22년 1회차

경도(hardness)는 인장시험이 아니라 압입·반발을 이용하는 별도의 경도시험으로 구한다.

인장시험은 시험편을 축방향으로 당기며 얻은 응력-변형률 선도에서 탄성·강도·연성 관련 물성치를 읽어 낸다.

• 연신율: 파단 후 늘어난 길이를 원래 표점거리로 나눈 값으로 인장시험에서 구한다.
• 탄성계수: 선도의 탄성 구간 기울기로 구한다.
• 인장강도: 최대하중을 원래 단면적으로 나눈 값으로 구한다.

고온에서 일정 하중이 장시간 작용할 때 변형이 시간에 따라 서서히 증가하는 현상은 크리프(creep)이다.

크리프는 응력이 탄성한도 이하여도 온도와 시간의 영향으로 진행되며, 터빈 블레이드·보일러관 등 고온 부품 설계에서 중요하다.

• 피로: 반복(변동) 하중에 의해 정적 강도보다 낮은 응력에서 파괴되는 현상이다.
• 잔류응력: 외력을 제거한 뒤에도 재료 내부에 남아 있는 응력이다.
• 바우싱거 효과: 한 방향으로 소성변형한 뒤 반대 방향으로 하중을 가하면 항복응력이 낮아지는 현상이다.

원주를 따라 슬릿이 나 있는 관형 고정구는 콜릿(collet)이다.

콜릿은 슬릿으로 나뉜 끝부분이 테이퍼 슬리브에 끌려 들어가며 오므라들면서 가는 봉재를 동심으로 고정하므로, 지름이 작은 환봉의 정밀·반복 선삭에 쓰인다.

• 면판: 척으로 잡기 어려운 불규칙한 공작물을 볼트·클램프로 고정하는 원판이다.
• 연동척: 조(jaw) 3개가 동시에 움직여 원형 공작물을 자동 중심맞춤하는 척으로, 슬릿 관형 구조가 아니다.
• 단동척: 조 4개가 각각 따로 움직여 불규칙·편심 공작물을 고정하는 척이다.

불연속형 칩은 취성이 큰 재료를 작은 경사각·큰 절삭깊이로 가공할 때 발생한다.

주철처럼 연성이 부족한 재료는 전단 영역에서 소성변형을 견디지 못하고 짧게 끊어진 조각으로 칩이 분리된다.

• 칩 브레이커에 의한 발생: 칩 브레이커는 길게 이어지는 유동형 칩을 강제로 끊어 주는 장치로, 불연속형 칩의 발생 원인이 아니다.
• 우수한 표면 정도: 칩이 단속적으로 떨어져 나가므로 가공면이 거칠어지기 쉽다.
• 경사면에 재료가 들러붙어 발생: 이는 구성인선(built-up edge)에 대한 설명이다.

버니어 캘리퍼스는 외측 조·내측 조·깊이 바를 이용해 바깥지름, 안지름, 깊이를 모두 측정할 수 있다.

나머지 측정기는 각각 용도가 서로 바뀌어 서술되어 있다.

• 다이얼 게이지로 안지름 측정: 다이얼 게이지는 비교 측정기로, 회전체의 흔들림·평면도 등을 측정한다(안지름은 실린더 게이지 등으로 측정).
• 블록 게이지로 진원도 측정: 블록 게이지는 길이의 기준으로 쓰이는 표준 게이지이며, 진원도는 진원도 측정기 등으로 측정한다.
• 마이크로미터로 흔들림 측정: 마이크로미터는 나사의 이송을 이용해 길이(지름·두께)를 정밀 측정하는 기구이다.

플렉시블 커플링은 축이음이므로 운전 중에 연결하거나 분리할 수 없다. 운전 중 단속이 가능한 것은 클러치이다.

플렉시블 커플링은 고무·가죽·스프링 등 탄성체를 매개로 하여 축 중심의 약간의 어긋남과 진동·충격을 흡수한다.

• 원판·원추 클러치: 접촉면의 마찰력으로 동력을 전달하는 마찰 클러치이다.
• 유니버설 조인트: 두 축이 교차각을 이루면 종동축의 각속도가 회전각에 따라 주기적으로 변동한다.
• 올덤 커플링: 평행하면서 약간 편심된 두 축을 연결하며, 중간 원판의 미끄럼과 원심력 때문에 고속 회전에는 부적합하다.

다이아몬드는 알려진 재료 중 경도가 가장 높지만 취성이 커서 충격을 받으면 깨질 수 있으므로, "깨지지 않는다"는 서술이 틀렸다.

경도는 변형·긁힘에 대한 저항일 뿐이며, 충격에 견디는 성질인 인성과는 별개이다.

