ウォータージェット加工–動作原理、アプリケーション、利点

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加工 （WJM）、ウォータージェット切断とも呼ばれます は、高速の水ジェットを使用してワークピースの表面から材料を除去する、従来とは異なる機械加工プロセスです。

このプロセスではウォータージェットが使用され、ウォーターソーの形でデバイスとして機能します。このプロセスでは、水が急速に上昇し、ターゲットのワークピースに集中します。

ウォータージェット材料や一部の金属に混合された研磨粒子を高速かつ高圧で使用することができます。一部のプロセスは研磨剤をまったく使用せず、これらは純水ジェット加工プロセスとして知られています。

この機械加工プロセスでは、200MPaから400MPaの範囲の水圧を使用します。圧力は、材料を抽出するワークピースによって異なります。このプロセスは、水の浸食という自然現象に似ています。

これは主に、プラスチック、ゴム、ガラスなどの非金属および軟質のワークピースから材料を除去するために使用されます。このプロセスでは、高速ウォータージェットを使用して、ワークピースから材料を除去します。このプロセスの基本原理は、ウォータージェットがワークピースから材料を除去するために、ウォータージェットの運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する必要があるということです。

ウォータージェットが運動エネルギーでワークピースに衝突すると、運動エネルギーは圧力エネルギーに変換されます。この加圧されたエネルギーがワークピースに応力を発生させ、その結果、張力材料がワークピースから離れ始めます。

ウォータージェット加工の動作原理

ウォータージェット加工の動作原理は、水の浸食に基づいています 。高速の水の噴流が表面に当たると、材料は排出されます。柔らかい素材は純水ジェットを使用して機械加工されます。ただし、硬い材料を切断するために、一部の研磨粒子は機械加工のために水と混合されます。これは AWJMとして知られています。 （研磨ウォータージェット加工）。

ウォータージェット加工の部品

ウォータージェット加工（WJM）の重要な要素は、ウォータージェットです。

1 。貯水池

貯水池 機械加工プロセス中に使用される水を貯蔵するために使用されます。リザーバーは通常、セットアップ全体のやや上にあります。

これは、水の流れが途切れることなく継続的に行われるようにするために行われます。

2.油圧ポンプ

油圧ポンプ 30キロワットから電力を供給されます （kW）電気モーターで、117バールの高圧で石油を供給します。 インテンシファイアと呼ばれる往復プランジャーポンプを駆動するため。油圧ポンプは、ウォータージェットの切断および洗浄アプリケーションに完全な柔軟性を提供します。また、単一または複数のカッティングステーションをサポートして、加工の生産性を向上させます。

3.油圧インテンシファイア

インテンシファイア 低圧（通常は4バール）で水を受け入れ、 3000〜4000バールまでの高圧でアキュムレータを介して水を排出します。 。インテンシファイアは、低圧作動油からのエネルギーを超高圧水に変換します。油圧システムは、インテンシファイアの中央セクションにある往復ピストンに流体動力を供給します。

4 。アキュムレータ

アキュムレータ 高圧水の連続的な流れを維持し、圧力変動を排除します。インテンシファイアピストンが方向を変えたときに、均一な吐出圧力とウォータージェット速度を維持するために、水の圧縮率（3800バールで12パーセント）に依存しています。

5。高圧チューブ

高圧チューブ 加圧水をカッティングヘッドに輸送します。一般的なチューブの直径は6〜14 mm 。この装置は、カッティングヘッドの柔軟な動きを可能にします。切断動作は、手動で、またはこの目的のために特別に設計されたリモートコントロールバルブを介して制御されます。

6 。ノズル

ウォータージェット加工では、水の圧力エネルギーを運動エネルギーに変換する装置です。 ノズル この場合、ウォータージェットの圧力をウォータージェットの高速ビームに変換します。浸食を防ぐため、ノズルチップはルビーまたはダイヤモンドで作られています。

7.コントロールバルブ

このコントロールバルブ 水の圧力と流れの両方を調整し、それをフローレギュレーターに送ります。この時点で、圧力エネルギーは運動エネルギーに変換されます。

8.フローレギュレーター

フローレギュレーター コントロールバルブから来る水の流れを調整します。流量調整器を調整した後、水はノズルを通過し、水の高圧を高速水に変換します。

9 。キャッチャー

キャッチャー ウォータージェットに同伴された機械加工の破片を収集するためのリザーバーとして機能します。さらに、騒音レベルを低減します （105デシベル（dB））マッハ3から亜音速レベルへのウォータージェットの速度の低下に関連します。

ウォータージェット加工の働き

まず、ポンプ 高速で水を移送するために使用されます。水は低圧で増圧器に入り、約 3800 barの高圧でアキュムレータに送られます。 。アキュムレータは、高圧水を一時的に蓄える装置です。

