سرعت برش یکی از معیارهای مهم برای ارزیابی میزان کارایی یک فرایند برش است. به همین دلیل، بسیاری از متخصصان و فعالان حوزه تولید درباره سرعت برش دستگاه واترجت (Waterjet) سؤال میکنند؛ زیرا برش واترجت یکی از روشهای متداول و پرکاربرد در صنایع مختلف به شمار میرود.
آگاهی از سرعت برش واترجت به ما کمک میکند تا عملکرد این فناوری را در مقایسه با سایر روشهای برش بهتر ارزیابی کنیم. از سوی دیگر، تولیدکنندگان میتوانند با استفاده از پارامتر سرعت، میزان بهرهوری و ظرفیت تولید دستگاه را نیز تخمین بزنند.
در این مقاله از تکنواترجت، سرعت برش دستگاه واترجت را بررسی میکنیم و سپس به مهمترین عواملی میپردازیم که میتوانند بر این سرعت تأثیر بگذارند.
سرعت برش واترجت چقدر است؟
دستگاههای واترجت بهطور میانگین میتوانند با سرعتی حدود ۱۵ سانتیمتر در دقیقه برش ایجاد کنند. البته سرعت برش یک مقدار ثابت نیست و به عوامل مختلفی از جمله نوع و ضخامت قطعه، فشار آب، نوع ماده ساینده و تنظیمات دستگاه بستگی دارد.
برای درک بهتر این مقدار، میتوان آن را با روشهای دیگری مانند ماشینکاری با تخلیه الکتریکی (EDM) مقایسه کرد که سرعت برش آن حدود ۱ سانتیمتر در دقیقه است.
واترجت چند اینچ در دقیقه برش میدهد؟
سرعت برش دستگاه واترجت حدود ۱۲ اینچ در دقیقه است و محدوده معمول آن تقریباً بین ۱۲ تا ۱۵ اینچ در دقیقه قرار دارد.
البته این مقدار حداکثر سرعت واترجت نیست. برای مواد نرمتری مانند سنگ مرمر و شیشه، برخی دستگاههای واترجت میتوانند به سرعتی شگفتانگیز در حدود ۹۰ اینچ در دقیقه برسند.
دستگاههای پیشرفته و مدرن واترجت، مانند برخی مدلهای شرکت Techni Waterjet، میتوانند به سرعت برش تا حدود ۷۰۰ اینچ در دقیقهدست پیدا کنند. چنین سرعتهایی این دستگاهها را برای محیطهای تولیدی با حجم بالا بسیار مناسب میکند.
چه عواملی بر سرعت برش دستگاه واترجت تأثیر میگذارند؟
عوامل متعددی در تعیین سرعت برش دستگاه واترجت نقش دارند. مهمترین این عوامل عبارتاند از:
۱. ضخامت ماده
ضخامت قطعه یکی از مهمترین عوامل تعیینکننده سرعت برش واترجت است. بهطور کلی، رابطه میان ضخامت ماده و سرعت برش معکوس است؛ یعنی هرچه ضخامت ماده افزایش پیدا کند، سرعت برش کاهش مییابد.
برای مثال، فرض کنید یک دستگاه واترجت یک ورق فولاد زنگنزن با ضخامت ۶ میلیمتر را با سرعت ۶ اینچ در دقیقه برش میدهد. همین دستگاه با همان قطر روزنه نازل، ممکن است یک ورق فولاد زنگنزن با ضخامت ۲۰ میلیمتر را با سرعتی حدود ۲ اینچ در دقیقه برش دهد.
۲. نوع ماده
جنس ماده نیز تأثیر مستقیمی بر سرعت برش واترجت دارد. مواد مختلف دارای خواص فیزیکی متفاوتی هستند. برخی مواد نرم و متخلخلاند، در حالی که برخی دیگر سختی بسیار بالایی دارند.
موادی که ماشینکاری دشوارتری دارند، معمولاً با سرعت پایینتری توسط واترجت برش میخورند.
برای درک بهتر این موضوع، میتوان شیشه و تیتانیوم را با یکدیگر مقایسه کرد. یک دستگاه واترجت معمولی میتواند شیشهای با ضخامت نیم اینچ را با سرعت حدود ۱۲ اینچ در دقیقه برش دهد؛ در حالی که سرعت برش یک ورق تیتانیوم با همین ضخامت ممکن است حدود ۶ اینچ در دقیقه باشد.
