문 01. 1,200W의 전열기로 1kg의 물을 20℃에서 100℃까지 가열하는 데 걸리는 시간은 얼마인가? (단, 가열 중 에너지 손실은 발생하지 않으며 물의 비열은 4.2J/g·K로 일정하다고 가정한다.)
① 1분 7초
② 2분 30초
③ 3분 10초
④ 4분 40초
④
<열량>
$Q=cm \Delta T$
<계산과정>
$Q=4.2(kJ/kg·K) \times 1 (kg) \times (373-293)(K)=336kJ=336,000J$
$ \frac{336,000(J)}{1,200(J/s)}= 280(s)=4min 40s$
문 02. 구성인선(built-up edge, BUE)에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 구성인선으로 인한 가공면의 표면 거칠기의 값은 작아진다.
② 절삭유와 윤활성이 좋은 윤활제 사용으로 방지할 수 있다.
③ 발생과정은 발생 → 성장 → 분열 → 탈락의 순서로 주기적으로 반복된다.
④ 절삭 속도를 높게 하거나, 절삭 깊이를 적게 하여 방지할 수 있다.
①
<구성인선, built up edge>
날 끝에 칩이 달라붙어 마치 절삭날의 역할을 하는 현상. 울퉁불퉁하고 표면을 거칠게 하거나 동력손실을 유발한다.
<구성인선의 특징>
- 고속으로 절삭하면 칩이 날 끝에 용착되기 전에 칩이 떨어져나간다.
- 절삭깊이가 작으면 그만큼 날끝과 칩의 접촉면적이 작아진다.
→ 칩이 날 끝에 용착될 확률이 적어진다.
- 윗면경사각이 커야 칩이 윗면에 충돌하여 붙기 전에 떨어져 나간다.
- 구성인선의 끝단 반경은 실제공구의 끝단 반경보다 크다.
→ 칩이 용착되어 날 끝의 둥근 부분, 노즈가 커지기 때문이다.
- 일감의 변형경화지수가 클수록 구성인선의 발생 가능성이 커진다.
- 구성인선의 경도값은 공작물이나 정상적인 칩보다 훨씬 크다.
- 구성인선은 발생 → 성장 → 분열 → 탈락의 과정을 거친다.
- 구성인선은 공구면을 덮어서 공구면을 보호하는 역할도 할 수 있다.
- 구성인선을 이용한 절삭방법은 SWC이다.
→ 은백색의 칩을 띄며, 절삭저항을 줄일 수 있는 방법이다.
<구성인선의 방지법>
- 120m/min 이상으로 절삭속도를 크게 할 것(절삭저항 감소)
- 30° 이상으로 경사각(상면각)을 크게 할 것
- 칩과 바이트 사이에 윤활성이 좋은 절삭유를 사용할 것
- 공구의 인선을 예리하게 할 것
- 절입량과 회전당 이송을 줄일 것
- 절삭깊이를 작게 하고, 인선반경(공구반경)을 줄일 것
- 마찰계수가 작은 공구를 사용할 것
문 03. 기준 치수에 대한 공차가 ∅260 mm이고, 위 치수 공차가 +0.05, 아래 치수 공차가 0인 구멍에, ∅260 mm이고, 위 치수 공차가 +0.04, 아래 치수 공차가 -0.09인 축을 조립할 때 끼워맞춤의 종류는?
① 헐거운 끼워맞춤
② 억지 끼워맞춤
③ 중간 끼워맞춤
④ 축 기준 끼워맞춤
③
<최대 틈새>
구멍의 최대 허용치수 – 축의 최소 허용치수
<최소 틈새>
구멍의 최소 허용치수 – 축의 최대 허용치수
<최대 죔새>
축의 최대 허용치수 – 구멍의 최소 허용치수
<최소 죔새>
축의 최소 허용치수 – 구멍의 최대 허용치수
문 04. 다음 중 무차원수는?
① 비중
② 비중량
③ 점성계수
④ 동점성계수
①
비중량: $N/m^3$
점성계수: $N·s/m^2, kg/m·s, Pa·s, g/cm·s$
동점성계수: $m^2/s$
문 05. 재료시험 항목과 시험 방법의 관계로 옳지 않은 것은?
① 충격시험: 샤르피(charpy) 시험
② 크리프(creep)시험: 표면거칠기 시험
③ 경도시험: 로크웰(Rockwell) 경도시험
④ 피로시험: 시편에 반복응력(cyclic stresses) 시험
②
<샤르피 충격시험, Charpy test>
일정한 각도로 들어 올린 진자를 자유낙하시켜 물체와 충돌시킨 뒤 충돌 전후 진자의 위치에너지 차이를 측정한다. 양단이 단순 지지된 시험시편을 회전하는 해머로 노치를 파단시키는 충격시험이다.
