در این برگه قصد داریم به معرفی دستگاه واتر جت بپردازیم و اصول کار، قطعات و مزایا و معایب آن را بررسی کنیم. پس با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
1- ماشینکاری واتر جت چیست؟
2- اصول کار ماشینکاری واتر جت
3- فرآیند ساخت ماشینکاری واتر جت
4- کاربرد ماشین کاری واتر جت
5- مزایا و معایب ماشینکاری با واتر جت
ممکن است در نگاه اول استفاده از واتر جت برای بریدن یک ورق فلز منطقی به نظر نرسد، اما، کاربردهای آن به نحوی است که در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار‌می‌گیرد.
1- ماشینکاری واتر جت چیست؟
یکی از فرآیندهای ماشینکاری پیشرفته و مبتکرانه که برای ماشینکاری انواع مختلف قطعات کار از پلاستیک گرفته تا فلز استفاده‌می‌شود، ماشین کاری با واترجت است. برای ماشینکاری مواد نرم، مانند پلاستیک و الیاف، از ماشینکاری ساده واتر جت استفاده‌می‌شود. در مورد مواد سخت تر، مانند فلزات، آب به تنهایی نمی تواند نتایج دلپذیری را ارائه دهد. از این رو، ذرات ساینده با واتر جت مخلوط می‌شوند تا عمل برش را انجام دهند.
فشار بر حسب قطعه کاری که قرار است مواد از آن جدا شود، متفاوت است. برای درک بهتر می توان اینطور بیان کرد که این فرآیند مشابه فرسایش آبی موجود در طبیعت است. اساس کار واتر جت در انرژی است که از طریق آب با سرعت بالا بر قطعه کار اعمال می‌کند. با اعمال انرژی پرفشار، مواد روی قطعه کار شروع به جدا شدن می‌کنند و شکل مورد نظر بدست می آید.
2- اصول کار ماشینکاری واتر جت
ماشینکاری با واترجت بر اساس استاندارد منطقه ای که واتر جت با سرعت بالا به آن برخورد می‌کند، کار‌می‌کند. در تمام این مدت، ابتدا فشار آب به چند هزار بار افزایش می‌یابد و سپس انرژی فشار به انرژی جنبشی واتر جت تبدیل می‌شود. این انرژی جنبشی به عنوان یک جریان آب با سرعت بالا برای حذف مواد از سطح قطعه کار یا نفوذ به قطعه کار و در نتیجه عمل برش کافی است.
اجازه دهید نحوه عملکرد واترجت را گام به گام بررسی کنیم :
– ابتدا آب از مخزن وارد پمپ هیدرولیک می‌شود.
– فشار آب در حدود پنج بار توسط پمپ هیدرولیک افزایش می یابد و در نهایت به تقویت کننده فرستاده‌می‌شود.
– آکومولاتور یک منبع آب با فشار بالا را برای نقطه مورد نیاز فراهم می‌کند.
– پس از عبور از تقویت کننده، آب باید از شیر کنترل فشار که در آن فشار کنترل می‌شود، عبور‌کند.
– پس از عبور از شیر کنترل، به شیر کنترل جریان می رسد، جایی که جریان آب بررسی می‌شود.
– در امتداد این خطوط، آب با فشار بالا به محفظه می‌رسد و در آنجا با جریان ساینده آب مخلوط می‌شود و مواد ساینده به قطعه کار برخورد‌می‌کنند.
– سایش مواد به دلیل متلاشی شدن مواد از لایه بیرونی قطعه کار اتفاق‌می‌افتد.
– مواد از طریق کانال خارج شده و با کمک یک پمپ به مخزن می‌رسد.
– فرآیند تکمیل و تامین آب متوقف می‌شود.
3- فرآیند ساخت ماشینکاری واتر جت
در ماشین کاری واتر جت، مخزن آب به پمپ هیدرولیک متصل می‌شود که علت آن استفاده برای افزایش فشار است. سپس پمپ هیدرولیک به تقویت کننده متصل‌می‌شود. منبع تغذیه ضروری از تقویت کننده به آکومولاتور و منبع بعدی از طریق یک شیر کنترل فشار و شیر کنترل جریان به محفظه ترکیب متصل‌می‌شود.
محفظه به دو خط تغذیه متصل می‌شود، یکی برای آب پرفشار و دیگری کانال سیستم تخلیه که به نوبه خود از طریق پمپ به مخزن تغذیه متصل می‌شود.
قطعات ماشینکاری واتر جت
1- مخزن آب
یک مخزن آب برای ذخیره آب مورد نیاز در فرآیند ماشینکاری استفاده‌می‌شود. وجود مخزن در طول فرآیند، جریان ثابت و مداوم آب را تضمین می‌کند.
