워터젯 가공은 물줄기를 이용하여 금속을 절단하는 "제거 가공" 방식입니다. 우레탄, 유리 등 다양한 소재를 정밀하고 손쉽게 가공할 수 있으며, 자동차 차체나 범퍼 제작에도 사용됩니다. 연마재를 물에 혼합하면 티타늄과 같이 절단하기 어려운 소재는 물론 두꺼운 판재도 가공할 수 있습니다.
이 글에서는 워터젯 가공과 연마재 혼합물을 사용하는 "연마 워터젯"의 이점에 대해 설명합니다.
이 공정은 석유를 절삭하지 않고 먼지를 발생시키지 않기 때문에 환경 친화적인 공정으로 주목받고 있습니다!
워터젯 가공이란 무엇인가요?
워터젯 절단의 작동 원리
워터 제트 절단 고압 분사를 이용하여 금속을 절단하는 가공 방식입니다. 자동차 세차장에서 사용하는 고압 세척기와 동일한 원리를 이용하는데, 고압으로 물을 분사하여 금속을 절단하는 것입니다.
직경 0.1mm의 소형 노즐에서 300~600MPa로 압축된 물을 분사하면 높은 처리 에너지를 생성할 수 있습니다.
물줄기의 속도는 음속의 세 배에 달하며, 작업물이 젖기만 한다면 어떤 재료든 사용할 수 있습니다.
워터젯 가공기는 가공에 사용되며, NC 제어를 통한 3D 가공과 5축 제어를 통한 복합 가공이 가능합니다. 수압을 조절하여 버 제거, 연마, 세척 등 다양한 공정을 적용할 수 있습니다.
워터젯 금속 가공 기술의 원리
이 금속 절단 방법은 지난 세기 중반에 등장했습니다. 처음에는 순수한 물을 사용했지만, 몇 년 후 엔지니어들이 분사액에 연마용 모래를 추가하여 절단 성능을 크게 향상시켰습니다.
이 기술의 핵심은 고압의 물줄기를 재료에 분사하는 것입니다. 오늘날 이 기술은 가장 역동적으로 발전하고 있는 기술 중 하나이며 최고의 절단 방법 중 하나로 손꼽힙니다.
워터젯 금속 절단은 품질 면에서 결코 떨어지지 않습니다. 혈장; 레이저 or 기계적 절단또한, 이러한 제트는 마모가 발생하지 않는 공구입니다. 사용되는 제트의 직경은 재료의 종류에 따라 다르지만, 일반적으로 0.5~1.5mm입니다. 직경이 작기 때문에 재료 낭비가 매우 적습니다.
이 기술의 핵심적인 장점은 제품의 어느 지점에서든 절단을 시작할 수 있다는 것입니다.
모든 워터젯 절단기는 다음과 같이 작동합니다.
1. 고출력 펌프는 자동 중심 절삭 헤드 내부에 3800~6200bar의 수압을 생성합니다.
2. 노즐에서 얇은 물줄기가 형성되어 음속보다 빠른 속도로 고압 하에 믹서로 공급됩니다.
3. 물은 노즐을 통해 장치의 믹서로 공급되고, 연마재는 연마재 전용 호퍼에서 공급됩니다.
4. 물과 연마제가 혼합되면 절삭 제트가 형성되어 절단 대상 재료에 적용됩니다.
절단 테이블은 캔틸레버식 또는 갠트리식이며, 고속 회전 시 최적의 안정성과 변형 및 진동 방지를 위해 특별히 설계된 프레임을 갖추고 있습니다.
절단 공정은 특수 소프트웨어로 제어되며, 다양한 버전의 소프트웨어를 통해 절단 헤드의 기능에 따라 어떤 모양이든 절단할 수 있습니다.
워터젯으로 어떤 재료를 절단할 수 있나요?
워터젯 절단 방식을 선택할 때 가장 먼저 고려해야 할 사항은 가공할 재료의 종류입니다. 이 방식을 사용하려면 재료가 공정에 적합하고 정확한 절단이 가능해야 합니다. 워터젯 절단 기술은 다음과 같은 재료에 사용할 수 있습니다.
금속 및 합금: 거의 모든 금속과 합금은 워터젯 절단에 적합합니다. 가장 잘 알려진 재료로는 강철, 알루미늄, 구리, 티타늄, 황동 등이 있습니다. 워터젯 절단은 얇은 금속판부터 두꺼운 금속판까지 절단하고 성형하는 데 사용할 수 있습니다.
