[7급 국가직 기계공작법] 24년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

탄소 함유량이 늘수록 연성은 감소하므로 증가하는 성질이 아니다.
아공석~공석 범위에서 탄소가 많아지면 단단한 시멘타이트(펄라이트) 비율이 커져 강도·경도는 오르고 연성·인성은 떨어진다.
경도: 펄라이트 증가로 높아진다.
강도: 인장강도·항복강도가 함께 높아진다.
내마모성: 경도 상승에 따라 좋아진다.

두 액상 원료를 혼합 헤드에서 섞어 금형 안에서 중합·경화시키는 방법은 반응 사출 성형(RIM)이다.
저점도 액체가 금형 안에서 반응하므로 낮은 압력으로 폴리우레탄 범퍼·펜더 같은 대형 부품을 만들기 좋다.
열 성형: 가열한 열가소성 시트를 금형에 밀착시켜 성형하며 화학 반응이 없다.
블로우 성형: 패리슨에 공기를 불어 넣어 병·용기 같은 중공품을 만든다.
회전 성형: 분말 수지를 넣은 금형을 가열·회전시켜 중공품을 만든다.

인베스트먼트 주조는 목재·금속 패턴 대신 왁스 같은 소모성 모형을 사용한다.
왁스 모형에 내화물을 입힌 뒤 모형을 녹여 없애고 생긴 공동에 주입하므로 목재·금속 패턴이 필요 없다.
셸 주조: 가열한 금속 패턴에 레진 피복사를 덮어 셸 주형을 만든다.
사형 주조: 목재나 금속 패턴으로 모래 주형을 다진다.
석고 주형 주조: 금속 등의 패턴 둘레에 석고 슬러리를 부어 주형을 만든다.

냉간가공과 열간가공을 나누는 기준은 재결정 온도이다.
재결정 온도보다 낮은 온도의 가공은 가공경화가 남는 냉간가공, 높은 온도의 가공은 재결정으로 경화가 해소되는 열간가공이다.
용융 온도: 재료가 녹는 온도로 소성가공 구분 기준이 아니다.
변태 온도: 결정구조가 바뀌는 온도로 열처리의 기준이다.
담금질 온도: 경화 열처리를 위한 가열 온도이다.

절삭 속도 방향과 같은 방향으로 작용하는 힘은 주분력(절삭력)이다.
선삭 3분력 중 주분력이 가장 크며 절삭 동력은 주분력과 절삭 속도의 곱으로 계산한다.
이송분력: 공구 이송 방향(축 방향)으로 작용한다.
배분력: 공작물 반지름 방향으로 공구를 밀어내는 힘이다.
전단력: 전단면을 따라 작용하는 내부 힘으로 절삭 속도 방향 분력이 아니다.

발포 폴리스티렌 모형을 빼내지 않고 용탕으로 소실시키는 방법은 풀 몰드 주조(소실 모형 주조)이다.
모형이 주형 안에 남은 채 용탕 열로 기화되므로 분할면·코어가 필요 없어 복잡한 형상에 유리하다.
세라믹 주형 주조: 세라믹 슬러리로 주형을 만들고 패턴을 빼낸다.
다이캐스팅: 금속 금형에 용탕을 고압으로 주입한다.
진공 주조: 진공으로 용탕을 주형에 빨아올려 채운다.

요구되는 주형상수는 $90\ \mathrm{min/m^2}$이다.
Chvorinov 법칙: $t = C\left(\dfrac{V}{A}\right)^2$
정육면체: $V = 2^3 = 8\ \mathrm{m^3}$, $A = 6\times 2^2 = 24\ \mathrm{m^2}$
모듈러스: $\dfrac{V}{A} = \dfrac{8}{24} = \dfrac{1}{3}\ \mathrm{m}$
$C = \dfrac{t}{(V/A)^2} = \dfrac{10}{1/9} = 90\ \mathrm{min/m^2}$

단조하중은 현재 단면적 × 현재 유동응력이므로 $\dfrac{\pi D_0^2 h_0}{4h_1}K\left[\ln\left(\dfrac{h_0}{h_1}\right)\right]^n$이다.
부피 일정: $\dfrac{\pi D_0^2}{4}h_0 = A_1 h_1$ 이므로 $A_1 = \dfrac{\pi D_0^2 h_0}{4h_1}$
진변형률: $\varepsilon = \ln\left(\dfrac{h_0}{h_1}\right)$, 유동응력: $\sigma_f = K\varepsilon^n$
압축으로 높이가 줄면 단면적이 커지므로 높이 비가 분자에 $h_0$로 온다. 변형률 로그 안을 거꾸로 쓰면 음수가 되어 성립하지 않는다.

