JPH0724737A - アブレイシブウォータージェットの研磨材供給方法及び装置 - Google Patents

アブレイシブウォータージェットの研磨材供給方法及び装置

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JPH0724737A
JPH0724737A JP17571693A JP17571693A JPH0724737A JP H0724737 A JPH0724737 A JP H0724737A JP 17571693 A JP17571693 A JP 17571693A JP 17571693 A JP17571693 A JP 17571693A JP H0724737 A JPH0724737 A JP H0724737A
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Kazumi Daitoku
一美 大徳
Kazuma Inaoka
数磨 稲岡
Tomoharu Shimokasa
知治 下笠
Fujiya Nogami
不二哉 野上
Hiroyuki Matsumura
裕之 松村
Kiwa Ikemoto
喜和 池本
Chikafumi Tsujita
京史 辻田
Hidenao Tanaka
秀尚 田中
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アブレイシブウォータージェット研削加工に
おいて、研削能率を向上させ加工面の粗度の制御を可能
とする加工ノズルへの研磨材の加圧搬送方式の提供。 【構成】 高圧流体ジェット流に研磨材を0.5〜9.
9kgf/cm2 の加圧流体によって添加するに際し
て、研磨材の高速ジェット流に対する供給量の基準値を
重量比で0.1〜0.6の範囲内に設定し、かつこの研
磨材の供給量を前記基準値に対して±30%以内に制御
するもので、ノズルへの研磨材タンクに重量計を設け、
単位時間当たりの搬送量を計測して、この設定基準値に
応じて、研磨材の流量調整弁を調整することにより達成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高速流体のジェット流
に研磨材を添加して研削能力を高め、金属、石材、ガラ
ス、セラミックスなどの研削加工を行うアブレイシブウ
ォータージェット(AWJ)研削加工における研磨材の
供給に関する。
【0002】
【従来の技術】AWJ研削加工自体は従来から広く知ら
れており、このAWJ研削用ノズルへの研磨材の供給
は、当初は、特開昭50−157992号公報に記載さ
れているように、高速流体のジェット流による自然吸引
により搬送されたのち加速されて研削能力を高める方式
であった。
【0003】このAWJ研削加工における研削能は、ジ
ェット流の流速と共にこのジェット流に添加された研磨
材の量に関係するものであるので、自然吸引による搬送
方式の添加量には自ずから限界があり、その研削能も比
較的小さいものとならざるを得ず、しかも、供給状態も
不安定なものとなって、噴出する研磨材の分布が不均一
になって研削ムラができやすいという欠点があった。
【0004】この自然吸引による研削能の低さは、研磨
材の送給方法を加圧圧送方式にすることによって、ある
いは、公表特許公報昭63−501489号公報に記載
されている研磨材を高圧流体とともに同時に直接噴射す
る手段の採用によって改善されるようになった。
【0005】しかしながら、高密度の研磨材の噴出によ
って研削能は増大しても、研磨材の供給量が切出し機械
のみならず、搬送媒体の流体条件、圧力、流量によって
影響を受けるため操作が煩雑であっり、搬送研磨材の送
りに研磨材ロットや温度、湿度等の環境条件によって変
動を生じ、研削ノズルからの研磨材の噴出量が一定とな
らず、研削量が変化し、加工精度を上げることは困難で
あった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、AW
J研削加工において、研削能率を向上させ加工面の粗度
の制御を可能とする加工ノズルへの研磨材の加圧搬送方
式を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧力500k
gf/cm2 (5000Mpa)以上の条件の高圧流体
ジェット流に研磨材を0.5〜9.9kgf/cm2
加圧流体によって添加するに際して、その供給量を主と
して重力の作用と流量調整用のバルブあるいはオリフィ
スの開度によって調節し、供給量が搬送媒体の流体条件
によってほとんど影響されないようにするとともに必要
に応じて、さらに、研磨材の高速ジェット流に対する供
給量の基準値を重量比で0.1〜0.6の範囲内に設定
し、かつこの研磨材の供給量を前記基準値に対して±3
0%以内に制御することによってその目的を達成した。
【0008】上記、研削材の供給量を基準値に設定して
その制御範囲内に抑えるための制御は、ノズルへの研磨
材タンクに重量計を設け、単位時間当たりの搬送量を計
測して、この設定基準値に応じて、搬送気体の流量調整
弁を調整することにより達成できる。
【0009】
【作用】圧力500kgf/cm2 (5000Mpa)
以上の条件の高圧流体ジェット流に研磨材を安定して添
加するためには、研磨材搬送のための加圧流体の圧力は
0.5〜9.9kgf/cm2 (5.0〜99Mpa)
が望ましい。0.5kgf/cm2 未満であると搬送能
力が不足し研磨材の量に変動が生じる。9.9kgf/
cm2 超であると大量の高圧気体が必要となり、ノズル
