문 01. 다음 설명에 해당하는 용해로는?
○ 주로 주철을 용해하는 데 사용된다.
○ 투입구에서 금속, 코크스, 용제 등을 투입한다.
○ 내부는 내화 벽돌로 라이닝되어 있고, 외벽은 강재로 구성되어 있다.
① 용선로
② 반사로
③ 전기로
④ 도가니로
①
<용선로, cupola>
큐폴라라고도 하며 주철을 용해할 때 사용하며, 크기는 1시간에 용해할 수 있는 쇳물의 무게를 ton(톤)으로 표시한다.
<반사로>
금속을 용해하여 정련하는 노이다. 아궁이와 용해실이 분리되어 있고 화염은 노의 정상부를 따라 흐르며, 노의 천정과 옆벽으로부터의 반사열로 원료를 용해하는 노로서 연료는 석유 또는 중유를 사용한다.
<전기로>
전열을 이용하여 고철, 선철 등의 원료를 용해하여 강 또는 합금강(특수강)을 만드는 제강법으로 우수한 품질의 강을 만들 수 있는 장점이 있다.
<도가니로>
합금강을 용해할 때 사용하며, 크기는 1회에 용해할 수 있는 구리(Cu)의 중량(kg)을 번호로 표시한다. 예를 들면, 구리 100kg을 용해하면 100번 도가니로라고 한다.
<각종 노의 크기>
용광로: 1일 산출 선철의 무게를 ton으로 표시
용선로: 1시간당 용해량을 ton으로 표시
전로·평로·전기로: 1회에 용해, 산출 무게를 kg, ton으로 표시
<각종 노의 용도>
주철용: 전기로, 큐폴라
주강용: 전기로, 전로, 평로, 반사로
비철합금용: 전기로, 도가니로
문 02. 기계·화학·물리적 방법을 이용하여 오염물질을 제거하거나 다른 물질로 층을 입히는 가공공정의 유형에 해당하지 않는 것은?
① 소결
② 증착
③ 청정
④ 도금
①
<소결, sintering>
조절된 분위기에서 압축된 금속분말에 융점 이하의 열을 가하여 각 입자끼리 충분한 정도로 결합시키는 공정이다. 소결하지 않은 생형압축분말은 여리고 생형강도도 약하다. 소결 후 분말입자 간의 결합강도와 성질, 즉, 소결제품의 품질은 확산기구, 소성유동, 휘발성물질의 증발, 재결정, 결정립성장, 기공수축 등에 따라 다르다.
문 03. 레이저빔 가공(laser beam machining)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 재료의 제거는 기화나 용융에 의해 이루어진다.
② 금속뿐만 아니라 세라믹, 플라스틱 등도 가공할 수 있다.
③ 에너지 밀도와 출력이 낮아 고진공 장비가 필수적이다.
④ 광에너지의 반사도가 낮은 재료일수록 공정효율이 높아진다.
③
<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 04. 금속재료의 소성변형을 이용한 가공법이 아닌 것은?
① 벤딩(bending)
② 스피닝(spinning)
③ 하이드로포밍(hydroforming)
④ 로스트폼공정(lost-form process)
④
<굽히기, bending>
소재를 굽히는 작업
<스피닝, spinning>
스피닝은 원뿔형의 용기를 만들거나 용기의 입구를 오므라들게 좁히는 가공법이다. 스피닝 선반의 회전축에 형틀을 부착하여 원형의 소재를 누름쇠로 형틀에 밀고 회전시키면서 대 위에 설치된 봉 또는 롤러를 소재에 밀어붙임으로써 성형하는 회전 가공법의 한 가지이다.
<하이드로포밍, hydroforming>
하이드로포밍이란 복잡한 형상의 자동차부품을 만들 때 여러 형태의 프레스로 따로 가공한 후 용접하지 않고, 강판을 튜브형태로 만들어 튜브안으로 물과 같은 액체를 강한 압력을 주어 가공하는 방법이며, 형태가 복잡하더라도 액압이 고르게 작용하기 때문에 두께와 강도가 균일한 자동차부품을 생산할 수 있다는 장점이 있다.
<소실모형주조법, EPC>
6면의 주물상자의 면 중, 상부만 개방하여 주물사와 소실모형(발포스치로폴로 제품모형에 탕도, 가스배기홀이 부착된 모형)을 적당히 배치하면서 주물사를 충진한 후 주형상자 상부를 비닐로 덮고, 진공주조법과 같이 진공처리한 후 스치로폴 탕도에 용탕을 주입주조하는 것으로 외형을 진공하는 것은 같으나, 진공주조는 형성된 모형공간에 용탕주입이고, 소실모형주조는 제품모형이 소실되면서 모형이 있던 자리에 용탕이 채워지면서 주조된다. 풀 몰드법도 여기 속한다.
