제1장 목형 및 주조법

[하늘]

제1장 목형 및 주조법

1. 목형재료의 구비조건

 ① 변형 적고 재질이 균일할 것.

 ② 가공이 쉽고 내구성이 클 것.

 ③ 염가이고 구입이 쉬울 것..

  * 수축방지조건 : 양 선택, 장년기 수목 동기에 벌채, 건조재 선택, 적당한 도장, 많은 목편을 조합.

2. 목재의 방부법 : 도포법, 자비법, 침투법, 충전법 등이다.

3. 목형의 종류

 ① 현형 : 실제 제품과 같은 형태로 만든 모형.

   * 종류 : 단체형, 분할형, 조립형(아주복잡주물;상수도관용 밸브제작시)

 ② 회전목형 : 벨트풀리나 단차 제작시(소량주물 생산에 사용)

 ③ 긁기형(고르개형) : 단면이 일정하면서 가늘고 긴 굽은 파이프 제작시

 ④ 부분형 : 대형인 주물이 대칭 또는 일부분이 연속적일 때 (톱니바퀴, 기어 및 프로펠라 제작)

 ⑤ 골격형 : 주조갯수가 적고 구조가 간단한 대형주물.(골격만 목재, 큰곡관 제작시)

 ⑥ 코어형 : 속이 빈 중공주물 제작시.(수도꼭지나 파이프)

 ⑦ 매치플레이트(Match plate) : 소형주물제품을 대량 생산.(여러개의 주형을 동시에 제작)

  * 수축여유: 수축에 대한 보정량으로 주로 주물자를 사용.

    (주물자: 주철 1008㎜, 황동․청동 1015㎜, 주강 1020㎜, Al 1020㎜)

  * 현도(現圖) : 주물자를 이용하여 그리는 그림

4. 주물의 중량계산식                      

         

5. 주물사의 구비조건

 ① 성형성, 통기성, 내화성이 좋을 것        ② 화학반응 없고 열전도성이 불량할 것.

 ③ 적당한 강도 및 보온성이 있을 것        ④ 아름답고 매끈한 주물표면을 얻을 수 있을 것.

 ⑤ 구입 용이하고 가격이 저렴할 것.       

  * 주강용 주물사(고급주물): 규사(SiO₂)+점토를 배합(건조사), 내열성, 통기성, 수축성 우수

  * 입도 : 모래입자의 크기를 메시로 표시한다.

        *메시(mesh) : 길이 1인치내에 있는 체의 눈수

         * 통기도 (K)           

    * 압상력(押上力) : 주형에 쇳물을 주입하면 쇳물의 부력으로 윗주형틀이 들리게 되는 힘

  P = γ․A․h (정압의 경우)

    

  * 주입시간:

  

6. 각종 노의 크기

 ① 용광로 : 철광석을 용해하여 1일동안 생산된 선철의 무게.(ton/day)

 ② 큐우폴라(용선로) : 매시간당 용해량(ton/hr), 주철 용해

 ③ 전로, 평로, 전기로(제강,특수강), 반사로 :1회의 최대용해량 (ton/rev)

    * 평로나 전로의 염기성법(토머스법) : 마그네시아 내화물을 사용한다.

 ④ 도가니로 : 1회에 용해할 수 있는 구리의 중량을 번호로 표시.

  * 탕구계 : 쇳물을 주입하기 위한 통로(쇳물받이 → 탕구 → 탕류 → 탕도 → 주입구)

  * 덧쇳물(feeder;압탕) : 주형내 쇳물압력 부과, 수축공 없는 치밀한 주물, 쇳물 부족분 보급.

    주형내의 불순물 및 용제를 밖으로 배출.

7. 주물의 결함

 ① 수축공 : 응고시 쇳물 부족으로 공간이 생기는 것

            방지법: 쇳물아궁이를 크게, feeder 설치, 냉각쇠 사용

 ② 기공 : 가스배출의 불충분이 가장 큰 원인

         방지법: 통기성 좋게, 쇳물아궁이 크게, riser설치, 수분 제거, 쇳물의 주입온도 알맞게

 ③ 편석 : 용융금속에 불순물이 있을 때 발생

           특정성분 집중 석출, 重․輕 분리, 결정들의 각부 배합이 달라질 때

 ④ 균열 : 수축 불균일로 응력이 발생하여 주물에 금이 생기는 현상.

         방지법: 온도차를 적게 하고 급랭 방지, 두께차 줄일 것, 각진 부분 라운딩

8. 특수 주조법

 ① 칠드주조법 : 사형(砂型)과 금속형(金屬型)을 사용하며, 내마모성이 큰 주물을 제작할 때

                 표면은 백주철(시멘타이트)이 되고 내부는 회주철이 된다.

 ② 원심주조법 : 주형을 300~3000rpm으로 고속회전시켜 원심력에 의해 코어없이 중공주물 제작

                 (피스톤링, 실린더 라이너 등의 제작)

 ③ 다이캐스팅 : 금형에 고압으로 주입시켜 소형 및 정밀한 주물제작(단시간에 대량생산, 표면 깨끗)

                사용 재료: 아연,알루미늄,구리 등의 합금

 ④ 셀 몰드법 : 규소모래와 열경화성 수지 이용.

 ⑤ 인베스트먼트법 : 모형을 왁스나 파라핀을 이용.

 ⑥ 진공주조법 : 고급재질이 요구되는 강의 주조에 사용.(베어링강, 공구강, 스테인레스강)

 ⑦ 이산화탄소법 : 규사+규산나트륨 혼합, 복잡한 형상의 코어제작에 적합

]제2장 소성가공

1. 가공경화 및 재결정

 ① 가공경화 : 재료에 외력을 가하여 변형시키면 굳어지는 현상

          (예: 철사를 반복하여 구부릴수록 더욱더 구부리기 어려워지는 현상.)

 ② 재결정 온도 : 열간(고온)가공과 냉간(상온)가공이 구분되는 온도.

    Fe : 400℃, W : 1200℃, Ni : 600℃, Pt : 450℃, Au, Ag, Cu : 200℃

 ③ 냉간가공의 장․단점

  - 장점 : 제품의 치수 정확, 가공면이 아름답다. 기계적 성질 개선, 강도,경도증가 및 연신율 감소

  - 단점 : 가공방향으로 섬유조직이 되어 방향에 따라 강도가 다르다.

2.소성가공의 종류

 ① 단조(forging) : 일반적으로 가열상태에서 단조 기계나 해머로 두들겨 성형하는 방법

 ② 압연(rolling) : 두개의 롤러를 통과시키면서 소정의 제품을 가공하는 방법

 ③ 압출(extruding) : 컨테이너 속에 넣고 압력을 가해 압축시켜 가공하는 방법

 ④ 인발(drawing) : 일감을 길이방향으로 잡아당겨 늘리는 가공방법

 ⑤ 전조(roll forming) : 수나사, 볼, 세레이션, 기어가공에 주로 사용.

 ⑥ 판금 가공(sheet metal working) : 디프 드로오잉, 프레스 가공, 전단 가공, 굽힘가공 등을 이용함.

3. 단조의 종류

 (1) 자유단조(free forging) : 금형을 사용하지 않고 대형물에 사용.

  ① 눌러붙이기(up setting) : 재료를 축방향으로 압축하여 단면적 크게 길이를 짧게 하는 작업

  ② 늘리기(drawing) ③ 단짓기(setting down) ④ 절단(cutting off)   ⑤ 굽히기(bending)

  ⑥ 구멍뚫기(punching) : 얇은 재료에 사용.

 (2) 형단조(die forging)

   : 금형 사용하여 소형제품 대량생산, 정밀도 높고 가격저렴(주철은 단조가 되지 않는다.)

    * 강의 최고단조온도 : 1200℃, 강의 단조완료온도 : 800℃

4. 단조프레스 용량 (Q) 및  단조해머의 효율 : η, 단조에너지 : E

    

          ,       ,   

5. 압연가공

 ① 압연가공에서의 압하율(A)

        

 ② 자력압연조건 : μ ≥ tan θ (접촉각θ가 작거나 마찰계수μ가 커지면 스스로 압연이 가능하다)

 ③ 압연 롤러의 구성요소 : 몸체(body), 네크(neck), 웨블러(webbler)

 ④ 압연의 종류

  - 분괴압연(blooming) : ingot(강괴)에서 제품의 중간재(鋼片)를 만드는 압연

     : bloom(블룸), slab(슬래브), sheet bar(시트바), billet(빌릿) 등이 있다.

  - 판재압연 : 열간압연에서 잉곳을 슬래브, 시이트 바아로 압연후 이것을 판재(후판,박판)로 압연.

  - 형재압연 : 봉재, 평재, 형재, 레일 등을 제조하는 압연

 ⑤ 압연 Roller의 절손원인

    ; Roller의 neck의 절손, neck과 동체경계의 절손, 동체절손, Roller의 표면거칠기

6. 인발가공

 ⑴ 인발가공에서의 단면감소율(ψ) 및 가공도(S)

 ⑵ 인발가공의 인자 : 인발력, 다이각도, 단면감소율, 윤활법, 역장력

7. 압출가공

 ① 종류 : 직접압출(전방), 간접압출(후방,역식), 충격압출(튜브, 건전지 케이스 등의 제작)

 ② 압출재료 : Zn, Pb, Sn, Al, Cu등의 연질 금속

 ③ 압출비 = 빌렛의 초기 단면적 / 압출후의 단면적

  *. 제관법에서 이음매 없는 강관(seamless pipe) 제작에는 천공법(穿孔法)이 대표적이며,

   종류로는 만네스맨법, 압출법, 에르하르트법, stifel법 등이 있다.

8. 프레스 가공의 분류

 ① 전단가공 : 블랭킹, 펀칭, 전단(shearing), 트리밍, 셰이빙, 노칭, 분단(parting)

 ② 성형가공 : 굽힘, 비딩, 인장, 디프 드로잉, 벌징(밑부분 볼록), 스피닝(선반이용하여 가공), 시밍

               네킹, 교정, 컬링(끝말기), 마포옴법(고무사용), 하이드로포옴법(고무대신 액체사용)

 ③ 압축가공 : 압인(coining:주화,메달), 엠보싱(두께 변화가 없는 요철가공), 스웨이징, 충격압출

9. 전단가공

 ① 전단에 요하는 힘(P) 및 소요동력 (H or H')

 ② 유압프레스 용량 : Q

10. 스프링 백(spring back) : 굽힘가공을 할 때 굽힘 힘을 제거하면 판의 탄성 때문에 탄성변형

        부분이 원상태로 돌아가 굽힘각도나 굽힘 반지름이 커지는 현상.

    * 스프링백이 커지는 경우

      - 탄성한계, 경도, 구부림 반지름이 클수록, 두께가 얇을수록, 구부림 각도가 작을수록

   * 굽힘에 요하는 재료의 길이 :  L = A+B+2π× θ/360°(R +0.5t)

 제 3장 용접(welding)

1. 용접법의 종류

(1) 융접

 A) 가스용접 : 산소-아세틸렌용접(3430℃), 산소-프로판용접(2820℃), 산소-메탄용접(2700℃)

                  산소-수소용접(2900℃) 등이 있다.

