워터젯 가공(water jet machining), 워터젯 절단, 연삭입자 워터젯 가공

워터젯 가공이란?

 

<기출 정리> 

• 17-1-7 워터젯 가공기 노즐에 사용되는 재질에 대하여 설명하시오.

 

1. 개요

 

1) 워터젯 가공 (water jet machining) 정의

 물의 압력을 초고압 (3500 ~ 4000 bar) 이상으로 압축하여 물의 정지에너지를 운동에너지로 전환한 후, 0.75mm 미세한 노즐을 통해 음속 이상의 속도로 좁은 면적에 집중적으로 분사시켜 소재를 정밀 절단하는 방법

초고압수에 연마제 (garnet)을 노즐에서 혼합하여 가공 절단, 절단 능력을 높일 수 있음 

경도가 높은 입자를 같이 분사시키지만, 국부적으로 높은 응력을 줄 수 있다면 입자에 충분한 기계적 강도나 경도는 딱히 요구되지 않음 

CNC 워터젯 절단 장치, HRD

 

 

2) 워터젯 절단 특징

① 거의 모든 소재 절단이 가능함 (강, 플라스틱, 알루미늄, 구리, 유리, 비타 비금속 등)

② 절단의 정밀성이 매우 높음 

③ 공정 자동화가 가능함 

④ 잔류응력, 미세균열, 화학적 변형이 없음 

⑤ 난삭재 가공 가능 (열처리 강화된 소재, 고경도 재질 등) 

⑥ 폭발성, 산화성, 휘발성 제품의 절단에 적합 

정밀 가공이 가능함, 사진은 오맥스 워터

 

 

3) 워터젯 원리

물을 가압하여 압력이 1GPa정도 되면 속도는 약 1km/s가 되고, 
이 압력 Pm이 충돌 점에서 손실된다고 하면 Pm은 약 2GPa가 되며 이 정도의 압력은 반복적으로 작용된다고 고려하면 재료의 파괴능력이 충분히 있다고 보여짐 

일반적으로 약 4000기압정도의 고압, 노즐은 0.05 ~ 0.5mm, 분출되는 물의 속도는 600 ~ 900m/s 

 

기타 절단 기술과의 비교

<노즐>
노즐은 수명을 길게 하기 위해 사파이어를 많이 사용하고 있음 
다이아몬드 노즐이 있지만 가격이 고가라서 사용이 적음 
연삭입자가 노즐에 직접 접촉하는 것이 아니라, 노즐에서 고압수가 분출된 후 연삭입자와 혼합이 되기 때문에 연삭입자로 인해 노즐이 마모될 일은 없음 
노즐 파손은 외부의 오물 입자나 물의 광물질 등이 영향을 줄 수 있기 때문에 워터젯 가공의 물은 필터로 작은 입자를 걸러내야함 

<연삭입자>
탄화규소 (SiC), 산화알루미늄 (Al2O3) 등이 이용됨 

연삭입자와 같이 분출하여 가공하는 워터젯 가공

 

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