2021년 국가직 7급 기계공작법 가책형 기출문제 풀이
2021 7급 국가직 기계공작법 가책형
판재성형공정 중 전단(shearing) 가공이 아닌 것은?
① 디프드로잉(deep drawing)
정답입니다 판재를 다이 안으로 끌어들여 용기 모양으로 늘리는 성형공정이라 소재를 잘라 내지 않습니다.
② 블랭킹(blanking)
오답입니다 블랭킹은 펀치로 잘라 낸 쪽을 제품으로 쓰는 대표적인 전단가공입니다.
③ 랜싱(lancing)
오답입니다 랜싱은 판재를 부분적으로 절개해 젖히는 전단가공입니다.
④ 트리밍(trimming)
오답입니다 트리밍은 성형 후 남은 여분의 가장자리를 잘라 내는 전단가공입니다.
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정답 ① 디프드로잉(deep drawing)
전단가공은 펀치와 다이 사이에서 판재를 전단시켜 재료를 분리하는 공정으로 블랭킹, 피어싱, 노칭, 랜싱, 트리밍, 셰이빙 등이 여기에 속합니다. 디프드로잉은 블랭크를 다이 구멍으로 끌어들여 이음매 없는 용기를 만드는 성형(forming)공정이며 재료를 잘라 내는 분리가 일어나지 않습니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 소성가공 # 전단가공 # 디프드로잉 # 블랭킹 # 랜싱 # 트리밍
제관법 중 이음매 없는 제품을 제작하기에 적당하지 않은 가공 방법은?
① 진원심주조(true centrifugal casting)
오답입니다 진원심주조는 코어 없이 원통 내면을 만들어 이음매 없는 관을 얻습니다.
② 만네스만(mannesmann)압연
오답입니다 만네스만 압연은 중실 빌릿을 뚫어 이음매 없는 강관을 만드는 대표 공법입니다.
③ 맨드렐(mandrel)을 이용한 압출
오답입니다 맨드렐 압출은 중실 소재를 맨드렐 둘레로 밀어내 이음매 없는 관을 만듭니다.
④ 냉간롤성형(cold roll forming)
정답입니다 판재를 여러 롤로 서서히 말아 관 모양으로 만든 뒤 맞댄 자리를 용접해야 하므로 이음매가 남습니다.
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정답 ④ 냉간롤성형(cold roll forming)
이음매 없는(seamless) 관은 중실 소재를 뚫거나 밀어내거나 회전 주형에 부어 만드는 방식으로 얻습니다. 만네스만 천공압연, 맨드렐을 쓰는 압출, 진원심주조가 모두 여기에 해당합니다. 반면 냉간롤성형은 띠판(코일)을 연속 롤로 굽혀 단면 형상을 만드는 공법이라 맞닿은 이음선을 용접해야 관이 되므로 이음매 있는 관(welded pipe)이 됩니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 소성가공 # 제관법 # 만네스만압연 # 롤포밍 # 원심주조
CNC 공작기계의 서보기구 제어방식에 관한 설명으로 옳은 것은?
① 반폐루프 시스템(semi-closed loop system)은 제어모터에서 지령한 펄스가 직접 기계에 전달되고 검출기와 피드백 장치가 없다.
오답입니다 검출기와 피드백 장치가 없는 것은 반폐루프가 아니라 개루프 방식입니다.
② 폐루프 시스템(closed loop system)은 제어모터에서 지령한 펄스가 직접 기계에 전달되고 검출기의 검출 위치와 비교하여 그 편차량을 피드백한다.
정답입니다 폐루프는 테이블의 실제 위치를 검출해 지령값과 비교하고 그 편차를 되돌려 보정합니다.
③ 개루프 시스템(open loop system)은 정밀도가 높아 공작기계에 널리 이용되고 있다.
오답입니다 개루프는 피드백이 없어 정밀도가 낮으므로 정밀 공작기계에는 거의 쓰이지 않습니다.
④ 개루프 시스템(open loop system)은 테이블의 위치를 직접 검출하는 대신 모터 또는 볼스크루의 회전각도를 검출하여 테이블의 위치를 계산한다.
오답입니다 모터나 볼스크루의 회전각도로 위치를 추정하는 것은 반폐루프 방식입니다.
정답과 해설 보기
정답 ② 폐루프 시스템(closed loop system)은 제어모터에서 지령한 펄스가 직접 기계에 전달되고 검출기의 검출 위치와 비교하여 그 편차량을 피드백한다.
CNC 서보기구는 피드백 위치에 따라 세 가지로 나뉩니다. 개루프는 검출기와 피드백이 전혀 없어 스테핑모터의 펄스 수만 믿고 구동하며, 반폐루프는 모터축이나 볼스크루 끝의 엔코더로 회전각을 읽어 테이블 위치를 계산하고, 폐루프는 테이블에 붙인 스케일로 실제 위치를 직접 검출해 지령값과의 편차를 피드백합니다. ②만이 폐루프의 편차 피드백을 바르게 설명하고 있습니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # CNC # 서보기구 # 폐루프 # 반폐루프 # 개루프 # 피드백
브로칭(broaching) 및 브로칭 머신(broaching machine)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 일반적으로 브로칭은 단인공구를 사용한다.