플라스틱: 아크릴, PVC, 델린, 폴리스티렌 등 다양한 플라스틱을 워터젯 기술로 가공할 수 있습니다. 이 기술은 깨끗하고 가공물에 용융이나 기타 손상을 남기지 않습니다.
도예: 이 장비는 타일, 도자기, 탄화규소, 알루미나 등 다양한 세라믹 소재를 균열 없이 절단하고 성형할 수 있는 솔루션을 제공합니다.
합성물: 워터젯 기술은 절단 및 성형에 이상적입니다. 복합 재료다른 접근 방식들, 플라즈마 절단톱질이나 전통적인 절단 방식은 복합재료에 균열을 일으킬 수 있습니다. 하지만 워터젯은 유리섬유, 아라미드 섬유, 케블라, 탄소섬유 등 다양한 복합재료를 깨끗하고 정밀하게 절단할 수 있습니다.
다른 재료들은 다음과 같습니다. 폼, 고무, 돌, 화강암, 유리, 가죽, 천.
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워터젯 절단의 주요 장점
콜드컷: 워터젯 절단은 추가적인 열 공급이 필요 없는 "냉간" 공정입니다. 절단 과정에는 물과 연마재가 사용되며, 절단된 재료의 온도는 미미하고 열적 및 기계적 변형도 발생하지 않습니다.
또한, 냉간 절단의 장점은 버(burr), 뒤틀림, 스케일이 발생하지 않는다는 것입니다. 따라서 절단 품질이 우수하여 후속 작업(예: 도색 또는 용접) 전에 사전 준비 작업이 필요하지 않습니다.
또한 냉간 절단은 가공물을 고정하고 냉각할 필요 없이 다음 공정으로 진행할 수 있으므로 생산성을 향상시킵니다.
높은 절단 정확도 (± 0.1 mm): 고압과 작은 절삭 면적의 조합으로 추가 작업 없이 원하는 결과를 얻을 수 있습니다.
워터젯 절단은 정밀한 기하학적 형상을 얻는 등 고품질 절단을 위해 널리 사용됩니다. 또한, 워터젯 절단은 다양한 재료와 비표준적인 표면 유형에도 적용할 수 있습니다.
다양한 응용 분야에 활용 가능워터젯 절단은 오늘날 가장 다재다능한 절단 시스템 중 하나입니다. 판금 부품의 대량 생산부터 3차원 대리석 조각에 이르기까지 광범위한 분야에서 사용됩니다.
절단 가능한 강재의 두께는 300mm입니다. 5축 절삭 헤드의 도입으로 워터젯 절단 기술이 급속도로 발전했습니다. 평면 부품 절단 시, 헤드가 연속 절단이 가능하고, 공작물 주변을 이동하며, ±55도 범위의 경사 절단도 가능합니다. °.
워터젯 가공의 특징
워터젯 가공은 물을 사용하기 때문에 다른 가공 방법에는 없는 다양한 장점을 가지고 있습니다.
1. 열의 영향을 받지 않음
"물"을 사용하기 때문에 열이 발생하지 않습니다. 물 분사 vs 레이저 그리고 절단 가공.
따라서 가공 정확도가 높으며, 열에 약한 재료도 가공할 수 있습니다.
2. 가공력을 조절할 수 있습니다.
"물"을 사용하기 때문에 수압을 조절하여 가공에 가해지는 힘을 조절할 수 있습니다.
따라서 고무, 우레탄, 인쇄회로기판과 같은 연질 재료를 가공할 수 있습니다.
3. 저가
물을 사용하기 때문에 유지 관리가 쉽고 운영 비용이 저렴합니다.
4. 친환경
물을 사용하기 때문에 가공 과정에서 먼지가 발생하지 않습니다. 또한 절단 시 다량 사용되는 냉각제도 필요하지 않습니다.
워터젯 가공의 원리
워터젯 가공은 물만 사용하는 "워터젯 가공"과 물에 연마재를 혼합하여 사용하는 "연마재 워터젯 가공"으로 나뉩니다.
이 가공 방법은 고압의 물 분사만으로 공작물을 절삭합니다. 우레탄, 목재, 수지 등의 연질 재료 절삭에 적합합니다.
환경친화성이 뛰어나 금속 가공 현장, 식품 가공 및 의료 산업에서 널리 사용됩니다.
워터젯 절단 공정 선택을 위한 8가지 시나리오
우리는 워터젯 절단으로 가공할 수 있는 재료에 대해 논의했습니다. 이제 워터젯이 재료를 절단하고 성형하는 데 적합한 다양한 시나리오를 살펴보겠습니다.
