케이션에 적합한 네 가지 일반적인 표면 거칠기(ra) 레벨을 제공합니다.

• 3.2 μm Ra 

• 1.6μm 라 

• 0.8μm 라 

•  0.4μm 라 

표면 조도 수준은 모든 용도에 동일하지 않으며, 특정 표면의 사용 목적에 따라 달라집니다. 표면 조도 Ra 값이 위에서 언급한 값보다 낮아야 하는 경우는 가공 노력, 시간 및 비용이 더 많이 소요되므로 필요한 경우에만 지정해야 합니다. 후처리 작업은 일반적으로 특정 조도를 얻기 위해 사용되지 않습니다. 표면 거칠기 지수 해당 방법들은 정확하게 규제할 수 없기 때문에 값에 영향을 미치고 부품의 허용 오차에도 영향을 줄 것입니다.  

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CNC 가공 시 표면 거칠기 비교

표면 거칠기는 부품의 기능, 성능 및 수명을 결정하는 중요한 요소입니다. 마찰 계수, 소음, 마모, 열 발생 및 접착력에 영향을 미칩니다. 표면의 평활도는 일부 용도에서는 그다지 중요하지 않을 수 있지만, 고장력, 고응력 및 고진동 환경, 결합 및 움직이는 조립체, 고속 회전 부품, 의료용 임플란트와 같은 용도에서는 매우 중요합니다. 

다음은 Prolean Tech에서 제공하는 표면 거칠기 수준입니다. 

• 3.2μm 라 

이 표준 상업용 기계 가공 마감은 대부분의 소비자 부품에 사용됩니다. 표면은 약간 거칠고 광택이 있으며 절삭 자국이 남아 있습니다. 응력, 하중 및 진동에 노출되는 부품의 경우 최대 표면 조도 ra는 2μm Ra를 넘지 않아야 하며, 하중이 가볍고 움직임이 느린 접촉면에도 동일한 기준을 적용할 수 있습니다. 이 마감은 고속, 저이송량 및 미세 절삭을 통해 구현됩니다. 

• 1.6μm 라 

이 표면 마감은 절삭 자국이 거의 보이지 않으며, 정밀한 결합이 필요하거나 응력이 집중되는 부품에 사용하기 적합합니다. 저속 회전 및 낮은 하중 지지력을 받는 표면에는 적합하지만, 고속 회전 부품이나 높은 진동 하중을 받는 부품에는 적합하지 않습니다. 이러한 표면 거칠기는 제어된 조건에서 고속, 미세 이송 및 가벼운 절삭을 통해 생성됩니다. 표준 알루미늄 합금(예: 3.1645)의 경우, 이 옵션을 선택하면 생산 비용이 약 2.5% 증가하며, 부품의 복잡성에 따라 비용이 더 높아질 수 있습니다. 

• 0.8μm 라 

일반적으로 고품질 표면 마감으로 알려진 0.8 μm Ra는 달성하기 어려운 엄격한 공차를 요구하며 비용 또한 더 높습니다. 이는 응력 집중이 발생하는 부품에 필요하며, 움직임이 불규칙적이고 하중이 작은 베어링에 적용될 수 있습니다. 일반적인 알루미늄 합금의 경우, 이 마감 처리는 생산 비용을 약 5% 정도 증가시키며, 복잡한 부품의 경우 그 이상 증가할 수 있습니다. 

• 0.4μm 라 

Ra 0.4 μm는 인장이나 응력을 받는 부품, 그리고 베어링이나 샤프트처럼 고속으로 회전하는 부품에 권장되는 가장 매끄럽고 우수한 표면 조도입니다. 이러한 매끄러움은 달성하기 매우 어렵기 때문에 적용 분야에 필수적인 경우에만 선택해야 합니다. 이 옵션을 선택하면 표준 알루미늄 합금의 생산 비용이 약 11~15% 증가하며, 복잡한 부품의 경우 그 이상이 될 수 있습니다.