۳. نوع ماده ساینده
در برش واترجت ساینده، کیفیت، مقدار و اندازه ذرات ماده ساینده بر سرعت برش تأثیر قابلتوجهی دارند.
مواد ساینده با سختی بالاتر معمولاً امکان دستیابی به سرعت برش بیشتری را فراهم میکنند. ماده ساینده استاندارد در بسیاری از کاربردهای واترجت، گارنت با مش ۸۰ است.
البته گارنت نیز انواع مختلفی دارد. گارنت با دانهبندی ریز و یکنواختی بالا میتواند نتایج مطلوبی از نظر کیفیت و عملکرد برش ایجاد کند.
۴. فشار آب
فشار آب یکی از پارامترهای مهم در عملکرد دستگاههای صنعتی واترجت است. پایینتر بودن فشار آب به این معنا نیست که دستگاه قادر به برش مواد سخت نیست؛ اما معمولاً باعث کاهش سرعت برش میشود.
دستگاههای مجهز به پمپهای فشار بالا میتوانند فرایند برش مواد سخت را سریعتر انجام دهند.
با این حال، افزایش فشار آب هزینه تجهیزات را نیز بهشدت افزایش میدهد. به همین دلیل، اگرچه پمپهای ۹۰ هزار psi در بازار وجود دارند، اما به اندازه پمپهای ۶۰ هزار psi رایج نیستند.
از طرف دیگر، فشار بالاتر موجب افزایش استهلاک تجهیزات واترجت نیز میشود. بنابراین، انتخاب فشار مناسب باید با در نظر گرفتن همزمان سرعت، هزینه و عمر تجهیزات انجام شود.
۵. قطر نازل
افزایش قطر نازل میتواند موجب افزایش سرعت برش شود. نازل بزرگتر اجازه میدهد حجم بیشتری از آب در واحد زمان عبور کند و در نتیجه نیروی فرسایشی و برندگی جت آب افزایش پیدا میکند.
البته قطر نازل را نمیتوان بدون محدودیت افزایش داد؛ زیرا حفظ فشار فوقالعاده بالای جریان آب در یک نازل بسیار عریض دشوار خواهد بود.
برای مثال، در برش آلومینیوم، یک نازل با قطر ۰٫۰۰۷ اینچ میتواند ورق آلومینیومی با ضخامت ۵ میلیمتر را با سرعتی حدود ۱۵ اینچ در دقیقه برش دهد. در مقابل، یک نازل با قطر ۰٫۰۱۴ اینچ میتواند سرعت برش را به حدود ۴۰ اینچ در دقیقه برساند.
البته نازل بزرگتر به معنای مصرف بیشتر آب و ماده ساینده در هر دقیقه است؛ بنابراین هزینه عملیاتی فرایند نیز افزایش پیدا میکند.
۶. کیفیت آب
کیفیت آب نیز بر سرعت برش در سیستمهای واترجت دینامیک تأثیر دارد؛ موضوعی که حتی برای بسیاری از متخصصان کمتر شناخته شده است.
آب بیکیفیت ممکن است حاوی ناخالصیهایی باشد که در لولهها و نازلهای واترجت رسوب کرده یا موجب گرفتگی آنها شوند. این مسئله سرعت عملکرد دستگاه را کاهش داده و احتمال خرابی تجهیزات را افزایش میدهد.
به همین دلیل، استفاده از آب تصفیهشده و مناسب میتواند به افزایش سرعت برش و همچنین افزایش طول عمر تجهیزات کمک کند.
۷. دبی جریان آب
دستگاههای مدرن واترجت معمولاً به سیستم تنظیم دبی آب مجهز هستند. افزایش دبی آب میتواند سرعت فرایند برش را افزایش دهد؛ زیرا در هر دقیقه حجم بیشتری از آب از نازل خارج میشود و نیروی فرسایشی بیشتری ایجاد میکند.
با این حال، دبی بالاتر موجب افزایش استهلاک قطعات و همچنین افزایش هزینه عملیاتی میشود. بنابراین، بهترین راهکار این است که برای هر کاربرد، دبی مناسب را بهصورت آزمایشی تعیین کنید تا به نقطه تعادل میان سرعت، کیفیت و هزینه برسید.
۸. الگوی برش
برشهای مستقیم معمولاً سریعترین نوع برش با واترجت هستند.
در مقابل، ایجاد گوشههای تیز ۹۰ درجه میتواند سرعت برش را کاهش دهد؛ زیرا هد برش باید برای تغییر جهت متوقف شده و سپس حرکت خود را در جهت جدید آغاز کند.