アキュムレータ の高圧水は、水の方向を制御するコントロールバルブに送られます。コントロールバルブは、水圧エネルギーを運動エネルギーに変換し、高圧水を高速水に変換してから、フローレギュレーターに送ります。

フローレギュレーター 水の流量を調整し、それをノズルに向けます。水の運動エネルギーはノズル内で大幅に増加し、ノズルは高速の水を生成します。

その後、水は穴から出て、ワークピースに向けられます。ウォータージェットがワークピースに到達すると、運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され、ワー​​クピースは全圧になります。

ウォータージェットからのこの圧力は、ウォータージェットバイクが配置されているワークピースの一部にいくつかの破損を引き起こし、ワークピースの表面にいくつかの亀裂を引き起こし、ウォータージェットがワークピースの表面に衝突し続けると、長期間。亀裂が深くなり、材料がワークピースから除去されます。

抽出された物質は水によって運び去られます。材料が除去された後、材料を切断する水は後で使用するために収集されます。このプロセスを使用して切断されたチップの一部は、この水中の材料に存在します。この水はさらに浄化するために送られます。または、ジェット加工プロセス全体で再組み立てすることもできます。

ウォータージェット加工の長所と短所

利点

• 多方向の切断能力があります。
• 熱は発生しません。
• カットは、事前にドリルで穴を開けなくても、どこからでも開始できます。
• 被削材の濡れは最小限です。
• 残りのワークピースにたわみはありません。
• 発生するバリは最小限です。
• 工具は摩耗しないため、研ぐ必要はありません。
• このプロセスは環境的に安全です。
• 他の洗浄方法を使用する場合に一般的な危険な空気中の粉塵汚染と廃棄物処理の問題が排除されます。
• 複数のヘッド処理があります。簡単な固定により、コストのかかる複雑な工具が不要になります。
  ターンアラウンドタイムを短縮し、コストを削減します。
• 研削と研磨が不要になり、二次加工が削減されます
  コスト。
• 狭い切り口により、複数のパーツを切り取ったときにしっかりと入れ子にすることができます
  単一の空白。
• ネットに近い形状の素材を粗くするのに最適です。
• 銅やアルミニウムなどのレーザー反射材料に最適です。
• 柔らかい素材をより正確に切断できます。
• チタンで383mm、インコネルで307mmなどの非常に厚い素材をカットします。

短所/制限

• メンテナンスが必要なため、大量生産には適していません。
• 初期費用は非常に高くなります。
• 非常に厚い材料は、このプロセスでは加工できません。
• 柔らかい素材のカットに使用されますが、AWJMは限られた厚さで硬い素材をカットできます。

ウォータージェット加工のアプリケーション

WJMは、金属、紙、布、皮革、ゴム、プラスチック、食品、および
セラミック。これは、従来の機械加工方法の代替として使用できる、用途が広く費用効果の高い切断プロセスです。熱の影響を受けるゾーン、有毒ガス、リキャスト層、加工硬化、および熱応力を完全に排除します。

これは、さまざまな産業ニーズに対応できる最も柔軟で効果的な洗浄ソリューションです。一般に、切断面はサンドブラストの外観をしています。さらに、より硬い材料はより良いエッジ仕上げを示します。一般的な表面仕上げは、用途に応じて1.6 µmの二乗平均平方根（RMS）から非常に粗いものまであります。

公差は、薄い材料で±25 µmの範囲です。生成される表面粗さと公差はどちらも加工速度に依存します。

WJMのアプリケーションは ：-

• ウォータージェット機械加工は、鉱業、自動車、航空宇宙などのさまざまな業界での作業の切断、成形、合理化に使用されます。
• ゴム、テキスタイル、プラスチック、フォーム、皮革、複合材、タイル、石ガラス、食品、金属/紙、およびその他の材料は、通常、ウォータージェット（WJMまたはAWJM）によって機械化されます。
• WJMは通常、薄いシートやホイル、木材、非鉄合金、繊維、ハニカム、プラスチック、ポリマー、皮革片、冷凍などの柔らかくて機械加工が容易な材料を切断するために使用されます。
• AWJMは、加工が難しい材料の加工によく使用されます。鋼、アルミニウム、その他の市販材料、強化プラスチック、金属マトリックスとセラミックマトリックスの複合材料、層状複合材料、石、ガラスなどで作られた厚板の加工に使用されます。
• 機械加工プロセスとは別に、高圧ウォータージェットを使用して、塗料の除去、手術、洗浄、おしっこ、およびその他の用途で残留応力を除去します。穴あけ、ポケットフライス盤、旋削、リーマ加工もAWJMで行うことができます。