문 05. 공구와 공작물 사이의 상대적인 운동 중 절삭운동의 형태가 다른 것은?
① 보링(boring)
② 평삭(planing)
③ 형삭(shaping)
④ 브로칭(broaching)
①
<공구의 의한 절삭>
- 고정공구: 선삭, 평삭, 형삭, 슬로터, 브로칭
- 회전공구: 밀링, 드릴링, 보링, 태핑, 호핑
<입자에 의한 절삭>
- 고정입자: 연삭, 호닝, 슈퍼피니싱, 버핑
- 분말입자: 래핑, 액체호닝, 배럴
문 06. 온도와 관련된 금속재료의 기계적 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 일반적으로 온도가 높아지면 재료의 강도는 낮아지고 연성은 높아진다.
② 재결정 온도 이하의 특정 온도 범위에서 응력이 완화되는 회복이 일어난다.
③ 가공경화된 재료를 가열하면 변형이 없는 결정립으로 치환되어 다시 연화될 수 있다.
④ 절대온도로 나타냈을 때, 용융점의 2배 정도 되는 온도에서 재결정이 일어난다.
④
<금속의 재결정온도>
- 재결정온도는 일반적으로 약 1시간 이내에 재결정이 완료되는 온도
- 금속의 용융 온도를 Tₘ이라 할 때
→ 재결정 온도는 대략 0.3Tₘ～0.5Tₘ 범위 내에 있다.
- 재결정은 금속의 연성은 증가시키고 강도는 저하시킨다.
- 재결정온도는 금속의 순도가 높을수록 낮아진다.
- 재결정온도는 금속의 냉간가공률이 클수록 낮아진다.
- 재결정온도는 금속의 가공시간이 길수록 낮아진다.
- 재결정온도는 금속의 가공전의 결정 입자가 미세할수록 낮아진다.
<재결정의 특징>
- 결정립계를 통해 원자들이 이동·교환하는 확산(diffusion) 현상이다.
→ 시간의 함수이다.
- 냉간가공도가 일정한 경우, 온도가 증가함에 재결정 시간이 줄어든다.
- 냉간가공도가 클수록 재결정온도는 낮아지다가 일정해진다.
→ 일정해지는 이유는 가공도가 임계점에 도달했기 때문이다.
→ 사실상 거의 가공도와 반비례라고 봐도 된다.
- 냉간가공도가 클수록 재결정 입자크기는 작아진다.
→ 이는 조대입자 구조를 미세입자로 바꾸어 성질을 개선시킬 때 이용
→ 냉간가공도가 증가하면 전위 수와 축적에너지도 증가하기 때문이다.
→ 이 에너지는 재결정에 필요한 일을 공급한다.
- 선택적 방향성은 재결정 후에도 유지된다.
→ 등방성을 회복하려면 재결정온도보다 더 높은 온도가 필요하다.
- 결정립 성장, 2차 재결정, 소둔쌍정의 형성 등의 현상이 수반된다.
<냉간가공도>
- 가공도 ≠ 가공이 잘 되는 정도
- 가공을 할수록 가공도가 높아지는 것을 의미한다.
→ 가공도가 임계점에 도달하면 가공을 할 수가 없다.
→ 가공도가 감소하다가 일정해지는 이유가 바로 이것이다.
- 가공도가 큰 재료의 재결정은 낮은 온도에서 생긴다.
→ 가공 완성도가 상대적으로 크다.
→ 이미 가공경화를 일으킬대로 일으키고, 임계 상태에 도달함.
→ 재결정 온도까지 가열해서 변형에너지를 풀어줘야 한다.
- ex) 압연의 경우
- 가공을 하면 할수록 판재가 줄어들면서 입자가 작아진다.
→ 그 자체가 가공도가 높으니깐 입자가 작아지게 된다.
문 07. 금속 주조에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 반원심 주조에서 소모성 주형이 사용될 수 있다.
② 다이캐스팅으로 제작된 제품은 강도가 높고 결정립 크기가 작다.
③ 진원심 주조에서 주물의 외형은 육각형, 팔각형 등의 모양이 될 수 없다.
④ 셸 주조는 금형, 모래, 열경화성 수지가 사용되고, 주물 표면이 우수하다.
③
<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
문 08. 주조결함에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 미스런(misrun)은 주물이 주형 공동을 완전히 채우기 전에 응고된 것이다.
② 개재물(inclusion)은 모래, 슬래그 등의 불순물이 쇳물 속에 말려 들어가 남은 것이다.
