문 01. 연강의 인장시험에서 알 수 있는 재료의 물성치가 아닌 것은?
① 경도(hardness)
② 연신율(elongation)
③ 탄성계수(modulus of elasticity)
④ 인장강도(tensile strength)
①
<인장시험을 통해 얻을 수 있는 성질>
- 표점 거리, 항복 연신율, 파단 연신율, 단면 수축률
- 인장강도, 상항복점, 하항복점
- 내력, 푸아송 비, 탄성계수
- 시험편 평행부의 원 단면적
<응력-변형률 선도에서 알 수 없는 것>
- 푸안경(푸아송 비, 안전율, 경도)
문 02. 고온에서 강에 탄성한도보다 낮은 인장하중이 장시간 작용할 때 변형이 서서히 커지는 현상은?
① 피로
② 크리프
③ 잔류응력
④ 바우싱거 효과
②
<피로, fatigue>
장시간 재료가 반복하중을 받으면 파괴되는 현상
<크리프, creep>
금속재료를 고온에서 오랜 시간 외력을 걸어놓 으면 시간의 경과에 따라 천천히 그 변형이 증가하는 현상을 크리프(creep)라 하고 이 변형이 증대될 때의 한계력을 크리프 한도(creep limit)라 한다.
<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.
<바우싱거 효과, bauschinger effect>
재료에 탄성 한계 이상의 하중을 한쪽에 가한 다음에 반대 방향에 하중을 가할 때는 처음부터 그 방향으로 하중을 가했을 때보다도 비례 한계 또는 항복점이 현저하게 저하하는 현상이다. 이것은 다결정 금속뿐만 아니라 단결정에도 존재한다.
<사용조건과 기준강도>
| 상온·정하중 취성재료 | → | 극한강도(인장강도) | ||
| 상온·정하중 연성재료 | → | 항복점 및 내력 | ||
| 고온·정하중 연성재료 | → | 크리프 한도 | ||
| 반복하중 | → | 피로한도 | ||
| 좌굴 | → | 좌굴응력(좌굴강도) | ||
문 03. 그림과 같이 원주를 따라 슬릿(slit)이 배열된 관형구조의 선삭용 공작물 고정장치는?
① 면판
② 콜릿
③ 연동척
④ 단동척
②
<면판, face plate>
선반 작업에서 척으로 고정할 수 없는 큰 공작물이나 불규칙한 일감을 고정할 때 사용하며, 돌림판과 비슷하지만 돌림판보다 크며 공작물을 직접 또는 앵글플레이트 등을 이용하여 볼트를 고정한다.
<콜릿척, collet>
샤프연필의 끝처럼 갈라진 틈을 조여 공작물을 물리는 척이다. 여러 개의 조로 공구나 공작물를 물려주는 부속장치이며 터릿선반이나 자동선반에서 지름이 작은 공작물이나 각봉을 대량가공할 때 사용하며 보통선반에서는 주축의 테이퍼 구멍에 슬리브를 꽂고 여기에 척을 끼워 사용한다.
<연동척, universal chuck>
연동척은 만능적으로 스크롤척(scroll chuck)이라고도 하며 3개의 조(haw)가 동시에 움직이도록 되어 있어 원형, 정삼각형의 공작물을 고정하는데 편리하다. 단면이 불규칙한 공작물은 고정이 곤란하며 편심을 가공할 수 없다. 또한 고정력은 단동척보다 약하며 조(jaw)가 마멸되면 척의 정밀도가 떨어지는 결점이 있다.
<단동척, independent chuck>
단동척의 몸체는 주철 또는 주강품이며, 조(jaw)는 경화강으로 만든다. 4개의 조(jaw)가 각각 단독으로 움직일 수 있어 불규칙한 일감을 고정하는데 편리하게 되어 있다. 그러나 공작물의 중심을 정확하게 맞추기 위해서는 오랜 시간과 숙련이 필요하다.
문 04. 선반 가공에서 발생하는 불연속형 칩에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 칩 브레이커에 의해 발생한다.
② 가공면은 우수한 표면 정도를 갖는다.
③ 취성이 큰 재료를 작은 경사각과 큰 절삭깊이로 가공할 때 발생한다.
