• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권5호
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• pp.533-551
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• 2015

암석은 인공적인 재료(금속, 유리)에 비해 불균질하고 이방성을 가지고 있기 때문에 워터젯 절삭시 매우 복잡하게 파쇄되는 특성을 가진다. 워터젯 절삭시 암석특성에 따라 절삭성능이 결정되므로 물성에 대한 영향을 파악하는 것은 매우 중요하다. 워터젯 절삭효율에 영향을 미치는 물성은 선행문헌의 실험조건(수압, 연마재 투입량, 이격거리 등) 및 암종에 따라 다양하게 제시되고 있다. 본 연구에서는 워터젯 시스템을 이용한 암석절삭에 있어서 물성영향에 대해 문헌연구를 실시하고 중요 물성을 분석하였다. 선행문헌 연구를 통해 암석의 공극율, 일축압축강도, 경도가 워터젯 암석 절삭에 있어서 중요한 물성으로 도출되었다. 분석결과는 향후 워터젯 절삭 기술을 이용한 터널공사시, 암반특성에 따른 굴착효율을 예측하기 위한 기초지식을 제공할 수 있을 것이다.

• 한국공작기계학회논문집
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• 제18권1호
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• pp.1-12
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• 2009

Presently, the semiconductor industry has the chronic problem. In the semiconductor industry, it has the semiconductor wafer, a package, the optical filter cut by using the saw blade, the mold, a laser etc. The cutting technique has the difficulty due to the rising of the production cost by the wearing of mold, the poor quality problem due to generated heat at the moment of cutting procedure and curve cutting etc. The goal of this time of national research and development project is develop the apparatus for solving the problem that the existing cutting technique has. The technology is so called waterjet abrasive method. This technology will be mainly applied to cut a semiconductor package and a wafer. Two important things to be considered are ripple effect(in other words, the scale of a market) and simplicity of an application.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권5호
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• pp.357-371
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• 2023

TBM을 이용한 전력구 공사에서 수직구는 TBM 장비 및 전력선의 진출입을 위해 필수적인 구조물이다. 수직구는 지반을 수직으로 관통하여 굴착하기 때문에 암반을 굴착하는 경우가 많다. 암반 지반은 대부분 발파나 할암 공법을 적용하여 굴착하므로 이때 발생하는 소음 및 진동, 도로 점유로 인해 민원이 발생하고 있다. 따라서 기존 공법의 대안으로 기계식 굴착장비를 이용한 수직구 굴착을 고려하였다. 다만, 현 기술 수준에서 수직구 굴착장비는 암반의 압축강도 약 120 MPa 이상에서는 굴착성능이 현저히 저하되어 고강도 암반 지반 적용에 한계가 있다. 본 연구에서는 암반에서 기계식 굴착 성능 개선을 위해 연마재 워터젯 기술을 굴착 보조공법으로 활용하는 방안에 대해 검토하였다. 연마재 워터젯 절삭성능에 대한 검증을 위해 암석 절삭실험을 수행하고, 실험결과로부터 이격거리, 이송속도, 수압 조절을 통해 지반조건 변화에 대응하여 굴착성능을 확보하는 것이 적절할 것으로 판단하였다. 또한, 일축압축강도와 RQD, 굴진율의 관계를 이용하여 연마재 워터젯을 이용한 인위적인 절리생성을 통해 굴착성능을 향상시키는 방안을 제시하였다. 본 연구결과는 향후 수직구 기계식 굴착장비 도입을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Tribology and Lubricants
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• 제39권5호
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• pp.216-219
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• 2023

This study employs molecular dynamics simulations to investigate the material behavior of workpieces in waterjet machining processes. To gain fundamental insights into waterjet machining, simulations were conducted using pure water, excluding abrasive particles. The simulation model comprised thousands of water molecules interacting with a single crystal metal workpiece. Water molecule clusters were imparted with various velocities to initiate collisions with the metal workpiece. The material behavior of the metal surface was analyzed with respect to the applied velocity conditions, considering the intricate interplay between water molecules and the workpiece at the atomic scale. The results demonstrated that the machining of the metal workpiece occurred only when water molecules were endowed with velocities above a certain threshold. In cases where energy was insufficient, the metal workpiece exhibited a slight increase in surface roughness due to mild plastic deformation, without undergoing substantial material removal. When machining occurred, the ejection of material revealed a 3-fold symmetric pattern, confirming that material removal in waterjet machining of the metal workpiece is primarily driven by plastic deformation-induced material ejection. This research provides crucial insights into the mechanisms underlying waterjet machining and enhances our understanding of material behavior during the process. The findings can be valuable in optimizing waterjet machining techniques.

• International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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• 제9권2호
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• pp.11-17
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• 2008

Critical erosion kinetic energy models for radial/median cracks and lateral cracks in a workpiece are established in this study. We used experimental results to demonstrate that the fracture erosion resistance and erosion machining number could be used to evaluate the brittle fracture resistance and machinability of a workpiece. Erosion kinetic energy models were developed to predict brittle fracture and ductile shear, and a critical erosion kinetic energy model was developed to predict the transition from brittle fracture to ductile shear. These models were verified experimentally.

