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작성일 : 15-10-29 00:25
기계공작법 I
 글쓴이 : hereis
조회 : 6,954  
1. 주조
 

1. 용해로

ꊱ큐우폴라 : 코우크스, 지금, 용제 순으로 장입하여 용해하는 것으로 1시간당의 용해량으로 그 크기를 표시한다.

ꊲ도가니로 : 흑연제 도가니 속에 재료를 넣어 주위에 가스, 중유, 코우크스, 정기 등으로 간접적인 용해를 한다.

ꊳ반사로 : 석탄, 중유 등의 연소열 및 불꽃은 천정이나 벽을 따라 흘러 그 반사열로 용해한다.

ꊴ전기로 : 간접 아아크로, 직접 아아크로, 유도 전기로, 저항체식 등이 있다.


2. 특수 주조법

(1) 다이캐스팅

용해된 금속을 금형에 고압으로 주입하는 방법이며, 주무르이 정밀도가 높고, 표면이 아름다워 기계 다듬질이 필요 없는 데 사용된다. 다이캐스팅이 가능한 것으로는 아연, 알루미늄, 구리 등의 합금이다.

(2) 원심 주조법

고속으로 회전하는 원통형의 주형 내부에 용융된 쇳물을 주입하면 원심력에 의해서 쇳물은 원통 내면에 균일하게 붙게 되며, 이 때 그대로 냉각시키면 중공의 주물이 되게 된다. 이 방법은 파이프, 피스톤링, 실린더 라이너 등에 이용되고 있다.

(3) 셀 모울드법

주형을 신속히 다량 생산할 수 있으며, 주물의 표면이 아름답고, 정밀도가 높으며, 기계 가공을 하지 않아도 사용할 수 있다. 규소 모래와 열경화성의 합성수지를 배합한 분말을 가열된 금형에 뿌려서 주형을 만들고, 이것을 두 개 합하여 주형을 만들어 여기에 쇳물을 부어서 주물을 만든다.

(4) 인베스트먼트법

이 주조법은 다른 주조법과는 달리 모형을 왁스와 같은 재료로 만들고, 이것에 내화 물질을 칠하고, 여기에 용융된 내화성 주형재를 부착시켜 굳힌 다음 가열하면 왁스가 녹아서 유출되고, 왁스가 있던 자리가 중공이 되므로 주형이 된다. 여기에 쇳물을 주입시켜 주물을 만드는데, 이주물의 치수가 매우 정화하며, 표면이 깨끗하고, 복잡한 형상을 만들기 쉽다.

(5) 이산화탄소법

주물사에 규산 나트륨의 용액을 배합하여 조형을 한 후 탄산가스를 주형내에 불어 넣어 규산나트륨과 CO2 의 반응으로 주형을 경화시키는 방법이다. 복잡한 형상의 코어 제작에 적합하다.

(6)진공 주조법

금속 중에 용해되어 있는 가스를 충분히 제거하기 위하여 금속을 진공 중에서 용해하고 또 주조 하는 방법이다.


2. 소성 가공

 
1. 소성 가공의 기초

(1) 소성 변형과 소성 가공

재료에 가한 힘이 크게 되면 변형을 일으키게 되고 힘을 제거하여도 원형으로 완전히 복귀되지 않고 다소의 변형이 남게 된다. 이런 성질을 소성(塑性 ; plasticity)이라 하고, 이런 상태의 변형을 소성 변형이라 한다.

  소성 가공의 장점은 다음과 같다.

    ㉠ 보통 주물에 비하여 성형되는 치수가 정확다.

    ㉡ 금속의 결정 조직을 개량하여 강한 성질을 얻게 된다.

    ㉢ 다량 생산으로 균일한 제품을 얻을 수 있다.

    ㉣ 재료의 사용량을 경젝적으로 할 수 있다.

    ㉤ 수리가 용이하다.