④ 공구와 칩 사이의 마찰로 인하여 공작물 재료의 일부분이 절삭날 근처의 경사면에 들러붙어 발생한다.
③
<균열형 칩, crack type>
불연속형 칩(discontinuous chip)이라고도 하며, 주철과 같은 취성이 큰 재료를 저속으로 절삭할 때 순간적으로 공구의 날끝 앞에서 일감에 균열이 일어나며 이 때 발생하는 칩으로 진동때문에 날끝에 작은 파손이 생기고 깎여진 면도 매우 나쁘게 된다.
<균열형 칩의 발생>
- 주철과 같은 취성재료를 저속 절삭할 때
- 작은 경사각과 절삭깊이를 깊게 가공할 때
- 진동 때문에 날 끝에 작은 파손이 생겨 채터가 발생할 확률이 큼
문 05. 기계공작용 측정기에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 다이얼 게이지는 구멍의 안지름을 측정할 수 있다.
② 블록 게이지는 원기둥의 진원도를 측정할 수 있다.
③ 마이크로미터는 회전체의 흔들림을 측정할 수 있다.
④ 버니어 캘리퍼스는 원통의 바깥지름, 안지름, 깊이를 측정할 수 있다.
④
<다이얼 게이지, dial gauge>
랙과 피니언 기구를 이용해서 측정자의 직선운동을 회전운동으로 변환시켜 눈금판에 나타내는 게이지. 즉, 측정자의 움직임을 확대하여 지침의 회전 변위로 변환시켜 눈금을 읽어 길이를 측정한다. 연속된 변위량을 측정할 수 있으며 원통의 진원도, 원통도, 공작물의 높낮이, 축의 흔들림 등의 측정에 사용되는 비교측정기다.
<블록 게이지, block gauge>
연구소 참조용(AA형, 00급), 일반용·표준용(A형, 0급), 검사용(B형, 1급), 공작용(C형, 2급) 등 다양하게 사용된다. 길이측정의 기구로 사용되며 여러 개를 조합하여 원하는 치수를 얻을 수 있다.
<마이크로미터, micrometer>
정밀하게 가공된 나사의 피치(pitch)와 그 회전각을 이용하여 길이의 변화를 나사의 회전각과 지름에 의해 확대 후, 그 확대된 길이에 눈금을 붙여 작은 길이의 변화를 읽어낼 수 있게하여 측정하는 것이다. 슬리브와 심블의 눈금을 이용하여 공작물의 바깥지름, 안지름, 깊이, 단차 등을 측정하는 데에 사용한다. 마이크로미터에 사용하는 나사는 삼각나사이며, 그 리드는 0.5mm 이다.
<버니어 캘리퍼스, vernier calipers>
자와 캘리퍼스가 적용되어 피측정물의 외경, 내경, 깊이, 단차 등의 길이 측정을 하는 측정기
문 06. 축이음 기계요소에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 원판 클러치와 원추 클러치는 구동축과 종동축 사이에 있는 접촉면의 마찰력에 의하여 동력을 전달한다.
② 유니버설 조인트의 구동축과 종동축이 평행하지 않을 때, 축의 회전각도에 따라 종동축과 구동축의 각속도비가 일정하지 않고 변동한다.
③ 올덤 커플링은 두 축이 평행하고 축중심이 약간 편심되어 있는 경우에 사용하는 축이음으로 원심력에 의한 진동 때문에 고속 회전에는 부적합하다.
④ 플렉시블 커플링은 두 축의 중심을 일치시키기 어렵거나 진동이 발생하기 쉬운 경우에 사용하는 커플링으로서 동작 중에 연결하거나 분리할 수 있다.
④
<커플링, coupling>
운전 중에는 탈착이 불가능하고 장치한 후에는 분해하지 않으면 연결을 분리할 수 없는 기계요소
<클러치, clutch>
원동축에서 종동축으로 동력을 전달할 경우, 두 축 사이에 설치하여 원동축을 정지시키지 않으면서 동력을 끊고 연결할 수 있는 기계요소
문 07. 경도에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 다이아몬드는 지금까지 알려진 재료 중 경도가 가장 높아 깨지지 않는다.
