قطعات تشکیل‌دهنده بسیاری از وسایل اطراف ما با استفاده از روش‌های مختلف ماشین‌کاری ساخته می‌شوند. ماشین‌کاری، فرایندی است که به منظور برشکاری قطعات برای دستیابی به شکل و اندازه دلخواه مورد استفاده قرار می‌گیرد. به تجهیزات مورد استفاده در این فرایند، ماشین ابزار یا ماشین افزار می‌گویند. واتر جت یا برشکاری با جت آبی، یکی از روش‌های نوین ماشین‌کاری است که در صنایع مختلف کاربرد دارد.
این روش با به کارگیری جریان پرفشار آب به صورت خالی یا با مواد ساینده، باعث ایجاد برش در اغلب مواد نرم تا سخت می‌شود. مزایای متعدد واترجت، آن را به یکی از روش‌های محبوب ماشین‌کاری تبدیل کرده‌اند.
جت آب یا واتر جت چیست؟
به خروج جریان پرفشار آب از درون یک نازل، جت آب یا اصطلاحا «واترجت» (Water Jet) می‌گویند. واتر جت کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد. به عنوان مثال، جریان آب مورد استفاده برای تمیز کردن خودروها در کارواش به عنوان یکی از انواع کاربردهای واترجت در نظر گرفته می‌شود.
کاربردهای واتر جت کدام هستند؟
به طور کلی، واتر جت یا جریان پرفشار آب به منظور تمیزکاری، آماده‌سازی سطح و برش مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برش
مهم‌ترین کاربرد واترجت در صنایع مختلف، برش انواع مواد نرم تا سخت به منظور تکمیل فرایند تولید آن‌ها است. قابلیت‌های منحصر به فرد واتر جت آن را به یکی از بهترین گزینه‌ای برشکاری و ماشین‌کاری تبدیل می‌کنند.
برشکاری با جت آبی در کارخانه فرآوری گوشت
انواع واتر جت کدام هستند؟
واترجت، عنوانی است که در صنایع مختلف برای اشاره به کاربری‌های متفاوت جریان آب پرفشار مورد استفاده قرار می‌گیرد. از انواع شناخته شده واتر جت می‌توان به برش واتر جت یا واتر جت صنعتی، واترجت چربی یا واتر جت لاغری، واتر جت دندان، واتر جت سنگ یا بتن، واترجت کارواش و غیره اشاره کرد. همان‌گونه که مشاهده می‌کنید، فشار آب، کاربری‌های متنوعی دارد. تمرکز اصلی این مقاله بر روی برش واتر جت و کاربردهای صنعتی آن است.
برش واتر جت چیست ؟
برش واتر جت یا برشکاری با جت آبی یکی از روش‌های نوین ماشین‌کاری است. در این روش، نیروی حاصل از برخورد جریان پرفشار و سریع آب خالص یا ترکیب آب و مواد ساینده به سطح قطعات، باعث ایجاد برش در آن‌ها می‌شود. دستگاه واترجت از ماشین افزار پرکاربرد برای برشکاری انواع مواد به شمار می‌رود.
برش فولاد با واترجت
اجزای دستگاه واتر جت چه هستند؟
دستگاه واترجت از هفت بخش شامل پمپ فشار قوی، نازل، ابزار برش چند محوره، مخزن جذب انرژی، محفظه مواد ساینده، سیستم حرکت دو بعدی و واحد کنترل کامپیوتری تشکیل می‌شود. تصویر زیر بخش‌های مختلف دستگاه واتر جت را نمایش می‌دهد.
بخش‌های نمایش داده شده در تصویر بالا عبارت هستند از:
-
- سیستم پمپ فشار قوی
- سری برش چند محوره
- خروجی نازل
- مخزن جذب انرژی
- محفظه مواد ساینده
- سیستم حرکت دو بعدی
- واحد کنترل کامپیوتری
در ادامه به معرفی عملکرد هر یک از اجزای دستگاه واترجت می‌پردازیم.