(2) 가공 경화와 재결정

*가공 경화 : 재료에 외력을 가하여 변형시키면 굳어지는 현상을 가공 경화(work gardening)라 하며, 가공 경화를 일으키면 인장, 압축, 굽힘 등에 대한 강도가 증가하고 연신율은 감소한다.

*풀림 : 가공 경화된 재료를 적당한 온도로 가열하여 냉각하면 경도가 가공 경화 전의 상태로 돌아간다

*재결정 : 풀림으로 가공 전의 상태로 되돌아가는 것은 재료 내부에 새로운 결정이 발생하고 성장하여 전체가 새 결정으로 바뀌기 때문이며, 이 현상을 재결정(recrystallization)이라 한다. 재결정이 일어나는 온도를 재결정 온도라 한다.

(3) 냉간 가공과 열간 가공

재결정 온도 이하에서 작업하는 가공을 냉간 가공(cold working), 재결정 온도 이상의 높은 온도에서 작업하는 가공을 열간 가공(got working)이라 한다.

* 냉간 가공의 특징

    ㉠ 제품의 치수를 정확히 할 수 있다.

    ㉡ 가공면이 아름답다.

    ㉢ 어느 정도 기계적 성질을 개선시킬 수 있다.

    ㉣ 가공 경화로 강도가 증가하고 연신율이 감소한다.

    ㉤ 가공 방향으로 섬유 조직이 되어 방향에 따라 강도가 달라진다.

*열간 가공의 특징

    ㉠ 작은 동력으로 커다란 변형을 줄 수 있다.

    ㉡ 재질의 균일화가 이루어진다.

    ㉢ 가공도가 크므로 거친 가공에 적합하다.

    ㉣ 가열 때문에 산화되기 쉬워 정밀 가공은 곤란하다.

 
2.  소성 가공의 종류

(1) 단조 가공(forging)

보통 가열시킨 상태에서 재료를 단조 기계나 해머로 두들겨 성형하는 가공으로 자유 단조와 형단조가 있다.

(2) 압연 가공(rolling)

열간 또는 냉간으로 재료를 회전하는 두 개의 로울러 사이에 통과시키면서 소정의 제품을 만드는 가공이다.

(3) 인발 가공(drawing)

봉이나 관(파이프)을 다이(die)에 넣고 축 방향으로 통과시켜 일감을 잡아당겨 바깥지름을 줄이고 길이 방향으로 늘리는 가공이다.

(4) 압출 가공(extuding)

재료를 실린더 모양의 컨테이너(container)에 넣고, 한 쪽에서 큰 힘으로 압력을 가하면 반대 쪽에서 성형된 제품이 만들어지는 가공 방법이다.

(5) 전조 가공(roll forming)

수나사 또는 기어 가공에 주로 쓰이는 방법으로 압연과 비슷하다. 즉, 원주로 된 재료를 로울러 모양의 형으로 회전시키면서 가공하는 방법이다.

(6) 판금 가공(sheet metal working)

판재를 사용하며 각종 용기, 장식품 등을 만들 때, 디이프 드로우잉(deep drawing), 프레스 가공(pressing), 전단 가공(shearing), 굽힘 가공법 등을 이용하여 제품을 만드는 것이다.



3. 판금 공작

 
3-1 판금 가공

1. 판금 가공과 그 종류

♦판금 가공의 특징

    ㉠ 복잡한 형상을 비교적 쉽게 가공할수 있다.

    ㉡ 제품이 가볍다.

    ㉢제품의 표면이 아름답고, 표면 저리가 용이 한다.

    ㉣다량 생산에 적합하다.

    ㉤수리가 용이하다.

    ㉥제품의 원가가 싸다.

 
2. 판금재료

(1) 철강계 재료

* 박강판 : 3mm 미만의 얇은 강판으로 저탄소강, 규소강, 특수 합금강 등 여러 가지 성질의 것이 있다. 이것에는 열간 압연 박강판과 냉간 압연 박강판이 있다.

* 도금 강판 : 박판의 수명과 미관을 좋게 하고, 내식성을 증가시키기 위헤 금속을 피복한것도있다.

