لذت برش مواد با آب

به گزارش آردی نیوز و به نقل از ایسنا، نزدیک به ۹۰ سال است که حضور پر رنگ فناوری “واترجت”(waterjet) در بسیاری از کارها به وضوح دیده شده است. اکنون در این خبر قصد داریم تا درباره کاربردها و تاریخچه این فناوری توضیح دهیم.

واترجت چیست؟

واترجت فناوری است که بوسیله آن از جریان بالای فشار آب برای برش دادن طیف گسترده‌ای از مواد استفاده می‌شود.

در برخی موارد که کاربران قصد برش فولاد را با این وسیله دارند، یک ساینده که معمولاً از جنس گرانیت است، به منظور افزایش قدرت برش به واترجت افزوده می‌شود.

از آنجا که این ساینده‌ها به نازل اضافه می‌شوند، به همین دلیل بسیار ساده می‌توان حالت بخش آبپاش و و برش باواتر جت را تغییر داد.

همانطور که نازل در طول برش مواد حرکت می‌کند، جریان آب واترجت در مسیر خم می‌شود. درک پویایی جریان واترجت و محاسبه میزان انحنای واترجت برای سرعت بخشیدن و سریع بریدن اجسام لازم و ضروری است.
اجزای یک واترجت

پمپ فشار قوی: این پمپ جریان آب تحت فشار را برای فرایند برش تولید می‌کند.

سر برش چند قسمتی: به عنوان یک گزینه اضافی در واترجت‌ها، این سر برش چند محوری تحت کنترل رایانه به منظور تعیین زاویه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نازل ساینده واترجت: در داخل نازل، آب تحت فشار از طریق یک خروجی با قطر کوچک عبور می‌کند و یک فواره آبی مناسبی تشکیل می‌دهد. سپس جت از طریق یک بخش ونتوری عبور می‌کند و در آنجا مقدار ذرات ریز ساینده به اندازه کافی در جریان آب قرار می‌گیرند. مخلوطی از ذرات آب و ذرات ساینده از طریق یک لوله مخلوط سرامیکی ویژه عبور می‌کند و در نتیجه ماده مایع ساینده برای برش اجسام با سرعت بسیار بالا از نازل خارج می‌شود.

محافظ مخزن: مخزن محافظ پر از آب، انرژی جت ساینده را پس از برش از طریق موادی که ماشین‌کاری شده است را پراکنده می‌کند.

مخزن محافظ ساینده: مخزن محافظ ساینده و سیستم کنترل جریان ساینده مرتبط میزان جریان ذرات ساینده به نازل را می‌سنجند.

سیستم ” X-Y Traverse ” : سیستم حرکت دقیق X-Y برای هدایت دقیق حرکت نازل برای برش قسمت خاص جسم مورد نظر استفاده می‌شود.

کنترل کننده مبتنی بر یارانه: کنترل کننده‌های حرکت پیشرفته برای سیستم‌های واترجت ساینده مبتنی بر رایانه هستند و توسط آنها حتی افرادی که تجربه کاری زیادی با این وسیله نداشته‌اند، می‌توانند قطعات را با دقتی بسیار بالا برش دهند.

واترجت چه موادی را برش می‌دهد؟

پلاستیک‌های فیبرکربن تقویت شده

برش این مواد پیشرفته یک گام بزرگ برای سیستم‌های واترجت است. این مواد بسیار سریع برش داده می‌شوند و سیستم ساینده جت در حال حاضر به طور گسترده‌ای در برنامه‌های کاربردی هوا فضا تا اتومبیل‌های مسابقه‌ای استفاده می‌شود.

پلاستیک‌های شیشه تقویت شده

فایبرگلاس را می‌توان به سرعت و بدون ایجاد هرگونه گرد و غبار خطرناک و یا دود، توسط واترجت‌ها برش داد. فایبرگلاس (Fiberglass) کامپوزیتی از الیاف شیشه با مواد پلیمری است که از پشم شیشه به عنوان ماده تقویت کننده و از مواد پلیمری به عنوان مواد زمینه استفاده می‌شود. فایبرگلاس، رایج‌ترین عایق حرارتی مورد استفاده در عصر حاضر است و دلیل آن هم طریقه ساخت آنها می‌باشد. در ساخت فایبرگلاس استانداردهای ساخت شیشه در تولید عایق‌های حرارتی رعایت می‌شود و به همین دلیل است که انتقال حرارت را به حداقل می‌رساند.

فولاد کربنی

ماشین واترجت تمام نوع فولاد را برش می‌دهد. این دستگاه بدون سوراخ و ترک برداشتن یک برش صاف بر روی لبه فولاد ایجاد می‌کند.

هرگونه فولاد ضد زنگ را می‌توان به راحتی توسط واترجت برش داد. فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل(Stainless Steel) به فولادهایی با مقدار عناصر آلیاژی بالا گفته می‌شود که توانایی مقاومت به خوردگی در اتمسفرهای خورنده و دماهای بالا را داشته باشند.