یکی از روشهای مناسب برای افزایش سرعت برش، استفاده از گوشههای گرد به جای گوشههای کاملاً تیز است. در این حالت، هد برش میتواند با توقف کمتر یا بدون توقف مسیر خود را ادامه دهد.
۹. طول لوله فوکوسکننده
سرعت برش با طول لوله فوکوسکننده رابطه معکوس دارد. استفاده از یک لوله بلندتر میتواند سرعت جریان جت آب را کاهش دهد و در نتیجه هم سرعت برش و هم دقت فرایند کاهش پیدا کند.
در مقابل، استفاده از طول مناسب و کوتاهتر برای لوله فوکوسکننده میتواند به حفظ سرعت و دقت برش کمک کند.
۱۰. زاویه تیپر یا مخروطیشدن برش
زاویه تیپر نیز تا حدی بر سرعت برش تأثیر میگذارد. زاویههای بیشتر میتوانند سرعت برش را افزایش دهند، در حالی که کاهش زاویه تیپر ممکن است سرعت را کاهش دهد.
با این حال، یک نکته مهم وجود دارد: افزایش زاویه تیپر معمولاً دقت ماشینکاری واترجت را کاهش میدهد.
بنابراین، هنگام تنظیم این پارامتر باید میان سرعت و دقت تعادل مناسبی برقرار کرد.
۱۱. نحوه تثبیت قطعه کار
اختصاص زمان کافی برای تثبیت صحیح قطعه کار میتواند هم سرعت و هم کیفیت برش را بهبود دهد.
فیکسچر مناسب از حرکت قطعه در هنگام برش جلوگیری کرده و آن را بهصورت محکم در جای خود نگه میدارد. این کار علاوه بر افزایش سرعت و کیفیت، ایمنی تجهیزات و فرایند برش را نیز افزایش میدهد.
۱۲. جهت برش
برش عمود بر جهت دانه یا ساختار داخلی ماده میتواند در برخی مواد موجب افزایش سرعت برش شود. دلیل این مسئله به ساختار و هندسه داخلی ماده مربوط میشود.
بنابراین، جهت قرارگیری قطعه و مسیر حرکت هد برش نیز میتواند در عملکرد نهایی دستگاه مؤثر باشد.
۱۳. فرسودگی نازل
فرسودگی نازل یکی از پدیدههای رایج در عملیات واترجت است. دلیل اصلی آن نیز فشار بسیار بالایی است که نازل باید تحمل کند.
نازل فرسوده میتواند دقت و سرعت برش را کاهش دهد؛ زیرا توانایی آن در متمرکز کردن صحیح جریان جت آب کاهش پیدا میکند.
انجام منظم سرویس و نگهداری دستگاه و تعویض بهموقع قطعات فرسوده، راهکار مناسبی برای جلوگیری از این مشکل است.
۱۴. دبی ماده ساینده
افزایش دبی ماده ساینده میتواند سرعت عملیات برش را به میزان قابلتوجهی افزایش دهد.
در برش واترجت ساینده، بخش مهمی از عمل برش توسط ذرات ساینده انجام میشود، نه صرفاً آب. بنابراین افزایش میزان ماده ساینده میتواند نرخ برش را افزایش دهد.
البته این افزایش مصرف به معنای افزایش هزینه عملیات نیز خواهد بود. در نتیجه، استفاده از حداکثر مقدار ممکن ماده ساینده همیشه اقتصادیترین گزینه نیست.
۱۵. طراحی نازل
نازلهای واترجت بر اساس اهداف مختلف تولید و با طراحیهای مهندسی متفاوت ساخته میشوند.
برای مثال، برخی نازلها برای افزایش سرعت برش طراحی شدهاند، در حالی که برخی دیگر بر دقت و کیفیت بالای برش تمرکز دارند.
اگر سرعت برش مهمترین اولویت شماست، استفاده از نازلی که مشخصاً برای برش سریع طراحی شده باشد، میتواند گزینه مناسبتری باشد.
۱۶. فرسودگی هد برش
فرسودگی هد برش نیز تأثیری مشابه فرسودگی نازل دارد. یک هد برش فرسوده میتواند دقت و سرعت عملکرد دستگاه واترجت را کاهش دهد.
بنابراین، سرویس و نگهداری منظم تجهیزات و بررسی وضعیت هد برش، یکی از راههای مؤثر برای حفظ حداکثر سرعت و کیفیت برش است.