<크리프 시험, creep test>
항복점이상의 하중을 가하면 낮은 온도에서도 어느정도 늘어나지만 가공 경화 때문에 늘어나는 속도가 감소되고 마침내 정지한다. 하중이 더 커져서 일정량이 넘든지 온도가 올라가서 연화된다든지 하면 계속해서 늘어나며 그 온도에서 인장강도보다 훨씬 작은 응력에서 파괴된다. 이때, 변형이 일정한 값에서 정지하는 한계의 응력을 크리프한도(creep limit)라 하며, 이것을 구하는 것이 크리프시험(creep test)이다.
<로크웰 경도, rockwell hardness>
다이아몬드 추를 압입자로 사용하며 오목자국의 깊이를 경도의 척도로 삼는다.
<피로시험, fatigue test>
재료의 인장강도 및 항복점으로부터 계산한 안정하중 상태에서도 작은 힘이 계속적으로 반복하면 재료에 파괴를 일으키는 일이 있는데 이와 같은 파괴를 피로파괴라 한다. 피로파괴는 크랭크축, 차축, 스프링 등에서 그 실례를 볼 수 있다. 그러나, 하중이 어떤 값보다 작을 때에는 무수히 많은 반복하중이 작용하여도 재료가 파단되지 않는다. 재료가 영구히 파단되지 않는 응력 중에서 가장 큰 것을 피로한도(fatigue)라 하고, 이것을 구하는 것을 피로시험이라 한다.
문 06. 복잡하고 정밀한 모양의 금형에 용융된 마그네슘 또는 알루미늄 등의 합금을 가압 주입하여 주물을 만드는 주조방법에 해당하는 것은?
① 셸 모울드 주조법
② 진원심 주조법
③ 다이 캐스팅 주조법
④ 인베스트먼트 주조법
③
<셸 몰드법, shell molding>
금속으로 만든 모형을 가열하고 그 모형 위에 규사와 페놀계 수지를 배합한 가루를 뿌려 경화시켜 주형을 만드는 방법이며 주형은 상하 두 개의 얇은 조개 껍데기 모양의 셸로 만들어지므로 셸몰드 주조법이라 부른다. 사형주조법에 비하여 치수정밀도가 좋으며, 표면이 아름답다. 주로 소형 주조에 유리하고 대형 주조에는 적합하지 않으며 자동화가 가능하여 대량생산이 가능하다.
<진원심주조법, true centrifugal casting>
중공 실린더 모양의 부품을 생산하는 방법으로 용탕은 회전 주형 내벽에 직접 주입한다.
<진원심주조의 특징>
- 용융금속은 관형 부품을 생산하기 위해 회전하는 주형에 부어짐
- 용융금속 주입 후에 주형이 회전하기 시작함
- 주물의 외형은 다양한 모양이 된다.
- 주물의 내형은 방사상으로 회전력이 가해짐으로 완전한 원형이 됨
<다이캐스팅, die casting>
용융금속을 금형에 사출하여 압입하는 영구주형 주조방법으로 주물 치수가 정밀하고 마무리 공정이나 기계가공을 크게 절감시킬 수 있는 공정이다. 제조 금속소재의 녹는점보다 높은 소재로 만든 다이(die) 금형에 소재 금속을 녹여 고압으로 강제로 밀어 넣는 정밀주조법이다. 정밀 금형에서 주조하므로 정밀한 주물이 제작된다. 절삭가공은 가공비가 많이 들어가고, 프레스가공은 제작할 수 있는 형상이 제한되므로 대량생산하는 제품은 다이캐스팅이 유리하지만, 소량생산에는 금형비가 차지하는 비중이 너무 높아 부적당하다.
<인베스트먼트법, investment process>
정밀주조법의 한 종류이며 납 등의 융점이 낮은 것으로 원형을 만들고 이 주위를 내화성이 있는 주형재인 인베스트먼트로 피복한 후 원형을 융해 및 유출시킨 주형을 사용한 주조법이다. 복잡한 형상의 주물, 기계 가공이 곤란한 합금 등의 주조에 적합하며 이 공법에서 만들어진 주물은 치수 정도가 높고, 주물 표면이 좋다.
문 07. 압연가공에서 압하율[%]을 구하는 식으로 가장 옳은 것은? (단, H₀: 변형 전 두께, H₁: 변형 후 두께)
① $\frac{H_1-H_0}{H_0} \times 100 $
② $\frac{H_0-H_1}{H_0} \times 100 $
③ $\frac{H_1-H_0}{H_1} \times 100 $
④ $\frac{H_0-H_1}{H_1} \times 100 $
②
문 08. 4사이클 6실린더 기관에서 실린더 지름 40mm, 행정 30mm일 때 총 배기량[cc]은?