③ 샌드블로우(sand blow)는 주물 표면 또는 바로 아래에 작은 기공이 많이 생긴 것이다.
④ 수축공동(shrinkage cavity)은 용탕의 응고수축으로 인해 주물 표면이 움푹 파이거나 내부에 빈 공간이 생긴 것이다.
③
<주탕불량, misrun>
낮은 용탕 주입온도로 인해 용융금속이 주형을 완전히 채우지 못하고 응고된 것을 말한다.
<개재물, inclusions>
용해, 응고, 조형 과정에서 혼입 개재물은 용해 시에 분위기(보통 산소)나 도가니 재료와의 반응, 용탕의 원소끼리 화학반응, 슬래그나 외부물질이 용탕에 갇혀서, 용탕과 주형재료 사이의 반응결과, 주형이나 코어 표면의 파편이 떨어져서 만들어진다. 따라서 용탕품질을 잘 유지하고 주형상태를 지속적으로 점검하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 비금속개재물은 응력집중원으로 작용하고, 또한 주물강도를 감소시키므로 유해하다. 또한 주물 내의 경한 개재물은 후속 절삭작업에서 절삭공구를 파손시 킬 수 있다. 개재물은 용탕의 처리과정에서 여과할 수 있다.
<샌드블로우, sand blow>
풍선과 같은 모양의 가스 공동으로, 용융금속을 주입할 때 주형 가스의 방출로 인해 발생한다.
<핀홀, pin hole>
용융금속 주입 동안에 가스 방출에 의해서 발생하는 결함. 주물 표면 또는 바로 아래에 작은 기공이 많이 생긴 것을 의미한다.
<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.
문 09. 평판 압연공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 소재의 속도는 압연 입구에서보다 출구에서 더 빠르다.
② 중립점은 소재의 속도와 롤의 속도가 같아지는 지점이다.
③ 압연 가능한 최대 압하량은 마찰력과 롤의 반지름이 작을수록 커진다.
④ 압연 후 소재의 폭 증가량은 롤의 지름, 압하량 등에 따라 달라진다.
③
<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.
<압연롤러의 구성>
- 소재와 접촉하여 가공하는 몸체(body)
- 베어링으로 지지되는 넥(neck),
- 전동기로부터 동력이 전달되는 웨블러(webbler)
<압연에서의 마찰계수>
냉간압연에서는 0.02~0.3, 열간압연에서는 0.2~0.7
문 10. 성형가공 공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 이어링(earing)은 딥드로잉 공정에서 원통형 컵의 벽 두께를 균일하게 성형하는 것이다.
② 정수압압출은 컨테이너 내부에 유체를 채운 후 유체에 압력을 가해 공작물이 다이를 통하여 압출되는 것이다.
③ 스웨이징(swaging)은 회전하는 해머가 반경 방향으로 타격하여 봉이나 관의 직경을 줄이거나 테이퍼진 단면을 만드는 것이다.
④ 펀칭(punching)은 구멍을 뚫고 남아 있는 부분이 제품이 되고, 블랭킹(blanking)은 판재에서 필요한 형상의 제품을 잘라내는 것이다.
①
<이어링, earing, 귀생김>
딥 드로잉시 평면이방성으로 인하여 드로잉된 컵의 벽 끝 상단자리가 깨끗한 원주가 되지 않고 파도 모양의 귀가 생기는 현상이다. 귀가 생기면 가공 후 잘라버려야 하므로 재료 손실을 가져온다. 딥드로잉 된 컵의 두께를 더욱 균일하게 만들기 위한 후속 공정인 아이어닝을 통해 이어링 현상을 방지한다.
<정수압 압출, hydrostatic extrusion>
챔버를 유체로 채우고, 이를 통해 빌렛에 압력을 전달하여 다이를 통과시켜 압출되도록 한다. 용기의 벽면에 마찰이 작용하지 않는다. 더구나 용기 내에서의 고압으로 인해 유체가 다이면을 타고 빠져나오므로 마찰력과 압출하중을 현저하게 감소시킨다. 압력은 최고 1,400 MPa에 이르며, 압출제품을 보다 압력이 낮은 이차압력실로 밀어내는 방법도 있다.(유체에서 유체로의 압출) 소재는 높은 정수압 환경에 놓이므로, 이 방법은 압출제품에 생기는 결함을 감소시킨다. 각종 금속과 폴리머들에 대하여, 속이 찬 형상, 튜브 및 기타 속이 빈 형상, 벌집구조와 이종재료끼리 접합된 형상까지 성공적으로 압출된 바 있다. 정수압압출은 보통 상온에서 행해지고 작업유체로는 식물성유가 사용되는데, 특히 캐스터유(castor oil)는 양호한 윤활제인 동시에 점도가 압력의 영향을 크게 받지 않는다. 열간압출인 경우에는 왁스, 폴리머, 유리 등이 작업유체로 사용된다. 이들 작업유체는 열절연체로도 작용하여 압출 중에 소재온도가 떨어지지 않도록 해준다. 정수압 압출은 일부 성공을 거둔 바 있지만, 공구의 구조가 복잡하고, 고압과 특수장비의 설계에 대한 경험이 필요하며, 한 개의 제품을 가공하는 데 긴 시간을 요하므로 실제현장에서의 응용은 제한된다.
