2021년 서울시 7급 기계공작법 B책형 기출문제 풀이

2021 7급 서울시 기계공작법 B책형

기출문제 풀이 · 20문항 · AI 보조 해설

Q01Q02Q03Q04Q05Q06Q07Q08Q09Q10Q11Q12Q13Q14Q15Q16Q17Q18Q19Q20

Q01

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알루미늄 합금의 인장 실험에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

• ① 진변형률(true strain)이 공학적 변형률(normal strain)보다 크다.

  정답입니다 ε = ln(1+e)이므로 인장에서는 진변형률이 공학적 변형률보다 항상 작습니다.

• ② 항복점(yield point) 이후 변형경화로 인해 진응력이 증가한다.

  오답입니다 항복 이후 전위가 쌓여 유동응력이 커지고 실제 단면적도 줄어들므로 진응력은 계속 올라갑니다.

• ③ 변형률속도(strain rate)가 증가할수록 강도가 증가한다.

  오답입니다 알루미늄 합금도 변형률속도 민감도가 양(+)이라 빠르게 당길수록 강도가 커집니다.

• ④ 진응력-진변형률곡선의 아랫부분 면적에 해당하는 인성(toughness)의 단위는 [J/m³]와 같다.

  오답입니다 인성은 단위체적당 흡수에너지이므로 (N/m²)×(무차원) = J/m³입니다.

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정답 ① 진변형률(true strain)이 공학적 변형률(normal strain)보다 크다.

공학적 변형률 e = ΔL/L₀ 와 진변형률 ε = ln(L/L₀) 사이에는 ε = ln(1+e) 관계가 성립합니다. x > 0 에서 ln(1+x) < x이므로 인장 영역에서는 진변형률이 공학적 변형률보다 항상 작습니다. 예를 들어 e = 0.2이면 ε = ln1.2 ≈ 0.182입니다. 나머지는 가공경화에 따른 진응력 상승, 변형률속도 경화, 인성의 단위(J/m³)를 바르게 설명한 것입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 기계재료 # 인장시험 # 진변형률 # 공학적변형률 # 가공경화 # 인성

Q02

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절삭가공에서 사용되는 공구용 재료에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

• ① 고속도강은 충격을 받는 단속 절삭에는 적합하지 않다.

  정답입니다 고속도강은 인성이 커서 오히려 단속 절삭·충격 부하에 잘 견디는 공구재료입니다.

• ② 입방정 질화 붕소(cubic boron nitride, CBN) 공구는 다이아몬드 다음으로 높은 수준의 고경도를 가지고 있다.

  오답입니다 CBN의 경도는 HV 4,000~5,000 수준으로 다이아몬드 바로 다음입니다.

• ③ 초경합금공구는 분말 야금법을 통해 만들어진다.

  오답입니다 초경합금은 WC 분말과 Co 결합제를 압축·소결하는 분말야금 제품입니다.

• ④ 다이아몬드의 강한 화학적 친화성 때문에 일반탄소강의 가공에는 적용이 어렵다.

  오답입니다 다이아몬드의 탄소가 철에 확산·고용되어 철계 재료의 절삭에는 쓰기 어렵습니다.

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정답 ① 고속도강은 충격을 받는 단속 절삭에는 적합하지 않다.

고속도강(HSS)은 초경합금이나 세라믹보다 경도·내열성은 낮지만 인성이 뛰어나 날 끝이 잘 결손되지 않습니다. 따라서 충격이 반복되는 단속 절삭이나 저강성 기계에서는 오히려 고속도강이 유리하며, 단속 절삭에 부적합한 것은 취성이 큰 세라믹·CBN 계열 공구입니다. 나머지는 CBN의 경도 순위, 초경합금의 분말야금 제조, 다이아몬드의 철에 대한 화학적 친화성을 바르게 설명한 것입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 절삭가공 # 고속도강 # 초경합금 # CBN # 다이아몬드공구 # 단속절삭

Q03

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셸 몰드법(shell molding)에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

• ① 주형 제작을 위해 금속 원형이 사용된다.

  오답입니다 250~300 ℃로 가열해야 하므로 금속(주철·강) 원형을 씁니다.

• ② 주형 재료로는 규사와 열가소성 수지의 혼합물인 레진 샌드(resin coated sand)를 사용한다.

