【기계공작법】2015 서울시 연구사 기계공작법 해설

2015년도 서울시 <연구사> 기계공작법 문제, 정답, 해설입니다. 질문, 오류 등 궁금사항이 있으면 댓글 남겨주세요.

<문제>

2015 서울시 연구사 - 기계공작법.pdf

0.32MB

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<전체정답>

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<해설>

1. 압연공정(rolling process)에서 균일한 두께의 편평한 판재 (소재)를 만들려면 압연용 롤(rolling mill) 사이의 간극이 균일해야 한다. 그렇지 않으면 판재(소재)의 중앙은 두껍고 양 끝단부는 얇아져서 판재의 두께가 균일해지지 않고, 판재 전체가 편평해지지도 않는다. 이러한 문제에 대한 대책 중 에서 옳지 않은 것은?
① 가공에 직접 참여하는(가공소재와 접촉되는) 롤(roll)을 지지해 주는 백업 롤(backup roll)을 사용한다.
② 동일한 소재를 동일한 온도에서 압연하는 경우, 롤변형을 보상하기 위해서 크라운 롤(crown roll)을 사용한다.
③ 탄성계수가 큰 롤(roll) 재료를 이용한다.
④ 2단 역전, 또는 2단 비역전 롤 시스템을 이용한다.

답 : ④

2단 롤 시스템은 압하력을 크게 하는 역할을 한다.

제시된 설명은 롤 크라운(roll crown, 압하력에 의한 압연롤의 굽힘응력에 의해 판재중앙부가 두꺼워지는 현상)에 대한 설명이며, 캠버 설치, 백업롤 사용, 크라운 롤 사용, 탄성계수가 큰 롤 사용, 교정모멘트 작용 등으로 해결한다.

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2. 다음 중 주조공정에서 용융금속의 유동성에 영향을 주는 용탕의 특성으로 옳지 않은 것은?
① 용탕의 점도가 온도에 민감할수록 유동성은 감소한다.
② 용탕의 표면에 형성되는 산화막은 유동성을 좋게 한다.
③ 용탕의 낮은 표면장력은 유동성을 좋게 한다.
④ 용탕 내의 개재물(inclusion)은 유동성을 감소시킨다.

답 : ②

용탕의 표면에 형성되는 산화막은 유동성을 감소시킨다.

용탕의 유동성 감소 원인 6가지 : 용탕의 과열 정도가 낮아질 때, 용탕이 점도에 민감할수록, 산화막이 생성될수록, 표면장력이 클수록, 개재물(inclusion)의 존재, 응고범위가 길수록

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3. 금속절삭에서 구성인선(built-up edge)을 감소시키거나 억제하는 데 도움이 되는 방법으로 옳은 것은?
① 절삭속도를 감소시킨다.
② 절삭깊이를 감소시킨다.
③ 경사각(rake angle)을 감소시킨다.
④ 절삭날 원호반경을 증가시킨다.

답 : ②

절삭깊이를 감소시키면 구성인선의 발생이 줄어든다.

①③④ 구성인선은 바람직한 절삭조건에서 감소한다. 절삭속도를 크게, 경사각을 크게, 절삭날 원호반경(=노즈반경)을 작게 하여 감소시킬 수 있다.

바람직한 절삭조건 : 전단각 +, 경사각 +, 여유각 -, 마찰각 -, 전단력 -, 전단변형률 -, 절삭성 +, 절삭에너지 -, 칩두께 -, 전단면적 -, 칩두께비 +(1에 가까워짐), 노즈반경 -, 다듬면 깨끗, 날끝 약해짐, 칩의 경도와 강도 감소

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4. 여러 가지 전해액 중에서 Al(알루미늄, 주로 이용), Mg(마그네슘), Ti(티타늄) 등의 금속(표면처리 작업 부품)을 양극(+극)으로 하여 전해시키는 처리법으로, 건축자재, 통신기기, 자동차 부품에 널리 이용되는 표면처리법은?
① 양극산화법(anodizing)
② 인산염코팅(phosphate coating)
③ 크롬산염코팅(chromate coating)
④ 클래딩(clading)

답 : ①

양극산화법(anodizing)에 대한 설명이다.

② 인산염코팅(phosphate coating) : 금속 표면을 인산과 반응시켜 표면처리하는 것. 착색 방지, 방청, 내부식성.

③ 크롬산염코팅(chromate coating) : 금속 표면을 크롬산염 용액과 반응시켜 표면처리하는 것. 

