기어 재료 선택하기: 고려해야 할 필수 요소
엔지니어링에서 올바른 기어 소재를 선택하는 것이 중요한 이유는 무엇일까요? 적절한 소재를 선택하면 기어가 내마모성, 내구성 및 효율성과 같은 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이 문서에서는 다양한 기어 소재에 대해 살펴봅니다.
표면 거칠기가 제품에 미치는 영향에 대해 생각해 본 적이 있나요? 이 블로그 게시물에서는 표면 거칠기가 제조에서 수행하는 중요한 역할과 제품의 품질, 성능 및 내구성에 미치는 영향에 대해 살펴봅니다. 당사의 전문 기계 엔지니어가 귀사의 제조 공정을 최적화하고 고객에게 우수한 제품을 제공하는 데 도움이 되는 귀중한 인사이트와 실용적인 팁을 공유합니다. 완벽한 표면 조도를 달성하는 비결을 알아볼 준비를 하세요!
기술 커뮤니케이션에서는 '표면 마감'이라는 용어가 일반적으로 사용됩니다. 그러나 '표면 마감'은 사람의 지각을 기반으로 하는 반면, '표면 거칠기'는 실제 표면의 미세 형상을 기반으로 한다는 점에 유의해야 합니다.
국제 표준(ISO)에 부합하기 위해 국내 표준에서는 더 이상 '표면 마감'이라는 용어를 사용할 수 없습니다. 더 정확하고 선호되는 용어는 "표면 거칠기"입니다.
표면 거칠기는 가공된 표면의 요철을 말하며, 작은 피크와 좁은 간격의 계곡이 특징입니다. 이러한 피크와 밸리 사이의 거리, 즉 웨이브 거리는 일반적으로 1mm 미만으로 미세 기하학적 오류의 범주에 속합니다.
이는 특히 높고 낮은 마이크로 피크와 밸리(Z)의 수준과 그 사이의 간격으로 정의됩니다.
일반적으로 S에 따르면
국가 표준에서는 일반적으로 표면 거칠기를 평가하는 데 세 가지 지표가 사용됩니다(단위는 μm).
Ra 지수는 실제 생산에서 널리 사용됩니다. 윤곽선의 최대 미세 높이 편차인 Ry는 일본 및 기타 국가에서는 일반적으로 Rmax라고 하며, 유럽과 미국에서는 VDI 지수가 일반적으로 사용됩니다. 다음 표는 VDI3400, Ra, Rmax를 비교한 것입니다.
VDI3400 표면은 널리 사용되는 Ra 표준과 상응하는 관계를 가지고 있습니다. 많은 사람들이 해당 값을 결정하기 위해 참조 데이터를 참조해야 한다고 생각합니다. 다음 표는 포괄적이므로 참고용으로 보관하는 것이 좋습니다.
VDI3400 표준과 Ra의 비교 표
| VDI | Ra | VDI | Ra |
|---|---|---|---|
| 3400 | μm | 3400 | μm |
| 0 | 01 | 23 | 1.4 |
| 1 | 0.112 | 24 | 1.6 |
| 2 | 0.126 | 25 | 1.8 |
| 3 | 0.14 | 26 | 2 |
| 4 | 0.16 | 27 | 2.2 |
| 5 | 0.18 | 28 | 2.5 |
| 6 | 0.2 | 29 | 2.8 |
| 7 | 0.22 | 30 | 3.2 |
| 8 | 0.25 | 31 | 3.5 |
| 9 | 0.28 | 32 | 4 |
| 10 | 0.32 | 33 | 5 |
| 11 | 0.35 | 34 | 5 |
| 12 | 0.4 | 35 | 5.6 |
| 13 | 0.45 | 36 | 6.3 |
| 14 | 0.5 | 37 | 7 |
| 15 | 0.56 | 38 | 8 |
| 16 | 0.63 | 39 | 9 |
| 17 | 0.7 | 40 | 10 |
| 18 | 0.8 | 41 | 11.2 |
| 19 | 0.9 | 42 | 12.6 |
| 20 | 1 | 43 | 14 |
| 21 | 1.12 | 44 | 16 |
| 22 | 1.26 | 45 | 18 |
RA와 Rmax의 비교 표
| Ra(μm) | Rmax(μm) |
|---|---|
| 0.1 | 0.4 |
| 0.2 | 0.8 |
| 0.4 | 1.5 |
| 0.56 | 2.4 |
| 0.8 | 3.3 |
| 1.12 | 4.7 |
| 1.6 | 6.5 |
| 2.2 | 10.5 |
| 3.2 | 12.5 |
| 4.5 | 17.5 |
| 6.3 | 24 |
표면 거칠기는 일반적으로 사용된 처리 방법을 비롯한 다양한 요인에 의해 형성됩니다.
