워터젯 절단은 보다 간단한 가공 방법일 수 있지만 강력한 펀치가 장착되어 있어 작업자가 여러 부품의 마모 및 정확성에 대한 인식을 유지해야 합니다.
가장 간단한 워터젯 절단은 고압 워터젯을 재료로 절단하는 과정입니다.이 기술은 일반적으로 밀링, 레이저, EDM 및 플라즈마와 같은 다른 처리 기술을 보완합니다.워터젯 공정에서는 유해물질이나 증기가 생성되지 않으며, 열영향부나 기계적 응력이 형성되지 않습니다.워터젯은 돌, 유리, 금속의 매우 얇은 디테일을 절단할 수 있습니다.티타늄에 빠르게 구멍을 뚫습니다.음식을 자르다;심지어 음료와 딥에 있는 병원균도 죽입니다.
모든 워터젯 기계에는 물을 가압하여 커팅 헤드로 전달하고, 커팅 헤드에서 초음속 흐름으로 변환할 수 있는 펌프가 있습니다.펌프에는 직접 구동 기반 펌프와 부스터 기반 펌프의 두 가지 주요 유형이 있습니다.
다이렉트 드라이브 펌프의 역할은 고압 세척기의 역할과 유사하며, 3기통 펌프는 전기 모터에서 직접 플런저 3개를 구동합니다.최대 연속 작동 압력은 유사한 부스터 펌프보다 10~25% 낮지만 여전히 20,000~50,000psi 사이를 유지합니다.
증압기 기반 펌프는 초고압 펌프(즉, 30,000psi 이상의 펌프)의 대부분을 구성합니다.이 펌프에는 두 개의 유체 회로가 포함되어 있는데, 하나는 물용이고 다른 하나는 유압용입니다.급수 필터는 먼저 1미크론 카트리지 필터를 통과한 후 0.45미크론 필터를 통과하여 일반 수돗물을 흡입합니다.이 물은 부스터 펌프로 들어갑니다.부스터 펌프에 들어가기 전에 부스터 펌프의 압력은 약 90psi로 유지됩니다.여기서 압력은 60,000psi로 증가됩니다.물이 최종적으로 펌프 세트를 떠나 파이프라인을 통해 절단 헤드에 도달하기 전에 물은 충격 흡수 장치를 통과합니다.이 장치는 압력 변동을 억제하여 일관성을 향상시키고 작업물에 흔적을 남기는 펄스를 제거할 수 있습니다.
유압 회로에서는 전기 모터 사이의 전기 모터가 오일 탱크에서 오일을 끌어와 압력을 가합니다.가압된 오일은 매니폴드로 흐르고 매니폴드의 밸브는 비스킷과 플런저 어셈블리의 양쪽에 교대로 작동유를 분사하여 부스터의 스트로크 작용을 발생시킵니다.플런저의 표면이 비스킷의 표면보다 작기 때문에 오일 압력이 수압을 "강화"합니다.
부스터는 왕복 펌프입니다. 즉, 비스킷과 플런저 어셈블리가 부스터의 한쪽에서 고압수를 공급하고 반대쪽은 저압수를 채웁니다.또한 재순환을 통해 유압 오일이 탱크로 돌아갈 때 냉각될 수 있습니다.체크 밸브는 저압 및 고압의 물이 한 방향으로만 흐르도록 합니다.플런저와 비스킷 구성 요소를 캡슐화하는 고압 실린더와 엔드 캡은 공정의 힘과 일정한 압력 주기를 견딜 수 있는 특별한 요구 사항을 충족해야 합니다.전체 시스템은 점진적으로 고장이 나도록 설계되었으며 누출은 정기적인 유지 관리 일정을 더 잘 잡기 위해 운영자가 모니터링할 수 있는 특수 "배수구"로 흘러갑니다.
