برش واترجت چگونه کار می کند؟
برش واترجت یکی از روش عای مهم برش فلزات می باشد که کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارد.
به طور کلی برش واترجت یا با استفاده از آب فشرده با سرعت وفشار زیاد صورت می گیرد یا با مخلوط آب و ماده ساینده (ترکیبات ماسه سلیسی) برش فلزات را انجام می دهد. این فرآیند درواقع همانند فرسایش توسط آب است که در طبیعت نیز مشاهده می شود اما در دستگاه واترجت این فرآیند با سرعن زیاد و تمرکز بر روی یک نقطه برشی خاص صورت می گیرد.
برش با واترجت در صنایع گوناگونی کاربرد دارد: از جمله صنایع معدنی، ساخت ماشین آلات صنعتی، ساخت قطعات، صنایع هوا فضا و …
واترجت علاوه بر کاربرد در برش فلزات و سایر مواد، در شکل دهی، کنده کاری و پردازش متریال های گوناگون نیز کاربرد دارد.
تعریف برش واترجت
دستگاه برش با آب یا برش واترجت (Abrasive WaterJet Cutting) کار برش مواد را با فشار زیاد آب انجام می دهد. ساز و کار واترجت بدین صورت است که یک پمپ بسیار قوی آب را با فشار زیاد به داخل یک نازل با قطر خیلی کم هدایت می کند در نتیجه آب سرعتی در حدود ۹۰۰ متر بر ثانیه پیدا می کند سپس ماده ساینده ای به نام ابرسیو (abrasive) به منظور برش مواد سخت به این آب تزریق می شود, این مخلوط آب و مواد ساینده که با فشار ۴۰۰۰ تا ۶۲۰۰ بار (بسته به قدرت پمپ) از نازل خارج می شود طرح را بر روی قطعه مورد نظر برش می دهد.
دستگاه برش واترجت بر مبنای اصول CNC کار می کند. واژه CNC مخفف Computer Numerical Control است یعنی دستگاه هایی که با سیستم کنترل عددی از طریق کامپیوتر کار می کنند. بدین ترتیب برای برش ورق یک طرح با دستگاه واترجت ابتدا طرح به صورت خطی در یکی از نرم افزارهای برداری (Vector) مانند کرل دراو, اتوکد, کَتیا و… طراحی می شود سپس این طرح در نرم افزاری دیگر به Gcode تبدیل می شود و وارد کامپیوتر دستگاه می شود و روی هر مادهای که زیر نازل قرار گرفته باشد ورق برش می خورد. (جهت خرید و بررسی به قیمت ورق مراجعه نمایید)
مقالات بیشتر: آشنایی با فناوری برش لیزری
تاریخچه برش واترجت
اولین نشانه‌های استفاده از جت آب برای برش مواد مختلف به دوران امپراتوری رم باز می‌گردد. رومیان از جریان آب پرفشار برای استخراج مواد معدنی استفاده می‌کردند. کاربردهای گسترده آب در صنایع مختلف طی قرن‌های گذشته، باعث توجه ویژه صنعت‌گران به توسعه روش های ماشین‌کاری پیشرفته و دقیق با استفاده از این منبع طبیعی شد.
در اوایل قرن 19 میلادی (اواخر قرن 12 شمسی)، روش واترجت (جریان آب پرفشار) برای اولین بار و به طور رسمی برای استخراج لایه‌های ضعیف زغال در شوروی سابق و نیوزیلند مورد استفاده قرار گرفت. در اواسط قرن 19 میلادی (اوایل قرن 13 شمسی)، روش مشابهی برای استخراج طلا از سنگ‌های نرم در آمریکا توسعه یافت.
امروزه، معدنکاری هیدرولیکی به عنوان کاربرد اصلی ماشین برش واتر جت در نظر گرفته نمی‌شود. با این وجود، کاربردهای تاریخی این روش در حوزه معدنکاری، زمینه پیشرفت صنعت ماشین‌کاری و برشکاری را در پی داشته است.
