문 01. 다음 중 치핑(chipping)에 관한 설명으로 옳은 것은?
① 절삭 날의 강도가 절삭저항에 견디지 못하고 날 끝이 탈락하는 현상이다.
② 절삭할 때 칩이 연속적으로 잘 흘러나가는 현상이다.
③ 절삭공구의 경사면이 마모되는 현상이다.
④ 절삭가공을 할 때 절삭 날이 마모되는 현상이다.
①
<치핑, chipping>
공구 결손이라고도 하며 공구날 끝의 일부가 충격에 의하여 떨어져 나가는 것으로서 절삭공구 끝이 절삭저항에 견디지 못해 떨어지는 현상으로 주로 인성이 낮은 경우 잘 발생된다. 순간적으로 발생한다. 밀링이나 평삭 등과 같이 절삭날이 충격을 받거나 초경합금공구와 같이 충격에 약한 공구를 사용하는 경우에 많이 발생한다.
<치핑의 방지대책>
- 휨(deflection)을 최소로 한다.
- 경사각과 여유각을 적당하게 유지한다.
- 호닝량을 크게 한다.
- 보다 강도가 높은 공구형상을 선정한다.
- 인성이 좋은 공구로 변경한다.
- 코팅 재종을 선정한다.
문 02. 다음의 각 주조방법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 사형 주조(sand casting): 부분적으로 마무리 공정이 필요하다.
② 셸 주조(shell casting): 공정의 자동화가 어렵다.
③ 석고주형 주조(plaster mold casting): 일반적으로 비철금속에 적용한다.
④ 인베스트먼트 주조(investment casting): 일반적으로 제품 크기나 무게에 제한이 있다.
②
<사형주조, sand casting>
통상 주조라고 하면 사형주조를 말할 정도로 가장 일반적인 주조법으로 사형을 사용하는 주조법이다. 부분적으로 마무리 공정이 필요하다.
<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.
<석고주형 주조, plaster-mold casting>
세라믹주형 주조, 인베스트먼트 주조와 함께, 주물의 치수정확도와 표면정도가 우수하므로 정밀주조법에 속한다. 열쇠부품, 기어, 밸브, 부속품, 공구, 장식품 등이 이 방법으로 제조되며, 무게 1g 정도의 소형주물도 가능하다. 이 공정에서는 석고응고시간 조절 및 주형강도 강화용 활석과 실리카를 첨가한 석고로 주형을 만든다. 주형재료를 물과 혼합한 슬러리(slurry) 형태로 모형 위에 붓고, 석고가 굳으면 15분 정도 지난 후, 모형을 제거하고 수분이 제거될 때까지 건조시킨다. 절반씩 제작된 주형을 하나의 주형으로 조립하고 120℃에서 약 16시간 동안 예열한 후, 용탕을 주입한다. 석고주형은 통기성이 매우 낮은데, 안티옥(Antioch) 공정으로 통기성을 증가시킬 수 있다. 즉, 주형을 오토클레이브(autoclave)에서 6~12시간 동안 탈수시키고, 다시 공기 중에서 14시간가량 수분을 공급한다. 다공질 석고를 이용하여 통기성을 증가시키는 경우도 있다. 석고주형에 사용하는 모형은 알루미늄합금, 열경화성 플라스틱, 황동, 아연합금 등으로 만든다. 석고 슬러리를 반복적으로 사용하므로 나무모형은 적합하지 않다. 석고주형이 견디는 최대온도의 한계가 있기 때문에(보통 1,200℃ 정도), 알루미늄, 마그네슘, 아연, 구리합금에 대해서만 석고주형 주조가 이용된다. 석고주형은 다른 주형에 비해 열전도도가 낮아서 천천히 냉각되므로, 주물은 뒤틀림이 적고 균일한 결정립구조로 양호한 기계적 성질을 가지며, 섬세한 표면과 우수한 표면을 갖도록 주조된다.
<인베스트먼트 주조, investment casting>
정밀주조법의 일종으로 납 등의 융점이 낮은 것으로 원형을 만들고 이 주위를 내화성이 있는 주형재인 베스트먼트로 피복한 후 원형을 융해 및 유출시킨 주형을 사용한 주조법이다. 주물의 치수 정도가 높고, 주물 표면이 좋으며 복잡한 형상의 주물, 기계 가공이 곤란한 합금 등의 주조에 적합하다. 일반적으로 제품크기나 무게에 제한이 있으며 정밀하고 세밀한 주물을 만들 수 있는 정밀주조공정이다.
문 03. 압연가공(rolling)에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
① 일정한 압하량에서 압연롤러의 직경이 감소하면 압하력이 증가한다.
② 중립점을 경계로 압연롤러와 재료의 마찰력 방향이 바뀐다.
③ 마찰이 증가하면 중립점은 입구점에 가까워진다.
④ 롤러의 중간부위는 열간압연에서 오목하게, 냉간압연에서 볼록하게 제작한다.
