ウォータージェット切断解説：精度、汎用性、パフォーマンス

ウォータージェット切断は、柔らかいものから硬いものまでほぼあらゆる種類の材料を切断する板金加工プロセスの一種です。このプロセスでは、加圧ポンプが高圧水ジェットを供給し、様々な種類の材料を切断できます。

ウォータージェット切断機は、音速の3倍の速度で水を供給でき、ほぼあらゆる材料を切断できる破壊的な力を生み出します。また、ウォータージェット切断技術は、熱感受性材料や厚い材料を切断する優れたソリューションです。

このガイドでは、ウォータージェット切断技術について教育し、このプロセスがどのように機能し、ウォータージェット切断サービスプロバイダーを選ぶ前に何を見るべきかを理解していただきます。

ウォータージェット切断の歴史

ウォータージェット切断技術は、18世紀の真っ只中に登場しました。最初に、ウォータージェット切断の原理は石炭鉱山での材料掘削に使用されました。その後、ロシアとニュージーランドがこの技術を石炭鉱山で最初に使用した2か国です。

すぐに、カリフォルニアの石炭鉱夫もウォータージェット切断の定義を学び、自分の石炭鉱山でもこの技術を使用し始めました。さらに、岩の下の金を見つけるためにウォータージェット切断技術を使用しました。

McCartney Manufacturingが最初にウォータージェット切断技術を商業化し、純粋なウォータージェット切断ツールを航空宇宙業界で使用しました。その後1971年、この技術を利用して紙管の製造を開始しました。

その結果、エンジニアたちは機械のアップグレードを計画し、1980年代に最初の研磨剤入り水圧カッター機械を生産できるようになりました。エジプトの科学者モハマド・ハシシュが研磨ウォータージェット機械の最初のノズルを発明しました。また、中国企業Ingersoll-Randが最初のウォータージェット切断機を導入し、非常に効率的でした。

ウォータージェット技術のタイムライン

1930年代 – 低圧水圧切断システム。

1940年代 – 自動車油圧と航空で初めて高圧システム使用。

1950年代 – プラスチック切断用に高圧技術導入。

1960年代 – 最大50,000 psi（3,450 bar）のパルシングウォータージェット作成。

1970年代 – 商業ウォータージェット切断技術が初めて発売。

1980年代 – 研磨ウォータージェットが登場。

1990年代 – ウォータージェットストリームをより精密に特定するモーション制御システムが発明。

2000年代 – 切断速度の大幅な改善。

2010年代 – 6軸加工と3Dツールが導入。

ウォータージェット切断機の基本コンポーネント

ウォータージェット切断機の基本コンポーネントリストは以下の通りです：

• CNC制御ガイドマシン
• 電動モーター
• メモリ
• 圧力増幅器
• 研磨ウォータージェットノズル（標準直径は0.1mm〜0.5mm）とバルブ
• 関節切断ヘッド
• ジュエルオリフィス
• ろ過と脱塩のための水処理
• 高圧配管
• オイルポンプとオイルタンク

ウォータージェットカッターの仕組み

技術的に言えば、ウォータージェット切断は特定の種類のコンピュータ数値制御（CNC）機械加工技術です。きれいな水を使用するか、水にさまざまな種類の研磨剤を混ぜて加圧水の効率を高めることができます。

ウォーターカッターとして使用される切断機には、材料を支えるテーブルが付いています。コンピュータ生成プログラムがCNC機械を制御します。したがって、プロセス全体に人的介入は不要です。

