2014년 서울시 7급 기계공작법 A책형 기출문제 풀이

2014 7급 서울시 기계공작법 A책형

기출문제 풀이 · 20문항 · AI 보조 해설

2014 7급 서울시 기계공작법 A책형 썸네일

Q01

NC공작기계는 그 제어부에 컴퓨터를 내장하고 있는 것이 아니라, 단순히 테이프로부터 펄스열 등의 지령을 내리기만 하는 전용회로를 가지고 있었으나, 최근에 마이크로 컴퓨터 등으로 제어부가 구성되게 되었다. 다음 중 NC공작기계 서보 모터의 제어방식이 아닌 것은?

① 순차회로 제어방식(Progressive loop control system)
정답입니다 서보 제어방식 분류에 이런 이름은 없습니다. 순차제어(시퀀스 제어)와 혼동시킨 보기입니다.
② 반폐쇄회로 제어방식(Semi-closed loop control system)
오답입니다 서보모터 축이나 볼스크루 끝의 엔코더로 회전각을 검출해 되먹임하는 방식입니다.
③ 개방회로 제어방식(Open loop control system)
오답입니다 검출기 없이 스테핑모터에 펄스만 보내고 되먹임하지 않는 방식입니다.
④ 폐쇄회로 제어방식(Closed loop control system)
오답입니다 테이블에 직선자(스케일)를 붙여 실제 이동량을 직접 검출하는 방식입니다.
⑤ 복합회로 제어방식(Hybrid loop control system)
오답입니다 반폐쇄회로와 폐쇄회로를 함께 쓰는 하이브리드 방식입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 순차회로 제어방식(Progressive loop control system)

NC 공작기계의 서보 제어방식은 위치 정보를 어디서 되먹임하느냐에 따라 개방회로(open loop), 반폐쇄회로(semi-closed loop), 폐쇄회로(closed loop), 복합회로(hybrid loop)의 네 가지로 나눕니다. 개방회로는 검출기가 없고, 반폐쇄회로는 모터·볼스크루의 회전각을, 폐쇄회로는 테이블의 실제 직선 이동량을 검출하며, 복합회로는 이 둘을 병용합니다. 순차회로 제어방식은 이 분류에 없는 용어입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # CNC # NC공작기계 # 서보제어방식 # 폐쇄회로 # 반폐쇄회로 # 개방회로

Q02

왁스나 파라핀처럼 열에 녹는 재료로 원형을 만든 후, 내화 슬러리(slurry)를 원형 주위에 성행하고 경화시킨 다음 열을 가하여 원형을 녹여서 주형으로부터 제거한 후 생긴 빈 공간에 쇳물을 부어 주조하는 방법은?

① 셸몰드(shell mold)법
오답입니다 레진을 입힌 규사를 가열된 금속모형에 붙여 얇은 셸 주형을 만드는 방법입니다.
② 인베스트먼트(investment)법
정답입니다 왁스 원형을 녹여 없애고 그 빈 자리에 주입하는 로스트왁스(정밀주조)법입니다.
③ 다이캐스팅(die-casting)
오답입니다 용탕을 금형 안으로 고압 압입해 비철금속을 대량생산하는 방법입니다.
④ 원심주조법
오답입니다 주형을 고속 회전시켜 원심력으로 용탕을 채우는 관·파이프용 주조법입니다.
⑤ 풀 몰드(full mold)법
오답입니다 발포폴리스티렌 모형을 주형에 묻은 채 쇳물로 기화시켜 없애는 방법입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 인베스트먼트(investment)법

왁스·파라핀으로 원형을 만들고 그 둘레에 내화 슬러리를 여러 번 입혀 경화시킨 뒤, 가열해 왁스를 녹여 흘려내고 생긴 공동에 쇳물을 붓는 방법이 인베스트먼트법(로스트왁스법)입니다. 주형에 분할면이 없어 치수정밀도와 표면거칠기가 매우 좋고 복잡한 형상도 만들 수 있습니다. ⑤ 풀 몰드법도 소모성 모형을 쓰지만, 모형을 미리 제거하지 않고 쇳물 열로 기화시킨다는 점이 다릅니다. 따라서 ②입니다.
※ 발문의 “성행하고”는 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것으로 “성형하고”의 오식입니다.

키워드 # 주조 # 인베스트먼트주조 # 로스트왁스법 # 정밀주조 # 셸몰드법 # 풀몰드법

Q03

표면에 특정 홈이 있는 다이(die)나 롤(roll)을 사용하여 회전하는 가공물을 강하게 눌러줌으로써 다이나 롤의 표면 형상으로 가공하는 소성 가공법이다. 나사나 기어, 볼(ball) 등의 가공에 이용되는 이러한 소성 가공법을 무엇이라 하는가?