①
<압하율, 압하량>
압연시 두께가 감소되는 비율로 압력곡선의 아랫부분 면적에 해당한다. 압연시 압하율이 크면 롤 간격에서의 접촉호가 길어지므로 최고 압력이 증가한다.
<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.
<압하율을 크게 하려면>
- 지름이 큰 롤러를 사용한다.
→ 압하력이 증가하게 되어서 압하량이 커짐
- 롤러의 회전속도를 늦춘다.
→ 느리게 더 많이 누르게 되서 압하량이 커짐
- 소재(압연재)의 온도를 높인다.
→ 말랑말랑 해져서 압하량이 커짐
→ 말랑말랑 하니 압하력은 감소함
- 압연재를 뒤에서 밀어준다.
- 롤축에 평행인 홈을 롤표면에 만들어준다.
<압하력을 작게 하려면>
- 압연롤과 소재의 접촉면에서의 마찰력을 감소시킨다.
→ 표면이 매끄럽도록 가공한다.
- 평판의 초기 두께가 크고 반경이 작은 압연롤을 사용한다.
- 압하율을 감소시키고, 소재의 온도를 높게 한다.
- 압연방향으로, 즉, 전방장력을 걸어 준다.
☆ 압하력 ≠ 압하량, 압하율 ☆
압하력: 압하할 때 드는 힘
압하량: 찌부되는 양
문 04. 다음 중 구성인선(built-up edge)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 얇고 안정된 구성인선은 공구면을 보호하는 효과를 가지므로 바람직하다고 볼 수 있다.
② 절삭깊이를 작게하고 경사각을 크게 함으로써 구성인선의 형성을 줄일 수 있다.
③ 일반적으로 절삭속도를 감소시키면 구성인선의 생성을 억제할 수 있다.
④ 공작물 재료의 변형경화지수가 클수록 구성인선의 발생 가능성은 커진다고 할 수 있다.
③
<구성인선, built-up edge, BUE>
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
<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 05. 고상용접에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 이종금속 접합이 불가능하다.
② 압력만을 사용하거나 압력과 열을 동시에 사용한다.
③ 용가재금속을 사용하지 않는다.
④ 확산용접, 마찰용접 등이 있다.
①
<고상용접, solid phase welding>
2개의 깨끗하고 매끈한 금속면을 원자와 원자의 인력이 작용할 수 있는 거리에 접근시키고 밀착하면 용접이 된다. 대부분의 고상 용접법에서는 가열을 하지만 용융상태의 용접 및 납땜 등과 다른 점은 액상이 생기지 않는다. 고상용접에서 가열은 금속원자의 운동을 활발하게 하고 접촉면의 원자의 확산을 촉진시킨다.
<고상용접의 특징>
- 이종금속 접합이 가능하다.
- 부품 표면의 접합이 압력 단독으로 혹은 열과 압력으로 얻어진다.
- 두 표면 사이에서 화학적인 박막과 기름이 존재하면 안된다.
→ 정상적인 물리적 접촉이 일어나기 어렵다.
- 단접, 롤 용접 및 확산, 마찰 용접이 고상용접 공정에 포함된다.
<고상용접의 종류>
롤 용접, 초음파용접 냉간압접
열간압접, 폭발용접, 확산용접, 마찰용접
- 롤초(보)냉.. 열폭.. 확마!!
문 06. 전용 생산라인과 비교하여 그룹 테크놀로지(GT) 방식을 이용한 유연생산시스템(FMS)의 유연성과 생산성을 설명한 것으로 옳은 것은?
① 전용 생산라인 대비 유연성도 낮고 생산성도 낮다.
② 전용 생산라인 대비 유연성은 낮고 생산성은 높다.
③ 전용 생산라인 대비 유연성은 높고 생산성은 낮다.
④ 전용 생산라인 대비 유연성도 높고 생산성도 높다.
③
<FMS, flexible manufacturing system>
유연생산시스템(FMS)이란 자동이송장기와 자동창고 등을 갖추고 있는 제조공정을 연결하고 그것을 중앙컴퓨터에 의해 제어하는 시스템으로 제품과 시장수요의 변화에 빠르게 대응할 수 있는 유연성을 가지고 있어 다품종 소량생산에 적합한 생산시스템이다. 그러므로 전용 생산라인 대비 유연성은 높고 생산성은 낮다.
<유연생산 시스템의 특징>
- 설비의 가격이 높으며, 일반적으로 다품종 소량생산에 최적이다.
→ 단일 제품의 대량생산에는 적합하지 않다.
- 공구 준비시간, 공정간 운반 시간, 가공 대기 시간을 감소시킨다.
- 제품 변경에 필요한 소요시간이 짧아 생산량 조절이 용이하다.
- 작업장은 자동화된 이송장치를 가진 다수의 생산 셀로 구성된다.
