Jets d'eau 101 :Usinage au jet d'eau abrasif

La découpe au jet d'eau est une technologie spécialisée utilisée dans une grande variété d'industries, de l'exploitation minière à la transformation des aliments, depuis environ 1850. Dans les années 1960 et 1970, de grands progrès ont été réalisés non seulement dans la technologie et la conception, mais aussi dans les méthodes de fabrication de ces hautes pompes à pression. En 1990, un jet d'eau à haute pression était mélangé à un matériau abrasif et une nouvelle révolution dans la découpe de forme était née :l'usinage au jet d'eau abrasif. Cette découverte d'abrasif ajouté (grenat) au jet à haute pression a transformé ce jet en un outil de meulage précis qui peut tailler à travers TOUT matériau avec lequel il entre en contact. Au cours de la décennie suivante, le processus a été perfectionné en une technologie de découpe de précision non seulement pour la tôle, mais littéralement pour n'importe quel matériau. Le jet d'eau peut traiter de nombreux matériaux comme l'acier, l'aluminium, le plastique, le bois, la moquette, la mousse, le carrelage, la pierre et littéralement tout ce que vous pouvez toucher.

Limites de la découpe au jet d'eau

Bien qu'il existe de nombreux avantages, il convient également de noter quelques règles et conditions matérielles. Tout d'abord, un jet d'eau doit traverser complètement un matériau car, d'une manière générale, la gravure et l'usinage abrasif à une profondeur contrôlée ne sont pas possibles avec une quelconque précision. Les coupes interrompues, telles que les vides entre les murs et les tubes, ne sont généralement pas des applications appropriées pour les jets d'eau car le jet n'est plus contrôlé lors de la sortie du premier mur dans l'espace entre les murs - créant ainsi un large motif de type "fusil de chasse" à l'opposé mur.

Les stratifiés sont un matériau problématique pour les jets d'eau, mais uniquement lors du perçage. En effet, lorsque le jet stream sculpte/meule à travers le matériau (dans un trou borgne), il tente également de séparer les couches. Bien qu'il existe des approches à basse pression pour ces matériaux, elles ne sont pas fiables à 100 %. Ainsi, la meilleure méthode consiste à percer un trou de départ pour l'usinage du stratifié. Le verre trempé, la céramique fragile et les matériaux similaires sont également problématiques car ils ont tendance à se briser une fois que la contrainte est soulagée par l'action de coupe du processus.

Avantages des machines de découpe au jet d'eau

Maintenant que nous avons couvert ce qu'il faut éviter sur un jet d'eau, nous pouvons exprimer que le reste du monde de la fabrication et les matériaux sont grands ouverts et facilement usinés par le processus d'usinage au jet d'eau abrasif. La facilité d'utilisation d'un système de découpe au jet d'eau le rend également très attrayant pour les ateliers novices et experts. En règle générale, la seule information requise pour un jet d'eau est le fichier de forme dans un format DXF simple - puis l'opérateur entre le type, l'épaisseur et la précision de coupe souhaitée. En raison de la simplicité et de la flexibilité, de nombreuses entreprises remplacent ou complètent leurs méthodes de fonctionnement existantes par des méthodes de découpe au jet d'eau, car il s'agit d'une méthode de découpe précise qui ne produit pas de fumées ou de déchets dangereux et n'est PAS un processus thermique. Cela signifie que les pièces en matériaux sensibles à la chaleur comme la plupart des plastiques ne sont ni endommagées ni détruites lors du processus d'usinage. Aujourd'hui, la technologie jet d'eau est capable de produire des pressions de coupe supérieures à 90 000 psi (90 kpsi).

Les jets d'eau sont définis par trois facteurs majeurs :

1. Taille ou capacité de la table/du voyage ;
2. Pression de coupe ; et
3. Puissance de coupe (ch).

Un système à jet d'eau typique aura une course de table de 5' x 10' ou 6' x 12' avec une pression de fonctionnement de 60 000 psi (60kpsi) alimentée par une pompe hydraulique électrique de 30 HP pour produire cette pression. La pression de la pompe - et le volume d'eau produit à cette pression - peut avoir un impact majeur non seulement sur les performances de la machine, mais également sur les coûts d'exploitation de la machine. Une pompe fonctionnant à la pression de 40 kpsi peut coûter quelques dollars de moins à l'heure, mais peut littéralement prendre deux fois plus de temps pour couper la même pièce avec la même qualité que cette même machine fonctionnant à 60 kpsi, doublant ainsi le coût de fabrication. Dans un autre exemple, une pompe produisant 60 kpsi à 30 HP produira 0,6 gallons par minute (GPM) d'eau sous pression. La même machine fonctionnant à la même pression (60kpsi) mais utilisant une pompe de 60 HP produira 1,2 GPM d'eau de coupe sous pression, ce qui permettra à l'opérateur d'augmenter les vitesses de coupe pour la même pièce, aux mêmes tolérances, de 40 %.