 B) 아크용접

  ① 피복아크 용접: 직류정극성(모재:+,전극:-)   ② 탄소아크 용접

  ③ 불활성가스 아크용접: MIG(금속 비피복봉 전극,소모식;직류역극성), TIG(텅스텐봉 전극,비소모식)

             - 불활성가스 : Ar, He, Ne 등이 있다.

  ④ CO₂ 아크용접 : 연강용접에 사용

  ⑤ 원자수소 아크용접:열원으로 원자수소가스의 반응열을 이용한 용접.

  ⑥ 서브머지드 아크용접 : 송급된 분말용제속에 용접심선을 공급해 심선과 모재사이에서 아크를

     발생시켜 용접(열손실 가장적다) 상품명으로 잠호용접, 유니언 멜트용접, 링컨용접 등이 있다.

  ⑦ 스터드 용접 : 볼트나 환봉등의 선단과 모재사이에 아크를 발생시켜 가압하여 접합하는 용접

  ⑧ 프라즈마 아크용접: 기체를 수천도의 높은 온도로 가열하면, 그속의 가스원자가 원자핵과 전자로

       유리되어 양음의 이온상태로 된다. 핀치효과가 크며 용입크고 나비좁고, 용접속도가 빠르다.

 C) 특수용접

  ① 테르밋 : 산화철(Fe₃O₄)과 알루미늄분말을 반응열을 발생시켜 접합. 두꺼운판과 레일접합

  ② 일렉트로 슬래그 용접 : 와이어와 용융 슬래그 사이에 통전된 전류의 저항열을 이용하여 용접

  ③ 전자빔 용접 : 높은 진공중에서 고속의 전자빔을 형성시켜 그 전류가 가지고 있는 에너지를

     용접열원으로 한 용접

(2) 압접

 A) 전기저항용접

  ① 겹치기 이음 : 점(spot)용접 또는 프로젝션 용접 : 판금 공작물 접합에 사용.

                  심 용접 : 얇은 용접관을 연속적으로 제작.

                - 심용접의 종류 : 메시․포일․맞대기 시임 용접

  ② 맞대기(butt)이음 : 업셋맞대기 용접, 플래시 버트용접, 방전충격(퍼커션)용접

 B) 특수압접

  ① 가스 압접

  ② 단접 : 용접물을 가열하여 해머등으로 타격을 가하여 압접하는 방법.

  ③ 마찰용접 : 선반과 유사한 구조의 용접기로 접합면에 압력을 가한 상태로 회전시켜 마찰열로 접합

  ④ 초음파 용접,  ⑤ 폭발 압접,  ⑥ 유도가열 용접

(3) 납땜

  ① 연납(soft solder) : Sn +Pb의 합금.  ② 경납(hard solder)

2. 용접이음의 장점 및 단점

 ① 장점                                  ② 단점

  - 기밀,수밀성 및 효율 향상              - 용접부의 결함검사 곤란

  - 공수절감 및 작업속도가 빠르다        - 응력집중 발생

  - 제품의 성능과 수명 향상              - 용접의 기술 및 용접 모재의 재질에 따라 용접성 좌우

  - 자재 절약, 작업의 자동화가 가능

3. 가스용접법

 (1) 불꽃의 종류(산소-아세틸렌 용접)

  ① 표준불꽃(중성불꽃) : 연강,주철,구리,알루미늄의 용접 (C₂H₂ +O₂ = 2CO +H₂)

  ② 탄화불꽃(아세틸렌과잉불꽃) : 경강,스테인레스강판,스텔라이트,모넬메탈

  ③ 산화불꽃(산소과잉불꽃) : 황동용접

    - 불꽃심에서 2~3mm 떨어져 용접

  (2) 가스절단이 가장 잘 되는 재료는 연강 및 주강이다.

  (3)  팁의 능력

   ① 프랑스식: 1시간동안 표준불꽃으로 용접하는 경우 아세틸렌의 소비량(ℓ)으로 표시

  (예: 100번,200번,300번 : 100ℓ,200ℓ,300ℓ인 것을 의미한다.)

4. 피복제의 역할

 ① 대기중의 산소 및 질소의 침입을 방지하고 용융금속을 보호

 ② 용착 금속의 기계적 성질 개선 및 탈탄,정련작용

 ③ 아크 안정, 용착 효율을 높인다.

 ④ 슬래그 제거, 비드를 깨끗이 한다.

 ⑤ 용융금속의 응고와 냉각속도를 지연시켜 준다.

  * 용제(flux) : 용접중 고온에서 공기와 접촉하기 때문에 산화가 일어나는데 산화물을 제거시 사용.

  * 슬래그(slag): 비드 표면을 덮어서  용착금속의 산화와 질화를 방지하고, 용접 금속을 보호한다. 

6. 용접의 구조상 결함

 ① 언더컷 : 전류가 너무 높고, 아크 길이가 너무 길 때, 운봉속도가 너무 빠를 때 발생.

 ② 오버랩 : 전류가 너무 낮고, 아크 길이가 너무 짧을 때, 운봉속도가 너무 느릴 때 발생.

 ③ 슬래그 섞임 : 녹은 피복제가 융착금속 표면에 떠 있거나 용착금속 속에 남아 있는 것.

 ④ 기공 : 용착금속 속에 남아 있는 가스(H₂,O₂,CO)로 인한 구멍으로  습기가 많고 기름,녹,페인트등이

          부착, 용접부 급랭, 과대 전류 사용시에 발생.

 ⑤ 용입불량   ⑥ 균열  ⑦ 선상조직, 은점  ⑧ 잔류응력의 과대

제 4장 열처리

1. 일반열처리

 ① 담금질(quenching) : 급랭으로 재질경화

    담금질액의 냉각능력 : NaOH(2.06), NaCl(1.96), 보통물(1,열처리효과 가장큼), 기름.

    열처리 조직변화순서 : A → M → T → S → P (강도,경도 크기 : M>T>S>P>A)

   * 질량효과 : 담금질시 재료의 크기에 따라 냉각속도변화로 내․외부의 경도차가 생기는 것.

   * 심랭(sub-zero)처리: 잔류 오스테나이트를 마아텐자이트화 하기 위하여 0℃이하로 처리하는 것.

                          (주로 게이지강에 사용)

 ② 뜨임(tempering) : 내부응력 제거 및 인성 부여

 ③ 풀림(annealing) : 내부응력 제거 및 재질을 연하고 균일하게 함.

 ④ 불림(normalizing) : 내부응력 제거 및 재질의 조직을 균일화(표준화)

2. 항온열처리

    강을 가열하여 염욕중에서 냉각 도중 특정온도에서 정지후 변태시켜 담금질 변형 및 균열을 방지할

   수 있는 열처리. 항온변태곡선(S선, C선, TTT곡선)를 이용한다.(담금질과 뜨임을 동시에 시행)

 ① 오스템퍼 :  B  ② 마아템퍼 : M+B   ③ 마아퀜칭 : M

3. 표면경화 열처리

(1) 화학적인 방법

 ① 침탄법 : 탄소 침투.

   * 종류 : 고체침탄법(목탄,코우크스), 가스침탄법(CO, CH₄, C₂H₆, C₃H₈)

 ② 질화법 : NH_3.   용도는 자동차의 크랭크축, 캠, 동력전달용 체인 등이 있다.

 ③ 시안화법(청화법) : NaCN(시안화나트륨), KCN

(2) 물리적인 방법

 ① 화염경화법 : 갯수가 적은 복잡한 형상 및 대형가공물. 선반의 주축, 베드 등에 사용.

 ② 고주파경화법 : 짧은 시간(수초)에 열처리가 가능하며 대량생산의 동일제품에 적용

(3) 시멘테이션에 의한 경화법(금속침투법)

  Al (칼로라이징) : 고온산화성이 크다.  Zn(세라다이징): 내마모성이 크다.

  Si (실리코나이징) ,  Cr(크로마이징) : 줄의 표면경화에 사용.  B (보론나이징)

 * 패턴팅 : 탄소강선의 냉간 인발에 있어서 가공경화가 나타나서 계속 작업이 어려울 때 조직을

       소르바이트화 시키는데 이용되는 방법으로 연욕로 중에서 항온변태를 일으키게 하는 열처리

제5장 수기가공(손다듬질) 및 정밀측정

1. 손다듬질 작업순서

 ① 금긋기 작업   * 바이스의 크기 : 물릴수 있는 조오의 최대폭

 ② 펀칭 및 드릴링 : 펀치의 끝각은 90°이다.

 ③ 쇠톱질 : 쇠톱은 밀때 절단되며, 톱날의 크기는 양단 구멍중심에서 중심까지의 길이로 표시

 ④ 정작업 : 정의 날끝각은 연강(45~55°),주철(55~60°),경강(60~70°)

 ⑤ 줄작업 : 탄소공구강(STC)으로 만든다.

    ⅰ) 종류: 직진법(일반적, 정삭), 사진법(거친절삭, 모따기), 횡진법(병진법:좁은 면)이 있다.

    ⅱ) 줄눈의 형상 : 홑줄날(연철 및 얇은판의 가장자리절삭), 겹줄날(상목:절삭, 하목:칩배출)

                     라스프줄(목재, 가죽 등의 비금속재료), 곡선줄(칩배출이 용이) 등이 있다.

    ⅲ) 줄눈의 크기는 1인치에 대한 눈금 수.

 ⑥ 스크레이퍼 작업 : 줄질 작업 후 더욱 정밀한 평면 또는 곡면으로 다듬질할 때

                    작업시 정반, 광명단, 스크레이퍼를 사용.

2. 리이머 작업 및 태핑

 ① 리이머 작업 : 드릴로 뚫은 구멍을 더욱 정밀하게 다듬는 공구이며, 떨림(채터링)을 방지하기 위해

                 날의 간격을 다르게 한다.

        * 리이머는 드릴보다 절삭속도는 느리게 이송은 빠르게 한다 (3~4배)

 ② 태핑 : 암나사를 만드는 공구이며, 핸드탭은 3개가 1조로 되어 있다.

          가공률 => 1번탭: 55%, 2번탭: 25%, 3번탭: 20%

          * 탭 구멍의 지름 : d = D - p

3. 직접측정기

 ① 버어니어 캘리퍼스 : 길이(외경), 폭(내경), 깊이를 측정. 종류: M형, CB형, CM형 등이 있다.

 ② 마이크로미터 : 보통 삼각나사의 피치가 0.5㎜에 딤블의 원주를 50등분하여 최소 측정값이 0.01㎜

                 이며, 크기는 0~25㎜, 25~50㎜, 50~75㎜, 75~100㎜ 등이 있다.

 ③ 하이트 게이지 : 높이 측정 및 금긋기 작업에 사용.

          종류는 HT형(0점 조정이 가능), HB형, HM형 등이 있다.

 ④ 측장기 : 안지름, 작은구멍, 암나사, 테이퍼 측정이 가능. 정밀게이지, 공구검사에 사용.