- 자재관리시스템과 중앙제어 컴퓨터에 의한 제어시스템을 포함한다.
- 자동창고 및 무인반송시스템에 의한 생산이 가능하다.
- 그룹테크놀러지라고 하는 생산 방식에 의해서 이루어진다.
→ 전용 생산라인 대비 유연성은 높고 생산성은 낮다.
문 07. 담금질에서 Ms점(Ms point)이란 무엇인가?
① 열처리 가열도중 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변화하기 시작하는 온도이다.
② 열처리 가열도중 마르텐사이트에서 트루스타이트로 변화하기 시작하는 온도이다.
③ 열처리 냉각도중 마르텐사이트에서 오스테나이트로 변화하기 시작하는 온도이다.
④ 열처리 냉각도중 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변화하기 시작하는 온도이다.
④
문 08. 다음 중 가공법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① EDM(electrical discharge machining)은 스파크 방전으로 인한 금속의 침식을 이용한 가공법이다.
② 화학적 밀링(chemical milling)은 선택적 부식을 이용해서 후판, 박판, 단조물, 압출품 등에 얕은 공동부를 만들어서 전체 무게를 감소시키는 가공법이다.
③ 버니싱(burnishing)은 이미 가공되어 있는 구멍에 다소 큰 볼을 압입하여 정밀도를 높이는 가공이다.
④ 초음파 가공(ultra sonic machining)은 공작물 재료의 연성이 클수록 적합한 가공법이다.
④
<방전가공, EDM, electric discharge machining>
공작물을 가공액이 들어있는 탱크 속에 가공할 형상의 전극과 공작물 사이에 전압을 주면서 가까운 거리로 접근시키면 아크(arc) 방전에 의한 열작용과 가공액의 기화폭발작용으로 공작물을 미소량씩 용해하여 용융소모시켜 가공용 전극의 형상에 따라 가공하는 방법이다.
<방전가공의 특징>
- 공구와 공작물 사이의 얇은 틈새에 전류를 방전시켜 금속을 제거한다.
- 스파크가 발생하여 금속을 녹이고 기화시켜 작은 크레이터를 만든다.
- 재료의 경도, 인성에 관계없이 전기 도체이면 가공이 가능하다.
- 비접촉성으로 기계적인 힘이 가해지지 않고 자동화가 가능하다.
- 복잡한 표면형상이나 미세한 가공이 가능하다.
→ 얇은 판, 가는 선, 미세 구멍, 슬릿 가공에 용이하다.
- 가공면 열변질층 두께가 균일하며 방향성이 없고 마무리 가공이 쉽다.
- 전극은 타 공작기계의 공구 역할을 하는 부분이다.
→ 전극은 구리, 흑연 등을 사용하므로 공구의 가공이 용이하다.
- 가공속도가 느리고 가공상의 전극소재에 제한이 있다.
→ 가공속도가 높으면서도 소모되는 속도는 느려야 경제적이다.
- 전극의 소모가 있으며 화재 발생에 유의해야 한다.
<화학밀링, chemical milling>
화학밀링은 후판, 박판, 단조품, 압출품 등에 얕은 공동부를 만들어서 설계요건을 만족시키거나 무게를 감소시키는 가공법으로, 다양한 금속에 최대깊이 12mm 까지 가공할 수 있다. 공작물표면에 가공 후 제거할 수 있는 마스킹을 하거나, 일부만을 용해액에 담가서 용해액에 의해 부위별로 선택적 침식이 일어나도록 한다. 이 공정은 항공우주산업에서 항공기나 미사일의 대형 외피패널이나 프레임으로 사용되는 압출재의 일부를 얇은 층으로 제거하는 데 사용된다. 이 공정은 미소전자장치를 가공하는 데도 사용되며, 종종 습식식각이라고 한다. 용해액의 탱크 용량은 최대 3.7 x 15m이다. 화학밀링에서는 선택적 부식으로 인해 결정립 내부가 침식되어 표면성질에 좋지 않은 영향을 줄 수 있고, 용접이나 경납접된 구조물에서는 소재제거가 불균일하게 일어난다. 또한 주물을 화학밀링하면 기공이나 불균일한 조직으로 인해 울퉁불퉁한 표면이 만들어지기도 한다.
<버니싱, burnishing>
비철금속만 가능하며, 원통의 내면 및 외면을 강구(steel ball)나 롤러로 거칠게 나온 부분을 눌러 매끈한 면으로 다듬질하는 일종의 소성가공이다.
<버니싱의 특징>
- 원통의 내면을 다듬질하기 위한 일종의 소성가공 방법이다.
- 원통 안지름보다 약간 큰 지름의 강구를 압입한다.
→ 작은 지름의 구멍을 매끈하게 마무리할 수 있다.
- 드릴, 리머 등 전 단계에서 생긴 스크래치 등을 제거하는 작업이다.
- 다듬질면의 요철을 매끈하게 하는 방법이다.
