KR950000809B1

KR950000809B1 - Jet cutter

Info

Publication number: KR950000809B1
Application number: KR1019920019388A
Authority: KR
Inventors: 주남식; 이일영; 조철현; 박형근
Original assignee: 주식회사 서일트레이딩; 정구철
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1992-10-21
Publication date: 1995-02-02
Also published as: KR940008818A

Abstract

The jet cutter uses ice made from over cooled and highly pressured water to process the surface of a material. The water is changed to ice when injected in air through a nozzle in over cooled and highly pressured status. Solidified liquid processes the surface very well with its strong hardness; efficiency of a machining process depends on kinetic energy per unit area and difference of hardness when the liquid contacts with the surface. The jet cutter comprises a nozzle (2), a operating liquid container (3), a pump (4) compressing the operating liquid highly, a heat exchanger (5) making the liquid over cooled, a processing chamber (6) maintained under normal atmosphere, and a vacuum pump (7).

Description

Jet cutter

제 1 도는 종래의 워터 제트커터(Water jet cutter)의 회로 구성제.1 is a circuit arrangement of a conventional water jet cutter.

제 2 도는 본 발명에 따른 이이스 제트커터(Ice jet cutter)의 회로 구성도.2 is a circuit diagram of an ice jet cutter according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1, 11 : 공작물 2, 12 : 노즐1, 11 workpiece 2, 12 nozzle

3, 13 : 작동유체탱크 4, 14 : 펌프3, 13: working fluid tank 4, 14: pump

5 : 열교환기 6 : 가공실5: heat exchanger 6: processing chamber

8 : 보조유체탱크8: auxiliary fluid tank

본 발명은 제트커터(Jet cutter)에 관한 것으로, 구체적으로는 유체 가공장치에 있어 노즐에서 분사되는 얼음으로 변화시켜 가공효율을 높이도록 된 아이스 제트커터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a jet cutter, and more particularly, to an ice jet cutter which is changed into ice injected from a nozzle in a fluid processing device to increase processing efficiency.

고체소재의 가공에 있어서 일반적인 방법으로는 고체와 고체를 직접 접촉시켜 절삭 혹은 연마하는 방법과 산소절단 혹은 방전가공과 같이 열적인 에너지를 가하여 용융시킨 후 모재로 부터 분리시키는 방법이 사용되고 있으며, 좀더 특수한 방법으로 최근에는 유체 또는 고체성분이 혼입된 유체를 고속으로 분사시켜 그 운동에너지를 공작물의 조직을 파괴함으로써 가공하는 방법이 사용되고 있다. 이와같은 방법을 이용한 가공 장치에 있어 작동유체는 주로 물이 사용되며 물을 작동유체로 한 유체가공장치를 일반적으로 제트커터(Water jet cutter)라 한다.In the processing of solid materials, general methods include cutting or grinding by contacting solids with solids directly, and separating them from the base material by melting them by applying thermal energy such as oxygen cutting or electric discharge processing. Recently, a method of processing by injecting a fluid or a fluid in which a solid component is mixed at a high speed and processing the kinetic energy by destroying the structure of the workpiece is used. In the processing apparatus using this method, the working fluid is mainly water, and the water-based working fluid is generally called a water jet cutter.

제 1 도는 종래의 워터 제트커터의 회로구성상태를 나타낸 도면으로, 펌프(14)에 의해 작동유체탱크(13)의 물이 유입되어진 후 가압되고 가압된 물이 노ㅈㄹ(12)을 통해 고속으로 분사되어 공작물(11)을 가공(절삭 또는 절단)하도록 되어 있다.1 is a view showing a circuit configuration of a conventional water jet cutter, wherein the water in the working fluid tank 13 is introduced by the pump 14 and then pressurized and pressurized water is flowed through the furnace 12 at high speed. It is sprayed to process (cut or cut) the work 11.

