17년 2회차

토크가 매우 커서 자동차 변속기 축에 쓰이는 것은 스플라인(spline)이다.

축 둘레에 여러 개의 키를 일체로 깎아 낸 구조라 접촉 면적이 넓어 큰 토크를 전달하고, 보스가 축 방향으로 미끄럼 이동할 수 있어 변속기어 축에 알맞다.

• 평키: 축의 평탄면에 키를 대는 방식으로 가벼운 하중용이다.
• 묻힘키(성크키): 가장 널리 쓰이지만 키 1개로 전달하므로 스플라인보다 전달 토크가 작다.
• 접선키: 큰 토크와 역회전에 대응하지만 축 방향 이동이 필요한 변속기어 축에는 쓰지 않는다.

압력 제어 밸브가 아닌 것은 체크 밸브이다.

체크 밸브는 유체를 한 방향으로만 흐르게 하고 역류를 막는 방향 제어 밸브에 속한다.

• 릴리프 밸브: 회로 압력이 설정값을 넘으면 유체를 탱크로 빼 최고 압력을 제한하는 압력 제어 밸브이다.
• 카운터밸런스 밸브: 수직 실린더의 자중 낙하를 막도록 배압을 유지하는 압력 제어 밸브이다.
• 시퀀스 밸브: 회로 압력에 따라 여러 액추에이터의 작동 순서를 정하는 압력 제어 밸브이다.

코어(core)가 필요한 것은 내부에 구멍(중공부)이 있는 주물이다.

코어는 주형 안에 넣어 쇳물이 채워지지 않는 빈 공간을 만드는 모래 덩어리로, 주물의 내부 형상을 만든다.

• 외형이 복잡한 주물: 외형은 모형과 분할 주형으로 만들며 코어가 필수는 아니다.
• 치수정확도가 필요한 주물: 정밀도는 주조법 선택(정밀주조 등)의 문제이지 코어 유무와 무관하다.
• 크기가 큰 주물: 크기는 코어 필요 여부를 결정하지 않는다.

용광로에서 얻는 철은 선철이고 이를 만드는 과정이 제선, 선철을 평로·전기로에서 정련해 강으로 만드는 과정이 제강이므로 선철, 제선, 제강 순이 맞다.

선철은 탄소를 많이 함유해 취성이 크므로, 제강 과정에서 탄소와 불순물(P, S, Si 등)을 산화·제거해 강을 만든다.

• 선철, 제강, 제선: 용광로에서 선철을 만드는 과정은 제선이고 제강은 그 다음 정련 단계이므로 순서가 뒤바뀌었다.
• 강철, 제선, 제강: 용광로에서 바로 나오는 철은 강철이 아니라 선철이다.
• 강철, 제강, 제선: 산출물 명칭과 과정 순서가 모두 틀렸다.

콜드셧과 유사한 사출 결함은 용접선(weld line)이다.

갈라져 흐르던 용융 수지의 선단이 다시 만날 때 온도가 떨어져 완전히 융합되지 못하면 줄무늬가 남는데, 주조에서 두 쇳물 흐름이 만나 생기는 콜드셧(cold shut)과 같은 원리이다.

• 플래시(flash): 금형 분할면 틈으로 수지가 새어 나와 얇은 지느러미가 생기는 결함이다.
• 함몰자국(sink mark): 두꺼운 부분이 냉각 수축하면서 표면이 오목하게 꺼지는 결함이다.
• 주입부족(short shot): 수지가 캐비티를 다 채우지 못해 제품 일부가 빠지는 결함이다.

옳지 않은 것은 피스톤 링을 절개부가 없는 원형으로 만든다는 설명이다.

피스톤 링은 실린더 벽에 밀착하는 탄성(장력)을 얻고 피스톤 홈에 끼우기 위해 절개부(엔드 갭, end gap)를 두어 만든다.

• 피스톤 링은 압축 링과 오일 링으로 구분하므로 옳다.
• 압축 링은 피스톤과 실린더 사이의 기밀을 유지해 압축가스 누설을 막으므로 옳다.
• 오일 링은 실린더 벽의 과잉 오일을 긁어내려 연소실 유입을 막으므로 옳다.

옳지 않은 것은 공구의 날 끝에서 최고 온도점이 나타난다는 설명이다.

최고 온도는 칩이 미끄러지며 마찰하는 공구 경사면에서 날 끝으로부터 조금 떨어진 곳에 나타나며, 이 부분에 크레이터 마모가 생긴다.

• 공작물의 강도가 크면 발열이 많고 비열이 낮으면 같은 열에도 온도가 크게 오르므로 옳다.
• 전단면의 전단변형과 공구-칩 사이 마찰이 절삭열의 주 원인이므로 옳다.
• 절삭속도가 증가하면 열이 전도될 시간이 짧아 칩으로 배출되는 열의 비율이 커지므로 옳다.

