[기초 기계제도]표면거칠기에 대한 이해 - 취업 및 자격증 준비에 필수

표면 거칠기 기호(다듬질 기호)에 대한 표면 거칠기 값과 각종 가공에 따른 표면 거칠기 적용 값 등 기초 기계 제도에 대한 약간의 이해를 도모하기 위해 작성한다.

일반적인 가공실무 또는 설계에서 꼭 알고 있어야 하는 것이 표면 거칠기에 대한 개념이 아닌가 생각한다.

물론 각종 자격증(전산응용기계제도 기능사, 기계설계기사(산업기사), 일반기계기사(기사), 건설기계기사(산업기사) 등에서도 표면 거칠기의 내용은 기본적으로 들어가지만, 대부분은 이해보다는 외워서 적용하는 경우가 대부분이다.

그래서 이번 포스팅에는 표면 거칠기에 대한 기본적인 내용을 알아보고, 다양한 가방 방법에 따른 적용 형태에 대해서 알아보도록 하자.

1. 표면 거칠기의 정의

표면 거칠기는 가공 과정에서 필연적으로 발생하는 규칙적이거나 불규칙적인 요철을 말한다. 기계 부품이 요철 없이 이상적인 표면을 갖도록 제작하는 것은 생산 공학적으로 불가능하며, 비경제적이다.

그러므로 기계 부품은 그 사용 목적과 기능에 따라 적절하게 표면을 다듬어야 한다.

이때 표면 거칠기란 이상적인 표면에서 부터의 거칠기 정도를 말한다.

표면 거칠기는 일반적으로 조도 또는 표면 조도라고도 한다.

KS B 0161에서는 중심선 평균거칠기, 최대 높이, 10점 평균 거칠기 요철 평균 간격, 국부 산봉우리 평균 간격, 부하 길 이율 등 6가지를 표면 거칠기 규격으로 되어 있으나, 국제적으로는 중심선 평균 거칠기에 의한 표시법을 가장 많이 사용하고 있다.

2. 표면 거칠기의 종류

- 중심선 평균거칠기 (Ra)

중심선 평균거칠기는 거칠기 곡선에서 기준 길이 전체에 걸쳐 평균선으로부터 벗어나는 모든 봉우리와 골짜기의 편차 평균값을 표면 거칠기로 사용한다.

- 최대높이 (Rmax)

최대 높이는 단면 곡선으로 가장 높은 봉우리에서 가장 깊은 골짜기까지의 수직 거리를 표면 거칠기로 사용한다.

- 10점 평균 거칠기(Rz)

10점 평균 거칠기는 단면 곡선에서 가장 높은 봉우리 6개의 평균 높이와 가장 깊은 골짜기 5개의 평균 깊이 차를 표면 거칠기로 사용한다. 

※ 표면 거칠기의 표준값

3. 가공방법에 따른 표면 거칠기 값

키 홈, 벨트 풀리, 기어 등의 기계요소는 KS에 표면 거칠기 값이 정의되어 있으므로 규정에 따라 적용한다.

하지만 일반 기계 가공품은 가공방법에 따라 적절한 달리 가공해야 하며, 동일한 가공 방법에서 표면 거칠기 값을 작게 할수록 표면이 고운 제품을 얻을 수 있지만, 가공비 상승은 불가피하다.

4. 다듬질 기호에 대한 표면 거칠기의 표준 값

KS B 0617의 부속서에 의하면, 면의 지시 기호 대신 다듬질 기호를 사용할 수 있다고 규정하고 있다.

하지만, 일반적인 표면 거칠기 도시 기호도 많이 사용되고 있지만, 실무에서는 다듬질 기호를 더 많이 활용되고 있다. 

※ 1. 다듬질 기호의 삼각은 정삼각형으로 한다.

    2. 표의 표준 수열 이외의 값을 특히 지시할 필요가 있는 경우, 다듬질 기호에 그 값을 표기한다.

    3. 지시하는 표면 거칠기의 범위가 서로 다른 구간에 걸치는 경우, 삼각 기호의 수는 표면 거칠기의 상한에 맞춘다.

