JPH06339900A - ワークの切断加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】金属製筒状や中実状のワークをウォータージェ
ット切断するに際し、切断面や縁部を滑らかにし、製品
精度を高め、歩留りを良くし、工数、コストの低減を図
る。 【構成】筒状のワーク１''内のノズル３に対応する部分
に平行なスリット９，９、及び、１９，１９等を形成す
るように一対のプロテクター８，８、及び、１８，１８
等を両側部から装入し、ノズル３からアブレイシブウォ
ータージェット４を噴射する。ワーク１''を貫通したア
ブレイシブウォータージェット４はプロテクター８，
８、及び、１８，１８等の平行に相対向するスリット
９，９、及び、１９，１９等にガイドされ拡散せず通過
し、内側においても乱れなく通過することから、入口や
出口に肩だれやバリ，マクレ等が生ぜず、平坦な切断面
の仕上がりが出来、ワンパスで高精度の切断が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】開示技術は、金属製のパイプ等の
筒状ワークや金属製棒等の中実状のワークを所定高圧の
アブレイシブウォータージェットにより切削，切断する
技術の分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、機械装置等各種の設備にあ
っては複数部品の組み合わせから成るものが多く、各ユ
ニット部品は勿論のこと、全体装置にあっても当然のこ
とながらその精密さは高い精度で要求され、したがっ
て、これらの各ユニット部品の製作にあってはそれらの
端面等の加工は設計通りの極めて高い精度が要求され
る。

【０００３】又、これらの加工に際し、コスト的な要請
から工数低減も要求され、その限り、少い工数で、高精
度の加工が必然的に要求されるようになり、素材ワーク
に対する切削や切断の成形加工も工数削減のため、ワン
パスでシャープな加工が望まれるようになって、旧来の
カッター，グラインダー等による機械的切削，切断は後
工程による仕上げ加工が必要で、しかも、歩留りが悪い
という低コスト化に逆行するデメリットがあった。

【０００４】又、溶断等の手段では母材の熱変性や歪変
形，ドロス付着等を伴うことから、精密機械部品の加工
等には精密機械部品や薄肉厚の部品等の加工には不適で
あるという難点があった。

【０００５】そして、近時開発された極めて新しいレー
ザー切断等の加工は設備投資的にコスト高になる不利点
があるうえに、母材の熱変形や歪変形，ドロス付着等の
問題が皆無ではなく、又、ワーク材質や形状等によって
一部適用困難なケースが存在する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これに対し、超高圧の
水を極細のジェットにしてノズルからワークに超音速で
噴射しその動圧により切削や切断を精密に加工すること
が出来る所謂ウォーターノズルや、更に、これらにガー
ネットサンド等の砥粒を混入させたアブレイシブウォー
タージェットが開発され、種々の改良を施されて各種の
機械製造産業に実用化されるようになってきた。

【０００７】更に、さまざまな改良が加えられて高精度
で、且つ、高能率、そして、低コスト化が促進される技
術が開発されてきている。

【０００８】ところで、各種機械部品にあってはパイプ
等の筒状ワークや棒等の中実状ワーク、及び、型鋼状ワ
ーク等バー状素材から所定長のユニット部材を切削，切
断により成形加工する態様が極めて多いものであるが、
製品歩留りやコスト等の点からこれらの切削，切断は設
計通りにネットシェイプに正確に行われることが望まれ
る点から上記ウォータージェットやアブレイシブウォー
タージェットが採用されるようになってきている。

【０００９】ところで、図１２に示す様に、断面円形の
パイプの筒状や棒等の中実状のワーク１とウォータージ
ェットヘッド２のノズル３との取り合いの関係から切削
や切断時に両者を相対移動させ、ジェットを噴射するに
所謂スタンドオフが一定とは限らないことから、ジェッ
トの潜在的流動性により当該ジェットの拡散が避けられ
ず、例えば、ワーク１が図９に示す様に、棒等の中実状
のワーク１' である場合にはノズル３からのジェット４
が拡散することによりスタンドオフ距離が最も大きくな
る切断開始点７、及び、終了点７' の部分で切断幅が増
大し、且つ、切断エッジの肩だれを生じ、切断面の平坦
度が非常に悪くなり、二次加工が必要となって、結果的
にコスト高につながるというデメリットがあった。

