ابزار کاربر

ابزار سایت


برش_با_واترجت

برش‌کاری با جت آبی

واترجت یا جت آب یک اصطلاح عمومی برای بیان تجهیزاتی است که از یک جریان فشار بالای آب برای اهداف برشکاری و تمیزکاری بهره گرفته‌است. جت ساینده زیر شاخه‌ای از جت آب است که از مواد ساینده برای تسریع امر برش استفاده می‌کند. جت آب خالص یا جت آب-تنها اصطلاحاتی هستند که برای بیان جت آبی است که در آن از مواد ساینده استفاده نشده‌است.

تاریخچه

در سال ۱۹۵۰ میلادی مهندس جنگلبانی، نورمن فرانز(Norman Franz) برای برش الوار نوعی ابتدایی از دستگاه‌های برش جت آب را به کار بست. به هر حال دانش فنی آن تا سال ۱۹۷۰ زمانی که محمد حشیش(Mohamed Hashish)شگردی برای اضافه کردن مواد ساینده به جت‌های برنده آب خلق کرد، پیشرفت برجسته‌ای نداشت. امروزه جت‌های آب در خیلی از جنبه‌های برشکاری بی نظیر هستند و همچنین راه تولید بسیاری از محصولات را تغییر داده‌اند.

انواع مختلفی از جت‌های آب امروزه موجودند که شامل، جت‌های آب ساده (بدون مواد افزوده)، جت‌های آب به همراه مواد ساینده، جت‌های آب ضربه‌ای، جت‌های کاویتاسیونی آب و جتهای هیبرید می‌باشند.

در الفاظ دیگر: جت ساینده و جت آب خالص هر دو نوعی از جت‌های آب هستند و جت آب نیز خود نوعی از ماشین ابزارها محسوب می‌شود.

جت‌های آب یا دستگاه واترجت چگونه کار می‌کنند؟

آب خروجی از شیرهای معمولی را در نظر بگیرید که تحت فشار ۶۰۰۰ پوند بر اینچ (PSI) یا ۴۰۰۰ بار، قرار بگیرد و از طریق یک سوراخ بسیار کوچک بیرون رانده شود. آب را با سنگ ساینده مخلوط کرده، حال شما یک جریان باریک آب در حال گذر سرعت بالا را دارید که اغلب مواد را با سرعت زیاد می‌ساید.

برخی از جت‌های آب «جت آب خالص» اند که دارای ذرات سنباده در جریان آب نیستند. اینها برای برش مواد نرمی همانند غذا، لاستیک و فوم استفاده می‌شوند.

اصول بنیادین جت‌های آب

جت‌های آب سریع، انعطاف‌پذیر و دارای دقت معقول هستند و در سالهای اخیر برای استفاده، ساده و آسان گشته‌اند. آنها از دانش فنی آب فشار بالا که از یک سوراخ کوچک (معمولاً «روزنه» یا «جواهری» نام دارد) عبور داده شده‌است برای تمرکز مقدار زیادی انرژی در یک منطقه کوچک استفاده می‌کنند. محدودیت روزنه بسیار کوچک سبب به وجود آمدن یک فشار بالا و یک باریکه سرعت-بالا می‌شود، بیشتر شبیه زمانی است که شما انگشت خود را بر انتهای شلنگ آبیاری قرار دهید.

جت‌های آب خالص از باریکه آب که از روزنه خارج می‌گردد استفاده می‌کنند تا مواد نرمی را همانند پارچه‌ها، تخته‌های شکلات، و چوب‌های نازک و نرم، اما برای برش مواد سخت کارگر نیستند.

طراحی عمومی برای یک نازل جت آب-خالص

آب ورودی برای یک جت آب-خالص، تحت فشار ۲۰۰۰۰ تا ۶۰۰۰۰ پوند بر اینج مربع PSI یا (۱۳۰۰ تا ۶۲۰۰ بار) می‌باشد؛ که به سمت یک سوراخ کوچک در «جواهری» سر فشرده می‌شود، که عموماً دارای قطری بین ۰٫۰۰۷″ و ۰٫۰۲۰″ (۰٫۱۸ تا ۰٫۴ میلیمتر) می‌باشد. این یک سرعت بسیار بالا را به وجود می‌آورد، که یک باریکه بسیار نازکی از آب (به همین علت برخی از افراد از «جت آب» به عنوان «لیزر آب» یاد می‌کنند) در حرکت، با سرعتی نزدیک صوت می‌باشد (حدود ۶۰۰ mph یا ۹۶۰ km/hr).