ウォータージェット加工に関連するいくつかの質問

ウォータージェット切断で製造される製品は何ですか？

ウォータージェット切断により、企業はさまざまな部品や製品を作成できます。インターロッキングハードウェア（ボルト、ギアなど）、自動車部品、電気部品、大きな組立ラインアイテム、および設計プロトタイプは、ウォータージェット切断で製造する製品のほんの一部です。ウォータージェット切断は、芸術家が幾何学的に正確で複雑なアートワークを作成するためにも使用できます。

ウォータージェット切断は持続可能ですか？

ウォータージェット切断は、本質的に環境に優しいプロセスです。ウォータージェット切断は、従来の機械的切断システムとは異なり、冷却油や潤滑油を必要としません。これにより、化学的に影響を受けたチップを廃棄する必要がなくなります。ウォータージェットは、プラズマやレーザーなどの熱技術とは異なり、切断プロセス中に有害なガスを発生しません。

ガーネット研磨剤は無毒で不活性であり、切断プロセス中に除去される金属はごくわずかであるため、実際の金属が無駄になることはほとんどありません。これにより、環境への影響を最小限に抑えることができます。

ウォータージェットカッターの精度はどれくらいですか？

フローウォータージェットは、非常に厳しい公差の製品を製造する場合があります。一部のシステムでは、0.001インチという低い公差を実現できます。 （0.025mm）。ウォータージェット加工の部品公差は、通常、0.003インチから0.005インチの範囲です。 1インチより厚い材料の場合、機械は0.005〜0.100インチ（0.12〜2.5 mm）の範囲の公差を持つ部品を作成します。

制御や機械構造などの技術にはばらつきがあるため、公差はメーカーによって大きく異なります。

ウォータージェットカッターにはどのくらいの圧力がありますか？

ウォータージェットの切断圧力は、通常50,000〜60,000PSIの範囲です。多くの新しいシステムは、1平方インチあたり90,000ポンドに圧力がかかっています。次に、水はダイヤモンドまたはサフィアに機械加工された小さな開口部から排出されます。これは通常、直径が5〜15,000インチです。結果として生じる水流は超音速です。つまり、音速よりも速く移動します。幸いなことに、流量は比較的低く、毎分約1/2ガロンです。

ウォータージェット切断に関する安全上の問題は何ですか？

ウォータージェットが皮膚を貫通し、飛散する破片にぶつかり、騒音にさらされることはすべて、ウォータージェット加工に関連する一般的な危険と懸念です。狭い場所での作業、転倒の危険、呼吸や目の危険、感電、危険物質への潜在的な暴露はすべて、高圧水噴射に関連するリスクです。

ウォータージェット加工に関する複数の選択肢の質問

Q。材料除去のためのウォータージェット加工の重要な要素は何ですか？
a）ツールホルダー
b）ワークピース
c）ウォータージェット
d）電源
回答： c
説明： ウォータージェットは、ワークピースを切断し、材料を除去するために使用されるものです。

Q。次のうち、ウォータージェット加工の加工システムの一部ではないものはどれですか？
a）トランスデューサー
b）アキュムレータ
c）ジェットカッティングノズル
d）油圧ポンプ
回答： a
説明： トランスデューサーはウォータージェット加工の一部ではなく、他のコンポーネントはWJMの対象となります。

Q。ウォータージェット加工におけるウォータージェットストリームの速度はどれくらいですか？
a）100m/秒
b）300m/秒
c）700m/秒
d）900m/秒
回答： d
説明：ウォータージェット加工で使用されるウォータージェットストリームの速度は約900m/秒です。

Q。研磨ジェット加工を使用して加工できない材料の種類はどれですか？
a）柔らかい素材
b）硬い材料
c）材料の機械加工が難しい
d）言及されていない
回答： a
説明：キャンディーバー、薄い針葉樹などの柔らかい素材は、AJMを使用して機械加工することはできません。

頻繁に質問

ウォータージェット加工は

とも呼ばれます

ウォータージェット加工（WJM）は、ウォータージェット切断とも呼ばれます。これは、高速の水ジェットを使用してワークピースの表面から材料を除去する、従来とは異なる機械加工プロセスとして定義されています。 WJMは、プラスチック、ゴム、木材などの柔らかい素材の切断に使用できます。

研磨ジェット加工で材料をどのように除去しますか

研磨ジェット加工では、高圧の空気またはガスによって運ばれる集束された研磨粒子の流れがノズルを介して作業面に衝突し、高速研磨粒子による侵食によって作業材料が除去されます 。

ウォータージェット加工はどこに適用できますか

WJMプロセスは、切削、穴あけ、バリ取り、ワイヤーストリッパーなどのさまざまな機械加工操作にうまく適用されています。また、表面処理、洗浄、テクスチャリング、仕上げなどの表面工学の分野にも適用されています。

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ウォータージェットカッターを使用している業界は何ですか？

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ウォータージェット切断を発明したのは誰ですか？

ノーマン・フランツ博士