【００１０】而して、図１２に示す如く、ワーク１' と
ノズル３との距離がＮＣプログラム等を介して制御する
ことによって、スタンドオフ距離の変動はある程度押え
られ、したがって、端面の平坦度の不良も若干改善する
ものの、ノズル３の外径がある程度の大きさを有するた
め、スタンドオフ距離の完全な制御は基本的に不可能で
あり、切断精度の根本的な解決にはなり得ない欠点があ
る。

【００１１】このことは、図１１に示すワーク１''がパ
イプ等の筒状のワークである場合においても、その切断
部５' の外周部に同様の問題があり、更にこの場合は、
ワークが１''中空状であるがために、該ワーク１''の上
部を切断貫通した噴流がワーク１''の下部を切断するに
際し、スタンドオフ距離が約直径分だけ増大するに加え
て、上部の切断による噴流の乱れも加わって、ジェット
４が著しく拡散する結果、当該図６に示すが如く、下部
１７' の切断幅が上部１７に比較して顕著に拡大すると
共に、切断エッジの肩だれも過大となる不都合があっ
た。

【００１２】尚、この場合、中空部分に適当な外径の丸
鋼等の中子を挿入することによって、ある程度、切断面
の平坦度は改善されるが、消耗品的に使用する中子がコ
スト高につながり、したがって、このような方法はスポ
ット的な加工には用いられても量産手段とはなり難いと
いう難点があった。

【００１３】以上の如く、ウォータージェットやアブイ
シブウォータージェットによって、パイプ等の筒状ワー
クや棒等の中実状ワーク、及び、型鋼状ワーク等長尺の
バー上素材から所定長のユニット部材を切断加工する際
には、他の機械式、或いは、熱的切断法と比較して、材
質変化や歪変形、並びに、バリやドロス等の発生や付着
が無い反面、ジェットの潜在的流動性によって、切断端
面の平坦度等との加工精度が低下し、やはり、不可避的
に仕上げ工程を必要とし、したがって、工数が多く、製
造が煩瑣となるうえに歩留りも悪くなり、その本来的メ
リットが生かされないという不都合さがあった。

【００１４】而して、出願人の先願発明である特開平１
−３４７００号公報発明には積層状ワークをアブレイシ
ブウォータージェットにより重ね切りする技術が開示さ
れているが、上記パイプ等の中空素材や棒状素材の所定
ユニット長の切断加工をするには上述同様の問題があっ
た。

【００１５】

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づく筒状や中実状等のワークに対するウォータージェ
ットによる切断の問題点を解決すべき技術的課題とし、
金属製ワークのみばかりでなく、合成樹脂製やセラミッ
ク製のワークに対する切削や切断をもウォータージェッ
トにより、その本来的なメリットを生かして設計通りの
精度加工することが出来るようにして各種製品製造産業
における加工技術利用分野に益する優れたワークの成形
加工方法を提供せんとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、金属、或いは、複合材
料製の筒状や中実状等のワークに対する切削や切断等に
よる成形加工を行うに際し、ノズルとワークとの取り合
いの関係で相対的スタンドオフ距離が変動する場合、或
いは、中空部分やオーバーハング状部位等のギャップが
存在する場合であっても、ジェットの入口側、或いは、
出口側、又は、両側に耐摩耗を有するプロテクター、即
ち、筒状ワークにあっては少くともその内部に中実状の
プロテクターを、又、中実状のワークにあってはその外
側にスリーブ状のプロテクターを該ジェットの幅に略等
しいスリット幅を持たせて相対向させ、通過するウォー
タージェットをガイドし、逸散しないようにワークの切
断加工部位の入口側から出口側にかけて可及的に同一ジ
ェット幅であるようにして、切削や切断の加工面が平坦
で精度良く、更に、肩だれやバリ，マクレ，カケ等が生
ぜず、そして、ジェットがワークに対して相対的にトラ
バースして所定の切削，切断を行うに際し、その始端や
終端、更には、入口側，出口側に於ても製品の精度が保
証され、歩留りも良く、工数削減にプラスし、コストダ
ウンにつながるようにした技術的手段を講じたものであ
る。

