2016년도 국가직 9급 기계일반 문제, 정답, 해설입니다. 질문, 오류 등 궁금사항이 있으면 댓글 남겨주세요.
<문제>
<전체정답>
11213 / 23132 / 44424 / 23243
<해설>
문 1. 관통하는 구멍을 뚫을 수 없는 경우에 사용하는 것으로 볼트의 양쪽 모두 수나사로 가공되어 있는 머리 없는 볼트는?
① 스터드 볼트
② 관통 볼트
③ 아이 볼트
④ 나비 볼트
답 : ①
볼트의 양쪽을 수나사로 가공 → 스터드 볼트(stud bolt)에 대한 설명이다.
문 2. 압력용기 내의 게이지 압력이 30 kPa로 측정되었다. 대기압력이 100 kPa일 때 압력용기 내의 절대압력[kPa]은?
① 130
② 70
③ 30
④ 0
답 : ①
게이지 압력은 대기 압력을 기준으로 측정한 상대적인 압력이다. 따라서 절대압력은 100+30=130 kPa이다.
문 3. 가공경화(work hardening) 혹은 변형경화(strain hardening) 현상이 발생하는 예가 아닌 것은?
① 선재의 단면적을 감소시키기 위한 인발 공정
② 제작된 부품에 수행하는 어닐링(annealing) 공정
③ 볼트 머리 제작을 위한 단조 공정
④ 자동차 차체용 박판 제작을 위한 압연 공정
답 : ②
가공경화(변형경화)는 냉간 소성 공정 시 발생하며 재결정온도 이하에서 소성가공 시 전위밀도가 증가하여 강도 및 경도가 증가하는 현상이다. 어닐링(annealing, 풀림)은 가공경화를 제거하는 열처리 공정이다.
문 4. 연삭숫돌 및 연삭공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 연삭숫돌의 숫돌입자 크기를 나타내는 입도번호가 낮을수록 연삭공정으로 우수한 표면정도를 얻을 수 있다.
② 결합도가 높은 연삭숫돌은 연한 재료의 연삭공정에 사용된다.
③ 연삭숫돌은 숫돌입자, 결합제, 기공의 세 가지 요소로 구성된다.
④ 연삭공정은 전통적인 절삭공정보다 높은 비에너지를 요구한다.
답 : ①
입도는 메시(mesh, 체의 1inch 사각형의 분할 수)로 나타내며 입도번호가 낮을수록 입자의 크기가 크고 표면거칠기가 나빠진다.
② 결합도가 높은 숫돌은 연한 재료, 저속, 깊이가 얕을 때, 면적이 작을 때, 표면이 거칠 때 쓰인다.
④ 연삭가공은 절삭가공에 비해 절삭속도가 빠르고, 절삭깊이가 작고, 칩의 형태가 다양하고, 전단면적이 크고, 접촉점 온도가 높고, 전단각이 작다. 비절삭에너지가 절삭가공에 비해 크다.
문 5. 다음의 공구재료를 200℃ 이상의 고온에서 경도가 높은 순으로 옳게 나열한 것은?
탄소공구강, 세라믹공구, 고속도강, 초경합금
① 초경합금>세라믹공구>고속도강>탄소공구강
② 초경합금>세라믹공구>탄소공구강>고속도강
③ 세라믹공구>초경합금>고속도강>탄소공구강
④ 고속도강>초경합금>탄소공구강>세라믹공구
답 : ③
절삭공구의 경도순서 : 다이아몬드>CBN>세라믹>서멧>초경합금>고속도강>탄소공구강
문 6. 길이 2m의 강체 OE는 그림에서 보여지는 순간에 시계방향의 각속도 ω ＝10rad/sec와 반시계방향 각가속도 α ＝1,000rad/sec² 으로 점 O에 대하여 평면 회전운동한다. 이 순간 E 점의 가속도에 대한 설명으로 옳은 것은?
답 : ②
접선가속도는 원의 접선방향이고 각가속도가 반시계 방향을 향하므로 EA 방향이다. 접선가속도의 크기는 다음과 같다. (a_t : 접선가속도, r : 회전 반지름, α : 각가속도)
원운동에서 법선가속도는 언제나 원의 중심을 향하므로 EO 방향이다. 법선가속도의 크기는 다음과 같다. (a_n : 법선가속도, r : 회전 반지름, ω : 각속도)
문 7. 내연기관에 사용되는 윤활유의 점도에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
① SAE 번호가 높을수록 윤활유의 점도가 높다.
② SAE 번호는 윤활유의 사용가능한 외기온도를 나타내는 지표가 된다.