역장력은 다이 압력을 줄여 다이 수명을 늘린다. 수명이 짧아진다는 설명이 틀렸다.
역장력을 걸면 인발력 자체는 커지지만 다이 면에 걸리는 압력과 마찰이 줄어 다이 마모가 감소한다.
단면감소율이 클수록 변형량이 커져 인발력이 증가한다.
역장력을 부여하면 그만큼 당기는 힘이 더 필요해 인발력이 증가한다.
역장력은 인발 방향과 반대쪽에서 소재를 당기는 힘이다.

절삭날 진행 방향과 이송 방향이 같으면 하향 절삭, 반대면 상향 절삭이므로 설명이 거꾸로 되어 있다.
하향 절삭은 커터가 공작물을 아래로 눌러 고정하는 효과가 있고, 상향 절삭은 칩이 얇게 시작해 두꺼운 위치에서 끝난다.
상향 절삭: 칩 두께 0에서 시작해 최대 두께에서 절삭이 끝난다.
하향 절삭: 절삭력이 공작물을 테이블 쪽으로 눌러 고정하는 경향이 있다.
평밀링: 커터 회전축이 가공면과 평행한 상태로 절삭한다.

경사각이 감소하면 전단각도 작아진다. 전단각이 커진다는 설명이 틀렸다.
Merchant 관계 $\phi = 45^\circ + \dfrac{\alpha}{2} - \dfrac{\beta}{2}$에서 경사각 $\alpha$와 전단각 $\phi$는 같은 방향으로 변한다.
절삭비: 칩이 절삭 깊이보다 두꺼워지므로 $r = t_0/t_c$는 1보다 작다.
절삭 동력: 절삭력과 절삭 속도의 곱이므로 절삭력에 비례한다.
전단각이 커지면 전단면이 짧아져 절삭 에너지가 감소한다.

드릴링 재료 제거율에는 드릴 직경·회전속도·이송이 필요하다.
$\mathrm{MRR} = \dfrac{\pi D^2}{4}\, f\, N$
드릴 단면적에 단위 시간당 이송 거리($fN$)를 곱한 값이다.
드릴링 깊이는 가공 시간을 구할 때 쓰이며 제거율 계산에는 필요 없다.
직경·회전속도·이송 중 하나라도 빠지면 단면적 또는 이송 속도를 구할 수 없다.

공작물 이송 속도는 조정 숫돌 원주속도 × sin(경사각)이므로 60sin5° m/min이다.
조정 숫돌 원주속도: $V = \pi D N = 3\times 0.1\times 200 = 60\ \mathrm{m/min}$
이송 속도: $f = V\sin\alpha = 60\sin 5^\circ\ \mathrm{m/min}$
이송은 연삭 숫돌이 아닌 조정 숫돌이 결정하며, cos 성분은 공작물 회전에 쓰인다.

숫돌 직경이 커지면 연삭 입자력은 감소하므로 증가한다는 설명이 틀렸다.
큰 숫돌은 접촉 길이가 길어져 입자 하나가 깎는 미변형 칩 두께가 얇아지므로 입자력은 줄지만, 마찰 접촉이 길어 표면 온도는 오른다.
연삭 깊이가 증가하면 발생 열이 커져 표면 온도가 증가한다.
숫돌 직경이 증가하면 접촉 길이가 길어져 표면 온도가 증가한다.
연삭 깊이가 증가하면 칩 두께가 커져 입자력이 증가한다.

필요한 펄스 수는 2,700개이다.
스크류 회전수: $\dfrac{75\ \mathrm{mm}}{5\ \mathrm{mm/rev}} = 15\ \mathrm{rev}$
펄스 수: $15\times 180 = 2700$
1펄스당 1스텝이므로 회전수 × 1회전당 스텝 수로 구한다.

제한된 부품군을 NC 프로그램으로 유연하게 처리하는 방식은 유연 제조 시스템(FMS)이다.
FMS는 CNC 기계·자동 반송·중앙 컴퓨터를 연결해 다품종 중량 생산에 적합하다.
전용 라인: 단일 부품의 대량생산용으로 품목 변경이 어렵다.
고정 자동화: 설비 구성이 고정되어 단일 제품 대량생산에 쓰인다.
적시 생산 시스템: 필요한 시점에 필요한 양만 생산하는 재고 관리 방식이다.

