Fonctionnement du coupage au jet d'eau

Introduction au coupage au jet d'eau CNC

Les machines de coupage au jet d'eau CNC (commande numérique par ordinateur) sont devenues largement répandues pour le coupage 2D de tôles planes, même dans les applications de tôles lourdes telles que les centres de service de l'acier, les constructeurs d'équipements et les fabricants. Les principaux avantages du coupage au jet d'eau sont la rectitude de la coupe et l'absence de zone d'influence de chaleur. Pour comprendre pourquoi ce processus offre ces avantages, examinons rapidement le fonctionnement du coupage au jet d'eau.

Le coupage au jet d'eau est un processus non thermique

Contrairement à un procédé de coupage thermique, comme le plasma, l'oxycoupage ou le laser, ce processus de coupage au jet d'eau est un procédé de sciage mécanique. Il rappelle presque le coupage par scie à ruban, utilisant une fine bande de métal possédant des dents pointues tirées à travers le matériau coupé. De même, le processus de coupage au jet d'eau utilise un mince filet d'eau intégrant des morceaux de roche tranchants propulsés à travers le matériau.

Les morceaux de roche, ou abrasif, sont généralement fabriqués à partir de grenat broyé. Dans certaines applications, d'autres matériaux sont utilisés, mais le grenat est de loin le plus courant pour la découpe de tôles. Le grenat est également couramment utilisé sur du papier de verre et est une roche relativement dure. Chaque grain d'abrasif qui passe à travers usera un peu de matériau.

La vitesse joue un rôle primordial

Mais la simple propulsion de jets d'eau abrasifs sur une tôle métallique ne la coupera pas. C'est la vitesse de l'abrasif sur la tôle qui est déterminante dans l'efficacité du processus. La moment cinétique d'un objet est égal à sa masse multipliée par sa vitesse. Un grain d'abrasif a peu de masse, donc pour avoir un effet sur une tôle d'acier, il doit avoir une vitesse très élevée pour accélérer suffisamment l'abrasif pour couper des matériaux durs, l'eau est propulsée à « ultra-haute pression », puis libérée par un petit orifice. Lors de l'utilisation d'un boyau d'arrosage, vous pouvez remarquer qu'en réduisant l'ouverture de la buse, vous réduisez le volume d'eau, mais augmentez sa vitesse. C'est ce qui se passe au niveau de la tête de coupage au jet d'eau.

La pression typique de coupage au jet d'eau se situe entre 50 000 et 60 000 PSI (par pouce carré). De nombreux systèmes plus récents sont pressurisés jusqu'à 90 000 PSI. L'eau à cette pression est ensuite libérée à travers un petit orifice usiné dans un diamant ou un saphir, généralement dans une plage comprise entre 5 et 15 millièmes de pouce de diamètre. Le jet d'eau qui en résulte est supersonique, ce qui signifie que sa vitesse supérieure à celle du son. Heureusement, le volume reste faible, à environ 1/2 gallon par minute.

Ajout d'abrasif

La formation du jet d'eau par l'orifice diamant et le mélange de l'abrasif dans le jet se produisent à l'intérieur d'une tête de coupage au jet d'eau, telle que KMT Autoline™ II. Pour inclure l'abrasif dans l'eau, le flux traverse une chambre en forme d'entonnoir, où l'abrasif est entraîné par le flux d'eau et accéléré. Le flux d'eau, transportant maintenant des particules abrasives, passe à travers un tube de focalisation, ou une buse, qui obtient tout l'abrasif intégré dans le flux d'eau et se déplaçant dans la même direction.

Dans le tube de focalisation vous avez un flux supersonique d'eau et d'abrasif qui pourra traverser n'importe quel matériau, notamment l'aluminium, l'acier, l'acier inoxydable, les tôles de blindage, le granit, les carreaux, les stratifiés et même le verre (bien que le verre trempé soit trop fragile).

Coupage de métal sans zone d'effet thermique

Comme chaque particule abrasive n'enlève qu'une infime quantité de matière par érosion, peu de chaleur est générée. En outre, toute chaleur produite est rapidement atténuée par le courant d'eau avant qu'elle n'ait le temps de chauffer le matériau environnant. Par conséquent, la coupe de métal n'a pas de zone d'effet thermique. Le coupage au jet d'eau est donc un processus de coupage à froid.

Coupage précis extrêmement droit

Non seulement ces particules abrasives à déplacement rapide coupent sans zone d'effet thermique, mais le moment cinétique du flux d'eau les maintient en ligne droite longtemps après leur sortie du tube de focalisation, ce qui donne un bord de coupe extrêmement droit et précis sur divers matériaux.