   * 아베의 원리: "표준자와 피측정물은 같은 축선상에 있어야 한다."

        적용: 외측 마이크로미터, 위배: 버어니어 캘리퍼스

4. 비교측정기

 ① 다이얼게이지 : 비교측정기의 대표적이며, 평면도, 진원도, 축의 흔들림, 직각도 등의 측정에 사용.

   * 진원도 측정방법에는 직경법, 반경법, 삼점법 등이 있다. (기어를 이용한 확대지시장치)

 ② 공기 마이크로미터: 공기의 흐름을 확대기구로 하여 길이를 측정하는 방법

 ③ 전기 마이크로미터: 측정자의 기계적 변위를 전기량으로 변환하여 지시계의 지침을 측미기로 측정.

 ④ 옵티미터 : 광학적으로 미소범위를 확대하여 측정

 ⑤ 미니미터 : 레버 확대기구를 이용하여 수백, 수천배 확대시켜서 측정

5. 블록게이지 : 게이지중 가장 정밀도가 높으며, 건식래핑에서 얻어진다. (조합밀착하여 사용가능)

   * 분류 : 연구소용,참조용(AA급), 표준용(A급), 검사용(B급), 일감용,공작용(C급)

6. 한계 게이지 : 다량의 동일제품의 치수를 측정할 때 사용하는 게이지로 한쪽은 통과 다른 한쪽은

                정지측으로 되어 있다.

 ① 구멍용 한계게이지 : 플러그 게이지, 평 게이지, 봉 게이지 등이 있다.

 ② 축용 한계게이지 : 스냅 게이지, 링 게이지 등이 있다.

 ③ 테일러의 원리 : "통과측에는 모든 치수 또는 결정량이 동시에 검사되고 정지측에는 각 치수를

                    개개로 검사하지 않으면 안 된다."

7. 각종 게이지(표준 게이지)

 ① 센터 게이지 : 선반작업의 나사 절삭시 바이트 위치나 바이트의 각도를 검사하는데 사용.

 ② 틈새 게이지(thickness gauge) : 미세한 간격이나 틈새를 측정하는데 사용.

 ③ 피치 게이지 : 나사산의 피치를 측정.

 ④ 와이어 게이지 : 철사의 지름 및 판의 두께 측정.

 ⑤ 반지름 게이지(radius gauge)

 ⑥ 드릴 게이지(drill gauge)

8. 사인 바(sine bar) : 45°이하의 각도측정에 사용.

  

9. 광선정반(optical flat) : 평면도 검사, 간섭 무늬수 2개(250㎜미만), 4개(250㎜이상)

   평행광선정반(optical parallel) : 평행도 검사 및 마이크로미터의 정도 검사.

   * 이두께 측정법 : 현 이두께법, 걸치기 이두께법, 오우버핀법등이 있다.

   * 기어의 측정에는 치형의 정확도, 이두께, 피치, 편심오차 등을 측정하고 검사한다.

10. 나사의 유효지름 측정

 ① 나사 마이크로미터

 ② 삼선법(삼침법) : 가장 정밀 (미터나사: d_e=M-3d+0.86603p)

 ③ 공구현미경 또는 투영기 : 나사산의 각, 높이, 피치 및 d, d_e, d₁을 측정할 수 있다.

제 7장 절삭 이론

1. 공작기계의 기본운동

 ① 절삭운동 => 공구 : 밀링, 드릴링, 보오링, 세이퍼, 슬로터, 브로우칭 M/C, 평면연삭기

                일감 : 선반, 플레이너

                일감+공구 : 호빙 머신, 래핑, 원통연삭기

 ② 이송운동       ③ 조정운동(위치조정운동)

2. 칩의 종류

 ① 유동형 : 인성이 있는 연한 재질, 연속적인 칩, 가공면이 아름답다.

        * 조건 : 절삭속도 빠를 때, 경사각이 클 때, 절삭깊이가 작을 때

 ② 전단형 : 칩이 일정간격을 유지, 절삭각이 크고 절삭깊이가 클 때

 ③ 열단형(경작형) : 점성이 큰 재료, 가공면이 거칠다.

 ④ 균열형 : 메진 주철을 저속으로 절삭할 때

   * 칩 브레이크 : 연속적인 칩을 짧게 끊어주는 장치이며, 안전장치의 역할을 한다.

3. 구성인선(built-up edge) : 절삭재료가 고온고압에 의하여 공구 인선에 공작물이 응착하여

    실제 절삭날의 역할을 하는 현상.(발생 → 성장 → 분열 → 탈락을 반복 : 1/10 ~1/200초정도)

  * 방지책 : 절삭속도 빠를 때, 경사각이 클 때, 절삭깊이가 작을 때, 윤활성이 있는 절삭제를 사용.

4. 절삭속도(V ) 및 절삭시간(T) , 동력(H or H')

5. 절삭저항 3분력 크기순서 : 주분력 > 배분력(정밀도에 영향) > 이송분력(횡분력)

6. 공구의 수명 및 마멸

 ① 테일러의 공구 수명식 : VTⁿ = C

 ② 공구의 수명은 절삭속도, 이송, 절삭깊이의 순으로 영향을 받는다.

 ③ 공구의 마멸 : 크레이터 마멸(공구의 윗면이 칩에 의해 움푹 파여지는 현상)

                 플랭크 마모, 치핑(결손)

7. 공구재료의 종류

 ① 탄소 공구강(STC) : 0.6~1.5%C, 300℃이상에서 사용하지 못함.

          용도 : 줄, 정, 쇠톱날, 펀치...

 ② 합금 공구강(STS) : 0.6~1.5%C의 탄소강에 W, Cr, Ni, V등을 1종 또는 2종을 첨가한 강.

 ③ 고속도강(SKH) : 0.8%C + W(18%)-Cr(4%)-V(1%);표준형

 ④ 주조경질합금 : 일명"스텔라이트"라고도 하고  주성분은 W-Cr-Co-C-Fe 등이다

 ⑤ 초경합금 : 금속탄화물(WC, TiC, TaC)+Co분말을 가압, 성형후 800~900℃에서 예비 소결한 후

        수소기류 중에서 1400~1500℃에서 소결시켜 만든 합금

      * 상품명: widia, carboloy, tungaloy, dialoy, midia 등

 ⑥ 세라믹 : Al₂O₃를 주성분으로 소결시켜 만들며, 충격에 약하고 절삭유를 사용치 않는다.

            고온 경도가 높고 내마멸성이 우수(980℃)

8. 절삭제 

 ① 절삭유의 3작용 : 냉각작용, 윤활작용, 세척작용

  * 극압유(윤활목적),   주철은 절삭유를 사용하지 않는다.

9. 공구각

 ① 경사각 : 절삭력에 영향을 주며 경사각이 클 때 절삭저항은 감소하지만 날끝이 약해진다.

 ② 여유각 : 공구와 일감의 접촉(마찰)방지

제 8장 선반가공

 * 선반의 크기 : 깎을 수 있는 공작물의 최대지름(베드상의 스윙), 양센터 사이의 최대거리

                왕복대상의 스윙

1. 선반의 종류

 ① 터릿 선반 : 여러개의 공구를 방사형으로 설치, 콜릿척을 주로 사용하며 대량생산에 사용.

              * 콜릿척 : 가는 지름 또는 각재를 연속 가공할 때 편리.

 ② 모방 선반 : 형판이나 모형을 이용하여 형판과 같은 윤곽절삭

 ③ 수직 선반 : 공구의 길이방향 이송 및 주축이 수직으로 설치되어 있으며, 중량물 절삭에 사용.

 ④ 정면 선반 : 길이 짧고 지름이 큰 일감. 큰 면판을 구비

 ⑤ 차축 선반 : 철도차량용 차축을 주로 가공

    이외 탁상 선반, 보통 선반, 다인 선반, 공구선반, 크랭크축 선반, 캠축 선반,...

2. 선반작업의 종류

   외경, 내경, 단면, 절단, 홈, 테이퍼, 드릴링, 보오링, 암․수나사, 정면, 곡면, 총형, 널링(깔쭈기)

   구면가공, 육면체가공, 곡면절삭 등

3. 주축대는 중공으로 되어 있어 긴 일감을 가공할 수 있으며, 재질은 Ni-Cr강이다.

   앞쪽에 모오스 테이퍼(T=1/20)가 있으며, 회전센터(live center)를 삽입할 수 있다.(재질:연강)

4. 왕복대의 구성은 새들과 에이프런(자동이송장치가 장착), 복식공구대로 이루어져 있다

   복식공구대는 새들 위에 있으며 공구를 설치하고 주로 짧은 길이의 테이퍼 절삭에 사용.

5. 선반의 부속장치

  * 센터의 선단각 : 보통일감 60°, 대형일감 75°,90°

 ① 하프센터 : 끝면 깎기에 사용

 ② 베어링 센터 : 중량물 가공 및 고속회전 절삭에 사용

 ③ 단동척 : 조오4개(개별적), 불규칙한 일감고정, 편심가공가능 (4단3연)

 ④ 연동척(스크롤척) : 조오3개(동시에), 균일한 일감(원형, 삼각형, 육각형등)

 ⑤ 마그네틱척(자기척) : 두께가 얇은 일감을 고정

 ⑥ 심봉(mendrel) : 내면을 다듬질한 중공의 일감 외경을 가공(기어나 풀리의 소재가공)

 ⑦ 방진구 : 가늘고 긴 일감의 가공시 자중으로 휘거나 절삭력에 의한 변형 방지.(이왕새고베)

 ⑧ 양센터 작업에 필요한 부속장치 : 주축센터, 심압센터, 돌림판, 돌리개 등이 필요하다.

          중공 제품을 가공시에는 심봉(mandrel)이 필요하다.

6. 테이퍼 절삭

 ① 공구대를 선회 시키는 방법(tanθ) : 테이퍼가 크고 길이가 짧을 때

 ② 심압대를 편위시키는 방법(편위량:χ) : 테이퍼가 작고 길이가 긴 경우

 ③ 테이퍼 절삭장치(어테치먼트)에 의한 방법 : 릴리이빙 선반 또는 공구선반

 

7. 나사절삭          

일감의 피치(mm)                     A      C         

리드 스크류우의 피치(mm)       B      D

8. 절삭속도(V ) 및 절삭시간(T) , 동력(H)

   

제 9장 밀링가공

1. 밀링 머신의 작업종류

   : 평면(플레인 커터: 수평밀링, 정면커터: 수직밀링), 홈(엔드밀), 측면, 절단(메탈소오), 각도절삭

     총형절삭(기어, 나선홈등)

2. 밀링 머신의 크기 : 번호로 표시(No. 0 ~ N0. 5 : 번호가 클수록 큼)

 ① 테이블면의 크기

 ② 테이블의 최대 이동거리(좌우×전후×상하)

 ③ 주축의 중심선에서 테이블면까지의 최대거리(수평),주축단에서 테이블면까지의 최대거리(수직)

 ④ 주축대의 최대 이동거리(수직)

3. 상향절삭 ≠ 하향절삭

  * 상향절삭 : 커터의 회전방향과 일감의 이송방향이 서로 반대

 ① 커터의 수명 짧고 동력소비 많다. 

