"CNC 워터젯 가공은 정밀성과 정확성을 보장합니다. 2D 및 3D 기능성 프로토타입 제작에 이상적이며, 높은 신뢰성과 반복성을 제공하고, 소량부터 대량까지 단시간 내에 부품을 생산할 수 있습니다."
유체역학 공학 분야에서 워터젯 절단은 마모성이 강하고 밀도가 높은 금속을 경제적이고 신속하게 절단할 수 있다는 장점 덕분에 최대 6.15%의 상당한 성장률을 기록했습니다. 이전에는 다음과 같은 기존 기술들이 사용되었습니다. 와이어 방전 가공, 레이저 절단플라즈마 절단과 같은 방법들이 단단한 재료를 절단하는 데 사용되었습니다. 하지만 이러한 방법들은 힘들고 시간이 많이 걸렸으며, 절단에 사용할 수 있는 재료의 종류도 제한적이었습니다.
따라서 워터젯 절단은 OEM 제조업체가 제품을 더 빨리 시장에 출시하고 고객 요구 사항을 충족할 수 있도록 속도를 높여줍니다. 또한 워터젯 절단은 복잡한 형상과 3D 디자인을 구현할 수 있으며, 금속, 엔지니어링 등급 열가소성 수지, 유리 및 복합 재료와 같은 다양한 재료를 화학적 성질에 영향을 주지 않고 절단할 수 있습니다. 나아가 자동차, 항공우주, 전자 및 방위 산업에 일관된 품질과 치수 안정성을 갖춘 부품을 제공하여 기능 향상 및 최적의 성능 구현을 지원합니다.
이 글에서는 워터젯 절단 공정의 엄청난 잠재력, 적용 분야, 장단점, 절단 능력 등을 중점적으로 다룹니다.
워터젯팅이란 무엇인가요?
워터젯 가공은 고강도 소재를 절단하는 비접촉식 침식 공정입니다. 열을 사용하지 않고 고압의 초음속 액체 제트를 연마재와 혼합하여 원하는 모양과 디자인의 제품을 만듭니다.
워터젯 커팅
고압 워터젯 기계는 690MPa(1000,000psi)의 정격 압력에서 최적의 성능을 발휘합니다. 이 압력은 특수 튜브 구멍 또는 노즐을 통해 초속 900m(음속의 3배)의 속도로 분사되어 원하는 규격의 부품을 절단합니다. 노즐의 평균 직경은 일반적으로 0.1~0.4mm입니다. 직경이 작은 노즐은 재료 낭비를 최소화하면서 절단 대상물을 집중시키는 데 도움이 됩니다. 이 공정은 증압기 또는 크랭크축 펌프 장치를 통해 이루어집니다. 또한, 워터젯 가공은 금속 합금, 반연질 재료, 플라스틱, 세라믹 및 복합 재료 등 다양한 재료에 적용할 수 있습니다.
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워터젯 절단은 어떻게 작동하나요?
워터젯 절단 공정
The 워터젯 가공 공정 일반적으로 2차원 형상에 사용됩니다. 워터젯 절단 작동 원리에 대한 간략한 설명은 다음과 같습니다.
- 기술적으로 워터젯 절단 공정은 스테인리스강으로 만들어진 오리피스 또는 노즐을 통해 초고압의 물줄기를 분사하는 방식으로 작동합니다. 일반적으로 다이아몬드, 사파이어 또는 루비로 만들어진 오리피스를 사용하여 물줄기의 속도를 약 2500mph까지 높입니다.
- 고속의 물줄기는 연마재 챔버(일반적으로 절삭 헤드 어셈블리의 오리피스 아래에 위치)와 결합되어 절삭 속도를 높입니다. 일반적으로 사용되는 연마재는 가넷 모래이며, 물줄기와 함께 이동합니다.
- 마지막으로, 이러한 조합은 목표 재료에 치수적으로 안정적이고 정확한 윤곽을 복제하는 데 도움이 됩니다. 워터젯 절단 공정 전체는 특수 CNC 시스템 소프트웨어로 제어되어 변형 및 결함을 방지합니다.
