Ra와 Rz는 정밀함이냐 편의냐의 문제가 아닙니다. 두 파라미터는 애초에 보는 대상이 다르며, 한쪽에서는 합격한 표면이 다른 쪽에서는 치명적으로 어긋날 수 있습니다. 같은 Ra를 가진 두 부품이 서로 다른 기계에서 나왔는데, 실제로 밀봉되는 것은 하나뿐인 경우가 생깁니다. 도면에 「Ra 1.6」만 적혀 있다면 표면을 규정한 것이 아니라 평균값 하나를 규정한 것입니다.
이것은 기술만의 문제가 아니라 거래의 문제이기도 합니다. 절삭품과 주조품이 입고 검사에서 반려되는 상위 사유 가운데 표면 거칠기가 있고, 그 다툼은 거의 언제나 어떤 파라미터를, 어떻게, 얼마나 긴 구간에서 측정했느냐로 귀결됩니다.
Ra Rz 차이: 각 파라미터가 실제로 측정하는 것
Ra는 평가 길이에 걸쳐 윤곽 곡선이 평균선에서 벗어난 양의 절댓값을 산술 평균한 값, 즉 산술 평균 거칠기입니다. 이것은 평균입니다. 모든 산과 골이 면적에 비례해 기여하므로, 나머지가 매끈한 표면에 깊은 흠집이 하나 있어도 수치는 거의 움직이지 않습니다.
Rz는 산-골 계열 파라미터로, 연속된 다섯 개의 기준 길이에서 각각 측정한 최대 산-골 높이를 평균한 값, 즉 최대 높이 거칠기입니다. 이 값은 극값이 지배합니다. 기준 길이 안에 깊은 흠집이 하나 들어오면 Rz는 즉시 달라집니다.
두 파라미터가 무엇을 보느냐의 이 차이가 이야기의 전부입니다.
| Ra | Rz | |
|---|---|---|
| 종류 | 편차의 평균 | 최대 산-골 높이 다섯 개의 평균 |
| 민감한 대상 | 전체적인 표면 조직 | 고립된 산과 골 |
| 보지 못하는 것 | 단발성 깊은 흠집, 고립된 돌기 | 극값 사이의 미세 조직 |
| 대표 용도 | 일반적인 표면 조직 관리, 가공 일관성 | 실링면, 피로에 민감한 면, 도막 밀착 |
| 우발적인 공구 자국에 대한 반응 | 거의 없음 | 즉시 반응 |
같은 Ra, 전혀 다른 두 부품
두 축에서 측정한 윤곽 곡선을 떠올려 보십시오. 도면 지시는 둘 다 Ra 1.3 µm입니다.
첫 번째는 균일하게 연삭된 면입니다. 조직이 고르고 대체로 주기적이며 산과 골의 크기도 비슷합니다. Rz는 약 4 µm에 놓이고, Rz 대 Ra의 비는 3에 가깝습니다.
두 번째는 길이의 대부분에서 첫 번째보다 더 매끈하지만, 마무리 가공 중 칩이 끌리면서 깊이 12 µm 정도의 고립된 흠집이 몇 개 남았습니다. 평가 길이 전체로 평균을 내면 이 몇 개의 골이 기여하는 몫은 작아서 Ra는 여전히 약 1.3 µm로 읽힙니다. 반면 Rz는 약 12 µm, 비는 10에 가깝습니다.
두 부품 모두 「Ra 1.3 µm max」라는 도면 주기를 통과합니다. 그런데 각각에 O링을 끼우면 밀봉되는 것은 첫 번째뿐입니다. 두 번째의 흠집이 실링 라인을 가로질러 유체에 통로를 내주기 때문입니다. 실링면, 유압 부품, 피로에 민감한 면을 Ra 단독이 아니라 Rz로, 또는 둘 다로 지정하는 이유가 여기에 있습니다. 이는 공차 누적과 같은 종류의 문제입니다. 개별 부품은 모두 공차 안에 들어오는데 조립하면 성립하지 않는 것이죠.
환산 계수가 존재하지 않는 이유
Rz ≈ 4 × Ra, 때로는 Rz ≈ 7 × Ra라는 경험칙을 보게 됩니다. 둘 다 특정 가공 방식에 대한 관찰이지 환산이 아니며, 위의 두 번째 축이 깨뜨리는 것이 바로 그 가정입니다.