 ② 가공면이 거칠다.

 ③ 일감 고정을 견고하게

 ④ 절삭시 칩 방해가 없다.

 ⑤ 백래시 발생이 없다(백래시 제거장치가 필요없다.

4. 절삭속도(V) 및 1분간의 테이블 이송속도(f)

   

5. 분할작업

 ① 직접분할법 : 24구멍을 이용하여 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24등분만 가능.

 ② 단식분할법 : 브라운 샤프형과 신시내티형

     크랭크축 1회전시 스핀들은 1/40(9°)회전한다.

    

 ③ 차동(만능)분할법 : 변환기어 12개, 1008등분까지 가능.

 6. 헬리컬 기어가공

제 10장 연삭가공

1. 원통연삭기의 종류

 ① 테이블 왕복형 ② 숫돌대 왕복형 ③ 플런지컷 형(가공물의 전체 길이를 동시에 가공)

 ④ 만능연삭기: 숫돌대 및 테이블이 선회: 테이퍼 연삭, 내면연삭

 ⑤ 센터리스 연삭기: 센터나 척을 이용하지 않고 가늘고 긴 일감의 원통연삭.

    * 조정숫돌바퀴의 역할 : 일감의 회전 및 이송

2. 연삭숫돌바퀴의 3요소 : 숫돌입자, 결합제, 기공

3. 연삭숫돌의 5대 구성요소

    WA  46  L  M  V

 ① 숫돌입자 : Al₂O₃ (A숫돌: 일반강재, WA숫돌: 열처리강, 백색)

               SiC  (C숫돌: 주철,비철금속, GC숫돌: 초경합금,유리, 녹색)

 ② 입도 : 숫돌입자의 크기를 번호로 표시

 ③ 결합도 : 숫돌의 단단한 정도(LMNO: 중간, HIJK: 연하다, PQRS: 경하다)

 ④ 조직 : 숫돌의 밀도(C;0,1,2,3 : 치밀, M;4,5,6 : 중간, W;7,8,9,10,11,12 : 거친)

 ⑤ 결합제 : V : 비트리파이드(점토와 장석),  S : 실리케이트(규산나트륨), R : 고무,

       B : 레지노이드(베이클라이트),  E : 셸락,  PVA : 비닐결합제,  M : 금속결합제

            피연삭재의 연삭된 부피

4. 연삭비 = ---------------------

            숫돌바퀴의 소모된 부피

5. 연삭숫돌의 작용

 ① 글레이징(무딤) : 마모된 숫돌입자가 탈락하지 않아 표면이 매끄러워지는 현상.(연삭불량)

 ② 로우딩(눈메움) : 칩이나 숫돌입자가 기공에 차서 메워지는 현상.(연삭불량)

 ③ 드레싱 : 눈메움 또는 무딤 발생시 숫돌표면을 드레서를 이용하여 숫돌 날을 생성시키는 작업

 ④ 트루잉(모양고치기) : 숫돌의 연삭면을 숫돌과 축에 대하여 평행 또는 일정한 형태로 성형시키는

    방법

 ⑤ 자생작용 : 연삭시 숫돌의 마모된 입자가 탈락되고 새로운 입자가 나타나는 현상.

   * 연삭균열 방지법 : 연한숫돌 사용, 이송 크게, 절삭깊이 적게, 충분한 연삭액을 주어 발열방지.

6. 컵형숫돌에 의한 연삭

      여기서, d:커터의 지름,  γ: 여유각

제 11장 기타 범용공작기계

1. 드릴링 머신에 의한 가공

 ① 드릴링: 드릴로 구멍뚫기

 ② 리이밍: 드릴로 뚫은 구멍을 더욱 정밀하게 가공

 ③ 태핑: 암나사 가공

 ④ 보오링: 전가공상태에서 얻어진 면을 더욱 크고 정밀하게 가공

 ⑤ 스폿페이싱 : 볼트나 너트등이 닿는 부분을 평평하게 자리를 만드는 작업

 ⑥ 카운터 보오링 : 작은나사, 볼트의 머리부를 일감에 묻히게 하기 위한 단을 만드는 작업

 ⑦ 카운터 싱킹 : 접시머리나사의 머리부를 묻히게 하기 위해 원뿔자리를 만드는 작업

2. 드릴 머신의 종류

 ① 레이디얼 드릴링 머신 : 칼럼을 중심으로 360°회전. 주축은 아암을 따라 이동. 대형일감 가공

 ② 심공 드릴링 머신 : 깊은 구멍 가공(총열)

 ③ 다두 드릴링 머신 : 스핀들이 여러 개 있으며, 특정제품의 대량 생산에 사용

 ④ 다축 드릴링 머신 : 다수의 구멍을 동시에 가공할 때 사용

 ⑤ 탁상 드릴링 머신

 ⑥ 직립 드릴링 머신

3. 절삭공구

 ① 트위스트 드릴 : 가장 널리 사용

 ② 표준 드릴의 날끝각 : 118°, 여유각 : 12~15°, 비틀림각 : 20~32°

 ③ 드릴 자루부는 지름 13㎜이하는 곧은 자루이고 지름13㎜이상은 모오스 테이퍼로 되어 있다.

 ④ 시이닝(thinning) : 웨이브의 두께를 적게하여 절삭력을 향상시키는 것.(절삭저항 감소)

4. 드릴의 절삭속도(V) 및 절삭 시간(T)

5. 보오링 머신 : 주조할 때 뚫린 구멍이나 드릴로 뚫은 구멍을 깎아서 크게 하거나 정밀하게

                 가공하는 작업. (외경, 내경, 암나사, 수나사, 드릴링, 리이밍 작업 등)

   * 종류  ① 수평보링머신 : 일반적인 가장 널리 사용.(테이블형, 플로어형, 플레이너형)

           ② 정밀보링머신 : 정밀한 보링.(진원도, 진직도)

           ③ 지그보링머신 : 정밀 측정장치가 부착된 기계

                            (주로 공구나 지그 가공을 목적으로 2~10μ의 정밀한 구멍을 가공)

   * 보링머신에서 주로 사용하는 공구는 보링 바이트이다.

6. 플레이너, 세이퍼, 슬로터

기계명	절 삭 운 동	크  기	가 공 물	급속귀환장치
세이퍼	램의 직선왕복운동	램의 최대행정	좁은면의 평면,홈,측면	크랭크 기어와 아암
슬로터	램의 수직왕복운동	램의 최대행정 회전테이블의 직경	구멍의 내면,키홈,스플라인,세레이션홈,내접기어등	크랭크 기어와 아암
플레이너	테이블의 직선운동	테이블의 최대행정	큰일감 평면(주철제 정반)	벨트와 유압

7. 세이퍼의 절삭속도(V) 및 플레이너의 속도비(i)

8. 기어 절삭법

 ① 형판에 의한 법(모방절삭법)

 ② 총형공구에 의한 절삭법

 ③ 창성법 : 인벌류우트 곡선을 그리는 원리를 응용한 이의 절삭 방법이며, 가장 널리 사용된다.

    * 종류 : 래크 커터에 의한 방법 : 마그식 기어 세이퍼

            피니언 커터에 의한 방법 : 펠로우즈식 기어 세이퍼

            호브에 의한 방법 : 호빙 머신

9. 브로우칭 머신 : 브로우치라는 공구를 사용하여 일감의 표면 또는 내면을 필요한 모양으로

    절삭가공하는 가공법으로 1회 통과시켜 제품을 완성한다.

    주로 대량생산에 적합하며, 키홈, 스플라인 구멍, 다각형 구멍, 세그먼트 기어의 치형에 사용.

제 12장 정밀입자 가공 및 특수가공

1. 정밀입자가공

종  류	운동상태	가공 정밀도	가공분야	특  징
호  닝	호운의 회전 및 직선왕복운동	3~10μ	보링, 연삭에서 가공된 구멍의 내면,외면 다듬질	왕복운동속도는 원주속도의 1/2~1/5 호닝유:등유나 경유에 라드유를 혼합 거친호닝입도:80~120번,보통:220~280 연삭입자:WA(강,주강), GC(주철,비금속)
슈퍼 피니싱	숫돌의 진동 및 직선왕복운동	0.1 ~0.3μ	변질층 표면깎기,원통외면,내면, 평면다듬질	표면의 변질층 제거 짧은 시간(30초~2분)에 가공완료 방향성이 없는 다듬질
래  핑	랩과 랩제의  미끄럼 운동	0.0125~0.025	광학렌즈 건식법:블록게이지	가공면이 곱고, 정밀도↑, 대량생산 가능, 비용이 저렴, 내식성, 내마멸성이 우수 랩재료는 주철이 많이 쓰인다. 랩핑유:경화강에는 석유와 기계유를 혼합        유리,수정에는 물을 사용한다.

2. 방전가공

 ① 높은 경도를 갖는 재질(보석류, 경화강, 내열강)의 절단, 천공 등에 쓰이며 직류 축전기법이

    대표적이다.

 ② 가공액으로는 변압기유, 스핀들유, 석유, 물 등이 사용된다.

 ③ 전극재료 : 흑연, 텅스텐, 구리합금등 (공작물: +, 공구: -)

  * 방전의 진행과정 : 암류 → 코로나 → 불꽃 → 글로 → 아크

  * 와이어컷 방전가공 : 블랭킹 다이의 구멍가공에 적용

 (1) 방전가공에서 전극재료의 조건

  ① 방전이 안전하고 가공속도가 클 것.

  ② 가공 정밀도가 높고 기계가공이 쉬울 것.

  ③ 가공전극의 소모가 적으며, 구입이 쉽고 가격이 저렴할 것.

 (2) 방전가공기의 전원장치 회로방식

  ① RC회로(콘덴서 방전회로) : 가장 기본적인 회로(축전기법)

  ② TR회로(트랜지스터 방전회로) : 일반 방전기에서 많이 사용

  ③ TR을 부착한 RC회로 : 현재 가장 많이 사용.

3. 초음파 가공 : 물이나 경유등에 연삭 입자를 혼합한 가공액을 공구의 진동면과 일감 사이에

        주입시켜 가면서 16~30KHz/sec의 초음파에 의한 상하 진동으로 표면을 다듬는 가공방법

   ① 굳고 취약한 재료에 사용(초경합금,세라믹,유리)되며 구멍뚫기,절단,평면가공,표면가공 등을 한다.

   ② 공구(혼)의 재료 : 황동, 연강, 공구강, 모넬메탈, 피아노선재등

   ③ 연삭입자의 재질 : 알루미나, 탄화규소, 탄화붕소 등이 있다.

4. 전해연마 : 전기 화학적인 방법으로 표면을 다듬질하는 방법

  ① 주로 치수정밀도보다는 표면에 광택이 있는 거울면이 중요시 될 때

  ② 드릴의 홈, 주사침, 반사경등이 있는 거울면을 얻을 수 있다.

