Plasma arc cutting is a fusion cutting process in which a gas constricted arc is employed to produce high temperature, high velocity jet at the workpiece. Even though the plasma arc cutting has been wid¬ely used in the industry, very little work has been done on the analysis of the process. In this paper, the kerf width was numerically analyzed by soving the temperature distribution in base metal under consideration of the latent heat effect. In modelling the heat flow problem, the heat intensity of the plasma arc was assumed to have a Gaussion distribution in the transverse direction and expone¬ntially decreasing in the thickness direction. The thermal efficiency and the heat input ratio of the top surface were experimentally deterimned for various thickness and cutting conditions, and used in numerical calculation of the kerf width. The experimental results were in eonsiderabely good agreement with the theoretically predicted kerf width.
채석, 굴착, 가공과 같은 워터젯 응용분야에서 대상재료에 깊은 홈(kerf)을 절단할 수 있는 실험실용 회전식 슬로터(slotter)를 제작하여 암석을 대상으로 워터젯 시스템의 절단효율을 시험하였다. 고압펌프는 유율 7.5 l/min, 압력 379 MPa, 용량 75 kW급의 JETPAC을 주로 사용하였고, 암석시료는 화강석인 제천석, 거창석을 사용하였다. 시험과정에서는 물과 연마재 투입에 의한 절단 및 진동식 슬로터에 의한 슬롯절단 기초시험을 먼저 수행하고, 그 결과를 토대로 회전식 슬로터에 의한 절단시험을 실시하였다. 순수한 물에 의한 시험의 결과 고압수류의 토출압력은 절단심도에 정비례하였고, 노즐의 이송속도는 이차함수 형태의 반비례 관계를 보였다. 연마재 투입시험에서는 순수한 물에 의한 경우에 비해 연마재로 인한 충격력의 증가로 절단심도가 크게 증가하였는데, 유사한 조건하에서 3~5배 이상의 절단심도의 증가를 보였다. 진동식 슬로터에 의한 슬롯절삭에서는 생성된 슬롯의 내벽면이 바닥으로 갈수록 좁아짐으로써 넓은 폭의 슬롯형성은 가능하나 절삭심도가 제한되었다. 회전식 슬로터에 의한 시험에서 생성된 슬롯들은 평균 22 mm의 폭으로 내벽면이 바닥까지 서로 평행하여 깊은 심도까지 비트진입이 가능하였다. 절단율은 16~32 mm/sec의 속도범위에서 $40~160{\;}\textrm{mm}^2/sec$로 나타났다. 한편, 최대유율 24 l/min의 HUSKY S-200 펌프에 의한 시험결과 JETPAC 펌프에 비해 1.13~3.47 배의 절단심도를 보였다
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2418-2425
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1993
A two-dimensional transient heat transfer model for reactive gas assisted laser cutting process with a moving Gaussian heat source is developed using a numerical finite difference technique. The kerf width, melting front shape and temperature distribution were calculated by using the boundary-fitted coordinate system to handle the ejection of workpiece material and heat input from reaction and evaporation. An analytical solution for cutting front movement was adopted and numerical simulation was performed to calculate the temperature distribution and melting front thickness. To calculate the moving velocity of cutting front, the normal distribution of the cutting gas velocity was used. The kerf width was revealed to be dependent on the cutting velocity, laser power and cutting gas velocity.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1993.04b
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pp.23-27
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1993
스테인리스강은 내식성, 내열성, 내산화성이 좋으므로 화학산업, 의학용기, 고정밀 산업 등에서 많이 사용되고 있다. 스테인리스강은 열전도율이 낮고 용융물의 점성이 크고 가공경화가 심하기 때문에 인코넬 티탄합금 등과 함께 난삭재로 알려져 있다. 스테인리스강의 고합금강을 사용한 기계가공은 공구의 마모가 심하게 일어나므로 가 공이 어렵다. 화염절단(Flame dutting)도 합금물의 버닝(burning)현상을 막는 성질 때문에 잘쓰이지 않고 플라 즈마-아크(plasma-arc) 절단은 수중에서 이루어질 경우 절단끝이 산화되지 않는 좋은 절단면을 얻을 수 있으나 수중에서 사용해야 하는 어려움이 있다. 레이저를 이용한 가공은 절단폭이 작아 재료의 손실이 적으며 복잡한 형상의 절단도쉽고 공구의손실이 없는등 많은 장점이 있어서 사용이 증가하고 있다. 본 연구에서는 스테인리스 강의 절단메커니즘에대한 이해를 돕기 위해 절단가공에 큰 영향을 끼치는 레이저 출력, 절단속도, 절단가스의 압력, 재질, 절단두께를 절단변수로채택하여 절단을 수행하였다. 절단결과를 비교 검토하여 절단변수가 절단에 미치는 영향을 분석하였고 최적의 절단을 얻는 가공조건을 제시하였다.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2003.04a
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pp.149-154
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2003
The cutting tests of high tensile steel plate(AH36) were carried out using CNC plasma arc cutting machine. Both top and bottom width of kerf and the surface roughness(Ra, Rmax) of cut surface are measured under various cutting conditions such as cutting speed, steel plate thickness, etc. In the CNC plasma arc cutting, the surface roughness decreases as cutting speed increases. The hardness is high up to 4mm depth from the cutting surface. In the cutting speed 1300~2100mm/min, the ratio of proper kerf width(Wt/Wb) is around 2.6. Through the series the series of experiments, the satisfactory cutting conditions of high tensile steel plate were found.