워터젯 절단의 종류
제조 산업 전반에 걸쳐 연마재를 절단하는 데에는 두 가지 유형이 사용됩니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
- 연마 워터젯 절단
- 순수 워터젯 절단
연마 워터젯 절단
연마재 워터젯 절단은 비열 절단 공정입니다. 이 공정은 물과 함께 연마재(일반적으로 가넷, 그릿 또는 산화알루미늄)를 분사하여 수행됩니다. 이러한 조합은 더욱 강력하고 눈에 보이지 않으며 균일한 물줄기를 생성하여 단단하고 적층된 재료를 절단하는 추진력을 만들어냅니다.
일반적으로 OEM 설계자들은 저렴한 가격과 풍부한 공급량 때문에 절삭 가공에 가넷을 사용합니다. 가넷은 분쇄 가넷과 충적 가넷 두 가지 형태로 제공됩니다. 분쇄 가넷은 채석장에서 채굴되는 반면, 충적 가넷은 강바닥에 자연적으로 퇴적된 광석을 선별하여 워터젯 가공에 적합하게 만든 것입니다. 충적 가넷은 분쇄 가넷에 비해 가격이 저렴하고 부식성이 적으며 가공이 용이합니다. 따라서 매끄럽고 정밀한 모서리가 요구되는 곳에 이상적인 선택입니다.
전반적으로 연마재 워터젯 절단 이 기술은 세라믹, 장식석, 암석, 금속 및 플라스틱과 같은 고강도, 두꺼운 인장 재료에 적용됩니다. 또한, 연마 절단 공정을 사용하면 날카로운 골재 모서리를 얻을 수 있습니다.
순수 워터젯 절단
순수 물 분사 절단은 일반적으로 고압의 순수 물줄기를 이용합니다. 이 연마재가 없는 물줄기는 약 0.1mm 직경의 다이아몬드 오리피스를 통해 고압으로 통과합니다. 이 오리피스는 물줄기의 속도를 음속의 약 3배까지 증가시킵니다. 이 방식은 고무, 폼, 개스킷, 식품, 직물과 같은 연질 재료 절단에 특히 적합합니다. 기존 방식인 CNC 플라즈마 및 레이저 절단과는 달리, 순수 물 분사 절단은 공정 중 열을 발생시키지 않는 냉간 절단 기술입니다.
워터젯 절단 공정의 발전은 무엇일까요?
오늘날 워터젯 절단에 사용되는 CNC 시스템은 이 공정을 혁신적으로 변화시켰습니다. 특히 두 가지 뛰어난 기술이 이 분야에서 인기를 얻고 있는데, 바로 다음과 같습니다.
- 5축 워터젯 절단
- 테이퍼 보상
5축 워터젯 절단
워터젯 절단 분야의 발전된 기술 중 하나는 다축 방식인 5축 워터젯 절단입니다. 이전에는 5축 장비가 고도의 프로그래밍과 정밀한 사양이 요구되는 매우 특수하고 세밀한 부품이나 제품에만 사용되었기 때문에 비용이 많이 드는 워터젯 절단 방식으로 여겨졌습니다.
하지만 오늘날 5축 가공기는 CAM에서 생성된 3D 모델을 정밀하게 추출하여 정확한 형상의 부품으로 신속하게 가공하는 데 탁월한 성능을 발휘합니다. 이러한 기계는 주로 고무, 섬유, 합금과 같은 연질 소재 가공에 사용됩니다. 특히 5축 가공기는 부품 절삭에 부가가치 가공을 추가하여 공정을 자동화함으로써 수작업의 필요성을 크게 줄여줍니다.
테이퍼 보상
테이퍼 보정은 정밀하고 정확한 절단 치수를 구현하기 위해 개발된 또 다른 기술 발전입니다. 이 기술은 두꺼운 재료를 균일하게 절단할 때 재료 표면에 테이퍼가 발생하는 위험을 제거하여 가공 효율을 높이는 데 널리 사용되고 있습니다. 테이퍼는 빠른 절단 속도와 워터젯 스트림의 자연스러운 발산으로 인해 발생합니다. 테이퍼 발생을 방지하기 위해 일반적으로 세 가지 접근 방식이 사용됩니다. 첫째, 초기 CAD 설계를 조정하고 수정하는 형상 보정입니다. 둘째, 동적 테이퍼 보정입니다. 이 방법은 절단 헤드가 재료를 절단하는 동안 절단 헤드의 위치를 조정합니다. 또한 절단 경로를 오프셋함으로써 테이퍼 발생을 최소화할 수 있습니다. 테이퍼 보정은 0.005인치까지의 최적 공차를 달성하는 데 매우 효과적입니다.
