[9급 지방직 기계일반] 18년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

연성과 전성을 이용하는 소성가공에 해당하는 것은 자유단조, 굽힘가공, 압연가공이므로 ㄱ, ㄷ, ㅁ이 맞다.
소성가공은 재료를 깎아내지 않고 외력으로 영구 변형시켜 형상을 만든다. 반면 절삭가공은 공구로 칩을 깎아내며 재료를 제거하므로 연성·전성을 이용한 가공이 아니다.
구멍뚫기(드릴링): 드릴로 칩을 깎아내는 절삭가공이다.
밀링가공: 회전하는 다인 공구로 재료를 제거하는 절삭가공이다.
선삭가공: 선반에서 바이트로 공작물을 깎는 절삭가공이다.

여러 공구를 자동공구교환장치(ATC)로 바꿔 가며 구멍가공·보링·평면·윤곽가공을 한 번의 고정으로 처리하는 기계는 머시닝 센터이다.
머시닝 센터는 CNC 밀링을 기반으로 공구 매거진과 ATC를 갖춘 복합 공작기계로, 공정마다 기계를 옮기지 않아 가공 정밀도와 생산성이 높다.
선반: 공작물을 회전시켜 원통면·나사 등을 깎는 기계로 ATC 기반 다공정 가공기와는 다르다.
밀링 머신: 평면·윤곽가공은 가능하지만 범용기는 공구를 수동 교환한다.
드릴링 머신: 구멍 뚫기 위주이며 평면·윤곽가공에는 적합하지 않다.

주물을 급랭하면 부위별 온도 차가 커져 오히려 열응력이 커지므로, 빨리 냉각해 열응력을 막는다는 설명이 옳지 않다.
주물 균열은 두께·온도 차이로 수축 시기가 달라 생기는 열응력이 원인이므로, 냉각을 균일하고 서서히 하는 것이 대책이다.
각 부의 온도 차이를 작게 하면 수축 차이가 줄어 열응력이 감소한다.
두께 변화를 작게 하면 냉각 속도가 고르게 되어 균열이 줄어든다.
각진 부분을 둥글게 하면 응력집중이 완화된다.

잇줄이 축에 대해 비스듬한 헬리컬 기어는 맞물림 하중이 축방향 성분을 가져 추력(thrust)이 발생한다.
그래서 헬리컬 기어에는 스러스트 베어링을 쓰거나, 비틀림 방향이 반대인 한 쌍을 묶은 더블 헬리컬(헤링본) 기어로 추력을 상쇄한다.
스퍼 기어: 잇줄이 축과 평행해 축방향 추력이 생기지 않는다.
전위 기어: 언더컷 방지 등을 위해 기준 랙의 위치를 옮겨 깎은 기어로, 전위 자체는 축방향 추력과 무관하다.
래크와 피니언: 직선 잇줄의 래크와 평기어 맞물림이라 축방향 추력이 생기지 않는다.

제시된 다섯 가지 모두 공장자동화(FA)의 구성요소이므로 ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ을 모두 고른 것이 맞다.
공장자동화는 설계·가공·물류·조립을 컴퓨터로 통합 제어하는 체계로, 각 요소가 설계-가공-운반-저장의 한 단계를 맡는다.
CAD/CAM: 컴퓨터로 설계하고 그 데이터로 가공 프로그램을 만드는 설계·생산 자동화 요소이다.
CNC 공작기계: 컴퓨터 수치제어로 가공을 자동 수행하는 핵심 가공 설비이다.
무인 반송차(AGV): 공정 간 자재를 자동으로 운반하는 물류 요소이다.
산업용 로봇과 자동창고: 각각 공작물 취급·조립과 자재의 자동 입출고·보관을 담당한다.

점탄성은 시간에 따른 변형·응력 변화를 보는 성질이라 정적인장시험으로는 구할 수 없다.
점탄성 거동은 크리프 시험이나 응력이완 시험처럼 하중·변형을 일정 시간 유지하는 시험으로 평가한다.
변형경화지수: 진응력-진변형률 곡선의 소성 구간을 근사해 구한다.
인장강도: 최대하중을 원단면적으로 나누어 구한다.
인성: 응력-변형률 곡선 아래 면적(파단까지 흡수 에너지)으로 평가한다.

뜨임은 담금질로 취약해진 강의 인성을 회복(증가)시키는 처리이므로, 인성이 감소한다는 설명이 옳지 않다.
담금질한 마텐자이트는 단단하지만 취성이 크고 잔류응력이 있어, 변태점 이하로 재가열해 경도를 약간 희생하고 인성을 높인다.
담금질: 급랭으로 마텐자이트가 생겨 경도가 증가한다.
풀림: 서랭으로 조직을 연화시켜 연성이 증가한다.
불림: 공랭으로 결정립이 미세화되어 강도가 증가한다.