① 24π
② 72π
③ 80π
④ 96π
②
<배기량>
엔진 배기량 = 실린더 면적 x 행정 x 실린더 수 (cm³)
<계산과정>
배기량 (cc) = $\frac{ \pi \times 4^2}{4} (cm^2) \times 3(cm) \times 6=72 \pi $
문 09. 직경이 10 mm이며, 인장강도가 400 MPa의 연강봉재에 6,280 N의 축방향 인장하중이 작용할 때 이 봉재의 안전율은? (단, π = 3.14로 가정한다.)
① 3
② 5
③ 7
④ 9
②
<응력, stress>
$ \frac{ \sigma }{S} = \frac{P}{A} $
<계산과정>
$ \frac{400 (Mpa)}{S} = \frac{6,280(N)}{ \frac{3.14 \times 10^2(mm^2)}{4} } $, $S=5$
문 10. <보기>와 같이 동일 재료의 단붙이축을 탄성한도 이내의 힘 F로 양쪽에서 당겼더니, 축 A와 축 B의 변형량이 같았다. $d_B=2d_A$ 일 때 $L_A$와 $L_B$의 관계로 가장 옳은 것은? (단, 단면의 변화는 고려하지 않는다.)
① $L_B=0.5L_A$
② $L_B= \sqrt{2} L_A$
③ $L_B= 2 L_A$
④ $L_B= 4 L_A$
④
<봉의 변형량>
$ \delta = \frac{PL}{EA} $
<계산과정>
$ \frac{PL_A}{E \times \frac{ \pi d_A^2}{4} }= \frac{PL_B}{E \times \frac{ \pi d_B^2}{4} }$, $L_B= \frac{d_B^2L_A}{d_A^2}= \frac{(2d_A)^2L_A}{d_A^2} =4L_A$
문 11. 가솔린기관에서 노크가 발생할 때 일어나는 현상으로 가장 옳지 않은 것은?
① 연소실의 온도가 상승한다.
② 금속성 타격음이 발생한다.
③ 배기가스의 온도가 상승한다.
④ 최고 압력은 증가하나 평균유효압력은 감소한다.
③
<노크, knock>
실린더 내에 충격파(디토네이션파)가 발생하여 심한 진동을 일으키고 실린더와 공진하여 금속을 타격하는 소리를 내는 현상을 말하며 화염면이 말단가스까지 전파되기 이전에 생긴다.
<가솔린 기관에서 노크가 발생할 때 일어나는 현상>
- 배기가스의 색깔이 변화하고 연소실의 온도가 상승한다.
- 기관의 출력과 열효율을 저하시키고 금속성 타격음이 발생한다.
- 연소실의 온도가 상승하고, 배기가스의 온도는 강하한다.
- 최고 압력은 증가하나 평균유효압력은 감소한다.
<가솔린 기관에서 노킹의 원인>
- 흡입 온도와 압력이 높을 때
- 점화 시기가 빠를 때
- 실린더가 과열됐을 때
- 혼합비가 농후할 때 (약 12.5:1)
- 미연소가스의 급격한 자연발화에 의해 생긴다.
문 12. 수평면에 놓인 질량 $\sqrt{2} $ kg의 물체에 <보기>와 같은 방향으로 F의 일정한 힘이 작용하여 오른쪽으로 1 m/s² 의 등가속도로 미끄러지고 있다. 수평면과 물체 사이의 운동마찰계수가 0.5이고, 중력가속도를 10m/s² 으로 가정할 때, 힘 F의 크기 [N]는?
① 5
② 5$\sqrt{2} $
③ 12
④ 24
④
문 13. 상온에서 비중이 작은 금속부터 순서대로 바르게 나열된 것은?
① 알루미늄-마그네슘-티타늄
② 알루미늄-티타늄-마그네슘
③ 마그네슘-알루미늄-티타늄
④ 티타늄-마그네슘-알루미늄
③
<경금속>
| 리튬(Li) | 0.53 | 나트륨(Na) | 0.97 | 마그네슘(Mg) | 1.74 |
| 베릴륨(Be) | 1.85 | 알루미늄(Al) | 2.7 | 티타늄(Ti) | 4.4~4.5 |
<중금속>
| 주석(Sn) | 5.8~7.2 | 바나듐(V) | 6.1 | 크롬(Cr) | 7.2 |
| 아연(Zn) | 7.14 | 망간(Mn) | 7.4 | 철(Fe) | 7.87 |
| 니켈(Ni) | 8.9 | 구리(Cu) | 8.96 | 몰리브덴(Mo) | 10.2 |
| 은(Ag) | 10.5 | 납(Pb) | 11.3 | 텅스텐(W) | 19 |
| 금(Au) | 19.3 | 백금(Pt) | 21 | 이리듐(Ir) | 22.41 |
| 오스뮴(Os) | 22.56 |
문 14. 주철 조직에 관한 마우러(Maurer) 선도와 관계있는 원소는?
