KR101233756B1 - Cutting Apparatus of Abrasive Water Jet Type - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마재를 물과 혼합하여 고압으로 분사하여 다양한 소재를 정밀 절단하는 연마재 워터젯 절단장치에 관한 것으로, 물과 연마재가 혼합되는 믹싱챔버(Mixing Chamber)의 형상을 개선하여, 연마재의 유량을 증가시키지 않고 믹싱챔버에서 물과 연마재의 혼합효율을 증가시킴으로써 절단 과정에서 절단대상물의 표면에 발생하는 테이퍼를 최소화하고, 절단면의 품질을 향상시킬 수 있도록 한 것이다. 이를 위한 본 발명은 고압의 물이 유입되는 오리피스와, 일부분이 상기 오리피스의 출구부와 연통되며 다른 일부분이 연마재 공급유로와 연통되어 물과 연마재의 혼합이 이루어지는 믹싱챔버와, 상기 믹싱챔버의 출구부에 연통되어 믹싱챔버에서 혼합된 물과 연마재의 혼합물을 외부로 분사하여 소재를 절단하는 노즐을 포함하는 연마재 워터젯 절단장치에 있어서, 상기 믹싱챔버는 상기 오리피스 출구부와 연통되는 상부에서 하부의 출구부로 이어지는 면의 일부 또는 전부가 곡면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연마재 워터젯 절단장치를 제공한다. The present invention relates to an abrasive waterjet cutting device for precisely cutting a variety of materials by mixing the abrasive with water and spraying at high pressure. The present invention improves the shape of a mixing chamber in which water and abrasive are mixed, thereby increasing the flow rate of the abrasive. By increasing the mixing efficiency of the water and the abrasive in the mixing chamber without minimizing the taper generated on the surface of the cutting object during the cutting process, it is possible to improve the quality of the cutting surface. To this end, the present invention provides an orifice into which high pressure water flows, a mixing chamber in which a portion is in communication with an outlet of the orifice, and another portion in communication with an abrasive supply flow path, where water and abrasive are mixed, and an outlet of the mixing chamber. An abrasive waterjet cutting device comprising: a nozzle in communication with a nozzle for cutting a material by spraying a mixture of water and abrasive material mixed in a mixing chamber to the outside, wherein the mixing chamber is connected from the upper portion to the lower outlet portion in communication with the orifice outlet portion. It provides an abrasive waterjet cutting device, characterized in that part or all of the following surface is made of a curved surface.

Description

연마재 워터젯 절단장치{Cutting Apparatus of Abrasive Water Jet Type}Abrasive Water Jet Cutting Device {Cutting Apparatus of Abrasive Water Jet Type}

본 발명은 연마재 워터젯 절단장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연마재를 물과 혼합하여 고압으로 분사하여 다양한 소재를 정밀 절단하는 연마재 워터젯 절단장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an abrasive waterjet cutting device, and more particularly, to an abrasive waterjet cutting device for precisely cutting a variety of materials by mixing the abrasive with water and spraying at high pressure.

연마재 워터젯(AWJ : Abrasive Water Jet) 절단장치는 다양한 종류의 소재를 정밀 절단할 수 있는 장치로서, 기계, 건설, 항공, 식품, 제지분야 등에 널리 활용되고 있으며, 기존의 레이저 및 플라즈마 절단기 등으로 절단 및 가공이 어려운 티타늄, 세라믹, 파이버 글라스, 플라스틱, 고탄소강, 복합재료 등의 소재를 열변형 없이 절단이 가능한 기술이다. Abrasive Water Jet (AWJ) cutting device is a device that can precisely cut various kinds of materials, and is widely used in machinery, construction, aviation, food, paper, etc. And it is a technology that can cut difficult materials such as titanium, ceramic, fiberglass, plastic, high carbon steel, composite materials without heat deformation.