공압 기기의 장점은 구조가 간단하고 취급이 용이하다는 점이다.
공기는 어디서나 얻을 수 있고 누설돼도 오염이 적으며 회수 배관이 필요 없지만, 압축성 때문에 정밀 제어와 큰 출력에는 불리하다.
정확한 위치제어: 공기의 압축성 때문에 위치 정밀도가 낮아 유압보다 불리하다.
대용량 적합: 사용압력이 낮아 큰 힘을 내기 어렵고 효율도 낮다.
균일한 작업속도: 부하가 변하면 공기가 압축·팽창해 속도가 일정하지 않다.

금속·세라믹 분말을 레이저로 소결하는 선택적 레이저 소결법(SLS)이 같은 형상에서 가장 높은 강도의 제품을 얻는다.
나머지 적층법은 광경화 수지·열가소성 수지·종이 등 강도가 낮은 재료를 쓰거나 층간 결합이 약하다.
광조형법(SLA): 액상 광경화성 수지를 자외선으로 굳혀 강도가 낮다.
융해용착법(FDM): 열가소성 수지 필라멘트를 녹여 쌓아 층간 결합이 약하다.
박판적층법(LOM): 종이·필름 등 얇은 판을 접착해 쌓아 강도가 낮다.

절삭속도를 높이면 단위 시간 제거량이 늘어 능률은 향상되지만, 절삭온도가 올라가 공구수명이 줄어든다.
테일러 공구수명식에서도 절삭속도가 클수록 공구수명은 짧아진다.
절삭유 사용: 냉각·윤활 작용으로 구성인선을 억제해 표면거칠기가 오히려 좋아진다.
절삭깊이 증가: 절삭저항이 커져 절삭온도가 올라가고 공구수명이 줄어든다.
표면거칠기 영향 인자: 절삭속도·절삭깊이·이송, 공구와 공작물 재질에 따라 달라진다.

튜브 소재를 금형 안에 넣고 내부에 유체압력을 가해 금형 형상대로 부풀려 성형하는 작업은 하이드로 포밍(hydroforming)이다.
하이드로 포밍은 용접 이음 없이 복잡한 단면의 중공 부품을 일체로 만들 수 있어 자동차 차체 프레임·배기 부품 등에 널리 쓰인다.
아이어닝: 딥드로잉한 용기의 벽을 펀치와 다이 사이로 통과시켜 두께를 얇고 균일하게 하는 가공이다.
엠보싱: 얇은 판에 요철 무늬를 내는 프레스 가공으로 유체압력을 쓰지 않는다.
스피닝: 회전하는 형에 판재를 대고 롤러·스틱으로 눌러 축대칭 형상을 만드는 가공이다.

열간압연은 재결정온도 이상에서 가공해 조직이 재결정되므로 이방성이 거의 없으며, 이방성이 나타나는 쪽은 냉간압연판이다.
냉간압연은 결정립이 압연 방향으로 늘어나 집합조직이 생기므로, 디프드로잉 등 2차 가공에서 귀생김(earing) 같은 이방성 문제에 주의해야 한다.
큰 변형량: 열간에서는 변형저항이 작아 큰 변형이 쉬우므로 열간압연을 쓴다.
냉간압연의 강도: 재결정온도 이하에서 가공경화가 일어나 강한 제품을 얻는다.
냉간압연의 정밀도: 산화 스케일이 없어 치수가 정확하고 표면이 깨끗해 마무리 작업에 쓴다.

4행정 사이클 기관은 크랭크축 2회전에 1사이클이고 사이클마다 흡기 밸브가 한 번 열리므로, 12회전 동안 6회 열린다.
사이클 수 $=\dfrac{12}{2}=6$
흡입·압축·폭발·배기 4행정이 피스톤 왕복 2회, 즉 크랭크축 2회전에 걸쳐 이루어지며 흡기 밸브는 흡입 행정에서만 열린다.

관통 볼트·묻힘 키·플랜지 너트·분할 핀은 모두 부품을 서로 고정하는 결합용 기계요소이다.
나머지 묶음에는 동력을 전달하거나 제동·완충하는 전동·제어용 요소가 섞여 있다.
삼각나사·플랜지와 함께 묶인 묶음: 유체 커플링은 축이음(전동), 롤러 체인은 감아걸기 전동요소이다.
스플라인과 함께 묶인 묶음: 드럼 브레이크는 제동, 공기 스프링은 완충, 웜 기어는 전동요소이다.
스터드 볼트·테이퍼 핀과 함께 묶인 묶음: 전자 클러치는 축이음, 원추 마찰차는 마찰 전동요소이다.