정답입니다 브로치는 거친날·다듬날·예비날이 줄지어 붙은 대표적인 다인(多刃)공구입니다.
② 생산성이 좋고, 절삭공구의 가격이 비싼 편이다.
오답입니다 한 번의 행정으로 가공이 끝나 생산성이 높지만 브로치 자체는 형상 전용이라 비쌉니다.
③ 우수한 표면정도와 치수정확도를 갖는다.
오답입니다 다듬날이 마지막에 소량만 깎으므로 표면정도와 치수정확도가 우수합니다.
④ 대개의 브로칭 머신은 공작물에 대해 브로치를 당긴다.
오답입니다 인발식(pull type) 브로칭 머신이 가장 널리 쓰입니다.
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정답 ① 일반적으로 브로칭은 단인공구를 사용한다.
브로치는 자루를 따라 절삭날의 높이를 조금씩 키워 배열한 공구로, 한 번 통과시키는 동안 여러 개의 날이 차례로 절삭량을 나누어 담당하는 다인공구입니다. 따라서 키홈·스플라인·각구멍 같은 형상을 한 행정에 완성할 수 있어 생산성과 정밀도가 높은 대신 공구값이 비싸 대량생산에 적합합니다. 단인공구라는 ①이 옳지 않습니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 절삭가공 # 브로칭 # 다인공구 # 브로치 # 표면정도
금속재료의 소성가공 시 소재의 온도에 따른 공정 설명으로 옳은 것은?
① 열간가공은 냉간가공에 비해 제품의 치수정확도가 높다.
오답입니다 열간가공은 산화피막과 열수축 때문에 치수정확도가 냉간가공보다 떨어집니다.
② 열간가공은 금속의 재결정온도 이상에서 가공이 이루어진다.
정답입니다 재결정온도를 기준으로 위쪽이 열간, 아래쪽이 냉간가공입니다.
③ 냉간가공은 열간가공에 비해 소재의 형상을 변형시키는 데 필요한 동력이 작다.
오답입니다 냉간가공은 가공경화가 일어나 변형저항이 커지므로 동력이 더 많이 듭니다.
④ 냉간가공은 0 °C 이하의 온도에서 가공이 이루어진다.
오답입니다 냉간가공의 기준은 0 ℃가 아니라 그 금속의 재결정온도입니다.
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정답 ② 열간가공은 금속의 재결정온도 이상에서 가공이 이루어진다.
열간가공과 냉간가공을 가르는 기준은 그 금속의 재결정온도입니다. 재결정온도 이상에서 가공하면 가공경화와 재결정이 동시에 일어나 변형저항이 작아 큰 변형을 쉽게 줄 수 있지만, 산화 스케일과 냉각 수축 때문에 치수정확도와 표면상태는 나빠집니다. 냉간가공은 그 반대로 동력이 많이 들지만 치수정확도와 표면정도가 좋고 강도가 올라갑니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 소성가공 # 열간가공 # 냉간가공 # 재결정온도 # 가공경화
철금속에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 순철은 상온에서 용융 시까지 세 가지 다른 고체 상(phase)을 가지며 변태한다.
오답입니다 순철은 α(체심입방)·γ(면심입방)·δ(체심입방)의 세 고체상을 거쳐 변태합니다.
② 스테인레스강(stainless steel)은 일반적으로 크롬을 함유하며 높은 내부식성을 갖는다.
오답입니다 스테인리스강은 크롬을 12% 이상 넣어 부동태 피막을 만들어 내식성을 얻습니다.
③ 회주철은 연성이 매우 낮은 취성 재료로 엔진블록 등에 사용된다.
오답입니다 회주철은 편상흑연 때문에 연성이 거의 없지만 진동감쇠능이 좋아 엔진블록에 쓰입니다.
④ 가단주철은 용융금속을 급속히 냉각해 생성하며, 경도와 취성이 크고 내마모성이 우수하다.
정답입니다 급랭해 경도와 취성이 큰 것은 백주철·칠드주철이며, 가단주철은 그 백주철을 풀림해 연성을 준 것입니다.
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정답 ④ 가단주철은 용융금속을 급속히 냉각해 생성하며, 경도와 취성이 크고 내마모성이 우수하다.
가단주철(malleable cast iron)은 먼저 백주철로 주조한 뒤 900 ℃ 안팎에서 장시간 풀림하여 시멘타이트를 분해시켜 뭉친 흑연(템퍼 카본)으로 바꾼 주철로, 이름 그대로 두들겨도 깨지지 않을 만큼 연성과 인성을 갖춥니다. 용탕을 급랭시켜 경도와 취성, 내마모성이 큰 조직을 얻는 것은 백주철 또는 칠드주철의 설명입니다. 따라서 ④입니다.
※ ②의 “스테인레스강”은 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것으로, 표준 표기는 “스테인리스강”입니다.
키워드 # 기계재료 # 주철 # 가단주철 # 백주철 # 순철변태 # 스테인리스강
다음 설명에 해당하는 금속의 강화 원리는?