  정답입니다 레진 샌드의 결합제는 열경화성 수지(페놀계)이지 열가소성 수지가 아닙니다.

• ③ 셸(shell) 형태로 제작된 2개의 셸을 접합하여 주형으로 사용한다.

  오답입니다 상·하 두 장의 셸을 만들어 접착·조립한 뒤 주형으로 씁니다.

• ④ 표면이 깨끗하고 정밀도가 높은 주물을 얻을 수 있는 주조법이다.

  오답입니다 얇고 치밀한 셸이라 표면조도와 치수정밀도가 사형주조보다 훨씬 좋습니다.

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정답 ② 주형 재료로는 규사와 열가소성 수지의 혼합물인 레진 샌드(resin coated sand)를 사용한다.

셸 몰드법(C 공정)은 가열한 금속 원형에 레진 샌드를 덮어 5~10 mm 두께의 셸을 경화시키고, 상·하 셸을 접합해 주형으로 쓰는 주조법입니다. 이때 규사에 코팅하는 결합제는 페놀계 열경화성(thermosetting) 수지이며, 열에 닿으면 굳어 형상을 유지해야 하므로 열가소성 수지로는 성립하지 않습니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 주조 # 셸몰드법 # 레진샌드 # 열경화성수지 # 금속원형

Q04

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소모성 주형과 영구 패턴(모형)을 사용하는 주조 공정에 해당하지 않는 것은?

• ① 사형 주조(sand casting)

  오답입니다 사형주조는 모래주형(소모성)에 목형·금형(영구 패턴)을 되풀이해 씁니다.

• ② 세라믹 주형 주조(ceramic-mold casting)

  오답입니다 세라믹 주형 주조도 주형은 깨서 버리지만 패턴은 반복 사용합니다.

• ③ 석고 주형 주조(plaster-mold casting)

  오답입니다 석고 주형 주조 역시 소모성 주형에 금속·플라스틱 영구 패턴을 씁니다.

• ④ 인베스트먼트 주조(investment-casting)

  정답입니다 왁스 패턴을 녹여 없애므로 주형과 패턴이 모두 소모성입니다.

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정답 ④ 인베스트먼트 주조(investment-casting)

주조법은 주형과 패턴이 소모성인지 영구성인지로 분류합니다. 사형·세라믹몰드·석고몰드 주조는 주형은 한 번 쓰고 부수지만 패턴은 여러 번 되풀이해 쓰는 영구 패턴 방식입니다. 반면 인베스트먼트 주조(로스트 왁스법)는 왁스 패턴에 슬러리를 입혀 굳힌 뒤 왁스를 녹여 빼내므로 주형과 패턴이 모두 소모성입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 주조 # 소모성주형 # 영구패턴 # 인베스트먼트주조 # 로스트왁스법

Q05

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금속의 정수압 압출(hydrostatic extrusion)의 특징에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

• ① 용기와 빌릿 간 마찰이 작용하지 않는다.

  오답입니다 빌릿이 유체에 둘러싸여 컨테이너 벽에 닿지 않으므로 벽면 마찰이 없습니다.

• ② 다이(die) 구멍에서의 마찰을 줄일 수 있다.

  오답입니다 고압 유체가 다이면으로 끌려 들어가 유막을 만들어 다이 마찰도 줄입니다.

• ③ 램 압출력은 직접압출에 비해 다소 증가한다.

  정답입니다 마찰손실이 크게 줄어들므로 램 압출력은 직접압출보다 오히려 감소합니다.

• ④ 초기 빌릿의 한 쪽에 테이퍼를 만들어 다이 입구에 꼭 맞게 해야 한다.

  오답입니다 빌릿 앞쪽을 다이각과 같게 테이퍼 가공해 유체 누설을 막아야 합니다.

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정답 ③ 램 압출력은 직접압출에 비해 다소 증가한다.

정수압 압출은 컨테이너를 채운 고압 유체로 빌릿을 눌러 다이 구멍으로 밀어내는 방식입니다. 빌릿이 컨테이너 벽에 직접 닿지 않아 벽면 마찰이 사라지고, 유체가 다이면에 유막을 만들어 다이 마찰도 줄어듭니다. 따라서 같은 압출비라면 램 압출력(소요 동력)은 직접압출보다 작아지므로 ③의 “증가한다”는 반대 설명입니다. ④의 테이퍼는 빌릿 앞 끝을 다이 입구에 밀착시켜 유체가 새지 않게 하려는 것으로 옳습니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 소성가공 # 정수압압출 # 직접압출 # 마찰 # 유체윤활

Q06

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고상용접(solid phase welding)에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

• ① 부품 표면의 접합이 압력 단독으로 혹은 열과 압력으로 얻어진다.