Pompes

Il existe deux principaux types de pompes disponibles à l'achat ou au remplacement sur un système à jet d'eau. De loin, les pompes d'intensification ont été plus populaires en raison des vitesses de coupe accrues, de la pression de fonctionnement constante et de la fiabilité. Vous trouverez ci-dessous une description des types de pompes disponibles pour les applications de coupe à l'eau pure et à l'eau abrasive :

Entraînement direct

En règle générale, trois plongeurs sont entraînés par un moteur électrique (ou essence/diesel) - faisant tourner un vilebrequin et produisant jusqu'à 55 kpsi. Les principaux avantages de ce type de pompe incluent :

• Le moindre coût d'investissement de la pompe,
• Aucune eau de refroidissement n'est nécessaire,
• Aucune perte de performances de l'entraînement via un système oléohydraulique, et
• Le volume d'eau à haute pression créé est supérieur à celui d'une pompe de type intensificateur.

Les inconvénients de ce style de pompe sont que la pression diminue progressivement toutes les heures à partir du moment où la pompe est mise en marche à mesure que les joints et les composants internes de la pompe s'usent, affectant ainsi la vitesse de coupe et la finition. Cette pompe a également plus de composants d'usure internes nécessitant des temps d'arrêt et des coûts de maintenance légèrement plus élevés.

Intensificateur

Dans cette pompe, un moteur électrique (ou essence/diesel) produit une pression d'huile hydraulique de (typiquement) 3 kpsi ou plus. Cette huile sous pression est ensuite transférée dans un cylindre qui entraîne un piston d'avant en arrière. Le piston est relié à un piston 20 fois plus petit que le piston. Des joints haute pression séparent l'huile dans la chambre des pistons de l'eau dans la chambre des plongeurs. Les différents rapports de diamètre entre le piston et le plongeur créent un effet d'intensification et, ainsi, les 3 kpsi de pression d'huile hydraulique créeront 60 kpsi de pression d'eau. Les principaux avantages de ce type de pompe sont que la pression est plus élevée et plus constante, ce qui permet des vitesses de coupe accrues et des finitions de surface de coupe fiables. L'inconvénient est que cette pompe nécessite de l'eau de refroidissement pour l'huile hydraulique et est légèrement moins efficace électriquement.

L'un ou l'autre type de pompe à haute pression peut être utilisé pour couper en utilisant de l'eau droite ou un jet d'eau abrasif. Toute machine à jet d'eau abrasif peut être utilisée comme machine à eau droite simplement en éliminant le mélange abrasif. Cependant, les machines conçues pour les opérations de coupe à l'eau droite peuvent nécessiter des modifications importantes pour utiliser des méthodes d'usinage abrasives. Les applications types pour chacun sont répertoriées ci-dessous :

• Eau droite : Utilisé pour les applications qui peuvent être coupées avec un couteau ou des ciseaux telles que la transformation des aliments, le papier, la moquette, la mousse, l'isolation en fibre de verre, les joints, etc.
• Usinage par jet abrasif : Métaux, plastiques, carreaux, pierre, granites et tout autre matériau difficile à couper.
• Matériaux traités : Acier, aluminium, aciers inoxydables, cuivre, laiton, plastiques, mousse, joints, isolation, moquette, verre, carrelage, pierre, bois, etc.

Les fabricants de jets d'eau populaires incluent Bystronic, Calypso, Esab, Flow, Omax, Jet Edge, Ward Jet, Hydra Jet, Romeo Engineering, Wardjet et KMT. Si vous souhaitez en savoir plus sur les jets d'eau ou d'autres machines de fabrication, veuillez consulter la ressource ci-dessous ou contactez-nous.