انواع آلیاژها

واترجت دستگاهی است که به راحتی و به سرعت و بدون ایجاد هرگونه گرمایی بر روی قطعه، می‌تواند فلز آلومینیوم، تیتانیوم، مس و برنج را برش دهد. به علت اینکه واترجت برشکاری سرد می‌باشد و حرارتی بر روی قطعات نمی‌گذارد برای تولید قطعات فولادی و همچنین اکثر فلزات مانند مس، آلومنیوم، برنج، استیل، فولاد زنگ نزن ۳۰۴ و … کاربرد دارد و بر لیزر ارجح است.

شیشه

واترجتها کاربردهای بسیاری در برش انواع مختلفی از محصولات شیشه‌ای، از جمله پانل های فوق العاده نازک برای گوشی‌های هوشمند تا پانل های ضد گلوله چند لایه برای وسایل نقلیه و ساختمان‌ها نیز دارند.

سنگ

واترجت‌ها علاوه بر مواردی که گفته شد کاربرد وسیعی در برش انواع سنگ‌ها، بتن و سرامیک‌ها نیز دارند.

واترجت‌ها می‌توانند به راحتی سنگ گرانیت، کوارتز و … را برش دهند.

هم چنین لازم به ذکر است برخی هنرمندان از واترجت‌ها برای خلق شکل‌های پیچیده در موادی همانند شیشه منقوش، سنگ مرمر که رسوما کار با آن‌ها مشکل است، استفاده می‌کنند.

تاریخچه واترجت

فناوری واترجت با فشار بالا در اصل در دوران پس از جنگ جهانی شکل گرفت و باعث شد تا افراد بتوانند سریع‌تر و با دقت بیشتر اجسام را برش دهند.

اوایل دهه ۱۹۷۰، ” دکتر جان اولسن”(Dr. John Olsen)، مدیر عامل بخش عملیات شرکت”OMAX”، موفق به توسعه نخستین پمپ با فشار فوق بالا شد.

دهه ۱۹۳۰

سیستم واترجت کم فشار برای برش کاغذ مورد استفاده قرار گرفت و مفهوم نازل واترجت ساینده ثبت شد.

دهه ۱۹۴۰

سیستم آب بند فشار برای استفاده در هوانوری و وسایل نقلیه هیدرولیک توسعه یافت. آب‌بند مکانیکی (Mechanical Seal) وسیله‌ای است که به اتصال قطعات و تجهیزات مختلف به یکدیگر در یک سیستم یا مکانیزم کمک و از نشت سیال جاری بر اثر وجود اختلاف فشار در مرز قطعات جلوگیری می‌کند.

دهه ۱۹۵۰

جت مایع با فشار فوق بالا (۱۰۰ هزار پوند بر اینچ مربع) برای برش فلزات در صنایع هوافضا مورد استفاده قرار گرفت.

سیستم کنترل عددی(NC) توسط “جان پارسنز”(John Parsons) و واترجت فشار بالا برای برش اشکال پلاستیکی توسعه یافت.

دهه ۱۹۶۰

تعاد زیادی واترجت با فشار بیش از ۵۰ هزار پوند بر اینچ مربع در کمپانی Union Carbide ایجاد شد که اینواترجت‌ها می‌توانستند فلزات و سنگ‌ها را برش دهند. پمپ‌های فشار بالا برای صنعت پلی اتیلن نیز توسعه یافت.

دهه ۱۹۷۰

شرکت ” Bendix ” از کریستال کرندوم برای قسمت نازل واترجت استفاده نمود.

دکتر “جان اولسن” موفق به توسعه پمپ تشدیدکننده فشار بالا شد. اولین سیستم تجاری برش واترجت نیز معرفی شد.

دهه ۱۹۸۰

کمپانی”Boride” لوله‌های مخلوط مرکب از کاربید تنگستن سرامیک”ROCTEC” را تولید کرد و تکامل سیستم نازل ساینده نیز سبب توسعه ماشین آلاتی پیشرفته با جت ساینده شد که به عمل آن ماشین‌کاری با جت ساینده می‌گویند.

یک جت گاز خنثی که ذرات ساینده بسیار ریز تشکیل شده با سرعت بالا (معمولان بین ۲۰۰–۴۰۰ متر بر ثانیه) به سطح قطعه کار برخورد کرده و باعث برداشت ماده از طریق عملیات براده برداری-فرسایشی می‌شود. این عمل فرسایشی برای بریدن، تمیز کردن، کنده کاری یا حکاکی، صیقلی کردن و پلیسه‌گیری به کار گرفته می‌شود. این روش برداشت ماده بر روی مواد سخت یا شکننده بسیار مؤثر است ولی برای مواد نرم مؤثر نمی‌باشد. از این روش می‌توان جزیات ریز و پیچیده را بر روی قطعات ترد ایجاد کرد.

دهه ۱۹۹۰

شرکت “OMAX” تأسیس شد. دکتر جان اولسن سیستم‌های کنترل حرکت را توسعه داد تا جریان دقیق واترجت را تعیین کند.

دهه ۲۰۰۰

شرکت ” OMAX” طراحی وسرعت سیستم‌های برش خود را بهبود بخشید.

دهه ۲۰۱۰

در این سال شرکت “OMAX” پیشرفت قابل توجهی در طراحی این سیستم‌ها داشت به طوری که موفق به توسعه بعضی ابزار با فناوری چاپ سه بعدی شد.