특수 고압 파이프가 물을 커팅 헤드로 운반합니다.파이프는 파이프 크기에 따라 절단 헤드의 자유로운 움직임을 제공할 수도 있습니다.스테인레스 스틸은 이러한 파이프에 선택되는 재료이며 세 가지 일반적인 크기가 있습니다.직경 1/4인치의 강관은 스포츠 장비에 연결할 수 있을 만큼 유연하지만 고압수를 장거리 운송하는 데는 권장되지 않습니다.이 튜브는 구부리기 쉽기 때문에 롤 형태로도 10~20피트의 길이로 X, Y, Z 동작을 달성할 수 있습니다.더 큰 3/8인치 파이프(3/8인치)는 일반적으로 펌프에서 움직이는 장비의 바닥까지 물을 운반합니다.구부릴 수는 있지만 일반적으로 파이프라인 모션 장비에는 적합하지 않습니다.9/16인치 크기의 가장 큰 파이프는 고압의 물을 장거리로 운반하는 데 가장 적합합니다.직경이 클수록 압력 손실이 줄어듭니다.이 크기의 파이프는 다량의 고압수로 인해 잠재적인 압력 손실 위험이 더 크기 때문에 대형 펌프와 매우 호환됩니다.그러나 이 크기의 파이프는 구부릴 수 없으며 모서리에 피팅을 설치해야 합니다.
순수 워터젯 절단기는 최초의 워터젯 절단기이며, 그 역사는 1970년대 초반으로 거슬러 올라갑니다.소재의 접촉이나 흡입에 비해 소재에서 발생하는 수분이 적어 자동차 내장재, 일회용 기저귀 등 제품 생산에 적합하다.유체는 직경이 0.004인치에서 0.010인치로 매우 얇으며 재료 손실이 거의 없이 매우 상세한 형상을 제공합니다.절단력이 매우 낮고 일반적으로 고정이 간단합니다.이 기계는 24시간 작동에 가장 적합합니다.
순수 워터젯 기계용 커팅 헤드를 고려할 때 유속은 압력이 아니라 찢어지는 물질의 미세한 조각이나 입자라는 점을 기억하는 것이 중요합니다.이러한 빠른 속도를 달성하기 위해 노즐 끝에 고정된 보석(보통 사파이어, 루비 또는 다이아몬드)의 작은 구멍을 통해 압력을 가한 물이 흐릅니다.일반적인 절단에서는 0.004인치~0.010인치의 오리피스 직경을 사용하는 반면, 특수 용도(예: 스프레이 콘크리트)에서는 최대 0.10인치의 크기를 사용할 수 있습니다.40,000psi에서는 오리피스의 흐름이 대략 마하 2의 속도로 이동하고, 60,000psi에서는 흐름이 마하 3을 초과합니다.
주얼리마다 워터젯 절단에 대한 전문 지식이 다릅니다.사파이어는 가장 일반적인 범용 재료입니다.연마재 워터젯을 적용하면 이 시간이 절반으로 줄어들지만 절단 시간은 대략 50~100시간 정도 지속됩니다.루비는 순수한 워터젯 절단에는 적합하지 않지만, 루비가 생성하는 물의 흐름은 연마 절단에 매우 적합합니다.연마 절단 공정에서 루비 절단 시간은 약 50~100시간입니다.다이아몬드는 사파이어나 루비에 비해 가격이 훨씬 비싸지만 절단 시간은 800~2,000시간 정도입니다.이로 인해 다이아몬드는 24시간 작동에 특히 적합합니다.어떤 경우에는 다이아몬드 오리피스를 초음파로 세척하여 재사용할 수도 있습니다.
연마재 워터젯 기계에서 재료 제거 메커니즘은 물 흐름 자체가 아닙니다.반대로, 흐름은 연마 입자를 가속화하여 재료를 부식시킵니다.이 기계는 순수 워터젯 절단기보다 수천 배 더 강력하며 금속, 석재, 복합 재료, 세라믹과 같은 단단한 재료를 절단할 수 있습니다.
