واترجت چیست؟ [نحوه کار و اجزای دستگاه]

امروزه تمایل به استفاده از روش های ماشینکاری پیشرفته به جای روش های سنتی در تولید قطعات به دلیل کاربرد در ماشینکاری آلیاژهای گوناگون، کامپوزیت ها و سرامیک ها که ماشینکاری آن ها با روش های سنتی غیر ممکن است بیشتر شده است. از جمله مزایای برتری روش های ماشینکاری پیشرفته نسبت به روش های سنتی می توان به مساله ساز نبودن سختی و نرمی و تردی زیاد قطعات، کاهش زمان تولید، صافی سطح و دقت بالای تولید و غیره اشاره کرد.

یکی از این روش های پیشرفته، ماشینکاری با جن آب یا همان واترجت می باشد. این روش ماشینکاری حرارت زیادی در منطقه ی برش تولید می کند. در واقع ماشینکاری با جت آب یک فرآیند غیر تماسی است که مزیت هایی مانند پهنای کم برش عدم تولید تنش پسماند و براده برداری آسان دارد.

ایده استفاده از آب برای برشکاری در سال 1968 توسط نورمن فرانز ارائه شد. در همان اواخر دهه میلادی از جت آب برای برشکاری چوب و پلاستیک استفاده شد. سپس جهت افزایش کارایی فرایند واترجت مواد ساینده های از قبیل گارنت به جریان آب اضافه گردید و به این ترتیب برشکاری توسط جت آب پهنه وسیع از مواد را پوشش داد البته این فرایند تا سال 1980 به دلیل بالا نبودن فشار آب به طور گسترده استفاده نمی گردید.

در صنعت ماشینکاری و برش از دو نوع جت آب استفاده میشود: جنت آب خالص (Water Jet) و جنت آب همراه با ذرات برنده (Abrasive Watejet). در هر دوی این ها برای ایجاد جت سریع آب، از گذراندن آب تحت فشار از یک دریچه کوچک استفاده می شود. زمینه های کاربردی فناوری جت آب خالص شامل برش پلاستیک، کاغذ، پارچه، لاستیک، چرم، گوشت، چوب و موادی مشابه می باشد. از جت آب همراه با ذرات برنده برای برش ورق های فلزی از جنس تیتانیوم، آلومینیوم، انواع فولادها و غیره، برش انواع شیشه، برش مواد کامپوزیتی، سرامیکی و مغناطیسی و برش مواد ساختمانی همچون بتن و سنگ استفاده می شود.

در واقع مواد محدودی وجود دارند که نتوان برای برش آنها از واترجت استفاده کرد. این فناوری امکان برش موادی را که محدودیت های مکانیکی و حرارتی برای قطعه کار و ابزار برش مانع استفاده از روش های فعلی ماشینکاری میشود، فراهم کرده است.

امروزه فرآیند برش با جت آب به همراه ذرات ساینده به عنوان یکی از روش های غیر سنتی ماشین کاری توسعه فراوانی یافته است. مزایای فراوان این فرآیند از جمله برشکاری مواد سخت و همچنین برشکاری مواد در دمای پایین باعث شده است که در برش سرامیک ها، سنگ ها، مواد فلزی و غیر فلزی، پلاستیک ها و کامپوزینت ها به وفور از این فرآیند استفاده گردد. در این فرآیند برشکاری جت آب همراه با ذرات ساینده آب بیشتر نقش شتاب دهنده به ذراه ساینده را دارد و ذراه ساینده نقش اصلی را در برداشت مواد بر عهده دارد.

پیشنهاد مکتبی نو: ریخته گری چیست؟

اجزای اصلی دستگاه واترجت

در شکل زیر اجزای اصلی در یک ماشین واترجت همراه با ذرات ساینده را نشان می دهد. این ماشین شامل یک پمپ فشار بالا، منبع آب، کلگی برشکاری، سیستم تغذیه ذرات ساینده، ضربه گیر و سیستم کنترل موقعیت است.

پمپ فشار بالای واترجت

پمپ فشار بالا در حقیقت قلب فرایند برشکاری واترجت همراه با ذرات ساینده است. وظیفه این پمپ قرار دادن آب تحت فشار بالا به منظور تولید جت آب است. در مرحله اول پمپ فشار بالا از یک پمپ هیدرولیکی جابجایی شعاعی استفاده می کند تا روغن هیدرولیک را تحت فشار قرار دهد. روغن هیدرولیک فشرده شده به پمپ تشدید کننده فشار منتقل می شود. در پمپ تشدید کننده فشار آب با استفاده از فشار روغن هیدرولیک تحت فشار بالایی قرار می گیرد به طور معمول از یک تضعیف کننده فشار هم بعد از پمپ تشدید کننده فشار استفاده می گردد که وظیفه آن جذب نوسانات بالای فشار آب است.

