21년 1회차

전단 가공이 아닌 것은 디프드로잉이다.

디프드로잉은 블랭크를 펀치로 다이 안에 밀어 넣어 컵·용기 모양으로 만드는 성형(드로잉) 가공으로, 재료를 잘라내지 않는다.

• 블랭킹: 판재에서 필요한 외형을 따내는 전단 가공이다.
• 랜싱: 판재 일부를 자르면서 동시에 굽혀 올리는 전단 가공이다.
• 트리밍: 성형품 가장자리의 불필요한 부분을 잘라내는 전단 가공이다.

이음매 없는 관 제작에 적당하지 않은 것은 냉간롤성형이다.

롤성형은 띠강을 롤로 차례로 굽혀 관 모양으로 만든 뒤 맞닿은 가장자리를 용접하므로 이음매(용접부)가 있는 관이 된다.

• 진원심주조: 회전하는 주형 안쪽에 용탕을 원심력으로 붙여 굳히므로 코어 없이 이음매 없는 관을 만든다.
• 만네스만 압연: 경사 롤과 플러그로 환봉 중심을 뚫어 이음매 없는 관을 만든다.
• 맨드렐을 이용한 압출: 맨드렐이 내경을 형성하여 이음매 없는 관을 직접 압출한다.

옳은 설명은 폐루프 시스템이 지령 펄스로 기계를 움직이고 검출기가 검출한 위치와 비교해 편차를 피드백한다는 것이다.

폐루프는 테이블에 부착한 리니어 스케일 등으로 기계의 실제 위치를 직접 검출하므로 정밀도가 가장 높다.

• 반폐루프 시스템: 모터나 볼스크루에 단 인코더로 회전각을 검출해 피드백하므로, 검출기와 피드백 장치가 없다는 설명은 틀리다.
• 개루프 시스템의 정밀도: 피드백이 없어 정밀도가 낮으므로 공작기계에 널리 쓰인다는 설명은 틀리다.
• 회전각도를 검출해 테이블 위치를 계산하는 방식: 개루프가 아니라 반폐루프 시스템의 설명이다.

옳지 않은 것은 브로칭이 단인공구를 사용한다는 설명이다.

브로치는 축 방향으로 절삭날이 점점 커지도록 여러 개 배열된 다인공구로, 한 번 통과시키면 황삭부터 정삭까지 끝난다.

• 생산성·공구 가격: 한 행정으로 가공이 끝나 생산성이 높지만 공구 제작이 복잡해 값이 비싸다.
• 표면정도·치수정확도: 마지막 정삭날이 마무리하므로 표면과 치수 정밀도가 우수하다.
• 브로치 구동: 대부분의 브로칭 머신은 브로치를 당기는 인발식이다.

옳은 설명은 열간가공이 재결정온도 이상에서 이루어진다는 것이다.

열간·냉간의 구분 기준은 0 °C 같은 고정 온도가 아니라 금속마다 다른 재결정온도이며, 그보다 높으면 열간, 낮으면 냉간가공이다.

• 치수정확도: 열간가공은 냉각 수축과 산화 스케일 때문에 냉간가공보다 치수정확도가 낮다.
• 필요 동력: 냉간가공은 변형저항이 크고 가공경화가 생겨 열간가공보다 동력이 많이 든다.
• 냉간가공의 온도: 0 °C 이하가 아니라 재결정온도 아래에서 하는 가공이며 보통 상온에서 한다.

옳지 않은 것은 가단주철을 급랭으로 만들며 경도·취성이 크다고 한 설명이다.

급랭으로 생겨 단단하고 취약한 것은 백주철이고, 가단주철은 이 백주철을 장시간 풀림 열처리해 시멘타이트를 분해시켜 연성(가단성)을 준 주철이다.

• 순철의 변태: 상온의 α철, 고온의 γ철, 용융 직전의 δ철로 세 가지 고체 상을 거친다.
• 스테인리스강: 크롬을 함유해 표면에 치밀한 산화크롬 피막이 생겨 내부식성이 높다.
• 회주철: 편상 흑연 때문에 연성이 매우 낮지만 주조성과 진동 흡수성이 좋아 엔진블록 등에 쓰인다.

제시된 설명은 석출경화에 해당한다.

과포화 고용체를 시효시키면 미세한 석출물이 생겨 전위 이동을 막는데, 이것이 시효경화라고도 불리는 석출경화이며 알루미늄 합금 등 비철금속 강화에 널리 쓰인다.