  오답입니다 고상용접은 압력 단독 또는 열과 압력을 함께 주어 접합합니다.

• ② 용가재 금속이 사용된다.

  정답입니다 고상용접은 모재를 녹이지 않으므로 용가재를 쓰지 않습니다.

• ③ 두 표면 사이에서 화학적인 박막과 기름이 존재하면 정상적인 물리적 접촉이 일어나기 어렵다.

  오답입니다 산화막·유막이 남으면 원자 수준의 밀착이 안 되어 접합이 되지 않습니다.

• ④ 단접, 롤 용접 및 확산 용접이 고상용접 공정에 포함된다.

  오답입니다 단접·롤용접·확산용접은 모두 대표적인 고상용접 공정입니다.

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정답 ② 용가재 금속이 사용된다.

고상용접은 모재를 용융시키지 않고 소성변형·확산으로 두 표면의 원자를 직접 결합시키는 방법입니다. 용융지(molten pool)가 생기지 않으므로 용가재(filler metal)를 넣을 자리도 필요도 없습니다. 접합면의 산화막이나 기름을 제거해 청정한 금속면끼리 밀착시키는 것이 관건이며, 단접·롤용접·확산용접·마찰용접·초음파용접 등이 여기에 속합니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 용접 # 고상용접 # 확산용접 # 단접 # 용가재

Q07

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금속박판가공 중 드로잉(drawing)에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

• ① 블랭크 홀더의 고정력이 너무 작으면 플랜지부에 주름이 발생한다.

  오답입니다 홀더 압력이 모자라면 플랜지의 원주방향 압축응력으로 주름이 접힙니다.

• ② 형상변화가 심하면 재드로잉을 수행해야 한다.

  오답입니다 드로잉률이 한계를 넘으면 한 번에 못 하고 재드로잉으로 나누어 성형합니다.

• ③ 얇은 박판일 경우 플랜지부에 주름이 발생하기 쉽다.

  오답입니다 판이 얇을수록 좌굴 저항이 작아 플랜지 주름이 쉽게 생깁니다.

• ④ 금속박판과 블랭크 홀더부의 마찰을 최소화하여야 한다.

  정답입니다 홀더부 마찰까지 없애면 소재 유입을 억제하지 못해 주름이 오히려 심해집니다.

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정답 ④ 금속박판과 블랭크 홀더부의 마찰을 최소화하여야 한다.

드로잉에서 블랭크 홀더는 플랜지의 좌굴(주름)을 막고 소재가 다이로 들어가는 양을 알맞게 잡아 주는 역할을 합니다. 이 억제력은 홀더 압력과 홀더·판재 사이의 마찰로 만들어지므로, 마찰을 무조건 최소화하면 플랜지부 소재를 붙잡아 주지 못해 주름이 생기고, 반대로 홀더 압력과 마찰이 지나치면 소재가 다이로 들어가지 못해 벽면이 얇아지다 파단이 납니다. 즉 마찰은 없애야 할 대상이 아니라 알맞게 관리해야 할 성형 변수입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 소성가공 # 드로잉 # 블랭크홀더 # 주름 # 재드로잉

Q08

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압연 공정에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

• ① 소재에 압연 방향으로 장력을 가하면 압하력이 감소한다.

  오답입니다 전방·후방 장력은 롤 압력 분포를 낮추어 압하력을 줄여 줍니다.

• ② 압하율이 작은 경우 소재의 표면에 인장잔류응력이 남는다.

  정답입니다 압하율이 작으면 변형이 표면에만 국한되어 표면에는 압축잔류응력이 남습니다.

• ③ 롤과 소재의 접촉면에서 중립점은 마찰이 작을수록 출구점에 가까워진다.

  오답입니다 마찰이 작을수록 중립점이 출구 쪽으로 이동하며, 마찰이 0이면 압연이 불가능합니다.

• ④ 소재 표면의 마찰력은 중립점을 경계로 반대방향으로 작용하나, 크기분포는 서로 다르다.

