Waterjet cutting has transformed the metal fabrication industry with its ability to cut through various metals with fantastic accuracy and efficiency. This advanced technology uses a high-pressure stream of water and abrasive materials to cut through metal like a hot knife through butter.

This article will cover everything you need to know about waterjet cutting metal. So, let’s dive right in!

Can A Waterjet Cut Metal?

Yes, a waterjet can cut metal. A water jet cutter is a powerful industrial tool that can cut various materials. It uses a jet of water or a mixture of water and abrasive material at very high pressure.

When the jet does not contain any abrasive material, it is called a pure waterjet or water-only cutting, and it is suitable for cutting soft materials like wood or rubber. When the jet has added abrasive material, it is called an abrasive jet, and it can cut hard materials like metal, stone, or glass.

How Does Waterjet Cutting Metal Work?

Waterjet cutting metal is a non-thermal process that uses a high-pressure stream of water mixed with abrasive particles to cut through materials. Here’s how it works:

Water And Abrasive

The waterjet cutting method is a mechanical sawing procedure that uses a fine stream of water combined with crushed garnet (or other abrasive materials) to create sharp particles. Garnet is commonly used for cutting metal plates due to its hardness.

Speed And Pressure

Water is pressurized to ultra-high pressure to cut through rigid materials, ranging from 50,000 to 90,000 PSI.

The water is then ejected through a small aperture, typically between 5 and 15 thousandths of an inch in diameter, resulting in a supersonic jet of water.

Incorporating Abrasive

The water stream passes through a chamber and mixes with the abrasive particles, ensuring they are thoroughly incorporated and traveling in the same direction. This mixture is then sent through a focusing tube or nozzle.

Cutting Process

The supersonic stream of water and abrasive emerges from the focusing tube and wears through the material.

Each abrasive particle erodes a small quantity of material, producing very little heat. The water stream rapidly cools any heat generated, preventing a heat-affected zone.

Straight And Accurate Cuts

The high speed of the water stream keeps the abrasive particles on a straight path even after they leave the focusing tube. This results in precise, straight cuts on various materials without a heat-affected zone.

What Types Of Metal Can Be Cut With A Waterjet?

Metal is a common and widely used material often cut in machining shops. Waterjets can cut these metals fast, accurately, and cleanly. Waterjet can cut a variety of metals with ease and precision. Some of the metals that waterjet can cut are:

Tool steel

This metal is hard to mill with conventional methods, especially after hardening. Waterjet cutting simplifies the profiling of tool steel.

Also, you can harden it before or after cutting. The hardness of the steel has little effect on the waterjet’s performance.

チタン

This metal is rare and expensive and poses a challenge to traditional machining methods. Waterjet cutting offers a cost-effective solution for cutting titanium, allowing for tight nesting, optimal material use, and offcut reuse.

Waterjets also produce very little waste when cutting titanium. This means you can save some materials and get a neat and flawless finish every time! Waterjet cutting also preserves the quality of titanium, as it does not generate heat or stress.

Copper and brass

These metals are difficult to cut with conventional tools, as they tend to clog them. They are also unsuitable for laser cutting, as they reflect the beam.

Waterjet cutting can easily cut copper and brass without any problems, making it the best option for these metals.

アルミニウム

Aluminum is one of the easier metals to cut with waterjets because of its relative softness. This metal is lightweight and strong but also prone to deformation.

Usually, a laser can cut aluminum up to 8 mm thick, but a waterjet can cut it up to 170 mm thick with excellent results. Waterjet cutting can also handle complex shapes and intricate details that aluminum requires.

Steel (mild and stainless)

This metal is suitable for plasma, laser, and waterjet cutting, even after hardening. Plasma can cut steel up to 80 mm thick, laser up to 25 mm thick, and waterjet up to 170 mm thick.

Waterjet cutting is a good option for heat-sensitive products, as it does not produce heat or heat-affected zones.

Alloys

Waterjets can also cut metal alloys that are usually hard to cut with other methods, such as Inconel and Hastelloy. Waterjets do not cause any burning, slag removal, heat distortion, or molecular change in these alloys.

Other cutting methods may take too long, stress the material too much, or wear out the cutting tools. Waterjets offer a more economical and efficient alternative.