4- مخزن ذخیره مواد ساینده
ذرات ساینده هنگام کار با مواد سخت حیاتی هستند. آن‌ها به طور مرتب در فرآیند ماشینکاری مورد استفاده قرارمی‌گیرند. از این رو، از یک مخزن برای ذخیره این ذرات استفاده‌می‌شود. برخی از ذرات ساینده عبارتند از اکسیدهای آلومینیوم، ماسه، گارنت، ذرات شیشه وغیره.
6- سیستم تخلیه
سیستم تخلیه، آب را پس از ماشینکاری جمع می‌کند و آن را به مخزن می‌فرستد. سیستم تخلیه به یک پمپ متصل است که به انتقال آب به مخزن کمک می‌کند.
10- تنظیم کننده جریان
پیشرفت آب وارد شده از شیر کنترل با استفاده از یک کنترل کننده جریان تنظیم می‌شود. در پی مدیریت جریان، آب از نازل عبور می‌کند، و فشار بالای آب، به آب با سرعت بالا تبدیل می‌شود.
2- پمپ هیدرولیک
یک پمپ هیدرولیک برای انتقال آب از مخزن و تامین بیشتر آن با فشار حدود 5 بار استفاده می‌شود. پمپ هیدرولیک دارای یک فشار سنج برای اندازه گیری فشار آب عبوری است.
5- آکومولاتور
مخزنی که آب پرفشار مورد استفاده برای ماشینکاری را ذخیره می‌کند به عنوان آکومولاتور شناخته می‌شود. این تجهیز آب را در هر نقطه ای که افت فشار داشته‌باشد، تامین می‌کند. آکومولاتور یک جزء مهم است زیرا به اجرای فرآیند ماشینکاری واتر جت کمک می‌کند.
8- نازل
یکی از بخش‌های مهم واتر جت این است که انرژی فشار آب را به انرژی جنبشی تبدیل‌می‌کند که با عنوان نازل شناخته‌می‌شود.
سطح مقطع نازل کوچکتر است و در نتیجه می‌تواند انرژی جنبشی آب را افزایش دهد. نازل از سنگ های قیمتی ساخته شده است به طوری که هیچ عمل برشی نباید در انتهای نازل رخ دهد.
3- تقویت کننده هیدرولیک
تقویت کننده هیدرولیک بخش اصلی ماشینکاری واتر جت است. برای افزایش فشار آب، تقویت کننده هیدرولیک نقش بسیار اساسی دارد. تقویت کننده‌های هیدرولیک از سه سیلندر متحدالمرکز هستند که از وزن یا سنگینی آب ورودی برای ایجاد فشار آب خروجی استفاده می‌کنند.
6- محفظه ترکیب
محفظه ترکیب حجمی است که آب با فشار بالا با ذرات ساینده مخلوط می‌شود.
9- سوپاپ
در طول فرآیند ماشینکاری با واتر جت از دو سوپاپ استفاده می‌شود که به شرح زیر هستند:
1) کنترل فشار: سوپاپ کنترل فشار برای کنترل فشار و همچنین جهت آب استفاده‌می‌شود. 2) تنظیم کننده جریان یا کنترل جریان: این سوپاپ برای مدیریت آب استفاده‌می‌شود. در صورت عدم تامین آب بیشتر، دریچه بسته خواهد شد.
11- Catcher یا Drain
پس از برش قطعه کار از Catcher or Drain برای جمع آوری آب استفاده‌می‌شود. از اینجا، آب برای فیلتراسیون اضافی جمع و فرستاده می‌شود و یا می‌تواند دوباره جریان یابد.
در شکل زیر قطعات ونحوه اتصال آن‌ها نشان داده‌شده‌است.
4- کاربرد ماشین کاری واتر جت
کاربردهای ماشینکاری واترجت به شرح زیر است:
– از واترجت در صنایع هوانوردی برای ماشینکاری، پانل‌های کابین، قطعات موتور، تیغه‌های توربین و غیره استفاده‌می‌شود. این فرآیند با توجه به نیاز به دقت بالا در حین ماشینکاری مورد استفاده قرار‌می‌گیرد.
– از ماشینکاری متوسط واتر جت در صنایع نساجی یا برش مواد نرم یا ظریف و همچنین نازک با دقت بالا و همچنین بدون ایجاد حرارت شدید استفاده‌می‌شود.
– دستگاه‌های فوق‌العاده بزرگ ماشینکاری واتر جت ساینده برای برش سنگ‌ها از طریق اصل فرسایش توسط جریان تحت فشار آب و ذرات ساینده استفاده می‌شوند.
– تعداد کمی از دستگاه ها امکان ماشینکاری و برش مواد شکننده مانند شیشه را دارند. یکی از این ماشین‌کاری‌ها شامل ماشینکاری با واتر جت است که برای ماشینکاری محصولات شیشه‌ای مختلف مانند آینه استفاده‌می‌شود.
– بیشتر در صنایع خودرو از ماشینکاری واتر جت برای ماشینکاری قطعات مختلف خودرو استفاده می‌شود. دلیل این امر حداقل اتلاف مواد در طول فرآیند ماشینکاری است.