  오답입니다 입구 쪽은 전방, 출구 쪽은 후방으로 작용하고 크기 분포도 비대칭입니다.

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정답 ② 압하율이 작은 경우 소재의 표면에 인장잔류응력이 남는다.

압하율이 작으면 소성변형이 롤과 닿는 표층에만 집중되고 중심부는 거의 늘어나지 않습니다. 그 결과 늘어나려던 표면은 중심부에 눌려 압축잔류응력을, 중심부는 인장잔류응력을 갖습니다. 반대로 압하율이 커서 변형이 두께 중심까지 미치면 표면에 인장, 중심에 압축이 남습니다. 따라서 “압하율이 작으면 표면에 인장잔류응력”이라는 설명은 뒤바뀐 것입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 소성가공 # 압연 # 잔류응력 # 중립점 # 압하율

Q09

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2차원 직교 절삭에서 전단각($\phi$)을 산출하는 식으로 가장 옳은 것은? (단, $r_c$은 절삭비이고 $\alpha$는 경사각이다.)

• ① $\phi$ = ${tan}^{-1}\left(\frac{r_{c}sin\alpha }{1-r_{c}cos\alpha }\right)$

  오답입니다 분자와 분모의 sin·cos이 모두 뒤바뀌어 있습니다.

• ② $\phi$ = ${tan}^{-1}\left(\frac{r_{c}sin\alpha }{1+r_{c}cos\alpha }\right)$

  오답입니다 분자·분모가 뒤바뀐 데다 분모 부호까지 (+)로 잘못되어 있습니다.

• ③ $\phi$ = ${tan}^{-1}\left(\frac{r_{c}cos\alpha }{1+r_{c}sin\alpha }\right)$

  오답입니다 분모의 부호가 (−)가 아니라 (+)로 되어 있습니다.

• ④ $\phi$ = ${tan}^{-1}\left(\frac{r_{c}cos\alpha }{1-r_{c}sin\alpha }\right)$

  정답입니다 절삭비 정의 $r_c$ = t₀/$t_c$ = sinφ/cos(φ−α)를 φ에 대해 풀면 얻는 식입니다.

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정답 ④ φ = tan⁻¹($r_c$ cosα / (1 − $r_c$ sinα))

2차원 직교절삭에서 절삭비는 $r_c$ = t₀/$t_c$ = sinφ/cos(φ − α) 로 정의됩니다. 분모를 전개하면 $r_c$(cosφ cosα + sinφ sinα) = sinφ이고, 양변을 cosφ로 나누면 $r_c$ cosα = tanφ(1 − $r_c$ sinα) 가 됩니다. 따라서 tanφ = $r_c$ cosα/(1 − $r_c$ sinα), 즉 φ = tan⁻¹[$r_c$ cosα/(1 − $r_c$ sinα)]입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 절삭가공 # 직교절삭 # 전단각 # 절삭비 # 경사각

Q10

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고분자 섬유(또는 필라멘트) 제조에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

• ① 용융체 스피닝(melt spinning)은 고분자 재료를 용융 상태로 가열해 방적돌기(spinneret)로 압출하는 것이다.

  오답입니다 용융체 스피닝은 고분자를 녹여 방적돌기로 밀어내는 방법이 맞습니다.

• ② 용융체 스피닝 시 방적돌기를 떠난 섬유(필라멘트)는 물속에서 냉각된다.

  정답입니다 용융체 스피닝의 필라멘트는 공기 중에서 식으며, 물속 응고는 습식 스피닝입니다.

• ③ 건식 스피닝(dry spinning)을 위한 원자재는 용액 상태이다.

  오답입니다 건식 스피닝은 용액을 압출한 뒤 용제를 증발시키므로 원자재가 용액입니다.

• ④ 습식 스피닝(wet spinning)을 위한 원자재는 용액 상태이다.

  오답입니다 습식 스피닝도 용액을 응고욕에 압출하므로 원자재가 용액입니다.

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정답 ② 용융체 스피닝 시 방적돌기를 떠난 섬유(필라멘트)는 물속에서 냉각된다.

