Un guide complet sur la découpe au jet d'eau

« Lorsqu’il s’agit de jet d’eau CNC, cela signifie précision et exactitude en main. C'est un idéal pour créer des prototypes fonctionnels 2D et 3D. Il offre fiabilité et répétabilité, et produit des pièces en petits volumes ou en gros volumes dans des cycles de temps courts.

Dans l'ingénierie hydrodynamique, la découpe au jet d'eau CNC a connu une augmentation significative allant jusqu'à 6.15 % en raison de son approche économique et rapide de la découpe de métaux abrasifs et à haute densité. Auparavant, les techniques conventionnelles, telles que EDM à fil, découpe laser, et le découpage au plasma ont été utilisés pour couper des matériaux durs. Ces méthodes étaient laborieuses, prenaient du temps et présentaient une diversité matérielle minimale. 

C'est pourquoi la découpe au jet d'eau prend le pas en permettant aux fabricants OEM de commercialiser leurs produits plus tôt et de satisfaire les exigences des clients. De plus, la découpe au jet d’eau s’adapte à des géométries complexes et à des conceptions 3D, et peut découper une large gamme de matériaux sans affecter leur nature chimique. Quelques exemples incluent : métaux, thermoplastiques de qualité technique, verre et matériaux composites. De plus, il facilite les industries de l'automobile, de l'aérospatiale, de l'électronique et de la défense en fournissant des pièces de qualité incohérente et dimensionnellement stables pour des performances optimales fonctionnelles et améliorées. 

Cet article met en évidence l'énorme potentiel du processus de découpe au jet d'eau, ses applications, ses avantages et ses inconvénients, ses capacités de découpe et bien plus encore.

Qu’est-ce que le jet d’eau ?

Le jet d’eau est un processus d’érosion sans contact permettant de couper des matériaux à haute résistance. Il n’utilise pas de chaleur thermique mais utilise plutôt des jets de liquide hypersonique à haute pression, mélangés à des abrasifs pour créer des produits selon les formes et conceptions souhaitées.

Découpe au jet d'eau 

Les machines à jet d'eau fonctionnent de manière optimale à une pression nominale de 690 MPa (1000,000 900 0.1 Psi). Cette pression est projetée à travers un trou ou une buse de tube spécialisé à une vitesse de 0.4 m/sec, soit trois fois supérieure à la vitesse du son, afin de réduire le matériau pour la pièce spécifiée souhaitée. Le diamètre moyen de la buse est généralement de l'ordre de XNUMX à XNUMX mm. Une buse de petit diamètre permet de concentrer l'objet sans générer de gaspillage de matière excessif. Ce processus est accompli grâce à un ensemble intensificateur ou pompe à vilebrequin. De plus, le jet d’eau est appliqué à plusieurs matériaux, par exemple les alliages métalliques, les matériaux semi-doux, les plastiques, les céramiques et les matériaux composites. 

Comment fonctionne la découpe au jet d’eau ?

Procédé de découpe au jet d'eau

Construction Processus d'usinage au jet d'eau est généralement utilisé pour les géométries bidimensionnelles. Voici un bref aperçu du fonctionnement de la découpe au jet d’eau.

• Techniquement, le processus de découpe au jet d'eau fonctionne en utilisant des jets d'eau ultra pressurisés éjectés par un orifice ou une buse en acier inoxydable. Habituellement, des orifices en diamant, saphir ou rubis sont utilisés dans le processus pour augmenter la vitesse de près d'environ 2500 XNUMX mph. 
• Le jet d'eau à grande vitesse est combiné à une chambre abrasive (généralement placée sous l'orifice de la tête de coupe) pour accélérer l'opération de coupe. Généralement, l'abrasif utilisé est du sable grenat, entraîné au fil du courant d'eau.
• Enfin, la combinaison permet de reproduire des contours dimensionnellement stables et précis sur le matériau ciblé. L'ensemble du processus de découpe au jet d'eau est contrôlé par un logiciel système CNC spécialisé pour éliminer les déformations et les défauts.