• 한국생산제조학회지
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• 제20권5호
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• pp.535-540
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• 2011

It is well known that abrasive waterjet (AWJ) was developed as a kind of high-density energy processing technologies. AWJ is used to obtain cutting quality of various materials such as metal, ceramics, glass and composite materials within a short manufacturing time because of the characteristics of heatless and noncontact processing. However, surface roughness and dimension error like round, burr, taper vary severely according to the processing conditions such as pressure, cutting speed, orifice diameter, stand off distance and abrasive flow rate. In this paper, the effect of the shape of mixing chamber on surface quality is studied. Three types of mixing chamber - round, parabolic, elliptical - are suggested and each performance is compared to that of cylindrical mixing chamber experimentally. From the result, is proved to be the optimal mixing chamber in the aspect of surface quality the parabolic one.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권12호
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• pp.1159-1165
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• 2013

파우더 블라스팅은 미세 유리가공법으로서 가공속도가 빠르고 저비용의 장점이 있지만 유리를 취성파괴 시키기 때문에 표면거칠기가 좋지않다. 블라스팅된 표면에 저압의 워터젯을 분사하여 표면에서의 연마 슬러리의 흐름을 통해 표면거칠기를 저감할 수 있다. 본 연구에서는 소다라임 유리에 블라스팅으로 마이크로 채널을 가공한 후 워터젯을 연속 적용하고, 마이크로 채널의 표면거칠기 및 단면 형상의 변화의 과정을 관찰하였다. 워터젯의 적용결과, 초기단계에서는 블라스팅에 의한 미세 요철이 제거되었고, 이후 표면하부의 크랙이 제거되어 평균 표면거칠기 50 nm 근방의 매끈한 표면을 얻을 수 있었다. 표면거칠기 저감에 동반하여 채널단면의 확장 과정도 함께 관측하였다. 마지막으로 제안한 방법에 의해 미세유체칩의 가공 결과를 제시하였다.

• 한국기계가공학회지
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• 제16권1호
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• pp.118-123
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• 2017

It is well known that water jetting is now widely used in the advanced cutting processes of polymers, metals, glass, ceramics, and composite materials because of some advantages, such as heatless and non-contacting cutting different from the laser beam machining. In this paper, we proposed the simulation model of waterjet by lengths and the inner spiral structure of the nozzle. The simulation results show that the outlet velocity of the nozzle is faster than the inlet. Furthermore, we found rapid velocity reduction after passing through the outlet. The nozzle of diameter ${\phi}500$ and length 70mm, shows the optimal fluid width and velocity distribution. Also, the nozzle with inner spiral structure shows a Gaussian distribution of velocity and this model is almost twice as fast as the model without spiral structure, within the effective standoff distance (2.5 mm). In the future, when inserting abrasive material into the waterjet, we plan to analyze the fluid flow and the particle behavior through a simulation model.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.167-181
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• 2021

터널굴착의 경제성 확보 및 굴착 시 발생하는 진동저감을 위해 워터젯 시스템을 활용한 새로운 형태의 암반 굴착공법이 개발되고 있다. 워터젯 절삭을 이용한 효율적인 암반 굴착을 위해서는 워터젯 절삭폭의 중첩과정이 필수적이다. 본 연구는 초고압 연마재 워터젯 시스템을 이용하여 절삭폭 중첩도 및 이격거리에 따른 화강암 시편 절삭실험을 수행하였다. 실험결과를 바탕으로 중첩도 단계에 따른 화강암 절삭성능을 분석하였다. 그리고 형상인자를 절삭깊이, 절삭폭, 그리고 절삭부피로 분류하여 중첩 절삭 후 단면의 형상을 분석하였다. 절삭폭 중첩도가 58% 이하가 되면 중첩이 충분하지 않아 연속적인 암반제거가 불가능하였다. 반면 절삭폭 중첩도 67% 이상에서는 과절삭 현상이 확인되었다. 한편 부분중첩(25~75%) 조건에서는 기존 워터젯 절삭에 비해 효율적인 부피제거가 가능한 것으로 분석되었다. 해당 연구는 워터젯을 활용한 암반 굴착 시 최적 중첩도를 결정하기 위한 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.589-604
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• 2021

워터젯 암반 굴착공법은 물과 연마재만을 사용하는 친환경 및 비접촉식 굴착방법으로 다양한 장점을 가지고 있다. 최근에는 기존 천공 공법의 문제점을 보완하고 분진 방지, 소음 저하 등의 이유로 워터젯 공법의 활용이 증가하고 있다. 워터젯 굴착효율을 증대시키기 위해서는 복수의 노즐을 운용하는 것이 유리하다. 복수의 노즐을 사용할 경우, 노즐 운용방법에 따른 굴착성능과 형상을 분석하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 노즐각, 노즐 간 수평거리, 이격거리를 노즐 운용변수로 정의하고 굴착성능과 형상을 분석하였다. 실험결과, 노즐각과 이격거리가 증가할 때 굴착깊이는 감소하였고 유효 굴착깊이는 증가하는 경향을 보였다. 또한, 실험결과를 바탕으로 노즐 삽입에 필요한 굴착형상 기준을 제안하고 기준에 따른 최적 노즐 운용변수를 도출하였다. 본 연구결과는 향후 암반 천공용 다중 워터젯 노즐 개발 시 유용한 기초연구로 활용될 것으로 기대된다.