ウォータージェット加工は、ウォータージェットで金属を切断する「除去加工」タイプです。自動車のボディやバンパーをはじめ、ウレタンやガラスなどのさまざまなワークを精密かつ容易に変形させるために使用されます。砥粒を水に混ぜることで、難削材であるチタンなどの難削材の加工や厚板の切断も可能です。
この記事では、ウォータージェット加工と研磨剤を混合した「アブレシブウォータージェット」のメリットについて説明します。
油切れや発塵がないので環境に優しい加工として注目されています！
ウォータージェット加工とは何ですか？
ウォータージェット切断の動作原理
ウォータージェット切断 ウォータージェットを利用して金属を切断する加工方法です。洗車で使用される高圧洗浄機と同じ原理で、水を高圧で噴射して金属を切断します。
300～600MPaに圧縮された水をφ0.1mmの小径ノズルから押し出すことで、高い加工エネルギーを発生します。
水の噴射速度は音速の3倍に達し、濡れたワークであれば材質を選びません。
加工には「ウォータージェット加工機」を使用し、NC制御による3次元加工や5軸制御による複雑な加工が可能です。 水圧を調整することでバリ取り、研磨、洗浄などの様々な工程に応用できます。
ウォータージェット金属加工技術の原理
この金属を切断する方法は、前世紀半ばに登場しました。当初は純水が使用されていましたが、数年後にエンジニアがジェットに研磨砂を追加し、切断特性が大幅に向上しました。
この技術の本質は、強い圧力の下で水の噴射を材料に作用させることです。現在、この技術は最もダイナミックに発展している技術の 1 つであり、最良の切断方法の 1 つと考えられています。
ウォータージェット金属切断の品質は何ら劣りません。 プラズマ; レーザー or 機械切断、さらに、そのようなジェットは摩耗を受けないツールです。 材料の種類により使用する噴射径が異なります。 通常は0.5～1.5mmです。 直径が小さいため、材料の廃棄物が非常に少なくなります。
この技術の重要な利点は、製品のどの位置からでも切断を開始できることです。
ウォータージェット切断機は次のように動作します。
1. 高出力ポンプにより、自動調心カッティングヘッド内に 3800 ～ 6200 bar の水圧が生成されます。
2. 細い水流がノズル内で形成され、高圧下で音速よりも速い速度でミキサーに供給されます。
3. 装置のミキサーにはノズルから水が供給され、研磨材は専用の研磨材ホッパーから供給されます。
4. 混合後、水と研磨剤が切断ジェットを形成し、切断材料に適用されます。
切断テーブルは片持ち式またはガントリー式で、最適な安定性と高速時の歪みや振動を防止するために特別に設計されたフレームを備えています。
切断プロセスは特殊なソフトウェアによって制御され、そのさまざまなバージョンにより、切断ヘッドの機能に応じてあらゆる形状の切断が可能になります。
ウォータージェットで切断できる材料の種類は何ですか?
ウォーター ジェット切断を選択する際に最初に考慮すべきことは、加工する必要がある材料の種類です。 この方法を利用するには、材料がプロセスに適しており、正確な切断を行うことができる必要があります。 ウォータージェット切断技術は以下の素材に使用できます。
金属と合金: ほぼすべての金属および合金はウォーター ジェット切断に対応しています。最もよく知られているのは、鋼、アルミニウム、銅、チタン、真鍮です。ウォータージェット切断は、薄い金属シートと重い金属シートの両方を切断および成形するために使用できます。
プラスチック: アクリル、PVC、デルリン、ポリスチレンなどのプラスチックをウォーター ジェット技術で加工できます。クリーンで、ワークピースに溶解やその他の材料による損傷を残しません。
セラミックス： タイル、磁器、炭化ケイ素、アルミナなどのさまざまなセラミック材料をひび割れさせることなく切断および成形するソリューションを提供できます。
コンポジット： ウォータージェット技術は切断や成形に最適です。 複合材料。 他のアプローチ、 プラズマ切断、鋸引き、および従来の切断は、複合材料に亀裂を引き起こす可能性があります。 それにもかかわらず、ウォーター ジェットは、グラスファイバー、アラミド繊維、ケブラー、カーボンファイバーなどのいくつかの複合材料にきれいで正確なカットを作成します。
他の材料は、 フォーム、ゴム、石、御影石、ガラス、革、布。
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ウォータージェット切断の主な利点
コールドカット: ウォータージェット切断は追加の熱入力を必要としないため、「コールド」プロセスです。 切断プロセスには水と研磨剤が含まれますが、切断材料の加熱はわずかであり、熱的および機械的変形はありません。
また、「冷間」カットの利点は、バリ、反り、スケールがないことです。したがって、得られる製品は、切断品質が高いため、後続の作業 (塗装や溶接など) の前に事前準備を必要としません。
また、冷間切断では、次の技術プロセスの前にワークピースを固定して冷却する必要がないため、生産性が向上します。
高い切断精度 (±0.1mm): 高圧と小さな切断領域を組み合わせることで、追加の操作を行わずに望ましい結果を得ることができます。
ウォータージェット切断は、高品質の切断、たとえば正確な幾何学的形状を得るために積極的に使用されています。また、ウォータージェット切断は、さまざまな材質や非標準タイプの表面にも使用できます。
アプリケーションの汎用性が高い: ウォータージェット切断は、今日最も多用途な切断システムの 1 つです。板金部品の量産加工から大理石の立体彫刻まで幅広い用途に使用されています。
切断鋼材の許容厚さは300mmです。 5 軸カッティング ヘッドの導入により、ウォータージェット切断が急速に成長しました。平らな部品を切断する場合、ヘッドは連続切断を行ったり、ワークピースの周りを移動したり、±55 の範囲でベベル切断を行うこともできます。 °.