- 간단한 장치로 단시간에 정밀도가 높은 가공이 가능하다.
- 비철금속만 가공이 가능하며, 압입강구의 마멸이 있다.
→ 주로 동, 알루미늄과 같이 경도가 낮은 비철금속에 이용된다.
- 표면거칠기는 향상되나 형상정밀도는 개선되지 않는다.
- 공작물의 두께가 얇으면 소성변형이 적어 효과가 떨어진다.
<초음파가공, ultra sonic machining>
경질재료의 가공에 적합한 가공법이며, 공구와 공작물 사이에, 숫돌립과 물 또는 기름의 혼합액을 넣고 공구에 초음파 진동을 주어 공작물의 구멍뚫기, 연삭, 절단 등을 행하는 가공법이다.
<초음파가공의 특징>
- 전기적 에너지를 기계적 진동 에너지로 변환시켜 다듬질 한다.
- 공구에 진동을 주고, 공작물과 공구 사이에 연마입자를 넣는다.
→ 공작물을 정밀하게 다듬질하는 가공방법이다.
- 연삭입자와 물 또는 기름(경유)의 혼합액을 주입한다.
→ 숫돌입자들이 초음파진동에 의해 상하로 공작물과 충돌하여 가공된다.
- 공작물이 전기의 양도체·부도체 여부에 관계없이 가공할 수 있다.
- 복잡한 형상도 쉽게 진동하며, 공작물에 가공변형이 남지 않는다.
- 경질재료의 가공에 적합한 가공법이다.
→ 초경합금, 보석류, 세라믹, 유리, 반도체 등 비금속 또는 귀금속 등
→ 구멍뚫기, 연삭, 절단, 전단, 평면 가공, 표면 다듬질 등에 이용된다.
문 09. 무심연삭(centerless grinding)에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 연속작업을 수행할 경우 작업자는 고도의 숙련도가 필요하다.
② 외경연삭뿐만 아니라 내경연삭도 할 수 있다.
③ 직경이 변하는 부품을 연삭할 수 없다.
④ 공작물을 센터나 척으로 지지하면서 연삭하므로 생산속도가 높다.
②
<센터리스 연삭기, centerless grinding machine>
공작물을 센터 구멍으로 받치지 않고 외주를 블레이드(받이판)과 이송바퀴로 받치고 그 표면을 연삭 다듬질하는 공작기계다. 연삭숫돌 축과 조정숫돌 축을 어긋나게 하면 공작물에 이송 운동을 줄 수 있다. 여기서 공작물의 이송속도는 조정숫돌로 조절한다. 크기는 연삭할 수 있는 최대지름x숫돌의 폭이다. 공작물의 회전방향은 연삭숫돌, 조정숫돌의 회전방향과는 반대이다.
<센터리스 연삭기의 특징: 장점>
- 센터를 필요로 하지 않으므로 센터구멍을 뚫을 필요가 없다.
- 공작물을 고정하기 위한 콜릿, 척 등이 필요하지 않다.
- 중공의 원통을 연삭하는데 편리하다.
- 신속하고 연속작업을 할 수 있어 대량생산에 적합하다.
- 긴 축 재료의 연삭이 가능하다.
- 연삭여유가 작아도 된다.
- 연삭숫돌 바퀴의 나비가 크므로 지름의 마멸이 적고 수명이 길다.
- 기계의 조정이 끝나면 가공이 쉽고 작업자의 숙련이 필요없다.
- 외경연삭뿐만 아니라 내경연삭도 할 수 있다.
- 공작물 처짐이나 진동이 적고 정밀 연삭이 가능하다.
<센터리스 연삭기의 특징: 단점>
- 긴 홈이 있는 공작물은 연삭할 수 없다.
- 대형 중량물은 연삭할 수 없다.
- 연삭숫돌 바퀴 너비보다 긴 공작물은 전·후이송법으로 연삭할 수 없다.
→ 연삭숫돌 폭보다 넓은 가공물을 플랜지 컷 방식으로 연삭할 수 없다.
문 10. 주형의 구조에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 탕도는 용융금속을 주형내부의 각 부분으로 유도 및 배분해 주는 통로이다.
② 탕구는 용탕을 주입할 때 쇳물이 들어가는 첫 통로이다.
③ 라이저는 수축이 일어날 때 필요한 용탕을 공급하는 저장소 역할을 한다.
④ 냉각쇠는 수축으로 인한 기공을 방지하기 위해 주위보다 체적이 작은 장소에 설치한다.
④
<냉각쇠, chiller>
냉각쇠(chiller)는 수축공(shrinkage cavity)에서 주물의 두께차로 인한 냉각속도를 줄이기 위하여 주형의 하부에 설치한다.