용융체 스피닝(melt spinning)은 열가소성 고분자를 녹여 방적돌기로 압출한 뒤 공기 중에서 냉각·고화시키면서 연신하는 방법입니다. 반면 액체(응고욕) 속에서 굳히는 것은 습식 스피닝(wet spinning)이고, 용제를 뜨거운 공기로 증발시키는 것이 건식 스피닝(dry spinning)으로, 두 방법 모두 원자재가 용액입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 기계재료 # 고분자섬유 # 용융체스피닝 # 건식스피닝 # 습식스피닝

Q11

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고온에서 작업함으로써 줄일 수 있는 제조공정의 결함으로 가장 옳은 것은?

• ① 결정립성장 - 오렌지필(orange peel)

  오답입니다 온도가 높으면 결정립이 더 크게 성장해 오렌지필이 오히려 심해집니다.

• ② 압출 - 속도균열(speed cracking)

  오답입니다 속도균열은 고온·고속 압출에서 발열로 생기는 결함이라 온도를 낮춰야 합니다.

• ③ 굽힘 - 스프링백(springback)

  정답입니다 고온에서는 항복강도와 탄성회복량이 작아져 스프링백이 줄어듭니다.

• ④ 절삭가공 - 크레이터마모(crater wear)

  오답입니다 크레이터마모는 확산마모라 절삭온도가 높을수록 심해집니다.

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정답 ③ 굽힘 - 스프링백(springback)

스프링백은 하중을 제거할 때 탄성변형이 되돌아가면서 굽힘각이 벌어지는 현상으로, 그 크기는 항복강도에 비례하고 탄성계수에 반비례합니다(δ ∝ Y/E). 온도를 올리면 항복강도가 크게 낮아지므로 열간굽힘에서는 스프링백이 확실히 줄어듭니다. 반면 결정립성장과 오렌지필, 압출의 속도균열, 공구의 크레이터마모는 모두 고온에서 더 심해지는 결함입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 소성가공 # 스프링백 # 열간가공 # 속도균열 # 크레이터마모 # 오렌지필

Q12

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<보기>에서 설명하는 플라스틱 재료로 가장 가까운 것은?

∙ 열경화성 플라스틱이다. ∙ 취성이 있다. ∙ 강성이 높고 치수안전성이 있다. ∙ 열, 전기, 화학물 등에 대한 저항성이 높다.

• ① 아크릴(acrylics)

  오답입니다 아크릴은 투명성이 좋은 열가소성 수지로 열경화성이 아닙니다.

• ② 폴리프로필렌(polypropylene)

  오답입니다 폴리프로필렌은 유연하고 인성이 큰 대표적 열가소성 범용수지입니다.

• ③ PVC(polyvinyl chloride)

  오답입니다 PVC도 열가소성이며 가소제로 연질까지 만들 수 있습니다.

• ④ 페놀수지(phenolic)

  정답입니다 3차원 그물구조로 굳는 열경화성 수지로 취성·강성·내열성이 모두 큽니다.

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정답 ④ 페놀수지(phenolic)

<보기>의 열경화성, 취성, 높은 강성과 치수안정성, 열·전기·화학적 저항성은 페놀수지(베이클라이트)의 특징입니다. 페놀수지는 경화 시 3차원 그물구조를 이루어 다시 녹지 않으며, 전기 절연재·브레이크 라이닝·성형품 등에 쓰입니다. 아크릴, 폴리프로필렌, PVC는 모두 가열하면 다시 연화되는 열가소성 수지입니다. 따라서 ④입니다.
※ <보기>의 “치수안전성”은 “치수안정성”의 오식으로, 원본 시험지 표기를 그대로 옮긴 것입니다.

키워드 # 기계재료 # 열경화성수지 # 페놀수지 # 열가소성수지 # 치수안정성

Q13

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용접부의 용입 부족(incomplete penetration)을 방지할 수 있는 방법으로 가장 옳은 것은?

• ① 열유입량을 감소시킨다.

  오답입니다 입열이 줄면 용융량이 모자라 용입 부족이 더 심해집니다.

• ② 용접부 설계는 변경하지 않는다.

  오답입니다 루트 간격·개선각을 넓히는 설계 변경이 용입 부족의 기본 대책입니다.

• ③ 용접 중에 용접 속도를 감소시킨다.

  정답입니다 속도를 낮추면 단위길이당 입열이 커져 용입 깊이가 깊어집니다.

• ④ 접합하고자 하는 면이 서로 교차하도록 조절한다.

