2軸金属部品におけるウォータージェット切断の長所と短所

研磨ウォータージェットは2軸金属切断に適しているか？

現代のウォータージェット切断のルーツは、比較的低圧の水を用いて紙や食品などの軟らかい材料を切断することにあり、1930年代に遡ります。高圧技術と設備の進化により、今日の研磨式は精密金属切断が可能になりました。

しかし、ウォータージェット切断は小型金属部品の2軸切断に適しているでしょうか？ プロセスのメリットとデメリットを評価することは、その手法がニーズを満たすかどうかを判断する上で不可欠です。

研磨ウォータージェット切断のメリット

金属切断用ウォータージェットは、高圧水と粒状研磨材——主にガーネットパウダー——を利用します。この方式では、ウォータージェット切断は通常、金属や複合材料の大型平板におけるX/Y軸の複雑な形状製作に使用されます。

ノズルでの研磨材添加により、高圧水流の切断能力が向上します。また、水のみで位置決め（または「ラピッド」）を行い、研磨材を加えてワークピースを切断するという使い分けも可能です。

研磨ウォータージェット切断は熱を発生しません。そのため、溶融、歪み、反りなしで、さまざまな金属、プラスチック、その他の材料を切断できます。必要であれば±0.005インチ（0.127 mm）という公差にも対応可能です。

切断部品の最終用途に応じて、ウォータージェット切断は異なる切断エッジ品質を提供できます。これらはプロセス速度を変えることで達成されます。切断エッジを問わない材料分離が目的なら高速で、タイト公差と滑らかなエッジ仕上げが必要なら低速切断が必要です。したがって、エッジ品質はジョブコストに影響し、より良いエッジ品質はより長い生産時間を要します。

ウォータージェット切断のデメリット

レーザービームと同様に、ウォータージェット切断流は最も集中しているときに最も効果的です。しかし、チューブ切断では、空洞（ボイド）が流れを拡散させ、精度と切断能力を急速に低下させます。

同様に、繊維状材料はハニカム構造のように振る舞い、流れの中で「うねる」ことがあり、結果として不良な切断になります。さらに、繊維材料切断時には、ウォータージェット流の一部が切断対象材料を「すり抜け」て回り込み、きれいな切断に至らないことがあります。これは「ニブ」と呼ばれる不良な端面切断を引き起こすことがあります。

ウォータージェット切断で最適な切断を確保するには、適切なスタンドオフハイト——ウォータージェットノズル出口とワークピースの間の距離——が1 mm（0.0394インチ）〜1.5 mm（0.0591インチ）必要です。これは、単純にそんな近接を許さない3D部品では非現実的です。

より一般的な結果として、精密寸法ではウォータージェットカーフは常にテーパー形状を持ちます。このテーパーは円錐効果とバレル効果をもたらし、精密公差に大打撃を与えます。最新ウォータージェット切断機はノズルを「傾ける」ことでこれらの効果を補正しますが、切断面に曲がりパターンが現れ、切断に傾斜が生じることがあります。

研磨材パウダーの問題

研磨ウォータージェット金属切断では、切断される金属がノズルに供給される研磨パウダーより軟らかい必要があります。例えば、ガーネットパウダーでタングステンをウォータージェット加工で切断することは可能ですが、タングステンとガーネットがモース硬度で非常に近いため、非常に困難です。

60,000 PSI以上でガーネットパウダーが剥離するため、周囲の露出材料の仕上げを荒らしたり、マットにしたりする可能性があります。このヘイズ（曇り）は単に外観上の問題かもしれません——あるいは、表面仕上げと材料のRa値に影響するなら機能的な問題かもしれません。

平均的なウォータージェット切断設定では、切断1分あたり2ポンドの廃棄研磨ガーネットパウダーが生成されます。もちろん、廃棄量は切断厚さ、材料、その他の要因に依存します。しかし目安として、15分の切断で30ポンドの研磨ガーネットデブリが大量の水と混ざって発生します。これは主要な廃棄問題となります。

さらに、使用されるガーネットパウダーの約5%しか実際の切断作業をしておらず、残りはウォータージェット流路の一部に過ぎません。研究では、排出後に一部のガーネットが破砕されることが判明しています。これにより、ガーネットパウダーのリサイクル再利用は問題があります——鈍ってはいないものの、破砕された媒体は適切な切断作用を発揮しません。

ウォータージェットか、それとも他か？

他の精密金属切断手法と同様、研磨ウォータージェット切断にもトレードオフ——メリットとバランスを取る必要がある課題——があります。しかし、精密チューブ、ロッド、ワイヤーの2軸切断のような用途では、他の手法がより良い選択肢となる場合があります。

決定には、あなたの独自の用途とその具体的なパラメータ、および他の選択肢を深く理解することが必要です。

ウォータージェット切断は他の精密金属切断手法とどう比較されるか？ 読み進めてご確認ください。