سیستم تغذیه کننده

وظیفه سیستم تغذیه در فرایند برشکاری واترجت همراه با ذرات ساینده انتقال دادن آب فشار بالا از پمپ کلگی های ماشین واترجت است. این سیستم شامل لوله فشار بالا و اتصالات و شیرها است. لوله فشار بالا بایستی از جنس انتخاب گردد که علاوه بر مقاومت بالای سایشی دارای انعطاف پذیری خوبی هم باشد.

کلگی برشکاری

وظیفه کلگی برشکاری در فرایند برشکاری واترجت ترکیب ذرات ساینده با جت آب است. کلگی برشکاری شامل نازل و مخزن اختلال است که معمولاً جنس آن از الماس یاقوت می باشد.

سیستم کنترل موقعیت

نازل در فرایند برشکاری با استفاده از یک سیستم حرکتی شروع به حرکت می نماید. این ویژگی باعث می‌شود تا در انتخاب سیستم کنترل موقعیت گزینه های متفاوتی در اختیار داشته باشیم. حرکت میتواند دو بعدی و یا سه بعدی باشد و با استفاده از بازوی یک ربات انجام شود اما به طور کلی در سیستم های کنترل موقعیت از یک نرم افزار ماشین کاری که به یک کنترل کننده سی ان سی متصل شده است استفاده می گردد.

پیشنهاد مکتبی نو: پرکاربرد ترین نرم افزارهای CAD

مزایای واترجت

مزیت های برشکاری با استفاده از دستگاه واترجت توان موارد زیر را نام برد:

قیمت دستگاه واترجت نسبت به دستگاه های برش مانند لیزر قیمت کمتری دارد
دقت ابعادی برابر یا بالاتر از لیزر دارد به خصوص در ضخامت های زیاد
کیفیت لبه های برش در مقایسه با فرآیندهای دیگر برش بهتر است
برای ماده غذایی می توان استفاده کرد
ضخامت های بالا را میتوان برش داد
سریعتر عمل می کند
قطعه را گرم نمی کند
ایمن تر است

پیشنهاد مکتبی نو: مدلسازی قطعات صنعتی با آموزش سالیدورک

در مقایسه واترجت با دستگاه لیزر در برشکاری با دستگاه لیزر به دلیل استفاده از یک پرتو نور متمرکز برای بخار کردن ماده باعث ایجاد برش ماده می شود که در موادی که انعکاس کننده نور هستند مانند شیشه و سنگ برش لیزر برش با کیفیت خوبی را ندارد.

در روش تخلیه الکتریکی ‏(EDM) فاصله بین ابزار با قطعه کار با یک سیال دی الکتریک پر می شود. با گذراندن جریان از ابزار و یونیزه شدن سیال دی الکتریک جرقه ایجاد می شود که موجب ذوب و بخار شدن بخشی از قطعه کار میشود. در مقایسه با روش برش کاری با دستگاه واترجت سرعت روش الکتریکی کم تر بوده و تنوع مواد قابل برش با آن کمتر است

روش دیگری برای برش میتوان روش برش قوسی پلاسما که از یک جریان فوق گرم شده از گاز یونیزه دمای ذوب و جدا کردن ماده استفاده می شود نام برد. بر خلاف برشکاری پلاسما با استفاده از دستگاه واترجت قطعه را بسیار گرم نکرده و کیفیت بالایی در لبه های برش دارد. شما میتوانید دقیقتر این موراد را در آموزش شیت متال در سالیدورک و آموزش موشن استادی در سالیدورک دنبال نمایید.

پارامترهای موثر در فرآیند برشکاری واترجت

در کل پارامترهای تاثیرگذار در فرایند برش واترجت همراه با ذرات ساینده را می توان به دو بخش عمده پارامترهای دستگاه و پارامترهای خارجی تقسیم کرد:

از پارامتر های اصلی مربوط به دستگاه می توان به فشار آب، جت آب، سایز و جنس ذرات ساینده، سرعت پیشروی، فاصله نازل تا سطح قطعه کار نام برد.
از پارامتر های اصلی مربوط به قطعه می توان به زبری سطح، عمق برش و ضخامت قطعه نام برد.