ماشينكاري با جت آب

ماشين كاري با جت آب (water get machining – whm)
از آب براي برش استفاده مي شود. آب با فشار زياد در حدود ۴۰۰۰-۲۰۰۰ بار در يك مسير پيوسته وارد منطقه ماشينكاري مي شود كه در اينجا عمل براده برداري توسط كار مكانيكي است زيرا آب بطور مكانيكي بيرون مي آيد. آب به عنوان ابزار برش استفاده مي گردد. آب بعنوان ابزار برش در مسير پيوسته و كنترل شده اي از نازل با مجراي ريز با سرعت معادل سه برابر سرعت صوت و فشار ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰ بار خارج مي شود و به قطعه كار وارد مي شود .
فرايند برش با آب خالص براي مواد با استحكام كم مثل كاغذ فايبر گلاس و مقوا بكار مي رود به اين روش ماشينكاري هيدروديناميك يا برش با ماايع گفته مي شود.
موقعي ك نيروي موضعي ذره اي سيال از مقاومت پيوندهاي ريز ساختار ماده بيشتر باشد باعث جدائي اتمها مولكولهاي ماده گرديده و سايندگي يا برش تحقق مي يابد.
جت آب قادر به شكست پيوندهاي فلزات ،پلاستيكها ،چرم فگرافيت ،فايبر گلاس ،تيتانيم و مواد مركب كامپوزيت مي باشد . جت آب براي مواد نرم و محكم بكار برده مي شود و مانند edm محدوديت ندارد . عمل برش با سرعت بسيار بالايي صورت مي گيرد و به هيچ وجه ماده خيس نمي شود حتي كاغذ و يا گوجه فرنگي و يا كيك با اين روش براده برداري مي شوند يعني عرض براده برداري خيلي كوچك است.
جنس نازل ياقوت است زيرا نسبت به سايش خيلي مقاوم است . ماشينهاي واتر جت طوري ساخته شده اند كه قابليت كنترل چندين محور را در چندين جهت دارند بنابر اين ماشينكاري نه تنها شكل هاي ساده بلكه شكلهاي پيچيده نيز با ان امكان پذير است.
تاريخچه برش با آب
سال ۱۹۰۰ ميلادي كارگرهاي يك نيروگاه بخار مشاهده كردند بخار خارج شده از سوراخ دسته هاي جارو را برش مي دهد.
عدم آلودگي محيط زيست حسن اين دستگاه است.
مزاياي برش با آب
برش يك بعدي – عرض برش انقدر كم است كه ما مي توانيم برش را يك بعدي فرض كنيم .
فرايند بدون پليسه است.
قابليت تكرار زياد است . مسئله فرسايش ابزار را نداريم . يعني در مدت زيادي ما يك كاري را مي توانيم انجام دهيم .

آلودگي محيطي نداريم . چون تمام ذرات معلق همراه با آب خارج مي شود . در برخي مواد آزبست و سيمان خيلي خوب است .
براي محيطهاي قابل اشتغال و انفجار مناسب است .
ابزار مورد استفاده كه آب است ارزان و در دسترس است .
با توجه به آنكه مقدار اب در ساعت ۲۰۰ الي ۱۵۰ ليتر است و خود آن مقداركمي است ولي بازهم آن قابل بازيابي است.

كيفيت برش بالايي دارد.
در مواد نرم ايجاد لهيدگي و يا تغيير فرم نمي دهد.
آلودگي صوتي حداقل مقدار خود را دارد.
تجهيزات آن در فاصله دو برابر از محل كار قرار دارد. برش سه بعدي امكان پذير است . اين روش قابليت اتوماتيك شدن زيادي دارد. چون تجهيزات آن دور از قطعه كار است پس cnc كردن آن خيلي راحت است و استفاده از رباتها امكان پذير است . پارامترهاي برش قابل تنظيم است . بطوري كه حتي پارچه و يا كاغذ بريده شده خيس نمي شود.
جت آب( wjc):
براي برش مواد نرم با مقاومت كم ،براي جوب ،كاغذ و غيره مثلا براي روكش برداري از كابلها و نيز پليسه گيري و غيره كار براده برداري با جت آب و توسط ضربه آن انجام مي گيرد. در اين روش زمان براي تعويض ابزار و تيز كردن نداريم چون ابزارمان مصرف شونده است (آب ) موادي مانند پنبه نسوز و فايبر گلاس و غيره كه سمي هستند با اين روش بهتر است برش يا براده برداري شوند. جت آب از يك مقطع نازك با سرعت خارج مي شود به فاصله mm25 از نازل يك هاله اي از پودر آب (ذرات ريز آب ) حاصل مي شود و هر چه از نازل دور شويم هاله واگرا مي شود.