1. 재료가 열에 민감할 때
앞서 언급했듯이 워터젯 절단은 강한 열을 사용하지 않고 열 발생량이 매우 적어 특정 플라스틱이나 복합재료와 같이 열에 민감한 재료를 절단하는 데 이상적입니다.
플라즈마 절단이나 레이저 절단과 같은 다른 방식으로 열에 민감한 재료를 절단하면 절단 부위의 용융, 물리적 특성 저하, 변형 등 심각한 손상이 발생할 수 있습니다. 하지만 워터젯 절단을 이용하면 이러한 위험을 제거하고 깨끗하고 정밀한 절단면을 얻을 수 있습니다.
또한 회로 기판, 열 관련 응용 분야 및 전기 전도성 부품과 같이 물리적 및 열적 특성 저하가 부품의 기능에 영향을 미치는 여러 응용 분야가 있습니다. 이러한 상황에서 워터젯 절단은 재료의 무결성을 유지하고 열 관련 손상 위험 없이 공작물을 절단할 수 있습니다.
2. 복잡한 형상이 필요할 때
워터젯 절단은 복잡하고 정교한 형태를 정밀하게 제작할 수 있는 실용적인 제조 기술입니다. 특히 곡선이나 호를 따라 정밀하게 절단할 수 있어 원, 타원, 타원형 등을 만들어내는 데 탁월합니다.
- 이 기술은 인테리어 및 장식품에 복잡한 패턴을 만들 수 있으며 실용적인 디자인(3D)만 있으면 됩니다.
- 워터젯 절단은 미세한 구멍, 채널, 공동 및 기타 복잡한 내부 구조를 구현할 수 있게 해줍니다.
- 워터젯 절단은 하나의 재료에서 여러 부품을 만들 수 있으며 복잡한 조립을 용이하게 합니다.
결론적으로, 워터젯 가공은 정밀하고 복잡한 형상이 요구되는 많은 응용 분야에 적합한 선택입니다. 워터젯 가공은 약 0.12mm의 공차를 쉽게 유지할 수 있습니다(Dey, 2020).
3. 재료가 매우 단단할 때
경화강, 티타늄, 탄화규소, 니켈계 초합금, 탄소 복합재, 석재, 세라믹 등과 같이 매우 단단한 재료를 절삭하는 것은 어려운 일입니다. CNC 밀링 및 기타 기존 기술로 이러한 재료를 가공하면 재료에 마모가 발생합니다. 절단 도구 그리고 가공물에 물리적 손상이 발생할 수 있습니다.
워터젯 절단은 다이아몬드를 제외한 거의 모든 경질 재료를 정밀하게 절단할 수 있으며 손상 위험이 없습니다. 경질 재료 절단에 워터젯 절단을 선택하는 또 다른 이유는 절단된 조각이 흩어질 위험이 없다는 것입니다. 워터젯 절단은 10~12인치(약 25~30cm) 두께의 경질 재료를 절단할 수 있습니다(Dey, 2020).
4. 얇은 소재 시트를 가공해야 할 때마다
CNC 밀링, 플라즈마 절단, 레이저 절단 등의 기술로 얇은 판재를 절단하면 절단 부위에 변형과 뒤틀림이 발생합니다. 반면, 워터젯 절단은 이러한 부작용 없이 얇은 판재를 정밀하게 절단할 수 있습니다.
얇은 재료를 절단하고 성형할 때 또 다른 단점은 손상 부위가 넓어진다는 점입니다. 얇은 판재는 두꺼운 판재에 비해 손상이 심할 수 있으며, 심지어 녹아내릴 수도 있습니다. 따라서 이러한 상황에서는 압력을 제어한 좁은 물줄기가 이상적인 해결책입니다.
5. 두께가 일정하지 않은 재료
CNC 밀링, 레이저 절단, 플라즈마 절단 등 다른 가공 방식으로는 두께가 일정하지 않은 공작물을 가공할 때 여러 번의 절단 작업이 필요합니다. 하지만 워터젯 절단은 단 한 번의 작업으로 절단이 가능합니다.
부품의 두께가 서로 달라야 하는 경우가 많을 수 있습니다. CNC 워터젯 기술을 사용하면 이러한 부품을 제작할 수 있습니다. 다른 방법으로도 가능하지만, 정확도가 떨어지고 작업 과정이 더 복잡할 수 있습니다.
