16년 1회차

금속의 소성변형을 이용하는 가공법은 단조(forging)이다.

단조는 가열하거나 상온의 금속에 해머·프레스로 압력을 가해 영구변형(소성변형)시켜 원하는 형상을 만드는 소성가공이다.

• 연삭: 숫돌 입자로 표면을 깎아 내는 절삭(제거)가공이다.
• 용접: 접합부를 녹이거나 가압해 두 재료를 붙이는 접합가공이다.
• 래핑: 랩과 미세 입자로 표면을 다듬는 정밀 입자가공이다.

가스용접의 가연성 가스로 적합하지 않은 것은 이산화탄소이다.

이산화탄소는 더 이상 타지 않는 불연성 가스라 연료가 될 수 없고, 오히려 아크용접의 보호가스($\mathrm{CO_2}$ 용접)로 쓰인다.

• 수소: 타면서 열을 내는 가연성 가스로 산소-수소 용접에 쓰인다.
• 프로판: 가연성 가스로 가스 절단·가열에 많이 쓰인다.
• 아세틸렌: 산소와 함께 가장 높은 불꽃 온도를 내는 대표적 가연성 가스이다.

모듈은 피치원 지름을 잇수로 나눈 값이므로 2가 된다.

공식: $m=\dfrac{D}{z}$ (D: 피치원 지름, z: 잇수)

대입: $m=\dfrac{48\ \mathrm{mm}}{24}=2\ \mathrm{mm}$이며, 모듈이 클수록 이의 크기가 크다.

• 0.5는 잇수를 지름으로 나눈 값으로, 공식을 거꾸로 적용한 것이다.
• 1,152는 지름과 잇수를 곱한 값으로, 모듈의 정의와 무관하다.

설명에 해당하는 펌프는 베인펌프(vane pump)이다.

편심 회전자의 홈에 끼운 판 모양의 깃(베인)이 원심력·스프링 힘으로 케이싱 벽에 밀착된 채 회전하며 유체를 밀어 보내는 회전식 용적형 펌프이다.

• 기어펌프: 맞물린 두 기어의 이 사이 공간으로 유체를 운반한다.
• 원심펌프: 회전 임펠러의 원심력으로 유체에 속도·압력 에너지를 준다.
• 왕복펌프: 피스톤·플런저의 왕복운동으로 유체를 흡입·토출한다.

옳은 설명은 인장시험으로 연신율을 구할 수 있다는 것이다.

인장시험에서는 하중-변형 관계로부터 항복강도·인장강도와 함께 파단 후 늘어난 길이로 연신율, 단면 감소로 단면수축률을 구한다.

• 인장시험에서 최대하중을 처음 단면적으로 나눈 값은 압축강도가 아니라 인장강도이다.
• Hv는 비커스 경도의 기호이고, 브리넬 경도는 HB(HBW)로 표시한다.
• 추를 낙하시켜 반발 높이로 경도를 재는 것은 쇼어 경도시험이다.

동력을 전달하며 속도를 변환하는 요소는 기어, 체인과 스프로킷 휠, 벨트와 풀리, 마찰차이다.

이들은 원동축의 회전을 종동축에 전하면서 지름(잇수) 비에 따라 회전속도를 바꾸는 전동요소이다.

• 볼트와 너트: 부품을 죄어 고정하는 체결요소이다.
• 리벳: 판재를 영구적으로 결합하는 체결요소이다.
• 스프링: 충격 흡수·에너지 저장용 완충요소이다.
• 브레이크: 운동을 감속·정지시키는 제동요소이다.

바르게 연결되지 않은 것은 인발 － 기어이다.

인발은 소재를 다이 구멍으로 잡아당겨 단면을 줄이는 가공으로, 선재·봉재·관을 만드는 데 쓰이며 기어 제작과는 거리가 멀다.

• 압출: 소재를 다이 구멍으로 밀어내 환봉·관·형재를 만든다.
• 전조: 다이 사이에서 굴려 나사·기어 등을 소성변형으로 성형한다.
• 압연: 회전 롤 사이를 통과시켜 판재·레일·형강을 만든다.

센터리스 연삭의 장점으로 옳지 않은 것은 지름이 크거나 무거운 공작물에 적합하다는 설명이다.