유체를 이용한 가공에 결정적인 영향을 미치는 요인은 노즐이 단위면적당 분사되는 운동에너지의 양 및 유체가 공작물에 접촉하는 순간의 경도차(硬度差)이다. 따라서, 작동유체는 밀도가 높을수록 좋고 공작물에 접촉하는 순간에 고체이면 더욱 좋으며 그 고체입자의 경도, 즉 입자를 구성하는 분자간의 인력이 클수록 좋다.The factors which have a decisive influence on the machining with the fluid are the amount of kinetic energy injected by the nozzle per unit area and the hardness difference at the moment when the fluid comes into contact with the workpiece. Therefore, the higher the density, the better the solid is at the moment of contact with the workpiece, and the higher the hardness of the solid particles, i.e., the attractive force between the molecules constituting the particles.

그러나, 종래에는 작동유체로서 물 또는 공기를 사용하였기 때문에 상기와 같은 요구를 만족시킬 수 없었다. 가공효율을 높이기 위해, 작동유체로서 물속에 연마제(15)를 혼입시킨 것을 사용하는 것도 제안된 바있으나, 이 또한 상기의 요구를 만족시키지 못하였다.However, in the related art, since water or air was used as the working fluid, the above requirements could not be satisfied. In order to increase the processing efficiency, it has also been proposed to use a mixture of the abrasive 15 in water as the working fluid, but this also did not satisfy the above requirements.

도면상 미설명 부호 "16"은 밸브이다.In the drawing, reference numeral 16 denotes a valve.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제트커터를 발전시킨 것으로 다양한 종류의 소재를 매우 효율적으로 가공할 수 있는 제트커터를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to develop a conventional jet cutter as described above is to provide a jet cutter that can process a variety of materials very efficiently.

본 발명의 상기와 같은 목적은 작동유체를 공작물에 분사시키기 위한 노즐과, 작동유체를 저장하기 위한 작동유체탱크와, 상기 노즐과 작동유체탱크사이에 설치되어 작동유체탱크내의 작동유체를 고압상태로 노즐에 공급하는 펌프로 구성된 제트커터에 있어서, 상기 노즐로 부터 분사되는 작동유체를 고상으로 상변화시키기 위한 상변화수단이 구비된 것을 특징으로 하는 제트커터를 제공함으로써 달성된다.The object of the present invention is a nozzle for injecting a working fluid to the workpiece, a working fluid tank for storing the working fluid, and installed between the nozzle and the working fluid tank to the working fluid in the working fluid tank to a high pressure state A jet cutter composed of a pump for supplying a nozzle to the jet cutter is provided by providing a jet cutter, characterized in that a phase change means is provided for changing the working fluid injected from the nozzle into a solid phase.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings the present invention will be described in more detail.

본 발명에 의한 고체소재의 가공원리는, 극도로 과냉각된 초고압의 물이 노즐을 통하여 대기 또는 진공상태의 공간상에 분사되면 단열팽창하면서 압력에너지가 운동에너지로 바뀌고 내부에너지를 잃게 되어 온도가 급격히 떨어지고 나아가 상전이를 일으켜 얼음으로 바뀌는 현상을 이용하며, 이때, 고속의 고체인 얼음이 공작물에 연속적으로 충격을 가하도록 하여 공작물이 조직을 파괴시킴으로써 가공이 되도록 하는 것이다.The processing principle of the solid material according to the present invention, when the ultra-cooled ultra-high pressure water is injected into the air or the space of the vacuum state through the nozzle, the pressure energy is changed to kinetic energy and loses the internal energy while adiabatic expansion. It uses the phenomenon of falling down and causing a phase change to turn into ice. At this time, the high-speed solid ice continuously impacts the work so that the work can be processed by destroying the tissue.

제 2 도에는 상기와 같은 본 발명의 가공원리를 구체화한 아이스 제트커터의 회로구성상태가 도시되어 있다.2 shows a circuit configuration of the ice jet cutter embodying the processing principle of the present invention as described above.