ウォータージェット加工の特徴
ウォータージェット加工は水を使用するため、他の加工方法にはない様々なメリットがあります。
1. 熱の影響を受けない
「水」を使用するので熱の発生はありません ウォータージェット対レーザー 切削加工も承ります。
そのため加工精度が高く、熱に弱い材質の加工も可能です。
2. 加工力の調整が可能
「水」を使用するため、水圧を調整することで加工にかかる力を調整できます。
そのため、ゴム、ウレタン、プリント基板などの軟質材料の加工が可能です。
3.低コスト
「水」を使うのでメンテナンスが簡単でランニングコストも安価です。
4。環境に優しいです
「水」を使用するため、加工時に粉塵が発生しません。また、切削加工時に多量に使用する「クーラント」も不要です。
ウォータージェット加工の原理
ウォータージェット加工は、水のみを使用する「ウォータージェット加工」と、水に研磨材を混合する「研磨材ウォータージェット加工」に分かれます。
水の高圧噴射のみでワークを切断する加工方法です。ウレタン・木材・樹脂などの柔らかい素材の切断に適しています。
環境性の高さから金属加工現場、食品加工、医療業界などで幅広く使用されています。
ウォータージェット切断プロセスを選択するための XNUMX つのシナリオ
ウォータージェット切断で加工できる材質について検討しました。 ウォーター ジェットが材料の切断と成形に有効な選択肢となるさまざまなシナリオを検討してみましょう。
1. 熱に弱い材質の場合
前述したように、ウォーター ジェット切断は激しい熱を使用せず、発生する熱もほとんど無視できる程度であるため、特定のプラスチックや複合材料などの熱に弱い材料の切断に最適です。
プラズマやレーザー切断などの他の方法で熱に弱い材料を切断すると、切断位置の溶融、物性の劣化、反りなどの重大な損傷が発生する可能性があります。これらの材料をウォータージェット切断で処理すると、これらのリスクが排除され、きれいで正確な切断が作成されます。
さらに、回路基板、熱用途、導電部品など、物理的および熱的特性の劣化が部品の機能に影響を与える用途がいくつかあります。 このシナリオでは、ウォーター ジェット切断により材料の完全性が維持され、熱による損傷のリスクを伴うことなくワークピースが切断されます。
2. 複雑な形状が必要な場合
ウォータージェット切断は、複雑に入り組んだ形状を精密に造形できるため、実用的な製造技術です。曲線または円弧に沿った正確なカットで知られており、円、楕円、楕円を生成できます。
- インテリアや装飾品の複雑なパターンを作成でき、実用的なデザイン (3D) のみが必要です。
- ウォーター ジェット切断により、小さな穴、溝、空洞、その他の複雑な内部形状が可能になります。
- ウォーター ジェット切断では、単一の材料から複数の部品を作成でき、複雑な組み立てが容易になります。
結論として、精度と複雑な形状を必要とする多くの用途に適しています。 ウォータージェット加工では、約 0.12mm の公差を容易に維持できます (Dey、2020)。
3. 材質が非常に硬い場合
焼入鋼、チタン、炭化ケイ素、ニッケル基超合金、炭素複合材、石材、セラミックスなどの非常に硬い材料を切断するのは困難です。これらの素材を CNC フライスやその他の伝統的な技術で加工すると、摩耗や損傷が発生します。 切削工具 ワークピースへの物理的な損傷。
ウォータージェット切断は、ほぼすべての硬質材料 (ダイヤモンドを除く) を正確に、損傷の危険なく切断できます。硬質材料に対してウォーター ジェット切断を選択するもう 10 つの理由は、破片が飛散するリスクがないことです。厚さ 12 ～ 2020 インチの範囲の硬い材料を切断できます (Dey、XNUMX)。
4. 薄い材料シートを加工する必要があるときはいつでも
CNCフライス、プラズマ切断、レーザー切断などで薄板を切断すると、切断位置に変形や歪みが生じます。比較すると、ウォーター ジェット切断では、これらの影響を受けることなく、薄い材料シートに正確な切断を行うことができます。
影響を受けるゾーンは、薄いワークピースを切断および成形する際のもう 1 つの欠点です。薄いシートは厚いシートに比べて損傷が大きく、溶融する可能性があります。したがって、このシナリオでは、圧力を制御した狭い水流が理想的な選択肢となります。
5. 厚さが不均一な素材