  오답입니다 맞대는 면은 서로 나란히 맞춰야 하며 교차시키면 미용착이 생깁니다.

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정답 ③ 용접 중에 용접 속도를 감소시킨다.

용입 부족은 용융금속이 이음부 바닥까지 닿지 못해 루트부가 녹지 않은 채 남는 결함입니다. 단위길이당 입열 H = ηVI/v 에서 용접속도 v를 낮추면 입열이 커져 용융지가 깊어지므로 용입이 개선됩니다. 이 밖에 전류를 높이거나 루트 간격·개선각을 넓히고 루트면(land)을 얇게 하는 것도 대책입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 용접 # 용입부족 # 용접결함 # 입열량 # 용접속도

Q14

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전해연삭(electrochemical grinding)에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

• ① 전해 작용에 의해 가공물 표면에 생기는 양극 생성물을 연삭 숫돌로 제거하는 가공법이다.

  오답입니다 전해로 생긴 부동태 피막을 숫돌 입자가 긁어내는 것이 전해연삭의 원리입니다.

• ② 전해 작용에 의한 가공이 대부분이며, 연삭에 의한 재료 가공량은 매우 적은 편이다.

  오답입니다 재료 제거의 90~95%가 전해작용이고 기계적 연삭 몫은 5~10%에 그칩니다.

• ③ 전해 연삭용 숫돌은 전도성의 숫돌 입자와 절연성의 결합제로 제작된다.

  정답입니다 입자(다이아몬드·알루미나)가 절연성이고 결합제(금속본드)가 전도성으로 반대입니다.

• ④ 가공 중 발열량이 적어 가공 경화가 나타나기 쉬운 재료의 가공에 적합하다.

  오답입니다 기계적 절삭력과 발열이 작아 가공변질층과 가공경화가 거의 없습니다.

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정답 ③ 전해 연삭용 숫돌은 전도성의 숫돌 입자와 절연성의 결합제로 제작된다.

전해연삭 숫돌은 금속(구리·청동 등) 결합제로 다이아몬드나 알루미나 입자를 결합시킨 메탈본드 숫돌입니다. 전도성인 금속 결합제가 음극 역할을 하며 전해액을 통해 전류를 흘리고, 절연성인 숫돌 입자는 숫돌면과 공작물 사이의 간극(gap)을 일정하게 유지하면서 양극 생성물을 긁어냅니다. 따라서 입자가 전도성, 결합제가 절연성이라는 ③은 반대로 설명한 것입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 특수가공 # 전해연삭 # 메탈본드숫돌 # 양극생성물 # 가공경화

Q15

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불활성 가스 아크 용접의 일종인 TIG 용접에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

• ① 소모성의 텅스텐(tungsten) 전극을 사용한다.

  정답입니다 TIG의 텅스텐 전극은 아크만 발생시키는 비소모성 전극입니다.

• ② 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW : Gas Tungsten Arc Welding)이라고도 한다.

  오답입니다 TIG의 정식 명칭이 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)입니다.

• ③ 직류 전원 사용 시 정극성에서는 모재가 더 많이 가열되므로 용입이 깊다.

  오답입니다 직류 정극성(DCSP)은 모재가 양극이라 열이 약 70% 모재에 들어가 용입이 깊습니다.

• ④ 별도의 용가재(filler metal)를 용접부에 공급하여야 한다.

  오답입니다 전극이 녹지 않으므로 필요한 살은 별도의 용가재 봉으로 공급합니다.

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정답 ① 소모성의 텅스텐(tungsten) 전극을 사용한다.

TIG(GTAW) 용접은 융점이 3,400 ℃에 이르는 텅스텐 전극으로 아크만 발생시키고 전극 자체는 녹지 않는 비소모성(non-consumable) 전극 방식입니다. 전극이 소모되지 않으므로 덧살이 필요하면 용가재 봉을 손이나 와이어 피더로 따로 넣어 주며, 직류 정극성에서는 모재 쪽 발열이 커 용입이 깊어집니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 용접 # TIG용접 # GTAW # 비소모성전극 # 직류정극성 # 용가재

Q16

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연삭 시 결합도가 높은 숫돌(단단한 숫돌)을 사용해야 할 조건에 해당하는 것은?

• ① 연질 재료를 연삭할 때

  정답입니다 연질 재료는 입자가 잘 무뎌지지 않으므로 결합도가 높은 숫돌이 알맞습니다.