Types de découpe au jet d’eau

Dans les industries manufacturières, deux types sont manipulés pour couper des matériaux abrasifs. Ceux-ci inclus; 

• Découpe au jet d'eau abrasif
• Découpe au jet d'eau pure

Découpe au jet d'eau abrasif

La découpe au jet d’eau abrasif est un procédé non thermique. Elle est réalisée en accompagnant un matériau abrasif (généralement du grenat, du gravier ou de l'oxyde d'aluminium) avec de l'eau. Cette combinaison donne lieu à un flux plus puissant, invisible et cohérent pour créer des propulsions et des coupes dans des matériaux durs et laminés.

Habituellement, les concepteurs OEM utilisent le grenat pour la coupe en raison de son faible coût et de ses perspectives de disponibilité. Garnet propose deux produits parmi lesquels choisir : écrasé et alluvionnaire. Parmi les deux, le grenat provient des carrières minières, tandis que le grenat alluvial est un gisement naturel présent dans les lits des rivières, qui est tamisé pour le rendre utile au processus de jet d'eau. Il est relativement moins cher et moins agressif, et offre une facilité d'usinage que le grenat broyé. Cela en fait un choix idéal lorsque des bords fins et lisses sont requis.

Dans l'ensemble, la découpe au jet d'eau abrasif s'applique par exemple aux matériaux à haute résistance, épais et résistants à la traction ; céramiques, pierres décoratives, roches, métaux et plastiques. En outre, des bords d'agrégats tranchants peuvent être obtenus en utilisant un processus de coupe abrasif. 

Découpe au jet d'eau pure

La découpe au jet d’eau pure utilise généralement des jets d’eau pure à haute pression. Ce flux libre d'abrasif passe sous pression à travers un petit diamètre d'environ 0.1 mm par un orifice en diamant. Cet orifice a tendance à augmenter la vitesse du courant d’environ 3 fois la vitesse du son. Cette méthode est notamment idéale pour couper des matériaux tendres ; tel que; caoutchouc, mousse, joints, aliments et textiles. Contrairement aux méthodes traditionnelles, au plasma CNC et à la découpe laser, la découpe à l'eau pure est considérée comme une technique de découpe à froid, ce qui signifie qu'elle ne produit aucune chaleur pendant le processus.

Des avancées dans le processus de découpe au jet d’eau ?

Les systèmes CNC utilisés aujourd'hui pour la découpe au jet d'eau ont révolutionné ce processus. Deux technologies très utiles deviennent populaires à cet égard. Ceux-ci sont;

• Découpe au jet d'eau 5 axes
• Compensation conique

Découpe au jet d'eau 5 axes

L’une des avancées constatées dans le domaine du jet d’eau est la découpe au jet d’eau à 5 axes en tant qu’approche multi-axes. Auparavant, les machines à 5 axes étaient utilisées pour des pièces ou des produits détaillés extrêmement spécialisés en raison d'une immense programmation et de spécifications exactes. Par conséquent, cette approche était considérée comme coûteuse en matière de découpe au jet d’eau. 

Mais, à notre époque, il est reconnu pour prendre avec précision des modèles 3D de CAM et les découper rapidement en composants caractéristiques exacts. Ces machines sont principalement utilisées pour les matériaux souples comme le caoutchouc, les fibres et les alliages. De plus, les machines à 5 axes automatisent le processus en ajoutant un usinage valorisé à la découpe des pièces. Cela réduit donc considérablement le besoin de travail manuel.

