문 01. 열간압출에 비해 냉간압출이 갖는 장점으로 가장 옳은 것은?
① 가공경화로 인해 기계적 성질이 개선된다.
② 산화막이 생길 수 있다.
③ 성형하는 공구의 경도가 비교적 낮다.
④ 윤활이 중요하지 않다.
①
<냉간가공의 특징>
- 재결정 온도 이하에서 가공한다.
- 냉간가공도가 증가할수록 강도, 항복점, 경도가 증가한다.
- 냉간가공도가 증가할수록 탄성한계, 피로강도가 증가한다.
- 냉간가공도가 증가할수록 연신율, 단면수축률은 감소한다.
- 냉간가공이 진행됨에 따라 전기전도율은 낮아진다.
→ 전기저항이 증가한다.
- 냉간가공이 진행됨에 따라 전기적 성질인 투자율은 감소한다.
- 치수가 정밀하며, 매끈한 표면을 얻을 수 있다.
- 가공경화로 인해 기계적 성질이 개선된다.
문 02. 한쌍의 원통형 마찰차의 접촉점에서 작용하여 반경방향으로 미는 힘은 100N이다. 미끄럼 없이 회전하며 마찰계수가 0.4이고 한 개의 마찰차의 지름이 200mm라면, 이 마찰차에 요구되는 전달 토크[Nm]는?
① 1
② 2
③ 4
④ 8
③
<마찰차의 회전력> <마찰차의 토크>
$P= \mu Q$ $T = μQR$
<계산과정>
$T = 0.4 \times 100N \times 100mm = 4,000N·mm = 4 N·m$
문 03. 직경이 50mm, 두께가 2mm인 원판을 프레스 가공으로 블랭킹(blanking)하려고 한다. 재료의 전단강도는 500$N/mm^2$이다. 필요한 전단력[N]은? (단, $\pi $는 3으로 한다.)
① 60,000
② 90,000
③ 120,000
④ 150,000
④
<펀치의 전단력>
$P = τπdt$
P: 펀치력(전단력), τ: 전단강도(저항력), d: 지름, t: 두께
<계산과정>
$P = 500N/mm² \times 3 \times 50mm \times 2mm = 150,000N$문 04. 두 개의 기어 축이 평행하지도 교차하지도 않는 기어의 종류로 옳지 않은 것은?
① 웜(worm) 기어
② 나사(screw) 기어
③ 하이포이드(hypoid) 기어
④ 더블 헬리컬(double helical) 기어
④
<두 축이 평행한 기어>
- 스퍼 기어, 인터널 기어, 랙, 헬리컬 기어, 이중 헬리컬 기어, 내접 기어, 헤링본 기어
<두 축이 교차하는 기어>
- 직선 베벨 기어, 스파이럴 베벨 기어, 제롤 베벨 기어, 마이터 기어, 크라운 기어
<두 축이 평행하지도 교차하지도 않는 기어>
- 나사 기어, 웜 기어, 하이포이드 기어, 페이스 기어, 헬리컬 크라운 기어
문 05. 길이가 l, 지름이 d인 중실축 A가 축의 길이 방향으로 압축하중을 받고 있다. 동일한 하중을 받고 있는 상태에서 축의 길이를 2l로 변경하고 내부에 길이방향으로 관통하는 직경 d/2의 구멍을 형성한 새로운 중공축을 B라고 할 때, 축 A와 축 B에 발생하는 압축응력의 비($\sigma _A: \sigma _B$)는?
① 1:1
② 3:4
③ 1:2
④ 3:8
②
<계산과정>
1) 축 A 응력 구하기 2) 축 B 응력 구하기
$\sigma _A= \frac{4P}{ \pi d^2} $ $\sigma _B= \frac{16P}{ 3\pi d^2} $
문 06. 기체 동력사이클이 아닌 것은?
① 오토(Otto) 사이클
② 랭킨(Rankine) 사이클
③ 디젤(Diesel) 사이클
④ 브레이튼(Brayton) 사이클
②
<가스 동력 사이클의 종류>
- 오토, 디젤, 브레이튼, 스털링, 에릭슨
- 재생 브레이튼, 재열 브레이튼, 이상 제트추진 사이클
문 07. 주조공정에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 인베스트먼트주조는 정밀한 제품 주조에 적합하다.
② 다이캐스팅은 표면이 거칠어 후가공이 필수적이다.
③ 망간(Mn)은 주철에서 탄소의 흑연화를 촉진시킨다.
④ 강괴의 응고과정에서 완전하게 탈산시킨 강은 림드강이다.
