Applications de la découpe au jet d'eau
comparativement à d'autres procédés
Toute opération de séparation requiert plus au moins d'énergie. La découpe au jet d'eau fait partie des procédés de séparation par enlèvement de copeaux. L'énergie potentielle transférant sur de l'eau une pression allant jusqu'à 6 200 bar est convertie en énergie cinétique par le biais d'une buse de pierre précieuse de quelques dixièmes de millimètre. L'eau atteint, ce faisant, une vitesse de jet d'environ trois fois la vitesse du son. Ce jet concentré à haute énergie est, sous forme de jeu d'eau pure ou de mélange eau-abrasif, l'outil proprement dit de ce microprocessus d'enlèvement de copeaux. Un des plus gros avantages de la technique de découpe au jet d'eau est sans aucun doute un procédé de découpe à froid qui épargne le matériau, la texture le long de l'arête de coupe restant inchangée, sans risque de déformation.
Aperçu des avantages majeurs de la découpe au jet d'eau :
- le fait qu'il ne se dégage pas de chaleur conserve l'homogénéité de la structure des métaux et évite un retouchage généralement couteux
- perte de matériau extrêmement faible du fait de la très petite fente de découpe
- découpe possible dans toutes les directions axiales
- résultat de découpe optimale toujours garanti, car un réaffûtage ou un nettoyage d'un tranchant d'outil n'est sont pas nécessaires
- intégration possible et aisée dans des systèmes de fabrication
- remplacement souvent sans problèmes de l'outil de découpe existant dans les processus en ligne
Le tableau ci-dessous montre une comparaison des procédés de découpe au laser, plasma et jet d'eau relativement aux propriétés du matériau et du traitement. Selon l'application, chaque procédé a ses avantages et ses inconvénients.
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Comparaison des procédés de découpe |
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Laser |
Plasma |
Jet d'eau |
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Déformation du matériau |
oui |
oui |
non |
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Durcissement du matériaux |
oui |
oui |
non |
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Formation de bavures |
oui |
oui |
très faible |
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Frais de retouchage |
oui |
oui |
très faible |
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Perte de matériaux |
importante |
oui |
très faible |
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Tolérances |
0,1 mm |
0,2–0,5 mm |
0,1–0,3 mm |
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Formation de vapeurs toxique |
oui |
oui |
non |
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Découpe en plusieures couches |
non |
non |
oui |
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Epaisseur du matériaux |
< 25 mm |
< 30 mm |
> 250 mm |
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Matériaux non métallique |
non |
non |
oui |
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Applications à plusieures
têtes possible |
non |
— |
oui |
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Matériaux composites |
non |
non |
oui |
Questions fréquemment posées sur la découpe au jet d'eau
- Quels matériaux peut-on découper ?
Le jet d'eau peut découper tous les matériaux. Il permet généralement le traitement de métaux, de pierres et de matières plastiques. Le jet d'eau peut d'autre part découper du verre, des denrées alimentaires ou du cuir.
- A quelle vitesse le matériau peut-il être découpé ?
La vitesse de découpe dépend des facteurs suivants : pression de pompe, efficacité de la génération de haute pression et de la configuration des têtes de découpe, épaisseur et propriétés du matériau, qualité d'arête de coupe, diamètre de buse, volume et qualité de l'abrasif. Voir également le tableau des vitesses de coupe un peu plus loin.
- La découpe peut se faire jusqu'à quelle épaisseur de matériau ?
Les métaux sont normalement découpés jusqu'à une épaisseur de 150 mm. Il existe toutefois des applications spéciales permettant une découpe jusqu'à 400 mm.
Vitesses de coupe :
Les facteurs ci-dessous déterminent la vitesse de coupe :
- Pression :
Une pression plus élevée augmente la densité du flux d'énergie du jet de découpe et par conséquent la capacité de découpe. La vitesse de coupe peut augmenter de 35% au maximum à une pression de 6 200 bar.
- Epaisseur du matériau :
Règle générale : avec une épaisseur de matériau diminuée de moitié, la découpe peut se faire deux fois plus vite.
- Diamètre de buse :
Une buse de plus gros diamètre fournit une plus grande énergie dans le matériau et augmente par conséquent la vitesse de découpe. Une buse de dimensions doubles envoie quatre fois plus d'eau de découpe et augmente la vitesse de coupe jusqu'à 80% en fonction de l'application. Il est par conséquent recommandé de découper plusieurs pièces en parallèle avec de petites buses.