예를 들어 표면 거칠기의 원인으로는 가공 중 공구와 부품 표면 사이의 마찰, 칩 분리 중 표면층 금속의 소성 변형, 가공 시스템의 고주파 진동, 전기 가공의 방전 구덩이 등이 있습니다.
가공된 표면에 남는 자국의 깊이, 밀도, 모양, 질감은 가공 방법과 공작물 소재의 차이로 인해 달라질 수 있습니다.
내마모성에 미치는 영향:
표면이 거칠수록 결합 표면 사이의 유효 접촉 면적이 작아지고 압력이 높아지며 마찰 저항이 높아져 마모가 빨라집니다.
갭 핏 안정성에 미치는 영향:
갭 맞춤의 경우 표면이 거칠면 마모가 증가하고 작동 중 갭이 점진적으로 증가합니다. 간섭 맞춤의 경우 조립 중 미세한 볼록 피크가 평평해져 실제 유효 간섭이 감소하여 연결 강도가 감소합니다.
다음에 미치는 영향 피로 강도:
부품의 거친 표면에는 날카로운 모서리의 노치 및 균열과 유사하게 응력 집중에 취약한 큰 홈이 있어 부품의 피로 강도에 영향을 미칩니다.
내식성에 미치는 영향:
부품 표면이 거칠면 부식성 가스나 액체가 표면의 미세한 골짜기를 통해 금속 내부 층에 쉽게 침투하여 표면 부식을 일으킬 수 있습니다.
봉인성에 미치는 영향:
거친 표면은 서로 단단히 밀착되지 않아 접촉면 사이의 틈새로 가스나 액체가 누출될 수 있습니다.
접촉 강성에 미치는 영향:
접촉 강성은 부품의 접착 표면이 외부 힘에 의한 변형에 저항하는 능력을 말합니다. 기계의 강성은 부품 간의 접촉 강성에 따라 크게 달라집니다.
측정 정확도에 미치는 영향:
부품은 표면을 기준으로 측정되며 측정 도구 표면의 거칠기는 특히 정밀 측정에서 측정 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다.
또한 표면 거칠기는 부품의 코팅, 열 및 접촉 저항, 반사율 및 복사 특성, 액체 및 기체 흐름에 대한 저항, 도체 표면을 통한 전류 흐름에 다양한 영향을 미칩니다.
샘플링 길이는 표면 거칠기를 평가하는 데 사용되는 지정된 기준선의 길이입니다.
부품의 표면 거칠기 특성을 정확하게 반영하려면 실제 표면의 형태와 질감에 따라 샘플링 길이를 선택해야 합니다. 샘플링 길이는 실제 표면의 일반적인 프로파일에 따라 측정해야 합니다.
샘플 길이를 지정하고 선택하는 목적은 표면 리플 및 모양 오차가 표면 거칠기 측정 결과에 미치는 영향을 최소화하기 위한 것입니다.
각 표면 거칠기 파라미터의 단위 길이와 샘플링 길이는 평가를 위해 지정된 기준선에 의해 결정됩니다.
ISO1997 표준에 따르면 일반적인 기준 길이는 0.08mm, 0.25mm, 0.8mm, 2.5mm 및 8mm입니다.