یک جت ساینده هم همانند یک جت آب-خالص شروع به کار می‌نماید. زمانی که جریان باریک آب «جواهری» (Jewel) را ترک می‌کند مواد ساینده به جریان اضافه شده و مخلوط می‌گردند. آب سرعت-بالا که از «جواهری» خارج می‌گردد یک خلأ به جود آورده که سبب کشیدن مواد ساینده از لوله ورودی این مواد گشته، که در نهایت با آب در مجرای مخلوط شدن(Mixing Tube)، مخلوط می‌گردد. باریکه آب ذرات مواد ساینده را شتاب می‌دهد تا سرعت کافی برای برش مواد سخت‌تر داشته باشند.

قدرت برش جت ساینده دو برابر است. نیروی آب و مواد ساینده، سبب ساییدن مواد شده، حتی اگر جت ساکن باشد (که همان چگونه برش خوردن مواد در آغاز عملیات است). قدرت برش هنگامی که جریان جت ساینده از عرض ماده عبور کند بسیار افزایش پیدا می‌کند و سرعت جابه جایی ایده‌آل به عوامل مختلفی وابسته‌است از جمله ماده، قواره قطعه، فشار آب و نوع مواد ساینده.کنترل کردن سرعت نازل جت ساینده برای یک ماشین کاری باصرفه و کارآمد بسیار تعیین کننده می‌باشد.

مزایای برش کاری با جت آب

“اگر شما به یک ماشین احتیاج داشته باشید و آن را نخرید، سرانجام می‌فهمید که بهای آن را پرداخت کرده‌اید اما آن را ندارید”-هنری فورد.

یک دلیل برای رشد محبوبیت جت‌های آب در نزد مردم از اواسط دهه ۹۰ میلادی، موجود است. در حقیقت چند دلیل می‌باشد که در ادامه بررسی شده‌اند، اما بیشتر از همه، به، همه‌کاره بودن یا تطبیق پذیری آن بر می‌گردد.

یک جت آب یک ماشین ابزار تطبیق پذیر و منعطف است. شما قادر به برش گونه‌های مختلفی از مواد به طور کارآمد و مقرون به صرفه هستید و می‌توانید گونه‌های مختلفی از قطعات را خلق کنید.

یکی از برترین فواید و مزایای استفاده ازبرش باجت آب یا Waterjet cutting این است که ذاتاً دارای خاصیت برشکاری سرد می باشدوایجاد گرما نمی‌کند. با همین ویژگی انواع مواد را به راحتی برش می‌دهد ولی در سایر روشهای برشکاری احتمال سوختن ذوب شدن یا ترک برداشتن مواد وجود دارد. درضمن بعضی از فرآیندهای گرمازا سبب تاب برداشتن و سخت شدن روی قطعه کار گشته یا اینکه مایه افشاندن گازهای خطرناک از قطعه کار می‌شود.

برشکاری سرد می‌تواند بر جاهای که دچار سختی نشده‌اند نشانی گذاشته و می‌تواند در هر سمت و سویی کار سوراخکاری یا برشکاری را انجام دهد. با این روش می‌توان بدون ایجاد سوراخهای نخستین کار سوراخکاری را در هر گونه ماده و قالب ویژه آغاز و نیاز به انجام کار دیگری نیست.

هم واترجت و هم لیزر قادرند فلزات و دیگر مواد را برش دهند؛ ولیکن دستگاه‌های واترجت ارزان‌تر از دستگاه‌های لیزر می‌باشندا، ین فرایند برای برشکاری و شیار زنی غیر فلزات متخلخل مانند: چوب، چرم، اسفنج و… مناسب است. از آن همچنین برای برشکاری کامپوزیت‌ها، برداشتن روکش سیم‌ها و پلیسه گیری استفاده می‌شود.

جت آب یک ابزار برشی است که هرگز کند نمی‌شود یا نمی‌شکند. این فرایند گرد و غبار تولید نمی‌کند، پس از این رو خطرات موجود در ماشین کاری کامپوزیت‌های الیافی و آزبست‌ها به حد اقل می‌رسند.