5. 버니싱 가공 : 원통의 내면 가공시 안지름보다 큰 공구를 압입하여 정밀도가 높은 면을 얻는 가공법

6. 텀블링(배럴연마) : 금속과 비금속 등의 고형물에 대해 시행하며 대량의 일감을 1개의 배럴에 넣고

    가공하므로 노력이 절감되고 모든 일감이 균일하게 다듬어지며, 많은 양을 한번에 다듬질하는 방법        

7. 버핑 : 버프를 회전시키며 공작물 표면의 녹을 제거하거나 광택내기에 사용하는 방법이다.

          치수정밀도와는 무관하며 광택내기가 주목적이다.

12. 쇼트 피닝 : 강구를 분사시켜 금속 표면의 강도와 경도를 증가시켜 주는 방법.

               주로 스프링재의 수명을 연장시키기 위해 피로강도, 탄성한도를 높인다.

         단점 : 부적당한 쇼트 피이닝은 연성을 감소시키므로 균열의 원인이 된다.

              * 쇼트 피닝의 가공조건 : 분사면적, 분사각도, 분사속도

제 13장 NC공작기계

1. NC공작기계의 3가지 기본동작

  ① 위치정하기 ② 직선절삭 ③ 원호절삭

2. NC공작기계발전 4단계

 ① 제1단계 : NC(numerical control) 수치제어

 ② 제2단계 : CNC(computer numerical control) 컴퓨터 수치제어

 ③ 제3단계 : DNC(direct numerical control) 군관리 시스템

 ④ 제4단계 : FMS(flecxible manufacturing system) 컴퓨터를 이용한 공장전체를 자동화한 시스템

              (유연생산 시스템), 다품종 소량생산

3. 서보기구의 종류

 ① 개방회로방식(open loop system) : feed back無, 정밀도가 낮아 NC에서 사용치 않음.

 ② 폐쇄회로방식(closed loop system) : 위치 검출하여 feed back함, 높은 정밀도를 요구하는 공작

    기계나 대형의 기계에 사용.

 ③ 반폐쇄회로방식(semi-closed loop system) : 위치 및 속도의 검출을 서보모터의 축이나 볼나사의

    회전 각도로 검출, NC공작기계에서 가장 많이 사용.

 ④ 하이브리드 서보방식(hybrid servo system) : 반폐쇄+폐쇄 높은 정밀도가 요구되는곳 및 기계의

    강성을 높이기 어려운 경우에 사용.

4. NC에 사용되는 Address의 구성

   N___   G___    X___  Y___  Z___    F___     S___     T___      M___      ;

 전개번호  준비기능    좌표어(X,Y,Z)   이송기능  주축기능  공구기능  보조기능   EOB

 * 좌표어 : 절대좌표(X,Y,Z), 증분방식(U,V,W)

5. CNC 선반의 준비기능 Code

  G00 : 위치결정(급속이송), 전원이 ON되면 기본값으로 정해짐.

  G01 : 직선가공(절삭이송)

  G02 : 원호가공(CW: 시계방향)

  G03 : 원호가공(CCW: 반시계방향)

  G04 : 일시정지(휴지:dwell)

  G50 : 공작물 좌표계 설정(주축 최고회전수 설정)

  G96 : 원주속도 일정제어(m/min)

  G97 : 원주속도 일정제어취소(회전수 일정제어) rpm

  * 보조기능 : M03: 주축속도 정회전, M04: 주축속도 역회전, M05: 주축정지

               M08: 절삭유 주유, M09: 절삭유 공급정지

예제)① G96 S150 M03; 의 이미는?  v=150 m/min

     ② G97 S150 M03; 의 의미는?  n=150 rpm

     ③ G50 S2000;  G96 S130에서 d=60mm일때 주축회전수는?  n=690 rpm

재료의 이용

1. 재료의 특성

1) 목재의 이용

가. 목재의 특성

sound 목재

목재는 가구, 책상, 종이 등 우리 생활에서 가장 친숙하고 유용하게 사용되는 재료이다. 목재는 다른 재료에 비해 가공하기 쉽고, 무늬가 아름다우며, 오랫동안 인류의 연료로도 사용해 왔기 때문에 인류가 사용한 최초의 재료라 할 수 있다.

 (1) 목재의 장점

  ․다른 재료에 비하여 가볍고 무늬가 아름답다.

  ․열과 전기를 잘 전달하지 않는다.

  ․따듯한 느낌을 주며 가공하기가 쉽다.

  ․비중에 비하여 강도가 크다.

 (2) 목재의 단점

  ․썩기 쉽고 불에 타기 쉽다.

  ․재질이 고르지 못하다.

  ․건조하면서 수축되어 뒤틀리거나 갈라지는 등의 변형이 심하다.

나. 목재의 구조

sound 목재의 구조

나무는 뿌리, 줄기, 가지, 잎 등으로 구성되어 있으며, 대부분의 목재는 줄기에서 얻는다. 목재의 줄기 즉, 통나무를 잘라 보면 껍질과 수심, 목질부로 되어 있다.

 (1) 목재의 구성 ; 통나무를 잘라 보면 껍질과 수심, 목질부로 되어 있다.

  ․껍질 : 겉껍질과 속껍질로 되어 있으며, 겉껍질은 짙은 갈색을 띤다.

  ․수심 : 목재의 중심 부분이다.

  ․목질부 : 껍질과 수심 사이 부분으로 나이테로 구성되어 있으며, 변재와 심재로 구분할 수 있다.

  ․심재 : 목재의 수심에 가까운 짙은 색깔을 띠는 목질 부분을 말한다.

     - 역할 : 거의 성장이 멈춘 죽은 세포로서, 나무 줄기를 지탱해 주는 역할을 한다.

     - 특성 : 목질이 단단하고 기름기가 있다. 건조하여도 변화가 적고 습기에 잘 견디며, 깎으면 광택이 있다. 심재는 목재 중에서 가장 좋은 부분이다.

   ․변재 : 껍질 부분에 가까운 바깥쪽의 목질 부분이다.

     - 역할 : 성장을 계속하고 있는 세포로서 물과 양분을 이동시키고 저장하는 역할을 한다.

     - 특성 : 목질이 성기고 연하며, 건조하면 변형이 잘 되고 습기에 약하다. 옅은 색깔을 띤다.

  (2) 나이테 : 목질 부분의 수심을 둘러싸고 있는 여러 개의 동심원으로, 춘재와 추재의 한 쌍으로 이루어진 나비이다.

   ․춘재 : 봄과 여름에 자란 부분. 세포는 많이 자라서 크고 세포막은 얇고 유연하며, 색깔이 옅다.

   ․추재 : 가을과 겨울에 자란 부분. 세포는 조금 자라서 작고 세포막이 뚜껍고 단단하며, 색깔이 짙다.

 (5) 목재의 흠 : 목재는 나무가 자라는 동안이나 벌목, 운반, 건조, 제재 등의 작업 과정에서 입은 상처로 인하여 여러 가지 흠이 생긴다.

   ․흠의 종류

    - 갈라짐 : 목질 부분의 수춘에 따라 생기는 흠이다. 심재는 성장하는 동안에, 변재는 건조되는 동안에 수축되어 갈라진다.

    - 옹이 : 줄기에서 뻗어 나온 가지 때문에 생기는 흠으로, 줄기의 세포와 가지의 세포가 교차하는 곳에 생긴다.

    - 지선 : 목재 내부의 수지가 계속 흘러나오는 흠이다.

    - 썩정이 : 부패균이 목재 내부에 침입하여 섬유를 파괴시킨 흠이다.

다. 목재의 성질

sound 목재의 성질

목재는 수분을 흡수하면 팽창했다가 건조시키면 수축하여 뒤틀리거나 갈라지는 등의 변형이 생긴다.

 (1) 목재의 수축 방향과 변형 : 같은 나무라도 목재의 방향에 따라 수축 정도와 변형이 다른다.

    ․부분별 수축률 : 심재 < 변재, 추재 < 춘재

    ․방향별 수축률 : 나이테 방향 > 반지름 방향 > 길이 방향

 (2) 목재의 변형 정도 ; 수분의 함유량, 목재의 방향에 따라서 다르며 심재보다는 변재가 더 많이 변형된다.

라. 목재의 비중 및 강도

 (1) 비중 ; 수분의 양, 심재와 변재의 비율, 흠의 여부에 따라 다르며, 조직이 치밀하고 나이테 폭이 좁을수록 비중이 크다. 추재는 춘재보다 비중이 크다.

 (2) 강도 : 비중이 클수록, 수분이 적을수록, 변재보다 심재가 강도가 크다.

    나뭇결 방향으로는 쪼개지기 쉬우나 그 직각 방향으로는 강하다.

sound 강도

압축 강도는 나뭇결에 직각 방향으로는 누르는 힘에는 강하나, 나뭇결에 나란하게 잡아당기는 힘에는 약합니다. 반면에 인장 강도는 나뭇결 방향으로 당기는 힘에는 강하나, 나뭇결 직각 방향으로 당기는 힘에는 약합니다.

마. 목재의 종류와 용도

  (1) 침엽수 : 잎이 바늘 모양으로 뾰쬭하다.

     ․종류 : 소나무, 전나무, 낙엽송, 잣나무, 삼나무 등

     ․특성 : 가볍고 재질이 연하며 탄력이 있고 질기다.

     ․용도 : 건축이나 토목 시설의 구조재로 쓰인다.

  (2) 활엽수 : 잎이 넓적하다.

      ․종류 : 느티나무, 오동나무, 단풍나무, 참나무, 밤나무 등

      ․특성 : 단단하고 무늬가 아름다우며, 재질이 치밀하다.

      ․용도 : 가구 제작이나 실내 장식에 많이 쓰인다.

  (3) 가공재

     ․합판

sound 합판

합판은 재질이 균일하고 잘 갈라지지 않으며, 큰 판을 얻을 수 있고, 곡면도 만들 수 있다 또한, 통나무 판자에 비하여 방향에 따른 강도 차이가 적다는 장점이 있다.

       - 제조 방법 ; 단판 만들기 → 단판 검사하기 → 단판 붙이기

        ․단판 만들기 : 원목을 일정한 길이로 자른 다음 양쪽 마구리 중심을 축으로 하여 원목을 회전시키면서 칼날로 1.5mm 정도 두께의 단판으로 벗긴다.

       ․단판 검사하기 : 단판을 검사하여 흠이 있는 부분은 제거하고 보완한다. 그리고 단판을 일정한 길이로 절단한 다음 건조시킨다.

       ․단판 붙이기 : 단판에 접착제를 발라 나뭇결이 서로 직각이 되도록 하여 3겹, 5겹, 7겹 등 홀수로 겹쳐 압착시킨다.

       - 합판의 장점

           ․재질이 균일하고 잘 갈라지지 않는다.

           ․큰 판을 얻을 수 있고, 곡면도 만들 수 있다.

           ․통나무 판자에 비하여 방향에 따른 강도 차이가 적다.

       - 용도 : 가구 제작이나 건설 공사

      ․파티클 보드 : 원목에서 목재를 생산하고 남은 조각을 잘게 부수어 한 켜씩 펴고, 그 사이에 접착제를 뿌려 높은 온도와 압력으로 압축시켜 판 모양으로 만든 가공재이다.

