وبلاگ

همه آن چیزی که باید درباره فناوری برش واترجت بدانید

راهنمای مهندسی برای برش واترجت

با اختراع دستگاه واترجت شما به روح مهندسی بسیار نزدیک شده اید. دکتر جان اولسن یکی از مخترعان تکنولوژی واترجت و در حال حاضر سرپرست عملیات اوماکس واترجت گفته که سالها پیش در حدود سال ۱۹۷۱ تحقیقاتم را شروع کردم. تحقیقات بعضی دوستانم در انگلستان در مورد برش سنگ خواندنی بود و من به این فکر افتادم که میتوانم این کار سرگرم کننده برای آنها را با استفاده از پمپ های قوی تر انجام دهم و از همان روز بررسی هایم را در پارکینگ منزل مسکونی خودم آغاز کردم.

از مخترعین دستگاه واترجت
دکتر جان اولسن از مخترعین دستگاه واترجت

این داستان می تواند مشابه بسیاری از داستان هایی که در مورد اختراع وسایل دیگر می شنوید جذاب باشد اما ارتباطات و محاسبات بین تکنولوژی واترجت بسیار پیچیده تر از آن است که فکر می کنید. همان گونه که دکتر جان اولسن توضیح داده است:

یکی از بزرگترین تغییراتی که پروژه اوماکس در این صنعت ایجاد کرد اتصال این وسیله به کامپیوترها بود. یک جت، ابزاری سفت و سخت نیست. این ماشین فقط به وسیله نوک مخروطی شکل خود هر چیزی که احتیاج به برشکاری دقیق دارد و هر شکلی را که شما بخواهید خواهد برید. در آن زمان به ما گفته شد که ساخت چنین فناوری ای غیر ممکن است ولی امروزه اعتقاد نداشتن به این تکنولوژی خنده دار است.

مبانی واترجت

آب خالص و مواد ساینده

نازل برش واترجت
نازل برش واترجت

در معنای وسیع تر اصطلاح واترجت شامل هر ابزاری است که از یک جریان با فشار بالای آب استفاده می کند. به طور خاص واترجت را می توان به زیرشاخه های خالص و ساینده تقسیم کرد. اصطلاح واترجت خالص به ابزارهای برشی اشاره  می کند که تنها از آب استفاده می کنند در حالی که واترجت ساینده یا جت ساینده همراه با آب از مواد ساینده نیز استفاده می کنند.
از واترجت خالص برای برش مواد نرم تر، از جمله واشر، فوم، مواد غذایی، کاغذ، پلاستیک و فرش و موکت استفاده می شود.

واترجت ساینده برای برش مواد سخت تر مانند فلز، سرامیک، سنگ، چوب و شیشه استفاده می شود.

ساینده های واترجت به طور معمول ازشنهای مخصوص (گارنت) ساخته شده اند، با اندازه دانه در محدوده ۵۰ تا ۲۲۰ مش، هر چند سایز ۸۰ رایج ترین آنهاست. بسیاری از دستگاه های جت آب قادر به تعویض از برش جت آب خالص به برش جت آب ساینده هستند زیرا ساختار آنها چند بعدی است.

موادی که واترجت برش می دهد

نمودار سرعت برش در مواد مختلف
نمودار سرعت برش واترجت در مواد مختلف

انعطاف پذیری یکی از نقاط قوت فن آوری واترجت است. چیپ بورنهام، معاون رییس بازاریابی جهانی شرکت Flow International Corporation، برای نشان دادن تعداد قابل توجهی از مواد که می توان آنها را با استفاده از واترجت برش داد، فهرستی از مواد را از سرعت برش کمتر تا بیشترین سرعت برش ارائه داده است:

معنی این لیست این نیست که همه اشیا اجناس میتوانند به وسیله واترجت برش داده شوند بلکه به گفته آقای برنام “تنها چند چیز هستند که من در تحقیقاتم نتوانستم آنها را برش دهم.” یکی از آنها شیشه حرارت دیده (سکوریت) است. شیشه های سکوریت به دلیل حرارتی که در کوره می بینند هیچ استرسی را قبول نمی کنند و وقتی شما آنها را با واترجت برش می دهید این تنش داخلی از بین ذرات آن برداشته شده و حالت رها به خود می گیرند.” من چیزهای زیادی را با این نوع شیشه ها برش میدادم و در سال های اولیه با واترجت ساخت خودم شیشه سازان را شگفت زده می کردم اما وقتی روز بعد به آزمایشگاه خودم برمی گشتم قطعاتی را میدیدم که میلیون ها تکه ریز تبدیل شده اند”

Scott Wirtanen، مدیر فروش منطقه ای در Jet Edge، در تایید واترجت تاکید کرد: “واترجت تقریبا در هر ماده ای یکسان عمل می کند. بنابراین تنوع برش واترجت، هم در برش مواد و هم در ضخامت مواد، بی نظیر است. ”

فشار واترجت

اگر مدت مانی را با مهندسین سازنده واترجت صرف کرده باشید احتمالا این سوال به ذهن شما خطور می کند که: این دستگاه چه مقدار فشار بر روی قطعه ایجاد می کند؟ یکی از راه های درک میزان فشار آب بر روی قطعه مورد نظر اندازه گیری آن با مقیاس psi (پوند بر اینچ مربع) می باشد.