연마재 워터젯을 이용한 절단 원리는 펌프에서 생성된 2,000∼4,000bar 이상으로 압축된 고압의 물을 오리피스를 통과시키면서 음속의 2∼3배의 속도로 가속하고, 이렇게 가속된 물을 믹싱챔버(Mixing Chamber)로 유입되는 연마재와 혼합하여 노즐을 통해 분사한다. 노즐에서 분사된 연마재는 높은 운동에너지를 가지며, 연마재와 소재가 충돌하면서 연마재가 가지고 운동에너지가 소재에 가해져 절단된다.The cutting principle using abrasive waterjet accelerates the high pressure water produced by the pump to 2,000 ~ 4,000bar or more, passing the orifice at a speed of 2 ~ 3 times the speed of sound, and mixing the accelerated water in the mixing chamber. It is mixed with the abrasive flowing into the spray through the nozzle. The abrasive injected from the nozzle has a high kinetic energy, and the abrasive and the material collide with the abrasive, the kinetic energy is applied to the material and is cut.

그런데, 연마재 워터젯 절단장치로 절단대상물을 절단하는 과정에서 절단면에 테이퍼가 생성되는데 이는 치수 정밀도에 악영향을 끼친다. 이러한 테이퍼 생성과 관련있는 절단요소에는 연마재 유량, 절단속도, 압력, 소재와 노즐의 이격거리 등이 있다. 일반적으로 압력 및 연마재 유량을 증가시키거나 절단속도를 감소시키면 테이퍼가 생성되지 않거나 테이퍼 값이 작아지는 경향이 있다. However, in the process of cutting the cutting object with the abrasive waterjet cutting device, a taper is generated on the cut surface, which adversely affects the dimensional accuracy. Cutting factors associated with this taper generation include abrasive flow, cutting speed, pressure, and material and nozzle spacing. In general, increasing the pressure and abrasive flow rate or decreasing the cutting speed tends to result in no taper or smaller taper values.

하지만 연마재 워터젯 절단장치를 사용하여 절단하는 과정에서 소요되는 절단비용에서 연마재가 대부분을 차지하는 바, 절단 시 연마재 유량의 증가는 절단비용의 상승으로 이어진다. 이러한 이유로 연마재의 유량을 증가시키지 않고 절단면의 품질 향상을 위해서는 물과 연마재가 혼합되는 믹싱챔버에서의 혼합 효율을 증가시켜야 한다.
However, since the abrasive accounts for most of the cutting cost in the cutting process using the abrasive waterjet cutting device, the increase in the abrasive flow rate during cutting leads to an increase in cutting cost. For this reason, in order to improve the quality of the cut surface without increasing the flow rate of the abrasive, the mixing efficiency in the mixing chamber where water and the abrasive are mixed should be increased.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 물과 연마재가 혼합되는 믹싱챔버(Mixing Chamber)의 형상을 개선하여, 연마재의 유량을 증가시키지 않고 믹싱챔버에서 물과 연마재의 혼합효율을 증가시킴으로써 절단 과정에서 절단대상물의 표면에 발생하는 테이퍼를 최소화하고, 절단면의 품질을 향상시킬 수 있는 연마재 워터젯 절단장치를 제공함에 있다.
The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to improve the shape of the mixing chamber (mixing chamber) in which water and abrasives are mixed, so that the water and abrasives in the mixing chamber without increasing the flow rate of the abrasives The present invention provides an abrasive waterjet cutting device capable of minimizing the taper generated on the surface of the cutting object by increasing the mixing efficiency and improving the quality of the cutting surface.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고압의 물이 유입되는 오리피스와, 일부분이 상기 오리피스의 출구부와 연통되며 다른 일부분이 연마재 공급유로와 연통되어 물과 연마재의 혼합이 이루어지는 믹싱챔버와, 상기 믹싱챔버의 출구부에 연통되어 믹싱챔버에서 혼합된 물과 연마재의 혼합물을 외부로 분사하여 소재를 절단하는 노즐을 포함하는 연마재 워터젯 절단장치에 있어서, 상기 믹싱챔버는 상기 오리피스 출구부와 연통되는 상부에서 하부의 출구부로 이어지는 면의 일부 또는 전부가 곡면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연마재 워터젯 절단장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an orifice into which high pressure water is introduced, and a mixing chamber in which a portion of the orifice is in communication with an outlet of the orifice and another portion of the orifice is in communication with an abrasive supply channel. And a nozzle in communication with the outlet of the mixing chamber, the nozzle for cutting the material by injecting a mixture of water and abrasive mixed in the mixing chamber to the outside, wherein the mixing chamber is in communication with the orifice outlet. It provides an abrasive waterjet cutting device, characterized in that part or all of the surface leading to the outlet portion of the upper portion to the lower portion made of a curved surface.

