22년 1회차

주철을 녹이며 금속·코크스·용제를 위에서 함께 장입하는 노는 용선로(큐폴라)이다.

강판 외피 안쪽을 내화 벽돌로 라이닝한 수직 원통형 노로, 코크스 연소열로 지금을 녹이며 연속 출탕이 가능해 주철 용해에 가장 널리 쓰인다.

• 반사로: 연소가스의 열을 천장에서 반사시켜 용해하는 노로, 주로 비철금속 대량 용해에 쓰이며 코크스를 지금과 함께 장입하지 않는다.
• 전기로: 아크나 유도 전류의 열로 용해하므로 코크스 장입 구조가 아니다.
• 도가니로: 도가니에 금속을 넣고 외부에서 가열하는 방식으로, 소량의 비철금속 용해에 적합하다.

소결은 분말을 가열해 결합시키는 분말야금 공정으로, 오염물 제거나 피막 형성 공정이 아니다.

오염물을 제거하거나 다른 물질의 층을 입히는 공정은 표면처리(청정·코팅·증착)에 해당한다.

• 증착: 물리적·화학적 방법으로 기체 상태의 물질을 표면에 얇은 막으로 입히는 코팅 공정이다.
• 청정: 기계적·화학적 방법으로 표면의 기름·산화물 등 오염물을 제거하는 공정이다.
• 도금: 전기화학적 방법 등으로 다른 금속의 층을 표면에 입히는 공정이다.

레이저빔 가공은 에너지 밀도가 매우 높고 대기 중에서 가공할 수 있어, 에너지 밀도가 낮아 고진공이 필수라는 설명이 옳지 않다.

고진공 장비가 필요한 것은 전자가 공기 분자와 충돌해 산란되는 전자빔 가공이다.

• 재료 제거는 집속된 빛에너지로 재료를 용융·기화시켜 이루어진다.
• 열에 의한 가공이므로 금속뿐 아니라 세라믹·플라스틱 등 비금속도 가공할 수 있다.
• 반사도가 낮을수록 빛에너지가 더 많이 흡수되므로 공정효율이 높아진다.

로스트폼 공정은 발포 폴리스티렌 모형을 모래에 묻고 용탕을 부어 모형을 기화시키는 주조법이므로 소성가공이 아니다.

나머지는 모두 금속을 항복시켜 영구 변형으로 형상을 만드는 소성가공이다.

• 벤딩: 판재나 봉재를 굽혀 원하는 각도·곡률로 성형한다.
• 스피닝: 회전하는 소재를 롤러나 공구로 눌러 축대칭 형상으로 성형한다.
• 하이드로포밍: 유체 압력으로 판재나 관재를 금형에 밀어붙여 성형한다.

보링은 공구 또는 공작물의 회전운동으로 절삭하므로 절삭운동의 형태가 다르다.

평삭·형삭·브로칭은 모두 공구와 공작물의 직선 왕복(직선) 운동으로 절삭한다.

• 평삭: 공작물을 실은 테이블이 직선 왕복운동을 한다.
• 형삭: 램에 고정된 공구가 직선 왕복운동을 한다.
• 브로칭: 여러 날을 가진 브로치가 한 번의 직선운동으로 절삭한다.

재결정 온도는 절대온도로 용융점의 약 0.3~0.5배 정도이므로, 용융점의 2배라는 설명이 옳지 않다.

용융점보다 높은 온도에서는 재료가 이미 액체이므로 재결정이 일어날 수 없다.

• 일반적으로 온도가 오르면 강도와 경도는 낮아지고 연성은 커진다.
• 재결정 온도 이하에서 내부응력이 완화되는 회복 단계가 먼저 나타난다.
• 가공경화된 재료를 가열하면 변형이 없는 새 결정립이 생겨 다시 연화된다.

진원심 주조는 내면이 원심력으로 항상 원형이 되지만, 외형은 주형 형상에 따라 육각형·팔각형 등도 만들 수 있으므로 옳지 않다.