Applications Of Waterjet Cutting Metal

Regarding precision cutting in the metal industry, waterjet cutting has emerged as a highly efficient and versatile solution. Here are the numerous applications of waterjet cutting in the metal industry:

Automotive Industry

ウォータージェット切断機は、自動車産業において幅広い用途がある。さまざまなタイプのウォータージェットで、自動車の外装部品や内装部品を切断することができる。砥粒入りウォータージェットは金属ボディパネルの切断に最適で、純水ウォータージェットはカーペットや断熱材のような柔らかい素材を扱うことができる。

また、ウォータージェット切断では、5軸または6軸の機械を使用することで、複雑なエンジン部品のような複雑な形状やフォームを作成することができます。この多軸切断プロセスにより、加工コストを削減し、自動車産業における多くの小型部品の生産効率を高めることができる。

自動車産業におけるウォータージェット切断の主な利点のひとつは、熱や有害なガス、蒸気を発生させることなく、滑らかでバリのない表面を作ることができることです。また、廃材の量を最小限に抑え、高品質な仕上がりを実現します。

航空宇宙産業

ウォータージェット切断は、その多用途性と精度の高さから、航空宇宙産業において極めて重要です。複雑な宇宙船の部品を成形する場合でも、航空エンジンの金属部品を切断する場合でも、ウォータージェット切断は比類のない精度と品質を保証します。

航空宇宙および航空産業におけるウォータージェット切断の重要な利点の1つは、熱変形や損傷を引き起こすことなく、熱に敏感な材料を切断できることです。これにより、わずかなミスや構造的な欠陥、そして潜在的に悲惨な結果を防ぐことができます。

これらの産業では、ウォータージェットカッターを使用して、次のような製品を製造しています。 航空機用複合材料 を開発し、ジェットエンジンやタービンブレードなどの部品を製造している。この方法では、複合材料、チタン、アルミニウムなどの素材から複雑な形状を驚くほどの精度で正確に切断することができる。厚さ11インチまでの材料を扱うこともできる。

エレクトロニクス産業

ウォータージェット切断は、シリコンウェーハの切断やプリント基板の作成など、エレクトロニクス産業で多くの用途があります。また、スマートフォンやノートパソコン、回路基板などの電子機器に使用される金属部品の精密な切断や成形も、ウォータージェット切断で可能になりました。

ウォータージェットカッターは、壊れやすい電子部品を傷つけることなく高精度を実現できるため、この業界に適している。

また、ウォータージェット切断は熱を発生させない冷間加工であるため、熱に敏感な部品が使用されるエレクトロニクス産業にとって有益である。

金属加工

ウォータージェット切断は、金属加工工程で広く使用されています。複雑な形状の切断でも、精密な穴の加工でも、ウォータージェット切断は比類のない精度とスピードを提供します。ステンレスやアルミニウムなどの厚い金属も切断できる。

そのため、さまざまな素材を扱う加工業者にとって、優れた選択肢となる。ウォータージェット切断によって生み出されるきれいなカットは、二次的な仕上げ工程の必要性をなくし、時間とコストの両方を節約します。

防衛部門

アブレイシブ・ウォータージェット切断は、防衛分野における軍用装備品の部品やコンポーネントの製造に使用されている。車両や個人の装甲に使用されるケブラー複合材や、250mmまでの厚い鋼板を切断することができる。

アブレイシブ・ウォータージェット切断は、金属、複合材料、セラミックなどの最も強靭な材料を切り裂くことができるため、防衛に理想的です。また、材料の分子構造や特性を変えることなく、正確で複雑な形状を作ることができるという利点もあります。

医療部門

ウォータージェット技術には、医療分野、特に製造業において多くの利点がある。 インプラントと補綴.

ウォータージェット切断は、その精度と衛生面から医療分野に最適です。医療機器や診断機器用の小さな材料の切断に使用されます。

建築・視覚芸術

ウォータージェット技術は、石、ガラス、金属、その他の素材に複雑で正確なカットを施すことができます。厚さ1mmから300mmまで、従来よりもはるかに速く、効率的に切断することができる。

そのため、ステンドグラスの窓や装飾的な金属パネルなどの建築用途に適している。

ウォータージェットによる金属切断の利点

ウォータージェットカッティング EDMワイヤーカット、プラズマ、マシニング、レーザーなどの他の技術とは一線を画している。以下はその例である：

コスト効率

ウォータージェット切断の主な利点の1つは、1時間あたりわずか約$14.00という低運用コストです。これは、製品の材料、労働力、利益率などを考慮した後の最終的な価格です。

しかし、研磨材を使用する必要がある場合は、追加料金を支払わなければなりません。研磨剤のコストは、1ポンドあたり$0.20～$0.35です。ポンプパワーと切断時間にもよりますが、1時間あたり$35.00まで使用できます。

ウォータージェット切断は、設計から切断への素早い移行、速い切断速度、素早いセットアップ時間など、他の方法でもコストを削減します。接線力が小さいので、ほとんどの場合、材料をクランプする必要はありません。

熱や化学薬品を使わない

コールド・カッティング」と呼ばれるこのタイプの侵食に使用されるのは、水と研磨剤だけである。水流は、浸食プロセス中に発生するあらゆる熱を冷却する。これにより、プラズマ、レーザー、機械加工でしばしば発生する曲げや歪み、材料の硬化を避けることができ、さらなる加工が不要になる。