본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 믹싱챔버의 내측면은 상단부 모서리 부분이 상하방향으로 만곡된 곡면으로 이루어진 부분 원통형이거나, 내측면이 타원형(elliptical), 또는 포물선형(hyperbolic), 또는 구형(spherical)으로 형성될 수 있다.
According to one aspect of the invention, the inner surface of the mixing chamber is a partial cylinder consisting of a curved surface of which the upper edge portion is curved in the vertical direction, the inner surface is elliptical, or hyperbolic, or spherical It can be formed into).

이러한 본 발명에 따르면, 믹싱챔버의 측면부에 곡면이 형성된 형태를 가지며, 이러한 형태에 의해 믹싱챔버 내에서 물과 연마재의 혼합효율이 증가되어 절단 과정에서 절단대상물의 표면에 발생하는 테이퍼가 최소화되고, 절단면의 품질이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
According to the present invention, the curved surface is formed in the side portion of the mixing chamber, by this form the mixing efficiency of the water and the abrasive in the mixing chamber is increased to minimize the taper generated on the surface of the cutting object during the cutting process, The effect of improving the quality of the cut surface can be obtained.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마재 워터젯 절단장치의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 'A' 부분의 확대도로서, 본 발명에 따른 믹싱챔버의 일 실시예의 형상을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 믹싱챔버의 다른 실시예로서, 타원형 형상의 믹싱챔버를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 믹싱챔버의 또 다른 실시예로서, 포물선형 형상의 믹싱챔버를 나타낸 단면도이다.
도 5는 종래의 연마재 워터젯 절단장치의 믹싱챔버 형태를 나타낸 단면도이다. 1 is a longitudinal cross-sectional view of an abrasive waterjet cutting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a portion 'A' of FIG. 1 and illustrates a shape of an embodiment of a mixing chamber according to the present invention.
3 is a cross-sectional view showing an elliptical mixing chamber as another embodiment of the mixing chamber according to the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a mixing chamber of a parabolic shape as still another embodiment of the mixing chamber according to the present invention.
5 is a cross-sectional view showing the mixing chamber shape of a conventional abrasive waterjet cutting device.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연마재 워터젯 절단장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the abrasive waterjet cutting apparatus according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연마재 워터젯 절단장치는 연결관(20)을 통해 펌프(미도시)와 연결되어 펌프로부터 압송된 고압의 물을 공급받는 컷팅헤드(10)와, 상기 컷팅헤드(10)의 상단에 형성되어 상기 연결관(20)을 통해 물이 유입되는 오리피스(11)와, 상단부가 상기 오리피스(11) 하단의 출구부와 연통되며 일측면부가 상기 컷팅헤드(10)의 일측에 비스듬하게 연결되는 연마재 공급유로(13)와 연통되어 물과 연마재의 혼합이 이루어지는 믹싱챔버(12)와, 상기 믹싱챔버(12)의 출구부에 연통되어 믹싱챔버(12)에서 혼합된 물과 연마재의 혼합물이 외부로 분사되면서 소재를 절단하게 되는 노즐(15)을 포함한 구성으로 이루어진다. Referring to Figure 1, the abrasive waterjet cutting device according to an embodiment of the present invention is connected to a pump (not shown) through a connecting pipe 20 and the cutting head 10 receives the high pressure water pumped from the pump and And an orifice 11 formed at an upper end of the cutting head 10 to allow water to flow through the connection pipe 20, and an upper end of which communicates with an outlet of a lower end of the orifice 11, and one side of the cutting head 10. The mixing chamber 12 in communication with the abrasive supply passage 13 connected obliquely to one side of the 10 and in which water and the abrasive are mixed, and the mixing chamber 12 in communication with the outlet of the mixing chamber 12. It is composed of a configuration including a nozzle 15 to cut the material while the mixture of water and abrasive mixed in the sprayed to the outside.