• 경도와 내마모성: 경도는 압입에 대한 저항값이며, 경도가 높을수록 일반적으로 내마모성이 좋다.
• 브리넬 경도: 강구 압입체를 누른 뒤 압입하중과 압입자국 지름(표면적)으로 구한다.
• 로크웰 경도: 초기하중을 가한 상태를 기준으로, 시험하중 후 늘어난 압입깊이로 구한다.

액주계(manometer)는 액주의 높이 차로 압력(압력차)을 측정하는 장치로, 그 자체는 유량 측정장치가 아니다.

유량 측정장치는 유동을 교축하거나 넘치게 하여 생기는 압력차·수위를 유량으로 환산한다.

• 위어: 개수로에서 흐름을 막아 넘치는 수위로 유량을 측정한다.
• 오리피스: 관로에 구멍 뚫린 판을 넣어 전후 압력차로 유량을 측정한다.
• 벤투리미터: 관의 단면을 점차 좁혀 목 부분과의 압력차로 유량을 측정한다.

전기도금은 도금층에 인장 잔류응력이 생기고 수소취성이 일어날 수 있어 오히려 피로수명을 떨어뜨리기 쉽다.

피로균열은 주로 표면에서 시작하므로, 표면을 매끄럽게 하거나 표면에 압축 잔류응력을 남기는 공정이 피로수명을 높인다.

• 연마: 표면 거칠기를 줄여 응력집중과 균열 발생 위치를 감소시킨다.
• 표면경화: 표면의 강도를 높이고 압축 잔류응력을 형성한다.
• 숏피닝(shot peening): 작은 강구를 고속으로 충돌시켜 표면에 압축 잔류응력을 부여한다.

짝지어지지 않은 것은 1 PS와 75 J/s이다. 1 PS는 75 kgf·m/s이므로 J/s로 바꾸면 중력가속도를 곱해야 한다.

$1\,\mathrm{PS}=75\,\mathrm{kgf\cdot m/s}=75\times 9.8\,\mathrm{N\cdot m/s}$
$=735\,\mathrm{J/s}\neq 75\,\mathrm{J/s}$

• 3,000 rpm과 100π rad/s: $\omega=\dfrac{2\pi N}{60}=\dfrac{2\pi\times 3000}{60}=100\pi\,\mathrm{rad/s}$로 같다.
• 1 MPa와 1,000 kN/㎡: $1\,\mathrm{MPa}=10^{6}\,\mathrm{N/m^2}=10^{3}\,\mathrm{kN/m^2}$로 같다.
• 100kg과 980N: 질량 100 kg에 작용하는 중력(무게)은 $100\times 9.8=980\,\mathrm{N}$이다.

둥근키(핀 키)는 축과 보스를 끼워 맞춘 뒤 경계면에 구멍을 뚫고 평행핀이나 테이퍼핀을 박아 토크를 전달한다.

원형 단면의 핀이 축과 보스에 걸쳐 박히므로 가공이 쉽고, 주로 작은 토크를 전달하는 곳에 쓰인다.

• 축을 키 폭만큼 평평하게 깎아 박는 것: 평키(납작키)에 대한 설명이다.
• 기울기 없는 키로 보스가 축 방향 이동: 미끄럼키(페더키)에 대한 설명이다.
• 키 홈 없이 원추를 박아 마찰로 전달: 원뿔키에 대한 설명이다.

마찰계수와 리드각이 같다면 삼각나사의 마찰력이 사각나사보다 크다. 사각나사가 크다는 서술이 틀렸다.

삼각나사는 나사산 경사면 때문에 상당마찰계수가 $\mu' = \dfrac{\mu}{\cos(\alpha/2)}$ 로 커지므로, 체결용에 적합하고 사각나사는 동력 전달용에 쓰인다.

• 마찰각이 리드각보다 큰 경우: 나사가 저절로 풀리지 않는 자립 조건이다.
• 미터 보통나사: 나사산각 60°이며 수나사 바깥지름(mm)을 호칭치수로 한다.
• 나사의 자립: 외력이 없을 때 나사가 스스로 풀리지 않는 상태를 말한다.

사이클로이드 기어는 마멸이 균일하지만 중심거리 오차에 민감하고 제작이 어려워, 동력전달장치보다 시계·계기류 등 정밀기기에 주로 쓰인다.

동력전달장치·공작기계에 널리 쓰이는 것은 제작이 쉽고 중심거리 변화에도 속도비가 일정한 인벌류트 기어이다.

• 물림률 증가: 물림률은 접촉호 길이를 원주피치로 나눈 값이므로 접촉호를 길게 하면 커진다.
• 언더컷: 잇수가 적거나 압력각이 작을수록 발생하기 쉽다.
• 모듈 증가: 피치원지름 = 모듈 × 잇수이므로 지름이 일정하면 모듈이 클수록 잇수는 줄고 이높이는 커진다.