비는 그 표면이 어떻게 만들어졌는지에 따라 달라집니다.
| 표면의 성격 | 대표적인 Rz / Ra 비 |
|---|---|
| 균일하고 주기적인 면(정밀 연삭, 호닝) | 3–5 |
| 이송 자국이 규칙적인 선삭·밀링 면 | 4–7 |
| 고립된 결함, 뜯김, 개재물이 있는 면 | 8–15+ |
환산표는 Ra가 이미 버린 정보를 되살릴 수 없습니다. 고객 도면이 Rz를 요구하면 Rz를 측정하십시오. 자사의 Ra 측정값을 환산해 보고하는 것은 시험 성적서가 뒷받침하지 못하는 주장이며, 이런 일은 생산 중이 아니라 공급업체 감사에서 드러납니다.
아무도 지정하지 않는 컷오프
사양 논쟁을 2주짜리 이메일 왕복으로 바꿔 놓는 지점이 여기입니다. 같은 물리적 표면이라도 측정에 쓰는 필터 컷오프에 따라 Ra 값이 달라집니다.
측정된 윤곽 곡선에는 거칠기(짧은 파장)와 파상도(긴 파장)가 함께 들어 있습니다. 이 둘을 나누는 것이 필터, 즉 윤곽 곡선 컷오프 λc입니다. 컷오프를 길게 잡을수록 파상도가 거칠기로 더 많이 계산되어 Ra가 올라갑니다. 표준의 기준 길이 규칙은 λc를 예상 거칠기 범위와 묶어 두고 있으며 중간 범위에서는 λc 0.8 mm가 흔한 기본값이지만, 이 문장에서 「흔한 기본값」이라는 말이 지고 있는 짐은 상당히 무겁습니다.
그래서 완결된 지시에는 최소한 다음이 필요합니다.
- 파라미터 — Ra, Rz 또는 둘 다, 각각 자기 한계값과 함께
- 한계값과 그 성격 — 최댓값인지, 최대/최소 한 쌍인지
- 컷오프 λc와 평가 길이 — 해당 범위의 기본값이 아니라면 반드시 명시
- 줄무늬 방향 — 표면의 지배적인 결 방향. 거칠기는 줄무늬에 직각으로 측정하며, 결을 따라 읽으면 훨씬 낮은 값이 나옵니다
- 적용 대상 면 — 부품 전체가 아니라 그 특정한 면
이 가운데 하나만 빠져도, 정직한 두 시험소가 같은 부품을 측정하고 두 배 차이로 맞설 수 있습니다.
2021년에 바뀐 것
2021년 12월, 윤곽 곡선 방식의 표면 성상에 대해 ISO 21920 시리즈가 ISO 4287, ISO 4288, ISO 1302 및 ISO 13565의 일부를 공식적으로 대체했습니다. 도면 템플릿이 표면 기호 항목에서 아직도 ISO 1302를 인용하고 있다면, 폐지된 문서를 인용하고 있는 것입니다.
실무적인 결과는 두 가지입니다.
- Ra는 이제 평가 길이 전체에 걸쳐 한 번에 계산됩니다. 반면 Rz는 여전히 다섯 개 기준 길이 구간의 평균입니다. 과거 정의에서는 계산 순서가 달랐기 때문에, 예전 부품을 다시 측정하면 부품 자체는 아무것도 변하지 않았는데 Ra가 조금 다르게 나올 수 있습니다. 형상 오차를 포함한 윤곽에서는 그 차이가 늘 작지만은 않습니다.
- 도면 지시 방식이 바뀌었습니다. 옛 기호는 기존 도면에 여전히 등장하고 읽는 데도 문제가 없지만, 새 도면은 ISO 21920-1을 따라야 합니다.
함께 정리해 두어야 할 병행 체계가 하나 더 있습니다. 북미 도면은 종종 ASME B46.1을 참조하는데, 여기에는 자체 파라미터 체계가 있고 Rz를 도출하는 방식이 역사적으로 ISO와 달랐습니다. 오래된 독일 도면의 「Rz DIN」도 ISO의 Rz와 동일하지 않습니다. 도면에 Rz라고만 적혀 있고 어떤 규격에 따른 것인지 없다면, 견적을 내기 전에 물어보십시오. 제품 치수 공차 전반에 적용되는 규칙과 같습니다.
통과되는 표면 지시를 쓰는 법
입고 검사를 견디는 표면 성상 지정은 이렇게 읽힙니다.
실링면 A: Rz 6.3 µm max, Ra 1.6 µm max, λc 0.8 mm, 줄무늬 방향은 축선에 직각, ISO 21920-1에 따름.
일반 주기 안에 떠 있는 「Ra 1.6」과 비교해 보면, 어느 쪽을 고객 품질 부서가 전화 한 통 없이 받아들일 수 있는지는 분명합니다.
