اخبار و مطالب

واترجت

مقدمه

همگام با پيشرفت صنعت و تكنولوژي، نياز به دستگاهها و تجهيزات متنوع و تك منظوره روزبروز افزايش مي‌يابد. علاوه بر اين تنوع، سليقه‌هاي گوناگون استفاده‌كنندگان و روند به سوي تكامل صنعت ، موجب شده‌اند كه ديگر سيستمهاي توليدي قديمي مانند ماشينهاي تراش معمولي ، جوابگوي تغييرات مداوم در تقاضاهاي بازار نباشند. در نتيجه، با تنگ تر شدن عرصه رقابت ، توليدكنندگان در سالهاي اخير به ابداع سيستمهاي توليدي پيشرفته روي آورده‌اند تا بتوانند هم قادر به ارضاي نيازهاي مشتري باشند و هم بقاي خود را تضمين نمايند. در طي اين تغيير و تحول سيستمهاي توليدي، رايانه‌ها نقش بسيار مهمي را در هدايت ، كنترل و پيگيري عمليات مختلف دستي يا ماشيني بعهده گرفته‌اند. از طرفي، به منظور كاهش خطاهاي انساني و ارتقاي سطح تكرارپذيري و دقت عمل، رباتهاي گوناگوني طراحي و ساخته شده‌اند تا محصولات توليدي از كيفيت و قابليت اطمينان بالايي برخوردار شوند. يكي از اين دستگاههاي پيشرفته وكارآمد دستگاه برش بوسيله جت آب (water jet cutting ) مي باشد.

 

 

تاریخچه :

این موتورهای  آبی ، در زمينه تکنولوژی به مدت بيش از يکصد سال استفاده می شده است، بعنوان مثال در زمينه استخراج معدن و ساخت تونل برای سنگ شویی کردن سنگ و زمين از آن استفاده می شده  .اولين تلاشها برای بريدن مواد نرم با استفاده از واتر جت از سال 1960 آغاز شده است. از اواسط دهه هشتاد واتر جت در ترکيب با مواد ساينده برای بريدن مواد سخت مثل فلزات و سنگها وپلاستيکها نیز مورد استفاده قرار گرفت .

اخیراً بر طبق گزارش Frost و Sullivan كه یك شركت بازاریابی كار می‌كنند، اعلام نموده‌اند كه abrasive waterjet به نحو چشمگیری رشد و گسترش قابل ملاحظه‌ای پیدا كرده است. رشد 9/1 درصد در فاصله سال‌های 2002-1997 برای بازار واترجت و جت مواد درآینده پیش‌بینی می‌شود. هم واترجت و هم لیزر قادرند فلزات و دیگر مواد را برش دهند. ولیكن دستگاه‌های واترجت ارزان‌تر از دستگاه‌های لیزر می‌باشند .این فرآیند برای برشکاری و شیار زنی غیر فلزات متخلخل مانند: چوب , چرم , اسفنج و... مناسب است.از آن همچنین برای برشکاری کامپوزیت ها , برداشتن روکش سیم ها و پلیسه گیری استفاده می شود .

جت آب یک ابزار برشی است که هرگز کند نمی شود و یا نمی شکند . این فرآیند گرد و غبار تولید نمی کند , پس از این رو خطرات موجود در ماشین کاری کامپوزیت های الیافی و آزبست ها به حداقل می رسند .

واتر جت چیست ؟ 

برش واتر جت به معنی برش مواد با استفاده از فشار زیاد آب است. آب با خروج از نازلی با قطر خیلی کوچک به سبب فشار زیادی که دارد سرعتی در حدود 900 متر برثانیه پیدا  می کند که می تواند هر ماده ای را برش دهد. با کنترل کامپیوتری این نیرو می توان اشکال مورد نظر را تولید کرد.

دستگاه برش واتر جت از دو قسمت اصلی تشکیل شده است. پمپ شدت دهنده که فشاری در حدود 40000  تا 60000 Psi تولید می کند و نازل برش که بر روی ساختمان دستگاه نصب شده است. این نازل قدرت گردش در سه جهت X , Y , Z را داراست. بنابراین به راحتی قدرت انجام فرمانهای لازم را دارد.