상기 오리피스(11)는 연결관(20)의 물 공급홀(21) 직경보다 작은 직경을 갖도록 되어, 연결관(20)을 통해 공급된 물이 오리피스(11)를 지나면서 가속된다. The orifice 11 has a diameter smaller than the diameter of the water supply hole 21 of the connecting pipe 20, so that water supplied through the connecting pipe 20 is accelerated while passing through the orifice 11.

상기 믹싱챔버(12)는 상기 오리피스(11)를 통과하면서 가속된 물과 상기 연마재 공급유로(13)를 통해 공급되는 연마재가 함께 유입되면서 혼합되는 공간으로서, 이 믹싱챔버(12)는 상기 오리피스(11) 출구부와 연통되는 상단 입구부에서 하부의 출구부로 이어지는 면의 일부 또는 전부가 곡면으로 이루어진다. 예를 들어, 도 2에 도시한 것과 같이 상단부 모서리 부분이 상측에서 하측으로 만곡된 곡면(12a)으로 이루어진 부분 원통형(이하 이 형태를 circular type으로 정의함)으로 형성되거나, 도 3에 도시한 것과 같이 내측면이 타원형 타입(elliptical type), 또는 도 4에 도시한 것과 같은 포물선형 타입(hyperbolic type)으로 형성될 수 있다. 또는 도면에 도시하지는 않았지만, 믹싱챔버(12)의 내측면이 구형 타입(spherical type)으로 형성될 수도 있다. The mixing chamber 12 is a space in which the water accelerated while passing through the orifice 11 and the abrasive supplied through the abrasive supply flow passage 13 are introduced and mixed together, and the mixing chamber 12 is the orifice ( 11) A part or all of the surface from the upper inlet portion communicating with the outlet portion to the lower outlet portion is curved. For example, as shown in FIG. 2, the upper edge portion is formed into a partial cylinder (hereinafter, defined as a circular type) consisting of a curved surface 12a curved from the upper side to the lower side, or as shown in FIG. 3. Likewise, the inner surface may be formed of an elliptical type or a hyperbolic type as shown in FIG. 4. Alternatively, although not shown in the drawings, the inner surface of the mixing chamber 12 may be formed in a spherical type.

상기와 같이 믹싱챔버(12)의 내면의 일부에 곡면(12a)이 형성되거나 내측면 전부가 곡면으로 형성됨으로 인해 믹싱챔버(12) 내에서 물과 연마재의 혼합 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.As described above, since the curved surface 12a is formed on a part of the inner surface of the mixing chamber 12 or the entire inner surface is formed as a curved surface, the mixing efficiency of the water and the abrasive in the mixing chamber 12 may be improved. .

도 6 내지 도 8은 도 2 내지 도 4에 도시된 부분 원통형(circular type) 믹싱챔버(12), 타원형(elliptical) 타입 믹싱챔버(12), 포물선형(hyperbolic) 타입 믹싱챔버(12)를 갖는 본 발명의 연마재 워터젯 절단장치의 실시예들과 기존의 원통형(cylindrical) 믹싱챔버(120)(도 5참조) 이용하여 90㎜/min 및 180㎜/min 의 절단 속도로 이동하면서 스테인레스 스틸(SUS), 피시비(PCB), 아크릴(Acrylic)을 절단했을 때 발생하는 테이퍼 컷 발생량을 나타낸 것이다. 6 to 8 have a partial cylindrical mixing chamber 12, an elliptical type mixing chamber 12, and a parabolic type mixing chamber 12 shown in FIGS. By using embodiments of the abrasive waterjet cutting device of the present invention and the conventional cylindrical mixing chamber 120 (see FIG. 5), the stainless steel (SUS) is moved at a cutting speed of 90 mm / min and 180 mm / min. Shows the amount of taper cut generated when PCB, PCB, and acrylic are cut.

