Usinage par jet d'eau :usinage, pièces, avantages et applications avec PDF

Aujourd'hui, à The Mechanical post, nous examinerons un type de processus de fabrication avancé appelé "usinage par jet d'eau abrasif" et "usinage par jet d'eau" et les différences entre les deux.

Commençons par comprendre Qu'est-ce que l'usinage par jet d'eau et comment ça marche ? et après cela, nous discuterons de ses avantages, de ses inconvénients et de ses applications.

Obtenez votre copie du PDF sur l'usinage par jet d'eau à la fin de cet article. Alors sans plus tarder commençons !

Qu'est-ce que l'usinage par jet d'eau ?

L'usinage par jet d'eau (WJM) est un processus d'usinage non conventionnel de fabrication avancée dans lequel un jet d'eau à grande vitesse frappe la pièce et provoque son usinage par érosion du matériau de la pièce.

Dans le processus WJM, la pression de l'eau sortant de la buse est de l'ordre de 60 000 psi ou 4 136,85 bar.

Cela signifie que la pression est presque 4000 fois supérieure à la pression atmosphérique normale (1 bar).

Le simple procédé d'usinage par jet d'eau est incapable d'usiner des matériaux durs. Il ne peut être utilisé que pour des matériaux plus souples comme le caoutchouc, l'ABS, le cuir, le bois, les plastiques, etc.  

Ainsi, afin d'usiner des matériaux durs comme l'aluminium, les aciers, le granit, la fonte, etc., des particules abrasives sont mélangées au jet d'eau pour augmenter la capacité d'usinage du processus d'usinage au jet d'eau.

Ce processus est similaire à l'usinage par ultrasons et à l'usinage par jet abrasif qui provoquent l'usinage de la pièce par des moyens mécaniques. Ce processus d'usinage est associé à une machine CNC pour un contrôle précis et automatisé.

Principe de fonctionnement de WJM

Le processus d'usinage par jet d'eau fonctionne sur le principe selon lequel lorsqu'un jet d'eau à grande vitesse frappe la pièce, l'usinage de la pièce a lieu par érosion du matériau de la pièce.

La construction et le fonctionnement de la machine à jet d'eau simple sont presque similaires à son homologue abrasif. Alors, regardons la construction et le fonctionnement de la machine à jet abrasif.

Construction d'une machine à jet d'eau

Voici les principales parties du processus d'usinage par jet d'eau :

• Réservoir d'eau
• Pompe hydraulique
• Intensificateur hydraulique
• Accumulateur
• Vanne de contrôle de direction
• Vanne de contrôle de débit
• Chambre de mélange
• Buse
• Chargeur de particules abrasives
• Attrapeur

Réservoir d'eau

Le réservoir d'eau est utilisé pour stocker l'eau à utiliser dans le processus d'usinage par jet d'eau.

Pompe hydraulique

Une pompe assure la circulation de l'eau et sert à faire monter la pression de l'eau de la pression atmosphérique à environ 5 bars avant d'être envoyée au multiplicateur hydraulique.

Intensificateur hydraulique 

C'est l'appareil responsable de la création de l'énorme quantité de pression qui peut couper les métaux. Le multiplicateur hydraulique reçoit l'eau sous pression de la pompe à environ 5 bars et l'augmente à environ 4 000 bars ou environ 60 000 psi.

Accumulateur

L'eau à haute pression est stockée dans l'accumulateur et alimente la buse en cas de besoin. L'accumulateur empêche également la fluctuation de l'approvisionnement en eau pendant le processus. L'accumulateur de l'usinage par jet d'eau repose sur la propriété de "compressibilité de l'eau ” afin qu'une pression de refoulement uniforme soit maintenue.

Vanne de contrôle de direction

Comme son nom l'indique, la vanne de contrôle de direction est utilisée pour contrôler la direction de l'eau et donc contrôler le processus d'usinage par jet d'eau.

Vanne de contrôle de débit

Après la vanne de contrôle de direction, la vanne de contrôle de débit est placée et est utilisée pour contrôler le débit ou la vitesse de l'eau sortant de la buse.

Chambre de mélange

C'est l'endroit où les particules abrasives sont mélangées au courant d'eau.

Buse

La buse est un dispositif de réduction de section dont la fonction est d'augmenter l'énergie cinétique de l'eau en convertissant l'énergie de pression qu'elle contient en énergie cinétique.

La buse augmente la vitesse de l'eau à des vitesses supersoniques. Matériaux durs comme le diamant ou le carbure de tungstène afin d'éviter l'érosion de la buse elle-même par le jet d'eau.

Ceci est une figure détaillée de la buse qui montre le mélange des particules abrasives avec le jet d'eau. Ici, les pièces présentées dans la figure sont : 

• 1 :Jet d'eau à haute pression.
• 2 :Matériau dur (rubis ou diamant).
• 3 :Particule abrasive (grenat).
• 4 :Tube mélangeur.
• 5 :Garde.
• 6 :Découpe au jet d'eau.
• 7 :Pièce

Chargeur de particules abrasives

Il s'agit d'une trémie à partir de laquelle les particules abrasives sont introduites. L'alimentateur de particules abrasives fournit un flux continu de particules abrasives au flux d'eau.