作業プロセス

ほとんどのウォータージェット切断機が従う基本ルールをリストアップしました：

1. まず、水を加圧します。特別に製造された「クランクシャフトポンプ」を使用して、極めて高圧の水を生成します。
2. 切断ヘッドが高圧水の次の目的地です。高圧チューブを使用して水を移動させます。加圧水が切断ヘッドに到達すると、穴を通ります。
3. 開口部はルビー、ダイヤモンド、または何らかの硬い材料で作られています。オリフィスは非常に狭く、ピンホールより小さいです。ここで物理学の基本法則を使用します。圧力はその小さな穴を通過するときに速度に変換されます。前述の通り、増圧ポンプは90,000 psiの加圧水を生成できます。そしてその水がCNC機械の小さな穴を通過すると、約2,500マイル/時（約4,000km/h）の速度を生成できます！これは破壊を生み出す巨大な速度です。
4. 混合室とノズルは切断ヘッドの2つのコンポーネントです。ほとんどの標準機械では、水排出孔の真下に直接設定されています。この混合室の目的は、研磨メディアを水蒸気と混合することです。

水は混合室の下にある混合チューブ内の研磨剤を加速します。その結果、ほぼあらゆる種類の材料を切断できる強力な蒸気を得られます。

異なる機械は異なる方法で動作するかもしれませんが、基本的なウォータージェット切断原理はほぼ同じです。

ウォータージェット切断の種類

ウォータージェット切断機には2つのタイプがあります – 純水ウォータージェット切断と研磨ウォータージェット切断機。以下で両タイプの機械の作業プロセスについて説明します。

1. 純水ウォータージェット切断

純水ウォータージェット切断は純水を使用して操作を完了します。このプロセスは柔らかい材料と中程度の硬さの材料に最適です。

この機械は、有毒ガスや粉塵を放出しないため、最も環境に優しい機械と見なされます。さらに、水をさらに使用でき、最終的には水循環に戻せます。

純水ウォータージェット機械では、ウォータージェットは比較的小さく、0.1mm未満になることもあります。これらの機械は、薄い材料に対して最適レベルで精密切断に優れています。

2. 研磨ウォータージェット切断

研磨ウォータージェット切断機は、より動的な切断のために研磨水を組み込みます。純水ジェットを研磨剤入りに変換するには、3つの追加コンポーネントが必要です。

• 研磨フォーカシングノズル
• 研磨混合室
• 純水フォーカシングノズル

さらに、研磨剤も必要です。純水ノズルの主な任務は、高圧縮水をジェットに形成することです。その後、ジェットは水を通って研磨混合室へ、1000m/sの速度で通過します。

研磨材料が水と混合し、高速で排出されて目的の材料を切断します。ほとんどの場合、オリーブ砂とガーネット砂が研磨材料として使用されます。切断材料がより柔らかい場合、コランダムが研磨剤として使用されます。

研磨ウォータージェット切断機は、平均的に典型的なウォータージェット機械より0.2mm大きいです。研磨ウォータージェット切断機では、鋼を最大50mm、他の金属を120mmまで切断できます。

ウォータージェットで切断できる材料は？

ウォータージェットは、加圧水と研磨剤を使用して幅広い材料を切断できる汎用性の高い切断プロセスです。非常に厚い材料と壊れやすい材料も切断できます。その結果、メーカーはこの技術をますます使用しています。

ウォータージェットで切断できる重要な材料には以下が含まれます：

• 金属
• ガラス
• 複合材料
• タイル
• プラスチック
• ゴム
• セラミック
• 石

ウォータージェットは、他の多くの技術では切断できない厚さを切断できます。12インチ（約300mm）以上も切断可能です！

どの業界が切断ニーズにウォータージェットを使用？

ウォータージェット切断技術は環境に優しく精密です。したがって、ますます多くの業界がウォータージェット圧力カッターを採用しています。切断にウォータージェットを使用するトップ業界には：

• 製造業
• 航空宇宙
• 電子機器
• 自動車
• 食品
• 建築

これらの業界のいずれか、またはウォータージェット圧力技術で材料切断に使用できるその他の業界に属していますか？RapidDirectに要件を送って無料見積もりを取得してください。

なぜウォータージェット切断を使用するのか？

ウォータージェット切断技術を初めて使用する場合でも、すでに使用している場合でも、この技術のメリットを知っておくべきです。以下にウォータージェット切断原理を使用するメリットをいくつかリストアップしました：