옳지 않은 것은 니켈(Ni)이 절삭성과 취성을 증가시킨다는 설명이다.

니켈은 페라이트를 강화하면서 인성과 저온 충격값, 내식성을 높이는 원소로 취성을 키우지 않는다.

• 망간은 황과 결합해 MnS 를 만들어 FeS 에 의한 적열취성을 방지하므로 옳다.
• 크롬은 경도·담금질성과 내식성을 향상시키므로 옳다.
• 바나듐은 탄화물을 만들어 결정립 성장을 억제하므로 강도와 인성이 향상되어 옳다.

펀치-다이 간극을 판 두께보다 작게 해 벽 두께를 줄이거나 균일하게 하는 공정은 아이어닝(ironing)이다.

딥드로잉한 용기의 측벽을 좁은 틈에 통과시켜 벽 두께를 얇고 고르게 다듬으며, 음료 캔 제조가 대표적이다.

• 이어링(earing): 판재의 이방성 때문에 드로잉 용기 가장자리가 물결(귀) 모양으로 생기는 결함이다.
• 벌징(bulging): 용기 내부에 압력을 가해 측벽을 바깥쪽으로 부풀리는 성형이다.
• 헤밍(hemming): 판재 가장자리를 접어 겹치는 가공이다.

옳지 않은 것은 냉간가공률이 커질수록 재결정 온도가 높아진다는 설명이다.

냉간가공률이 클수록 내부에 축적된 변형 에너지가 커 재결정의 구동력이 커지므로 재결정 온도는 낮아진다.

• 재결정 온도는 대략 1시간 안에 재결정이 완료되는 온도로 정의하므로 옳다.
• 재결정 온도는 대략 $0.3T_m \sim 0.5T_m$ 범위이므로 옳다.
• 재결정으로 가공경화가 해소되어 연성은 증가하고 강도는 저하하므로 옳다.

압하력을 감소시키는 방법으로 옳지 않은 것은 반지름이 큰 롤을 사용하는 것이다.

롤 반지름이 크면 롤과 소재의 접촉 길이가 길어져 접촉 면적과 마찰이 늘어나므로 압하력이 오히려 커진다. 압하력을 줄이려면 반지름이 작은 롤을 쓴다.

• 롤과 소재 사이 마찰을 줄이면 접촉면의 압력 상승이 줄어 압하력이 감소한다.
• 압하율을 작게 하면 접촉 길이와 변형량이 줄어 압하력이 감소한다.
• 후방장력(또는 전방장력)을 가하면 소재의 변형 저항이 낮아져 압하력이 감소한다.

옳지 않은 것은 비금속 재료에는 적용이 불가능하다는 설명이다.

레이저 빔 가공은 빛 에너지를 흡수시켜 녹이거나 증발시키는 열적 가공이라 세라믹·유리·플라스틱·목재 같은 비금속에도 적용된다.

• 재료 표면 일부를 용융·증발시켜 제거하는 가공법이라는 설명은 옳다.
• 구멍 뚫기·홈파기·절단·마이크로 가공에 응용된다는 설명은 옳다.
• 빔 초점 깊이 등으로 인해 가공 두께와 깊이에 한계가 있다는 설명은 옳다.

두 기어의 축간 중심 거리는 150 mm이다.

외접 평기어의 중심 거리는 두 피치원 반지름의 합이다.
$C=\dfrac{m(z_1+z_2)}{2}$

값을 대입하면
$C=\dfrac{4\times(25+50)}{2}=\dfrac{300}{2}=150\ \mathrm{mm}$

• 300 mm 는 2로 나누지 않은 피치원 지름의 합으로, 흔한 계산 실수이다.
• 158 mm 와 316 mm 는 이끝원 지름($m(z+2)$)을 잘못 적용한 값이다.

평면 기구의 자유도는 그뤼블러 식으로 구하며, 이 기구의 자유도는 2이다.

$F=3(n-1)-2j_1-j_2$
링크 수 $n$: 지면 1, 검은 링크 1, 버킷 1, 유압실린더 2개 각각 실린더·피스톤 로드 2개씩 4 → $n=7$
1자유도 대우 $j_1$: 회전 조인트 6개(지면–검은 링크, 지면–아래 실린더, 아래 로드–검은 링크, 검은 링크–위 실린더, 위 로드–버킷, 검은 링크–버킷)와 실린더 내부 미끄럼 대우 2개 → $j_1=8$, $j_2=0$

$F=3(7-1)-2\times 8=18-16=2$

두 유압실린더가 각각 하나씩 독립 입력이 되어, 아래 실린더는 검은 링크(암)를, 위 실린더는 버킷을 구동하므로 입력 2개가 필요한 기구와도 일치한다.