원심력은 회전축에 대칭인 내면 형상만 결정하고, 바깥 형상은 주형 공동이 정한다.

• 반원심 주조에서는 모래 주형 같은 소모성 주형도 사용할 수 있다.
• 다이캐스팅은 금형에서 급랭되어 결정립이 미세하고 강도가 높다.
• 셸 주조는 가열한 금형에 열경화성 수지를 섞은 모래를 입혀 얇은 셸 주형을 만들며 주물 표면이 우수하다.

주물 표면이나 바로 아래에 작은 기공이 많이 생긴 결함은 핀홀이며, 샌드블로우는 주형 가스로 생긴 비교적 큰 풍선 모양의 기공이므로 옳지 않다.

샌드블로우는 주형의 통기성이 나쁘거나 수분이 많을 때 발생한 가스가 빠져나가지 못해 생긴다.

• 미스런: 용탕이 주형 공동을 다 채우기 전에 응고된 결함이다.
• 개재물: 모래·슬래그 등의 불순물이 용탕에 말려 들어가 남은 결함이다.
• 수축공동: 응고수축으로 표면이 함몰되거나 내부에 빈 공간이 생긴 결함이다.

최대 압하량은 마찰계수의 제곱과 롤 반지름의 곱에 비례하므로, 마찰력과 롤 반지름이 클수록 커진다.

$d_{\max} = \mu^{2} R$

• 체적 일정 조건에서 두께가 줄어드는 만큼 소재 속도는 입구보다 출구에서 빠르다.
• 중립점은 소재 속도와 롤 표면 속도가 같아지는 지점이다.
• 폭 퍼짐량은 롤 지름·압하량·마찰 등에 따라 달라진다.

이어링은 판재의 평면 이방성 때문에 딥드로잉한 컵의 가장자리가 귀 모양으로 물결치는 결함이므로, 벽 두께를 균일하게 성형한다는 설명은 옳지 않다.

벽 두께를 균일하게 얇게 만드는 공정은 아이어닝이다.

• 정수압압출: 컨테이너 안 유체에 압력을 가해 공작물을 다이로 밀어낸다.
• 스웨이징: 회전하는 해머가 반경 방향으로 타격해 봉·관의 직경을 줄이거나 테이퍼를 만든다.
• 펀칭과 블랭킹: 펀칭은 구멍을 뚫고 남은 부분이, 블랭킹은 잘라낸 부분이 제품이 된다.

콜릿 척은 필요에 따라 착탈하여 쓰는 부속품이므로, 영구적으로 압입하기 위해 주축을 중공으로 한다는 것은 옳지 않다.

주축을 중공축으로 하면 긴 재료를 통과시킬 수 있고 무게 대비 강성이 좋다.

• 긴 봉재를 주축 구멍에 관통시켜 가공할 수 있어 편리하다.
• 주축 테이퍼 구멍에 센터를 끼우고, 뒤쪽에서 봉으로 밀어 빼내기 쉽다.
• 중량이 줄어 베어링에 걸리는 하중이 낮아진다.

절삭유는 마찰과 온도를 낮추고 칩의 응착을 막아 구성인선을 줄이므로, 절삭유 사용을 피한다는 것은 옳지 않다.

구성인선은 칩이 공구 날끝에 응착·퇴적되어 생기므로 응착을 억제하는 조건이 대책이 된다.

• 절삭속도를 높이면 날끝 온도가 올라가 응착물이 붙어 있지 못하고 탈락한다.
• 절삭깊이를 작게 하면 날끝에 걸리는 압력과 접촉 길이가 줄어든다.
• 경사각을 크게 하면 칩이 쉽게 흘러나가 응착이 줄어든다.

숫돌 대신 연마입자 혼합액(랩제)을 쓰고 주철 등으로 만든 랩으로 압력을 가하며 문지르는 공정은 래핑이다.

블록게이지·광학렌즈처럼 매우 높은 치수 정밀도와 평활도가 필요한 부품의 최종 다듬질에 쓰인다.

