عنوان پروژه: ماشینکاری با جت آب و ذرات ساینده AWJM
ماشین کاری با جت آب وذرات ساینده AWJM
Abrasive Water jet Machining
)AWJM)
اگرچه سال هاست که از استفاده از تکنولوژی جت مواد ساینده و جت آب می گذرد و لیکن اخیراً این دو فرآیند در زمینه بازار ماشین ابزار جایگاه مناسبی پیدا کرده است. این موضوع مهم و قابل توجه است و تعدادی از نوآوران قدیمی با استفاده از جایگزینی و تکمیل فرآیندهای معمولی ماشین کاری خود با استفاده از این دو فرآیند (ماشین کاری با جت آب و جت مواد ساینده) سود فراوانی برده اند.
هم واترجت و هم لیزر قادرند فلزات و دیگر مواد را برش دهند. ولیکن دستگاه های واترجت ارزان تر از دستگاه های لیزر می باشند و عملاً دستگاه های واترجت برتر از ماشین های برش معمولی می باشند
علت اینکه تعداد زیادی از مردم به خرید دستگاه های واترجت روی آورده اند این است که
1- می توانند سریع برنامه ریزی کرده وسریعاً دستگاه را تنظیم کرده و کل مجموعه تنظیمات دستگاه را تنظیم کرده و کل مجموعه تنظیمات دستگاه را چک کنند
2-آنها از ابزار دستگاه خیلی تعریف می کنند. چونکه ابزار، هم در ماشینکاری اولیه و هم در ماشینکاری ثانویه (نهایی) یکی است و نیازی به تغییر ابزار نمی شود
3- سرعت ساخت قطعات بسیار بالا و خارج از تصور می باشد
4- این روش باعث ایجاد اثرات حرارتی روی قطعه نمی شود.
هستند
شما قبلاً عبارات واترجت و جت مواد ساینده را شنیده اید، این مهم است که بدانید جهت مواد ساینده همان واترجت نمی باشد، اگرچه خیلی به هم شبیه تکنولوژی جت آب به حدود 20 سال پیش برمی گردد و جت مواد ساینده حدوداً 10 سال بعد به وجود آمد. اساس هر دو روش مبتنی بر افزایش فشار آب تا حد خیلی زیاد و خروج آب از یک روزنه کوچک به خارج می باشد. سیستم واترجت ) خارجorifice( از یک باریکه آب استفاده می کند که از دهانه می شود و می تواند مواد نرمی از قبیل پارچه و مقوا را برش دهد و لیکن نمی تواند مواد سخت تری را برش کاری کند آب در دهانه ورودی از 20 تا 55 هزار پوند بر اینچ مربع تحت فشار قرار که قطر آن به طور نمونه (jewel)می گیرد، سپس از دهانه
0.015 -0.010 اینچ می باشد. با فشار خارج می شود
ولی در سیستم جت مواد ساینده، مواد ساینده به جت آب افزوده شده تا بتواند مواد سخت تر را نیز برش دهد. سرعت خیلی زیاد جت آب باعث ایجاد خلاء شده و مواد ساینده را به داخل نازل مکش می کند.
یک مجموعه کامل نازل واترجت حدود 500 تا 1000 دلار می باشد در صورتی که نازل جت سازنده حدود 800 تا 2000 دلار هزینه در بر دارد. هزینه عملیاتی جت مواد ساینده به خاطر سایش تیوپ مخلوط کننده مواد ساینده با آب و همچنین به خاطر مصرف مواد ساینده نسبت به واترجت خیلی زیاد است.
دارای jewel تنها محدودیت جت آب نازل های آن می باشد و سوراخ بسیار ریزی بوده که آب با فشار از آن به بیرون پاشیده و ممکن است ترک برداشته و یا در اثر رسوب در آنJewel مسدود شود.
دهانه یاقوتی نازل در اثر ورود مواد زائد و گرد و کثافت در دهانه ورودی آب مسدود می شود که می توان براحتی و با استفاده
از یک فیلتراسیون مناسب از بروز چنین مواردی جلوگیری نمود. رسوبات در اثر مواد معدنی موجود در آب نیز ممکن است پدید آید ها را می توان در مدت کوتاهی حدود 2 تا 10 دقیقه Jewel تعویض نمود. همچنین قیمت بالایی ندارند.
البته نازل های الماسه نیز وجود دارند ولیکن قیمت آنها حدود بالاتر می باشد و همچنین ساخت آنها نیز مشکل تر از نازل های یاقوتی می باشد. ابعاد و شکل هندسی دهانه نازل در نحوه عملکرد آن تاثیر بسیار مهمی داشته و در مورد نازل های الماسی تامین این دقت و تلرانس کمی مشکل و هزینه بر می باشد.