① 단조
오답입니다 해머나 프레스로 소재를 눌러 성형하는 가공으로 회전 다이를 쓰지 않습니다.
② 전조
정답입니다 홈이 새겨진 다이·롤 사이에서 소재를 굴려 나사·기어·볼을 만드는 전조입니다.
③ 인발
오답입니다 다이 구멍으로 소재를 잡아당겨 단면을 줄이는 가공입니다.
④ 소결
오답입니다 금속분말을 성형한 뒤 가열해 결합시키는 분말야금 공정으로 소성가공이 아닙니다.
⑤ 압인
오답입니다 폐쇄 다이 안에서 강하게 눌러 표면에 무늬를 새기는 가공(화폐·메달)입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 전조

전조(form rolling)는 표면에 원하는 형상의 홈을 새긴 다이나 롤 사이에 소재를 넣고 회전시키면서 강하게 눌러 소성변형만으로 형상을 만드는 가공입니다. 칩이 나오지 않아 재료 손실이 없고, 금속 섬유조직(fiber flow)이 끊기지 않아 강도와 피로수명이 좋아지므로 나사·기어·볼·리벳 등의 대량생산에 씁니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 소성가공 # 전조 # 나사전조 # 기어전조 # 인발 # 압인

Q04

소성 가공에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 열간가공은 재결정온도 이상에서 가공이 이루어진다.
오답입니다 재결정온도를 경계로 그 위가 열간가공, 그 아래가 냉간가공입니다.
② 열간가공시 가공물 표면이 산화되거나 탈탄이 발생할 위험이 있다.
오답입니다 고온에서 대기와 접하므로 스케일(산화피막)과 탈탄층이 생깁니다.
③ 가공량이 같을 경우 냉간가공이 열간가공에 비해 동력 소모가 많다.
오답입니다 냉간에서는 가공경화로 변형저항이 커져 같은 변형에 더 큰 동력이 듭니다.
④ 냉간가공은 가공경화가 발생하지 않는 장점이 있다.
정답입니다 냉간가공에서는 가공경화가 반드시 일어나며, 이는 오히려 성형성을 떨어뜨립니다.
⑤ 일반적으로 가공정밀도는 냉간가공이 열간가공보다 높다.
오답입니다 냉간은 산화·열변형이 없어 치수정밀도와 표면거칠기가 우수합니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 냉간가공은 가공경화가 발생하지 않는 장점이 있다.

냉간가공은 재결정온도 아래에서 하는 가공이므로 변형된 결정립이 회복·재결정되지 못하고 전위가 쌓여 가공경화가 반드시 일어납니다. 그 결과 강도와 경도는 올라가지만 연성이 떨어져 추가 변형이 어려워지고, 변형저항이 커져 열간가공보다 큰 동력이 필요합니다. 가공경화 자체가 냉간가공의 장점이라 할 수는 있어도 “발생하지 않는다”는 서술은 명백히 틀립니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 소성가공 # 냉간가공 # 열간가공 # 재결정온도 # 가공경화 # 탈탄

Q05

다음의 절삭 공구 재료 중 탄소강이나 티타늄, 스테인레스 등의 절삭에 적합하지 않은 공구 재료는 무엇인가?

① 다결정 입방정질화붕소(PCBN)
오답입니다 PCBN은 철과 화학반응을 거의 하지 않아 경화강·주철 고속절삭에 잘 맞습니다.
② 다결정 다이아몬드(PCD)
정답입니다 다이아몬드의 탄소가 철·티타늄으로 확산·용해되어 급격히 마모되므로 부적합합니다.
③ 세라믹(ceramic)
오답입니다 세라믹(Al₂O₃계)은 내열성이 커 주철·강의 고속절삭에 쓰입니다.
④ 텅스텐카바이드(WC)
오답입니다 초경합금(WC)은 탄소강·스테인리스 절삭의 표준 공구재료입니다.
⑤ 고속도강(HSS)
오답입니다 고속도강은 인성이 커 탄소강 절삭에 가장 널리 쓰이는 범용 공구재료입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 다결정 다이아몬드(PCD)

다결정 다이아몬드(PCD)는 경도가 가장 높지만 탄소로 이루어져 있어 철·티타늄처럼 탄소와 친화력이 큰 금속을 절삭하면 절삭열에 의해 탄소가 피삭재로 확산·용해되고, 흑연화까지 일어나 공구가 순식간에 마모됩니다. 그래서 PCD는 알루미늄·구리 같은 비철금속과 복합재·흑연 가공에 쓰고, 철계 재료에는 화학적으로 안정한 PCBN을 씁니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 절삭가공 # 공구재료 # 다결정다이아몬드 # PCBN # 초경합금 # 고속도강

Q06

2차원 절삭가공에서 전단각( $φ$ )에 대한 계산식을 고르시오. (단, $t$ , $t_{c}$ 및 $α$ 는 각각 절삭깊이, 칩두께 및 공구경사각임)

① $φ$ ＝ tan^-1 $\frac{t / t_{c} c o s α}{1 + t / t_{c} s i n α}$
오답입니다 분모의 부호가 (+)로 되어 있어 유도 결과와 맞지 않습니다.
② $φ$ ＝ tan^-1 $\frac{t / t_{c} s i n α}{1 + t / t_{c} c o s α}$
오답입니다 분자·분모의 sin과 cos이 뒤바뀐 데다 분모 부호까지 (+)여서 이중으로 틀립니다.
③ $φ$ ＝ tan^-1 $\frac{t / t_{c} c o s α}{1 - t / t_{c} s i n α}$
정답입니다 절삭비 r = t/ $t_{c}$ 를 넣은 전단각 공식 그대로입니다.
④ $φ$ ＝ tan^-1 $\frac{t / t_{c} s i n α}{1 - t / t_{c} c o s α}$
오답입니다 분모 부호는 맞지만 분자·분모의 sin과 cos이 서로 뒤바뀐 식입니다.
⑤ $φ$ ＝ tan^-1 $\frac{1 - t / t_{c} c o s α}{t / t_{c} s i n α}$
오답입니다 분자와 분모가 뒤집힌 데다 sin·cos까지 바뀌어 tanφ 와도 cotφ 와도 다른 식입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ φ = tan⁻¹[(t/ $t_{c}$ )cosα / (1 − (t/ $t_{c}$ )sinα)]

2차원(직교) 절삭에서 절삭비는 r = t/ $t_{c}$ = sinφ / cos(φ − α) 로 정의됩니다. 분모를 전개하면 r(cosφ cosα + sinφ sinα) = sinφ이고, 양변을 cosφ 로 나누어 정리하면 r cosα = tanφ(1 − r sinα) 가 됩니다. 따라서 tanφ = r cosα / (1 − r sinα) = (t/ $t_{c}$ )cosα / (1 − (t/ $t_{c}$ )sinα)입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 절삭가공 # 전단각 # 절삭비 # 칩두께비 # 공구경사각 # 2차원절삭

Q07

위치와 치수가 정확하고 내부 표면이 매우 깨끗한 구멍을 가공한 후 구멍 입구로부터 일정 깊이까지 암나사를 형성하고자 한다. 이 때 일반적인 작업 순서로 올바른 것은?

① 센터드릴링 → 드릴링 → 리밍 → 탭핑
정답입니다 중심을 잡고, 구멍을 뚫고, 다듬고, 마지막에 나사를 내는 정상 순서입니다.
② 드릴링 → 센터드릴링 → 리밍 → 탭핑
오답입니다 센터드릴링은 드릴 흔들림을 막기 위한 사전 작업이라 드릴링 뒤에 올 수 없습니다.
③ 드릴링 → 리밍 → 센터드릴링 → 탭핑
오답입니다 리밍은 드릴링 후 마무리 공정이므로 센터드릴링보다 앞설 수 없습니다.
④ 센터드릴링 → 드릴링 → 탭핑 → 리밍
오답입니다 탭핑 뒤에 리밍하면 방금 낸 암나사산을 깎아 없애게 됩니다.
⑤ 드릴링 → 탭핑 → 리밍 → 센터드릴링
오답입니다 네 공정의 순서가 모두 뒤바뀌어 있습니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 센터드릴링 → 드릴링 → 리밍 → 탭핑

센터드릴링은 드릴 끝이 미끄러지거나 휘는 것을 막아 구멍 위치를 정확히 잡아 주는 사전 공정입니다. 이어서 드릴링으로 구멍을 뚫고, 리밍으로 여유량 0.2~0.5 mm 정도를 깎아 내어 치수정밀도와 내면 거칠기를 확보합니다. 탭핑은 다듬어진 구멍에 암나사를 내는 마지막 공정이므로 리밍 뒤에 와야 합니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 절삭가공 # 구멍가공 # 센터드릴링 # 드릴링 # 리밍 # 탭핑

Q08

테일러의 공구수명 산출식을 선택하시오. (단, $T$ , $C$ , $V$ 및 $n$ 은 각각 공구수명시간, 상수, 절삭속도 및 지수임)

① $T$ ＝ $(\frac{V}{C})^{\frac{2}{n}}$
오답입니다 지수 2/n 은 테일러 식을 정리해도 나오지 않습니다.
② $T$ ＝ $(\frac{V}{C})^{\frac{1}{n}}$
오답입니다 C와 V의 자리가 반대라 절삭속도가 빠를수록 수명이 길어지는 잘못된 결과가 됩니다.
③ $T$ ＝ $(\frac{C}{V})^{n}$
오답입니다 지수가 1/n 이 아니라 n 이어서 VT^n = C 를 만족하지 않습니다.
④ $T$ ＝ $(\frac{V}{C})^{n}$
오답입니다 C/V가 뒤집힌 데다 지수까지 n이라 이중으로 틀립니다.
⑤ $T$ ＝ $(\frac{C}{V})^{\frac{1}{n}}$
정답입니다 VT^n = C 의 양변을 정리한 결과 그대로입니다.

정답과 해설 보기

정답 ⑤ T = (C/V)^(1/n)

테일러의 공구수명식은 VT^n = C 로, V는 절삭속도, T는 공구수명시간, n은 공구재종에 따른 지수, C는 피삭재·절삭조건으로 정해지는 상수입니다. 이 식에서 T^n = C/V이므로 양변을 1/n 제곱하면 T = (C/V)^(1/n) 이 됩니다. 절삭속도가 커지면 공구수명이 급격히 짧아진다는 사실과도 부호가 맞습니다. 따라서 ⑤입니다.

키워드 # 절삭가공 # 공구수명 # 테일러공구수명식 # 절삭속도 # 공구마모

Q09

판재(두께 2mm) 의 최대 전단응력이 50kgf/mm²인 판재에 지름이 10mm인 구멍을 뚫을 때 최대 펀치력은 얼마인가?

① 1000 $π$ [kgf]
정답입니다 P = τ·πdt = 50 × π × 10 × 2 = 1000π kgf입니다.
② 1000[kgf]
오답입니다 전단둘레 πd 에서 π를 빠뜨리고 지름 10 mm만 곱했을 때 나오는 값입니다.
③ 100 $π$ [kgf]
오답입니다 지름을 1 mm로 잘못 잡거나 자릿수를 하나 놓쳤을 때 나오는 값입니다.
④ 100[kgf]
오답입니다 ③에서 π까지 함께 빠뜨렸을 때 나오는 값입니다.
⑤ 500 $π$ [kgf]
오답입니다 지름 10 mm 대신 반지름 5 mm를 그대로 대입했을 때 나오는 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 1000π [kgf]

판재에 구멍을 뚫을 때 실제로 전단되는 면은 구멍 둘레를 판 두께만큼 두른 원통면입니다. 따라서 전단면적은 A = πdt = π × 10 mm × 2 mm = 20π mm²입니다. 최대 펀치력은 이 면적 전체가 최대 전단응력에 도달할 때이므로 P = $τ_{max}$ × A = 50 kgf/mm² × 20π mm² = 1000π kgf 가 됩니다. 따라서 ①입니다.
※ 발문의 “판재(두께 2mm) 의”에서 “)”와 “의”가 띄어져 있는 것은 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것입니다.

키워드 # 소성가공 # 전단가공 # 펀칭 # 전단응력 # 펀치력 # 블랭킹

Q10

계속된 연삭가공으로 숫돌바퀴의 숫돌입자가 탈락하여 절삭면의 형상이 변할 때 처음 모양으로 수정하는 작업을 의미하는 것은?

① 드레싱(Dressing)
오답입니다 드레싱은 눈메움·무딤이 생긴 숫돌 표면을 긁어 새 입자를 드러내는 작업입니다.
② 밸런싱(Balancing)
오답입니다 밸런싱은 숫돌의 불평형을 잡아 회전 진동을 줄이는 작업입니다.
③ 랩핑(Lapping)
오답입니다 랩핑은 랩과 랩제로 표면을 다듬는 정밀 다듬질 가공입니다.
④ 트루잉(Truing)
정답입니다 트루잉은 무너진 숫돌의 형상을 원래 모양으로 되돌리는 성형 수정 작업입니다.
⑤ 디버링(Deburring)
오답입니다 디버링은 가공물 모서리에 남은 버(burr)를 제거하는 작업입니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 트루잉(Truing)

연삭을 계속하면 입자가 탈락하거나 불균일하게 마멸되어 숫돌의 윤곽이 무너집니다. 이때 다이아몬드 드레서 등으로 숫돌을 깎아 처음의 형상으로 되돌리는 작업이 트루잉입니다. 드레싱은 눈메움(loading)·무딤(glazing)으로 막힌 표면을 긁어내 절삭날을 되살리는 작업으로, 목적이 “절삭성 회복”인 점이 “형상 회복”인 트루잉과 다릅니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 연삭가공 # 트루잉 # 드레싱 # 숫돌수정 # 형상수정 # 연삭숫돌

Q11

센터나 척 대신 회전하는 조정숫돌과 연삭숫돌 사이에 위치한 지지대를 사용하여 원통형 공작물을 지지하고 공작물의 회전과 이송을 조정숫돌의 회전으로 조정하면서 공작물 외면을 연삭하는 작업을 무엇이라 하는가?

