高圧水切断機：概要

I.概要

1.高圧水切断の原理

高圧水切断の原理は、水を100～400MPaの超高圧に加圧し、音速の2～3倍の速度で絞りオリフィス（Φ0.15～Φ0.4mm）を通して被切断物に噴射し、水の位置エネルギーをウォータージェットの運動エネルギーに変換し、流速を最大900m/s以上にする。高速・高エネルギー密度のウォータージェットの衝撃を利用し、鋭利な刃物のように切断を行います。

高圧水切断技術で切断できる材料の範囲は非常に広く、各種金属およびその合金（ステンレス、チタン、アルミニウム、銅など）、セラミック材料、ガラス、石材、木材、針葉樹、プラスチック、ゴム、多層複合材料、ハニカム材料、コンクリートなど、従来の切断方法では切断できない、あるいは切断が困難な多くの材料を切断することができる。

2.高圧水切断の分類

(1) 純水タイプ。

主に非金属材料の切断に使用され、シンプルな設備で低コストだが、切断能力は低い。

(2) 高圧研磨タイプ。

研磨粒子はウォータージェットに加えられ、混合後、研磨ウォータージェットを形成する。ウォータージェットは研磨粒子を加速させるキャリアの役割を果たす。砥粒の質量が大きく硬度が高いため、砥粒ウォータージェットの運動エネルギーは大幅に増加し、切断の主な方法となる。 金属.

高圧水と研磨剤はパイプを通して切断ガンに送られ、切断ガンの混合室で混合され、ノズルから噴射され、水圧は通常100~400MPaである。

(3) 低圧研磨タイプ。

水と研磨材は加圧貯蔵タンクであらかじめ混合され、混合された研磨材スラリーは、通常20~100MPaの比較的低い水圧で、噴霧のために切断ガンのノズルに送られる。

3.高圧水切断の特徴

(1)切断部の温度上昇が非常に小さく、切断部の温度は100℃以下であり、被加工物に熱変形や熱影響部がないため、切断される材料の材質や特性が変化しない。

(2)切り口の品質が高く、バリがなく、スラグが垂れ下がらず、切断面が垂直で平らで、平滑度が高い。

(3)切断幅が比較的小さい。純水切断の場合、ウォータージェットの直径は0.1～0.5mm、研磨タイプのノズル口径は1.2～2.5mm程度である。

(4)ワークのどの位置からでも、切削を開始または停止できる。

(5) 人体に有害なガスや粉塵を発生しないこと。

(6) 直火厳禁の場所でも使用できる。

主な問題は、ノイズが大きすぎることで、98~106dBに達し、ノイズのピーク周波数は2~3kHzで、かなり厳しいので、オペレーターは耳栓をする必要がある。

II.高圧ウォータージェットカッターの構成

高圧ウォータージェットカッターは、一般に図1に示すように、高圧水生成装置、切断ガンとノズル、駆動装置、水処理装置、水回収タンクから構成される。

1 - 研磨剤ホッパー
2 - 研磨剤またはスラリー
3 - 研磨剤インレット
4 - ワーク
5 - 研磨剤スラリー供給タンク
6 - 集水タンク
7 - 研磨ノズル
8 - ウォーターノズル
9 - カッティングガン
10 - 高圧水
11 - 超高圧ポンプ
12 - ウォーター・インレット

1.高圧水生成装置

一般的には、ポンプから供給される高圧水を20～32MPaから100～400MPaの超高圧にするためにブースターが使用される。

2.カッティングガンとノズル

切断ガンとノズル部品の構造概略図を図2に示す。純水タイプのノズルは、ほとんどがダイヤモンドやサファイアでできており、シンプルな構造で、ノズル孔は直径0.1～0.5mmの直円筒形である。

a) 純水タイプ
b) 砥粒入り高圧タイプ
c) 低圧研磨タイプ
1-高圧水
2-シーリングガスケット
3-ウォーターノズル
4-研磨剤
5-ミキシング・チャンバー
6-研磨ノズル
7-研磨剤入り高圧水
8 全切削ガン本体
9 ノズル

研磨剤タイプ（高圧）の構造は比較的複雑で、水ノズルの材質と口径は純水タイプと同じですが、研磨剤ノズルはタングステンカーバイドなどの硬質合金が一般的です。ノズル流路は2つの部分からなり、上部はゆっくりとテーパーが変化する円錐形、下部は非常に長い直円筒形で、開口部は1~2mmである。低圧プレミックス研磨剤の形で使用されるノズル（図2c参照）も炭化タングステン製だが、円錐部分は短い。

3.駆動装置

通常、X軸に沿って移動するワークテーブルとY軸に沿って移動する切断ガンを採用する。最大駆動速度は約50m/分である。位置決め精度は±0.1mm、繰り返し精度は±0.03mmに達する。切断プロセス中、ノズルとワークの間の距離を比較的安定的に維持するために、金属を切断する場合、静電容量式高さ自動調整装置が一般的に装備されている。

4.水処理装置

ろ過と化学処理を含む。0.45μm以上の水中の浮遊粒子をろ過した後、イオン交換または逆浸透膜を使用して化学処理を行い、水中のその他の望ましくない化合物を除去する。

5.集水タンク

噴出した水と研磨材を回収するために使用する。噴出した水と研磨材には運動エネルギーと騒音が残っているため、一般的に金属球を集水槽に入れて緩衝する。

6.いくつかの研磨剤の硬度

(表1参照）

表1 各種砥粒の硬度

III.高圧水切断のプロセスパラメーター

表2 金属材料の砥粒高圧水切断のプロセスパラメータ

注）ノズル口径は、純水タイプノズル口径／研磨タイプノズル口径。