연마재 흐름은 순수한 물 제트 흐름보다 크며 직경은 0.020인치에서 0.050인치 사이입니다.열 영향을 받는 구역이나 기계적 응력을 생성하지 않고 최대 10인치 두께의 더미와 재료를 절단할 수 있습니다.강도는 증가했지만 연마재 흐름의 절단력은 여전히 1파운드 미만입니다.거의 모든 연마재 분사 작업은 분사 장치를 사용하며 단일 헤드 사용에서 다중 헤드 사용으로 쉽게 전환할 수 있으며 연마재 워터 제트도 순수 워터 제트로 전환할 수 있습니다.
연마재는 단단하고 특별히 선택되었으며 크기가 정해진 모래(보통 가넷)입니다.다양한 그리드 크기는 다양한 작업에 적합합니다.120메시 연마재를 사용하면 매끄러운 표면을 얻을 수 있는 반면, 80메쉬 연마재는 범용 응용 분야에 더 적합한 것으로 입증되었습니다.50메쉬 연마재 절단 속도는 빠르지만 표면이 약간 거칠어집니다.
워터젯은 다른 많은 기계보다 작동하기 쉽지만 혼합 튜브에는 작업자의 주의가 필요합니다.이 튜브의 가속 잠재력은 크기와 교체 수명이 다른 소총 배럴과 같습니다.오래 지속되는 혼합 튜브는 연마성 워터젯 절단의 혁신적인 혁신이지만 튜브는 여전히 매우 취약합니다. 절단 헤드가 고정 장치, 무거운 물체 또는 대상 재료와 접촉하면 튜브가 파손될 수 있습니다.손상된 파이프는 수리할 수 없으므로 비용을 낮추려면 교체를 최소화해야 합니다.최신 기계에는 일반적으로 혼합 튜브와의 충돌을 방지하기 위한 자동 충돌 감지 기능이 있습니다.
혼합 튜브와 대상 재료 사이의 분리 거리는 일반적으로 0.010인치 ~ 0.200인치이지만 작업자는 0.080인치보다 큰 분리로 인해 부품 절단 가장자리 상단에 성에가 생길 수 있다는 점을 명심해야 합니다.수중 절단 및 기타 기술을 사용하면 이러한 프로스팅을 줄이거 나 없앨 수 있습니다.
처음에 혼합 튜브는 텅스텐 카바이드로 만들어졌으며 수명은 절단 시간 4~6시간에 불과했습니다.오늘날의 저가형 복합 파이프는 절단 수명이 35~60시간에 달하며 거친 절단이나 신규 작업자 교육에 권장됩니다.복합 초경합금 튜브는 수명을 80~90 절단 시간으로 연장합니다.고품질 복합 초경합금 튜브는 절단 수명이 100~150시간이고 정밀 작업과 일상 작업에 적합하며 가장 예측 가능한 동심 마모를 나타냅니다.
모션을 제공하는 것 외에도 워터젯 기계 도구에는 가공물을 고정하는 방법과 가공 작업에서 물과 잔해물을 수집하고 수집하는 시스템도 포함되어야 합니다.
고정식 및 1차원 기계는 가장 간단한 워터젯입니다.고정식 워터젯은 복합 재료를 다듬기 위해 항공우주 분야에서 일반적으로 사용됩니다.작업자는 띠톱처럼 개울에 재료를 공급하고 포수는 개울과 잔해물을 수집합니다.대부분의 고정식 워터젯은 순수한 워터젯이지만 전부는 아닙니다.슬리팅 머신은 종이와 같은 제품이 기계를 통해 공급되고 워터 제트가 제품을 특정 너비로 절단하는 고정식 기계의 변형입니다.크로스커팅 머신은 축을 따라 움직이는 기계입니다.브라우니 등 자동 판매기와 같은 제품에 격자 모양 패턴을 만들기 위해 슬리팅 머신을 사용하는 경우가 많습니다.슬리팅머신은 제품을 특정 폭으로 절단하고, 크로스커팅머신은 그 아래로 공급되는 제품을 크로스커팅합니다.
작업자는 이러한 유형의 연마재 워터젯을 수동으로 사용해서는 안 됩니다.절단된 물체를 특정하고 일관된 속도로 이동시키는 것은 어렵고 매우 위험합니다.많은 제조업체에서는 이러한 설정에 대해 기계 견적을 내지 않습니다.