① 크리프-피드(creep-feed) 연삭
오답입니다 크리프-피드 연삭은 절삭깊이를 크게 하고 이송을 매우 느리게 하는 평면연삭 방식입니다.
② 원통 연삭
오답입니다 원통 연삭은 공작물을 센터나 척으로 물어 회전시키며 외경을 연삭합니다.
③ 센터리스 연삭
정답입니다 조정숫돌·연삭숫돌·지지대(블레이드) 셋으로 지지하는 센터리스 연삭입니다.
④ 평면 연삭
오답입니다 평면 연삭은 테이블 위에 고정한 평면을 연삭하는 방식입니다.
⑤ 원통 안지름 연삭
오답입니다 원통 안지름 연삭은 작은 숫돌을 구멍 안에 넣어 내면을 연삭합니다.

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정답 ③ 센터리스 연삭

센터리스 연삭은 센터나 척을 쓰지 않고 연삭숫돌, 조정숫돌, 지지대(work rest blade) 세 요소로 공작물을 받쳐 놓고 연삭합니다. 공작물의 회전속도와 이송은 조정숫돌의 회전수와 경사각으로 조절하며, 척 물림 시간이 없어 가늘고 긴 환봉이나 소형 부품을 연속으로 대량 가공하는 데 유리합니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 연삭가공 # 센터리스연삭 # 조정숫돌 # 지지대 # 원통연삭 # 크리프피드연삭

Q12

연삭숫돌 결합제 중 아래의 설명에 해당하는 결합제는 무엇인가?

“장석, 점토 및 유리원료(프릿)로 구성된 결합제로서, 연삭입자와 함께 혼합, 성형 및 건조된 이후 노에서 약 1250℃ 이상으로 가열된다. 이 결합제를 사용한 숫돌은 연삭성이 우수하고 강도가 높으며 연삭저항에 대한 탄성 변형이 적어 연삭숫돌에 매우 광범위하게 적용된다”

① 레지노이드(resinoid) 결합제
오답입니다 레지노이드는 페놀수지 결합제로 탄성이 커 절단숫돌·고속연삭에 씁니다.
② 러버(rubber) 결합제
오답입니다 러버는 고무 결합제로 탄성이 매우 커 조정숫돌이나 얇은 절단숫돌에 씁니다.
③ 셀락(shellac) 결합제
오답입니다 셀락은 천연수지 결합제로 탄성이 크고 광택 다듬질 연삭에 씁니다.
④ 옥시클로라이드(oxychloride) 결합제
오답입니다 옥시클로라이드는 마그네시아 계열 결합제로 건식 연삭에 제한적으로 씁니다.
⑤ 비트리파이드(vitrified) 결합제
정답입니다 장석·점토·프릿을 1250 ℃ 이상에서 소성해 유리질로 결합시킨 비트리파이드입니다.

정답과 해설 보기

정답 ⑤ 비트리파이드(vitrified) 결합제

비트리파이드(vitrified) 결합제는 장석·점토와 유리원료인 프릿을 연삭입자와 섞어 성형·건조한 뒤 노에서 1250 ℃ 이상으로 소성해 유리질로 굳힌 무기질 결합제입니다. 기공률을 자유롭게 조절할 수 있어 절삭성이 좋고, 강도가 높으며 탄성 변형이 적어 치수정밀도가 잘 유지되고, 물·기름·산에도 변질되지 않아 전체 연삭숫돌의 대부분을 차지합니다. 따라서 ⑤입니다.

키워드 # 연삭가공 # 연삭숫돌 # 결합제 # 비트리파이드 # 레지노이드 # 러버결합제

Q13

노 속에서 금속을 Fe₃C 상태도 상의 A₃ 또는 A_cm 온도의 60℃ 이상으로 가열하여 단일상의 오스테나이트를 만든 후, 노 속에서 꺼내어 공기 중에서 냉각시키는 열처리 방법을 선택하시오.

