[7급 국가직 기계공작법] 26년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

압출은 절삭가공이 아니라 소성가공이므로, 선삭·밀링과 함께 절삭가공으로 묶은 설명이 옳지 않다.
절삭가공은 공구로 칩을 깎아 내는 공정(선삭·밀링·드릴링 등)이고, 압출은 소재를 다이 구멍으로 밀어내 단면 형상을 만드는 칩 없는 변형 공정이다.
가공 방법에 소성가공·절삭가공 등이 있다는 설명은 옳다.
3D 프린팅(적층제조)은 금속 분말을 레이저로 융합하는 방식 등으로 금속 제품 제조가 가능하다.
원재료에 열·외력을 가해 원하는 모양으로 만드는 것은 기계공작법의 정의에 해당한다.

반도체용 실리콘 단결정 잉곳은 결정 인상법(초크랄스키법)으로 성장시킨다.
용융 실리콘에 종자 결정(seed)을 담갔다가 회전시키며 천천히 끌어올리면, 종자의 결정 방위를 따라 단결정이 성장한다.
원심주조는 회전하는 주형의 원심력으로 관·링 등 중공 주물을 만드는 공정이다.
다이캐스팅은 금형에 용탕을 고압으로 주입하는 대량생산용 주조법이다.
진공주조는 진공 분위기로 가스 혼입을 줄이는 주조법으로, 단결정 성장 공정이 아니다.

응고 시 급랭하면 부위별 냉각 차이로 열응력이 커져 균열이 오히려 늘어나므로 옳지 않다.
균열을 줄이려면 두께를 고르게 설계하고 서랭·균일 냉각으로 부위 간 수축 차이를 줄여야 한다.
주형 가스를 잘 배출시키면 기공(블로홀)을 방지할 수 있다.
용융금속의 불순물을 막으면 개재물 결함이 줄어든다.
모서리를 둥글게 설계하면 불균일 수축과 응력 집중이 완화된다.

굽힘은 얇은 판을 다루는 판재 성형(sheet metal forming) 공정으로, 용적 변형 공정이 아니다.
용적 변형은 두께에 비해 표면적이 크지 않은 덩어리 소재(빌릿·봉 등)의 단면 형상을 크게 바꾸는 공정이다.
단조는 해머·프레스로 덩어리 소재를 압축해 성형하는 용적 변형 공정이다.
압연은 회전 롤 사이로 소재를 통과시켜 두께를 줄이는 용적 변형 공정이다.
인발은 다이를 통해 소재를 잡아당겨 단면을 줄이는 용적 변형 공정이다.

워터 제트는 분진·열·유해가스 발생이 적어 작업환경 개선에 적합하므로, 적합하지 않다는 설명이 옳지 않다.
고압의 물(또는 연마재 혼합수) 분류로 절단하는 비열(非熱) 가공이라 열변형과 공구 마모가 없다.
열이 거의 발생하지 않아 열에 민감한 재료 가공에 적합하다.
절삭력·열에 의한 절단면 찌그러짐이나 변형이 작다.
절단 폭(커프)이 좁아 재료 손실이 적으므로 고가 재료에 유리하다.

주축의 공구를 자동으로 교환하는 장치는 ATC(Automatic Tool Changer)이다.
ATC 는 교환 암 등으로 주축의 공구와 공구 매거진의 다음 공구를 맞바꿔 비절삭 시간을 줄인다.
APC(Automatic Pallet Changer)는 공작물을 고정한 팰릿을 자동 교환하는 장치이다.
CNC 는 컴퓨터 수치제어 방식 자체를 가리키며 공구 교환 장치가 아니다.
Tool Magazine 은 여러 공구를 저장해 두는 장치로, 교환 동작 자체는 ATC 가 수행한다.