RA, RZ 및 Ry의 샘플링 길이 Ln 및 평가 길이 L
| Ra(μm) | Rz.Ry(μm) | L(mm) | Ln=5L(mm) |
|---|---|---|---|
| ≥ 0.008-0.02 | ≥ 0.025-0.10 | 0.08 | 0.4 |
| >0.02-0.1 | >0.10-0.50 | 0.25 | 1.25 |
| >01-2.0 | >0.50-10.0 | 0.8 | 4 |
| >2.0-10.0 | >10.0-50.0 | 2.5 | 12.5 |
| >10.0-80.0 | >50.0-320 | 8 | 40 |
평가 길이는 윤곽을 평가하는 데 사용되는 필수 길이이며 하나 또는 여러 개의 샘플링 길이를 포함할 수 있습니다.
부품 표면의 표면 거칠기가 항상 균일한 것은 아니므로 하나의 샘플링 길이만으로는 특정 표면 거칠기 특징을 정확하게 반영하지 못할 수 있습니다. 따라서 표면 거칠기를 평가하려면 표면의 샘플링 길이를 여러 번 측정해야 합니다.
일반적으로 평가 길이는 5개의 샘플링 길이로 구성됩니다.
기준선은 표면 거칠기 매개 변수를 평가하는 데 사용되는 프로파일의 중심선입니다. 기준선에는 두 가지 유형이 있습니다:
최소 제곱 중심선은 이론적으로는 이상적인 기준선이지만 실제 적용에서는 구하기 어렵습니다. 따라서 윤곽선의 산술 평균 중심선이 일반적으로 사용되며, 대략적인 위치가 있는 직선을 사용하여 측정할 수 있습니다.
윤곽선 산술 평균 편차(Ra):
Ra는 지정된 샘플링 길이(lr) 내에서 윤곽선 편차의 절대값의 산술 평균입니다.
실제 측정에서는 측정 포인트 수가 많을수록 더 정확한 Ra 값을 얻을 수 있습니다.
윤곽선 최대 높이(Rz):
Rz는 윤곽선의 위쪽과 아래쪽 선 사이의 거리입니다.
일반적인 범위의 크기 매개변수에서는 Ra가 선호됩니다.
2006년 이전에는 국가 표준에 '미세 요철 10포인트의 높이'라는 평가 매개변수가 포함되어 있었는데, 이는 Rz로 표현되고 프로파일의 최대 높이는 Ry로 표현되었습니다.
그러나 2006년 이후 국가 표준은 '10포인트의 소우주 불평탄도 높이'를 폐지하고 대신 프로파일의 최대 높이를 Rz로 표현했습니다.
Rsm:
Rsm은 윤곽선 단위의 평균 너비로, 샘플링된 길이에 대한 미세한 불균일 간격의 평균을 나타냅니다.
미세 요철 거리는 중간 선에서 프로파일 피크와 인접한 프로파일 밸리 사이의 길이를 나타냅니다.
같은 Ra 값이라도 Rsm 값이 같지 않을 수 있으므로 반사 텍스처가 달라질 수 있습니다.
텍스처에 우선순위를 두는 표면은 보통 Ra와 Rmr 메트릭을 모두 고려합니다.
Rmr 모양 특징 파라미터는 윤곽선 지지 길이 비율로 표현되며, 이는 샘플링 길이에 대한 윤곽선 지지 길이의 비율입니다.
프로파일 지지 길이는 샘플링 길이 내에서 프로파일의 상단선으로부터 "c"의 거리에 중심선과 평행한 직선을 그려서 얻은 프로파일의 각 섹션 길이의 합으로 계산됩니다.
작업장에서 현장 측정에 사용되며 중간에서 거친 표면을 측정하는 데 자주 사용됩니다.
이 방법은 측정된 표면을 특정 값으로 표시된 거칠기 모델과 비교하여 측정된 표면의 거칠기 값을 결정합니다.
니켈 기반의 전기 성형 시편인 거칠기 비교기는 금속 가공에 이상적이며 효과적인 보조 도구로 사용됩니다. 작업자는 손톱으로 각 표면을 그룹으로 긁어 비교 대상 부품과 가장 일치하는 것을 찾기만 하면 됩니다.
