워터젯 가공에 대해서

[[가반_김선영]]

출처: http://www.flowkorea.co.kr/waterjet/01.htm

초고압 워터젯이란 무엇인가? Ulterahigh-pressure Waterjet

Flow사의 초고압 Intensifier Pump는 수압을 4,000 bar(60,000 psi)까지 증압하여 0.004"에서 0.016" 직경의 미세한 노즐을 통해 초당 915m(3,000ft)까지 분사가 가능합니다.

특히 FLOW에서 개발되고 특허를 가지고 있는 PASER는 WATERJET에 ABRASIVE(연마재)를 혼합하여 분사절단 하는 SYSTEM 으로 금속류나 딱딱한 재질의 절단이 가능합니다. WATERJET 절단은 기존의 일반적인 소재절단 방식의 한계를 넘어선 것으로서, 열에 의한 변형이나 산화물의 생성 없이 거의 모든 종류의 금속류, 알미늄, 구리, 티타늄 등을 2차 가공이나 GAS 주입 없이 절단할 수 있으며, 유독 가스와 분진을 발생하지 않으면서 모든 종류의 혼합소재를 깨끗이 절단 할 수 있는 장점이 있습니다. 또한 유리, 석재, 목재, 콘크리트, 고무류, 자동차/건축 내 외장재, 기계 부품류, FRP, ABS, FOOD 산업, 전기/전자 분야 등 적용범위가 기존 절단 방식에 비해 광범위 하며 절단에 있어 가장 중요한 절단 모형의 선정은 어떤 모양의 가공도 가능합니다.

WATERJET CLEANING SYSTEM 은 2,720 BAR(40,000psi)의 압력을 만들어 내는 초고압 펌프와, GUN 또는 FLOW사에서 독창적으로 개발한 CLEANING TOOL등을 이용하여 고압의 물을 특수 노즐을 통하여 분사 시킴으로 선박 외부 및 갑판의 청소, 콘크리트 및 페인트. 고무, 기타 코팅의 REMOVAL, 기타 녹 제거 및 표면 정지작업 등의 작업이 이루어집니다. 별도의 연마제가 전혀 필요 없이 순수 물만으로 이루어지는 강력한 세척력은 기존의 SAND BLASTING 작업의 단점을 보완한 획기적인 장비이며, 환경 오염을 고려한 환경 친화적인 장점을 가지고 있습니다.
전기 전원이 없는 작업 현장에서도 사용 가능한 DIESEL TYPE 과 ELECTRIC TYPE 두 가지가 있으며 초고압을 이용하여 세척을 함에 따라 기존의 중압 펌프 보다 물 사용량을 대폭 줄일 수 있고, 효율면 있어서는 비교할 수 없는 차이를 나타냅니다.

Waterjet 절단 시스템의 장점

· 전(全) 방향성 절단 - 어떤 종류의 모양으로도 절단이 가능합니다. · 수평력과 수직력이 최소이기 때문에 셋업 시간이 단축되며 지그 비용이 절감됩니다. · 동일한 공구로 천공 및 절단이 가능하여 가공 시간과 절단비용이 절감됩니다. · 열 및 화학적 변형 또는 미세 균열이 없어 · 2차 마감이 필요없기 때문에 시간과 비용이 절감됩니다. · 유해가스와 증기가 없어 작업환경이 개선됩니다. · Burrsand slag가 없어 부품 마감 시간이 단축(시간과 비용 절감)됩니다. · 절단부분이 최소이기 때문에 재료 폐기물량이 감소되어 · 직접적인 비용 절감 효과를 볼 수 있습니다. · 절단시 절단면 품질이 높아 가공시간과 비용이 절감됩니다. · 설계및 재료 변경이 유연하여 전환(turnaround)이 빨라 · 고객은 더 많은 일을 할 수 있으며, 따라서 영업 실적이 향상됩니다. · 20년 이상의 Flow기술을 바탕으로 한 · 신뢰성 높은 펌프이기 때문에 경쟁사보다 유리합니다.

