워터 제트 가공 – 작동 원리, 응용 분야의 장점 및 단점

워터 제트 가공 (WJM) 워터 제트 절단이라고도 하며, 고속의 물 제트를 사용하여 공작물 표면에서 재료를 제거하는 비전통적인 가공 공정입니다. WJM은 플라스틱, 고무 또는 나무와 같은 더 부드러운 재료를 절단하는 데 사용할 수 있습니다. 금속이나 화강암과 같은 단단한 재료를 절단하기 위해 연마재가 물에 혼합됩니다. 연마재가 가공 공정을 위해 물에 사용되는 경우 이를 AWJM(Abrasive Water Jet Machining)이라고 합니다.

작동 원리

그것은 물 침식의 원리를 기반으로 합니다. 물의 고속 제트가 표면을 때리면 재료가 제거됩니다. 순수한 워터 제트는 더 부드러운 재료를 가공하는 데 사용됩니다. 그러나 더 단단한 재료를 절단하기 위해 일부 연마 입자가 물과 혼합되어 가공되며 이를 AWJM(Abrasive Water Jet Machining)이라고 합니다.

연마재

AWJM에서 가장 일반적으로 사용되는 연마 입자는 석류석과 산화알루미늄입니다. 모래(SiO2)와 유리 구슬도 연마제로 사용됩니다. 연마 입자의 기능은 워터 제트의 절단 능력을 향상시키는 것입니다.

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워터젯 가공의 주요 부분

워터젯 가공의 다양한 부분은

1. 유압 펌프

기계가공시 저장탱크의 물을 순환시키는데 사용합니다. 펌프는 약 5bar의 낮은 압력에서 증압기로 물을 공급합니다. 증압기에 물을 공급하기 전에 물의 초기 압력을 11bar로 높이는 부스터도 사용됩니다.

2. 유압 증압기

그것은 매우 높은 압력으로 물의 압력을 높이는 데 사용됩니다. 펌프에서 4bar의 물을 받아 압력을 3000~4000bar까지 높입니다.

3. 누산기

고압수를 일시적으로 저장합니다. 많은 양의 압력 에너지가 필요할 때 해당 유체를 공급합니다. 가공 공정에서 압력 변동 조건을 제거합니다.

4. 혼합 챔버 또는 튜브

연마 입자가 물에 혼합되는 진공 챔버입니다.

5. 제어 밸브:

물 분사의 압력과 방향을 제어합니다.

6. 유량 조절기 또는 밸브

물의 흐름은 유량 조절기의 도움으로 조절됩니다.

7. 노즐

워터제트 가공에서 물의 압력에너지를 운동에너지로 변환하는데 사용되는 장치입니다. 여기서 노즐은 워터젯의 압력을 워터젯의 고속 빔으로 변환합니다. 노즐 끝부분은 루비나 다이아몬드로 제작되어 부식을 방지합니다.

8. 배수 및 포수 시스템

기계 가공 후 배수 및 포수 시스템의 도움으로 물에서 파편과 가공된 입자가 분리됩니다. 물에서 금속 입자와 기타 원치 않는 입자를 제거하고 나중에 사용할 수 있도록 저수지로 다시 보냅니다.

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워터 제트 가공 작업

1. 저수조의 물은 펌프의 도움으로 증압기로 펌핑됩니다.
2. 증압기는 물의 압력을 5bar에서 3000~4000bar로 증가시킵니다. 증압기에서 나온 이 고압수는 노즐과 어큐뮬레이터로 이동합니다.
3. 어큐뮬레이터는 고압수를 저장하고 필요할 때 언제든지 공급합니다. 단단한 재료를 가공할 때 필요한 고압력의 변동을 없애기 위해 사용됩니다.
4. 고압의 물은 노즐로 전달되어 물의 고압 에너지가 운동 에너지로 변환됩니다. 매우 빠른 속도의 물(1000m/s) 제트가 노즐을 통해 좁은 빔 형태로 나옵니다.
5. 가넷, 산화알루미늄 등의 연마재가 노즐 내부에 물과 혼합되어 있습니다. 노즐 내부에는 연마제가 고압수와 혼합되는 혼합 챔버가 있습니다.
6. 이 고속 물 분사는 w/p 표면을 때릴 때 물질을 제거합니다.
7. 가공 후 물 분사는 배수 및 캐처 시스템에 의해 수집됩니다. 여기에서 물의 잔해, 금속 입자가 제거되어 저수지 탱크로 공급됩니다.

작업은 워터젯 가공과 동일하지만 고속 제트에 연마 입자가 혼합되지 않습니다. 노즐 출구에서는 순수한 물 분사만 나옵니다.

장점

• 원래의 구조를 방해하지 않고 재료를 절단하는 능력이 있습니다. 이것은 열영향부(HAZ)가 없기 때문에 발생합니다.
• 복잡하고 복잡한 재료 절단을 생성할 수 있습니다.
• 이 가공 공정의 작업 영역은 깨끗하고 먼지가 없습니다.
• 움직이는 부품이 없어 운용 및 유지보수 비용이 저렴합니다.
• 열이 발생하지 않아 작업물에 대한 열 손상은 무시할 수 있습니다.
• 고무, 플라스틱 또는 나무와 같은 부드러운 재료(WJM)와 화강암과 같은 단단한 재료(AWJM)를 절단할 수 있습니다.
• 공해물질이나 유독물질이 발생하지 않아 친환경적입니다.
• 가공 정밀도가 높습니다. ± 0.005인치 정도의 허용 오차는 쉽게 달성할 수 있습니다.

단점

• 부드러운 재료를 절단하는 데 사용됩니다. 그러나 AWJM은 제한된 두께의 더 단단한 재료를 절단할 수 있습니다.
• 매우 두꺼운 재료는 이 공정으로 가공할 수 없습니다.
• WJM의 초기 비용이 높습니다.

애플리케이션

• 워터 제트 가공은 절단, 성형 및 리밍 작업을 수행하기 위해 광업, 자동차 및 항공우주와 같은 다양한 산업에서 사용됩니다.
• 일반적으로 워터젯(WJM 또는 AWJM)으로 가공되는 재료는 고무, 직물, 플라스틱, 폼, 가죽, 합성물, 타일, 석재 유리, 식품, 금속/종이 등입니다.
• WJM은 주로 얇은 시트 및 호일, 목재, 비철금속 합금, 섬유, 벌집, 플라스틱, 폴리머, 가죽, 냉동 등과 같이 부드럽고 기계 가공이 쉬운 재료를 절단하는 데 사용됩니다.
• AWJM은 일반적으로 단단하고 가공하기 어려운 재료를 가공하는 데 사용됩니다. 강철, 알루미늄 및 기타 상업용 재료, 강화 플라스틱, 금속 매트릭스 및 세라믹 매트릭스 복합 재료, 적층 복합 재료, 석재, 유리 등의 두꺼운 판을 가공하는 데 사용됩니다.
• 기계가공 외에 도료제거, 수술, 클리닝, 피닝 등의 잔류응력을 제거하기 위해 고압의 워터젯을 사용합니다.
• AWJM은 드릴링, 포켓 밀링, 터닝 및 리밍에도 사용할 수 있습니다.