2019년 서울시 7급·연구사 공통 기계공작법 B책형 기출문제 풀이

2019 7급 서울시 기계공작법 B책형

기출문제 풀이 · 20문항 · AI 보조 해설

7급·연구사 공통 시험

2019 7급 서울시 기계공작법 B책형 썸네일

Q01

<보기>의 설명에 해당되는 체적 성형(Bulk Forming) 공정으로 가장 옳은 것은?

∙ 금속 소재를 다이 구멍 속으로 강제로 밀어 넣어 원하는 단면 형상을 가진 제품을 만드는 압축 성형 공정
∙ 다이가 램 쪽에 설치됨.
∙ 램을 공작물 쪽으로 밀면 금속이 다이 틈새를 통해 램의 진행 방향과 반대 방향으로 빠져 나옴.

① 전방 압출 공정
오답입니다 전방 압출은 다이가 반대쪽에 고정되어 소재가 램과 같은 방향으로 나옵니다.
② 인발 공정
오답입니다 인발은 소재를 다이 구멍으로 잡아당기는 인장 공정이라 압축 성형이 아닙니다.
③ 정수압 압출 공정
오답입니다 정수압 압출은 액체의 정수압으로 소재를 밀어내며 램이 소재에 직접 닿지 않습니다.
④ 후방 압출 공정
정답입니다 다이가 램 끝에 붙어 있고 소재가 램 진행 방향의 반대로 빠져나오는 방식입니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 후방 압출 공정

압출은 소재를 다이 구멍으로 밀어 넣어 일정한 단면 형상을 뽑는 압축 성형 공정입니다. 다이를 램(중공 램) 끝에 붙여 놓고 램을 밀면 금속이 램 안쪽 통로를 거쳐 램의 진행 방향과 반대쪽으로 흘러나오는데, 이것이 후방 압출(간접 압출)입니다. 컨테이너 벽면을 따라 소재가 미끄러지지 않으므로 마찰이 적고 압출력도 전방 압출보다 작습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 소성가공 # 압출 # 후방압출 # 간접압출 # 다이 # 램

Q02

선반(lathe)의 구성요소 중 <보기>의 설명에 해당하는 것은?

안내면을 따라 이동할 수 있고, 어떤 위치에서든 고정할 수 있고, 공작물의 한쪽 끝을 지지한다. 센터가 설치되어 있고, 센터가 고정되거나, 공작물 자체가 자유롭게 회전하도록 놓아둘 수 있다. 필요에 따라 드릴과 리머를 장착할 수 있다.

① 심압대(tailstock)
정답입니다 베드 안내면을 따라 이동·고정되며 센터로 공작물 오른쪽 끝을 지지하는 부분입니다.
② 주축대(headstock)
오답입니다 주축대는 베드 왼쪽에 고정되어 있으며 주축과 척으로 공작물을 회전시킵니다.
③ 왕복대(carriage assembly)
오답입니다 왕복대는 공구대와 에이프런을 싣고 이송을 담당하는 부분입니다.
④ 베드(bed)
오답입니다 베드는 각 부분을 얹는 본체 구조물로 안내면을 제공할 뿐 공작물을 지지하지 않습니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 심압대(tailstock)

선반의 심압대는 베드 안내면을 따라 좌우로 옮겨 임의 위치에 클램프로 고정할 수 있고, 심압축 끝에 센터를 끼워 긴 공작물의 오른쪽 끝을 받쳐 줍니다. 센터는 고정형(정지센터)과 회전형(회전센터) 어느 쪽도 쓸 수 있으며, 센터 대신 드릴 척이나 드릴·리머를 물려 축 중심에 구멍을 뚫는 데도 쓰입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 공작기계 # 선반 # 심압대 # 센터작업 # 주축대 # 왕복대

Q03

분말야금에 의한 제품 제조공정에서 용적밀도(bulk density)를 진밀도(true density)로 나눈 값은?