<냉각쇠 이해하기>
냉각쇠(chiller)는 수축공(shrinkage cavity)에서 주물의 두께차로 인한 냉각속도를 줄이기 위하여 사용한다. 어떤 주물을 주형에서 냉각시킬 때, 두께가 얇은 쪽이 먼저 응고되면서 수축한다. 그래서 그 부분은 쇳물의 부족으로 인해 수축공이 발생하게 된다. 주물 두께가 두꺼운 부분에 냉각쇠를 설치하여 그 부분의 응고 속도를 증가시키게 되면, 주물 두께 차이에 따른 응고 속도를 줄일 수 있고, 수축공을 방지할 수 있다. 냉각쇠는 종류로는 핀, 막대, 와이어 등이 있으며, 주형보다 열 흡수성이 좋은 재료를 사용한다. 그리고 고온부와 저온부가 동시에 응고되도록 또는 두꺼운 부분과 얇은 부분이 동시에 응고되도록 하는 목적으로 설치하는 것이며 마지막으로 가장 중요한 것으로 냉각쇠(chiller)는 가스 배출을 고려하여 주형의 상부보다는 하부에 부착해야 한다. 상부에 부착하게 되면 가스는 주형 위로 배출되려고 하다가 상부에 부착된 냉각쇠에 의해 빠르게 냉각되면서 응축하여 가스액이 되고, 가스액이 주물 내부로 떨어져 결함을 발생시킬 수 있기 때문이다.
문 11. 탄소강의 평형상태도에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 탄소의 함유량에 따라서 아공석강, 공석강, 과공석강으로 분류된다.
② 오스테나이트는 공석변태 온도 이하에서 존재하지 않는다.
③ 시멘타이트는 다른 고용체에 비하여 매우 낮은 경도를 갖는다.
④ 오스테나이트는 공석변태 온도 이하에서 페라이트와 시멘타이트가 석출된다.
③
<페라이트, ferrite>
상온에서의 순철의 조직은 페라이트이다. $\alpha $고용체, 전연성 우수, $A_2$점 이하에서는 강자성체. 또한, 투자율이 우수하고 열처리는 불량하고 체심입방격자이다.
<펄라이트, pearlite>
0.77%C, 오스테나이트가 723℃에서 분열하여 생긴 페라이트와 시멘타이트가 층을 이루는 조직이다. 강도가 크고 어느 정도의 연성을 가진다.
<시멘타이트, cementite>
철과 탄소가 결합된 탄화물, 금속간화합물이며 경도와 취성이 크다. 탄화철($Fe_3C$)이라고도 하고 6.68%C. 단단하고 취성이 크다. 취성=메짐=여림, 경도는 HB 800, HV 1,050~1,200 정도이다.
<레데뷰라이트, ledeburite>
2.11%C 오스테나이트와 6.68%C 시멘타이트의 공정조직으로 4.3%C인 주철에서 나타난다.
<오스테나이트, austenite>
$\gamma $고용체라고도 하는데 철에 최대 2.11%C까지 고용되어 있는 고용체이다. $A_1$점 이상에서 안정된 조직으로 비자성체이며 인성이 크다. 결정구조는 면심입방격자(FCC)이며, 온도는 912℃~1,400℃ 이다.
<공석강의 서랭조직>
아공석강 α + 펄
공석강 펄
과공석강 펄 + 시
<723℃에서 탄소함량에 따른 Fe-C의 조직변화 과정>
공석강의 서랭조직은 펄라이트로 변태종료 후 온도가 내려가도 조직의 변화는 거의 일어나지 않는다.
<아공석강, hypo-eutectoid steel, 탄소량 0.76~0.86 미만>
오스테나이트의 결정 경계에서 페라이트가 형성되기 시작하고 723℃에서 나머지 오스테나이트가 펄라이트로 변한다. 따라서 경계부분은 초석 페라이트, 나머지 부분은 공석 페라이트와 공석 시멘타이트로 이루어진 펄라이트가 된다.
<공석강, eutectoid steel, 탄소량 0.76~0.86>
오스테나이트가 결정 경계부분부터 공석 반응을 일으켜 723℃에서 조직 전체가 공석 페라이트와 공석 시멘타이트로 변화된다. 이 두 조직은 층상으로 형성되는데 이렇게 형성된 조직을 펄라이트라고 한다.
<과공석강, hyper-eutectoid steel, 탄소량 0.76~0.86 초과>
오스테나이트 결정 경계에서 시멘타이트가 형성되고 723℃ 이하에서 나머지 조직이 펄라이트로 변한다. 따라서 경계면은 초석 시멘타이트, 나머지 조직은 공석 페라이트와 공석 시멘타이트로 구성된 펄라이트가 된다.
문 12. 공구 날이 무디어져 탈락하고 새로 생성되는 자생작용을 이용한 가공법은?
① 브로칭(broaching)
② 리밍(reaming)
③ 호닝(honing)
④ 보링(boring)
③
<브로칭, broaching>
브로칭이란 일련의 수많은 절삭날을 가진 브로치라고 하는 공구로서 필요한 형상으로 가공하기 위해 인발 또는 압입하여 절삭 작업하는 방식이며 기어나 풀리의 키홈, 스플라인 키홈 등을 가공하는데 적합하다.
