امروزه یکی از دستگاه‌های پیشرفته و کارآمد برش، دستگاه واتر جت (water jet cutting) یا همان جت آب می‌باشد. این تکنولوژی هر روز پیشرفت و توسعه بیشتری می یابد و استفاده از آن افزایش می یابد. در اینجا با تکنولوژی واتر جت بیشتر آشنا می شویم.
واتر جت موتورهای آبی هستند که برای بریدن مواد سخت مثل فلزات، سنگ‌ها و پلاستیک‌ها و نیز چوب، چرم، اسفنج، کامپوزیت‌ها و برداشتن روکش سیم‌ها و پلیسه‌گیری استفاده می‌شود.
همگام با پیشرفت صنعت و تکنولوژی، نیاز به دستگاه‌ها و تجهیزات متنوع و تک منظوره روزبروز افزایش می‌یابد. علاوه بر این تنوع، سلیقه‌های گوناگون استفاده‌کنندگان و روند به سوی تکامل صنعت، موجب شده‌اند که دیگر سیستم‌های تولیدی قدیمی مانند ماشین‌های تراش معمولی، جوابگوی تغییرات مداوم در تقاضاهای بازار نباشند. در نتیجه، با تنگ‌تر شدن عرصه رقابت، تولیدکنندگان در سال‌های اخیر به ابداع سیستم‌های تولیدی پیشرفته روی آورده‌اند تا بتوانند هم قادر به ارضای نیازهای مشتری باشند و هم بقای خود را تضمین نمایند. در طی این تغییر و تحول سیستم‌های تولیدی، رایانه‌ها نقش بسیار مهمی را در هدایت، کنترل و پیگیری عملیات مختلف دستی یا ماشینی به عهده گرفته‌اند. از طرفی، به منظور کاهش خطاهای انسانی و ارتقای سطح تکرارپذیری و دقت عمل، ربات‌های گوناگونی طراحی و ساخته شده‌اند تا محصولات تولیدی از کیفیت و قابلیت اطمینان بالایی برخوردار شوند.
یکی از این دستگاه‌های پیشرفته و کارآمد دستگاه برش بوسیله واتر جت (water jet cutting) یا همان جت آب می‌باشد.
واترجت چیست؟
از این موتورهای آبی در زمینه تکنولوژی به مدت بیش از یک صد سال به عنوان مثال در زمینه استخراج معدن و ساخت تونل برای سنگ‌شویی کردن سنگ و زمین استفاده می‌شده است. اولین تلاش‌ها برای بریدن مواد نرم با استفاده از واتر جت از سال 1960 آغاز شده است. از اواسط دهه هشتاد واتر جت در ترکیب با مواد ساینده برای بریدن مواد سخت مثل فلزات و سنگ‌ها و پلاستیک‌ها نیز مورد استفاده قرار گرفت.
طبق گزارش‌ها، واتر جت به نحو چشمگیری رشد و گسترش قابل ملاحظه‌ای پیدا کرده است.
هم واترجت و هم لیزر قادرند فلزات و دیگر مواد را برش دهند اما دستگاه‌های واترجت ارزان‌تر از دستگاه‌های لیزر می‌باشند.
این فرآیند برای برشکاری و شیارزنی غیر فلزات متخلخل مانند: چوب، چرم، اسفنج و… مناسب است. از آن همچنین برای برشکاری کامپوزیت‌ها، برداشتن روکش سیم‌ها و پلیسه گیری استفاده می‌شود. این فرایند با بهره گیری از اصل تاثیرات فرسایشی یک جت آب با قطر کم و سرعت بالا کار می کند. کیفیت لبه‌های ماشین کاری شده در این فرآیند به طور معمول بهتر از دیگر فرآیند های برشی رایج است.
جت آب یک ابزار برشی است که هرگز کند نمی‌شود و یا نمی‌شکند. این فرآیند گرد و غبار تولید نمی‌کند، پس از این رو خطرات موجود در ماشینکاری کامپوزیت‌های الیافی و آزبست‌ها به حداقل می‌رسند.
مواد مصرفی:
در واتر جت آب ماشینکاری می‌کند. ابزار برش، آب خالص یا آب به همراه مواد ساینده است. فرآیند برش با آب خالص معمولا برای مواد کم استحکام مانند کاغذ، شیشه، فایبر گلاس و مقوا و فرآیند برش به همراه مواد ساینده، برای مواد مستحکم مانند فلزات و آلیاژها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برش بوسیله جت آب دارای قابلیت انعطاف بالا و توانایی تغییر درصنایع تولیدی را دارا می‌باشد و اجازه انجام بیشتر برش‌ها را به کاربران آن می‌دهد.