5- مزایا و معایب ماشینکاری با واتر جت
– مزایا
الف) دقت
دقت، یکی از پارامترهای ضروری در ماشینکاری با واتر جت است. دقت محصولات نهایی که با ماشینکاری با واترجت به دست می آید بسیار بالا است. تلرانس حدود 0.12 میلی متر را می‌توان با استفاده از ماشین کاری واتر جت به دست آورد.
ب) فرآیند پاک
ماشینکاری با واترجت یک چرخه ایده آل است زیرا تمام فرآیند بدون تولید گرد و غبار (بدون گرد و غبار) است و مواد زائد از طریق کانال تمیز یا پاک می‌شوند.
ج) سازه‌های پیچیده
موج آب تولید‌شده در ماشینکاری با واترجت می تواند به ترتیب a*0.01mm باشد. این یک مزیت مهم در هنگام ساخت ساختارهای پیچیده و اقلام دقیق است.
د) عدم تولید گرما
تولید گرما در فرآیند ماشینکاری با واتر جت بسیار ناچیز است. به دلیل تولید گرما، هیچ شکست حرارتی در قطعه کار ایجاد نمی‌شود. از این رو، در استفاده از واتر جت یک محصول با کیفیت بدست میآید.
ذ) سازگاری
دستگاه ماشینکاری واترجت می‌تواند برای مواد سخت مانند فلزات و همچنین مواد ظریف یا حساس مانند پلاستیک و الیاف استفاده شود. ماشینکاری مواد نرم با استفاده از تکنیک‌های ماشینکاری سنتی چندان منطقی نیست زیرا حرارت تولید‌شده باعث سوختن مواد نرم می‌شود.
و) سازگار با محیط زیست
ماشینکاری با واترجت یک فرآیند سازگار با محیط زیست است، زیرا هیچ آلاینده یا آلودگی به طورهمزمان تولید نمی‌شود. مدیریت پسماندها نیز به دلیل ماشینکاری با واتر جت ساده است.
ه) هزینه پایین اجرا
به دلیل عدم وجود قطعات متحرک، هزینه اجرای ماشینکاری با واتر جت حداقل است. هیچ الکترود یا دستگاه برشی مورد استفاده قرار نگرفته‌است و آب مورد استفاده در این فرآیند قابل استفاده مجدد است.
– معایب
الف) هزینه اولیه بالا
اگر ما در مورد هزینه اولیه و هزینه راه اندازی ماشینکاری واترجت صحبت کنیم، اساساً زیاد است. هزینه بالای این تجهیز به خاطر قسمت های مختلف افزایش دهنده فشار است. به عنوان مثال، نازل مورد استفاده از سنگ های قیمتی ساخته‌شده‌است که بسیار گران قیمت هستند.
ب) ضخامت مواد
یکی از موانع مهم ماشینکاری با واترجت این است که نمی تواند مواد فوق العاده ضخیم را برش دهد.
ج) راندمان پایین
اگر کار ماشینکاری سنتی را با ماشینکاری با واترجت مقایسه کنیم، متوجه می شویم که در ماشینکاری با واتر جت به زمان بیشتری برای تکمیل یک کار نیاز است. این مسئله بر خروجی یا راندمان کارخانه ماشینکاری تاثیر می‌گذارد.
د) خوردگی
وقتی از ماشینکاری با واتر جت برای قطعه کار استفاده می کنیم، ممکن است سطح فلز به دلیل رطوبت خورده‌شود. این مسئله یکی از معایب ماشینکاری با واتر جت است چراکه خوردگی می‌تواند باعث کاهش استحکام قطعه کار شود.
نتیجه‌گیری
ماشینکاری با واترجت یک فرآیند تولیدی است که به طور گسترده در صنایع خودروسازی، هوانوردی، نظامی، تجهیزات بالینی، جراحی و معدن استفاده می‌شود، زیرا می‌تواند مواد را به شکلی برش دهد که با استفاده از تکنیک‌های تولید سنتی چالش برانگیز است.
صنعت فرآوری مواد غذایی نیز از واترجت برای برش محصولات غذایی استفاده می‌کند زیرا نسبت به سایر فرآیندهای برشکاری موثرتر و تمیزتر است. یک مزیت قابل توجه ماشینکاری با واترجت این است که به دلیل تکنیک برش سرد، ناحیه برش، تحت تأثیر حرارت قرار‌نمی‌گیرد.
برش سرد نه تنها به ایجاد برش‌های تمیز کمک می‌کند، بلکه، علاوه بر این با از بین بردن خطرات سوختگی، ایمنی و رفاه اپراتور را به طور کلی افزایش می‌دهد.
برای مطالعه مطالب مفید دیگر، لطفا به لینک های زیر مراجعه فرمایید.
برش پلاسما سیستم هیدرولیک و پنوماتیک شیلنگ فشار قوی