• ② 숫돌바퀴의 원주 속도가 빠를 때

  오답입니다 원주 속도가 빠르면 입자 하나가 깎는 두께가 얇아져 숫돌이 실제보다 단단하게 작용하므로 결합도가 낮은 숫돌을 씁니다.

• ③ 연삭 깊이가 깊을 때

  오답입니다 연삭 깊이가 깊으면 절삭저항이 커지므로 결합도가 낮은 숫돌이 유리합니다.

• ④ 숫돌과 소재의 접촉 면적이 클 때

  오답입니다 접촉 면적이 크면 발열과 눈메움이 심해 결합도가 낮은 숫돌을 씁니다.

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정답 ① 연질 재료를 연삭할 때

결합도는 숫돌 입자를 결합제가 붙잡고 있는 힘의 세기입니다. 결합도가 높은(단단한) 숫돌은 연질 재료를 연삭할 때, 숫돌의 원주 속도가 느릴 때, 연삭 깊이가 얕을 때, 숫돌과 소재의 접촉 면적이 작을 때 씁니다. 반대로 경질 재료·고속·깊은 절입·넓은 접촉에서는 무뎌진 입자가 제때 탈락해 새 날이 나오도록 결합도가 낮은(무른) 숫돌을 골라야 합니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 연삭가공 # 연삭숫돌 # 결합도 # 자생작용 # 원주속도

Q17

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<보기>는 센터리스 연삭(centerless grinding) 방식 중 통과 이송(through feed) 연삭 방식을 나타낸 그림이다. 조정숫돌의 지름을 $D$[mm], 조정숫돌의 분당회전수를 $N$[rpm], 연삭숫돌 중심축과 조정숫돌 중심축 사이의 각도를 $\theta$라 하면, 공작물이 숫돌 사이를 통과하는 속도 $f$[mm/min]를 구하는 식으로 가장 옳은 것은?

• ① $f$ = $\pi DNsin\theta$

  정답입니다 조정숫돌 원주속도 πDN 의 축방향 성분이 이송속도가 됩니다.

• ② $f$ = $\pi DNcos\theta$

  오답입니다 cosθ는 공작물을 회전시키는 원주방향 성분이라 이송속도가 아닙니다.

• ③ $f$ = $\frac{\pi DN}{sin\theta }$

  오답입니다 삼각함수를 나누면 각도가 0에 가까울 때 이송이 무한대가 되어 모순입니다.

• ④ $f$ = $\frac{\pi DN}{cos\theta }$

  오답입니다 경사각이 0일 때 이송이 πDN이 되어 통과 이송이 성립하지 않습니다.

정답과 해설 보기

정답 ① f = πDN sinθ

통과 이송 센터리스 연삭에서는 조정숫돌 축을 각도 θ만큼 기울여 공작물에 축방향 이송을 줍니다. 조정숫돌 표면의 원주속도는 v = πDN이고, 이것이 공작물 축과 θ만큼 어긋나 있으므로 축방향(이송) 성분은 v sinθ, 원주방향(공작물 회전) 성분은 v cosθ입니다. 따라서 통과 속도는 f = πDN sinθ [mm/min]입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 연삭가공 # 센터리스연삭 # 통과이송 # 조정숫돌 # 경사각

Q18

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분말야금공정의 소결(sintering) 공정에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

• ① 분말이 공정 중 온전히 고형의 상태를 유지한다.

  오답입니다 입자 접촉부에서 물질이동이 일어나고 액상소결에서는 일부가 녹으므로 고상 유지가 아닙니다.

• ② 소결 시 제품의 밀도가 다소 감소한다.

  오답입니다 기공이 메워지면서 부피가 줄어들므로 소결 후 밀도는 오히려 높아집니다.

• ③ 생형밀도가 높은 분말을 사용하는 것이 치수정도 유지에 유리하다.

  정답입니다 생형밀도가 높으면 남은 기공이 적어 소결 수축량과 그 편차가 작아집니다.

• ④ 소결 온도가 높을수록 소결 후 제품의 연신율이 감소한다.

  오답입니다 소결 온도가 높을수록 결합이 치밀해져 강도와 연신율이 함께 좋아집니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 생형밀도가 높은 분말을 사용하는 것이 치수정도 유지에 유리하다.