Des matériaux comme le carbure de silicium, le sable, l'oxyde d'aluminium, etc. sont utilisés comme abrasifs dans l'usinage par jet d'eau.

Attrapeur

Le jet d'eau après avoir été utilisé est collecté par le récupérateur, d'où il peut être réutilisé après une filtration et un traitement appropriés.

Travail de l'usinage par jet d'eau

La pompe hydraulique reçoit l'eau du réservoir à la pression atmosphérique et l'augmente à environ 4-5 bars.

Cette eau est ensuite envoyée au multiplicateur hydraulique qui augmente fortement la pression de l'eau jusqu'à 4000 bar.

L'eau sous pression est alors envoyée vers l'accumulateur tandis qu'une partie de celle-ci est amenée au pistolet via les vannes de régulation.

L'accumulateur stocke l'eau et la fournit en cas de besoin.

La vanne de contrôle de débit est utilisée pour contrôler la quantité d'eau atteignant la buse.

Cette eau passe ensuite à travers la buse et la chambre de mélange où un jet d'eau supersonique accompagné de particules abrasives est créé.

Ce jet d'eau frappe alors la pièce et, grâce à l'action abrasive et au jet à grande vitesse, la pièce est usinée.

L'eau est ensuite collectée par le récupérateur d'où elle peut être réutilisée ou éliminée en toute sécurité. C'est ainsi que fonctionne le processus d'usinage par jet d'eau.

Matériaux pouvant être usinés par usinage par jet d'eau

• Aluminium
• Acier
• Fonte
• Béton
• Pierres
• Granit
• Alliages métalliques
• Bois
• Cuir
• Céramique
• Plastiques
• Caoutchouc 
• Verre 
• Composites, etc.

Applications de l'usinage par jet d'eau

Les applications de l'usinage par jet d'eau incluent :

• L'usinage par jet d'eau est utilisé dans la fabrication de composants aérospatiaux.
• Fabrication de composants de moteur.
• Il est utilisé pour usiner des tôles épaisses d'acier, d'aluminium, etc.
• Il est utilisé pour les opérations de perçage et de coupe.
• Matériaux difficiles à usiner à l'aide de procédés conventionnels.

Avantages de l'usinage au jet d'eau

• Une haute précision peut être obtenue dans l'usinage par jet d'eau.
• Aucun liquide de refroidissement n'est nécessaire pendant l'usinage.
• Des formes et coupes complexes peuvent être produites.
• Une bonne finition de surface peut être obtenue.
• Les pièces usinées sont exemptes de poussière car elles sont lavées au jet d'eau.
• Il est respectueux de l'environnement car aucun sous-produit nocif n'est produit.
• Il a un faible coût d'exploitation par rapport à d'autres processus non traditionnels.
• Étant donné que l'eau est utilisée pour usiner la pièce, la quantité de chaleur générée est négligeable.

Inconvénients de l'usinage par jet d'eau

• Les matériaux très épais ne peuvent pas être usinés à l'aide de l'usinage par jet d'eau.
• Un investissement initial élevé est requis.
• Le temps requis est beaucoup plus long par rapport aux processus traditionnels.

Découvrez cette vidéo de "Waterjet channel" coupant une enclume composée de fonte en 2 morceaux. Leur chaîne est entièrement basée sur l'usinage par jet d'eau et vous pouvez les consulter sur leur chaîne youtube coupant une variété de produits à l'aide de WJM.

FAQ sur l'usinage par jet d'eau

Quelle est la forme complète de WJM dans les procédés d'usinage avancés ?

WJM signifie Water Jet Machining dans les processus d'usinage avancés.

Dans WJM, quelles sont les propriétés du jet fluide qui affectent le MRR ?

La viscosité, le débit et la vitesse sont les propriétés qui affectent le taux d'enlèvement de métal.

Quel est l'élément clé de l'usinage par jet d'eau pour l'enlèvement de matière ?

Le jet d'eau est l'élément clé pour l'enlèvement de matière.

Comment la matière est-elle éliminée lors de l'usinage par jet d'eau abrasif ?

La matière est enlevée par érosion causée par les particules abrasives et le jet d'eau.

Quelle est la différence entre l'usinage par jet d'eau (WJM) et l'usinage par jet d'eau abrasif (AWJM) ?

Usinage au jet d'eau	Usinage jet d'eau abrasif
Dans l'usinage par jet d'eau, l'enlèvement de matière est réalisé uniquement par le jet d'eau.	Dans le processus d'usinage par jet d'eau abrasif, l'enlèvement de matière est réalisé par jet d'eau ainsi que par des particules abrasives.
Aucune chambre de mélange n'est nécessaire.	Une chambre de mélange est nécessaire pour mélanger l'eau avec des particules abrasives.
Le procédé WJM est capable d'usiner des matériaux souples comme le cuir, le bois, les plastiques, etc.	Le procédé AWJM est capable d'usiner des matériaux plus durs comme l'acier, la céramique, l'aluminium, etc.
Ce processus est relativement moins cher.	Depuis que des particules abrasives sont utilisées, le coût du processus augmente par rapport au WJM.

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Voilà un aperçu de l'usinage par jet d'eau. Si vous trouvez cet article utile, faites-le nous savoir dans les commentaires.

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