③ 점도지수(viscosity index)가 높은 것일수록 온도변화에 대한 점도변화가 크다.
④ 절대점도의 단위로 Pa·s 또는 Poise를 사용한다.
답 : ③
점도지수가 높을수록 온도변화에 따른 점도 변화가 작다. (점도는 온도에 반비례하게 변화한다.)
① SAE(Society of Automotive Engineers)는 미국 자동차 기술협회에서 지정한 규격으로, SAE 번호가 클수록 점도가 높다.
② 여름에는 점도가 높아야 하고 겨울에는 오일의 유동성 저하로 점도가 낮아야 하기 때문에 사용에 적합한 외기온도를 나타내는 지표가 된다.
④ 절대점도의 단위로 Pa·s 또는 Poise(1 poise = 1g/cm·s=0.1Pa·s) 등을 사용한다. 동점도(kinematic viscosity)는 점성계수를 밀도로 나눈 값이며, 단위로는 Stoke(1 stoke = 1cm²/s)를 사용한다.
문 8. 철(Fe)에 탄소(C)를 함유한 탄소강(carbon steel)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 탄소함유량이 높을수록 비중이 증가한다.
② 탄소함유량이 높을수록 비열과 전기저항이 증가한다.
③ 탄소함유량이 높을수록 연성이 감소한다.
④ 탄소함유량이 0.2% 이하인 탄소강은 산에 대한 내식성이 있다.
답 : ①
탄소함유량이 높을수록 비중이 감소한다.
①②③ 탄소강에서 탄소량이 증가할 때 : 인장강도 증가, 항복강도 증가, 탄성계수 일정, 경도 증가, 인성 감소, 연성 감소, 연신율 감소, 단면감소율 감소, 강성 일정, 충격값 감소, 포아송비 일정, 용융점 감소, 열전도도 감소, 비열 증가, 열팽창계수 감소, 비중 감소, 내식성 감소, 전기저항 증가, 항자력 증가, 주조성 증가, 용접성 감소
④ 철강은 산에 의한 부식에 약하며, 0.2%C 이하에서 산에 대한 내식성이 있다.
문 9. 특정한 온도 영역에서 이전의 결정립을 대신하여 새로운 결정립이 생성되는 금속의 재결정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 재결정은 금속의 강도를 낮추고 연성을 증가시킨다.
② 냉간가공도가 클수록 재결정 온도는 낮아진다.
③ 냉간가공에 의한 선택적 방향성은 재결정 온도에서 등방성으로 회복된다.
④ 냉간가공도가 일정한 경우에는 온도가 증가함에 따라 재결정 시간이 줄어든다.
답 : ③
냉간가공으로 인한 방향성(이방성)은 재결정 이후 남아있다. 더 높은 온도에서 가열하여야 이방성이 없어진다.
※재결정의 특성
① 재결정 시 결정립의 크기가 커지므로 전위밀도가 감소하여 강도가 낮아지고 연성이 증가한다.(소성가공과 반대)
② 냉간가공도가 클수록 재결정온도는 낮아진다.
④ 냉간가공도가 일정할 때 온도가 증가하면 재결정시간은 줄어든다.
+)냉간가공도가 클수록 재결정입자는 작아진다. 가공전 결정입자의 크기가 작을수록 재결정온도는 낮아진다. 냉간가공으로 인한 방향성(이방성)은 재결정 이후 남아있다.
문 10. 강의 열처리 및 표면경화에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
① 구상화 풀림(spheroidizing annealing) :과공석강에서 초석 탄화물이 석출되어 기계가공성이 저하되는 문제를 해결하기 위해 행하는 열처리 공정으로, 탄화물을 구상화하여 기계가공성 및 인성을 향상시키기 위해 수행된다.
② 불림(normalizing) :가공의 영향을 제거하고 결정립을 조대화시켜 기계적 성질을 향상시키기 위해 수행된다.
③ 침탄법:표면은 내마멸성이 좋고 중심부는 인성이 있는 기계 부품을 만들기 위해 표면층만을 고탄소로 조성하는 방법이다.
④ 심냉(subzero)처리:잔류 오스테나이트(austenite)를 마르텐사이트 (martensite)화 하기 위한 공정이다.
답 : ②
불림 시 결정립이 미세화된다.
※열처리의 목적
담금질(quenching)- 고경도의 마텐자이트
뜨임(tempering) - 고인성의 소르바이트
풀림(annealing) - 내부응력제거 및 기계적성질 향상, 흑연 구상화
불림(normalizing) - 조직 미세화
심냉(subzero)처리 : 0℃이하에서 잔류오스테나이트를 마텐자이트와 하여 내마모성을 부여하고 시효경화를 방지
스페로다이징(spherodizing) : 연성과 가공성이 좋은 구상펄라이트를 얻기 위해 시행하며 공석온도(A1)부근까지 가열한다.