内でキャビテーションが発生し高速ジェット流が乱れ効
率が悪くなる。また搬送気体用の動力が大きくなりラン
ニングコストが大きくなる。
【0010】さらに、上記条件の下で、鋼板のような広
面を研削するのに適した高速研削能を得るためには、研
磨材は高圧ジェット流の水量に対し重量比で0.3以上
の割合で供給する必要がある。しかしながら、0.6超
であると研削能が飽和してしまう。
【0011】この0.3〜0.6の供給率の範囲内にお
ける基準は、要求されるランニングコスト、タクトタイ
ム、加工面品質を満足すべく被研削材の手入れ面積の大
きさ、疵の深さ、長さ、被研削材の表面状態、材質によ
って、また、研磨材の種類や再利用性の可否等によって
決定される。
【0012】さらに、この供給割合の下で、鋼板の表面
疵、割れ等を除去し、その表面粗さを漏洩磁束法による
疵検査のために必要な150μm以内に抑えるために
は、上記高圧流体ジェット流に対する研削材の供給量の
基準値である0.3〜0.6の範囲内で±30%以内の
制御範囲に制御する必要がある。
【0013】この制御範囲が絶対値で30%以上である
と、研削面に大きなうねりが発生し、研削ムラとなり、
目標とする150μm表面粗さを達成することはできな
い。
【0014】
【実施例】
実施例1 図1は、本発明を実施するためのアブレイシブウォータ
ージェット(AWJ)の研削システムを示す。
【0015】同図において、1はアブレイシブウォータ
ージェットノズルであって、低圧水ポンプ2からの増圧
機3によって増圧した水はアキュムレータ4を経てノズ
ル1に供給される。研磨材タンク5からの研磨剤を添加
供給したジェット水は、ノズルlから噴出してワークW
を加工した後、スラリーポンプ6により研磨材回収再利
用系7に送られ、研磨材は、再度研磨材タンク5に回収
される。また研磨材の減少分は研磨材補給ライン8によ
り研磨材タンク5に供給される。
【0016】研磨材タンク5への研磨材の供給は、ノズ
ルへの流量調節バルブ9、高圧気体バルブ10を閉じ、
研磨材補給ライン8のバルブ11と回収再利用系7のバ
ルブ12を開けて補給用と回収再利用研磨材を供給す
る。研磨材タンク5が所定の量になったとき、バルブ1
1、12を閉じ流量調節弁9を適宜開度開け高圧気体1
0を開き高圧気体とともにノズル1に研磨材を搬送す
る。研磨材の供給量はロードセル13で測定し制御装置
14で演算し、その結果を流量調節バルブ9にフィード
バックし研磨材の主として重力による流出量を制御する
ことにより研磨材の供給量を制御する。
【0017】研磨材タンク5には、ノズル1へ導入され
るジェット水流によって生じる負圧によって、砥粒は自
然吸引されるともに、加圧された搬送エアにより研磨材
タンク5に搬送されるので、砥粒は大量に且つ定量的に
安定して供給できる。
【0018】上記図1に示すシステムを利用して、ジェ
ット流に対する研磨材供給量の変化と表面粗度との関連
を調べた。
【0019】上記、図1に示すシステムにおいて、ウォ
ーターノズル径を0.95mmとし、スタンドオフ距離
を15mm、投射角度を45°、トラバース速度を20
00mm/minと設定して、水圧が2750kgf/
cm2 で、研磨材として、鋭い突起の態様を有する鋳鉄
グリットで、粒径650〜750μmのものを用いてS
US鋼板に噴射したときの研削効果を圧送方式と自然吸
引方式で比較した。圧送方式では搬送気体圧力5kgf
/cm2 とした。
【0020】図2は、本発明による圧送方式による水量
と研磨剤供給量の関係を、従前の自然吸引方式との比較
で示した図である。本発明の場合、研磨材のジェット水
流に対する重量比Rを0.3〜0.6の範囲内の適当な
基準値に設定し、その誤差を±30%以内に制御する。
【0021】図3は、研磨剤供給量と研削能率の関係を
示した図であり、条件としてウォーターノズル径0.9
5mm、スタンドオフ15mm、投射角度45°、トラ
バース速度2000mm/min、水圧2750kgf
/cm2 で研磨材FG70を使用して特性を調査したも
ので、研削量は、研磨材のジェット水流に対する重量比
Rが0.6程度まで供給量の増加とともに上がってお
り、自然吸引の場合(通常R=0.2以下)と比較し
て、研削効率において優れていることがわかる。
【0022】図4は、0.95mm径のノズルから、2
750kgf/cm2 圧で20リットル/分のジェット
水流に、研磨材の供給圧力を2kgf/cm2 とし、研
磨材の供給量を8kgf/cm2 、供給率Rを0.4基
準値にして、SUS鋼板上に、距離間隔を15mm、投
射角度を45度、トラバース速度を2000mm/分、
研削ピッチを3mmにして、研削を行った結果の表面粗
度を研削能率との関係で示す。これを、研磨材供給率が
本発明の範囲外、その制御率を±30%超にばらつかせ
たときの粗度を併せて示す。
【0023】この結果から、研磨材の供給量が±30%
以上にばらつくと研削量がそれにほぼ比例して変化する
ため、研削面に大きなうねりが生じ表面粗度が100〜
250μm程度までばらつくが、±30%以内に制御、
なめらかな研削面が得られることが分かる。
【0024】実施例2 実施例1に対して、実施例2は、研磨材の搬送圧力と研
削量の関係を確認するための実施例である。
【0025】ウォータージェットノズル径を0.95m
mとし、スタンドオフ距離を15mm、投射角度を45
°、トラバース速度を2000mm/minと設定し
て、水圧が2750kgf/cm2 で、研磨材FG−7
5を用いてSUS鋼板に噴射した。圧送方式で搬送気体
圧力を2kgf/cm2 、4kgf/cm2 、6kgf