④ 클래딩(clading) : 금속표면에 내부식성의 재료를 깔고 롤 등으로 가압하여 입히는 공정

※표면처리의 종류(출처 : 칼팍지안 공업재료가공학)

1) 숏피닝, 물제트피닝, 레이저 숏피닝 : 숏을 재료에 반복적으로 투사. 압축잔류응력에 의 한 피로수명 향상

2) 롤러버니싱 : 롤로 부품표면을 국부적으로 냉간가공. 표면경도와 기계적성질 향상

3) 폭발경화법 : 폭약을 폭발시켜 높은 압력을 작용, 표면경도 향상

4) 클래딩 : 금속표면에 내부식성의 재료를 깔고 롤 등으로 가압하여 입히는 공정

5) 도금 : 금속표면에 미세한 금속입자를 바르고 입히는 공정

6) 표면경화법 : 침탄법, 침탄질화법, 청화법, 질화법, 화염경화법 등

7) 살돋움 경화법 : 소재의 면이나 모서리, 점에 내마멸성의 금속을 덧붙이는 공정

8) 용사법 : 봉재, 선재, 분말 형태의 재료를 용융시키고 압축공기 분무기를 사용하여 소재 표면에 용사하여 피복

9) 표면질감처리

10) 세라믹피복 : 고온, 전기적 저항성이 요구될 때 세라믹분말을 피복

11) 증착법 : 화학반응을 통해 피복. 물리증착법(진공증착법, 스퍼터링, 이온도금법) 및 화학증착법

※스퍼터링 : 불활성기체를 전기장으로 이온화시켜 생기는 양이온을 재료(음극)에 때려서 증착재료의 원자가 튀어나와 모재표면에 응축되면서 피복층을 형성

12) 이온주입법 : 이온을 진공상태에서 가속시켜 침투

13) 확산피복법 : 합금원소들이 확산에 의해 침투

14) 전기도금법 : 소재는 음극, 도금재료는 양극

15) 무전해도금법 : 화학반응만을 통해 공작물에 니켈, 구리 등을 도금

16) 양극처리법(anodizing) : 소재표면에 산화층 형성 (소재를 양극으로 전해액에 전압)

17) 전환피복법(conversion coating) : 화학반응/전해반응으로 피복층 형성. 아연인산염 또는 수산염 사용

18) 채색법(coloring) : 화학반응, 전해반응, 가열 등을 통해 표면색을 바꾸는 방법

19) 용융도금법(hot dipping) : 소재를 도금재료의 용탕에 담갔다가 꺼내 얇은 피막을 입힘

20) 도기에나멜링(porcelin enameling) : 부식방지·절연용·고온용 금속을 유리물질로 피복

21) 유기질피복 : 유기질, 박막, 적층으로 피복

22) 도장 : 페인트. 전착법(정전기분무법) - 페인트입자 정전기적으로 대전, 균일하게 부착

23) 다이아몬드코팅 : 증착기술 이용

24) 다이아몬드성 탄소(DLC, diamond-like carbon) : 이온빔 증착공정

 

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5. 2차원 절삭력 실험으로 공작물과 공구 사이의 마찰계수를 계산할 때, 2차원 수직 절삭 실험으로 구하여야 하는 것이 아닌 것은?
① 주분력
② 배분력
③ 경사각
④ 공구각

답 : ④

공구각은 2차원 절삭과 관련 없다. 2차원 절삭에서 관련있는 각은 경사각, 여유각, 전단각, 마찰각이다.

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6. 전자 빔(electron-beam) 용접에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 용입 깊이가 일반 용접법보다 훨씬 깊다.
② 질소 분위기에서 전자빔을 용접면으로 방출한다.
③ 용접봉이 필요 없다.
④ 전자의 운동에너지를 열에너지로 변환시킨 용접법이다.

답 : ②

전자빔용접은 진공 분위기에서 진행한다.

전자빔용접(EBW)은 진공 분위기에서 음극의 텅스텐 필라멘트를 가열하여 방출되는 전자를 이용한다. 용접봉이 필요 없으며 열영향부을 가장 좁게 할 수 있고, 모재의 열변형이 가장 적은 용접법이다.

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7. 다음 중 딥드로잉(deep drawing) 된 바닥이 깊은 용기를 분할 다이(die) 속에 넣고 유체나 고무 등의 충전재를 가압하여 용기의 입구보다 몸통을 팽창시키는 소성 가공법은?
① 스웨이징(swaging)
② 벌징(bulging)
③ 스피닝(spinning)
④ 엠보싱(embossing)

답 : ②

벌징(bulging)가공에 대한 설명이다.