센터리스 연삭은 공작물을 받침판과 조정숫돌로 지지하므로 가늘고 긴 소형 공작물의 대량 연삭에 알맞고, 크고 무거운 공작물은 지지가 어려워 적합하지 않다.

• 센터로 지지하지 않으므로 센터 구멍을 뚫을 필요가 없다.
• 속이 빈 원통도 지지할 수 있어 내면 연삭이 가능하다.
• 공작물을 연속 이송(통과이송)할 수 있어 생산속도가 높다.

겹치기 이음에서 하중은 두 판의 접합면에서 리벳을 자르려는 방향으로 작용하므로, 각 리벳에는 전단응력이 40 $N/mm^{2}$ 크기로 생긴다.

그림의 리벳은 2개이고 한 접합면에서 잘리는 1면 전단이다. 리벳 1개의 단면적은 $A=\dfrac{\pi d^2}{4}=\dfrac{3\times 5^2}{4}=18.75\ \mathrm{mm^2}$이다.

전단응력은 $\tau=\dfrac{P}{nA}=\dfrac{1500}{2\times 18.75}=40\ \mathrm{N/mm^2}$이다.

• 인장응력, 80 — 리벳은 축 방향으로 당겨지지 않으므로 인장이 아니며, 80은 리벳 1개가 하중 전부를 받는다고 본 값이다.
• 전단응력, 80 — 응력 종류는 맞지만 리벳 2개가 하중을 나눠 받는다는 점을 빠뜨린 값이다.
• 인장응력, 40 — 크기는 맞지만 하중이 리벳 단면을 가로질러 작용하므로 응력 종류가 틀렸다.

가압수형 경수로(PWR)는 고온·고압의 1차 냉각수를 순환시켜 증기 발생기에서 2차 계통의 증기를 만든다.

1차 냉각수는 높은 압력으로 끓지 않게 유지되고, 열만 증기 발생기를 통해 2차 계통에 전달되므로 터빈 쪽 증기는 방사능에 오염되지 않는다.

• 원자로 안에서 물을 직접 끓여 증기를 만드는 방식은 비등수형 경수로(BWR)이다.
• 천연 우라늄·흑연 감속재·이산화탄소 냉각재를 쓰는 것은 가스냉각로이다.
• 1차·2차 계통이 분리되어 있어 비등수형보다 방사능 오염 위험이 오히려 작다.

설명에 해당하는 기계요소는 캠(cam)이다.

캠은 특수한 윤곽의 원동절이 회전·직선운동하면 접촉한 종동절이 왕복 직선운동이나 왕복 각운동을 하게 하며, 내연기관의 밸브 개폐 기구가 대표적 예이다.

• 마찰차: 두 바퀴의 마찰력으로 회전운동을 그대로 전달한다.
• 체인과 스프로킷 휠: 체인이 이에 걸려 회전운동을 전달한다.
• 벨트와 풀리: 벨트의 마찰로 떨어진 축 사이에 회전운동을 전달한다.

변태점 이상으로 가열·유지한 뒤 물이나 기름에 급랭하는 열처리는 담금질(quenching)이다.

오스테나이트 상태에서 급랭하면 단단한 마텐자이트 조직이 생겨 경도와 강도가 크게 높아진다.

• 뜨임: 담금질한 강을 변태점 아래로 다시 가열해 인성을 회복시킨다.
• 풀림: 가열 후 노 안에서 서서히 냉각해 재질을 연하게 하고 내부응력을 없앤다.
• 불림: 가열 후 공기 중에서 냉각해 조직을 미세·균일하게 만든다.

공작물의 회전운동으로 절삭이 이루어지는 공작기계는 선반(lathe)이다.

선반은 주축에 물린 공작물이 회전하고 바이트가 이송하며 원통면·단면·나사 등을 가공한다.

• 드릴링 머신: 공구(드릴)가 회전하며 구멍을 뚫는다.
• 플레이너: 공작물을 실은 테이블이 직선 왕복하며 평면을 깎는다.
• 프레스: 절삭이 아니라 압력으로 전단·성형하는 기계이다.

유압 잭의 원리는 파스칼의 원리이다.

밀폐된 유체에 가한 압력은 모든 방향으로 같은 크기로 전달되므로, 작은 피스톤에 준 힘이 단면적 비만큼 커져 큰 피스톤에서 무거운 물체를 들어 올린다.