화학 반응·가스 분해로 박막을 증착하는 것은 화학 기상 증착(CVD)이며 쾌속 조형이 아니다.
쾌속 조형은 CAD 모델을 단면으로 나눠 재료를 한 층씩 쌓아 형상을 만드는 적층 공정이다.
신속한 형상 제작으로 개발 기간을 줄인다.
CAD 모델을 바탕으로 시제품을 만들도록 개발되었다.
FDM은 열가소성 플라스틱 필라멘트를 녹여 압출·적층한다.

브레이징은 모재보다 낮은 온도에서 녹는 용가재로 두 부재를 붙이는 접합 공정이다.
모재는 녹이지 않고 용가재의 모세관 작용으로 접합부를 채운다.
스퍼터링: 이온 충돌로 타깃 원자를 떼어 박막을 입히는 코팅 공정이다.
스웨이징: 회전 다이로 봉·관의 지름을 줄이는 소성가공이다.
버니싱: 표면을 눌러 매끈하게 다듬는 표면 가공이다.

절삭속도가 가장 낮은 직경 50 mm·회전수 1,000 rpm 조합의 공구 수명이 가장 길다.
테일러 식 $VT^n=C$에서 C와 n이 일정하면 절삭속도 V가 작을수록 수명 T가 길어진다. 선삭의 절삭속도는 $V=\dfrac{\pi DN}{1000}\ \mathrm{m/min}$이므로 D와 N의 곱만 비교하면 된다.
직경 50 mm·1,000 rpm의 DN 값은 $50\times1000=5\times10^{4}$으로 네 조합 중 가장 작다.
직경 100 mm·2,000 rpm: $DN=2\times10^{5}$로 속도가 4배여서 수명이 짧다.
직경 150 mm·1,000 rpm: $DN=1.5\times10^{5}$로 속도가 3배여서 수명이 짧다.
직경 200 mm·2,000 rpm: $DN=4\times10^{5}$로 속도가 가장 높아 수명이 가장 짧다.

드릴링은 공구가 회전하면서 동시에 축 방향으로 직선 이송한다.
공구 하나가 회전운동과 직선운동을 함께 하는 대표적 가공이다.
형삭: 공구가 직선 왕복운동만 한다.
평삭: 공작물이 직선 왕복하고 공구는 이송만 한다.
테이퍼 선삭: 공작물이 회전하고 공구는 직선 이송만 한다.

버핑은 스크레이퍼가 아니라 천·가죽 등의 회전 버프에 연마제를 묻혀 광택을 내는 가공이다.
스크레이퍼로 긁어 평면을 다듬는 것은 스크레이핑으로 버핑과 다른 작업이다.
래핑: 랩 재료로 주철·구리 등 공작물보다 연한 금속을 쓴다.
호닝: 숫돌 압력이 정밀도와 작업 능률에 영향을 준다.
슈퍼피니싱: 미세 숫돌을 낮은 압력으로 누르며 진동을 주는 정밀가공이다.

진원심주조 파이프의 외경은 주형의 내경이 결정한다.
원심력으로 용탕이 주형 내벽에 밀착하므로 바깥지름은 주형 내경과 같고, 두께(내경)는 주입 용탕의 양으로 정해진다.
주입 용탕의 양: 파이프 벽 두께를 결정한다.
용탕의 주입 시간·주입 속도: 충전 상태나 품질에 영향을 줄 뿐 외경을 바꾸지 않는다.

고온으로 표면을 국부 용융·증발시키는 공정은 방전 가공과 레이저 가공이다.
방전 가공은 스파크 방전열, 레이저 가공은 집속된 빛 에너지로 재료를 녹이거나 증발시킨다.
초음파 가공: 진동하는 공구가 연마 입자를 때려 기계적으로 깎는다.
전해 가공: 전기화학적 용해(양극 용해)로 재료를 제거한다.

최대 펀치하중의 변수는 펀치 지름·블랭크 인장강도·초기 블랭크 두께이다.
최대 펀치하중은 펀치 둘레 × 두께 × 인장강도에 드로잉비에 따른 보정을 곱한 꼴로 표현된다.
펀치의 전단강도는 펀치 재료의 성질로, 변형되는 블랭크의 하중 계산과 무관하다.
드로잉은 블랭크가 인장으로 변형·파단되므로 전단강도가 아니라 인장강도가 쓰인다.

폐회로 방식은 피드백 신호가 반드시 필요하다. 필요로 하지 않는 것은 개회로 방식이다.
폐회로는 위치·속도 검출기의 신호를 지령값과 비교해 오차를 보정한다.
서보모터로 테이블·주축의 위치를 제어한다.
공구 이동 보간에는 직선 보간과 원호 보간이 있다.
문자·숫자로 된 프로그램으로 기계 동작을 제어한다.