۱۷. تغییرپذیری و کیفیت داخلی ماده
هر مادهای ممکن است تا حدی دارای نواقص و ناهمگونیهای داخلی باشد. این نواقص میتوانند شامل حفرههای کوچک یا حتی ترکهای داخلی قابلتوجه باشند.
چنین ناپیوستگیهایی ممکن است بر سرعت برش تأثیر بگذارند. پیشبینی دقیق سرعت برش بر اساس هندسه و عیوب داخلی ماده دشوار و گاهی غیرقابلپیشبینی است.
به همین دلیل، استفاده از مواد اولیه با کیفیت بالاتر میتواند به دستیابی به سرعت و کیفیت برش یکنواختتر کمک کند.
۱۸. پایداری شبکه برق
گاهی تولیدکنندگان با کاهش سرعت برش دستگاه واترجت مواجه میشوند، در حالی که ظاهراً دستگاه واترجت کاملاً سالم و بدون مشکل کار میکند.
یکی از دلایل احتمالی این مسئله میتواند نوسان در منبع تغذیه برق دستگاه باشد. نوسانات برق نهتنها میتوانند سرعت برش را کاهش دهند، بلکه در برخی شرایط به تجهیزات نیز آسیب میرسانند.
بنابراین، وجود یک شبکه برق پایدار و مناسب برای عملکرد سریع، پایدار و ایمن دستگاه واترجت اهمیت زیادی دارد.
۱۹. تجربه اپراتور
تجربه اپراتور یکی دیگر از عوامل مهم در دستیابی به سرعت و کیفیت مطلوب است.
اپراتورهای باتجربه میدانند چگونه دستگاه را برای رسیدن به بهترین ترکیب سرعت و کیفیت تنظیم کنند. در مقابل، اپراتورهای کمتجربه ممکن است برای تنظیم دستگاه و شناخت نتایج حاصل از پارامترهای مختلف، زمان بیشتری نیاز داشته باشند.
بهینهسازی دستگاه برای دستیابی به سرعت بالا میتواند برای افراد کمتجربه نیازمند آزمون و خطای زیادی باشد. بنابراین، اگر سرعت بالای برش اولویت اصلی شماست، استفاده از اپراتور ماهر و باتجربه اهمیت زیادی دارد.
سرعت برش واترجت چه تأثیری بر کیفیت و پرداخت سطح دارد؟
بهطور کلی، کاهش سرعت برش معمولاً باعث افزایش دقت برش میشود.
رابطه میان سرعت برش واترجت و کیفیت سطح نیز مشابه است. زمانی که فرایند برش با سرعت پایینتری انجام شود، معمولاً سطح نهایی صافتر و باکیفیتتر خواهد بود.
در نتیجه، اگرچه افزایش سرعت واترجت میتواند بهرهوری تولید را بالا ببرد، اما ممکن است کیفیت و دقت نهایی برش را کاهش دهد.
بهترین روش این است که دستگاه را با تنظیمات مختلف آزمایش کرده و نقطهای را پیدا کنید که بهترین تعادل میان سرعت، دقت و کیفیت سطحرا برای کاربرد موردنظر شما فراهم کند.
جمعبندی
سرعت بالای برش یکی از ویژگیهای مهم فناوری واترجت است که باعث شده این روش در صنایع مختلف مورد توجه تولیدکنندگان قرار بگیرد.
با این حال، سرعت برش یک پارامتر مستقل نیست و عوامل متعددی مانند ضخامت و جنس قطعه، فشار آب، قطر نازل، نوع و میزان ماده ساینده، دبی آب، طراحی نازل، وضعیت تجهیزات، الگوی برش، کیفیت آب و تجربه اپراتور بر آن تأثیر میگذارند.
نکته مهم دیگر برای افزایش بهرهوری، استفاده از روش چندلایه یا Stacking است. در این روش میتوان چند قطعه را روی یکدیگر قرار داد و آنها را بهصورت همزمان برش داد. این کار میتواند ظرفیت تولید را به میزان قابلتوجهی افزایش دهد.
شرکت پایابرش توس آماده انجام هرگونه خدمات مشاوره در ارتباط با خدمات برش ( برش واترجت، پرس برک CNC (خم CNC)، گیوتین CNC، لیزر فایبر، برش پلاسما، برش هوا گاز و برش پلاسمای high-focus) می باشد. بدین منظور با شماره 09122008001 تماس بگیرید.