また、水蒸気や煙が発生しないため、環境や作業者にとっても安全である。浸食の過程で発生する粉塵はすべて水に閉じ込められ、後で安全に濾過される。

優れたエッジ品質

ウォータージェット切断が提供するエッジの品質は、プロがそれを選択する主な理由の一つです。ウォータージェット切断では、非常に細い水流を対象物に当てます。

これは、メタル・カッターが対象物をこすらないことを意味する。その結果、滑らかな仕上がりと優れたエッジ品質が得られる。

複数の切断形状と多軸切断

ウォータージェットによる切断は直線に限りません。ワークピース上に他のカット形状を作ることもできます。優れたウォータージェットカッターには、多くの切断形状がすでにプログラムされた追加ソフトウェアも付属しています。

ウォータージェット切断は多軸切断でもある。優れたウォータージェットカッターでは、5つの異なる軸で切断することができます。これにより、小型エンジン部品などの複雑な部品の作成が容易になります。従来の3軸方式と比べた5軸ウォータージェット切断の利点は、柔軟性、切断速度、人手の軽減です。

より低い切削公差とより良い精度

切削公差とは、切削工程で期待される切削と実際に行われた切削の差のことです。切断公差は、簡単に言えば、切断工程の精度（または精度の欠如）を反映します。公差が小さいほど、精度は高くなります。

ウォータージェット切断の公差は、最も低い部類に入る。その主な理由のひとつは、微小な水流が切断を行うからです。もう一つの重要な理由は、ウォータージェット切断はコールドカット方式であるため、材料が溶け出さないことです。

汎用性・柔軟性

ウォータージェット切断は、ほぼすべての材料をリーズナブルなコストで、材料の特性を変えることなく切断できるため、ほとんどすべての産業で使用されています。ウォータージェットは、0.010″のアクリルから10″のステンレス鋼まで材料を切断することができます。薄い材料を重ねて効率を上げ、コストを削減することもできます。

これらのマシンには、0.5m×1.5mから2m×4mまで、さまざまなサイズのテーブルがある。しかし、カスタムメイドのマシンの中には、最大4m×18mの巨大なテーブルを取り付け、複数のヘッドをサポートできるものもある。

ウォータージェットによる金属切断のヒントと注意点

ウォータージェットは工業用切削工具です。したがって、同じ安全上の注意が必要です。以下に示すヒントに従えば、切断プロセス中の安全が確保される。これらの安全手順は、致命的な事故を防ぐ可能性があるため、無視してはならない。

保護具

ウォータージェットカッティング は、他の産業作業と比較して特別な安全装備を必要とする。ハイドロジェット切断の安全圧力保護具を必ず着用してください。安全手袋にはさまざまなタイプがあります。ウォータージェット技術協会のケブラー補強耐切創安全手袋を着用すると適切な保護ができます。

Also, wear the proper ear protection to avoid hurting your ears. Safety goggles are essential to prevent eye damage. Check if your safety glasses have ISO approval. Additional protection includes helmets, knee and shin guards, and knee pads. You should never go near the waterjet stream, even with extra safety measures.

Learn How to Use the Motion Controls

A waterjet machine can move 100 inches of material per minute at maximum speed. That’s very fast, like trying to play tag with a hungry cheetah. Keep both hands away from it when the machine is working.

It’s OK to stop and double-check everything if something is not cutting the way you want it to. It’s better to do a job a little slower than to get hurt and not finish it at all.

Read The Safety Manual Before Personal Use

Always read the operator safety manual before using a waterjet for personal use. If you own a waterjet cutter, you have to make your own waterjet safety rules. Learn the basic meaning of the safety symbols used in each hydro-cutting or water jet-cutting process step.

Your safety and your family’s safety depend on you doing this important step. Following the instructions also prevents damage to the equipment.

More Things to Remember

Ensure your environment is suitable for your work when using a waterjet cutter. Does the equipment you want to use have the proper safety warnings and instructions on it? If not, move on!

Are you following all the rules and regulations set by your employer? Reviewing them now would be a good idea if you haven’t done so in a while.

結論

In the metal fabrication world, the cuts’ quality is crucial. Whether you’re working with stainless steel, aluminum, or any other type of metal, achieving precise and smooth cuts is essential for making high-quality products. One technology that has changed the metal cutting industry is waterjet cutting.

Waterjet cutting has transformed the metal fabrication industry with its accuracy, flexibility, and efficiency. Using the power of water and abrasive particles, this technology continues to expand the possibilities of what can be done in metal fabrication.

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FAQs

• What are the limitations of water jet cutting?

Water jet cutting can only cut softer materials than the abrasive material used. This means that water jet cutting is unsuitable for hard materials like metals. Water jet cutting is also ineffective for materials that are thicker than four inches.

• What is the maximum thickness of metal that a water jet can cut?

A water jet cutter can cut stainless steel up to 9 inches thick. However, the thicker the material, the longer the cutting process.

However, you can modify some water jet systems to cut through 18-inch steel blocks for specific applications. But you can use most water jet cutters for cutting 4-inch steel or less.

• What is the taper of a waterjet cut?

This cut has a taper that is about 1.1 degrees in angle. The angle can vary depending on the material, cut quality, and material thickness.