평판 절단기라고도 불리는 XY 테이블은 가장 일반적인 2차원 워터젯 절단기입니다.순수 워터 제트는 개스킷, 플라스틱, 고무 및 폼을 절단하는 반면 연마 모델은 금속, 복합재, 유리, 석재 및 세라믹을 절단합니다.작업대는 2 × 4 피트만큼 작거나 30 × 100 피트만큼 클 수 있습니다.일반적으로 이러한 공작 기계의 제어는 CNC 또는 PC에서 처리됩니다.일반적으로 폐쇄 루프 피드백을 사용하는 서보 모터는 위치와 속도의 무결성을 보장합니다.기본 장치에는 선형 가이드, 베어링 하우징 및 볼 스크류 드라이브가 포함되어 있으며 브리지 장치에도 이러한 기술이 포함되어 있으며 수집 탱크에는 자재 지원이 포함되어 있습니다.
XY 작업대는 일반적으로 두 가지 스타일로 제공됩니다. 중간 레일 갠트리 작업대는 두 개의 기본 가이드 레일과 브리지를 포함하고 캔틸레버 작업대는 베이스와 견고한 브리지를 사용합니다.두 기계 유형 모두 특정 형태의 헤드 높이 조정 기능을 포함합니다.이 Z축 조정 기능은 수동 크랭크, 전기 나사 또는 완전히 프로그래밍 가능한 서보 나사의 형태를 취할 수 있습니다.
XY 작업대의 배수통은 일반적으로 작업물을 지지하기 위한 그릴이나 슬레이트가 장착된 물로 채워진 물 탱크입니다.절단 과정에서 이러한 지지물이 천천히 소모됩니다.트랩은 자동으로 청소할 수 있고, 폐기물은 컨테이너에 저장되거나 수동으로 처리할 수 있으며 작업자는 정기적으로 캔을 삽으로 삽니다.
평평한 표면이 거의 없는 품목의 비율이 증가함에 따라 최신 워터젯 절단에는 5축(또는 그 이상) 기능이 필수적입니다.다행스럽게도 절단 공정 중 가벼운 커터 헤드와 낮은 반동력은 설계 엔지니어에게 고하중 밀링에는 없는 자유로움을 제공합니다.5축 워터젯 절단은 처음에는 템플릿 시스템을 사용했지만 사용자는 곧 템플릿 비용을 없애기 위해 프로그래밍 가능한 5축으로 전환했습니다.
그러나 전용 소프트웨어를 사용해도 3D 절단은 2D 절단보다 더 복잡합니다.보잉 777의 복합재 꼬리 부분이 극단적인 예이다.먼저 운영자는 프로그램을 업로드하고 유연한 "포고스틱" 직원을 프로그래밍합니다.오버헤드 크레인은 부품의 자재를 운반하며, 스프링 바를 적절한 높이로 풀어 부품을 고정합니다.특수한 비절단 Z축은 접촉 프로브를 사용하여 공간에서 부품의 위치를 정확하게 지정하고 샘플 점을 사용하여 올바른 부품 높이와 방향을 얻습니다.그 후 프로그램은 부품의 실제 위치로 리디렉션됩니다.프로브가 후퇴하여 절단 헤드의 Z축을 위한 공간을 만듭니다.프로그램은 5개 축 모두를 제어하여 절단 헤드를 절단할 표면에 수직으로 유지하고 필요에 따라 작동하도록 실행됩니다. 정확한 속도로 이동합니다.
