Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.17
no.5
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pp.533-551
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2015
The rock fracturing during waterjet cutting is very complicated because rock is inhomogeneous and anisotropic, compared with artificial materials (e.g., metal or glass). Thus, it is very important to verify the effects of rock properties on waterjet rock cutting performance. Properties affecting the rock cutting efficiency have been variously described in the literature, depending on the experimental conditions (e.g., water pressure, abrasive feed rate, or standoff distance) and rock-types studied. In this study, a rock-property-related literature review was performed to determine the key properties important for waterjet rock cutting. Porosity, uniaxial compressive strength, and hardness of the rock were determined to be the key properties affecting waterjet rock cutting. The results of this analysis can provide the basic knowledge to determine the cutting efficiency of waterjet rock cutting technology for rock excavation-related construction.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.18
no.1
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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.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.5
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pp.357-371
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2023
In cable tunnel construction using TBM, the vertical shaft is an essential structure for entrance and exit of TBM equipment and power lines. Since a shaft penetrates the ground vertically, it often encounters rock mass. Blasting or rock splitting methods, which are mainly used to the rock excavation, cause public complaints due to the noise, vibration and road occupation. Therefore, mechanical excavation using vertical shaft excavation machine are considered as an alternative to the conventional methods. However, at the current level of technology, the vertical excavation machine has limitation in its performance when applied for high strength rock with a compressive strength of more than 120 MPa. In this study, the potential utilization of waterjet technology as an excavation assistance method was investigated to improve mechanical excavation performance in the hard rock formations. Rock cutting experiments were conducted to verify the cutting performance of the abrasive waterjet. Based on the experimental result, it was found that ensuring excavation performance with respect to changing in ground conditions can be achieved by adjusting waterjet parameters such as standoff distance, traverse speed and water pressure. In addition, based on the relationship between excavation performance, uniaxial compressive strength and RQD, it was suggested that excavation performance could be improved by artificially creating joints using the abrasive waterjet. It is expected that these research results can be utilized as fundamental data for the introduction of vertical shaft excavation machines in the future.
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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v.9
no.2
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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.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.5
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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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.12
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pp.1159-1165
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2013
Powder blasting, which is an efficient micromachining method for glass, silicon, and ceramics, has a critical disadvantage in that the surface finish is poor owing to the brittle fracture of materials. Low-pressure waterjet machining can be applied to smoothen the rough surface inside the blasted structure. In this study, the surface roughness and sectional dimension of micro-channels are observed during the repetitive application of a waterjet to blasted micro-channels. The asperities and subsurface cracks created by blasting are removed by waterjet machining. Along with the surface roughness, it is found that the sectional dimension increases and the edges of the finished micro-channel become slightly round. Finally, a microfluidic chip is machined by the blasting-waterjet process and a transparent microfluidic channel is obtained efficiently.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.1
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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.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.3
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pp.167-181
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2021
New type of rock excavation method using a waterjet system is being developed to secure economic feasibility and to reduce vibrations during excavation. In waterjet rock excavation, overlapping of cutting width is essential for high efficiency. In this study, cutting experiments for granite specimens were performed using abrasive waterjet system according to the overlapping ratio and standoff distance. Based on the experimental results, the granite cutting performance was analyzed according to the overlapping ratio. In addition, removal shapes of the cross-section were analyzed in terms of the cutting depth, width, and volume after waterjet cutting. When the overlapping ratio is less than 58%, rock specimens are partially removed due to the insufficient overlapping ratio. However, when the overlapping ratio exceeds 67%, overcutting phenomenon is observed. For the partial overlapping ratio (i.e., 25~75%), cutting efficiency is increased in the removal volume. This study is expected to be used as the important basic data for determining the optimum overlapping ratio when the waterjet system is applied for rock excavation.
Park, Jun-Sik;Cha, Hyun-Jong;Hong, Eun-Soo;Jun, Hyung-Woo;Oh, Tae-Min
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.6
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pp.589-604
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2021
Waterjets for rocks have various advantages of the non-contact and eco-friendly excavation using only water and abrasive. To overcome the problems (e.g., dust and noise occurrence) of the conventional drilling methods, waterjet excavation methods are broadly used. It is advantageous to operate a couple of nozzles in order to increase the waterjet excavation efficiency. When multiple nozzles are used, it is essential to analyze the excavation performance and shape according to the nozzle operation method. In this study, nozzle angle, horizontal distance between nozzles, and standoff distance were defined as nozzle operating parameters and the excavation performance and shape were analyzed. As a result of the experiment, when the nozzle angle and standoff distance are increased, the excavation depth is decreased and the effective depth tends to be increased. In addition, based on the experimental results, the excavation shape criteria required for nozzle insertion were proposed and optimal nozzle operating parameters were derived according to the criteria. This study result is expected to be used as useful basic research in the future development of multiple waterjet nozzles for rock drilling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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