ウォータージェットとは何ですか?仕組みは?使用済み

ウォーター ジェット切断またはアブレイシブ ジェット切断とも呼ばれるウォーター ジェットは、場合によっては研磨剤と混合された高圧の水流を利用して、さまざまな材料を切断する切断プロセスです。この技術は、その精度と熱を発生させずに複雑な形状を切断できるため、CNC (コンピューター数値制御) 加工を含むさまざまな業界で広く使用されています。

ウォータージェットとは何ですか?

ウォーター ジェットでは、非常に高い圧力で水のジェットを使用して、切断対象の材料を浸食します。ガーネットなどの研磨剤と混合すると、切断力が大幅に向上し、金属、セラミック、複合材料などのより硬い材料を切断できるようになります。

主なコンポーネント

• ポンプ：切断に必要な高圧水を生成します。
• 切削ヘッド: 研磨剤用のノズルと混合チャンバーが含まれています。
• ノズル：水流の速度を上げて切断します。
• 研磨剤：ガーネットのような硬質粒子を添加し、硬い材料の切断に使用します。
• CNCシステム：カッティングヘッドの移動と動作を制御します。

沿革

ウォーター ジェット切断は、1800 年代後半に加圧水を使用して土を除去し、鉱物を抽出する水力採掘で始まりました。 1950 年代、ノーマン フランツ博士は木材などの材料を切断するための高圧ウォーター ジェットを実験し、工業用ウォーター ジェットの基礎を築きました。 1970 年代にモハメド・ハシシュ博士が研磨ウォーター ジェット切断を開発したとき、大きな進歩が起こりました。これにより、水流に研磨粒子を加えることにより、より硬い材料を切断できるようになりました。

この技術は 1980 年代に商業化され、フロー インターナショナルなどの企業がウォーター ジェット切断機を製造しました。 1990 年代には、 CNCテクノロジー、高精度の切断や複雑な形状を可能にします。 2000 年代以降、ポンプ技術、ノズル設計、研磨材の継続的な改良により、効率と精度が向上しました。

現在、ウォータージェット切断は、その汎用性と熱を発生させずに切断できるため、さまざまな業界で広く使用されています。将来の進歩により、さらに速度が向上し、コストが削減され、材料機能が拡張されることが予想されます。

ウォータージェット切断の目的

ウォーター ジェットの目的は、特にウォーター ジェット切断の場合、高圧の水流 (場合によっては研磨剤と混合される) を正確に送り出して、さまざまな材料を切断することです。ウォーター ジェットは材料除去の主なツールとして機能し、その力と速度を利用して切断中の材料を浸食します。

ウォーター ジェット切断システムでは、高圧ポンプによってウォーター ジェットが生成され、精密に設計された小型のノズルを通して噴射されます。このノズルは水流を集中させて加速するのに役立ち、切断力を高め、切断プロセスの正確な制御を可能にします。

この文脈におけるウォーター ジェットの目的は次のとおりです。

1. カット素材: 高圧ウォータージェットは、金属、石、ガラス、セラミック、複合材料などを含む幅広い材料を切断できます。切断する材料にウォーター ジェットを向けることにより、水の力で材料が浸食され、きれいで正確な切断が行われます。
2. マテリアルの完全性を維持する: レーザー切断やプラズマ切断などの従来の切断方法とは異なり、ウォータージェット切断は熱を発生しません。この熱影響ゾーンの欠如により、切断される材料の完全性が維持され、熱歪みが防止され、その特性が維持されます。
3. 精度の達成: ウォーター ジェットの集中的な性質と、その速度と方向を制御する機能により、厳しい公差での高精度の切断が可能になります。この精度は、製造プロセスで正確かつ複雑な形状を必要とする産業にとって不可欠です。
4. 環境負荷の低減: ウォータージェット切断は他の切断方法と比較して環境に優しいと考えられています。水と天然研磨剤を使用するため、廃棄物が最小限に抑えられ、有害な煙やガスが発生しないため、工業用切断用途にとって環境に優しいオプションとなります。

ウォータージェット切断はどのように機能するのですか?

ウォーター ジェット切断は、高圧の水流を多くの場合研磨材と組み合わせて使用​​し、さまざまな材料を切断する、正確で汎用性の高い切断方法です。このプロセスがどのように機能するかを詳しく説明します。