○ 미세입자를 형성시켜 전위의 이동을 막아 금속의 강도와 경도를 높여 주는 방법이다. |
① 석출경화
정답입니다 과포화 고용체를 시효시켜 미세 석출물을 만들고 전위를 막는 방법이라 시효경화라고도 합니다.
② 표면경화
오답입니다 표면경화는 침탄·질화처럼 표면층만 단단하게 하는 처리입니다.
③ 변형경화
오답입니다 변형경화는 소성변형으로 전위 밀도를 높이는 가공경화입니다.
④ 고용체강화
오답입니다 고용체강화는 용질 원자를 고용시켜 격자를 왜곡하는 방법으로 석출물이 생기지 않습니다.
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정답 ① 석출경화
용체화 처리로 얻은 과포화 고용체를 시효처리하면 미세한 제2상 입자가 석출되고, 이 입자들이 전위의 이동을 가로막아 강도와 경도가 올라갑니다. 이것이 석출경화이며 시효경화(age hardening)라고도 부릅니다. 두랄루민 같은 Al 합금이나 Cu·Ni 합금처럼 열처리 상변태를 쓰기 어려운 비철금속의 대표 강화법입니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 열처리 # 석출경화 # 시효경화 # 과포화고용체 # 전위이동
금속재료의 특징에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 탄소강의 탄소함유량이 증가하면 경도 및 연성이 감소한다.
오답입니다 탄소가 늘면 경도와 강도는 올라가고 연성·인성은 떨어지므로 경도가 감소한다는 부분이 틀렸습니다.
② 알루미늄은 가벼운 비철금속으로 열전도성이 낮다.
오답입니다 알루미늄은 열전도성과 전기전도성이 모두 우수합니다.
③ 티타늄은 우수한 비강도와 내부식성을 갖는다.
정답입니다 밀도가 강의 약 60%인데 강도는 비슷하고 표면 산화막으로 내식성도 뛰어납니다.
④ 순수구리는 전기저항성과 열전도성이 낮다.
오답입니다 순수구리는 전기저항이 낮고 열전도성이 높습니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 티타늄은 우수한 비강도와 내부식성을 갖는다.
티타늄은 밀도가 4.5 g/cm³로 강의 절반 남짓이면서 강도는 강에 견줄 만해 비강도가 매우 높고, 표면에 치밀한 TiO₂ 부동태 피막이 생겨 해수·산에 강한 내식성을 보입니다. 탄소강은 탄소가 늘면 경도는 커지고 연성이 작아지며, 알루미늄과 구리는 모두 열·전기 전도성이 좋은 금속입니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 기계재료 # 티타늄 # 비강도 # 내부식성 # 탄소강 # 비철금속
연삭에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 강을 연삭할 때에는 연마입자재료로 탄화규소(SiC)를 사용하지 않는 것이 좋다.
오답입니다 탄화규소는 철과 화학적 친화력이 커서 강 연삭에는 알루미나계를 씁니다.
② 소재제거율을 크게 하기 위해서는 큰 입자의 숫돌을 사용한다.
오답입니다 입자가 크면 절삭깊이가 깊어져 단위시간당 소재제거율이 커집니다.
③ 표면 거칠기를 좋게 하기 위해서는 작은 입자의 숫돌을 사용한다.
오답입니다 입자가 작으면 깎이는 홈이 얕고 촘촘해 표면 거칠기가 좋아집니다.
④ 무른 금속을 연삭할 때에는 작은 입자와 무른 등급의 숫돌을 사용한다.
정답입니다 무른 재료는 칩이 크게 나오므로 굵은 입자와 단단한 결합도의 숫돌을 써야 합니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 무른 금속을 연삭할 때에는 작은 입자와 무른 등급의 숫돌을 사용한다.
연삭숫돌 선정의 기본은 재료가 무를수록 굵은 입도와 단단한 결합도, 재료가 단단할수록 고운 입도와 무른 결합도를 쓰는 것입니다. 무른 금속은 절삭칩이 크고 잘 흘러나오므로 칩 배출 공간이 넓은 굵은 입자가 필요하고, 입자가 쉽게 빠지지 않도록 결합도는 단단해야 합니다. 또 강을 연삭할 때 SiC는 철과 반응해 마모가 심하므로 Al₂O₃계를 씁니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 연삭가공 # 연삭숫돌 # 입도 # 결합도 # 탄화규소 # 알루미나
기어 호빙에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 호브와 공작물 소재의 회전운동과 함께 직선운동도 필요하다.
오답입니다 호브 회전과 소재 회전에 더해 이나비 방향의 이송(직선운동)이 필요합니다.
② 호빙에서는 여러 개의 절삭날이 소재의 이와 맞물려 가공된다.
오답입니다 호브의 여러 절삭날이 소재와 맞물려 차례로 치형을 깎아 냅니다.
③ 호빙가공에서 기어 이의 정확한 치수를 위하여 기어 소재가 각 치형가공 사이에 분할(index)되어야 한다.
정답입니다 호빙은 호브와 소재가 연속 맞물려 돌며 창성하므로 이 사이의 분할 동작이 필요 없습니다.
④ 기어 호빙은 총형 밀링보다 높은 생산속도가 가능하다.