작용 응력은 60 MPa이고 기준강도를 이 값으로 나눈 안전계수는 4이다.
단면적: $A=30\times 20=600\ \mathrm{mm^2}$
응력: $\sigma=\dfrac{P}{A}=\dfrac{36000\ \mathrm{N}}{600\ \mathrm{mm^2}}=60\ \mathrm{N/mm^2}=60\ \mathrm{MPa}$
안전계수: $S=\dfrac{\sigma_{s}}{\sigma}=\dfrac{240}{60}=4$ (길이 60mm는 계산에 쓰이지 않는다)

용융 주철에 Mg, Ce, Ca 등을 첨가해 흑연을 구 모양으로 만든 것은 구상 흑연 주철이다.
흑연이 편상일 때는 끝이 날카로워 응력집중으로 취성이 크지만, 흑연을 구상화하면 응력집중이 줄어 인성과 연성이 크게 향상되므로 크랭크축·캠축 같은 강도 부품에 쓰인다.
백심 가단 주철: 백주철을 산화성 분위기에서 장시간 풀림해 표면을 탈탄시킨 것으로, 용탕에 첨가제를 넣는 방식이 아니다.
흑심 가단 주철: 백주철을 풀림해 시멘타이트를 뜨임탄소로 분해시킨 것으로 역시 열처리로 얻는다.
칠드 주철: 주형 일부에 금형(칠러)을 대어 급랭시켜 표면만 단단한 백주철 조직으로 만든 것이다.

절삭속도를 느리게 하는 것은 절삭유를 대신해 냉각·윤활을 해 주는 수단이 아니라 단순히 가공능률을 떨어뜨리는 조건 변경일 뿐이므로, 절삭유 최소화 가공방법으로 옳지 않다.
친환경 가공은 절삭유를 없애거나 극소량만 쓰면서 냉각·윤활 기능을 다른 수단으로 대신하는 방식이다.
건절삭(dry cutting): 절삭유를 전혀 쓰지 않는 방식이다.
공기-절삭유 미세 분무: 극소량 윤활(MQL)로 절삭유 사용량을 크게 줄인다.
액체질소 분사: 극저온 냉각(cryogenic machining)으로 절삭유 없이 냉각하며 질소는 증발해 잔류물이 없다.

플라이휠은 에너지를 비축하고 구동력을 일정하게 유지하기 위해 사용되므로 ㄴ, ㄹ이 맞다.
플라이휠은 큰 관성모멘트를 가진 회전체로, 토크가 남을 때 운동에너지를 저장했다가 부족할 때 방출해 기관의 회전 속도 변동을 줄인다.
회전모멘트 증대: 토크를 키우는 것은 기어 감속 등의 역할이며 플라이휠은 토크 변동을 평활화할 뿐이다.
회전방향 변경: 역전 기어 등이 하는 일로 플라이휠과 무관하다.
속도 변화 유발: 플라이휠은 오히려 속도 변화를 억제하는 장치이다.

STS304L은 STS304의 탄소량을 낮춘 강으로, 용접 시 크롬탄화물 석출(예민화)이 줄어 용접성과 내식성이 우수하다.
오스테나이트계 스테인리스강은 면심입방(FCC) 구조로 비자성이며 가공성과 내식성이 좋다.
STS316: 알루미늄이 아니라 몰리브덴(Mo)을 첨가해 내해수성·내공식성을 높인 강이다.
STS304의 자성: 크롬 18%·니켈 8% 계열의 오스테나이트 조직이라 일반적으로 자성이 없다.
STS304·STS316의 결정구조: 체심입방이 아니라 면심입방이며 가공성도 좋은 편이다.

전자 빔 용접법은 진공 중에서 고밀도 에너지를 좁게 집중시켜 열영향부가 매우 작으므로 모재의 열변형이 가장 적다.
입열이 좁고 깊게 들어가 에너지 밀도가 높을수록 모재 전체에 가해지는 열이 적어 변형이 줄어든다.
가스 용접법: 에너지 밀도가 낮아 넓은 범위가 가열되므로 열변형이 가장 크다.
서브머지드 아크 용접법: 대전류로 입열량이 많아 열변형이 크다.
플라즈마 용접법: 아크보다 집중도는 높지만 전자 빔보다는 에너지 밀도가 낮다.