기술지도사 기계분야 2016년 제 31차 기출문제 기계공작법(풀이)

기술지도사 기계분야 2016년 제 31차 기출문제

 

기계공작법

 

1. 금속의 융단(fusion cutting) 가공에 관하여 다음 물음에 답하시오.(30점)

(1) 분말절단 가공방법에 관하여 설명하시오. (10점)

: 스테인레스강, 비철금속, 주철 등은 가스절단이 용이하지 않으므로 철분 또는 연속적으로 절단용 산소에 혼합 공급함으로서 그 산화열 또는 용제의 화학작용을 이용하여 절단.

(2) TIG절단 가공방법에 관하여 설명하시오. (7점)

: TIG용접과 같이 텅스텐 전극고 모재와의사이에 아크를 발생시켜 불활성가스를 공급해서 절단하는 방법

(3) MIG절단 가공방법에 관하여 설명하시오. (7점)

: 고전류 밀도의 미그 아크가 아크용접에 비하면 상당히 깊은 용입이 되는 것을 이용해 보재와 사이에서 아크를 발생시켜 용융절단하는 방식

(4) 아크절단 가공방법에 관하여 설명하시오.(6점)

: 아크열에 의해 금속을 부분적으로 가열 용해해 절단하는 방법으로 가스 절단이 어려운 주철, 스테인레스강, 비철금속 등의 절단이 가능하나 가스절단에 비해 절단면이 거치지만 가격이 저렴해 경제적이다. 탄소아크절단, 산소아크절던, 금속아크절단이 있다.

 

 

2. 표면경화법에 관하여 다음 물음에 답하시오 (30점)

(1) 화학적 표면 경화법 3가지만 열거하고 각각을 설명하시오. (10점)

① 침탄법 : 침탄제에 따라 고체, 액체, 고체침단법의 3가지가 있으며, 탄소함유량이 적은 저탄소강의 표면에 900~950℃의 침탄로에서 탄소를 침탄시켜 담금질과 트임을 한다. 1~2mm 정도의 침탄층이 형성되고 표면에는 단단한 경화층이 내부에는 저탄소강 그대로의 연강이 된다.

② 질화법 : 철보다 질소 친화력이 강한 Al, Cr, Ti, Mo, V 등 2종류 이상의 원소가 함유된 질화강을 암모니아(NH3) 가스속에서 질화 처리를 하면 표면이 경화된다. 질화처리는 침탄보다 경화층은 얇으나 경도는 크고, 퀜칭할 필요가 없으며 내마멸성, 내식성이 크며, 고온이 되어도 연화되지 않는다.

③ 청화법: 시안화나트륨(NACN), 시안화칼륨(KCN) 등을 용융시킨 고온 염욕로에서 20~60분간 담구어 침탄과 질화를 동시에 하는 것 말하며, 침탄질화법 또는 시안화법이라고 도 한다. 침탄깊이는 얕으나 경화면이 좋고, 처리시간이 짧다.

④ 금속침투법 : 강재를 가열하여 표면에 친화력이 강한 아연(Zn), 알류미늄(Al), 크롬(Cr) 등을 고온에서 확산 침투시켜 합금 피막을 형성하여 표면을 경화시키는 방법. 시멘테이션 경화법이라고도 한다.

 

(2) 물리적 표면 경화법 2가지만 열거하고 각각을 설명하시오. (10점)

① 화염경화법 : 산소-아세틸렌 불꽃으로 표면을 가열한 후 급랭 경화하는 방법으로 큰 제품의 일부만 경화 할 수 있다. 그러나 경화층의 깊이를 조정하기 힘들고, 과열이 될수도 있고, 고탄소강은 경화능이 좋으므로 균열이 일어날 수도 있다.

② 고주파 경화법: 화염경화법과 같은 원리로 고주파 전기를 유도하여 표면층을 가열하고 이것을 급냉하여 열처리한다. 경화의 깊이는 보통 3~5mm 정도이고, 퀀칭시간이 수초 정도로 짧고, 복잡한 형상도 처리하기가 쉽다.

 

(3) 시멘테이션 (cementation)에 의한 경화법 3가지만 열거하고 각각을 설명하시오.(10점)

: 강재를 가열하여 제품 표면에 친화력이 강한 아연, 알류미늄, 크로 등을 고온에서 확산침투 시켜 합급 피막을 형성하여 표면을 경화시키는 방법으로 표면 경화, 내식성, 내산성, 내열성 및 내마멸상아 향상 된다

① 세라다이징(Zn의 침투) : Zn을 침투 확산 시키는 방법으로서 청분이라고 불리는 300메시 정도의 가는 Zn 분말 속에 경화시키고자 하는 재료를 묻고, 보통 300~420℃로 1~5시간동안 처리해서 0.015mm 정도의 경화층을 얻는 방법

② 크로마이징(Cr 침투처리) Cr을 침투 확산 시키는 방법으로 침투제인 크롬분말소에 파묻고, 환원성 또는 중성분위기 중의 연강이 사용되며, 탄소량이 그 이상으로 되면 크롬침투가 곤란해 진다. 크롬층이 침투된 표면은 스테인레스강의 성질을 가지게 되면 내열, 내식성, 내마모성이 크게 된다 .