نقش پمپ فشار قوی در برشکاری با جت آبی
پمپ فشار قوی، از اصلی‌ترین اجزای سیستم برشکاری با جت آبی است که وظیفه تولید جریان پرفشار آب در فرایند برشکاری را بر عهده دارد. از انواع پمپ مورد استفاده در سیستم برشکاری با جت آبی می‌توان به «پمپ تشدید کننده هیدرولیکی» (Hydraulic Intensifier Pump) و «پمپ جابجایی مثبت» (Positive Displacement Pump) اشاره کرد. پمپ‌های جابجایی مثبت از یک میل‌لنگ برای به حرکت درآورند پیستون استفاده می‌کنند؛ در صورتی که حرکت پیستون در پمپ‌های تشدید کننده با استفاده از یک سیلندر هیدرولیکی انجام می‌گیرد. پمپ‌های جابجایی مثبت هزینه کمتر، انرژی مصرفی کمتر و نیاز به نگهداری بیشتر دارند. از این‌رو، این نوع پمپ‌ها اغلب در کارگاه‌هایی با حجم برشکاری پایین به کار گرفته می‌شوند. در طرف مقابل، پمپ‌های تشدید کننده هیدرولیکی در تولید انبوه و برشکاری قطعات ضخیم‌تر به کار می‌روند.
فشار عملیاتی پمپ‌های جابجایی مثبت تا حدود 4100 بار و فشار عملیاتی پمپ‌های تشدید کننده تا حدود 6500 بار می‌رسد. در مجموع، پمپ‌های تشدید کننده به عنوان متداول‌ترین سیستم افزایش فشار آب در برشکاری با جت آب شناخته می‌شوند.
وظیفه آکومولاتور در سیستم پمپ فشار قوی
از اجزای مهم سیستم پمپاژ در دستگاه واترجت می‌توان به آکومولاتور اشاره کرد. این وسیله به منظور ذخیره انرژی پمپ در مسیر انتقال آب پرفشار به سمت نازل مورد استفاده قرار می‌گیرد. آکومولاتور باعث کاهش نوسانات فشار و تامین پیوسته آب با فشار عملیاتی ثابت می‌شود.
نمونه‌ای از پیکربندی پمپ (سمت چپ) و آکومولاتور (سمت راست) در سیستم پمپاژ دستگاه واترجت
نقش نازل در برش واتر جت
نازل واترجت بخشی است که وظیفه اعمال جت آب بر روی قطعه مورد نظر و انجام عملیات برش را بر عهده دارد. نازل دستگاه واتر جت از بخش‌های مختلفی تشکیل می‌شود که تصویر زیر برخی از مهم‌ترین آن‌ها را نمایش می‌دهد.
بخش‌های نمایش داده شده در تصویر بالا عبارت هستند از:
-
- مجرای ورود آب پرفشار: لوله‌های متصل به آکومولاتور و سیستم پمپاژ
- اوریفیس: قطعه‌ای دارای الماس یا دیگر سنگ‌های بسیار سخت با حفره مرکزی به قطر 10 تا 100 میکرومتر
- مجرای ورود مواد ساینده: لوله‌های متصل به محفظه مواد ساینده و سیستم کنترل جریان این مواد
- لوله اختلاط آب با مواد ساینده: لوله‌ای از جنس سرامیک، کاربید تنگستن یا دیگر مواد مقاوم در برابر سایش
- محافظ خروجی نازل
- جت آب یا واترجت (آب پرفشار و پرسرعت)
- ماده تحت برش
کاربرد ابزار برش چند محوره در برشکاری با جت آبی
ابزار برش چند محوره، یکی از تجهیزات جانبی در برخی از ماشین های واتر جت است که بالاتر از ناحیه خروج آب از نازل نصب می‌شود. این ابزار امکان برشکاری با زوایای مختلف و به حداقل رساندن مخروطی شدن لبه‌های برش خورده قطعه را فراهم می‌کند. به این ترتیب می‌توان قطعاتی با اشکال پیچیده و برش‌های عمودی دقیق را ایجاد کرد. در صورت استفاده از سری‌های پنج محوره، زاویه خروج جت آب از نازل بین 0 تا 60 درجه نسبت به راستای عمود تغییر می‌کند.