0.05인치보다 큰 복합 재료나 금속을 절단하려면 연마재가 필요합니다. 즉, 절단 후 이젝터가 스프링 바와 공구 베드를 절단하는 것을 방지해야 합니다.특수 포인트 캡처는 5축 워터젯 절단을 달성하는 가장 좋은 방법입니다.테스트 결과 이 기술은 6인치 미만의 50마력 제트 항공기를 정지시킬 수 있는 것으로 나타났습니다.C자형 프레임은 캐처를 Z축 손목에 연결해 헤드가 부품 둘레 전체를 다듬을 때 공을 정확하게 잡을 수 있도록 해준다.포인트 캐처는 또한 마모를 멈추고 시간당 약 0.5~1파운드의 속도로 강철 공을 소모합니다.이 시스템에서는 운동 에너지의 분산에 의해 제트가 정지됩니다. 제트가 트랩에 들어간 후 포함된 강철 공을 만나고 강철 공이 회전하여 제트의 에너지를 소비합니다.수평으로 그리고 (경우에 따라) 거꾸로 된 경우에도 스팟 캐처가 작동할 수 있습니다.
모든 5축 부품이 똑같이 복잡한 것은 아닙니다.부품 크기가 커질수록 프로그램 조정과 부품 위치 확인, 절단 정확도가 더욱 복잡해집니다.많은 매장에서는 매일 간단한 2D 절단과 복잡한 3D 절단을 위해 3D 기계를 사용합니다.
작업자는 부품 정확도와 기계 동작 정확도 사이에 큰 차이가 있다는 점을 인식해야 합니다.거의 완벽에 가까운 정확도, 동적 동작, 속도 제어 및 뛰어난 반복성을 갖춘 기계라도 "완벽한" 부품을 생산하지 못할 수 있습니다.완성된 부품의 정확도는 공정 오류, 기계 오류(XY 성능) 및 공작물 안정성(고정구, 평탄도 및 온도 안정성)의 조합입니다.
두께가 1인치 미만인 재료를 절단할 때 워터젯의 정확도는 일반적으로 ±0.003~0.015인치(0.07~0.4mm)입니다.두께가 1인치를 초과하는 재료의 정확도는 ±0.005~0.100인치(0.12~2.5mm) 이내입니다.고성능 XY 테이블은 0.005인치 이상의 선형 위치 결정 정확도를 위해 설계되었습니다.
정확도에 영향을 미치는 잠재적인 오류에는 도구 보정 오류, 프로그래밍 오류 및 기계 이동이 포함됩니다.공구 보정은 제트의 절단 폭, 즉 최종 부품이 올바른 크기를 얻기 위해 확장되어야 하는 절단 경로의 양을 고려하기 위해 제어 시스템에 입력되는 값입니다.고정밀 작업에서 발생할 수 있는 오류를 방지하려면 작업자는 시험 절단을 수행하고 혼합 튜브 마모 빈도에 맞게 도구 보정을 조정해야 한다는 점을 이해해야 합니다.
프로그래밍 오류는 일부 XY 컨트롤이 부품 프로그램에 치수를 표시하지 않아 부품 프로그램과 CAD 도면 간의 치수 일치 부족을 감지하기 어렵기 때문에 가장 자주 발생합니다.오류를 유발할 수 있는 기계 동작의 중요한 측면은 기계 장치의 간격과 반복성입니다.서보 조정도 중요합니다. 부적절한 서보 조정으로 인해 간격, 반복성, 수직성 및 채터링 오류가 발생할 수 있기 때문입니다.길이와 너비가 12인치 미만인 소형 부품은 대형 부품만큼 많은 XY 테이블이 필요하지 않으므로 기계 동작 오류 가능성이 적습니다.
연마재는 워터젯 시스템 운영 비용의 2/3를 차지합니다.기타에는 전력, 물, 공기, 씰, 체크 밸브, 오리피스, 혼합 파이프, 물 유입 필터, 유압 펌프 및 고압 실린더용 예비 부품이 포함됩니다.
최대 전력 작동은 처음에는 비용이 많이 드는 것처럼 보였지만 생산성 증가가 비용을 초과했습니다.연마재 유량이 증가하면 절단 속도는 증가하고 최적 지점에 도달할 때까지 인치당 비용은 감소합니다.최대의 생산성을 위해 작업자는 최적의 사용을 위해 가장 빠른 절단 속도와 최대 마력으로 절단 헤드를 작동해야 합니다.100마력 시스템이 50마력 헤드만 실행할 수 있는 경우 시스템에서 두 개의 헤드를 실행하면 이러한 효율성을 얻을 수 있습니다.