표면 거칠기 평가 방법 

제품의 품질과 기능성을 확보하기 위해서는 제조 과정에서 표면 마감을 정량화하는 것이 매우 중요합니다. 표면 마감에는 여러 가지 방법이 있으며, 각 방법은 요구 사항과 세척 대상 표면의 특성에 따라 적절하게 적용될 수 있습니다. 

1. 직접 접촉 측정 

접촉식 측정 방법은 측정 대상 표면에 직접 접촉하는 기구를 사용하는 방식입니다. 이 경우, 일반적으로 스타일러스 프로파일로미터가 사용됩니다. 스타일러스가 표면 위를 움직이면서 윤곽선, 봉우리, 골 등을 그려내는 것처럼 보입니다. 이렇게 기구의 표면 변화를 통해 프로파일이 생성되고, 이 프로파일을 이용하여 학생들이 수집한 데이터를 분석합니다. 

 용법: 정량화가 필요한 상황에 사용하기에 매우 적합합니다. 하지만 표면 특성이 변할 수 있는 부드러운 재질이나 눌리거나 움푹 들어갈 수 있는 재질에는 사용을 권장하지 않습니다. 

2. 비접촉 측정 

비접촉식 기술은 레이저 스캐닝 현미경과 같은 광학 또는 레이저 도구를 사용합니다. 이러한 장치는 표면에 빛을 비추고 반사된 빛을 포착하여 표면의 거칠기를 측정합니다. 

용법: 표면을 만지면 손상될 수 있으므로, 특히 민감하거나 섬세한 표면과 같이 만지는 것을 피해야 하는 경우에 사용됩니다. 이러한 방법은 표면의 반사율과 색상에 따라 효과가 달라지지만, 불규칙한 표면에도 적합합니다. 

3. 비교 측정 

비교 방법은 사전에 정의된 여러 특성에 대해 표면을 평가하는 방식입니다. 이를 위해 부품 표면에 표준 거칠기 값을 갖는 비교기가 사용됩니다. 

용법: 이러한 방법은 빠르고 저렴하며, 초기 평가나 의사가 환자의 전반적인 상태를 파악하고자 할 때 사용할 수 있습니다. 그러나 직접 측정 방법만큼 정확하지 않고, 주관적인 판단에 기반한 측정이라는 한계가 있습니다.

4. 공정 중 측정 

형성 측정은 제조 공정의 특정 단계에서 표면 거칠기를 검사하는 것입니다. 이러한 도구 중 일부 인라인 프로파일로미터 또는 센서는 CNC 기계에 설치되어 표면 거칠기에 대한 정보를 실시간으로 제공합니다. 

용법: 이 방법은 모니터링 대상 매개변수를 빈번하고 대량으로 확인해야 하는 애플리케이션에 가장 적합합니다. 이 전략은 실시간으로 적용되므로, 제품 제작 후 측정하는 방식만큼 정확하지 않을 수 있습니다. 

5. 프로파일링 기법 

표면 프로파일링 기술은 3D 프로파일로미터와 같은 프로파일로미터를 사용하여 표면 프로파일을 생성합니다. 이를 통해 표면의 전반적인 형태와 질감을 파악할 수 있습니다. 

용법: 주로 표면 분석이 더 필요한 연구 개발 부서에 적합합니다. 다소 복잡하고 고도의 기술을 적용해야 하며, 시간도 많이 소요될 수 있습니다. 

6. 면적 측정 기법 

이 경우, 표면 거칠기를 측정할 때 선 접촉 방식이 아닌 더 넓은 면적을 측정하는 면적 측정 방식이 사용됩니다. 이러한 방식에는 광학 프로파일로미터와 간섭계가 있으며, 이를 통해 연구 대상 표면에 대한 전반적인 정보를 얻을 수 있습니다. 

용법: 표면이 거칠거나 표면 거칠기(Ra)의 전반적인 상태를 파악하는 데 적합합니다. 초고해상도 표면 분석에는 적합하지 않습니다. 