눈무딤(glazing)은 마멸된 입자가 탈락하지 못해 숫돌 표면이 매끈하게 무뎌진 상태이므로, 입자가 탈락·파손되어 돌출된 상태라는 설명이 옳지 않다.
무딘 입자가 떨어져 나가고 새 날이 드러나는 것은 자생작용에 해당하며, 눈무딤은 결합도가 너무 높을 때 자생작용이 일어나지 않아 생긴다.
결합도가 연하면 입자가 쉽게 떨어져 나가는 입자 탈락이 발생한다.
눈메움은 기공에 칩이 메워져 절삭성이 떨어지는 현상이다.
자생작용은 무디어진 날이 탈락하며 새 날로 바뀌는 현상이다.

공구 여유면과 공작물 가공면 사이의 간섭·마찰을 막는 각은 여유각(relief angle)이다.
여유각이 너무 작으면 여유면이 가공면에 비벼 마찰·마모가 커지고, 너무 크면 날 끝 강도가 약해진다.
경사각은 칩이 흘러나가는 경사면의 기울기로, 절삭력과 칩 생성에 영향을 준다.
선단각은 드릴 날 끝의 꼭지각처럼 두 절삭날이 이루는 각이다.
절삭날각은 절삭날의 방향(위치)을 나타내는 각으로, 칩 두께·배분력 방향에 관계한다.

(가)는 공작물 나사의 단위길이 당 산수, (나)는 리드 스크류의 피치이다.
단위길이 당 산수는 피치의 역수이므로, 리드 스크류 피치를 $p_L$, 공작물 피치를 $p_W$ 라 하면 양변이 모두 $p_W/p_L$ 로 같아지며, 이 값이 단식 기어열의 변환기어 잇수비(주동/종동)이다.
$\dfrac{1/p_L}{1/p_W}=\dfrac{p_W}{p_L}$
(가)에 공작물 rpm, (나)에 리드 스크류 rpm 을 넣으면 좌변은 산수/회전속도, 우변은 길이/회전속도가 되어 차원이 맞지 않는다.
(가)에 리드 스크류 rpm, (나)에 공작물 rpm 을 넣어도 같은 이유로 양변의 차원이 맞지 않는다.
(가)에 리드 스크류 피치, (나)에 공작물 산수를 넣으면 좌변은 $1/p_L^2$, 우변은 $p_W^2$ 이 되어 성립하지 않는다.

가죽·직물 원판에 미세 연마입자를 묻혀 광택을 내는 공정은 버핑(buffing)이다.
버핑은 치수 정밀도보다 표면 광택을 목적으로 하는 마무리 공정이다.
래핑은 랩과 공작물 사이에 랩제를 넣고 상대 운동시켜 치수·형상 정밀도를 높이는 공정이다.
쇼트 피닝은 강구를 고속으로 투사해 표면에 압축 잔류응력을 주어 피로강도를 높이는 공정이다.
슈퍼피니싱은 미세 숫돌을 낮은 압력으로 누르며 진동시켜 표면 거칠기를 개선하는 공정이다.

대칭형·반복 형상 주물에서 일부분만 모형으로 만들어 주형을 나누어 완성하는 것은 부분 모형이다.
큰 기어나 풀리처럼 같은 부분이 반복되는 주물에 쓰여 모형 제작비를 줄인다.
분할 모형은 주형에서 빼내기 쉽도록 모형을 두 개 이상으로 나눈 것이다.
골격 모형은 대형 주물을 위해 뼈대만 만들고 사이를 점토 등으로 채우는 모형이다.
단체 모형은 나누지 않은 한 덩어리 모형으로, 단순한 형상에 쓴다.

압연에서 접촉 길이는 $L \simeq \sqrt{R\Delta h}$로 근사한다.
롤과 소재의 접촉 호를 현으로 보면 $L^2 = R\Delta h - \dfrac{\Delta h^2}{4}$ 이고, $\Delta h \ll R$ 이므로 고차 항인 둘째 항을 무시한다.
$R\Delta h$ 는 길이의 제곱 차원이라 길이가 될 수 없다.
$R/\Delta h$ 는 무차원량이라 길이를 나타낼 수 없다.
$\Delta h/R$ 도 무차원량이며, 롤 반경이 커질수록 접촉 길이가 늘어나는 경향과도 반대이다.