연마재 워터젯 절단을 최적화하려면 당면한 특정 상황에 주의를 기울여야 하지만 탁월한 생산성 향상을 제공할 수 있습니다.
0.020인치보다 큰 에어 갭을 절단하는 것은 현명하지 않습니다. 왜냐하면 제트가 틈에서 열리고 대략적으로 낮은 레벨을 절단하기 때문입니다.재료 시트를 서로 가깝게 쌓으면 이를 방지할 수 있습니다.
시간당 비용이 아닌 인치당 비용(즉, 시스템에서 제조된 부품 수)으로 생산성을 측정합니다.실제로 간접비를 상각하려면 신속한 생산이 필요합니다.
복합재료, 유리, 돌 등을 자주 관통하는 워터젯에는 수압을 낮추거나 높일 수 있는 컨트롤러가 장착되어야 합니다.진공 보조 및 기타 기술은 대상 재료를 손상시키지 않고 취약하거나 적층된 재료를 성공적으로 관통할 가능성을 높입니다.
자재 취급 자동화는 자재 취급이 부품 생산 비용의 큰 부분을 차지하는 경우에만 의미가 있습니다.연마재 워터젯 기계는 일반적으로 수동 언로드를 사용하는 반면 플레이트 절단은 주로 자동화를 사용합니다.
대부분의 워터젯 시스템은 일반 수돗물을 사용하며, 워터젯 운영자의 90%는 물을 입구 필터로 보내기 전에 물을 연화시키는 것 외에는 어떠한 준비도 하지 않습니다.역삼투 및 탈이온수를 사용하여 물을 정화하는 것이 유혹적일 수 있지만 이온을 제거하면 물이 펌프 및 고압 파이프의 금속에서 이온을 더 쉽게 흡수할 수 있습니다.오리피스의 수명을 연장할 수 있지만 고압 실린더, 체크 밸브 및 엔드 커버를 교체하는 비용이 훨씬 더 높습니다.
수중 절단은 연마재 워터젯 절단 상단 가장자리의 표면 성에 현상("포깅"이라고도 함)을 줄이는 동시에 제트 소음과 작업장 혼란을 크게 줄여줍니다.그러나 이렇게 하면 제트의 가시성이 떨어지므로 전자 성능 모니터링을 사용하여 최고 조건에서의 편차를 감지하고 구성 요소가 손상되기 전에 시스템을 중지하는 것이 좋습니다.
다양한 작업에 다양한 연마 스크린 크기를 사용하는 시스템의 경우 일반적인 크기에 대해 추가 저장 공간과 계량 장치를 사용하십시오.소형(100lb) 또는 대형(500~2,000lb) 벌크 운반 및 관련 계량 밸브를 사용하면 스크린 메쉬 크기 간 신속한 전환이 가능하여 가동 중지 시간과 번거로움을 줄이고 생산성을 높일 수 있습니다.
세퍼레이터는 두께가 0.3인치 미만인 재료를 효과적으로 절단할 수 있습니다.이러한 러그는 일반적으로 탭의 두 번째 연삭을 보장하지만 더 빠른 재료 처리를 달성할 수 있습니다.단단한 재료일수록 라벨이 더 작아집니다.
연마성 워터젯으로 기계를 가공하고 절단 깊이를 조절합니다.올바른 부품의 경우 이 초기 프로세스가 강력한 대안을 제공할 수 있습니다.
Sunlight-Tech Inc.는 GF Machining Solutions의 Microlution 레이저 미세 가공 및 마이크로 밀링 센터를 사용하여 공차가 1미크론 미만인 부품을 생산했습니다.
워터젯 절단은 재료 제조 분야에서 중요한 위치를 차지합니다.이 기사에서는 워터젯이 매장에서 어떻게 작동하는지 살펴보고 그 과정을 살펴봅니다.
게시 시간: 2021년 9월 4일