문 01. 주조에서 주입된 쇳물이 주형 속에서 냉각될 때 응고 수축에 따른 부피 감소를 막기 위해 쇳물을 계속 보급하는 기능을 하는 장치는 어느 것인가?
① 압탕
② 탕구
③ 주물
④ 조형기
①
<압탕, feeder head>
주조에서 주입된 쇳물이 주형 속에서 냉각될 때 응고 수축에 따른 부피 감소를 막기 위해 쇳물을 계속 보급하는 기능을 하는 장치. 압탕은 탕구의 반대쪽이나 벽 두께 부분에 설치한다. 소형의 주물에서는 탕구로 압탕을 대신하고 따로 설치하지 않는다.
<탕구, sprue>
용탕을 주형 내로 유도하기 위하여 보통 수직으로 마련된 유도로
<주물>
원료인 금속을 용해하여 주형에 부어, 냉각 응고한 후에 주형의 형상을 유지하고 있는 금속 덩어리
<조형기, molding machine>
정반 위에 모형판을 장치하고 주형틀을 놓은 다음, 모래를 넣어서 상하로 진동을 주고, 다시 압축하여 주형을 만드는 기계
문 02. 다음에서 절삭비(cutting ratio)에 대한 설명으로 옳은 것은?
① $\frac{주분력}{이송분력} $
② $\frac{절삭깊이}{칩의 두께} $
③ $\frac{공구수명}{절삭속도} $
④ $\frac{이송속도}{가공물의 경도} $
②
<절삭비, cutting ratio>
$ \frac{절삭깊이}{칩의 두께} = \frac{변형 전 칩 두께}{변형 후 칩 두께} = \frac{sin \phi }{cos( \phi - \alpha )} $
절삭비를 측정하여 전단각을 계산할 수 있다. 항상 1보다 작고, 1에 가까울수록 절삭성이 좋다. 연삭비와 다르다. 주의하자.
문 03. 테일러의 공구수명방정식은 절삭속도($V$)와 공구수명($T$)과의 관계식이다. 이 관계식으로 옳은 것은? (단, $n$과 $C$ 는 상수)
① $V^{n}T=C $
② $VT= C^{n} $
③ $V T^{n}=C $
④ $\frac{VT}{n}=C $
③
<테일러의 공구수명 방정식>
$V T^{n}=C $
<공구수명>
- 절삭속도가 증가하면 공구수명이 감소한다.
- 이송속도가 증가하면 공구수명이 감소한다.
- 절삭온도가 높아지면 공구수명이 감소한다.
→ 절삭온도의 증가는 공구를 연화시킨다.
- 공작물의 미세조직은 공구수명에 영향을 준다.
문 04. 베어링에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
① 베어링과 만나는 축부분을 저널이라고 한다.
② 미끄럼 베어링은 표준화가 되어 있어 구름 베어링보다 호환성이 좋다.
③ 미끄럼 베어링은 공진속도를 지나 운전할 수 있다.
④ 구름 베어링은 전동체의 형상에 따라 볼 베어링과 롤러 베어링으로 나눌 수 있다.
②
<미끄럼 베어링의 장점>
- 큰 하중을 견뎌낼 수 있다.
- 구조가 간단하고 가격이 저렴하다.
- 높은 회전속도로 운전할 수 있다.(공진영역 이상)
- 전동과 소음이 적고 충격에 강하다.
- 윤활이 원활한 경우 반영구적으로 사용할 수 있다.
<미끄럼 베어링의 단점>
- 초기 기동 마찰이 크고 운전 중에 발열이 많다.
- 윤활장치에 세심한 주의를 기울여야 한다.
- 규격화되지 않아서 호환성이 거의 없다.
- 윤활유의 점도 변화에 따른 영향을 많이 받는다.
- 강성이 작다.
문 05. 연한숫돌을 공작물에 압착하여 축방향으로 작은 진동을 주어 표면을 정밀하게 가공하는 기계는 어느 것인가?
