ジェットカッティング加工法の開発研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63850037
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小林 陸二 東北大学, 工学部, 教授 (70006170)
• 研究分担者: 伊吹 征太 (株)電業社機械製作所, 技術企画課長 ; 庄子 哲雄 東北大学, 工学部, 教授 (80091700) ; 高山 和喜 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006193) ; 嶋 章 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006168)
• キーワード: 流体工学 / 噴流 / ウォ-タ-ジェット / 加工 / 衝撃破壊 / ノズル / 混相流

研究概要

ウォ-タ-ジェットにより固体材料を加工する技術を実用化することを目的として、前年度に継続して次の研究を実施した。
1.高性能ノズルの開発研究 ウォ-タ-ジェットを噴出するノズルの内面形状の設計はウォ-タ-ジェット加工の性能を左右する重要なファクタである。特にノズルを製作する際のノズル出口円筒部内面の仕上げ精度が噴流の形成およびウォ-タ-ジェット加工特性の再現性に極めて鋭敏に関係することを実験によって明らかにした。
2.ウォ-タ-ジェットの構造の解明 最大濃度1000ppmまでのポリマ水溶液による高速噴流の動的構造を、0.8μsの影写真法によって観測し、ポリマの濃度の増加に伴って噴流の噴霧化は著しく抑制されるが、しかし、噴流の主要な構造は変化しないこと、ウォ-タ-ジェットの加工能力は水の場合に比較して約3.7倍増加することを見出した。
3.ウォ-タ-ジェットによる加工のメカニズムの研究 ウォ-タ-ジェットによる加工のメカニズムは、噴流内の液塊ないし液滴の高速衝突による水撃現象と固体材料の衝撃破壊であることを明らかにした。ウォ-タ-ジェットに固体粒子を混入させて得られるアブレシブジェットにおける固体粒子の加速特性を2重露光法によって測定し、固体粒子は水噴流速度の約80%に加速されていることが判明した。したがって、アブレシブジェットの加工のメカニズムは、主として、固体粒子の高速衝突による衝撃破壊であり、それに液塊による水撃作用が加わったものであると結論された。
4.軟質材料の加工の研究 エアジェットをラバ-ルノズルによって超音速噴流として使用すれば、軟質材料の加工に応用できることを実験的に明らかにし、その加工最適条件は適正膨張状態であることを見出した。

研究成果

• [文献書誌] R.Kobayashi,T.Arai and Y.Masuki: "Water Jet Nozzle Geometry and Its Effect on Erosion Process of Metallic Matarial" Rrceedings of the 5th Amerrca Water Jet Conference,Toronto,Canada. 59-68 (1989)
• [文献書誌] 小林陵二,新井隆景,増木洋介: "好的なウォ-タ-ジェットノズルの形状に関する実験的研究" 日本ウォ-タ-ジェット学会第5回研究発表講演会発表論文集. 34-41 (1989)
• [文献書誌] 小林陵二,新井隆景,丹治和宏: "ウォ-タ-ジェットの局所構造と金属材料の壊食機構" 日本機械学会論文集、B編. 56. 67-73 (1990)
• [文献書誌] R.Kobayashi and T.Arai: "Jet Cutting Characteristics and Finishing Accuracy of Water Jet Nozzle" Proceedings of the 2nd Pacific Rim Intermational Conference on Water Jet Cutting,Singapore. 30-37 (1990)
• [文献書誌] 小林陵二,福西祐,藤島正章: "アグレシブジェット加工の基礎的研究" 日本機械学会東北支部第25期総会講演会講演概要集. NO.901-1. 44-45 (1990)
• [文献書誌] 小林陵二,福西祐,石川忠: "エアジェットによる材料加工の研究" 日本機械学会東北支部第25期総会講演会講演概要集. NO.901-1. 46-47 (1990)