شکل شماتیکی ماشین کاری جت آب با ذرات ساینده
water
ABRASIVE pawder
WORK PIECE
JET
شکل مربوط به فولاد304زنگ awjm نزن است که توسط برشکاری شده است .این قطعه در کمتراز 3ساعت با پمپ بسیار کوچکی با تلرانس0.005 ماشینکاری شده است
محدودیت های موجود در مورد نازل های مربوط به جت مواد ساینده
نازل های جت مواد ساینده علاوه بر طرح ساده ای که دارند گاه گاهی ایجاد مشکلاتی نیز می کنند. طرح های گوناگونی ساخته شده اند ولی همگی در بروز یکسری مشکلات مشترک هستند. تیوپ مخلوط کننده یک قطعه و مجموعه گران قیمت بوده و به علت سایش در اثر مواد ساینده دارای عمر کوتاهی نیز می باشد. همانطوری که گفته شد، جت مواد ساینده قادر است هر چیزی را برش دهد و این توانایی بالایی فرسایش و در نتیچه آن برش مسیر عبور و تیوپ مخلوط کننده را نیز تحت تاثیر قرار می دهد و همین مسئله در افزایش قیمت نهایی قطعه تولیدی تاثیر می گذارد.
از دیگر مشکلات موجود در مورد دستگاه های جت مواد ساینده این است که تیوپ مخلوط کننده نه همیشه بلکه گاه گاهی مسدود می شود. معمولاً علت این امر در اثر مواد زایدو کثیف وهمچنین دانه های مواد ساینده که از اندازه استاندارد بزرگ تر باشند نیز حاصل می شود.
مزایای ماشین کاری با جت مواد ساینده
– برنامه ریزی و تنظیم فوق العاده سریع در این فرآیند نیازی به تغییر ابزار جهت کارهای مختلف نمی باشد، برعکس دیگر دستگاه های ماشین کاری که حتی برای تعویض ابزار نیر باید برای دستگاه برنامه ریزی کرد. تنها برنامه ریزی لازم برای انجام عملیات ارائه نقشه قطعه به دستگاه می باشد.
– برای اغلب کارها نیاز به فیکسچر خیلی کمی نیاز است برای مواد تخت می توان پس از قرار دادن آنها روی میزکار با قراردادن دو وزنه 10 پوندی روی آن قطعه کار را فیکس نمود و برای قطعات کوچک می تواند با استفاده از رویندهای کوچک، کار را محکم نمود.
-امکان ماشین کاری تقریباً هر قطعه (شکل) دو بعدی و برخی از قطعات(اشکال) سه بعدی
-امکان ماشین کاری شعاع ها و گوشه های داخلی با شعاع کم
-امکان ساخت فلانج کاربراتور با سوراخ ها و همه چیزهای لازم آن
-برخی از دستگاه های فوق العاده پیشرفته قادر به ماشین کاری سه بعدی می باشند. ماشین کاری سه بعدی نیازمند و مستلزم دقت زیادی می باشد. به همین دلیل ماشین کاری سه بعدی صرفاً جهت کاربردهای خاص به کار می رود.
-اعمال نیروی جانبی بسیار کم به قطعه حین ماشین کاری بدین معنی که شما می توانید با اطمینان قطعاتی که ضخامت دیواره آنها به 0.0025 اینچ باشد را به راحتی و بدون ترکیدگی و یا حتی لب پریدگی، ماشین کاری کنید. همچنین پایین بودن زیاد میزان نیروی جانبی برش این امکان را فراهم می کند تا بتوان اشکال لانه زنبوری و تو در تو تولید نموده و با این کار را از متریال حداکثر استفاده را کرد.
– اغلب هیچ گونه گرمایی روی قطعه کار ایجاد نمی شود.شما می توانید قطعه کار را ماشین کاری کنید، بدون ایجاد افزایش دما و سخت شدن قطعه کار و بدون تولید دودهای سمی، بدون ایجاد پیچیدگی در قطعه کار، و بدون تولید دودهای سمی، و بدون ایجاد پیچیدگی در قطعه کار. – شما می توانید قطعاتی را که قبلاً سخت کاری شده اند و عملیات حرارتی بر روی آنها انجام شده است را به راحتی ماشین کاری کنید. در ایجاد سوراخ بر روی فولاد به ضخامت 2 اینچ حداکثر دمای قطعه کار به 120 درجه فارنهایت می رسد و لیکن ماشین کاری بر روی دیگر قطعات در دمای اتاق انجام می شود. – بر خلاف ماشین کاری با وایرکات که نیاز به ایجاد سوراخ اولیه می باشد نیازی به ایجاد سوراخ اولیه نمی شود
موضوع ضخامت قطعه کار :
محدودیت مشخصی برای ضخامت معلوم نمی باشد و لیکن سرعت برش تابعی از ضخامت قطعه کار می باشد.
