2016년도 서울시 7급 기계공작법 문제, 정답, 해설입니다. 질문, 오류 등 궁금사항이 있으면 댓글 남겨주세요.
<문제>
<전체정답>
32312 / 24123 / 41144 / 24323
<해설>
1. 접합 및 이음공정으로는 용접법, 기계적 이음, 접착법, 납접 등이 있으며, 용접법은 크게 융접법과 압접법으로 나뉜다. 다음 중 융접법에 해당되는 공정으로만 짝지어진 것은?
① 냉간압접, 유도용접, 가스용접
② 프로젝션용접, 점용접, 심용접
③ 아크용접, 전자빔용접, 레이저용접
④ 일렉트로 슬래그용접, TIG용접, 플래시용접
답 : ③
① 냉간압접, 유도용접은 압접에 해당한다.
② 모두 압접에 해당한다.
④ 일렉트로 슬래그용접과 TIG용접은 융접법이지만 플래시용접은 압접법이다.
2. 다음은 주물사의 시험법에 대한 문제이다. 주형에서 통과 공기량 V=2000cm³, 공기압력(수주) P=1cm, 시편의 단면적 A=25cm², 높이 h=10cm, 배기시간 t=10min일 때의 통기도[cm/min]는?
① 78
② 80
③ 81
④ 86
답 : ②
3. 주조공정에서 냉각쇠(chiller)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 주형보다 열흡수성이 좋은 재료를 사용한다.
② 고온부와 저온부가 동시에 응고되도록 하기 위하여 사용한다.
③ 가스배출을 고려하여 주형의 하부보다는 상부에 부착하는 것이 양호하다.
④ 두꺼운 부분과 얇은 부분이 동시에 응고되도록 하기 위하여 사용한다.
답 : ③
냉각쇠는 주변보다 체적이 큰 곳 및 주로 하부에 설치한다.
①②④ 체적이 큰 곳(두꺼운 부분)은 냉각속도가 느리기 때문에 주형보다 열흡수성이 좋은 냉각쇠를 사용해 다른 부분과 동시에 응고되도록 해야 한다.
4. 재료를 압연할 때 일반적으로 압연 후의 폭이 압연 전에 비해 커지는 현상을 폭퍼짐(width spreading)이라 한다. 다음 중 폭퍼짐이 가장 작게 나타나는 경우는?
① 마찰이 크고, 판재두께에 대한 롤반경 비가 클 경우
② 마찰이 크고, 판재두께에 대한 롤반경 비가 작을 경우
③ 마찰이 작고, 판재두께에 대한 롤반경 비가 클 경우
④ 마찰이 작고, 판재두께에 대한 롤반경 비가 작을 경우
답 : ①
압연에서 폭퍼짐(width spreading)은 소재두께에 대한 폭비가 작을수록, 롤반경이 작을수록, 마찰력이 작을수록 증가한다.
5. 특수가공은 기계적, 전기적, 열적, 화학적 특수가공으로 나눌 수 있다. 특수가공법인 방전가공법에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 초음파 주파수에 따라 진동하는 공구와 공작물 사이에 순환하는 입자 슬러리의 연마작용으로 재료를 제거하는 가공법
② 공작물과 공구 사이를 흐르는 절연체와 함께 맥동하는 직류 전원장치로부터 반복되는 스파크 방전으로 재료를 제거하는 가공법
③ 단일파장인 빛의 고에너지 응집 빔에 의해 빠르게 제품을 용융시켜 재료를 제거하는 가공법
④ 공작물을 양극으로 하고 공구를 음극으로 하여 전해액이 전기화학적 작용으로 공작물을 전기 분해시켜 재료를 제거하는 가공법
답 : ②
절연체, 스파크 방전 → 방전가공에 대한 설명이다.
① 초음파가공에 대한 설명이다.
③ 레이저가공에 대한 설명이다.
④ 전해가공에 대한 설명이다.
6. 다음 중 표면거칠기를 향상시키기 위한 가공법이 아닌 것은?