6. 재료가 매우 두꺼울 때
두꺼운 공작물은 다른 가공 방식으로는 가공하기가 어렵습니다. 예를 들어, 플라즈마 및 레이저 절단은 많은 에너지를 필요로 하므로 비용이 상당히 많이 들 수 있습니다. 반면, 워터젯 절단은 압력과 연마 입자를 조절하여 두꺼운 공작물도 가공할 수 있습니다. 하지만 두께 제한은 재료의 경도에 따라 달라집니다. 티타늄과 같은 경질 재료는 10~12인치 두께까지 가공이 가능하지만, 폼과 같은 연질 재료는 2~3피트 두께까지도 쉽게 가공할 수 있습니다(Schlick, 2022).
또한, 절단 가능한 재료의 두께는 물줄기의 압력에 따라 결정됩니다. 물의 압력은 간단한 압력 펌프 제어를 통해 최대 900MPa까지 조절 가능합니다. 두꺼운 공작물을 절단하기 위해 물에 고마모성 입자를 혼합하거나, 연마 입자의 농도를 높이는 방법도 유사한 효과를 냅니다.
7. 대량 생산이 필요할 때
워터젯 절단은 비용 효율성이 그렇게 높지 않을 수 있습니다. 소량 제조 특히 높은 정확도가 필수적인 요구 사항이 아닌 경우 기존 공정에 비해 비용이 훨씬 저렴합니다. 대량 생산 비용을 크게 절감할 수 있으며, 높은 반복성과 치수 일관성을 바탕으로 다양한 용도에 사용할 수 있는 재료를 가공할 수 있습니다.
8. 비전도성 재료 절단
워터젯 절단은 절단 과정에서 열을 발생시키지 않기 때문에 비전도성 재료를 절단하는 데 적합한 방법입니다. 반면, 레이저 및 플라즈마 절단은 재료의 전도성에 따라 절단 품질이 달라집니다. 이러한 기술로 비전도성 재료를 가공할 경우 절단면이 거칠고 고르지 못할 수 있습니다.
워터젯 절단 방식을 사용하지 말아야 할 경우는 언제일까요?
우리는 워터젯 절단이 재료를 절단하고 성형하는 데 이상적인 선택인 다양한 시나리오에 대해 논의했습니다. 하지만 이 방식을 사용하는 것이 적절하지 않은 시나리오도 몇 가지 있습니다.
- 목재나 종이 제품과 같이 물과 습기에 민감한 재료는 물을 흡수하여 물리적 성질이 변할 수 있습니다.
- 워터젯 절단은 극도의 정밀도가 요구되므로 해당 용도에 적합하지 않을 수 있습니다. 이러한 경우에는 레이저 절단이 더 나은 결과를 제공할 수 있습니다.
- 소량 생산은 특수 장비와 준비 시간 때문에 비용이 더 많이 들 수 있습니다.
연마수 분사 가공
연마수 분사 가공
이는 연마재를 물과 혼합하여 공작물을 절삭하는 가공 방법입니다.
고압수의 음압에 의해 연마재가 빨려 들어가 혼합액 형태로 노즐에서 분사됩니다.
높은 절삭 능력을 갖추고 있어 티타늄, 세라믹, 금속 등 가공하기 어려운 소재를 절단하는 데 적합합니다. 또한 자동차 부품 및 신형 항공기 소재 가공에도 사용됩니다. NC 제어 방식의 워터젯 가공기, 즉 "워터젯 기계"가 워터젯 가공에 사용됩니다.
관련 항목: 워터젯 절단 기술을 활용하는 5대 산업
워터젯 기계 구성
- 초고압수 생성기
- 가공 노즐
- 연마재 공급 장치
초고압수 생성기
이 펌프는 300~600MPa의 초고압을 발생시킵니다.
가공 노즐
제트 분사로 인한 마모를 방지하기 위해 초경합금과 다이아몬드 등의 재질로 만들어졌습니다.
- 워터젯 가공 시에는 직경이 약 0.1~0.3mm인 노즐을 사용하십시오.
- 연마수 분사 가공 시에는 직경 약 1mm의 노즐을 사용하십시오.
연마재 공급 장치
연마수 분사 가공에서 연마재와 물을 혼합하는 장비.
제품 개요
이 글에서는 워터젯 가공의 장점과 다양한 연마재 혼합 방법에 대해 설명했습니다. (전문가용) 워터젯 절단 서비스 친환경적인 워터젯 가공 방식을 사용하는데, 이 방식은 절삭유를 필요로 하지 않고 분진을 발생시키지 않아 작업자를 보호합니다. 금속 가공 외에도 이 불연성 기술은 재난 구조 작업에도 적용됩니다.
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