• 호닝: 연마입자를 결합한 숫돌(혼)을 회전·왕복시켜 구멍 내면을 다듬는다.
• 폴리싱: 연마입자를 부착한 유연한 휠이나 벨트로 표면 광택을 낸다.
• 슈퍼피니싱: 결합 숫돌을 낮은 압력으로 누르며 미세 진동시켜 표면을 다듬는다.

부품 공급기는 로봇 작업을 돕는 주변 장치이지 로봇 자체의 기본 구성 요소가 아니다.

산업용 로봇은 팔에 해당하는 매니퓰레이터, 손에 해당하는 엔드 이펙터, 동작을 지령하는 제어 시스템으로 구성된다.

• 매니퓰레이터: 관절과 링크로 이루어져 위치와 자세를 만드는 기구부이다.
• 엔드 이펙터: 팔 끝에 붙어 실제 작업을 수행하는 그리퍼·공구이다.
• 제어 시스템: 동작 순서와 위치를 지령하고 제어하는 장치이다.

철계 금속과 고온에서 화학적으로 안정하고 경도가 매우 높아 경화강 연삭에 적합한 입자는 입방정질화붕소(CBN)이다.

CBN은 다이아몬드 다음으로 단단하며, 고가이지만 마모가 적어 대량생산에서 치수 정밀도를 오래 유지한다.

• 탄화규소: 주철·비철금속·비금속 연삭에 쓰이며, 경화강 연삭에서는 마모가 크다.
• 알루미나($\mathrm{Al_2O_3}$): 일반 강재 연삭용으로 경도가 CBN보다 훨씬 낮다.
• 다이아몬드: 고온에서 철과 반응(탄소 확산)하므로 철계 금속 가공에 부적합하다.

고온에서 공구의 구성원자가 공작물(칩) 쪽으로 이동해 공구 물성을 약화시키는 마모는 확산마모이다.

절삭온도가 높은 고속 절삭에서 원자 확산이 활발해져 크레이터 마모의 주요 원인이 된다.

• 노치마모: 절삭깊이 경계부에서 국부적으로 홈이 파이는 마모이다.
• 응착마모: 공구와 공작물이 국부적으로 붙었다 떨어지며 공구 입자가 뜯겨 나가는 마모이다.
• 연마마모: 공작물 속 단단한 입자가 공구 표면을 긁어내는 마모이다.

구멍보다 약간 큰 볼을 압입·통과시켜 표면 요철을 소성변형으로 눌러 펴 경면을 만드는 가공은 버니싱이다.

재료를 제거하지 않고 표면을 소성변형시키므로 표면 정밀도와 경도가 함께 향상된다.

• 버핑: 천이나 가죽 휠에 연마제를 묻혀 표면 광택을 내는 가공이다.
• 숏 피닝: 작은 강구를 고속으로 투사해 표면에 압축잔류응력을 주어 피로강도를 높인다.
• 배럴 가공: 회전 용기에 공작물과 연마제를 함께 넣어 마찰로 다듬는다.

센터리스 연삭기로는 나사 연삭, 단이 있는 봉의 외경 연삭, 원통 공작물의 내면 연삭이 모두 가능하다.

센터 구멍 없이 조정숫돌과 받침판으로 공작물을 지지하므로 가늘고 긴 공작물이나 대량생산에 유리하다.

• 나사 연삭: 나사산 형상의 숫돌로 센터리스 나사 연삭을 할 수 있다.
• 단이 있는 봉의 외경 연삭: 통과 이송 대신 전후 이송(플런지) 방식으로 연삭할 수 있다.
• 원통형 공작물의 내면 연삭: 바깥면을 롤로 지지·회전시키는 센터리스 내면 연삭기로 가공할 수 있다.

유연생산시스템은 중간 정도의 생산량과 다양성에 적합하므로, 매우 낮거나 매우 높은 생산속도에 적합하다는 설명은 옳지 않다.

