RA 표면 거칠기란? 표면 처리 후 품질 기준과 허용 오차 정리

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1. 표면 거칠기(Roughness)란? – RA(Ra) 정의와 기초 개념

 

표면 거칠기(Roughness)는 금속, 세라믹, 플라스틱 등 재료의 표면이 얼마나 매끄럽거나 거친지를 수치로 나타낸 지표입니다. 기계 가공, 연마, 절삭, 성형, 표면 처리 후 잔재하는 미세한 요철은 제품의 성능에 직접적인 영향을 줍니다.
이 중 **Ra(Roughness Average)**는 가장 보편적으로 사용되는 표면 거칠기 지표로, 측정 표면의 평균 중심선으로부터 요철의 편차를 수학적으로 평균화한 값입니다. 단위는 일반적으로 μm(마이크로미터) 또는 **μinch(마이크로인치)**로 표시됩니다.

예를 들어, Ra 0.2 μm는 거울 수준의 표면 품질을 의미하며, Ra 3.2 μm는 일반적인 선반 가공 수준입니다.
따라서 Ra 값이 낮을수록 표면이 매끄럽고, 높은 경우 상대적으로 거칠다고 판단할 수 있습니다. 이는 부품의 접합성, 마모 특성, 유체 흐름 저항 등에 직접적 영향을 미칩니다.

 

 

 

 

 

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2. RA 표면 거칠기의 분류 및 용도별 기준

 

산업 현장에서는 용도별로 요구되는 Ra 수준이 명확하게 구분되어 있습니다. 아래는 일반적인 기준입니다:

Ra 값 (μm)적용 예시품질 수준

0.05~0.2	반도체, 광학 렌즈, 초정밀 기계	초정밀, 거울 수준
0.4~0.8	베어링 접촉면, 유압 밸브	고정밀 가공
1.6~3.2	자동차 부품, 구조물	일반 정밀 가공
6.3 이상	주조품, 단조품, 비정밀 부품	저정밀, 거친 가공

 

예를 들어 유압 실린더나 피스톤 로드는 표면 마찰을 최소화해야 하므로 일반적으로 Ra 0.4~0.8 이하가 요구됩니다. 반면 구조용 강재나 용접부 주변은 상대적으로 높은 Ra 값이 허용됩니다.
도면에서 표기되는 기호는 ‘⌒’(물결선)이나 ISO 1302 규격의 삼각 기호로 표시되며, 해당 부위의 허용 거칠기 기준을 명시합니다.

 

 

 

 

 

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3. RA 표면 거칠기 측정 방식 – 접촉식 vs 비접촉식

 

표면 거칠기 측정에는 주로 두 가지 방식이 있습니다.

1. 접촉식 방식 (Stylus Method)
   금속 탐침이 표면을 따라 이동하며 요철을 감지하고 데이터를 디지털화합니다. 대표적인 장비는 Mitutoyo, Taylor Hobson 등이 있으며, 정확성이 뛰어나고 다양한 산업에 활용됩니다.
2. 비접촉식 방식 (Laser, White Light Interferometer 등)
   고해상도 광학 센서를 이용해 표면을 스캔합니다. 빠른 속도와 높은 해상도를 제공하지만, 반사율, 투명도 등 물성에 따라 오차가 발생할 수 있습니다. 반도체, 정밀 부품 검사에 적합합니다.

측정 전에는 반드시 측정 방향, 기준 길이(cut-off length), 필터 설정, 환경 요인을 고려해야 하며, 동일 공정에서도 다른 위치에서 측정하면 값이 달라질 수 있으므로 일관된 측정 조건이 필수입니다.

 

 

 

 

 

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4. 표면 거칠기 허용 오차 – 설계 도면 해석법과 KS/ISO 기준

 

설계 도면에는 표면 거칠기를 명확히 지정해야 하며, 허용 오차도 사전에 고려되어야 합니다.
국제적으로 가장 많이 사용되는 표준은 ISO 4287, ISO 1302, KS B 0161이며, 각각 도면 표기 형식과 측정 조건을 규정하고 있습니다.

예를 들어:

• Ra 0.8 표기 시: 해당 면은 Ra 0.8 μm 이하의 품질이 되어야 하며, 초과하면 불량 처리됩니다.
• Ra 3.2±1.0 표기 시: 허용 범위는 2.2 ~ 4.2 μm로, 이 범위 내면 정상 제품으로 간주됩니다.

설계자가 명확한 품질 목표를 지정하지 않으면 제조자는 공정 기준 내에서 임의로 판단하게 되며, 최종 품질이 기대 이하로 나올 가능성이 큽니다. 따라서 설계단계부터 거칠기 조건 + 공차를 동시에 기입하는 것이 중요합니다.

 

 

 

 

 

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5. 표면 처리와 RA의 관계 – 패시베이션, 연마, 도금 이후 Ra 변화

 

표면 처리 공정은 표면 거칠기를 변화시키는 주요 요인입니다.

• 기계 연마(Mirror Polish): 일반적으로 Ra 0.1 μm 이하 도달 가능.
• 전해연마(Electro-polishing): 표면 산화층을 제거하면서도 Ra를 최대 50% 낮출 수 있음.
• 패시베이션(Passivation): 거칠기 변화는 적지만, 산처리를 통해 표면 불순물 제거 후 부식저항 향상.

예를 들어 SUS316 파이프의 내부면을 전해연마하면 Ra가 0.4에서 0.15 μm로 낮아지고, 유체 흐름 저항이 감소하며 오염도 줄어드는 장점이 있습니다.
따라서 식품, 제약, 반도체 산업에서는 표면 거칠기와 표면 처리 기술의 조합이 매우 중요하며, 이로 인해 공정 설계 기준에도 Ra 값이 반드시 명시됩니다.

 

 

 

 

 

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6. RA 거칠기 적용 사례 및 산업별 요구 사항

 

산업군주요 적용 부위요구 Ra 수준

반도체	배관, 밸브, 챔버	≤ Ra 0.2 μm
식음료/제약	배관 내면, 탱크 내벽	≤ Ra 0.4 μm
자동차	피스톤, 캠샤프트	0.4 ~ 1.6 μm
중장비	구조부품, 플랜지	3.2 ~ 6.3 μm

 

예를 들어, 식품배관의 경우 CIP 세척이 가능해야 하므로 Ra 0.4 이하가 권장되며, 반도체에서는 초순수 처리관의 경우 Ra 0.1 μm 이하의 스펙이 일반적입니다.

 

 

 

 

 

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✅ 결론: RA 거칠기는 설계와 품질 보증의 핵심 요소

표면 거칠기는 단순한 수치가 아닌 제품 성능, 내구성, 위생성, 유체 저항 등과 직결되는 핵심 품질 요소입니다.
설계, 가공, 검사, 품질보증 단계마다 Ra 값을 정확히 이해하고 지정해야 하며, 산업별 요구 사항에 부합하지 않을 경우 제품 불량률 증가와 인증 실패로 이어질 수 있습니다.

따라서, Ra 표면 거칠기는 단순한 설계 기호가 아닌 제품 생존의 기준선이라고 말할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

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