Waterjet 표면 처리 시스템의 장점

· 최소한의 물을 사용하기 때문에 · 연마재 비용과 폐기물 처리비용이 절감됩니다. · 세척 표면에 잔여 용해염이 적어 부식 형성을 방지합니다. · 수집 및 폐기용 추가 물질이 없어 연마재 저장, 수집, 처리 비용이 절감됩니다. · 원래의 표면이 변형되지 않아 기초 표면이 손상되지 않습니다. · 화학물질을 필요로 하지 않아 작업자에게 안전하고 환경 친화적입니다. · 작업시 분진이 없어 분진 차단 작업 및 호흡장치가 필요없습니다

소재별 절단 속도

압  력	60,000 psi
Orifice	.014/.040
	절단 속도
Aluminum (알루미늄) 1/4”	76.1 inch/min
Aluminum (알루미늄) 1/2”	36.0 inch/min
Aluminum (알루미늄) 1”	16.0 inch/min
Granite (화강암) 1/4”	134.1 inch/min
Granite (화강암) 1/2”	63.5 inch/min
Granite (화강암) 1”	28.2 inch/min
Graphite Epoxy(그래파이트에폭시)1/4”	206.5 inch/min
Graphite Epoxy(그래파이트에폭시) 1/2”	97.8 inch/min
Graphite Epoxy(그래파이트에폭시) 1”	43.5 inch/min
Inconel (합금) 1/4”	25.7 inch/min
Inconel (합금) 1/2”	12.1 inch/min
Inconel (합금) 1”	5.4 inch/min
Marble (대리석) 1/4”	158.0 inch/min
Marble (대리석) 1/2”	74.9 inch/min
Marble (대리석) 1”	33.3 inch/min
Glass (유리) 1/4”	145.9 inch/min
Glass (유리) 1/2”	69.1 inch/min
Glass (유리) 1”	30.7 inch/min
Steel (강철) 1/4”	30.2 inch/min
Steel (강철) 1/2”	14.3 inch/min
Steel (강철) 1”	6.3 inch/min
Stainless (스테인렌스) 1/4”	28.1 inch/min
Stainless (스테인렌스) 1/2”	13.3 inch/min
Stainless (스테인렌스) 1”	5.9 inch/min
Titanium (티타늄) 1/4”	36.6 inch/min
Titanium (티타늄) 1/2”	17.3 inch/min
Titanium (티타늄) 1”	7.7 inch/min

주: 표 안의 절단 속도는 최고절단속도이므로 절단면을 보다 미려하게 절단하고자 할 경우에는 상위 절단 속도의 40%에서 절단하는 것이 좋습니다.

 

초고압 워터젯 절단시스템

	어떤 종류의 물질을 절단할 수 있는가?
	워터젯 절단 시스템은 종이,기저귀,고무, 플라스틱, 판지, 유리섬유, 부직포등 다양한 비금속 물질을 절단할 수 있다. 연마 분사(abrasi-vejets)는 스테인레스강, 알루미늄, 황동, 니켈 합금, 화강암, 유리, 타일, 혼합물 및 세라믹 등 단단하고 두꺼운 물질을 절단할 수 있다.

	워터젯 절단 시스템의 허용차는 어느 정도인가?
	절단부분은 0.051mm(.002")~0.254mm(.010")내의 정확도를 갖는다. 정확도는 기계, 부품크기, 부품두께의 정확도에 따라 달라진다.

워터젯 절단 시스템은 어느 정도의 두께까지 절단할 수 있는가?