①
<다이캐스팅, die casting>
필요한 주조형장에 일치하도록 매우 정확하게 가공된 금형에 용융금속을 주입하여 금형 공동과 똑같은 형상의 주물을 얻는 정밀주조법으로 치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없다. 최종 제품은 기계적 성질이 우수하며, 단시간에 대량생산이 가능하다는 특징이 있다. 사용재료는 아연, 알루미늄, 구리 등의 용융점이 낮은 금속이다.
<흑연화 방지제> <흑연화 촉진제>
S M Cr Mn V W Ni Ti Co Si P Al
스 모 크로 망한 폭스바겐 니 티 코 시 팔
<킬드강, killed steel>
페로실리콘(Fe-Si), 알루미늄(Al) 등의 강력한 탈산제를 첨가하여 충분히 탈산시킨(산소나 가스를 제거하고) 완전탈산강으로 주형에 주입하면 조용히 응고시킨 것으로 진정강이라고도 한다. 림드강처럼 기포나 편석은 없으나 표면에 수소(H₂) 가스에 의해 머리칼 모양의 미세한 균열인 헤어크랙(hair crack)이나 백점(flakes)이 생기기 쉬우며, 또한 상부에 수축공이 생기기 쉽다.
<림드강, rimmed steel>
탈산 및 기타 가스처리가 불충분한 상태의 용강을 그대로 주형에 주입하여 응고한 것. 강괴 내부에 기포가 많아 품질이 균일하지 못하므로 C가 0.3% 이하인 재료에만 쓰인다.
문 08. 삼각형 산 모양으로 이 높이가 낮고 잇수가 많아 비교적 작은 지름의 축에 사용되며, 보스와 결합할 때 위상을 미세하게 조정할 수 있는 것으로 가장 옳은 것은?
① 세레이션
② 스플라인
③ 코터
④ 핀
①
<세레이션, serration>
보스의 원주 상에 수많은 삼각형이 있는 키, 자동차의 핸들 축에 사용한다.
<세레이션 키의 특징>
- 잇수가 많고 이의 높이가 낮다.
- 축압강도가 커서 큰 토크를 전달할 수 있다.
- 축의 원주상에 수많은 작은 삼각형의 스플라인을 말한다.
- 키 중에서 가장 강력한 토크를 전달할 수 있다.
- 움직이지 않는 축 고정에 사용한다.
<스플라인 키, spline>
축에 원주방향으로 같은 간격으로 여러 개의 키 홈을 깎아 낸 것이다. 큰 토크를 전달하고 키와 보스의 접촉면에서 발생하는 마찰력으로 회전력을 발생시킨다. 보스가 축 방향으로 이동할 수 있고, 스플라인 키 홈의 개수는 일반적으로 4 ~ 20개이다. 자동차, 항공기 터빈 등의 속도를 변환하는 축에 많이 사용된다.
<코터, cotter>
한쪽이나 양쪽에 기울기를 가진 쐐기 모양으로, 축 방향으로 인장 또는 압축을 받는 곳에 사용한다.
<코터의 부가적 설명>
- 코터 재료의 경도는 축보다 약간 큰 것을 사용
- 구조가 간단하여 해체하기 쉬움
- 조절도 가능하므로 두 축의 연결용으로 많이 사용
- 축의 길이 방향에 평행하게가 아닌, 직각으로 끼워 축을 결합한다.
- 코터는 주로 굽힘모멘트를 받게 된다.
- 압축하중을 받는 축에는 로드에 칼라를 만든다.
- 지브를 사용하는 이유는 소켓이 갈라질 염려가 있을 경우이다.
- 한쪽 구배와 양쪽 구배 2종류가 있고, 주로 한쪽 구배가 많이 사용된다.
<핀, pin>
기계 등의 부품과 부품을 고정시키는 기계요소. 그리 큰 힘이 걸리지 않는 부분을 고정하거나 결합할 때 사용한다.
문 09. 아래에서 구성인선의 방지책으로 옳은 것을 모두 고른 것은?
ㄱ. 날끝을 예리하게 한다.
ㄴ. 절삭속도를 빠르게 한다.
ㄷ. 경사각을 크게 한다.
① ㄱ
② ㄴ
③ ㄱ, ㄴ
④ ㄱ, ㄴ, ㄷ
④
<구성인선, built up edge>
절삭 시에 발생하는 칩의 일부가 날 끝에 용착되어 마치 절삭날의 역할을 하는 현상이다. 구성인선은 발생, 성장, 분열, 탈락의 주기를 반복한다. 자생과정의 순서인 마멸, 파괴, 탈락, 생성과 혼동하면 안된다. 칩이 날 끝에 점점 붙으면 날 끝이 커지기 때문에 끝단 반경은 점점 커지게 되고, 날 끝에 칩이 붙어 마치 절삭날의 역할을 하는 것처럼 보인다.
