دستگاههای برش واترجت به دلیل مزایای فراوانی که نسبت به سایر روشهای برش صنعتی ارائه میدهند، روزبهروز محبوبتر میشوند. به همین دلیل، متخصصان و فعالان حوزه تولید و ساخت، علاقه بیشتری به شناخت فناوری و اصول عملکرد این فرآیند پیدا کردهاند. یکی از مفاهیمی که در فرآیند برش واترجت بسیار با آن مواجه میشویم، کرف (Kerf) واترجت است. در هر فرآیند برشی، اگر هدف تولید قطعات دقیق باشد، باید مقدار کرف (Kerf) را در محاسبات طراحی و تولید در نظر گرفت.
در این مقاله از وبلاگ تکنوواترجت، تمام نکات مهم درباره کرف (Kerf) در برش واترجت بررسی میشود. پس از مطالعه این مطلب، قادر خواهید بود مقدار کرف (Kerf) دستگاه واترجت خود را محاسبه کنید و همچنین با تفاوت آن نسبت به سایر روشهای برش آشنا شوید.
کرف (Kerf) در برش واترجت چیست؟
کرف (Kerf) به مقدار مادهای گفته میشود که هنگام برش توسط جریان واترجت از قطعه کار حذف میشود.
برای درک بهتر این مفهوم، تصور کنید یک نجار در حال بریدن یک قطعه چوب با اره است. هنگام برش، بخشی از چوب در محل تماس تیغه با قطعه جدا شده و به شکل خاکاره از بین میرود. مقدار چوبی که حذف میشود، همان کرف (Kerf) در فرآیند برش با اره است.
در برش واترجت نیز شرایط مشابهی وجود دارد. هنگامی که آب با فشار بسیار بالا به سطح قطعه برخورد میکند، بخشی از ماده در نقطه تماس تخریب و حذف میشود. مقدار ماده حذفشده به ضخامت جریان آب بستگی دارد.
به بیان سادهتر:
کرف (Kerf) برابر با عرض مسیری است که ابزار برش در قطعه ایجاد میکند.
در دستگاه واترجت، این عرض معمولاً بسیار کم است، زیرا فرآیند برش با یک جریان بسیار باریک از آب پرفشار انجام میشود.
چرا کرف (Kerf) اهمیت دارد؟
کرف (Kerf) یکی از عوامل مهم در تمام فرآیندهای برش صنعتی محسوب میشود. اگر مقدار کرف (Kerf) بیش از حد مجاز باشد، مقدار قابل توجهی از مواد اولیه هدر خواهد رفت.
هرچه عرض کرف (Kerf) کمتر باشد، فرآیند برش بهینهتر و کمهدررفتتر خواهد بود.
علاوه بر میزان مصرف مواد، کرف (Kerf) روی ابعاد نهایی قطعه نیز تأثیر میگذارد. پس از برش ممکن است اندازه قطعه نهایی با ابعاد موردنظر تفاوت داشته باشد. این موضوع در کاربردهایی که نیاز به دقت بالا دارند، میتواند باعث غیرقابلقبول شدن قطعه شود.
بنابراین، در فرآیندهایی مانند ساخت قطعات دقیق، قالبسازی و تولید صنعتی، محاسبه کرف (Kerf) ضروری است.
مقدار متوسط کرف (Kerf) در برش واترجت چقدر است؟
بهطور معمول، مقدار کرف (Kerf) در فرآیند برش واترجت حدود:
۰٫۰۳ تا ۰٫۰۴ اینچ
است.
این مقدار در مقایسه با بسیاری از روشهای دیگر برش، بسیار کم محسوب میشود؛ زیرا دستگاه واترجت از یک جریان بسیار باریک آب پرفشار برای ایجاد برش استفاده میکند.
