2024년 국가직 9급 기계일반 문제 및 해설

문 01. 금속재료 표면에 주철이나 세라믹 입자를 분사하여 표면층에 압축잔류응력을 발생시키는 가공법은?

① 클래딩(cladding)

② 스퍼터링(sputtering)

③ 숏피닝(shot peening)

④ 진공증착(vacuum deposition)

 

③

<클래딩, cladding>

클래딩은 금속 소재의 표면 위에 내부식성의 다른 금속 재료를 얇은 층으로 깔고 롤이나 기타 방법으로 가압하여 얇게 입히는 공정이다. 특별한 용도로 복수의 층을 클래딩하는 경우도 있다. 대표적인 예로는 순수알루미늄 위에 내부식성 알루미늄합금층을 입히는 알루미늄 클래딩이 있으며(Alclad라고도 함), 강의 표면에 스테인리스강이나 니켈합금층을 입히는 경우도 있다. 피복 재료를 모재 위에 입히기 위해 인발다이(예: 강선에 구리의 피복)나 폭약을 이용하기도 한다. 모재 위에 이종 재료를 깔고 융접시키는 레이저클래딩도 개발되어, 금속 및 세라믹에 성공적으로 적용된 바 있다.

 

<스퍼터링, sputtering>

물리기상증착법의 일종으로, 고에너지의 입자를 증착 물질(타깃)에 조사하여 타깃의 구성원자가 타깃표면으로부터 방출되는 현상을 이용하여 타깃물질을 증착시키는 방식이다. 플라스마에 의해 타깃에 입사되는 알곤 이온이 발생되며 알곤 이온이 타깃과 충돌하여 타깃 내부 원자와 충돌하여 타깃으로부터 외부로 타깃 원자가 방출되어 기판을 전달되어 박막이 증착된다.

 

<진공증착법, vacuum evaporation>

증착재료를 높은 온도와 진공상태에서 기화시킨 후, 모재표면에 피복층을 형성하는 방법이다. 모재온도는 실온, 혹은 실온보다 약간 높게 하며, 복잡한 형상에 대해서도 균일하게 피복할 수 있다. 아크증착법(PVARC)은 국부아크를 발생하는 다수의 아크기화기로 증착재료(음극)를 기화시킨다. 아크는 이온화된 증기로 된 높은 반응성을 가진 플라즈마를 발생시키며, 이 증기는 모재(양극)표면에 응축되면서 증착된다. 용도는 크게 기능용(고온 산화방지용 피복, 전자제품, 광학제품)과 장식용(철물류, 가전제품, 보석류)으로 나눌 수 있다.

 

<숏피닝, shot peening>

숏피닝은 샌드 블라스팅의 모래 또는 그릿 블라스팅의 그릿 대신에 경화된 작은 강구를 금속의 표면에 분사시켜 피로강도 및 기계적 성질을 향상시키는 가공 방법이다.

 

<숏피닝의 특징>

 - 숏피닝은 일종의 냉간가공법이다.

 - 숏피닝 작업에는 청정작업과 피닝작업이 있다.

 - 소재의 두께가 두꺼울수록 숏피닝의 효과가 크다.

 - 표면에 강구를 고속으로 분사하여 표면에 압축잔류 응력을 발생시킨다.

 → 때문에 피로한도와 피로수명을 증가시킨다.

 → 반복하중이 작용하는 부품에 적용시키면 효과적이다.

 → 주로 반복하중이 작용하는 스프링에 적용시켜 피로한도를 높인다.

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문 02. 다음 금속 중 융점이 가장 높고 고온에서 고강도 특성이 있어 전구의 필라멘트선이나 용접 전극으로 활용되는 것은?

① 아연

② 텅스텐

③ 티타늄

④ 마그네슘

 

②

<아연, Zn>
 - 청백색이며, 산업적으로 많이 사용되는 금속이다.
 - 철, 강판, 선재의 아연도금, 주물의 합금원소로 사용된다.
 - 아연도금(galvanizing)이 긁히거나 구멍나는 경우
 → 아연은 양극으로 작용하여 부식으로부터 강(음극)을 보호한다.
 - 합금원소로는 알루미늄, 구리, 마그네슘이 이용된다.
 → 강도를 높이고 주조 시에 치수조절을 용이하게 한다.
 - 초소성합금의 재료로서 파단되지 않고 많은 변형을 할 수 있다.

