문 01. <보기>는 동력 전달 장치의 조립도이다. ㈎∼㈑에 해당하는 부품에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① ㈎는 동력 전달 축에 회전체를 고정하는 너트(nut)이다.
② ㈏는 동력 전달 축에 고정한 기어(gear)이다.
③ ㈐는 동력 전달 축을 지지하는 볼 베어링(ball bearing)이다.
④ ㈑는 동력 전달 축에 회전체를 고정한 키(key)이다.
②
(나): 플랜지(flange)이다.
문 02. 버(burr) 제거 작업 공정이 아닌 것은?
① 숏피닝
② 숏블라스팅
③ 연마제유동가공
④ 진동피니싱
①
<버(burr) 제거 작업 공정의 종류>
- 진동 피니싱(vibratory finishing)
- 숏 블라스팅(shot blasting) = 입자 블라스팅(grit blasting)
- 연마재 유동가공(abrasive-flow machining)
- 열에너지법
- 로봇 버 제거 작업
문 03. 풀림(annealing) 처리를 하는 목적 중 가장 옳지 않은 것은?
① 경도를 감소시키고 내부응력을 제거한다.
② 불균일한 조직을 균일화한다.
③ 결정 조직을 미세화하고, 결정 조직과 기계적 성질 등을 표준화시킨다.
④ 내부의 가스나 불순물을 방출시키거나 확산시킨다.
③
<풀림, 소둔, 어닐링>
A₁ 또는 A₃ 변태점 이상으로 가열하여 냉각시키는 열처리로 내부응력을 제거하며 재질의 연화를 목적으로 하는 열처리, 노나 공기 중에서 서랭처리한다.
<각 열처리의 주된 목적>
담금질: 재질의 경화(경도 증가), 급랭(기름, 물)
풀림: 재질의 연화(연성 증가), 균질(일)화, 노랭, 서랭
뜨임: 담금질한 후, 강인성 부여(강한 인성), 인성개선
불림: 조직 미세화, 균질(일)화, 표준화, 공랭
문 04. 차축과 차체를 연결하여 주행 중 노면에서 받는 진동이나 충격을 흡수하고 운전자가 승차감이 좋도록 느끼게 하며 차량의 안전성을 향상시키는 현가장치의 주요 구성 요소가 아닌 것은?
① 스프링(spring)
② 쇽 업소버(shock absorber)
③ 스태빌라이저(stabilizer)
④ 스테이터(stator)
④
<스테이터, stator>
유도 전동기 따위의 회전 기기에서 고정되어 있는 부분
문 05. 유효낙차 100[m], 유량 200[$m^{3} /sec$]인 수력발전소의 수차에서 이론 출력의 값[kW]은?
① 392 × $10^{3} $
② 283 × $10^{3} $
③ 196 × $10^{3} $
④ 90 × $10^{3} $
③
<수차에 작용하는 동력>
$L= \gamma QH \eta (kgf·m/s)$
γ = 비중량, Q = 유량, H = 유효낙차, η = 효율
PS는 75, kW는 102로 나누자
<계산과정>
$L (kW)=\frac{1,000kgf/ m^{3} \times 200 m^3/s \times 100m \times 1}{102} =196,078kW$
문 06. 인발(drawing)에 영향을 주는 요인에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 단면수축률이 일정할 때 다이각이 증가하면 전단 변형량이 증가하게 되므로 각 재료의 경도 및 강도에 따라 적정 다이각을 선택해야 한다.
② 단면수축률은 인발 전후의 단면적 변화량과 인발 후 소재의 단면적과의 비율로 표시한다.
③ 일반적으로 인발속도가 증가함에 따라 인발력은 급속히 증가하나, 속도가 어느 한도 이상이 되면 인발력에 대한 속도의 영향이 작아진다.
④ 소재에 역장력(인발방향과 반대방향으로 가하는 힘)을 가하면 인장응력은 증가하나 인발력에서 역장력을 뺀 다이추력(인발저항)은 감소한다.
②
<인발의 단면수축률>
인발 후 소재의 단면적과 인발 전후의 단면적 변화량과의 비율로 표시한다.
<인발작업과 관련된 힘: 인발력>
- 단면감소율이 커지면 인발력도 커진다.