تا فاصله ۲۵۰ ميليمتري مي تواند براده برداري كند.
تجهيزات
۱- سيستم پمپاژ:
واحد هيدروليك كه قدرت خود را از يك موتور مي گيرد. + واحد تقويت كننده فشار آب
۲- خطوط انتقال سيال :
آب با فشار بالا توسط اين خطوط كه از يك سري لوله هاي سخت فشار با مفصلهاي چرخنده هستند انتقال مي يابد البته در اين مورد نمي توان از شيلنگهاي تحت فشار ۲۰۰ بار را تحمل مي كنند استفاده كرد چون فشار در اين مورد حتي به ۴۰۰ بار مي رسد.

۳- شير روشن – خاموش
براي قطع و وصل جريان آب استفاده مي شود فرمان پذيري درست اين شير حائز اهميت است .
۴- مجموعه نازل:
كارش تبديل مايع به جت با سرعت بالاست . براي جلوگيري از سايش جنس خيلي مهم است نازلها را معمولا از الماس ،ياقوت كبود ،ياقوت قرمز مي سازند. الماس از همه گرانتر و سختتر و عمرش بيشتر است . ياقوت كبود چون ماشينكاري آن بهتر و مقاومت تقريبا خوبي دارد . البته ذكر اين مورد مهم است كه فقط نوك نازل از ياقوت است و خود بدنه نازل از فولاد ابزار است . قطر نازل از ۰۵/۰ -۵/۰ ميلميتر است ولي تا ۱ ميليمتر هم ساخته مي شود.

براي جلوگيري از واگرا شدن زود مواد افزودني اضافه مي كنند چون يك نوع مواد چسبنده هستند پس از واگرا شدن و پودر شدن آن جلوگيري مي كنند. با مواد افزودني مي توان طول جت آب پيوسته را ۶۰۰ براي قطر نازل رساند.
عمر نازل معمولا تا ۲۰۰ ساعت در شرايط معمولي و غير ايده آل است . براي افزايش عمر نازل معمولا بيشتر فيلترها استفاده مي كنيم و نيز براي افزايش عمر نازل مي توان از آب مقطر استفاده كرد.
جمع كننده آب :
براي كاهش سرو صدا و ايمني – سرعت آب بعد از برشكاري به زير سرعت صوت مي رسد. اين كاهش از ماورا صوت تا زير صوت با سرو صداي زياد همراه است . هر چه جمع كننده به نازل نزديكتر باشد سرو صدا كمتر است . و نيز مسئله ايمني اين است كه آب بعد از برشكاري هنوز سرعت كافي براي صدمه زدن به اپراتور را دارد.
پس جمع كننده ايمني اپراتور را نيز تامين مي كند.
۶-فيلتر :
براي گرفتن آلودگي هاي ژآب مورد استفاده قرار مي گيرد.
پارامترهاي كنترلي
الف)فشار ب) قطر نازل
ج )سرعت برش د) فاصله ايست نازل از قطعه كار بند د) زياد تاثير ندارد يعني اين فاصله از mm3 تا mm 25 مي تواند متغير باشد وليmm3 خوب است (يعني فاصله نوك نازل از قطعه
كار )

پارامتر الف ،ب و ج با ضخامت قطعه كار تغيير مي كند. براي قطعات با ضخامت بيشتر و افزايش قدرت جت آب به جداول استاندارد رجوع شود.
قابليتهاي اين روش (wjc)
برش پلاستيك ،گرافيت ،چرم ،فيبرهاي مدار چاپي – برش ماهيها و گوشت يخ زده و غيره مي توان استفاده كرد.
برش مواد جهنده ( لاستيك ،پلاستيكهاي اسفنجي فايبر گلاس ) براي برش مواد مركب – براي بريدن مواد ترد و شكننده مثل شيشه بيشتر در صنايع هوا- فضا و اتومبيل – چرم سازي ،سنگ بري كاغذ سازي برش داشبورت اتومبيلها استفاده گردد.