① 공극률
오답입니다 공극률은 1에서 패킹지수를 뺀 값, 즉 빈 공간이 차지하는 비율입니다.
② 패킹지수
정답입니다 용적밀도를 진밀도로 나눈 값이 패킹지수(충전율)입니다.
③ 세장비
오답입니다 세장비는 분말 입자의 길이와 지름의 비로 형상을 나타내는 값입니다.
④ 용침
오답입니다 용침은 소결체의 기공에 저융점 금속을 녹여 채워 넣는 별도의 공정입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 패킹지수

분말야금에서 용적밀도(bulk density)는 기공을 포함한 겉보기 부피로 나눈 밀도이고, 진밀도(true density)는 기공이 전혀 없는 완전 치밀한 상태의 밀도입니다. 두 값의 비 $ρ_{bulk}$ / $ρ_{true}$ 는 전체 부피 가운데 고체가 차지하는 비율이므로 패킹지수(충전율)라 부르며, 공극률은 1 − 패킹지수로 이 값의 나머지에 해당합니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 기계재료 # 분말야금 # 패킹지수 # 용적밀도 # 진밀도 # 공극률

Q04

금속 원판을 이용하여 컵을 만드는 딥 드로잉 공정에서는 드로잉 비(drawing ratio)로 작업의 난이를 평가하고 있다. 드로잉 비를 올바르게 나타낸 것은? (단, $t$ 는 금속 원판의 두께, $D_{b}$ 는 블랭크의 직경, $D_{p}$ 는 펀치의 직경이다.)

① $\frac{D_{b}}{t}$
오답입니다 블랭크 직경을 판 두께로 나눈 값으로, 두께비를 나타낼 뿐입니다.
② $\frac{D_{p}}{t}$
오답입니다 펀치 직경과 판 두께의 비이며 드로잉 비의 정의가 아닙니다.
③ $\frac{D_{b}}{D_{p}}$
정답입니다 블랭크 직경을 펀치 직경으로 나눈 값이 드로잉 비입니다.
④ $\frac{D_{p}}{D_{b}}$
오답입니다 ③의 역수로, 값이 1보다 작아져 난이도 지표로 쓰지 않습니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ $D_{b}$ / $D_{p}$ (블랭크 직경을 펀치 직경으로 나눈 값)

딥 드로잉의 난이도는 소재 원판이 얼마나 크게 오므라들어야 하는가로 결정되므로 드로잉 비는 블랭크 직경과 펀치 직경의 비 DR = $D_{b}$ / $D_{p}$ 로 정의합니다. 이 값이 클수록 컵 벽면에 걸리는 인장응력이 커져 파단 위험이 높아지며, 실용 한계는 대략 2.0(한계 드로잉 비) 정도로 봅니다. 판 두께 t 는 한계 드로잉 비에 영향을 주지만 드로잉 비의 정의식에는 들어가지 않습니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 소성가공 # 딥드로잉 # 드로잉비 # 블랭크 # 펀치 # 한계드로잉비

Q05

사형주조에서 Chvorinov 법칙을 근거로 할 때, 주조품의 응고시간에 영향을 미치는 요소들로 옳게 짝지은 것은?

① 용융점, 재결정 온도
오답입니다 용융점과 재결정 온도는 슈보리노프 식에 들어가지 않습니다.
② 재결정 온도, 부피
오답입니다 부피는 맞지만 재결정 온도는 응고시간 식과 무관합니다.
③ 표면적, 부피
정답입니다 슈보리노프 법칙은 응고시간을 부피와 표면적의 비로 나타냅니다.
④ 용융점, 표면적
오답입니다 표면적은 맞지만 용융점은 상수 C에 묻히는 인자입니다.

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정답 ③ 표면적, 부피

슈보리노프(Chvorinov) 법칙은 주조품의 응고시간을 $t_{s}$ = C(V/A)ⁿ 으로 나타내며, V는 주물의 부피, A는 주형과 접하는 표면적, n은 보통 2 정도입니다. 즉 응고시간을 좌우하는 기하학적 인자는 부피와 표면적이며, 부피에 비해 표면적이 작을수록 열이 빠져나가기 어려워 늦게 굳습니다. 주형 재질이나 용탕 과열도 같은 요소는 상수 C에 반영됩니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 주조 # 사형주조 # 슈보리노프법칙 # 응고시간 # 부피 # 표면적

Q06

열간 성형 공정과 비교했을 때 냉간 성형 공정의 장점으로 가장 옳지 않은 것은?

