워터젯에 의한 난삭재 3D 형상 밀링가공 특성 - KMOU Repository

The cutting depths of AWJ were found to increase the pump pressure and the amount of abrasive. It was confirmed that the cutting depths increased by approximately 1.78 times as the overlap ratio of the machining paths increased.

연구배경

따라서 소재에 따라 가공 중 급격한 소성 변형, 절삭 공구의 빠른 마모, 공구와의 화학 반응 등 다양한 특성을 고려해야 합니다. 이를 개선하기 위해 기존 절삭유 처리방식에서 벗어나 고효율, 친환경 가공을 위한 가공기술 개발 연구가 활발히 진행되고 있다.

Fig. 1 Application of Hard-to-machine Materials

연구목적 및 내용

연마재 워터젯(AWJ) 처리 시스템은 그림 1에 나와 있습니다. 그림 4는 워터젯 처리 시스템의 레이아웃을 보여준다.

Fig. 3 Types of Abrasive Waterjet

연마재 워터젯 가공 메커니즘

절단 속도는 초당 공작물 절단에 관련된 연마 입자의 수와 관련이 있습니다. 시간의 단위. 속도가 증가함에 따라 당 연마 입자의 수가 증가합니다. 단위 면적당 절단 품질이 저하됩니다. 노즐 직경은 연마재, 물, 공기 혼합물의 밀도에 영향을 미칩니다. 노즐 직경이 커질수록 공기가 더 많이 유입되어 혼합물의 밀도가 낮아져 분쇄 속도가 느려지고 절단 품질이 저하됩니다.

그러나 노즐 길이가 일정 값을 초과하면 연마재와 노즐 사이의 마찰로 인해 에너지 손실이 발생하여 절단 품질이 저하되는 부정적인 영향을 미친다. 연마입자의 형상이 크고 경도가 높을수록 절단 품질이 좋아지고, 연마재 유입량이 많을수록 절단 품질이 좋아집니다.

Fig. 8 AWJ Cutting Mechanism

워터젯 가공변수에 따른 난삭재의 피삭성 검토

그림 15에서 볼 수 있듯이 연마재 유입량이 증가함에 따라 세 재료 모두 가공 깊이가 선형적으로 증가했습니다. 연마재 유입량이 증가하면 운동에너지를 갖는 연마입자의 수가 증가하여 가공깊이가 증가하는 것으로 분석되었다. 동일조건에서 Ti6Al4V, SUS 304, Inconel 600 순으로 가공깊이가 증가하는 것을 확인하였다. 따라서 절삭 및 절단 시 제트에너지의 손실이 적은 포텐셜 코어 영역 내에서 가공하는 것이 유리하다. 최소화하고, 마무리 등 미세가공을 할 때 이격거리를 늘리고 주요 영역 내 공정을 늘려야 하는데...

AWJ에서 잠재적인 코어 영역과 메인 영역에 따른 가공 깊이의 변화를 측정하기 위해 Ti6Al4V 재료의 평면 가공 실험을 수행하였다. 이는 가공 깊이에 큰 영향을 미치는 잠재적인 코어 영역인 6.2 내에서 이격거리를 5mm 이내로 설정하는 것이 유용한 것을 보여준다. 분리 거리가 증가할수록 에너지 분포 밀도가 분산되고 처리 깊이가 감소하는 것으로 나타납니다. 모든 것.

Fig. 14 Comparison of Depth of Cut by Feed Rate Change

워터젯 가공변수에 따른 가공품질 평가

이는 AWJ 깊이 방향 90°에서 가공력이 최대가 되고, 중첩율이 증가할수록 이전에 가공된 면의 재가공률이 증가하기 때문에 분석되었다. 또한, 연마 충격 각도와 중첩 비율에 따른 가공 깊이의 편차는 Fig. 그림과 같이 25에 나타난 바와 같이 연마재의 충격각이 증가함에 따라 가공 깊이 편차도 증가하였다.

AWJ 가공 깊이에 큰 영향을 미치는 변수로는 펌프 압력, 이송 속도, 연마재 투입량, 이격 거리 등이 있습니다. 펌프압력, 이송속도, 연마재 투입량, 이격거리에 따라 연마입자의 운동에너지가 발생하며, 이 운동에너지에 따라 실제 가공량이나 가공깊이가 결정된다. 따라서 가공 깊이 예측을 모델링할 때 가공 영역 전체에 고르게 분포되는 것으로 가정했습니다.

가공 깊이는 연마 운동에너지 방정식을 기반으로 한 AWJ 가공 깊이 모델링을 통해 얻을 수 있습니다.

Fig. 23 Set up for AWJ Test

가공깊이 시뮬레이션 성능평가

분사된 연마입자는 가우시안 분포에 따라 노즐 중앙에서 가장 강한 힘으로 가공되며, 랜덤 분사를 이용하여 노즐 외부의 입자 분포를 실제 가공환경과 유사하게 모델링하였다. 실험데이터와 시뮬레이션 데이터를 비교해보면 Figure 34와 같이 입자의 운동에너지가 불균일하여 시뮬레이션에서는 실제 가공과 유사한 형상이 나타났으나, 시뮬레이션에서 가공면의 형상이 더 크게 나타났다. 실제 가공된 시편의 표면보다 고르지 못한 부분이 있습니다. 실제 가공에서는 가공 후 발생하는 후류의 잔류에너지로 인해 2차 가공이 발생하는 것으로 가정된다. 실제 가공에 주로 사용되는 주 에너지는 노즐에서 분출되는 제트의 에너지이고, 가공 후 발생하는 웨이크 에너지는 형상을 완전히 바꿀 만큼 크지 않다고 판단되었기 때문에 이들 2차 가공 요소들은 제외하였다. 개발된 시뮬레이터.

2차 가공에 의한 후류효과를 배제하더라도 가공된 샘플과 시뮬레이션 결과 모두 가공깊이 오차가 90% 이상으로 유사한 가공깊이를 보이는 것을 확인하였다. 그림 36은 실험결과와 시뮬레이터 결과의 단면을 비교한 그래프이다.

Table 4 #80 Abrasive Particle data

난삭재 3D 형상 워터젯 밀링 가공 성능평가

도 39는 오버랩 비율에 따른 가공깊이 결과를 나타낸 그래프이고, 도 39는 오버랩율에 따른 가공깊이 결과를 나타낸 그래프이다. 펌프 압력이 증가함에 따라 연마재와 가공에 관여하는 물의 운동 에너지가 증가했습니다. 시간 단위, 즉 워터 제트 에너지로 인해 처리 깊이가 증가합니다. 연마재 유입량이 증가할수록 운동에너지를 갖는 연마재 입자의 수가 증가하고 가공 깊이도 증가하였다.

연마재 워터젯 에너지와 재료 파괴 에너지를 기반으로 한 가공 깊이 모델링. 티타늄 워터젯 밀링 가공 모델링의 깊이/폭.

Table 5 AWJ Cutting Conditions of 3D Shape Machining