برش واقعی هر ماده‌ای

به خاطر اینکه جت‌های آب با استفاده از آب و مواد ساینده برش می‌دهند، می‌توانند با گونه‌های مختلفی از مواد کار کنند. این مواد شامل:

مس، برنج، آلومینیوم فولاد پیش سخت شده فولاد نرم مواد نا متعارف همانند titanium, Inconel و Hastalloy فولاد زد زنگ ۳۰۴ مواد ترد همانند شیشه، سرامیک، کوارتز و سنگ مواد لمینیت مواد قابل اشتعال یکی ازاندک موادی که نمی‌توان توسط جت آب برش داده شوند شیشه آبدیده‌است. برای اینکه شیشه آبدیده تحت تنش است و به محض اینکه شروع به برش کنید به تکه‌های ریزی شکسته خواهد شد-همان‌طور که طراحی شده‌است.

نصب سریع و برنامه‌ریزی

در ماشین کاری جت آب، یک قسمت مسطح از ماده بر روی یک میز قرار می‌گیرد و نوک برنده بر روی آن حرکت می‌کند (اگرچه در برخی از سیستم‌های خاص ماده در مقابل نوک ثابت حرکت می‌کند). این سادگی به این معناست که می‌توان به سرعت و سادگی هر چه تمام تر قطعه کار را تعویض نمود و نیازی هم به تعویض ابزار برش نیست.

تمامی مواد از یک نوک برنده مشترک استفاده می‌کنند در نتیجه نیازی به برنامه‌های تعویض ابزار برش یا کنترل کردن دستی چندین ابزار برش نیست.

تغییر مکان نوک برنده، توسط یک کامپیوتر کنترل می‌گردد، که بسیار عملیات کنترل جت آب را ساده نموده‌است. در اغلب موارد «برنامه‌ریزی» یک قطعه به معنی استفاده از برنامه CAD برای رسم یک قطعه می‌باشد. وقتی شما دستور “push print” را صادر کنید، قطعه توسط دستگاه جت آب ساخته می‌شود. این موفقیت همچنین این را می‌رساند که مشتریان می‌توانند رسم‌هایی را که خود به تصویر کشیده‌اند برای یک دستگاه جت آب، برای خلق ترسیماتشان بیاورند.

چفت و بست کمتر برای بیشتر قطعات

در دستگاه جت آب نیروهای جانبی کمتری وجود دارد—برش قطعات باعث فشارهای جانبی به آن قطعه نمی‌گردد. همچنین نیروهای اعمالی به سمت پایین هم کوچک می‌باشند، در محدوده چند پوند. عموماً، بزرگترین نیروها از سمت آب داخل مخزن می‌باشد که در سمت مخالف قطعه کار به عقب فشار داده می‌شود.

عموماً قید دار کردن ماهیتی از سنگین کردن قطعات توسط قرار دادن وزنه‌هایی بر روی آن است. ممکن است قطعات ریز نیازمند زائده‌هایی برای جلوگیری از افتادن در مخزن داشته باشند.

نیروهای جانبی کوچک بدین معنی هستند که شما قادر به ماشین کاری قطعه‌ای با ضخامت جداره ۰٫۰۱″ (۰٫۲۵mm) هستید. این یکی از فاکتورهایی است که قید دار کردن را بسیار آسان نموده‌است. همچنین نیروهای جانبی کوچک به شما اجازه نزدیک بودن قالب‌های قطعات بر روی مواد را می‌دهد، که باعث استفاده بیشینه از ماده می‌گردد. اغلب هیچ گرمایی بر روی قطعه تولید نمی‌گردد

هر گرمای کوچکی که توسط جت آب تولید گردد به وسیله آب جذب گردیده و به مخزن جمع‌کننده هدایت می‌شود. تقریباً خود مواد هم هیچ تغییری در درجه حرارت در مدت زمان ماشین کاری متحمل نمی‌شوند. در هنگام سوراخ کاری فولاد ضخیم ۲″(۵cm)، درجه حرارت ممکن است به اندازه ۱۲۰ درجه فارنهایت(۵۰ درجه سانتیگراد) بالا رود، اما در طرف دیگر، ماشین کاری در دمای اتفاق انجام می‌گردد.