① 센터리스연삭(centerless grinding)
② 워터젯 머시닝(water-jet machining)
③ 래핑(lapping)
④ 호닝(honing)
답 : ②
워터젯 머시닝은 절단 및 버(burr)제거를 위한 가공이다.
워터젯 머시닝(=물제트가공, water-jet machining) : 물제트의 힘으로 비금속재료의 절단 및 버(burr)제거. 절단위치에 구멍을 미리 뚫어놓을 필요 없이 어느 지점에서나 시작할 수 있다. 열, 변형, 버(burr) 등이 생성되지 않는다.
7. 프레스가공법 중 전단가공법에 속하는 가공법으로 구성된 것은?
① 비딩(beading), 셰이빙(shaving), 코이닝(coining)
② 엠보싱(embossing), 노칭(notching), 코이닝(coining)
③ 벌징(bulging), 코이닝(coining), 시밍(seaming)
④ 블랭킹(blanking), 셰이빙(shaving), 노칭(notching)
답 : ④
①②③ 비딩, 코이닝, 엠보싱, 벌징, 시밍은 소성가공법에 해당한다.
8. 철-탄소계(iron-carbon system)와 관련한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 오스테나이트(austenite)는 체심입방체(body-centered cubic crystal structure)이다.
② 페라이트(ferrite)는 일반적으로 알파(α)상과 델타(δ)상의 두 종류로 나눠질 수 있다.
③ 시멘타이트(cementite)는 약 6.67%의 탄소를 포함하고 있는 철과 탄소의 금속간화합물이다.
④ 공석강의 탄소함유량은 0.77%이다.
답 : ①
순철의 동소체 중 α,δ철은 체심입방체(BCC)이고 γ철(오스테나이트)은 면심입방체(FCC)이다.
② 위 평형상태도에서 제일 왼쪽 부분, 즉 0%C(=100%Fe)인 부분이 순철에 해당하며, 온도에 따라 α철(α-페라이트), Υ철(오스테나이트), δ철(δ-페라이트)로 나뉜다. α철은 강자성체(A2점, 768℃ 이하에서), γ철과 δ철은 상자성체이다.
③ 시멘타이트는 Fe3C의 화학식을 가지는 물질이다. 약 6.67%의 탄소농도를 가지며 강자성체이다. α철과 시멘타이트가 혼합되어 있는 조직을 펄라이트(pearlite)라고 하며, γ철과 시멘타이트가 혼합되어 있는 조직을 레데뷰라이트(ledeburite)라고 한다.
④ 공석점에서의 탄소농도는 약 0.77℃이다. 이 위치에서 공석강이라 불리며, 이보다 탄소농도가 작으면 아공석강, 높으면 과공석강이라 한다.
9. 직경 Do [mm]인 강을 선반에서 가공하여 직경 Df [mm]로 줄이려고 할 때, 주축의 회전속도는 N[rpm]이고, 공구는 축 방향으로 이송속도가 f [mm/rev]일 때 절삭률(MRR) [mm³/min]은?
답 : ②
선삭에서 재료재거울(절삭률)은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.(단, D : 평균지름, d : 절삭깊이, f : 이송속도, N : 회전속도)
10. 공구수명에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 절삭저항의 주분력에는 변화가 없어도 배분력, 이송분력이 급격히 증가하였을 때 공구수명을 판정할 수 있다.
② 공구수명은 절삭가공의 경제성, 요구되는 가공면의 정밀도 등에 따라 결정되며 크레이터마모의 크기는 깊이, 플랭크마모의 크기는 마모폭으로 나타낸다.
③ 테일러(Taylor)의 공구수명식(VT^n=C, V 절삭속도, T 공구수명, n 공구수명지수, C 절삭상수)에서 n, C는 공구재질에 의해 결정되는 상수로 절삭조건과 무관하다.
④ 공구손상을 측정하기 위한 가공 후 측정방법으로는 공구현미경을 사용하여 여유면의 마멸된 폭을 읽는 것 등이 있다.