① 풀림
오답입니다 풀림은 오스테나이트화 후 노 안에서 그대로 서랭해 조직을 연화시킵니다.
② 템퍼링
오답입니다 템퍼링은 담금질한 강을 A₁ 이하로 재가열해 인성을 회복시키는 처리입니다.
③ 불림
정답입니다 A₃· $A_{cm}$ 위로 가열해 오스테나이트화한 뒤 대기 중에서 공랭하는 불림입니다.
④ 마르퀜칭
오답입니다 마르퀜칭은 Ms 부근 열욕에 담가 온도를 고르게 한 뒤 서랭하는 항온담금질입니다.
⑤ 쇼트피팅
오답입니다 쇼트피닝은 강구를 분사해 표면에 압축잔류응력을 주는 표면처리로 열처리가 아닙니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 불림

불림(normalizing)은 아공석강은 A₃, 과공석강은 $A_{cm}$ 보다 30~60 ℃ 높은 온도로 가열해 단일 오스테나이트 조직으로 만든 뒤 노 밖으로 꺼내 대기 중에서 공랭하는 열처리입니다. 냉각속도가 풀림의 노랭보다 빠르므로 결정립이 미세해지고 조직이 균일해져 단조·주조 후의 조대한 조직과 내부응력을 없애고 기계적 성질을 표준화합니다. 노랭이면 풀림, 공랭이면 불림으로 갈리는 점이 핵심입니다. 따라서 ③입니다.
※ ⑤의 “쇼트피팅”은 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것으로 “쇼트피닝(shot peening)”의 오식입니다.

키워드 # 열처리 # 불림 # 노멀라이징 # 풀림 # 오스테나이트 # 공랭

Q14

재료의 인장시험에서 원래 표점거리가 $L_{0}$ 인 시편이 인장 시험을 통해 표점거리가 $L_{f}$ 로 늘어났다. 이 때의 진변형률(true strain) ε를 구하는 식으로 옳은 것은?

① ε ＝ $\frac{L_{f}}{L_{o}}$
오답입니다 단순 길이비로, 변형률이 아니라 연신비(stretch ratio)입니다.
② ε ＝ $\frac{L_{f} - L_{o}}{L_{o}}$
오답입니다 변형량을 원래 길이로 나눈 공칭변형률(공학변형률)의 정의식입니다.
③ ε ＝ ln $\frac{L_{f}}{L_{o}}$
정답입니다 순간 길이를 기준으로 변형률을 적분한 진변형률의 정의식입니다.
④ ε ＝ ln $\frac{L_{f} - L_{o}}{L_{o}}$
오답입니다 공칭변형률에 로그를 씌운 식으로, 어떤 변형률 정의에도 해당하지 않습니다.
⑤ ε ＝ exp $\frac{L_{f} - L_{o}}{L_{o}}$
오답입니다 지수함수 형태여서 변형률 정의와 아무 관련이 없습니다.

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정답 ③ ε = ln( $L_{f}$ / $L_{o}$ )

진변형률은 변형이 진행되는 순간의 길이 L을 기준으로 미소 변형률 dε = dL/L 을 정의하고 L₀에서 $L_{f}$ 까지 적분한 값이므로 ε = ∫dL/L = ln( $L_{f}$ /L₀) 가 됩니다. 공칭변형률 e = ( $L_{f}$ − L₀)/L₀ 와는 ε = ln(1 + e) 의 관계에 있으며, 변형이 작을 때는 두 값이 거의 같지만 소성영역처럼 변형이 크면 뚜렷이 달라집니다. 따라서 ③입니다.
※ 발문은 L₀(숫자 0), 선택지는 $L_{o}$ (영문 o)로 아래첨자 표기가 섞여 있는데, 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것으로 둘 다 원래 표점거리를 뜻합니다.

키워드 # 기계재료 # 진변형률 # 공칭변형률 # 인장시험 # 표점거리

Q15

알루미늄 및 알루미나 분말에 소량의 염화암모늄을 첨가, 혼합한 침투제 속에서 강제품을 약 850℃~950℃ 정도로 2~3시간 가열함으로써, 내고온산화성이 우수한 Fe-Al 합금의 피복층을 강 제품의 표면에 형성시키는 표면 처리법을 무엇이라 하는가?

① 세라다이징(sheradizing)
오답입니다 세라다이징은 아연(Zn)을 침투시켜 내식성을 주는 처리입니다.
② 크로마이징(chromizing)
오답입니다 크로마이징은 크롬(Cr)을 침투시켜 내식·내열·내마모성을 주는 처리입니다.
③ 칼로라이징(calorizing)
정답입니다 알루미늄(Al)을 침투시켜 Fe-Al 층을 만드는 처리로 내고온산화성이 좋아집니다.
④ 보로나이징(boronizing)
오답입니다 보로나이징은 붕소(B)를 침투시켜 극히 높은 표면경도를 얻는 처리입니다.
⑤ 실리코나이징(siliconizing)
오답입니다 실리코나이징은 규소(Si)를 침투시켜 내산·내식성을 주는 처리입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 칼로라이징(calorizing)

금속침투법(cementation)은 강 표면에 다른 금속원소를 확산 침투시켜 합금층을 만드는 표면처리로, 침투시키는 원소에 따라 Al은 칼로라이징, Zn은 세라다이징, Cr은 크로마이징, Si는 실리코나이징, B는 보로나이징으로 부릅니다. 알루미늄·알루미나 분말에 염화암모늄을 촉진제로 넣고 850~950 ℃에서 가열해 Fe-Al 확산층을 만드는 것은 칼로라이징이며, 이 층이 치밀한 Al₂O₃ 피막을 이루어 고온 산화에 잘 견딥니다. 따라서 ③입니다.
※ ①의 “sheradizing”은 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것으로 “sherardizing”의 오식입니다.