패턴팅(patenting) : 강인한 소르바이트 조직을 얻기 위해 A3이상 가열하고 수증기/열욕 담금질한다.
문 11. 전달 토크가 크고 정밀도가 높아 가장 널리 사용되는 키(key)로서, 벨트풀리와 축에 모두 홈을 파서 때려 박는 키는?
① 평 키
② 안장 키
③ 접선 키
④ 묻힘 키
답 : ④
묻힘 키는 벨트풀리와 축에 모두 홈을 파서 때려박는다.
① 평키(=납작키)는 축을 평평하게 만들고 보스에 홈을 파서 끼워넣는다.
② 안장키(=새들키)는 보스에만 홈을 파서 끼워넣는다.
③ 접선 키는 축의 접선 방향으로 홈을 내어 테이퍼를 가진 두 개의 키를 120° 간격을 두고 끼워넣는다.
문 12. 축압 브레이크의 일종으로 마찰패드에 회전축 방향의 힘을 가하여 회전을 제동하는 장치는?
① 블록 브레이크
② 밴드 브레이크
③ 드럼 브레이크
④ 디스크 브레이크
답 : ④
마찰패드에 회전축 방향의 힘 → 디스크 브레이크(=원판 브레이크)에 대한 설명이다.
① 블록 브레이크 - 브레이크 블록으로 힘을 가하여 마찰력으로 제동
② 밴드 브레이크 - 밴드와 드럼 사이의 마찰력으로 제동
③ 드럼 브레이크 - 브레이크 슈를 드럼 바깥 방향으로 밀어 마찰력으로 제동
문 13. 수차에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 프란시스 수차는 반동수차의 일종이다.
② 프란시스 수차에서는 고정깃과 안내깃에 의해 유도된 물이 회전차를 회전시키고 축방향으로 송출된다.
③ 프로펠러 수차는 축류형 반동수차로 수량이 많고 저낙차인 곳에 적용된다.
④ 펠턴 수차는 고낙차에서 수량이 많은 곳에 사용하기 적합하다.
답 : ④
펠턴 수차는 고낙차에서 수량이 비교적 적은 경우에 사용한다.
※수차의 분류 및 특성
1)중력수차 : 물이 낙하될 때 중력에 의한 회전력을 얻음.
2)충동수차(충격수차) : 물을 날개에 충돌시켜 속도에너지에 의해 회전력을 얻음.
- 펠턴수차(고낙차에서 수량이 비교적 적은 경우에 사용)
- 튜고수차, 오스버그수차
3)반동수차 : 물이 회전차를 지나는 동안 압력에너지와 속도에너지를 회전차에 전달하여 회전력을 얻는 방식.
- 프란시스수차(고정깃과 안내깃에 의해 유도된 물이 회전차를 회전시키고 축방향으로 송출된다. 유량의 범의가 넓음.)
- 프로펠러수차(유체가 회전차의 축방향으로 통과하는 축류형 반동수차로 수량이 많고 저낙차인 곳에 적용. 카플란/튜브라/벌브/림수차 등의 종류)
- 사류수차(유수가 러너의 축을 경사진 방향으로 통과)
- 펌프수차(펌프형상. 저렴 및 배치가 간단)
문 14. 연신율이 20%인 재료의 인장시험에서 파괴되기 직전의 시편 전체길이가 24 cm일 때 이 시편의 초기 길이[cm]는?
① 19.2
② 20.0
③ 28.8
④ 30.0
답 : ②
문 15. ㉠, ㉡에 들어갈 말을 올바르게 짝지은 것은?
( ㉠ )은/는 금속 혹은 세라믹 분말과 폴리머나 왁스 결합제를 혼합한 후, 금형 내로 빠르게 사출하여 생형을 제작하고, 가열 혹은 용제를 사용하여 결합제를 제거한 후, 높은 온도로 ( ㉡ )하여 최종적으로 금속 혹은 세라믹 제품을 생산하는 공정이다.
㉠ / ㉡
① 인베스트먼트 주조 / 소결
② 분말야금 / 경화
③ 금속사출성형 / 경화
④ 분말사출성형 / 소결
답 : ④
㉠ 금속 혹은 세라믹 분말, 금형 내로 사출, 생형 → 분말사출성형
㉡ 분말야금공정에서는 압축생형을 소결하여 제품을 생산한다.