① 제품 정밀도의 향상
오답입니다 냉간에서는 열팽창·산화가 없어 치수 정밀도가 높아지므로 장점이 맞습니다.
② 결정립 구조의 방향성이 사라져 등방성 구조를 가짐
정답입니다 냉간가공은 결정립이 늘어나 섬유상 조직이 생기므로 오히려 이방성이 커집니다.
③ 변형률 경화로 인한 제품의 강도 증가
오답입니다 변형률 경화(가공경화)로 강도와 경도가 올라가는 것은 냉간가공의 장점입니다.
④ 표면 거칠기의 향상
오답입니다 스케일이 생기지 않아 표면이 깨끗하고 거칠기가 좋아집니다.

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정답 ② 결정립 구조의 방향성이 사라져 등방성 구조를 가짐

냉간 성형은 재결정 온도 아래에서 가공하므로 스케일이 없고 치수 정밀도와 표면 거칠기가 좋으며, 변형률 경화로 강도와 경도가 올라갑니다. 그러나 결정립은 가공 방향으로 길게 늘어나 섬유상 조직(단류선)을 이루므로 기계적 성질에 방향성, 즉 이방성이 뚜렷해집니다. 결정립이 새로 생겨 등방성 조직이 되는 것은 오히려 재결정이 일어나는 열간 성형 쪽입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 소성가공 # 냉간가공 # 열간가공 # 가공경화 # 이방성 # 재결정

Q07

기준 직선 또는 기준 평면에 대해 평행을 이루고 있는 기하학적 직선 혹은 평면으로부터 다른 직선 혹은 평면 부분의 어긋남의 크기를 의미하는 기하공차는?

① 직각도(perpendicularity)
오답입니다 직각도는 데이텀에 대해 90°를 이루어야 할 요소의 어긋남입니다.
② 진원도(roundness)
오답입니다 진원도는 데이텀 없이 단독 형체가 이상적인 원에서 벗어난 정도입니다.
③ 평면도(flatness)
오답입니다 평면도 역시 데이텀 없는 모양공차로, 평면이 이상 평면에서 벗어난 정도입니다.
④ 평행도(parallelism)
정답입니다 데이텀에 평행해야 할 직선·평면이 얼마나 어긋났는지를 규제하는 자세공차입니다.

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정답 ④ 평행도(parallelism)

기하공차 중 데이텀(기준 직선·기준 평면)을 필요로 하고 그에 대한 자세를 규제하는 것을 자세공차라 하며 평행도, 직각도, 경사도가 여기에 속합니다. 그 가운데 기준에 평행해야 할 직선이나 평면이 이상적인 평행 상태에서 벗어난 크기를 나타내는 것이 평행도입니다. 진원도와 평면도는 데이텀이 필요 없는 모양공차이고, 직각도는 평행이 아니라 90° 자세를 규제합니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 제도 # 기하공차 # 평행도 # 자세공차 # 데이텀 # 직각도

Q08

형단조에서 예비 성형을 통하여 예비 성형체를 제작하는 이유로 가장 옳지 않은 것은?

① 결함이 없는 재료 유동과 적절한 금형 충전을 유도
오답입니다 미리 형상을 잡아 두면 재료가 무리 없이 흘러 금형 구석까지 잘 채워집니다.
② 플래시 발생의 극대화
정답입니다 플래시는 재료 낭비이자 후공정 부담이므로 최소화하는 것이 예비 성형의 목적입니다.
③ 금형 마모의 감소
오답입니다 한 번에 큰 변형을 주지 않으므로 금형에 걸리는 부하와 마모가 줄어듭니다.
④ 원하는 단류선을 얻어서 제품 품질 향상
오답입니다 단류선을 제품 형상에 맞게 배열해 강도를 높일 수 있습니다.

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정답 ② 플래시 발생의 극대화

형단조에서 예비 성형(preform, blocking)은 최종 형상에 가까운 중간 형상을 미리 만들어 마무리 단조에서 재료가 균일하게 흐르도록 유도하는 단계입니다. 이렇게 하면 금형 충전이 좋아지고 단류선이 제품 형상을 따라 배열되며 금형 마모와 단조 하중이 줄어듭니다. 플래시는 여분의 재료가 금형 틈으로 빠져나온 것이라 재료 손실과 트리밍 공정을 늘리므로 예비 성형은 오히려 플래시를 줄이려는 목적으로 합니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 소성가공 # 형단조 # 예비성형 # 플래시 # 단류선 # 금형충전

Q09

브레이징 공정의 특징에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

① 용가재의 용융 온도는 450℃ 미만이어야 한다.
정답입니다 용가재 용융점이 450℃ 미만이면 브레이징이 아니라 솔더링(납땜)입니다.
② 모재는 거의 용융되지 않는다.
오답입니다 모재는 녹이지 않고 용가재만 녹이는 것이 브레이징의 기본 특징입니다.
③ 모세관 현상에 의해서 모재 틈사이로 녹은 용가재가 퍼져 나간다.
오답입니다 좁은 틈에 용가재가 모세관 현상으로 빨려 들어가 접합면을 채웁니다.
④ 용가재는 유동성과 젖음성이 좋아야 한다.
오답입니다 유동성과 젖음성이 나빠 모재를 적시지 못하면 접합부가 채워지지 않습니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 용가재의 용융 온도는 450℃ 미만이어야 한다.

브레이징은 모재를 녹이지 않고 모재보다 융점이 낮은 용가재만 녹여 모세관 현상으로 접합 틈새를 채우는 접합법입니다. 용가재의 액상선 온도가 450℃ 이상이면 브레이징(경납땜), 450℃ 미만이면 솔더링(연납땜)으로 구분하므로 ①은 기준을 거꾸로 서술한 것입니다. 용가재는 모재를 잘 적시고 좁은 틈으로 잘 흘러야 하므로 젖음성과 유동성이 좋아야 합니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 용접 # 브레이징 # 솔더링 # 용가재 # 모세관현상 # 젖음성

Q10

<보기>의 적층 제조(Additive Manufacturing) 공정들 중에서 분말을 적층용 공급 재료로 사용하는 공정으로 옳게 짝지은 것은?

ㄱ. FDM(Fused Deposition Modeling) 공정
ㄴ. SLS(Selective Laser Sintering) 공정
ㄷ. LOM(Laminated Object Manufacturing) 공정
ㄹ. EBM(Electron Beam Melting) 공정

① ㄱ, ㄴ
오답입니다 FDM(ㄱ)은 열가소성 필라멘트를 녹여 쌓는 방식이라 분말이 아닙니다.
② ㄱ, ㄷ
오답입니다 FDM은 필라멘트, LOM(ㄷ)은 종이·필름 같은 시트를 씁니다.
③ ㄱ, ㄹ
오답입니다 EBM(ㄹ)은 맞지만 FDM은 필라멘트를 사용합니다.
④ ㄴ, ㄹ
정답입니다 SLS는 레이저로, EBM은 전자빔으로 분말층을 녹여 붙이는 분말베드 방식입니다.

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정답 ④ ㄴ, ㄹ

적층 제조는 공급 재료의 형태로 나눌 수 있습니다. FDM은 열가소성 수지 필라멘트를 압출해 쌓고, LOM은 접착제가 발린 종이·필름 시트를 겹쳐 붙인 뒤 잘라 냅니다. 반면 SLS는 고분자·금속 분말층에 레이저를 쬐어 소결하고, EBM은 진공 중에서 금속 분말층을 전자빔으로 녹여 붙이는 분말베드 융합(powder bed fusion) 방식입니다. 분말을 공급 재료로 쓰는 것은 ㄴ과 ㄹ입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 특수가공 # 적층제조 # SLS # EBM # FDM # 분말베드융합

Q11

초기 단면적이 10mm², 표점거리가 10mm인 인장시편에 1kN의 인장하중을 가했을 때 시편의 단면적은 8mm², 표점거리는 12.5mm로 변화하였다. 이때 시편의 진응력(true stress) $σ$ [MPa]와 진변형률(true strain) $ϵ$ 의 값은?

	$σ$ [MPa]	$ϵ$
①	100	0.25
②	125	0.25
③	100	ln1.25
④	125	ln1.25

① 선택지 해설
오답입니다 공칭응력(1000/10)과 공칭변형률(2.5/10)을 그대로 쓴 값입니다.
② 선택지 해설
오답입니다 응력은 진응력이 맞지만 변형률을 공칭변형률로 잡았습니다.
③ 선택지 해설
오답입니다 변형률은 맞지만 응력을 초기 단면적으로 나눈 공칭응력으로 잡았습니다.
④ 선택지 해설
정답입니다 σ = 1000/8 = 125 MPa, ε = ln(12.5/10) = ln1.25 로 둘 다 진값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ σ = 125 MPa, ε = ln1.25

진응력은 하중을 그 순간의 실제 단면적으로 나눈 값이므로 σ = P/A = 1000 N ÷ 8 mm² = 125 N/mm² = 125 MPa입니다. 진변형률은 길이 변화를 순간 길이로 나눠 적분한 값이므로 ε = ln(L/L₀) = ln(12.5/10) = ln1.25입니다. 초기 단면적 10 mm²와 초기 표점거리 10 mm를 그대로 쓰면 공칭응력 100 MPa, 공칭변형률 0.25가 나오는데 이는 문제가 요구한 진값이 아닙니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계재료 # 인장시험 # 진응력 # 진변형률 # 공칭응력 # 단면수축

Q12

<보기>에 해당하는 성형 공정은?

판재의 끝단을 접어서 포개는 공정으로, 제품의 강성을 높이고, 외관을 돋보이게 하며, 날카로운 면을 없앨 수 있다.

① 니블링(nibbling)
오답입니다 니블링은 작은 펀치를 연속으로 찍어 임의 윤곽을 따내는 전단가공입니다.
② 헤밍(hemming)
정답입니다 판재 끝을 180° 접어 포개는 공정으로 강성 증가와 날카로운 모서리 제거에 씁니다.
③ 슬리팅(slitting)
오답입니다 슬리팅은 회전 원형 칼날로 판재를 길게 잘라 좁은 폭으로 나누는 공정입니다.
④ 크림핑(crimping)
오답입니다 크림핑은 판재나 관의 끝을 물결·주름 모양으로 오므리는 공정입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 헤밍(hemming)

헤밍(hemming)은 판재의 가장자리를 180°로 꺾어 안쪽으로 포개 붙이는 굽힘 계열의 성형 공정입니다. 접힌 부분이 두 겹이 되어 단면계수가 커지므로 가장자리 강성이 높아지고, 전단면의 날카로운 버(burr)가 안쪽으로 숨어 안전해지며 외관도 깔끔해집니다. 자동차 도어 패널의 겉판과 속판을 접합할 때 쓰는 대표적인 공정입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 소성가공 # 판재성형 # 헤밍 # 굽힘가공 # 니블링 # 크림핑

Q13

플라스틱 사출성형품에 나타나는 불량의 한 가지로 금형의 파팅 라인(parting line)이나 이젝터 핀(ejector pin) 등의 틈에서 흘러나와 고화 또는 경화된 얇은 조각모양의 수지가 형성되는 현상은?

① 충전 불량(short shot) 현상
오답입니다 충전 불량은 수지가 캐비티를 다 채우지 못해 제품 일부가 빠지는 결함입니다.
② 싱크 마크(sink mark) 현상
오답입니다 싱크 마크는 두꺼운 부위가 냉각 수축하며 표면이 움푹 꺼지는 결함입니다.
③ 플래시(flash) 현상
정답입니다 파팅 라인이나 이젝터 핀 틈으로 수지가 새어 나와 굳은 얇은 지느러미입니다.
④ 웰드 마크(weld mark) 현상
오답입니다 웰드 마크는 갈라졌던 용융수지 흐름이 다시 만나는 자리에 생기는 선입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 플래시(flash) 현상