<리밍, reaming>
이미 존재하는 구멍의 치수정확도와 표면정도를 향상시키기 위한 작업으로서 저속(회전속도)으로 하되 이송을 크게하며 칩발생이 많지 않기 때문에 칩을 빼기 위한 역회전 등의 조작은 하지 않는다.
<호닝, honing>
드릴링, 보링, 리밍 등으로 1차 가공한 재료를 더욱 정밀하게 연삭하는 가공법으로 각봉 형상의 세립자로 만든 공구를 공작물에 스프링이나 유압으로 접촉시키면서 회전 운동과 왕복 운동을 동시에 주어 매끈하고 정밀한 제품을 만드는 가공법이다. 주로 내연기관의 실린더와 같이 구멍의 진원도와 진직도, 표면거칠기 향상을 위해 사용한다.
<보링, boring>
드릴로 이미 뚫어져 있는 구멍을 넓히는 공정으로 편심을 교정하기 위한 가공이며, 구멍을 축방향으로 대칭을 만드는 가공이다.
문 13. 판재의 전단가공에 대한 설명으로 옳은 것만을 고른 것은?
ㄱ. 연속금형(progressive die)을 사용하면 생산성이 매우 높아진다.
ㄴ. 전단된 조각을 사용하면 블랭킹이라 한다.
ㄷ. 펀치와 다이 사이의 간극은 경강재료에 비해 연강재료일수록 넓게 한다.
① ㄱ, ㄴ
② ㄴ, ㄷ
③ ㄱ, ㄷ
④ ㄱ, ㄴ, ㄷ
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= \frac{tH}{vR} $
C = 간극, t = 두께(최대 10%까지), R = 거칠기, v = 전단속도, H = 재질의 단단함의 정도(연성일수록 값이 작음)
문 14. 선반의 주축에 부착되어 불규칙한 형상의 공작물을 고정하기 위하여 사용하는 장치는?
① 면판
② 연동척
③ 콜릿
④ 방진구
①
<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.
<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.
<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.
<방진구, work rest>
양단을 센터로 지지했을 때 소재의 중앙부는 절삭력과 자중에 의해 휘거나 처짐이 일어나 굵게 가공된다. 가늘고 긴 공작물의 절삭력과 자중에 의해 휘거나 처짐이 일어나는 것을 방지하기 위한 선반의 부속장치이다. 길이가 지름의 20배 정도 될 때 사용한다. 방진구의 jaw 개수는 고정식이 3개, 이동식이 2개이다.
문 15. 연삭숫돌에서 입도 선택에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 거친입도는 연성재료에 적합하다.
② 혼합입도의 숫돌은 거친연삭부터 중정도 연삭면까지 가공하는데 비능률적이다.
③ 정밀연삭은 고운입도를 사용하는 것이 유리하다.
④ 취성재료는 입도가 고운 것이 좋다.
②
<연삭숫돌의 입자와 공정>
- 숫돌입자 크기를 나타내는 입도번호가 높을수록 연삭입자 크기가 작다.
→ 입자가 미세하므로 연삭공정으로 우수한 표면정도를 얻을 수 있다.
- 결합도가 높은 연삭숫돌은 연한재료의 연삭공정에 사용된다.
- 연삭숫돌은 숫돌입자, 결합제, 기공의 세가지 요소로 구성된다.
- 연삭공정은 전통적인 절삭공정보다 높은 비에너지를 요구한다.
<연삭숫돌의 입도 선택>
- 거친입도는 연성재료에 적합하다.
- 고운입도는 취성재료에 적합하고, 정밀연삭에 유리하다.
- 혼합입도의 숫돌은 부분적으로 능률적이다.
→ 거친연삭부터 중정도 연삭면까지 가공하는데 능률적이다.
<연삭가공의 특징>
- 정밀도가 높고 표면 거칠기가 우수하다.
- 담금질 처리된 강, 초경합금 등 단단한 재료의 가공이 가능하다.
- 숫돌 날이 무뎌지면 탈락하고 새로운 날이 생성되는 자생작용이 있다.
- 마멸 → 파쇄 → 탈락 → 생성
- 숫돌 입자와 공작물의 마찰면적이 여타 공작방법보다 크다.
→ 접촉점의 온도가 비교적 높은 편이다.
- 입자끼리 결합되어 고속으로 회전하므로 숫돌 균열에 주의해야 한다.
문 16. 측정오차에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 계통오차는 측정값에 일정한 영향을 주는 원인에 의해 생기는 오차이다.
② 우연오차는 측정자와 관계없이 발생하고, 반복적이고 정확한 측정으로 오차 보정이 가능하다.
③ 과실오차는 측정자의 부주의로 생기는 오차이며, 주의해서 측정하고 결과를 보정하면 줄일 수 있다.