오답입니다 연속 창성이라 이를 하나씩 깎는 총형 밀링보다 훨씬 빠릅니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 호빙가공에서 기어 이의 정확한 치수를 위하여 기어 소재가 각 치형가공 사이에 분할(index)되어야 한다.
기어 호빙은 웜 모양의 호브와 기어 소재를 잇수비에 맞추어 연속으로 맞물려 돌리면서 치형을 창성(generating)하는 가공입니다. 호브가 한 바퀴 돌 때 소재가 정해진 각만큼 돌아가므로 이가 저절로 등간격으로 만들어지며, 총형 밀링처럼 이 하나를 깎고 분할판으로 소재를 돌려 주는 분할 동작이 필요 없습니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 절삭가공 # 기어호빙 # 창성법 # 호브 # 분할가공
원형이 완전치 않게 된 숫돌을 진원으로 만드는 공정은?
① 트루잉(truing)
정답입니다 숫돌의 형상 오차를 깎아 내어 진원·정형으로 되돌리는 성형 작업입니다.
② 드레싱(dressing)
오답입니다 드레싱은 무디거나 막힌 숫돌 표면의 입자를 털어 내어 절삭성을 되살리는 작업입니다.
③ 글레이징(glazing)
오답입니다 글레이징은 입자가 탈락하지 않아 숫돌 표면이 유리처럼 반질해지는 현상입니다.
④ 로딩(loading)
오답입니다 로딩은 칩이 기공을 메워 숫돌이 눈메움되는 현상입니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 트루잉(truing)
트루잉은 마모로 원형이 흐트러진 숫돌을 다이아몬드 드레서 등으로 깎아 축에 대해 진원이 되도록 형상을 바로잡는 작업입니다. 드레싱은 무뎌진 입자를 떨어뜨려 새 날을 세우는 작업이고, 글레이징과 로딩은 숫돌이 절삭성을 잃는 이상 현상으로 드레싱의 원인이 됩니다. 실제로는 트루잉을 하면 드레싱 효과가 함께 나타납니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 연삭가공 # 트루잉 # 드레싱 # 글레이징 # 로딩 # 연삭숫돌
사형주조의 응고과정에서 발생하는 수축공간에 용탕을 보충하기 위해 설치하는 용탕 저장소는?
① 코어프린트(core print)
오답입니다 코어프린트는 주형 안에서 코어를 받쳐 고정하는 자리입니다.
② 라이저(riser)
정답입니다 응고 수축분을 채워 주도록 제품보다 늦게 굳게 만든 용탕 저장소입니다.
③ 주입구(gate)
오답입니다 주입구(게이트)는 탕도에서 주형 공동으로 용탕이 들어가는 입구입니다.
④ 탕구(sprue)
오답입니다 탕구는 쇳물을 부어 넣는 수직 통로입니다.
정답과 해설 보기
정답 ② 라이저(riser)
라이저(압탕, feeder)는 주형 공동 위나 옆에 두는 여분의 용탕 저장소로, 주물이 응고하면서 부피가 줄 때 그 수축분을 계속 보충해 수축공(shrinkage cavity)을 막습니다. 이를 위해 라이저는 제품부보다 모듈러스(V/A)를 크게 잡아 나중까지 액상으로 남아 있어야 합니다. 탕구·탕도·주입구는 용탕을 흘려 넣는 탕구계이고 코어프린트는 코어를 앉히는 자리입니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 주조 # 라이저 # 압탕 # 수축공 # 탕구계 # 코어프린트
미끄러짐을 방지할 목적으로 원통형 표면에 규칙적인 모양의 무늬를 새기는 작업은?
① 보링(boring)
오답입니다 보링은 이미 뚫린 구멍을 넓혀 정밀하게 다듬는 가공입니다.
② 드릴링(drilling)
오답입니다 드릴링은 드릴로 새 구멍을 뚫는 가공입니다.
③ 널링(knurling)
정답입니다 널링공구를 눌러 굴려 원통면에 미끄럼 방지용 무늬를 새깁니다.
④ 나사절삭(threading)
오답입니다 나사절삭은 원통면에 나사산을 깎는 가공입니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 널링(knurling)
널링은 무늬가 새겨진 롤러형 널링공구를 회전하는 공작물 표면에 눌러 굴려서 직선형이나 다이아몬드형 무늬를 소성 변형으로 찍어 내는 작업입니다. 칩이 거의 나오지 않는 전조 계열의 가공이며, 손으로 잡고 돌리는 손잡이·노브 등에 미끄럼을 막을 목적으로 적용합니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 절삭가공 # 널링 # 선반작업 # 미끄럼방지 # 전조
금속가공용 절삭 공구 재료가 갖추어야 할 조건으로 옳지 않은 것은?
① 높은 절삭열에서 고온 경도를 유지하여야 한다.
오답입니다 절삭열로 날이 붉어져도 경도를 유지해야 하므로 고온경도가 필요합니다.
② 공작물과의 화학적 반응이 빠르게 이루어져야 한다.
정답입니다 공작물과 화학적으로 반응하면 확산마모와 응착이 심해지므로 반응성은 낮아야 합니다.
③ 절삭 진동과 충격에 견딜 수 있는 인성이 있어야 한다.