방전가공(EDM)은 전해액이 아니라 등유·탈이온수 같은 절연성 가공액(유전체) 속에서 스파크를 일으켜 재료를 제거한다.

전해액을 사용하여 전기화학적으로 금속을 용해시키는 것은 전해가공(ECM)이다.

• 전자빔가공: 전자의 산란을 막기 위해 진공챔버에서 수행한다.
• 초음파가공: 공구의 초음파 진동과 연삭 입자로 세라믹·유리 등 경하고 취성이 큰 재료를 가공한다.
• 레이저가공: 렌즈로 집속한 빛 에너지로 재료를 용융·기화시켜 제거한다.

피스톤의 행정거리는 100 mm이다.

크랭크축 1회전 동안 피스톤은 행정을 왕복(2L)하므로 평균속도는 $v = \dfrac{2L}{t}$ 이다.

$L = \dfrac{v t}{2} = \dfrac{10 \times \frac{1}{50}}{2}\,\mathrm{m}$
$L = 0.1\,\mathrm{m} = 100\,\mathrm{mm}$

원심식(터보) 압축기는 고속 회전하는 임펠러의 원심력으로 냉매에 속도에너지를 준 뒤 압력으로 변환해 압축한다.

대용량 냉동기에 적합하며, 나머지 서술은 다른 형식의 압축기에 해당한다.

• 피스톤의 왕복 운동: 왕복동식 압축기이다.
• 암·수 두 로터 사이 공간: 스크루식 압축기이다.
• 편심 회전자와 실린더 사이: 회전식(로터리) 압축기이다.

송출 압력이 높은 곳에 피스톤 펌프보다 플런저 펌프가 사용되므로, 낮은 곳이라는 서술이 틀렸다.

플런저는 지름이 작고 길어 실린더와의 밀봉이 패킹으로 외부에서 이루어지므로 고압 송출에 유리하다.

• 피스톤 펌프: 실린더 안에서 피스톤을 왕복시켜 유체를 흡입·송출한다.
• 버킷 펌프: 피스톤 중앙에 밸브를 설치한 형식으로 수동 펌프로 쓰인다.
• 다이어프램 펌프: 막으로 유체를 격리해 누설·이물질 혼입이 없어 식품 공정 등에 쓰인다.

블랭킹에서는 다이 지름을 제품 지름과 같게 하고, 펀치 지름은 클리어런스만큼 작게 설계한다. 펀치를 제품 지름과 같게 한다는 서술이 틀렸다.

블랭킹은 떨어져 나오는 쪽이 제품이므로 다이 기준, 피어싱(펀칭)은 구멍이 제품이므로 펀치 기준으로 치수를 정한다.

• 스프링백 보정: 목표 각도보다 더 굽히는 과도굽힘으로 보정할 수 있다.
• 형단조 플래시: 플래시 부분의 유동 저항이 금형 내부 압력을 높여 세부까지 재료가 채워지게 돕는다.
• 딥드로잉 한계 초과: 드로잉비가 한계를 넘으면 재드로잉으로 여러 단계에 나누어 성형한다.

SLS(선택적 레이저 소결)는 소결되지 않은 주변 분말이 돌출부를 받쳐 주므로 별도의 지지 구조물이 필요 없다.

지지대가 필요한 것은 FDM·광경화(SLA)처럼 빈 공간 위에 재료를 쌓는 공정이다.

• 복잡한 내부 형상의 일체형 제작: 층별로 쌓으므로 조립이 필요한 내부 형상도 한 번에 제작할 수 있다.
• FDM 경사면: 일정 두께의 층을 쌓으므로 경사면이 계단형이 된다.
• 분말층 위 접착제 프린팅: 바인더 제팅 방식으로 세라믹·금속 분말 제품을 만들 수 있다.

압하량이 같을 때 평판의 초기 두께가 증가하면 변형률(압하율)이 작아져 압하력은 감소한다. 증가한다는 서술이 틀렸다.

압하력은 대략 접촉길이 × 폭 × 평균 유동응력에 비례하며, 접촉길이는 $L \approx \sqrt{R\,\Delta h}$ 로 롤 반지름과 압하량에 따라 정해진다.

• 마찰계수 증가: 최대 압하량은 $\Delta h_{\mathrm{max}} = \mu^{2} R$ 로 마찰계수가 클수록 커진다.
• 폭 증가: 접촉 면적이 커지므로 압하력이 증가한다.
• 롤 지름 증가: 접촉길이가 길어져 압하력이 증가한다.