چگونه کرف (Kerf) دستگاه واترجت را محاسبه کنیم؟
محاسبه کرف (Kerf) در دستگاه واترجت فرآیند سادهای دارد. برای انجام این کار مراحل زیر را دنبال کنید:
مرحله اول: آمادهسازی قطعه آزمایشی
ابتدا یک قطعه نمونه با ابعاد مشخص انتخاب کنید. برای مثال:
- یک قطعه فولادی مربعی شکل با طول یک اینچ
مرحله دوم: انجام عملیات برش
قطعه نمونه را با استفاده از دستگاه واترجت از وسط برش دهید.
مرحله سوم: اندازهگیری قطعات نهایی
پس از برش، طول دو قطعه بهدستآمده را اندازهگیری کرده و مجموع آنها را محاسبه کنید.
مجموع طول قطعات نهایی همیشه کمتر از طول اولیه خواهد بود، زیرا بخشی از ماده در فرآیند برش حذف شده است. اختلاف این دو مقدار، همان مقدار کرف (Kerf) خواهد بود.
مثال:
فرض کنید پس از برش، طول هر قطعه برابر باشد با:
۰٫۴۹ اینچ
مجموع طول دو قطعه:
۰٫۴۹ + ۰٫۴۹ = ۰٫۹۸ اینچ
از آنجا که طول اولیه قطعه یک اینچ بوده است:
کرف (Kerf) = ۱ – ۰٫۹۸ = ۰٫۰۲ اینچ
بنابراین مقدار کرف (Kerf) برابر با:
۰٫۰۲ اینچ
خواهد بود.
پس از محاسبه مقدار کرف (Kerf)، میتوان ابعاد اولیه قطعه را اصلاح کرد تا قطعات نهایی دقیقاً مطابق اندازه موردنظر تولید شوند.
برای مثال، اگر هدف تولید دو قطعه با طول یک اینچ باشد و مقدار کرف (Kerf) برابر با ۰٫۰۲ اینچ باشد، باید این مقدار به طول اولیه قطعه اضافه شود تا پس از برش، ابعاد نهایی صحیح به دست آید.
یکی از مزیتهای مهم دستگاههای واترجت این است که بیشتر کنترلرهای این دستگاهها قابلیت جبران خودکار کرف (Kerf Compensation) را دارند.
نکته مهم: تأثیر آفست ابزار (Tool Offset) در کرف (Kerf)
به دلیل وجود کرف (Kerf)، باید مقدار آفست ابزار (Tool Offset) نیز در محاسبات در نظر گرفته شود.
آفست ابزار به معنای جابهجایی مسیر حرکت هد برش برای ایجاد برش دقیق در محل موردنظر است. این جابهجایی با توجه به مقدار کرف (Kerf) انجام میشود تا مسیر حرکت نازل، دقیقاً مطابق طراحی قطعه تنظیم شود.
فرمول ریاضی محاسبه کرف (Kerf)
از نظر ریاضی، فرض کنید:
- طول اولیه قطعه کار برابر X
- طول قطعات نهایی پس از برش برابر Y و Z
- مقدار کرف (Kerf) برابر K
باشد.
فرمول محاسبه:
K = X – (Y + Z)
یعنی:
کرف (Kerf) برابر است با طول اولیه قطعه منهای مجموع طول قطعات نهایی.
از آنجا که در فرآیند برش مقداری از ماده حذف میشود، مجموع طول قطعات نهایی همیشه کمتر از طول اولیه خواهد بود. بنابراین مقدار کرف (Kerf) همیشه یک مقدار مثبت است.
عوامل مؤثر بر مقدار کرف (Kerf) در برش واترجت
عوامل مختلفی بر مقدار کرف (Kerf) در فرآیند برش واترجت تأثیر میگذارند. مهمترین این عوامل عبارتاند از:
۱. جنس قطعه کار
جنس مادهای که برش داده میشود، تأثیر مستقیمی بر مقدار کرف (Kerf) دارد؛ زیرا مواد مختلف دارای مقاومت مکانیکی و ویژگیهای فیزیکی متفاوتی هستند.
برای مثال، هنگام برش یک ماده جدید با دستگاه واترجت، بهتر است ابتدا مقدار کرف (Kerf) مخصوص همان ماده محاسبه شود.
