Usinage par jet d'eau : fonctionnement, composants, avantages et applications – Guide PDF

Aujourd'hui sur The Mechanical Post, nous examinerons un type de procédé 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, puis nous discuterons de ses avantages, inconvénients et applications.

Obtenez votre copie du PDF sur l'usinage par jet d'eau à la fin de cet article. Sans plus attendre, commençons !

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

L'usinage par jet d'eau (WJM) est un procédé de fabrication avancé, d'usinage non conventionnel, où un jet d'eau à haute vélocité frappe la pièce et en cause l'usinage par érosion du matériau.

Dans le processus WJM, la pression de l'eau sortant de la buse est de 60 000 psi ou 4136,85 bar.

Cela signifie que la pression est près de 4000 fois la pression atmosphérique normale (1 bar).

Le simple procédé de jet d'eau ne peut pas usiner les matériaux durs. Il ne sert que pour matériaux plus tendres comme caoutchouc, ABS, cuir, bois, plastiques, etc.

Pour 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.

Ce procédé est similaire à l'usinage ultrasonique et à l'usinage par jet abrasif qui causent l'usinage de la pièce par moyens mécaniques. Ce procédé est associé à une machine CNC pour un contrôle précis et automatisé.

Principe de fonctionnement du WJM

Le processus d'usinage par jet d'eau fonctionne sur le principe que lorsqu'un jet d'eau à haute vélocité frappe la pièce, l'usinage de celle-ci a lieu par érosion du matériau.

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

Construction de la machine à jet d'eau

Voici les principales pièces 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
• Alimentateur de particules abrasives
• Collecteur (Catcher)

Réservoir d'eau

Le réservoir stocke l'eau pour le processus d'usinage par jet d'eau.

Pompe hydraulique

Une pompe assure la circulation de l'eau et élève sa pression de la pression atmosphérique à environ 5 bar avant de l'envoyer à l'intensificateur hydraulique.

Intensificateur hydraulique

C'est le dispositif responsable de la création de l'énorme pression capable de couper les métaux. L'intensificateur reçoit l'eau sous pression de la pompe à environ 5 bar et l'augmente à environ 4000 bar ou ~60 000 psi.

Accumulateur

L'eau à haute pression est stockée dans l'accumulateur et fournie à la buse quand nécessaire. L'accumulateur empêche aussi les fluctuations d'alimentation en eau pendant le processus. Il repose sur la propriété de « compressibilité de l'eau » pour maintenir une pression de décharge uniforme.

Vanne de contrôle de direction

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

Vanne de contrôle de débit

Placée après la vanne de direction, elle contrôle 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 jet d'eau.

Buse

La buse est un dispositif à section réduite dont la fonction est d'augmenter l'énergie cinétique de l'eau en convertissant son énergie de pression en énergie cinétique.

La buse accélère l'eau à des vitesses supersoniques. Des matériaux durs comme le diamant ou le carbure de tungstène sont utilisés pour prévenir l'érosion de la buse elle-même par le jet d'eau.

Voici une figure détaillée de la buse montrant le mélange des particules abrasives avec le jet d'eau. Les pièces montrées sont :

• 1 : Jet d'eau haute pression.
• 2 : Matériau dur (rubis ou diamant).
• 3 : Particule abrasive (grenat).
• 4 : Tube de mélange.
• 5 : Garde.
• 6 : Jet de coupe d'eau.
• 7 : Pièce

Alimentateur de particules abrasives

C'est une trémie d'où les particules abrasives sont alimentées. Elle fournit un flux continu de particules abrasives au jet 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.

Collecteur (Catcher)

Le jet d'eau après usage est collecté par le collecteur, d'où il peut être réutilisé après filtration et traitement appropriés.

Fonctionnement de l'usinage par jet d'eau

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

Cette eau est ensuite envoyée à l'intensificateur hydraulique qui augmente considérablement la pression jusqu'à 4000 bar.

L'eau sous pression est ensuite envoyée à l'accumulateur alors qu'une partie est fournie à la buse via les vannes de contrôle.

L'accumulateur stocke l'eau et la fournit quand nécessaire.

La vanne de contrôle de débit régule la quantité d'eau atteignant la buse.

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

Ce jet frappe la pièce et, par l'action abrasive et le jet à grande vitesse, la pièce est usinée.

L'eau est ensuite collectée par le collecteur 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 usinables par jet d'eau

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

Applications de l'usinage par jet d'eau

Les applications incluent :

• Fabrication de composants aérospatiaux.
• Fabrication de composants moteurs.
• Usinage de tôles épaisses d'acier, aluminium, etc.
• Opérations de perçage et découpe.
• Matériaux difficiles à usiner par procédés conventionnels.

Avantages de l'usinage par jet d'eau

• Haute précision réalisable.
• Pas besoin de liquide de refroidissement pendant l'usinage.
• Formes et coupes complexes possibles.
• Bonne finition de surface obtenue.
• Pièces usinées sans poussière car lavées par le jet d'eau.
• Écologique : aucun sous-produit nocif produit.
• Faible coût d'exploitation comparé aux autres procédés non traditionnels.
• Négligeable quantité de chaleur générée car l'eau usine la pièce.

Inconvénients de l'usinage par jet d'eau

• Matériaux très épais ne peuvent pas être usinés.
• Investissement initial élevé requis.
• Temps requis bien plus long que les procédés traditionnels.

Regardez cette vidéo de « Waterjet channel » coupant une enclume en fonte en 2 pièces. Leur chaîne est entièrement dédiée à l'usinage par jet d'eau, à voir sur YouTube coupant une variété de produits avec le 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 (Usinage par jet d'eau) dans les procédés d'usinage avancés.

Dans le WJM, quelles sont les propriétés du fluide de jet qui affectent le taux d'enlèvement de matière (MRR) ?

Viscosité, débit et vélocité sont les propriétés affectant 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 enlevée dans 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 par jet d'eau	Usinage par jet d'eau abrasif
L'enlèvement de matière se fait uniquement par le jet d'eau.	L'enlèvement se fait par jet d'eau et particules abrasives.
Pas de chambre de mélange nécessaire.	Chambre de mélange requise pour mélanger eau et abrasifs.
Capable d'usiner matériaux tendres : cuir, bois, plastiques.	Capable d'usiner matériaux durs : acier, céramiques, aluminium.
Procédé comparativement moins cher.	Coût accru car particules abrasives utilisées.

---

Voici un aperçu de l'usinage par jet d'eau. Si cet article vous est utile, dites-le-nous en commentaires.

Aimez-vous lire The Mechanical Post ? Rejoignez notre chaîne Telegram @themechanicalpost

Nous reviendrons avec un autre article intéressant, en attendant continuez d'apprendre !