یکی از صاحبان و مالکان کارخانه ساخت این دستگاه‌ها می‌گوید: “این تکنولوژی با قابلیت انعطاف‌پذیری بالا در انجام برش‌ها و ارائه بهترین تکنولوژی در اقتصاد و تجارت و صنعت، نتایج دلخواه و مورد نظر ما را با قابلیت اطمینان بسیار حیرت‌انگیز ارائه می‌نماید.”
عمده فعالیت‌های انجام شده در چهار دهه گذشته مربوط به ایجاد تکنولوژی فشار بسیار زیاد مورد نیاز این قبیل دستگاه‌های پیشرفته بوده است زیرا که برای برش فلزات باید آب مصرفی با فشار بسیار زیاد تنظیم شود و تحت فشار قرار گیرد تا بتواند یک جریان برش بسیار قوی را برای برش ایجاد نماید. این پروسه‌ها فقط برای دو مورد زیر قابل اجرا می‌باشد:
– آب مصرفی
– جت مواد ساینده
سازوکار واتر جت از یک باریکه آب، با سرعت بالا که یک ماده ساینده به منظور برش مواد سخت به آن تزریق شده، تشکیل شده است. مخلوط آب و مواد ساینده یک بریدگی باریک را روی قطعه کار ایجاد می‌کند.
عنصر کلیدی در این فرآیند آب است که با سرعت 900 متر بر ثانیه حرکت می‌کند و به هنگام برخورد این جریان به سطح قطعه کار، ماده بر اثر نیروی آب به سرعت برداشته می‌شود.
ساینده‌ها:
جنس ساینده ها معمولا سیلیکون کارباید، سیلیس و یا لعل است که بسته به جنسی که باید ماشینکاری شود انتخاب می‌شود. مواد ساینده پس از مصرف قابل بازیافت نیستند. اندازه ذرات ساینده معمولا بین 150 تا 1000 است. نسبت حجمی آب و ذرات ساینده یک نقطه بحرانی دارد که اگر مقدار نسبت حجمی کمتر یا مساوی آن باشد بیش‌ترین راندمان را داریم ولی با بیشتر شدن نسبت ذرات ساینده در آب راندمان پایین می‌آید.
فواید واترجت:
– یکی از برترین فواید و مزایای واتر جت این است که ذاتاً دارای خاصیت برشکاری سرد می‌باشد و ایجاد حرارت نمی‌کند که همین خاصیت به مواد اجازه برش می‌دهد. در صورتی که در سایر روش‌های برشکاری مواد یا می‌سوزند یا ذوب شده و یا این که ترک بر می‌دارند.
درضمن بعضی از فرآیندهای حرارتی سبب تاب برداشتن و سخت شدن سطح قطعه گشته و یا این که موجب ساتع شدن گازهای خطرناک از جسم می‌شود.
در مواد متضاد و مقابل هم که توسط واتر جت برش می‌خورند بنا به همین مزیت هیچ گونه تنش حرارتی را تحمل نمی‌کنند و هر گونه نتایج ناخوشایند را از آن‌ها دور می‌سازد.
برشکاری سرد می‌تواند بر مناطقی که دچار سختی نشده‌اند تأثیر گذاشته، در هر سمت و جهتی عملیات سوراخکاری و یا برشکاری را انجام دهد.
این روش می‌تواند بدون ایجاد سوراخ‌های اولیه برای انجام عملیات سوراخکاری اقدام به انجام عمل سوراخکاری در هر نوع ماده و قالب ویژه وحتی در فواصل بسیار نزدیک به هم نماید و هیچ گونه احتیاجی به انجام عملیات ثانویه یا نهایی بر روی قـــطعه نمی‌باشد.
کمتر تجهیزاتی می‌باشند که حافظ محیط زیست بوده و کمترین گرد وغبار را در محیط انتشار دهند و یا مانع از ساتع شدن گازهای خطرناکی که در حین فرایندهای تنشی به علت این تنش‌های آزاد ایجاد می‌گردد، شوند. در صورتی که در واتر جت تمامی این موارد رعایت و اعمال می‌شود.
– دراین روش هیچ گونه خطری متوجه کاربران نیست. همچنین این روش صداهای ناهنجاری که شنیده نمی‌شوند ولی روی اعصاب تاثیر منفی می‌گذارند را تولید نمی‌کند(مانند امواج با فرکانس‌های بالا که توسط ماشینکاری الترا سونیک تولید می‌شود). محدوده شنوایی انسان حدود 20 هرتز تا 20 کیلو هرتز است ولی در التراسونیک امواجی با فرکانس 20 کیلو هرتز به بالا تولید می‌کند.
– علاوه بر این‌ها، ماشین‌های یکپارچه‌ای می‌باشند که باعث صرفه‌جویی در استفاده از مواد خام و اولیه می‌گردند.
می‌توانند برش‌های عرضی بسیار کوچک ایجاد نمایند و یا در برش‌های تو در تو و پیچیده مورد استفاده قرار گیرند.