키워드 # 표면처리 # 금속침투법 # 칼로라이징 # 세라다이징 # 크로마이징 # 내고온산화성

Q16

소재를 가공할 때 소성영역까지 인장시켰다가 하중을 제거한 후 하중의 방향을 바꾸어 압축하면, 압축시 항복강도가 인장시보다 작아지는 현상을 나타내는 것은?

① 영구변형
오답입니다 영구변형은 하중 제거 후 남는 소성변형 자체를 가리킬 뿐 방향성과 무관합니다.
② 정수압 효과
오답입니다 정수압 효과는 정수압이 항복·연성에 미치는 영향으로 하중 방향과 관계가 없습니다.
③ 가공경화 현상
오답입니다 가공경화는 같은 방향으로 다시 하중을 걸 때 항복강도가 오히려 올라가는 현상입니다.
④ 스프링백 현상
오답입니다 스프링백은 굽힘 후 탄성회복으로 형상이 되돌아가는 현상입니다.
⑤ 바우싱거 효과
정답입니다 인장 소성변형 뒤 압축 항복강도가 낮아지는 방향성 연화가 바우싱거 효과입니다.

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정답 ⑤ 바우싱거 효과

바우싱거 효과(Bauschinger effect)는 한 방향으로 소성변형을 준 뒤 하중 방향을 반대로 바꾸면 그 방향의 항복강도가 처음보다 낮아지는 현상입니다. 앞선 변형으로 쌓인 전위가 장애물에 걸려 만든 배응력(back stress)이 역방향 하중에서는 전위 이동을 돕는 쪽으로 작용하기 때문입니다. 반복 굽힘·교번하중을 받는 부품과 판재 성형 해석에서 반드시 고려해야 하는 성질입니다. 따라서 ⑤입니다.

키워드 # 소성가공 # 바우싱거효과 # 가공경화 # 스프링백 # 항복강도 # 역방향하중

Q17

석회나 실리카, 망간산화물, 칼슘불화물 등으로 이루어진 과립의 용제속에서 용접아크를 발생시킴으로써 열의 발산을 막는 역할을 하여 좁은 공간에서 급속한 고열을 발생시키는 용접법을 무엇이라 하는가?

① 가스방호 아크 용접
오답입니다 가스방호 아크 용접은 아르곤·탄산가스 등 보호가스로 아크를 감싸는 방식입니다.
② 피복금속 아크 용접
오답입니다 피복금속 아크 용접은 심선 겉에 피복제를 입힌 용접봉을 쓰는 수동 용접입니다.
③ 유심용제 아크 용접
오답입니다 유심용제 아크 용접은 와이어 속에 용제를 넣은 플럭스코어드 와이어를 씁니다.
④ 플라즈마 아크 용접
오답입니다 플라즈마 아크 용접은 노즐로 구속한 아크로 고온 플라즈마 제트를 만듭니다.
⑤ 서브머지드 아크 용접
정답입니다 입상 용제 속에 아크를 잠기게 하는 잠호(潛弧) 용접이 서브머지드 아크 용접입니다.

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정답 ⑤ 서브머지드 아크 용접

서브머지드 아크 용접(SAW)은 석회·실리카·산화망간·불화칼슘 등으로 만든 과립(입상) 용제를 용접선 위에 두껍게 뿌리고 그 속에 와이어를 넣어 아크를 발생시키는 방법입니다. 아크가 용제 속에 잠겨 보이지 않으므로 잠호용접이라고도 하며, 용제가 열의 발산과 스패터·아크광을 막아 열효율이 매우 높습니다. 그래서 후판을 한 번에 깊게 용입시킬 수 있어 조선·압력용기의 긴 직선 용접에 씁니다. 따라서 ⑤입니다.