• 자유도 0: 구조물(움직일 수 없는 트러스)의 경우로, 실린더 신축에 따라 움직이는 이 기구와 맞지 않는다.
• 자유도 1: 실린더 하나만으로 전체 운동이 결정되는 경우로, 독립 실린더가 둘인 이 기구보다 작다.
• 자유도 3: 독립 입력이 셋 필요한 기구여야 하는데, 이 기구의 구동기는 유압실린더 두 개뿐이다.

옳지 않은 것은 강도가 낮은 강일수록 수소취성에 취약하다는 설명이다.

수소취성은 고강도강일수록 민감하게 나타나며, 강도가 높을수록 작은 수소량으로도 지연파괴가 일어난다.

• 산세척(pickling) 중 발생한 수소가 재료에 침투할 수 있으므로 옳다.
• 재료 내로 침투한 수소 때문에 연성이 떨어지는 현상이라는 정의는 옳다.
• 건조되지 않은 용접봉의 수분이 분해되어 수소가 들어가므로 옳다.

옳지 않은 것은 인서트 성형이 불가능하다는 설명이다.

다이캐스팅은 금형에 축·나사·부싱 등 금속 부품을 미리 넣고 쇳물을 주입하는 인서트(insert) 주조가 가능하다.

• 금형 분리선 틈으로 쇳물이 새어 소량의 플래시가 생길 수 있으므로 옳다.
• 정밀한 금속 금형에 고압으로 주입하므로 사형주조보다 표면정도가 우수하여 옳다.
• 저융점 합금용 고온챔버 방식과 알루미늄 등에 쓰는 저온챔버 방식으로 구분되므로 옳다.

롤러 전극으로 연속 점용접하는 것은 심용접(seam welding), 회전하는 다이로 봉·관을 두드려 지름을 줄이는 것은 스웨이징(swaging)이다.

심용접은 전기저항 용접의 일종으로 기밀·수밀이 필요한 용기·탱크 이음에 쓰이고, 스웨이징은 회전 단조의 일종으로 봉재 끝을 가늘게 하거나 관의 지름을 줄일 때 쓴다.

• 마찰용접: 접합면을 상대 회전시켜 마찰열로 압접하는 방법으로 롤러 전극을 쓰지 않는다.
• 헤딩: 봉재 끝을 축방향으로 압축해 볼트·리벳 머리를 만드는 업세팅 가공으로, 직경을 줄이는 작업이 아니다.
• 플래시용접, 전조: 플래시용접은 맞댄 면의 불꽃(플래시)으로 가열 후 압접하는 방법이고, 전조는 다이 사이에서 굴려 나사·기어를 성형하는 가공이다.

옳은 것은 셰딩(shedding)을 자생작용이 과도하여 숫돌 소모가 심해지는 현상으로 설명한 것이다.

결합도가 너무 낮으면 숫돌 입자가 충분히 쓰이기 전에 떨어져 나가 숫돌이 빨리 닳는데, 이를 셰딩(입자 탈락)이라 한다.

• 숫돌의 원형 형상과 직선 원주면을 복원하는 공정은 드레싱이 아니라 트루잉(truing)이다.
• 마멸된 입자가 탈락하지 않아 표면이 평탄해지는 현상은 로딩이 아니라 글레이징(무딤)이다.
• 입자 사이에 연삭칩이 메워지는 현상은 글레이징이 아니라 로딩(눈메움)이다.

너트 풀림 방지 요소는 로크너트, 이붙이 와셔, 스프링 와셔이며, 나비너트는 해당하지 않는다.

나비너트는 날개 모양 머리로 공구 없이 손으로 쉽게 조이고 풀기 위한 너트로, 풀림 방지 기능이 없다.

• 로크너트: 두 개의 너트를 겹쳐 조여 서로 미는 힘(마찰)으로 풀림을 막는다.
• 이붙이 와셔: 둘레의 톱니가 너트와 체결면을 파고들어 회전을 막는다.
• 스프링 와셔: 탄성 반발력으로 나사면에 축방향 힘을 유지해 진동에 의한 풀림을 막는다.

오늘날 대부분의 화력발전소에서 쓰는 보일러는 수관 보일러이다.

수관 보일러는 가는 관 안에 물을 흘리고 바깥을 연소가스로 가열하므로 고압·대용량 증기를 빠르게 만들 수 있어 발전용에 적합하다.

• 노통 보일러: 큰 원통 동체 안의 노통으로 가열하는 원통형으로 저압·소용량용이다.
• 연관 보일러: 관 안으로 연소가스를 통과시키는 원통형으로 고압·대용량에 한계가 있다.
• 노통 연관 보일러: 두 방식을 결합한 원통형으로 주로 공장·건물용 중소형이다.