레이저 절단과 워터젯 절단의 주요 차이점
레이저 절단과 워터젯 절단은 모두 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 이러한 절단 방식은 광범위한 고강도 소재를 정밀하게 관통하는 데 사용됩니다. 아래 표에는 두 방식의 기술적 차이점이 나와 있습니다.
표: 레이저 절단과 워터젯 절단의 비교 분석
| 아래 | 레이저 절단 | 워터젯 커팅 |
| 절단 방식 | 고출력 레이저 빔을 이용하여 재료를 조각합니다. | 물과 연마제를 함께 사용하여 부품을 절단하고 모양을 만듭니다. |
| 속도 | 일반적으로 분당 70인치를 절단할 수 있습니다. | 일반적으로 분당 20인치의 속도로 절단합니다. |
| 열영향부 | 열영향부를 생성합니다. | 열영향부를 발생시키지 않습니다. |
| 절단 정확도 | 일반적으로 0.15mm | 일반적으로 0.5mm |
| 재질 두께 | 레이저 출력에 따라 30mm ~ 40mm입니다. | 일반적으로 250~300mm |
| 소리 또는 소음 | 75 dB | 일반적으로 90dB 주파수의 소리 |
| 재료 호환성 | 금속, 플라스틱, 복합재료, 유리 | 금속, 세라믹, 연마재, 강화유리를 제외한 유리 및 다이아몬드 |
관련 항목: 순수 워터젯 절단 vs 연마재 워터젯 절단
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워터젯 절단의 장점
The 워터젯 절단의 장점 다양한 제조 분야에 널리 사용되고 있습니다. 이러한 기계는 높은 반복성과 정확성으로 잘 알려져 있습니다. 기존 기술과 차별화되는 가장 일반적인 이점은 다음과 같습니다.
- 워터젯 절단 기술을 이용하면 거의 모든 재료를 원하는 모양으로 절단할 수 있습니다.
- 이 공정은 폐기물 발생 없이 우수한 품질의 모서리를 만들어냅니다.
- 워터젯 절단은 작동 중에 열영향부를 발생시키지 않는 냉간 절단 기술입니다.
- 이 기술은 재료 두께에 제한이 없기 때문에 기존의 다른 기술보다 우수합니다. 예를 들어, 100피트 길이의 판재도 워터젯 절단으로 정밀하게 절단할 수 있습니다.
- 이 장비는 다축 방식으로 재료를 관통하는 방식을 제공합니다. 대표적인 예로는 5축 가공기가 있습니다. 또한, 별도의 공구나 절삭 공구가 필요하지 않습니다.
- 핵심적인 이점 중 하나는 추가 가공 없이 고품질 부품을 생산할 수 있다는 것입니다.
- 일반적인 워터젯 절단기는 0.005인치까지 정밀한 공차를 구현할 수 있습니다. 또한, 워터젯 절단 공정을 통해 3D 형상을 더욱 쉽게 제작할 수 있습니다.
- 게다가 절단 과정 전반에 걸쳐 사용되는 물을 재활용할 수 있기 때문에 환경적으로 지속 가능한 공정입니다.
워터젯 절단의 한계
또한, 절단 작업을 시작할 때 몇 가지 단점이 있습니다. 이러한 단점은 다음과 같습니다.
- 절단 폭이 좁으면 오리피스 손상, 테이퍼(V자형, 역테이퍼, 배럴형 테이퍼) 발생, 공극 형성 등의 위험이 발생할 수 있습니다. 따라서 일반적으로 절단 폭은 워터젯 직경의 11.25배가 되어야 합니다.
- 물줄기는 관통되는 부품에 움푹 들어간 자국이나 박리 현상을 일으킬 수 있습니다.
- 절단에 사용되는 연마재는 공정 비용을 증가시킬 수 있습니다. 하지만 이는 주로 재료 유형, 부품 사양 및 사용 목적에 따라 달라집니다.
- 정확한 규격의 부품을 얻으려면 구멍 내부 반경을 워터젯 절단 반경의 2배로 유지하는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 막힌 절단면이 생기고 재료가 고르지 않게 절단될 수 있습니다.