① 호닝머신(honing machine)
② 래핑머신(lapping machine)
③ 센터리스 연삭기(centerless grinding machine)
④ 슈퍼피니싱 머신(super finishing machine)
④
<슈퍼피니싱 머신, super finishing machine>
연한 숫돌을 공작물에 압착하여 축방향으로 작은 진동을 주어 표면을 정밀하게 가공하는 공작기계
<호닝 머신, honing machine>
혼(hone)이라는 숫돌을 장치한 공구를 사용하여 원통의 내면을 고속 정밀 연마하는 공작기계
<래핑 머신, lapping machine>
랩이라는 공구와 랩제를 사용하여 마모와 연삭작용에 의해 공작물을 다듬질하는 정밀가공 공작기계
<센터리스 연삭기, centerless grinding machine>
공작물을 센터 구멍으로 받치지 않고 외주를 블레이드(받이판)과 이송바퀴로 받치고 그 표면을 연삭 다듬질하는 공작기계
문 06. 강판 또는 형강을 영구적으로 접합하는 데 사용하는 체결 기계 요소인 리벳의 코킹(caulking)에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
① 강도유지를 위해 가스켓을 끼우는 리벳작업이다.
② 보통 리벳이음의 바깥쪽에만 적용하지만, 필요시 안쪽 리벳머리에도 한다.
③ 코킹할 때 판재의 각도는 75~85 로 경사지게 한다.
④ 강판의 두께가 5mm 이하인 경우에는 적용하지 않는다.
①
<코킹, caulking>
리벳때림이 끝난 후에 리벳머리의 둘레 및 강판 끝을 정처럼 생긴 공구로 두드려서 틈막이를 하는 작업
<플러링, fullering>
코킹(caulking)작업 후 더욱 더 기밀을 완전하게 하기 위한 작업을 플러링(fullering)이라 한다.
문 07. 재료의 절삭성(machinability)에 대한 설명 중 옳은 것은?
① 일반적으로 철강의 탄소함유량이 증가하면 절삭성이 향상된다.
② 일반적으로 열경화성 플라스틱의 절삭성은 온도구배에 둔감하다.
③ 일반적으로 철강은 냉간가공을 하면 절삭성이 저하된다.
④ 일반적으로 철강에 황이 첨가되면 절삭성이 향상된다.
④
<쾌삭강, free cutting steel>
일반적으로 철강에 황이 첨가되면 Mn과 결합하여 절삭성이 향상된다. 이러한 것을 황 쾌삭강이라고 한다. 하지만 과도하게 넣는건 안 좋다.
① 강도, 경도, 비열, 전기저항, 항자력, 항복점 빼고 다 감소
② 일반적으로 열경화성 플라스틱의 절삭성은 온도구배에 민감하다.
③ 일반적으로 철강은 냉간가공을 하면 절삭성이 좋아진다.
문 08. 사각 단면 2m×2m의 물체에 압축하중을 가하였을 때, 축(세로)방향 변형률이 0.005이면 단면적 증가량은 얼마인가? (단, 이 물체의 푸아송 비(Poisson s ratio)는 0.5이다.)
① 0.01$m^{2} $
② 0.02$m^{2} $
③ 0.1$m^{2} $
④ 0.2$m^{2} $
②
<푸아송비를 이용한 단면 변화량>
$ \varepsilon _{A}= \frac{ \Delta A}{A} =2 \nu \varepsilon $
이브이
문 09. 기계요소의 표면은 견고하게 하여 내마멸성이 크고, 내부는 강인하여 내충격성이 우수한 두 가지의 요구를 충족시킬 수 있는 기계재료의 표면 경화에 대한 설명이다. 다음 중 옳지 않은 것은?
① 금속재료의 표면에 $\oslash $1.0mm 이하 작은 강철 입자를 약 40~50m/s 속도로 분사시키는 숏피닝(shot peening)은 표면층의 경도를 증가시킨다.