【００１７】

【実施例】次に、この出願の発明の実施例を図１、乃
至、図８に従って説明すれば以下の通りである。

【００１８】図示実施例はいづれもアブレイシブウォー
タージェットにより金属製のワークを切断する態様であ
り、図１，２に示す実施例においてワーク１''がパイプ
の筒状のワークであって、所定長さのワーク１''を所定
ユニット長のパイプをその端面が可及的に平坦であるよ
うに成形加工するものであり、アブレイシブウォーター
ジェット４により切断加工するに際し、ワーク１''の両
端部から耐摩耗性の中実状のプロテクター８，８をその
相対向する平行な平面をジェット４のノズル３からの噴
射の幅に可及的に近接させたスリット幅９，９にし、更
に、外側にも同様のスリット幅１９，１９でスリーブタ
イプの同じく耐摩耗性のプロテクター１８，１８を相対
向させて、そのセットについては当業者にとり何ら困難
性なく、ノズル３の対応部分にセットすることが出来る
ものである。

【００１９】そして、切断加工に際してはワーク１''
側、或いは、ノズル３側を所定に相対移動させて該ノズ
ル３からのアブレイシブウォータージェット４がワーク
１''の上面を横断してトラバースするようにする。

【００２０】そして、ノズル３からのアブレイシブウォ
ータージェット４がワーク１''に噴射されて切断が開始
され、該ワーク１''とノズル３の相対移動による切断が
なされてゆき、その間、該ノズル３からのアブレイシブ
ウォータージェット４がプロテクター８，８、及び、１
８，１８等の平行面をなすスリット幅９，９、及び、１
９，１９等にガイドされ、且つ、該プロテクター８、及
び、１８がノズル３と同材質の高耐摩耗性にされている
ことにより、入口側から出口側まで拡散せず、ジェット
径は一定に拘束されて通過し、出口側に於いても鋭利な
切削作用を行い、したがって、当該出口側に於いても所
謂肩だれやバリ，マクレ，カケ等、更に切断幅の増加等
も生ぜず、その切断面は設計通りに著しく高精度に形成
させることが出来る。

【００２１】更に、このプロテクターは耐摩耗を有して
いるので繰り返し再利用が可能である。

【００２２】尚、丸棒状等の中実状素材についての実施
態様については特に図示していないが、上述実施例から
明らかなように、凹凸部を補完する形の外部スリーブ状
プロテクターのみを用いれば良い。

【００２３】次に、図３，４に示す実施例においては、
ワーク１''' が断面方形の中空状の棒体にされ、更に、
中空部分が２層にされている態様であるが、基本的には
上述実施例と同様に、内部の中空部分に中実のプロテク
ター８' ，８''、及び、８'，８''を、更にその外側に
スリーブ状のプロテクター１８' ，１８' をノズル３か
らのジェット４の径と同一サイズになるように、又、該
ノズル３に対応する部位に初期セットされており、した
がって、常にアブレイシブウォータージェット４はワー
ク１''' に対しプロテクター８' ，８''や８' ，８''、
並びに、１８'，１８' に相対向する平行スリット９'
，９' や９''，９''、及び、１９' ，１９' にガイド
されることにより拡散されずに入射され、設計通りの精
度で切断加工が行われてゆく。

【００２４】尚、当該実施例の場合は外形が方形である
ので、外部のスリーブ状プロテクターは場合によって
（例えば、ワーク１''' の高さが比較的低い場合等）省
略しても実用的にはさしつかえない。

【００２５】次に、図５，６に示す実施例においてはＨ
型鋼等の中実のバー状素材に対して所定ユニット長に切
断加工する場合の態様であり、当該実施例においてはワ
ーク１''''のオーバーハング部位にプロテクター８'''
，８''' をノズル３に対応する所定位置に所定スリッ
ト幅にて相対向させるようにしているが、その作用，効
果は上述の各実施例と基本的に同一であり、プロテクタ
ー８''' ，８''' にガイドされた拡散の抑制されたジェ
ットによって設計通りの平坦な切断端面を形成すること
が出来るものである。

【００２６】次に、図７，８に示す実施例においては図
１，２に示した実施例の筒状のワーク１''を切断して形
成加工するに際し、両端部から内装するプロテクター
８，８の相対向するスリット幅９，９を近傍部位のみ超
鋼合金１０，１０により形成させた態様であり、アブレ
イシブウォータージェット４による切削態様ではプロテ
クターの耐久性とコストの面で特に効果的なものであ
る。

【００２７】更に、当該実施例にあっては、ワーク１''
に対するノズル３の相対トラバースの方法として、ノズ
ル３を固定とし、ワークを適宜回転駆動系を介して回転
させた場合の態様を示しているが、このような態様を用
いることにより、外部のスリーブ状プロテクターを省略
することも可能となる。