کاربردهای برش واترجت کدام هستند؟
برش واترجت روشی است که در صنایع مختلفی نظیر هوافضا، اتومبیل‌سازی، الکترونیک، پزشکی، معماری، غذاسازی، معماری، معدنکاری و بسیاری از حوزه‌های دیگر کاربرد دارد. واترجت می‌تواند انواع مواد نرم تا سخت را با دقت و کیفیت بالا برش دهد. به همین دلیل، این قابلیت واترجت در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برخی از کاربردهای برش واتر جت در صنایع مختلف عبارت هستند از:
- هوافضا: ساخت قطعات بدنه، قطعات موتور (آلومینیوم، تیتانیوم و آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت)، بدنه‌های تیتانیومی هواپیماهای نظامی، پنل‌های داخلی، عضوهای سازه‌ای هواپیماهای سفارشی، برش زدن تیغه‌های توربین و دیگر قطعات ریز و درشت داخلی
- ساخت اتومبیل و قطار: اجزای داخلی (چراغ‌های سقف، کفپوش، صندوق عقب)، اجزای فایبرگلاس بدنه، فلنج اگزوز، درزبندها، سپر، عایق، فوم و غیره
- صنایع الکترونیک: مدار، آماده‌سازی سطح کابل برای پوشش‌دهی، اجزای ژنراتورها و غیره
- صنایع پزشکی: تمیز کردن تجهیزات پزشکی، برش دادن اعضای مصنوعی بدن، ساخت تجهیزات ارتوپدی و غیره
- معماری، طراحی و هنر: طراحی هنری بر روی دیوار، ایجاد آثار هنری فلزی، برش المان‌های معماری ساختمان، حکاکی بر روی سنگ، واش بتن و غیره
- صنایع غذایی: ساخت قطعات فرآوری مواد غذایی و استفاده به عنوان بخشی از عملیات‌های فرآوری مواد غذایی (به دلیل ماهیت بهداشتی و عدم تولید گرما)
- معدنکاری: استخراج هیدرولیکی کانسارهای معدنی
مقالات بیشتر: انواع چوب برای برش لیزری چوب
مزایای برش واترجت
این دستگاه به دلیل قدرت زیاد و ایجاد آلودگی کم مزایای زیادی دارد که برخی از مهم ترین آن ها عبارتند از:
- برش انواع فولاد (هاردوکس Hardox، گرم کار، فولاد CK45) تیتانیوم، آهن، آلومینیوم، استیل، برش فلزات رنگین (مس، برنج، برنز)، برش انواع ورق فلزی، برش پلاستیک، برش سنگ (به ویژه برای معرق سنگ)، برش پلی کربنات، برش آکریلیک، برش پارکت، برش کامپوزیت، برش انواع فوم، برش پلکسی گلاس، برش سرامیک، برش کاشی، برش شیشه، برش پی وی سی، برش چوب، برش ام دی اف و…
- توانائی برش سوپر آلیاژها که نمیتوان آن ها را با دستگاه های دیگر برش زد.
- عدم ایجاد تنش های حرارتی که باعث خراب شدن برش و کیفیت پایین کار می شود.
- کیفیت بالای برش لبه ها و عدم نیاز به مرحله پرداخت و ماشین کاری مجدد برای از بین بردن نواقص برشکاری
- امکان اجرای طرح های بسیار پیچیده
- قدرت برش بسیار دقیق و بالا
- امکان برش فولاد تا ضخامت 150 میلی متر و برخی مواد دیگر تا ضخامت ۵۰۰ میلیمتر
- دقت بالای برش این دستگاه که برابر با 0.1 میلی متر است. (عرض برش Gap یا ریزش کار یا خوراک دستگاه واترجت نیز حدود ۱ میلی متر می باشد.)
مقالات بیشتر: انواع دستگاه های برش لیزری
کیفیت برش با دستگاه واترجت
همانطور که گفتیم دستگاه واترجت بر اساس فشار آب کار می کند. بنابراین هر چه فشار آب روی ماده مورد نظر بالاتر برود شیارهای ظریف تری در روی قطر لبه های برش ایجاد می شود. در نتیجه کیفیت لبه های برش خورده با این دستگاه به صورت مستقیم با فشار آب مرتبط است. هر چه سرعت برش پایین تر باشد، کیفیت برش لبه ها بالاتر بوده و لبه ها حالت صیقلی تری پیدا خواهند کرد.
برش سه بعدی با دستگاه واترجت
دستگاه پیشرفته واترجت قدرت برش های سه بعدی را هم دارد که واقعاً شگفت انگیز است. اما در حال حاضر هنوز این دستگاه ها در ایران مورد استفاده قرار نگرفته اند. برای برش های سه بعدی باید میزان دقت دستگاه بسیار بالاتر از دستگاه های برش دوبعدی باشد. به همین دلیل از آن ها تنها برای تولید کارهای بسیار خاص استفاده می شود و محدودیت هایی نیز در این زمینه دارد که برخلاف حالت دوبعدی هنوز نتوانسته اند این قابلیت را در آن ایجاد کنند که بتواند هر نوع طرحی را برش دهد.