The objective of this study is to investigate the influence of process parameters, such as power of laser, travel speed of laser and material thickness, on the practical cutting region and the kerfwidth for the case of cutting of CSP 1N sheet using high power Nd:YAG laser with continuous wave(CW). In order to find the practical cutting region and the relationship between process parameters on the kerfwidth, several laser cutting experiments are carried out. The effective heat input is introduced to consider the influence of power and travel speed of laser on the kerfwidth together. From the results of experiments, the allowable cutting region and the relationship between the effective heat input and kerfwidth for the case of cutting of CSP 1N sheet using high power CW Nd:YAG laser have been obtained to improve the dimensional accuracy of the cut area.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.1
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pp.1-12
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1992
Generally, laser machines with high generated power can be developed by means of enhancing their mean power, since the enhancement of mean power exerts an influence on peripheral parameters and machining performance. In this research, we evaluate the various machining properties by the use of two machines which bear different mean power each other, so that we may study various effects of the enhancement of mean power. As a result, when the mean power comes to be enhanced to 75%, we obtain the increase of output energy up to 69% and of peak power more than 95%, and also obtain almost twice of the cutting speed. Moreover we find the fact that if the test pieces have enough thickness in contrast with output energy, the pulse frequency moves toward the frequency bandwidth which takes proportion to the cutting speed mas well as to the amount of material removal per unit time. In addition it is finally obtained that the laser machine with high output power yields small taper degrees at kerf parts, while it has large cutting widiths and dross lengths.
Kim Min-Su;Lee Sang-Hoon;Park Hyung-Jun;Yoo Young-Tae;Ahn Dong-Gyu
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.7
s.172
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pp.19-26
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2005
The objective of this study is to investigate the influence of process parameters, such as power of laser, cutting speed of laser and material thickness, on the practical cutting region and the kerfwidth fer the case of cutting of CSP IN sheet using high power Nd:YAC laser in continuous wave(CW) mode. In order to obtain the practical cutting region and the relationship between process parameters on the kerfwidth, several laser cutting experiments are carried out. The effective heat input is introduced to consider the influence of power and cutting speed of laser on the kerfwidth together. From the results of experiments, the allowable cutting region and the relationship between the effective heat input and kerfwidth fur the case of cutting of CSP 1N sheet using high power CW Nd:YAG laser have been obtained to improve the dimensionalaccuracyofthecutarea.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.2
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pp.153-160
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2011
The characteristics of supersonic coaxial/off-axis jet impingements on a slanted kerf surface were experimentally studied, to investigate the role of the assist gas that removes molten materials from cut zone formed by laser machining. In this parametric study, hundreds of high-resolution schlieren images were obtained for various gas pressures, distances between nozzle exit and kerf surface, kerf widths, and alignments of off-axis nozzle. It was noticed that simply increasing the assist gas pressure was not effective in eliminating the flow separation that occurs downstream of the kerf surface. However, it was also observed that by increasing the kerf width and utilizing off-axis nozzles, the separation of the assist gas on the kerf surface can be weakened. The effect of the distance between the nozzle exit and the kerf surface on the characteristics of separation occurring on the kerf surface was found to be lower in the case of supersonic nozzles than that in the case of sonic nozzles.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.418-421
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2005
The objective of this research work is to investigate the effects of process parameters, such as power of laser, travel speed of laser and material thickness, on kerfwidth and characteristics of the cut surface for the case of cutting of CSP 1N sheet using high power continuous wave Nd:YAG laser. In order to find relationship between the process parameters on the quality of the cut section, such as kerfwidth, surface roughness and the striation formation, several laser cutting experiments are carried out. From the results of experiments, an optimal cutting speed for each cutting condition has been obtained to improve the quality of the cut surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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