<정수압 압출의 특징>
- 용기(container)의 벽면과 빌릿 간 마찰이 작용하지 않는다.
- 고압으로 유체가 소재와 다이의 접촉면에서 윤활 역할을 한다.
- 정수압에 의한 연성 증대 효과로 변형이 용이하다.
- 취성재료도 냉간압출이 가능하다.
- 다이(die) 구멍에서의 마찰을 줄일 수 있다.
- 초기 빌릿의 한 쪽에 테이퍼를 만들어 다이 입구에 꼭 맞게 해야 한다.
<스웨이징, swaging>
단조와 같은 압축가공 시 사용되는 이형공구의 일종으로 선, 관, 봉재 등의 다양한 단면의 모양을 성형하고자 할 때 사용되는 공구의 다이를 스웨이징 블록이라 하며, 이 공구 사이에서 소재를 넣고 압축성형하는 방법이다. 두께나 지름, 길이 등을 감소시키거나 폭을 늘리는 것을 말한다.
<펀칭, punching>
판재에서 소정의 구멍을 뚫는 가공으로 떨어진 쪽이 폐품, 구멍이 뚫어진 남아있는 쪽이 제품이 된다.
<블랭킹, blanking>
판재에서 펀치로서 소정의 제품을 뽑아내는 가공으로 남은쪽이 폐품, 뽑아낸 것이 제품이 된다.
피어싱(펀칭) 하고 나면 귀를 버리지 않는다. 즉, 뚫고 남은게 제품이다.
문 11. 선반의 주축(main spindle)을 중공축으로 하는 이유로 옳지 않은 것은?
① 긴 공작물의 가공을 편리하게 하기 위하여
② 센터의 장착 및 탈착을 용이하게 하기 위하여
③ 중량을 줄여 베어링에 걸리는 하중을 낮추기 위하여
④ 콜릿 척(collet chuck)을 영구적으로 압입하기 위하여
④
<선반 주축을 중공축으로 하는 이유>
- 긴 가공물 고정을 편리하게 하여 가공을 용이하게 하기 위해
- 비틀림응력 및 굽힘응력에 대한 강화를 위해
- 주축 무게를 줄여 베어링에 작용하는 하중을 줄이기 위해
- 센터의 장착 및 탈착을 용이하게 하기 위하여
문 12. 절삭가공에서 구성인선(built-up edge)을 줄이기 위한 방법으로 옳지 않은 것은?
① 절삭속도를 높인다.
② 절삭유 사용을 피한다.
③ 절삭깊이를 작게 한다.
④ 공구 경사각을 크게 한다.
②
<구성인선, built up edge>
연강, 스테인리스강 및 알루미늄과 같은 연한 재료를 절삭할 때 절삭공구의 날끝에 매우 단단한 물질이 부착되고 이것 때문에 깎여진 면에도 군데군데 그 흔적이 나타나는데 이것은 칩의 일부가 절삭력과 절삭열에 의한 고온, 고압으로 날끝에 녹아 붙거나 압착된 것으로 이것을 구성인선이라 한다.
<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
문 13. 다음 설명에 해당하는 연마공정은?
○ 연마입자를 결합한 숫돌 대신에 작은 연마입자들이 섞여있는 용액을 사용한다.
○ 광학렌즈, 블록게이지 등의 부품을 대상으로 정밀하고 매끄러운 표면을 얻기 위해 사용한다.
○ 주철 등의 재료로 공작물 형상에 맞게 만든 공구가 공작물에 압력을 가하며 움직인다.
① 호닝(honing)
② 래핑(lapping)
③ 폴리싱(polishing)
④ 슈퍼피니싱(superfinishing)
②
<래핑, lapping>
마모현상을 기계가공에 응용한 것으로 그 기본은 마모이며 일반적으로 공작물과 랩공구 사이에 미분말상태의 랩제와 윤활제를 넣어 이들 사이에 상대운동을 시켜 표면을 매끈하게 가공하는 방법이다.