ماشين‌كاري با جت آب و ذرات ساينده:
اگرچه سال‌هاست كه از استفاده از تكنولوژي جت مواد ساينده و جت آب مي‌گذرد و ليكن اخيراً اين دو فرآيند در زمينه بازار ماشین ابزار جايگاه مناسبي پيدا كرده است. اين موضوع مهم و قابل توجه است و تعدادي از نوآوران قديمي با استفاده از جايگزيني و تكميل فرآيندهاي معمولي ماشين‌كاري خود با استفاده از اين دو فرآيند (ماشين‌كاري با جت‌آب و جت مواد ساينده) سود فراواني برده‌اند.

اخيراً بر طبق گزارش Frost و Sullivan كه يك شركت بازاريابي كار مي‌كنند، اعلام نموده‌اند كه abrasive waterjet به نحو چشمگيري رشد و گسترش قابل ملاحظه‌اي پيدا كرده است. رشد ۱/۹ درصد در فاصله سال‌هاي ۲۰۰۲-۱۹۹۷ براي بازار واترجت و جت مواد آينده پيش‌بيني مي‌شود.
هم واترجت و هم ليزر قادرند فلزات و ديگر مواد را برش دهند. وليكن دستگاه‌هاي واترجت ارزان‌تر از دستگاه‌هاي ليزر مي‌باشند و عملاً دستگاه‌هاي واترجت برتر از ماشين‌هاي برش معمولي مي‌باشند.
چرا تعداد زيادي از مردم به خريد دستگاه‌هاي واترجت روي آورده‌اند، زيرا: چون مي‌توانند سريع برنامه‌ريزي كرده و در مدت كوتاهي پول‌دار شده و سود زيادي عايدشان شود. همچنين مي‌توانند سريعاً دستگاه را تنظيم كرده و كل مجموعه تنظيمات دستگاه را تنظيم كرده و كل مجموعه تنظيمات دستگاه را چك كنند آنها از ابزار دستگاه خيلي تعريف مي‌كنند. چونكه ابزار، هم در ماشينكاري اوليه و هم در ماشينكاري ثانويه (نهايي) يكي است و نيازي به تغيير ابزار نمي‌شود. سرعت ساخت قطعات بسيار بالا و خارج از تصور مي‌باشد. اين روش باعث ايجاد اثرات حرارتي روي قطعه نمي‌شود. آنها مي‌توانند هزينه خريد دستگاه را در مدت كوتاهي تامين نمايند.

شما قبلاً عبارات واترجت و جت مواد ساينده را شنيده‌ايد، اين مهم است كه بدانيد جهت مواد ساينده همان واترجت نمي‌باشد، اگرچه خيلي به هم شبيه هستند. تكنولوژي جت‌آب به حدود ۲۰ سال پيش برمي‌گردد و جت مواد ساينده حدوداً ۱۰ سال بعد به وجود آمد. اساس هر دو روش مبتني بر افزايش فشار آب تا حد خيلي زياد و خروج آب از يك روزنه كوچك به خارج مي‌باشد. سيستم واترجت از يك باريكه آب استفاده مي‌كند كه از دهانه (orifice) خارج مي‌شود و مي‌تواند مواد نرمي از قبيل پارچه و مقوا را برش دهد و ليكن نمي‌تواند مواد سخت‌تري را برش‌كاري كند. آب در دهانه ورودي از ۲۰ تا ۵۵ هزار پوند بر اينچ مربع تحت فشار قرار مي‌گيرد، سپس از دهانه (jewel) كه قطر آن به طور نمونه ۰۱۵/۰-۰۱۰/۰ اينچ مي‌باشد. با فشار خارج مي‌شود و در