소결 수축은 압분체에 남아 있던 기공이 메워지면서 생기므로, 성형 단계의 생형밀도(green density)가 높아 기공률이 낮을수록 수축량 자체가 작고 부위별 수축 편차도 줄어듭니다. 그만큼 소결 후 치수 변화를 예측하기 쉬워 치수정도 유지에 유리합니다. 나머지는 소결 중 입자 접촉부의 물질이동(액상소결에서는 일부 용융)이 일어난다는 점, 소결로 밀도가 높아진다는 점, 소결 온도가 높을수록 연신율이 좋아진다는 점에서 모두 반대의 설명입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 특수가공 # 분말야금 # 소결 # 생형밀도 # 소결수축 # 치수정도

Q19

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X-선 리소그래피와 포토리소그래피에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

• ① X-선 리소그래피는 포토리소그래피보다 해상도가 우수하다.

  오답입니다 파장이 짧아 회절 한계가 작으므로 해상도가 훨씬 우수합니다.

• ② X-선 리소그래피는 포토리소그래피보다 높은 종횡비(high aspect ratio)의 구조물을 제작할 수 있다.

  오답입니다 직진성이 좋아 두꺼운 레지스트를 수직으로 노광해 LIGA 공정에 쓰입니다.

• ③ 광선의 회절량은 X-선 리소그래피가 포토리소그래피보다 크다.

  정답입니다 회절은 파장에 비례하므로 파장이 짧은 X-선이 회절량이 더 작습니다.

• ④ 포토리소그래피에 비해 X-선 리소그래피는 고가의 생산설비를 사용한다.

  오답입니다 싱크로트론 방사광원과 전용 마스크가 필요해 설비비가 매우 비쌉니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 광선의 회절량은 X-선 리소그래피가 포토리소그래피보다 크다.

포토리소그래피는 자외선(수백 nm), X-선 리소그래피는 0.1~1 nm 대의 X-선을 씁니다. 회절에 따른 번짐은 파장에 비례하므로 파장이 세 자릿수나 짧은 X-선은 회절량이 훨씬 작습니다. 그 덕분에 해상도가 높고 종횡비가 큰 수직 구조물(LIGA)을 만들 수 있는 대신, 싱크로트론 광원과 금 흡수체 마스크가 필요해 설비가 매우 고가입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 특수가공 # 리소그래피 # X선리소그래피 # 회절 # 종횡비

Q20

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4개의 날을 가지는 지름 20[mm]의 평엔드밀로 공작물을 절삭하려 한다. 절삭속도는 60[m/min], 날 당 이송량(feed per tooth)은 0.1[mm/tooth]인 조건으로 절삭하려면 분당 주축 회전수 $N$[rpm]과 분당 이송속도 $f$[mm/min]의 값은? (단, $\pi$=3으로 계산한다.)

	$N$	$f$
①	1400	400
②	1400	100
③	1000	400
④	1000	100

• ① 선택지 해설

  오답입니다 이송속도 400 mm/min 은 맞지만 회전수는 N = 1000×60/(3×20) = 1,000 rpm이므로 1,400 rpm 이 될 수 없습니다.

• ② 선택지 해설

  오답입니다 회전수도 틀렸고 이송에 날 수 4를 곱하지 않은 값입니다.

• ③ 선택지 해설

  정답입니다 N = 1000×60/(3×20) = 1000 rpm, f = 0.1×4×1000 = 400 mm/min입니다.

• ④ 선택지 해설

  오답입니다 회전수는 맞지만 날 수 4를 곱하지 않아 이송속도가 1/4로 작습니다.

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정답 ③ N = 1000, f = 400

절삭속도는 V = πDN/1000 [m/min]이므로 N = 1000V/(πD) = 1000×60/(3×20) = 1,000 rpm입니다. 분당 이송속도는 f = $f_z$ × z × N 으로 구하며, 날 당 이송량 0.1 mm/tooth 에 날 수 4개와 회전수 1,000 rpm 을 곱하면 f = 0.1 × 4 × 1,000 = 400 mm/min입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 절삭가공 # 밀링가공 # 절삭속도 # 주축회전수 # 이송속도 # 엔드밀

Q01Q02Q03Q04Q05Q06Q07Q08Q09Q10Q11Q12Q13Q14Q15Q16Q17Q18Q19Q20

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