② 경도는 압입에 대한 재료의 저항값으로, 높은 경도의 재료는 내마모성이 좋다.
③ 브리넬 경도는 구형 압입체를 시험편에 누른 후 압입하중과 압입자국의 직경을 이용하여 측정한다.
④ 로크웰 경도는 압입체를 시험편에 초기하중으로 누른 후, 시험하중을 가해 발생하는 추가적인 압입깊이를 이용하여 측정한다.
①
<다이아몬드는 깨질까?>
보석에서의 강도를 나타내는 두 가지 물리적 성질은 경도와 인성이 있다. 보석에서 경도는 긁힘에 대한 저항성으로 보며, 이 성질을 가지고 이야기할 때 다이아몬드는 어떤 것과 비교해도 가장 강한 보석이다. 하지만 다른 하나로 깨짐에 대한 저항성, 즉 인성은 가장 강한 강도를 보이지 않는다. 루비, 사파이어보다 약하다. 다이아몬드는 특정 방향에서 크지 않은 충격으로도 깨지는 벽개라는 특성을 가지는 보석이다. 소위 고유진동수로 인한 파손마냥 특정 상황에서 잘 깨지게 되는 것이다. 이 특성은 다이아몬드의 원석을 가공할 때 이용하게 되며, 8면체에 평행한 방향으로 깨지는 특징을 가지고 있다. 결론적으로 다이아몬드는 진짜 거의 긁히지 않는 보석이지만, 깨질 수 있는 보석이다.
문 08. 유체의 유량을 측정하는 장치로 옳지 않은 것은?
① 위어(weir)
② 오리피스(orifice)
③ 액주계(manometer)
④ 벤투리미터(venturi meter)
③
<유속 측정>
피토관, 피토정압관, 레이저 도플러 유속계, 시차액주계 등
<유량 측정>
벤투리미터, 유동노즐, 오리피스, 로터미터, 위어 등
문 09. 재료의 피로수명을 향상시킬 수 있는 공정으로 옳지 않은 것은?
① 연마
② 표면경화
③ 전기도금
④ 숏피닝(shot peening)
③
<전기도금을 진행하면 피로수명이 줄어드는 이유>
도금된 조직과 내부의 물질이 끌어당기게 되어 인장잔류응력이 발생하여 피로성질이 저하된다. 반면에 나머지 가공들은 압축잔류응력을 발생시켜 표면의 조직을 서로 밀착시키기 때문에 조직을 강하게 만든다. 따라서 압축잔류응력이 피로한도와 피로수명을 증가시킨다.
<피로한도를 증가시키는 공정>
- 숏피닝, 열처리, 전조, 냉간인발, 표면압연, 연마 등
문 10. (가)와 (나)가 같은 크기의 물리량으로 짝지어지지 않은 것은? (단, 중력가속도는 9.8 m/s²이다.)
(가) (나)
① 3,000 rpm 100π rad/s
② 1 PS 75 J/s
③ 1 MPa 1,000 kN/m²
④ 100 kgf 980 N
②
<PS>
1 PS = 75 kgf·m/s = 735 W
문 11. 둥근키에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 축을 키의 폭만큼 평평하게 깎아서 키를 때려 박아 토크를 전달한다.
② 기울기가 없는 키를 사용하여 보스가 축 방향으로 이동할 수 있도록 하면서 토크를 전달한다.
③ 키 홈을 파지 않고 축과 보스 사이에 원추(원뿔)를 끼워 박아서 마찰력으로 토크를 전달한다.
④ 축과 보스를 끼워 맞춤하고 축과 보스 사이에 구멍을 가공하여 원형단면의 평행핀 또는 테이퍼핀을 때려 박아서 토크를 전달한다.
④
<평키, flat key>
납작키라고도 하며, 납작한 장방형 단면의 키이다. 보스에만 홈을 파고, 키폭만큼 닿는 부분을 평평하게 절삭하며, 이곳에 키를 때려 박아 사용되며 하중이 많이 걸리지 않는 곳에 사용된다. 회전 방향이 때때로 바뀌는 축에 사용하면 헐거워질 우려가 있다.