• 표면경화: 침탄·질화·고주파 담금질처럼 표면층만 단단하게 하는 방법이다.
• 변형경화: 소성변형으로 전위 밀도를 높여 강화하는 가공경화이며 석출물과 무관하다.
• 고용체강화: 용질 원자를 고용시켜 격자 변형으로 강화하는 방법으로, 석출이나 시효 과정이 없다.

옳은 설명은 티타늄이 우수한 비강도와 내부식성을 갖는다는 것이다.

티타늄은 강보다 가벼우면서 강도가 높아 비강도가 크고, 표면 산화피막으로 내식성이 뛰어나 항공기·화학설비에 쓰인다.

• 탄소강의 탄소량: 탄소가 늘면 경도는 증가하고 연성은 감소하므로 둘 다 감소한다는 설명은 틀리다.
• 알루미늄: 가벼운 비철금속이지만 열전도성은 높다.
• 순수구리: 전기저항이 낮은 것은 맞지만 열전도성은 매우 높다.

옳지 않은 것은 무른 금속을 작은 입자·무른 등급 숫돌로 연삭한다는 설명이다.

무른 금속은 칩이 숫돌 기공을 메우는 눈메움이 쉬우므로 큰 입자(거친 입도)와 단단한 등급의 숫돌을 쓰는 것이 원칙이다.

• 강의 연삭: 탄화규소는 철과 화학적으로 반응해 마모가 빠르므로 강에는 알루미나계 숫돌을 쓴다.
• 소재제거율: 입자가 크면 한 번에 깎는 깊이가 커서 제거율이 높다.
• 표면 거칠기: 입자가 작을수록 절삭 흔적이 작아 표면이 매끄럽다.

옳지 않은 것은 호빙에서 기어 소재를 치형마다 분할해야 한다는 설명이다.

호빙은 호브와 소재가 웜과 웜기어처럼 연속으로 맞물려 도는 창성 가공이라 별도 분할 없이 모든 이가 연속으로 깎인다. 이마다 분할이 필요한 것은 총형 밀링이다.

• 운동: 호브·소재의 동기 회전과 함께 치폭 방향으로 호브를 이송하는 직선운동이 필요하다.
• 절삭날: 호브의 여러 날이 차례로 소재와 맞물려 치형을 창성한다.
• 생산속도: 분할 없이 연속 가공하므로 총형 밀링보다 생산속도가 높다.

숫돌을 진원으로 바로잡는 공정은 트루잉이다.

트루잉은 다이아몬드 드레서 등으로 숫돌 외형을 깎아 형상과 진원도를 바로잡는 작업이다.

• 드레싱: 무뎌지거나 눈메움된 숫돌 표면을 깎아 새 날을 내는 작업이다.
• 글레이징: 숫돌 입자가 탈락하지 않고 무뎌져 표면이 반들반들해지는 무딤 현상이다.
• 로딩: 칩이 숫돌 기공에 끼어 막히는 눈메움 현상이다.

수축공간에 용탕을 보충하는 저장소는 라이저(압탕)이다.

라이저는 주물보다 늦게 응고하도록 두어 응고 수축분의 용탕을 공급함으로써 수축공 결함을 막는다.

• 코어프린트: 주형 안에서 코어를 지지·고정하는 자리이다.
• 주입구(게이트): 탕도에서 주형 공간으로 용탕이 들어가는 입구이다.
• 탕구: 쇳물받이에서 용탕을 아래로 흘려 보내는 수직 통로이다.

원통 표면에 미끄럼 방지 무늬를 새기는 작업은 널링이다.

널링은 선반에서 널 공구를 회전하는 공작물에 눌러 소성변형으로 빗살·다이아몬드 무늬를 만든다.

• 보링: 이미 뚫린 구멍을 넓히거나 정밀하게 다듬는 가공이다.
• 드릴링: 드릴로 구멍을 뚫는 가공이다.
• 나사절삭: 공구로 나선 홈을 깎아 나사를 만드는 가공이다.

옳지 않은 것은 공작물과의 화학적 반응이 빨라야 한다는 조건이다.

공구가 공작물과 반응하면 확산·용착 마모가 빨라지므로 공구 재료는 화학적 안정성이 높아 반응이 적어야 한다.