<래핑의 장점>
- 다듬질면이 매끈하고 유리면을 얻을 수 있다.
- 정밀도가 높은 제품을 만들 수 있다.
- 윤활성이 좋게 된다.
- 다듬질면은 내식성 및 내마모성이 증가된다.
- 미끄럼면이 원활하게 되고 마찰계수가 적어진다.
<래핑의 단점>
- 비산하는 랩제가 기계나 제품에 부착되면 마모의 원인이 된다.
- 제품을 사용할 때 남아있는 랩제에 의하여 마모를 촉진시킨다.
문 14. 산업용 로봇을 구성하는 기본 요소가 아닌 것은?
① 매니퓰레이터(manipulator)
② 엔드 이펙터(end effector)
③ 부품 공급기(part feeder)
④ 제어 시스템(control system)
③
<매니퓰레이터, manipulator>
인간의 팔이나 손의 기능과 유사한 역할을 수행하는 기구이다.
<엔드이펙터, end effector>
로봇의 손목 끝에 달려있는 작업공구를 의미하며 용접봉, 분무총(spray gun), 공구 또는 개폐식 여닫이를 가지는 집게(gripper 또는 finger) 등이 있다.
<겐트리, gantry>
로봇이 다리와 같은 프레임 위에 장착되었을 때 이것을 겐트리로봇이라 일컬으며 다른 말로는 주행 형태(traverse type)로봇이라고도 한다.
문 15. 다음 특성을 모두 갖는 숫돌 입자의 재질은?
○ 고온에서 철이나 니켈에 높은 화학적 안정성이 있다.
○ 경도가 높아 경화된 철금속, 열처리강 및 고온합금의 가공에 적합하다.
○ 가격은 고가이나, 마모가 적어 대량생산에서 치수 정밀도를 장시간 유지할 수 있다.
① 탄화규소(SiC)
② 알루미나(Al₂O₃)
③ 다이아몬드(diamond)
④ 입방정질화붕소(CBN)
④
<입방정 질화 붕소, CBN, cubic boron nitride>
- 고온에서 철이나 니켈에 높은 화학적 안정성이 있다.
→ 확산에 의한 마멸이 거의 발생하지 않는다.
- 다이아몬드 다음으로 경도가 높다.
→ 경화된 철금속, 열처리강 및 고온합금의 가공에 적합하다.
- 가격은 고가이나, 마모가 적다.
→ 대량생산에서 치수 정밀도를 장시간 유지할 수 있다.
문 16. 공구와 공작물 사이에서 공구의 구성원자가 공작물로 이행하여 발생하고, 공구의 물성을 약화시키는 공구마모는?
① 노치마모(notch wear)
② 응착마모(adhesion wear)
③ 확산마모(diffusion wear)
④ 연마마모(abrasion wear)
③
<노치마모, notch wear>
절삭공구의 절삭깊이 부분에 경사면과 여유면에 걸쳐 국부적인 큰 마모가 생기는 현상으로 주로 표면경화된 재료나 내열강을 절삭할 때 발생된다.
<응착마멸, adhesive wear>
응착결합부에 수평력(마찰력)이 작용하면, 원래 접촉면 혹은 이보다 위나 아래쪽을 따라 전단파단이 일어나서 재료의 일부가 떨어져 나가는 현상을 응착마멸이라고 한다. 이때 파단경로는 접착부의 응착강도와 두 접촉물체 중 약한 재질의 결합강도(cohesive strength)에 따라 결정된다. 응착강도는 돌출부 접촉 부위의 변형경화, 확산, 상호 고체용해도 같은 요인들에 의해 모재의 강도보다 클 경우가 많다. 따라서 파단은 주로 연한 재질 측에서 일어난다. 마멸파편은 한동안 경한 재질 측에 붙어있다가 계속되는 미끄럼 작용에 의해 궁극적으로 분리되어 마멸입자로 된다. 따라서 응착마멸을 미끄럼 마멸이라고도 한다. 과대한 하중이 작용하거나 접착부의 결합강도가 매우 강한 경우, 즉 보다 극심한 조건 하에서는 응착마멸로 인해 스커핑(scuffing, 마찰열로 한 표면이 다른 표면에 용착되면서 떨어져나가는 현상), 스미어링(smearing, 떨어져 나온 마멸입자가 다시 한쪽 혹은 양쪽 표면에 달라붙는 현상), 찢김(tearing), 골링(galling, 한 표면의 일부가 다른 표면에 붙어 벗겨지는 현상), 시저(seizure, 녹아 붙음) 같은 격렬한 마멸(severe wear) 현상이 생긴다.
