「표면 조도」란 표면이 거칠거나 매끄러운 정도를 의미하며, 이는 우리의 일상과 밀접한 관련이 있습니다. 생산부터 제조에 이르기까지 그 정밀도를 파악하는 것은 매우 중요합니다. 이 글을 시작하기에 앞서 한 가지 개념을 말씀드리고자 합니다. 바로 「모든 것이 반드시 극도의 매끄러움을 추구해야 하는 것은 아니며, 오히려 필요에 따라 『적절한 조도』를 추구해야 한다」는 점입니다.
왜일까요?
가공 시 설정한 Ra 값이 지나치게 낮을 경우, 그에 따른 인력, 시간, 비용은 배 이상으로 증가할 수 있습니다.
그러므로 적절한 조도를 선택하는 것이 오히려 현재 가공 공정에서 가장 효율적인 선택이라 할 수 있습니다.
목차
「표면 거칠기」를 이해하기에 앞서, 우리는 먼저「표면 평탄도」가 무엇인지 알아둘 필요가 있습니다. 이 개념을 알고 있으면, 다른 사람과 관련 내용을 설명하거나 깊이 있는 논의를 할 때 자신의 의도를 정확하게 전달하는 데 도움이 됩니다.
표면 평탄도(Surface Flatness)
줄여서 평탄도(flatness) 라고 하며, 이는 「평면 형상이 기하학적으로 정확한 평면에서 얼마나 벗어나 있는지를 나타내는 정도」를 의미합니다.
간단히 말하면, 「얼마나 평평한가」를 의미합니다. 표면이 평평할수록 평탄도가 높고, 그렇지 않을수록 평탄도가 낮습니다.
도면에서 표시되는 공차는 평면 형상의 최고점 기준 평면과 최저점 기준 평면 사이의 고정된 거리를 나타냅니다.
그 간격이 0에 가까울수록, 기하학적으로 정확한 평면에 가까운 상태입니다.
공학 및 제조 분야에서 표면 평탄도는 매우 중요한 요소입니다. 특히 결합되거나 접촉이 필요한 부품에서는 더욱 그렇습니다. 예를 들어, 기계 부품의 평탄도는 그 기능성과 내구성에 직접적인 영향을 미치며, 따라서 제조 과정에서는 일반적으로 표면 평탄도에 대한 요구 사항을 엄격히 관리합니다.
표면 거칠기(Surface Roughness)
줄여서 표면 거칠기라고 합니다.
표면 거칠기란 무엇인가요? 간단히 말하면, 표면이 「거칠은지, 매끄러운지」를 의미합니다.
종이 한 장을 만졌을 때와 사포를 만졌을 때의 느낌을 떠올려 보세요. 사포의 표면이 훨씬 더 거칠게 느껴질 것입니다.
과학이나 공학에서 표면 거칠기는 일반적으로 표면 위의 미세한 요철이나 불규칙함의 정도를 설명하는 데 사용됩니다. 어떤 표면이 아주 매끄럽다면, 우리는 그것의 거칠기가 낮다고 말하고, 반대로 표면이 거칠다면 거칠기 수치가 높다고 말합니다.
표면 거칠기가 공작물에 미치는 영향
- 기밀성：움직임이 거의 없는 밀폐 표면의 경우, 표면 거칠기가 너무 높으면 밀봉 효과가 떨어질 수 있습니다. 반대로, 움직임이 필요한 표면의 경우에는 너무 매끄러우면 오히려 누수나 마모가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 수도관 연결부나 밀폐 용기 등이 이에 해당합니다.
- 결합 성능：물체가 미끄러지며 운동할 때, 표면이 너무 거칠면 움직이기 위해 더 큰 압력이 필요하게 되어 에너지를 더 소모하게 되고, 동시에 부품의 마모도 증가할 수 있습니다. 예를 들어, 볼 베어링이나 리드 스크류 등이 이에 해당합니다.
- 강성：두 물체가 접촉할 때, 단위 면적당 응력이 증가하면 응력 집중이 커지고, 외부 힘을 받을 경우 재료가 쉽게 휘어지며 변형될 수 있습니다. 이로 인해 봉우리 부분의 접촉 면적이 부족해질 수 있습니다. 예: 풍력 발전기, 전동 드라이버
- 금형： 금형에서 제품을 분리할 때의 난이도와 완성도는 표면 거칠기에 영향을 받습니다.
- 부착성：접착, 용접, 조립 등의 공정에서는 적절한 표면 거칠기가 필요합니다.
- 외관 및 촉감：자동차 도장의 광택이나 제품의 사포 촉감 등은 모두 표면 거칠기와 관련이 있습니다.
- 내식성 및 절연성：표면 거칠기가 너무 높으면 액체가 표면에 쉽게 머무르게 되어 부식이 발생할 수 있습니다. 액체와 자주 접촉하는 부품의 경우, 거칠기가 낮을수록 더 적합합니다.
- 전자기 특성：표면이 너무 거칠면 전자기 신호의 체류 현상이 발생하여 신호 전달에 영향을 줄 수 있으며, 발열 현상이 나타날 수 있습니다.
- 광학 굴절：표면 거칠기의 차이에 따라 확산, 굴절, 회절 등의 현상이 발생할 수 있습니다.
- 소음：기계 장비가 고속으로 작동할 때, 표면이 거칠고 불균일하면 진동 및 소음이 쉽게 발생합니다.
요약
- 평탄도와 표면 거칠기는 서로 다른 개념입니다. 평탄도는 거시적인 관점에서 물체가 평평한지를 보는 것이고, 표면 거칠기는 미시적인 관점에서 물체가 매끄러운지, 거친지를 판단하는 것입니다.
- 어떤 면의 평탄도는 0에 가까울 수 있지만, 여전히 거칠음을 가질 수 있습니다. 반면에, 어떤 물체가 매우 거칠다고 해서 반드시 평평하다는 의미는 아닙니다.
위의 프러스트 처리된 체스판 테이블처럼, 그것은 평평한가요? 네, 평평합니다. 하지만 매끄러운가요? 아마 그렇지 않을 것입니다.
- 우리는 평탄도에는 ‘진정한 값’이 있다는 것을 알 수 있습니다. 이는 0에 가까울수록 기하학적으로 정확한 평면에 가까움을 의미합니다. 하지만 표면 거칠기에는 그런 절대적인 기준이 없으며, 단지 ‘적절한 거칠기’가 있을 뿐입니다.
이것이 바로 우리가 앞에서 표면 거칠기가 미칠 수 있는 영향들을 언급했지만, 많은 항목에서 매끄러운 것이 좋은지, 거친 것이 좋은지를 명확히 말하지 않은 이유입니다. 그 판단은 모두 해당 표면의 용도와 여러분이 달성하고자 하는 목적에 따라 달라지기 때문입니다.
행동
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