일부 사람들은 이러한 모델 그룹을 참조 표로 사용하지만, 이는 공식적인 자료 표준이 아니라는 점에 유의해야 합니다.
기능, 평가 방법 및 비용이 각각 다른 다양한 거칠기 측정기를 사용할 수 있습니다. 모델을 선택하기 전에 전문 제조업체와 상담하여 필요에 가장 적합한 옵션을 선택하는 것이 좋습니다.
표면 거칠기 측정은 팁 곡률 반경이 약 2μm인 다이아몬드 스타일러스를 사용하여 측정된 표면을 따라 이동하는 방식으로 이루어집니다.
다이아몬드 스타일러스의 상하 변위는 전기 길이 센서에 의해 전기 신호로 변환됩니다. 증폭, 필터링 및 계산 후 표면 거칠기 값이 계측기에 표시되고 측정된 프로파일 곡선을 레코더로 기록할 수도 있습니다.
표면 거칠기 값만 표시하는 기기를 표면 거칠기 게이지라고 하고, 표면 프로파일 곡선을 기록하는 기기를 표면 거칠기 프로파일러라고 합니다.
두 가지 유형의 도구 모두 윤곽 산술 평균 편차(Ra), 미세 요철의 10포인트 높이(Rz), 최대 윤곽 높이(Ry) 및 기타 평가 매개변수를 자동으로 계산하는 전자 계산 회로 또는 컴퓨터가 있습니다.
이 도구는 측정 효율이 높으며 0.025~6.3μm 범위의 Ra 값으로 표면 거칠기를 측정하는 데 적합합니다.
이전 국가 표준 GB/T3505-1983에서는 표면 거칠기의 평가 매개 변수는 윤곽의 산술 평균 편차(Ra), 미세 요철의 10포인트 높이(Rz), 윤곽의 최대 높이(Ry)의 세 가지 측면에서 선택하도록 규정하고 있습니다.
Ra는 윤곽의 산술 평균 편차 또는 중심선의 평균값이라고 합니다. 측정 길이 내에서 윤곽선 상의 점 높이의 산술 평균입니다.
Rz는 미세 요철의 10포인트 높이로 알려져 있습니다. 샘플링 길이 l 내에서 가장 높은 윤곽 피크 5개와 가장 깊은 윤곽 계곡 5개 평균값을 합한 값입니다.
Ra가 주요 평가 매개변수인 반면, Rz는 일반적으로 더 짧은 표면을 표현하는 데만 사용됩니다. 실제 처리에서는 Ra가 Rz보다 거칠기를 표현하는 데 더 일반적으로 사용됩니다.
산술 평균 편차 Ra는 샘플링 길이 내에서 수직 좌표 Z의 절대값의 산술 평균을 의미하며, Ra로 표시됩니다. Rz는 샘플링 길이 내에서 가장 높은 윤곽선 피크 5개와 가장 깊은 윤곽선 계곡 5개 평균값의 합입니다.
Rz는 측정 포인트가 더 적기 때문에 Ra 매개변수만큼 마이크로 기하학적 도형의 높이 특성을 완벽하게 반영하지 못합니다. Ra만큼 정밀하지는 않지만 Ra보다 측정하기 쉽습니다.