④ 계통오차 중 계기오차는 측정기가 불완전하거나 사용상의 제한 등으로 생기는 오차이다.
②
<계통오차, systeniatic error>
반복성 조건을 유지하면서 같은 측정량을 무한히 측정하여 얻은 모평균에서 측정량의 값을 뺀 것을 계통오차라 하며, 주로 측정기, 측정방법, 피측정물의 불안정성과 환경의 영향에 의하여 발생한다.
<개인오차>
시차라고도 하며, 측정기가 정확하게 지수를 지시하고 있을지라도 측정자의 부주의 때문에 생기는 오차이다.
<계기오차>
기기오차라고도 하며, 측정기의 구조 측정 압력, 측정온도, 측정기의 마모 등에 따른 오차를 말하며, 측정기를 정기적으로 점검함으로써 수정할 수 있다. 측정기의 정도결정은 KS에서는 온도 20℃, 기압 760mmHg, 습도 58%로 규정하고 있다.
<우연오차>
온도, 습도, 진동, 자기장, 전기장 등 자연현상에 의하여 생기는 오차로 오차의 원인을 모를 경우가 많다. 이럴 경우에는 여러번 반복측정하여 그 평균값을 구하는 것이 좋다.
<과실오차>
측정기의 취급부주의로 발생되므로 오차가 크게 발생되며 발생빈도는 비교적 드물다.
문 17. 형단조 시 예비성형체의 설계는 전체 단조공정을 좌우하게 된다. 다음 중 예비성형을 하는 목적으로 옳지 않은 것은?
① 결함이 없는 재료유동과 금형에 적절한 재료의 충전을 유도한다.
② 플래시(flash)로 재료가 손실되는 것을 최소화한다.
③ 최종단조에서의 재료유동을 최대화하여 생산성을 높인다.
④ 금형의 마모를 감소시켜 수명을 증가하도록 한다.
③
<형단조에서 예비 성형을 하는 이유>
- 결함이 없는 재료 유동과 적절한 금형 충전을 유도
- 금형 마모의 감소 → 금형의 수명 증가
- 원하는 단류선을 얻어서 제품 품질 향상
- 플래시(flash)로 재료가 손실되는 것을 최소화
문 18. 절삭속도 V와 공구수명 T의 관계를 나타내는 테일러(Taylor)의 공구수명식 $VT^n=C$에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① C는 공구수명이 1분일 때의 절삭속도이다.
② C는 공작물, 공구재료, 절삭조건에 따라 달라진다.
③ n의 값은 세라믹 공구가 고속도공구강보다 작다.
④ n은 공작물과 공구재료의 조합에 따라서 달라진다.
③
<공구와 공작물에 의한 지수>
- 고속도강 n = 0.05 ~ 0.2
- 초경합금공구 n = 0.125 ~ 0.25
- 세라믹공구 n = 0.4 ~ 0.55
- 일반적으로 n = 0.1 ~ 0.2
문 19. 광(光)을 렌즈, 반사경 등으로 집적하여 그 집점 위치에 공작물을 세팅하면 가공부분은 빛의 흡수에 의하여 국부적, 순간적으로 고속 가열되어 증발 또는 용해 제거된다. 이와 같은 원리로 대기중에서 비접촉으로 가공하는 방법은?
① 플라스마 가공
② 방전 가공
③ 전자 빔 가공
④ 레이저 가공
④
<플라스마 아크 가공법, plasma arc machining>
대기압 근처의 극히 고온의 플라스마(plasma: 전자와 이온이 같은 수로 안정 공존하고 있는 상태)를 이용한 가공법이다. 작동 가스는 주로 아르곤에 주소 또는 헬륨을 혼입한 것으로 텅스텐 전극과 노즐 내면과의 사이에 아크를 방전시켜 작동 가스를 고온 플라스마화 해서 플라스마 제트로써 공작물에 방사한다. 비금속재료에도 적용되고 용단이나 용사에 이용된다. 금속재료(양도체)의 공작물을 양극으로 하고 음극과의 사이에 아크 방전시켜 작동 가스는 노즐 속을 흘러서 플라스마 아크로서 분출한다.
<방전가공, EDM, electric discharge machining>
높은 경도의 금형 가공에 많이 적용되는 방법으로 전극의 형상을 절연성 있는 가공액 중에서 금형에 전사하여 원하는 치수와 형상을 얻는 가공법이다. 절연액 속에서 음극과 양극 사이의 거리를 접근시킬 때 발생 하는 스파크 방전을 이용하여 공작물을 가공하는 방법이다.