② 강의 표면을 크로마이징할 때, 확산제로는 금속 Si 55%, TiO₂ 45%의 분말 혼합물을 사용한다.
③ 화염 경화의 깊이는 일반적으로 단면의 두께 및 용도에 따라 1.5~6mm까지 가능하여, 기계부품의 국부 경화에 이용된다.
④ 강의 표면에 아연분말을 확산시켜 경화층을 형성하는 세라다이징(sheradizing)은 내식성 및 특히 담수에 의한 방청성이 우수하다.
②
<크로마이징, chromizing>
확산침투도금법(세멘테이션)의 일종으로 크롬확산 피복법이라고도 한다. 크롬 분말 55%와 알루미나(Al₂O₃) 45%의 혼합 분말을 확산제로 사용하여 이 안에 철강제품을 파묻고 수소 기류 속에서 1,300~1,400℃의 고온으로 3 ~ 4시간 가열하면 크롬이 철의 표면에 확산되어 크롬철 합금층이 생기며, 이것이 방식 피복의 목적을 달성한다. 크로마이징을 하면 염수 분무에 대하여 내식성이 좋아진다.
문 10. 다음 중 유체의 점성(또는 점성계수)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 점성의 단위는 kg/m·s 등이 있다.
② 점성의 측정을 통해 뉴턴유체와 비뉴턴유체의 구분이 가능하다.
③ 온도가 내려갈수록 유체의 점성은 커진다.
④ 윤활유의 점성이 작을 경우 마모가 쉽게 일어난다.
③
<유체의 점성>
액체의 점성은 온도가 내려갈수록 커지는 반면에, 기체의 점성은 온도가 내려갈수록 작아진다. 액체는 분자들이 활발하게 진동하거나 움직여서 분자간의 결합력이 감소되므로 유체층 사이의 연결이 느슨해져서 쉽게 미끄러진다. 기체는 온도의 증가로 점성이 증가된다. 기체는 분자 간의 거리가 매우 멀고, 분자 상호간의 결합력은 매우 낮다. 따라서 온도의 증가는 분자의 활발한 운동을 야기하고 기체분자 간의 충돌이 증가하여 연속적 층 사이에 운동량 전달이 많아지게 되고결론적으로 충돌에 의한 저항력으로 점성이 증가된다.
문 11. 다음 중 정극성과 역극성이 존재하며, 둘 중 한 극성을 선택하여 작업할 수 있는 용접은 어느 것인가?
① 직류 아크 용접
② 산소-아세틸렌 가스 용접
③ 테르밋(thermit) 용접
④ 레이저빔(laser-beam) 용접
①
<직류 아크 용접>
정극성과 역극성이 존재하며, 둘 중 한 극성을 선택하여 작업할 수 있는 용접
<아크용접의 극성>
정극성: 모재를 양극(+), 용접봉을 음극(-), 두꺼운 판재의 용접에 쓰임
역극성: 모재를 음극(-), 용접봉을 양극(+), 얇은 판재의 용접에 쓰임
<산소-아세틸렌 가스 용접>
산소와 아세틸렌이 화합했을 때 발생하는 열로 금속을 용접, 절단하는 방법
<테르밋 용접, thermit welding>
산화철 분말과 알루미늄 분말의 혼합물을 이용하는 용접방법
<레이저 용접, laser-beam welding>
레이저 광선의 출력을 응용한 용접이며 에너지 밀도가 높고, 고융점 금속의 용접이 가능하며, 용접 입열이 대단히 적고, 열영향 범위가 좁으며, 열원이 빛의 빔이므로 투명재료를 통해서 어떤 분위기 속에서나 용접이 가능하다.