- 연마재를 과도하게 사용하면 장비 마모가 발생하여 공정 비용이 추가로 발생할 수 있습니다.
- 워터젯 절단 장비는 초기 투자 비용이 더 많이 듭니다.
워터젯 절단의 산업적 응용
워터젯 가공 기술은 여러 산업 분야에 걸쳐 널리 활용되고 있습니다. 이 기술의 주요 고객으로는 항공우주, 자동차, 섬유, 가전제품, 산업 제조 부문 등이 있습니다.
항공 우주 산업
항공우주 산업에서는 항공기 엔진의 내외부 부품 성형에 주로 워터젯 절단 방식을 사용합니다. 이러한 부품들은 제품의 기능과 기동성을 위해 정밀하고 정확한 절단이 필수적입니다. 따라서, 항공우주 분야에서의 워터젯 절단 제트 엔진 부품, 터빈 블레이드, 객실 내부 패널 및 착륙 장치를 포함한 제품의 절단 또는 성형에 중요한 역할을 합니다.
자동차 산업
이 흥미로운 기술은 다양한 자동차 부품 제작에 사용됩니다. 자동차 부품 제조업체는 자동 워터젯 절단기를 사용하여 다양한 자동차 부품에 필요한 절단면을 만듭니다. 예를 들어, 자동차 천장 내장재, 범퍼, 구리 헤드 개스킷, 맞춤형 배기 시스템용 플랜지, 자동차 장식용 브래킷 등이 있습니다.
건축 산업
석재 연마 워터젯 절단
워터젯 절단 기술은 예술 및 건축 산업에서 매우 인기가 높습니다. 다양한 벽화, 대리석, 석재를 워터젯 절단기를 통해 정밀하게 절단하여 예술 작품을 만들 수 있습니다. 또한 설계 엔지니어는 이 기술을 금속 예술 작품, 예를 들어 박물관 예술 작품, 야외 시설물, 테마파크, 그리고 멋진 조명 제작에도 활용할 수 있습니다.
전자 산업
워터젯 절단은 전자 부품 생산 비용을 절감하여 제조업체에 여러 이점을 제공합니다. 이러한 부품은 열에 매우 민감하기 때문에 워터젯 절단기는 회로 기판, 발전기 부품, 엘리베이터 제어 패널, 엘리베이터용 프로파일 절단 등과 같은 부품 제작에 적합한 솔루션입니다. 또한 고품질 보호 전자 장치 제작에도 도움이 됩니다. 방수 인클로저 야외용으로.
의료 및 수술 산업
초소형 의료 기기는 안정적인 작동을 위해 정밀한 형상을 요구합니다. 이러한 점에서 워터젯 절단은 각지고 정밀도가 요구되는 부품을 제작하는 데 매우 유용합니다. 인공 사지, 탄소 섬유 보조기, 정형외과 기구, 수술 부품, 간 절제 조직 등이 워터젯 절단 공정을 통해 제작됩니다.
유리 산업
유리 산업은 워터젯 절단 기술의 주요 사용자입니다. 이 기술은 착색 유리, 석영 유리, 최적 유리, 붕규산 유리, 용융 실리카 유리 및 평판 유리 등 다양한 소재로 복잡한 부품을 추가적인 후처리 없이 신속하게 성형하여 생산성과 모서리 품질을 향상시킵니다.
관련 항목: 워터젯 절단 기술을 활용하는 상위 5개 산업
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프로젝트에는 워터젯 절단이 더 적합할까요?
공정 호환성은 다양한 요소에 따라 달라집니다. 예를 들어, 부품 사양, 기하학적 복잡성, 두께, 그리고 전도성, 내식성, 내구성 등의 재료 특성이 있으며, 이러한 요소들을 고려하여 특정 프로젝트에 맞게 부품을 절단해야 합니다.
워터젯 절단 적용 사례
일반적으로 표준 워터젯 가공은 표면 특성에 영향을 주지 않고 다양한 재료를 절단할 수 있습니다. 또한, 열영향부가 거의 또는 전혀 발생하지 않으며, 매끄럽고 미세한 표면 마감을 얻을 수 있습니다. 레이저 및 플라즈마 절단과는 달리 유해한 연기가 발생하지 않습니다.
