- ▸표면 거칠기를 Ra 0.4 μm에서 0.05 μm로 줄이면 씰 누설이 90% 감소 — 카본 그라파이트 씰 링의 출하 검사 필수 항목임
- ▸메커니컬 씰 면은 내마모성을 위해 Ra ≤ 0.1 μm와 Rz 조합 필요; 부싱 보어는 흠집 검출을 위해 Ra + Rmax 사용
- ▸VB의 측면 마모가 0.2 mm 이상이면 거칠기가 크게 악화; 다이아몬드 코팅 공구로 Ra ≤ 0.1 μm 달성 가능
- ▸면 평탄도는 ≤ 0.6 μm이어야 하며, 광학 평판으로 균일한 간섭 무늬 확인
표면 거칠기를 Ra 0.4 μm에서 0.05 μm로 개선하면 누설이 90% 감소한다 — 이것이 바로 카본 그라파이트 씰 링의 표면 거칠기가 출하 검사 필수 항목인 이유다. 다만 지역별 요구사항은 다르다: 메커니컬 씰 면은 내마모성 평가를 위해 Ra ≤ 0.1 μm와 Rz가 필요하고, 부싱 보어는 주로 흠집 검사를 한다. 이 글에서는 부품별 거칠기 목표, 측정 방법, 공정 관리 — 공구 마모 한계에 따른 교체 시점 포함 — 를 설명한다.
1. 거칠기 파라미터 설명
1.1 Ra (산술평균 거칠기)
Ra는 가장 일반적인 파라미터로, 샘플링 길이 내 절대 프로파일 편차의 산술평균이다. Ra는 전체 표면의 매끄러움을 반영하지만, 봉우리와 골짜기를 구분하지 못하며 극단적인 봉우리에 둔감하다. 그라파이트 씰 면은 일반적으로 Ra ≤ 0.1 μm가 요구된다.
1.2 Rz (최대 높이 거칠기)
Rz는 샘플링 길이 내 가장 높은 5개 봉우리와 가장 낮은 5개 골짜기의 평균이다. 극단적인 봉우리 변화에 민감하며 내마모성을 더 잘 반영한다. 같은 Ra에서도 Rz는 크게 달라질 수 있다. 고급 씰은 Rz ≤ 0.5 μm를 요구할 수 있다.
1.3 Rq (제곱평균근 거칠기)
Rq는 큰 편차에 더 민감하며 통계 분석에 자주 사용된다. 일반적으로 Ra보다 10~25% 높다.
1.4 Rmax (최대 거칠기 깊이)
Rmax는 단일 샘플링 길이 내 최대 봉우리-골짜기 거리다. 점 결함에 민감하며 주로 흠집 검출에 사용된다.
1.5 Rt (총 거칠기 깊이)
Rt는 평가 길이 내 최대 봉우리-골짜기 거리로, 최대 표면 불균일을 반영한다.
1.6 파라미터 선택
- 씰 면: Ra + Rz (전체 매끄러움 + 내마모성)
- 슬라이딩 부싱 보어: Ra + Rmax (흠집 검출)
- 비기능 표면: Ra만 사용
- 중요 용도: Ra + Rz + Rmax (원자력, 항공우주)
2. 지역별 거칠기 요구사항
2.1 메커니컬 씰 면
씰 면은 핵심 작동 표면으로 높은 평탄도와 마감이 필요하다.
- 일반 서비스: Ra 0.05~0.1 μm
- 고점도 매체: Ra 0.1~0.2 μm (일부 거칠기가 오일 유지)
- 저점도 매체 (예: LPG): Ra ≤ 0.05 μm
- 면 평탄도: ≤ 0.6 μm (형광 검사 포함)
2.2 부싱 보어
보어는 저널과 짝을 이루며 슬라이딩 베어링의 작동 표면이다.
- 일반 서비스: Ra 0.4~0.8 μm
- 고속 서비스: Ra 0.2~0.4 μm
- 저속 중하중: Ra 0.8~1.6 μm (적당한 거칠기가 오일 유지)
2.3 부싱 외경(OD)
OD는 하우징과 짝을 이루며 주로 위치 결정을 위한 표면이다.
- 간섭 맞춤: Ra 0.8~1.6 μm
- 간극 맞춤: Ra 0.4~0.8 μm
2.4 분할 링 분할 면
분할 면은 분할 링의 주요 씰링 표면으로 높은 평탄도가 요구된다.
- 평탄도: ≤ 0.01 mm
- 거칠기: Ra 0.4~0.8 μm
2.5 면-외경 전환 아크
응력 집중이 발생하는 부위로 매끄러운 전환이 필요하다.