<텅스텐, W>
 - 공구마모가 증가하고 절삭성이 감소한다.
 - 탄화물을 만들기 쉬워 경도ㆍ내마모성을 증가시킨다.
 → 담금질 효과가 Cr보다 양호하다.
 - 고온경도와 고온강도가 커진다.
 → 전구의 필라멘트선이나 용접 전극으로 활용된다.
 - 탄소강보다 단조, 용접이 곤란하다.
 - 금속 중 융점이 가장 높다.

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문 03. 연강의 인장시험에서 응력과 변형률에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 진응력은 재료에 작용하는 하중을 순간 단면적으로 나눈 값이다.

② 극한강도는 재료가 파괴되지 않고 견딜 수 있는 최대 공칭응력이다.

③ 비례한도 이하에서는 응력과 변형률 사이에 훅의 법칙(Hooke’s law)이 적용된다.

④ 탄성변형은 하중을 제거하여도 변형이 그대로 유지된다.

 

④

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문 04. 응력집중을 완화하기 위한 설계 방안으로 옳지 않은 것은?

① 표면 거칠기 값을 작게 한다.

② 단면 변화를 완만하게 한다.

③ 응력 흐름이 급격하게 되도록 한다.

④ 단이 진 부분의 필렛 반지름을 크게 한다.

 

③

<응력집중>
단면이 급격하게 변하는 부분, 구멍 부분에서 응력이 집중되는 현상

<응력집중계수>
 - 영향을 주는 것은 노치의 형상 및 작용하는 하중의 종류
 - 재질은 아무 상관이 없음
 - 단면부의 평균응력에 대한 노치부의 최대응력의 비
 - 공칭 응력에 대한 최대 응력의 비

<응력집중 완화>
 - 필렛 반지름을 최대한 크게 한다.
 → 단면변화부분에 보강재를 결합하여 응력집중을 완화한다.
 - 축단부에 2~3단의 단부를 설치해 응력 흐름을 완만하게 한다.
 - 단면변화부분에 숏피닝, 롤러압연처리, 열처리 등을 한다.
 - 테이퍼지게 설계, 체결부위에 체결수(리벳, 볼트 등)를 증가시킨다.
 - 2단축에서는 단면변화율을 작게한다. (D/d를 작게한다.)

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문 05. 베어링의 호칭 번호가 ‘6212 ZZ’일 때, 내륜에 조립되는 축의 기준 치수[mm]는?

① $\oslash $12

② $\oslash $24

③ $\oslash $60

④ $\oslash $62

 

③

<6212 ZZ>
6: 단열 깊은 홈 볼 베어링(형식 기호)
2: 경하중(치수 계열 기호)
12: 안지름 60 mm(안지름 번호)
ZZ: 양쪽 실드(실드 기호)

<베어링 하중>
0, 1 특별 경하중
2 경하중
3 중간하중
4 고하중

<베어링 안지름>
00 10
01 12
02 15
03 17

<베어링 기호 종류>
C 접촉각 기호
V 리테이너 기호
DB 조합기호
C2 틈새기호
Z 실드기호

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문 06. 회전수가 N[rpm]이고 전달 토크가 T[Nㆍm]인 축의 전달 동력[W]은?
① $\frac{ \pi TN}{30} $
② $\frac{ \pi TN}{60} $
③ $\frac{30}{ \pi TN} $
④ $\frac{60}{ \pi TN} $

 

①

<축에 걸리는 동력>            <각속도>

$H (W)=T \omega $         $ \omega = \frac{2 \pi N}{60} $

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문 07. (가)와 같이 테이퍼진 공작물을 선반가공으로 만들기 위해서 (나)와 같이 심압대를 편위할 때, 심압대 편위량(e)은?

 

①

<심압대의 편위량>               <공구대의 회전각>
$x= \frac{L(D-d)}{2l} $              $tan \alpha = \frac{D-d}{2l} $

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문 08. 소성가공에 해당하지 않는 것은?

① 압연가공

② 인발가공

③ 프레스가공

④ 플레이너가공

 

④

<소성가공의 종류>

압연, 인발, 압출, 단조, 전조, 프레스, 판금, 압연, 제관, 널링

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문 09. 주물사의 특징에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 입자가 작으면 통기성이 좋아진다.

② 입자가 작으면 주물의 표면이 우수해진다.

③ 고온에서 견딜 수 있도록 내화성이 커야 한다.

④ 주물사에 점결제(binder)를 혼합하면 성형성이 향상된다.

 

①

<주물사의 조건>
 - 형태로 만들기 좋은 성형성이 있어야 한다.
 - 가스가 잘 통하는 통기성이 있어야 한다.
 - 열을 전달하는 열전도성이 불량해야 한다.
 → 쇳물이 빨리 응고하지 않도록 유동성을 향상시켜야 한다.
 - 높은 온도에서 용해되지 않는 특성이 있어야 한다.
 - 불에 견디는 내화성(내열성)이 크고 화학적 변화가 없어야 한다.
 - 주물사는 주입된 쇳물의 응고와 수축에 대하여 신축성이 있어야 한다.
 - 모양을 유지할 수 있도록 적당한 결합력·강도를 가져야 한다.
 - 주물 표면에서 이탈이 잘 되도록 붕괴성이 있어야 한다.
 → 응고 후 주형 파괴나 주물을 주형에서 뽑아내는 작업이 쉬워야 한다.
 - 온도를 품고 있는 능력인 보온성이 있어야 한다.
 - 쉽게 노화되지 않고 용융금속을 품고 있는 능력인 복용성이 있어야 한다.
 - 적당한 알갱이 크기, 즉 적당한 입도를 가져야 한다.
 → 입자가 크면 사이사이 공간이 많아서 통기성이 커진다.
 → 입자가 작으면 주물의 표면이 우수해지나, 통기성이 안 좋다.
 - 가격이 싸고 구입이 용이해야 한다.

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문 10. 잔류응력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 압축잔류응력은 피로수명을 향상시킨다.

② 인장잔류응력은 파괴강도를 저하시킨다.

③ 압축잔류응력은 응력균열을 발생시킨다.

④ 잔류응력은 풀림 처리를 통해 제거될 수 있다.

 

③

<잔류 응력, residual stress>

 - 외력을 제거한 후에도 재료에 남아서 계속 존재하는 응력

 - 압축잔류응력은 피로수명과 파괴 강도를 향상시킨다.

 - 인장잔류응력은 응력부식균열을 발생시킬 수 있다.

 - 인장잔류응력은 피로수명과 파괴 강도를 저하시킨다.

 - 잔류응력은 물체 내의 온도구배에 의해 생길 수 있다.

 - 풀림처리를 통하여 잔류응력을 제거하거나 감소시킬 수 있다.

 - 소성변형을 추가하여 잔류응력을 제거하거나 감소시킬 수 있다.

 - 실온에서도 충분한 시간을 두고 방치하면 잔류응력을 줄일 수 있다.

 - 소재의 불균일 변형으로 발생한다.

 - 외력 제거된 상태에서 내력 정적 평형조건이 만족하도록 분포한다.

 

<잔류 응력에 의해 나타나는 현상>

 - 변형 및 뒤틀림

 - 경도 증가

 - 피로수명 감소

 - 응력부식균열

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문 11. 회전하는 주형을 이용하여 파이프, 관, 실린더 라이너 등과 같이 속이 빈 주물을 제작하는 데 적합한 주조법은?

① 셸 주조

② 진원심 주조

③ 다이캐스팅 주조

④ 인베스트먼트 주조

 

②

<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>

회전하는 주형을 이용하여 파이프, 관, 실린더 라이너 등과 같이 속이 빈 주물(중공)을 제작하는 데 적합한 주조법이며, 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 기계 가공을 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.

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문 12. 압입자로 재료를 눌렀을 때 생기는 압입 자국을 이용한 경도 시험법이 아닌 것은?

① 쇼어(Shore) 경도 시험법

② 브리넬(Brinell) 경도 시험법

③ 비커스(Vickers) 경도 시험법

④ 로크웰(Rockwell) 경도 시험법

 

①

<쇼어 경도, shore hardness>

시험편 위의 일정한 높이에서 일정한 형상과 중량을 가지는 다이아몬드 해머를 낙하시켜 반발하여 올라가는 높이로부터 경도를 측정하는 것으로 완성품의 경도 시험에 적합하다.

 

<브리넬 경도, brinell hardness>

강구 압입체를 사용하여 시험면에 구형 오목부의 자국을 만들었을 때의 하중을 영구 변형된 자국의 지름으로부터 구해진 표면적으로 나눈 값으로 종류로는 유압식, 레버식 등이 있으나 현재는 유압식을 많이 사용한다.

 

<비커스 경도, vickers hardness>

꼭지각이 136°의 정사각뿔인 다이아몬드 압입체를 일정한 시험 하중으로 시료의 시험면에 압입하여 생긴 영구 오목부의 크기로부터 시료의 경도를 측정하는 KS에서는 시험 하중 0.49~490 N(5kgf~50kgf)에서의 시험 방법이 규정되어 있다. 또한 시험 하중 9.8N(1kgf) 이하의 시험은 미소 경도 시험으로 구분한다. 하중을 가하는 시간은 캠의 회전 속도로 조절한다.

 

<로크웰 경도, rockwell hardness>

로크웰 경도는 기본 하중(10kgf)과 시험 하중으로 인하여 생긴 압입 자국의 깊이 차(h)로 측적 하는데, 지름이 1.558mm인 강구를 누르는 방법과 꼭지각이 120°, 선단의 반지름 0.2mm인 원뿔형 다이아몬드를 누르는 방법의 2가지가 있다. 전자를 로크웰 경도치 B스케일(HRB, 시험 하중: 100kgf), 후자를 로크웰 경도치 C스케일(HRC, 시험 하중: 150kgf)이라고 하며, B스케일은 비교적 연질인 시편의 경도 측정에 이용되고, C스케일은 경질 강재 및 담금질 시편의 측정에 이용된다.

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문 13. 외접 기어펌프에서 발생할 수 있는 오일 폐입(trapping) 현상을 예방하기 위한 방법만을 모두 고르면?

 

ㄱ. 인벌류트 치형을 사용한다.

ㄴ. 정현파(sine curve) 형태의 특수한 치형을 사용한다.

ㄷ. 기어 맞물림 부분의 측판에 릴리프 홈을 둔다.

ㄹ. 전위기어를 사용하여 기어 물림률을 1보다 크게 한다.

 

① ㄱ, ㄷ

② ㄱ, ㄹ

③ ㄴ, ㄷ

④ ㄴ, ㄹ

 

③

<기어펌프의 폐입현상>

한 쌍의 기어가 맞물려 회전할 때 이가 물리기 시작하여 끝날 때까지의 둘러싸인 공간이 흡입측이나 토출측에 통하지 않는 상태의 용적이 생기는 현상이다. 오일은 비압축성유체이므로 폐입부분에서 압축시에는 고압이, 팽창시에는 진공이 형성된다. 이 영향으로 기어의 진동 및 소음의 원인이 되고 오일 중에 녹아있던 공기가 분리되어 기포가 형성되어 불규칙한 맥동의 원인으로 베어링 하중 및 축동력의 증대를 가져온다. 이를 방지하기 위해서는 토출구에 릴리프홈을 만들거나 높은 압력의 기름을 베어링 윤활에 사용한다.

 

<폐입현상의 특징>

 - 폐입부분에서 압축 시에는 고압이, 팽창 시에는 진공이 형성된다.

 → 이 영향으로 기어의 진동 및 소음의 원인이 된다.

 - 오일 중에 녹아있던 공기가 분리되어 기포가 형성된다.

 → 불규칙한 맥동의 원인으로 베어링 하중 및 축동력의 증대를 가져온다.

 

<폐입현상의 방지>

 - 토출구에 릴리프 홈이 적용된 기어를 사용한다.

 → 기어 맞물림 부분의 측판에 릴리프 홈을 둔다.

 - 높은 압력의 기름을 베어링 윤활에 사용한다.

 - 정현파(sine curve) 형태의 특수한 치형을 사용한다.

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문 14. 유압 작동유의 점도에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 유압 작동유의 온도가 상승하면 점도가 낮아진다.

② 점도 지수가 클수록 온도에 따른 점도 변화가 작아진다.