CNC フライス加工、レーザー切断、プラズマ切断などのアプローチでワークピースを加工する際、厚さが一定でない場合は、複数の切断パスが必要になります。 これに対し、ウォータージェット切断はワンパスで切断できます。
部品に異なるレベルの厚さを必要とする用途は数多くあるでしょう。 CNC ウォータージェット技術を使用すれば、このような部品を作成することが可能です。 他の方法でもこれを行うことができます。 ただし、精度が低くなり、煩雑になる可能性があります。
6. 材料が非常に厚い場合
厚いワークピースは、他のアプローチでは処理が複雑になります。たとえば、プラズマおよびレーザー切断には大量のエネルギーが必要であり、かなりの費用がかかる可能性があります。一方、ウォータージェット切断は、圧力と砥粒を調整することで厚いワークを加工することができます。ただし、厚さの制限は特定の材料の硬度によって異なります。チタンのような硬い材料は厚さ 10 ～ 12 インチまで許容されますが、フォームのような柔らかい材料は厚さ 2 ～ 3 フィートまで簡単に加工できます (Schlick、2022)。
また、切断できる材料の厚さはウォータージェットの圧力によって決まります。簡単な加圧ポンプ制御で水圧を変更可能（最大900MPa）。次に、高研磨粒子を水と混合して厚いワークピースを切断することもできます。また、研磨粒子の濃度を高めることも同様に機能します。
7. 大量生産が必要な場合
ウォータージェット切断は、次のような場合にはそれほど費用効果が高くありません。 少量生産 特に高精度が重要な要件ではない場合には、従来の手順と同様に使用できます。 ただし、大量生産のコストは大幅に削減されます。 高い再現性と寸法の一貫性を保ちながら、さまざまな用途に合わせて材料を加工できます。
8. 非導電性材料の切断
ウォータージェット切断は、切断プロセス中に熱を発生しないため、非導電性材料の切断に適したソリューションとなります。対照的に、材料の導電率はレーザーおよびプラズマ切断の品質に影響します。これらの技術で非導電性材料を加工すると、切断が粗くなり、一貫性がなくなる可能性があります。
ウォータージェット切断アプローチを使用しないのはどのような場合ですか?
ウォーター ジェット切断が材料の切断と成形に理想的なオプションであるさまざまなシナリオについて説明してきました。 このアプローチの使用が不適切なシナリオがいくつかあります。
- 木や紙製品などの水や湿気に弱い素材は、水を吸収して物理的特性を変化させる可能性があります。
- ウォータージェット切断は非常に高い精度が要求されるため、用途には適さない場合があります。このような場合には、レーザー切断の方が効果的です。
- 少量生産では、特殊な設備とセットアップに時間がかかるため、コストが高くなる可能性があります。
アブレシブウォータージェット加工
アブレシブウォータージェット加工
砥粒を水に混ぜてワークを切削する加工方法です。
研磨材を高圧水の負圧で吸引し、ノズルから混合液として噴射します。
切断能力が高く、チタン、セラミックス、金属などの難加工材の切断に適しています。自動車部品や航空機の新素材の加工にも使用されます。ウォータージェット加工には「ウォータージェットマシン」と呼ばれるNC制御のウォータージェット加工機が使用されます。
関連：ウォータージェット切断技術を活用している上位5つの産業
ウォータージェット機の構成
- 超高圧水発生装置
- 加工ノズル
- 研磨材供給装置
超高圧水発生装置
300～600MPaの超高圧を吐出するポンプです。
加工ノズル
超硬合金やダイヤモンドなどの材質で作られており、ジェットによる摩耗を防ぎます。
- ウォータージェット加工の場合は、直径0.1～0.3mm程度のノズルを使用してください。
- アブレイシブウォータージェット加工ではφ1mm程度のノズルを使用
研磨材供給装置
研磨材ウォータージェット加工において研磨材と水を混合する装置。
製品概要
この記事では、ウォータージェット加工の利点と、さまざまな研磨材混合方法について説明しました。 ウォータージェット切断サービス 環境に優しい加工方法であるウォータージェット加工は、切削油を必要とせず、作業者を保護する粉塵も発生しない。金属加工に加え、この不燃性技術は災害救助活動にも応用されている。
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