오답입니다 단속절삭의 충격을 견디려면 인성이 있어야 합니다.
④ 기계적 마모가 크게 발생하지 않도록 마찰계수가 작아야 한다.
오답입니다 마찰계수가 작아야 마찰열과 기계적 마모가 줄어듭니다.
정답과 해설 보기
정답 ② 공작물과의 화학적 반응이 빠르게 이루어져야 한다.
절삭공구 재료는 고온경도, 인성, 내마모성, 낮은 마찰계수, 그리고 공작물·절삭유와의 낮은 화학적 반응성을 갖추어야 합니다. 공작물과 반응성이 크면 고온에서 원소가 서로 확산해 확산마모(크레이터 마모)와 응착이 심해져 공구수명이 급격히 짧아집니다. 화학적 반응이 빨라야 한다는 ②가 옳지 않습니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 절삭가공 # 공구재료 # 고온경도 # 확산마모 # 인성
그림과 같이 원점(0, 0)에서 점 A(4, 3)까지 이송 테이블을 1 cm/s의 속도로 이송하기 위한 수치제어장치 축의 펄스주파수 [pulse/s], 축의 펄스주파수 [pulse/s]는? (단, 이송분해능(BLU) ＝ 1 μm)
① | 4,000 | 3,000 |
② | 5,000 | 4,000 |
③ | 7,000 | 5,000 |
④ | 8,000 | 6,000 |
① 선택지 해설
오답입니다 필요한 40,000펄스·30,000펄스를 5초가 아니라 10초에 나누어 보냈을 때 나오는 값으로, 정답의 정확히 절반입니다.
② 선택지 해설
오답입니다 : 가 5 : 4로 x축·y축 이동거리비 4 : 3과 맞지 않아, 이송시간을 어떻게 잡아도 나올 수 없는 조합입니다.
③ 선택지 해설
오답입니다 : 가 7 : 5로 x축·y축 이동거리비 4 : 3과 맞지 않아, 이송시간을 어떻게 잡아도 나올 수 없는 조합입니다.
④ 선택지 해설
정답입니다 경로 5 cm를 1 cm/s로 5초에 이송하므로 40,000펄스/5초, 30,000펄스/5초입니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ = 8,000 pulse/s, = 6,000 pulse/s
이송속도 1 cm/s는 합성 경로를 따라가는 속도이므로 먼저 경로길이를 구합니다. 원점에서 A(4, 3)까지의 거리는 √(4² + 3²) = 5 cm이고, 이송시간은 5 cm ÷ 1 cm/s = 5초입니다. BLU가 1 μm이므로 x축 이동 4 cm = 40,000 μm는 40,000펄스, y축 3 cm = 30,000 μm는 30,000펄스가 필요합니다. 이를 5초에 나누어 보내야 하므로 = 8,000 pulse/s, = 6,000 pulse/s입니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # CNC # 펄스주파수 # BLU # 이송분해능 # 직선보간
주조 시 순금속과 합금의 응고과정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 순금속은 융점과 응고점이 분명하므로 일정 온도에서 응고가 일어난다.
오답입니다 순금속은 응고점이 한 점이라 잠열을 내놓는 동안 온도가 일정합니다.
② 합금은 순금속과 달리 어느 정도의 온도 범위에 걸쳐서 응고된다.
오답입니다 합금은 액상선과 고상선 사이에서 응고가 진행되므로 응고 온도구간을 갖습니다.
③ 순금속의 응고 시 방위를 갖는 주상정 형태로 결정이 성장한다.
오답입니다 주형벽에서 중심을 향해 열이 빠지는 방향으로 주상정이 자라납니다.
④ 냉각속도가 느리거나 국부적으로 응고시간이 길면 비정질 조직이 형성된다.
정답입니다 비정질은 결정이 생길 틈이 없도록 급랭할 때 얻어지며, 천천히 식으면 오히려 결정립이 굵어집니다.
정답과 해설 보기
정답 ④ 냉각속도가 느리거나 국부적으로 응고시간이 길면 비정질 조직이 형성된다.
비정질(amorphous·금속유리) 조직은 원자가 결정격자로 배열할 시간이 없도록 10⁵ ℃/s 수준으로 급랭해야 얻어집니다. 냉각속도가 느리거나 국부적으로 응고시간이 길면 오히려 결정립이 크게 성장하고 조대한 주상정이나 수축공·편석 같은 결함이 생깁니다. 나머지는 순금속의 일정 온도 응고, 합금의 응고 온도구간, 주상정 성장을 바르게 설명한 것입니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 주조 # 응고 # 주상정 # 비정질 # 냉각속도 # 합금응고
직교 절삭(orthogonal cutting)으로 근사화한 절삭 가공 공정에서 절삭 속도 ＝ 100 m/min, 미변형 칩두께 ＝ 0.5 mm, 절삭 폭 ＝ 3.0 mm이다. 절삭 주분력 Fc ＝ 1,557 N일 때 가공에 필요한 최소 동력(P)과 비절삭에너지(U)가 모두 옳은 것은?
① | 약 156 kW | 약 1 N·m/mm3 |
② | 약 156 kW | 약 1 kN·m/mm3 |
③ | 약 2.6 kW | 약 1 N·m/mm3 |
④ | 약 2.6 kW | 약 1 kN·m/mm3 |
① 선택지 해설
오답입니다 동력을 구할 때 절삭속도를 m/min 그대로 곱해 60배 큰 값이 된 경우입니다.
② 선택지 해설
오답입니다 동력도 60배 크고 비절삭에너지 단위도 1,000배 잘못 잡은 경우입니다.
③ 선택지 해설
정답입니다 P = ·v = 1,557 × (100/60) ≈ 2.6 kW, U = P/MRR ≈ 1 N·m/mm³입니다.
④ 선택지 해설
오답입니다 동력은 맞지만 비절삭에너지의 자릿수를 1,000배 크게 본 경우입니다.
정답과 해설 보기
정답 ③ P ≈ 2.6 kW, U ≈ 1 N·m/mm³
절삭동력은 주분력과 절삭속도의 곱이므로 v = 100 m/min = 1.667 m/s를 써서 P = ·v = 1,557 N × 1.667 m/s ≈ 2,595 W ≈ 2.6 kW입니다. 재료제거율은 MRR = v·t₀·w = 1,667 mm/s × 0.5 mm × 3.0 mm ≈ 2,500 mm³/s이므로 비절삭에너지는 U = P/MRR = 2,595 / 2,500 ≈ 1.04 N·m/mm³, 즉 약 1 N·m/mm³입니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 절삭가공 # 절삭동력 # 비절삭에너지 # 직교절삭 # 재료제거율
입자물제트가공(abrasive water-jet machining)과 관련된 설명으로 옳지 않은 것은?
① 물제트에 실리콘카바이드나 알루미늄산화물 같은 연삭입자를 첨가하여 물제트가공보다 소재제거율을 증가시킨 가공법이다.
오답입니다 SiC나 Al₂O₃ 입자를 섞으면 침식작용이 커져 소재제거율이 크게 올라갑니다.
② 각종 두께의 금속, 비금속, 복합재료를 절단할 수 있다.
오답입니다 금속·비금속·복합재를 얇은 판부터 두꺼운 소재까지 다양한 두께로 절단할 수 있는 것이 큰 장점입니다.
③ 열을 발생하는 공정으로 열에 민감한 재료에는 부적합하다.
정답입니다 물이 냉각제 역할을 해 열영향부가 거의 없으므로 열에 민감한 재료에 오히려 적합합니다.
④ 노즐을 루비, 사파이어, 카바이드기 복합재료로 만들면 노즐수명이 향상된다.
오답입니다 노즐은 마모가 심해 루비·사파이어·초경계 재료로 만들어 수명을 늘립니다.
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정답 ③ 열을 발생하는 공정으로 열에 민감한 재료에는 부적합하다.
연마재 워터젯 가공은 고압수에 연삭입자를 섞어 분사해 기계적 침식으로 재료를 깎아 내는 공정입니다. 절삭열이 사실상 발생하지 않고 분사되는 물이 냉각까지 해 주므로 열영향부(HAZ)와 열변형이 없어 복합재·플라스틱처럼 열에 민감한 재료에 특히 적합합니다. 열을 발생시켜 열에 민감한 재료에 부적합하다는 ③이 옳지 않습니다. 따라서 ③입니다.
※ 문두의 “입자물제트가공”은 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것으로, 통용 표기는 “연마재 워터젯 가공”입니다.
키워드 # 특수가공 # 워터젯가공 # 연마재 # 열영향부 # 노즐수명
절삭공구의 파손 형태에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 공구의 마모는 초기 길들임 기간(break-in period)이 지나면 급속한 속도로 진행된다.
정답입니다 길들임 기간이 끝나면 오히려 마모가 완만하게 진행되는 정상마모 구간이 이어집니다.
② 절삭력이 너무 크면 절삭날의 취성파괴가 일어난다.
오답입니다 절삭력이 과대하면 인선이 버티지 못하고 결손(chipping)·취성파괴가 일어납니다.
③ 절삭온도가 너무 높으면 공구 날이 연화되어 소성 변형과 함께 예리한 날끝이 손실된다.
오답입니다 고온에서 공구가 연화되면 인선이 소성변형되어 날끝 형상이 무너집니다.
④ 절삭날은 점진적 마멸에 의한 파손 진행이 바람직하다.
오답입니다 갑작스러운 파손보다 점진적 마멸이 공구수명 예측과 관리에 유리합니다.
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정답 ① 공구의 마모는 초기 길들임 기간(break-in period)이 지나면 급속한 속도로 진행된다.
공구마모 곡선은 마모폭이 빠르게 늘어나는 초기 길들임 구간, 기울기가 완만한 정상마모 구간, 마모폭이 다시 급격히 커지는 급속마모 구간의 3단계를 그립니다. 따라서 길들임 기간이 지나면 마모는 급속해지는 것이 아니라 오히려 일정한 속도로 서서히 진행되고, 수명 말기에 이르러서야 급증합니다. 급속하게 진행된다는 ①이 옳지 않습니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 절삭가공 # 공구마모 # 공구수명 # 취성파괴 # 소성변형
일반적인 보링(boring)작업 및 보링머신(boring machine)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 보링작업은 가공된 구멍을 보다 정밀한 치수와 형태로 확대 가공하는 것이다.