- 재료의 강도가 크면 인발력도 커진다.
- 마찰계수가 커지면 인발하중이 커진다.
- 최대인발응력은 다이 출구에서의 재료의 항복응력과 같다.
→ 한계 단면 감소율은 다이 출구에서 발생한다.
→ 인발응력이 소재의 항복응력과 같을 때 발생한다.
- 인발하중이 최소가 되는 최적 다이각이 존재한다.
- 다이 출구로 갈수록 인발응력이 증가한다.
→ 반경방향의 압축응력을 구성하는 다이 압력은 감소한다.
<인발작업과 관련된 힘: 역장력>
- 역장력이 커질 때 다이의 추력(추력 = 인발력 - 역장력)은 감소한다.
- 역장력이 가해지면 열발생이 적어지며, 제품에 잔류응력이 적어진다.
- 역장력이 가해지면 다이의 마찰력이 작아진다.
- 역장력을 가하면 소재의 중심부와 외측부의 소성변형이 균등하게 된다.
- 역장력이 가해지면 다이의 수명이 커지고, 정확한 치수를 얻을 수 있다.
- 역장력이 증가하면 인발력도 증가한다.
→ 역장력을 가하면 다이 압력은 작아진다.
<인발에서의 역장력>
인발력과 반대방향으로 가하는 힘을 역장력(back tension)이라 하며, 이를 가하면 다이의 마찰력이 작아져서 다이의 수명이 커지고, 정확한 치수의 제품을 얻을 수 있다. 또한 역장력을 가하면 소재의 중심부와 외측부의 소성변형이 균등하게 되고, 열발생이 적어지며, 제품에 잔류응력이 적어진다. 역장력이 커질 때 인발력도 증가하나 다이의 추력(추력 = 인발력 - 역장력)은 감소한다. 이는 다이의 벽압력이 감소하는 것을 의미한다.
문 07. 잇수가 10개인 평기어와 잇수가 30개인 평기어가 맞물려 회전하고 있다. 모듈이 5일 때, 두 평기어의 회전축 사이의 거리를 나타내는 중심거리의 값[mm]은?
① 400
② 300
③ 200
④ 100
④
<기어의 피치원지름> <기어의 이끝원지름>
$D=mZ$ (비무장지대) $D=m(Z+2)$
<이의 크기> <이 끝 높이> <이 두께>
$h=2.25m$ $h=m$ $t= \frac{m \pi }{2} $
<원주피치> <법선피치>
$p=m \pi $ $p=m \pi cos \alpha $
문 08. ∅100G7의 구멍이 헐거운 끼워 맞춤용으로 위 공차만으로 표기되고 있다. G 구멍의 아래 치수(허용)차는 4 μm이고, IT7급에 해당하는 치수 공차는 35 μm이다. 이 구멍의 치수를 공차방식으로 표시하면 어떻게 되는가?
①
<치수공차>
| 구 분 | 치 수 공 차 | |
| 축 a ~ h |
위 치수 | 기초치수 허용차(-) |
| 아래 치수 | 위 치수 - 정밀도 치수공차(IT공차) | |
| 구멍 A ~ H |
위 치수 | 아래 치수 + 정밀도 치수공차(IT공차) |
| 아래 치수 | 기초치수 허용차(+) | |
| 축 k ~ zc |
위 치수 | 아래 치수 + 정밀도 치수공차(IT공차) |
| 아래 치수 | 기초치수 허용차(+) | |
| 구멍 M ~ ZC |
위 치수 | 기초치수 허용차(-) |
| 아래 치수 | 위 치수 - 정밀도 치수공차(IT공차) | |
<표 적용 방법>
G 구멍이므로, 위 치수는 아래 치수에 IT공차를 더한 값이고, 아래 치수는 기초치수 허용차이며 그 부호는 +이다.
위 치수 공차는 아래 치수에 정밀도 치수공차(IT공차)를 더한 값이다. 문제에 아래 치수 허용차는 0.004 mm, IT공차는 0.035mm라 주어졌으므로, 0.004 + 0.035이다. 그러면 답이 1번밖에 없다.
문 09. 점(spot)용접, 심(seam)용접에 해당하는 용접방법은?