사출성형에서 형체력이 부족하거나 금형 맞춤면이 벌어지면 용융수지가 파팅 라인이나 이젝터 핀 틈으로 새어 나와 얇은 지느러미 모양으로 굳는데, 이를 플래시(버, 지느러미)라 합니다. 형체력 증대, 금형 맞춤면 정밀도 향상, 사출압력·수지온도 조정으로 줄일 수 있습니다. 충전 불량·싱크 마크·웰드 마크는 모두 캐비티 안쪽에서 생기는 결함으로 성격이 다릅니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 기계재료 # 사출성형 # 플래시 # 싱크마크 # 웰드마크 # 파팅라인

Q14

CNC 공작기계의 프로그램에서는 주소(address)와 수치의 조합으로 1개의 단어(word)를 생성하고 단어들이 모여 명령절(block)을 이루고 명령절이 모여 전체 프로그램을 구성한다. 주소에 사용되는 영문기호 M의 기능과 의미로 가장 옳은 것은?

① 준비기능- 동작의 조건을 지정
오답입니다 준비기능은 주소 G로, 직선·원호보간 같은 동작 조건을 지정합니다.
② 이송기능- 회전당, 분당 이송속도 지정
오답입니다 이송기능은 주소 F로, mm/rev 또는 mm/min 단위의 이송속도를 지정합니다.
③ 공구기능- 공구번호 지정
오답입니다 공구기능은 주소 T로, 사용할 공구번호와 보정번호를 지정합니다.
④ 보조기능- 기계 작동부분 ON/OFF 지정
정답입니다 M은 보조기능으로 주축 회전·정지, 절삭유 ON/OFF 같은 보조 동작을 지시합니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 보조기능 - 기계 작동부분 ON/OFF 지정

CNC 프로그램의 주소는 기능별로 정해져 있습니다. G는 준비기능(동작 조건), F는 이송기능(이송속도), S는 주축기능(회전수), T는 공구기능(공구번호)이고, M은 보조기능(miscellaneous function)으로 주축 정회전 M03, 역회전 M04, 정지 M05, 절삭유 ON M08·OFF M09, 프로그램 종료 M02·M30처럼 기계 각 작동부의 ON/OFF를 지시합니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # CNC # 보조기능 # 준비기능 # 이송기능 # 공구기능 # 주소

Q15

분말야금의 일반적인 제조공정 4단계를 진행되는 순서대로 바르게 나열한 것은?

① 소결공정 → 분말제조공정 → 혼합공정 → 압축공정
오답입니다 소결이 맨 앞에 오는 것은 순서가 완전히 뒤집힌 배열입니다.
② 분말제조공정 → 혼합공정 → 소결공정 → 압축공정
오답입니다 압축 없이 소결부터 하면 성형체 형상을 유지할 수 없습니다.
③ 혼합공정 → 압축공정 → 분말제조공정 → 소결공정
오답입니다 분말을 만들지 않고 혼합부터 시작할 수는 없습니다.
④ 분말제조공정 → 혼합공정 → 압축공정 → 소결공정
정답입니다 분말 제조 → 배합·혼합 → 가압 성형 → 소결의 표준 4단계입니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 분말제조공정 → 혼합공정 → 압축공정 → 소결공정

분말야금은 먼저 아토마이징·환원·전해 등으로 금속 분말을 만드는 분말제조공정에서 시작합니다. 이어 주분말에 합금원소와 윤활제를 섞는 혼합공정, 금형에 넣고 가압해 압분체(green compact)를 만드는 압축(성형)공정을 거칩니다. 마지막으로 융점보다 낮은 온도로 가열해 입자끼리 결합시키는 소결공정에서 강도가 생깁니다. 필요하면 그 뒤에 사이징·용침·함유 같은 후처리를 더합니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계재료 # 분말야금 # 분말제조 # 혼합 # 압축성형 # 소결