• 보일의 법칙: 온도가 일정할 때 기체의 압력과 부피가 반비례한다는 법칙이다.
• 샤를의 법칙: 압력이 일정할 때 기체의 부피가 절대온도에 비례한다는 법칙이다.
• 보일·샤를의 법칙: 기체의 압력·부피·온도 관계를 합친 것으로 비압축성 유체 잭과 무관하다.

옳은 설명은 형상측정의 종류(진원도·원통도·진직도·평면도)와 3차원 측정기의 좌표 검출에 관한 것이다.

형상측정은 기하공차 중 모양 공차를 재는 것이고, 3차원 측정기는 프로브로 측정점의 좌표를 읽어 크기·위치·방향을 계산한다.

• 게이지 블록은 길이의 기준(표준)이고 마이크로미터는 직접 측정기이므로 비교 측정기 예시로 틀리다.
• 사인 바는 계산으로 각도를 구하는 간접 측정기, 다이얼 게이지는 비교 측정기이므로 직접 측정기 예시로 틀리다.

옳지 않은 설명은 눈메움·눈무딤 입자를 제거해 새 입자를 내는 것을 버핑이라 한다는 내용이다.

숫돌 표면의 무뎌지거나 막힌 입자를 깎아 새 날을 내는 작업은 드레싱(dressing)이고, 버핑은 천·가죽 바퀴로 광택을 내는 연마 작업이다.

• 결합도가 너무 높으면 무뎌진 입자가 떨어지지 않아 눈무딤이 생길 수 있다.
• 결합도가 높은 숫돌로 연한 금속을 깎으면 칩이 기공을 막아 눈메움이 생길 수 있다.
• 결합도가 낮으면 입자가 마모되기 전에 쉽게 탈락할 수 있다.

옳지 않은 설명은 나비볼트를 두 물체 사이 간격 유지용 볼트로 설명한 것이다.

나비볼트는 머리가 나비 날개 모양이라 공구 없이 손으로 죄고 풀 수 있는 볼트이며, 간격을 유지하며 체결하는 볼트는 스테이볼트이다.

• 아이볼트: 머리부의 고리에 훅·핀을 걸어 물체를 들어 올릴 때 쓴다.
• 기초볼트: 기계·구조물을 콘크리트 기초에 고정한다.
• T볼트: 공작기계 테이블의 T홈에 끼워 일감·바이스를 고정한다.

옳은 설명은 안전율이 너무 크면 안전성은 좋지만 경제성이 떨어진다는 것이다.

안전율은 $S=\dfrac{\sigma_{s}}{\sigma_{a}}$ (기준강도/허용응력)로 항상 1보다 크게 잡으며, 클수록 재료가 많이 들어 무겁고 비싸진다.

• 안전율은 강도의 비이므로 마이너스 값을 취하지 않는다.
• 기준강도 100 MPa, 허용응력 1,000 MPa이면 $S=\dfrac{100}{1000}=0.1$이 되어 10이 아니다.
• 안전율이 1보다 작으면 허용응력이 기준강도를 넘어 파손 위험이 커진다.

옳은 설명은 침투 탐상시험에 관한 것으로, 침투액을 표면 결함에 스며들게 한 뒤 현상액으로 결함을 드러낸다.

침투 탐상은 표면에 열린 결함만 검출할 수 있으며 재료의 자성 여부와 관계없이 적용된다.

• 초음파 탐상시험은 표면뿐 아니라 내부 결함 검출에 주로 쓰인다.
• 자분 탐상시험은 강자성체의 표면 및 표면 바로 아래 결함을 검사한다.
• 방사선 투과시험은 가시광선이 아니라 X선·γ선을 투과시켜 내부 결함을 찾는다.

옳은 설명은 충격에 약하고 소성가공이 안 됨, 회주철의 진동 흡수성, 탄소 함유량 2.5~4.5 % 정도에 관한 것이다.

주철은 탄소가 많아 취성이 크므로 단조 등 소성가공이 어렵고, 회주철은 흑연이 진동을 흡수해 공작기계 베드 등에 쓰인다.

• 주철은 탄소강보다 용융점이 낮고 유동성이 좋아 주조가 쉬우므로, 용융점이 높다는 설명은 틀리다.
• 쇳물을 금형에 넣어 표면만 급랭·경화시킨 것은 칠드주철이고, 가단주철은 백주철을 열처리해 인성을 준 주철이다.