중국-미국 표면 거칠기 비교 표
| 구 중국어 표준(부드러움) | 새로운 중국 표준(거칠기) Ra | 미국 표준(미크론) Ra | 미국 표준(마이크로인치) Ra |
| ▽4 | 6.3 | 8 | 320 |
| 6.3 | 250 | ||
| ▽5 | 3.2 | 5 | 200 |
| 4 | 160 | ||
| 3.2 | 125 | ||
| ▽6 | 1.6 | 2.5 | 100 |
| 2 | 80 | ||
| 1.6 | 63 | ||
| ▽7 | 0.8 | 1.25 | 50 |
| 1 | 40 | ||
| 0.8 | 32 | ||
| ▽8 | 0.4 | 0.63 | 25 |
| 0.5 | 20 | ||
| 0.4 | 16 |
국내 표면 마감 및 표면 거칠기 Ra, Rz 변환표(단위: μm)
| 표면 마감 | ▽1 | ▽2 | ▽3 | ▽4 | ▽5 | ▽6 | ▽7 | |
| 표면 거칠기 | Ｒａ | 50 | 25 | 12.5 | 6.3 | 3.2 | 1.60 | 0.80 |
| Ｒｚ | 200 | 100 | 50 | 25 | 12.5 | 6.3 | 6.3 | |
| 표면 마감 | ▽8 | ▽9 | ▽10 | ▽11 | ▽12 | ▽13 | ▽14 | |
| 표면 거칠기 | Ｒａ | 0.40 | 0.20 | 0.100 | 0.050 | 0.025 | 0.012 | – |
| Ｒｚ | 3.2 | 1.60 | 0.80 | 0.40 | 0.20 | 0.100 | 0.050 | |
표면 거칠기에 대한 국제 표준 처리 방법
| 표준 등급 코드 | 표면 거칠기 | 처리 도구(방법) | 처리 재료 및 경도 요구 사항 | 광도 설명 | |||
| 거친 연삭 모래 입자 크기 | 미세 연삭 모래 입자 크기 | 다이아몬드 페이스트 연마 | |||||
| SPI(A1) | Ra0.005 | S136 | 54HRC | 매우 높은 광택, 거울 효과 | |||
| 8407 | 52HRC | ||||||
| SPI(A2) | Ra0.01 | DF-2 | 58HRC | 낮은 광택, 사포 질감 없음 | |||
| XW-10 | 60HRC | ||||||
| SPI(A3) | Ra0.02 | S136 | 300HB | 광택은 더 낮지만 사포 질감은 없습니다. | |||
| 718SUPREME | 300HB | ||||||
| SPI(B1) | Ra0.05 | 밝기 없음, 약간의 3000# 사포 질감 | |||||
| SPI(B2) | Ra0.1 | 밝기 없음, 약간의 2000# 사포 질감 | |||||
| SPI(B3) | Ra0.2 | 밝기 없음, 약간의 1000# 사포 질감, 처리 흔적의 방향을 구분할 수 없음 | |||||
| Ra0.4 | 정밀 가공: 정밀 선삭\정밀 계획\정밀 밀링\연삭\리밍\스크래핑 | 추적 처리 방향이 약간 불분명함 | |||||
| Ra0.8 | 정밀 가공: 정밀 선삭\정밀 계획\정밀 밀링\연삭\리밍\스크래핑 | 식별 가능한 추적 처리 방향 | |||||
| Ra1.6 | |||||||
| Ra3.2 | |||||||
| Ra6.3 | |||||||
| Ra12.5 | |||||||
| Ra25 | |||||||
| Ra50 | |||||||
표면 거칠기와 광택의 관계에 대한 참고 표(단위: μm)
| 표면 거칠기 | GB1031-1983 | 표면 광택 | GB1031-1968 | 표면 상태 |
| Ra | Ra | 등급 | ||
| 0.012 | 0.01 | ▽14 | 무광택 거울 표면 | |
| 0.025 | 0.02 | ▽13 | 거울과 같은 광택 표면 | |
| 0.05 | 0.04 | ▽12 | 밝은 광택 표면 | |
| 0.1 | 0.08 | ▽11 | 어두운 광택 표면 | |
| 0.2 | 0.16 | ▽10 | 식별할 수 없는 가공 추적 방향 | |
| 0.4 | 0.32 | ▽9 | 약간 식별 가능한 가공 흔적 방향 | |
| 0.8 | 0.63 | ▽8 | 식별 가능한 가공 추적 방향 | |
| 1.6 | 1.25 | ▽7 | 인식할 수 없는 가공 자국 | |
| 3.2 | 2.5 | ▽6 | 살짝 보이는 가공 자국 | |
| 6.3 | 5 | ▽5 | 눈에 보이는 가공 마크 | |
| 12.5 | 10 | ▽4 | 약간 보이는 도구 표시 | |
| 25 | 20 | ▽3 | 보이는 도구 표시 | |
| 50 | 40 | ▽2 | 선명하게 보이는 도구 표시 | |
| 100 | 80 | ▽1 | ||
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