<패더키, feather key>
안내키, 또는 미끄럼키라고도 하며, 테이퍼가 없고 자립상태가 필요없는 키이다. 또한 스플라인과 같이 축 방향으로 이동이 가능한 키이다.
<원뿔키, cone key>
원추키라고도 하며, 축과 보스의 양쪽에 모두 키홈을 파기 어려울 때 홈을 파지 않고 보스 구멍을 테이퍼 구멍으로 하여 속이 빈 원뿔 슬롯을 끼워 박아 마찰력만으로 밀착시키는 키. 축과 보스와의 사이에 축방향으로 쪼갠 원뿔을 때려박아 축과 보스를 헐거움 없이 고정할 수 있다. 축과 보스의 편심이 적다.
<둥근키, round key>
단면은 원형이고 테이퍼핀 또는 평행핀을 사용하고 핀키(pin key)라고도 한다. 축이 손상되는 일이 적고 가공이 용이하나 큰 토크의 전달에는 부적합하다.
문 12. 나사에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 마찰계수와 나선각(리드각)이 같을 경우 삼각나사보다 사각나사의 마찰력이 크다.
② 나사의 마찰각이 나사의 나선각(리드각)보다 큰 경우에는 저절로 풀리지 않는다.
③ 미터 보통나사의 나사산각은 60°이고, 수나사의 바깥지름[mm]을 호칭치수로 한다.
④ 나사의 자립은 외력이 작용하지 않을 경우 나사가 저절로 풀리지 않는 상태를 말한다.
①
<나사의 상당마찰계수>
(단, 2α = 나사산각)
<나사산의 각도>
- 미터 나사 60°
- 유니파이 나사(ABC나사) 60°
- 관용나사 55°
- 미터계(Tr) 사다리꼴 나사 30°
- 인치계(Tw) 사다리꼴 나사 29°
- 둥근 나사(너클나사, 원형나사) 30°
- 톱니 나사 30°, 45°
<나사의 자립조건>
- 나사를 죈 외력을 제거해도 나사가 저절로 풀리지 않기 위한 조건
- 자립상태를 유지하는 나사의 효율은 50% 미만이다.
- 마찰각≥리드각(나선각), tanρ≥tanλ
문 13. 평기어에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 인벌류트 기어의 물림률을 증가시키려면 접촉호의 길이를 크게 해야 한다.
② 인벌류트 기어에서 언더컷은 잇수가 적을 때 혹은 압력각이 작을 때 발생하기 쉽다.
③ 인벌류트 기어에서 피치원지름이 일정할 경우, 모듈(module)이 커질수록 잇수는 적어지고 이높이는 커진다.
④ 사이클로이드 기어는 이의 마멸이 균일하고 작용할 수 있는 추력(thrust)이 커서 주로 동력전달장치, 공작기계 등에 사용한다.
④
<인벌류트 치형의 특징>
- 중심 거리가 약간 달라도 회전비에는 영향 없음
- 사이클로이드 치형보다 이뿌리가 튼튼하고 강함
- 곡선이 단조롭기 때문에 공작이 용이
→ 간단하고 정확하게 가공할 수 있음
- 가격이 저렴하며, 호환성이 좋음
- 상대 기어를 미는 힘이 크고, 미끄러짐이 커서 마멸이 잘 되고 소음이 큼
- 설계, 제작상의 장점이 많아 동력 전달 기계에 널리 이용
- 압력각이 일정, 전위기어 사용가능
- 압력각과 이의 크기(모듈)이 모두 같아야 항상 호환 가능
- 언더컷이 잇수에 따라 발생 가능
- 피치점 미끄럼률은 0, 이끝부와 이뿌리로 갈수록 미끄럼률 증가
- 기어를 가공하는 랙 공구의 치형은 직선임
- 작용선은 두 개의 기초원의 공통접선과 일치
- 법선 피치의 길이는 기초원 피치의 길이와 같다
- 기초원의 지름은 피치원의 지름보다 항상 작음
<사이클로이드 치형의 특징>
- 양쪽 기어 피치점 완전히 일치하지 않으면 물림이 "잘 되지 않음"
- 하중이 걸리면 이뿌리가 가늘어져 강도가 약함
- 구름원의 크기에 따라 많은 종류의 가공용 커터가 필요
→ 공작하는데 번거롭고 호환성도 좋지 않음
- 상대 기어를 미는 힘이 약하고 미끄러짐이 적어서 마멸이 균일함
- 미끄럼률이 일정하고 회전이 원활하여 잘 마멸되지 않음
- 가장 좋은 효율의 전달이 가능하고 소음이 적고, 베어링 하중이 작음
- 압력각이 일정하지 않고, 전위절삭이 불가능
- 원추피치와 구름원(창성원)이 같아야 호환이 가능
- 언더컷이 발생하지 않으며 중심거리가 정확해야 조립이 가능
- 용도는 시계에 사용
인벌류트는 성격좋고 털털해서 호환도 좋구 가격도 싸구 축간길이 변해도 신경 안씀. 근데 인싸라 쫌 시끄러움.. 사이클로이드는 까칠하고 예민해서 조용하구 마멸도 균일해야하구 가공도 어렵구 호환성도 적음..
