研磨ウォータージェット加工：原理、応用、産業へのインパクト

ウォータージェット切断は、1850年頃から鉱業から食品加工まで幅広い産業で使用されてきた特殊技術です。1960年代と1970年代には、技術と設計だけでなく、これらの高圧ポンプの製造方法においても大きな進歩がありました。1990年までに、高圧ウォータージェットストリームに研磨材が混合され、形状切断における新たな革命が生まれました：研磨ウォータージェット加工。高圧ジェットストリームに研磨材（ガーネット）を添加するというこの発見により、そのジェットストリームは、接触する文字通りあらゆる材料を削り切る精密な研削工具へと変貌しました。その後10年間で、このプロセスは板金だけでなく、文字通りあらゆる材料に対応する精密切断技術へと磨かれました。ウォータージェットは、鋼、アルミニウム、プラスチック、木材、カーペット、フォーム、タイル、石材、そしてあなたが触れられるあらゆるものを加工できます。

ウォータージェット切断の限界

多くの利点がある一方で、いくつかのルールと材料条件にも留意すべきです。第一に、ウォータージェットは一般的に材料を完全に貫通しなければなりません。制御された深さまでのエッチングや研磨加工は、精度よく行うことは一般的に不可能です。壁とチューブの間の空隙のような中断切断は、ジェットストリームが最初の壁から壁間の空間へ出るときに制御不能になるため、一般的にウォータージェットには不向きな用途です。これにより、対向壁で広い「ショットガン」のようなパターンが生じます。

積層材（ラミネート）はウォータージェットにとって問題のある材料ですが、これは穴あけ（ピアシング）の時だけです。これは、ジェットストリームが材料を削り/研削しているとき（盲穴の場合）、層を剥離しようともするためです。これらの材料に対する低圧アプローチもいくつかありますが、100%信頼できるわけではありません。したがって、最良の方法は、ラミネート加工用にスタート穴をドリルで開けることです。強化ガラス、脆性セラミックス、類似材料も、切断動作によって応力が解放されると粉砕される傾向があるため問題となります。

ウォータージェット切断機のメリット

ウォータージェットで避けるべきものを説明したので、製造業の世界の残りと材料は広く開かれており、研磨ウォータージェット加工プロセスによって容易に加工できることを述べておきます。ウォータージェット切断システムの操作の容易さも、初心者とエキスパートの両方のショップにとって非常に魅力的です。通常、ウォータージェットに必要な情報は、シンプルなDXF形式の形状ファイルのみです。その後、オペレーターは材料の種類、厚さ、希望の切断精度を入力します。このシンプルさと柔軟性のため、既存の操作方法をウォータージェット切断方法で置き換えたり補完したりする企業が今では多くあります。これは、有害な煙や廃棄物を出さず、熱プロセスではないため、正確な切断方法です。これにより、ほとんどのプラスチックのような熱に敏感な材料で作られた部品が、加工プロセスで損傷や破壊されることはありません。今日、ウォータージェット技術は90,000 PSI（90kpsi）を超える切断圧力を生成できます。

ウォータージェットは3つの主要な要因で定義されます：

1. テーブル/移動サイズまたは能力；
2. 切断圧力；
3. 切断馬力（hp）。

典型的なウォータージェットシステムは、5' x 10'または6' x 12'のテーブル移動量を持ち、60,000 psi（60kpsi）の動作圧力で、30 HPの電動油圧ポンプによってその圧力を生成します。ポンプ圧力――およびその圧力での水の流量――は、機械の性能だけでなく、運用コストにも大きな影響を与えます。40kpsiで動作するポンプは、時間当たり数ドル安いかもしれませんが、同じ部品を同じ品質で切断するのに、同じ機械が60kpsiで動作する場合の2倍の時間を要する可能性があり、製造コストを2倍にします。別の例では、60kpsiで30 HPのポンプは、加圧水を分あたり0.6ガロン（GPM）生成します。同じ機械が同じ圧力（60kpsi）で60 HPのポンプを使用すると、1.2 GPMの加圧切断水を生成し、オペレーターは同じ部品を同じ公差で、切断速度を40%向上させることができます。

ポンプ

ウォータージェットシステムで購入または交換可能な主要なポンプタイプは2種類あります。圧倒的に、インテンシファイアポンプが、切断速度の向上、一定の動作圧力、信頼性の点でより人気があります。以下は、ストレートウォーターおよび研磨ウォーター切断用途で利用可能なポンプタイプの説明です：

ダイレクトドライブ

通常、3つのプランジャーが電動（またはガソリン/ディーゼル）モーターによって駆動され、クランクシャフトを回転させ、最大55kpsiを生成します。このタイプのポンプの主な利点は：

• ポンプの初期投資コストが低い、
• 冷却水が不要、
• 油圧システムを通じたドライブからの性能損失がない、
• インテンシファイアタイプのポンプよりも生成される高圧水の量が多い。

このスタイルのポンプの欠点は、ポンプがオンになってからシールと内部ポンプコンポーネントの摩耗により圧力が時間とともに徐々に低下し、切断速度と仕上げに影響を与えることです。このポンプは内部摩耗部品が多く、わずかに高いメンテナンスダウンタイムとコストを必要とします。

インテンシファイア

このポンプでは、電動（またはガソリン/ディーゼル）モーターが油圧オイル圧力を（通常）3kpsi以上生成します。この加圧オイルはシリンダーに伝達され、ピストンを前後に駆動します。ピストンは、プランジャーの20倍小さいプランジャーに接続されています。高圧シールが、ピストン室のオイルとプランジャー室の水を分離します。ピストンとプランジャーの直径比の違いが増圧効果を生み、3kpsiの油圧オイル圧力が60kpsiの水圧を生み出します。このスタイルのポンプの主な利点は、圧力がより高く一定しており、切断速度の向上と信頼性の高い切断面仕上げを可能にすることです。欠点は、油圧オイル用の冷却水が必要で、電気効率がわずかに低いことです。

どちらのタイプの高圧ポンプも、ストレートウォーターまたは研磨ウォータージェット切断に使用できます。あらゆる研磨ウォータージェット機械は、研磨材混合を排除するだけでストレートウォーター機械として利用できます。しかし、ストレートウォーター切断用に設計された機械は、研磨加工法を利用するために大幅な改造を必要とする場合があります。各々の典型的な用途は以下の通りです：

• ストレートウォーター： 食品加工、紙、カーペット、フォーム、ガラス繊維断熱材、ガスケットなど、ナイフやハサミで切れる用途。
• 研磨ジェット加工： 金属、プラスチック、タイル、石材、花崗岩、および容易に切断できないその他の材料。
• 加工材料： 鋼、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、真鍮、プラスチック、フォーム、ガスケット、断熱材、カーペット、ガラス、タイル、石材、木材など。

主要なウォータージェットメーカーには、ビストロニック、カリプソ、エサブ、フロー、オマックス、ジェットエッジ、ワードジェット、ハイドロジェット、ロミオエンジニアリング、ワードジェット、KMTなどがあります。ウォータージェットやその他の板金加工機械についてさらに知りたい場合は、以下のリソースをご覧いただくか、お問い合わせください。