سيستم جت مواد ساينده، مواد ساينده به جت‌آب افزوده شده تا بتواند مواد سخت‌تر را نيز برش دهد. سرعت خيلي زياد جت آب باعث ايجاد خلاء شده و مواد ساينده را به داخل نازل مكش مي‌كند. اغلب مردم زماني كه منظورشان جت ساينده است، به غلط اصطلاح واترجت را به كار مي‌برند. يك مجموعه كامل نازل واترجت حدود ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ دلار مي‌باشد در صورتي كه نازل جت سازنده حدود ۸۰۰ تا ۲۰۰۰ دلار هزينه در بر دارد. هزينه عملياتي جت مواد ساينده به خاطر سايش تيوپ مخلوط‌كننده مواد ساينده با آب و همچنين به خاطر مصرف مواد ساينده نسبت به واترجت خيلي زياد است.

تنها محدوديت جت‌آب نازل‌هاي آن مي‌باشد و jewel داراي سوراخ بسيار ريزي بوده كه آب با فشار از آن به بيرون پاشيده مي‌شود. Jewel ممكن است ترك برداشته و يا در اثر رسوب در آن مسدود شدن دهانه ياقوتي نازل در اثر ورود مواد زائد و گرد و كثافت در دهانه ورودي آب (inlet water) مي‌باشد و مي‌توان براحتي و با استفاده از يك فيلتراسيون مناسب از بروز چنين مواردي جلوگيري

نمود. رسوبات در اثر مواد معدني موجود در آب نيز ممكن است پديد آيد. Jewelها را مي‌توان در مدت كوتاهي حدود ۲ تا ۱۰ دقيقه تعويض نمود. همچنين قيمت بالايي نداشته و حدود ۵ تا ۵۰ دلار مي‌باشد، البته نازل‌هاي الماسه نيز وجود دارند وليكن قيمت آنها حدود ۲۰۰ دلار مي‌باشد و همچنين ساخت آنها نيز مشكل‌تر از نازل‌هاي ياقوتي مي‌باشد. ابعاد و شكل هندسي دهانه نازل در نحوه عملكرد آن تاثير بسيار مهمي داشته و در مورد نازل‌هاي الماسي تامين اين دقت و تلرانس كمي مشكل و هزينه‌بر مي‌باشد.

محدوديت‌هاي موجود در مورد نازل‌هاي مربوط به 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 مسئله در افزايش قيمت نهايي قطعه توليدي تاثير مي‌گذارد. از ديگر مشكلات موجود در مورد دستگاه‌هاي جت مواد ساينده اين است كه تيوپ مخلوط‌كننده به هميشه بلكه 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.

مزاياي ماشين‌كاري با جت مواد ساينده :
برنامه‌‌ريزي و تنظيم فوق‌العاده سريع در اين فرآيند نيازي به تغيير ابزار جهت كارهاي مختلف نمي‌باشد، برعكس ديگر دستگاه‌هاي ماشين‌كاري كه حتي براي تعويض ابزار نير بايد براي دستگاه برنامه‌ريزي كرد. تنها برنامه‌ريزي لازم براي انجام عمليات ارائه نقشه قطعه به دستگاه مي‌باشد و اگر مشتري نقشه قطعه كار را روي يك ديسكت به شما تحويل دهد، نصف كار انجام شده است و اين به اين معني است كه شما در توليدات كم و حتي تك‌سازي هم مي‌توانيد سود قابل توجهي ببريد.

براي اغلب كارها نياز به فيكسچر خيلي كمي نياز استبراي مواد تخت مي‌توان پس از قرار دادن آنها روي ميزكار با قراردادن دو وزنه ۱۰ پوندي روي آن قطعه كار را فيكس نمود و براي قطعات كوچك مي‌تواند با استفاده از رويندهاي كوچك، كار را محكم نمود.