- Dosage d'abrasif :
L'augmentation de l'abrasif ajouté peut augmenter la vitesse de coupe. Doubler le débit a pour effet une augmentation de 20 à 40% environ, en fonction de l'épaisseur du matériau.
- Qualité de découpe :
Si une seule découpe de séparation ou par contre une très bonne qualité d'arête sont demandées, la durée de traitement peut être cinq fois plus élevée+.
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Vitesse de coupe |
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Débit d'abrasif |
350g/min |
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Abrasif |
80 Mesh |
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Qualité de l'arête de coupe |
fine - moyenne |
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Diamètre de buse |
0,25 mm |
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Diamètre de tube focalisation |
0,76 mm |
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Pression de pompe |
6.200 bar |
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Matériau |
Epaisseur |
Vitesse de coupe |
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Acier |
20 mm |
50 mm / min |
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Pression de pompe |
4.200 bar |
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Matériau |
Epaisseur |
Vitesse de coupe |
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Acier |
20 mm |
35 mm / min |
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Titane |
20 mm |
30 mm / min |
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Aluminium |
20 mm |
75 mm / min |
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Marbre |
20 mm |
45 mm / min |
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Verre |
20 mm |
80 mm / min |
Particularités de la découpe au jet d'eau :
- Découpe en plusieurs couches
Le jet d'eau peut découper sans problèmes des pièces en plusieurs couches de différents matériaux. Il convient de noter que le jet d'eau supporte mal les creux importants quand il doit découper simultanément des matériaux durs, puis tendres. La couche supérieure dure du matériau freine le jet sur les bords tandis que le centre du jet continue à s'écouler à grande vitesse. Il en résulte dans le jet une composante de mouvement se déplaçant sur le côté et servant à déployer le jet. Le jet d'eau pénètre alors nettement plus large dans la deuxième couche de matériau.
Découpe de corps creux :
La découpe de tubes au jet d'eau demande une construction d'installation particulière. Ceci est dû au fait que le jet d'eau se disperse après pénétration de la paroi de tube supérieure et n'est plus focalisé de façon précise quand il rencontre la paroi opposée. La solution est un système à banc rotatif assurant un impact toujours à 90° du jet d'eau sur le tube.
Défaut angulaire :
En fonction des exigences relatives à la qualité d'arête de coupe, il est possible d'obtenir une très bonne précision angulaire en harmonisant en conséquence la pression de pompe, la quantité d'abrasif et la vitesse de coupe. Il existe, de la même manière, des systèmes de guidage permettant d'optimiser encore la précision angulaire via inclinaison variable de la tête de découpe au moyen d'un logiciel approprié.
Produits KMT pour la découpe au jet d'eau
- Pompes à haute pression
KMT Waterjet a la pompe à haute pression appropriée pour chaque application. Qu'une pression d'eau de découpe maximale de 6 200 bar soit requise ou un débit volumétrique max. de plus de 15l/min pour le fonctionnement simultané de nombreuses têtes de découpe.
- STREAMLINE 60/125 PRO – découpe au jet d'eau à 6 200 bar
- STREAMLINE SL-V 15-100
- STREAMLINE SL-V 30/50 Classic
- STREAMLINE SL-V 150/200
- Têtes pour la découpe à l'eau pure et à l'abrasif :
- ACTIVE AUTOLINE PRO –
tête de découpe au jet d'eau à l'abrasif pour 6 200 bar
- ACTIVE IDE PRO –
tête de découpe au jet d'eau à l'abrasif compacte pour 6 200 bar
- AQUALINE PRO –
tête de découpe à l'eau pure pour 6 200 bar
- ACTIVE AUTOLINE II –
tête de découpe au jet d'eau à l'abrasif modulaire pour 4 100 bar
- ACTIVE IDE II –
tête de découpe au jet d'eau à l'abrasif compacte pour 4 100 bar
- AQUALINE – tête de découpe à l'eau pure
- Système de gestion d'abrasif pour la découpe au jet d'eau à l'abrasif
- AMS III – système de gestion d'abrasif comprenant le système de stockage et transfert d'abrasif ABRALINE III, le système de dosage d'abrasif FEEDLINE IV et la tête de découpe à l'abrasif ACTIVE AUTOLINE II ou ACTIVE IDE II
- ABRALINE III – système de stockage et transfert d'abrasif
- FEEDLINE IV – système de dosage de l'abrasif