③ 칼로라이징(Al 침투처리) : 주로 철강의 표면에 Al를 침투확산 시키는 방법으로 Al분말을 소량의 염화 암모늄과 혼합시켜 피경화재료와 같이 회전로 중에 넣어 중성분위기를 만든 후 850~950℃에서 12~40 시간 동안 가열한다.

④ 보로나이징(B 침투처리): 철강에 붕소를 확산 침투시키며 경도가 Hv=1300~1400이 된다.

⑤ 실리코나이징 (Si 침투처리) : 철강에 Si를 확산 침투시켜 내산성을 향상한다.

 

 

3. 용접공정을 이용하여 두 물체를 접합시키는 방법에 관하여 다음 물음에 답하시오.(10점)

(1) 용접의 정의에 관하여 설명하시오 (5점)

: 2개 또는 그 이상의 물체나 재료를 용융 또는 반용융 상태로 녹여서 접합하든가, 상온상태의 부재를 접촉시키고 그 압력을 작용시켜 접촉면을 밀착시키면서 접합하는 금속적 이음

 

(2) 압접의 정의에 관하여 설명하시오. (5점)

: 용접 종류의 하나로 재료를 녹이지 않고 주로 고체 상태에서 강한 압력을 통해 두 물질은 접합하는 가공 방식, (고상용접이라고도 한다.)

 

 

4. 전조(rolling) 가공방법의 정의와 장점에 관하여 설명하시오. (10점)

: 소재나 공구 또는 소재와 공구를 회전시키거나 왕복시켜 소재의 외부 또는 내부에 공구의 표면형상을 새기는 소성 가공

장점

① 압연이나 압출 등에서 생긴 소재의 섬유가 절단되지 않기 때문에 제품의 강도가크다.

② 소재와 공구가 국부적으로 접촉하기 때문에 비교적 작은 가공력으로 가공할 수 있다.

③ 칩이 생성되지 않으므로 소재의 이용률이 높다

④ 소성변형에 의하여 제품이 가공경화되고, 조직이 치밀하게 되어 기계적 강도가 크다.

⑤ 제품의 생산속도가 빠르다.

⑥ 공구의 수명이 길다.

 

 

 

5. 특수주조법에 관하여 다음 물음에 답하시오. (10점)

(1) 셀 몰드법(shell molding) 의 정의와 장점에 관하여 설명하시오. (5점)

: 페놀수지 점결제를 규사와 함께 배합하여 가열된 모형에 융착시켜 5~7mm 정도의 셀 형태의 주형을 만들고 그 상하형을 접착시켜 주형으로 완성한다.

장점

① 우수한 표면 조도의 주물을 만들 수 있다.

② 사형 주조와 비교해서 치수 정밀도가 우수하다. (±0.5mm)

③ 가공성이 우수하다.

④ 몰드(조형)강도가 사형과 비교하여 3배 이상으로 제품의 벤딩이 거의 없다.

⑤ 규사와 열경화성 수지를 배합한 레진모래를 사용하여 주형을 만들기 때문에 수분이 거의 없어 수축, 기포 등의 주조 결함방지에 유리

⑥ 생산속도가 빠르다.⑦⑧

(2) 풀 몰드법(full molding)의 정의와 장점에 관하여 설명하시오. (5점)

: 발포 폴리스틸렌 모형으로 주형을 만들고 모형을 빼내지 않고 쇳물을 부으면 그 열에 의해서 모형은 분해, 증발 또는 연소되고 그 자리를 쇳물을 채워 주물을 만드는 방법

장점

① 모형을 분할하지 않아도 된다.

② 모형을 빼내는 작업이 불필요하다.

③ 모형에 강사가 불필요하고 역경사인 경우도 가능하다.

④ 코어를 따로 만들필요가 없다.

⑤ 모형의 제조나 가공이 용이하며 변형이나 보수 및 보관의 어려움이 없다.

⑥ 작업 고수와 불량률이 적으면 원가가 절감된다.

⑦ 압탕이나 탕구계이 주조 방안도 자유롭게 정할 수 있다.

⑧ 복잡한 주물에;도 용이하게 주형을 만든수 있다.

 

 

6. 평삭( planning)의 3가지 방식에 관하여 공작물과 공구의 운동 관점으로 각각을 설명하시오 (10점)

① 세이퍼 : 테이블에 고정된 공작물이 이송하고, 램에 고정된 공구가 왕복절삭운동을 한다.

② 슬로터(수직세이퍼) : 테이블에 고정된 공작물이 이송 혹은 회전이송하고 상하 수직을 움직이는 램에 공구를 고정하여 상하왕복절삭운동을 한다.

③ 플레이너 : 공구는 이송운동을 하고 테이블에 고정된 공작물이 왕복 절삭운동을 한다.