또한, 워터젯 절단기의 각 절단 작업은 CNC 시스템을 통해 제어됩니다. G 코드를 따라 정밀하게 윤곽을 만들어냅니다. 하지만 뒤틀림이나 테이핑 현상이 발생할 위험이 있습니다. 따라서 최적의 선택을 위해서는 경험이 풍부한 제조 전문가와 상담하는 것이 좋습니다. 전문가의 조언을 통해 부품 요구 사항, 재료 유형 및 기타 요소를 고려하여 가장 적합한 공정을 선택할 수 있습니다. 고압 분사 절단 비용. 그래도 잘 모르겠다면 저희 가이드를 확인해 보세요. 워터젯 절단 공정은 언제 사용해야 할까요? 보다 실질적인 통찰력을 얻으려면.
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합산
워터젯 가공 이 기술은 제조 산업에서 가장 빠른 기술로 자리 잡았습니다. 짧은 시간 안에 높은 반복성과 치수 정확도를 갖춘 부품을 생산할 수 있습니다. 농업, 의료, 유리, 항공우주, 자동차 등 다양한 산업 분야에서 경제적이고 친환경적인 장점 때문에 이 기술을 활용하고 있습니다.
하지만 워터젯 절단 공정은 매우 중요하며, 절단 과정에서 부품에 자국이 남거나 뒤틀림이 발생할 수 있으므로 정확한 사양을 얻기 위해서는 몇 가지 고려 사항이 필요합니다. 따라서 공정 매개변수를 정밀하게 제어하고 고압의 물줄기를 유지해야 합니다. 또한 레이저 절단이나 플라즈마 절단과 같은 다른 절단 방식도 있습니다. 이러한 기술들 역시 정밀도가 요구되는 프로젝트에 널리 사용됩니다. 따라서 적절한 방식을 선택하려면 각 방식의 장점과 한계에 대한 기본적인 지식이 필요합니다. 이 글에서는 워터젯 절단에 대한 포괄적인 정보를 제공합니다. 독자는 이 글을 통해 공정의 특징 및 기타 측면에 대한 유용한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
FAQ's
Q1. 워터젯 절단기는 가격이 얼마인가요?
가격은 브랜드와 기계의 기능에 따라 다릅니다. 일반적인 워터젯 절단기의 가격은 대략 다음과 같습니다. $ 60,000-450,000.
Q2. 워터젯 절단에 대한 다른 대안 공정이 있습니까?
워터젯 절단 대신 사용할 수 있는 다른 공정들이 있습니다. 이러한 공정에는 다음과 같은 것들이 포함됩니다.
- 와이어 방전 가공기
- 플라즈마 절단
- 산소연료 절단
- 레이저 절단
Q3. 어떤 금속 합금이 워터젯 절단으로 뚫릴 수 있습니까?
워터젯 절단기를 사용하면 다양한 합금 등급을 원하는 모양으로 가공할 수 있습니다. 알루미늄 합금(5052, 6061, 7075), 구리 합금(260, C110), 스테인리스강(304, 316), 아세톨강 등이 워터젯 절단에 적합한 재료로 알려져 있습니다.
Q4. 워터젯 절단에서 흔히 발생하는 문제점은 무엇입니까?
제조업체는 뒤틀림, 박리, 테이퍼 절단, 워터젯 품질, 연마재 및 노즐 마모와 같은 다양한 문제에 직면할 수 있습니다.
Q5. 워터젯에 연마제를 얼마나 첨가합니까?
일반적으로 호퍼에 저장된 연마재(주로 가넷)는 약 2톤의 용량을 가지고 있습니다. 연마재는 워터젯 기계 상단에 장착된 계량 호퍼를 통해 자동 제어 방식으로 적정량씩 채워집니다. 이렇게 채워진 연마재 혼합물은 물줄기를 통과하면서 벤투리 효과를 발생시킵니다. 이 벤투리 효과는 연마재를 끌어당겨 물줄기에 달라붙게 합니다. 이렇게 혼합된 연마재는 초점 노즐로 유도되어 워터젯 절단 작업을 수행합니다.
리소스
- 프레드라그 얀코비치, (2019), 토목 공학 분야에서 연마수 분사 기술의 응용출처: 연구 게이트.
- 앤드류 J. 제퍼슨, 홈 나트 다칼, (2018), 연마수 분사 절단: 출처: 사이언스 다이렉트.