답 : ③
절삭상수 C는 공구, 공작물, 절삭조건에 따라 변한다. 다만 공구수명지수 n은 공구와 공작물에 따라 변한다.
① 주분력에 변화가 없어도 배분력, 이송분력이 급격히 증가하면 공구수명을 판정할 수 있다. 이외에도 색조, 반점, 인선마모, 완성치수의 변화량이 일정량에 달했을 때, 절삭 중 주분력이 증가할 때에도 공구수명을 판정할 수 있다.
② 크레이터마모의 원인은 칩과 공구가 닿는 부분에서 고온에 의한 확산기구이며 깊이방향으로 발생한다. 플랭크마모의 원인은 공구와 여유면 사이의 마찰이며 마모폭방향으로 나타난다.
④ 공구손상을 측정하는 방법에는 공구현미경을 사용하여 직접 관찰하는 방법(직접법), 힘이나 동력, 온도상승폭, 표면정도, 진동 등 공정변수를 통해 간접적으로 측정하는 방법(간접법), 압전식 변환기를 통해 절삭 시 발생하는 응력파에 의한 음향방사신호를 검출하는 방법(음향방사법)이 있다.
11. 다음 중 가열금형단조(hot die forging)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 등온단조(isothermal forging)라고도 칭한다.
② 가공소재가 냉각되지 않으므로 유동응력이 낮게 유지된다.
③ 티타늄이나 초합금 등의 고가의 소재로 복잡한 형상을 만들 때 적합하다.
④ 열간작업이므로 높은 치수정밀도를 얻기 힘들다.
답 : ④
등온단조(isothermal forging, =가열금형단조)는 소재온도와 다이온도를 같게 하여 정밀한 치수와 소재 유동성의 장점을 얻는 방법이다. 고가의 소재로 복잡한 형상을 만들 때 적합하다.
12. 배럴링(barreling)현상에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 마찰에 기인한 배럴링은 초음파로 압축판을 진동시켜 최소화시킬 수 없다.
② 열간가공 시 금형과 소재 간의 접촉면에 열차폐물을 둠으로써 배럴링을 감소시킬 수 있다.
③ 열간가공 시 가열된 금형을 사용하여 배럴링을 감소시킬 수 있다.
④ 고온의 소재를 냉각된 금형으로 업세팅(upsetting)할 때도 발생할 수 있다.
답 : ①
배럴링은 초음파로 압축판을 진동시켜 최소화할 수 있다.
배럴링(barreling) 현상의 방지법 4가지 : 접촉면에 윤활제, 열차폐물, 판금형을 가열, 압축판을 초음파진동
13. 라이저(riser)의 응고가 주물의 응고보다 지연되기 위한 이론적 조건을 올바르게 나타낸 식은? (단, Vr : 라이저 체적, Sr : 라이저 표면적, Vc : 주물 체적, Sc : 주물 표면적)
답 : ①
라이저의 표면적에 대한 체적의 비가 주물의 표면적에 대한 체적의 비보다 커야 라이저의 응고속도가 느려진다.
14. 압출 전 환봉형 빌렛의 직경이 100mm이었고 압출 후 직경이 50mm가 되었다면, 압출비(extrusion ratio)는?
① 0.25
② 0.5
③ 2
④ 4
답 : ④
압출비는 Ao(압출 전 단면적)/Af(압출 후 단면적)으로 나타낸다.
15. 다음 중 절삭공구 소재의 내마모성이 작은 것부터 순서대로 바르게 배열된 것은?
① 텅스텐카바이드 < 세라믹 < 고속도강
② 세라믹 < 고속도강 < 텅스텐카바이드
③ 고속도강 < 세라믹 < 텅스텐카바이드
④ 고속도강 < 텅스텐카바이드 < 세라믹
답 : ④
테일러의 공구수명식에서 n값의 순서 : 세라믹>초경합금>고속도강
n값이 높을수록 수명이 길고 내마모성이 크다. 텅스텐카바이드는 초경합금에 해당한다.