در مقایسه با برش پلاسما ، لیزر ، امتیازات واتر جت وسیع است. واتر جت قابلیت برش بازه وسیعی از مواد را داراست. به عنوان مثال می توان به فلزات، غیر فلزات، سرامیک، فلزات غیر آهنی، انواع سنگ، چرم، پلاستیک، شیشه و ... اشاره کرد. نکته قابل توجه در صنعت ایجاد تنشهای حرارتی بعد از برش در قطعه است که در موارد حساس غیر قابل قبول است لذا استفاده از واتر جت به علت برش با آب هیچ نوع تنش حرارتی در قطعه بر جا نمی گذارد که منحصر به فرد و بسیار حائز اهمیت است.

ضخامت اقتصادی برش  با واتر جت حدود 50 سانتی متر است. برای فلزات اگر نیاز به برشی با ضخامت بیشتر دارید استفاده از این روش پیشنهاد نمی شود.

محدوديت‌هاي نازل‌هاي جت مواد ساينده

نازل‌هاي جت مواد ساينده علاوه بر طرح ساده‌اي كه دارند گاه‌گاهي ايجاد مشكلاتي نيز مي‌كنند. طرح‌هاي گوناگوني ساخته شده‌اند ولي همگي در بروز يكسري مشكلات مشترك هستند. تيوپ مخلوط‌كننده يك قطعه و مجموعه گران‌قيمت بوده و به علت سايش در اثر مواد ساينده داراي عمر كوتاهي نيز مي‌باشد. همانطوري كه گفته شد، جت مواد ساينده قادر است هر چيزي را برش دهد و اين توانايي بالايي فرسايش و در نتيچه آن برش مسير عبور و تيوپ مخلوط‌كننده را نيز تحت تاثير قرار مي‌دهد و همين امر در افزايش قيمت نهايي قطعه توليدي تاثير مي‌گذارد.

از ديگر معایب دستگاه‌هاي جت مواد ساينده اين است كه تيوپ مخلوط‌كننده گاه‌گاهي مسدود مي‌شود. معمولاً علت اين امر در اثر مواد زايد و كثيف (dirt) و همچنين دانه‌هاي مواد ساينده كه از اندازه استاندارد بزرگ‌تر باشند نيز حاصل مي‌شود.

 

ساز و کاردستگاه :

عمده فعاليتهاي انجام شده در چها ردهه گذشته مربوط به ايجاد تكنولوژي فشار بسيار زياد مورد نياز اين قبيل دستگاههاي پيشرفته بوده است زيرا كه براي برش فلزات بايد آب مصرفي با فشار بسيار زياد تنظيم شود وتحت فشار قرار گيرد تا بتواند يك جريان برش بسيار قوي را براي برش ايجاد نمايد . اين پروسه ها فقط براي دو مورد زير قابل اجرا ميباشد :

- آب مصرفي

- جت مواد ساينده

سازوکار واتر جت ازیک  باريکه آب، با سرعت بالا که يک ماده ساينده به منظور برش مواد سخت به آن تزريق شده ، تشکيل شده است .مخلوط آب ومواد ساينده يک بريدگی باريک را روی قطعه کار ايجاد می کند .

عنصر کلیدی در این فرآیند آب است که با سرعت 900 متر بر ثانیه حرکت می کند و به هنگام برخورد این جریان به سطح قطعه کار ماده بر اثر نیروی آب به سرعت برداشته می شود.

 

 کارواش یا واترجت

اجزای تشکیل دهنده :

به طور کلی میتوان این دستگاه را به دو قسمت زیر تقسیم کرد:

1-- سیستم کم فشار شامل  موتور الکتریکی ، تانک , لوله های فشار ضعیف وفیلترها .

موتور الکتریکی : از این موتور برای به حرکت درآوردن پمپ روغن استفاده می شود و معمولا قدرتی در حدود  Hp 75 دارد .

تانک:برای  جمع آوری آب وبرگشت آب اضافه از آن استفاده می کنند.

لوله های فشار ضعیف: برای انتقال آب از تانک به پمپ وبرای برگشت آب ازسیستم به تانک استفاده میکند چون که این لوله ها تحت فشار نیستند پس میتوان جنس آنها راضعیف در نظر گرفت.