• 고온 경도: 절삭열로 뜨거워져도 경도를 유지해야 날이 무뎌지지 않는다.
• 인성: 진동·충격에 날이 깨지지 않도록 인성이 필요하다.
• 마찰계수: 마찰이 작아야 마모와 발열이 줄어든다.

펄스주파수는 축별 이송속도를 BLU로 나눈 값이므로 $f_x$ = 8,000 pulse/s, $f_y$ = 6,000 pulse/s이다.

이송 거리는 $\sqrt{4^2+3^2}=5\,\mathrm{cm}$이고, 1 cm/s로 이송하므로 소요 시간은 5 s이다.

축별 속도: $v_x=\dfrac{4\,\mathrm{cm}}{5\,\mathrm{s}}=0.8\,\mathrm{cm/s}=8000\,\mu\mathrm{m/s}$
$v_y=\dfrac{3\,\mathrm{cm}}{5\,\mathrm{s}}=0.6\,\mathrm{cm/s}=6000\,\mu\mathrm{m/s}$

BLU가 1 μm이므로 펄스 1개가 1 μm 이동에 해당해 $f=\dfrac{v}{\mathrm{BLU}}$로 위 값이 그대로 펄스주파수가 된다.

• 4,000·3,000은 성분비 4 : 3은 맞지만 합성속도가 $\sqrt{4000^2+3000^2}=5000\,\mu\mathrm{m/s}=0.5\,\mathrm{cm/s}$로 이송속도 1 cm/s의 절반이다.
• 5,000·4,000은 성분비가 5 : 4로 A점 방향(4 : 3)과 맞지 않는다.
• 7,000·5,000은 성분비가 7 : 5로 A점 방향(4 : 3)과 맞지 않는다.

옳지 않은 것은 냉각이 느리면 비정질 조직이 생긴다는 설명이다.

비정질 조직은 원자가 결정으로 배열될 시간이 없도록 매우 빠르게 냉각할 때 생기며, 냉각이 느리면 오히려 결정립이 조대해진다.

• 순금속의 응고: 융점이 하나로 분명해 일정 온도에서 응고한다.
• 합금의 응고: 액상선과 고상선 사이의 온도 범위에 걸쳐 응고한다.
• 결정 성장: 주형 벽에서 열이 빠지는 방향을 따라 방위를 갖는 주상정이 자란다.

최소 동력은 약 2.6 kW, 비절삭에너지는 약 1 $\mathrm{N\cdot m/mm^3}$이다.

동력은 주분력과 절삭속도의 곱이다.
$P = F_c v = 1557 \times \dfrac{100}{60} \approx 2595\,\mathrm{W} \approx 2.6\,\mathrm{kW}$
재료제거율은 속도·칩두께·폭의 곱이다.
$Z = v t_0 w = \dfrac{100 \times 10^3}{60} \times 0.5 \times 3.0 = 2500\,\mathrm{mm^3/s}$

비절삭에너지는 동력을 제거율로 나눈 값이다.
$U = \dfrac{P}{Z} = \dfrac{2595\,\mathrm{N\cdot m/s}}{2500\,\mathrm{mm^3/s}} \approx 1.04\,\mathrm{N\cdot m/mm^3}$

• 약 156 kW: 절삭속도를 m/min 그대로 곱해 초당 값으로 바꾸지 않은 결과이다.
• 약 1 $\mathrm{kN\cdot m/mm^3}$: 단위를 1000배 크게 잡은 값이다.

옳지 않은 것은 입자물제트가공이 열을 발생해 열에 민감한 재료에 부적합하다는 설명이다.

물제트가 가공 부위를 계속 식혀 열영향부가 거의 없는 냉간 가공이므로, 오히려 열에 민감한 재료 절단에 적합하다.

• 연삭입자 첨가: 물제트에 연마입자를 섞어 순수 물제트보다 소재제거율을 높인 방식이다.
• 가공 대상: 금속·비금속·복합재료를 다양한 두께로 절단할 수 있다.
• 노즐 재료: 입자에 의한 마모가 심하므로 루비·사파이어·초경계 재료로 노즐 수명을 늘린다.

옳지 않은 것은 초기 길들임 기간 뒤 마모가 급속히 진행된다는 설명이다.

공구 마모는 초기 마모 후 완만하고 일정한 정상 마모 구간을 거쳐 수명 말기에 급속 마모로 진행되므로, 길들임 직후에는 마모가 천천히 진행된다.