키워드 # 용접 # 서브머지드아크용접 # 잠호용접 # 입상용제 # 피복금속아크용접

Q18

티그용접(TlG welding)에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 티타늄 봉을 전극으로 사용한다.
오답입니다 전극은 티타늄이 아니라 융점이 3400 ℃인 텅스텐 봉을 씁니다.
② 용접 중 전극 소모가 많이 발생한다.
오답입니다 텅스텐은 비소모성 전극이라 용접 중 소모가 거의 없습니다.
③ 용접 후 슬래그 또는 잔류용제를 제거하기 위한 후처리가 필요하다.
오답입니다 용제를 쓰지 않아 슬래그가 생기지 않으므로 후처리가 거의 필요 없습니다.
④ 헬륨이나 아르곤 같은 불활성 가스를 사용한다.
정답입니다 아르곤·헬륨 불활성 가스로 용융지를 대기로부터 차단합니다.
⑤ 산화막이 강한 금속은 용접이 어렵다.
오답입니다 교류·고주파를 쓰면 청정작용으로 알루미늄·마그네슘의 산화막까지 잘 제거됩니다.

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정답 ④ 헬륨이나 아르곤 같은 불활성 가스를 사용한다.

TIG 용접(GTAW)은 비소모성 텅스텐 전극과 모재 사이에 아크를 발생시키고, 아르곤이나 헬륨 같은 불활성 가스를 노즐로 뿜어 용융지를 대기에서 차단하는 용접법입니다. 전극이 녹지 않아 용가재를 따로 넣어 아크 길이와 용착량을 독립적으로 조절할 수 있고, 용제를 쓰지 않아 슬래그가 없으므로 후처리가 거의 필요 없으며 용접부 품질이 매우 깨끗합니다. 따라서 ④입니다.
※ 발문의 “TlG welding”은 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것으로 “TIG(Tungsten Inert Gas)”의 오식입니다.

키워드 # 용접 # TIG용접 # 불활성가스 # 텅스텐전극 # 비소모성전극 # 청정작용

Q19

방전가공에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 절연유를 가공액으로 사용한다.
오답입니다 등유·경유 계열의 절연유를 가공액으로 써서 방전을 집중시키고 칩을 씻어냅니다.
② 가공 중 전극 소모가 거의 없다는 장점이 있다.
정답입니다 방전열은 전극 쪽도 녹이므로 전극은 계속 소모되며 소모비 관리가 필요합니다.
③ 재료가 도체이면 경도나 인성에 관계없이 가공이 가능하다.
오답입니다 열로 녹여 없애는 가공이라 도체이면 경도·인성과 무관하게 가공됩니다.
④ 가공을 위해서 전극과 가공물 사이에는 간극이 있어야 한다.
오답입니다 절연파괴가 일어날 만큼의 방전간극(gap)이 반드시 있어야 합니다.
⑤ 가공 속도를 높이면 가공 정밀도는 저하된다.
오답입니다 방전에너지를 키워 속도를 올리면 크레이터가 커져 표면이 거칠어집니다.

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정답 ② 가공 중 전극 소모가 거의 없다는 장점이 있다.

방전가공(EDM)은 절연유 속에서 전극과 공작물 사이에 방전을 일으켜 그 열로 재료를 국부적으로 녹이고 증발시켜 제거하는 가공입니다. 방전은 전극과 공작물 양쪽을 모두 녹이므로 전극도 반드시 소모되며, 전극 소모비(wear ratio)를 낮추기 위해 구리·흑연처럼 융점이 높거나 열전도가 좋은 재료를 쓰고 극성과 펄스 조건을 조절합니다. 소모가 “거의 없다”는 서술은 옳지 않습니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 특수가공 # 방전가공 # EDM # 절연유 # 전극소모 # 방전간극

Q20

치공구, 대형부품, 복잡한 형상의 부품 등을 정반 위에 놓고 정반의 표면을 기준으로 하여 높이를 측정하는 측정기는?

① 마이크로미터
오답입니다 마이크로미터는 앤빌과 스핀들 사이에 물려 두께·외경을 정밀 측정합니다.
② 하이트게이지
정답입니다 정반 위에 세워 슬라이더의 스크라이버로 높이를 재고 금긋기도 하는 측정기입니다.
③ 버니어캘리퍼스
오답입니다 버니어캘리퍼스는 외경·내경·깊이를 재며 정반 기준 높이 측정용은 아닙니다.
④ 표준게이지
오답입니다 표준게이지는 기준 치수를 제공하는 게이지의 총칭입니다.
⑤ 블록게이지
오답입니다 블록게이지는 길이의 기준이 되는 단도기로 직접 부품 높이를 재지는 않습니다.

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정답 ② 하이트게이지

하이트게이지는 정반(surface plate) 위에 놓고 쓰는 높이 측정기로, 정반 면을 0점 기준으로 삼아 수직 자를 따라 움직이는 슬라이더의 눈금으로 높이를 읽습니다. 슬라이더에 스크라이버를 달면 지정한 높이에 금긋기를 할 수 있어 치공구나 대형·복잡 형상 부품의 높이 측정과 마킹에 함께 쓰입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 측정 # 하이트게이지 # 정반 # 높이측정 # 버니어캘리퍼스 # 블록게이지

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