① 주석 도금 강판 : 주석(Sn)을 도금한 박강판으로 인체에 무해하므로 식용 관계 용기에 널리 쓰이고 있다.

② 아연 도금 강판 : 아연을 도금한 강판으로 도금층이 두꺼울수록 내식성이 크다.

* 스테인레스 강판 : 연강판에 비해 단단하므로 가공하가ㅣ 어려우나 18-8계는 전연성이 풍부하므로 프레스 작업 등에서 큰 병형을 줄 수 있다.

(2) 비철 금속 재료

*구리판 : 연질, 1/4경질, 1/2경질, 경질의 4종으로 나누며, 연질은 충분히 풀림을 한 것이다. 이 때 풀림 온도는 400~450〫C 가 적당하다.

*황동판 : 7•3 황동판은 소성이 크므로 오므리기, 4•6 황동판은 강도가 크므로 평판 그대로나 간단한 굽힘 정도에 사용한다.

*알루미늄판 : 가볍고 아름다우며 유연성이 있으므로 가공이 용이하다. 풀림 온도는 350〫 C 가 적당하다.

*알루미늄 합금판 : 고력 합금과 내식성 합금이 있다. 고력 합금은 내식성을 크게 하기 위해서 알루미나의 피막을 입힌다.
 

4. 용접
 

4-1. 용접의 개요

(1) 용접의 장단점

*장점 : 자재의 절약, 작업 공정의 감소, 제품의 성능과 수명의 향상

*단점 : 재질의 변화, 잔류 응력, 잔류 변형 및 여러 가지의 결함이 발생

(2) 용접법의 종류

*융접(fusion welding) : 접합하고져 하는 물체의 접합부를 가열 용융시키고 여기에 용가재(熔加材)를 첨가하여 접합하는 방법.

*압접(pressure welding) : 접합부를 냉간 상태 그대로 또는 적당한 온도로 가열한 후 여기에 기계적 압력을 가하여 접합하는 방법.

*납땜(brazing and soldrering) : 모재를 용융시키지 않고 별도로 용융 금속을 접합부에 넣어 용융 접합 시키는 방법.

(3) 각종 용접법

*가스 용접(gas welding) : 토오치에서 가연성 가스와 산소가 혼합된 가스를 분출 연소시켜 이열로 금속을 용융하여 접합하는 방법

*피복 아아크 용접(shielded metal arc welding) : 모재와 전극 사이에서 아아크를 발생시켜 이열로 용접봉과 모재를 녹여 접합하는 방법

*서브머어지드 아아크 용접(submerged arc welding) : 송급된 분말 용제 속에 용접 심선을 공급해 심선과 모재 사이에서 아아크를 발생시켜 용접하는 방법

*불활성가스 아아크 용접(inert gas arc welding) : 전극 주위에 불활성 가스를 방출시켜 그 속에서 모재와 전극사이에 아아크를 발생시켜 용접열을 공금해 용접을 한다.

*이산화탄소 아아크 용접(COꋅ gas arc welding) : 부뢓ㄹ성 가스 대신에 탄산가스를 노즐에서 분출시켜 아아크 열로 용접을 하는 방법

*테르밋 용접(thermit welding) : 알루미늄 분말과 산화철 분말의 혼합 반응으로 열을 발생시켜 이 열로 두가지를 노경 용접부를 가열하여 융접하거나 압접을 한다.

*전기 저항 용접(electric resistance welding) : 접합코져 하는 재료에 전기를 통해 저항열로서 용융 가압시켜 접합하는 방법

*가스 압접(pressure gas welding) : 접합부를 가스 불꽃으로 가열시킨후 압력을 가해 접합하는 방법

*납땜 : 접합할 금속을 용융시키지 않고 땜납만 용융 첨가시켜 접합하는 방법

 
4-2 아아크 용접법

1. 피복 아아크 용접법   

(1) 아아크 용접의 원리

아아크 용접봉과 모재 사이에 직류 또는 교류 전압을 걸어 강한 빛과 열을 내는 아아크 (arc)를 발생시킨다. 이 아아크의 강한 열(약5000〫C)로 용접봉과 모재를 녹여 용접을 한다. 이때 녹은 쇳물 부분을 용융지(molten weld pool), 모재가 녹은 깊이를 용입(penetration)이라한다.