1. 高圧ポンプ: このプロセスは、通常 30,000 ～ 90,000 ポンド/平方インチ (psi) の範囲の非常に高いレベルまで水を加圧する高圧ポンプから始まります。この圧力は、水を小さなオリフィスを通して高速で推進するために必要です。
2. 水入口: 高圧水はポンプから一連の高圧ホースを通ってカッティングヘッドに送られます。
3. ノズル: カッティングヘッドでは、精密に設計された小さなノズルから水が押し出され、水の速度がさらに高まります。純水ジェット切断では、ゴム、発泡体、一部のプラスチックなどの柔らかい材料の切断には、この高速水流で十分です。
4. 研磨剤の添加: 場合によっては、切断能力を高めるために、ガーネットや酸化アルミニウムなどの研磨粒子が水に混合されます。これらの研磨剤は水流の切断力を大幅に高め、金属、石、ガラス、複合材料などの硬い材料をスライスできるようにします。
5. オリフィスとノズル: 加圧された水は、通常、強い圧力に耐えることができる合成ルビーまたはダイヤモンドで作られた小さなオリフィスを通ってシステムから排出されます。水がオリフィスを通過すると加速し、最大マッハ 3 (音速の XNUMX 倍) の速度に達します。次に、ノズルが水流を正確な切断ジェットに成形します。
6. 切削作用: 高速、高圧の水流 (研磨材の有無にかかわらず) が切断対象の材料に向けられます。水の力で材料が侵食され、正確な切断が行われます。 CNC (コンピューター数値制御) テクノロジーによってカッティング ヘッドをさまざまな方向に動かすことができ、複雑な形状やパターンを作成できます。
7. 制御システム: CNC 加工では、ウォーター ジェットの動きはコンピューター数値制御 (CNC) ソフトウェアによって正確に制御されます。このソフトウェアはデジタル設計をウォータージェットの正確な動きに変換し、複雑な形状や複雑なパターンを高精度かつ再現性よく切断できるようにします。
8. キャッチタンク: 水と侵食された材料は、切断テーブルの下のキャッチタンクに収集されます。このタンクは飛沫を減らし、切削粉を封じ込めるのに役立ち、プロセスをよりクリーンかつ効率的にします。

ウォータージェット切断のメリットとデメリット

この表は、ウォーター ジェット切断の長所と限界の明確な概要を示し、さまざまな産業用途への適性を評価するのに役立ちます。

Advantages	デメリット
このプロセスでは熱が発生しないため、熱歪みが防止され、材料特性が維持されます。	レーザー切断などの方法と比較すると、ウォーター ジェット切断は、特に厚い材料や硬い材料の場合、時間がかかる可能性があります。
金属、石材、ガラス、セラミックス、複合材など幅広い材料を切断できます。	高圧ポンプや精密ノズルの初期設定とメンテナンスには費用がかかる場合があります。
厳しい公差で高精度で複雑な形状を実現できます。	研磨材によりノズルやその他のコンポーネントが摩耗する可能性があるため、定期的なメンテナンスと交換が必要になります。
水と天然研磨剤を使用するため、有害な煙やガスが発生せず、よりクリーンなプロセスが実現します。	非常に厚い材料を切断するのは困難で時間がかかる場合があります。
カットの精度により材料の無駄が減り、経済的にも環境的にも有益です。	このプロセスでは騒音が発生する可能性があり、水や研磨材のせいで湿った乱雑な環境が作成されます。
同じカッティングヘッドを異なる材料に使用できるため、ダウンタイムと工具交換が削減されます。	使用済みの研磨材は適切に廃棄する必要があるため、運用コストや環境への配慮が増大する可能性があります。
レーザーやプラズマ切断とは異なり、特別な換気や健康上の注意を必要とする煙やガスは発生しません。	水の消費量は大量になる可能性があるため、廃水を処理するには適切な濾過および処理システムが必要です。

ウォータージェット切断の使用

ウォーター ジェット切断は、幅広い材料を切断するためにさまざまな業界で使用されている多用途かつ正確な方法です。ウォーター ジェット切断の一般的な用途をいくつか示します。

業種	申し込み
製造業	自動車、航空宇宙、機械部品用の金属シート、チューブ、プロファイルの切断。航空機および宇宙船コンポーネント用の複合材料の精密切断。エレクトロニクスや消費財向けの複雑な部品の製造。
建設業	建築要素や床材として石、タイル、大理石を切断します。カウンタートップ、シンク、装飾機能のカスタムデザインを作成します。窓、ドア、ファサードのガラスを精密に切断します。
自動車	車体パネル、シャーシ部品、排気システム用の板金の切断。ダッシュボードパネルや室内装飾品などの内装部品の精密トリミング。ガスケット、シール、その他のゴム部品の製造。
航空宇宙産業	航空機の構造やコンポーネント用のチタン、アルミニウム、その他の航空宇宙グレードの金属を切断します。航空機の内装、翼、エンジンコンポーネント用の複合材料を精密にトリミングします。断熱および熱保護のための複雑なパターンを作成します。
鉱業	採掘作業における岩石、鉱物、鉱石の切断。分析および試験のための地質サンプルの精密成形。建設およびインフラプロジェクトのための材料のトリミングおよびプロファイリング。
アートとデザイン	石、金属、ガラスなどのさまざまな素材を彫刻し、芸術的なインスタレーションに使用します。さまざまな素材からカスタムの看板、ロゴ、ブランド要素を作成します。建築の特徴や室内装飾のための複雑なパターンやデザインを作成します。

ウォーター ジェット切断は、熱を発生させずに切断する能力と、幅広い材料を切断できる多用途性により、精度、柔軟性、効率性を必要とする業界で好まれる方法となっています。複雑な航空宇宙部品の製造、複雑な建築デザインの作成、芸術作品の造形など、ウォーター ジェット切断は現代の生産および製造プロセスにおいて重要な役割を果たしています。

まとめ

ウォーター ジェットは多用途で正確な切断方法であり、熱による材料特性に影響を与えることなく複雑な形状を切断できるため、特に CNC 加工で高く評価されています。

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