7. 현미경 기술 

다른 표면 특성 분석 기술로는 표면을 크게 확대하여 보여주고 미시적 수준의 데이터를 제공하는 전자 현미경이 있습니다. 

용법: 이 기술은 연구 분야나 정밀도가 매우 중요한 분야, 예를 들어 반도체 생산에 가장 유용합니다. 이러한 기술은 다소 복잡하며 특정 유형의 장비가 필요합니다.

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표면 거칠기 측정 차트 요약표

이 요약 자료는 다양한 표면 마감을 빠르게 이해하고 용도에 맞는 적절한 마감을 선택하는 데 도움이 되는 참고 자료를 제공합니다.

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다양한 표면 거칠기 수준은 어떻게 얻을 수 있을까요?

The 표면 거칠기 측정 표면 거칠기는 설계자와 제조업체가 제품 특성의 일관성을 유지하기 위해 조정할 수 있습니다. 표면 거칠기 정도는 부품이 환경과 상호 작용하는 방식을 결정하며, 마모, 파손 및 부식에 영향을 미칩니다. 또한 일부 거칠기 매개변수는 코팅 접착력을 향상시키거나 전도성을 높이는 데 유용합니다. 

Ra 값은 일반적으로 표면 거칠기를 측정하는 데 사용되며 표준값은 12.5 μm Ra(매우 거칠음)에서 0.4 μm Ra(매우 매끄러움) 정도입니다. 다양한 표면을 만드는 데 사용되는 다양한 기술들이 있습니다. 표면 마감 유형 제품의 구체적인 용도에 따라 다릅니다. 

가공된 마감

가공 완료 부품

가공 직후 마감은 일반적으로 ± 0.05mm 이하의 정밀도를 유지하며, 가공 직후에 컴퓨터 지원 제조(CAM) 시스템을 사용하여 정확도를 높입니다. 이 방법은 다른 마감 공정에 따른 추가 비용이 발생하지 않아 가격이 저렴하지만, 사용된 공구로 인한 자국이 남거나 표면이 하얗게 바랜 듯한 느낌을 줄 수 있습니다. 가공 직후 마감은 완제품 가격과 정확도가 중요한 시제품, 고정구, 지그 등에 적합합니다. 

비드 블라스트 마감

비드 블라스팅 표면 마감 부품

비드 블라스팅은 압축 공기총을 이용해 표면에 미세한 유리 구슬을 분사하는 방식으로, 은은한 무늬가 있는 무광 또는 새틴 마감 처리를 가능하게 합니다. 이 방법은 가공 과정에서 남은 자국을 가리는 데에도 효과적이며, 광택 있는 표면을 제공합니다. 하지만, 높은 수준의 정밀도를 요구하는 프로젝트에는 적합하지 않을 수 있습니다. 비드 블라스팅에서 유일하게 조절 가능한 요소는 사용되는 유리 구슬의 크기입니다. 

아노다이징 처리

양극산화 처리된 부품 

양극 산화는 표면에 보호 산화막을 형성하는 전해 공정입니다. 금속 표면 마감 부품에 적용되는 공정입니다. 부품을 산성 용액에 담그고 전원에 연결하면 코팅이 모든 방향으로 성장합니다. 이 방법은 비드 블라스팅보다 치수 제어가 더 용이하며 전기적으로 절연된 단단한 표면을 제공합니다. 양극 산화 처리는 주로 알루미늄, 티타늄 및 이들의 합금에 적용됩니다.

양극 산화 유형 II

표준 양극 산화 처리 또는 2종 양극 산화 처리는 최대 두께가 25μm인 투명하거나 유색의 표면을 생성합니다. 이 마감 처리는 미적으로 보기 좋으면서도 단단하고 매끄러운 외부 표면이 필요한 부품에 유용합니다. 비용이 저렴하고 우수한 보호 기능과 외관을 제공합니다.  