① 비피복 아크용접
② 피복 아크용접
③ 탄소 아크용접
④ 전기 저항용접
④
<압접법의 종류: 전기저항용접>
- 겹치기: 점용접, 프로젝션용접, 심용접(점프심)
- 맞대기: 플래시용접, 방전충격용접, 업셋용접(풀방업)
문 10. 체인 전동장치에서 스프로킷 휠의 회전수가 1,200[rpm], 잇수가 40, 체인 피치가 10[mm]일 때, 체인의 평균속도의 값[m/s]은?
① 2
② 4
③ 8
④ 12
③
<체인의 속도>
$v= \frac{pzN}{60 \times 1,000} (m/s) $
문 11. 구리의 특성에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 아연(Zn), 주석(Sn), 니켈(Ni) 등과 합금을 만들 수 없다.
② 유연하고 연성이 작아 가공이 어렵다.
③ 전성이 작고 귀금속적인 성질이 우수하다.
④ 전기 및 열의 전도성이 우수하다.
④
문 12. 베어링 메탈의 구비 조건이 아닌 것은?
① 하중에 견딜 수 있도록 충분한 강도와 강성을 가져야한다.
② 열전도율이 낮아야 한다.
③ 내식성과 피로강도가 커야 한다.
④ 마찰 마멸이 적어야 한다.
②
<미끄럼 베어링 재료의 요구사항>
- 내식성이 크고, 열전도율이 높아야 한다.
- 마모가 적고 피로강도가 높아야 한다.
- 마멸성이 적고, 마찰계수가 작아야 한다.
- 축 재료보다 낮은 탄성계수를 가져야 한다.
→ 축 재료보다 연질이어야 한다.
- 유막 형성이 쉽고, 오일 흡착력이 용이해야 한다.
- 하중에 견딜 수 있도록 충분한 압축(면압) 강도를 가져야 한다.
- 열붙음(녹아붙음)이 일어나기 어려워야 한다.
<베어링 재료로 사용하는 비금속 재료>
흑연, 플라스틱, 고무 등이 있다. 흑연은 고체 윤활제의 역할을 함으로써 별도의 윤활제가 필요하지 않다. 플라스틱은 윤활유가 없는 상태에서도 비교적 마찰 계수가 작고 내마멸성도 좋으며, 경계 윤활성이 좋아 베어링 재료로서 적합하다. 고무는 물과 같이 저점도 윤활제의 역할을 하며, 마찰 계수가 작고 진동, 충격의 흡수성이 우수하여 백 메탈(back metal)에 부착하여 사용한다.
문 13. 파스칼의 원리에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 오일은 힘을 전달할 수 있다.
② 오일은 운동을 전달할 수 있다.
③ 단면적을 변화시키면 힘을 증대할 수 있다.
④ 공기는 압축되며, 오일도 압축된다.
④
오일은 비압축성 물질이다.
문 14. 금속 재료 탭 작업 시 주의사항으로 가장 옳지 않은 것은?
① 탭은 한쪽 방향으로만 계속 돌린다.
② 재료를 수평으로 단단히 고정한다.
③ 기름을 충분히 넣는다.
④ 재료의 구멍의 중심과 탭의 중심을 일치시킨다.
①
<태핑, tapping>
탭(tap)을 사용하여 암나사를 가공하는 자유단조 작업이다. (1번탭 55%, 2번탭 25%, 3번탭 20%)
<탭 작업시 주의사항>
- 공작물을 수평으로 단단히 고정시킨다.
- 구멍의 중심과 탭의 중심을 일치시킨다.
- 탭 핸들에 무리한 힘을 가하지 말고 수평을 유지한다.
- 기름을 충분히 넣는다.
- 탭을 한쪽방향으로만 돌리지 말고, 가끔 역회전하여 칩을 배출시킨다.
<탭 작업 중 탭이 부러지는 원인>
- 구멍이 바르지 못할 때
- 구멍이 작을 때
- 핸들에 무리한 힘을 주었을 때
- 칩의 배출이 원활하지 못할 때
- 탭이 구멍 바닥에 부딪혔을 때
문 15. 18-8형 스테인리스강의 성분으로 옳은 것은?