극소량은 독립된 범용·CNC 기계가, 대량은 전용 트랜스퍼 라인이 더 경제적이다.

• 제품이 바뀌어도 프로그램 변경으로 대응하므로 전환 소요시간이 짧다.
• 자동 이송장치로 연결된 여러 가공 셀로 작업장이 구성된다.
• 자재관리시스템과 중앙제어 컴퓨터가 전체 흐름을 제어한다.

공구 경로 계산에는 직선·원호보간 외에도 포물선·나선·스플라인 보간 등이 있으므로, 두 가지 방법만 적용된다는 설명은 옳지 않다.

보간은 주어진 점 사이의 중간 경로를 계산해 여러 축을 동시에 움직이게 하는 기능이다.

• 적응제어는 절삭력 등을 감지해 작업조건을 실시간으로 조정하여 품질을 최적화한다.
• 연속경로제어는 여러 축을 동시에 제어해 공구 경로를 결정한다.
• 점간제어는 이동 경로와 관계없이 지정 위치로만 이동시킨다.

유효 입열을 비에너지로 나누면 용융 체적률이 나오고, 이를 비드 단면적으로 나누면 용접 속도 40 mm/s를 얻는다.

유효 입열: $P = \eta E I = 0.8 \times 25 \times 100 = 2000\ \mathrm{W}$
용융 체적률: $\dfrac{2000\ \mathrm{J/s}}{2.5\ \mathrm{J/mm^3}} = 800\ \mathrm{mm^3/s}$

용접 속도: $v = \dfrac{800\ \mathrm{mm^3/s}}{20\ \mathrm{mm^2}} = 40\ \mathrm{mm/s}$

볼트는 냉간압출 → 냉간헤딩 → 나사전조 순으로 성형한다.

먼저 냉간압출로 몸통 지름을 줄이고, 냉간헤딩으로 머리를 만든 뒤, 마지막에 나사전조로 나사산을 성형한다.

• 나사전조를 먼저 하면 이후 압출·헤딩 과정에서 나사산이 변형·손상된다.
• 헤딩을 압출보다 먼저 하면 머리가 생긴 소재를 다이에 통과시켜 몸통을 줄이기 어렵다.

직교절삭에서 배분력은 주분력(절삭력)에 수직인 성분이며, 전단력에 수직인 성분은 전단면 수직력이므로 옳지 않다.

절삭저항은 기준 방향에 따라 주분력·배분력 쌍과 전단력·전단면 수직력 쌍으로 각각 분해된다.

• 절삭비는 절삭깊이를 칩두께로 나누어 구한다.
• Merchant 관계식 $\phi = 45^\circ + \dfrac{\alpha}{2} - \dfrac{\beta}{2}$ 에서 경사각이 작고 마찰각이 클수록 전단각이 작아진다.
• 칩속도는 $V_c = V \dfrac{\sin\phi}{\cos(\phi - \alpha)}$ 로 절삭속도·전단각·경사각으로 계산한다.

날 1개당 이송량은 테이블 이송속도를 회전수와 날수의 곱으로 나눈 0.05 mm/tooth이다.

공식: $f_z = \dfrac{f}{N Z}$

대입: $f_z = \dfrac{200}{1000 \times 4} = 0.05\ \mathrm{mm/tooth}$
커터 직경과 원주율은 절삭속도 계산에 쓰이는 값으로, 날당 이송량에는 필요하지 않다.

저속절삭에서는 윤활성, 고속절삭에서는 냉각성이 큰 절삭유가 효과적이므로, 이를 반대로 쓴 설명이 옳지 않다.

저속에서는 마찰과 구성인선이 주된 문제이고, 고속에서는 절삭열이 급증해 냉각이 중요해진다.

• 마찰 감소로 발열에 의한 공구마모가 줄어 공구수명이 늘어난다.
• 절삭점 온도를 낮춰 열팽창으로 인한 가공 정밀도 저하를 막는다.
• 칩을 씻어내 칩이 끼어 절삭면이 손상되는 것을 방지한다.