نتیجتاً هیچ نقطه حرارت دیده‌ای(Heat Affected Zone-HAZ) در ماده موجود نیست. فقدان HAZ بدین معنی است که شما می‌توانید بدون سخت کاری قطعه، تولید بخارهای سمی، مذاب شدن مجدد ماده و تاب برداشتن، آن را ماشین کاری نمایید. شما همچنین قادر به ماشین کاری قطعاتی هستید که قبلاً عملیات حرارتی شده‌اند.

عاری بودن از تنش‌های مکانیکی

ماشین کاری جت آب هیچ تنش مکانیکی به قطعه کار اعمال نمی‌کند.

ماشین کاری مواد ضخیم

برای جت آب ماشین کاری قطعاتی با ضخامت بیشتر از۴″(۲٫۵cm) امری معمولی است، درصورتی که اغلب سکه‌ها شاید در ضخامت‌هایی کمتر از ۱″(۲٫۵cm) ساخته می‌شوند. هر چه قطعه ضخیم‌تر باشد مدت زمان بیشتری برای برش می‌گیرد. یک قطعه از یک جنس اما با ضخامت دو برابر، مدت زمان بیشتر از دو برابر را نسبت به اولی برای برش خوردن نیاز دارد.

برخی از کمپانی‌ها، قطعات تلورانس پایین غیر فلزی را که ضخامتی بین ۵″ تا ۱۰″(۱۲٫۵cm تا ۲۵cm)دارد، می‌سازند، اما متحمل زمان زیادی است و مشروط به یک عملیات با فرصت و موقعیت مناسب است. عموماً، اغلب جت‌های آب از فلزی ساخته شده‌اند که ضخامتی برابر یا کمتر از ۲″(۵cm) دارند.

بسیار ایمن هستند

بدیهی است که شما هیچ عضوی از بدن را در مقابل نوک برش دستگاه جت آب به هنگامی که روشن است، قرار نمی‌دهید. هر چیزی که بتواند فولاد ۲″ را برش دهد، کار کمتری برای برش گوشت و استخوان انجام می‌دهد!.

گذشته از این، به هر حال، جت‌های آب بسیار ایمن هستند. یک نشت در سیستم فشار بالای آب سریعاً منجر به افتادگی فشار به سطوح ایمن، خواهد شد. آب به خودی خود بی خطر و غیرقابل اشتعال است وسنگ‌های ریز ساینده هم خنثی و غیر سمی هستند. یکی از خطرهای بزرگ بریدگی‌هایی است که توسط لبه‌های تیز قطعات که با جت آب برش خورده‌اند، منجر خواهند شد.

سیستم‌های امروزی یادگیری ساده‌ای دارند

کنترل کردن نوک جت آب پچیده‌است و نیازمند محسابات دقیق برای بدست آوردن سرعت حرکتی مناسب، که بهترین نتیجه را می‌دهد، هستند. این به این معنی است که سیستم نیازمند کنترل توسط کامپیوتر است، که سبب ارتباط ساده و جذاب با کاربر می‌گردد. سیستم‌های امروزی همانند سیستم‌های کامپیوتری شده CAD دیگر به نحوی طراحی شده‌اند که به سرعت آموخته می‌شوند.

دوستار محیط

مواد زائد وذرات ساینده‌ای که از کار با دستگاه به دست آمده مناسب دفن کردن در زمین هستند به شرطی که مواد ماشین کاری شده زیان آور نباشند. سنگ‌های ریز سنباده خنثی و بی اثر بوده و می‌توان از زباله‌های دیگر تفکیک شود.

اگر شما مقدار زیادی سرب یا مواد زیان آور دیگر را ماشین کاری کنید، شما هنوز هم نیازمند تفکیک دور ریز خود به صورت مناسب و بازیافت آب هستید. به یاد داشته باشید که به هر حال اندک مقداری فلز در فرایند برش برداشته می‌شود. این نشانه زیست‌محیطی را نسبتاً کاهش می‌دهد، حال اگر این مواد ماشین کاری زیان بار هم باشند.

در اغلب مکان‌ها، آب اضافی به سمت فاضلاب رانده می‌شود. در برخی مکان‌ها، ممکن است پاکسازی آب قبل از فرستادن به فاضلاب ضروری باشد. در اندک مکان‌هایی هم بایستی آب در یک سیستم بسته بازیافت شود.

پمپهای عملگر مقدار قابل توجهی از الکتریسیته را استفاده می‌کنند، با توجه به این، مقداری هزینه و طبعات محیط زیستی اضافی هم وجود خواهد داشت.