2. 피복 아아크 용접 기기

(1) 피복 아아크 용접기의 종류

*교류 용접기 : 현재 널리 쓰이는 것으로 200V 전원에서 전압을 낮추어 대전류를 얻는 일종의 변압기

*직류 용접기 : 용접 전류로 직류를 쓰는 것으로 직류 전원을 발생시키는 방식에 따라 발전형, 정류기형이 있다.
 

3. 특수 아아크 용접법

(1) 불활성 가스 아아크 용접

*원리 : 아르곤(Ar), 헬륨(He)등 고온에서도 금속과 방응을 하지 않는 불활성 가스의 분위기속에서 텅스텐 또는 금속선을 전극으로 하여 모재와의 사이에서 아아크를 발생시켜 용접하는 방법이다.

*종류 : 불활성 가스 텅스텐 아아크 용접(TIG 용접)과 불활성 가스 금속 아아크 용접(MIG 용접)이 있다.

    ①TIG 용접(tungsten inert gas arc welding) : 전극으로 텅스텐 봉을 사용하는 용접.

    ②MIG 용접(metal inert gas arc welding) : 전극으로 금속 비피복봉을 사용하는 방법.

(2) 서브머어지드 아아크 용접

*원리 : 용접 이음부에 입상의 용제를 공급하고, 이 용제 속에서 전극과 모재 사이에 아아크를 발생시켜 연속적으로 용접하는 방법이다. 이 용접법은 잠호용접, 유니언 멜트 용접, 링컨 용접이 라는 상품명이 있다.

(3) 이산화탄소 아아크 용접

*원리 : 불활성 가스 대신에 이산화탄소 분위기 속에서 아아크를 발생시켜 용접하는 방법으로 경제적이며 기공이 발생하지 않는다.
 

4-3 가스 용접과 절단

1. 가스 용접법의 개요

(1) 가스 용접의 원리

가스 용접(gas welding)은 연료 가스와 산소 혼합물의 연소열을 이용하여 용접하는 것으로 산소 아세틸렌 용접이 가장 대표적이다.

(2) 가스 용접법의 특징

*장점 : 응용 범위가 넓고, 가열할 때 열량 조절이 비교적 자유롭다. 또 시설비가 싸다.

*단점 : 열효율이 낮고 열의 집중성이 나쁘며, 폭발 위험성과 소모 비율이 크다.


2. 가스 용접의 설비

(1) 산소 용기와 고무 호오스

*산소 용기 : 산소 용기는 안전 캡, 밸브, 안전 플러그 및 본체로 되어 있고, 산소를 35〫C에서 150기압으로 충전한다.

*산소 용기 취금상의 주의 사항

    ㉠충격을 주지 말 것.

    ㉡항상 40〫C 이하로 유지할 것.

    ㉢직사 광선을 쬐지말 것.

    ㉣밸브, 조정기 등에 기름이 묻어 있지 않을 것.

    ㉤밸브의 개폐는 서서히 할 것.

*고무 호오스 : 산소나 아세틸렌 용기에서 토오치까지 연결하는 것으로 산소용은 흑색 또는 녹색, 아세틸렌용은 적색으로 한다.
 

3. 가스 용접 재료

(1) 가스 용접봉

용접봉은 용접할 모재에 보충 재료로서 사용되는 관계로 그 재질은 원칙적으로 모재와 동일 한 계통의 것을 선택하며, 단면은 원형의 나봉이고, 비철 금속용의 용접봉은 주위에 용제를 붙여 놓았다. 용접봉의 크기는 지름이1~8mm이다.