① 니켈 18%, 크롬 8%
② 티탄 18%, 니켈 8%
③ 크롬 18%, 니켈 8%
④ 크롬 18%, 티탄 8%
③
<스테인리스강을 조직에 따라 분류할 때의 기준조직>
- 페라이트계(Cr계, 강자성체)
- 마텐자이트계(Cr-Ni계, 강자성체)
- 오스테나이트계(Cr계, 18-8, 비자성체)
<오스테나이트계>
스테인리스강의 대략 70%를 차지하고 Cr(18)+Ni(8)의 표준 스테인리스강의 조직으로 상온의 열처리하지 않은 조직이다.
<페라이트계 스테인리스강, Cr계>
- 강에 Cr이 18% 함유한 조직으로 열처리하지 않은 조직이다.
- 강인성과 내식성이 있고 열처리에 의하여 경화할 수 있다.
- 표면을 잘 연마한 것은 공기 중 또는 수중에서 녹슬지 않는다.
- 유기산과 질산에는 침식하지 않으나 다른 산류에는 침식된다.
- 오스테나이트계에 비하여 내산성이 작다.
- 담금질 상태의 것은 내식성이 좋다.
→ 풀림상태 또는 잘 연마하지 않은 것은 녹슬기 쉽다.
- 침탄효과가 아주 좋은 편이다.
<마텐자이트계>
철에 Cr이 11.5% 함유한 담금질 조직으로 Cr 13% 강의 열처리 조직이다.
<듀플렉스 조직>
듀얼조직인 오스테나이트+페라이트의 혼합조직으로 강도 및 내식성이 좋아 내해수용, 고강도용 스테인리스강으로 사용되고 있다.
<18-8형 스테인리스강의 입계부식 원인>
오스테나이트 중의 탄소가 입계부근 근처로 이동하여, 크롬탄화물로 석출되기 때문이다. 이로 인해, 입계부근의 크롬함량이 감소하여 내식성 저하로 부식이 진행된다. 이를 방지하기 위해 니오븀, 티탄을 넣어 탄화물을 석출시켜 크롬탄화물 발생을 억제한다.
<입계부식 방지 원소>
Nb(니오븀), Ti(티탄), V(바나듐)
Nb클럽에서 Ti셔츠를 입은 여자를 봤고, 난 기분이 좋아 V(브이) 했다.
문 16. 기계의 안전 설계 시, 고려해야 할 안전율(safety factor)에 대한 정의로 가장 옳은 것은?
① 재료의 기준 강도와 전단 응력과의 비
② 재료의 기준 강도와 허용 응력과의 비
③ 재료의 극한 강도와 사용 응력과의 비
④ 재료의 극한 강도와 잔류 응력과의 비
②
<안전율, safety factor>
$S= \frac{인장강도(극한강도)}{허용응력} $
문 17. 환봉에 반경 방향으로의 압축력이 작용하면 중심에 인장력이 발생하는 원리를 이용한 공정으로, 길고 두꺼운 이음매 없는 파이프와 튜브(seamless pipe and tube)를 만드는 열간가공 공정으로 가장 옳은 것은?
① 회전천공
② 관재압연
③ 링압연
④ 강구전조 작업
①
<회전 천공, rotary tube piercing>
환봉에 반경 방향으로의 압축력이 작용하면, 중심에 인장력이 발생하는 원리를 이용한 공정으로, 길고 두꺼운 이음매 없는 파이프와 튜브를 만드는 열간가공 공정이다.
<관재압연, tube rolling>
맨드릴을 사용하거나, 사용하지 않는 관재압연으로 튜브와 파이프의 직경과 두께를 다양하게 가공할 수 있다. 필거 압연기(pilger mill)는 튜브와 내부맨드릴을 함께 왕복시키고 튜브를 주기적으로 회전시키면서 가공하여 최대직경 265mm에 달하는 강관을 가공할 수 있다.