هیچ سوراخ اولیه‌ای لازم نیست

سوراخ‌های اولیه تنها برای موادی لازم است که نفوذ به آنها بسیار سخت یا غیرممکن است. اندک کامپوزیت‌های لایه‌ای تقویت شده می‌توانند جز این دسته قرار گیرند. در این موارد پیش-سوراخ کاری یا روش‌های خاص دیگر استفاده می‌گردد.

برش باریک تنها مقدار کمی از مواد را برمی‌دارد

مقدار ماده‌ای که توسط جریان جت آب برداشته می‌شودمعمولا پهنایی نزدیک ۰٫۰۲″ (۰٫۵mm) دارد، این بدین معناست که مقدار ماده بسیار کمی برداشته خواهد شد. هنگامی که شما با مواد گران‌قیمتی (همانند تیتانیوم) یا مواد خطرناکی (همانند سرب) کار می‌کنید، این مسئله مزیت مهمی به شمار می‌آید. همچنین این مزیت سبب بدست آوردن قطعات بیشتر از یک ورقه ماده خام، می‌گردد.

وقتی شما مواد گران‌قیمتی همانند تیتانیوم را برشکاری یا سخت کاری می‌نمایید قراضه‌های شما هنوز هم قابل استفاده هستند، به خاطر اینکه شما به جای داشتن تراشه‌های ریز قطعات بزرگی از ماده را در پیش رو دارید.

آشنایی با دستگاه واترجت

دستگاه واترجت یا برش با آب وسیله ی است که برای برش فلزات یا دیگر مواد مثل سنگ و گرانیت به کار برده می شود. در دستگاه واترجت از یک جریان نازک آب معمولی یا مخلوطی از آب و مواد ساینده (abrasive substance) مثل اکسید آلومینیوم یا garnet با سرعت و فشار بسیار بالا (به عنوان مثال MPa 400) که از داخل یک روزنه کوچک خارج می شود، استفاده می گردد.

زمانی که مواد مورد نظر برای برش دادن حساس به حرارت باشند استفاده از برش آب ارجحیت دارد.

بعضی از واترجت ها از آب خالی (بدون مواد ساینده) برای برش استفاده می کنند که این دستگاه ها برای بریدن مواد نرم تر مثل مواد غذایی، لاستیک و فوم مناسب هستند.

با تغییردادن قطعات نازل و نوع و اندازه مواد ساینده می توان عرض یا kerf برش را تغییر داد. در برش های معمولی با مواد ساینده عرض برش بین 0.04 تا 0.05 اینچ (1.016 تا 1.27 میلیمتر) می باشد ولی به باریکی 0.508 میلیمتر هم می تواند برسد.

در برش بدون مواد ساینده، عرض برش در حالت عادی بین 0.178 تا 0.33 میلیمتر است اما به کوچکی 0.076 میلیمتر که تقریبا برابر با ضخامت موی انسان هست هم می تواتد باشد. به وسیله این جت های بسیار کوچک می توان برای کاربردهای بسیار متنوعی برش های خیلی دقیقی ایجاد نمود.

مشخصات اصلی برش بوسیله دستگاه واترجت

- استفاده از جریان بسیار سریع مواد ساینده در داخل آب با فشار بسیار بالا (Psi 90.000 تا 30.000 یا Mpa 621 تا 207) که توسط پمپ تشدیدکننده (intensifier pump) تولید می شود.

- کاربرد برای برش رنج وسیع از مواد مختلف شامل مواد حساس به حرارت، مواد نرم یا بسیار سخت

- عدم ایجاد آسیب حرارتی در سطح یا لبه های قطعه کار

- نازل معمولا از جنس sintered boride ساخته می شوند.

- ایجاد زاویه برش (اختلاف عرض شکاف در سطح بالایی و پایینی قطعه) کمتر از یک درجه در بیشتر برش ها که با کاهش سرعت عملیات برش این مقدار را هم می توان کاملا از بین برد.

- فاصله نازل تا قطعه کار روی اندازه شکاف و نرخ برش تاثیرگزار است. معمولا این فاصله در حدود 3.175 میلیمتر انتخاب می شود.

برش_با_واترجت.txt · آخرین ویرایش: 2017/11/22 09:15 توسط maleki