문 14. 가공공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 전자빔가공은 진공챔버에서 수행된다.
② 초음파가공은 세라믹, 유리 등 단단하고 취성이 큰 재료의 가공에 적합하다.
③ 레이저가공은 광학렌즈에 의해 집중된 빛을 이용하며 기화나 용융에 의해 재료를 제거하는 공정이다.
④ 방전가공은 공구(전극)와 공작물 사이에 있는 전해액 속에서 생성된 스파크에 의해 재료를 제거하는 공정이다.
④
<특수가공의 공작액>
방전가공은 부도체(절연물), 전해 가공은 도체의 가공액(전해액)을 사용한다. 방부전도
문 15. 가솔린기관에서 크랭크축이 1회전하는 동안, 소요 시간은 1/50 초이고 피스톤의 평균이동속도는 10 m/s이다. 피스톤의 행정거리(stroke) [mm]는?
① 50
② 100
③ 200
④ 400
②
<피스톤 행정, piston stroke>
피스톤이 상사점에서 하사점까지의 간격을 왕복할 때, 상승 또는 하강하는 편도의 거리를 행정이라고 하며, 피스톤의 직선 왕복운동을 크랭크축이 회전 운동으로 변화할 때 크랭크축의 1회전에 피스톤은 2회의 행정을 한다. 따라서 1회 행정에 걸리는 시간은 1/100초이다. 주의해서 풀어야 한다.
문 16. 냉동기용 압축기의 종류 중 원심식압축기(터보압축기)에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 실린더 안에서 왕복 운동하는 피스톤에 의해 냉매를 흡입, 압축하여 배출한다.
② 실린더 안에 설치된 암·수 두 개의 로터(rotor) 사이의 공간으로 냉매를 흡입, 압축하여 배출한다.
③ 임펠러(impeller)가 고속 회전할 때 생기는 원심력을 이용하여 냉매를 흡입, 압축하여 배출한다.
④ 회전축에 대하여 편심된 회전자의 회전에 의해 회전자와 실린더 사이로 냉매를 흡입, 압축하여 배출한다.
③
<용적형과 터보형 압축기>
공기를 일정 공간에 모은 후에 압축을 하는 방식을 용적형(positive displacement, 부피를 줄이는 방식)이라 하고, 선풍기나 송풍기와 같이 회전력을 이용하여 공기를 지속적으로 한쪽 방향으로만 보내 압력을 높이는 방식을 터보형(dynamic compression, 속도에너지를 압력에너지로 변환하는 방식)이라 한다.
<왕복동형 압축기, reciprocating compressor>
용적형 컴프레서로, 구조는 자동차의 내연기관 구조와 동일하다. 실린더에 있는 공기를 피스톤이 밀어내는 방식으로 크기가 작고 휴대가 간편하다. 왕복동식 컴프레서는 가동온도가 높아 여기에 적용되는 윤활유는 다른 컴프레서 오일보다 높은 점도를 적용한다.
<왕복동 압축기의 특징>
- 고압이 쉽게 형성된다.
- 압축 효율이 높다.
- 형태가 크고 설치 면적이 크다.
- 접촉 부분이 많아 고장 발생이 쉽고 수리가 어렵다.