Q16

강화섬유와 플라스틱 모재로 구성된 강화 플라스틱에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

① 강성, 열팽창 등에서 이방성이 나타난다.
오답입니다 섬유가 특정 방향으로 배열되므로 강성과 열팽창계수에 방향성이 생깁니다.
② 인장력이 작용할 때 최대강도는 인장력이 작용하는 방향으로 강화섬유가 배열될 때 얻어진다.
오답입니다 섬유가 하중 방향과 나란할 때 하중을 가장 잘 분담해 최대강도가 나옵니다.
③ 강화섬유의 종류, 형상, 체적분율이 강화 플라스틱 성질에 영향을 미친다.
오답입니다 섬유의 재질·길이·배향·체적분율은 복합재 물성을 결정하는 주요 인자입니다.
④ 플라스틱 모재는 강화섬유보다 강도, 인성이 떨어지나 강성은 높다.
정답입니다 모재는 강도뿐 아니라 강성(탄성계수)도 섬유보다 낮고, 인성은 오히려 높습니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 플라스틱 모재는 강화섬유보다 강도, 인성이 떨어지나 강성은 높다.

섬유강화 플라스틱에서 하중을 주로 받는 것은 강화섬유이고, 모재는 섬유를 붙들어 하중을 전달하고 섬유를 보호하는 역할을 합니다. 따라서 모재는 섬유보다 강도와 강성(탄성계수)이 모두 낮고, 대신 연성이 커서 인성은 섬유보다 높습니다. ④는 모재의 강성이 높다고 했고 인성도 떨어진다고 하여 두 가지가 모두 사실과 반대입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계재료 # 복합재료 # 강화플라스틱 # 강화섬유 # 모재 # 이방성

Q17

기계톱 가공에서 톱날의 치형과 이(齒)의 배열에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

① 이의 배열에서 이가 좌우로 번갈아 offset되고 3번째의 이가 직선상에 배치된 경우를 straight set이라고 한다.
정답입니다 좌·우·직선이 3개 주기로 반복되는 배열은 straight set이 아니라 raker set입니다.
② 이의 경사각이 0°이고 여유각이 30°정도인 톱날의 치형을 straight tooth(precision or regular tooth)라고 한다.
오답입니다 경사각 0°, 여유각 30° 정도인 표준 치형을 straight tooth라 부르는 것이 맞습니다.
③ 이의 경사각이 0°가 아니고 여유각이 작은 톱날의 치형을 undercut tooth(clow or hook tooth)라고 한다.
오답입니다 경사각을 주고 여유각을 작게 한 치형이 undercut(hook) tooth로 맞는 설명입니다.
④ 이의 배열에서 이가 집단으로 좌우로 offset된 경우를 wave set이라고 한다.
오답입니다 이가 몇 개씩 무리 지어 좌우로 물결처럼 벌어진 배열이 wave set입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 이의 배열에서 이가 좌우로 번갈아 offset되고 3번째의 이가 직선상에 배치된 경우를 straight set이라고 한다.

톱날의 이 배열(set)은 크게 세 가지입니다. straight set은 이가 좌우로만 번갈아 벌어진 배열이고, raker set은 왼쪽·오른쪽·직선(straight) 세 개가 한 주기로 반복되어 3번째 이가 직선상에 놓이는 배열이며, wave set은 여러 개씩 무리 지어 좌우로 물결치듯 벌어진 배열입니다. ①이 설명한 것은 raker set이므로 명칭이 잘못되었습니다. 따라서 ①입니다.
※ ③의 “clow”는 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것으로 “claw”의 오식입니다.

키워드 # 절삭가공 # 기계톱 # 톱날치형 # 레이커세트 # 웨이브세트 # 경사각

Q18

절삭가공에 사용되는 알루미나계 세라믹공구에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

① 화학적으로 안정되어 절삭 시 금속이 응착하는 경향이 적고, 구성인선의 발생도 적어진다.
오답입니다 산화물계라 화학적으로 안정해 금속과 잘 응착하지 않고 구성인선도 적습니다.
② 치핑 등에 의해 공구가 조기에 손상되는 것을 막기 위해 음의 경사각을 가지도록 설치하는 경우가 많다.
오답입니다 취약한 인선을 보호하려고 음의 경사각을 주어 압축응력이 걸리게 합니다.
③ 고온경도가 높고 마멸 저항이 크기 때문에 고속의 단속 절삭작업에 널리 사용된다.
정답입니다 세라믹은 인성이 낮아 충격이 반복되는 단속 절삭에는 부적합합니다.
④ 일반적으로 고압상태에서 압축 성형 후 고온에서 소결하여 제작한다.
오답입니다 알루미나 분말을 고압 성형한 뒤 고온 소결하는 제법이 맞습니다.