- 거칠기: Ra 0.4~0.8 μm
- 아크 반경: R 0.5~1.0 mm
3. 측정 방법 및 장비
3.1 접촉 프로파일로미터
접촉 프로파일로미터(예: Mitutoyo SJ-210, Taylor Hobson Surtronic)는 다이아몬드 스타일러스를 표면 위로 이동시켜 측정합니다. 장점: Ra, Rz, Rmax를 안정적으로 측정 가능. 단점: 스타일러스가 연한 재료를 긁을 수 있으므로 카본 그라파이트에는 저압력(0.75 mN) 스타일러스를 사용해야 합니다.
3.2 광학 프로파일로미터
광학 프로파일로미터(예: Keyence VK-X 레이저 공초점 현미경)는 레이저로 표면을 스캔하며 접촉하지 않습니다. 장점: 비파괴적이며 3D 지형 측정 가능. 단점: 반사율이 낮은 카본 그라파이트는 코팅이 필요합니다.
3.3 간섭계 프로파일로미터
간섭계는 광파 간섭을 이용해 나노미터 수준의 정밀도로 표면을 측정합니다. 초정밀 씰 면 검사에 적합합니다.
3.4 비교 표준편
표준 거칠기 시편(GB/T 6060.2)을 작업물과 육안 비교합니다. 신속한 현장 점검에 적합하나 정밀도는 제한적입니다.
3.5 형광 검사
씰 면에 형광 염료를 도포하고 자외선 아래에서 관찰합니다. 미세 균열과 기공을 탐지하며 평탄도 검사와 함께 자주 사용됩니다.
4. Huahao Sealing 검사 작업 흐름
4.1 초도품 검사
로트별 첫 제품에 대해 100% 거칠기 검사를 실시하여 공정 안정성을 확인합니다.
4.2 공정 중 샘플링
GB/T 2828.1 AQL 1.0 기준에 따라 샘플링합니다. 주요 측정 항목은 Ra, Rz입니다.
4.3 최종 출하 검사
출하 전 제품별 주요 부위의 거칠기 및 외관을 100% 검사하며 검사 성적서를 동봉합니다.
4.4 장비
- Mitutoyo SJ-410 프로파일로미터 (0.01 μm 정밀도)
- Taylor Hobson Form Talysurf PGI 1240 (0.001 μm 정밀도)
- Keyence VK-X200 레이저 공초점 현미경
- 광학 평판 (φ 150 mm, λ/10 정밀도)
5. 거칠기에 영향을 주는 공정 요인
5.1 공구 요인
- 마모: 측면 마모 VB ≥ 0.2 mm 시 거칠기 크게 증가
- 형상: 전각 5~10°, 후각 8~12°, 코너 반경 0.4~0.8 mm 권장
- 재질: 다이아몬드 코팅 공구로 Ra ≤ 0.1 μm 달성 가능
5.2 절삭 조건
- 속도: 속도 증가 시 표면이 더 매끄러워짐
- 이송: 이송 속도 감소 시 표면이 매끄러워지나 효율 저하
- 깊이: 마무리 절삭 시 0.1~0.2 mm 권장
5.3 가공물 요인
- 그라파이트 밀도: 밀도 높을수록 거칠기 낮음
- 함침: 다공성 높으면 가공 후 ‘핀홀’ 발생
- 이방성: 압축 방향에 따라 물성 차이 존재
5.4 기계 요인
- 스핀들 편심: ≤ 1 μm
- 이송 정밀도: ≤ 2 μm
- 강성: 강성이 높을수록 진동 감소 및 표면 품질 향상
6. 일반적인 문제 및 해결책
6.1 표면 얼룩
증상: 주기적인 줄무늬 또는 반점 발생.
원인: 공구 진동, 기계 강성 부족.
해결책: 절삭 깊이 감소, 속도 증가, 공구 장착 상태 점검.
6.2 모서리 깨짐
증상: 모서리 파손.
원인: 후각 과다, 충격력 발생.
해결책: 후각 감소, 곡선 진입 사용, 지지대 추가.
6.3 핀홀
증상: 표면에 작은 구멍 발생.
원인: 함침 불량, 다공성 과다.
해결책: 함침 개선, 함침 압력 상승.
6.4 긁힘
증상: 깊고 방향성 있는 긁힘 발생.
원인: 오염된 냉각수, 마모된 공구.
해결책: 공구 점검, 냉각수 필터링.
결론
카본 그라파이트 씰의 표면 거칠기 제어는 재료, 공정, 장비 및 검사에 걸친 시스템 공학적 노력입니다. Huahao Sealing Co., Ltd.는 함침부터 래핑에 이르는 모든 단계에서 엄격한 공정 사양을 갖춘 완전한 거칠기 보증 시스템을 구축하였습니다. 저희는 거칠기 검사 보고서와 공정 컨설팅을 제공하오니, 엔지니어링 팀에 문의해 주시기 바랍니다.