문 12. 유체기계를 운전할 때, 유체의 흐름상태가 층류인지 난류인지를 판정하는 척도가 되는 무차원 수인 레이놀즈수(Reynolds number)의 정의에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 관성력과 표면장력의 비
② 관성력과 탄성력의 비
③ 관성력과 점성력의 비
④ 관성력과 압축력의 비
③
<레이놀드 수>
$Re= \frac{ \rho VD}{ \mu } = \frac{VD}{ \nu } $
문 13. 지름이 42mm, 표점거리 200mm의 둥근 연강재료 막대를 인장 시험한 결과 표점거리가 240mm로 되었다면 연신율은 몇 %인가?
① 20%
② 25%
③ 30%
④ 40%
①
문 14. 다음 중 융점이 높아 내열금속으로 사용되기에 적합하지 않은 금속은 어느 것인가?
① 몰리브덴
② 탄탈
③ 텅스텐
④ 아연
④
아연의 용융점은 420℃로 낮은 편이므로 고융점금속으로 사용될 수 없다.
<내열 금속>
고융점 금속(high fusion pointt metal)이라고 하며 일반적으로 철의 녹는점인 1539℃보다 녹는점이 높은 금속인 텅스텐(3,410℃), 레늄(3,147℃), 탄탈럼(2,850℃), 몰리브데넘(2,620℃), 지르코늄(1,900℃), 티타늄(1,800℃) 등이 있다. 원자력, 항공, 우주개발 등의 분야에서 필요성이 증가함에 따라 고융점 금속을 기본으로 하는 합금이 많이 사용되고 있다.
문 15. 주조, 단조, 리벳이음 등을 대신하는 금속적 결합법에 속하는 테르밋 용접(thermit welding)에 대한 설명이다. 다음 내용 중 옳지 않은 것은?
① 산화철과 알루미늄 분말의 반응열을 이용한 것이다.
② 용접 접합강도가 높다.
③ 용접 변형이 적다.
④ 주조용접과 가압용접으로 구분된다.
②
<테르밋 용접의 특징>
- 알루미늄과 산화철을 혼합, 발생하는 발생열로 용접을 실시.
- 용접시간이 짧고 설비비가 싸다.
- 전력이 필요없고 반응으로 인한 발생열은 3,000℃이다.
- 용접접합강도가 작고 용접변형이 적다.
- 레일접합, 차축, 선박 등의 맞대기용접, 보수용접에 사용된다.
- 알루미늄 산화철 1:3 비율로 혼합
- 주조용접과 가압용접 두 종류가 있다.
- 작업장소 이동이 쉽고 결과의 재현성이 높다.
문 16. 다음 중 구멍기준 끼워맞춤에서 가장 억지 끼워 맞춤은 어느 것인가?
① H6g5
② H6n6
③ H6js6
④ H6k5
②
가장 억지 끼워맞춤은 죔새가 가장 큰 경우이다. 보기의 구멍은 모두 같은 크기이므로 축의 직경이 가장 큰 것을 찾으면 된다. 축의 직경은 알파벳 쪽으로 갈수록 커지므로 축의 직경은 가장 큰 것은 보기의 g, n, js, k중에서 n의 것이 가장 크다. 따라서 H6n6의 억지 끼워맞춤의 경우가 가장 큰 죔새를 갖는다.
문 17. 보의 길이가 $l$인 양단 고정보의 중앙에 집중하중 $W$가 작용할 때, 양단 고정보의 중앙점에서의 굽힘 모멘트로 옳은 것은?
① $\frac{Wl}{2} $
② $\frac{Wl}{4} $
③ $\frac{Wl}{8} $
④ $\frac{Wl}{16} $
③
| <집중하중이 작용할 때 보 공식> | <분포하중이 작용할 때 보 공식> | |||||
| $M$ | $\theta $ | $\delta $ | $M$ | $\theta $ | $\delta $ | |
| 모멘트 | 처짐각 | 처짐량 | 모멘트 | 처짐각 | 처짐량 | |
| 외팔보 | 1 | 2 | 3 | 2 | 6 | 8 |
| 단순지지보 | 4 | 16 | 48 | 8 | 24 | 5/384 |
| 양단고정보 | 8 | 64 | 192 | 12 | 125 | 384 |
문 18. 금속은 파괴되지 않고 변형되는 성질이 있는데, 이 성질을 이용하여 가공하는 방법인 소성가공에 대한 설명 중 옳은 것은?