16. 프레스가공에서 판재두께 3mm, 폭 40mm, 인장강도 32kgf/mm2인 연강판을 다이(die)입구 홈 폭 24mm인 V형 굽힘 다이로 구부릴 때 필요한 힘[kgf]은? (단, V-굽힘 보정계수 k=1.33이다.)
① 280.6
② 638.4
③ 745.2
④ 935.1
답 : ②
V-굽힘 전단가공에서 전단력의 식
단, P : 전단력, σ : 인장강도, l : 판재폭, t : 판재두께, w : 다이걸침길이
17. 연삭가공에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 드레싱(dressing)은 연삭숫돌 표면의 마모된 입자를 조정하여 예리한 입자로 만드는 작업이다.
② 드레싱은 입자가 무디어졌거나 눈메움(loading)이 생긴 경우에 행한다.
③ 숫돌입자가 마멸, 파쇄, 탈락, 새로운 입자 생성 과정을 반복하면서 연삭을 계속하게 되는 과정을 자생작용이라 한다.
④ 트루잉(truing)은 숫돌을 소모 마멸시키는 드레싱의 반대 현상이다.
답 : ④
드레싱 - 숫돌표면에서 로딩/글레이징이 일어난 부분을 제거하여 예리한 날이 나타나도록 하는 것.
트루잉 - 숫돌표면을 일정한 두께만큼 제거하여 형상을 다듬는 작업이며 드레싱도 같이 된다.
18. 합금의 주조 시 나타나는 편석현상들 중에서 융점이 낮은 성분이 주조물의 중심부로 이동하여 집중되는 현상은?
① 미세편석(micro segregation)
② 중력편석(gravity segregation)
③ 정상편석(normal segregation)
④ 역편석(inverse segregation)
답 : ③
정상편석 - 융점이 낮은 합금이 주조물 중심부로 이동하는 현상을 말한다.
① 미세편석 - 주조물에서 합금 성분 간 온도나 응고속도의 차이에 의해 발생하는 일반적인 편석을 말한다.
② 중력편석 - 비중차에 의해 고밀도의 원소는 가라앉고 저밀도의 원소는 표면에 뜨는 현상을 말한다.
④ 역편석 - 주물 중심부에서 합금원소의 농도가 낮아지는 현상을 말한다. 고용체합금의 수지상정 구조에서 나타난다.
19. 길이 100mm, 지름 20mm인 원소재를 길이방향으로 인장성형하여 지름 10mm인 봉재를 만들려고 한다. 이 과정에서 원소재가 겪는 길이 방향의 공학적 변형률(e)과 진변형률(ε)을 구하면? (단, 소성영역 내에서 변형하고, ln2=0.7로 한다.)
① e=2, ε=0.7
② e=3, ε=1.4
③ e=4, ε=2.1
④ e=5, ε=2.8
답 : ②
지름이 1/2배로 감소했으므로 단면적은 1/4배로 감소한다. 부피가 일정하므로 길이는 4배인 400mm가 되며 길이 변화량은 300mm이다.
20. 가스용접방법 중 전진법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 용접봉을 토치가 따라가며 행하는 용접법이다.
② 후퇴법과 비교하여 박판의 용접에 적합하다.
③ 후퇴법과 비교하여 열 이용률이 좋다.
④ 후퇴법과 비교하여 용접속도가 느리다.
답 : ③
전진법은 후퇴법에 비해 열이용율이 작다.
전진법 : 우→좌 방향. 용접봉을 토치가 따라감. 박판, 열이용율이 적다. 가열범위가 넓어 용접변형이 크다. 냉각속도가 빠르다. 산화정도가 심하다. 비드모양이 매끄럽다. 비드는 낮고 넓게. 용입이 약간 낮아짐. 비드의 관찰이 어렵다. 화염분포가 균일하지 않다. 용접속도가 느리다.
후진법 : 좌→우 방향. 용접봉이 토치를 따라감. 후판, 전진법과 반대
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