<응착마멸을 감소시키는 방법>
- 응착결합이 강해지지 않도록 재료 중 하나를 경한 재료 선택
- 얇은 산화층을 형성하는 재료 사용
- 경도가 높은 피복
- 윤활
<확산마멸, diffusion wear>
부식마멸(corrosive wear) 혹은 화학마멸이라고도 부른다. 일반적으로 농도가 높은쪽에서 낮은쪽으로 원자가 낮은쪽으로 원자가 이동하는데 이 현상이 고체에서도 발생한다. 절삭 가공 시 공구와 소재가 서로 접촉했을 때 높은 온도, 높은 압력으로 진행이 되는데, 여기서 공구에서 소재로 화학적으로 원자가 이동할 수 있다. 탄소의 이동으로 예를 들면, 공구의 탄소농도가 높고 소재의 탄소농도가 낮으면 탄소가 이동한다. 이런 것을 확산이라고하고 이것 때문에 일어나는 마멸이 확산마멸이다. 또한 공기중에는 산소가 있기 때문에 고온에서 산소에 의한 마멸이 발생할 수 있는데. 이것을 산화마멸이라고 한다.
<연삭마멸, abrasive wear>
경하고 거친 표면이나 경한 돌출부가 있는 표면과, 이보다 연한 표면이 서로 미끄럼운동을 할 때 발생한다. 이 형태의 마멸기구는 마치 연삭기구처럼 미소칩(microchip)이나 슬리버(sliver)를 생성하며, 결과적으로 연한 재질의 표면에 홈이나 긁힌 자국을 남긴다. 연삭가공, 초음파가공, 입자제트가공 같은 입자가공공정은 이 원리를 이용한다. 단지 입자가공 시에는 공정변수들을 제어하여 원하는 형상이나 표면을 얻는 반면, 연삭마멸은 의도적이 아닌 원치 않는 현상이라는 점이 다르다. 순금속이나 세라믹재료들의 경우, 연삭마멸에 대한 저항성은 이들 재료의 경도값에 거의 선형 비례한다. 따라서 재료의 경도를 증가시키거나(열처리나 미세조직의 변화를 통해), 수직하중을 감소시킴으로써 연삭마멸을 줄일 수 있다. 한편, 탄성중합체나 고무재료는 원천적으로 연삭마멸에 대한 저항성이 높다. 자동차 타이어는 도로표면이 연삭 마멸을 촉진시키는 조건임에도 불구하고 긴 수명을 가지고 있다. 이러한 조건에서는 경화강이라 할지라도 오래가지 못할 것이다. 두 물체 간 마멸은 유체나 공기와 함께 분사되는 연삭입자(예: 모래)의 침식작용으로 표면에 침식마멸(erosive wear)이 유발되는 것이다. 세 물체 간 마멸은 공작물과 금형 사이의 윤활제에 포함된 마멸입자(오랜 시간에 걸쳐 생긴)에 의해 연삭마멸이 유발된다. 또한 근처의 기계가공, 연삭작업, 환경으로부터 유입된 입자들이 윤활계통을 오염시켜 유발되기도 한다. 세 물체 간 마멸은 성형작업에 특히 중요하므로, 금속가공용 윤활유의 사용 시에는 생성된 마멸입자들을 제거하는 여과방법과 적절한 검사법이 당연히 고려되어야 한다.
문 17. 절삭가공에서 생긴 가공 흔적이 남아 있는 구멍에 다소 큰 볼을 압입하여 표면 정밀도를 높여 경면(mirror surface)과 같이 만드는 가공법은?
① 버핑(buffing)
② 버니싱(burnishing)
③ 숏 피닝(shot-peening)
④ 배럴 가공(barrel finishing)
②
<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.
문 18. 센터리스 연삭기(centerless grinding machine)를 사용하여 작업할 수 있는 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 나사 연삭
ㄴ. 단이 있는 봉의 외경 연삭
ㄷ. 원통형 공작물의 내면 연삭
① ㄱ, ㄴ
② ㄱ, ㄷ
③ ㄴ, ㄷ
④ ㄱ, ㄴ, ㄷ
④
<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 19. 유연생산시스템(FMS)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 제품 변경에 필요한 소요시간이 짧다.
② 일반적으로 매우 낮거나 매우 높은 생산속도에 적합하다.
③ 작업장은 자동화된 이송장치를 가진 다수의 생산 셀로 구성된다.
④ 자재관리시스템과 중앙제어 컴퓨터에 의한 제어시스템을 포함한다.
②
<유연생산 시스템, FMS: Flexible Manufacturing System>
수치제어 공작기계와 자동반송 시스템, 중앙통제컴퓨터, 자동창고 시스템, 산업용 로봇으로 구성되며 높은 생산성으로 유연하게 제품을 제조하는 것을 목적으로 생산을 자동화한 시스템으로 유연성, 생산성, 신뢰성을 목표로 한다.