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8. 강재의 열처리 후 경화능을 측정 및 분석할 수 있는 방법으로 적합한 것은?
① 아이조드(Izod) 시험법
② 조미니(Jominy) 시험법
③ 에릭슨(Erichsen) 시험법
④ 샤르피(Charpy) 시험법

답 : ②

경화능 측정 → 조미니(Jominy) 시험법

경화능이란, 열처리 시 금속이 단단해지는 정도를 나타내는 척도를 말한다.

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9. 다음 중 일반적인 주조 작업에서 주조품의 응고시간과 주조품의 체적 및 단면적의 관계를 가장 적절히 설명한 것은?
① 응고시간은 주조품 체적의 제곱근에 비례한다.
② 응고시간은 체적과 단면적의 곱에 비례한다.
③ 응고시간은 주조품 단면적의 제곱에 반비례한다.
④ 응고시간은 주조품 체적과 단면적에 무관하고 일정하다.

답 : ③

Chvorinov's rule 식(t : 응고시간, B : 주형상수, V : 주조품 체적, S : 주조품 표면적)

※문제에서 표면적이 단면적으로 잘못 쓰인 것 같습니다.

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10. 수평 밀링커터의 절삭속도가 100m/min이고 커터의 날수가 10개, 직경이 100mm, 날당 이송이 0.1mm라면 테이블의 이송량은 분당 약 몇 mm인가?
① 79.3
② 158.5
③ 318.5
④ 637

답 : ③

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11. 혼합 압축된 금속 분말을 용융 온도보다 약간 낮은 온도에서 가열하여 각 입자끼리 충분한 강도로 결합시키는 분말 야금 공정은?
① 소결(sintering)
② 입자화(atomization)
③ 카보닐(carbonyl)
④ 융착(deposition)

답 : ①

소결(sintering)에 대한 설명이다.

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12. 다음 중 가스용접에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 산소-아세틸렌 화염(oxy-acetylene flame)은 토치(torch) 내 혼합실의 아세틸렌과 산소 비율에 따라 탄화염(carbonizing flame), 중성염(neutral flame), 산화염(oxidizing flame)이 된다.
② 가스용접에서는 산화작용을 방지하기 위하여 적당한 용제(flux)가 필요하다. 특히 연강과 동합금의 가스용접에서는 붕산·붕사 75%, 염화리튬 25%의 용제를 사용한다.
③ 산소-아세틸렌 가스의 주요 용접장치에는 토치(torch), 산소 붐베(bombe), 아세틸렌 가스 발생장치, 압력조정기, 호스(hose) 등이 필요하다.
④ 용접 토치는 가스화염을 만드는 동시에 혼합가스의 유량을 조정하여 화염의 크기를 조정하고, 가스의 혼합비를 조정하여 화염의 성질을 결정한다.

답 : ②

붕산·붕사, 염화리튬은 주로 경강의 용접에 사용된다.

연강의 용접 시 용제 - 염산, 염화암모늄, 염화아연 등

경강의 용접 시 용제 - 붕산, 붕사, 수산화칼륨, 식염 탄산나트륨, 염화리튬, 염화나트륨, 불화리튬 등

① 산소 비율이 더 높으면 산화염, 아세틸렌 비율이 더 높으면 탄화염이 생성된다.

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13. 금속판재의 딥드로잉(deep drawing)에서 귀생김(earing) 현상이 발생하는 원인은?
① 펀치와 다이 사이의 간극 과대
② 바우징거 효과(bauschinger’s effect)
③ 펀치 모서리의 곡률반경 과소
④ 판재의 평면이방성

답 : ④

딥드로잉에서 귀생김(earing)은 판재의 평면이방성에 의한 현상이다.

① 펀치와 다이 사이의 간극이 너무 크면 주름이 발생할 수 있다.(너무 작으면 전단, 파단이 일어난다.)

② 바우싱거 효과는 재료를 탄성한계 이상으로 인장시킨 후 압축시키면 탄성한계가 저하하여 낮은 응력에도 항복하는 성질이다.

③ 펀치 모서리의 곡률반경이 너무 작으면 모서리부에서 파단이 일어난다.(너무 크면 방사상으로 융기된 주름이 발생한다.)

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14. 강(steel)의 결정 조직을 조정하거나 가공에 의해서 생긴 소재 내부의 잔류응력(residual stress)을 제거하고, 절삭성의 향상과 냉간가공성의 개선을 위하여 사용되는 열처리 가공법은?
① 담금질(quenching)
② 노멀라이징(normalizing)
③ 뜨임(tempering)
④ 풀림(annealing)

답 : ④

결정 조정, 잔류응력 제거 → 풀림(annealing)에 대한 설명이다.