불림(normalizing)은 조직을 균일·미세화하고 주조·가공으로 생긴 내부응력을 제거할 수 있다는 설명이 옳다.
불림은 변태점 이상으로 가열한 뒤 공기 중에서 냉각하는 열처리이다.
풀림은 가열 후 노 안에서 서서히 냉각하는 작업이며, 급랭이 아니다.
뜨임은 내부응력을 제거하고 인성을 증가시키므로, 인성이 감소한다는 설명은 틀리다.
담금질은 냉각속도가 빠를수록 마텐자이트가 잘 생겨 효과가 크다.

판재의 연성이 높을수록 파단 전까지 전단 변형이 길게 진행되어 광택면(전단면) 비율이 커지므로, 감소한다는 설명이 옳지 않다.
전단면은 펀치가 소재를 미끄러지듯 깎아 생기는 매끈한 광택면이고, 파단면은 균열이 진행해 생긴 거친 면이다.
펀치 속도를 높이면 변형 영역이 좁아져 전단면 품질이 개선된다.
날이 무디면 소재가 깨끗이 끊기지 않아 버가 생기기 쉽다.
다이 간극이 커지면 변형 영역이 넓어지고 전단면이 거칠어진다.

G96 은 절삭속도 일정 제어이므로 S300 은 300 m/min 이고, M04 는 역회전이므로 300 rpm 정회전이라는 설명이 옳지 않다.
G96 상태에서는 지름에 따라 회전수가 자동으로 바뀌며, 정회전은 M03 이다.
T07 이 지정되어 가공 공구 번호는 07이다.
절삭 이송(G01)은 Z-90. 한 블록뿐이고 X 이동은 급송(G00)이므로 Z축 방향으로만 절삭이 이루어진다.
G99 는 회전당 이송 지령이므로 F0.2 의 단위는 mm/rev이다.

액체 호닝의 압축공기 압력은 보통 수 $kgf/cm^{2}$ 수준의 낮은 압력이므로, 그보다 훨씬 높은 값으로 제시한 설명이 옳지 않다.
액체 호닝은 연마재와 가공액의 혼합물을 압축공기로 공작물에 분사해 표면을 다듬는 가공이다.
연마재와 가공액을 혼합해 사용한다는 설명은 옳다.
분사각이 클수록 입자 충돌이 강해져 다듬면이 거칠어진다.
입자 충돌로 표면에 피닝 효과를 얻어 피로강도를 높일 수 있다.

습식산화는 산소가 아니라 수증기 분위기에서 산화시키는 공정이므로 옳지 않다.
산소 분위기에서 산화시키는 것은 건식산화이며, 습식산화는 산화 속도가 빨라 두꺼운 산화막에 쓴다.
리소그래피는 마스크의 기하학적 패턴을 감광막에 옮기는 공정이다.
웨이퍼 제작 공정에서는 화학기계적 연마로 표면을 평탄화한다.
건식 식각은 플라스마 이온의 방향성으로 이방성 형상을 만들 수 있다.

압하력(roll force)은 압연에서 롤이 소재를 누르는 힘으로, Merchant 직교절삭 모델의 힘 성분이 아니다.
Merchant 모델은 합력을 공구 기준(절삭력·배분력), 전단면 기준(전단력·전단면 수직력), 경사면 기준(마찰력·수직력)으로 분해한다.
배분력은 절삭 방향에 수직인 공구 기준 성분이다.
전단력은 전단면을 따라 작용하는 성분이다.
절삭력은 절삭 방향의 주분력 성분이다.