نمودار فشارخروجی آب از منابع مختلف

همانطور که در نمودار بالا مشخص است اختلاف در فشار آب می تواند منجر به واکنش های متفاوتی شود. از شستن دستها گرفته تا بریدن آهن به وسیله آن. اما این تغییرات در فشار آب در مقیاس خیلی باریک اتفاق می افتد. چیزی بین ۶۰٫۰۰۰ تا ۹۰٫۰۰۰ psi.

برخی از مهندسان معتقدند فشار بالاتر کلید برش سریعتر است، در حالی که برخی دیگر معتقدند که کارایی موتور واقعا مهم است.

برای اینکه به هر دو طرف یک لرزش عادلانه بدهیم، بگذارید یک لحظه استدلال های مربوطه آنها را بررسی کنیم.

۹۰٫۰۰۰ psi  در برابر ۶۰٫۰۰۰ psi

طرفداران ۹۰k  می گویند که افزایش فشار پمپ واترجت از ۶۰۰۰۰ به ۹۰۰۰ موجب افزایش سرعت آب شده و معتقدند این افزایش تا ۵۰ درصد یا بیشتر در سرعت برشکاری تاثیر گذار خواهد بود.

برش واترجت 4 محوره
برش واترجت ۴ محوره

آنها همچنین معتقدند که برش ۹۰۰۰۰ ، درصد استفاده از مواد ساینده را کاهش می دهد زیرا استفاده ازهر مقدار شن ریز بیشتر در مصرف انرژی نیز تتاثیر می گذارد. در نهایت، فشار کار بالاتر در هنگام سوراخ کردن و برش، باعث لایه لایه شدن مواد کامپوزیتی می شود.

مهندس برنام می گوید:”سرعت برش مستقیما به قدرت اسب بخار نازل متصل است. بنابراین مصرف اسب بخار، تابعی از مقدار آب و فشاری است که از دهانه نازل خارج می شود. دهانه خروج کوچکتر با مصرف فشار کمتر قدرت خیلی کمتری مصرف می کند و در نهایت برش با سرعت آرام تری خواد داشت. در مقابل دهانه و نازل های بزرگ با فشار بالا مصرف انرژی بیشتری مصرف می کنند و در نتیجه سرعت برش بسیار بالا می رود. این مقدار فشار و مصرف آب دقیقا همان قدرت اسب بخار است. مهندسین می گویند که اگر شما از یک ترکیب مخزن نازل استفاده می کنید، همان مقدار ساینده و همان حجم آب را در هر دو قدرت ۹۰۰۰۰ و ۶۰۰۰۰ مصرف می کنید. با این حال زمانی که  شما شروع به نگاه کردن هدهای برش می کنید شاید کمی مبهم به نظر برسد. به عنوان مثال یک پمپ تشدید کننده ۶۰۰۰۰ پوندی در ۱۰۰ اسب بخار دو گالن آب مصرف خواهد کرد که در مقابل، یک پمپ ۹۰۰۰۰ پوندی با صد اسب بخار قدرت، چیزی حدود ۱٫۵ گالن در دقیقه مصرف خواهد داشت.

با قدرت ۱۰۰ اسب بخار و فشار ۹۰۰۰۰ psi  و ۱٫۵ gpm  شما قادر به اجرای برشکاری به نازکی ۰٫۰۱۱ اینچ هستید. اما با همان مقدار قدرت پمپ و فشار ۶۰۰۰۰ شمما می توانید تا ضخامت ۰٫۰۱۵ را برش دهید. با توجه به مقدار gpm(gallons per minute) و اختلاف آنها برش با همان سرعت با دو سر انجام می شود.

برش واترجت ۴ محوره با دو سر برش مجزا

در پاسخ به این ادعا، طرفداران ۶۰k اشاره می کنند که اگر فشار را افزایش دهید، باید اندازه نازل را کاهش دهید. این بر اساس درست است که قدرت، متناسب با فشار حجم جریان باشد، همانطور که در فرمول نشان داده شده است:

Power = kPV

طرفداران ۹۰ k  ممکن است پاسخ دهند که فشار بالاتر، نازل حجم کوچکتر سریعتر می شود، زیرا دارای تراکم قدرت بیشتری است (یعنی همان مقدار قدرت در یک منطقه کوچکتر)، اما طرفداران ۶۰ کیلوگرم انکار می کنند زیرا که این خارج از توان کاربردی واترجت واقعی است.

آقای اولسن می گوید یکی از مهمترین مسایلی که اگر شما با فشار ۹۰۰۰۰ پمپاژ کنید این است که احتمال گیر کردن گیربکس و نا کارآمدی دستگاه پمپاژ را داشته باشید.

این موضوع باعث تمایز مهم در واترجت و موضوع بحث انگیز دیگری می شود: تقویت کننده ها و پمپ های مستقیم درایو.

بازدید: 5

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *