기술지도사 기계분야 2014년 제 29회 기출문제 기계공작법(풀이)

기술지도사 기계분야 2014년 제 29회 기출문제

 

기계공작법

 

1. 분말야금(powder metallurgy)에 대하여 다음 물음에 답하시오. (30점)

 

(1) 소형 제품을 만드는데 적용되는 분말야금 가공 공정의 5단계 순서대로 쓰시오 (10점)

분말제조공정 - 혼합공정 - 압축성형공정 - 소결공정 - 후가공(바렐 혹은 함침)- 제품

 

(2) 분말야금 가공에서 입자의 형상지수(shape factor)에 대하여 설명하시오. (10점)

형상지수 : 분말야금에 사용하는 분말 입자의 형상을 정량적으로 나타낸 수

 

(3) 기계가공(소재 제거 가공)과 비교 시 분말야금 가공의 장․단점을 각각 2개씩 만 제시하시오. ( 10점)

장점

① 가공이 간단하고, 생산성이 높다(소형품의 대량 생산에 적합)

② 복잡한 형상이나 제품의 성분조절이 용이하다.

③ 가공찌꺼기가 없어 재료비가 절감되고 추가적인 후가공이 거의 없다.

④ 적당한 기공을 보유하여 함침 방법을 통하여 오일레스 베어링을 제작할 수 있다.

고정도의 형상이 복잡한 제품에 적당하다.

 

단점

① 금형 제작비, 분말재료비가 비싸다

② 대형 제품이나 두께가 얇은 제품의 제작이 곤란하다.

③ 일반적인 제품의 강도저하

 

 

2. 연삭가공에 대하여 다음 물음에 답하시오.(30점)

 

(1) 연삭가공의 특징을 3가지만 쓰시오 (6점)

① 보통의 금속재료 뿐 아니라 담금질강, 초경합금등 고경도 재료와 부드러운 고무류의 제품까지 가공할 수 있다.

② 연삭날의 입자 하나하나가 절삭날의 역할을 하므로 칩의 크기가 매우 작아 가공면의조자나 정밀도가 일반 선반 밀링 등의 절삭가공보다 매우 우수하다.

③ 절삭속도가 매우 빠르다. (1,500m/min) 가공효율이 좋다.

④ 절삭날의 자생작용이 있다.

 

(2) 숫돌바퀴(grinding wheel)의 구성 3요소를 쓰고 각각을 설명하시오.(10점)

① 입자 : 연삭에서 날을 형성하여 공작물을 절삭하는 역할을 담당하며 알루미나(A,WA), 탄화규소질(C,GC), 인조다이야몬드(D)등 인조연삭제와 다이야몬드(D), 에머리, 코란덤 같은 천연연삭제가 있으며, 가공물의 재질에 따라 사용 숫돌이 다르다.

숫돌 입자의 크기를 입도라고 하고, 연삭면의 거칠기를 결정한다.

② 기공(공극) : 연삭 작업 시 발생한 칩이나 연마입자 부스러기의 도피공간으로 연삭열을 억제하는 효과가 있다. 기공이 너무 작거나 막히면 공작물에 열이 많이 발생하고, 작업이 어려우므로 재질에 따라 입도, 결합도, 절삭속도,절삭유 등을 맞게 사용하여야 한다.

③ 결합제 : 숫돌 입자을 고정하는 것으로 결합재의 성분보다 고정의 정도에 따라 연삭의 성능을 좌우한다. 연삭숫돌에 걸리는 저항에 대하여 연삭숫돌을 유지하는 힘이 크고 적음이 중요하다.

 

(3) 숫돌바퀴의 자생작용(self-sharpening)에 대하여 설명하시오.(6점)

연삭작업 시 입자가 마멸되면 저항이 커짐에 따라 결합제가 이를 지지하지 못하면 입자가 탈락하고 새로운 입자가 발생하여 새로운 절삭날의 역할을 한다. 연삭에서는 입자가 마모, 파쇄, 탈락, 생성의 과정을 반복하여 새로운 날끝이 연속으로 생성되는 현상이다.

 

(4) 센터리스(centerless) 연삭방법의 종류 두 가지를 들고 각각 설명하시오.(8점)

① 통과 이송법 : 지름이 같은 공작물을 연삭숫돌과 조정숫돌 사이로 통과 시켜 숫돌 한쪽에서 반대쪽으로 빠져 나가는 동안 자동적으로 이송되어 연삭작용을 한다.

② 전후 이송법 : 연삭숫돌보다 너비가 작은 공작물, 턱붙이, 테이퍼, 곡선윤곽 등이 있는 공작물은 받침판 위에 올려놓고, 조정숫돌바퀴를 접근 시키거나 수평으로 이동시켜 연삭한다.

③ 단 이송법 : 전후 이송법과 통과 이송법의 중간 개념으로 끝에 단이 있고 길이가 짧은 공작물을 숫돌의 좌우 한 방향에서 이동하고, 스톱퍼를 설치하여 단이 닫지 않고 정지하도록 한다. 완성된 공작물은 통과 시키지 않고 다시 빼낸다.

 

 

3. 플라스틱의 냉간성형과 고상성형 방법을 설명하고 특징을 2가지만 각각 기술하시오.(10점)

① 냉간성형

 

 

② 고상성형

 

 

 

 

4. 직류전원을 사용하는 아아크 용접에서 정극성(DC straight polarity)과 역극성(DC reverse polarity)을 적용하는 각각의 방법과 특징을 설명하시오. (10점)

직류아아크 용접에서 양극 측에서 발생하는 열량은 전자의 흐름과 충돌로 인해 음극측에 비해 많은 열량이 발생한다.(약 60~70%) 따라서 모재의 두께나 상황에 따라 극성을 바꾸어 용접을 한다.

1) 정극성 : 모재에 +극, 용접봉에 - 극

① 모재의 용입이 깊다.

② 봉의 녹음이 느리다.

③ 비드 폭이 좁다

④ 일반적으로 널리 쓰인다. (두꺼운 판재에 유리하다.)

2) 역극성 : 모재에 -극, 용접봉에 + 극

① 모재의 용입이 낮다.

② 봉의 녹음이 빠르다.

③ 비드 폭이 넓다.

④ 박판, 주철, 합금강, 비철금속에 쓰인다.

 

 

5. 절삭이론에 대하여 다음 물음에 답하시오. (10점)

 

(1) 절삭 시 발생하는 칩의 기본 형상 4가지를 열거하고 발생 원인과 현상을 설명하시오.(7점)

① 유동형 칩 :

- 연성소재를 고속으로 절삭할 때 쉽게 발생하고,

- 공구선단의 전단면에서 부터 슬립형태의 소성변형이 연속적으로 발생하면서 공구 경사면을 따라 유동하는 것처럼 이동

- 표면 상태가 매끄러움

- 공구 경사각이 클수록, 절삭깊이가 작을수록, 절삭속도가 클수록 유동형칩이 된다.

② 전단형 칩 :

- 연성소재를 저속절삭, 비교적 경한 소재를 느린 절삭속도로 절삭 때 쉽게 발생,

- 전단변형이 주기성을 갖고 변하면 변형이 최대가 될 때 전단면에 파단된다.

- 표면상태 불량

③ 열단형 칩 : (경작형 칩이라고도 한다)

- 매우 연하고 점성이 큰 재질에서 작은 경사각 공구로 절삭할 때 많이 발생하며

- 가공면 아래쪽으로 균열이 발생하여 진행하다가

- 일정수준에 도달하면 균열이 정지되고 전단면을 따라 파단되어 칩을 발생한다.

- 표면상태가 매우 불량

④ 균열형 칩 :

- 취성의 재료를 저속으로 절삭할 때 쉽게 발생하며

- 균열 방향이 공구선단에서 비스듬히 위쪽으로 향하고 있고

- 소성변형을 거의 일으키지 않은 상태에서 순식간에 균열이 발생하여 전단

- 표면 상태가 매우 불량

 

(2) 절삭 시 발생하는 절삭저항의 주요 3분력을 설명하시오. (3점)

① 주분력 : 가공면에 접해서 회전축과 직각방향의 분력

절삭방향의 분력으로 주 절삭저항

② 횡분력 : 회전축과 평행한 분력

이송방향의 분력

③ 배분력 : 가공면에 대해서 반경방향 분력

절삭깊이 방향의 분력

 

 

6. 인베스트먼트 주조법에 대하여 설명하고 장․단점을 기술하시오.(10점)

정밀주조법 혹은 로스트 왁스법(Lost wax)이라고도 하며 고운 모래를 살포하고, 건조하여 인베스트멘트 재료

① 제품과 동일한 모형을 왁스, 파라핀, 열연화성 합성수지 등으로 만들어

② 내화재를 피복하여 건조하고,

③ 주형틀에 넣고 내화재와 점결재의 혼합물 반죽 상태의 용액을 부어 건조시킨 후

④ 100~300℃로 가열하여 왁스를 녹인 후 650~1,000℃로 가열하여 경화 시킨다

⑤ 용융금속을 주입하여 주조품을 만든다.

⑥⑦

 

장점

① 복잡한 형상의 제품에 적당

② 제품의 치수 정밀도가 높고, 표면이 깨끗하다.

③ 작은 제품의 대량 생산

④ 두께가 얇은 것(0.5mm)도 제조 가능하다.

⑤ 모든 재질에 적용이 가능(특수도합금에도 적합)

 

단점

① 재료비와 인건비가 비싸다.(생산성이 좋지 못하고 원가가 비싸다)

② 소모성 주형을 사용하므로 매번 다시 만들어야 한다.

③ 치수 제한이 있다.

④ 대형주물에 부적합

 

참고 : 인베스트먼트 원형재료

왁스, 플라스틱 응고수은, 주석

 

왁스의 구비조건

① 유동성이 좋을 것

② 용탕과 화학반응을 일으키지 않을 것

③ 불순물 함유량이 적을 것

④ 비정질일 것

⑤ 상온에서 강할 것

탈왁스법

① 오토클레이브내에서 수증기로 녹여내는 방법

② 2염화 에틸렌을 가열시켜 발생하는 증기로 녹여내는 방법

③ 열탕법