<스크류형 압축기, screw compressor>
용적형 컴프레서로, 두 개의 암·수 스크류가 맞물려 돌면서 공기를 일정한 방향으로 강제 이송 시켜 압축시키는 방식으로 가장 많이 적용하는 컴프레서 형식이다.
<베인 압축기, vane compressor>
용적형 컴프레서로, 하우징(housing)과 로터(rotor)로 구성되어있고 로터에는 슬롯(slots)이 있어 여기에 베인(vanes)이 위치해 있다. 로터가 회전하면 베인이 원심력에 의해 원심 방향으로 하우징과 접촉할 때까지 밀린다. 하우징, 로터, 베인사이에 모아진 공기는 로터의 회전력으로 압축한 공기를 압축탱크로 보내면서 압력이 높아지게 된다.
<원심형 압축기, centrifugal compressor>
터보형 컴프레서로, 모터에 의해 회전하는 임펠러(impeller)의 중앙으로 빨려 들어간 공기는 원심력에 의해 중심의 바깥쪽으로 밀리면서 압력상승과 운동에너지를 발생시킨다.
<원심 압축기의 특징>
- 원심식이며 무급유 압축기이다.
- 토출압력 변화에 의해 용량 변화가 크다.
- 용량 조정은 가능하나 비교적 어렵다.(70~100%)
- 유체 중 기름이 혼입되지 않는다.
- 기체에 맥동이 없고 연속적으로 송출된다.
- 경량이고 대용량에 적합하며 기초, 설치면적이 작다.
- 압축비가 적고, 효율이 나쁘다.
- 운전 중 서징 현상에 주의해야 한다.
- 다단식은 압축비를 높일 수 있으나 설비비가 많이 소요된다.
<축류형 압축기, turbo compressor>
터보형 컴프레서로, 축류형 압축기는 공기의 흐름이 축(shaft)방향과 같은 방향으로 흐르면서 압력이 형성되기 때문에 붙여진 이름이다. 축류형 컴프레서는 로터(회전, rotor)와 스테이터(고정, stator)로 구성이 되어있고, 로터와 스테이터가 짝을 이뤄 한단(stage)을 이루고 이런 것이 여러단(multi-stage)으로 구성되어 축류형(axial compressors) 컴프레서를 구성하게 된다. 축류형 컴프레서는 로터가 회전하면서 공기를 한쪽방향으로 강제 이송시키고, 이송된 공기는 압력 탱크로 모이게 되며 공기의 밀도가 높아지고 압력도 같이 높아지게 된다.
문 17. 왕복 펌프에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 송출 압력이 낮은 곳에서는 피스톤 펌프보다 플런저 펌프가 사용된다.
② 피스톤 펌프는 실린더 내에서 피스톤을 왕복 운동시켜 유체를 흡입하고 송출한다.
③ 버킷 펌프는 피스톤 중앙부에 구멍을 뚫어 밸브를 설치한 것으로 수동 펌프로 사용된다.
④ 유체의 누설이 차단되는 다이어프램 펌프는 이물질이 혼입되지 않아야 하는 식품제조 공정에서 사용한다.
①
<왕복펌프의 종류>
피스톤형과 플런저형이 있다. 전자는 저압의 경우, 후자는 고압의 경우에 사용되며, 이 2종류가 공업용으로 많이 쓰인다. 그 밖에 가정용 수동펌프로 쓰이는 버킷 펌프가 있는데 이것은 피스톤의 중앙부에 구멍을 뚫어 여기에 밸브를 설치한 것이다.
<버킷 펌프, bucket pump>
가정용 수동펌프로 쓰이며, 피스톤의 중앙부에 밸브를 설치한 왕복 펌프의 일종이다. 버킷 펌프의 유체 흐름은 버킷을 끌어올리면 복주기의 아래쪽에 고인 복수가 공기와 더불어 흡입구로부터 흡입 밸브를 열고 실린더 하부로 들어온다. 버킷을 내리면 실린더 하부의 복수와 공기는 버킷 밸브를 열고 상부로 올라와서 송출 밸브를 거쳐 외부로 송출된다.