Compensation conique

La compensation de conicité est une autre avancée qui permet d'obtenir des dimensions de coupe précises et exactes. Il est devenu courant de façonner des coupes uniformes dans des matériaux plus épais en éliminant les risques de formation de coupes coniques sur la surface des matériaux. La raison de l'apparition de la conicité est la vitesse de coupe rapide et la divergence naturelle des jets d'eau. Il utilise généralement trois approches pour éradiquer leur formation. Ceux-ci sont; compensations géométriques, dans lesquelles les conceptions CAO initiales sont ajustées et modifiées. Ensuite, la compensation dynamique de la conicité. Le fabricant ajuste les positions de la tête de coupe lors de son mouvement autour du matériau prévu. De plus, en décalant la trajectoire de coupe, les concepteurs ont pu minimiser la formation de coupe conique. De plus, la compensation de conicité est remarquablement bénéfique pour atteindre des tolérances optimales jusqu'à 0.005". Apprenez-en davantage sur la conception de découpe grâce à notre guide: Directives de conception pour la découpe au jet d'eau.

Découpe laser vs. Découpe au jet d'eau : principales différences

La découpe au laser et la découpe au jet d'eau sont toutes deux largement applicables pour plusieurs applications industrielles. Ceux-ci sont utilisés pour percer avec précision des matériaux à haute résistance dans un large spectre. Voici quelques différences techniques mentionnées dans le tableau ci-dessous ; 

Tableau: Analyse comparative du laser et du laser. Découpe au jet d'eau

Relatif à: Découpe laser Vs. Découpe au jet d'eau : analyse des capacités dans le paysage de la fabrication

Avantages de la découpe au jet d'eau

Construction Avantages de la découpe au jet d'eau sont si répandus dans divers secteurs manufacturiers. Ces machines sont bien connues pour leur grande répétabilité et leur précision. Certains des avantages les plus courants qui les distinguent des autres techniques traditionnelles comprennent :

• Presque tous les matériaux peuvent être découpés grâce à la technique de découpe au jet d’eau.
• Il produit des bords de qualité supérieure sans aucun déchet pendant le processus.
• La découpe au jet d'eau est une technique de découpe à froid qui ne produit aucune zone affectée par la chaleur pendant l'opération.
• Elle gagne en supériorité sur les autres techniques conventionnelles en raison de l'absence de limitation dans l'épaisseur des matériaux. Par exemple, une feuille de 100 pieds peut être découpée avec précision grâce à la découpe au jet d'eau.
• Il propose une approche multi-axes du perçage des matériaux. L'exemple courant comprend : une machine 5 axes. De plus, il ne nécessite aucun outillage ni fraise supplémentaire.
• L’un des principaux avantages est qu’il produit des pièces de haute qualité de finition sans aucune exigence de traitement supplémentaire.
• Une machine de découpe au jet d'eau standard peut atteindre une tolérance étroite jusqu'à 0.005''. De plus, les formes 3D sont plus faciles à créer grâce au processus de découpe au jet d’eau.
• De plus, il s'agit d'un processus écologiquement durable en raison de la recyclabilité de l'eau usée tout au long de la découpe.

Limites de la découpe au jet d’eau

Parallèlement, il présente quelques inconvénients pour débuter vos projets de découpe ; Ceux-ci inclus;

• Certains risques ; par exemple, l'endommagement de l'orifice, des cônes (cônes en forme de V, inversés et en tonneau) et des formations de vides dues à la faible largeur des saignées. Par conséquent, selon la règle empirique, la taille du trait de scie doit être de 11.25 fois celle du jet d’eau. 
• Le jet d’eau peut provoquer des indentations et des problèmes de délaminage dans les pièces percées.
• Les abrasifs utilisés pour la découpe peuvent entraîner des coûts supplémentaires pour le processus. Mais cela dépend principalement du type de matériau, des spécifications de la pièce et de l’application prévue.
• Pour obtenir des pièces aux spécifications exactes, il est souvent recommandé de maintenir le rayon intérieur du trou à 2x celui du jet d'eau, sinon cela provoquerait des coupes aveugles et inégales dans le matériau.
• L’utilisation excessive d’abrasifs pourrait entraîner une usure de l’équipement, ce qui pourrait entraîner des coûts supplémentaires pour le processus.
• La configuration de découpe au jet d’eau nécessite un investissement initial plus élevé.