<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 20. 수치제어(NC)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 적응제어(adaptive control)는 품질의 최적화를 위해 작업조건을 적절하게 유지한다.
② 연속경로제어는 다수의 축을 동시 제어하여 공작물에 대한 공구 경로를 결정한다.
③ 공작물에 대한 공구의 이동 경로 계산에는 직선보간과 원호보간의 2가지 방법만 적용된다.
④ 점간제어는 공작물이나 공구의 이동 경로에 대한 고려 없이 프로그램된 위치로 이동한다.
③
<머시닝 센터, machining center>
- 머시닝센터는 고도로 자동화된 공작기계다.
→ 보링머신, 밀링머신, 드릴링머신을 하나로 한 복합공작기계
→ 머시닝 센터에 선삭은 없다.
- 여러 가지 절삭가공 공정을 CNC 제어로 수행할 수 있다.
→ 수치제어 서보와 NC스핀들에 의해 위치결정과 주축속도가 제어
- 직선운동, 회전운동, 주축회전의 세 가지가 있다.
→ 직선운동과 각운동을 하는 복수개의 축을 가지므로 활용도가 높다.
- 공구를 자유롭게 자동으로 교환할 수 있는 자동공구 교환장치를 갖는다.
→ 한 종류에서 다른 종류의 제품생산으로 쉽게 전환될 수 있다.
- 분할 테이블(index table) 장착이 용이하다.
- 다품종 소량부품의 가공공정 자동화에 유리하다.
문 21. 용접 전압은 25V, 용접 전류는 100A, 용접 비드의 단면적은 20mm²인 아크 용접 공정이 있다. 용접재료의 용융을 위한 비에너지가 2.5J/mm³일 때, 용접 속도[mm/s]는? (단, 용접 효율은 80 %이다.)
① 20
② 30
③ 40
④ 50
③
<용접속도>
$v= \eta \frac{VI}{uA} $
v: 용접속도(mm/s), u: 비에너지(J/mm³), V: 전압(V), I: 전류(A), A: 비드의 단면적(mm²)
<계산과정>
$v=0.8 \times \frac{25V \times 100A}{2.5J/mm^3 \times 20mm^2} = \frac{2,500W}{50J/mm}=50mm/s $
문 22. 다음 3가지 공정을 이용하여 소재를 볼트로 성형가공할 때, 작업 순서를 바르게 나열한 것은?
(가) 나사전조
(나) 냉간압출
(다) 냉간헤딩
① (나) → (가) → (다)
② (나) → (다) → (가)
③ (다) → (가) → (나)
④ (다) → (나) → (가)
②
문 23. 절삭공정 중 직교절삭에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 배분력은 전단력에 수직 방향이다.
② 칩두께와 절삭깊이를 이용하여 절삭비를 계산할 수 있다.
③ 경사각이 작아지고 마찰각이 커질수록 전단각이 작아진다.
④ 절삭속도, 전단각 및 경사각을 이용하여 칩속도를 계산할 수 있다.
①
<직교절삭의 특징>
- 절삭력은 절삭속도와 같은 방향으로 작용한다.
→ 절삭에 사용되는 에너지를 공급한다.
- 배분력은 절삭속도에 수직인 방향이다.
- 공구경사각이 마찰각보다 크면 위로 작용한다.
- 절삭깊이는 절삭 후 칩의 두께보다 작다.
→ 절삭속도는 칩의 속도보다 크다.
- 마찰력과 수직력의 합력보다 절삭력과 배분력의 합력이 더 크다.
- 전단면과 공작물 표면이 이루는 각을 전단각이라고 한다.
→ 전단각이 크면 절삭에너지는 작아진다.
- 가공 중에 전단각이 클수록 공구에 걸리는 절삭에너지가 감소한다.
- 칩두께는 절삭깊이보다 크므로 칩두께비는 항상 1보다 작다.
→ 1에 가까울수록 절삭성이 좋다. 연삭비와 다르다. 주의하자.
- 전단면을 통과하면서 받는 전단변형률은 공구경사각이 작을수록 크다.
<전단각, shear angle>
- 전단면과 공작물 표면이 이루는 각이다.
- 아래날에 대한 윗날의 기울기 각도이다.
- 전단각은 일반적으로 박판에는 작게, 후판에는 크게한다.
- 전단각이 클수록 공구에 걸리는 절삭에너지가 감소한다.
- 전단각이 크면 절단된 판재의 끝면이 고르지 못하다.