오답입니다 보링은 뚫린 구멍을 넓히면서 치수·진원도·직진도를 잡는 가공입니다.
② 보링머신은 수평형과 수직형이 있고, 선삭, 면삭, 그루빙, 모따기 등 여러 종류의 작업을 수행할 수 있다.
오답입니다 보링머신은 수평형·수직형이 있고 선삭, 면삭, 그루빙, 모따기까지 할 수 있습니다.
③ 보링바(boring bar)는 절삭 중 진동을 흡수하기 위해 유연한 재질로 선정해야 한다.
정답입니다 보링바는 오히려 강성이 커야 하므로 초경이나 중공감쇠형처럼 굽힘강성이 높은 재질을 씁니다.
④ 수직보링머신은 크고 무거운, 길이에 비해 직경이 큰 공작물에 보통 사용된다.
오답입니다 수직보링머신은 직경이 크고 무거운 공작물을 테이블에 올려 가공합니다.
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정답 ③ 보링바(boring bar)는 절삭 중 진동을 흡수하기 위해 유연한 재질로 선정해야 한다.
보링바는 구멍 속으로 길게 뻗어 들어가는 외팔보 형태라 돌출길이가 늘면 굽힘강성이 급격히 떨어지고 채터(chatter) 진동이 쉽게 생깁니다. 그래서 탄성계수가 강의 약 3배인 초경합금 보링바나 내부에 감쇠기구를 넣은 방진 보링바처럼 강성이 높은 재질·구조를 골라야 하며, 유연한 재질을 쓰면 진동이 더 심해집니다. 따라서 ③입니다.
키워드 # 절삭가공 # 보링 # 보링바 # 채터진동 # 보링머신 # 강성
공구의 마모가 가장 적은 가공방법은?
① 전해가공
정답입니다 전기화학적 양극용해로 재료를 녹여 내므로 음극 공구는 거의 소모되지 않습니다.
② 초음파가공
오답입니다 초음파가공은 공구가 지립을 두드리며 함께 마모되어 공구 소모가 큽니다.
③ 방전가공
오답입니다 방전가공은 전극도 함께 소모되므로 전극소모비를 관리해야 합니다.
④ 선삭
오답입니다 선삭은 공구가 직접 공작물과 마찰하므로 마모가 가장 심한 편입니다.
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정답 ① 전해가공
전해가공(ECM)은 공작물을 양극, 공구를 음극으로 하여 전해액 속에서 전류를 흘려 공작물 표면 금속만 이온으로 녹여 내는 가공입니다. 공구와 공작물이 물리적으로 닿지 않고 용해도 양극 쪽에서만 일어나므로 공구 마모가 사실상 없습니다. 반면 방전가공은 전극 소모, 초음파가공은 공구 마모, 선삭은 직접 마찰마모가 뒤따릅니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 특수가공 # 전해가공 # 공구마모 # 방전가공 # 초음파가공
반도체 제조에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 클린룸의 청정도는 클래스(class) 등급으로 정의되며 클래스 10이 클래스 1000보다 청정하다.
오답입니다 클래스는 단위체적당 허용 입자수이므로 숫자가 작을수록 청정합니다.
② 화학기계적연마(CMP)는 웨이퍼를 연마하여 절단 작업에서 발생한 표면 결함 등을 제거하고 평탄화하는 공정이다.
오답입니다 CMP는 화학적 부식과 기계적 연마를 함께 써서 웨이퍼를 평탄화합니다.
③ 스퍼터링은 금속 증착에 사용되는 방법으로 진공상태에서 고에너지 이온이 목표물에 충돌하면서 원자가 튀어나와 웨이퍼에 증착되는 공정이다.
오답입니다 스퍼터링은 고에너지 이온이 타깃을 때려 튀어나온 원자를 웨이퍼에 증착시킵니다.
④ 산화는 박막 전체 혹은 특정 부분을 화학적으로 제거하는 공정이다.
정답입니다 박막을 화학적으로 제거하는 것은 식각(etching)이며, 산화는 SiO₂ 막을 새로 만드는 공정입니다.
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정답 ④ 산화는 박막 전체 혹은 특정 부분을 화학적으로 제거하는 공정이다.
산화(oxidation)는 웨이퍼를 고온 산소나 수증기 분위기에 두어 표면에 절연막인 이산화규소(SiO₂)를 성장시키는 박막 형성 공정입니다. 반대로 박막의 전부나 노광으로 지정된 부분만 화학적·물리적으로 깎아 내는 공정은 식각(etching)입니다. ④는 산화와 식각의 설명이 뒤바뀌어 있습니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 특수가공 # 반도체공정 # 산화 # 식각 # CMP # 스퍼터링
신속조형법(rapid prototyping) 중 공급되는 재료가 분말인 것은?
① 융해용착모델링(fused deposition modeling)
오답입니다 FDM은 열가소성 수지 필라멘트(선재)를 녹여 쌓습니다.