<링 압연, ring rolling>
링압연은 두꺼운 링의 직경을 늘리면서 단면적을 감소시키는 공정이다. 링소재를 두 개의 롤 사이에 설치하고 바깥 롤을 회전구동시키면서 롤 간의 거리를 좁히면서 링두께를 줄여나간다. 소재의 체적은 일정하므로, 링의 두께가 얇아지면 링의 직경이 증가된다. 형상 롤(공형 롤)을 사용하면 다양한 단면모양의 링을 압연할 수 있다. 소재의 크기, 강도, 연성에 따라 상온이나 열간에서 작업된다. 동일한 제품을 만드는 다른 가공공정에 비해, 링압연은 제작시간이 짧고, 재료가 절감되며, 치수공차를 줄일 수 있고, 제품의 용도에 맞는 유리한 단류선(grain flow)을 얻을 수 있다. 링압연공정은 로켓이나 터빈에 사용되는 대형 링, 기어바퀴의 림, 볼베어링이나 롤러베어링의 레이스, 플랜지, 파이프의 보강링, 압력용기 등을 제작하는 데 사용된다.
<강구전조, skew rolling>
강구전조 작업은 압연단조와 비슷한 공정으로, 볼베어링용 강구는 보통 이 방법으로 제조된다. 소재는 선재나 봉재의 형태로 롤 사이에 이송되어 회전하는 롤에 의해 연속적으로 구형으로 성형된다. 만들어진 강구는 특수기계에서 연삭되고 연마가공된다. 볼베어링용 강구는 둥근 봉재를 전단한 뒤, 한 쌍의 반구형 금형 사이에서 업세팅하는 방법으로도 만들 수 있다.
문 18. 산소 8[kg]과 질소 2[kg]으로 혼합된 기체가 있다. 산소의 정압 비열은 1,000[$J/kg·K$]이고, 질소의 정압 비열은 1,500[$J/kg·K$]이라 할 때, 이 혼합기체가 갖는 정압 비열의 값[$J/kg·K$]은? (단, 주어진 조건 이외에는 고려하지 않는다.)
① 1,100
② 1,200
③ 1,300
④ 1,400
①
<정압비열>
$m_{1}C_{1}+ m_{2}C_{2}=( m_{1} + m_{2} ) C_{p} $
<계산과정>
$8 \times 1,000( J/kg·K )+2 \times 1,500( J/kg·K )=(8+2) \times C_{p}$$C_{p} =1,100$문 19. 금속 재료들의 열전도율과 전기전도율이 좋은 순서대로 바르게 나열한 것은?
① Al ＞Cu＞Pb＞Fe
② Cu＞Al ＞Fe＞Pb
③ Al ＞Cu＞Fe＞Pb
④ Cu＞Al ＞Pb＞Fe
②
<열전도율 및 전기전도율>
열 또는 전기가 얼마나 잘 흐르는가를 말한다.
전기전도율이 클수록 고유저항은 낮아진다.
→ 저항이 낮아야 전기가 잘 흐르기 때문이다.
<열전도율 및 전기전도율 순서>
Ag > Cu > Au > Cr > Al > W > Mg > Zn > Ni > Fe > Pt > Sn > Pb > Sb
→ 은구금크알 텅마아니철 백주납안
<선팽창계수>
선팽창계수는 온도가 1℃ 변할 때 단위길이당 늘어난 재료의 길이를 말한다.
Pb > Zn > Mg > Al > Cu > Fe > Cr > Mo
<연성>
가래떡처럼 길게 잘 들어나는 성질
Au > Ag > Al > Cu > Pt > Pb > Zn > Fe > Ni
<전성>
얇고 넓게 잘 펴지는 성질로 가단성과 같은 의미이다.
Au > Ag > Pt > Al > Fe > Ni > Cu > Zn
문 20. 길이 10[cm], 단면 2[cm]×3[cm]의 물체에 3[ton]의 인장력을 가하였을 때, 인장력에 의해 0.1[cm] 늘어났다. 물체에 작용하는 응력[$kgf/cm^2$]과 변형률[%]을 차례로 나열한 것은?
① 50, 1
② 50, 0.1
③ 500, 1
④ 500, 0.01
③
<응력, stress>
물체에 인장, 압축, 굽힘, 비틀림 등의 외력이 작용하면 물체 내부에 그 크기에 대응하여 재료 내부에 저항력이 생기며 이것을 내력이라고 한다. 이 내력을 단위면적으로 나누어 준 것이 바로 응력이다.
<계산과정>
$\sigma = \frac{3,000(kgf)}{2 \times 3(cm^2)}=500kgf/cm^2$
$\frac{0.1(cm)}{10(cm)} \times 100=1$
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