(2)용제

용접하는 금속은 용접 중 고온에서 공기와 접촉하기 때문에 산화가 잘 일어난다. 이산화물을 제거하기 위해 용제를 쓴다.
 

4. 절단법

(1) 절단의 원리

*가스 절단 : 가스 불꽃으로 절단부를 먼저 예열하여800~900〫C에 달하면 고압의 산소를 분출시켜 철을 산화철로 만들어 산소 기류에 의해 불려 나가면 호밍 생겨 절단이 된다. 절단이 되려면 다음 조건을 구비해야 한다.

    ㉠금속의 산화 연소하는 온도가 그 금속의 용융 온도보다 낮을 것.

    ㉡연소되어 생긴 산화물의 용융 온도가 그 금속의 용융 온도보다 낮을 것.

    ㉢재료의 성분중 연소를 방해하는 원소가 적어야 한다.

*아아크 절단 : 아아크 열로서 모재를 용융시켜 절단하는 데 압축 공기나 산소 기류를 이용하면 능률적이다.

(2) 절단 토오치

절단 토오치는 예열용과 절단용의 2개 토오치가 필요하나 2개를 사용하면 불편하므로 1개의 토오치에 두가지의 기능을 하도록 만들어져 있다.

*동심형 : 직선 및 곡선을 자유롭게 절단할 수있다.

*이심형 : 직선 절단에 능률적이고 절단면이 아름다우나 곡선 절단은 곤란하다.

 
4-4 저항 용접과 납땜법

 
1. 저항 용접

(1) 저항 용접의 개요

*원리 : 접합하고져 하는 금속 용접부를 맞대거나 겹쳐 놓고 이것에 다량의 전류를 통해 용접부의 접촉 저항에 의해 그 부근의 온도가 상승되어 반용융 상태가 된다. 이것에 압력을 가해 접합하는 것이 전기 저항 용접이다. 저항 용접은 교류를 써서 변압기에 의해 저전압(1~10V정도), 대전류 (100~150A)를 얻어 이것을 열원으로 쓴다. 이 경우 저항열은 주울의 볍칙에 의해 계산한다.

(2) 저항 용접의 종류

*점 용접 : 2개의 모재를 겹쳐 전극 사이에 끼워 놓고, 전류를 통하면 접촉면이 전기 저항에 의해서 발열이 되어 접합부가 용융될 때, 압력을 가해 접합하는 것이다. 대체로 6mm이하의 판재를 접합할 때 적당하며, 0.4~3.2mm의 판재가 가장 능률적인 관계로 자동차, 항공기 공업에 널리 사용되고 있다.

*시임 용접 : 시임용접은 점 용접의 전극봉 대신에 로울러 모양의 전극을 써서 접합을 하는 용접이다.

*프로젝션 용접 : 프로젝션용접은 점용접의 변형으로 용접부에 돌기를 만들어 전류를 집중시켜 가압하여 용접한다.

*맞대기 저항 용접 : 2개의 금속을 용접기에 설치하여 맞대고 전류를 통해서 접촉부를 녹여 접합하는 방법으로 단면이 큰 막대나 축류, 레일, 강판 등의 접합에 적합하다.
 

2. 납땜

납땜은 땜납의 용융 온도가450〫C보다 높은 것을 경납이라 하고, 이보다 낮은 것은 연납이라 한다.

*연납땜 : 연납은 보통 기계적 강도가 크지 못하므로 강도를 필요로 하는 부분에는 부적당하다.

땜납은 주석 과 납 의 합금으로 가장 많이 쓰여지고 있는 대표적인 것이 연납이다.

*경납땜 : 연납땜보다 큰 접합 강도가 요구되는 경우에 쓰이는 것이다. 경납땜의 용제로는 붕사가 일반적으로 쓰이며, 붕산, 산화제일구리, 식염 등이 쓰인다.

경납의 종류로는 동납, 황동납, 인동납, 은납 등이 있다.