① Si
② Mn
③ P
④ S
①
문 15. <보기>와 같이 간격이 L인 두 개의 커다란 평행 평판 사이에 점성계수 μ인 뉴턴 유체가 놓여 있다. 아래 평판은 고정되어 있으며, 면적이 A인 위 평판에 힘 F를 가해 위 평판을 일정 속도 v로 움직인다. 다음의 서술 중 가장 옳지 않은 것은?
① 거리 L이 커질수록 필요한 힘 F가 커진다.
② 힘 F가 클수록 속도 v는 비례하여 커진다.
③ 평판 면적 A가 커질수록 필요한 힘 F가 커진다.
④ 점성계수 μ가 클수록 필요한 힘 F가 커진다.
①
<뉴턴의 점성력과 점성법칙>
$F= \mu \frac{Av}{H}$, $\tau = \mu \frac{v}{H} $
문 16. 부력에 관한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 유체 내에 잠겨 있는 물체에 작용하는 부력은 그 물체에 의해 배제된 유체의 무게와 같다.
② 유체 위에 떠 있는 물체에 작용하는 부력은 그 물체의 무게와 같다.
③ 부력은 배제된 유체의 무게중심을 통과하여 상향으로 작용한다.
④ 일정한 밀도를 갖는 유체 내에서의 부력은 자유표면으로부터 거리가 멀어질수록 증가한다.
④
일정한 밀도를 갖는 유체 내에서의 부력은 자유표면으로부터의 거리와는 관계가 없고, 물체의 부피가 클수록 증가한다.
문 17. 이상기체의 교축과정(throttling process)에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 엔탈피의 변화가 없다.
② 온도의 변화가 없다.
③ 압력의 변화가 없다.
④ 비가역 단열과정이다.
③
<교축과정, throttling process>
유체가 밸브같이 좁은 곳을 지날 때 외부에 일을 하지 않으면서, 압력이 강하하는 현상을 말한다. 압력과 온도는 강하하고, 체적과 엔트로피는 증가하며, 엔탈피의 변화는 없는 비가역 단열 과정이다. 작동유체가 이상기체인 경우, 엔탈피는 온도만의 함수이므로 교축과정에서 온도의 변화가 없다.
문 18. 범용 선반(Lathe)의 크기를 표시하는 방법에 해당하지 않는 것은?
① 베드 위의 스윙
② 왕복대상의 스윙
③ 테이블의 최대이동거리
④ 양센터 사이의 최대이동거리
③
<선반의 크기>
- 베드의 길이
- 베드 위의 스윙
→ 베드에 안 닿고 주축에 설치할 수 있는 공작물 최대직경
- 왕복대 위의 스윙
→ 왕복대에 안 닿고 주축에 설치할 수 있는 공작물 최대 직경
- 주축대와 심압대 양 센터 사이의 최대거리
문 19. 아크 용접 결함인 언더컷의 주요 발생원인으로 가장 옳지 않은 것은?
① 아크 길이가 너무 길 때
② 전류가 너무 낮을 때
③ 용접봉 선택이 부적당할 때
④ 용접 속도가 너무 빠를 때
②
<언더컷, undercut>
용접 전류가 크고 용접 속도가 빠를 때 발생하는 현상으로 용접살끝에 인접하여 모재가 파인 후 용착 금속이 채워지지 않고 남은 부분으로 노치가 되므로 반경이 작으면 응력집중이 커진다. 이 부분은 취화되기 때문에 균열이 발생하기 쉽다.
<언더컷의 발생 원인, 다 클 때>
- 용접 전류가 너무 높을 때
- 용접 속도가 너무 빠를 때
- 아크 길이가 너무 길 때
- 용접봉 선택이 부적당할 때
- 용접봉의 각도 및 운봉이 부적절할 때
문 20. 도면의 표제란에 기입하는 내용에 해당하는 것을 아래에서 모두 고른 것은?
ㄱ. 품명 ㄴ. 수량 ㄷ. 척도 ㄹ. 각법(투상법) ㅁ. 재질 ㅂ. 표면거칠기
① ㄱ, ㄴ, ㄷ
② ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
③ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ
④ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ, ㅂ
③
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