<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
<원인과 방지 이해하기>
절삭 깊이가 크다면 깎여서 발생하는 칩과 공구의 접촉면적이 넓어지기 때문에 오히려 칩이 날 끝에 용착할 확률이 더 커져 구성 인선의 발생 가능성이 더 커지게 된다. 따라서 절삭깊이를 작게하여 공구와 칩의 접촉면적을 줄여 칩이 용착되는 가능성을 줄여 구성인선을 방지해야 한다. 공구의 윗면 경사각을 크게하여 칩을 얇게 절삭해야 용착되는 양이 적어지게 된다. 따라서 구성인선의 영향을 줄일 수 있다.
문 10. 2,000kg의 자동차가 16m/s의 속력으로 경사 없는 평면을 달리다가 전방의 물체를 보고 제동을 시작하였다. 자동차의 평균 제동력이 20kN이고 등감속한다고 가정할 때, 자동차가 멈추기 위해 요구되는 시간[s]은? (단, 자동차는 직선운동만 하고, 자동차의 크기는 무시한다.)
① 1.6
② 3.2
③ 6.4
④ 12.8
①
<계산과정>
$2,000 kg \times 16 m/s = 32,000 kg·m/s (N·s) = 32kN·s$
$32 kN·s ÷ 20 kN = 1.6 s$
문 11. 뉴턴 유체(Newtonian fluid)로 가장 옳지 않은 것은?
① 수소
② 물
③ 가솔린
④ 꿀
④
<뉴턴 유체, Newtonian fluid>
유체유동시 속도구배와 전단응력의 변화가 원점을 통하는 직선적인 관계를 갖는 유체이다.
<비뉴턴 유체, non-Newtonian fluid>
뉴턴의 점성법칙, 응력과 무관한 즉 일정한 점도를 따르지 않는 유체이다. 비뉴턴 유체에서 점도는 힘이 가해지는 정도에 의해 더 액체 또는 더 고체로 변할 수 있다. 예를 들면 토마토 케첩, 꿀, 용융된 폴리머, 녹은 초콜릿, 꿀, 치약, 전분 현탁액, 페인트, 혈액 및 샴푸 등이다.
문 12. 재료가 파손되는 정적응력보다 낮은 변동응력이 재료에 주기적으로 작용할 때, 재료에 파손이 일어날 수 있는 현상으로 가장 옳은 것은?
① 크립 파손(creep failure)
② 산화에 의한 파손
③ 부식에 의한 파손
④ 피로 파손(fatigue failure)
④
<크리프 파괴, Creep Fracture>
고분자 물질인 플라스틱에서 현저히 나타나지만, 철강과 같은 금속재료 또는 콘크리트 등에서도 일어난다. 금속의 점탄성적 거동에 의한 변형으로 일어나게 된다.
<피로 파괴, Fatigue Fracture>
반복응력이 장시간 가해졌을 때 일어나는 파괴 현상. 외형에 거의 변형을 일으키지 않는 파괴를 보인다.
문 13. 회전하는 한쌍의 표준기어에서 중심거리가 200mm이고, 구동축 기어의 모듈이 5mm, 잇수가 20이다. 종동축 기어의 잇수는?
① 20
② 40
③ 60
④ 80
③
<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 14. 센터나 척으로 지지하는 것이 곤란한 원통 모양 공작물을 연삭하는 작업으로 가장 옳은 것은?
① 원통 연삭
② 센터리스 연삭
③ 평면 연삭
④ 공구 연삭
②
<센터리스 연삭기, centerless grinding machine>
공작물을 센터 구멍으로 받치지 않고 외주를 블레이드(받이판)과 이송바퀴로 받치고 그 표면을 연삭 다듬질하는 공작기계
문 15. 구름 베어링에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 일반적으로 표준화된 규격품을 사용한다.
② 큰 하중 지지 시, 롤러 베어링이 볼 베어링보다 유리하다.
③ 미끄럼 베어링에 비해 소음이 발생할 가능성이 낮다.
④ 치수는 안지름을 기준으로 규격화되어 있다.
③
<구름 베어링, rolling bearing>
- 감쇠력이 작아 충격 흡수력이 작다.
- 표준형 양산품으로 호환성은 우수하다.
→ 규격화 되어있어서 내·외륜의 끼워맞춤에 주의가 필요하다.
- 공진속도 이내에서 운전하여야 한다.
→ 미끄럼 베어링에 비해 저속운전이다.
- 전동체의 열팽창으로 고온시 냉각장치가 필요하다.