        - 장점

         ․목재처럼 나뭇결 방향에 따라 강도나 변형에 의한 차이가 없다.

         ․소리를 흡수하는 성질과 열을 전달하지 않는 성질이 있다.

         ․불량 목재나 나무 조각을 활용하여 넓은 면적의 판재를 만들 수 있다.

        - 용도 : 칸막이, 가구 등에 쓰인다.

      ․집성재 : 판재나 각재에 접착제를 발라 나뭇결 방향으로 나란하게 모아 열을 가하면서 압착시켜 만든 가공재이다.

        - 장점 : 외관이 아름답고 강도가 크며, 곡면으로 만들 수 있다.

        - 용도 : 강당이나 체육관 등과 같이 넓은 공간의 건물을 지을 때 쓰인다.

      ․플로어링 : 판자의 한쪽 옆에는 흠을 내고 다른 쪽에는 촉을 만들어, 끼워 맞추기에 편리하도록 만든 가공재이다.

        - 용도 : 벽, 마루, 천정, 배의 갑판 등

2) 금속의 이용

가. 금속의 특성

sound 금속의 특성

자연계에 존재하는 원소 중 75%정도가 금속 원소이다. 이들 금속은 여러 가지 좋은 성질을 가지고 있어 우리 생활에 많이 사용되는 각종 기구류, 건축물, 교량, 자동차, 기차, 선박, 비행기 등을 만드는 재료로 널리 쓰이고 있다.

  (1) 결정 : 금속은 상온에서 고체 상태이며, 결정으로 되어 있다. 수은(Hg)만은 상온에서 액체이다.

  (2) 광택 : 금속은 빛을 잘 반사하며, 각각 고유의 색깔을 지니고 있는데, 이것을 금속의 광택(lustre)이라 한다.

    ․대부분의 금속 : 은백색을 띠지만, 고유의 색깔을 띠는 것도 있다.

    ․가루 상태의 금속 : 대부분 회색이나 검은색을 띤다.

  (3) 비중 : 물보다 작은 것부터 큰 것까지 매우 다양하다.

    ․경금속 : 비중이 작은 금속 => 리듐(0.53), 마그네숨(1.74), 알루미늄(2.70)등

    ․중금속 : 비중이 큰 금속 => 철(7.87), 구리(8.90), 니켈(8.90), 크롬(7.19), 아연(7.13), 주석(7.3), 납(11.34), 수은(13.5), 오스뮴(22.5) 등

  (4) 녹는점 : 금속은 대개 일정한 녹는점을 가진다.

     ; 수은(-38.9℃), 알루미늄(660℃), 구리(1083℃), 니켈(1453℃), 철(1539℃), 티타늄(1668℃), 텅스텐(3410℃)등

    ․녹는점이 가장 낮은 금속 : 수은(-38.9℃)

    ․녹는점이 가장 높은 금속 : 텅스텐(3410℃)

    ․금속에 다른 금속이나 불순물이 있으면 녹는점이 변한다.

    ․녹는점이 낮은 금속은 끓는 점도 낮다.

   (5) 전도도 금속은 일반적으로 열․전기의 전도도가 우수하다.

     ․전기 전도도 : 은 > 구리 > 알루미늄

     ․열전도도(20℃) : 구리 > 알루미늄 > 철

   (6) 경도 : 금속의 단단한 정도를 나타내는 것이다. 경도가 작은 것도 있으나 대개 경도가 크다.

     ․경도가 작은 금속 : 아연, 금, 납 등

     ․경도가 큰 금속 : 철, 코발트, 크롬 등

     ․경도 측정 방법 : 단단한 다이아몬드로 금속 재료를 눌러서(압입 경도)나타나는 자국의 크기로 경도를 비교한다.

   (7) 전성과 연성 : 일반적으로 금속은 전성과 연성이 좋다.

     ․전성 : 금속에 힘을 가할 때 넓게 펴지는 성질 => 금 > 은 > 알루미늄 > 구리 > 주석 > 철 > 니켈

     ․연성 : 금속에 힘을 가할 때 길게 늘어나는 성질 => 금 > 은 > 알루미늄 > 철 > 니켈 > 구리 > 주석

나. 금속의 종류와 용도

sound 금속의 종류와 용도

오늘날 인류가 이용하고 있는 재료는 크게 금속재료와 비금속재료로 나눌 수 있으며,  금속 재료는 다시 철금속과 비철금속으로 나뉜다. 철 금속은 철을 주성분으로 하는 금속 재료로, 순철, 탄소강, 주철 등이 있다. 비철 금속은 철 이외의 금속 원소를 주성분으로 하는 금속 재료로 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 아연, 주석 등이 있다.

  (1) 철 금속 : 철을 주성분으로 하는 금속 재료

   ․선철

     - 제조방법 : 제철소에서 철광석을 석회석, 코크스와 함께 용광로 속에 넣고 높은 온도(1500℃이상)로 가열하여 녹여서 만든다.

     - 성분 : 탄소(3～4%) 외에 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S) 등이 약간 포함되어 있다. 

     - 성질 : 가장 중요한 원소는 탄소(C)이며, 그 양에 따라 성질이 크게 달라진다.

     - 용도 : 주철 용해용 등

    ․순철 : 철에 다른 원소의 불순물이 거의 포함되어 있지 않은 철이다.

        - 성분 : 철에 0.02% 이하의 탄소가 포함되어 있다.

        - 성질 : 기계적 성질은 좋지 않으나, 전자기적 성질은 우수하다.

        - 용도 : 철강, 실험용 재료, 발전기․전동기․변압기 등의 철심 재료로 쓰인다.

    ․탄소강

        - 성분 : 철에 약간의 탄소(0.02～2.0%)가 포함되어 있다. 탄소 이외에 규소, 망간, 인, 황 등이 약간 들어 있으나, 강의 성질에 가장 큰 영향을 주는 것은 탄소이다.

        - 성질

           = 가공성이 좋고, 강도와 경도가 우수하다.

           = 열처리에 의해 보다 강하고 단단해진다.

           = 탄소강 제품은 녹슬기 쉬워 크롬, 니켈 등으로 표면에 도금 처리를 하거나 칠감을 칠하여 사용한다.

        - 종류와 용도 : 탄소의 함유량에 따라

           = 저탄소강 : 탄소 함유량이 0.02～0.25정도이며, 강도가 낮고 무르며, 가공이 쉽다. 철판, 철근, 철사 등

           = 중탄소강 : 탄소 함유량이 0.25～0.55정도이며, 저탄소강보다 강도와 경도가 크다. 기계 부품, 구조용 재료 등

           = 고탄소강  : 탄소 함유량이 0.05～1.6정도이며, 강도가 크고, 단단하다. 칼, 끌, 대팻날 등의 공구, 레일

     ․주철

        - 성분 : 탄소강보다 탄소의 함유량(2.0～6.7%)이 훨씬 많다.

        - 성질

           = 휘어지거나 늘어나는 성질이 거의 없다.

           = 충격에 약하여 잘 깨어지나 압축력에 잘 견딘다.

           = 표면이 굳고 단단하며, 녹이 잘 슬지 않는다.

           = 녹는 온도가 낮아 주조 작업에 의하여 복잡한 모양의 제품을 손쉽게 만들 수 있다.

        - 종류 : 깨어진 면의 색깔에 따라 백주철, 반주철, 회주철 등으로 분류하는데, 보통 주철이라 하면 회주철을 말한다.

        - 용도 : 기계의 몸체, 기어, 쟁기의 보습, 수도관 등에 널리 쓰인다.

      ․합금강 : 탄소강에 특수 원소를 첨가하여 각종 용도에 알맞은 성질을 갖도록 한 것.

        - 주요 첨가 원소 : 니켈, 크롬, 망간, 텅스텐, 몰리브덴 등

        - 성질 : 탄소강에 비해 강도와 경도, 내열성, 내식성, 탄성 한계 등이 우수하다.

        - 종류 : 구조용 합금강, 공구용 합금강, 특수용 합금강 등이 있다.

           = 구조용 합금강 : 탄소강보다 강도와 경도가 커서 차축 등의 주요 기계부품 재료로 쓰인다.

           = 공구용 합금강 : 경도가 크고 고온에서도 경도가 저하되지 않으며, 내마멸성이 커서 드릴, 탭, 바이트 등의 절삭 공구 재료로 쓰인다.

           = 스테인리스강 : 녹이 슬지 않아 주방 용품, 의료 기구, 화학 공업용 장비 등에 쓰인다.

   (2) 비철 금속 : 철 이외의 금속 원소를 주성분으로 하는 금속 재료

     ․구리(Cu)

sound 비철 금속

구리는 대표적인 비철 금속 재료로 대부분 원료 광석(황동광)을 제련하여 얻는데, 비중은 8.90, 녹은점은 1083도이며, 전도도는 은 다음으로 좋습니다.

       - 특성

          = 전기와 열을 잘 전달한다.

          = 전성과 연성이 좋아 가공하기가 쉽다.

          = 화학적 저항력이 커서 녹이 잘 슬지 않는다.

          = 아름다운 색깔을 가지며, 합금하면 더욱 우수한 성질을 가진다.

       - 용도 : 전선, 전기 기구의 부품, 열전도 재료, 합금용 재료 등

     ․구리 합금 : 대표적 구리 합금으로는 황동, 청동이 있다.

       - 황동 : 구리와 아연을 주성분으로 하는 합금이다.

         = 특성

          * 연성과 전성이 우수하여 가공하기가 쉽다

          * 기계적 성질이 우수하고, 청동에 비해 값이 싸다.

          * 색깔이 아름답고, 주조도 가능하다.

         = 용도 : 판, 선, 관, 막대 등의 형태로 가공하여 기계 부품, 전기 부품, 일용품, 장식품 등에 쓰인다.

       - 청동 : 구리와 주석을 주성분으로 하는 합금이다.

         = 특성

          * 황동에 비해 족이 잘 슬지 않는다.

          * 주조성과 마멸에 견디는 성질이 우수하다.

         = 용도 : 동상, 종, 장신구, 베어링, 밸브 등에 쓰인다.

     ․알루미늄(Al)

sound 알루미늄

알루미늄은 규소 다음으로 지구상에 많이 존재하는 원소로서, 원광석인 보크사이트를 제련하여 얻으며, 비중이 2.70, 녹는점이 660도이고, 구리 다음으로 전기 전도도가 좋습니다.

       - 특성

        = 다른 금속에 비하여 가볍다.

        = 전기와 열을 잘 전달한다.

        = 전성과 연성이 좋아 가공하기가 쉽다.

        = 공기 중에서는 녹이 슬지 않는다.

        = 단단하지 못하여 대부분 합금으로 만들어 사용한다.

       - 용도 : 전기 제품, 장식품 등

  (4) 판금 재료

     ․판금 공작의 뜻 : 비교적 얇은 금속판을 필요한 치수로 자르거나 원하는 모양으로 변형시키는 작업을 말한다.