상기 도면들을 통해 알 수 있는 바와 같이, 스테인레스 스틸(SUS)과 피시비(PCB)의 경우, 각각의 절단 속도에서 기존의 원통형(cylindrical) 믹싱챔버(120)(도 5참조)에서 테이퍼 컷 발생량이 가장 많으며, 그 다음이 본 발명의 부분 원통형(circular), 타원형(elliptical), 포물선형(hyperbolic) 순으로 테이퍼 컷이 발생하였다. 아크릴(Acrylic)의 경우에는 믹싱챔버(12)의 형태와 상관없이 테이퍼 컷 발생량이 거의 동일한 것으로 측정되었다.
As can be seen from the figures, in the case of stainless steel (SUS) and PCB (PCB), the amount of taper cut generated in the conventional cylindrical mixing chamber 120 (see Fig. 5) at the respective cutting speed Followed by tapered cuts in the order of partially cylindrical, elliptical, and hyperbolic of the present invention. In the case of acrylic, the amount of taper cuts was measured to be almost the same regardless of the shape of the mixing chamber 12.

10 : 컷팅헤드 11 : 오리피스
12 : 믹싱챔버 12a : 곡면
13 : 연마재 공급유로 15 : 노즐
20 : 연결관 21 : 물 공급홀10: cutting head 11: orifice
12: mixing chamber 12a: curved surface
13: abrasive supply flow path 15: nozzle
20: connector 21: water supply hole

Claims (5)

연결관(20)을 통해 펌프와 연결되어 펌프로부터 압송된 고압의 물을 공급받는 컷팅헤드(10)와;
상기 컷팅헤드(10)의 상단에 형성되어 상기 연결관(20)의 물 공급홀(21)을 통해 물이 유입되며, 연결관(20)의 물 공급홀(21)의 직경보다 작은 직경을 갖는 오리피스(11)와;
상단부가 상기 오리피스(11) 하단의 출구부와 연통되며 일측면부가 상기 컷팅헤드(10)의 일측에 비스듬하게 연결되는 연마재 공급유로(13)와 연통되어 물과 연마재가 유입되면서 물과 연마재의 혼합이 이루어지는 믹싱챔버(12)와;
상기 믹싱챔버(12)의 하측 출구부에 연통되어 믹싱챔버(12)에서 혼합된 물과 연마재의 혼합물이 외부로 분사되면서 소재를 절단하게 되는 노즐(15)을 포함하며;
상기 믹싱챔버(12)는 상기 오리피스 출구부와 연통되는 상부에서 하부의 출구부로 이어지는 면의 일부 또는 전부가 곡면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연마재 워터젯 절단장치.
A cutting head 10 connected to the pump through a connecting pipe 20 to receive the high pressure water pumped from the pump;
Is formed on the top of the cutting head 10 is the water flows through the water supply hole 21 of the connection pipe 20, has a diameter smaller than the diameter of the water supply hole 21 of the connection pipe (20) An orifice 11;
An upper end portion communicates with an outlet portion of the lower end of the orifice 11 and one side portion communicates with an abrasive supply passage 13 connected obliquely to one side of the cutting head 10 so that water and abrasives are introduced to mix water and abrasives. A mixing chamber 12 which is formed;
A nozzle 15 which communicates with a lower outlet of the mixing chamber 12 and cuts the material while spraying the mixture of water and abrasive mixed in the mixing chamber 12 to the outside;
The mixing chamber 12 is an abrasive waterjet cutting device, characterized in that part or all of the surface leading from the upper portion to the lower outlet portion communicating with the orifice outlet portion is curved.
제1항에 있어서, 상기 믹싱챔버의 내측면은 상단부 모서리 부분이 상하방향으로 만곡된 곡면으로 이루어진 부분 원통형인 것을 특징으로 하는 연마재 워터젯 절단장치.
The abrasive waterjet cutting apparatus according to claim 1, wherein the inner surface of the mixing chamber is a partial cylinder formed by curved upper and lower edges of the upper and lower edges.
제1항에 있어서, 상기 믹싱챔버의 내측면은 타원형인 것을 특징으로 하는 연마재 워터젯 절단장치.
The abrasive waterjet cutting device of claim 1, wherein an inner surface of the mixing chamber is elliptical.
제1항에 있어서, 상기 믹싱챔버의 내측면은 포물선형인 것을 특징으로 하는 연마재 워터젯 절단장치.
The apparatus of claim 1, wherein the inner surface of the mixing chamber is parabolic.
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