제 2 도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제트커터는 작동유체를 공작물(1)에 분사시키기 위한 노즐(2)과, 작동유체를 저장하기 위한 작동유체탱크(3)와, 상기 노즐(2)과 작동유체탱크(3) 사이에 설치되어 작동유체탱크(3)내의 작동유체를 고압상태로 노즐(2)에 공급하는 펌프(4)가 구비되어 있다. 본 발명의 제트커터에는 이와같은 기본적인 구성외에 상기 노즉(2)로부터 분사되는 작동유체를 고체상태로 상변화시키기 위한 상변화수단이 특징적으로 구비되어 있다.As shown in FIG. 2, the jet cutter of the present invention comprises a nozzle (2) for injecting a working fluid to the work piece (1), a working fluid tank (3) for storing the working fluid, and the nozzle (2). And a pump 4 installed between the operating fluid tank 3 and the operating fluid in the working fluid tank 3 to the nozzle 2 at high pressure. In addition to this basic configuration, the jet cutter of the present invention is characterized by a phase change means for phase change of the working fluid injected from the furnace (2) into a solid state.

상기 상변화수단은, 상기 펌프(4)와 노즐(2)사이에 설치되어 작동시 펌프(4)로부터 압송되는 고압의 작동유체를 과냉각시키는 열교환기(5)와, 내부에 상기 노즐(2)과 공작물이 위치되며 대기압이하의 압력으로 유지되는 가공실(6)로 구성된다.The phase change means includes a heat exchanger (5) installed between the pump (4) and the nozzle (2) for supercooling the high-pressure working fluid fed from the pump (4) during operation, and the nozzle (2) therein. And the workpiece are located and the processing chamber 6 is maintained at a pressure below atmospheric pressure.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 제트커터는 그 작동에 있어, 유체 탱크(3)의 물이 펌프(4)에 의해 유입된 후 초고압으로 가압되어 열교환기(5)를 통과하면서 냉각되고 물이 노즐(2)을 통하여 대기압이하의 저압환경의 가공실(6)에서 분사되도록 되어 있다. 노즐(2)을 통하여 분사된 물은 압력이 급격히 떨어지면서 액체상태에서 고체상태인 얼음으로 변화되며, 이때 물이 가지고 있던 내부에너지가 운동에너지로 전환됨으로써 운동에너지는 더욱 증가한 상태로 상기 가공실(6)에 구비된 공작물(1)의 가공이 이루어진다.The jet cutter according to the present invention configured as described above, in operation thereof, the water of the fluid tank (3) is introduced by the pump (4) and then pressurized to a very high pressure to cool through the heat exchanger (5) and the water is nozzle (2) Is injected through the processing chamber 6 in the low pressure environment below atmospheric pressure. The water sprayed through the nozzle 2 is changed from the liquid state to the ice in the solid state as the pressure drops sharply. At this time, the internal energy of the water is converted into kinetic energy, so that the kinetic energy is further increased. The work 1 provided in 6) is processed.

이상의 과정은 매우 급속히 연속적으로 반복되어 소정된 공작물(1)의 가공이 이루어진다.The above process is repeated very rapidly and continuously, and the predetermined work 1 is processed.

상기의 과정에서 작동유체인 물은 고압의 내부압력에 의해 매우 빠른 속도로 노즐⑵을 통과하므로 급속도로 응고되어야 하는데, 이러한 변화를 촉진시키기 위해서는 상기 과정중 작동유체인 물의 냉각에 있어 그 물의 액체로서의 최저온도 즉, 응고되기 직전의 온도까지 하강시키는 것이 가장 바람직하다.In the above process, the water, which is the working fluid, passes through the nozzle 로 at a very high speed by the internal pressure of high pressure, so it must solidify rapidly. In order to promote such a change, the minimum temperature of the water as a liquid in the cooling of the water, which is the working fluid, during the process That is, it is most preferable to lower to the temperature just before solidification.

한편, 상기 가공실(6)은 대기압 상태인 경우도 가능하나 도시된 바와같이 진공펌프⑺를 설치하여 진공상태가 되게 하면, 노즐(2)을 통하여 생성된 얼음이 공기와 부딪히는 일도 없어지게 될 뿐만 아니라 노즐 전, 후의 압력차가 더욱 커져서 가공효율이 향상된다.On the other hand, the processing chamber 6 may be at atmospheric pressure, but if the vacuum pump ⑺ is installed as shown in the vacuum state, the ice generated through the nozzle 2 will not only collide with air. In addition, the pressure difference before and after the nozzle is further increased to improve the processing efficiency.