물의 압력=4,180 bar (60,000 psi), 펌프=50 HP, 오리피스/노즐 컴비네이션=0.014"/0.040", 연마재량=600g/min, Garnet=80 Mesh인 경우

	물질의 두께
재질	5mm	10mm	20mm
알루미늄	2,319	1,097	488
화강암	4,087	1,935	860
대리석	4,815	2,282	1,014
유리	4,447	2,106	935
강철	920	435	192
스테인레스	856	405	179
티타늄	1115	527	234

* 위의 표는 최대 절단 속도를 나타내며 절단 속도를 낮출 경우 절단 표면 품질은 향상된다.
* 예상 절단 속도(단위 : mm/min)

	워터젯 절단 시스템의 절단폭은 얼마인가?
	절단폭은 절단되는 물질의 두께와 사용된 오리피스(노즐)의 크기에 따라 달라진다. 일반적으로 순수 워터젯 절단 시스템의 절단폭은 0.1mm~1.1mm 사이이며, 연마 분사의 절단폭은 0.8mm~1.2mm 사이이다. 절단폭은 혼합 튜브가 마모됨에 따라 커진다.

	예상할 수 있는 테이퍼는 무엇인가?
	테이퍼는 절단 속도의 함수이다. 가장 나쁜 테이퍼는 상단에서 최대 절단폭(예:0.44mm)과 동일하며, 하단에서는 0.0mm이다. 속도를 늦출 경우 테이퍼는 평행면이 될 때까지 축소된다. 절단 품질이 좋은 대부분의 테이퍼는 측면에서 0.076mm~0.102mm 의 범위에 있다.

	워터젯 절단 시스템으로 어떤 종류의 물질을 잘라야 하는가?
	워터젯 절단 시스템은 특히 두껍고, 단단하고, 부서지기 쉽고, 열에 민감한 물질을 절단하기에 적합하다.

	레이저 절단 방식보다 워터젯 절단 방식을 선호하는 이유는 ?
	레이저 절단 방식은 매우 생산적인 가공이며 확실히 많이 사용하고 있다. 그러나 워터젯 절단 방식은 다음과 같은 그 이상의 이점을 갖고 있다. 1) 두께 제한이 없다 2) 황동이나 알루미늄과 같은 비철금속 절단도 문제가 없다. 3) 열 변형이 없다. 따라서 열로 손상받는 영역이 없다. 4) 절단 재질을 바꿀 때, 절단 속도만 변경하면 된다. 변경할 가스나 광학 조건이 없다. 5) 생산 증가를 위해 여러 헤드를 쉽게 추가할 수 있다. 6) 유지 보수가 매우 전문화되어 있고, 반면 레이저 장비에서 실시 하기는 더 어렵다. 7) 레이저 비용보다 1/2 또는 1/3 저렴하게 전체 시스템을 구입할 수 있다.

	Wire EDM 방식보다 워터젯 절단 방식을 선호하는 이유는?
	EDM은 매우 정확 하지만 속도가 매우 느리다. 또한 전도성 물질이 필요하고 열 손상 영역이 있다.

	Miling 방식보다 워터젯 절단 방식을 선호하는 이유는?
	워터젯 절단 시스템은 더 빠르고 용이하며 가격도 저렴하다. 그 이유는 한 번의 공정으로 하나의 부품을 절단하기 때문인데, 모든 금속을 칩 형태로 축소할 필요가 없다. 허용차가 높은 부품이 필요한 경우에는 연마 가공은 최종 가공 준비가 된 열 영향 영역이 없는 순부품을 생산하는데 사용한다. 이 밖에도, 연마 분사 가공 공정의 폐기물은 칩 형태가 아닌 고체 형태이기 때문에 더욱 가치가 있다.

	Plasma & Oxy Fuel 방식보다 워터젯 절단 방식을 선호하는 이유는?
	분명, 플라즈마는 고온 공정이며, 많은 열을 제품에 가하여 열 영향 구역이 남는다. 그리고 연마 물분사의 표면 마감은 더 뛰어나다. 부품 뒷면에 불순물이 없어, 2차 작업을 줄여 준다. 연마 물분사는 두께 제한이 없어 훨씬 더 좋은 제품을 만들 수 있다.

	워터젯 절단의 표준 시스템에는 무엇이 포함되어 있는가?
	일반적으로 워터젯 절단 시스템에는 초고압 펌프 한 개, 1-2개의 워터젯 절단 헤드, X-Y물분사 절단 테이블, CNC 또는 PC 컨트롤러, 관련 CAD/CAM 소프트웨어가 포함되어 있다.