۲. هد نازل (Nozzle Head)
هد نازل تعیینکننده عرض جریان آب است که عملیات برش را انجام میدهد.
- استفاده از نازل باریکتر باعث کاهش کرف (Kerf) میشود.
- نازلهای فرسوده باعث افزایش مقدار کرف (Kerf) خواهند شد.
با افزایش استهلاک نازل، قطر جریان آب بیشتر شده و مقدار بیشتری از ماده حذف میشود.
۳. طراحی مسیر برش
نوع مسیر حرکت دستگاه نیز بر مقدار کرف (Kerf) تأثیر دارد.
در برشهای مستقیم، سرعت حرکت دستگاه بیشتر است، بنابراین مقدار کرف (Kerf) کمتر خواهد بود.
اما هنگام برش گوشهها، منحنیها یا مسیرهای دایرهای، دستگاه سرعت خود را کاهش میدهد که باعث افزایش مقدار کرف (Kerf) در این نواحی میشود.
۴. مواد ساینده (Abrasive)
برخی تصور میکنند استفاده از آب خالص باعث کاهش کرف (Kerf) نسبت به واترجت ساینده میشود، اما در بسیاری از موارد، واترجت ساینده مقدار کرف (Kerf) کمتری ایجاد میکند.
دلیل این موضوع آن است که ذرات ساینده میتوانند نیروی برشی بیشتری را با یک جریان باریکتر ایجاد کنند.
همچنین استفاده از مواد ساینده با کیفیت بالاتر باعث کاهش مقدار کرف (Kerf) میشود.
۵. فشار آب
فشار آب یکی دیگر از عوامل مهم در تعیین مقدار کرف (Kerf) است.
با افزایش فشار آب، میتوان از جریان باریکتری برای ایجاد برش استفاده کرد.
در نتیجه:
فشار بیشتر آب → جریان باریکتر → کرف (Kerf) کمتر
مقایسه کرف (Kerf) واترجت با سایر روشهای برش
برش واترجت یک فناوری برش مکانیکی سرد محسوب میشود، در حالی که روشهایی مانند:
- برش لیزر
- برش پلاسما
- برش EDM
- برش اکسیسوخت
از روشهای حرارتی استفاده میکنند.
در روشهای حرارتی، ماده در نقطه برخورد ابزار ذوب میشود. علاوه بر محل اصلی برش، مناطق اطراف نیز به دلیل انتقال حرارت تحت تأثیر قرار میگیرند.
اما در برش واترجت، فرآیند کاملاً سرد است و منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) ایجاد نمیشود. به همین دلیل، حذف ماده تقریباً فقط در محل برخورد جریان آب اتفاق میافتد.
به همین دلیل، مقدار کرف (Kerf) در برش واترجت معمولاً کمتر از بسیاری از روشهای حرارتی است.
جدول مقایسه عرض کرف (Kerf) در روشهای مختلف برش
| روش برش | عرض تقریبی کرف (Kerf) |
|---|---|
| برش واترجت | حدود ۰٫۰۳۵ اینچ |
| برش پلاسما | حدود ۰٫۱۵۰ اینچ |
| برش اکسیسوخت | حدود ۰٫۰۴۵ اینچ |
| برش لیزر | حدود ۰٫۰۳۰ اینچ |
نتیجهگیری
دستگاه واترجت یکی از بهترین انتخابها برای تولیدکنندگانی است که به دنبال ایجاد برشهای دقیق، کاهش ضایعات و حفظ ساختار اصلی مواد هستند.
با این حال، برای دستیابی به بالاترین میزان دقت، باید مقدار کرف (Kerf) در تمام مراحل طراحی، برنامهریزی و تنظیم دستگاه در نظر گرفته شود.
با جبران صحیح مقدار کرف (Kerf)، میتوان قطعات نهایی را مطابق ابعاد دقیق طراحی تولید کرد، مصرف مواد را کاهش داد و کیفیت نهایی فرآیند تولید را افزایش داد.
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.