<다이어프램 펌프, diaphragm pump>
왕복 펌프의 하나로 진흙이나 모래가 많은 물 또는 특수 용액 등을 이송하는 데 주로 사용하며, 고무막을 상하로 운동시켜 퍼올리는 방식이다. 그랜드가 없고 누설을 완전히 방지할 수 있으므로 화약액 등에 주로 사용되며, 이물질이 혼입되지 않아야 하는 식품제조 공정에서 사용되기도 한다.
문 18. 금속의 소성 가공에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 금속 박판의 블랭킹 공정에서 펀치 직경은 제품 직경과 같게 설계한다.
② 금속 박판의 굽힘가공에서 스프링백(springback)은 과도굽힘으로 보정할 수 있다.
③ 형단조에서 플래시는 재료가 금형 내 복잡한 세부 부분까지 채워지도록 도와준다.
④ 딥드로잉 공정에서 설계 제품의 드로잉비가 한계를 초과한 경우, 두 번 이상의 단계로 드로잉을 수행한다.
①
<전단 작업 공정, shearing process>
- 간극은 전단면의 형상과 품질을 결정하는 가장 중요한 인자이다.
→ 펀치와 다이의 간극이 작을수록 깨끗한 단면이 얻어진다.
- 간극이 클수록 전단면은 거칠어지고 변형영역이 커진다.
→ 판재는 간극 내로 잡아당겨지므로 모서리부는 둥글게 휜다.
- 간극이 너무 크면 금속판재에 전단변형이 일어나지 않는다.
→ 오히려 휘면서 인장응력을 받는다.
- 간극은 판재두께의 2~8% 정도로 설정하는 것이 보통이다.
- 정밀블랭킹의 경우에는 최소 1%까지 설정하기도 한다.
- 소재가 연하면 간극을 작게 한다.
- 판재두께가 두꺼울수록 크게 한다.(최대 10%까지)
- 전단면부위에는 높은 변형률이 생기면서 심한 냉간가공을 받는다.
→ 후속 판재가공작업에서 성형성에 좋지 않은 영향을 주기도 한다.
- 블랭킹 작업은 다이의 직경이 제품의 치수로 되어야 한다.
- 펀칭에서는 펀치의 직경이 제품의 치수로 되어야 한다.
<전단 작업의 주요 공정 변수>
- 펀치하중, 펀치속도, 표면상태, 펀치나 다이 재료
- 펀치와 다이의 코너반경, 펀치-다이 간극, 윤활 등
<전단작업과 간극>
C = 간극, t = 두께(최대 10%까지)
R = 거칠기, v = 전단속도
H = 재질의 단단함의 정도(연성일수록 값이 작음)
문 19. 층(layer)을 쌓아 제품을 제작하는 방식인 적층제조(additive manufacturing) 공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 조립과정을 거쳐야만 구현 가능한 복잡한 내부 형상을 가진 부품을 일체형으로 제작할 수 있다.
② FDM(fused deposition modeling) 공정으로 제작된 제품은 경사면이 계단형이다.
③ SLS(selective laser sintering) 공정은 돌출부를 지지하기 위한 별도의 구조물이 필요하다.
④ 분말층 위에 접착제를 프린팅하는 공정을 이용하여 세라믹 제품의 제작이 가능하다.
③
<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 일정속도로 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.
<레이저 선별소결, selective laser sintering>
레이저 선별소결은 폴리머분말(금속분말도 사용)을 조형하고자 하는 제품형상대로 선택적으로 소결하는 방법이다. 처리실 바닥은 두 개의 실린더, 즉 점진적으로 하강하면서 소결되어 제품이 조형되는 제품조형실린더와 점진적으로 상승하면서 롤러기구로 분말을 공급하는 분말공급실린더가 있다. 제품조형실린더에 분말층을 얇게 덮은 후, 공정제어 컴퓨터로 안내되는(조형하고자 하는 제품의 삼차원 CAD 프로그램이 지시) 레이저빔을 이동시키면서 분말층에 초점을 맞추어 특정 단면이 고형화되도록 소결시킨다. 그런 다음, 분말층이 덮이면 같은 과정을 연속적으로 반복하면서 전체적인 삼차원 부품을 조형한다. 이때 소결되지 않은 영역의 분말은 차상층의 소결될 부분을 떠받치는 역할을 한다. 작업이 끝나면 고형화되지 않은 분말은 떨어내어 회수한다. 소결에 필요한 레이저의 용량이 작고 가격이 저렴한 폴리머를 가장 많이 사용한다. 금속이나 세라믹을 사용하고자 할 때는 폴리머 결합제를 혼합하여 일단 작업한 후에 조형된 제품을 소결로에서 제대로 소결시킨다.
