الدرس 6.4القطعالفصل 6 · القطع والتشغيل غير التقليدي

القطع بنفاث الماء

ماء بضغط عالٍ جدًا، غالبًا مع كاشط، يحفر القطع بالتآكل

القطع بنفث الماء (Waterjet) يشقّ المادة بخيط ماء رفيع كالشعرة يُدفع عبر جوهرة صغيرة بضغط هائل. وعند مزجه برمل العقيق الناعم (Garnet)، تقطع النفثة الفولاذ والتيتانيوم والحجر والزجاج؛ وقد يقطع الماء النقي وحده الفوم والمطاط وحتى الطعام. ولأن شيئًا لا يسخن، تحتفظ الحافة بخصائصها الأصلية، مما يجعل نفث الماء أداة القطع للمواد التي تتلفها الحرارة.

الصورة: Public domain, عبر Wikimedia Commons

رأس قطع بنفث الماء الكاشط فوق قطعة العمل، مقطع جانبي على امتداد القطعالشكل مقطع جانبي على امتداد القطع، مع الرأس مقطوعًا مفتوحًا؛ ويتحرك الرأس إلى اليمين. الأرقام داخل الدوائر تطابق الخطوات أدناه.

كيف تعمل

رفع الضغط. ترفع مضخة، وعادةً مضاعِف ضغط (مضخة مكبسية تضاعف الضغط)، الماء إلى نحو 4,000 بار (60,000 psi)، وبعض الآلات أعلى من ذلك.
صنع النفثة. يمرّ الماء عبر فتحة: جوهرة من الياقوت الأزرق أو الياقوت الأحمر أو الماس فيها ثقب بعرض بضعة أعشار المليمتر. يتحول الضغط إلى سرعة، حتى نحو 900 م/ث.
إضافة الكاشط. تعبر النفثة السريعة غرفة خلط وتسحب رمل العقيق من قادوس، كما تسحب زجاجة الرذاذ السائل.
التصويب والتآكل. يقوّم أنبوب خلط طويل وصلب (أو أنبوب تركيز) الخليط إلى نفثة بعرض نحو 1 مم. تضرب ملايين الحبيبات القطعة وتحفر فيها شقًا ضيقًا (Kerf، شق القطع) عبرها.
التقاط النفثة. أسفل القطعة، حوض من الماء العميق يبطّئ النفثة المستنفدة ويجمع الرمل المستعمل والحطام.
اتبع المسار. تحرّك آلة CNC الرأس على طول المحيط. تنثني النفثة إلى الخلف عند قاع القطوع السميكة، فتبطئ الآلة عند الزوايا لتبقى حادة.

حقائق أساسية

المواد: أي شيء تقريبًا: الفولاذ، التيتانيوم، الألومنيوم، الحجر، الزجاج، السيراميك، المواد المركّبة (كاشط)؛ الفوم، المطاط، المنسوجات، الورق، الطعام (ماء نقي)
القطع النموذجية: ملامح مسطحة، حشوات، أسطح مطابخ حجرية وتطعيمات، ألواح زجاج، دعامات طيران
حجم القطعة: طاولات حتى عدة أمتار؛ ومعدن حتى نحو 150 مم سماكة
الدقة: غالبًا نحو ±0.1 مم؛ والقطع السميكة تُظهر استدقاقًا طفيفًا
تشطيب السطح: مظهر مطفأ كالمسفوع بالرمل؛ ناعم قرب الأعلى، وخطوط متموجة خافتة قرب الأسفل؛ بلا منطقة متأثرة بالحرارة
حجم الدفعة المناسب: من قطعة واحدة إلى سلسلة متوسطة
كلفة العدّة والآلة: بلا أدوات قالبية؛ آلات من عشرات إلى عدة مئات آلاف الدولارات، إضافة إلى العقيق وصيانة المضخة
السرعة: أبطأ من الليزر أو البلازما؛ والمعدن السميك قد يستغرق دقائق لكل متر من القطع

نقاط القوة والحدود

نقاط القوة

بلا حرارة: لا تشوه ولا تصلّب ولا حواف محروقة
يقطع أي مادة تقريبًا، بما فيها الحجر والزجاج والمواد المركّبة
القطع السميكة، حتى نحو 150 مم من المعدن
آلة واحدة تقطع مواد كثيرة دون تغيير الأدوات

الحدود

أبطأ وأغلى لكل متر قطع من الطرق الحرارية
العقيق وأختام المضخة والفتحات مواد استهلاكية مكلفة
شق قطع بنحو 1 مم واستدقاق طفيف في القطع السميكة
مبلل وصاخب؛ يجب تجفيف القطع وتنظيف الحوض من الحمأة

أين تُستخدم

الطيرانقطع التيتانيوم والمواد المركّبة التي ستتلفها الحرارة
الحجر والزجاجأسطح المطابخ، تطعيمات الأرضيات، ألواح الزجاج والفسيفساء
ورش التشغيلقطع خام من ألواح سميكة، نماذج أولية، قطع من سبائك صلبة
السياراتسجاد الداخل، أسقف السيارات والأختام (ماء نقي)
الأغذيةتقطيع الكعك وألواح الحلوى والسمك المجمّد إلى حصص (ماء نقي)
الحشوات والفومحشوات مطاطية، قطع فوم للتغليف

كيف تتعرف عليها

وجه قطع مطفأ مسفوع بالرمل بنعومة، بلا أي صبغة حرارية.
خطوط منحنية خافتة قرب قاع القطوع السميكة، تنحني إلى الخلف عكس اتجاه القطع.
استدقاق طفيف: غالبًا يكون القطع أعرض قليلًا في الأعلى منه في الأسفل.
أشكال معقدة في الحجر أو الزجاج، مثل تطعيمات الأرضيات، لا يصنعها أي منشار.

قارنها بـ

القطع بالليزر6.2أسرع وأدق في الصفائح الرقيقة، لكنه يسخّن الحافة ولا يقطع الحجر ولا الزجاج السميك.القطع بالبلازما6.3أسرع بكثير وأرخص في الفولاذ السميك، لكنه يترك حافة متأثرة بالحرارة ومشطوفة ولا يقطع إلا المعدن.التشغيل بالموجات فوق الصوتية6.9يحفر بحبيبات كاشطة أيضًا، لكنه يثقب أشكالًا في مواد صلبة هشة جدًا بدل قطع المحيطات.

شاهدها

Fireball Tool · أساسيات طاولة نفث الماء، للمبتدئين

Waterjet Channel - Daniel Adair · شرح المضخة والفتحة وأنبوب الخلط وحوض الالتقاط

Secrets of Everyday Things · لماذا لا يكفي الضغط وحده لقطع الفولاذ

OMAXCorp · رأس مائل يصحح الاستدقاق، عن قرب

شاهد صورًا حقيقية

ويكيبيديا: قاطع نفث الماء — نظرة عامة مع مخطط لرأس قطع كاشط (الفتحة، العقيق، أنبوب الخلط)
البحث عن الصور في ويكيميديا كومنز

تذكّر

يتحول الضغط إلى سرعة عند فتحة جوهرة صغيرة؛ ورمل العقيق يعطي النفثة قدرتها على القطع.
بلا حرارة، فيقطع الحجر والزجاج والمواد المركّبة والمعادن الحساسة للحرارة بنظافة.
أبطأ وأكثر بللًا من الليزر أو البلازما، مع شق قطع بنحو 1 مم واستدقاق طفيف.