양극 산화 유형 III

3형 양극 산화 처리는 "하드 코팅"이라고 불리는 더욱 발전된 공정으로, 더 높은 전류 밀도를 사용하고 용액 온도를 0℃로 엄격하게 제어합니다. 이 방법은 약 125μm의 더 두꺼운 막을 형성하며 경도와 내식성이 우수합니다. 3형 양극 산화 처리는 다른 두 가지 방식보다 비용이 더 많이 들지만, 추가적인 보호가 필요한 고응력 엔지니어링 분야에 적합합니다.

적합한 표면 마감 기법을 선택하는 방법은 무엇일까요?

프로젝트 성공을 위해서는 적절한 표면 마감 기법을 선택하는 것이 매우 중요합니다. 최적의 결정을 내리는 데 도움이 되는 단계별 가이드를 소개합니다. 

1. 재료 식별: 다양한 재료를 원하는 마감 상태로 만들기 위해서는 각기 다른 처리 방법이 필요하다는 것을 이해해야 합니다. 먼저 사용할 재료를 파악하여 적절한 기법을 선택해야 합니다. 
2. 마무리의 목적을 정의하십시오: 표면 마감에서 원하는 것이 무엇인지 생각해 보세요. 외관, 향상된 부식 방지 또는 마찰 감소 등 여러 가지 이유가 있을 수 있습니다. 따라서 제품의 기능에 따라 선택이 달라집니다. 
3. 사용 가능한 마감 기법을 검토하십시오: 사용하려는 재료에 적용할 수 있는 마감 처리를 알아보세요. 예를 들어, 알루미늄에는 양극 산화 처리가, 스테인리스강에는 부동태 처리가 적용됩니다. 
4. 심미적 요구사항을 평가하십시오: 제품의 외관이 문제라면, 원하는 마감을 얻기 위해 사포질이나 레이저 에칭이 더 적합할 수 있습니다.  
5. 내구성 요구 사항 평가: 마모가 심한 것으로 예상되는 다른 부위에는 DLC와 같은 더 단단한 코팅이 필요할 수 있습니다. 
6. 유지 관리 요구 사항을 고려하십시오. 마감재에는 여러 종류가 있으며, 각 종류마다 고유한 특징이 있고 모두 일정 수준의 유지 관리가 필요합니다. 제품 수명 주기 동안 제품 유지 관리에 얼마나 많은 시간을 투자할 의향이 있는지 생각해 보세요. 
7. 마감 상태를 확인하세요: 대규모로 마감재를 적용하기 전에 재료의 작은 부분에 테스트를 하여 요구 사항에 부합하는지 확인하는 것이 좋습니다. 
8. 환경적 영향을 고려하십시오: 일부 후가공 공정은 다른 공정보다 환경에 더 큰 영향을 미칩니다. 환경적인 요인이 우려된다면, 환경에 해롭지 않은 다른 방법을 선택하는 것이 좋습니다. 
9. 예산 제약: 마지막으로, 마감 기법에 드는 비용을 전체 예산에 맞춰 고려하십시오. 선택한 방법이 저렴하면서도 프로젝트의 모든 요구 사항을 충족할 수 있는지 확인해야 합니다.

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맺음말

현대 제조 공정에서 표면 조도는 일반적으로 비용이 많이 들고 달성하기 어렵습니다. 따라서 제작된 부품에 적합한 표면 마감 기술을 적용하려면 올바른 기술을 사용해야 합니다. 원하는 결과를 얻으려면 재료의 표면 경화 특성을 이해하는 것이 중요합니다. 표면 마감 솔루션과 관련하여, 합리적인 가격으로 전문적인 서비스를 제공하는 기업으로 ProLeanTech를 추천합니다. 당사의 숙련된 직원들은 원하는 표면 마감 사양을 충족하는 올바른 기술을 적용할 수 있습니다. 

프로린테크 표면 마무리 서비스

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