<전자빔 가공, electronic beam processing>
전자빔 가공은 전자의 운동에너지로부터 얻는 열에너지를 이용한다. 진공 중에서 고전압, 고에너지를 지닌 열전자를 렌즈를 통해 가는 빔(전자총)을 만들어 공작물에 집중 투사시켜 발생되는 고열로 공작물을 용해, 분출 혹은 증발시켜 가공하는 공정이다. 금속, 보석류 그 밖의 재료를 가공이 가능하고 전자빔은 매우 미세하므로 종래의 기계가공에서는 할 수 없는 미세한 가공을 높은 정밀도로 할 수 있다.
<레이저 빔 가공, laser beam machining>
렌즈, 반사경 등으로 레이저를 한 곳에 모아 레이저 빔에 의하여 빛의 흡수로 국부적이며 순간적으로 공작물을 가열, 증발 및 용해시켜 가공하는 공법이다. 레이저를 이용하므로 고속으로 가열하여 가공하므로 열변형층이 좁고, 아주 단단하거나 잘 깨어지기 쉬운 재료의 가공이 쉬우며, 비접촉식이므로 공구의 마모가 없는 등의 장점이 있다. 또한, 복잡한 모양의 부품을 미세하게 가공할 수 있으며, 작업시 소음과 진동이 없고 작업환경이 깨끗하다. 사용되는 레이저는 재료 및 가공공정의 특성에 따라 이산화탄소, 루비, YAG 레이저 등 각종 레이저가 사용된다. 이들 레이저는 재료의 절단, 구멍 뚫기, 용접, 열처리, 표면의 각인 등의 가공에 주로 이용되며, 특히 다이아몬드처럼 매우 단단하거나, 열에 민감한 재료들의 가공에 적합하다.
<레이저 가공의 특징>
- 레이저로 재료 표면의 일부를 용융 증발시켜 제거하는 가공법
→ 빛을 쏴 순간적으로 일부분이 가열되어 용해되거나 증발되는 원리이다.
- 밀도가 높은 단색성과 평행도가 높은 지향성을 이용한다.
- 진공을 필요로 하지 않는다.
- 구멍 뚫기, 홈파기, 절단, 마이크로 가공 등에 응용될 수 있다.
- 금속 재료, 비금속 재료 모두 적용이 가능하다.
→ 초경합금, 스테인리스강의 가공도 가능하다.
→ 유리, 플라스틱관의 절단이 가능하다.
- 가공할 수 있는 재료의 두께와 가공깊이에 한계가 있다.
- 비열, 반사도, 열전도도가 작을수록 효율이 좋다.
- 투명체를 통해 에너지의 전달이 가능하다.
- 가공할 때 열변형이 적고 재료의 변질도 적다.
- 작은 출력에도 집속하여 파워밀도를 크게 할 수 있다.
- 공작물과 물리적 접촉이 없으므로 공구 접촉에 의한 변형이 없다.
문 20. 플라스틱 사출성형을 할 때 용융수지가 캐비티(cavity) 내에서 두 방향으로 분리되어 충전되다가 만나는 부분에서 가는 선이 생기는 현상은?
① 플래시(flash) 현상
② 플로마크(flow mark) 현상
③ 싱크마크(sink mark) 현상
④ 웰드마크(weld mark) 현상
④
<플래시, flash>
금형의 파팅라인이나 이젝터 핀 등의 틈에서 흘러나와 고화 또는 경화된 얇은 조각모양의 수지가 발생되는 현상을 말하며 이것을 방지하려면 금형 자체의 밀착성을 좋게하도록 체결력을 향상시켜야 한다.
<플로마크, flow mark>
용융수지가 금형 캐비티내에 충전되면서 유동궤적이 생겨 나타나는 현상으로서 게이트를 중심으로 동심원을 그리며 사람의 지문모양과 비슷하게 나타난다.
<싱크마크, 면수축, sink mark>
모든 성형품은 성형 후 체적이 감소해 가며 수축한다. 그중에서 성형품의 표면에 부분적으로 발생하는 오목현상을 면수축(sink mark)이라고 한다. 성형품의 냉각이 비교적 높은 부분에서 발생하는 성형수축으로 표면에 나타나는 오목한 부분의 결함을 말한다. 이를 제거하기 위해서는 두께가 두꺼운 위치에 게이트를 설치하고, 성형품의 두께를 균일하게 하고, 스프루, 러너, 게이트를 크게 하여 금형 내의 압력이 균일하도록 하며, 성형온도를 낮게 억제한다. 두께가 두꺼운 위치에 게이트를 설치하여 성형온도를 낮게 억제하도록 한다. 플라스틱 사출과정에서의 발생하는 수축과는 다른 현상이다. 싱크마크는 국부적인 부분에 나타나는 결함이다.
<웰드마크, weld mark>
용융된 수지가 금형 캐비티 내에서 분류하였다가 합류하는 부분에 생기는 가느다란선 모양을 말한다. 2개이상의 다점 게이트의 경우, 수지가 합류하는 곳, 구멍이 있는 성형품에 있어서 수지가 재합류하는 곳, 또는 벽두께가 국부적으로 얇은곳에 발생한다.
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