Usinage par jet d'eau - Principe de fonctionnement, avantages et inconvénients avec application

Usinage au jet d'eau (WJM), également appelée découpe au jet d'eau, est un processus d'usinage non traditionnel dans lequel un jet d'eau à grande vitesse est utilisé pour éliminer les matériaux de la surface de la pièce. WJM peut être utilisé pour couper des matériaux plus tendres comme le plastique, le caoutchouc ou le bois. Afin de couper des matériaux plus durs comme les métaux ou le granit, un matériau abrasif est mélangé à l'eau. Lorsqu'un matériau abrasif est utilisé dans l'eau pour le processus d'usinage, il est appelé usinage par jet d'eau abrasif (AWJM).

Principe de fonctionnement

Il est basé sur le principe de l'érosion hydrique. Lorsqu'un jet d'eau à grande vitesse frappe la surface, l'enlèvement de matière a lieu. Le jet d'eau pure est utilisé pour usiner des matériaux plus tendres. Mais pour couper des matériaux plus durs, certaines particules abrasives se mélangent à l'eau pour l'usinage et cela s'appelle AWJM (Abrasive Water Jet Machining)

Matériaux abrasifs

Les particules abrasives les plus couramment utilisées dans l'AWJM sont le grenat et l'oxyde d'aluminium. Le sable (Si02) et les billes de verre sont également utilisés comme abrasifs. La fonction des particules abrasives est d'améliorer la capacité de coupe du jet d'eau.

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Principales parties de l'usinage par jet d'eau

Les différentes parties de l'usinage par jet d'eau sont

1. Pompe hydraulique

Il est utilisé pour faire circuler l'eau du réservoir de stockage pendant le processus d'usinage. La pompe refoule l'eau vers l'intensificateur à basse pression d'environ 5 bars. Un surpresseur est également utilisé qui augmente la pression initiale de l'eau à 11 bars avant de la livrer à l'intensificateur.

2. Intensificateur hydraulique

Il est utilisé pour augmenter la pression de l'eau à très haute pression. Il reçoit l'eau de la pompe à 4 bar et augmente sa pression jusqu'à 3000 à 4000 bar.

3. Accumulateur

Il stocke temporairement l'eau sous haute pression. Il fournit ce fluide lorsqu'une grande quantité d'énergie de pression est requise. Il élimine les conditions de fluctuation de pression dans le processus d'usinage.

4. Chambre ou tube de mélange

C'est une chambre à vide où se produit le mélange de particules abrasives dans l'eau.

5. Vanne de contrôle :

Il contrôle la pression et la direction du jet d'eau.

6. Régulateur de débit ou vanne

Le débit de l'eau est régulé à l'aide du régulateur de débit.

7. Buse

C'est un dispositif qui est utilisé pour convertir l'énergie de pression de l'eau en énergie cinétique dans l'usinage par jet d'eau. Ici, la buse convertit la pression du jet d'eau en un faisceau de jet d'eau à grande vitesse. La pointe de la buse est en rubis ou en diamant pour l'empêcher de s'éroder.

8. Système de vidange et de récupération

Après l'usinage, les débris et les particules usinées de l'eau sont séparés à l'aide du système de vidange et de récupération. Il élimine les particules métalliques et autres particules indésirables de l'eau et les renvoie au réservoir pour une utilisation ultérieure.

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Travail de l'usinage par jet d'eau

1. L'eau du réservoir est pompée vers l'intensificateur à l'aide d'une pompe.
2. Le multiplicateur augmente la pression de l'eau de 5 bars à 3000 à 4000 bars. Cette eau à haute pression de l'intensificateur est déplacée vers la buse ainsi que dans l'accumulateur.
3. L'accumulateur stocke l'eau à haute pression et la fournit à tout instant lorsque cela est nécessaire. Il est utilisé pour éliminer la fluctuation de l'exigence de haute pression de l'usinage de matériaux durs.
4. L'eau à haute pression est ensuite transmise à la buse où l'énergie à haute pression de l'eau est convertie en énergie cinétique. Un jet d'eau à très grande vitesse (1000 m/s) sort par la buse sous la forme d'un faisceau étroit.
5. Un abrasif tel que le grenat ou l'oxyde d'aluminium est mélangé à de l'eau dans la buse. Une chambre de mélange se trouve dans la buse où les abrasifs se mélangent à l'eau à haute pression.
6. Ce jet d'eau à grande vitesse, lorsqu'il frappe la surface du w/p, en retire le matériau.
7. Le jet d'eau après usinage est collecté par le système de vidange et de récupération. Ici, les débris, les particules métalliques de l'eau sont éliminés et sont acheminés vers le réservoir.

Le fonctionnement sera le même pour l'usinage au jet d'eau mais les particules abrasives ne sont pas mélangées avec le jet à grande vitesse. Seul un jet d'eau pure sort de la sortie de la buse.

Avantages

• Il a la capacité de couper des matériaux sans perturber sa structure d'origine. Et cela se produit parce qu'il n'y a pas de zone affectée par la chaleur (HAZ).
• Il est capable de produire des coupes complexes et complexes dans les matériaux.
• La zone de travail de ce processus d'usinage reste propre et sans poussière.
• Il a de faibles coûts d'exploitation et de maintenance car il ne comporte aucune pièce mobile.
• Les dommages thermiques à la pièce sont négligeables en raison de l'absence de génération de chaleur.
• Il est capable de couper des matériaux plus tendres (WJM) comme le caoutchouc, le plastique ou le bois ainsi que des matériaux plus durs (AWJM) comme le granit.
• Il est respectueux de l'environnement car il ne crée aucune pollution ni aucun produit toxique.
• Il a une plus grande précision d'usinage. Les tolérances d'une commande de ± 0,005 pouce peuvent être atteintes facilement.

Inconvénients

• Il est utilisé pour couper des matériaux plus tendres. Mais AWJM peut couper des matériaux plus durs d'épaisseur limitée.
• Les matériaux très épais ne peuvent pas être usinés par ce processus.
• Le coût initial de WJM est élevé.

Application

• L'usinage par jet d'eau est utilisé dans diverses industries telles que l'exploitation minière, l'automobile et l'aérospatiale pour effectuer des opérations de découpe, de mise en forme et d'alésage.
• Les matériaux couramment usinés par jet d'eau (WJM ou AWJM) sont le caoutchouc, les textiles, les plastiques, la mousse, le cuir, les composites, les carreaux, le verre de pierre, les aliments, les métaux/papier et bien plus encore.
• WJM est principalement utilisé pour couper des matériaux souples et faciles à usiner tels que des feuilles et des feuilles minces, du bois, des alliages métalliques non ferreux, des textiles, des nids d'abeilles, des plastiques, des polymères, des cuirs, surgelés, etc.
• AWJM est généralement utilisé pour usiner les matériaux durs et difficiles à usiner. Il est utilisé pour usiner des plaques épaisses d'acier, d'Al et d'autres matériaux commerciaux, des plastiques renforcés, des composites à matrice métallique et à matrice céramique, des composites en couches, des pierres, du verre, etc.
• Outre le processus d'usinage, le jet d'eau à haute pression est utilisé dans le décapage de peinture, la chirurgie, le nettoyage, le grenaillage pour éliminer les contraintes résiduelles, etc.
• AWJM peut également être utilisé pour effectuer des perçages, des fraisages de poches, des tournages et des alésages.