     ․판금 재료 : 강판, 함석판, 양철판, 구리판, 황동판, 알루미늄판, 스테인리스강판 등이 있다.

       - 강판 : 가공성이 좋은 연강판을 사용한다.

        = 종류 : 두꺼운판(두께 6mm이상), 중판(두께 1～5.5mm), 얇은판(두께 0.9mm이하)으로 분류한다.

        = 용도 : 자동차, 선박, 철제 가구 등에 쓰인다.

       - 함석판 : 얇은 강판의 표면에 아연을 입힌 것으로 아연도금 강판이라고도 한다.

         = 특성 : 녹이 잘 슬지 않는다.

         = 용도 : 쓰레받기, 지붕의 물받이, 연통 등에 쓰인다.

      - 양철판 : 얇은 강판의 표면에 주석을 입힌 것으로 주석 도금 강판이라고도 한다.

        = 특성 : 독성이 없다.

        = 용도 : 통조림 통, 과자 상자, 의약품 상자 등에 쓰인다.

      - 구리판 : 순수한 판금 재료이다.

        = 특성 : 가공하기가 수비고 열과 전기를 잘 통한다.

        = 용도 : 전기 기구, 열전도 재료 등에 쓰인다.

      - 황동판 : 구리와 아연의 합금판이다.

        = 특성 : 녹이 잘 슬지 않고 색깔이 아름답다. 전기를 잘 전달한다.

        = 용도 : 장식품, 악기, 전기 기구 등에 쓰인다.

      - 알루미늄판 : 합금으로 만들어 사용한다.

        = 특성 : 전성과 연성이 좋으며, 녹슬지 않고 전기를 잘 통한다. 착색하기 쉬우며, 가볍고 질기다.

        = 용도 : 주방 용기, 건축용 재료, 자동차나 비행기의 부품 등에 쓰인다.

3) 플라스틱의 이용

가. 플라스틱의 특성

   (1) 플라스틱의 뜻 ; 열이나 압력을 가했을 때 녹아 움직일 수 있는 성질을 가진 합성 고분자 물질을 말한다.

   (2) 플라스틱의 성질

     ․비중 : 0.8～2.0 정도로서, 유리나 금속에 비하여 가볍다.

     ․강도 : 금속에 비교할 만큼 강도가 큰 것도 있다.

     ․전기 절연성 : 전기를 통하지 않아 전기 절연성이 좋다.

     ․탄성 : 고무와 같이 탄성이 큰 것도 있다.

     ․열가소성 : 열을 가하면 유동성이 좋아지고 소성이 증가하여 비교적 쉽게 제품을 만들 수 있다.

     ․광학적 성질 : 빛을 잘 통과시키는 것도 있다.

     ․화학적 안정성 : 산이나 알칼리 등의 화학 약품에 부식되지 않는다.

     ․단열성 : 열을 차단하는 성질이 우수하다.

     ․내충격성 : 외부의 힘과 충격을 잘 흡수하는 성질이 있다.

     ․그 밖의 성질 : 내유성, 착색성, 접착성, 얇은 막을 만드는 성질, 적은 마찰성 등 다양한 성질을 가지고 있다.

나. 플라스틱의 종류와 용도

sound 플라스틱

플라스틱은 일반적으로 열에 대한 성질에 따라 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱으로 분류한다.

 (1) 열가소성 플라스틱

 ․성질 : 열을 가할 때마다 부드럽게 되거나 녹으며, 냉각되면 단단하게 굳어진다.

sound 열가소성 플라스틱

열가소성 플라스틱은 적당한 열을 가하여 녹거나 부드럽게 만든 다음, 형틀을 이용하여 원하는 제품을 만들며, 몇 번이라도 가열하면 가소성을 가집니다.

    ․종류 : 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리프로필렌 수지, 아크릴 수지, 폴리아미드 수지(나일론) 등

   (2) 열경화성 플라스틱

    ․성질 ; 열에 의해 한번 굳어진 다음에는 가열해도 부드러워지지도 않고 녹지도 않고, 높은 온도의 열을 계속 가하면 분해되어 기체를 발생한다.

sound 열경화성 플라스틱

열경화성 플라스틱은 완전히 굳지 않은 중간 상태에서 형틀에 넣고 가열하여 제품을 만들며, 한번 경화되면 가소성이 없어집니다.

    ․종류 : 페놀 수지, 아미노 수지, 에폭시 수지 등

2. 제품의 구상과 만들기

1) 제품의 구상과 설계

 가. 설계 요소

  (1) 설 계 ; 구상한 것을 도면으로 나타내는 것

  (2) 설계 요소

   ․기능성

      - 제품의 용도에 알맞은 기능을 충분히 발휘할 수 있도록 설계하여야 한다.

      - 취급이 편리하고 분해 및 조립이 쉬우며, 부품이 손상되었을 때에는 언제든지 교환할 수 있어야 한다.

   ․심미성

      - 제품의 용도에 알맞은 기능을 갖추어야 함은 물론 외관도 아름다워야 한다.

      - 아름다움은 제품의 형태와 색채, 재료의 질감에 의해 정해진다.

   ․경제성 : 제품의 제작에 필요한 비용을 최소로 하여 최고의 상품 가치를 갖는 제품을 만들어야 한다.

   ․창의성 : 새로운 아이디어에 의하여 독창적인 제품이 되도록 설계하여야 한다.

   ․공해 발생과 재활용

      - 제품을 만드는 과정이나 사용 후에 환경 공해를 발생시키지 않도록 설계하여야 한다.

      - 제품을 사용한 후에 재활용할 수 있도록 설계하여야 한다.

나. 제품의 구상

  (1) 구상의 뜻 : 제품을 설계하기 전에 만들고자 하는 제품의 모양과 크기, 구조, 재료 등을 머리 속에서 생각하는 과정

  (2) 스케치하기

    ․스케치의 뜻 : 만들려고 하는 제품의 완성된 모양을 구성하여 간략하게 나타내는 것을 스케치(sketch)라 한다.

    ․스케치 방법

      - 설계 요소를 생각하면서 몇 가지 모양을 자연스러운 손동작(프리 핸드법)으로 그린다.

      - 처음에는 희미한 선으로 그리다가 점점 진한 선으로 그려 완성한다.

  (3) 구상도 그리기 : 다양하게 스케치한 것 중에서 가장 적합한 것을 골라 좀더 자세하고 정확하게 그린다.

    ․구상도 그리는 방법

      - 등각투상법이나 사투상법으로 그린다.

      - 제품을 조립하여 완성된 전체 모양이 실제와 같이 보이도록 치수를 고려하여 비례에 맞게 그린다.

      - 그림으로 나타내기 어려운 부분은 글로 써 넣는다.

    ․구상도의 용도 : 제작도를 그리는 기초가 된다.

  다. 제작도 그리기

    ․ 조립도와 부품도 등이 있다.

      - 조립도 : 제품을 구성하고 있는 각 부품들의 조립 상태를 나타낸 도면이다.

      - 부품도 : 제품을 구성하고 있는 각각의 부품들을 하나씩 떼어 자세하게 나타낸 도면이다.

    ․구상도를 바탕으로 하여 제 3각법으로 그린다.

    ․모든 치수를 빠짐 없이 기입한다.

    ․시방서 : 도면으로 나타내기 어려운 사항이나 제작할 때의 유의 사항은 여백을 이용하여 글로 써 넣는다.

    ․겨냥도 : 제품의 완성된 모양을 도면의 여백이 있는 오른쪽 위쪽에 그려 넣으면 제작에 참고가 된다. 겨냥도는 등각투상도나 사투상도로 그린다.

    ․표제란 : 제품 명칭, 제도자, 제도 날짜, 척도, 도면 번호 등을 기입한다. 표제란은 도면의 오른쪽 아래 구석에 만든다.

2) 각종 공구 및 측정 기기의 사용

가. 목재 가공용 공구

 (1) 톱 ; 목재를 절단하는 수공구로서 여러 가지 종류가 있으나 양날톱이 가장 널리 쓰인다.

  ․양날톱의 구조는 톱몸과 자루의 두 부분으로 크게 나뉜다.

  ․톱몸 : 톱몸의 양쪽에는 켜는톱니와 자르는톱니가 있다.

    - 켜는 톱니 : 톱니 모양이 삼각형으로 되어 있으며, 목재를 길이 방향으로켜는 데 사용한다.

    - 자르는톱니 : 칼끝처럼 끊는날이 있으며, 목재를 직각 방향으로 자르는 데 사용한다.

  ․날어김 : 톱니를 오른쪽과 왼쪽으로 조금씩 번갈아 어려놓았는데, 이것을 날어김이라 한다.

    - 날어김을 하는 이유 : 톱길을 톱몸 두께보다 넓게 하여  마찰을 줄이고 톱밥이 잘 배출되게 하여 톱질을 쉽게 하기 위해서이다.

    - 날어김 정도 : 보통 톱몸 두께의 1.3~1.8배의 정도가 알뭊다.

  ․자루 : 단면은 타원형이며, 길이는 일반적으로 톱몸의 길이와 같게 한다.

(2) 대패 ; 목재의 면을 평면 또는 곡면으로 깎는 목공용 수공구로서, 가장 널리 쓰이는 것은 목재면을 평면으로 깎는 평대패이다.

  ․평대패의 구조 : 대팻날과 대팻집, 덧날로 되어 있다.

    - 대팻날 : 목재의 깎는 것으로, 날의 각도는 보통 25。~30 이며, 단단한 나무를 깎을 때에는 날의 각도를 더 크게 한다.

    - 대팻집 : 대팻날을 고정시키면서 규준대 역할을 한다.

    - 덧날 : 목재를 깎을 때 거스럼결이 일어나지 않게 해 준다.

  ․평대패의 종류 : 대팻집의 길이에 따라 짧은 대패와 긴대패로 나뉜다.

(3) 끌 ; 구멍을 파거나 대패질할 수 없는 부분을 다듬을 때 사용한다.

  ․구조 : 날, 목, 자루의 세부분으로 되어 있다. 날의 각도는 20~30 가 적당하다.

  ․종류 : 용도에 따라 구멍파기끌과 깎기끌로 구분된다.

(4) 그 밖의 목공용 수공구

  ․줄그무개 : 기준면에 평행선을 그을 때 쓰인다.

  ․망치 : 못을 박거나 끌작업 등을 할 때 쓰인다.

  ․죔쇠 : 조립할 때 목재가 움직이지 않도록 고정시켜 주는데 쓰인다.

  ․귀얄 : 칠을 할 때 쓰이는 붓이다.

(5) 목공용 전동 공구

  ․전기대패 : 목재를 대패질할 때 쓰인다.

  ․전기 드릴 : 목재에 구멍을 뚫을 때 쓰인다.

  ․전기 사포기 : 목재의 표면을 다듬을 때 쓰인다.

  ․전기 톱 : 목재를 자르거나 켤 때 쓰인다.

  ․직소 : 목재를 정밀하게 톱질을 할 때 쓰인다.

나. 금속 가공용 공구

 (1) 마름질 공구 : 강철자, 금긋기 바늘, 컴퍼스, 센터 펀치, 서피스 게이지등이 있다.