【００２８】尚、この出願の発明の実施態様は上述各実
施例に限るものでないことは勿論であり、対象とするワ
ークはパイプにあっては断面円形のパイプばかりでな
く、断面楕円型であっても、又、中実状ワークも多角形
の断面のものでも良く、又、ワークの材質は金属製ばか
りでなく合成樹脂製、或いは、セラミック製、更には、
木製のものであることもまた勿論のことである。

【００２９】そして、ワークの周面にトラバースするウ
ォータージェットは素材の長手方向に対して直角方向ば
かりでなく、斜め方向に横断して切断する等種々の態様
が採用可能である。

【００３０】又、ウォータージェットはアブレイシブウ
ォータージェットばかりでなく、従来のウォータージェ
ットも採用可能であることは勿論のことである。

【００３１】

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、切断端
面が基本的に本来的に平坦で高精度の切削による切断が
可能であるウォータージェット、或いは、アブレイシブ
ウォータージェットを用いて切断を行うに際し、筒状の
ワークに対しては少くともその内側に、中実状のワーク
に対してはその外側に相対向する面が噴射されるジェッ
トの径にほぼ等しいスリットを有するプロテクターにジ
ェットをガイドさせて該ジェットを噴射させることによ
りワークに噴射されて切断を行うジェットが拡散を生ぜ
ず、入口側と出口側に於いて常に同一径のジェットを保
持することが出来ることにより、切削面は極めて平坦，
鋭利であり、肩だれやバリやマクレ等が生ぜず、したが
って、切断されたワークを最終製品の素材部品として採
用することが出来、組み付け精度も良好に保て該最終製
品の精度に対する信頼を保持することが出来るという優
れた効果が奏される。

【００３２】又、設計寸法通り切断が出来るために、素
材ワークの歩留りが良く、コストを高くしないで済むと
いうメリットがあり、又、本来的な高精度を有するウォ
ータージェットの利点が生かされ、仕上げ加工等もせず
に済み、この点からも工数削減によるコストダウン、並
びに、素材の歩留りの向上を図ることが出来るという効
果がある。

【００３３】そして、対象とするワークは筒状や中実状
等のバー状ワークばかりでなく、ブロック状のワークを
も対象とすることが出来、又、ノズルのワークに対する
スタンドオフ量が変動しても、ジェット径を保持するこ
とが出来るためにワーク、及び、ノズルの相対回動の自
由度を保持させることが出来、設備設計等も極めて自由
度の高いものにすることが出来るというメリットもあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の１実施例の部分断面側面図で
ある。

【図２】同、断面正面図である。

【図３】同、他の実施例の部分断面側面図である。

【図４】同、断面正面図である。

【図５】別の実施例の部分断面側面図である。

【図６】同、断面正面図である。

【図７】他の実施例の部分断面側面図である。

【図８】同、拡大側面図である。

【図９】一般態様の中実状ワークのウォータージェット
により切断の部分断面側面図である。

【図１０】同、別態様の中実状ワークのウォータージェ
ットにより切断の部分断面側面図である。

【図１１】同、筒状ワークのウォータージェットによる
切断の断面側面図である。

【図１２】同、別の態様のワークとウォータージェット
のスタンドオフ変化の模式断面図である。

【符号の説明】

１，１' ，１''，１''' ，１''' ワーク ４ ウォータージェット ９，９' ，９''，１９，１９' スリット ８，８' ，８''，８''' ，１８，１８' プロテクター ３ ノズル ２ ノズルヘッド ５，５' 切断部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻田 京史 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 石田 公成 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウォータージェットを投射してワークを切
   断するようにしたワークの切断加工方法において、該ワ
   ークの切断部位に上記ウォータージェットの入口側，出
   口側の少くとも一方に、上記ウォータージェットのジェ
   ット幅を規制するスリット幅を有するプロテクターを添
   設して該スリット幅部分にウォータージェットを投射す
   るようにすることを特徴とするワークの切断加工方法。
2. 【請求項２】上記ワークが中空のバー状であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のワークの切断加工
   方法。
3. 【請求項３】上記ワークが中実のバー状であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のワークの成形加工
   方法。
4. 【請求項４】上記ワークが型鋼のバー状であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のワークの切断加工
   方法。