فیلتر : برای جدا کردن ذرات ساینده از آب استفاده می شود. در ماشین کاری مواد ساینده با جت آب فیلتر کردن اهمیت کمتری دارد ولی در برشکاری با جت آب از اهمیت بیشتری  برخوردار است , زیرا عمر نازل تا حدود زیادی , به تمیز بودن آب بستگی دارد. در دو قسمت از مدار فیلتر قرار می گیرد , یکی در مسیر ورودی آب به تقویت کننده , که محافظت لازم را از تقویت کننده به عمل می آورد.اگر از آب شهری که املاح معدنی دارد استفاده شود اهمیت تصفیه آب بیشتر می شود,زیرا آب شهری دارای کلسیم,آهن,سدیم وغیره می باشد که ته نشین می شوند.دقت این فیلتر 45/0میکرون می باشد. دومین فیلتر بعد از انباره ودر مسیر ورود به نازل قرار می گیرد.

2-- سیستم پرفشارکه شامل سیستم  پمپاژ , لوله های فشار قوی , انباره (آکومولاتور) , سیستم تغذیه مواد ساینده ( در AWJM ) ، شیر قطع و وصل و  مجموعه نازل است .

 سیستم پمپاژ:

 این سیستم از دو قسمت تشکیل شده است:واحد هیدرولیک وقسمت تقویت کننده فشار.

 

واحد هیدرولیک:

 شامل یک موتور الکتریکی و یک پمپ هیدرولیکی روغن است. پمپ روغن به موتورالکتریکی متصل است وانرژی خود را از طریق آن تامین می کند. پمپ روغن , روغن را از منبع آن کشیده وفشار آن را افزایش می دهد.

پمپ روغن :

این پمپ برای بوجود آوردن فشار لازم بر روی روغن استفاده می شود و نیروی خود را از موتور الکتریکی گرفته و روغن را از مخزن روغن کشیده و به سیستم تقویت کننده می فرستد . این پمپ ها بیشتر از نوع دنده ای هستند . به دلیل اینکه بحث در مورد پمپ ها در حوصله این بحث نمی گنجد از توضیح در مورد آنها منصرف شده و تنها به عکس ها یی این پمپ ها اکتفا می کنیم . ولی این نکته قابل توجه است که هر  پمپ یک سوپاپ اطمینان دارد که در صورت زیاد تر از حد مجاز شدن فشار بصورت یک فشار شکن عمل می کند .

تقویت کننده فشار :

 چگونه فشار آب بسیار زیاد می شود ؟  پمپ روغن ، روغن را با فشار 200 بار به داخل این سیستم می فرستد .روغن پمپ شده به

موجب حرکت آن به چپ و راست می شود . زمانی که روغن از سمت چپ وارد سیلندر روغن می شود ، پیستون بزرگ به سمت راست حرکت می کند و این حرکت سبب جابجایی پیستون کوچک سیلندر آب به طرف راست می گردد و فشار منفی نسبی کمتر از فشار جو بوجود می آورد . فشار آب در نقطه ورود آب به سیلندر در حدود فشار جو است و اگر از پمپ برای هدایت آب استفاده شود ، کمی بیشتر از فشار جو خواهد بود . این اختلاف فشار موجب هدایت آب به داخل سیلندر می شود .شیرهای یک طرفه ی ساچمه ای تضمین کننده ی جریان مایع در جهت های مناسب و صحیح هستند . وقتی پیستون بزرگ به انتهای سمت راست سیلندر روغن برسد ، جهت جریان روغن تغییر می کند و روغن از سمت راست وارد می شود که این خود موجب رانش پیستون بزرگ به سمت چپ گشته و سبب جابجایی پیستون کوچک در سیلندر آب به طرف چپ و انتقال آب با فشار بسیار زیاد به بیرون می گردد. در ضمن پیستون کوچک در سیلندر آب  طرف راست نیز به سمت چپ حرکت کرده و با ایجاد مکش ، آب را از ورودی سمت راست به سیلند آب هدایت می کند . این روند با رفت و برگشت  پیستون بزرگ ادامه می یابد .