※열처리의 목적

담금질(quenching)- 고경도의 마텐자이트

뜨임(tempering) - 고인성의 소르바이트

풀림(annealing) - 내부응력제거 및 기계적성질 향상, 흑연 구상화

불림(normalizing) - 조직 미세화

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15. 최근 부품 및 시작품을 신속하게 조형하는 신속조형법(rapid prototyping)이 산업계에 활용되고 있다. 다음 중 금속이나 결합제를 첨가한 세라믹 등을 분말 재료로 사용하는 신속조형법은?
① 스테레오 리소그라피(Stereo Lithography)
② 융해 용착 모델링(Fused Deposition Modeling)
③ 레이저 선별 소결(Selective Laser Sintering)
④ 고형 지지 경화법(Solid Base Curing)

답 : ③

레이저선별소결(SLS)에 대한 설명이다.

① 스테레오리소그래피는 액상 광폴리머를 재료로 사용한다.

② 융착모델링법은 열가소성 플라스틱 필라멘트(광경화수지)를 재료로 사용한다.

④ 고형지지경화법은 광경화수지를 재료로 사용한다.

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16. 다음은 용접이음의 특징을 리벳 및 볼트 체결 등의 기계적 이음 방식과 비교한 것이다. 적합하지 않은 것은?
① 용접부는 단시간에 가열되고 냉각되므로 용접부에 금속조직의 변화를 유발한다.
② 리벳 및 볼트의 체결에 비해 구멍뚫기, 리벳단조 등의 공정이 절약된다.
③ 이음 효율 및 기밀성이 양호하다.
④ 용접의 품질을 공정 사이에서 검사하기가 용이하다.

답 : ④

용접이음은 리벳이음에 비해 품질검사가 곤란하다. 이외에도 잔류응력 및 응력집중에 민감하고 열에 의한 변형이 있으며 분해, 조립이 어려운 단점이 있다.

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17. 다음 중 밀링가공(milling)의 특징에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 하향밀링(down milling)작업에서 커터(cutter)는 공작물을 테이블(table) 위로 들어 올리려는 경향이 있으며, 조임장치에서 공작물을 풀리게 할 수도 있다.
② 하향밀링작업에서 최대 칩(chip) 두께는 날이 공작물과 접촉하는 지점에서 얻어진다.
③ 하향밀링작업은 상향밀링(up milling)작업의 경우보다 채터(chatter)가 잘 발생되지 않아서 절삭공정이 원활하게 수행된다.
④ 하향밀링은 칩이 생기기 시작할 때 커터의 날이 공작물표면에 충격을 가하기 때문에 주물과 같이 단단한 표면의 공작물에는 불리하며, 이 때문에 날이 급속히 무뎌질 수 있다.

답 : ①

상향밀링에 대한 설명이다. 하향밀링에서는 밀링커터에 의해 공작물이 테이블에 잘 고정된다.

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18. 순철의 마모 저항, 인성, 고온 경도, 강도 및 크리프 저항을 향상시킬 목적으로 첨가하는 원소로 가장 적합한 것은?
① 납(Pb) 
② 구리(Cu)
③ 몰리브덴(Mo) 
④ 수소(H)

답 : ③

강도, 경도, 인성, 크리프저항 향상 → 몰리브덴(Mo)에 대한 설명이다.

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19. 금속판재 굽힘작업에서 펀치 끝과 다이 면에서 높은 압축응력이 걸리도록 굽힘부위를 압축하는 코이닝(coining) 작업의 목적으로 옳은 것은?
① 스프링백(springback)의 보정
② 잔류응력의 감소
③ 주름생성의 억제
④ 균열생성의 억제

답 : ①

판재에 압축응력이 걸리도록 압축하면 스프링백(springback)을 보정할 수 있다.

②③④ 코이닝(압인) 가공은 소성 가공이므로 잔류응력, 주름, 균열 등이 일어날 수 있다.

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20. 다음 그림과 같이 폴리스티렌(polystyrene)을 팽창시켜 만든 모형(pattern)이 있는 주형에 용융금속(molten metal)을 주입하여 폴리스티렌을 녹이고 그 자리를 용융 금속이 채우면서 냉각되어 제품이 만들어지는 가공법은?

① 풀몰드주조 공정(full-mold casting process)
② 석고주형주조 공정(plaster mold casting process)
③ 인베스트먼트주조 공정(investment casting process)
④ 셸주조 공정(shell molding process)

답 : ①

풀몰드주조 공정에 대한 설명이다.

풀몰드주조(=소실모형주조, 로스트폼주조)에서는 용융금속이 폴리스티렌을 녹이면서 채우고, 인베스트먼트주조(=로스트왁스법)에서는 왁스, 파라핀 등을 내열재로 코팅하여 모형을 만들고 녹여 배출한 후 빈 공간을 용융금속으로 채운다.