② 레이저선별소결(selective laser sintering)
정답입니다 분말층에 레이저를 쬐어 필요한 단면만 소결시켜 쌓아 올립니다.
③ 스테레오리소그래피(stereolithography)
오답입니다 SLA는 액상 광경화성 수지를 자외선으로 굳힙니다.
④ 폴리젯(polyjet)
오답입니다 폴리젯은 액상 광경화성 수지를 잉크젯처럼 분사해 굳힙니다.
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정답 ② 레이저선별소결(selective laser sintering)
신속조형법은 공급 재료의 상태로 나누면 액상(SLA·폴리젯), 선재·고체(FDM·LOM), 분말(SLS·SLM·3DP)로 구분됩니다. 레이저선별소결(SLS)은 얇게 깐 분말층에 레이저를 주사해 단면 형상만 소결시키고 다시 분말을 깔기를 반복하는 방식이라 공급 재료가 분말입니다. 주변에 남은 분말이 지지대 역할을 해 별도 서포트가 거의 필요 없다는 장점도 있습니다. 따라서 ②입니다.
키워드 # 특수가공 # 신속조형법 # 레이저선별소결 # 분말재료 # 적층제조
영구주형을 이용하는 주조공정으로 옳은 것만을 고른 것은?
ㄱ. 셸 주조(shell molding) |
① ㄱ, ㄴ, ㅂ
오답입니다 셸 주조와 인베스트먼트 주조는 모두 주형을 한 번 쓰고 부수는 소모성 주형입니다.
② ㄱ, ㄹ, ㅁ
오답입니다 셸 주조가 들어 있어 옳지 않습니다.
③ ㄴ, ㄷ, ㅂ
오답입니다 로스트폼과 인베스트먼트는 모형까지 소모되는 소모성 주형 공정입니다.
④ ㄷ, ㄹ, ㅁ
정답입니다 스퀴즈·원심·다이캐스팅은 모두 금속 주형을 반복 사용하는 영구주형 공정입니다.
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정답 ④ ㄷ, ㄹ, ㅁ
영구주형(permanent mold) 주조는 금속 주형을 반복해서 쓰는 공정으로 중력식 금형주조, 다이캐스팅, 스퀴즈 주조, 원심주조, 저압주조 등이 여기에 듭니다. 반면 셸 주조는 열경화성 수지를 입힌 모래껍질을, 로스트폼과 인베스트먼트 주조는 각각 발포폴리스티렌 모형과 왁스 모형을 쓰는 소모성 주형(expendable mold) 공정입니다. 그러므로 영구주형을 쓰는 것은 ㄷ, ㄹ, ㅁ입니다. 따라서 ④입니다.
키워드 # 주조 # 영구주형 # 다이캐스팅 # 스퀴즈주조 # 원심주조 # 소모성주형
절삭가공에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 연속형 칩(continuous chip)은 절삭속도가 작거나 경사각이 작은 경우에 주로 발생하며 가공면의 표면정도가 양호한 것이 보통이다.
정답입니다 연속형 칩은 절삭속도가 크고 경사각이 클 때 잘 생기므로 조건 설명이 반대입니다.
② 구성인선(built-up edge)은 절삭가공이 진행되는 동안 공구 끝단에 공작물 재료가 공구면에 점진적으로 부착되어 형성된 층상의 생성물로 이를 감소시키기 위해 절삭속도를 빠르게 하고 경사각을 증가시킨다.
오답입니다 구성인선은 절삭속도를 높이고 경사각을 키우면 억제됩니다.
③ 톱니형 칩(serrated chip)은 티타늄과 같이 열전도도가 낮고 온도에 따라 강도가 급격히 변하는 금속재료의 절삭 시 주로 발생하며 전단변형률을 크게 받은 영역과 작게 받은 영역이 반복되어 있는 반연속형 칩이다.
오답입니다 톱니형 칩은 티타늄처럼 열전도도가 낮은 재료에서 전단변형이 국부화되어 생깁니다.
④ 불연속형 칩(discontinuous chip)은 취성이 큰 재료나 단단한 개재물 혹은 불순물이 함유된 경우에 주로 발생하며 서로 분리되었거나 약하게 연결된 마디들로 구성되어 있다.
오답입니다 불연속형 칩은 취성 재료나 개재물이 많은 재료에서 마디로 끊어져 나옵니다.
정답과 해설 보기
정답 ① 연속형 칩(continuous chip)은 절삭속도가 작거나 경사각이 작은 경우에 주로 발생하며 가공면의 표면정도가 양호한 것이 보통이다.
연속형 칩은 연성이 큰 재료를 큰 경사각의 예리한 공구로 높은 절삭속도에서 깎을 때 전단면이 매끄럽게 이어지며 만들어지고, 이때 가공면의 표면정도는 좋습니다. 반대로 절삭속도가 낮고 경사각이 작으면 마찰과 소성변형이 커져 구성인선이나 불연속형 칩이 생기기 쉽습니다. 발생조건을 거꾸로 적은 ①이 옳지 않습니다. 따라서 ①입니다.
키워드 # 절삭가공 # 칩형태 # 연속형칩 # 구성인선 # 톱니형칩 # 경사각
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