  ․금긋기 바늘 : 판재의 면에 금을 그을 때 쓰인다.

  ․컴퍼스(compasses) : 원 또는 원호를 그리거나 자의 치수를 따서 공작물을 옮길 때 등에 쓰인다.

  ․센터 펀치(center punch) : 금긋기선을 표시하거나 구멍을 뚫을 때에 구멍의 중심 위치를 나타내는 데 쓰인다.

  ․서피스 게이지(surface gauge) : 금을 긋거나 둥근 막대의 중심을 구할 때 등에 쓰인다.

 (2) 다듬질 공구 :  정, 판금 가위, 줄, 드릴, 판금용 정 등이 있다.

   ․정(chisel) : 금속을 자르거나 돌기를 깎을 때 쓰인다. 정의 종류에는 편정, 둥근정, 홈정 등이 있다.

   ․판금 가위 :  두께가 얇은 금속판을 자르는데 쓰인다.

     - 곧을 가위 :  직선 부분을 자르는 데 쓰인다.

     - 굽은 가위 :  곡선 부분을 자르는 데 쓰인다.

     - 오려내기 가위 :  둥근 부분을 오려내는 데 쓰인다.

   ․줄(file)  금속의 표면을 매끄럽게 다듬질 할 때 쓰인다.

     - 줄의 크기 :  전체 길이에서 슴베 부분을 뺀 길이로 나타내는데, 보통 100~400mm의 것이 주로 쓰인다.

     - 줄의 종류(단면의 모양에 따라)

      = 평줄 : 평면이나 볼록한 바깥면을 다듬질할 때 쓰인다.

      = 반원줄과 둥근줄 : 오목한 안쪽면을 다듬질할 때 쓰인다.

      = 사각줄 : 직각 부분이나 홈을 다듬질할 때 쓰인다.

      = 삼각줄 : 직각보다 작은 각의 두면을 다듬질할 때 쓰인다.

   ․드릴(drill) : 금속에 구멍을 뚫을 때 쓰인다. 드릴의 종류에는 핸드 드릴, 전기 드릴, 드릴링 머신 등이 있다.

   ․판금용 정 :  판재를 꺾거나 접는 부분에 홈을 만들 때 쓰인다.

다. 플라스틱 가공용 공구

 (1) 플라스틱 가공용 공구의 종류

  ․절단용 공구 : 아크릴칼, 실톱 등

  ․굽히기용 공구 : 토치 램프, 전열기

  ․구멍뚫기용 공구 : 송곳, 드릴 등

  ․다듬기용 공구 : 가는눈줄, 사포 등

 (2) 플라스틱 가공

  ․마름질하기 : 제작도의 치수에 따라 유성펜을 사용하여 아크릴판에 정확하게 그린다.

  ․절단하기 : 마름질선에 따라 정확하게 자른다.

    - 아크릴칼의 사용 : 주로 길게 절단할 때 사용한다.

    - 실톱의 사용 : 짧게 절단하거나 곡선으로 절단할 때 사용

  ․구부리기 : 토치 램프나 전열기로 충분히 가열한 후 구부린다.

라. 측정 기구

(1) 자 ; 목공 작업에는 여러 가지 자를 사용한다.

 ․줄자

    - 구조 및 재료 : 띠 모양의 강철 또는 헝겊으로 된 자로서, 집 속에 말아 넣을 수 있도록 되어 있다.

    - 용도 : 길이가 긴 재료를 잴 때 사용한다.

 ․곱자

    - 구조 및 재료 : ㄱ자형의 자로서, 장수와 단수가 직각으로 되어 있다. 재료는 주로 녹이 슬지 않는 스테인리스강으로 만든다.

    - 용도 : 길이뿐만 아니라 직각의 마름질과 평면을 검사할 때 사용한다.

 ․직각자 : 직각의 마름질이나 직각 상태를 검사할 때 사용

 ․버니어 캘리퍼스 : 두께나 홈의 나비, 깊이 등을 0.05mm까지 정밀하게 측정할 때 사용한다.

 ․자유자 : 임의의 각도를 측정할 때 쓰인다.

 ․하단자 : 곧은결로 만든 자 2장을 한쌍으로 평면 상태를 검사할 때 쓰인다.

 ․접자 : 6겹으로 겹친 자로 일감이 긴 것을 잴 때 쓰인다.

(2) 캘리퍼스 ; 주로 공작물의 지름을 측정할 때 쓰이는데, 이를 퍼스라고도 한다.

   ․외측 퍼스 :  공작물의 바깥지름이나 두께를 측정할 때 쓰인다.

   ․내측 퍼스 :  공작물의 안지름이나 홈의 나비를 측정할 때 쓰인다.

(3) 버니어 캘리퍼스 ; 공작물의 치수를 1/20mm까지 측정할 수 있다.

  ․구조 :  어미자와 아들자, 조, 쇠부리, 깊이 바, 고정 나사 등으로 되어 있다.

  ․용도 :  바깥지름, 두께, 안지름, 홈의 나비, 구멍의 깊이 등을 정밀하게 측정할 수 있다.

  ․눈금 :  어미자 눈금과 아들자 눈금이 있다.

    - 어미자 : 한 눈금은 1mm이다.

    - 아들자 : 어미자의 19눈금(19mm)을 20 등분하였다.

    - 어미자와 아들자의 한 눈금의 차이 : 1-19/20=0.05mm

  ․사용법

    - 바깥지름, 두께 측정 : 조 사이에 물체의 측정 부위를 정확히 끼우고, 아들자를 고정나사로 고정시킨 다음 치수를 읽는다.

    - 안지름, 홈의 나비 측정 : 쇠부리를 이용하여 정확히 대고 위와 같은 방법으로 치수를 읽는다.

    - 깊이 측정 : 깊이 바를 구멍의 바닥에 닿도록 넣고 위와 같은 방법으로 치수를 읽는다.

  ․눈금읽기 :  아들자의 0눈금이 위치하는 어미자의 눈금을 읽고, 여기에 어미자와 일치하는 아들자의 눈금을 읽어 더한다.

(4) 마이크로미터 ; 나사를 이용한 측정 기기로, 보통 공작물의 치수를 1/100mm까지 정밀하게 측정할 수 있다.

  ․구조 :  프레임, 앤빌, 스핀들, 슬리브, 딤블, 래칫 스톱 등으로 구성

  ․눈금 :  슬리브 눈금과 딤블 눈금이 있다.

    - 슬리브 눈금 : 0.5mm 간격의 눈금이 새겨져 있다.

    - 딤블 눈금 : 딤블의 원주에는 50등분된 눈금이 새겨져 있으며, 한 눈금은 1/100mm로 표시되어 있다.

  ․사용법 :  공작물을 앤빌과 스핀들 사이에 끼우고 이 때의 슬리브와 딤블의 눈금을 읽는다.

  ․눈금읽기 :  슬리브의 눈금을 읽고, 여기에 슬리브의 기선과 일치하는 딤블의 눈금을 읽어 더한다.

(5) 그 밖의 측정 기기

  ․피치 게이지 : 나사의 피치를 측정하는 데 쓰인다.

  ․반지름 게이지 : 곡면 부분의 반지름을 측정하는 데 쓰인다.

  ․와이어 게이지 : 철사의 굵기를 측정하는 데 쓰인다.

  ․틈새 게이지 : 조립된 부분의 틈새나 간격을 측정한다.

3) 제품 만들기(CD꽂이 만들기)

가. 제작준비

(1) 부품도 그리기 ; 제작도를 보고 그리며, 부품표를 만든다.

(2) 재료표 작성 ; 재표명, 각 재료의 규격 , 단위 , 수량을 기입

 재료명              규격        단위   수량

옆판(알비자)      173×415×12    mm    2

위판(알비자)      130×125×12    mm    1

밑판(알비자)      165×125×12    mm    1

쫄대小(오동나무)  5×124×4       mm   42

쫄대대(오동나무)  7×350×5       mm    2

못                1              inch   12

니스 및 신나     목재용                 약간

사포              220             번     2

토분              목재용                약간

접착제            목재용                약간

(3) 공정표 작성 ; 작업명 , 각 작업의 세부 공정 , 사용 공구 등

차례   작업명      세부공정                  사용공구          시간

  1  작업준비하기 부품도를 그린다.            연필,자             2

                  작업계획을 세운다.

                  공구와 재료를 준비한다.

  2  마름질하기   재료에 금을 긋는다.         연필,곱자,직각자     1

                  재료를 절단한다.            양날톱,줄그무개

  3  가공하기     목재를 대패질한다.          대패,마구리대       0.5  

  4  조립하기     쫄대를 옆판에 부착한다      직각자,삼각자,연필   2

                  위판과 옆판을 접착제로      귀얄,사포,송곳,망치

                  바른후 못질한다.

                  사포로 다듬고 니스칠을 한다

  5  검사하기     제작도에 따라 검사한다.      직각자,강철자       0.5

(4) 작업 안전

  ․공구의 사용법을 정확히 알고 사용한다.

  ․끝이 뾰족한 공구는 호주머니에 넣지 않는다.

  ․사용하지 않는 공구는 작업대 안쪽에 놓는다.

  ․다른 작업자의 작업을 방해하지 않는다.

  ․독성이 강한 접착제가 피부에 닿지 않게 한다.

  ․작업이 끝나면 주변을 청소하고 공구를 정리한다.

나. 마름질 하기

(1) 금긋기

  ․곱자와 연필로 금을 긋는다.

  ․홈을 피하여 판자면에 기준선을 긋는다.

  ․목재 주위를 돌아가며 금을 긋는다.

  ․부품의 길이를 재어 금을 긋는다.

  ․4면에 모두 금을 긋는다.

  * 가공 여유 : 톱질에 필요한 여유를 2mm정도 둔다.

(2) 절단 하기

  ․가볍게 톱질하여 톱길을 만든다.

  ․톱날 전체를 이용하여 당길 때 힘을 준다.

  ․부품의 가장 자리가 떨어지지 않게 조심한다.

다. 가공하기

  (1) 부품도 치수대로 대패질한다.

  (2) 거스럼이 일어나지 않도록 나뭇결 방향으로 한다.

  (3) 직각 마구리대를 이용한다.

라. 조립하기

(1) 쫄대 붙이기

(2) 윗판과 밑판에 예비 구멍을 뚫고 못을 박는다.

(3) 칠하기

  ․사포질을 나뭇결에 평행하게 한다.

  ․귀얄로 먼지를 털고 토분으로 결메움을 한다.

  ․니스칠을 나뭇결 방향으로 여러번 한다.

마. 검사 및 평가하기

 (1) 검사하기 : CD꽂이가 도면대로 만들어졌는지 검사하여 잘못된 부분은 수정․보완한다.

 (2) 평가하기

   ․치수가 맞는가.

   ․못질 및 접착상태가 견고한가.

   ․표면이 매끄럽고 광택이 잘 나는가.

   ․모양이 보기 좋은가.

   ․뒷정리가 잘 되었는가.

   ․안전 사고에 주의하였는가.