Applications industrielles de la découpe au jet d'eau

Les applications d’usinage au jet d’eau sont ainsi réparties dans plusieurs industries. Parmi les principaux consommateurs de cette technique figurent les secteurs de l’aérospatiale, de l’automobile, du textile, de l’électronique grand public et de la fabrication industrielle. 

Industrie aérospaciale

Les industries aérodynamiques utilisent principalement la découpe au jet d’eau pour façonner les pièces intérieures et extérieures des moteurs d’avion. Habituellement, ces pièces nécessitent des coupes précises et exactes pour la fonction et la mobilité des produits. Donc, Découpe au jet d'eau dans l'aérospatiale joue un rôle majeur dans la découpe ou le façonnage des produits ; y compris; pièces de moteurs à réaction, aubes de turbine, panneaux intérieurs de cabine et trains d'atterrissage.

Industrie automobile

Cette technique fascinante est utilisée pour créer plusieurs pièces automobiles. Les fabricants de conception utilisent des découpeuses à jet d’eau automatisées pour réaliser les incisions requises dans différents composants automobiles. Quelques exemples incluent : garnitures de toit, pare-chocs, joints de culasse en cuivre et brides pour systèmes d'échappement personnalisés, supports décoratifs pour automobiles. 

Industrie architecturale

Découpe au jet d'eau abrasif de pierre

La technologie de découpe au jet d’eau est très populaire dans l’industrie de l’art et de l’architecture. Différentes peintures murales, marbres et pierres peuvent être percés avec précision pour former des œuvres d'art à l'aide d'un découpeur au jet d'eau. De plus, les ingénieurs concepteurs peuvent l’utiliser pour des œuvres d’art en métal, par exemple ; œuvres d'art de musée, plein air, parcs à thème et merveilleux éclairs. 

Industrie électronique

La découpe au jet d'eau profite aux fabricants en réduisant les coûts de production des composants électroniques. Ces pièces sont très sensibles aux opérations thermiques. Une découpeuse au jet d’eau constitue donc une solution pour créer des pièces par exemple ; cartes de circuits imprimés peuplées, composants de générateurs, panneaux de commande d'ascenseur et découpe de profils pour ascenseurs. De plus, cela permet de créer des dispositifs électroniques de protection de haute qualité comme Boîtiers étanches pour l'extérieur. 

Industrie médicale et chirurgicale

Les outils médicaux micrométriques et miniatures nécessitent des profils fins pour un fonctionnement constant. De cette façon, la découpe au jet d’eau est extrêmement utile pour créer ces pièces angulaires et exigeantes en précision. Voici quelques composants qui se façonnent grâce à ce processus de découpe au jet d’eau ; formes de membres artificiels, appareils orthodontiques sculptés en carbone, appareils orthopédiques, pièces chirurgicales et résections hépatiques. 

Industrie du verre

L’industrie du verre est un utilisateur privilégié de la technique de découpe au jet d’eau. Il améliore la productivité et la qualité des bords en façonnant diverses pièces complexes à partir de verre teinté, de quartz, de verre optimal, de borosilicate, de silice fondue et de verre plat sans avoir besoin de traitements supplémentaires dans un délai rapide. 

Relatif à: Top 5 des industries tirant parti de la technologie de découpe au jet d’eau

La découpe au jet d’eau est-elle meilleure pour votre projet ?

La compatibilité du processus dépend de divers facteurs. Par exemple; spécifications des pièces, complexité géométrique, épaisseur et propriétés des matériaux telles que la conductivité, la résistance à la corrosion et la durabilité, que vous apportez à la découpe pour votre projet spécifié. 

Exemples d'applications de découpe au jet d'eau 

En général, un usinage au jet d'eau standard peut couper plusieurs matériaux sans affecter ses propriétés de surface. De plus, l’utilisation aboutit à la production de zones peu ou pas affectées par la chaleur ainsi qu’à une finition à texture fine et lisse. Contrairement au découpage laser et plasma, il ne produit aucune fumée dangereuse. 