عدم آسیب رسانی به محیط : – اگر شما می خواهید قطعات زیادی از جنس مواد خطرناک از قبیل سرب و … را ماشین کاری کنید، این مهم است که مقدار خیلی کمی از ماده برداشته می شود. این خود در حفاظت محیط زیست موثر است. – باقی مانده مواد خام نیز قابل استفاده است ، هنگام ماشین کاری قطعات گران قیمت از قبیل تییانیوم، باقی مانده ماده خام نیز ارزشمند است زیرا عرض برش این فرآیند کوچک بوده و پس از تولید قطعه اصلی، می توان از مواد باقی مانده مجدداً قطعات دیگری تولید نمود. – تنها و تنها فقط به یک ابزار نیاز است ، در این روش نیازی به تغییر ابزار نمی باشد و حتی نیازی به برنامه ریزی جهت تغییر ابزار نمی باشد. برنامه ریزی و تنظیم دستگاه و تمیز کردن نیز زمان زیادی نمی برد، از این رو در این روش سرعت تولید و بهره وری خیلی زیاد است.
عمر نازل برش کاری : به اشتباه خیال می شود که عمر نازل خیلی مهم و حساس است و این در حالی است که عمر قسمت نازل دستگاه اهمیت آن چنانی ندارد و آنچه که مهم است عمر تیوپ مخلوط کننده مواد ساینده با آب است. Orifice یاjewelها ارزان هستند و اصلاً قابل قیاس با تیوپ اختلاط نمی باشد.
Jewelها نوعاً در اثر رسوبات معدنی موجود در آب آسیب می بینند که البته این رسوبات قابل برداشت می باشند. Jewel از جنس یاقوت قرمز و آبی تقریباً یکسان هستند و تفاوتشان فقط در رنگشان است. علت رنگ قرمز rubyها به علت درصد بالای کرم موجود در آنها بوده و در مقابل sapphireها علت رنگ آبی، درصد بالای آهن موجود در آنها است ولیکن هر دو سنگ یاقوت معدنی می باشند. اما اگرعمر مفید نازل خیلی مهم باشد می توان بجای نازل از جنس یاقوت قرمز یا آبی، از نازل الماسه استفاده کرد.
مدت کارکرد مفید تیوب مخلوط کننده چقدر است؟ برای روشن شدن موضوع بدانید استفاده از یک تیوب مخلوط کننده کهنه و آسیب دیده در اثر کارکرد مانند بکارگیری یک تیغچه الماسه کند شده می باشد. این مشکل است که بگوییم چه وقت یک تیوب کاملاً آسیب دیده و قابل کاربرد نمی باشد. اما این مهم است که ساییدگی در تیوب باعث کاهش کارآیی ماشین کاری می گردد. برای کارهای دقیق بهتر است از یک تیوب جدید استفاده نمود. عمر مفید تیوب به پارامترهای زیادی بستگی دارد، به عنوان مثال نوعاً از 20 تا 100 ساعت می تواند عمر مفید متوسط فرض شود. البته با توجه به شرایط ممکن است از این زمان سریع تر یا کندتر نیز سایش اتفاق بیفتد که البته باز به شرایط کاری بستگی دارد.
تلرانس ها و دقت های قابل دستیابی : جهت تولید قطعات دقیق نیاز به دستگاه دقیق نیز می باشد. البته پارامترهای دیگری نیز وجود دارند که مهم و قابل توجه می باشند. یک میزکار دقیق در دقت کار تاثیر دارد. فاکتور اصلی در دقت و تلرانس، نرم افزار دستگاه است نه سخت افزار آن! تلرانس قابل دستیابی به مقدار زیادی به مهارت استفاده کننده بستگی دارد. اخیراً پیشرفت های مهمی در خصوص کنترل فرآیند جهت دستیابی به تلرانس های بالاتر صورت گرفته است. دستگاه 10 سال پیش دارای تلرانس کاری بین 0.060 تا 0.01 اینچ بوده است و لیکن امروزه دستگاه هایی تولید شده اند که قادرند قطعاتی با تلرانس 0.002 اینچ تولید کنند.
جنس قطعه کار : مواد سخت تر نوعاً پس از برشکاری کمتر taper شده اند و این مسئله در تعیین میزان تلرانس قابل دستیابی، قابل توجه است. ضخامت قطعه کار : هنگامی که ضخامت قطعه کار افزایش می یابد، کنترل رفتار خروجی جت ساینده در محلی که از قطعه کار خارج می شود، مشکل می گردد و هر چه ضخامت قطعه کار افزایش یابد، میزان شیب دار شدن و احتمال لب پریدگی افزایش می یابد.