③ 유압 작동유의 점도가 낮아질수록 제어밸브의 누설이 증가한다.

④ 유압 작동유의 점도가 높아질수록 유압펌프의 효율이 증가한다.

 

④

<유압기기에 사용되는 작동유의 구비조건>
 - 동력을 전달시키기 위해 비압축성이어야 한다.
 → 비압축성이어야 밀어버린 만큼 그대로 밀린다.
 - 인화점과 발화점이 높아야 한다.
 - 유연하게 유동할 수 있는 점도가 유지되어야 한다.
 - 온도에 의한 점도 변화가 작아야 한다. 즉, 점도지수가 커야 한다.
 - 거품이 일지 않고 수분을 쉽게 분리시킬 수 있어야한다.
 - 장시간 사용해도 물리적, 화학적 성질의 변화가 없어야 한다.
 - 열을 방출시키는 방열성이 높고, 체적탄성계수가 커야한다.
 → 체적탄성계수가 커야 압축하기 어려우므로 비압축성에 가까워진다.
 - 비중과 열팽창계수가 작아야 한다.
 - 증기압이 낮고, 비등점이 높아야 한다.
 - 소포성과 윤활성, 방청성이 좋아야 한다.

<유압 작동유의 점도가 너무 높은 경우>
 - 마찰 때문에 밸브나 액추에이터의 응답성이 떨어진다.
 → 동력 손실 증가로 기계효율의 저하를 가져온다.
 - 소음이나 공동현상이 발생한다.
 - 내부 마찰 증대에 의해 온도가 상승하고 인화성이 높아진다.
 - 유동 저항의 증가로 인한 압력손실이 커진다.
 → 관내 저항에 의해 압력이 상승한다.
 - SAE 번호가 높고, 유압기기 작동이 불활발해진다.

<유압 작동유의 점도가 너무 낮은 경우>
 - 유압모터 및 펌프 등의 용적효율 저하를 가져온다.
 - 압력 유지가 곤란해지고, 정확한 작동과 정밀한 제어가 곤란해진다.
 - 기기 마모가 증대하여 운동부의 윤활성이 나빠진다.
 - 내부 오일 누설이 커진다.

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문 15. 이미 생성된 구멍을 선반가공으로 확대할 때 적합한 것은?

① 널링(knurling)

② 보링(boring)

③ 슬로팅(slotting)

④ 단면절삭(facing)

 

②

<널링, knurling>

미끄러짐을 방지할 목적으로 손잡이 부분을 거칠게 하는 것과 같이 원통형 표면에 규칙적인 모양의 무늬를 새긴다.

 

<보링, boring>

드릴로 이미 뚫어져 있는 구멍을 넓히는 공정으로 편심을 교정하기 위한 가공이며, 구멍을 축방향으로 대칭을 만드는 가공이다.

 

<슬로팅, slotting>

키 홈, 평면, 각 구멍, 곡면 및 특수현상 가공 등이 가능하고 원형 테이블의 설치로 분할 작업도 가능하므로 스플라인, 세레이션 등의 가공도 가능하다.

 

<단면절삭, facing>

다른 부품과 연결할 목적으로 단면을 편평하게 가공하거나, O-링자리 같은 단면 홈을 가공하는 작업

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문 16. 냉동기의 냉매가 가져야 할 조건으로 옳은 것만을 모두 고르면?

 

ㄱ. 저온에서도 증발압력이 대기압보다 커야 한다.

ㄴ. 표면장력이 커야 한다.

ㄷ. 비열비가 커야 한다.

ㄹ. 임계온도가 높고 상온에서 액화하여야 한다.

 

① ㄱ, ㄷ

② ㄱ, ㄹ

③ ㄴ, ㄷ

④ ㄴ, ㄹ

 

②

<냉매의 구비조건>
 - 증발잠열이 크고, 저온에서도 증발압력이 이상일 것
 - 임계온도가 높고, 상온에서 액화가 가능해야 할 것
 - 상온에서 비교적 저압으로도 액화할 수 있고 응축압력이 낮을 것
 - 응고온도가 낮고, 액체 비열이 작을 것
 - 윤활유와 냉매의 상용성이 있을 것
 - 점도가 작고, 전열작용이 양호하며, 표면장력이 작을 것
 - 환경 친화성이 있고, 비열비가 작을 것
 - 절연내력이 크고, 절연물을 침식하지 않을 것
 - 화학적으로 안정하고, 인화성 및 폭발성이 없을 것
 - 인체에 무해하고, 누설되어도 물품에 손상이 없을 것
 - 악취가 없고, 가격이 쌀 것
 - 증기의 비체적이 작아야 하고, 부식성이 없어야 할 것
 → 작다: 저압액화, 응축압력, 응고온도, 액체비열, 점도, 표면장력, 비체적

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문 17. 압출공정에서 발생하는 결함이 아닌 것은?

① 수축공

② 표면균열

③ 파이핑 결함

④ 중심부 결함

 

①

<수축공, shrinkage cavity>
부적절한 라이저에 의하여 용탕의 공급이 불충분하여 생기는 결함을 수축공이라고 한다. 조심해야 하는 것은, 주탕불량(misrun) 미스런인데 이것은 낮은 용탕 주입온도로 인해 용융금속이 주형을 완전히 채우지 못하고 응고된 것을 말한다. 구분을 잘 하자.

<표면균열, surface cracking>
대나무 결함이라고도 하며 압출온도, 마찰, 속도 등이 너무 높아서 표면온도가 급증하여 표면에 생기는 균열

<파이프 결함, pipe defect>
압출 후반부에 압출판이 데드영역을 건드리면, 정상 상태의 유동에서 벗어나기 시작하여 압출판과 소재의 접촉면의 중심에 인장이 작용되어 소재의 중심부가 압출판으로부터 떨어지면서 압출제품의 중심부가 비는 현상이며 extrusion defect, tailpipe, fishtailing 등으로도 부른다.

<셰브론 균열, 세브론 균열, chevron cracking>
다이 내의 변형영역에서 중심선을 따라 정수압으로 생긴 인장응력 상태(2차 인장응력) 중심부 균열로 인하여 제품 중심부에 발생되는 결함으로 내부결함, 중심부 균열이라고도 한다.

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문 18. 평벨트 전동에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 벨트와 풀리 사이의 마찰이 없으면 장력비는 1이다.

② 림의 중앙부를 높게 하여 벨트의 이탈을 방지할 수 있다.

③ 바로 걸기에서 벨트의 이완부가 위로 가면 접촉각이 감소한다.

④ 유효장력이 증가하면 크리핑(creeping) 현상이 발생할 수 있다.

 

③

<벨트전동의 특징>
 - 장력비는 아이텔바인(Eytelwein)식을 적용하여 계산이 가능하다.
 - 접촉부분에 약간의 미끄럼으로 인해 정확한 속도비를 얻지 못한다.
 - 큰 하중이 작용하면 미끄럼에 의한 안정장치를 할 수 있다.
 - 구조가 간단하며 값이 저렴하고 비교적 정숙한 운전이 가능하다.
 - 벨트와 풀리 사이의 마찰이 없으면 장력비는 1이다.
 - 림의 중앙부를 높게 하여 벨트의 이탈을 방지할 수 있다.
 - 바로 걸기에서 벨트의 이완부가 위로 가면 접촉각이 크게된다.
 → 긴장측은 아래측이 되고, 미끄럼이 적게된다.
 - 유효장력이 증가하면 크리핑(creeping) 현상이 발생할 수 있다.
​ - 크리핑과 플래핑으로 인해 종동 풀리는 약 2~3%의 슬립이 발생한다.
 - 풀리의 접촉각이 커지면 더 큰 동력전달이 가능하다.
 → 엇걸기가 접촉각이 더 커서 큰 동력전달 가능하다.
 → 벨트가 비틀리기 때문에 마멸하기가 쉽다.
 → 벨트 너비가 넓다면 많이 비틀리므로, 너비는 가능한 좁게 설계한다.

<크리핑, creeping>
벨트가 풀리 림면을 기어가는 현상, 벨트에 작용하는 이완측 장력과 긴장측 장력의 차이로 인해, 긴장측 장력이 더 크기 때문에 이완측을 땡기므로 이완측이 슬슬 기어온다. 장력차에 의해 속도가 늦어지므로 벨트가 풀리의 림면을 기어간다.
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<플래핑, flapping>
벨트가 파도치며 덜덜거리는 현상, 축간거리가 길고 너무 고속으로 움직일 때 발생한다.

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문 19. 다음 설명에 해당하는 제조 방법은?

 

○ 대표적인 재료로 종이나 폴리머를 사용한다.

○ 돌출부나 깨지기 쉬운 부분을 지지하기 위한 별도의 지지구조(support)가 필요하지 않다.

 

① 폴리젯(polyjet)

② 광조형법(stereolithography)

③ 융해용착모델링(fused-deposition modeling)

④ 박판적층공정(laminated-object manufacturing)

 

④

<폴리젯, polyjet>

고체평면프린법(SGC)라고도 하며 3D 프린터의 일종이며 종이에 글자를 인쇄하는 기존 잉크젯 프린터가 노즐을 통해 액체 상태의 잉크를 분사하는 것과 같이 폴리젯 3D 프린터는 노즐에서 플라스틱 수지를 분사한다. 자외선램프에 반응해 액체에서 고체로 변화하는 특수 플라스틱 수지를 활용해 적층하는 방식이다. 매우 얇게 소재를 분사해 정밀한 모형을 만들 수 있다는 점이 폴리젯 방식 3D 프린터의 가장 큰 장점이다. 물체를 인쇄해 모형을 완성하는 속도도 다른 3D 프린터와 비교해 빠르다. 또 원료에 다양한 색깔을 더해 최종적으로 완성되는 모형에 다양한 색상을 입히는 것도 가능하다. 이 같은 특징 덕분에 정밀한 모형을 제작해야 하는 산업이나 빠른 속도로 모형을 찍어내야 하는 업계에서 폴리젯 방식의 3D 프린터를 선호한다. 하지만 소재의 종류가 매우 한정적이라는 점은 폴리젯 방식의 한계로 꼽힌다.

 

<폴리젯의 특징>

 - 가장 높은 생산 능력: 대형 배치로 부품을 제작 가능

 - z축 정확도 특히 우수함

 - 표면을 황삭하여 층과 층 사이의 접착을 촉진 가능

 - 형상의 수와 관계없이 각 층을 만드는데 걸리는 시간이 같음

 → 형성시간을 매우 정확하게 예측 가능: 보통 층당 1분 정도

 - 이미 제작된 여러 개의 조립품으로 미리 조립된 구조물을 제작 가능

 → 치수 공차를 이유로 부품의 조립을 제한하지 않음

 - 전체 정확도가 떨어짐: 해칭 방식 불가능

 - 공정의 단계가 많음 → 크고, 무겁고, 고가의 장비 사용 요구

 - 공장의 복잡성 때문에 신뢰성이 문제가 됨 → 전문 작업자 필요

 - 많은 사용자가 왁스를 제거하는데 어려움을 겪음

 

<스테레오리소그래피, STL: stereolithography>

입체 모델링 인쇄기법 혹은 입체 석판인쇄술이라고도하며 사진반응 중합체가 자외선에 반응하여 고형화 및 중합체화되는 원리를 이용한 기술로, 물체를 제작하기 위해 액상을 넣어든 탱크 내에 준비된 베이스를 미세하게 하강하여 매우 얇게 액상 수지층을 형성하는 기술이다.

 

<융해용착모델링, fused deposition modeling>

가열 다이의 작은 구멍을 통해 열가소성 플라스틱 필라멘트를 필요한 위치에 녹여서 공급하는 방법으로 다른 방법에 비해 작업시간이 짧다. 최초의 개시층은 받침판 위에 지정된 경로를 따라 압출헤드를 움직이면서 일정 속도로 필라멘트를 공급하여 만든다. FDM 공정에서 층두께는 압출다이의 구멍직경으로 결정된다. 구멍직경은 0.03 ~ 0.12mm 정도로, 이는 수직방향으로 얻을 수 있는 치수공차이기도 하다. FDM으로 조형된 제품을 자세히 보면 경사면에 단이 진 것을 알 수 있다. 이러한 표면거칠기를 개선하려면 화학증착연마법이나 가열공구를 사용하여 표면을 매끈하게 처리하거나, 연마용 왁스를 사용하여 표면을 피복한다. 하지만 이들 마무리작업을 주의 깊게 적용하지 않으면, 전체 치수공차가 불량해진다.

 

<박판적층공정, LOM, Laminated Object Manufacturing>

개체 접합 조형, 박막적층방식이라고 불리는 이 방식은 디자인한 모델의 단면 모양대로 잘려진 점착성 있는 종이, 플라스틱(폴리머), 금속판 등을 접착제로 한층 한층 붙여 형상을 만드는 방식이다. 이 방식은 이해하기 쉬우면서 화학반응이나 열처리 과정이 없어 다른 방식에 비해 매우 간단한 방식이다.

 

<박판적층공정의 원리>

접착제가 코팅된 소재를 공급해 칼이나 레이저로 자르고 한 레이어가 완성되면 플렛폼이 하강하면서 새로운 시트를 공급하고 가열된 롤러를 이동해 시트에 접착제를 용융시킨다. 재료 시트가 가열된 롤러로 기본 구조물에 붙여지고, 레이저가 모델 한층의 형상대로 잘라내고 그 외 필요없는 부분은 제거된다. 적층이 완료된 플랫폼은 하강한 뒤 새 재료 시트가 플랫폼 위로 다시 올라간다. 그 후 적층 될 층을 조형중인 모델에 붙이기 위해 플랫폼이 다시 위로 올라간다. 위 과정을 반복해 형상을 만든다.

 

<박판적층공정의 특징>

 - 절삭가공방식과 적층가공방식을 혼합한 방식이다.

 - 다른 3D프린팅 방식과 달리 내부가 빈 형태의 프린팅은 불가능하다.

 - 비용이 저렴하고, 목재 재질 형상 구현이 가능하다.

 - 화학반응이나 열처리 과정이 불필요하다.

 - 실사와 같은 색상으로 출력 가능하다.

 - 시트 소모가 많고 재료 사용 유연성이 떨어진다.

 - 종이를 사용할 경우 내구성이 약하다.

 - 지지하기 위한 별도의 지지구조(support)가 필요하지 않다.

 

<신속조형기술별 초기 재료의 형태>

- 액체: 스테레오리소그래픽(STL), 폴리젯, 융착모델링(FDM)

- 분말: 선택적 레이저소결(SLS), 3차원인쇄(3DP), 전자빔용융(EBM)

- 종이(박판 폴리머): 박판적층법(LOM)

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문 20. 다음과 같은 특성을 가진 열처리는?

 

○ 경화된 강 중의 잔류 오스테나이트를 마르텐사이트화시킨다.

○ 공구강의 경도를 향상시킨다.

○ 시효(aging)에 의한 형상변화 및 치수변화를 방지할 수 있다.

 

① 풀림 처리(annealing)

② 침탄 처리(carburizing)

③ 불림 처리(normalizing)

④ 심냉 처리(sub-zero treatment)

 

④

<심랭처리, 서브제로 처리>

강을 담금질한 후 0℃ 이하로 냉각하는 처리로서 잔류 오스테나이트를 마텐자이트화 하는 것이 목적이다. 고속도강이나 공구강을 담금질하면 오스테나이트의 일부가 잔류한다.

 

<서브제로처리의 특징>

 - 잔류 오스테나이트를 마텐자이트화한다.

 - 공구강의 경도증가와 성능을 향상시킨다.

 - 스테인리스강에는 우수한 기계적 성질을 부여한다.

 - 시효경화에 의한 치수변화가 없어진다.

 

<서브제로처리의 목적>

 - 담금질한 조직의 안정화(stabilization)

 - 게이지강 등의 자연시효(seasoning)

 - 공구강의 경도증가와 성능향상

 - 수축끼워맞춤(shrink fit) 등을 위해

 

일반적으로 담금질한 강에는 약간(5~20%)의 오스테나이트가 잔류하는 것이 되므로 이것이 시일이 경과되면 마텐자이트로 변화하기 때문에 모양과 치수 그리고 경도에 변화가 생긴다. 이것을 경년변화라고 한다. 서브제로 처리를 하면 잔류오스테나이트가 마텐자이트로 변해 경도가 커지고 치수변화가 없어진다. 게이지류에 서브제로처리를 하면 시효변형을 방지할 수 있으며, 공구강 특히 고속도강을 처리하면 경도가 증가해서 절삭성능이 향상된다.

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