/cm2 、8kgf/cm2 、10kgf/cm2 の5
段階で試験した。
【0026】図5は、圧送方式により搬送気体の圧力を
変化させ、研磨材量を変化させた場合の研削能率の変化
を示した図である。
【0027】この図から、研磨材の搬送圧力を変化させ
ても、研磨材供給量はほとんど変化しないことが分か
る。なお、研磨材の供給量は自動制御を行なわなくても
研磨材の排出が前述した如く、主として重力と流量調節
用バルブあるいはオリフィスの開度によって決定される
供給方法、構造であるため、基本的に大きな変動は生じ
ない。
【0028】実施例3 この第3の実施例は、被研削材の材質の違いによる研削
能率の条件を確認するための実施例である。
【0029】ウォータージェットノズル径を0.95m
m、スタンドオフ距離を15mm、投射角度を45°、
トラバース速度を2000mm/minと設定して、水
圧が2750kgf/cm2 で、研磨材FG−75を用
いてSUS、Hi−C、普通鋼鋼板に噴射した。
【0030】図6は、SUS、Hi−C、普通鋼の研削
速度制御を比較した図である。
【0031】図7は、研磨材流量調節バルブ9の開度と
研磨材供給量の関係を示した図である。
【0032】この図6と図7とから、以下のことが分か
る。
【0033】被研削材の材質の違いによって研削能率は
異るとともに、研磨材流量調節バルブの開度を変化させ
ることにより、研磨材の搬送量を制御できる。
【0034】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。
【0035】(1) 脈動を生じることなく、高密度で
研磨材をジェット流内に搬送できるので高効率による研
削が可能となる。
【0036】(2) 加工の態様に応じての段階的な制
御が可能であるので、研削精度において優れたものとな
る。
【0037】(3) 砥粒の定量的な供給により切断・
研削時のムラがなくなり均一で綺麗な切断・研削面が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に適用するアブレイシブウォータージ
ェット研削システムを示す。
【図2】 水量と研磨剤供給量の関係を示す。
【図3】 研磨剤供給量と研削能率の関係を示した図で
ある。
【図4】 研削能率と粗度の関係を圧送方式と自然吸引
方式で比較した図である。
【図5】 圧送方式により搬送気体の圧力を変化させ、
研磨材量を変化させた場合の研削能率の変化を示した図
である。
【図6】 材料別の研削速度を比較した図である。
【図7】 研磨材流量調節バルブの開度と研磨材供給量
の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 アブレイシブウォータージェットノズル 2 低圧水ポンプ 3 増圧機 4 アキュムレータ 5 研磨材タンク W ワーク 6 スラリーポンプ 7 研磨材回収再利用系 8 研磨材補給ライン 9 研磨材流量調節バルブ 10 高圧気体バルブ 11,12 バルブ 13 ロードセル 14 制御装置 15 高圧気体導管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲岡 数磨 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 下笠 知治 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 野上 不二哉 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 松村 裕之 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 池本 喜和 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 辻田 京史 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 田中 秀尚 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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アブレイシブウォータージェットの研磨
    材供給と流量調節用オリフィスとを備え、研磨材タンク
    よりの研磨材の排出が主として重力と流量調節用のバル
    ブあるいはオリフィスの開度によって行なわれるアブレ
    イシブウォータージェットの研磨材供給方法。
  2. 【請求項2】 圧力500kgf/cm2 (500Mp
    a)以上の条件の高圧流体ジェット流に研磨材を0.5
    〜9.9kgf/cm2 の加圧流体によって添加するに
    際して、研磨材の高速ジェット流に対する供給量の基準
    値を重量比で0.1〜0.6の範囲内に設定し、かつこ
    の研磨材の供給量を前記基準値に対して±30%以内に
    制御する請求項1記載のアブレイシブウォータージェッ
    トの研磨材供給方法。
  3. 【請求項3】 ノズルに供給するための研磨材収容タン
    クに、研削材の供給量を基準値に設定しノズルへの研磨
    材タンクに単位時間当たりの搬送量を計測する重量計
    と、同研磨材タンクから供給される研磨材の流量を調整
    する調整弁とを設けた請求項2記載のアブレイシブウォ
    ータージェットの研磨材供給装置。
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