دقت میزکار : واضح است است دقت بالاتر وقتی حاصل می شود که حرکت میز دقیق تر و قابل کنترل تر باشد. استحکام و پایداری میزکار: ارتعاشات بین سیستم حرکتی و قطعه کار و ضعف در کنترل سرعت و تغییر ناگهانی در وضعیت دستگاه می تواند باعث بروز عیب در قطعه کار گردیده که اغلب witness marks نامیده می شود.
کنترل جت مواد ساینده : چون اساساً ابزار برشی یک جریانی از آب پر فشار همراه با مواد ساینده است . هنگام خروج از قطعه کار حالت اریبی شکل بوجود می آید، لذا جهت حصول تلرانس و دقت لازم بایستی این عقب افتادگی با کنترل مناسب جبران گردد.
این مسلئه عقب افتادگی (lag) می تواند در موارد ذیل بروز اشکال نماید : الف- در اطراف منحنی ها هنگامی که جت می خواهد از یک مسیر منحنی شکل عبور نماید، lag باعث شیب دار شدن می گردد، بنابراین برای جلوگیری از این امر بایستی سرعت حرکت خطی مسیر برش را پایین آورد و اجازه داد که قسمت انتهایی جت و قسمت ابتدایی آن که این دو مابین محل ورود جت و محل خروج آن از قطعه کار قرار دارد در یک راستا قرار گرفته و از شیب دار شدن آن جلوگیری گردد. ب- گوشه های داخلی هنگامی که جت وارد یک گوشه داخلی از مسیر برش می گردد بایستی سرعت پیشروی را پایین آورد تا عقب افتادگی قسمت انتهایی جت جبران شده و مسیر برش صاف و بدون شیب دار شدن تولید شود در غیر این صورت احتمال افزایش شعاع گوشه وجود خواهد داشت. همچنین پس از اتمام ماشینکاری گوشه ها و رسیدن به خط مستقیم نبایستی سرعت پیشروی یکمرتبه افزایش یابد زیرا این عمل باعث پس زدن ناگهانی جت و آسیب دیدگی قطعه کار می گردد.
ج- میزان پیشروی هنگامی که سرعت پیشروی کاهش داده می شود، عرض مسیر برش قه مقدار اندکی افزایش می یابد. د- شتاب هر گونه حرکت ناگهانی از قبیل تغییر در میزان پیشروی به طور ناگهانی باعث آسیب دیدگی قطعه کار می گردد. لذا بایستی برای کارهای فوق العاده دقیق، شتاب به خوبی کنترل گردد. هـ- فاصله نازل تا قطعه کار برخی از نازل ها نسبت به برخی دیگر باعث شیب دار شدن بیشتری در مسیر برش می گدرد. نازل های بلندتر معمولاً شیب کمتری ایجاد می نمایند، کاهش فاصله نازل تا سطح قطعه کار باعث کمتر شدن شیب می گردد.
و- عرض برش
عرض برش که همان قطر یا عرض پرتو جت می باشد، مشخص می کند که تا چه حد شما می توانید گوشه هایی تیز و با حداقل شعاع گوشه تولید نمایید. تقریباً کوچکترین قطر پرتو جت تولید عرض برشی به پهنای 0.030 اینچ می نماید. دستگاه هایی با قدرت عملیاتی بالاتر نیازمند نازل های بزرگتری می باشد زیرا حجم آب و مواد ساینده نیز بیشتر خواهد بود
ز- ثبات فشار پمپ
تغییرات در فشار پمپ واترجت می تواند باعث ایجاد اثراتی بر روی قطعه نهایی گردد. بنابراین لازم است که در حین انجام عملیات طوری برنامه ریزی گردد که تغییرات فشار پمپ به حداقل رسیده تا از ایجاد اثرات نامطلوب بر قطعه کار جلوگیری شود و این موضوع بخصوص در مواردی که تلرانس مورد نظر در حدود 0.005اینچ باشد، رعایت این مسئله الزامی است پمپ های قدیمی تر اغلب بیشتر باعث بروز چنین مشکلاتی می شدند ولیکن پمپ هایی که با استفاده از سیستم میل لنگ کار می کنند باعث توزیع فشار یکنواخت تر و منظم تر می گردند.
با توجه به فاکتورهای ذکر شده سیستم جت مواد ساینده قادر است قطعات را با تلرانسی از 0.020 اینچ تا 0.001اینچ تولید نماید. امتیاز و برتری یک دستگاه جت مواد ساینده نسب به نوع مشابه خود، در سهولت دستیابی به تلرانس های مذکور می باشد، در صورتی که نازل بتواند در هر موقعیت لازم نسبت به محورهای x و y با تلرانس 0.01 اینچ قرار گیرد، بنابراین شما می توانید قطعه ای با ضخامت 0.5اینچ را با تلرانس 0.002 اینچ تولید نمایید.