	워터젯 절단 시스템의 응용에는 어떤 것이 있는가 ?
	다관절 로봇과 통합된 워터젯 시스템은 3D 절단을 실시할 수 있다. 이런 응용은 자동차 실내 부품과 항공우주 부품을 절단하는데 사용할 수 있다.

출처: http://www.koreawaterjet.co.kr/Products/index.html

Water-Jet Machine Center (WMC)

Flow 신제품(WMC)은 기존의 고정관념을 깨트린 워터젯 시스템으로서 Programing,Operating에서 획기적인 시스템을 구축하여 고객이 가장 사용하기 쉽고 관리하기 쉬운 장비라 자부할 수 있습니다.
미국 Flow社의 전세계 단일개발,설계,생산시스템으로 최강성능을 자랑합니다.

장비의 특성

1. 효율적이고 통합된 설계

• WMC 워터젯시스템은 모든 기계적·전기적 구성요소를 모두 완벽하게
  통합하여 기계를 단순화 하는 한편 성능은 최대화 하였습니다.
  통합설계 방식은 다른 기존의 설계방식 보다 소요공간을 최소화 하였으며
  부품의 단순화,간편화를 추구하여 고객의 사용성을 최대한 고려하였습니다.

2. 최적 운용 비용

• WaterVeyor Abrasive Removal System은 자동 연마재 분리수거 장치입니다.
  Abrasive Removal System는 기계의 폐열과 냉각수를 재활용 공정에 재사용하여 연마재 분리와 건조에 사용되므로, 고객은 재활용 비용을 현저히 절감할 수 있으며 연마재의 약50%를 재사용할 수 있습니다.

3. 높은 생산성

• 생산성을 높이기 위해, WMC는 50%이상 상승된 사이클 타임으로 운영되며
  QuickLiftTM Z 스테이션은 작업시 복수의 헤드에서 단일 헤드로 쉽게 전환할 수 있습니다.

4. Operating 편리성 고려

• 편리한 Remote Control에 LCD조작 패널은 기계의 셋업 시간을 줄여줍니다.
  물탱크 위에 장착된 롤러는 소재의 운반 및 Setting을 용이하도록 합니다
  충돌 및 High 센서는 일관된 고품질 절단을 위해 거리를 정확하게 설정할 수 있으며, 굴곡이 있는 원재료를 쉽게 절단할 수 있습니다.

5. 유지보수 용이성, 뛰어난 기계 보호

• 연마재와 물에 민감한 구역은 완벽하게 보호되어 있으며 주요 구성 부품은 덮개로 1차 보호되며 내부 벨로우즈로 2차 보호되는 이중 보호방식으로 되어 있어 안전합니다.

장비의 주요구성 및 특징

• 4,130 bar (60,000 psi) 초고압 펌프 채택
  
• Flow Master Windows 기반의 PC 제어 및 프로그래밍
• 연마재 재사용 시스템 및 WaterVayer Abrasive 연마재 분리 수거 시스템
• QuickLiftTM Pneumatic Z(Paser 3 연마 워터젯 절단 헤드 포함)
• 높이 및 충돌 방지 센서
• 전자 절단 성능 모니터 및 Remote Control LCD 조작 패널
• 수중 절단을 위한 수위 조절 기능

장비의 제원

TABLE SIZE : 3015(3m*1.5m), 4020(4m*2m) ☞ TABLE SIZE는 고객의 요구에 따라 변경 가능합니다 Z축 : 최대높이 300mm, 정밀도: ±0.08mm 절단정밀도: X,Y axis ±0.25mm/300mm(0.001"/ft) 최대 절단속도: 25M/min 이동 속도: 2.5mm/min ~ 50M/min Pump-Intensifier ESL 37kw (50 hp) - opt.75kw (100 hp) 동작 압력: 4,130 bar (60,000 psi) 디지털 AC 서보 모터를 적용한 Ball Screw 시스템 제어방식: PC Contr방식