• 취성파괴: 절삭력이 과대하면 날끝이 깨지는 치핑·파손이 일어난다.
• 소성변형: 절삭온도가 지나치면 공구 날이 연화되어 날끝이 뭉개진다.
• 점진적 마멸: 마모 진행을 예측해 교체 시점을 관리할 수 있으므로 바람직한 파손 형태이다.

옳지 않은 것은 보링바를 유연한 재질로 골라야 한다는 설명이다.

보링바는 길게 돌출되어 휨과 채터 진동이 생기기 쉬우므로 초경처럼 강성이 높은 재질을 쓰거나 감쇠 장치를 단다.

• 보링작업: 이미 뚫린 구멍을 더 정밀한 치수와 형태로 넓히는 가공이다.
• 보링머신: 수평형·수직형이 있으며 선삭·면삭·그루빙·모따기 등 다양한 작업이 가능하다.
• 수직보링머신: 크고 무거우며 길이에 비해 지름이 큰 공작물 가공에 쓰인다.

공구 마모가 가장 적은 것은 전해가공이다.

전해가공은 공구(음극)와 공작물(양극) 사이 전해액에서 공작물만 양극 용해되고, 공구는 접촉·방전이 없어 거의 마모되지 않는다.

• 초음파가공: 공구가 진동하며 연마입자를 때리므로 공구도 함께 마모된다.
• 방전가공: 방전 시 전극(공구)도 소모되어 전극 마모를 보정해야 한다.
• 선삭: 공구가 공작물과 직접 접촉해 절삭하므로 마모가 불가피하다.

옳지 않은 것은 산화를 박막을 화학적으로 제거하는 공정이라고 한 설명이다.

박막을 선택적으로 제거하는 공정은 식각(에칭)이고, 산화는 실리콘 표면에 산화막을 성장시키는 공정이다.

• 클린룸 등급: 단위 부피당 허용 입자 수로 정하므로 클래스 숫자가 작을수록 청정하다.
• 화학기계적연마: 화학 작용과 기계적 연마를 함께 써서 웨이퍼 표면 결함을 제거하고 평탄화한다.
• 스퍼터링: 진공에서 이온이 타깃을 때려 튀어나온 원자를 웨이퍼에 증착하는 금속 증착법이다.

분말 재료를 쓰는 것은 레이저선별소결(SLS)이다.

SLS는 얇게 깐 분말층을 레이저로 선택적으로 소결하며 한 층씩 쌓는다.

• 융해용착모델링: 열가소성 필라멘트(선재)를 녹여 압출한다.
• 스테레오리소그래피: 액상 광경화성 수지를 레이저로 굳힌다.
• 폴리젯: 액상 광경화성 수지를 잉크젯으로 분사하고 자외선으로 굳힌다.

영구주형을 쓰는 공정은 스퀴즈 주조, 원심주조, 다이캐스팅이다.

세 공정은 모두 금속 주형을 반복 사용하며, 스퀴즈 주조는 금형 안 용탕에 압력을 가하고, 원심주조는 회전 금형을, 다이캐스팅은 고압 주입용 금형을 쓴다.

• 셸 주조: 수지 결합 모래로 만든 얇은 셸 주형을 주조 후 부수는 소모성 주형이다.
• 로스트폼 주조: 발포 폴리스티렌 모형을 모래에 묻고 용탕으로 기화시키는 소모성 모형 공정이다.
• 인베스트먼트 주조: 왁스 모형에 세라믹을 입혀 만든 주형을 깨서 제품을 꺼내는 소모성 주형이다.

옳지 않은 것은 연속형 칩이 절삭속도와 경사각이 작을 때 주로 생긴다는 설명이다.

연속형 칩은 연성 재료를 높은 절삭속도와 큰 경사각으로 깎을 때 주로 생기며 표면정도가 양호하다.

• 구성인선: 공작물 재료가 날끝에 층상으로 용착된 것으로, 절삭속도와 경사각을 키우면 줄어든다.
• 톱니형 칩: 티타늄처럼 열전도도가 낮은 재료에서 전단 집중 영역과 약한 영역이 반복되는 반연속형 칩이다.
• 불연속형 칩: 취성 재료나 개재물이 많은 재료에서 마디가 끊어지거나 약하게 이어진 칩이다.