도가니로는 도가니를 거쳐 간접적으로 가열하므로 열효율이 낮아, 직접 가열로 열효율이 높다는 설명이 옳지 않다.
대신 금속이 연료·연소가스와 직접 닿지 않아 오염이 적어 비철금속 소량 용해에 쓰인다.
용선로(큐폴라)는 주철 용해에 쓰이며 용량을 시간당 용해량(톤)으로 표시한다.
전기로는 온도 제어가 정밀하나 전극봉에서 탄소 등이 혼입될 수 있다.
반사로는 천장의 반사열로 금속을 녹이며 대량·대형 주물 용해에 쓸 수 있다.

다이아몬드 공구는 고온에서 탄소가 철로 확산·반응해 급격히 마모되므로 철계 재료 가공에는 부적합하다.
다이아몬드 공구는 알루미늄·구리 합금, 플라스틱 등 비철·비금속의 정밀 가공에 쓴다.
초경합금은 탄성계수가 높고 열팽창계수가 낮다.
고속도강은 적절한 열처리 후 고온에서도 경도를 유지해 절삭할 수 있다.
세라믹 공구는 내마모성이 뛰어나지만 인성이 작아 치핑에 주의해야 한다.

소결은 주성분의 융점보다 낮은 온도에서 가열하므로, 융점보다 높게 가열한다는 설명이 옳지 않다.
융점 아래에서 원자 확산에 의해 입자 접촉부가 목(neck)을 이루며 결합하고 치밀화된다.
온도·시간·분위기가 소결의 주요 변수이다.
온도가 오르면 인접 분말입자가 고상 상태로 결합한다.
연속소결로는 연소(윤활제 제거)·고온·냉각 챔버로 구성된다.

절삭 길이를 분당 이송 거리로 나누면 1.0 min의 절삭 시간이 나온다.
공식: $T = \dfrac{L}{f_m}$ ($L$ 은 절삭 길이, $f_m$ 은 분당 이송 속도)
대입: $T = \dfrac{150\ \mathrm{mm}}{150\ \mathrm{mm/min}} = 1.0\ \mathrm{min}$
회전수는 이미 분당 이송 속도에 반영되어 있고, 직경 감소(절삭 깊이 2 mm)는 1회 통과로 본다.

재료를 깎아 내는 난이도와 제거량 대비 소요 에너지로 나타내는 가공성은 절삭성이다.
절삭성(피삭성)은 공구 수명, 절삭 저항, 표면 거칠기, 제거량당 에너지 등으로 평가한다.
가융성은 녹여서 주조하기 쉬운 성질이다.
이방성은 방향에 따라 성질이 달라지는 특성으로, 가공 난이도 지표가 아니다.
접합성은 용접 등으로 이어 붙이기 쉬운 성질이다.

$2\mathrm{C_2H_2}+5\mathrm{O_2}\rightarrow 4\mathrm{CO_2}+2\mathrm{H_2O}$ 는 아세틸렌의 완전연소 총괄 반응으로, 산화염을 나타내는 반응이 아니므로 옳지 않다.
중성염은 백심에서 산소와 1:1 로 1차 연소한 뒤 바깥 불꽃에서 공기 중 산소로 2차 연소하며, 그 합이 위 식이다. 산화염은 산소가 과잉인 불꽃이다.
산소와 아세틸렌을 1:1 로 공급하면 중성염을 얻는다.
OAW 는 아세틸렌과 산소의 연소열을 열원으로 이용한다.
산소가 부족하면 아세틸렌이 과잉인 탄화염이 생긴다.

1회 행정의 총 제거 깊이는 각 절삭날 절삭 깊이의 합이므로, 평균과 같다는 설명이 옳지 않다.
브로치는 날마다 조금씩 높아지도록(날당 상승량) 배열되어 있어, 각 날이 순차적으로 깎은 깊이가 누적된다.
풀브로칭은 브로치가 구멍을 따라 곧게 당겨지므로 구멍을 곧게 만든다.
브로칭 머신의 용량은 최대견인력과 행정길이로 표시한다.
브로칭은 키홈·스플라인 같은 불규칙 구멍과 평면 등 내면·외면 형상 가공에 쓴다.