5. 용도에 따른 표면거칠기의 기준

다듬질 기호	표면거칠기 기호	다듬질 정도	거칠기	적용 형태
~		매끄러운 자연면, 가공을 필요로 하지 않는 주조, 압연, 단조의 면 또는 주물의 요철을 제거하는 정도		내압을 필요로 하는 부분, 스패터의 손잡이, 핸들의 암 주조, 플랜지의 앞면
▽		줄 가공, 플레이너, 선반 및 그라인더에 의한 가공으로 그 흔적이 남을 정도의 거친 가공	35 S	베어링의 밑면, 펌프 등의 밑판의 절삭면, 축 핀의 단면이 다른 부품과 접촉하지 않는 거친 면
			50 S	베어링 밑면, 축의 단면, 다른 부분과 접촉하지 않는 거친 면
			70 S	중요하지 않은 독립된 거친 면
			100 S	단순히 흑피를 제거하는 정도의 거친 면
▽▽		줄 가공, 선삭 또는 그라인더에 의한 가공으로 그 흔적이 남지 않을 정도의 보통 가공	12 S	커플링 등의 플랜지 면, 플랜지 축 커플링의 결합면, 키로 고정하는 구멍과 축의 접촉면, 베어링 본체와 케이스의 접촉면, 리머 볼트 체결부의 패킹 접촉면, 기어의 보스 단면, 리머의 단면, 이끝면, 키의 바깥면 및 키 홈면, 중요하지 않은 기어의 맞물림면, 웜의 이, 나사산, 핀의 외형면, 서로 움직이지 않는 접촉면
			18 S	스톱 밸브 등의 밸브 로드, 핸들의 사각 구멍의 내면, 패킹의 접속면, 기어의 림부 양단면, 보스의 단면, 부시의 단면, 키 및 핀의 구멍과 축의 접축면, 핀의 바깥면, 볼트로 구정하는 접촉면, 스패너 구경면, 스패너의 구경에 접촉하는 부분의 평면
			25 S	플랜지 축, 커플링이나 벨트 등의 보스 단면, 림 단면, 핸들의 사각 홈 내면, 풀리의 홈면, 블레이드의 바깥면, 접합봉의 선삭면, 피스톤 상/하 면, 차륜의 바깥면
▽▽▽		줄 가공, 선삭, 그라인더 또는 래핑 등에 의한 가공으로 그 흔적이 전혀 남지 않는 매우 매끈한 상급 가공면	1.5 S	크로스 헤드형 디젤엔진의 피스톤 로드, 피스톤 핀, 크로스 해드 핀, 크랭크 및 저널, 실린더 안쪽면, 베어링면, 정밀기어 이의 맞물림 면, 캠 표면, 기타 윤이 나는 정밀 다듬질면
			3 S	크랭크 핀, 크랭크 저널, 보통의 횡 베어링면, 기어의 맞물림 면, 실린더 안쪽면, 정밀 나사산
			6 S	볼의 바깥면, 중요하지 않은 횡 베어링면, 밸브, 와셔의 접촉면, 기어의 맞물림 면, 수압 실린더 양쪽면 및 램의 바깥면, 콕의 스토퍼 접촉면
▽▽▽▽		래핑, 버핑 등의 가공으로 광택이 나는 고급 다듬질면	0.1 S ~ 0.2 S	정밀 다듬 래핑, 버핑에 의한 특수용도의 고급 플랜지 면
			0.4 S	연료펌프의 플랜지, 피스톤 핀, 크로스 헤드 핀, 고속정밀 베어링 면
			0.8 S	프로스 헤드형 디젤엔진의 피스톤 로드, 피스톤 핀, 크로스 헤드 핀, 실린더 안쪽면, 피스톤 링의 바깥면, 고속 베어링면, 연료펌프의 프랜지

6. 각종 가공방법에 따른 표면 거칠기

지금까지 표면 거칠기에 대한 정의와 각종 가공 방법에 따른 표면 거칠기 값, 용도에 따른 거칠기 기준 등에 대해서 알아보았다.

이처럼 작업 과정과 환경에 따라 다양하게 적용되고 중요한 거칠기에 대한 전반적인 이해만 적절하게 해두고 있다면, 실무에서 적용하기도 쉽다.

※ 실무에서의 적용은 대부분 해당 회사에서 사용하는 값들이 정의되어 있어 쉽게 적용할 수 있다.

또 각종 자격증 시험을 준비하는 기계공학도 및 미래의 기계 설계사를 꿈꾸고 있는 많은 학생들에게 단순히 외워서 적용하는 것이 아니라, 도면의 형태를 보고 적절한 가공방법을 채택하고, 그 가공에 대한 거칠기 값을 부여하면, 도면의 이해도도 높이고, 가공의 이해도 쉽게 될 것 같다.