- 전단각이 증가하면 칩의 형성에 필요한 전단력이 감소한다.
- 전단각이 증가하면 절삭력이 감소한다.
- 전단각이 증가할수록 칩의 두께가 얇아진다.
- 전단각이 감소하면 마찰각(마찰계수)가 증가한다.
- 전단각이 감소하면 경사각이 감소한다.
- 공구 경사면을 따라 움직이는 칩의 속도는 전단각에 따라 달라진다.
- 절단기의 전단각은 1~4°이다.
<전단각을 두는 이유>
절단날에 전단각을 두는 것은 절단할 때, 충격을 감소시키고 절단소요력을 감소시키기 위한 것이다.
<전단면>
칩은 전단변형으로 인하여 생성되며 이 변형이 발생하는 평면을 전단면이라 한다. 공작물이 전단면을 통과하면서 받는 전단변형률은 공구의 경사각이 작을수록 커진다.
문 24. 주축(커터)의 회전수는 1,000rpm이고 테이블의 이송속도는 200mm/min인 평밀링(peripheral milling) 가공이 있다. 커터의 직경이 20mm이고 커터의 날수가 4개일 때, 커터의 날 1개당 이송량[mm/tooth]은? (단, π는 3이다.)
① 0.015
② 0.05
③ 1.25
④ 5
②
<절삭속도> <분당 이송량>
$ v = \frac{ \pi DN}{1,000} $ $f=f_{z}NZ$
v: 절삭속도(m/min), t: 절삭시간(min), l: 가공길이(mm), N: rpm(rev/min), f: 분당 이송량(mm/rev), $f_{z} $: 커터의 날 1개당 이송량
<계산과정>
$200mm/min=f_z \times 1,000rev/min \times 4, f_z=0.05$
문 25. 기계가공에서 사용하는 절삭유에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 저속절삭에서는 냉각성이 큰 것, 고속절삭에서는 윤활성이 큰 것이 더 효과적이다.
② 공구와 칩의 마찰을 감소시켜 발열에 의한 공구마모가 줄고, 공구수명이 향상된다.
③ 공구와 공작물을 냉각하여 절삭점의 온도를 저하시켜 열팽창에 의해 가공 정밀도가 감소하는 것을 방지한다.
④ 절삭 구역 내의 절삭칩을 씻어내므로 공구와 공작물 표면 사이에 칩이 끼어 절삭면이 손상되는 것을 막는다.
①
절삭유는 수용성(물에 섞어 사용)과 비수용성(원액 그대로 사용), 고체 윤활제로 구분된다. 수용성은 냉각작용이 우수하고, 비수용성은 윤활작용이 우수하며, 등유, 경유, 기계유 등은 비수용성 절삭유에 속하고, 그리스는 고체 윤활제에 속한다. 절삭유가 갖추어야 할 조건으로는 고속절삭에는 낮은 점도와 냉각성이 큰 것, 저속절삭에는 높은 점도와 윤활성이 큰 것을 쓴다.
<절삭유의 사용 목적>
- 공구의 경도 저하 방지
- 방청역할을 하고, 윤활 작용으로 공구의 마모 완화
- 절삭부 세척(청정)으로 가공 표면을 매끄럽게 함
- 공구·공작물을 냉각시켜 정밀도 저하 방지로 정밀도 향상
- 공구 날 끝의 온도 상승 방지와 구성인선 방지
- 칩 배출 능력의 향상
- 공구 윗면과 칩 사이의 마찰계수 감소
<절삭유의 구비조건>
- 마찰계수가 작고 인화점, 발화점이 높을 것
- 절삭유의 표면장력이 작고 칩(chip)의 생성부까지 침투가 잘 될 것
- 칩 분리가 용이하여 회수가 쉬울 것
- 공작물과 공구에 녹이 슬지 않을 것
- 윤활성, 냉각성, 유동성이 좋을 것
→ 저속에서는 높은 점도와 윤활성이 큰 것을 쓴다.
→ 고속에서는 낮은 점도와 냉각성이 큰 것을 쓴다.
- 화학적으로 안전하고 위생상 해롭지 않을 것
- 휘발성이 없고 단색 투명하며 절삭 부분이 잘 보일 것
- 가격이 저렴하고 쉽게 구할 수 있을 것
'기계공작법 > 국가직 7급' 카테고리의 다른 글
| 2009년 국가직 7급 기계공작법 문제 및 해설 (0) | 2022.10.06 |
|---|---|
| 2008년 국가직 7급 기계공작법 문제 및 해설 (1) | 2022.10.05 |
| 2007년 국가직 7급 기계공작법 문제 및 해설 (1) | 2022.09.30 |
댓글