표면 거칠기 지시 점검 목록
- 숫자만이 아니라 파라미터(Ra, Rz 또는 둘 다)를 명시했는가
- 규격과 판을 기재했는가(ISO 21920-1 또는 ASME B46.1)
- 해당 범위의 기본값이 아닐 때 컷오프 λc를 적었는가
- 줄무늬 방향을 올바른 기호로 표시했는가
- 지시를 부품 전체에 기본 적용하지 않고 특정 면에 연결했는가
- 면마다 요구가 다르면 각각 나누어 표시했는가
- 부품 형상 때문에 측정 방향이 모호해지면 방향을 합의했는가
- 옛 도면이 N 등급(N1–N12)을 쓴다면 µm로 환산했는가
「특정 면에 연결한다」는 이 항목에서 대부분의 사양서가 무너집니다. 부품 전체에 걸리는 일반 주기는 모든 면을 과잉 지정해 원가를 올리거나, 핵심 면을 모호하게 남겨 리스크를 올리거나 둘 중 하나입니다. 해법은 기하학적입니다. 표면 지시는 도면에서 실제 그 면을 가리키는 지시선에 붙고, 그 면을 위치시키는 치수와 나란히 있어야 하며, 그러려면 도면이 장식용 삽화가 아니라 실측된 진짜 형상을 담고 있어야 합니다. 치수를 실제 모서리에 스냅시키고 지시를 그것이 지배하는 형상 요소 위에 놓을 수 있는 소프트웨어라면 품질 엔지니어가 그대로 움직일 수 있는 결과물이 나옵니다. 다시 그리거나 생성한 이미지는 부품 그림 옆에 숫자가 떠 있는 그림 한 장에 그칩니다. 분체도장과 방식 요구사항을 지정할 때도 같은 원칙이 적용되며, 쓸모 있는 사양서와 홍보용 카탈로그를 가르는 것도 바로 이 지점입니다.
자주 묻는 질문
Ra와 Rz의 차이는 무엇입니까?
Ra는 윤곽 곡선이 평균선에서 벗어난 양을 산술 평균한 값이라 전체적인 표면 조직을 나타내며 고립된 결함의 영향을 거의 받지 않습니다. Rz는 평가 길이 안의 최대 산-골 높이 다섯 개를 평균한 값이라 가장 깊은 골과 가장 높은 산이 지배합니다. Ra가 같은 두 표면도 Rz는 크게 다를 수 있고, 새는 쪽은 Rz가 높은 쪽입니다.
Rz를 Ra로 환산하려면 어떻게 합니까?
환산하지 않습니다. 두 값의 비는 표면의 성격에 따라 균일하게 연삭된 면의 약 3에서 고립된 흠집이 있는 면의 10 이상까지 벌어집니다. Rz ≈ 4 × Ra 같은 경험칙은 특정 공정을 설명한 것이며, 구분이 정말 중요해지는 지점에서 정확히 어긋납니다. 도면이 Rz를 요구하면 Rz를 측정하십시오.
Ra와 Rz 중 어느 쪽이 더 낫습니까?
우열은 없고 답하는 질문이 다릅니다. 일반적인 표면 조직과 가공 일관성을 관리할 때는 Ra를 씁니다. 깊은 골 하나가 파손으로 이어지는 곳, 즉 실링면, 피로 하중을 받는 면, 도막 밀착면, 베어링 면에는 Rz를 씁니다. 중요 부품은 두 가지를 함께 지정하는 경우가 많습니다.
표면 기호에 ISO 1302를 아직 써도 됩니까?
아닙니다. ISO 21920 시리즈가 2021년 12월에 ISO 4287, ISO 4288, ISO 1302를 대체했고, 도면 지시는 이제 ISO 21920-1을 따릅니다. ISO 1302 기호를 쓴 옛 도면은 읽을 수 있고 여전히 유통되지만, 새 도면이 ISO 1302를 인용한다면 폐지된 규격을 인용하는 것입니다.
같은 부품인데 두 시험소의 Ra 값이 다른 이유는 무엇입니까?
대개 필터 컷오프, 평가 길이, 측정 방향 중 하나입니다. 거칠기는 줄무늬에 직각으로 측정하며, 결을 따라 훑으면 훨씬 낮게 읽힙니다. 컷오프 λc를 길게 잡으면 파상도가 거칠기로 더 많이 계산되어 Ra가 올라갑니다. 파라미터, 컷오프, 줄무늬 방향을 도면에 명시하면 이런 불일치는 거의 사라집니다.