문 20. 평판 압연 공정에서 압하량(draft)과 압하력(roll force)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 마찰계수가 클수록 최대 압하량은 증가한다.
② 평판의 폭이 증가할수록 압하력은 증가한다.
③ 동일한 압하량에서 압연롤의 직경이 증가할수록 압하력은 증가한다.
④ 동일한 압하량에서 평판의 초기 두께가 증가할수록 압하력은 증가한다.
④
<압연 공정의 특징>
- 소재의 속도는 압연 입구에서보다 출구에서 더 빠르다.
- 마찰계수가 클수록 최대 압하량은 증가한다.
- 압연 가능한 최대 압하량은 마찰력과 롤의 반지름이 클수록 커진다.
- 압연 후 소재의 폭 증가량은 롤의 지름, 압하량 등에 따라 다르다.
- 중립점은 소재의 속도와 롤의 속도가 같아지는 지점이다.
- 중립점을 경계로 압연 롤러와 재료의 마찰력 방향이 바뀐다.
→ 소재 표면의 마찰력은 중립점을 경계로 반대방향으로 작용한다.
→ 마찰이 증가하면 중립점은 입구점에 가까워진다.
→ 마찰이 감소하면 중립점은 출구점에 가까워진다.
→ 하지만 마찰력의 크기분포는 서로 다르다.
- 롤러의 중간부위는 열간에서 오목하게, 냉간에서 볼록하게 제작한다.
- 마찰계수는 냉간가공보다 열간가공에서 커진다.
- 압하율이 작은 경우에는 소재의 표면부근만 소성변형이 일어난다.
→ 표면에서는 압축잔류응력, 가운데 부분에서는 인장잔류응력을 남긴다.
- 주조 조직을 파괴하고, 기포를 압착하여 우수한 재질이 되게 한다.
- 압하력을 증가시키려면 재료의 두께를 감소시키고 폭은 증가시킨다.
→ 평판의 초기 두께가 증가할수록 압하력은 감소한다.
- 윤활유는 압연하중과 압연토크를 감소시킨다.
- 롤러의 마찰각이 접촉각보다 커야 한다.
→ 공작물이 자력으로 압입되기 위한 조건이다.
(2) 선지 이해를 도와주는 그림
폭이 넓어지면 마찰하는 면이 넓어지니 그만큼 압하하기가 힘들다ㅠㅠ
→ 즉, 압하력이 증가한다.
(4) 선지 이해를 도와주는 식과 그림
압하력의 식은 $F = \sqrt{R \delta } \omega p_{av} $이고, 압하량의 식은 $\delta =H_0-H$이다.
여기서 $R$은 롤반경, $ \delta $는 압하량, $ \omega $는 판재의 폭, $ p_{av} $는 평균압력, $H_0$는 초기두께, $H$는 가공 후 두께이다.
초기 두께가 증가할수록 압하량 또한 증가하게 된다. 그런데 선지에서 압하량 $ \delta $가 일정하다고 조건을 주었으므로, 초기 두께가 증가한다 하더라도, 접촉호의 길이 $L= \sqrt{R \delta } $가 일정하게 된다.
→ 따라서 압하력은 변화가 없다.
→ 동일한 압하량일때 초기 두께가 증가하더라도 그에 맞춰서 통과 후 두께도 증가하게 된다. 초기두께는 증가하지만 압하량은 일정하다. 따라서 압하율은 감소한다. 여기서 만약 롤의 크기에 변화가 없고 압하량은 일정, 즉 접촉호의 길이가 같다면, 압하력은 일정하다. 따라서 압하율과 압하력의 관계는 비례관계가 아니고, 조건에 따라 얼마든지 달라질 수 있게 된다.
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