– بسیار سریع‌تر از ابزارهای برش معمولی می‌باشند.
– از دیگر فواید آن‌ها توانایی انجام برش بر روی رشته‌های بسیار محکم از فلزات، مواد صیقلی و یا با سطح ناهموار و لایه‌های متفاوت جمع شده می‌باشد.
پس از آن که فرایندهای مکانیکی برروی سطوح ذره‌بینی اتفاق افتاد، سطوح مورد نظر با موادی که دارای عوامل خطرزا نمی‌باشند، کامل می‌گردد.
– انرژی جنبشی در واتر جت باعث تغییر شکل در اجسام شده و همین انرژی سبب ایجاد سوراخ با درستی و صحت بالا دراجسام می‌شود، بدون باقی گذاشتن لبه، تراشه یا پوسته‌ای بر روی آن‌ها.
– این فرایند بسیار عالی بوده و دارای کیفیت سطح بسیار بالا با لبه‌هایی عالی می‌باشد که در بسیاری موارد احتیاج ما را به فرایند تمام کاری رفع می‌نماید.
واتر جت در تولید اجسام و طرح‌های پیچیده بسیار باصرفه می‌باشد و مواد می‌توانند در فئال نزدیکی از هم برش بخورند.
– همچنین ایجاد گوشــــــه‌های تیز و اریب و سوراخ‌های شکافدار و شکل‌‌هایی با گوشه‌های شعاع بسیار کوچک امکان‌پذیر می‌باشد.
– انجام عملیات بر روی مواد روی هم قرار گرفته، چندین قطعه‌ای و عملیات تو در تو کردن مواد را به معنای واقعی در کمترین زمان برش می‌دهد.
– واتر جت همچنین محافظ محیط زیست و فرایندی پاک و تمیز می‌باشد و تولید تراشه و خرده‌های فلزی و گازهای خطرناک نمی‌نماید.
– به مواد روغنی و محلول‌های خنک‌کننده در طول فرآیند نیازی نمی‌باشد.
– در جهان امروزی با وجود قیمت بالای مواد اولیه و وجود منابع محدود، انجام برش‌های کوچک و چاکدار و یا برش‌های عرضی و انجام عملیات تو در تویی بر روی قطعات، امکان بهینه‌سازی مصرف مواد اولیه را برای ما همراه با افزایش سودآوری فراهم می‌سازد.
– با استفاده از آب خالص امکان برش پارچه، مواد الاستیکی، مواد غیر بافته، مواد پلاستیکی و پلیمرهای نازک، محصولات غذایی و بسیاری تولیدات دیگر وجود دارد.
– با سرعتی چند صد برابر حالت‌های معمولی در دقیقه.
– با افزایش مواد ساینده می‌توان مواد بسیار سخت همانند فلزات، سنگ، شیشه‌های گلوله‌ای شکل، سرامیک‌ها و غیره را به راحتی برش داد.
– مواد ضخیم نیز می‌توانند براحتی در سیستم‌های سایشی واتر جت مورد استفاده قرار گیرند.
– برش و یا سایش فلزات قطور نیز از دیگر فواید و مزیتهای تکنولـــــــــــــوژی واتر جت است.
– با تنظیم و سازگاری بین دهانه یا نازل برش و قطر دهانه کانونی مجرای برش و همچنین کمیت و نوع مواد سایشی مورد استفاده می‌توان به بالاترین تأثیر برشی مورد نظر دست یافت.
سرعت واتر جت:
سرعت کار و همچنین صحت انجام آن بستگی به ساختار ماده، ضخیم بودن، کیفیت مطلوب برش، واشرهای مورد استفاده در دستگاه دارد که با قابلیت حرکتی که دارد اجازه حرکت بین 1/0 تا 3000 اینچ در هر دقیقه را می‌دهد.
تکنیک‌های اتوماتیک سخت افزارهایی را پیشنهاد م‌کند که سرعت برش را برای طیف وسیعی از فلزات محاسبه نماید.
سرعت برش با چند فاکتور تعیین می‌شود از جمله کیفیت ساختمانی لبه تحت برشکاری که در این میان مقدار مواد سایشی مورد استفاده، فشار برش، اندازه روزنه نازل و کانون مجرای برش، قدرت پمپ‌های فشار می‌تواند نتیجه مطلوب و مورد نظر مارا ایجاد نماید.
میزان برش اجسام ضخیم و قطور با واترجت:
میزان برش بستگی به سطح یا سختی مواد مورد برشکاری دارد که در رنجی میان 0.25 تا 30 اینچ تغییر می‌کند.
مواد سخت معمولاً در رنج بین 0.25 تا 2.5 اینچ برش می‌خورند.
از واتر جت همچنین جهت پلیسه‌گیری و برداشتن ناصافی‌های سطح نیز می‌توان استفاده کرد.