가공효율을 높이기 위한 다른 방법으로 물 대신 밀도가 큰 수은을 작동유체로 사용하면 노즐(2)의 단위면적당 에너지 밀도가 높아지므로 가공속도와 가공정밀도가 더욱 향상된다.As another method to increase the processing efficiency, the use of dense mercury as the working fluid instead of water increases the energy density per unit area of the nozzle 2, further improving the processing speed and processing precision.

본 발명에 따른 제트커터의 가공효율을 높이기 위한 또다른 방법으로는 제 3 도에 도시된 바와같이 노즐(2)내부를 중앙분사구(2a)와 주변분사구(2b)를 갖는 이중구조로 하여 중앙분사구(2a)에서는 작동유체(물 또는 수은등)를 분사시키고 주변분사구(2b)에서는 비등점이 매우 낮은 물질(예를들면 공기, 질소등)로 이루어지는 보조유체를 동시에 분사시키면 상변화가 더욱 용이하게 되어 작동유체의 가공성이 향상된다. 이때 보조유체의 공급은 별도로 설치된 보조유체탱크(8)와 단속을 위한 밸브(9)에 의한다.As another method for increasing the processing efficiency of the jet cutter according to the present invention, as shown in FIG. 3, the nozzle 2 has a central injection port 2a having a central injection port 2a and a peripheral injection port 2b. In (2a), when the working fluid (water or mercury lamp) is sprayed, and the peripheral injection hole 2b is sprayed at the same time with an auxiliary fluid made of a material having a very low boiling point (for example, air or nitrogen), the phase change becomes easier. The processability of the fluid is improved. At this time, the supply of the auxiliary fluid is by the auxiliary fluid tank (8) and the valve (9) for intermittent installation separately.

아울러, 본 발명에 따른 제트커터는 공기 또는 공기와 다른 물질의 혼합물을 작동유체로 사용할 수도 있다.In addition, the jet cutter according to the present invention may use air or a mixture of air and other materials as a working fluid.

상기한 바와같은 물을 비롯한 여타의 작동유체들에 있어 가공효율을 향상시키기 위하여 보조물질을 혼입하여 사용할 수 있으며, 이러한 보조물질로는 고체인 경우 종래의 경우와 같은 연마제등이 사용되며 액체외 기체인 경우에는 소정의 작동유체와 혼합되어 물리적 또는 화학적 강도를 높일 수 있는 물질이 사용된다.In the working fluids and other working fluids as described above, auxiliary materials may be mixed and used to improve processing efficiency. Such auxiliary materials may be used in the case of a solid, such as conventional abrasives. In the case of using a material that can be mixed with a predetermined working fluid to increase the physical or chemical strength.

이상에서 설명한 바와같은 원리 및 특징에 의하여 본 발명에 따른 제트커터는 다양한 종류의 소재를 효율적으로 가공할 수 있는 탁월한 효과를 갖는다.By the principle and feature as described above, the jet cutter according to the present invention has an excellent effect of efficiently processing various kinds of materials.

Claims

A jet consisting of a nozzle for distributing the working fluid to the work piece, a working fluid tank for storing the working fluid, and a pump for supplying the working fluid in the working fluid tank installed between the nozzle and the working fluid tank to the nozzle at high pressure. A cutter according to claim 1, wherein the phase change means for changing the working fluid injected from the nozzle into a solid state is provided.

The method of claim 1, wherein the phase change means is a heat exchanger installed between the pump and the nozzle to supercool the high-pressure working fluid pumped from the pump, the nozzle and the workpiece is located therein and the process is maintained at a pressure below atmospheric pressure Jet cutter, characterized in that composed of a seal.

2. The nozzle of claim 1, wherein the nozzle has a dual structure having a central injection port for injecting a working fluid and a peripheral injection port for simultaneously injecting an auxiliary fluid made of a material having a very low boiling point to the periphery of the working fluid. Jet cutter, characterized in that configured.

3. The jet cut according to claim 2, wherein the processing chamber is connected to a vacuum pump and the inside thereof is vacuumed by the vacuum pump.