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정답 ③ 고온경도가 높고 마멸 저항이 크기 때문에 고속의 단속 절삭작업에 널리 사용된다.

알루미나계 세라믹 공구는 고온경도와 내마멸성이 뛰어나고 화학적으로 안정해 주철·경화강의 고속 연속 절삭이나 고속 정삭에 유리합니다. 그러나 인성과 열충격 저항이 낮아 잘 깨지므로, 충격이 되풀이되는 단속 절삭에는 적합하지 않습니다. 이 취성을 조금이나마 보완하려고 음의 경사각과 큰 노즈 반지름으로 인선을 보강합니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 절삭가공 # 세라믹공구 # 알루미나 # 단속절삭 # 고온경도 # 음의경사각

Q19

길이 150mm, 직경 10mm인 스테인리스강 환봉을 선반에서 1회 외경 선삭하여 직경 8mm로 줄이고자 한다. 이송량이 0.1mm/rev이고 최대절삭속도가 27m/min일 때 공구의 축방향 이송속도[m/min]는? (단, $π$ =3으로 계산한다.)

① 0.09
정답입니다 N = 27,000/(3×10) = 900 rpm이므로 이송속도는 0.1×900 = 90 mm/min = 0.09 m/min입니다.
② 0.1
오답입니다 절삭속도 계산에 가공 전후 지름의 평균인 9 mm를 넣으면 1,000 rpm이 되어 0.1 m/min이 나옵니다.
③ 90
오답입니다 90 mm/min 을 단위 환산 없이 그대로 적은 값입니다.
④ 100
오답입니다 평균지름 9 mm로 구한 100 mm/min 을 단위 환산 없이 그대로 적은 값입니다.

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정답 ① 0.09

절삭속도는 가공 전 바깥지름 기준으로 v = πDN이므로 27 m/min = 27,000 mm/min = 3 × 10 mm × N 에서 N = 900 rpm입니다. 축방향 이송속도는 이송량에 회전수를 곱한 값이므로 $f_{r}$ = 0.1 mm/rev × 900 rev/min = 90 mm/min이고, m/min 으로 바꾸면 0.09 m/min입니다. 가공 후 직경 8 mm가 아니라 절삭이 일어나는 바깥지름 10 mm를 써야 최대절삭속도 조건을 만족합니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 절삭가공 # 선반 # 절삭속도 # 이송속도 # 회전수 # 외경선삭

Q20

국부적으로 매우 높은 온도를 이용하여 재료를 용해 혹은 증발시켜 제거하는 열에너지 공정에 해당하지 않는 것은?

① 방전가공
오답입니다 방전가공은 스파크의 순간적 고열로 재료를 녹이고 증발시키는 열에너지 공정입니다.
② 전해가공
정답입니다 전해가공은 열이 아니라 전기화학적 양극 용해로 재료를 제거합니다.
③ 전자빔가공
오답입니다 전자빔가공은 전자의 운동에너지가 열로 바뀌며 재료를 증발시킵니다.
④ 레이저가공
오답입니다 레이저가공은 집속된 빛에너지가 열로 바뀌어 재료를 용융·증발시킵니다.

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정답 ② 전해가공

특수가공은 에너지원에 따라 나뉘는데, 방전가공·전자빔가공·레이저가공·플라스마 아크 절단은 국부적으로 매우 높은 온도를 만들어 재료를 녹이거나 증발시키는 열에너지 공정입니다. 반면 전해가공(ECM)은 전해액 속에서 공작물을 양극으로 삼아 전기화학적으로 이온이 되어 떨어져 나가게 하는 화학·전기화학 에너지 공정이므로 열에너지 공정에 해당하지 않습니다. 가공열이 거의 없어 변질층과 잔류응력이 생기지 않는 것이 특징입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 특수가공 # 전해가공 # 방전가공 # 전자빔가공 # 레이저가공 # 열에너지가공

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