① 단조, 압연, 인발, 연삭은 소성가공에 속한다.
② 소성가공은 변태점온도에 따라 냉간가공과 열간가공으로 구분된다.
③ 가공경화는 재료를 변형시키는 데 변형저항이 감소하는 현상을 말한다.
④ 소성가공에 이용되는 성질은 가단성과 연성이다.
④
소성가공에 이용되는 성질은 영구변형인 소성변형의 성질이다.
① 연삭은 절삭가공에 속한다.
② 재결정 온도에 따라 냉간가공과 열간가공으로 구분
③ 재료를 변형시키는 데 변형저항이 증가하는 현상
문 19. 철강의 열처리와 표면처리에 대한 설명 중 옳은 것으로만 묶인 것은?
(가) 트루스타이트(troostite) 조직은 마텐자이트(martensite) 조직보다 경도가 크다.
(나) 오스템퍼링(austempering)을 통해 베이나이트(bainite) 조직을 얻을 수 있다.
(다) 철의 표면에 규소(Si)를 침투시켜 피막을 형성하는 것을 세라다이징(sheradizing)이라 한다.
(라) 심랭처리를 통해 잔류 오스테나이트(austenite)를 줄일 수 있다.
① (가), (다)
② (가), (라)
③ (나), (다)
④ (나), (라)
④
<조직의 경도 순서>
시마트베소펄오페
(시멘트붜서팔아파)
<금속침투법, metallic cementation>
시멘테이션이라고도 하며, 재료를 가열하여 표면에 철과 친화력이 좋은 금속을 표면에 침투시켜 확산에 의해 합금 피복층을 얻는 방법이다. 금속침투법을 통해 재료의 내식성, 내열성, 내마멸성 등을 향상시킬 수 있다.
<칼로라이징, calorizing>
철강 표면에 알루미늄(Al)을 확산 침투시키는 방법으로 확산제로는 알루미늄, 알루미나 분말 및 염화암모늄을 첨가한 것을 사용하며, 800~1,000℃ 정도로 처리한다. 또한, 고온산화에 견디기 위해서 사용된다.
<실리코나이징, siliconizing>
철강 표면에 규소(Si)를 침투시켜 방식성을 향상시키는 방법이다.
<보로나이징, boronizing>
표면에 붕소(B)를 침투 확산시켜 경도가 높은 보론화층을 형성시키는 방법으로 저탄소강의 기어 이 표면의 내마멸성 향상을 위해 사용된다. 경도가 높아 처리 후 담금질이 불필요하다.
<크로마이징, chromizing>
강재 표면에 크롬(Cr)을 침투시키는 방법으로 담금질한 부품을 줄질 할 목적으로 사용되며 내식성이 증가된다.
<세라다이징, sheradizing>
고체 아연(Zn)을 침투시키는 방법으로 원자 간의 상호확산이 일어나며 대기 중 부식 방지 목적으로 사용된다.
문 20. 아래 그림과 같은 분포하중을 가지고 있는 외팔보(cantilever beam)의 고정지지점 O에서의 모멘트의 크기를 구하시오. (단, $\overline{AB} $=2m, 등분포하중 $ w_{1} $=2kN/m, $\overline{BO} $=2m, 등분포하중 $ w_{2} $=1kN/m이다.)
① 10kN·m
② 12kN·m
③ 14kN·m
④ 16kN·m
③
분포하중을 등가집중하중으로 바꾸고 계산한다.
<계산과정>
$\Sigma M$ = (4 x 3) + (2 x 1) = 14
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