- 베어링에 고온재료 사용이 가능하다.
→ 오히려 윤활재의 내고온성이 한계이다.
- 저온시동의 특성이 양호하다.
- 진동과 소음이 크다.
- 기동 토크가 작다. → 동력 소요가 작다.
- 베어링의 너비를 작게 제작할 수 있어 기계의 소형화가 가능하다.
<볼베어링 vs 롤러베어링>
| 볼베어링 | 롤러베어링 |
| 점 접촉 | 선 접촉 |
| 고속 회전용 | 저속 회전용 |
| 저 하중용 | 고 하중용 |
| 가격 다소 저렴 | 가격 다소 비쌈 |
문 16. 재료의 기계적 시험법으로 가장 옳지 않은 것은?
① 비틀림시험
② 피로시험
③ 인장시험
④ 침투탐상시험
④
<금속재료의 기계적 성질을 측정하기 위한 시험의 종류>
인장시험, 경도시험, 충격시험, 피로시험, 크리프시험, 마멸시험, 압축시험, 휨시험, 에릭션시험, 비틀림시험 등이 있다.
문 17. NC 공작기계에서 위치결정으로 공구의 급속이송을 의미하는 G코드로 가장 옳은 것은?
① GOO
② G01
③ GO2
④ GO4
①
<G 코드의 적용 예>
G00 급속이동
G01 직선보간, G02 원호보간(시계), G03 원호보간(반시계)
G04 일시정지
G97 원주 속도 일정 제어
문 18. 아래에서 설명하는 열역학 법칙은?
물체 A의 온도와 물체 B의 온도가 같고, 물체 B의 온도가 물체 C의 온도와 같다면, 물체 A의 온도와 물체 C의 온도가 같다.
① 열역학 제1법칙
② 열역학 제1법칙
③ 열역학 제2법칙
④ 질량 보존의 법칙
①
문 19. 공칭 응력과 진응력에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 공칭응력을 측정할 때, 최초의 단면적을 주로 사용한다.
② 진응력을 측정할 때, 변화하는 순간의 단면적을 주로 사용한다.
③ 진변형률은 ln[(최초 길이)/(변형 후 길이)]이다.
④ 연성재료의 인장시험에서 파단 순간의 진응력은 공칭응력보다 큰 편이다.
③
<진변형률, true strain>
$ \varepsilon _{t} =ln(1+ \varepsilon _{n} )=ln(1+ \frac{l- l_{0} }{ l_{0} } )=ln(1+ \frac{l}{ l_{0} } -1)=ln \frac{l}{ l_{0} } $
$ \varepsilon _{t} =ln \frac{ \sigma _{t} }{ \sigma _{n} } =ln \frac{ \frac{F}{A} }{ \frac{F}{ A_{0} } }=ln \frac{ A_{0} }{A} =ln \frac{ \frac{ \pi D^{2} _{0} }{4} }{ \frac{ \pi D^{2} }{4} } =ln \frac{D^{2} _{0}}{D^{2}} =2ln \frac{ D_{0} }{D} $
문 20. 금속재료의 열처리 방법에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 불림(normalizing): 강을 표준상태로 하기 위하여 일정온도 가열 후 공랭시켜 표준화시키는 방법이다.
② 뜨임(tempering): 침탄제를 사용하여 강표면을 경화시키는 방법이다.
③ 풀림(annealing): 강의 연화 및 내부응력 제거를 목적으로 실시한다.
④ 담금질(quenching): 강을 경화시킬 목적으로 가열을 유지한 다음 물 또는 기름 속에서 급랭하는 방법이다.
②
<불림, normalizing>
가공에 의해 발생한 강의 내부응력을 제거하고 표준 조직을 얻기 위해 A₃ 변태점보다 30 ~ 50℃ 높게 가열한 후, 대기 중에서 공랭하는 열처리
<뜨임, tempering>
담금질한 강은 경도는 크나 반면 취성을 가지게 되므로 경도는 다소 저하되더라도 인성을 증가시키기 위해 A₁ 변태점 이하에서 재가열하여 재료에 알맞은 속도로 냉각시켜 주는 열처리이다.
<풀림, anealing>
A₁ 또는 A₃ 변태점 이상으로 가열하여 냉각시키는 열처리로 내부응력을 제거하며 재질의 연화를 목적으로 하는 열처리, 노나 공기 중에서 서랭처리한다.
<담금질, quenching>
강을 오스테나이트 영역에서 30 ~ 50℃ 정도 높은 온도로 일정시간 가열한 후, 물이나 기름 중에서 급랭시키는 열처리로 강도 및 경대 증대를 목적으로 한다.
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