문 16. 절삭속도를 변화시키면서 공구 수명시험을 하였다. 절삭속도를 60 m/min으로 하였을 때 공구의 수명이 1200 min, 절삭속도를 600 m/min으로 하였을 때 수명은 12 min이었다. 절삭속도가 300 m/min일 때 그 공구의 수명[min]은?
① 24
② 48
③ 240
④ 600
답 : ②
테일러의 공구수명식
i) 절삭속도가 5배(60→300) 되었으므로 공구수명은 1/25배가 된다. t=1200/25=48
ii) 절삭속도가 1/2배(600→300) 되었으므로 공구수명은 4배가 된다. t=4×12=48
문 17. 가솔린기관과 디젤기관의 비교 설명으로 옳지 않은 것은?
① 디젤기관은 연료소비율이 낮고 열효율이 높다.
② 디젤기관은 평균유효압력 차이가 크지 않아 회전력 변동이 작다.
③ 디젤기관은 압축압력, 연소압력이 가솔린기관에 비해 낮아 출력당 중량이 작고, 제작비가 싸다.
④ 디젤기관은 연소속도가 느린 경유나 중유를 사용하므로 기관의 회전속도를 높이기 어렵다.
답 : ③
디젤기관은 압력이 가솔린기관에 비해 높아 출력당 중량이 크고, 제작비가 고가이다.
가솔린 기관 : 휘발유 사용, 진동과 소음이 작다, 열효율이 비교적 낮고 연료소비율이 높다, 압축비 8~12, 낮은 최대압력, 출략당 중량이 작다, 낮은 인화점 및 높은 화재위험성, 회전수가 높고 토크가 낮다, 저속성능이 좋지 않다, 제작비 저가, 연료비 고가, 회전력 변동이 크다, 고장이 많다, 비교적 소형 동력기관에 적합
디젤 기관 : 경유/중유 사용, 진동과 소음이 크다, 열효율이 비교적 높고 연료소비율이 낮다, 압축비 15~20, 높은 최대압력, 출력당 중량이 크다, 높은 인화점 및 적은 화재위험성, 회전수가 낮고 토크가 크다, 저속성능이 좋다, 제작비 고가, 연료비 저가, 회전력 변동이 작다, 고장이 적다, 비교적 대형 동력기관에 적합
문 18. 연삭가공 및 특수가공에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 방전가공에서 방전액은 냉각제의 역할을 한다.
② 전해가공은 공구의 소모가 크다.
③ 초음파가공 시 공작물은 연삭입자에 의해 미소 치핑이나 침식작용을 받는다.
④ 전자빔 가공은 전자의 운동에너지로부터 얻는 열에너지를 이용한다.
답 : ②
전해가공에서는 공구전극의 소모가 거의 발생하지 않는다.
※특수가공에서 전극 : 방전가공 - 흑연전극. 전극소모가 많음 / 전해가공 - 구리 또는 황동 전극, 전극소모가 거의 없음 / 화학연마 - 전극을 사용하지 않음
문 19. 호칭이 2N M8×1인 나사에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 리드는 2 mm이다.
② 오른나사이다.
③ 피치는 1 mm이다.
④ 유효지름은 8mm이다.
답 : ④
호칭지름(바깥지름)은 8mm이다.
2N - 줄수 / M8 - 호칭치수가 8mm / ×1 - 피치가 1mm / 별도 표기가 없으면 오른나사. 리드는 줄수와 피치를 곱한 값이므로 2mm이다.
문 20. 사출성형품의 불량원인과 대책에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 플래싱(flashing) :고분자 수지가 금형의 분리면(parting line)의 틈으로 흘러나와 고화 또는 경화된 것으로, 금형 자체의 체결력을 높임으로써 해결될 수 있다.
② 주입부족(short shot) :용융수지가 금형 공동을 완전히 채우기 전에 고화되어 발생하는 결함으로, 성형 압력을 높임으로써 해결될 수 있다.
③ 수축(shrinkage) :수지가 금형공동에서 냉각되는 동안 발생하는 수축에 의한 치수 및 형상 변화로, 성형수지의 온도를 낮춰 해결될 수 있다.
④ 용접선(weld line) :용융수지가 금형공동의 코어 등의 주위를 흐르면서 반대편에서 서로 만나는 경계 부분의 기계적 성질이 떨어지는 결함으로, 게이트의 위치변경 등으로 개선할 수 있다.
답 : ③
사출성형 불량 중 수축(shrinkage)은 성형수지의 온도를 높이고, 사출압력을 높이고, 제품두께를 얇게 하여 해결한다.
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