• 何でも切断可能。 現在、ウォータージェット切断技術は非常に汎用性が高く、プロセスでほぼあらゆる材料を使用できます。プラスチック、複合材料、セラミック、ゴム、金属、何でもウォータージェットが切断します。

• 熱影響ゾーンなし。 ウォータージェットはコールド切断技術で、技術を使用すると熱影響ゾーンが見つかりません。結果として、オペレーターもプロセス全体も安全です。

• 材料歪みの可能性を排除。 これはコールド切断のもう一つのメリットです。金属が熱にさらされません。結果として、クリーンな切断が得られ、材料歪みの可能性がありません。

• 仕上げプロセスが自給自足。 ウォータージェット技術の切断品質は非常に精密で、ほとんどの場合オプションの表面仕上げは不要です。さらに、このプロセスは切断プロセスを強化し、全体的な効率を向上させ切断時間を短縮します。

• 環境に優しい。 現代製造で最も懸念される点は環境への影響です。最高なのは、ウォータージェット圧力カッターは有害廃棄物を生成しないことです。したがって、環境に優しいプロセスで、より多くの業界がこのプロセスを採用しています。

ウォータージェット切断の欠点は？

ウォータージェット切断には注目すべきメリットがありますが、デメリットもあります。以下がそのデメリットです：

• 初期コスト – 研磨材料の研究と追加は最適切断に不可欠です。適切な研磨剤を見つけて使用するのは、価格のせいで時々高価になります。
• オリフィス故障 – これは低品質ウォータージェット切断機でよく起こります。オリフィス故障は生産性を妨げ、生産コストを増加させます。
• 切断時間 – ウォータージェット切断技術はほぼあらゆる材料を切断できますが、切断時間は従来の切断ツールより長いです。結果として、出力が少なくなります。
• 厚い材料では精度低下 – 材料が厚すぎるとストリームがノズルから離れていきます。切断精度に影響します。

結論

極限の精度と正確性を持つ金属パーツをお探しの場合、ウォータージェット切断技術は最高の切断ソリューションの一つです。

しかし、これは洗練された方法で、最先端の装置と高度なスキルを持つエンジニア、技術者、作業者が必要です。したがって、サービス会社を選ぶ前には非常に慎重でなければなりません。

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よくある質問

1. 純水と研磨ウォータージェットの違いは？

ほとんどのウォータージェット切断機は蒸気と研磨コンポーネントを使用します。硬い材料の切断に最適です。例えば、岩、ガラス、金属には精密切断のために研磨剤が必要です。ガーネットは最も使用される研磨剤で、丈夫で入手しやすいためです。

しかし、研磨剤はすべてのタイプのコンポーネント切断に必須ではありません。柔らかい材料や中程度の硬さの材料（発泡ゴムなど）を切断する場合、純水ジェット機械を使用できます。
純水ジェット機械は研磨剤を使用しません。代わりに純水を使用し、このプロセスで使用される水は再利用可能です。

2. どれが良い？ウォータージェット切断、プラズマ切断、レーザー切断？

すべての切断技術には独自のメリットとデメリットがあります。どれが良いか判断する3つの最も重要な要因をリストアップしました。

コスト： レーザージェット切断が最も高価で、プラズマ切断が最も安価な切断ソリューションです。しかし、切断精度を考慮すると、プラズマ切断が最低精度です。

運用速度： ウォータージェットは3つの方法すべての中で最も遅い切断プロセスです。プラズマジェットが最速で、レーザージェットは中間です。

切断品質： 最終製品の実測値とプログラム製品の比較が切断品質を決定します。ウォータージェットは熱歪みを最小限に抑えるため、切断品質はすべての中で最高です。

3. ウォータージェットで厚い材料を切断できますか？

はい、ウォータージェット切断機で厚い材料を切断できます。実は、厚い材料の切断で有名です。しかし、より厚いウォータージェットは厚い材料にはあまり効率的ではありません。厚い材料では精度が低下します。