De plus, chaque coupe de la découpeuse au jet d'eau est entravée par des systèmes CNC. Il suit les codes G pour créer des contours précis. Cependant, il existe des risques de déformation et de rubanage associés. Par conséquent, pour faire un choix judicieux en matière de procédé, il est toujours recommandé de demander l’aide de professionnels du secteur. Leurs conseils vous aident à faire le meilleur choix de processus possible. Encore confus, voici notre guide :  Quand utiliser le procédé de découpe au jet d'eau ? pour vous aider. 

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résumer

Usinage jet d'eau est devenue la technique la plus rapide de l’industrie manufacturière. Il apporte une pièce avec une répétabilité élevée et des précisions dimensionnelles dans un court laps de temps. De nombreuses industries manufacturières telles que l’agriculture, le secteur médical, le verre, l’aérospatiale et l’automobile l’utilisent pour ses perspectives économiques et écologiques. 

Cependant, le processus de découpe au jet d'eau est critique et nécessite certaines considérations pour obtenir des spécifications exactes, car les pièces découpées présentent parfois des marques et sont confrontées à des problèmes de déformation au cours du processus. Par conséquent, un contrôle précis des paramètres du processus et du flux haute pression doit être maintenu. De plus, il existe de nombreuses autres options. Par exemple le découpage laser et plasma. Ces techniques sont également bien connues pour les projets exigeants en précision. Ainsi, pour faire un choix approprié, il faut acquérir des connaissances de base sur leurs capacités et leurs limites. Cet article contient tous les détails essentiels sur la découpe au jet d’eau dans une large perspective. En lisant, les utilisateurs peuvent obtenir des informations précieuses sur les capacités des processus et d'autres aspects.  

Les Questions

T1. Combien coûte une machine de découpe au jet d'eau ?

Le facteur coût dépend de la marque et des caractéristiques de la machine. Une machine de découpe au jet d'eau standard coûte environ $ 60,000-450,000.

Q2. Existe-t-il des procédés alternatifs pour la découpe au jet d'eau ?

Il existe d’autres procédés qui peuvent être utilisés à la place de la découpe au jet d’eau. Ceux-ci inclus;

• Machine d'électroérosion à fil
• Découpe au plasma
• L'oxycoupage
• Découpe laser

Q3. Quels alliages de métaux peuvent être percés par découpe au jet d'eau ?

Différentes qualités d’alliage peuvent être façonnées à l’aide d’une découpeuse au jet d’eau. Les alliages d'aluminium : 5052, 6061 et 7075 ; Cuivre : 260 et C110 ; L'acier inoxydable 304, 316 et l'acétol sont considérés comme les matériaux appropriés pour la découpe au jet d'eau. 

Q4. Quels sont les problèmes courants rencontrés lors de la découpe au jet d’eau ?

Les fabricants peuvent rencontrer divers problèmes tels que le gauchissement, le délaminage, les coupes coniques, la qualité du jet d'eau, l'abrasif et l'usure des buses.

Q5. Quel abrasif est ajouté au jet d’eau ?

En général, les abrasifs (généralement du grenat) stockés dans des trémies ont une capacité d'env. 2 tonnes. Le remplissage automatique et contrôlé de la quantité d'abrasif s'effectue via une trémie doseuse située au-dessus de la machine à jet d'eau. En conséquence, un jet d’eau traverse une chambre abrasive mixte créant un effet venturi. Cet effet attire les abrasifs pour qu'ils adhèrent au jet d'eau. Ensuite, ce mélange est guidé dans la buse de focalisation pour réaliser l'opération de découpe au jet d'eau.

Ressources

1. Predrag Janković, (2019), Applications de la technique du jet d'eau abrasif en génie civil; Récupéré de : researchgate.
2. Andrew J. Jefferson, Hom Nath Dhakal, (2018), Découpe au jet d'eau abrasif : extrait de : Sciences directes.